CN114613699A - 一种bcd工艺用超高温条件下滑移线的外延控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种BCD工艺用超高温条件下滑移线的外延控制方法,包括步骤：(1)准备温度控片；(2)反应腔升温并进行HCL清洁；(3)冷却至室温，装入温度控片；(4)以恒定的升温速率升温至1150‑1200℃进行烘烤；(5)取出温度控片进行化学处理；(6)对温度控片进行电阻率测试，获得温度控片各区域温度并进行温度补偿；(7)清洗待外延的硅片并重复步(2)的操作后，将待外延的硅片放入反应腔；以步骤(4)中的升温速率升温至预设烘烤温度并同步进行步骤(6)中的温度补偿，进行烘烤；调整反应腔温度至生长温度，通入SiHCl3、H2并掺杂，外延生长至目标厚度和目标电阻率。本发明能够有效控制外延过程中硅片表面的温度分布，更好控制滑移线的产生。

Description

一种BCD工艺用超高温条件下滑移线的外延控制方法
技术领域
本发明涉及硅外延控制方法的技术领域，具体是涉及一种BCD工艺用超高温条件下滑移线的外延控制方法。
背景技术
BCD(Bipolar CMOS DMOS)工艺是一种集成双极管、CMOS和DMOS器件的工艺技术。BCD工艺流程中经过多道高温、注入、光刻等多道工艺工序后，表面产生大量内生应力和缺陷，最终可能导致器件漏电、击穿而失效报废。通过外延一层单晶硅，不仅可以有效控制器件表面的质量，提升器件良率，同时还能增加期间的耐压等特性，全面提升器件的性能。目前，集成电路类常压外延工艺均采用超高温工艺，以降低外延过程对于图形畸变和漂移，同时绝大多数BCD工艺制程中均使用低掺B的硅片(电阻率：0.5-100Ω·cm)作为基底。这类硅片热导率比较低，同时由于Si-B晶体力学特征，在高温制程作用下会产生大量热应力无法释放，再次进入高温外延过程后，会发生位错滑移运动，特别是垂直方向上的攀移运动，从而产生滑移线。滑移线的一直是BCD工艺外延过程中重要控制点和难点。
发明内容
发明目的：针对以上缺点，本发明提供一种BCD工艺用超高温条件下滑移线的外延控制方法，能够有效控制外延过程中硅片表面的温度分布，从而更好控制滑移线的产生，进一步降低图形畸变和漂移。
技术方案：为解决上述问题，本发明采用一种BCD工艺用超高温条件下滑移线的外延控制方法，包括以下步骤：
(1)准备温度控片；采用轻掺B硅片进行干氧氧化，氧化后注入原子Ph形成温度控片；
(2)外延炉反应腔升温至1160-1200℃后，对反应腔进行HCL清洁；
(3)清洁完毕，冷却外延炉反应腔至室温，装入温度控片；
(4)反应腔以恒定的升温速率升温至预设烘烤温度，在H2氛围下进行恒温烘烤；
(5)烘烤完成后，待反应腔自然冷却至室温取出温度控片进行化学处理获得去除氧化层的温度控片；
(6)对去除氧化层的温度控片进行电阻率测试，分别获得温度控片各区域温度分布；计算温度控片其余区域与中心区域的温度差，对温度控片其余区域进行温度补偿；
(7)清洗待外延的硅片并重复步骤(2)的操作后，待反应腔温度冷却至预设温度，将待外延的硅片放入反应腔；反应腔以步骤(4)中的升温速率升温至预设烘烤温度并同步进行步骤(6)中的温度补偿操作，在H2氛围下进行恒温烘烤；恒温烘烤完成后，调整反应腔温度至生长温度，通入SiHCl3、H2并掺杂，外延生长至目标厚度和目标电阻率。
进一步的，步骤(1)中进行干氧氧化之前使用清洗液对轻掺B硅片进行清洗；所述干氧氧化的氧化层厚度为：300-600A；所述注入原子Ph的工艺包括：注入能量60-100KeV，注入浓度5-10E13 atoms/cm3，注入角度0-10°。
进一步的，步骤(4)中升温速率为3-8℃/s；恒温烘烤时间为60-200s。
进一步的，预设烘烤温度为1150-1200℃。
进一步的，步骤(5)中所述的化学处理为：采用溶液浓度为2-10％的HF浸泡温度控片，浸泡时间为2-10min。
进一步的，步骤(6)具体为：分别测试温度控片中心、上、下、左、右五个区域的电阻率，通过计算上、下、左、右四个区域与中心区域的电阻率差异，并通过电阻率与温度的线性关系折算获得上、下、左、右四个区域分别与中心区域的温度差，通过温度补偿将上、下、左、右四个区域的温度调整为相同温度。
