CN106757324A - 一种硅外延片的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种外延片的制造方法，其技术工艺在于：采用单片常压硅外延设备，首先要选择合适的H2流量、温度和时间来对衬底硅片进行烘烤处理，去除表面的自然氧化层，保证外延前表面质量。第一层外延生长：在高浓度掺杂的衬底表面生长一层不掺杂的本征层，对衬底表面进行包封；控制本征层的生长温度、生长速率和生长时间，以达到理想的包封效果。第二层外延生长：采用SiHCl3作为硅源，加大主H2流量，通入合适流量HCl，以降低生长速率，生长较薄厚度符合器件要求的外延层。

Description

一种硅外延片的制造方法
技术领域
本发明涉及硅外延片，即一种超薄层低阻外延片的制造方法。
背景技术
以SiHCl3为硅源的单片常压外延设备，其生长速率往往大于2μm/min，而针对外延层厚度小于2μm的8英寸超薄层外延，其较快的生长速率导致外延层厚度均匀性差，外延层和衬底的过渡区较宽，减少了外延层的有效厚度，无法满足器件端的需求(器件端需求的理论纵向电阻率分布图如图2所示)。目前针对8英寸硅外延产品小于2μm的薄层外延常采用减压外延或更换其它硅源如硅烷(SiH4)，这些都需要额外增加生产成本，同时降低了常压外延设备的兼容性。
综上所述，有必要设计一种针对微型液压驱动系统的快速高精度的控制方法。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,依据外延工艺自掺杂效应的产生机理、抑制方法以及固态扩散理论，本发明提出了一种新型的外延片的制造方法,与常规外延方法相比较，能够优化外延层厚度和电阻率均匀性,优化衬底和外延层的过渡区宽度。
为达到上述目的，本发明可采用如下技术方案：
一种硅外延片的制造方法,包括以下步骤：
(1)、对基座进行HC1高温处理，去除基座上残余的反应物，并淀积一层本征多晶硅；
(2)、冷却基座后载入衬底硅片
(3)、进行硅片烘烤
(4)、第一层外延生长：在衬底表面生长一层本征层，对衬底表面进行包封；
(5)、第二层外延生长：第二层外延生长时将HCl和TCS同时通入，其中通入0.5-1slm流量的HCl、2-5g流量的TCS和120-180slm流量的H2。
有益效果：本发明的外延片的制造方法,与常规外延方法相比较，能够优化8英寸超薄外延层厚度和电阻率均匀性,优化衬底和外延层的过渡区宽度。尤其是在二层外延生长时将HCl和TCS同时通入，目的是为了降低外延层的生长厚度和抑制硅片的自掺杂效应，对达到上述技术效果起到了关键的作用。
优选的，步骤(2)中，冷却基座至850℃。
优选的，步骤(3)中，烘烤温度1150-1180℃，烘烤的时间40秒，烘烤H2流量120-180slm。
优选的，其特征在于第一层外延生长时选择合适的外延条件是:烘烤温度1150-1180℃，烘烤主H2流量为120-180slm；第一层外延，生长温度1100-1130℃，淀积速率在0.8-1.0μm/min；第二层外延生长时，温度为1100-1130℃，淀积速率在0.4-0.6μm/min。
优选的，第一层外延生长时不加掺杂，第二层掺杂外延生长时H2流量为120-180slm。
优选的，淀积选择为：生长温度1100-1130℃，生长硅源流量2-5g，生长时HCl流量0.5-1slm，生长主H2流量120-180slm。
优选的，衬底片的选择:使用8英寸重掺磷硅抛光片,电阻率≤0.001Ω·cm，该衬底片局部平整度≤l.5m(10mm×10mm)；二氧化硅背封层(LTO)+多晶硅背封层(Poly)背封。
附图说明
图1为8寸薄层外延的工艺流程图；
图2为8寸薄层外延层纵向结构示意图；
图3为ASM E2000反应室结构图；
图4为8寸薄层外延层实测纵向载流子分布图。
具体实施方式
本发明公开了一种外延片的制造方法，优选的适用于8英寸超薄层低阻外延片的制造。
实施例一：
本实施例的一种8英寸超薄层低阻外延片的制造方法包括如下步骤：
本发明采用设备为美国ASM E2000硅外延生长系统，如图3所示，高纯石墨基座作为红外加热体，主要载气H2纯度为99.9999％以上。
