專利名稱：用于硅外延層生長(zhǎng)的有源氣體流量控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于半導(dǎo)體集成電路制造工藝中的氣體流量控制裝 置，特別是涉及一種用于硅外延層生長(zhǎng)的有源氣體流量控制裝置。
背景技術(shù)：
硅外延在CM0S、 BiCMOS和射頻集成電路中有著廣泛的應(yīng)用，硅外延 層的厚度對(duì)半導(dǎo)體器件的性能具有很大的影響。外延層的厚度受外延室的 狀態(tài)和有源氣體供給的影響，其中外延室的狀態(tài)可以通過對(duì)外延室的預(yù)處 理加以穩(wěn)定。參見圖1，當(dāng)有源氣體(SiHC13、 PH3、 B2H6、 H2等)從排氣 旁路排走時(shí)，三通閥A和有源氣體質(zhì)量流量計(jì)MFC之間的管路中氣壓PI 必須大于三通閥A和外延生長(zhǎng)室內(nèi)之間的氣壓P2，以便有源氣體從排氣 旁路切換到外延生長(zhǎng)室時(shí)氣體沒有返流。 一般情況下，在排氣旁路中使用 節(jié)流閥或減壓器B控制氣壓Pl，此時(shí)氣壓PI會(huì)很容易受到泵抽速能力和 H2流量的大小的影響。氣壓P1的大小會(huì)改變?nèi)ㄩyA和有源氣體質(zhì)量流 量計(jì)MFC之間的有源氣體摩爾量，從而影響有源氣體從排氣旁路切換并進(jìn) 入到外延生長(zhǎng)室的實(shí)際量。當(dāng)氣壓P1大時(shí)，進(jìn)入外延生長(zhǎng)室的有源氣體 則多；當(dāng)氣壓P1小時(shí)，進(jìn)入外延生長(zhǎng)室的有源氣體則少。而氣壓P1的大 小決定了外延生長(zhǎng)初始階段的生長(zhǎng)速率，從而影響了總體外延層的厚度。 一般情況下，由于有源氣體從排氣旁路切換到外延生長(zhǎng)室時(shí)，有源氣體供 給會(huì)不穩(wěn)定，導(dǎo)致開始生長(zhǎng)時(shí)的生長(zhǎng)速率不穩(wěn)定，從而對(duì)總體外延層的厚度，特別當(dāng)厚度小于1微米的薄硅外延層的控制產(chǎn)生很大的影響。
使用普通減壓器控制氣壓P1的缺點(diǎn)有1、氣壓P1會(huì)受泵抽速能力 的影響；2、人為調(diào)節(jié)減壓器時(shí)容易發(fā)生操作失誤；3、普通減壓器發(fā)生故 障時(shí)無法報(bào)警等。
另外，由于不同外延工藝具有不同的工藝壓力，普通減壓器很難兼顧 不同外延工藝對(duì)氣壓Pl的要求，而且人為操作減壓器時(shí)容易發(fā)生誤操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于硅外延層生長(zhǎng)的有源氣體 流量控制裝置，它可以有效控制有源氣體質(zhì)量流量計(jì)與三通閥之間的壓 力，穩(wěn)定外延生長(zhǎng)初始階段的生長(zhǎng)速率，提高外延層的厚度可控性。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的用于硅外延層生長(zhǎng)的有源氣體流量控 制裝置，包括一個(gè)三通閥，所述三通閥與多個(gè)有源氣體質(zhì)量流量計(jì)連接的 氣體管路，所述三通閥與外延生長(zhǎng)室之間連接的氣體管路，所述三通閥與 真空泵之間連接的排氣旁路；其中，在所述排氣旁路中設(shè)置有自動(dòng)壓力控 制裝置，所述自動(dòng)壓力控制裝置由微處理器控制，根據(jù)外延工藝的生長(zhǎng)壓 力，調(diào)節(jié)有源氣體質(zhì)量流量計(jì)與三通閥之間的管路中的氣壓。
由于采用上述結(jié)構(gòu)，預(yù)處理外延生長(zhǎng)室的有益效果是有源氣體質(zhì)量 流量計(jì)與三通閥之間的管路中的氣壓能夠受到實(shí)時(shí)控制，不會(huì)受泵抽速能 力等因素的影響；避免了人為調(diào)節(jié)減壓器時(shí)容易發(fā)生操作失誤的問題；控 制氣壓Pl就達(dá)到了對(duì)三通閥與有源氣體質(zhì)量流量計(jì)出口之間的管路中進(jìn) 入外延生長(zhǎng)室的有源氣體實(shí)際量的控制，這樣就可以控制三通閥切換后瞬 間進(jìn)入外延生長(zhǎng)室的有源氣體實(shí)際量，穩(wěn)定了外延工藝在生長(zhǎng)初始階段的生長(zhǎng)速率，提高了外延層厚度的重復(fù)性。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明 圖1是現(xiàn)有的有源氣體流量控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的有源氣體流量控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
為了穩(wěn)定地控制外延層的厚度、晶體質(zhì)量和摻雜元素的分布，必須嚴(yán) 格控制外延生長(zhǎng)初期的生長(zhǎng)速率，即要求有源氣體供給穩(wěn)定。
本發(fā)明通過控制外延生長(zhǎng)初期有源氣體(SiHC13、 PH3、 B2H6、 H2等) 流入到外延生長(zhǎng)室的實(shí)際供應(yīng)量，來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制外延生長(zhǎng)初期的速率和 總的硅外延層厚度。
