300mm薄层外延工艺制造技术

本发明专利技术提供一种３００ｍｍ薄层外延工艺，它包括：（１）在高温下，用ＨＣｌ腐蚀石墨组件工艺；（２）用ＴＣＳ在高温下迅速分解生成多晶硅，迅速覆盖在石墨组件的表层，形成预沉积本征硅层；（３）向外延沉积腔内通入反应气体ＴＣＳ和氢气，生成本征外延层；（４）向沉积腔内同时通入掺杂剂、ＴＣＳ和氢气，开始正常的外延生长。本工艺可减少自掺杂的影响，获得电阻率均匀的薄层外延，且外延层和衬底的过渡区较薄。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种生长300mm薄层外延的工艺，利用本工艺可以获得电阻率 均匀的薄层外延，且外延层和衬底的过渡区较薄。硅外延技术是指在硅片衬底上沉积一层单晶硅的技术。硅外延的应用主要是 在重惨硅片上长一层低浓度掺杂的硅单晶层，如n-型或p-型外延层，其掺入杂 质浓度视器件的应用而有所不同。利用硅外延技术可降低器件工艺中软错(Soft Errors),防止闩锁效应(Latch-up)，及提供局部杂质吸着(Gettering)的作用， 一般 而言，外延工艺主要控制的两个参数是外延层厚度和电阻率的均匀性。自掺杂(Autodoping)现象是影响掺杂剂浓度及均匀度的重要因素。自掺杂 的来源是重掺硅片中的掺杂剂，高温时掺杂剂不仅会有硅片的背面向正面扩散， 而且还向外扩散到外延沉积系统的内壁和石墨部件。这些扩散出来的掺杂剂会在 当前或者后续的外延工艺中影响外延片表面的掺杂剂分布，外延片中掺杂剂浓度 的失控。硅片的自惨杂现象不仅出现在外延工艺过程，而且由重掺硅片内扩散出来的 掺杂剂会导致外延腔内石墨部件上残留大量的掺杂剂。石墨部件上的掺杂剂的存 在会影响后续外延过程中电阻率的均匀性和可控性。在6、 8英寸硅片外延工艺 中， 一般采用背封技术可以有效控制自掺杂的发生。背封技术是利用CVD的方式在硅片背面沉积一层Si02，利用Si02层阻止掺杂剂的外扩散，使得硅片背面的掺杂剂外扩散有效阻止。300mm硅片采用双面抛光技术，获得背面抛光的硅片，以减少颗粒的引入。 这时如果仍然釆用6、 8英寸硅片所使用的背面沉积Si02的工艺，则失去双面抛 光的意义。双面抛光带来一个严重的问题就是12英寸重掺硅背封工艺的放弃， 所以需要使用新的工艺来降低自掺杂的负面效应。同时12英寸硅外延片对电阻 率的均匀性能和外延层的过渡区的要求更高，加上CMOS工艺中一般使用薄层 外延，所以自掺杂的问题会变得更加严重。300mm外延炉主要是单片外延炉， 一次只能长一片硅片，但是可以保证有 均匀的温场。利用在高温中进出硅片，快速升降温，及高的沉积速率，来维持高 产能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种300mm薄层外延工艺，该工艺可减少自掺杂的影 响，利用本工艺可以获得电阻率均匀的薄层外延，且外延层和衬底的过渡区较薄。 为达到上述的专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案这种300mm薄层外延工艺，它包括(1) 在高温下，用HC1腐蚀石墨组件工艺；(2) 用TCS在高温下迅速分解生成多晶硅，迅速覆盖在石墨组件的表层，形 成预沉积本征硅层；(3) 向外延沉积腔内通入反应气体TCS和氢气，生成本征外延层；(4) 向沉积腔内同时通入掺杂剂、TCS和氢气，开始正常的外延生长。 HC1腐蚀石墨组件的温度为1050'C 120(TC;石墨组件上预沉积本征外延工序的温度为1100-1200°C;在硅片上先沉积本征外延层，然后沉积薄层外延层， 其温度分别为1100 1150°C.本专利技术的优点是由于采用HC1腐蚀、石墨组件上本征硅的沉积和硅衬底 本征外延工艺相结合的工艺，利用高温工艺快速生长外延层，减少了自掺杂的影 响，获得满足工艺要求的薄层外延层。 附图说明图1:外延工艺中的温度示意2:外延完成后外延薄膜结构示意3:通过该工艺生长的外延层的扩散电阻测试结果图1中，纵座标为温度，横.座标为外延工艺中的时间轴，图1的曲线中出现断开部分代表其它常用的外延步骤。图1中，1表示HC1腐蚀工序，2为石墨组 件上预沉积本征外延工序，3为在硅片上先沉积本征外延层。图3中，横座标为 外延层的深度，纵座标为电阻率，实线为硅片中心取样，虚线为硅片边缘取样的 测量结果。