本发明专利技术涉及一种提高CCD器件用P型硅外延片电阻率均匀性的方法。该方法在所需外延层生长前先制备本征层，以隔绝衬底表面及背面边缘和外延炉炉腔内的杂质挥发外逸到所需外延层，同时采用提高温度解析掉吸附在表面的有害杂质，并通过不断变化的气流量，将反应炉腔内的杂质排除出去，有效抑制非主动掺杂源，之后进行所需参数外延层的生长，以实现高电阻率均匀性的外延层。该方法通过将基座包硅技术、两步外延生长技术以及变温变流量吹扫技术的有机结合，所制备的硅外延片参数可以满足作为大面阵、高集成度CCD器件的基底材料的要求，其中电阻率均匀性可以高于99%，这将极大推进高性能CCD器件的研制进程。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种提高CCD器件用P型硅外延片电阻率均匀性的方法。该方法在所需外延层生长前先制备本征层，以隔绝衬底表面及背面边缘和外延炉炉腔内的杂质挥发外逸到所需外延层，同时采用提高温度解析掉吸附在表面的有害杂质，并通过不断变化的气流量，将反应炉腔内的杂质排除出去，有效抑制非主动掺杂源，之后进行所需参数外延层的生长，以实现高电阻率均匀性的外延层。该方法通过将基座包硅技术、两步外延生长技术以及变温变流量吹扫技术的有机结合，所制备的硅外延片参数可以满足作为大面阵、高集成度CCD器件的基底材料的要求，其中电阻率均匀性可以高于99%，这将极大推进高性能CCD器件的研制进程。【专利说明】—种提高CCD器件用P型硅外延片电阻率均匀性的方法
本专利技术涉及半导体材料的制备工艺技术，尤其涉及一种提高CCD器件用P型硅外延片电阻率均匀性的方法。
技术介绍
CCD作为一种光电稱合器件,具有光电转换、信号储存及信号传输功能，已广泛应用于高级数码相机、监视器和摄录机等，是航天领域、空间影像传递、武器制导等领域不可缺少的成像器件。硅外延片是制作大面阵、高集成度CCD器件的关键基础材料。CCD器件对硅外延片电阻率的均匀性要求极高，目前对电阻率均匀性的普遍要求不应小于>97%。电阻率均匀性直接决定了器件输出电压的可靠性，电阻率均匀性差将导致图像失真、清晰度变差，甚至引起器件失效等严重问题。但目前国内硅外延片对电阻率均匀性的控制技术较国外普遍差距较大，电阻率均匀性仅不小于94%，难以满足CCD器件需求，因此国内对高电阻率均匀性的硅外延片的需求极为迫切。 目前，制备硅外延片的常用方法是化学气相外延生长，即利用三氯氢硅(SiHCl3)和氢气等气态物质在高温环境下进行反应，在硅单晶衬底的表面上淀积单晶薄层。该方法可以在保持外延层晶体结构完整性的前提下实现对电阻率均匀性的良好控制，因而得到了最广泛的应用。影响外延层电阻率均匀性的因素主要包括反应腔体内的热场分布和自掺杂效应，其中尤以自掺杂效应对电阻率均匀性的影响更为显著。相比制备N型硅外延层，生长高电阻率均匀性的P型外延层尤为困难，这是由于所用硼烷掺杂剂随温度升高而呈现出更加活跃的扩散效应，产生的自掺杂效应更为严重，尤其是掺杂浓度较低的中高阻外延片受衬底与外延层较大浓度差的影响，轻微的自掺杂都会严重影响外延层的电阻率均匀性。因此控制自掺杂效应是一项既非常困难又非常重要的科研项目，为满足CCD器件对硅外延片电阻率均匀性的要求，迫切需要改进现有工艺技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是根据现有工艺的CXD器件用P型硅外延片在电阻率均匀性控制技术中存在的不足，通过优化工艺技术，采取有效控制自掺杂效应的措施，从而提供一种提高CCD器件用P型硅外延片电阻率均匀性的方法。从而获得电阻率均匀性高的硅外延片，提高了外延片电学参数的稳定性，保证了制备的CCD器件的可靠性和成品率。 