本發(fā)明屬于半導(dǎo)體硅外延片制備，具體涉及一種可減少邊緣微裂紋缺陷的硅外延片及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、硅外延片是半導(dǎo)體材料領(lǐng)域中的一個重要產(chǎn)品，它特指在硅拋光片的基礎(chǔ)上，通過外延生長技術(shù)形成的半導(dǎo)體硅片。硅外延片的摻雜類型、電阻率、厚度、均勻性等參數(shù)需要符合器件的使用要求，目前高壓大功率器件對工作耐壓的要求為500~1200?v，相應(yīng)對目標(biāo)硅外延層的厚度要求為50~120?μm，屬于厚層硅外延片。厚層硅外延片的外延層在高溫下連續(xù)生長的時間相對較長，造成硅外延片面臨更大的機械應(yīng)力和熱應(yīng)力，特別是邊緣位置受機械應(yīng)力和熱應(yīng)力的影響更為顯著，明顯加大厚層硅外延片發(fā)生微裂紋缺陷的概率，因為任一位置發(fā)生一處微裂紋都會判定為不良品，因此微裂紋缺陷的發(fā)生嚴(yán)重降低厚層硅外延片的生長良率和生產(chǎn)效率。

2、生長目標(biāo)硅外延層厚度50~120μm的硅外延片，需要使用平板式多片硅外延爐，每爐次直徑125mm硅外延片可以同時生長10片，直徑150mm硅外延片可以同時生長8片，直徑200mm硅外延片可以同時生長5片，解決厚層硅外延片邊緣位置發(fā)生微裂紋缺陷的問題，成為厚層硅外延片制備和工業(yè)化批量生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)難題。

3、公開號為cn103354242b的中國專利文獻(xiàn)公開了高壓功率器件用極厚外延片及其制造方法，其通過顯著延長升溫時間的辦法，減少硅外延片的受熱形變，實現(xiàn)硅外延層厚度大于100μm的硅外延片的制備。公開號為cn118241309b的中國專利文獻(xiàn)公開了一種極厚膜硅外延片的制備方法，硅外延層生長速率設(shè)定為1.5~1.6?μm/min，通過顯著降低硅外延層生長速率的辦法，減少硅外延片的受熱應(yīng)力，實現(xiàn)硅外延層厚度大于200μm的硅外延片的生長。但該制備方法及工藝參數(shù)適用于生長硅外延層厚度200~230μm的極厚膜硅外延片，不適用于制備硅外延層厚度50~120μm的硅外延片。且該工藝的時間較長，影響厚層硅外延片的工業(yè)化批量生產(chǎn)的產(chǎn)能。公開號為cn117626425b的中國專利文獻(xiàn)公開了一種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(jìn)行外延層的生長，首先先用高溫大流量快速生長，進(jìn)而采用低溫大流量中速生長，然后進(jìn)行低溫小流量慢速生長，降低裂片的風(fēng)險。上述各制備方法中，工藝時間均較長，工藝過程較為復(fù)雜，影響厚層硅外延片的工業(yè)化批量生產(chǎn)的產(chǎn)能，工業(yè)界迫切需要制備工藝簡單、穩(wěn)定減少邊緣微裂紋缺陷的厚層硅外延片的制備方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種可減少邊緣微裂紋缺陷的硅外延片及其制備方法，通過綜合設(shè)計厚層硅外延層所需的包硅時間、放片溫度、生長溫度、生長速率等參數(shù)，減少了厚層硅外延片邊緣出現(xiàn)微裂紋缺陷的概率，在工藝簡單、可批量重復(fù)的情況下實現(xiàn)了直徑125~200?mm、目標(biāo)硅外延層厚度50~120?μm的硅外延片的制備和批量化生產(chǎn)。

2、為了解決上述問題，本發(fā)明的一個方面提供一種可減少邊緣微裂紋缺陷的硅外延片的制備方法，所述硅外延片的硅外延層的厚度為50~120μm，所述制備方法包括依次進(jìn)行以下步驟：

3、s1.對硅外延爐的反應(yīng)腔體及所述反應(yīng)腔體中的石墨基座進(jìn)行刻蝕；

4、s2.對所述石墨基座進(jìn)行包硅處理；

5、s3.在硅外延爐的反應(yīng)腔體內(nèi)的石墨基座的片坑內(nèi)放入硅襯底片；

6、s4.向硅外延爐的反應(yīng)腔體內(nèi)通入氫氣和三氯氫硅，在硅襯底片的表面進(jìn)行硅外延層的生長，初始三氯氫硅的流量為4~6?g/min，硅外延層初始生長速率為0.9~1.1?μm/min，生長時間保持1~2?min后，調(diào)節(jié)三氯氫硅的流量為10~12?g/min，硅外延層生長速率為1.8~2.0?μm/min，直至目標(biāo)硅外延層厚度達(dá)成，得到硅外延片。

