一种MOS器件结构用双层外延的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种MOS器件结构用双层外延的制备方法，向硅外延炉反应腔体内通入氯化氢气体；将主工艺氢气携带气态三氯氢硅进入硅外延炉反应腔体；向反应腔体内基座上装入硅衬底片；通入主工艺氢气对反应腔体进行吹扫；主工艺氢气携带气态三氯氢硅进入反应腔体；稀释氢气携带磷烷气体组成混合气；进行第一层硅外延层的生长；通入主工艺氢气对硅外延炉反应腔体进行吹扫；进行第二层硅外延层的生长；第二层硅外延层生长完成，降温后从基座上取出；所制硅外延层的总厚度5点均值为20.5~21.5µm，第二层硅外延层的电阻率5点均值为27~29Ω·cm。本发明专利技术实现了对双层外延的总体厚度和电阻率均匀性的控制。

【技术实现步骤摘要】
一种MOS器件结构用双层外延的制备方法
本专利技术涉及一种半导体外延材料的制备
，尤其涉及一种MOS器件结构用双层外延的制备方法。
技术介绍
MOS器件以高的击穿电压和低的正向导通压降为目的。传统的平面式MOS器件结构基于的单层硅外延片，由低阻硅衬底片与高阻硅外延层两部分组成。为保证MOS器件高击穿电压的要求，需要采用厚层高阻的硅外延层，但随之带来导通压降的提高，因此传统上MOS的击穿电压与正向导通压降存在显著矛盾，即如果击穿电压提高，则导通压降亦随之变大。因此导通压降受击穿电压的限制而存在一个极限。近年来为进一步使高压MOS器件的导通压降继续下降，尤其是保证高压600V以上的MOS器件的设计要求，需要开发双层结构乃至多次外延结构，并且配合后续的注入技术实现导通电阻的下降。但是生长双层乃至多次外延，累积工艺叠加后的硅外延层厚度均匀性、电阻率均匀性难以保证，通常控制在2%~3%的水平，尤其采用重掺As硅衬底片(电阻率<0.004Ω·cm)，进一步加大硅衬底片和硅外延层的掺杂浓度极差，导致自掺杂和固态外扩散效应更为严重，影响硅外延层电阻率及其均匀性的控制，导致电阻率不均匀性变差到<5%的水平，远低于<2%的技术规格要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有MOS器件所用双层外延在长时间生长过程中的片内厚度分布和电阻率分布一致性难以控制的问题，通过主氢气流量、反应腔体内温度、掺杂流量的分配，获得一种MOS器件结构用双层外延的制备方法，显著改善了双层外延后的厚度分布和电阻率分布的一致性。本专利技术采取的技术方案是，一种MOS器件结构用双层外延的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）硅外延炉反应腔体内通入氯化氢气体，氯化氢气体流量设定为18~20L/min，在高温下对硅外延炉反应腔体内的基座上的残余沉积物质进行刻蚀，反应温度设定为1160~1180℃，刻蚀时间设定为130~140sec；（2）将主工艺氢气流量设定为75~95L/min，携带气态三氯氢硅进入硅外延炉反应腔体，三氯氢硅流量设定为13.5~14.0L/min，沉积在基座上的时间设定为15~20sec；（3）向反应腔体内基座上装入硅衬底片，升温至1160℃，对硅衬底片表面烘焙1~2min后将温度降低至1120~1125℃；（4）通入主工艺氢气对反应腔体进行吹扫，主工艺氢气流量为75~95L/min，吹扫时间设定为25~30sec；（5）主工艺氢气流量设定为75~95L/min，携带气态三氯氢硅进入反应腔体，三氯氢硅的流量设定为9.0~10.0L/min，三氯氢硅在管路内的排空时间设定为25~30sec，基座下部通入与主工艺氢气流动方向相反的Slit氢气，Slit氢气流量设定为18~24L/min，三氯氢硅在硅外延炉反应腔体内的沉积时间设定为50~60sec，基座转速设定为32~36r/min；（6）稀释氢气携带磷烷气体组成混合气，通入硅外延炉反应腔体，稀释氢气流量设定为20L/min，磷烷气体的规格为50ppm，磷烷气体占比混合气设定为15%，管路排空时间设定为30~45sec；（7）进行第一层硅外延层的生长，主工艺氢气流量设定为75~95L/min，携带气态三氯氢硅进入反应腔体，三氯氢硅的流量设定为9.0~10.0L/min，第一层硅外延层生长时间设定为92~96sec，基座转速设定为32~36r/min，主掺杂管路的混合气流量设定为47.0~47.5sccm，中心区域的辅助掺杂管路的混合气流量设定为2~6sccm，内区进气的流量阀开启电压设定为5.6~6.0V，外区进气的流量阀开启电压设定为2.6~3.0V，石英腔体内的红外灯泡划分为顶部和底部两组，顶部红外灯泡分为内区和外区两部分，底部红外灯泡也分为内区和外区两部分，其中石英腔体顶部和底部的红外灯泡的加热功率整体分配比例设定48%:52%~52%:48