一種功率器件用無裂紋和崩邊的硅外延片及其制備方法與流程

本發(fā)明涉及硅外延片制備，尤其是涉及一種功率器件用無裂紋和崩邊的硅外延片及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、硅外延片是指使用化學(xué)氣相沉積（cvd）方法在硅襯底片的拋光表面制備硅外延層，形成硅外延片，其摻雜類型、電阻率、厚度、均勻型等參數(shù)需要符合器件的使用要求。對于250v-300v的中高壓功率器件對目標硅外延層的厚度要求為25-30μm，屬于厚層硅外延片，因器件應(yīng)用領(lǐng)域?qū)υ摴柰庋悠木鶆蛐院鸵恢滦砸筝^為嚴格，該類硅外延片需要采用平板式單片硅外延爐設(shè)備生長，是常規(guī)5μm薄層硅外延片生長時間的8-10倍，面臨更大的機械應(yīng)力和熱應(yīng)力的控制難度，容易發(fā)生翹曲、彎曲等材料形變的風(fēng)險，而且該類25-30μm厚度的硅外延片因為高溫生長時間長，邊緣容易與石墨基座粘連或碰撞，發(fā)生裂紋或崩邊缺陷的概率也將明顯升高，因為出現(xiàn)一處裂紋或崩邊缺陷就判定硅外延片為不合格品，造成了工業(yè)界連續(xù)量產(chǎn)厚層硅外延片的困難，嚴重影響硅外延片的工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)和交付能力。工業(yè)領(lǐng)域穩(wěn)定有效且低成本解決硅外延片邊緣的裂紋和崩邊問題，成為平板式單片硅外延爐生長目標硅外延層厚度25-30μm的硅外延片的關(guān)鍵技術(shù)難題。

2、傳統(tǒng)解決硅外延片裂紋和崩邊問題采用的工藝方法有：1）zl201310240216.0公開的高壓功率器件用極厚外延片，采用兩步升溫的方法顯著延長升溫時間的方法，減少硅外延片的形變，實現(xiàn)硅外延片的制備方法；2）zl?202410108386.1公開的igbt用8英寸硅外延片的制備方法，通過變溫變流量的方式進行硅外延片的生長，先用高溫大流量快速生長，進而采用低溫大流量中速生長，再進行低溫小流量速度生長，降低裂片的風(fēng)險；3）zl202220023958.2公開的硅外延用石墨基座，槽底開設(shè)有若干排氣孔的石墨基座，能夠完全與受熱膨脹變形后的襯底基片貼合，確保襯底基片受熱均勻。但是上述專利存在工藝過程步驟較為復(fù)雜的缺陷，底部設(shè)計開設(shè)排氣孔的石墨基座因為工藝難度大，其市場價格是非氣孔的石墨基座的2-3倍，最終造成硅外延片制備成本嚴重上升的問題，不利于硅外延片的推廣使用。

3、因此，針對上述問題本發(fā)明急需提供一種功率器件用無裂紋和崩邊的硅外延片及其制備方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種功率器件用無裂紋和崩邊的硅外延片及其制備方法，通過功率器件用無裂紋和崩邊的硅外延片的提出解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的25-30μm厚度的硅外延片因為高溫生長時間長，邊緣容易與石墨基座粘連或碰撞，發(fā)生裂紋或崩邊缺陷的概率也將明顯升高，無法連續(xù)量產(chǎn)厚層硅外延片的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明提供的一種功率器件用無裂紋和崩邊的硅外延片制備方法，所述硅外延片的硅外延層的厚度為25-30μm，制備方法包括如下步驟：

3、s1)清洗硅外延爐反應(yīng)腔體及其內(nèi)部石墨基座；

4、s2)以氫氣為載氣向硅外延爐反應(yīng)腔體通入三氯氫硅氣體，在石墨基座上生長多晶硅包覆層，三氯氫硅氣體的流量為10-12g/min，生長時間為2-3min，多晶硅包覆層的厚度達到5-6μm；

5、s3)硅外延爐降溫，將硅襯底片放入到石墨基座的片坑內(nèi)，旋轉(zhuǎn)石墨基座，通入氫氣，排出空氣，硅外延爐升溫至1130-1150℃，以氫氣為載體向硅外延爐通入三氯氫硅氣體，三氯氫硅氣體的流量設(shè)定為2-4g/min；生長速度設(shè)定為1-2μm/min，當硅外延層厚度達到目標后，降溫，獲得硅外延片。

6、優(yōu)選地，步驟s3中，以氫氣為載體向硅外延爐通入三氯氫硅氣體時，氫氣的流量設(shè)定為45-50l/min。

7、優(yōu)選地，步驟s3中的石墨基座的旋轉(zhuǎn)速率30-40?r/min。

8、優(yōu)選地，步驟s3中，硅外延爐降溫，將硅襯底片放入到石墨基座的片坑內(nèi)，旋轉(zhuǎn)石墨基座，通入氫氣，排出空氣，硅外延爐升溫至1130-1150℃，保溫3-5min。

