CN101165225B - 一种ic片外延的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种IC片外延的工艺方法，它应用于双极和MOS IC(集成电路)的外延层的生长。本方法以三氯氢硅为硅源，二氧化硅为基片，生长炉内的压力为常压，其生产工艺过程为先对外延前的IC片进行表面处理、然后在生长炉中生长外延层，外延工艺采用的高温高流量外延工艺生长外延层，其工艺参数为：通入HCl抛光，HCl抛光温度为1190℃，HCl的流量为1升/分钟，抛光时间为1分钟；外延生长温度为1190℃，主氢流量为160升/分。本发明所提出的工艺方法，结合了常压和减压工艺的双重特点，不但能够减小IC图形片漂移和畸变，而且工艺简单，生产效率高，外延后表面状态好。同时减少设备备件的损耗。

Description

一种IC片外延的工艺方法

技术领域

本发明涉及一种集成电路产品(英文缩写为IC)的生产方法，尤其是涉及一种集成电路片外延的工艺方法。

背景技术

IC外延片是制造半导体元件产品的基础。外延工艺在互补金属氧化物半导体(CMOS)产品的制作中具有最大的应用领域，并被IC制造商用于制造不可恢复器件，包括生产微处理器和逻辑芯片以及存储器应用方面的闪速存储器和DRAM(动态随机存取存储器)。目前，200mm晶片中，外延片占1/3。从提高硅集成电路的速度和它的集成度看，在发展适用于深亚微米乃至纳米电路的硅外延技术中，制备高质量硅外延材料是关键，因此IC外延片在所有外延片中所占的比例将越来越大，预计到2008年，6寸以上的IC用外延片将达到80％以上。

但是IC外延的技术存在以下难点：硅单晶中氧的沉淀将产生微缺陷，目前集成电路的线条宽度已达到0.1微米以下，如果缺陷的直径大小为1微米或者是0.5微米，一个电路片上有一个这样的缺陷就会导致此区域失效，因此集成电路的成品率受到了严重的影响。东芝陶瓷信越半导体、MEMC电子材料公司、瓦克Siltronic公司等晶片制造商已提出若干新的外延工艺以解决COP(晶体的原生粒子缺陷)和吸杂问题，同时要努力降低成本和提高产量。另一方面，在生产外延片的过程中，如果工艺控制不当，会使IC图形片产生漂移和畸变，IC图形片漂移和畸变是两个不同概念，它是IC外延中的重要控制点和难点。

在IC外延淀积的工艺中，所选用的基本的化学原料有四氯化硅(SiCl₄)、三氯氢硅(SiHCl₃)、二氯二氢硅(SiH₂Cl₂)和硅烷(SiH₄)四种。硅烷(SiH₄)对减小图形畸变最好，一方面硅烷中不含Cl，另一方面硅烷的外延过程是歧化反应，温度较低。但硅烷的价格比较昂贵，而且硅烷易于分解和自燃，生产过程中存在着很大的危险。SiH₂Cl₂控制图形片漂移和畸变的效果也很明显，但一般只能用于减压工艺的生产过程。

四氯化硅(SiCl₄)作为硅源，其外延温度高，产生的图形畸变较三氯氢硅(SiHCl₃)小，但四氯化硅的缺点是外延速率太低，影响生产效率。如果提高三氯氢硅的外延温度也可减小了图形畸变。现在使用较多的是以三氯氢硅为硅源。

现有技术中以三氯氢硅为硅源，控制IC图形片漂移和畸变的方法是：

1、对外延前的IC片进行表面处理：外延前用HF(氟化氢)酸稀释液腐蚀二氧化硅。

2、将上述经过腐蚀的外延片放入生长炉中生长外延层。首先在一定的温度下(一般为1190℃)通入HCl抛光，然后在一定温度下生长外延层。

上述外延层的生长工艺，分为常压工艺和减压工艺两种。目前IC图形片的常压生长工艺参数条件为：

抛光温度为1190℃，HCl通入量为1升/分钟，时间1分钟；其他常规产品外延温度是1150℃，外延生产过程中通入氢气，氢气流量为60升/分。如果将外延温度提高到1230℃，可以减小IC图形片的漂移和畸变程度，会获得比较好的结果。因此现有IC产品生长温度一般为1230℃。但是其生长速率很低，一般在0.5微米/分；而常规产品外延生长时速率为1.5微米/分。

