[發(fā)明專利]重?fù)缴橐r底上外延層過渡區(qū)的控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710061684.6
• 申請(qǐng)日: 2007-04-11
• 公開（公告）號(hào): CN101110356A
• 公開（公告）日: 2008-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙麗霞;袁肇耿;陳秉克;薛宏偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北普興電子科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/205
• 分類號(hào): H01L21/205;H01L21/30;H01L21/302
• 代理公司: 石家莊國為知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所
• 代理人: 張明月

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種硅外延片的制造技術(shù)，尤其是指一種重?fù)缴橐r底上外延層過渡區(qū)的控制方法。

背景技術(shù)

目前重?fù)缴橐r底硅外延技術(shù)在電子器件的制造中應(yīng)用越來越廣泛，其應(yīng)用范圍涉及到肖特基二極管、三極管、VDMOS、變?nèi)荻O管、汽車電子、IGBT等方面。電子元器件廠家為了提高管芯成品率，都需要對(duì)重?fù)缴橐r底硅外延片的一致性和外延層的過渡區(qū)進(jìn)行嚴(yán)格控制。

在化學(xué)氣相沉積過程中，不可避免的會(huì)有雜質(zhì)出現(xiàn)，外延片和襯底之間的過渡區(qū)內(nèi)雜質(zhì)分布的陡峭程度，會(huì)影響外延片的質(zhì)量和電參數(shù)。制造過渡區(qū)內(nèi)雜質(zhì)濃度梯度陡峭的薄外延層是非常困難的，各個(gè)廠家不斷追求制造雜質(zhì)分布梯度陡峭的過渡區(qū)的方法。在實(shí)際工藝生產(chǎn)過程中，不但要根據(jù)電器元件的設(shè)計(jì)要求，精確控制由于加熱爐的加熱體等造成的系統(tǒng)沾污對(duì)外延層電參數(shù)的影響，而且還要設(shè)法減小外延沉積過程中的自摻雜，即減少過渡區(qū)的雜質(zhì)含量，控制雜質(zhì)的分布梯度。

目前，外延廠家已經(jīng)成熟的重?fù)缴橐r底的硅外延工藝是被稱為“兩步外延法”的工藝。“兩步外延法”即是先在重?fù)缴橐r底上生長出一層本征外延層，然后向爐內(nèi)通入大流量的氫氣進(jìn)行趕氣，趕氣后再生長余下的外延層，直到達(dá)到要求的厚度。其基本步驟如下：

1.將襯底裝爐、升溫至1000～1200℃，然后通入氯化氫拋光

此步是在高溫下用HCl腐蝕襯底，對(duì)襯底起到拋光作用，并有益于即將生長的外延層的晶格結(jié)構(gòu)的改善。

2.用大流量H₂沖洗

在加熱爐內(nèi)通入大流量氫氣，從而對(duì)襯底和鐘罩進(jìn)行沖洗、趕氣，使吸附在晶片、基座表面及滯留在附面層中的雜質(zhì)被主氣流帶走。

3.生長第一層本征外延層

利用化學(xué)氣相沉積技術(shù)在襯底上生長第一層本征外延層。第一層本征外延層對(duì)晶片表面起到封閉作用，阻止襯底中的雜質(zhì)進(jìn)一步向外揮發(fā)。一般本征外延層的厚度可根據(jù)外延層電阻率的要求而確定。

4??第二次大流量H₂沖洗

再次向爐內(nèi)通入大流量的氫氣，對(duì)鐘罩、基座、襯底以及襯底上的本征外延層進(jìn)行沖洗、趕氣，使吸附在晶片、基座表面及滯留在外延層附面層中的雜質(zhì)進(jìn)一步被主氣流帶走。

5??進(jìn)行第二階段的生長，直到外延層的厚度達(dá)到要求。

現(xiàn)有的“兩步外延法”工藝的缺點(diǎn)與不足在于：

首先，高溫下的HCl腐蝕雖然能夠?qū)σr底進(jìn)行拋光，并對(duì)改善晶格結(jié)構(gòu)有益，但其也存在不足之處：HCl拋光的同時(shí)也要產(chǎn)生一些副產(chǎn)物，而且在高溫下拋光時(shí)還要使襯底的表面剝?nèi)ヒ粚樱赃@些副產(chǎn)物及襯底中的雜質(zhì)會(huì)有一部分進(jìn)入氣相沉積的氣氛中，從而影響第一步生成的本征外延層即過渡層的雜質(zhì)含量。

其次，在第一步生長的本征外延層內(nèi)出現(xiàn)高電阻夾層的風(fēng)險(xiǎn)比較大。在生長中重?fù)缴橐r底中的As摻雜劑會(huì)向外擴(kuò)散，很難對(duì)其進(jìn)行控制，從而極有可能使本征外延層出現(xiàn)高電阻層。

另外，這種工藝雖然能較大的提高外延層的均勻性，但是通過試驗(yàn)，其電阻率均勻性最好也只能達(dá)到4％，無法再進(jìn)一步提高；這個(gè)結(jié)果對(duì)于要求薄層高阻的外延來說，幾乎不可能達(dá)到，其電阻率均勻性的可控性極差。

第四，這種方法對(duì)于防止縱向自摻雜有效，而對(duì)于防止在界面上的橫向自摻雜則效果不明顯。

常規(guī)的硅外延工藝，過渡區(qū)很長，要想獲得陡峭的過渡區(qū)非常困難。為了抑制自摻雜，得到陡峭的過渡區(qū)和好的電阻率均勻性，一般的工藝中會(huì)采用如下的一些方法，如使用背封襯底、降低生長溫度、生長較厚的本征外延層、延長趕氣時(shí)間、基座包硅等。

上述方法對(duì)控制外延層的陡峭度有一定的作用，但是對(duì)于外延層厚度較薄，或外延層電阻率較高，或襯底電阻率極低的外延，以上方法都很難得到理想的結(jié)果，并且隨著本征外延層厚度的增加，器件的正向?qū)娮枰矔?huì)增加，正向特性變壞；而基座包硅往往會(huì)影響外延片背面、邊緣的粗糙度及平整度，致使邊緣很難通過步進(jìn)光刻機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種即使是在薄層高阻的外延上也可以得到陡峭的過渡區(qū)以及良好的電阻率均勻性硅外延方法。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

它是以兩步外延法工藝為基礎(chǔ)，它包括將硅襯底裝爐、升溫、通入HCl拋光、通入大流量H₂沖洗、通入三氯氫硅用化學(xué)氣相方法生長一層本征外延層，形成硅片，同時(shí)采取以下措施和步驟：

A在生長完第一層本征后，降至870-930℃開爐并取出硅片；

B取出硅片期間，用HCl腐蝕基座；