RU2606809C1 - Silicon epitaxial structure producing method - Google Patents
Silicon epitaxial structure producing method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2606809C1 RU2606809C1 RU2015142243A RU2015142243A RU2606809C1 RU 2606809 C1 RU2606809 C1 RU 2606809C1 RU 2015142243 A RU2015142243 A RU 2015142243A RU 2015142243 A RU2015142243 A RU 2015142243A RU 2606809 C1 RU2606809 C1 RU 2606809C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substrate
- epitaxial
- silicon
- working surface
- layer
- Prior art date
Links
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 45
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 45
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 86
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 59
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 13
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 3
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 11
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 10
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 10
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 9
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 6
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 5
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 4
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 4
- VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 4-[4-(4-methoxyphenyl)piperazin-1-yl]aniline Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1N1CCN(C=2C=CC(N)=CC=2)CC1 VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 3
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 3
- 239000005049 silicon tetrachloride Substances 0.000 description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- -1 i.e. Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/20—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к полупроводниковой технике, преимущественно к технологии полупроводникового кремния, и может быть использовано при изготовлении кремниевых эпитаксиальных структур для биполярных интегральных схем, силовых приборов и других устройств.The invention relates to semiconductor technology, mainly to semiconductor silicon technology, and can be used in the manufacture of silicon epitaxial structures for bipolar integrated circuits, power devices and other devices.
Одним из основных требований к таким структурам является однородность электрофизических параметров - толщины, удельного сопротивления - по площади структуры. Значительное влияние на распределение указанных параметров во время получения структуры играет явление автолегирования, то есть перенос примеси из сильнолегированной подложки в растущий эпитаксиальный слой через газовую фазу. Перенос примеси происходит за счет ее испарения с поверхности сильнолегированной кремниевой подложки во время роста слоя и приводит к тому, что ухудшается не только однородность удельного сопротивления слоя по площади подложки. Из-за неконтролируемого внедрения примеси в растущий слой уменьшается удельное сопротивление слоя в периферических областях структуры, что приводит к снижению выхода годных приборов в этих областях, а также искажаются результаты контроля толщины полученного слоя. Кроме того, изменение профиля распределения примеси по толщине эпитаксиального слоя из-за явлений автолегирования может приводить к снижению пробивных напряжений приборов, изготовленных на основе таких эпитаксиальных структур.One of the main requirements for such structures is the uniformity of electrophysical parameters - thickness, resistivity - over the area of the structure. A significant effect on the distribution of these parameters during the preparation of the structure is played by the self-doping phenomenon, i.e., the transfer of an impurity from a heavily doped substrate into a growing epitaxial layer through the gas phase. The impurity transfer occurs due to its evaporation from the surface of the highly doped silicon substrate during layer growth and leads to the fact that not only the uniformity of the resistivity of the layer over the substrate area is deteriorated. Due to the uncontrolled introduction of impurities into the growing layer, the resistivity of the layer in the peripheral regions of the structure decreases, which leads to a decrease in the yield of suitable devices in these regions, and the results of controlling the thickness of the obtained layer are distorted. In addition, a change in the distribution profile of the impurity over the thickness of the epitaxial layer due to self-doping phenomena can lead to a decrease in the breakdown stresses of devices made on the basis of such epitaxial structures.
Известен способ изготовления эпитаксиальных структур, включающий предварительное окисление сильнолегированной кремниевой пластины при температуре до 1100°C для образования слоя термического окисла на поверхности и удаление полученного слоя в плавиковой кислоте, отжиг полученной кремниевой пластины при температуре до 1200°C в водороде до начала наращивания эпитаксиального слоя и собственно процесс эпитаксиального осаждения /1/. Данные операции проводятся для уменьшения концентрации легирующей примеси на поверхности пластины как источнике испарения примеси и, следовательно, уменьшения эффекта автолегирования при последующем наращивании эпитаксиального слоя.A known method for the manufacture of epitaxial structures, including the preliminary oxidation of a heavily doped silicon wafer at temperatures up to 1100 ° C to form a layer of thermal oxide on the surface and removing the obtained layer in hydrofluoric acid, annealing the obtained silicon wafer at temperatures up to 1200 ° C in hydrogen before the epitaxial layer builds up and the actual process of epitaxial deposition / 1 /. These operations are carried out to reduce the concentration of dopant on the surface of the plate as a source of impurity evaporation and, therefore, to reduce the effect of self-doping during the subsequent build-up of the epitaxial layer.
