一種ldmos晶體管用硅外延片的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種LDMOS晶體管用硅外延片的制備方法。先對(duì)外延爐基座進(jìn)行腐蝕；向外延爐桶式基座片坑內(nèi)裝入硅單晶襯底片；對(duì)硅襯底片的表面進(jìn)行HCl拋光；在硅片上生長(zhǎng)一層本征外延層；利用HCl氣體將外延表面受自摻雜嚴(yán)重的部分拋去；進(jìn)行變溫變流量吹掃過程；進(jìn)行摻雜外延層的生長(zhǎng)；摻雜外延層生長(zhǎng)達(dá)到預(yù)定時(shí)間后開始降溫；對(duì)外延片的厚度進(jìn)行測(cè)量，共計(jì)五個(gè)測(cè)試點(diǎn)的厚度，共計(jì)五個(gè)測(cè)試點(diǎn)的電阻率，利用擴(kuò)展電阻測(cè)試法測(cè)量外延片的過渡區(qū)結(jié)構(gòu)；提高了外延片厚度和電阻率均勻性水平，不均勻性<1.5%，同時(shí)降低了晶體缺陷的發(fā)生概率，縮短了過渡區(qū)的寬度，表面無層錯(cuò)、位錯(cuò)、滑移線、霧等缺陷，滿足了LDMOS器件的使用要求。
【專利說明】
一種LDMOS晶體管用硅外延片的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體外延材料的制備工藝技術(shù)，尤其涉及一種LDMOS晶體管用硅外延片的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]LDMOS晶體管具有增益高、線性度好、開關(guān)性能快及散熱性好的特點(diǎn)，特別適用于CDMA、W-CDMA、數(shù)字圖像處理等領(lǐng)域。LDMOS晶體管作為航空航天、電力電子和無線通訊領(lǐng)域極為重要的器件，對(duì)其頻帶寬度、輸出效率、工作電壓等關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)的要求不斷提高。目前LDMOS晶體管采用的主要襯底為P型硅外延片，這是由于硅外延片具有更低的雜質(zhì)和缺陷含量，更高的均勻性。憑借其諸多的物理特性，以硅外延片為基礎(chǔ)的LDMOS器件頻率范圍廣、噪聲系數(shù)低、放大增益及輸出功率高，自上世紀(jì)60年代以來，硅外延片始終作為半導(dǎo)體材料開發(fā)、研制的重點(diǎn)，性能規(guī)格不但提升。
[0003]硅外延片對(duì)LDMOS晶體管有著極為重要的影響，評(píng)價(jià)其性能主要包括三個(gè)參數(shù):厚度、電阻率和晶體缺陷。其中外延厚度的均勻性、電阻率的均勻性對(duì)器件的耐壓值、導(dǎo)通電阻的穩(wěn)定性起到十分重要的影響，普遍要求不均勻性〈1.5%。而晶體缺陷包括劃道、霧、滑移線、層錯(cuò)、位錯(cuò)、沾污等，直接影響LDMOS器件的截止頻率、漏電流等性能。此外，外延層與襯底之間擴(kuò)散形成的過渡區(qū)應(yīng)盡量陡峭，過渡區(qū)寬度普遍要求〈外延層厚度的15%，若過渡區(qū)寬度過寬，將會(huì)減小整個(gè)外延層的有效厚度，進(jìn)而降低了器件的擊穿電壓，嚴(yán)重影響了器件的性能。由于P型外延層采用硼烷作為摻雜劑，硼原子半徑小、質(zhì)量輕，同P、As、Sb等比較，在流動(dòng)氣體中相對(duì)擴(kuò)散距離較大，更容易到達(dá)反應(yīng)腔器壁、石墨基座等的表面，并被大量吸附，所以自摻雜效應(yīng)嚴(yán)重，電阻率均勻性和過渡區(qū)寬度相比N型外延材料控制難度更大。根據(jù)LDMOS器件的技術(shù)要求硅外延層電阻率的數(shù)值與厚度的數(shù)值相當(dāng)，即外延層電阻率較高而厚度較薄，因此對(duì)自摻雜的控制提出了更高要求，造成國(guó)內(nèi)LDMOS晶體管用外延片的電阻率均勻性和過渡區(qū)形貌與國(guó)外有較大差距，普遍不均勻性〈3%，過渡區(qū)寬度介于外延層厚度的15%?20%，尚不能完全滿足器件廠商需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有P型外延工藝中存在的電阻率均勻性和過渡區(qū)寬度的控制問題，通過工藝優(yōu)化，獲得一種LDMOS晶體管用硅外延片的制備方法，顯著提高了外延片的電阻率參數(shù)的均勻性，同時(shí)改善了過渡區(qū)的結(jié)構(gòu)，降低了晶體缺陷的發(fā)生概率，從而不僅滿足LDMOS器件的使用要求，還可以大大提高所制備器件的良率和性能水平。
