TW202325921A - 磊晶生長方法及磊晶矽片 - Google Patents

Abstract

本公開提供了一種磊晶生長方法及磊晶矽片，屬於半導體製造技術領域。磊晶生長方法，應用於磊晶生長設備，磊晶生長設備包括反應腔室和位於反應腔室內的基座，磊晶生長方法包括：將拋光後的矽片放置在基座上；利用矽源氣體在拋光後的矽片上依次沉積預製層和磊晶層，使得預製層的致密度高於磊晶層的致密度。

Description

磊晶生長方法及磊晶矽片

本公開屬於半導體製造技術領域，尤指一種磊晶生長方法及磊晶矽片。

磊晶生長是指在單晶矽基板上，通過磊晶（epitaxy）技術生長一層單晶薄膜（晶向與基板晶向一致）的製作過程。磊晶片的整個生產流程包括長晶（多晶矽料拉製矽晶棒）→成型（切片研磨）→拋光（雙面拋光）→清洗（去除表面微粒、金屬離子和有機物）→磊晶（氣相沉積）五大步驟，其中磊晶作為最後一道重要步驟，可以改善拋光片的晶體性質、原生缺陷、電阻率以及平坦度等。

在利用化學氣相沉積方法生長磊晶層時，磊晶層中所含的雜質除來自摻雜源外，還來自重摻基板中的雜質。通常把磊晶生長過程中由於高溫使得重摻基板中的雜質蒸發揮發進入磊晶層的現象稱為自摻雜，重摻基板中的雜質在磊晶生長過程中主要通過氣相運輸和固相擴散進入到磊晶層中，從而影響磊晶矽片的產品良率。

為了解決上述技術問題，本公開提供一種磊晶生長方法及磊晶矽片，能夠抑制或防止重摻基板中的雜質向磊晶層的擴散，減小重摻磊晶片的過渡區寬度。

為了達到上述目的，本公開採用的技術方案是：一種磊晶生長方法，應用於磊晶生長設備，磊晶生長設備包括反應腔室和位於反應腔室內的基座，磊晶生長方法包括：將拋光後的矽片放置在基座上；利用矽源氣體在拋光後的矽片上依次沉積預製層和磊晶層，使得預製層的致密度高於磊晶層的致密度。

一些實施例中，形成預製層的矽源氣體流量大於形成磊晶層的矽源氣體流量。

一些實施例中，形成預製層的矽源氣體流量為11~13L/Min；形成磊晶層的矽源氣體流量為8~10L/Min。

一些實施例中，預製層的厚度為0.23~1μm。

一些實施例中，形成預製層的沉積時長為15~25s，形成磊晶層的沉積時長為85~95s。

一些實施例中，在拋光後的矽片上沉積預製層之前，其步驟還包括：對反應腔室進行加熱，升溫速率為每秒10~15°C，升溫時長大於30s，升溫至1120°C以上；向加熱後的反應腔室內通入氫氣，對反應腔室進行吹掃；向反應腔室內通入刻蝕氣體，對矽片表面進行清潔。

一些實施例中，氫氣的氣體流量大於65L/Min。

一些實施例中，反應腔室的生產功率設定範圍為58/14至82/20，58/14中，58為反應腔室的頂部加熱模組的輸出功率百分比，14為反應腔室的底部加熱模組的輸出功率百分比；82/20中，82為反應腔室的頂部加熱模組的輸出功率百分比，20為反應腔室的底部加熱模組的輸出功率百分比。

一些實施例中，在拋光後的矽片上沉積磊晶層之後，其步驟還包括：對反應腔室進行冷卻，降溫速率不低於10°C/s。

本公開還提供了一種磊晶矽片，採用如上所述的磊晶生長方法得到。

本公開的有益效果是：本實施例中，在拋光後的矽片上沉積磊晶層之前，在拋光後的矽片上沉積預製層，預製層的致密度高於磊晶層的致密度，預製層能夠防止矽片中的雜質向磊晶層的擴散，降低自摻雜，減小重摻磊晶片的過渡區寬度。