该方法在所需外延层生长前先制备本征层，以隔绝衬底表面及背面边缘和外延炉炉腔内的杂质挥发外逸到所需外延层，同时采用提高温度解析掉吸附在表面的有害杂质，并通过不断变化的气流量，将反应炉腔内的杂质排除出去，有效抑制非主动掺杂源，之后进行所需参数外延层的生长，以实现高电阻率均匀性的外延层。 本专利技术是通过如下技术方案实现的:一种提高CXD器件用P型硅外延片电阻率均匀性的方法，其特征在于:该方法包括以下步骤: 步骤一.先利用HCl气体对外延炉基座进行腐蚀，以去除基座上的残余沉积物,腐蚀温度设定为115(Tl200°C，流量设定为广3 L/min，腐蚀时间设定为:Γ5 min，随后给基座包上一层本征多晶硅，生长原料为三氯氢硅气体，流量设定为3(T35 g/min，生长时间设定为10?15 min。 步骤二.在基座片坑内装入P型硅衬底片，选用的硅衬底背面具有背损伤浅层，并以多晶硅和二氧化硅对该背损伤层进行包覆形成背封层，利用氮气和氢气依次吹扫外延炉的反应腔室，吹扫气体流量设定为10(Tl50 L/min，吹扫时间设定为8?10min。 步骤三.在氢气环境下对硅衬底进行高温烘焙，以去除衬底表面的金属杂质，氢气气体流量设定为28(T320L/min，烘焙温度设定为116(Tl200°C，烘焙时间设定为2?5min。 步骤四.采用氢气输送HCl气体进入反应腔室，用HCl对硅衬底片进行气相抛光，氢气流量设定为250?300 L/min，抛光气体HCl流量设定为I?3L/min，抛光温度设定为115(Tl200°C，抛光时间设定为3?5min。 步骤五.在硅衬底上生长一层硅本征过渡层，生长原料SiHCl3流量设定为l(T20g/min，氢气流量设定为10(Tl50L/min，生长温度设定为115(Tll60°C，生长速率控制在I"!.5 μ m/min,实现的娃衬底本征层厚度为3 μ m。 步骤六.对外延炉反应腔室进行变温变流量吹扫，将温度升高10(Tl2(TC，氢气流量升高至30(T350L/min，上升流量所需的时间为l?3min，吹扫时间为5?lOmin，随后将温度降低10(Tl20°C，氢气流量降低至10(Tl50 L/min，下降流量所需的时间为llmin，吹扫时间为f3min，将反应腔室内滞留层中的杂质不断稀释，并通过吹扫去除。 步骤七.在本征过渡层上生长掺杂外延层，外延炉设备的感应加热线圈的连接方式为主线圈的第1#接线柱与第3#接线柱相短接，同时副线圈的第1#至第8#接线柱相短接，以实现外延炉基座的温度场均匀性，外延层生长温度设定为115(T120(TC，采用氢气输送三氯氢硅和硼烷掺杂剂气体进入反应腔室，三氯氢硅作为硅外延生长的原料，流量设定为25?30 g/min，外延层生长速率控制在f 1.5 μ m/min，硼烷掺杂剂纯度为50ppm，流量设定为 54.5 ?55.5sccm。 步骤八.外延层达到预定厚度后，经过外延炉降温以及用氮气和氢气依次吹扫外延炉反应腔室，气体流量设定为10(Tl50 L/min，吹扫时间设定为8?10min。 步骤九.最后将外延片从外延炉基座上取下，利用C-V测试法对外延层进行电阻率及其均匀性的测量，记录外延片中心点及四个边缘位置点的电阻率，获得电阻率平均值及均匀性。 本专利技术的有益效果是:通过工艺改进，提供了一种提高CXD器件用P型硅外延片电阻率均匀性的方法，该方法通过将基座包硅技术、两步外延生长技术以及变温变流量吹扫技术的有机结合，所制备的硅外延片参数可以满足作为大面阵、高集成度CCD器件的基底材料的要求，其中电阻率均匀性可以高于99%，这将极大推进高性能CCD器件的研制进程。 【专利附图】【附图说明】 图1是实施例1获得的外延片的电阻率测试结果；图2是实施例2获得的外延片的电阻率测试结果；图3是实施例3获得的外延片的电阻率测试结果； 图4是实施例4获得的外延片的电阻率测试结果。 