进一步的，步骤(7)中生长温度为1150-1200℃，H2流量为40-100slm，外延生长速率为2-5μm/min。
进一步的，步骤(7)中恒温烘烤时间为30-60s且进行恒温烘烤的同时进行掺杂排外，排外流量控制根据目标电阻率确认。
进一步的，步骤(7)中预设温度为700-850℃。
进一步的，步骤(7)中分两步对待外延的硅片清洗，第一步清洗液为氨水、双氧水、去离子水的混合液，第二步清洗液HF、双氧水、去离子水的混合液。
有益效果：本发明相对于现有技术，其显著优点是：与常规温度传感器控制方法相比，本申请更可明确地获得外延过程中硅片表面的实际温度情况，可有效控制外延过程中硅片表面的温度分布，从而更好控制滑移线的产生，降低图形畸变和漂移。
附图说明
图1所示为本发明的流程图；
图2所示为ASME2000外延设备反应腔示意图；
图3所示为外延后硅片表面滑移线的分布图；
图4所示为外延前后对标图形的对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进一步说明。
如图2所示，本实施例采用的外设备是美国ASM公司生产的ASM E2000型单片式外延炉。反应腔内主体为表面镀有高纯石墨基座1，在正下方配置有4组灯泡组，上下层排布共计17根发光灯管，9根上层加热灯管2和8层下层加热灯管3。具有分别对反应室的中心及前后左右区域进行红外加热。同时在高纯石墨基座1的正下方和前部、后部、侧部分别配置热电偶，表示为中心热电偶4、前部热电偶5、后部热电偶6、侧部热电偶7，对反应区域进行温度管控。反应腔内的主要工艺载气8为纯化为99.9999％的H2。反应腔内还具有点光源9。本实施例中，反应腔内的所有部件，包括石英钟罩、石英支架等需要经过彻底清洁，以去除其表面吸附的杂质和异物，保证纯净。
如图1所示，本实施例基于上述设备提供一种BCD工艺用超高温条件下滑移线的外延控制方法，包括以下步骤：
第一步：准备温度控片；
选用8英寸电阻率为10Ω·cm的掺B不背封硅片，先后使用氨水、双氧水、去离子水的混合液和稀HF将硅片清洗干净；清洗干净的硅片放入管式炉中进行高温氧化，通过氧化时间控制氧化层厚度400A；氧化完成后的硅片冷却至室温后，进行离子注入，使用工艺条件：注入原子Ph，注入能量80KeV，注入浓度6E13 atoms/cm3，注入角度7°；注入完成后，形成所需要的温度控片。
第二步：反应腔和石墨基座准备；
外延设备选用单片式外延炉ASM E2000；将外延炉中反应腔升温至1190℃后，通入20slm的HCL和20slm的H2处理20s，再将H2流量增加至60slm处理20s，去除腔体残留的反应物，保证腔体环境干净；
第三步：降低反应腔降低温度，冷却至室温，装入温度控片；
第四步：以4℃/s的升温速率从室温升温至1180℃，通入60slm的H2进行烘烤200s；
第五步：烘烤完成反应腔冷却至室温取出温度控片后，使用5％HF浸泡3min，再用去离子水冲洗干净，离心甩干表面，获得去除氧化层的温度控片；
第六步：使用四探针测试系统4D-280SI测量去除氧化层的温度控片，分别获得温度控片中心、上、下、左、右共计五个区域的电阻率，通过温度和电阻率线性关系折算为对应温度控片各区域的温度，分别可对应出反应腔内中心热电偶、前部热电偶、后部热电偶和侧部热电偶的控制温度。分别计算上、下、左、右四个区域与中心区域的电阻率差Δρ，并通过电阻率与温度的线性关系折算分别获得上、下、左、右四个区域与中区域的温度差ΔT。具体的，电阻率与温度的线性关系折算公式为：Δρ＝-1.8*ΔT；其中，ρ为电阻率，T为温度。经过机台的温度补偿机制调整相应分区的温度，对上、下、左、右四个区域进行温度补偿并将四个区域的温度调整为相同温度；即确定指定温度下的温度分布补偿。
第七步：分两步将待外延的硅片清洗干净，第一步清洗液为氨水、双氧水、去离子水的混合液，第二步清洗液HF、双氧水、去离子水的混合液。
第八步：重复第二步步骤操作，进行腔体和基座的清洁；
第九步：反应腔处理干净后，冷却至800℃，装入清洗干净的待外延的硅片，开始以4℃/s升温速率和步骤六的温度补偿升至1180℃，并维持恒温烘烤45s，同时进行掺杂排外，排外流量控制根据目标电阻率确认。
第十步：烘烤完成后，调整温度至生长温度，反应腔内同时通入6g/min的SiHCl3、60slm的H2和掺杂进行外延生长，外延生长至目标厚度和目标电阻率其中掺杂根据目标电阻率设定。