具体实施方式本专利技术针对重掺硅片，具体的工艺特点见图l。本专利技术采取硅片载入前HC1 腐蚀、和沉积腔本征硅覆盖两个措施来降低沉积环境带来的掺杂剂污染。而在外 延沉积前通过本征层的沉积和外延层的沉积相结合，消除硅片衬底带来的"自掺 杂"效应。本专利技术采用措施1、 在新的外延工艺开始时，需要消除上次外延工艺对沉积环境的影响。HC1腐蚀工艺，在高温下使用HCL对石墨腔体的腐蚀， 一般采用的温度为 1050-120(TC.使得原来在石墨部件上的硅层和掺杂剂变成氯硅烷挥发，然后随着 尾气被排出。HC1在U9(TC左右具有强烈的腐蚀作用，它和石墨组件上沉积的 多晶硅层反应，生成氯硅垸气。在HCL腐蚀工艺完成后，不能确认是否将沉积腔体内的掺杂剂污染全部去 除。所以采用措施2、 预沉积本征硅层，利用TCS在高温下迅速分解生成多晶硅，迅速覆盖在 石墨组件的表层。沉积的本征多晶硅层对石墨组件上的掺杂杂质起到了的隔断作 用，避免这些掺杂剂在后序的沉积工艺中扩散到硅片正面，为即将进行的外延工 艺提供了一个"洁净"的环境。HC1腐蚀和沉积腔本征硅覆盖是阻止沉积腔环境的 重要措施，而且二者缺一不可。在以上两步工艺完成后，系统开始降温到900。C左右，然后载入硅片。在硅 片载入后，系统开始升温、同时通过加热系统的调节，外延沉积腔内温度逐渐变 的恒定，同时沉积工作准备就绪。但是在达到恒温的过程中，已经进入炉腔内的 重掺硅片的正面和背面的掺杂剂开始外扩散。而且现在的外延工艺一般是在重掺 的衬底上生长高电阻的外延层，但是在外延沉积过程中衬底内的掺杂剂会不断的 向外延层扩散，导致整个外延层的掺杂剂浓度出现了一个由表面向衬底的浓度梯 度变化，从而电阻发生变化。对于厚层外延层的生长，由于掺杂剂的扩散系数较 低，扩散距离有限，"自掺杂"导致的外延层电阻率漂移可以忽略不记。但是对于 薄层外延，必需采取有效的方法来降低3、 为了降低硅片本身带来的"自掺杂"的影响，本专利技术采取措施是本征外 延层生长，即在沉积外延层的前10秒钟左右，通入外延沉积腔内的反应气体只 有TCS和氢气，因而衬底上先沉积约0.5um左右的本征硅层。完成本征沉积后，向沉积腔内同时通入掺杂剂、TCS和氢气，开始正常的外延生长。通过本征外延 层的沉积，可以有效隔离硅片正面的自掺杂效应，掺杂气体在分解后不仅沉积到 外延层内，而且向衬底内扩散。利用本征层外延沉积工艺，不仅有效的阻止了自 扩散。考虑到衬底对本征层的自掺杂，所以如果适当调节本征层的厚度，可以在本 征层获得与外延层相同的电阻率。实施例外延层的目标厚度为2.8um，外延层电阻率为1.60hm—cm，而过渡层的厚 度约为0.4um。具体的实验参数见表1，表1中的单位slm是表示标准升每分钟g/s是表 示克/秒。其实验结果见图3。，表.l实施例中具体的外延工艺<table>table see original document page 6</column></row><table>权利要求1、一种300mm薄层外延工艺，其特征在于还包括(1)在高温下，用HCl腐蚀石墨组件工艺；(2)用TCS在高温下迅速分解生成多晶硅，迅速覆盖在石墨组件的表层，形成预沉积本征硅层；(3)向外延沉积腔内通入反应气体TCS和氢气，生成本征外延层；(4)向沉积腔内同时通入掺杂剂、TCS和氢气，开始正常的外延生长。2、 根据权利要求l所述的一种300mm薄层外延工艺，其特征在于HCI腐蚀 石墨组件的温度为1050°C 1200°C。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种３００ｍｍ薄层外延工艺，其特征在于：还包括：　（１）在高温下，用ＨＣｌ腐蚀石墨组件工艺；　（２）用ＴＣＳ在高温下迅速分解生成多晶硅，迅速覆盖在石墨组件的表层，形成预沉积本征硅层；　（３）向外延沉积腔内通入反应气体ＴＣＳ和氢气，生成本征外延层；　（４）向沉积腔内同时通入掺杂剂、ＴＣＳ和氢气，开始正常的外延生长。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何自强，冯泉林，常青，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，有研半导体材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]