%，顶部和底部每组的内区与外区的红外灯泡的加热功率分配比例设定为46%:54%~52%:48%；（8）通入主工艺氢气对硅外延炉反应腔体进行吹扫，主工艺氢气流量设定为75~95L/min，吹扫时间设定为30~45sec；（9）进行第二层硅外延层的生长，主工艺氢气流量设定为75~95L/min，携带气态三氯氢硅进入硅外延炉反应腔体，三氯氢硅的流量设定为9.0~10.0L/min，第二层硅外延层生长时间设定为103~108sec，基座下部通入与主工艺氢气流动方向相反的Slit氢气，Slit氢气流量设定为18~24L/min，基座转速设定为32~36r/min，主掺杂管路的混合气流量设定为47.0~47.5sccm，中心区域的辅助掺杂管路的混合气流量设定为2~6sccm，内区进气的流量阀开启电压设定为5.6~6.0V，外区进气的流量阀开启电压设定为2.6~3.0V，石英腔体顶部和底部的红外灯泡的加热功率整体分配比例设定48%:52%~52%:48%，顶部和底部每组内区与外区的红外灯泡的加热功率分配比例设定为46%:54%~52%:48%；（10）第二层硅外延层生长完成后开始降温，待降低至60℃后从基座上取出；所用的硅衬底片电阻率<0.004Ω·cm；制得的硅外延片的硅外延层厚度、电阻率均采用5点测试法，5点测试位置为中心点和四周距边缘6mm的位置，制得的硅外延片的硅外延层厚度、电阻率均采用5点测试法，5点测试位置为中心点和四周距边缘6mm的位置，所制硅外延层的总厚度5点均值为20.5~21.5µm，第二层硅外延层的电阻率5点均值为27~29Ω·cm；所用的硅外延炉为AMPronto型常压硅外延炉。本专利技术的有益效果是，通过主工艺氢气流量、内外区红外灯泡的加热功率、以及掺杂流量的精确分配等综合条件的设定，实现了对双层外延的总体厚度和电阻率均匀性的控制，片内的不均匀性从目前技术水平普遍的2%~3%的能力，显著改善至<1.5%的良好控制水平，同时制造方法与现有工艺兼容，不需要增加额外的开发成本。附图说明图1本专利技术实施例1的硅外延层的总厚度片内分布示意图；图2本专利技术实施例1的第二层硅外延层的电阻率片内分布示意图；图3本专利技术实施例2的硅外延层的总厚度片内分布示意图；图4本专利技术实施例2的第二层硅外延层的电阻率片内分布示意图；图5本专利技术实施例3的硅外延层的总厚度片内分布示意图；图6本专利技术实施例3的第二层硅外延层的电阻率片内分布示意图；图7本专利技术实施例4的硅外延层的总厚度片内分布示意图；图8本专利技术实施例4的第二层硅外延层的电阻率片内分布示意图；图9本专利技术实施例5的硅外延层的总厚度片内分布示意图；图10本专利技术实施例5的第二层硅外延层的电阻率片内分布示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细的说明：本专利技术所用的硅外延炉为AMPronto型常压硅外延炉，所用的硅衬底片电阻率<0.004Ω·cm，硅外延片的硅外延层厚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MOS器件结构用双层外延的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n（1）硅外延炉反应腔体内通入氯化氢气体，氯化氢气体流量设定为18~20 L/min，在高温下对硅外延炉反应腔体内的基座上的残余沉积物质进行刻蚀，反应温度设定为1160~1180 ℃，刻蚀时间设定为130~140 sec；/n（2）将主工艺氢气流量设定为75~95 L/min，携带气态三氯氢硅进入硅外延炉反应腔体，三氯氢硅流量设定为13.5~14.0 L/min，沉积在基座上的时间设定为15~20 sec；/n（3）向反应腔体内基座上装入硅衬底片，升温至1160 ℃，对硅衬底片表面烘焙1~2 min后将温度降低至1120~1125 ℃；/n（4）通入主工艺氢气对反应腔体进行吹扫，主工艺氢气流量为75~95 L/min，吹扫时间设定为25~30 sec；/n（5）主工艺氢气流量设定为75~95 L/min，携带气态三氯氢硅进入反应腔体，三氯氢硅的流量设定为9.0~10.0 L/min，三氯氢硅在管路内的排空时间设定为25~30 sec，基座下部通入与主工艺氢气流动方向相反的Slit氢气，Slit氢气流量设定为18~24 L/min，三氯氢硅在硅外延炉反应腔体内的沉积时间设定为50~60 sec，基座转速设定为32~36 r/min；/n（6）稀释氢气携带磷烷气体组成混合气，通入硅外延炉反应腔体，稀释氢气流量设定为20 L/min，磷烷气体的规格为50 ppm，磷烷气体占比混合气设定为15%，管路排空时间设定为30~45 sec；/n（7）进行第一层硅外延层的生长，主工艺氢气流量设定为75~95 