本發(fā)明屬于半導(dǎo)體外延材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種8英寸薄層外延片、均勻性控制方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

硅外延材料是半導(dǎo)體功率器件的關(guān)鍵支撐材料，隨著技術(shù)和工藝發(fā)展，盡管新材料層出不窮，但硅材料仍然是半導(dǎo)體行業(yè)的主體。

8英寸薄層外延片，主要由單片爐生產(chǎn)，使用紅外線加熱技術(shù)，具有升溫快、溫區(qū)均勻、沉積速率快等特點。

隨著工藝技術(shù)發(fā)展和降低成本的要求，硅外延材料已由原來的5英寸、6英寸發(fā)展至8英寸和12英寸。隨著尺寸擴(kuò)大，均勻性控制要求也越來越高，理論上，外延片均勻性要求越低越好，見圖3示。對于8英寸薄層外延片，盡管均勻性控制可以達(dá)到1%以內(nèi)，但是MOS器件企業(yè)的使用結(jié)果并不理想，晶圓內(nèi)的擊穿電壓離散性較大，良率損失較高。因此需要一種新的8英寸薄層外延片的外延層厚度和電阻率的分布評價方法，以及實現(xiàn)該分布的工藝方法來確保半導(dǎo)體后道器件參數(shù)如漏源擊穿電壓（BVDS）的離散性得到控制，提高8英寸晶圓的良率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種8英寸薄層外延片, 其外延層邊緣的厚度和電阻率相對于中心適當(dāng)調(diào)高，能夠避免制備的器件的漏源擊穿電壓BVDS降低，從而改善晶圓的離散性。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：8英寸薄層外延片，外延片厚度在20um以內(nèi)，電阻率在0-2Ω.cm之間；外延片厚度分布為中心向邊緣逐漸變厚，電阻率分布為中心向邊緣逐漸走高；最低點為中心，最高點在距邊緣10mm處和距邊緣6mm處，在上述兩處外延片的厚度和電阻率均大于半徑1/2處，在6mm處外延片厚度和電阻率的測試值的最小值均高于中心值以及半徑1/2處的均值，外延片的電阻率均勻性在2%-3%之間，外延片的厚度均勻性在1%-2%之間。

本發(fā)明提供的8英寸薄層外延片所產(chǎn)生的有益效果在于：外延片厚度和電阻率分布為中心向邊緣，逐漸走高，形成“碗狀”分布，可以防止該區(qū)域的器件的BVDS降低，從而改善晶圓的離散性。

本發(fā)明另一目的在于提供一種8英寸薄層外延片均勻性控制方法，通過該方法獲得的外延片，獲得的漏源擊穿電壓（BVDS）離散性明顯小于常規(guī)外延片的離散性，用于低壓MOS器件加工，可以明顯改善擊穿電壓片內(nèi)的離散性。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明8英寸薄層外延片均勻性控制方法所采取的技術(shù)方案，包括：

采用單片外延生長系統(tǒng)，紅外線燈陣列輻射加熱，高純石墨基座為硅片載體，保護(hù)氣體為超高純H₂氣體；

使用8英寸重?fù)紸s襯底，晶向<100>，電阻率0.001-0.003Ω.cm之間，背面使用SiO₂背封；

外延生長前，對單片外延生長系統(tǒng)進(jìn)行充分去除自摻處理，在1180℃-1200℃溫度下，通入大流量HCL氣體15-25 slm/min，腐蝕掉殘留的Si,腐蝕基座上殘留的Si時，H₂ 流量設(shè)定為5-15slm/min,腐蝕鐘罩內(nèi)壁上殘留的Si時，加大H₂流量至40-80slm/min；

外延生長前，對襯底表面進(jìn)行H₂烘烤和前拋光處理， 烘烤溫度和時間設(shè)定為1160℃-1180℃和30s-50s，H₂流量為120-150slm/min； HCL 流量設(shè)定為0.2-0.8slm/min,腐蝕時間為5-15s，H₂流量為120-150slm/min；