【具体实施方式】 以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明:本专利技术所用的外延设备为PE-2061S型常压桶式外延炉，采用常压外延工艺，外延炉反应室压力维持在0.1 Mpa0其中的HCl气体纯度彡99.99%，三氯氢硅气体纯度彡99.95% ;氮气和本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种提高CCD器件用P型硅外延片电阻率均匀性的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤一.先利用HCl气体对外延炉基座进行腐蚀，以去除基座上的残余沉积物，腐蚀温度设定为1150~1200℃，流量设定为1~3 L/min，腐蚀时间设定为3~5min，随后给基座包上一层本征多晶硅，生长原料为三氯氢硅气体，流量设定为30~35 g/min，生长时间设定为10~15 min；步骤二.在基座片坑内装入P型硅衬底片，选用的硅衬底背面具有背损伤浅层，并以多晶硅和二氧化硅对该背损伤层进行包覆形成背封层，利用氮气和氢气依次吹扫外延炉的反应腔室，吹扫气体流量设定为100~150 L/min，吹扫时间设定为8~10 min；步骤三.在氢气环境下对硅衬底进行高温烘焙，以去除衬底表面的金属杂质，氢气流量设定为280~320 L/min，烘焙温度设定为1160~1200℃，烘焙时间设定为2~5min；步骤四.采用氢气输送HCl气体进入反应腔室，用HCl气体对硅衬底片进行气相抛光，氢气流量设定为250~300 L/min，抛光气体HCl流量设定为1~3 L/min，抛光温度设定为1150~1200℃，抛光时间设定为3~5 min；步骤五.在硅衬底上生长一层硅本征过渡层，生长原料三氯氢硅流量设定为10~20 g/min，氢气流量设定为100~150 L/min，生长温度设定为1150~1160℃，生长速率控制在1~1.5μm/min，实现的本征过渡层生长厚度为1~3 μm；步骤六.对外延炉反应腔室进行变温变流量吹扫，将温度升高100~120℃，氢气流量升高至300~350 L/min，上升流量所需的时间为1~3min，吹扫时间为5~10min，随后将温度降低100~120℃，氢气流量降低至100~150L/min，下降流量所需的时间为1~3min，吹扫时间为1~3min，将反应腔室内滞留层中的杂质不断稀释，并通过吹扫去除；步骤七. 在本征过渡层上生长掺杂外延层，外延炉设备的感应加热线圈的连接方式为主线圈的第1#接线柱与第3#接线柱相短接，同时副线圈的第1#至第8#接线柱相短接，以实现外延炉基座的温度场均匀性，生长温度设定为1150~1200℃，采用氢气输送三氯氢硅和硼烷掺杂剂气体进入反应腔室，三氯氢硅作为硅外延生长的原料，流量设定为25~30g/min，掺杂外延层生长速率控制在1~1.5μm/min，硼烷掺杂剂纯度为50ppm，流量设定为54.5～55.5sccm； 步骤八.外延层达到预定厚度后，经过外延炉降温以及用氮气和氢气依次吹扫外延炉反应腔室，氮气和氢气气体流量设定为100~150L/min，吹扫时间设定为8~10min；步骤九.最后将外延片从外延炉基座上取下，利用C‑V测试法对外延层进行电阻率及其均匀性的测量，记录外延片中心点及四个边缘位置点的电阻率，获得电阻率平均值及均匀性。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王文林，李扬，薛兵，李明达，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十六研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12
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