反应室清洗：石英钟罩以及反应室中使用的石英零件在进行外延前必须仔细清洗，彻底清除石英钟罩内壁和石英件上的淀积残留物。
第一步：反应室高温处理：每次外延生长之前，石墨基座必须进行HC1高温处理，去除基座上残余的反应物，并淀积一层本征多晶硅。
第二步：冷却反应腔至低温(850℃)，载入衬底硅片。
第三步：升温至1150℃，H2流量100slm，并保持30秒进行硅片烘烤，减少外延层缺陷。
第四步：第一层本征外延层，1100℃，硅源2g，主H2为120slm，淀积速率在0.8μm/min，生长时间7秒。
第五步：温度设定1100℃，H2为120slm，保持10秒进行吹除。
第六步：第二层生长温度1100℃，HCl流量为0.5slm，硅源2g，此时将HCl和硅源同时通入进行生长，主H2为120slm，淀积速率在0.4-0.6μm/min，生长时间82秒。
实施例二
前三步同实施例一所述。
第四步：第一层本征外延层，1120℃，硅源3g，主H2为150slm，淀积速率在0.8μm/min，生长时间7秒。
第五步：温度设定1130℃，H2为150slm，保持90秒进行吹除。
第六步：第二层生长温度1120℃，HCl流量为0.8slm，硅源3g，此时将HCl和硅源同时通入进行生长，主H2为150slm，淀积速率在0.4-0.6μm/min，生长时间82秒。
实施例三
前三步同实施例一所述。
第四步：第一层本征外延层，1130℃，硅源5g，主H2为180slm，淀积速率在0.8μm/min，生长时间7秒。
第五步：温度设定1150℃，H2为120slm，保持120秒进行吹除。
第六步：第二层生长温度1130℃，HCl流量为1slm，硅源5g，此时将HCl和硅源同时通入进行生长，主H2为180slm，淀积速率在0.4-0.6μm/min，生长时间82秒。
以上的操作步骤见附图1。
经过对通过实施例一、二、三的方法制造的硅外延片进行测试可得，所制作的硅外延片晶格结构完好，表面光亮无细亮点，无翘边和边缘结晶现象，同时进入气相的杂质少，减小了自掺杂效应，位错＜100/cm2，层错＜10/cm2，在外延厚度小于0.7μm时，外延过渡区小于0.2μm，纵向电阻率分布图如图4所示，完全满足器件制作的要求。
本发明具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种硅外延片的制造方法,其特征在于，包括以下步骤：
(1)、对基座进行HC1高温处理，去除基座上残余的反应物，并淀积一层本征多晶硅；
(2)、冷却基座后载入衬底硅片
(3)、进行硅片烘烤
(4)、第一层外延生长：在衬底表面生长一层本征层，对衬底表面进行包封；
(5)、第二层外延生长：第二层外延生长时将HCl和TCS同时通入，其中通入0.5-1slm流量的HCl、2-5g流量的TCS和120-180slm流量的H2。
2.根据权利要求1所述的硅外延片的制造方法，其特征在于，步骤(2)中，冷却基座至850℃。
3.根据权利要求1所述的硅外延片的制造方法，其特征在于，步骤(3)中，烘烤温度1150-1180℃，烘烤的时间40秒，烘烤H2流量120-180slm。
4.根据权利要求1或2或3所述的硅外延片的制造方法，其特征在于第一层外延生长时选择合适的外延条件是:烘烤温度1150-1180℃，烘烤主H2流量为120-180slm；第一层外延，生长温度1100-1130℃，淀积速率在0.8-1.0μm/min；第二层外延生长时，温度为1100-1130℃，淀积速率在0.4-0.6μm/min。
5.根据权利要求4所述的硅外延片的制造方法，其特征在于第一层外延生长时不加掺杂，第二层掺杂外延生长时H2流量为120-180slm。
6.根据权利要求4所述的硅外延片的制造方法，其特征在于淀积选择为：生长温度1100-1130℃，生长硅源流量2-5g，生长时HCl流量0.5-1slm，生长主H2流量120-180slm。
7.根据权利要求1所述的硅外延片的制造方法，其特征在于衬底片的选择:使用8英寸重掺磷硅抛光片,电阻率≤0.001Ω·cm，该衬底片局部平整度≤l.5m(10mm×10mm)，二氧化硅背封层+多晶硅背封层背封。
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