[0005]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):一種LDMOS晶體管用硅外延片的制備方法，其特征在于:步驟如下，
第一步:先利用純度多99.99%的HCl在高溫下對(duì)外延爐基座進(jìn)行腐蝕，去除基座上的殘余沉積物質(zhì)，溫度設(shè)定為1120-1150 0C，HCl氣體流量設(shè)定為I?3 L/min，HCl刻蝕時(shí)間設(shè)定為3-5 min;刻蝕完成后隨即對(duì)基座重新覆蓋上一層無摻雜多晶硅，生長(zhǎng)原料為SiHCl3,流量設(shè)定為14?16 g/min，時(shí)間設(shè)定為10~12 min；
第二步:向外延爐桶式基座片坑內(nèi)裝入硅單晶襯底片，硅片主參考面朝下，依次利用純度均多99.999%的氮?dú)夂蜌錃獯祾咄庋訝t，氣體流量設(shè)定為100?150 L/min，腔體吹掃時(shí)間為10~12 min；
第三步:對(duì)硅襯底片的表面進(jìn)行HCl拋光，獲得良好的晶格質(zhì)量，HCl流量設(shè)定為I?3 L/11^11，溫度設(shè)定為1150~1170°(:，時(shí)間設(shè)定為3~5 min；
第四步:在硅片上生長(zhǎng)一層本征外延層，對(duì)硅片表面起到自封閉作用，阻止襯底雜質(zhì)的進(jìn)一步向外揮發(fā)，抑制自摻雜效應(yīng)，然后進(jìn)行LDMOS器件需要的摻雜外延層的生長(zhǎng)，在硅襯底表面生長(zhǎng)無摻雜的硅本征外延層，采用SiHCl3為生長(zhǎng)原料，流量設(shè)定為14?16 g/min，生長(zhǎng)時(shí)間設(shè)定為I?1.5 min，生長(zhǎng)溫度設(shè)定為1150~1160°C;
第五步:利用HCl氣體將外延表面受自摻雜嚴(yán)重的部分拋去，拋光氣體HCl流量設(shè)定為3-5 L/min，時(shí)間設(shè)定為10?12 min，生長(zhǎng)溫度設(shè)定為1150~1160°C;
第六步:進(jìn)行變溫變流量吹掃過程，將雜質(zhì)不斷稀釋并排出外延腔體，方法為，將外延腔體溫度提高100?120°C，使用氫氣流量為300?350 L/min，氫氣流量的上升過渡時(shí)間I?2min，氣體穩(wěn)定時(shí)的吹掃時(shí)間為8?10 min;然后將溫度降低100?120°C，氫氣流量設(shè)定為100?
150L/min，氫氣流量的下降過渡時(shí)間I?2 min，氣體穩(wěn)定時(shí)的吹掃時(shí)間為8?10 min，一次變溫變流量吹掃的全過程完畢，總共需進(jìn)行3?4次變溫變流量過程，以消除自摻雜因素，從而獲得更好的過渡區(qū)形貌和電阻率均勻性；
第七步:進(jìn)行摻雜外延層的生長(zhǎng)，生長(zhǎng)溫度設(shè)定為1150?1160°C，用氫氣輸送氣態(tài)SiHCl3和硼烷摻雜劑進(jìn)入反應(yīng)腔室，氫氣流量控制在290~300 L/min，生長(zhǎng)原料SiHCl3流量設(shè)定為25?28g/min，硼烷流量設(shè)定為102?105 sccm，摻雜外延層的生長(zhǎng)時(shí)間設(shè)定為4.0?4.5min，外延爐得基座轉(zhuǎn)速設(shè)定為3?4 r/min，同時(shí)基座頂盤的高度設(shè)定為45?55mm，外延爐設(shè)備的加熱感應(yīng)線圈的連接方式為主線圈的1#接線柱與3#接線柱相短接，同時(shí)副線圈的1#接線柱至8#接線柱均保持短接，有助于外延基座獲得均勻的溫場(chǎng)分布；
第八步:摻雜外延層生長(zhǎng)達(dá)到預(yù)定時(shí)間后開始降溫，將氫氣和氮?dú)饬髁吭O(shè)定為290~310L/min，依次吹掃外延爐反應(yīng)腔室10?12 min，然后將外延片從基座上取出；
