[发明专利]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<4 um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%的氯化氢气体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1080℃，氯化氢气体流量设定为5 L/min，刻蚀时间设定为10 min；（2）向外延炉基座片坑内装入6英寸硅衬底片，依次利用纯度均≥99.999%的氮气和氢气吹扫外延炉腔体8分钟，气体流量设定为100 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进入反应腔室，氢气流量设定为150 L/min，氯化氢流量设定为2 L/min，温度设定为1070℃，时间设定为2min；（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230 L/min，时间设定为3 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及边缘处进行包封，对衬底表面进行封闭，阻止重掺衬底杂质的溢出，本征层生长温度设定为1065℃，用氢气输送气态三氯氢硅进入反应腔室，氢气流量控制在150 L/min，三氯氢硅流量设定为5g/min，本征层生长速率控制在1.35 μm/min，生长时间控制在0.8 min；（6）进行掺杂外延层的生长，生长温度设定为1045℃，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150 L/min，三氯氢硅流量设定为13 g/min，磷烷流量设定为55.2 sccm，外延层生长速率控制在2.1 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 L/min，依次吹扫外延炉反应腔室8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。