外延生長使用本征層覆蓋工藝，在本征層和外延層之間進(jìn)行60±10秒的變H2流量趕氣,然后在生長溫度和流量固定的情況下開始生長剩余的厚度；

使用低溫生長，生長溫度控制在1120℃-1130℃之間，邊緣溫度低于中心溫度不超過30℃；

使用的外延生長速率大于4um/min。

進(jìn)一步地，采用TCS流量計，流量固定為15g/min，在此條件下，外延生長速率達(dá)到4um/min之上。

進(jìn)一步地，所述生長溫度固定為1130℃。

進(jìn)一步地，采用的單片外延生長系統(tǒng)為ASM E2000型單片外延生長系統(tǒng)。

進(jìn)一步地，所述超高純H₂氣體的純度達(dá)到99.999999%以上。

進(jìn)一步地，所述單片外延生長系統(tǒng)預(yù)防性維護(hù)后連續(xù)生產(chǎn)時間不超過40天。

本發(fā)明另一目的在于提供一種8英寸薄層外延片均勻性控制方法制備的外延片在低壓MOS器件中的應(yīng)用。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：本發(fā)明使用單片外延生長系統(tǒng)，通過工藝調(diào)整，獲得的8英寸薄層外延片厚度和電阻率由中心向邊緣逐漸走高，形成“碗狀”分布，使外延片邊緣的厚度和電阻率在一定程度上高于中心區(qū)域，這樣的外延片均勻性在一定程度上較“差”，但是用于MOS器件加工，獲得的漏源擊穿電壓（BVDS）離散性明顯小于常規(guī)外延片的離散性，明顯提高晶圓的良率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的8英寸薄層外延片的俯視圖；

圖2是圖1的主視圖；

圖3是常規(guī)外延片的主視圖；

圖4是常規(guī)外延片得到的BVDS離散性數(shù)據(jù)；

圖5是本發(fā)明外延片得到的BVDS離散性數(shù)據(jù)。

圖中：1、外延層；2、襯底；3、外延片。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

參見圖1、圖2所示，本發(fā)明實施例提供的8英寸薄層外延片，外延片厚度在20um以內(nèi)，電阻率在0-2Ω.cm之間；外延片厚度分布為中心向邊緣逐漸變厚，電阻率分布為中心向邊緣逐漸走高；最低點為中心，最高點在距邊緣10mm處和距邊緣6mm處，圖1中A處為距邊緣10mm處，B處為距邊緣6mm處，C處為半徑1/2處，O為圓心，半徑記為R，在上述兩處外延片的厚度和電阻率均大于半徑1/2處，要求6mm處外延片厚度和電阻率的測試值的最小值均要高于中心值和半徑1/2處的均值，即min(6mm)-center>0, min(6mm)-average(1/2R)>0；外延片的電阻率均勻性在2%-3%之間，外延片的厚度均勻性在1%-2%之間。

本發(fā)明提供的外延片厚度和電阻率分布為中心向邊緣，逐漸走高，形成“碗狀”分布，可以防止制成的器件的BVDS降低，從而改善晶圓的離散性。

進(jìn)一步地，上述均勻性計算方法為（最大值-最小值）/(最大值+最小值)×100%。

本發(fā)明提供的8英寸薄層外延片所產(chǎn)生的有益效果在于：外延片厚度和電阻率分布為中心向邊緣，逐漸走高，形成“碗狀”分布，如圖2所示，可以防止該區(qū)域的器件的BVDS降低，從而改善晶圓的離散性。

本發(fā)明另一目的在于提供一種8英寸薄層外延片均勻性控制方法及應(yīng)用，通過該方法獲得的外延片，獲得的漏源擊穿電壓（BVDS）離散性明顯小于常規(guī)外延片的離散性，用于低壓MOS器件加工，可以明顯改善擊穿電壓片內(nèi)的離散性。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明8英寸薄層外延片均勻性控制方法所采取的技術(shù)方案，包括：

采用單片外延生長系統(tǒng)，紅外線燈陣列輻射加熱，高純石墨基座為硅片載體，保護(hù)氣體為超高純H₂氣體；

使用8英寸重?fù)紸s襯底，晶向<100>，電阻率0.001-0.003Ω.cm之間，背面使用SiO₂背封；

外延生長前，對單片外延生長系統(tǒng)進(jìn)行充分去除自摻處理，在1180℃-1200℃溫度下，通入大流量HCL氣體15-25 slm/min，腐蝕掉殘留的Si,腐蝕基座上殘留的Si時，H₂ 流量設(shè)定為5-15slm/min，腐蝕鐘罩內(nèi)壁上殘留的Si時，加大H₂流量至40-80slm/min；

外延生長前，對襯底表面進(jìn)行H₂烘烤和前拋光處理， 烘烤溫度和時間設(shè)定為1160℃-1180℃和30s-50s，H₂流量為120-150slm/min；對襯底表面腐蝕處理，HCL 流量設(shè)定為0.2-0.8slm/min，腐蝕時間為5-15s，H₂流量為120-150slm/min；