第九步:利用傅里葉紅外光譜儀設(shè)備對(duì)外延片的厚度進(jìn)行測(cè)量，在設(shè)置中測(cè)試模式選擇標(biāo)準(zhǔn)外延反射干涉法，片子尺寸選擇“100?150 mm”，紅外光譜在每個(gè)點(diǎn)的掃描次數(shù)設(shè)置為“2?4次”，紅外光譜的掃描分辨率“2.0?4.0cm—1”，記錄中心點(diǎn)，上、下、左、右四個(gè)距邊緣10mm的位置，共計(jì)五個(gè)測(cè)試點(diǎn)的厚度，利用汞探針CV測(cè)試法對(duì)硅外延片的電阻率進(jìn)行測(cè)量，其中預(yù)制電壓設(shè)置為O?10V，測(cè)試前探頭穩(wěn)定時(shí)間設(shè)置為O?7000msec，測(cè)試起始電壓設(shè)置為-3—5V，測(cè)試結(jié)束電壓設(shè)置為-8—20V，采樣頻率設(shè)置為1500?5000mv/sec，補(bǔ)償電容設(shè)置為
1.0?1.2pF，汞接觸面積設(shè)置為0.02-0.022cm2，記錄中心點(diǎn)，上、下、左、右四個(gè)距邊緣10 mm的位置，共計(jì)五個(gè)測(cè)試點(diǎn)的電阻率，利用擴(kuò)展電阻測(cè)試法測(cè)量外延片的過渡區(qū)結(jié)構(gòu)；
所用的外延爐為PE2061S型常壓桶式外延爐。
[0006]本發(fā)明的有益效果是，通過外延工藝優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了對(duì)P型外延層自摻雜因素的控制，提高了外延片厚度和電阻率均勻性水平，不均勻性〈1.5%，同時(shí)降低了晶體缺陷的發(fā)生概率，縮短了過渡區(qū)的寬度，表面無層錯(cuò)、位錯(cuò)、滑移線、霧等缺陷，滿足了 LDMOS器件的使用要求。
【附圖說明】
[0007]圖1本發(fā)明實(shí)施例1的厚度分布示意圖；
圖2本發(fā)明實(shí)施例1的電阻率分布示意圖；
圖3本發(fā)明實(shí)施例1的襯底和外延層之間的過渡區(qū)形貌圖；
圖4本發(fā)明實(shí)施例2的厚度分布不意圖；
圖5本發(fā)明實(shí)施例2的電阻率分布示意圖；
圖6為本發(fā)明實(shí)施例2的襯底和外延層之間的過渡區(qū)形貌圖；
圖7本發(fā)明實(shí)施例3的厚度分布示意圖；
圖8本發(fā)明實(shí)施例3的電阻率分布不意圖；
圖9為本發(fā)明實(shí)施例3的襯底和外延層之間的過渡區(qū)形貌圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)的說明:
本發(fā)明所用的設(shè)備為PE2061S型外延爐，外延爐基座轉(zhuǎn)速控制在3r/min，基座頂盤的高度設(shè)定為45?50 mm，采用高純石墨桶式基座作為高頻感應(yīng)加熱體。外延爐設(shè)備的加熱感應(yīng)線圈的連接方式為主線圈的1#接線柱與3#接線柱相短接，同時(shí)副線圈的1#接線柱至8#接線柱均保持短接。
[0009]實(shí)施例1
第一步:先利用純度多99.99%的HCl氣體在高溫下對(duì)外延爐基座進(jìn)行腐蝕，完全去除基座上的殘余沉積物質(zhì)，溫度設(shè)定為11500C，HCl氣體流量設(shè)定為3 L/min，HC1刻蝕時(shí)間設(shè)定為5 min，刻蝕完成后隨即對(duì)基座重新包上一層無摻雜的多晶硅，生長(zhǎng)原料為SiHCl3氣體，流量設(shè)定為15g/min,包娃時(shí)間設(shè)定為lOmin。
[0010]第二步:向外延爐桶式基座片坑內(nèi)裝入P型硅單晶襯底片，依次利用純度均多99.999%的氮?dú)夂蜌錃獯祾咄庋訝t腔體lOmin，氣體流量設(shè)定為300 L/min。
[0011]第三步:利用HCl氣體對(duì)硅襯底片進(jìn)行表面拋光，HCl流量設(shè)定為3 L/min，反應(yīng)溫度設(shè)定為1160°C，拋光時(shí)間設(shè)定為3 min。