此外，本发明提供的方法具有较高普便适用性和高效性，同时可兼顾不同尺寸的硅片外延，不仅可用于单片平板式外延炉的BCD工艺外延生长控制，也适用于减压BCD外延控制工艺，同时可兼顾不同尺寸。
通过本实施例所述的控制方法制造出来的外延硅片进行测试，所制作的硅片结构性完好，使用SurfScan-SPI_TBI测试去除边缘1.5mm的片内滑移线长度为0，如图3所示，通过显微镜对标图形检验对比结构无明显漂移和畸变。如图4所示，图4(a)表示硅片外延前、(b)表示硅片外延后，外延硅片表面无细亮点、无塌边、边缘结晶等缺陷，表面外延硅片的厚度均匀性可控制在1％以内，电阻率均匀性控制在2-3％，完全满足BCD工艺对外延要求。

Claims (10)

1.一种BCD工艺用超高温条件下滑移线的外延控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)准备温度控片；采用轻掺B硅片进行干氧氧化，氧化后注入原子Ph形成温度控片；
(2)外延炉反应腔升温至1160-1200℃后，对反应腔进行HCL清洁；
(3)清洁完毕，冷却外延炉反应腔至室温，装入温度控片；
(4)反应腔以恒定的升温速率升温至预设烘烤温度，在H2氛围下进行恒温烘烤；
(5)烘烤完成后，待反应腔自然冷却至室温取出温度控片进行化学处理获得去除氧化层的温度控片；
(6)对去除氧化层的温度控片进行电阻率测试，分别获得温度控片各区域温度分布；计算温度控片其余区域与中心区域的温度差，对温度控片其余区域进行温度补偿；
(7)清洗待外延的硅片并重复步骤(2)的操作后，待反应腔温度冷却至预设温度，将待外延的硅片放入反应腔；反应腔以步骤(4)中的升温速率升温至预设烘烤温度并同步进行步骤(6)中的温度补偿操作，在H2氛围下进行恒温烘烤；恒温烘烤完成后，调整反应腔温度至生长温度，通入SiHCl3、H2并掺杂，外延生长至目标厚度和目标电阻率。
2.根据权利要求1所述的BCD工艺用超高温条件下滑移线的外延控制方法，其特征在于，步骤(1)中进行干氧氧化之前使用清洗液对轻掺B硅片进行清洗；所述干氧氧化的氧化层厚度为：300-600A；所述注入原子Ph的工艺包括：注入能量60-100KeV，注入浓度5-10E13atoms/cm3，注入角度0-10°。
3.根据权利要求1所述的BCD工艺用超高温条件下滑移线的外延控制方法，其特征在于，步骤(4)中升温速率为3-8℃/s；恒温烘烤时间为60-200s。
4.根据权利要求1所述的BCD工艺用超高温条件下滑移线的外延控制方法，其特征在于，预设烘烤温度为1150-1200℃。
5.根据权利要求1所述的BCD工艺用超高温条件下滑移线的外延控制方法，其特征在于，步骤(5)中所述的化学处理为：采用溶液浓度为2-10％的HF浸泡温度控片，浸泡时间为2-10min。
6.根据权利要求1所述的BCD工艺用超高温条件下滑移线的外延控制方法，其特征在于，步骤(6)具体为：分别测试温度控片中心、上、下、左、右五个区域的电阻率，通过计算上、下、左、右四个区域与中心区域的电阻率差异，并通过电阻率与温度的线性关系折算获得上、下、左、右四个区域分别与中心区域的温度差，通过温度补偿将上、下、左、右四个区域的温度调整为相同温度。
7.根据权利要求1所述的BCD工艺用超高温条件下滑移线的外延控制方法，其特征在于，步骤(7)中生长温度为1150-1200℃，H2流量为40-100slm，外延生长速率为2-5μm/min。
8.根据权利要求1所述的BCD工艺用超高温条件下滑移线的外延控制方法，其特征在于，步骤(7)中恒温烘烤时间为30-60s且进行恒温烘烤的同时进行掺杂排外，排外流量控制根据目标电阻率确认。
9.根据权利要求1所述的BCD工艺用超高温条件下滑移线的外延控制方法，其特征在于，步骤(7)中预设温度为700-850℃。
10.根据权利要求1所述的BCD工艺用超高温条件下滑移线的外延控制方法，其特征在于，步骤(7)中分两步对待外延的硅片清洗，第一步清洗液为氨水、双氧水、去离子水的混合液，第二步清洗液HF、双氧水、去离子水的混合液。
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