变容二极管用硅外延材料制备方法技术

本发明专利技术涉及一种二极管用外延材料的制备方法，尤其是一种变容二极管用硅外延材料制备方法，该方法通过采用三次ＨＣｌ原位腐蚀工艺，并控制ＨＣｌ与Ｈ↓［２］的比例，将晶片制作过程中的杂质通过腐蚀被Ｈ↓［２］带走，减轻了自掺杂，使外延材料的厚度均匀性＜２％，片内电阻率均匀性＜５％，边缘及中间的过渡区在０．７－０．９微米之间，有效外延层厚度片内一致性好，片内电阻率均匀性一致性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种二极管用外延材料的制备方法，尤其是一种变容二极管用 硅外延材料制备方法。
技术介绍
变容二极管是一种利用PN结电容随外加电压的非线性变化的特性而制成的 可变电容半导体器件，PN结电容一电压的这种非线性可以产生许多效应，利用 这些效应，变容二极管在微波、放大倍频、开关和射频调制等方面获得了广泛 的应用。不同用途的变容二极管纵向结构与横向结构差异是很大的，对外延要求也 很不相同，其中最具典型意义的是具有超突变结的UHF和VHF频段中作电调谐 用的变容二极管，这一类变容管对外延层要求高，同时要求串联电阻和反向电 流要小。任何半导体二极管都有变电容特性，但是专门作为变容器件而设计的 半导体二极管，要求其特性尽可能接近于一个理想的可变电容，即损耗愈小愈 好，因为扩散电容伴随着较大的损耗电导，故一般变容管不利用PN结的扩散电 容，而利用PN结的势垒电容，工作区限于零偏压附近至击穿电压的整个反偏区。 为了保证超突变结的优良性能，在不影响变容二极管的最高反向工作电压的前 提下，应尽量减薄外延层厚度，使衬底反扩散后的剩余外延层的厚度为零。因 此要求外延片片内电阻率及有效厚度均匀性、 一致性一定要好，在加工变容二 极管用外延材料时，重点是控制来自重掺砷衬底的自掺杂。普通工艺变容二极管外延材料， 一般为了减少重掺衬底的自掺杂效应通常 采用以下措施1、使用背封衬底；2、基座包硅，使硅片在腐蚀和生长过程中 背面通过质量转移而包封多晶硅。3、长本征阻挡层，即长一定厚度的本征阻挡 层，同时阻挡住来自衬底及基座的自掺杂效应；4、 二步外延，即长完一层后，长时间赶走气氛中滞流的导致自掺杂的气体，然后再生长第二层；5、变温变流 赶气，即长完第一层后，变温变流，使滞流层由静变动，尽量减少气相中的自 掺杂效应；但不论采用上述哪种方法均存在以下的问题1) .很难保证片内电阻率均匀性，尤其是外延层厚度较薄，电阻率较大时， 往往电阻率片内均匀性^[艮难控制在8%以下；2) .外延层有效厚度边缘和中间差异大，造成器件使用时，在中间未达到器 件要求的击穿电压时，而边缘就已经发生了穿通；3) .炉内片间厚度及电阻率均匀性差。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是提供一种变容二极管用硅外延材料制备方 法，使得到的外延材料片片内电阻率均匀性一致性好，外延层边缘和中间的有 效厚度差异均勻。为解决上述问题，本专利技术所采取的技术方案是一种，它包括以下步骤A、将基座腐蚀 包硅，将硅衬底装炉，升温到1200—1230。C后用HC1抛光1-IO分钟；.B、向炉内通 入大流量H2对上述抛光过的硅衬底进行沖洗4-15分钟；C、降温至1100-U50。C, 用化学气相沉积法生长一层本征外延层；D、升温至1200-U30。C,再次通入大 流量H2冲洗4-15分钟，并在H2中加入HC1; E、降低温度至1100-115(TC，通入流 量为15-40升/分的三氯氢硅，进行第二阶段的生长；F、升温到1200—1230。C, 第三次通入大流量H2沖洗4-15分钟，并在H2中加入HCL; G.降温至1100-1150。C， 通入流量为15—0升/分的三氯氢硅和磷烷进行第三阶段的生长，生长到所要求 的外延厚度。所述步骤B、 D和F中通入大流量&的流量为300-350升/分，步骤D和F 中HC1与H2的流量比为1/50—1/20。上述步骤C中第一层本征外延层和步骤E中第二阶段生长的本征外延层的 厚度为0. 7-1.2微米。采用上述技术方案所产生的有益效果在于第一，本专利技术采取三次HC1原位腐蚀工艺，使衬底背面基座上的本征多晶硅 向硅背面转移，由于衬底背面的吸硅，，效应，减少了衬底背面杂质的挥发，从 而减小了自掺杂；第二，由于固相自掺杂的厚度只有零点几微米,假设生长2微 米的外延层，几乎近表面1个多微米的厚度内都掺杂有气相中的杂质，因此杂质 浓度会比近衬底侧浓度高，用HC1腐蚀掉近表面的受气相自掺杂严重的外延层， 可以使外延层过渡区陡峭，且减少自掺杂。第三，在第二次生长本征层时，再次 把气相中的杂质掩盖在刚刚生长的外延层内，通HC1再次腐蚀掉近表面受气相 自掺杂严重的外延厚度，进一步降低了自掺杂，通过三次原位腐蚀，杂质溢出速 度降低，使生长的外延层自掺杂显著降低。