7、優(yōu)選地，步驟s1包括：向硅外延爐的反應(yīng)腔體內(nèi)通入氫氣和氯化氫氣體，對硅外延爐的反應(yīng)腔體及石墨基座進(jìn)行刻蝕；

8、硅外延爐的反應(yīng)腔體的溫度為1080~1100℃。

9、優(yōu)選地，步驟s1中，氫氣流量為20~50?l/min，氯化氫氣體流量為34~36?l/min，刻蝕時間為7~15?min。

10、優(yōu)選地，步驟s2包括：向硅外延爐的反應(yīng)腔體內(nèi)通入氫氣和三氯氫硅，在石墨基座上生長多晶硅包覆層；

11、氫氣流量為140~160?l/min，三氯氫硅的流量為10~14?g/min，生長多晶硅包覆層的時間為150~300?sec。

12、優(yōu)選地，步驟s3中，硅外延爐的反應(yīng)腔體內(nèi)的溫度為280~300℃。

13、優(yōu)選地，步驟s4中，硅外延爐的反應(yīng)腔體內(nèi)的溫度為1030~1050℃。

14、優(yōu)選地，步驟s4中，氫氣流量為140~160?l/min。

15、優(yōu)選地，所述硅外延爐為平板式多片硅外延爐。

16、優(yōu)選地，所述硅襯底片的晶向為<111>，直徑為125~200?mm，電阻率為0.001~0.005ω·cm，氧含量為8~12?ppma。

17、本發(fā)明的另一方面提供一種可減少邊緣微裂紋缺陷的硅外延片，采用上述的制備方法制備得到。

18、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

19、本發(fā)明的可減少邊緣微裂紋缺陷的硅外延片的制備方法，首先對硅外延爐的反應(yīng)腔體及石墨基座進(jìn)行刻蝕及包硅處理，以優(yōu)化外延層的生長表面，提高外延層的質(zhì)量，提升工藝效率，然后將硅襯底片放入石墨基座中，進(jìn)行硅外延層的生長，并精確調(diào)控獲得了適用于厚度為50~120μm的硅外延層生長的生長速率，該生長速率范圍可在保證不產(chǎn)生微裂紋缺陷的前提下大大縮短工藝時間，提高厚層硅外延片的工業(yè)化批量生產(chǎn)的產(chǎn)能；進(jìn)一步地，還增加了初始生長階段，初始生長階段采用較小的三氯氫硅流量，較小的生長速率，以緩解應(yīng)力，避免因直接高速生長出現(xiàn)應(yīng)力累積，導(dǎo)致裂片。

20、本發(fā)明的可減少邊緣微裂紋缺陷的硅外延片的制備方法，通過綜合設(shè)計厚層硅外延層所需的包硅時間、放片溫度、生長溫度、生長速率等參數(shù)，減少了厚層硅外延片邊緣出現(xiàn)微裂紋缺陷的概率，在工藝簡單、可批量重復(fù)的情況下實現(xiàn)了直徑125~200?mm、目標(biāo)硅外延層厚度50~120?μm的硅外延片的制備和批量化生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種可減少邊緣微裂紋缺陷的硅外延片的制備方法，其特征在于：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：

10.一種可減少邊緣微裂紋缺陷的硅外延片，采用如權(quán)利要求1-9中任一項所述的制備方法制備得到。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種可減少邊緣微裂紋缺陷的硅外延片及其制備方法，包括：對反應(yīng)腔體及石墨基座刻蝕；對石墨基座包硅；片坑內(nèi)放入硅襯底片；反應(yīng)腔體通入氫氣和三氯氫硅，進(jìn)行硅外延層生長，初始三氯氫硅流量為4~6?g/min，初始生長速率為0.9~1.1μm/min，生長1~2?min后，調(diào)節(jié)三氯氫硅流量為10~12?g/min，硅外延層生長速率為1.8~2.0μm/min，至目標(biāo)厚度達(dá)成。該制備方法調(diào)控包硅時間、放片溫度、生長溫度、生長速率等參數(shù)，減少厚層硅外延片邊緣出現(xiàn)微裂紋缺陷的概率，工藝簡單、可批量重復(fù)，實現(xiàn)了直徑125~200?mm、目標(biāo)硅外延層厚度50~120μm的硅外延片的制備和批量生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：李明達(dá),龔一夫,秦濤,郭寶琛,劉云,劉奇,圖布新,白春磊,朱建國,傅穎潔,王亞倞,彭永純
受保護(hù)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：2025/1/2