[0012]第四步:在硅片上生長(zhǎng)一層本征外延層，對(duì)硅片表面起到自封閉作用，阻止襯底雜質(zhì)的進(jìn)一步向外揮發(fā)，抑制自摻雜效應(yīng)，然后進(jìn)行LDMOS器件需要的摻雜外延層的生長(zhǎng)，采用SiHCl3為生長(zhǎng)原料，流量設(shè)定為15 g/min，生長(zhǎng)時(shí)間設(shè)定為1.2 min，生長(zhǎng)溫度設(shè)定為1150°Co
[0013]第五步:利用HCl氣體將外延表面受自摻雜嚴(yán)重的部分拋去，拋光氣體HCl流量設(shè)定為5 L/min，時(shí)間設(shè)定為11 min，生長(zhǎng)溫度設(shè)定為1150°C。
[0014]第六步:進(jìn)行變溫變流量吹掃過程，將雜質(zhì)不斷稀釋并排出外延腔體，方法為將外延腔體溫度提高100°C，使用氫氣流量為350 L/min，氫氣流量的上升過渡時(shí)間lmin，氣體穩(wěn)定時(shí)的吹掃時(shí)間為10 min，然后將溫度降低100°C，氫氣流量設(shè)定為100L/min，氫氣流量的下降過渡時(shí)間I min，氣體穩(wěn)定時(shí)的吹掃時(shí)間為8 min，這是一次變溫變流量吹掃的全過程，總共需進(jìn)行4次變溫變流量過程，以盡可能消除自摻雜因素。
[0015]第七步:在0.1MPa的常壓環(huán)境下進(jìn)行所需摻雜外延層的生長(zhǎng)，生長(zhǎng)溫度設(shè)定為1150°C，用氫氣輸送氣態(tài)SiHCl3和硼烷摻雜劑進(jìn)入反應(yīng)腔室，氫氣流量控制在290 L/min,生長(zhǎng)原料SiHCl3流量設(shè)定為25g/min，硼烷流量設(shè)定為104 sccm，外延層的生長(zhǎng)時(shí)間設(shè)定為
4.5min。
[0016]第八步:外延層生長(zhǎng)達(dá)到預(yù)定時(shí)間后開始降溫，將氫氣和氮?dú)饬髁吭O(shè)定為300L/min，依次吹掃外延爐反應(yīng)腔室10 min，然后將外延片從基座上取出。
[0017]第九步:利用傅里葉紅外光譜儀設(shè)備對(duì)外延片的厚度進(jìn)行測(cè)量，在設(shè)置中測(cè)試模式選擇標(biāo)準(zhǔn)外延反射干涉法(Standard EP1-1nterferogram subtract)，片子尺寸選擇“150 mm”，紅外光譜在每個(gè)點(diǎn)的掃描次數(shù)設(shè)置為“2次”，紅外光譜的掃描分辨率“4.0cm—1”，記錄中心點(diǎn)，上、下、左、右四個(gè)距邊緣10 mm的位置，共計(jì)五個(gè)測(cè)試點(diǎn)的厚度，中心點(diǎn)厚度為10.234μπι，上、下、左、右四個(gè)距邊緣10 mm的位置厚度依次為10.092、10.375、10.268、10.276μπι，利用汞探針CV測(cè)試法對(duì)硅外延片的電阻率進(jìn)行測(cè)量，其中預(yù)制電壓設(shè)置為10V，測(cè)試前探頭穩(wěn)定時(shí)間設(shè)置為3500msec，測(cè)試起始電壓設(shè)置為-5V，測(cè)試結(jié)束電壓設(shè)置為-20V，采樣頻率設(shè)置為1500mv/sec，補(bǔ)償電容設(shè)置為1.2pF，萊接觸面積設(shè)置為0.021 cm2，記錄中心點(diǎn)，上、下、左、右四個(gè)距邊緣10 mm的位置，共計(jì)五個(gè)測(cè)試點(diǎn)的電阻率，中心點(diǎn)電阻率為11.368 ? ■ cm，上、下、左、右四個(gè)距邊緣10 mm的位置電阻率依次為11.028、11.462、11.355、11.387 ? _cm，利用SRP 2000擴(kuò)展電阻測(cè)試儀，獲得硅外延片過渡區(qū)的寬度。
[0018]實(shí)施例1制得的硅外延層的導(dǎo)電類型為P型，外延片表面光亮，無劃道、層錯(cuò)、位錯(cuò)、滑移線、霧、橘皮、沾污等表面缺陷，厚度平均值為10.25 μπι，厚度不均勻性為0.99%，電阻率平均值為11.32 ? _cm，電阻率不均勻性為1.48%，過渡區(qū)寬度為1.3μπι，寬度小于外延層平均厚度的15%，從參數(shù)上滿足LDMOS器件的使用要求，厚度和電阻率測(cè)試結(jié)果如圖1、圖2所示，過渡區(qū)測(cè)試結(jié)果如圖3所示。
[0019]實(shí)施例2
