一種重摻襯底反型高阻IC外延片的制備方法與流程

本發明涉及半導體基礎材料硅外延片，尤其涉及一種重摻襯底反型高阻IC外延片的制備方法。

背景技術：

外延生長工藝是一種在單晶襯底的表面上淀積一個單晶薄層的方法。由于對雜質濃度有良好的控制以及能獲得晶體的完整性，氣相外延得到了最廣泛的應用。在重摻襯底上進行外延生長，自摻雜效應是必須考慮的問題。在外延前的HCl腐蝕、H2處理和外延生長時的高溫，使重摻襯底片的雜質原子從正面、邊緣和背面從由固相蒸發到反應室的氣相中，進入外延層形成氣相自摻雜，同時反應室的氣氛與襯底雜質化學反應產物進入外延層，也會形成非人為摻雜。自摻雜的程度取決于襯底雜質濃度、淀積溫度、硅源、生長速率、反應室尺寸和壓強，還與邊界層厚度有關。

重摻襯底IC片做反型高阻外延的難度遠大于常規外延品種，主要體現在：(1)對于埋層片品種，為了降低圖形漂移率，外延生長溫度必須在高溫下進行，這樣就會使自摻雜效應更加嚴重；(2)反型外延，外延層導電類型與襯底相反，兩種不同類型的雜質存在一定的補償，外延層與襯底之間的過渡區難以精確控制；(3)為了得到外延高阻層，通入反應室的雜質量要少，受襯底反型雜質的影響，表層極有可能會被反型自摻雜覆蓋，電阻率控制非常困難。

因此，亟待解決上述問題。

技術實現要素：

發明目的：本發明的目的是提供一種可有效抑制襯底自摻雜的效應且防止埋片層表面圖形畸變的重摻襯底反型高阻IC外延片的制備方法。

技術方案：為實現以上目的，本發明所述的一種重摻襯底反型高阻IC外延片的制備方法，包括如下步驟：

A、預備重摻襯底埋層片：選用重摻的埋層片，電阻率＜0.01Ωcm，背封為背封層為二氧化硅+多晶硅；

B、HCl拋光：在1100℃下，選擇HCl流量為3～5L/min，拋光時間2～6min，拋光完成后H₂吹掃4～8min；

C、外延生長：選擇雙層外延工藝條件，硅源采用超高純三氯氫硅，第一步生長一重摻過渡層，其生長溫度為1100℃，厚度為1～2um，生長速率為0.4～0.6um/min；第二步生長一高阻外延層，其生長溫度為1160～1180℃，生長速率為0.4～0.6um/min。

本發明中的襯底選擇背封層為二氧化硅(LTO)+多晶硅(Poly)的埋層片，其在后續的HCL拋光中，通過低溫小流量氣腐，可在保障表面拋光作用的同時，又不至于將埋層處理掉，能夠進一步促進背面的吸硅作用，以及更好的保護二氧化硅背封膜。此外，因本發明所采用的襯底，其表面具有電路圖案，在外延生長中采用高溫慢速(生長溫度為1160～1180℃，生長速率為0.4～0.6um/min)的生長條件，可有效保障電路圖案不發生畸變，提高外延片的成品率。

其中，所述外延生長中高頻感應加熱體為表面經裂解處理并表面包封高純SiC的高純石墨基座。

優選的，在外延生長前，在所述高純石墨基座表面淀積一層10～20um通有重摻雜質、與外延層雜質相同的硅。

再者，所述重摻過渡層和高阻外延層與襯底埋層片雜質類型相反。本發明外延片生長過程中襯底背面于基座表面接觸，襯底背面擴散出來的P型雜質與基座表面多晶硅中的N型雜質相中和，起到抑制襯底自摻雜的作用。