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例的附圖，對本發明實施方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於所描述的本發明的實施例，本領域具通常知識者所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“內”、“外”等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在重摻雜磊晶矽片的SRP（Spreading resistance profile，擴散電阻分佈）測試中，理想狀態下的測試數據曲線如圖1所示，此時的過渡區寬度為零。但是由於基板和磊晶層之間的自摻雜現象，導致過渡區的寬度增加，如圖2所示，過渡區寬度大於1.2μm，影響了矽片的產品良率。

本發明提供一種磊晶生長方法及磊晶矽片，能夠抑制或防止重摻基板中的雜質向磊晶層的擴散，減小重摻磊晶片的過渡區寬度。

本發明實施例提供一種磊晶生長方法，應用於磊晶生長設備，磊晶生長設備包括反應腔室和位於反應腔室內的基座，磊晶生長方法包括：將拋光後的矽片放置在基座上；利用矽源氣體在拋光後的矽片上依次沉積預製層和磊晶層，使得預製層的致密度高於磊晶層的致密度。

本實施例中，在拋光後的矽片上沉積磊晶層之前，在拋光後的矽片上沉積預製層，預製層的致密度高於磊晶層的致密度，預製層能夠防止矽片中的雜質向磊晶層的擴散，降低自摻雜現象，提高磊晶矽片的產品良率。

在形成預製層之後，可以進行正常的磊晶層生長技術，在預製層上製備磊晶層。

一些實施例中，形成預製層的矽源氣體流量大於形成磊晶層的矽源氣體流量。

一些實施例中，預製層的厚度可以為0.23~1μm。這樣不會對磊晶矽片的厚度造成太大的影響，另外，可以有效阻擋或防止矽片中的雜質向磊晶層的擴散。具體地，預製層的厚度可以為0.25μm、0.5μm、0.75μm或1μm。

形成預製層的矽源氣體流量可以為11~13L/Min；形成磊晶層的矽源氣體流量為可以8~10L/Min。

在形成預製層的矽源氣體流量為11~13L/Min時，可以快速在矽片上形成一層厚度為0.23~1μm的預製層，如果形成預製層的矽源氣體流量過小，無法快速在矽片上形成一層厚度為0.23~1μm的預製層，如果形成預製層的矽源氣體流量過大，形成預製層的厚度過大，會影響整個磊晶矽片的性能。

在形成預製層的矽源氣體流量為11~13L/Min時，可以在矽片上快速形成一層緻密性較高的預製層，預製層能夠防止矽片中的雜質向磊晶層的擴散，降低自摻雜現象，提高磊晶矽片的產品良率。

具體地，形成預製層的矽源氣體流量可以為11L/Min、12L/Min或13L/Min；形成磊晶層的矽源氣體流量可以為8L/Min、9L/Min或10L/Min。

本實施例中，預製層主要用於阻擋或防止矽片中的雜質向磊晶層的擴散，因此，預製層的厚度無需太大，形成預製層的沉積時長小於形成磊晶層的沉積時長。

一些實施例中，形成預製層的沉積時長可以為15~25s，比如15s、16s、17s、18s、19s、20s、21s、22s、23s、24s或25s；形成磊晶層的沉積時長可以為85~95s，比如85s、86s、87s、88s、89s、90s、91s、92s、93s、94s或95s。

一些實施例中，反應腔室的生產功率（Power）設定範圍為58/14至82/20，58/14中，58為反應腔室的頂部加熱模組的輸出功率百分比，14為反應腔室的底部加熱模組的輸出功率百分比；82/20中，82為反應腔室的頂部加熱模組的輸出功率百分比，20為反應腔室的底部加熱模組的輸出功率百分比。在反應腔室的生產功率設定範圍為58/14至82/20時，可以最優地減少晶向滑移和提高磊晶層電阻率的均一性。