Недостатками данного способа являются сложность его реализации, поскольку изготовление эпитаксиальной структуры по предлагаемому способу включает использование оборудования различного типа - для окисления кремниевой пластины, для удаления слоя полученного окисла, для эпитаксиального наращивания; изменение поверхностной концентрации легирующей примеси в подложке за счет высокотемпературного отжига в водороде перед процессом эпитаксиального наращивания приводит к перераспределению примеси внутри реактора (из подложки на подложкодержатель или на оснастку), которая будет реиспаряться во время эпитаксиального наращивания и попадать в растущий эпитаксиальный слой, что также не приводит к устранению эффекта автолегирования.The disadvantages of this method are the complexity of its implementation, since the manufacture of an epitaxial structure according to the proposed method involves the use of various types of equipment — for oxidizing a silicon wafer, for removing a layer of the obtained oxide, for epitaxial growth; a change in the surface concentration of the dopant in the substrate due to high-temperature annealing in hydrogen before the epitaxial growth process leads to the redistribution of the impurity inside the reactor (from the substrate to the substrate holder or to the snap-in), which will re-vaporize during epitaxial growth and fall into the growing epitaxial layer, which also does not leads to the elimination of the effect of auto-alloying.
Известен также способ изготовления эпитаксиальных структур, принятый нами за прототип, включающий формирование многослойной защиты на нерабочей стороне подложки, причем эта защита включает диэлектрические и поликристаллические слои на основе кремния /2/.There is also known a method of manufacturing epitaxial structures, adopted by us as a prototype, including the formation of a multilayer protection on the non-working side of the substrate, and this protection includes dielectric and polycrystalline layers based on silicon / 2 /.
Первый недостаток этого способа заключается в том, что эти защитные слои формируются на стадии изготовления самой кремниевой подложки путем осаждения многослойного покрытия на обе стороны шлифованной подложки с последующим удалением покрытия с рабочей стороны и полированием рабочей стороны подложки. Выполнение указанных дополнительных операций приводит к усложнению процесса изготовления и удорожанию конечного продукта.The first disadvantage of this method is that these protective layers are formed at the stage of manufacturing the silicon substrate itself by depositing a multilayer coating on both sides of the polished substrate, followed by removing the coating from the working side and polishing the working side of the substrate. The implementation of these additional operations leads to a complication of the manufacturing process and the cost of the final product.
Второй недостаток данного способа связан с термической нестойкостью данного покрытия, что приводит к невозможности использования данного вида защиты нерабочей стороны подложки при изготовлении кремниевых эпитаксиальных структур с толщиной эпитаксиального слоя более 30 мкм, а именно такие структуры находят свое применение при изготовлении силовых приборов. Разрушение защиты нерабочей стороны подложки во время наращивания эпитаксиальных слоев кремния толщиной более 30 мкм приводит к испарению примеси с нерабочей стороны и проявлению эффекта автолегирования со всеми последствиями, описанными выше.The second disadvantage of this method is associated with the thermal instability of this coating, which makes it impossible to use this type of protection on the non-working side of the substrate in the manufacture of silicon epitaxial structures with an epitaxial layer thickness of more than 30 μm, namely, such structures find their application in the manufacture of power devices. Destruction of the protection of the non-working side of the substrate during the growth of epitaxial silicon layers with a thickness of more than 30 μm leads to evaporation of the impurity from the non-working side and the manifestation of the self-doping effect with all the consequences described above.