申请人曾于2007年4月11日申请了一种重掺砷衬底的硅外延方法，里面 提到了HCL反抛工艺，采用两次HCL原位腐蚀，自掺杂的量会有所降低，适合 于生长肖特基等外延层电阻率较低的外延材料，但是对于生长厚度较薄如4微 米，电阻率较高如〉5欧姆.厘米的外延层时，电阻率均勻性和过渡区等因为自掺 杂的影响会变得边缘和中间的差异较大，且片和片、炉与炉之间的差异也较大， 不适合采用两次HCL原位腐蚀；如果釆用3次以上的腐蚀工艺，虽能较好的控 制自掺杂，但是因为腐蚀正面的同时，背面也会因生长多晶而变差，尤其是对 背封的衬底，使得外延后的片子无法满足光刻的要求，而采用3次腐蚀工艺， 较好的解决了过渡区及均匀性和背面的关系,使外延后的硅片既能满足器件参 数的要求而背面也不会变粗糙。表1是本工艺和普通工艺片内均匀性的比较，表l<table>table see original document page 5</column></row><table>由表1可以看出，采用本工艺后，使外延材料的厚度均匀性<2%，片内电阻率均匀性<5°/。，边缘及中间的过渡区在0.7-0.9微米之间，有效外延层厚度片内一致性好，片内电阻率均匀性一致性好。具体实施例方式下面对本专利技术做进一 步详细描述一种，它包括以下步骤，A、将基座腐蚀 包硅，防止基座中的杂质向外挥发，将硅衬底装炉、升温到1200—123(TC后用HC1 抛光5分钟，本实施例采用最佳温度方案1210。C; B、向炉内通入流量为350升/ 分的H2进行冲洗10分钟，使吸附在晶片、滞留在附面层中的杂质被H2气流带走； C、用化学气相沉积法生长一层本征外延层，本征外延层对晶片表面起到封闭作 用，阻止衬底中的杂质进一步向外挥发，该本征外延层的厚度可根据外延层电阻 率的要求而确定，一^l殳在0. 7-l.W敖米之间；D、再次通入流量为350升/分的H2冲 洗15分钟，并在H2中加入HC1，加入的HC1与H2的流量比为1/50—1/20,本专利技术釆 用最佳方案l/30;同时使用温度1200—123(TC,本专利技术釆用最佳方案1210。C , 将刚刚生长的外延层中受气相自掺杂严重的外延层腐蚀掉，并将吸附在晶片、 滞留在附面层中的杂质被H2气流带走，进一步减少杂质含量；E、降低温度至 1100-1500度，本专利技术采用最佳方案113(TC,通流量为30升/分的三氯氢硅，进 行第二阶段本征层的生长；生长O. 7微米厚的外延层，F、第三次用.大流量&冲洗 IO分钟，并在H2中加入HC1，加入的HC1与H2的比例为1/50—1/20,本专利技术采用最 佳方案l/30(合适)，同时使用温度1200—123(TC,本专利技术采用最佳方案1210。C, 再次对刚刚生长的外延层进行腐蚀，并带走杂质，使剩余的外延层杂质含量相 当小，G、降温至1100-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变容二极管用硅外延材料制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：Ａ、将基座腐蚀包硅形成硅衬底，将硅衬底装炉，当炉内温度升到１２００－－１２３０℃后用ＨＣｌ抛光１－１０分钟；Ｂ、向炉内通入大流量Ｈ↓［２］对上述抛光过的硅衬底进 行冲洗４－１５分钟；Ｃ、将炉内温度降至１１００－１１５０℃，用化学气相沉积法生长一层本征外延层；Ｄ、升温至１２００－１２３０℃，再次通入大流量Ｈ↓［２］冲洗４－１５分钟，并在Ｈ↓［２］中加入ＨＣｌ；Ｅ、降低温度至１１ ００－１１５０℃，通入流量为１５－４０升／分的三氯氢硅，进行第二阶段本征层的生长；Ｆ、升温到１２００－－１２３０℃，第三次通入大流量Ｈ↓［２］冲洗４－１５分钟，并在Ｈ↓［２］中加入ＨＣＬ；Ｇ．降温至１１００－１１５０℃，通入 流量为１５－４０升／分的三氯氢硅和磷烷，进行第三阶段的生长，生长到所要求的外延厚度。

【技术特征摘要】
1、一种变容二极管用硅外延材料制备方法，其特征在于它包括以下步骤A、将基座腐蚀包硅形成硅衬底，将硅衬底装炉，当炉内温度升到1200--1230℃后用HCl抛光1-10分钟；B、向炉内通入大流量H2对上述抛光过的硅衬底进行冲洗4-15分钟；C、将炉内温度降至1100-1150℃，用化学气相沉积法生长一层本征外延层；D、升温至1200-1230℃，再次通入大流量H2冲洗4-15分钟，并在H2中加入HCl；E、降低温度至1100-1150℃，通入流量为15-40升/分的三氯氢硅，进行第二阶段本征层的生长；F、升温到1200--1230℃，第三...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵丽霞，薛宏伟，
申请(专利权)人：河北普兴电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：13[]