CN110707000A - 一种桶式外延炉ic片外延工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种常压下IC图形片生长N‑硅外延层的方法，选用轻掺B（硼）的P型〈111〉IC片，电阻率10~20Ω.cm。外延层参数：电阻率4ohm.cm，厚度10um。本专利通过使用梯形桶式外延系统，在常压下外延生长，通过高温高转速生长工艺，减少图形不发生畸变和漂移的同时，外延层厚度和电阻率一致性达到6寸IC图形外延片的批量生产要求。

Description

一种桶式外延炉IC片外延工艺方法
技术领域
本发明涉及一种IC图形片的外延方法，更具体的，涉及一种桶式外延炉IC片外延工艺方法。
背景技术
IC外延片（integrated circuit，集成电路）是制造半导体元器件产品的基础。外延工艺在互补金属氧化物半导体（CMOS）产品的制作中具有广泛的应用领域，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动态随机存取存储器。从提高集成电路的速度和集成度看，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。IC外延技术存在以下瓶颈，（1）硅单晶氧沉淀产生微缺陷，微缺陷的直径达到或超过IC片的线条宽度就会导致区域失效；（2）外延工艺控制不当会使IC图形片产生漂移和畸变；要改善以上问题，必须使用高温低速率的外延工艺进行生长，但高温低速率生长工艺容易导致来外延层的一致性变差。
在IC外延过程中，使用的原材料有四氯化硅（SiCl4）、三氯氢硅(SiHCl3)、二氯氢硅(SiH2Cl2)和硅烷(SiH4)四种。硅烷对减小图形畸变最好，一方面硅烷中不含氯，另外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，而且易于分解和自燃，生产过程中存在很大危险；二氯氢硅只能用于减压工艺的生产过程；四氯化硅要求外延温度高，而且生长速率太低。本发明是提供一种以三氯氢硅为原材料的，能够改善IC外延片一致性、兼顾减小图形片漂移和畸变的常压外延工艺。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种使用梯形桶式外延系统，在常压下外延生长，通过高温高转速生长工艺，减少图形发生畸变和漂移的同时，保证外延层厚度和电阻率一致性达到6寸IC图形外延片的批量生产要求的外延工艺方法。
本发明所采用的技术方案是：
S1：对IC衬底片进行表面处理，使用氢氟酸稀释液腐蚀IC衬底片表面的二氧化硅层，然后用去离子水冲洗，后甩干；
S2：在外延设备中生长外延层；
所述外延设备采用梯形桶式外延系统，在该梯形桶式外延系统中，IC衬底片依次经过装炉、升温、抛光、外延层生长、降温、出炉环节；
其中，
装炉温度要控制在150+/-10℃，IC衬底片要确保与基座紧贴；
系统加热，将反应腔温度升至1225℃，恒温30秒；
抛光环节，通入高纯HCl气体进行外延前抛光去除IC衬底片表面氧化层及缺陷层，抛光维持温度为1225℃，HCl气体的流量为1升/分钟，抛光时间为1.5分钟；
外延层生长环节，将反应腔温度降至1200度，主氢流量设置为350升/分钟，梯形桶式外延系统的基座设置为自转，且转速为10转/分钟，正反交替进行；保持1200度反应腔内通入三氯氢硅和磷烷，三氯氢硅流量为10克/分钟，并通入磷烷；
降温环节，待反应腔温度降至150+/-10℃，取片出炉。
进一步的，所述IC衬底片为轻掺硼，晶向<111>，电阻率10~20ohm.cm，背封工艺为二氧化硅+多晶硅；所述氢氟酸稀释液的配比为：浓度49%的HF酸和去离子水按照1:20的比例混合；所述外延层电阻率4±5%ohm.cm，厚度10±5%um；所述的外延为掺杂剂为磷烷，硅源为三氯氢硅，电阻率4ohm.cm，厚度10um。
本发明是提供一种以三氯氢硅为原材料的，能够改善IC外延片一致性、兼顾减小图形片漂移和畸变的常压外延工艺。在常压下外延生长，通过高温高转速生长工艺，减少图形不发生畸变和漂移的同时，保证外延层厚度和电阻率一致性达到6寸IC图形外延片的批量生产要求的外延工艺方法。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本实施例公开的一种桶式外延炉IC片外延工艺方法，在常压下，使用桶式基座，通过调整外延工艺和基座设置，通过高温高转速生长工艺，减少图形不发生畸变和漂移的同时，外延层厚度和电阻率一致性达到6寸IC图形外延片的批量生产要求。
本发明的具体实施方式如下：
衬底要求：做过IC埋层工艺有图形的硅片（简称IC衬底片）；
外延参数：外延层电阻率4±5%ohm.cm，厚度10±5%um；
外延设备：采用梯形桶式外延系统。
本实施例选用外延片结构参数：
衬底：轻掺B，晶向<111>，电阻率10~20ohm.cm，背封工艺为SiO2（二氧化硅）+POLY（多晶硅）；
外延：掺杂剂为PH3（磷烷），硅源为三氯氢硅，电阻率4ohm.cm，厚度10um。
工艺过程
外延生长前，先对IC衬底片进行表面处理：使用氢氟酸稀释液腐蚀IC衬底片表面的二氧化硅层，然后用去离子水冲洗，甩干。腐蚀所用的氢氟酸稀释液的配比为：浓度49%的HF酸和去离子水按照1:20的比例混合。
IC衬底片在150度装炉→升温至1225℃→通入HCl气体进行抛光→温度降至1200度通入三氯氢硅和磷烷进行生长→降至150度→出炉；
工艺参数设定如下：
HCl抛光，抛光温度为1225℃，HCl的流量为1升/分钟，抛光时间为1.5分钟；
三氯氢硅流量：10克/分钟；
外延生长温度：1200℃；
主氢流量：350升/分钟；
基座自转设置：10转/分钟，正反交替进行。
装炉温度要控制在150+/-10℃，IC衬底片要确保与基座紧贴；
系统加热，将反应腔温度升至1225℃，恒温30秒；
抛光环节，通入高纯HCl气体进行外延前抛光去除IC衬底片表面氧化层及缺陷层，抛光维持温度为1225℃，HCl气体的流量为1升/分钟，抛光时间为1.5分钟；
外延层生长环节，将反应腔温度降至1200度，主氢流量设置为350升/分钟，梯形桶式外延系统的基座设置为自转，且转速为10转/分钟，正反交替进行。保持1200度反应腔内通入三氯氢硅和磷烷，三氯氢硅流量为10克/分钟，并通入磷烷。
降温环节，待反应腔温度降至150+/-10℃，取片出炉。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (3)