Задача предлагаемого изобретения заключается в повышении однородности электрофизических параметров эпитаксиальной структуры за счет подавления эффекта автолегирования при эпитаксиальном наращивании. Это достигается тем, что в способе изготовления кремниевой эпитаксиальной структуры, включающем нагрев кремниевой подложки в реакторе эпитаксиальной установки, формирование защитного слоя на нерабочей поверхности сильнолегированной подложки n- или p-типа проводимости, газофазное осаждение эпитаксиального слоя кремния на рабочую поверхность, последовательно проводят формирование части защитного слоя на нерабочей поверхности подложки до достижения половины значения требуемой толщины, осаждение эпитаксиального слоя на рабочей поверхности подложки толщиной 3-4 мкм, формирование защитного слоя на нерабочей поверхности подложки до требуемого значения толщины, осаждение эпитаксиального слоя на рабочей поверхности подложки до требуемой толщины эпитаксиального слоя.The objective of the invention is to increase the homogeneity of the electrophysical parameters of the epitaxial structure by suppressing the effect of auto-alloying during epitaxial building. This is achieved by the fact that in a method for manufacturing a silicon epitaxial structure, including heating a silicon substrate in a reactor of an epitaxial installation, forming a protective layer on a non-working surface of a heavily doped n- or p-type substrate, gas-phase deposition of an epitaxial silicon layer on a working surface, the formation of part the protective layer on the non-working surface of the substrate to achieve half the value of the required thickness, deposition of the epitaxial layer on the working surface NOSTA substrate 3-4 microns thick, formation of protective layer on the non-substrate surface to the desired values of thickness, deposition of the epitaxial layer on the working surface of the substrate to the desired thickness of the epitaxial layer.
В результате проведения операции формирования защитного слоя на нерабочей стороне подложки до достижения половинного значения требуемой толщины получается кремниевая подложка с закрытой слоем кремния нерабочей стороной, причем защитный слой кремния на нерабочей стороне содержит легирующую примесь в концентрации, гораздо меньшей, чем в исходной подложке.As a result of the operation of forming the protective layer on the non-working side of the substrate, until the half value of the required thickness is reached, a silicon substrate with a closed silicon layer on the non-working side is obtained, and the protective silicon layer on the non-working side contains a dopant in a concentration much lower than in the initial substrate.
После наращивания эпитаксиального слоя толщиной 3-4 мкм на рабочей стороне подложки получается кремниевая подложка, у которой автолегирование от нерабочей стороны предотвращается защитным слоем, имеющим гораздо меньшую концентрацию легирующей примеси, чем исходная подложка, а автолегирование с рабочей стороны блокировано эпитаксиальным слоем.After the epitaxial layer is 3-4 μm thick, a silicon substrate is obtained on the working side of the substrate, in which self-doping from the non-working side is prevented by a protective layer having a much lower concentration of dopant than the original substrate, and auto-doping from the working side is blocked by the epitaxial layer.
В результате окончательного формирования защитного слоя на нерабочей поверхности подложки до требуемого значения толщины получается кремниевая подложка, у которой обе стороны закрыты кремниевыми слоями, полностью препятствующими переносу примеси из подложки в атмосферу роста эпитаксиального слоя, что полностью блокирует автолегирование во время последующего роста эпитаксиального слоя на рабочей поверхности подложки.As a result of the final formation of the protective layer on the non-working surface of the substrate to the desired thickness value, a silicon substrate is obtained, in which both sides are covered by silicon layers that completely impede the transfer of impurities from the substrate into the atmosphere of the growth of the epitaxial layer, which completely blocks self-doping during the subsequent growth of the epitaxial layer on the working surface of the substrate.
На фиг. 1 представлены профили распределения удельного сопротивления по толщине эпитаксиального слоя в краевой и центральной областях структуры, полученной по предлагаемому способу. Кривая 1 - профиль распределения удельного сопротивления в центре структуры, кривая 2 получена в 10 мм от края структуры возле базового среза. Из приведенных данных видно, что при использовании предлагаемого способа получения эпитаксиальной структуры профиль распределения сопротивления оказывается резким и однородным по площади структуры, что подтверждает ограничение автолегирования во время осаждения эпитаксиального слоя по предлагаемому способу.In FIG. 1 shows the distribution profiles of resistivity over the thickness of the epitaxial layer in the edge and central regions of the structure obtained by the proposed method.
