[发明专利]一种功率芯片用外延片生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料制备技术，具体是一种功率芯片用外延片生产工艺。

背景技术

目前功率芯片应用越来越广泛，对其性能也提出了更高要求，作为功率芯片用外延片生产工艺的重要组成部分，硅外延片的性能越来越受到人们的重视。现今在制备硅外延片时硅片内热场分布不均匀，且存在衬底杂质固态扩散和自然掺杂现象，这导致制备的硅外延片厚度均匀性和电阻率均匀性差。如何对现有硅外延片制备工艺做出改进，以提升硅外延片的厚度均匀性和电阻率均匀性，这成为目前人们普遍关注的问题，然而，现今没有相应的工艺，也未见相关的报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种功率芯片用外延片生产工艺，其应用时能降低衬底杂质固态扩散和自然掺杂现象的影响，能提升硅外延片的厚度均匀性和电阻率均匀性。

本发明解决上述问题主要通过以下技术方案实现：

一种功率芯片用外延片生产工艺，包括以下步骤：

步骤1、清洗衬底硅片；

步骤2、将清洗后的硅片放入气相生长装置内，并将气相生长装置抽真空；

步骤3、向气相生长装置内输入硅烷与磷烷的混合气体；

步骤4、加热，并使气相生长装置内部温度维持在580℃～630℃，待硅片上淀积外延层厚度达到0.3～0.4μm时，停止加热；

步骤5、采用氮气冲洗气相生长装置内部腔体，然后静置气相生长装置直至其内部温度降至室温，取出硅外延片成品。本发明淀积硅外延层时在真空环境下运行，能大大减少杂质污染，得到一个超净的生长环境，有利于获得原子级洁净的衬底表面，有利于降低外延温度和改进外延质量。

本发明应用时硅烷与磷烷发生高温热分解反应，反应方程式如下：

进一步的，所述步骤1中清洗衬底硅片具体包括以下步骤：

步骤1.1、将硅片放入浓硫酸与双氧水按体积比1：1混合成的混合溶液中，采用0.8℃/s匀速升温的方式将混合液升温至100℃，并保持8min；

步骤1.2、将硅片取出放入双氧水、氨水及去离子水按体积比1：1.2：5混合成的混合溶液中，采用0.8℃/s匀速升温的方式将混合液升温至75℃，并保持10min，然后取出硅片用去离子水冲洗；

步骤1.3、将硅片放入质量分数为15%的氢氟酸溶液中浸泡40s，再取出用去离子水清洗；

步骤1.4、将硅片放入双氧水、盐酸及去离子水按1：1.5：8混合成的混合溶液中，采用0.8℃/s匀速升温的方式将混合液升温至85℃，并保持18min，然后取出硅片用去离子水冲洗；

步骤1.5、再次将硅片放入质量分数为15%的氢氟酸溶液中浸泡40s，然后取出硅片。本实施例步骤1.1中通过浓硫酸与双氧水的混合溶液去除硅片表面的蜡，步骤1.2中通过双氧水、氨水及去离子水的混合溶液去除硅片表面的有机物，步骤1.3中通过氢氟酸溶液去除硅片表面的氧化物，步骤1.4中通过双氧水、盐酸及去离子水的混合溶液去除硅片表面的无机物，步骤1.5中将处理过的硅片再放入氢氟酸溶液中浸泡，浸泡后不再经过去离子水漂洗，直接放入气相生长装置内，能防止硅片暴露时间太长而被氧化。

进一步的，所述步骤2中抽真空后保持气相生长装置的真空度为10^-7Pa。

进一步的，所述步骤3中输入的混合气体中硅烷与磷烷的体积比为1：1。

进一步的， 所述气相生长装置包括壳体、封盖、支撑架、泄压组件、加热装置及真空泵，所述壳体上端开口，封盖与壳体连接且封闭壳体的上端开口，壳体构成有接通其内部的混合气体入口、氮气入口及排气口，所述加热装置设于壳体内，真空泵与壳体内部接通；所述支撑架包括矩形定位板、顶杆及支撑臂，所述矩形定位板和顶杆均设于壳体内，矩形定位板上端面内凹构成有矩形凹槽、以及位于矩形凹槽侧壁上的矩形边框支撑台，所述矩形边框支撑台上端面的水平高度低于矩形定位板上端面的水平高度，所述顶杆竖直设置且穿过矩形定位板构成矩形凹槽的区域，顶杆上端端头的直径大于矩形定位板穿过顶杆部位的孔径，所述支撑臂竖直设置，其上端穿过壳体底部且与矩形定位板下端面固定连接；所述泄压组件设有泄气入口及与泄气入口接通的泄气出口，所述泄气入口与壳体内部接通，泄气入口与泄气出口接通的通道上设有泄压腔和助封组件，所述助封组件通过其自身弹性作用配合泄压腔内气压共同控制泄压腔与泄气出口之间通道在通、断两种状态下转换。

本发明步骤二中将清洗后的硅片放入气相生长装置内时具体包括以下步骤：