第一步:先利用純度多99.99%的HCl氣體在高溫下對(duì)外延爐基座進(jìn)行腐蝕，去除基座上的殘余沉積物質(zhì)，溫度設(shè)定為1130 °C，HCl氣體流量設(shè)定為3 L/min，HCl刻蝕時(shí)間設(shè)定為3min，刻蝕完成后隨即對(duì)基座重新包上一層無摻雜的多晶硅，生長(zhǎng)原料為SiHCl3氣體，流量設(shè)定為14g/min,包娃時(shí)間設(shè)定為1min。
[0020]第二步:向外延爐桶式基座片坑內(nèi)裝入P型硅單晶襯底片，依次利用純度均多99.999%的氮?dú)夂蜌錃獯祾咄庋訝t腔體12 min，氣體流量設(shè)定為290 L/min。
[0021]第三步:利用HCl氣體對(duì)硅襯底片表面進(jìn)行拋光，HCl流量設(shè)定為I L/min，反應(yīng)溫度設(shè)定為1150°C，拋光時(shí)間設(shè)定為5 min。
[0022]第四步:在硅片上生長(zhǎng)一層本征外延層，對(duì)硅片表面起到自封閉作用，阻止襯底雜質(zhì)的進(jìn)一步向外揮發(fā)，抑制自摻雜效應(yīng)，然后進(jìn)行LDMOS器件需要的摻雜外延層的生長(zhǎng)，采用SiHCl3為生長(zhǎng)原料，流量設(shè)定為15 g/min，生長(zhǎng)時(shí)間設(shè)定為I min，生長(zhǎng)溫度設(shè)定為1150°Co
[0023]第五步:利用HCl氣體將外延表面受自摻雜嚴(yán)重的部分拋去，拋光氣體HCl流量設(shè)定為5 L/min，時(shí)間設(shè)定為11 min，生長(zhǎng)溫度設(shè)定為1150°C。
[0024]第六步:進(jìn)行變溫變流量吹掃過程，將雜質(zhì)不斷稀釋并排出外延腔體，方法為將外延腔體溫度提高120°C，使用氫氣流量為350 L/min，氫氣流量的上升過渡時(shí)間lmin，氣體穩(wěn)定時(shí)的吹掃時(shí)間為8 min，然后將溫度降低120°C，氫氣流量設(shè)定為100L/min，氫氣流量的下降過渡時(shí)間I min，氣體穩(wěn)定時(shí)的吹掃時(shí)間為8 min，這是一次變溫變流量吹掃的全過程，總共需進(jìn)行4次該變溫變流量過程，以盡可能消除自摻雜因素。
[0025]第七步:在0.1MPa的常壓環(huán)境下進(jìn)行所需摻雜外延層的生長(zhǎng)，生長(zhǎng)溫度設(shè)定為1150°C，用氫氣輸送氣態(tài)SiHCl3和硼烷摻雜劑進(jìn)入反應(yīng)腔室，氫氣流量控制在290 L/min,生長(zhǎng)原料SiHCl3流量設(shè)定為25g/min，硼烷流量設(shè)定為104 sccm，外延層的生長(zhǎng)時(shí)間設(shè)定為
4.5min。
[0026]第八步:外延層生長(zhǎng)達(dá)到預(yù)定時(shí)間后開始降溫，將氫氣和氮?dú)饬髁吭O(shè)定為300L/min，依次吹掃外延爐反應(yīng)腔室10 min，然后將外延片從基座上取出。
[0027]第九步:利用傅里葉紅外光譜儀設(shè)備對(duì)外延片的厚度進(jìn)行測(cè)量，在設(shè)置中測(cè)試模式選擇標(biāo)準(zhǔn)外延反射干涉法(Standard EP1-1nterferogram subtract)，片子尺寸選擇“150 mm”，紅外光譜在每個(gè)點(diǎn)的掃描次數(shù)設(shè)置為“2次”，紅外光譜的掃描分辨率“2.0cm—1”，記錄中心點(diǎn)，上、下、左、右四個(gè)距邊緣10 mm的位置，共計(jì)五個(gè)測(cè)試點(diǎn)的厚度，中心點(diǎn)厚度為10.015μπι，上、下、左、右四個(gè)距邊緣10 mm的位置厚度依次為9.987、10.195、10.024、10.032μπι，利用汞探針CV測(cè)試法對(duì)硅外延片的電阻率進(jìn)行測(cè)量，其中預(yù)制電壓設(shè)置為0V，測(cè)試前探頭穩(wěn)定時(shí)間設(shè)置為4000msec，測(cè)試起始電壓設(shè)置為-5V，測(cè)試結(jié)束電壓設(shè)置為-20V，采樣頻率設(shè)置為2000mv/sec，補(bǔ)償電容設(shè)置為1.0pF，萊接觸面積設(shè)置為0.021cm2，記錄中心點(diǎn)，上、下、左、右四個(gè)距邊緣10 mm的位置，共計(jì)五個(gè)測(cè)試點(diǎn)的電阻率，中心點(diǎn)電阻率為11.284? -cm，上、下、左、右四個(gè)距邊緣10 mm的位置電阻率依次為10.987、11.413、11.283、11.32? -cm，利用SRP 2000擴(kuò)展電阻測(cè)試儀，獲得硅外延片的過渡區(qū)寬度。