具體地，反應腔室的生產功率可以為58/14、70/17或82/20，其中，反應腔室的底部加熱模組的輸出功率百分比與反應腔室的頂部加熱模組的輸出功率百分比是對應的，反應腔室的頂部加熱模組的輸出功率百分比為70時，反應腔室的底部加熱模組的輸出功率百分比為17；反應腔室的頂部加熱模組的輸出功率百分比為58時，反應腔室的底部加熱模組的輸出功率百分比為14；反應腔室的頂部加熱模組的輸出功率百分比為82時，反應腔室的底部加熱模組的輸出功率百分比為20。

一具體示例中，如圖3所示，磊晶生長方法包括以下步驟：步驟1、載入矽片，將拋光後的矽片放置在反應腔室的基座上，反應腔室的初始溫度為T1，T1可以為700~800°C，對反應腔室進行加熱，升溫速率為每秒10~15°C，升溫時長大於30s，升溫至1120°C以上；對反應腔室進行迅速升溫可以去除反應腔室內的氧化物，避免氧化物影響磊晶層的品質。其中，矽片可以為N型摻雜劑（N+）或P型摻雜劑（P+）重摻雜的單晶矽片。

步驟2、向加熱後的反應腔室內通入氫氣，對反應腔室進行吹掃；加熱後的反應腔室的溫度為T4，通入氫氣對反應腔室進行吹掃，可以清除載入矽片時可能進入反應腔室的氮氣。氫氣的氣體流量可以大於65L/Min，Power設定為74/18，74為反應腔室的頂部加熱模組的輸出功率百分比，18為反應腔室的底部加熱模組的輸出功率百分比，此階段持續時間可以為40s。

步驟3、向反應腔室內通入刻蝕氣體，對矽片表面進行清潔；其中，刻蝕氣體可以為HCl（氯化氫），此時可以繼續向反應腔室通入氫氣，氫氣的氣體流量可以大於65L/Min，HCl的氣體流量可以為0.9L/Min，通氣時間為20s，步驟3持續總時間可以為30s，Power設定為74/18，74為反應腔室的頂部加熱模組的輸出功率百分比，18為反應腔室的底部加熱模組的輸出功率百分比。

向反應腔室內通入刻蝕氣體，一方面可以去除矽片表面附著的顆粒物以及損傷層，另一方面可以調節矽片的平坦度，在氫氣氛圍下通入刻蝕氣體，能更加高效去除掉矽片表面殘留的氧化物和有機物。

步驟4、在T3溫度下，在拋光後的矽片上沉積預製層；可以向反應腔室內通入TCS（甲矽烷的三氯代物）氣體以生長預製層，流量可以為12L/Min，主摻雜氣體流量可以為0.25L/Min，沉積時間可以為20s，Power設定為80/20，80為反應腔室的頂部加熱模組的輸出功率百分比，20為反應腔室的底部加熱模組的輸出功率百分比。提高反應腔室的工作功率可以加速預製層的沉積生長。

其中，主摻雜氣體可以為硼源氣體，砷源氣體或磷源氣體。

步驟5、在T2溫度下，在預製層上沉積磊晶層；可以向反應腔室內通入TCS氣體以生長磊晶層，TCS氣體流量可以為9L/Min，主摻雜氣體流量可以為0.24L/Min，Power設定為76/18.5，76為反應腔室的頂部加熱模組的輸出功率百分比，18.5為反應腔室的底部加熱模組的輸出功率百分比，沉積時間為90s，T2溫度至少為1120°C。