Способ изготовления кремниевой эпитаксиальной структуры реализуется следующим образом. Исходная высоколегированная кремниевая подложка, предназначенная для изготовления эпитаксиальной структуры, помещается на подложкодержатель установки эпитаксиального наращивания, который предварительно покрыт слоем поликристаллического кремния; таким образом, нерабочая сторона подложки примыкает к поверхности подложкодержателя со слоем поликристаллического кремния с небольшим зазором, что обусловлено конструктивными особенностями подложкодержателя установки эпитаксиального наращивания. Затем следует нагрев подложкодержателя с размещенной на нем подложкой до температуры отжига в среде водорода. Высокотемпературный отжиг в водороде необходим для удаления слоя естественного окисла с рабочей поверхности подложки.A method of manufacturing a silicon epitaxial structure is implemented as follows. The initial highly alloyed silicon substrate intended for the manufacture of an epitaxial structure is placed on a substrate holder of an epitaxial growth unit, which is previously coated with a layer of polycrystalline silicon; Thus, the non-working side of the substrate is adjacent to the surface of the substrate holder with a layer of polycrystalline silicon with a small gap, which is due to the design features of the substrate holder of the epitaxial growth unit. Then follows the heating of the substrate holder with the substrate placed on it to the annealing temperature in a hydrogen medium. High-temperature annealing in hydrogen is necessary to remove a layer of natural oxide from the working surface of the substrate.
На следующей стадии изготовления структуры для формирования защитного покрытия на нерабочей стороне подложки в реактор наряду с элементарным водородом подается хлористый водород, за счет чего происходит перенос части поликристаллического кремния с подложкодержателя на нерабочую сторону кремниевой подложки за счет так называемого «сэндвич-процесса», а также полирующее травление кремния на рабочей стороне подложки. При полирующем травлении подложки происходит не только очистка и подготовка рабочей поверхности к предстоящему росту эпитаксиального слоя, но и (в качестве побочного процесса) перенос в газовую фазу содержащейся в подложке легирующей примеси. Эта примесь разносится потоком водорода по реактору установки эпитаксиального наращивания, попадая, в том числе и в защитное покрытие на нерабочей стороне подложки, при этом концентрация легирующей примеси в защитном покрытии на тыльной стороне значительно меньше, чем в исходной подложке. Технологические параметры и продолжительность процесса травления выбираются таким образом, чтобы за время проведения данной операции на нерабочую сторону подложки была перенесена только часть слоя поликристаллического кремния, предварительно осажденного на подложкодержатель. В результате проведения данной операции получается кремниевая подложка с чистой, подготовленной к эпитаксиальному росту рабочей стороной и закрытой слоем кремния нерабочей стороной, причем защитный слой кремния на нерабочей стороне содержит легирующую примесь в концентрации, гораздо меньшей, чем в исходной подложке, но в то же время способной служить слабым источником автолегирования во время эпитаксиального роста.At the next stage of fabrication of the structure for forming a protective coating on the non-working side of the substrate, hydrogen chloride is supplied to the reactor along with elemental hydrogen, due to which part of polycrystalline silicon is transferred from the substrate holder to the non-working side of the silicon substrate due to the so-called “sandwich process”, as well as polishing etching of silicon on the working side of the substrate. When polishing the etching of the substrate, not only cleaning and preparation of the working surface for the upcoming growth of the epitaxial layer occurs, but also (as a side process) the dopant contained in the substrate is transferred to the gas phase. This impurity is carried by a stream of hydrogen through the reactor of the epitaxial growth unit, falling, including in the protective coating on the non-working side of the substrate, while the concentration of dopant in the protective coating on the back side is much lower than in the initial substrate. The technological parameters and the duration of the etching process are selected so that during this operation, only part of the polycrystalline silicon layer previously deposited on the substrate holder is transferred to the non-working side of the substrate. As a result of this operation, a silicon substrate is obtained with a clean working side prepared for epitaxial growth and covered by a non-working side with a silicon layer, and the protective layer of silicon on the non-working side contains a dopant in a concentration much lower than in the original substrate, but at the same time able to serve as a weak source of self-doping during epitaxial growth.
