CN115287752B - 一种改善超重掺b硅外延片翘曲度的外延方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改善超重掺B硅外延片翘曲度的外延方法，以掺少量Ge(含量为5％‑20％)、衬底电阻率为0.0011Ω.cm‑0.0021Ω.cm的超重掺B衬底为原材料，先在减压外延的工艺条件下生长一层缓冲层，再在此基础上再以常压外延工艺生长一层所需外延层，此方法得到的超重掺B衬底硅外延片翘曲度可以改善约40％‑60％。

Description

一种改善超重掺B硅外延片翘曲度的外延方法
技术领域
本发明涉及一种硅外延片的制造技术，尤其是指一种改善超重掺B衬底硅外延片翘曲度的外延方法。
背景技术
MOSFET器件(金属-氧化物半导体场效应晶体管)具有功耗低、集成度高、加工工艺简单的优势。随着半导体全产业链设备、工艺技术的提升，摩尔定律不断突破，同时大尺寸晶圆加工工艺得到了广泛推广，MOSFET器件的制造成本也不断下降，在分立器件以及大规模集成电路中均已得到了广泛的应用。在MOSFET器件的加工工艺中，硅片的晶格缺陷产生的电子态导致MOS器件源区漏电(即源区失效现象)是制约器件良率的主要因素，而外延工艺能够有效降低硅片的缺陷浓度，为MOS器件提供高质量的材料基础。
相较于4-6寸硅片，在同等形变程度下，8-12寸大尺寸硅片的弯曲度与翘曲度都会相应放大。在器件加工流片阶段，变形严重的外延片会产生散焦等一系列问题，硅片局部区域图形异常会影响器件性能，严重的会导致器件失效。
目前控制超重掺B衬底硅外延片几何参数主要是以选择表面翘曲度较好的衬底，常压工艺生长缓冲层制备而得，此条件下所制备的外延片翘曲度虽有改善，但仍存在着一些不足：(1)对衬底要求较高，限制了衬底成品率；(2)对于LTO背封衬底，其外延片翘曲度与衬底翘曲度无明显对应关系，达不到改善产品翘曲度的目的；(3)常压工艺制备缓冲层的过程中，仍存在对于失配位错的生长抑制效果不明显的问题，因此对后续外延层几何参数的改善效果较为有限。
发明内容
发明目的：本发明提出改善超重掺B硅外延片翘曲度的外延方法，解决改善超过8寸的硅片产品翘曲度的目的。
技术方案：为实现以上目的，本发明提供一种改善超重掺B硅外延片翘曲度的外延方法，包括如下步骤：
(1)准备衬底：选择Ge含量为5％-20％、衬底电阻率为0.001Ω.cm-0.002Ω.cm的超重掺B衬底；
(2)烘烤：将衬底放置于外延炉腔体内烘烤，向外延炉腔体内通H2，在1110℃-1150℃下烘烤35s-40s；
(3)生长缓冲层：在-10托～-30托压力、1020℃-1080℃的环境下先通入高掺杂硼烷生长一层缓冲层，生长过程中生长速率控制在0.4μm/min-0.6μm/min；
(4)生长外延层：以缓冲层的基础，在压力条件为740托-750托，生长温度为1120℃-1130℃的工艺条件下通入高掺杂硼烷生长一层所要求的外延层，生长速率控制在3.9μm/min-4.0μm/min。
有益效果：以减压工艺生长一层缓冲层，由于其生长温度低，生长速率慢，在生产过程中可以有效抑制失配位错的形成，从而可以起到改善外延片的翘曲度的效果。
附图说明
图1是常规工艺与本发明工艺制备的外延片warp值对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
下面结合本发明的具体实施方式对本发明进行进一步说明。
1、准备掺Ge(浓度为5％-20％)、衬底电阻率为0.001Ω.cm-0.002Ω.cm的衬底为原材料并装炉等待外延。选取此衬底的原因为：B与Si的原子半径差异较大，外延过程中两者会产生较大的失配位错，若在衬底中入掺Ge可以中和B原子对衬底晶格常数的影响，从本质上缩小衬底与外延层的失配度；
2、通入H2并进行高温烘烤。此步骤的目的在于去除衬底表面的杂质，从而改善衬底表面平整度；
3、在-10托～-30托压力、1020℃-1080℃的环境下先通入高掺杂硼烷生长一层缓冲层，生长过程中生长速率控制在0.4μm/min-0.6μm/min左右；选择减压工艺生长缓冲层的原因为低温、低压的环境下可以有效抑制生长过程中失配位错的形成，从而能得到翘曲度较小的外延层。
4、以缓冲层的基础，在压力条件为740托-750托，生长温度为1120℃-1130℃的工艺条件下通入高掺杂硼烷生长一层所要求的外延层，生长速率控制在3.9μm/min-4.0μm/min。；
5、测试外延片翘曲度；
本发明的翘曲度测试结果与常规工艺制备的外延片的翘曲度测试结果对比如表1与图1所示；本发明共选取三组工艺，具体如下：
工艺一：选择Ge含量5％，衬底电阻率为0.001的重掺B衬底，在1130℃的温度下通入H2烘烤35s，然后在-30托，1020℃，生长速率0.4μm/min的工艺下生长一层缓冲层，再在750托，1130℃的工艺条件下通入高掺杂硼烷生长一层所要求的外延层，在此工艺下，位错数量与常规工艺相比能减少约57％，warp值改善约38％；
工艺二：选择Ge含量10％，衬底电阻率为0.0015的重掺B衬底，在1130℃的温度下通入H2烘烤35s，然后在-20托，1050℃，生长速率0.5μm/min的工艺下生长一层缓冲层，再在750托，1130℃的工艺条件下通入高掺杂硼烷生长一层所要求的外延层，在此工艺下，位错数量与常规工艺相比能减少约70％，warp值改善约55％；
工艺三：选择Ge含量20％，衬底电阻率为0.002的重掺B衬底，在1130℃的温度下通入H2烘烤35s，然后在-30托，1080℃，生长速率0.6μm/min的工艺下生长一层缓冲层，再在750托，1130℃的工艺条件下通入高掺杂硼烷生长一层所要求的外延层，在此工艺下，位错数量与常规工艺相比能减少约90％，warp值改善约67％。
表1不同工艺制备的外延片位错数量

