一种6英寸重掺砷衬底上生长高阻厚层硅外延的方法

摘要

本发明涉及一种6英寸重掺砷衬底上生长高阻厚层硅外延的方法，采用常压平板式外延炉，步骤包括，（1）利用纯度≥99.99%的氯化氢在高温下对外延炉基座进行腐蚀；（2）外延炉内装入硅衬底片，依次利用纯度均≥99.999%的氮气和氢气吹扫外延炉腔体8~10分钟；（3）利用氯化氢气体对硅衬底片表面原位腐蚀；（4）大流量氢气对硅衬底片表面吹扫；（5）不掺杂的三氯氢硅在衬底上生长本征外延层；（6）掺杂外延层的生长；（7）外延层生长达到预定厚度后降温。有益效果是成功制备出厚度不均匀性＜1%，电阻率不均匀性＜1%，表面无层错、位错、滑移线、雾等缺陷，最佳过渡区宽度＜4μm的均匀性好、过渡区窄的高阻厚层外延结构，在参数上完全满足功率MOS器件对硅外延材料的要求。

主权项

一种6英寸重掺砷衬底上生长高阻厚层硅外延的方法，其特征在于：步骤包括，（1）利用纯度≥99.99%的氯化氢在高温下对外延炉基座进行腐蚀，完全去除基座上的残余沉积物质，温度设定为1170~1100℃，氯化氢气体流量设定为3~5 L/min，刻蚀时间设定为10~15 min;（2）向外延炉基座片坑内装入硅衬底片，依次利用纯度均≥99.999%的氮气和氢气吹扫外延炉腔体8~10分钟，气体流量设定为100~150 L/min;（3）利用氯化氢气体对硅衬底片表面进行原位腐蚀，对衬底起到表面抛光作用，有助于改善晶格结构，采用氢气输送氯化氢气体进入反应腔室，氢气流量设定为100~150 L/min，氯化氢流量设定为1~3 L/min，温度设定为1060~1070℃，时间设定为1~2 min；（4）采用大流量氢气对硅衬底片表面进行吹扫，将氯化氢原位腐蚀时产生的副产物，以及吸附在衬底表面、基座表面的杂质完全去除，氢气流量设定为220~250 L/min，时间设定为2~5 min；（5）进行本征外延层的生长，采用不掺杂的三氯氢硅在衬底上生长本征外延层，对衬底表面及边缘处进行包封，阻止重掺衬底杂质的溢出；本征层生长温度设定为1060~1070℃，利用高温快速本征生长方法，迅速完成包封，更利于抑制非主动掺杂效应；用氢气输送气态三氯氢硅进入反应腔室，氢气流量控制在100~150 L/min，三氯氢硅流量设定为4~7g/min，本征层生长速率控制在1~1.5μm/min，生长时间控制在0.5~1 min；（6）进行掺杂外延层的生长，外延炉基座转速控制在3.0~5.0 r/min； 生长温度设定为1040~1050℃，相比高于1100℃的常规外延工艺，采用较低的生长温度可以降低衬底杂质的反扩速率，有利于获得更好的电阻率均匀性和较窄的过渡区；用氢气输送气态三氯氢硅和磷烷掺杂剂进入反应腔室，氢气流量控制在100~150 L/min，三氯氢硅流量设定为12~14g/min，磷烷流量设定为55~57sccm，外延层生长速率控制在2.0~2.5 μm/min；（7）外延层生长达到预定厚度后开始降温，将氢气和氮气流量设定为100~150 L/min，依次吹扫外延炉反应腔室8~10分钟，然后将外延片从基座上取出； 利用傅里叶红外测试法对外延层的厚度及均匀性进行测量，利用汞探针CV测试法对硅外延片的电阻率及其均匀性进行测量，利用扩展电阻测试法测量衬底与外延层之间的过渡区结构。