По окончании операции формирования на нерабочей стороне подложки указанной части защитного слоя проводят операцию наращивания эпитаксиального слоя толщиной 3-4 мкм на рабочей стороне подложки, то есть в реактор эпитаксиальной установки подаются наряду с водородом кремнийсодержащий и легирующий реагенты для наращивания кремниевого эпитаксиального слоя с требуемыми характеристиками. Данная операция проводится для предотвращения испарения примеси с рабочей стороны сильнолегированной подложки при дальнейших операциях. Экспериментально установлено, что для предотвращения испарения примеси достаточно нарастить 3-4 мкм эпитаксиального слоя на рабочей стороне подложки. Наращивание эпитаксиального слоя толщиной менее 3 мкм не приводит к полному подавлению автолегирования от рабочей стороны подложки. Наращивание эпитаксиального слоя толщиной более 4 мкм является экономически нецелесообразным.After the formation of the specified part of the protective layer is formed on the non-working side of the substrate, an epitaxial layer is grown 3-4 microns thick on the working side of the substrate, i.e., silicon-containing and doping reagents are fed along with hydrogen to the silicon epitaxial layer to build the silicon epitaxial layer with the required characteristics. This operation is carried out to prevent the evaporation of impurities from the working side of the heavily doped substrate during further operations. It was experimentally established that to prevent evaporation of the impurity, it is sufficient to grow 3-4 microns of the epitaxial layer on the working side of the substrate. The growth of the epitaxial layer with a thickness of less than 3 μm does not completely suppress self-doping from the working side of the substrate. The growth of the epitaxial layer with a thickness of more than 4 microns is not economically feasible.
По окончании наращивания кремниевого эпитаксиального слоя на рабочей стороне подложки в реактор опять подается наряду с элементарным водородом хлористый водород, и процесс формирования защитного слоя на нерабочей стороне подложки продолжается до полного переноса кремния с подложкодержателя на нерабочую сторону подложки. В результате выполнения этой операции получается исходная подложка, у которой обе стороны закрыты кремниевыми слоями.Upon completion of the growth of the silicon epitaxial layer on the working side of the substrate, hydrogen chloride is again fed into the reactor along with elemental hydrogen, and the process of forming the protective layer on the non-working side of the substrate continues until silicon is completely transferred from the substrate holder to the non-working side of the substrate. As a result of this operation, an initial substrate is obtained, in which both sides are covered with silicon layers.
При выполнении операции осаждения эпитаксиального слоя на рабочей стороне подложки в реактор опять подается наряду с водородом кремнийсодержащий и легирующий реагенты, и осаждение продолжается до получения эпитаксиального слоя требуемой толщины с требуемыми характеристиками.In the deposition operation of the epitaxial layer on the working side of the substrate, silicon-containing and doping reagents are again fed to the reactor along with hydrogen, and deposition continues until the epitaxial layer of the required thickness with the required characteristics is obtained.
Проведение операции формирования защитного слоя на нерабочей поверхности подложки до половинного значения требуемой толщины приводит к тому, что практически полностью ограничивается эффект автолегирования с нерабочей стороны подложки.The operation of forming the protective layer on the non-working surface of the substrate to half the required thickness leads to the fact that the effect of self-doping from the non-working side of the substrate is almost completely limited.
Выполнение осаждения эпитаксиального слоя толщиной 3-4 мкм на рабочей поверхности подложки обеспечивает подавление эффекта автолегирования от рабочей поверхности.The deposition of an epitaxial layer of a thickness of 3-4 μm on the working surface of the substrate provides the suppression of the effect of auto-alloying from the working surface.
Проведение операции формирования остальной части защитного слоя на нерабочей поверхности подложки приводит к полному подавлению эффекта автолегирования за счет заращивания кремнием двух основных источников автолегирования (рабочая и нерабочая поверхности подложки) и исключения влияния этого эффекта при последующем наращивании эпитаксиального слоя, что влечет повышение однородности электрофизических параметров эпитаксиальной структуры (толщины и удельного сопротивления) по площади структуры.The operation of forming the rest of the protective layer on the non-working surface of the substrate leads to the complete suppression of the effect of self-doping due to silicon splicing of two main sources of self-doping (the working and non-working surfaces of the substrate) and eliminating the effect of this effect during the subsequent build-up of the epitaxial layer, which leads to an increase in the homogeneity of the electrophysical parameters of the epitaxial structure (thickness and resistivity) over the area of the structure.
Предлагаемый способ изготовления кремниевой эпитаксиальной структуры может быть реализован следующим образом.The proposed method of manufacturing a silicon epitaxial structure can be implemented as follows.