Claims (5)

1.一种改善超重掺B硅外延片翘曲度的外延方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）准备衬底：选择Ge含量为5%-20%、衬底电阻率为0.001Ω.cm-0.002Ω.cm的超重掺B衬底；
（2）烘烤：将衬底放置于外延炉腔体内烘烤；
（3）生长缓冲层：在-10托~-30托压力、1020℃-1080℃的环境下先通入高掺杂硼烷生长一层缓冲层，生长过程中生长速率控制在0.4μm/min-0.6μm/min；
（4）生长外延层：以缓冲层的基础，在压力条件为740托-750托，生长温度为1120℃-1130℃的工艺条件下通入高掺杂硼烷生长一层所要求的外延层，生长速率控制在3.9μm/min-4.0μm/min。
2.如权利要求1所述的外延方法，其特征在于：步骤（1）中选择Ge含量5%，衬底电阻率为0.001的重掺B衬底；步骤（2）中，在1130℃的温度下通入H2烘烤35s，步骤（3）中，在-30托，1020℃，生长速率0.4μm/min的工艺下生长一层缓冲层，步骤（4）中，在750托，1130℃的工艺条件下通入高掺杂硼烷生长一层所要求的外延层。
3.如权利要求1所述的外延方法，其特征在于：步骤（1）选择Ge含量10%，衬底电阻率为0.0015的重掺B衬底，步骤（2）中，在1130℃的温度下通入H2烘烤35s，步骤（3）中，在-20托，1050℃，生长速率0.5μm/min的工艺下生长一层缓冲层，步骤（4）中，在750托，1130℃的工艺条件下通入高掺杂硼烷生长一层所要求的外延层。
4.如权利要求1所述的外延方法，其特征在于：步骤（1）选择Ge含量20%，衬底电阻率为0.002的重掺B衬底，步骤（2）中，在1130℃的温度下通入H2烘烤35s，步骤（3）中，在-30托，1080℃，生长速率0.6μm/min的工艺下生长一层缓冲层，步骤（4）中，在750托，1130℃的工艺条件下通入高掺杂硼烷生长一层所要求的外延层。
5.如权利要求1所述的外延方法，其特征在于：步骤（2）中，向外延炉腔体内通H2，在1110℃-1150℃下烘烤35s-40s。
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