外延生長使用本征層覆蓋工藝，在本征層和外延層之間進(jìn)行60±10秒的變H2流量趕氣,然后在生長溫度和流量固定的情況下開始生長剩余的厚度；

使用低溫生長，生長溫度控制在1120℃-1130℃之間，優(yōu)選的，生長溫度固定為1130℃，對比可知，現(xiàn)有技術(shù)中由于生長溫度較高，一般在1150℃左右，本發(fā)明選用較低的生長溫度，此生長溫度既能降低系統(tǒng)自摻的影響，又能保證避免晶格缺陷的產(chǎn)生；邊緣溫度設(shè)定盡量高，但以不出現(xiàn)滑移線為前提，滑移線可采用顆粒測試儀進(jìn)行測試，一般情況下，邊緣溫度低于中心溫度不超過30℃；

使用的外延生長速率大于4um/min。

本發(fā)明實施例提供的8英寸薄層外延片均勻性控制方法，通過該方法獲得的外延片，用于低壓MOS器件加工，可以明顯改善擊穿電壓片內(nèi)的離散性。本專利使用ASM單片外延系統(tǒng)，通過工藝調(diào)整，獲得的8英寸薄層外延層厚度和電阻率由中心向邊緣逐漸走高，形成“碗狀”分布，使外延片邊緣的厚度和電阻率在一定程度上高于中心區(qū)域，這樣的外延片均勻性在一定程度上較“差”，但是MOS器件加工企業(yè)使用該外延片，獲得的擊穿電壓（BVDS）離散性明顯小于常規(guī)外延片的離散性，明顯提高了晶圓的良率。

應(yīng)理解，在上述實施例中，各步驟并不意味著順序的先后，各步驟的執(zhí)行順序應(yīng)以其功能和內(nèi)在邏輯確定，而不應(yīng)對本發(fā)明實施例的實施過程構(gòu)成任何限定。

進(jìn)一步地，本發(fā)明實施例提供的8英寸薄層外延片均勻性控制方法的具體實施方式是，采用TCS流量計，流量固定為15g/min，在此條件下，外延生長速率達(dá)到4um/min之上。

進(jìn)一步地，本發(fā)明實施例提供的8英寸薄層外延片均勻性控制方法的具體實施方式是，采用單片外延生長系統(tǒng)為ASM E2000型單片外延生長系統(tǒng)。

進(jìn)一步地，本發(fā)明實施例提供的8英寸薄層外延片均勻性控制方法的具體實施方式是，超高純H₂氣體的純度達(dá)到99.999999%以上。

進(jìn)一步地，本發(fā)明實施例提供的8英寸薄層外延片均勻性控制方法的具體實施方式是，單片外延生長系統(tǒng)預(yù)防性維護(hù)后連續(xù)生產(chǎn)時間不超過40天。

使用以上方法得到的外延片，在MOS器件廠家流片結(jié)果見圖5，圖4示出了常規(guī)外延片得到的BVDS離散性數(shù)據(jù)。表征離散性的重要指標(biāo)是標(biāo)準(zhǔn)差，使用常規(guī)的外延片BVDS的標(biāo)準(zhǔn)差為1.2764V，見圖4，而使用本發(fā)明得到的標(biāo)準(zhǔn)差為0.5362V，離散性明顯好于常規(guī)外延片，見圖5，其中圖中的CDF圖為累積分布函數(shù)圖。

本發(fā)明還提供了8英寸薄層外延片的外延層厚度和電阻率的分布評價方法，也即，外延片厚度分布為中心向邊緣逐漸變厚，電阻率分布為中心向邊緣逐漸走高；最低點為中心，最高點在距邊緣10mm處和距邊緣6mm處，在上述兩處外延片的厚度和電阻率均大于半徑1/2處，要求6mm處外延片厚度和電阻率的測試值的最小值均要高于中心值和半徑1/2處的均值，即min(6mm)-center>0, min(6mm)-average(1/2R)>0；外延片的電阻率均勻性在2%-3%之間，外延片的厚度均勻性在1%-2%之間，均勻性計算方法為（最大值-最小值）/(最大值+最小值)×100%以，該分布評價方法及實現(xiàn)該分布的工藝方法來確保后道器件參數(shù)如BVds的離散性得到控制，提高8英寸晶圓的良率。

本發(fā)明另一目的在于提供一種8英寸薄層外延片均勻性控制方法制備的外延片在低壓MOS器件中的應(yīng)用。也即采用本發(fā)明實施例提供的控制方法制備的外延片，能夠制備低壓MOS器件，其中低壓在200V以內(nèi)。

以上對本發(fā)明提供的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本發(fā)明中應(yīng)用具體個例對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。