Пример выполненияExecution example
На предварительно покрытый поликристаллическим кремнием подложкодержатель установки эпитаксиального наращивания помещают подложку сильнолегированного монокристаллического кремния. Подложкодержатель с размещенной на ней подложкой нагревают в среде водорода до температуры 1200°C, выдерживают при данной температуре 5 мин для удаления естественного окисла с поверхности подложки. Затем в реактор в течение 10 мин подают хлористый водород с расходом 10 л/мин для формирования защитного слоя на нерабочей поверхности подложки за счет сэндвич-процесса, одновременно проводится травление рабочей поверхности. В течение этого промежутка времени формируется защитный слой примерно половинной толщины с одновременной очисткой рабочей поверхности подложки.A substrate of highly doped single-crystal silicon is placed on a substrate holder of an epitaxial growth unit precoated with polycrystalline silicon. The substrate holder with the substrate placed on it is heated in a hydrogen medium to a temperature of 1200 ° C, kept at this temperature for 5 minutes to remove natural oxide from the surface of the substrate. Then, hydrogen chloride is supplied to the reactor for 10 minutes at a rate of 10 l / min to form a protective layer on the non-working surface of the substrate due to the sandwich process, while the working surface is etched. During this period of time, a protective layer of approximately half the thickness is formed while cleaning the working surface of the substrate.
Затем в реактор при той же температуре подложкодержателя вместо хлористого водорода подается газовая смесь четыреххлористого кремния и легирующей добавки, обеспечивающей получение заданного удельного сопротивления эпитаксиального слоя, при этом концентрация кремнийсодержащего реагента в газовой фазе составляет 6 об. %. В течение 8 мин на подложке осаждается эпитаксиальный слой толщиной 3,3 мкм.Then, instead of hydrogen chloride, a gas mixture of silicon tetrachloride and a dopant is supplied to the reactor at the same temperature of the substrate holder, which provides a given specific resistance of the epitaxial layer, while the concentration of the silicon-containing reagent in the gas phase is 6 vol. % Within 8 minutes, an epitaxial layer 3.3 microns thick is deposited on the substrate.
На следующем этапе формирования эпитаксиальной структуры подача кремнийсодержащего реагента и легирующей добавки прекращается, а в реактор при той же температуре подложкодержателя вновь подается хлористый водород с расходом 10 л/мин, и в течение 10 мин за счет протекания сэндвич-процесса завершается формирование защитного слоя на нерабочей стороне подложки.At the next stage of the formation of the epitaxial structure, the supply of the silicon-containing reagent and dopant is stopped, and hydrogen chloride is again fed into the reactor at the same temperature of the substrate holder at a rate of 10 l / min, and the formation of the protective layer on the idle surface is completed within 10 minutes due to the passage of the sandwich process side of the substrate.
После полного формирования защитного слоя в реактор вместо хлористого водорода вновь подается четыреххлористый кремний и легирующая добавка, причем концентрация четыреххлористого кремния в газовой фазе составляет 6 об. %, и наращивание эпитаксиального слоя продолжается до получения требуемого значения толщины слоя.After the complete formation of the protective layer, instead of hydrogen chloride, silicon tetrachloride and dopant are again fed, and the concentration of silicon tetrachloride in the gas phase is 6 vol. %, and the growth of the epitaxial layer continues until the desired layer thickness is obtained.
Предлагаемый способ в сравнении с прототипом обеспечивает следующие преимущества: подавление эффекта автолегирования от рабочей и нерабочей поверхностей сильнолегированной кремниевой подложки и, следовательно, повышение однородности электрофизических параметров эпитаксиального слоя по площади структуры.The proposed method in comparison with the prototype provides the following advantages: suppressing the effect of auto-doping from the working and non-working surfaces of the highly doped silicon substrate and, therefore, increasing the uniformity of the electrophysical parameters of the epitaxial layer over the area of the structure.
Источники информацииInformation sources
1. Патент США №2010093156.1. US patent No.2010093156.
