[发明专利]一种降低图形漂移率的厚层硅外延片的制备方法

说明书

一种降低图形漂移率的厚层硅外延片的制备方法，在高温下硅外延炉石英腔体对基座上残余沉积物质进行刻蚀；向基座上装入表面带有图形的硅衬底片；对硅衬底片的表面进行高温烘焙；通入氯化氢气体对硅衬底片表面气抛；通入主工艺氢气对硅外延炉石英腔体吹扫；携带气态三氯氢硅进入硅外延炉石英腔体，进行硅外延层的生长；通入主工艺氢气对硅外延炉石英腔体吹扫；继续进行硅外延层的生长；硅外延层生长完成后从基座上取出，形成表面带有图形的硅衬底片，硅外延层的厚度5点均值为11.5~12.5µm，硅外延层的掺杂层电阻率5点均值为1.85~2.15Ω·cm；本方法与现有工艺兼容，不需要增加额外的工艺开发和气体置换成本。

技术领域

本发明涉及一种半导体外延材料的制备技术领域，尤其涉及一种降低图形漂移率的厚层硅外延片的制备方法。

背景技术

目前IC双极集成电路用NPN晶体管等器件结构中，外延前通常需要在P型111的中等阻值的硅衬底片制作N埋、P埋和光刻对位标记等图形区，在硅片表面形成一定高度的台阶，便于外延后的光刻对准使用。但利用表面带有图形的111硅衬底片在生长硅外延层后，各个晶向的生长速率不同，在实际外延生长过程中形成一种倾斜式的生长方式，就会导致外延后的图形偏离垂直于原来的图形位置，导致外延后无法和外延前留下的对位标记实现准确对位。随着目前器件产品的设计容限越来越小，外延后图形对漂移的容限越来越小，要求图形漂移率不能高于88%，否则外延后图形的严重漂移，已无法实现后续光刻工艺的精准对位，造成器件结构的直接报废。因此硅外延层生长过程中的图形漂移率、厚度和电阻率的均匀性均是评价硅外延层生长质量的重要参数。尤其是超过10微米的硅外延层，膜层的累积会造成硅外延图形进一步严重偏移的风险。传统为控制硅外硅层的图形漂移率，直接采用提高温度的工艺手段，但是随之造成衬底杂质的挥发，造成电阻率均匀性等外延指标难以控制，不均匀性3%，难以满足使用要求，而采用二氯氢硅为生长原料，虽然可以实现对图形漂移率88%的良好控制，但与常规外延生长过程所用的三氯氢硅原料无法实现供气管路上的工艺兼容。以上难点都需要通过对三氯氢硅为原料的外延工艺的进一步优化，对工艺温度、气体流量等外延工艺条件的精确匹配和条件组合，实现对外延图形漂移率、厚度不均匀性、电阻率不均匀性等硅外延层相关关键指标的良好控制，实现图形衬底生长较厚硅外延层的工艺兼容性。

发明内容

发明目的：现有技术中的应用桶式外延炉方法的缺点在于：采用图形硅衬底片生长厚层硅外延层的图形漂移率偏高，并且难以与厚度不均匀性和电阻率不均匀性的控制工艺完成兼容，关键材料指标始终存在1~2个参数无法达标的情况。本发明的目的是克服带有图形的硅衬底片在生长膜层较厚的硅外延层时，面临图形漂移率与厚度不均匀性、电阻率不均匀性工艺无法兼容的问题，通过主工艺氢气流量、工艺温度、生长速率的工艺组合，获得一种图形漂移率、厚度不均匀性和电阻率不均匀性完成工艺兼容的厚层硅外延片的制备方法。

本发明采取的技术方案是：一种降低图形漂移率的厚层硅外延片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）硅外延炉内的基座温度设定为1160~1180 ℃，通入氯化氢气体，氯化氢气体流量设定为18~20 L/min，在高温下对基座上残余沉积物质进行刻蚀，刻蚀时间设定为2~3min；

（2）基座降温至60 ℃，向硅外延炉内的基座上装入表面带有图形的硅衬底片；

（3）基座升温至1160 ℃，对硅衬底片的表面进行高温烘焙，时间设定为1~2 min；

（4）通入氯化氢气体对硅衬底片表面进行气抛，氯化氢气体流量为1~3 L/min，气抛时间设定为1~3 min；

（5）通入主工艺氢气对硅外延炉的石英腔体进行吹扫，主工艺氢气流量由300 L/min升高至350 L/min，气流升高的时间为60~90 sec，吹扫时间设定为3~5 min，随后把主工艺氢气流量再从350 L/min降低至300 L/min，气流降低的时间为60~90 sec，吹扫时间设定为1~3 min；