[0028]實(shí)施例2制得的硅外延層的導(dǎo)電類型為P型，外延片表面光亮，無劃道、層錯(cuò)、位錯(cuò)、滑移線、霧、橘皮、沾污等表面缺陷，厚度平均值為10.05μπι，厚度不均勻性為0.82%，電阻率平均值為11.26 ? ■ cm，電阻率不均勻性為1.43%，過渡區(qū)寬度為1.lym，寬度小于外延層平均厚度的15%，從參數(shù)上滿足LDMOS器件的使用要求，厚度和電阻率測(cè)試結(jié)果如圖4、圖5所示，過渡區(qū)測(cè)試結(jié)果如圖6所示。
[0029]實(shí)施例3
第一步:先利用純度多99.99%的HCl氣體在高溫下對(duì)外延爐基座進(jìn)行腐蝕，去除基座上的殘余沉積物質(zhì)，溫度設(shè)定為1150 °C，HCl氣體流量設(shè)定為I L/min，HCl刻蝕時(shí)間設(shè)定為5min，刻蝕完成后隨即對(duì)基座重新包上一層無摻雜的多晶硅，生長(zhǎng)原料為SiHCl3氣體，流量設(shè)定為16g/min,包娃時(shí)間設(shè)定為1min。
[0030]第二步:向外延爐桶式基座片坑內(nèi)裝入P型硅單晶襯底片，依次利用純度均多99.999%的氮?dú)夂蜌錃獯祾咄庋訝t腔體10 min，氣體流量設(shè)定為310 L/min。
[0031]第三步:利用HCl氣體對(duì)硅襯底片表面進(jìn)行拋光，HCl流量設(shè)定為I L/min，反應(yīng)溫度設(shè)定為1150°C，拋光時(shí)間設(shè)定為3 min。
[0032]第四步:在硅片上生長(zhǎng)一層本征外延層，對(duì)硅片表面起到自封閉作用，阻止襯底雜質(zhì)的進(jìn)一步向外揮發(fā)，抑制自摻雜效應(yīng)，然后進(jìn)行LDMOS器件需要的摻雜外延層的生長(zhǎng)，采用SiHCl3為生長(zhǎng)原料，流量設(shè)定為15 g/min，生長(zhǎng)時(shí)間設(shè)定為1.5 min，生長(zhǎng)溫度設(shè)定為1150°Co
[0033]第五步:利用HCl氣體將外延表面受自摻雜嚴(yán)重的部分拋去，拋光氣體HCl流量設(shè)定為3 L/min，時(shí)間設(shè)定為11 min，生長(zhǎng)溫度設(shè)定為1150°C。
[0034]第六步:進(jìn)行變溫變流量吹掃過程，將雜質(zhì)不斷稀釋并排出外延腔體，方法為將外延腔體溫度提高100°C，使用氫氣流量為350 L/min，氫氣流量的上升過渡時(shí)間lmin，氣體穩(wěn)定時(shí)的吹掃時(shí)間為8 min，然后將溫度降低100°C，氫氣流量設(shè)定為100L/min，氫氣流量的下降過渡時(shí)間I min，氣體穩(wěn)定時(shí)的吹掃時(shí)間為8 min，這是一次變溫變流量吹掃的全過程，總共需進(jìn)行3次變溫變流量過程，盡可能消除自摻雜因素。
[0035]第七步:在0.1MPa的常壓環(huán)境下進(jìn)行所需摻雜外延層的生長(zhǎng)，生長(zhǎng)溫度設(shè)定為1150°C，用氫氣輸送氣態(tài)SiHCl3和硼烷摻雜劑進(jìn)入反應(yīng)腔室，氫氣流量控制在290 L/min,生長(zhǎng)原料SiHCl3流量設(shè)定為25g/min，硼烷流量設(shè)定為104 sccm，外延層的生長(zhǎng)時(shí)間設(shè)定為
4.5min。
[0036]第八步:外延層生長(zhǎng)達(dá)到預(yù)定時(shí)間后開始降溫，將氫氣和氮?dú)饬髁吭O(shè)定為300L/min，依次吹掃外延爐反應(yīng)腔室10 min，然后將外延片從基座上取出。