L/min，携带气态三氯氢硅进入反应腔体，三氯氢硅的流量设定为9.0~10.0 L/min，第一层硅外延层生长时间设定为92~96 sec，基座转速设定为32~36 r/min，主掺杂管路的混合气流量设定为47.0~47.5sccm，中心区域的辅助掺杂管路的混合气流量设定为2~6 sccm，内区进气的流量阀开启电压设定为5.6~6.0 V，外区进气的流量阀开启电压设定为2.6~3.0 V，石英腔体内的红外灯泡划分为顶部和底部两组，顶部红外灯泡分为内区和外区两部分，底部红外灯泡也分为内区和外区两部分，其中石英腔体顶部和底部的红外灯泡的加热功率整体分配比例设定48%:52%~52%:48%，顶部和底部每组的内区与外区的红外灯泡的加热功率分配比例设定为46%:54%~52%:48%；/n（8）通入主工艺氢气对硅外延炉反应腔体进行吹扫，主工艺氢气流量设定为75~95 L/min，吹扫时间设定为30~45 sec；/n（9）进行第二层硅外延层的生长，主工艺氢气流量设定为75~95 L/min，携带气态三氯氢硅进入硅外延炉反应腔体，三氯氢硅的流量设定为9.0~10.0 L/min，第二层硅外延层生长时间设定为103~108 sec，基座下部通入与主工艺氢气流动方向相反的Slit氢气，Slit氢气流量设定为18~24 L/min，基座转速设定为32~36 r/min，主掺杂管路的混合气流量设定为47.0~47.5 sccm，中心区域的辅助掺杂管路的混合气流量设定为2~6 sccm，内区进气的流量阀开启电压设定为5.6~6.0 V，外区进气的流量阀开启电压设定为2.6~3.0 V，石英腔体顶部和底部的红外灯泡的加热功率整体分配比例设定48%:52%~52%:48%，顶部和底部每组内区与外区的红外灯泡的加热功率分配比例设定为46%:54%~52%:48%；/n（10）第二层硅外延层生长完成后开始降温，待降低至60 ℃后从基座上取出；/n所用的硅衬底片电阻率<0.004 Ω·cm；/n制得的硅外延片的硅外延层厚度、电阻率均采用5点测试法，5点测试位置为中心点和四周距边缘6 mm的位置，制得的硅外延片的硅外延层厚度、电阻率均采用5点测试法，5点测试位置为中心点和四周距边缘6 mm的位置，所制硅外延层的总厚度5点均值为20.5~21.5 µm，第二层硅外延层的电阻率5点均值为27~29 Ω·cm；/n所用的硅外延炉为AM Pronto型常压硅外延炉。/n...

【技术特征摘要】
1.一种MOS器件结构用双层外延的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）硅外延炉反应腔体内通入氯化氢气体，氯化氢气体流量设定为18~20L/min，在高温下对硅外延炉反应腔体内的基座上的残余沉积物质进行刻蚀，反应温度设定为1160~1180℃，刻蚀时间设定为130~140sec；
（2）将主工艺氢气流量设定为75~95L/min，携带气态三氯氢硅进入硅外延炉反应腔体，三氯氢硅流量设定为13.5~14.0L/min，沉积在基座上的时间设定为15~20sec；
（3）向反应腔体内基座上装入硅衬底片，升温至1160℃，对硅衬底片表面烘焙1~2min后将温度降低至1120~1125℃；
（4）通入主工艺氢气对反应腔体进行吹扫，主工艺氢气流量为75~95L/min，吹扫时间设定为25~30sec；
（5）主工艺氢气流量设定为75~95L/min，携带气态三氯氢硅进入反应腔体，三氯氢硅的流量设定为9.0~10.0L/min，三氯氢硅在管路内的排空时间设定为25~30sec，基座下部通入与主工艺氢气流动方向相反的Slit氢气，Slit氢气流量设定为18~24L/min，三氯氢硅在硅外延炉反应腔体内的沉积时间设定为50~60sec，基座转速设定为32~36r/min；
（6）稀释氢气携带磷烷气体组成混合气，通入硅外延炉反应腔体，稀释氢气流量设定为20L/min，磷烷气体的规格为50ppm，磷烷气体占比混合气设定为15%，管路排空时间设定为30~45sec；
（7）进行第一层硅外延层的生长，主工艺氢气流量设定为75~95L/min，携带气态三氯氢硅进入反应腔体，三氯氢硅的流量设定为9.0~10.0L/min，第一层硅外延层生长时间设定为92~96sec，基座转速设定为32~36r/min，主掺杂管路的混合气流量设定为47.0~47.5sccm，中心区域的辅助掺杂管路的混合气流量设定为2~6sccm，内区进气的流量阀开启电压设定为5.6~6.0V，外区...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐发俊，李明达，王楠，赵扬，
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