目前IC图形片的减压生长工艺参数条件为：

一般反应室压力在0.1个大气压，硅源用的是SiH₂Cl₂，生长温度1050℃，生长速率1微米/分。减压工艺控制IC图形片的漂移和畸变程度比较理想，但减压工艺的生产成本较高，而且对原材料的需求也很高，尤其是外延后的表面颗粒(硅片表面因为生长过程中引入的表面突起)很难保证。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种以三氯氢硅为硅源的、能够减小IC图形片漂移和畸变的一种常压外延工艺。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

以三氯氢硅为硅源，二氧化硅为基片，生长炉内的压力为常压。制造外延片的外延工艺为：

1、对外延前的IC片进行表面处理。

在外延前，对IC片表面进行处理，即用氟化氢酸稀释液腐蚀二氧化硅表面，然后去离子水冲洗，甩干。腐蚀所用的氟化氢酸稀释液的配比为：浓度为49％的HF酸和去离子水按1∶20的比例混合。

2、采用的高温高流量外延工艺生长外延层，本工艺方法的工艺参数设定如下：

通入HCl抛光，抛光温度为1190℃，HCl的流量为1升/分钟，抛光时间为1分钟；

外延温度为1190℃，主氢流量为160升/分。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明所提出的工艺方法，结合了常压和减压工艺的双重特点，不但能够减小IC图形片漂移和畸变，而且工艺简单，生产效率高。

本发明的方法采用的是常压工艺，所以其生产成本低，外延后表面状态好。使用本工艺方法后，外延片的生长速率为1.5微米/分。生长速率较快，生产效率高。

本发明的生长温度比常规的IC图形片常压生长工艺低40℃，能极大减少注入到衬底图形内的掺杂杂质的外扩，同时减少设备备件的损耗。

主氢流量采用160升/分的高流量(常规生长主氢流量为60升/分)，加大了生长时硅片表面滞留层的流速，减少气氛中硅原子的碰撞几率，进而减少生长时造成的图形飘移和畸变，起到了相当于减压的效果。

本发明的方法还找到了合适的氟化氢酸腐蚀溶液的配比。如果HF酸稀释液配比不当，就会造成过重的侧腐蚀。过浓的稀释液易造成图形畸变，过稀不但使腐蚀时间加长而且会出现腐蚀不均匀现象。另外腐蚀完之后的清洗也对图形畸变有较大的影响，因为残留在图形中的HF酸在加热过程中会增加图形畸变的程度。

经过用本发明的高温高流量工艺制得的产品图形与常规的常压、减压工艺所得到的产品图形进行对比，采用高温高流量工艺外延后所得到的图形的畸变量明显减少，图形清晰度很强，这对于IC片后续的加工工序提供了强有力的对准保证。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明：

1、衬底要求

客户提供的作过埋层工艺有图形的硅片；

2、外延参数

外延层电阻率38±8％Ω·cm，外延层厚度13±5％μm。

3、采用的外延设备

采用美国ASM公司E2000型外延炉，单片生长。

4、工艺过程

(1)对外延前的IC片进行表面处理：

在外延前，对IC片表面进行处理，即用氟化氢酸稀释液腐蚀二氧化硅表面，然后去离子水冲洗，甩干。腐蚀所用的氟化氢酸稀释液的配比为：浓度为49％的HF酸和去离子水按1∶20的比例混合。

(2)I C硅片→入炉(反应室)→900℃高温予处理→1190℃高温热处理→1190℃HCl(高纯)抛光→通PH3及硅源生长→降温到900℃→出炉。

本工艺方法的工艺参数设定如下：

通入HCl抛光，抛光温度为1190℃，HCl的流量为1升/分钟，抛光时间为1分钟；外延温度为1190℃，主氢流量为160升/分。

Claims (3)

1.一种IC片外延的工艺方法，本方法以三氯氢硅为硅源，二氧化硅为基片，生长炉内的压力为常压，其生产工艺过程为先对外延前的IC片进行表面处理、然后在生长炉中生长外延层，其特征在于：外延工艺采用的高温高流量外延工艺生长外延层，其工艺参数设定如下：

通入HCl抛光，HCl抛光温度为1190℃，HCl的流量为1升/分钟，抛光时间为1分钟；

外延生长温度为1190℃，主氢流量为160升/分。

2.根据权利要求1所述的一种IC片外延的工艺方法，其特征在于所述外延前对IC片表面进行处理的步骤是：用的氟化氢酸稀释液腐蚀二氧化硅表面，然后去离子水冲洗，甩干。

3.根据权利要求2所述的一种IC片外延的工艺方法，其特征在于所述腐蚀所用的氟化氢酸稀释液的配比为：浓度为49％的HF酸和去离子水按1∶20的比例混合。