[0037]第九步:利用傅里葉紅外光譜儀設(shè)備對(duì)外延片的厚度進(jìn)行測(cè)量，在設(shè)置中測(cè)試模式選擇標(biāo)準(zhǔn)外延反射干涉法(Standard EP1-1nterferogram subtract)，片子尺寸選擇“150 mm”，紅外光譜在每個(gè)點(diǎn)的掃描次數(shù)設(shè)置為“2次”，紅外光譜的掃描分辨率“3.0cm—1”，記錄中心點(diǎn)，上、下、左、右四個(gè)距邊緣10 mm的位置，共計(jì)五個(gè)測(cè)試點(diǎn)的厚度，中心點(diǎn)厚度為10.362μπι，上、下、左、右四個(gè)距邊緣10 mm的位置厚度依次為10.213、10.432、10.382、10.395μπι，利用汞探針CV測(cè)試法對(duì)硅外延片的電阻率進(jìn)行測(cè)量，其中預(yù)制電壓設(shè)置為5V，測(cè)試前探頭穩(wěn)定時(shí)間設(shè)置為2000msec，測(cè)試起始電壓設(shè)置為-5V，測(cè)試結(jié)束電壓設(shè)置為-20V，采樣頻率設(shè)置為3000mv/sec，補(bǔ)償電容設(shè)置為1.1pF，萊接觸面積設(shè)置為0.020cm2，記錄中心點(diǎn)，上、下、左、右四個(gè)距邊緣10 mm的位置，共計(jì)五個(gè)測(cè)試點(diǎn)的電阻率，中心點(diǎn)電阻率為11.432 ? ■ cm，上、下、左、右四個(gè)距邊緣10 mm的位置電阻率依次為11.174、11.573、11.362、
11.391 ? _cm，利用SRP 2000擴(kuò)展電阻測(cè)試儀，獲得硅外延片的過渡區(qū)寬度。
[0038]實(shí)施例3制得的硅外延層的導(dǎo)電類型為P型，外延片表面光亮，無劃道、層錯(cuò)、位錯(cuò)、滑移線、霧、橘皮、沾污等表面缺陷，厚度平均值為10.36μπι，厚度不均勻性為0.81%，電阻率平均值為11.39 ? ■ cm，電阻率不均勻性為1.26%，過渡區(qū)寬度為1.Ομπι，寬度小于外延層平均厚度的15%，從參數(shù)上滿足LDMOS器件的使用要求，厚度和電阻率測(cè)試結(jié)果如圖7、圖8所示，過渡區(qū)測(cè)試結(jié)果如圖9所示。
[0039]與實(shí)施例1、實(shí)施例2相比，在其相應(yīng)的工藝條件下，實(shí)施例3所制得的外延均勻性及過渡區(qū)寬度指標(biāo)最優(yōu)。因此，實(shí)施例3為本發(fā)明的最佳實(shí)施例。
[0040]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明的制備方法進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對(duì)本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種LDMOS晶體管用硅外延片的制備方法，其特征在于:步驟如下， 第一步:先利用純度多99.99%的HCl在高溫下對(duì)外延爐基座進(jìn)行腐蝕，去除基座上的殘余沉積物質(zhì)，溫度設(shè)定為1120-1150 0C，HCl氣體流量設(shè)定為I?3 L/min，HCl刻蝕時(shí)間設(shè)定為3-5 min;刻蝕完成后隨即對(duì)基座重新覆蓋上一層無摻雜多晶硅，生長(zhǎng)原料為SiHCl3,流量設(shè)定為14?16 g/min，時(shí)間設(shè)定為10~12 min； 第二步:向外延爐桶式基座片坑內(nèi)裝入硅單晶襯底片，硅片主參考面朝下，依次利用純度均多99.999%的氮?dú)夂蜌錃獯祾咄庋訝t，氣體流量設(shè)定為100?150 L/min，腔體吹掃時(shí)間為10~12 min； 第三步:對(duì)硅襯底片的表面進(jìn)行HCl拋光，獲得良好的晶格質(zhì)量，HCl流量設(shè)定為I?3 L/11^11，溫度設(shè)定為1150~1170°(:，時(shí)間設(shè)定為3~5 min； 第四步:在硅片上生長(zhǎng)一層本征外延層，對(duì)硅片表面起到自封閉作用，阻止襯底雜質(zhì)的進(jìn)一步向外揮發(fā)，抑制自摻雜效應(yīng)，然后進(jìn)行LDMOS器件需要的摻雜外延層的生長(zhǎng)，在硅襯底表面生長(zhǎng)無摻雜的硅本征外延層，采用SiHCl3為生長(zhǎng)原料，流量設(shè)定為14?16 