進一步，所述H₂純度為99.9999％以上，其采用的氫純化器為分子篩。

優選的，在進行外延前清除外延設備中石英鐘罩內壁和石英零件上淀積殘留物。

再者，所述重摻過渡層外延結束后，經過大流量H₂吹除，氣相吹除的時間和氣流量要能使反應室的雜質濃度降到最低，然后通入適量的摻雜源，按技術要求生長一高阻外延層。

有益效果：與現有技術相比，本發明具有以下顯著優點：首先本發明中的襯底選擇背封層為二氧化硅(LTO)+多晶硅(Poly)的埋層片，其在后續的HCL拋光中，通過低溫小流量氣腐，可在保障表面拋光作用的同時，又不至于將埋層處理掉，能夠進一步促進背面的吸硅作用，以及更好的保護二氧化硅背封膜；其次因本發明所采用的襯底，其表面具有電路圖案，在外延生長中采用高溫慢速(生長溫度為1160～1180℃，生長速率為0.4～0.6um/min)的生長條件，可有效保障電路圖案不發生畸變，提高外延片的成品率；最后本發明外延片生長過程中襯底背面于基座表面接觸，襯底背面擴散出來的P型雜質與基座表面多晶硅中的N型雜質相中和，起到抑制襯底自摻雜的作用。

附圖說明

圖1為本發明所用裝置示意圖；

圖2為本發明的工藝流程圖；

圖3為本發明外延層縱向結構圖；

圖4為本發明外延層典型縱向載流子分布圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的技術方案作進一步說明。

如圖1所示，本發明所用的設備是意大利LPE公司生產的PE-2061S外延設備。

基座是高純石墨表面經裂解處理并表面包封高純SiC，用高頻感應方式加熱。氫純化器用分子篩吸附，純度為99.9999％。

反應器清洗：石英鐘罩及石英支架在進行高阻外延前必須認真清洗，以清除吸附在石英反應器內壁和石英件的雜質原子和淀積殘留物。

高純石墨基座處理：在生長外延前，基座都必須重新處理，并在基座表面淀積一層10～20um通有重摻雜質(與外延層雜質相同)的硅。

本發明一種重摻襯底反型高阻IC外延片的制備方法，包括如下步驟：

A、預備重摻襯底埋層片：選用重摻的埋層片，電阻率＜0.01Ωcm，背封為背封層為二氧化硅+多晶硅；

B、HCl拋光：在1100℃下，選擇HCl流量為3～5L/min，拋光時間2～6min，拋光完成后H₂吹掃4～8min；氣相腐蝕的目的是取出襯底表面的自然氧化層和表面金屬沾污及其他雜質沾污，另外，在氣相腐蝕過程中有助于背面吸附基座上的硅。本發明中的襯底選擇背封層為二氧化硅(LTO)+多晶硅(Poly)的埋層片，其在后續的HCL拋光中，通過低溫小流量氣腐，可在保障表面拋光作用的同時，又不至于將埋層處理掉，能夠進一步促進背面的吸硅作用，以及更好的保護二氧化硅背封膜。

C、外延生長：選擇雙層外延工藝條件，硅源采用超高純三氯氫硅，第一步生長一重摻過渡層，其生長溫度為1100℃，厚度為1～2um，生長速率為0.4～0.6um/min；第二步生長一高阻外延層，其生長溫度為1160～1180℃，生長速率為0.4～0.6um/min。因本發明所采用的襯底，其表面具有電路圖案，在外延生長中采用高溫慢速(生長溫度為1160～1180℃，生長速率為0.4～0.6um/min)的生長條件，可有效保障電路圖案不發生畸變，提高外延片的成品率。

其中第一層外延結束后，經過大流量吹除，氣相吹除的時間和氣流量要能使反應室的雜質濃度降到最低，然后通入適量的摻雜源，按技術要求生長一高阻外延層。本發明的重摻過渡層和高阻外延層與襯底埋層片雜質類型相反。本發明外延片生長過程中襯底背面于基座表面接觸，襯底背面擴散出來的P型雜質與基座表面多晶硅中的N型雜質相中和，起到抑制襯底自摻雜的作用。