CN101335236B - 利用桶式外延炉进行bicmos电路的埋层外延方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用桶式外延炉进行埋层外延用于制作BICMOS电路的制备方法，属于微电子技术领域。具体地说是一种利用桶式外延炉来制备BICMOS原材料的新工艺，新制备方法。这种新型制备方法相比于通常单片炉制备方法不但能满足BICMOS电路制作的高要求，而且具有高产量、低成本等优点。

Description

利用桶式外延炉进行BICMOS电路的埋层外延方法

技术领域

本发明涉及一种利用桶式外延炉来制备BICMOS原材料的新工艺、新型制备方法，属于微电子学中半导体材料的制造工艺。

背景技术

近几年来，随着混合微电子技术的快速发展及其应用领域的不断扩大，特别是在通信行业、计算机系统高速发展和应用领域，电子和通信业界对于现代电子元器件(例如大规模集成电路，既VLSI)、电路小型化、高速度、低电源电压、低功耗和提高性价比等方面的要求越来越高。传统的双极技术虽然具有高速、电流驱动能力强和模拟精度高等优点，但其功耗和集成度却不能适应现代VLSI技术的发展需要。而一直作为硅集成电路主要技术平台的MOS器件及其电路虽在高集成度、低功耗、强抗干扰能力等方面有着双极电路无法比拟的优势，但在高速、大电流驱动场合却无能为力。可见无论是单一的CMOS，还是单一的双极技术都无法满足VLSI系统多方面性能的要求，因此融合了两种技术优势的BICMOS器件及其电路便是VLSI发展的必然产物。

双极、CMOS和BiCMOS超大规模集成电路对外延材料的需求有增无减，外延层变得越来越薄，参数越来越严格，并要求有足够的平滑区和陡峭的过渡区。特别是BICMOS对外延参数的要求很高，通常外延厚度和电阻率片内均匀性要求达到3％以内，并且过渡区的宽度也要求在0.5um左右。因此，外延厂家一般均选择单片式外延炉进行加工。

单片式外延炉具有良好的系统气密性，使用单片式外延炉生产的硅外延材料具有良好的厚度和电阻率均匀性，并且具有良好的外观质量，能满足BICMOS埋层外延的严格要求；而桶式外延炉则具有较高的产能，以150mm外延片为例，一般一次可以同时对15片硅片进行外延生长，其产能大大高于单片式外延炉。但其厚度和电阻率均匀性的控制以及外延表观质量都要略逊于单片式外延炉。

发明内容

现有技术中的应用桶式外延炉方法的缺点在于：得到的外延片厚度和电阻率均匀性较差，本发明的目的是提供一种利用桶式外延炉来制备BICMOS原材料的新工艺、新型制备方法。

本发明的方法在于利用桶式外延炉，调整相关的工艺参数，在图形片上再生长外延层。本发明通过对外延工艺参数的调整，制备的BICMOS外延原材料其各项特性能接近或等同于单片式外延炉制备的BICMOS外延原材料，其特征在于控制生长温度、SiH₂Cl₂的流量、掺杂源流量等而得到满足BICMOS制作要求的电阻率和厚度及其均匀性，而且产量高、成本低，能带来更多的企业和社会效益。

一种利用桶式外延炉制备BICMOS原材料的方法，包括如下步骤：

采用60～100Torr减压外延生长工艺，得到满足BICMOS要求的陡峭的过渡区宽度0.5～0.8um；

在1000℃～1200℃，采用氯化氢HCl对外延前图形片进行腐蚀，得到适于后继处理的表面状态；

在1000℃～1200℃，采用SiH₂Cl₂进行外延生长。

如上所述的方法，还包括具体是：

在1000℃～1200℃，SiH₂Cl₂的流量在700～800L/min进行外延生长，掺杂源在150～180mL/min；

在1000℃～1200℃间，外延生长速率在0.1～0.5um/min。

如上所述的方法，其特征在于：

外延片厚度片内均匀性在3％以内；

外延片厚度炉次间重复性在4％以内；

外延片电阻率片内均匀性在3％以内；

外延片电阻率炉次间重复性在4％以内；

外延片过渡区宽度在0.5um。

本发明的方法中，采用桶式外延炉，主要进行以下方面的控制：

1.良好的表面状态：

在生长外延前，外延腔体内通过入HCl(流量1～5L/min，腐蚀时间一般在2～5min)对硅片表面进行表面腐蚀，从而达到较好的表面状态，满足BICMOS对表面质量的要求；

2.外延生长：

外延生长时，调整SiH₂Cl₂流量(700～800L/min)，掺杂源(磷或硼)流量(150～180mL/min)，在高温(1000℃～1200℃)下，以一定的生长速率(0.1～0.5um/min)进行外延层的生长，得到BICMOS原材料；

3.电阻率、厚度均匀性控制：

通过对外延设备的主氢流量(90～180L/min)、旋转氢流量(10～50L/min)、JET(喷嘴)位置和BMV刻度以及外延生长温度等的调整来对厚度和电阻率均匀性进行良好的控制；，使得厚度和电阻率片内均匀性达到3％以内，炉次间的重复性达到4％以内；