g/min，生長(zhǎng)時(shí)間設(shè)定為I?1.5 min，生長(zhǎng)溫度設(shè)定為1150~1160°C; 第五步:利用HCl氣體將外延表面受自摻雜嚴(yán)重的部分拋去，拋光氣體HCl流量設(shè)定為3-5 L/min，時(shí)間設(shè)定為10?12 min，生長(zhǎng)溫度設(shè)定為1150~1160°C; 第六步:進(jìn)行變溫變流量吹掃過程，將雜質(zhì)不斷稀釋并排出外延腔體，方法為，將外延腔體溫度提高100?120°C，使用氫氣流量為300?350 L/min，氫氣流量的上升過渡時(shí)間I?2min，氣體穩(wěn)定時(shí)的吹掃時(shí)間為8?10 min;然后將溫度降低100?120°C，氫氣流量設(shè)定為100?150 L/min，氫氣流量的下降過渡時(shí)間I?2 min，氣體穩(wěn)定時(shí)的吹掃時(shí)間為8?10 min，一次變溫變流量吹掃的全過程完畢，總共需進(jìn)行3?4次變溫變流量過程，以消除自摻雜因素，從而獲得更好的過渡區(qū)形貌和電阻率均勻性； 第七步:進(jìn)行摻雜外延層的生長(zhǎng)，生長(zhǎng)溫度設(shè)定為1150?1160°C，用氫氣輸送氣態(tài)SiHCl3和硼烷摻雜劑進(jìn)入反應(yīng)腔室，氫氣流量控制在290~300 L/min，生長(zhǎng)原料SiHCl3流量設(shè)定為25~288/!11；[11，硼燒流量設(shè)定為102~105 sccm，摻雜外延層的生長(zhǎng)時(shí)間設(shè)定為4.0?4.5 min,外延爐得基座轉(zhuǎn)速設(shè)定為3~4 r/min，同時(shí)基座頂盤的高度設(shè)定為45?55mm，外延爐設(shè)備的加熱感應(yīng)線圈的連接方式為主線圈的1#接線柱與3#接線柱相短接，同時(shí)副線圈的1#接線柱至8#接線柱均保持短接，有助于外延基座獲得均勻的溫場(chǎng)分布； 第八步:摻雜外延層生長(zhǎng)達(dá)到預(yù)定時(shí)間后開始降溫，將氫氣和氮?dú)饬髁吭O(shè)定為290?310L/min，依次吹掃外延爐反應(yīng)腔室10?12 min，然后將外延片從基座上取出； 第九步:利用傅里葉紅外光譜儀設(shè)備對(duì)外延片的厚度進(jìn)行測(cè)量，在設(shè)置中測(cè)試模式選擇標(biāo)準(zhǔn)外延反射干涉法，片子尺寸選擇“100?150 mm”，紅外光譜在每個(gè)點(diǎn)的掃描次數(shù)設(shè)置為“2?4次”，紅外光譜的掃描分辨率“2.0?4.0cm—1”，記錄中心點(diǎn)，上、下、左、右四個(gè)距邊緣10mm的位置，共計(jì)五個(gè)測(cè)試點(diǎn)的厚度，利用汞探針CV測(cè)試法對(duì)硅外延片的電阻率進(jìn)行測(cè)量，其中預(yù)制電壓設(shè)置為O?10V，測(cè)試前探頭穩(wěn)定時(shí)間設(shè)置為O?7000msec，測(cè)試起始電壓設(shè)置為-3—5V，測(cè)試結(jié)束電壓設(shè)置為-8—20V，采樣頻率設(shè)置為1500?5000mv/sec，補(bǔ)償電容設(shè)置為1.0?1.2pF，汞接觸面積設(shè)置為0.02-0.022cm2，記錄中心點(diǎn)，上、下、左、右四個(gè)距邊緣10 mm的位置，共計(jì)五個(gè)測(cè)試點(diǎn)的電阻率，利用擴(kuò)展電阻測(cè)試法測(cè)量外延片的過渡區(qū)結(jié)構(gòu)； 所用的外延爐為PE2061S型常壓桶式外延爐。
【文檔編號(hào)】H01L21/223GK106057650SQ201610618667
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年8月1日
【發(fā)明人】陳濤, 李明達(dá), 李楊, 李普生, 殷海豐
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所