步驟6、對反應腔室進行冷卻，降溫速率不低於10°C/s。

在生長磊晶層後，將反應腔室的溫度從T2降至T1，降溫速率不低於10°C/s，這樣可以提高生產效率，保證磊晶矽片的產量。之後可以卸載磊晶矽片。

經過上述步驟1~6即可得到如圖4所示的磊晶矽片，包括矽片1、預製層2和磊晶層3。圖5表示本發明實施例磊晶矽片的SRP測試曲線示意圖，可以看出，通過採用本實施例的技術方案可以降低重摻雜基板中的自摻雜問題，抑制或防止重摻雜基板中摻雜劑向磊晶層的擴散，將過渡區的寬度降至0.68μm。

本發明實施例還提供了一種磊晶矽片，採用如上所述的磊晶生長方法得到，能夠抑制或防止重摻雜基板中摻雜劑向磊晶層的擴散，將過渡區的寬度降至0.68μm。

本發明實施例還提供一種電子元件。根據本發明的實施例，上述電子元件具有以上實施例的方法處理得到的磊晶矽片或以上實施例的磊晶矽片。由此，上述電子元件具有上述磊晶矽片的所有優點，在此不再贅述。

需要說明，本說明書中的各個實施例均採用遞進的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。尤其，對於實施例而言，由於其基本相似於產品實施例，所以描述得比較簡單，相關之處參見產品實施例的部分說明即可。

在上述實施方式的描述中，具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域具通常知識者在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應以申請專利範圍的保護範圍為準。

1:矽片 2:預製層 3:磊晶層

圖1表示理想化的SRP測試曲線示意圖； 圖2表示相關磊晶矽片的SRP測試曲線示意圖； 圖3表示本發明實施例磊晶生長方法的流程示意圖； 圖4表示本發明實施例磊晶矽片的結構示意圖； 圖5表示本發明實施例磊晶矽片的SRP測試曲線示意圖。

1:矽片

2:預製層

3:磊晶層

Claims (10)

1. 一種磊晶生長方法，應用於磊晶生長設備，該磊晶生長設備包括反應腔室和位於該反應腔室內的基座，該磊晶生長方法之步驟包括： 將拋光後的矽片放置在該基座上； 利用矽源氣體在拋光後的該矽片上依次沉積預製層和磊晶層，使得該預製層的致密度高於該磊晶層的致密度。
2. 如請求項1所述的磊晶生長方法，其中形成該預製層的矽源氣體流量大於形成該磊晶層的矽源氣體流量。
3. 如請求項2所述的磊晶生長方法，其中形成該預製層的矽源氣體流量為11~13L/Min；形成該磊晶層的矽源氣體流量為8~10L/Min。
4. 如請求項1所述的磊晶生長方法，其中該預製層的厚度為0.23~1μm。
5. 如請求項2所述的磊晶生長方法，其中形成該預製層的沉積時長為15~25s，形成該磊晶層的沉積時長為85~95s。
6. 如請求項1所述的磊晶生長方法，其中在拋光後的該矽片上沉積該預製層之前，其步驟還包括： 對該反應腔室進行加熱，升溫速率為每秒10~15°C，升溫時長大於30s，升溫至1120°C以上； 向加熱後的該反應腔室內通入氫氣，對該反應腔室進行吹掃； 向該反應腔室內通入刻蝕氣體，對該矽片表面進行清潔。
7. 如請求項6所述的磊晶生長方法，其中該氫氣的氣體流量大於65L/Min。
8. 如請求項1所述的磊晶生長方法，其中該反應腔室的生產功率設定範圍為58/14至82/20，58/14中，58為該反應腔室的頂部加熱模組的輸出功率百分比，14為該反應腔室的底部加熱模組的輸出功率百分比；82/20中，82為該反應腔室的頂部加熱模組的輸出功率百分比，20為該反應腔室的底部加熱模組的輸出功率百分比。
9. 如請求項1所述的磊晶生長方法，其中在拋光後的該矽片上沉積該磊晶層之後，其步驟還包括： 對該反應腔室進行冷卻，降溫速率不低於10℃/s。
10. 一種磊晶矽片，主要是採用如請求項1至9中任一項所述的磊晶生長方法得到。