如圖2所示，具體實(shí)現(xiàn)的方式是，在現(xiàn)有的有源氣體流量控制裝置 的排氣旁路中設(shè)置一個(gè)自動(dòng)壓力控制裝置。例如，所述自動(dòng)壓力控制裝置 為一電子壓力控制器，該電子壓力控制器與一氣動(dòng)閥C串聯(lián)連接。
所述自動(dòng)壓力控制裝置由微處理器控制，當(dāng)有源氣體從排氣旁路排出 時(shí)，通過微處理器根據(jù)不同外延工藝的生長(zhǎng)壓力(對(duì)于低壓和亞常壓硅外 延生長(zhǎng)工藝來說，外延生長(zhǎng)時(shí)的壓力范圍為5 700托)，調(diào)節(jié)有源氣體質(zhì) 量流量計(jì)與三通閥之間的管路中的氣壓Pl，即有源氣體從排氣旁路排走 時(shí)的氣壓。不同外延工藝生長(zhǎng)時(shí)的壓力不同時(shí)，對(duì)應(yīng)的氣壓P1也會(huì)不同。 通過控制外延生長(zhǎng)初期有源氣體流入到外延生長(zhǎng)室的實(shí)際供應(yīng)量，穩(wěn)定三 通閥A切換到外延生長(zhǎng)室時(shí)的有源氣體供給，穩(wěn)定外延生長(zhǎng)初期的生長(zhǎng)速 率，提高硅外延層厚度可控性。有源氣體質(zhì)量流量計(jì)與三通閥之間的管路中的氣壓Pl，和三通閥A 與外延生長(zhǎng)室內(nèi)之間的氣壓P2的差值可以根據(jù)不同的外延工藝要求、通 過X射線衍射分析外延層的晶體質(zhì)量和擴(kuò)展電阻分析外延層電性分布加 以確定。例如當(dāng)外延工藝的生長(zhǎng)壓力為50托時(shí)，氣壓Pl比氣壓P2大5 10托。
當(dāng)氣壓P1太大時(shí)，外延初期的生長(zhǎng)速率過快可能會(huì)導(dǎo)致外延層和襯 底界面處產(chǎn)生缺陷，外延層的晶體質(zhì)量會(huì)變差，外延層的高分辨X射線衍 射的搖擺曲線半高寬變大，此時(shí)需適當(dāng)降低氣壓P1。
當(dāng)氣壓P1太小時(shí)，有源氣體可能會(huì)從三通閥與外延生長(zhǎng)室之間連接 的氣體管路返流到三通閥與多個(gè)有源氣體質(zhì)量流量計(jì)連接的氣體管路，造 成管路污染；另外，由于外延初期生長(zhǎng)速率過低，可能導(dǎo)致襯底埋層中的 摻雜原子擴(kuò)散嚴(yán)重，影響襯底埋層到外延層的電性分布，此時(shí)需適當(dāng)增大 氣壓P1。
本發(fā)明適用于高溫外延和低溫硅、鍺硅外延，外延生長(zhǎng)時(shí)的溫度范圍 為500 1250°C。
權(quán)利要求
1、一種用于硅外延層生長(zhǎng)的有源氣體流量控制裝置，包括一個(gè)三通閥，所述三通閥與多個(gè)有源氣體質(zhì)量流量計(jì)連接的氣體管路，所述三通閥與外延生長(zhǎng)室之間連接的氣體管路，所述三通閥與真空泵之間連接的排氣旁路；其特征在于，在所述排氣旁路中設(shè)置有自動(dòng)壓力控制裝置，所述自動(dòng)壓力控制裝置由微處理器控制，根據(jù)外延工藝的生長(zhǎng)壓力，調(diào)節(jié)有源氣體質(zhì)量流量計(jì)與三通閥之間的管路中的氣壓。
2、 如權(quán)利要求1所述的用于硅外延層生長(zhǎng)的有源氣體流量控制裝置， 其特征在于所述自動(dòng)壓力控制裝置為一電子壓力控制器，該電子壓力控 制器與一氣動(dòng)閥串聯(lián)連接。
3、 如權(quán)利要求1所述的用于硅外延層生長(zhǎng)的有源氣體流量控制裝置， 其特征在于有源氣體質(zhì)量流量計(jì)與三通閥之間的管路中的氣壓，和三通閥與外延生長(zhǎng)室內(nèi)之間的氣壓的差值根據(jù)不同的外延工藝要求、通過X射線衍射分析外延層的晶體質(zhì)量和擴(kuò)展電阻分析外延層電性分布加以確 定。
4、 如權(quán)利要求1所述的用于硅外延層生長(zhǎng)的有源氣體流量控制裝置，其特征在于對(duì)于高溫外延和低溫硅、鍺硅外延，外延生長(zhǎng)溫度范圍為500 1250°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于硅外延層生長(zhǎng)的有源氣體流量控制裝置，包括一個(gè)三通閥，所述三通閥與多個(gè)有源氣體質(zhì)量流量計(jì)連接的氣體管路，所述三通閥與外延生長(zhǎng)室之間連接的氣體管路，所述三通閥與真空泵之間連接的排氣旁路；在所述排氣旁路中設(shè)置有自動(dòng)壓力控制裝置，所述自動(dòng)壓力控制裝置由微處理器控制，根據(jù)外延工藝的生長(zhǎng)壓力，調(diào)節(jié)有源氣體質(zhì)量流量計(jì)與三通閥之間的管路中的氣壓。本發(fā)明可以有效控制有源氣體質(zhì)量流量計(jì)到三通閥之間的壓力，穩(wěn)定外延生長(zhǎng)初始階段的生長(zhǎng)速率，提高外延層的厚度可控性。
文檔編號(hào)C30B25/16GK101451267SQ20071009436
公開日2009年6月10日 申請(qǐng)日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者徐偉中 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司