2. Патент США №2010155728 - прототип.2. US patent No.2010155728 - prototype.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015142243A RU2606809C1 (en) | 2015-10-06 | 2015-10-06 | Silicon epitaxial structure producing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015142243A RU2606809C1 (en) | 2015-10-06 | 2015-10-06 | Silicon epitaxial structure producing method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2606809C1 true RU2606809C1 (en) | 2017-01-10 |
Family
ID=58452558
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015142243A RU2606809C1 (en) | 2015-10-06 | 2015-10-06 | Silicon epitaxial structure producing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2606809C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2059326C1 (en) * | 1994-01-06 | 1996-04-27 | Акционерное общество "Кремний" | Method for producing silicon epitaxial structures |
| RU2275711C2 (en) * | 2004-06-29 | 2006-04-27 | ГОУ Московский государственный институт электронной техники (технический университет) | Method for gas-phase growth of epitaxial silicon layer |
| US20100093156A1 (en) * | 2008-09-19 | 2010-04-15 | Covalent Materials Corporation | Method for production of silicon wafer for epitaxial substrate and method for production of epitaxial substrate |
| US20100155728A1 (en) * | 2008-12-24 | 2010-06-24 | Magnachip Semiconductor, Ltd. | Epitaxial wafer and method for fabricating the same |
| US20130145984A1 (en) * | 2010-08-31 | 2013-06-13 | Chao Zhang | Method of epitaxial growth effectively preventing auto-doping effect |
-
2015
- 2015-10-06 RU RU2015142243A patent/RU2606809C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2059326C1 (en) * | 1994-01-06 | 1996-04-27 | Акционерное общество "Кремний" | Method for producing silicon epitaxial structures |
| RU2275711C2 (en) * | 2004-06-29 | 2006-04-27 | ГОУ Московский государственный институт электронной техники (технический университет) | Method for gas-phase growth of epitaxial silicon layer |
| US20100093156A1 (en) * | 2008-09-19 | 2010-04-15 | Covalent Materials Corporation | Method for production of silicon wafer for epitaxial substrate and method for production of epitaxial substrate |
| US20100155728A1 (en) * | 2008-12-24 | 2010-06-24 | Magnachip Semiconductor, Ltd. | Epitaxial wafer and method for fabricating the same |
| US20130145984A1 (en) * | 2010-08-31 | 2013-06-13 | Chao Zhang | Method of epitaxial growth effectively preventing auto-doping effect |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101430217B1 (en) | Epitaxial silicon carbide single-crystal substrate and method for producing the same | |
| JP6524233B2 (en) | Method of manufacturing epitaxial silicon carbide single crystal wafer | |
| JP6311384B2 (en) | Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device | |
| WO2010101016A1 (en) | Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device | |
| KR101947926B1 (en) | Method for producing epitaxial silicon carbide wafers | |
| KR20120125315A (en) | Process for producing epitaxial single-crystal silicon carbide substrate and epitaxial single-crystal silicon carbide substrate obtained by the process | |
| TW201711086A (en) | Bonded soi wafer manufacturing method | |
| JP5786759B2 (en) | Method for manufacturing epitaxial silicon carbide wafer | |
| JP5664534B2 (en) | Method for manufacturing epitaxial silicon carbide wafer | |
| JP2006228763A (en) | Method for manufacturing single-crystal sic substrate | |
| RU2606809C1 (en) | Silicon epitaxial structure producing method | |
| US9957639B2 (en) | Method for producing epitaxial silicon carbide wafer | |
| JP6150075B2 (en) | Epitaxial wafer manufacturing method | |
| JP2018067736A (en) | Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing the same | |
| JP2017168523A (en) | Manufacturing method for epitaxial wafer | |
| JPH04245419A (en) | Manufacture of semiconductor substrate | |
| JP2010098284A (en) | Method for production of silicon wafer for epitaxial substrate, and method for production of epitaxial substrate | |
| JP6598140B2 (en) | Epitaxial wafer manufacturing method | |
| CN118127623B (en) | Heavily doped substrate N-type silicon epitaxial wafer for VDMOS device and preparation method and application thereof | |
| KR102163490B1 (en) | METHOD FOR MANUFATURING SiC SUBSTRATE | |
| JP5458190B2 (en) | Epitaxial wafer manufacturing method and epitaxial wafer | |
| JP6628673B2 (en) | Manufacturing method of epitaxial silicon carbide single crystal wafer | |
| WO2017183277A1 (en) | Method for producing epitaxial wafer | |
| JP6347330B2 (en) | Epitaxial wafer manufacturing method | |
| KR102165615B1 (en) | Epitaxial wafer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171007 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20190805 |