9、優(yōu)選地，步驟s2中的氫氣流量為45-50l/min。

10、優(yōu)選地，清洗硅外延爐反應(yīng)腔體及其內(nèi)部石墨基座步驟包括：

11、將硅外延爐的反應(yīng)腔室升溫至1160-1180℃，升溫后，以氫氣為載氣通入氯化氫氣體對硅外延爐反應(yīng)腔體及其內(nèi)部石墨基座進行清洗；其中，氫氣流量設(shè)定為3-5?l/min，氯化氫氣體流量設(shè)定為15-20?l/min，清洗時間設(shè)定為125-150s。

12、優(yōu)選地，步驟s3中，反應(yīng)腔體降溫至600-650℃，將硅襯底片放入到石墨基座的片坑內(nèi)。

13、優(yōu)選地，硅襯底片直徑為125-200mm，電阻率為0.001-0.005ω·cm，導(dǎo)電類型為n型，正表面鏡面拋光。

14、優(yōu)選地，硅外延爐為5200平板式單片硅外延爐；石墨基座底部無排氣孔。

15、本發(fā)明還提供了一種基于如上述中任一項所述的功率器件用無裂紋和崩邊的硅外延片制備方法獲得的硅外延片。

16、本發(fā)明提供的一種功率器件用無裂紋和崩邊的硅外延片及其制備方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下進步：

17、本發(fā)明提供的功率器件用無裂紋和崩邊的硅外延片制備方法，在生長硅外延層前，對硅外延爐反應(yīng)腔室和石墨基座進行刻蝕，并在石墨基座上生長一定厚度的多晶硅包覆層，避免了傳統(tǒng)平板式單片硅外延爐內(nèi)長時間生長硅外延片過程中，因邊緣容易與石墨基座粘連或者碰撞，造成硅外延片裂紋和崩邊的問題，有效地阻擋石墨基座釋放的雜質(zhì)，減少對硅外延層的污染，同時對多晶硅包覆層的厚度進行了限定，過薄或者過厚，也會影響硅外延片裂紋和崩邊的問題；進一步地，調(diào)整硅外延層的生長條件，通過控制生長速率和生長溫度，使得形成的硅外延層不產(chǎn)生裂紋，提高工藝的穩(wěn)定性和可重復(fù)性，實現(xiàn)平板式單片硅外延爐內(nèi)25-30μm厚度的硅外延片批量化生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種功率器件用無裂紋和崩邊的硅外延片制備方法，其特征在于：所述硅外延片的硅外延層的厚度為25-30μm，制備方法包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率器件用無裂紋和崩邊的硅外延片制備方法，其特征在于：步驟s3中，以氫氣為載體向硅外延爐通入三氯氫硅氣體時，氫氣的流量設(shè)定為45-50l/min。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率器件用無裂紋和崩邊的硅外延片制備方法，其特征在于：步驟s3中的石墨基座的旋轉(zhuǎn)速率30-40?r/min。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率器件用無裂紋和崩邊的硅外延片制備方法，其特征在于：步驟s3中，硅外延爐降溫，將硅襯底片放入到石墨基座的片坑內(nèi)，旋轉(zhuǎn)石墨基座，通入氫氣，排出空氣，硅外延爐升溫至1130-1150℃，保溫3-5min。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率器件用無裂紋和崩邊的硅外延片制備方法，其特征在于：步驟s2中的氫氣流量為45-50l/min。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率器件用無裂紋和崩邊的硅外延片制備方法，其特征在于：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率器件用無裂紋和崩邊的硅外延片制備方法，其特征在于：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率器件用無裂紋和崩邊的硅外延片制備方法，其特征在于：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率器件用無裂紋和崩邊的硅外延片制備方法，其特征在于：

10.一種基于如權(quán)利要求1-9中任一項所述的功率器件用無裂紋和崩邊的硅外延片制備方法獲得的硅外延片。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種功率器件用無裂紋和崩邊的硅外延片及其制備方法；包括如下步驟：清洗硅外延爐反應(yīng)腔體及其內(nèi)部石墨基座，以氫氣為載氣向硅外延爐反應(yīng)腔體通入三氯氫硅氣體，在石墨基座上生長多晶硅包覆層；硅外延爐降溫，將硅襯底片放入到石墨基座的片坑內(nèi)，通入氫氣，硅外延爐升溫，保溫，以氫氣為載體向硅外延爐通入三氯氫硅氣體，在硅襯底片生長硅外延層，當硅外延層厚度達到25?30μm，降溫，獲得硅外延片；通過功率器件用無裂紋和崩邊的硅外延片制備方法的提出,解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的25?30μm厚度的硅外延片因為高溫生長時間長，邊緣容易與石墨基座粘連或碰撞，發(fā)生裂紋或崩邊缺陷的概率也將明顯升高，無法連續(xù)批量生產(chǎn)厚層硅外延片的技術(shù)問題。

技術(shù)研發(fā)人員：李明達,龔一夫,秦濤,吳重陽,李世才,趙聰,董彬,劉云,劉奇,傅穎潔,龐偉龍,王亞倞
受保護的技術(shù)使用者：中電晶華（天津）半導(dǎo)體材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30