[实用新型]用于制造硅外延片的单片式外延炉的外延生长单元及应用

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于制造硅外延片的单片式外延炉的外延生长单元及应用。

背景技术

制造硅器件时为了降低硅器件的正向压降或导通电阻通常使用硅外延片代替硅抛光片。硅外延片通常是通过化学气相沉积（CVD）在直拉（CZ）硅抛光片的表面生长一层一定厚度和电阻率的硅单晶层的方法得到的。常用的硅外延生长气体包括氢气、三氯氢硅（SiHCl₃）、掺杂气体（包括磷烷、硼烷等），反应方程式为：SiHCl₃+H₂=Si+3HCl，由于硅外延片制造过程中反应生成的硅既在硅片的抛光表面沉积（变成单晶硅），也在外延炉的石英CVD反应腔的内表面和石墨基座表面沉积（变成多晶硅）。每加工一片或几片硅外延片就要用氯化氢气体将石英CVD反应腔的内表面和石墨基座表面沉积的多晶硅腐蚀掉，否则会在硅外延层中产生大量被称为“包裹物”的缺陷，沉积在石墨基座正上方的石英CVD反应腔的内表面的多晶硅尤其容易导致“包裹物”缺陷。在加工外延层厚度大于50µm的厚外延片时，每加工一片外延片就要用氯化氢气体将石英CVD反应腔的内表面和石墨基座表面腐蚀一次。加工厚外延片时，氯化氢腐蚀时间在总的生产时间中占比约为30%。石英CVD反应腔的内表面的温度越高，多晶硅沉积的速度越快，氯化氢腐蚀时，去除多晶硅的速度也越快。为了减少多晶硅沉积，在外延层生长过程需要尽可能降低石英生长腔内表面的温度；为了减少氯化氢腐蚀时间，在氯化氢腐蚀过程中要尽可能升高石英生长腔内表面的温度。使用传统的单片式硅外延炉加工外延片，尤其是加工厚外延片时，这相互矛盾的条件很难同时满足。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种用于制造硅外延片的单片式外延炉的外延生长单元及应用。

一种用于制造硅外延片的单片式外延炉的外延生长单元，其主体从上到下依次设有冷却腔，CVD反应腔，密封柄；左右分别设有生长气进气口法兰，生长气出气口法兰；前后分别设有压缩空气进气口，压缩空气出气口。

所述的CVD反应腔的长度l₁为350-450mm、宽度l₃为240-340mm、高度h₁为40-50mm，冷却腔的长度l₄为300-420mm、宽度l₂为320-420mm、高度h2为20-40mm，外延生长单元的材料为高纯石英。

一种采用所述的外延生长单元的用于制造硅外延片的单片式外延炉，从左到右依次设有：炉门、硅片盒升降电机、机械手、外延生长气导入组件、外延生长单元、外延生长废气收集组件、外延生长废气排气管、外延生长气体阀组；在硅片盒升降电机的上方放置硅片盒；在机械手的下方设有机械手电机；在外延生长单元的上方从上到下依次设有排风管、风机、风管、辐射高温计、卤钨灯组加热器；在外延生长单元的下方从上到下依次设有基座旋转轴、高频感应线圈、冷却水槽、基座旋转电机；在外延生长单元内从左到右依次设有前导流板、石墨基座、后导流板、外延基座的硅片槽放置硅片。

所述的高频感应线圈，形状为螺旋形，直径d₁为220-320mm。

所述的卤钨灯组加热器，直径d₂为280-380mm，灯泡为卤钨灯泡，每个灯泡的功率为1500-2500kw，灯泡数量为20-30只。

本实用新型的有益效果：

通过独特的外延生长单元设计，在外延层生长过程中可以尽可能降低石英生长腔内表面的温度以减少多晶硅沉积，在氯化氢腐蚀过程中要尽可能升高石英CVD反应腔内表面的温度以提高氯化氢腐蚀的反应速度、减少氯化氢腐蚀工序的时间。氯化氢腐蚀的反应速度可以提高约30%，加工厚外延片时，氯化氢腐蚀时间在总的生产时间中的占比从传统外延炉约为30%.降为4%-6%，另外氯化氢消耗量降低60%-80%，生产效率提高20%-25%。

附图说明

图1是本实用新型的用于制造硅外延片的单片式生长炉；

图2是外延生长单元主视图；

图3是外延生长单元俯视图；

图4是外延生长单元左视图；

图5是外延基座及前导流板和后导流板主视图；

图6是外延基座及前导流板和后导流板俯视图；

图7是感应线圈俯视示意图（一）；

图8是感应线圈主视示意图（二）；

图9是卤钨灯组加热器示意图；