專利名稱：用于硅外延層生長的有源氣體流量控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于半導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的有源氣體流量控制裝置。
背景技術：
硅外延在CM0S、 BiCMOS和射頻集成電路中有著廣泛的應用，硅外延 層的厚度對半導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)可以通過對外延室的預處 理加以穩(wěn)定。參見圖1，當有源氣體(SiHC13、 PH3、 B2H6、 H2等)從排氣 旁路排走時，三通閥A和有源氣體質(zhì)量流量計MFC之間的管路中氣壓PI 必須大于三通閥A和外延生長室內(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室時氣體沒有返流。 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，此時氣壓PI會很容易受到泵抽速能力和 H2流量的大小的影響。氣壓P1的大小會改變?nèi)ㄩyA和有源氣體質(zhì)量流 量計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 入到外延生長室的實際量。當氣壓P1大時，進入外延生長室的有源氣體 則多；當氣壓P1小時，進入外延生長室的有源氣體則少。而氣壓P1的大 小決定了外延生長初始階段的生長速率，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室時，有源氣體供 給會不穩(wěn)定，導致開始生長時的生長速率不穩(wěn)定，從而對總體外延層的厚度，特別當厚度小于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的缺點有1、氣壓P1會受泵抽速能力 的影響；2、人為調(diào)節(jié)減壓器時容易發(fā)生操作失誤；3、普通減壓器發(fā)生故 障時無法報警等。
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 不同外延工藝對氣壓Pl的要求，而且人為操作減壓器時容易發(fā)生誤操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種用于硅外延層生長的有源氣體 流量控制裝置，它可以有效控制有源氣體質(zhì)量流量計與三通閥之間的壓 力，穩(wěn)定外延生長初始階段的生長速率，提高外延層的厚度可控性。
為解決上述技術問題，本發(fā)明的用于硅外延層生長的有源氣體流量控 制裝置，包括一個三通閥，所述三通閥與多個有源氣體質(zhì)量流量計連接的 氣體管路，所述三通閥與外延生長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置有自動壓力控 制裝置，所述自動壓力控制裝置由微處理器控制，根據(jù)外延工藝的生長壓 力，調(diào)節(jié)有源氣體質(zhì)量流量計與三通閥之間的管路中的氣壓。
由于采用上述結構，預處理外延生長室的有益效果是有源氣體質(zhì)量 流量計與三通閥之間的管路中的氣壓能夠受到實時控制，不會受泵抽速能 力等因素的影響；避免了人為調(diào)節(jié)減壓器時容易發(fā)生操作失誤的問題；控 制氣壓Pl就達到了對三通閥與有源氣體質(zhì)量流量計出口之間的管路中進 入外延生長室的有源氣體實際量的控制，這樣就可以控制三通閥切換后瞬 間進入外延生長室的有源氣體實際量，穩(wěn)定了外延工藝在生長初始階段的生長速率，提高了外延層厚度的重復性。


下面結合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明 圖1是現(xiàn)有的有源氣體流量控制裝置結構示意圖； 圖2是本發(fā)明的有源氣體流量控制裝置結構示意圖。
具體實施例方式
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 格控制外延生長初期的生長速率，即要求有源氣體供給穩(wěn)定。
本發(fā)明通過控制外延生長初期有源氣體(SiHC13、 PH3、 B2H6、 H2等) 流入到外延生長室的實際供應量，來實現(xiàn)穩(wěn)定控制外延生長初期的速率和 總的硅外延層厚度。
如圖2所示，具體實現(xiàn)的方式是，在現(xiàn)有的有源氣體流量控制裝置 的排氣旁路中設置一個自動壓力控制裝置。例如，所述自動壓力控制裝置 為一電子壓力控制器，該電子壓力控制器與一氣動閥C串聯(lián)連接。
所述自動壓力控制裝置由微處理器控制，當有源氣體從排氣旁路排出 時，通過微處理器根據(jù)不同外延工藝的生長壓力(對于低壓和亞常壓硅外 延生長工藝來說，外延生長時的壓力范圍為5 700托)，調(diào)節(jié)有源氣體質(zhì) 量流量計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 時的氣壓。不同外延工藝生長時的壓力不同時，對應的氣壓P1也會不同。 通過控制外延生長初期有源氣體流入到外延生長室的實際供應量，穩(wěn)定三 通閥A切換到外延生長室時的有源氣體供給，穩(wěn)定外延生長初期的生長速 率，提高硅外延層厚度可控性。有源氣體質(zhì)量流量計與三通閥之間的管路中的氣壓Pl，和三通閥A 與外延生長室內(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)量和擴展電阻分析外延層電性分布加 以確定。例如當外延工藝的生長壓力為50托時，氣壓Pl比氣壓P2大5 10托。
當氣壓P1太大時，外延初期的生長速率過快可能會導致外延層和襯 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，此時需適當降低氣壓P1。
當氣壓P1太小時，有源氣體可能會從三通閥與外延生長室之間連接 的氣體管路返流到三通閥與多個有源氣體質(zhì)量流量計連接的氣體管路，造 成管路污染；另外，由于外延初期生長速率過低，可能導致襯底埋層中的 摻雜原子擴散嚴重，影響襯底埋層到外延層的電性分布，此時需適當增大 氣壓P1。
本發(fā)明適用于高溫外延和低溫硅、鍺硅外延，外延生長時的溫度范圍 為500 1250°C。
權利要求
1、一種用于硅外延層生長的有源氣體流量控制裝置，包括一個三通閥，所述三通閥與多個有源氣體質(zhì)量流量計連接的氣體管路，所述三通閥與外延生長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置有自動壓力控制裝置，所述自動壓力控制裝置由微處理器控制，根據(jù)外延工藝的生長壓力，調(diào)節(jié)有源氣體質(zhì)量流量計與三通閥之間的管路中的氣壓。
2、 如權利要求1所述的用于硅外延層生長的有源氣體流量控制裝置， 其特征在于所述自動壓力控制裝置為一電子壓力控制器，該電子壓力控 制器與一氣動閥串聯(lián)連接。
3、 如權利要求1所述的用于硅外延層生長的有源氣體流量控制裝置， 其特征在于有源氣體質(zhì)量流量計與三通閥之間的管路中的氣壓，和三通閥與外延生長室內(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)量和擴展電阻分析外延層電性分布加以確 定。
4、 如權利要求1所述的用于硅外延層生長的有源氣體流量控制裝置，其特征在于對于高溫外延和低溫硅、鍺硅外延，外延生長溫度范圍為500 1250°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于硅外延層生長的有源氣體流量控制裝置，包括一個三通閥，所述三通閥與多個有源氣體質(zhì)量流量計連接的氣體管路，所述三通閥與外延生長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置有自動壓力控制裝置，所述自動壓力控制裝置由微處理器控制，根據(jù)外延工藝的生長壓力，調(diào)節(jié)有源氣體質(zhì)量流量計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)量流量計到三通閥之間的壓力，穩(wěn)定外延生長初始階段的生長速率，提高外延層的厚度可控性。
文檔編號C30B25/16GK101451267SQ20071009436
公開日2009年6月10日 申請日期2007年11月30日 優(yōu)先權日2007年11月30日
發(fā)明者徐偉中 申請人:上海華虹Nec電子有限公司