1.一种桶式外延炉IC片外延工艺方法，包括以下步骤：
S1：对IC衬底片进行表面处理，使用氢氟酸稀释液腐蚀IC衬底片表面的二氧化硅层，然后用去离子水冲洗，后甩干；
S2：在外延设备中生长外延层；
其特征在于，
所述外延设备采用梯形桶式外延系统该系统具有产出量大，加工成本低等特点，在该梯形桶式外延系统中，IC衬底片依次经过装炉、升温、抛光、外延层生长、降温、出炉环节；
其中，
装炉温度要控制在150+/-10℃，IC衬底片要确保与基座紧贴；
系统加热，将反应腔温度升至1225℃，恒温30秒；
抛光环节，通入高纯HCl气体进行外延前抛光去除IC衬底片表面氧化层及缺陷层，抛光维持温度为1225℃，HCl气体的流量为1升/分钟，抛光时间为1.5分钟；
外延层生长环节，将反应腔温度降至1200度，主氢流量设置为350升/分钟，梯形桶式外延系统的基座设置为自转，且转速为10转/分钟，正反交替进行；保持1200度反应腔内通入三氯氢硅和磷烷，三氯氢硅流量为10克/分钟，并通入磷烷。
2.降温环节，待反应腔温度降至150+/-10℃，取片出炉。
3.根据权利要求1所述的一种桶式外延炉IC片外延工艺方法，其特征在于，
所述IC衬底片为轻掺硼，晶向<111>，电阻率10~20ohm.cm，背封工艺为二氧化硅+多晶硅；
所述氢氟酸稀释液的配比为：浓度49%的HF酸和去离子水按照1:20的比例混合；
所述外延层电阻率4±5%ohm.cm，厚度10±5%um；
所述的外延工艺为：生长温度1200度，主氢流量为350升/分钟，基座设置为自转正反交替，转速10转/分钟；硅源为三氯氢硅，硅源流量为10克/分钟；掺杂剂为磷烷；外延层目标电阻率4ohm.cm，目标厚度10um。
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