4.图形漂移和图形畸变的改善：

通过减压生长方法，(真空度达到60～100Torr)，生长温度(1000℃～1200℃)和生长速率(0.1～0.5um/min)的控制，改善图形漂移和图形畸变；

5.过渡区控制：

采用减压外延生长的方法，获得陡峭的过渡区，图1是在桶式炉上进行减压生长和常压生长时过渡区的比较，图1中用“常压”标示的SRP曲线为常压外延生长，过渡区宽度约在1.5um左右，而用“减压”标示的则为减压外延生长，过渡区宽度约在0.5um左右，说明通过显示了减压外延生长可以得到陡峭的过渡区，满足BICMOS的过渡区宽度要求。

采用本发明的方法得到的效果是：利用桶式外延炉上进行BICMOS的埋层外延，不仅得到了较高的产能，更能得到与单片式外延炉媲美的外延特性。

附图说明

图1显示采用桶式外延炉进行BICMOS外延生长时，减压生长和常压生长时过渡区的比较。

图2是采用桶式外延炉减压生长得到的N型外延的BICMOS材料的结构示意图。

图3是采用桶式外延炉减压生长得到的本征外延的BICMOS材料的结构示意图。

具体实施方式

下述实施例将有助于理解本发明，但并不限制本发明。

实施例1：利用桶式外延炉，在图形片(P型衬底上形成PMOS，NMOS，NPN结)上减压生长N型外延层，得到N型外延的BICMOS原材料。

首先以一定速率(50～70℃/分钟)逐步将桶式外延炉升温至外延生长温度(1000℃～1200℃)；

接着通入HCl(流量1～5L/min，腐蚀时间2～5min)对图形片进行腐蚀，控制腐蚀去除量，以得到较好的适于后继处理的表面状态；

然后对腔体进行抽真空，使得真空度达到60～100Torr，满足减压外延生长要求；

再通入700～800L/min的SiH₂Cl₂和150～180mL/min的掺杂源PH₃，以0.1～0.5um/min的生长速率进行外延，通过对外延设备的主氢流量(90～180L/min)、旋转氢流量(10～50L/min)、JET(喷嘴)位置和BMV刻度以及外延生长温度等的调整，使得外延厚度和外延电阻率的分布均匀；

最后在达到设定的厚度后以一定速度降温后得到外延片即BICMOS的原材料。图2为N型外延的BICMOS材料。

同时，通过本发明的方法减压生长以及对外延生长温度和速率的控制，改善了图形漂移和图形畸变，并且满足了BICMOS对过渡区宽度的要求。

实施例2：利用桶式外延炉，在图形片(P型衬底上形成NMOS和NPN结)上减压生长本征外延层，得到本征外延的BICMOS原材料。

首先以一定速率(50～70℃/分钟)逐步将桶式外延炉升温至外延生长温度(1000℃～1200℃)；

接着通入HCl(流量1～5L/min，腐蚀时间2～5min)对图形片进行腐蚀，控制腐蚀去除量，以得到较好的表面状态；

然后对腔体进行抽真空，使得真空度达到60～100Torr，满足减压外延生长要求；

再通入700～800L/min的SiH₂Cl₂，以0.1～0.5um/min的生长速率进行本征外延，通过对外延设备的主氢流量(90～180L/min)、旋转氢流量(10～50L/min)、JET(喷嘴)位置和BMV刻度以及外延生长温度等的调整，使得外延厚度和外延电阻率的分布均匀；

最后在达到设定的厚度后以一定速度降温后得到外延片即BICMOS的原材料。图3为本征外延的BICMOS材料。

同时，通过减压生长以及对外延生长温度和速率的控制，改善了图形漂移和图形畸变，并且满足了BICMOS对过渡区宽度的要求。

Claims (3)

1.一种利用桶式外延炉制备BICMOS原材料的方法，特征在于包括如下步骤：

(1)采用60～100Torr减压外延生长工艺，在1000℃～1200℃下，SiH₂Cl₂的流量为700～800L/min，且掺杂源流量为150～180mL/min的生长条件下，得到满足BICMOS要求的陡峭的过渡区宽度0.5～0.8um；

(2)在1000℃～1200℃，采用氯化氢HCl对外延前图形片进行腐蚀，得到适于后继处理的表面状态；

(3)在1000℃～1200℃，采用SiH₂Cl₂进行外延生长。

2.如权利要求1所述的方法，特征在于具体是：

(i)在1000℃～1200℃间，外延生长速率在0.1～0.5um/min。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

(1)外延片厚度片内均匀性在3％以内；

(2)外延片厚度炉次间重复性在4％以内；

(3)外延片电阻率片内均匀性在3％以内；

(4)外延片电阻率炉次间重复性在4％以内；

(5)外延片过渡区宽度在0.5um。

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