基于111晶向的硅外延片制备方法、硅外延片及半导体器件技术

本发明专利技术提供一种基于111晶向的硅外延片制备方法、硅外延片及半导体器件。该方法包括：在硅片表面进行高速率的111晶向外延生长，得到第一外延层；对第一外延层进行刻蚀；在刻蚀后的第一外延层表面进行低速率的111晶向外延生长，得到第二外延层，硅片、刻蚀后的第一外延层和第二外延层构成基于111晶向的硅外延片。本发明专利技术首先在硅片表面高速率生长第一外延层，相比于常规生长速度具有更高的效率，然后对第一外延层进行刻蚀，能够去除第一外延层表面具有雾缺陷的部分，最后在第一外延层表面进行低速率生长，确保最终硅外延片表面平整、稳定，并且相比于全程慢速率生长具有更高的生产效率，解决了高速率生长的硅外延片表面存在雾缺陷的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
基于111晶向的硅外延片制备方法、硅外延片及半导体器件


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种基于111晶向的硅外延片制备方法、硅外延片及半导体器件。

技术介绍

[0002]基于111晶向的硅外延片在肖特基、三极管、快恢复二极管等功率器件具有广泛的应用，随着客户对制程和产品质量要求的逐步提高，在大尺寸硅外延片(直径200mm及以上)提出了更高的均匀性要求。因此，硅外延片制造商通常采用单片式硅外延炉进行生产，相比于多片式硅外延炉，单片式在产品均匀性上的绝对优势毋庸置疑，与此同时，也对单片式外延炉的生产效率提出了更高的要求，需要更高的生长速率达成。
[0003]对于单片式硅外延炉，采用常规工艺进行111晶向硅外延生长时，如果生长速率高于3.6μm/min，硅外延片表面会出现雾缺陷，造成产品不合格。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了一种基于111晶向的硅外延片制备方法、硅外延片及半导体器件，以解决高速率生长的硅外延片表面存在雾缺陷的问题。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种基于111晶向的硅外延片制备方法，包括：
[0006]在硅片表面进行高速率的111晶向外延生长，得到第一外延层；
[0007]对第一外延层进行刻蚀；
[0008]在刻蚀后的第一外延层表面进行低速率的111晶向外延生长，得到第二外延层，所述硅片、刻蚀后的第一外延层和所述第二外延层构成基于111晶向的硅外延片。
[0009]在一种可能的实现方式中，在硅片表面进行高速率的111晶向外延生长，得到第一外延层包括：
[0010]在硅片表面进行生长速率为5.4
‑
6.4μm/min的111晶向外延生长，得到第一外延层。
[0011]在一种可能的实现方式中，第一外延层的厚度为5
‑
8μm。
[0012]在一种可能的实现方式中，在硅片表面进行高速率的111晶向外延生长，得到第一外延层包括：
[0013]在990
‑
1090℃条件下，以12
‑
16L/min的气流量向硅片所在的单片式外延炉的反应腔体通入TCS气体，以30
‑
270mL/min的气流量向反应腔体通入掺杂气体，在硅片表面进行高速率的111晶向外延生长，得到第一外延层。
[0014]在一种可能的实现方式中，对第一外延层进行刻蚀包括：
[0015]在990
‑
1090℃条件下，以0.5
‑
2L/min的气流量向硅片所在的单片式外延炉的反应腔体通入HCl气体，对第一外延层进行刻蚀。
[0016]在一种可能的实现方式中，对第一外延层进行刻蚀包括：
[0017]对第一外延层进行厚度为0.5
‑
2μm的刻蚀。
[0018]在一种可能的实现方式中，在刻蚀后的第一外延层表面进行低速率的111晶向外延生长，得到第二外延层包括：
[0019]在刻蚀后的第一外延层表面进行生长速率为2.8
‑
3.6μm/min的111晶向外延生长，得到基于111晶向的硅外延片。
[0020]在一种可能的实现方式中，第二外延层的厚度为1
‑
2μm。
[0021]第二方面，本专利技术实施例提供了一种硅外延片，该硅外延片基于如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式方法的步骤得到。
[0022]第三方面，本专利技术实施例提供了一种半导体器件，包括如上第二方面的硅外延片。
[0023]本专利技术实施例提供一种基于111晶向的硅外延生长方法的有益效果在于：
[0024]本专利技术首先在硅片表面高速率生长第一外延层，相比于常规生长速度具有更高的效率，然后对第一外延层进行刻蚀，能够去除第一外延层表面具有雾缺陷的部分，最后在第一外延层表面进行低速率生长，确保最终硅外延片表面平整、稳定，并且相比于全程慢速率生长具有更高的生产效率，解决了高速率生长的硅外延片表面存在雾缺陷的问题。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1是本专利技术一实施例提供的基于111晶向的硅外延片制备方法的实现流程图；
[0027]图2是本专利技术另一实施例提供的基于111晶向的硅外延片制备方法的实现流程图。
具体实施方式
[0028]以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本专利技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本专利技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本专利技术的描述。
[0029]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
[0030]参见图1，其示出了本专利技术实施例提供的基于111晶向的硅外延片制备方法的实现流程图，详述如下：
[0031]步骤101，在硅片表面进行高速率的111晶向外延生长，得到第一外延层。
[0032]在本实施例中，相比于多片式硅外延炉，单片式硅外延炉在产品均匀性上具有绝对优势。在采用常规工艺进行111晶向硅外延生长时，如果生长速率高于3.6μm/min，硅外延片的表面就会出现雾缺陷。针对具有雾缺陷的硅外延片，经过Sirtl法刻蚀5min后，在微观显微镜下表面呈现swirl缺陷。经分析雾缺陷产生原因主要与<111>晶向表面微粗糙度有关，进行高速率生长后，硅外延片表面就会出现微空洞。如果采用低生长速率的工艺，能有效抑制硅外延片表面雾缺陷的出现，但同时，也会导致生产效率降低。
[0033]基于上述理由，本实施例通过高速率生长第一外延层，能够以较快的速度得到外
延层，满足对于硅外延片的生产效率需求。
[0034]步骤102，对第一外延层进行刻蚀。
[0035]在本实施例中，由于第一外延层采用了高速率生长工艺，表面具有雾缺陷，此时对第一外延层进行刻蚀，可以使第一外延层的表面光滑，解决第一外延层上的雾缺陷问题。
[0036]步骤103，在刻蚀后的第一外延层表面进行低速率的111晶向外延生长，得到第二外延层，硅片、刻蚀后的第一外延层和第二外延层构成基于111晶向的硅外延片。
[0037]在本实施例中，经过刻蚀的第一外延层表面光滑，不具有雾缺陷，但是经过刻蚀的外延层表面活性较高，此时在刻蚀后的第一外延层表面再生长一层外延层，可以将第一外延层表面高活性部分覆盖，保证最终制备的硅外延片的稳定性。同时，由于步骤101已经提高了外延片的生产效率，步骤103中有充足时间用于外本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于111晶向的硅外延片制备方法，其特征在于，包括：在硅片表面进行高速率的111晶向外延生长，得到第一外延层；对所述第一外延层进行刻蚀；在刻蚀后的第一外延层表面进行低速率的111晶向外延生长，得到第二外延层，所述硅片、刻蚀后的第一外延层和所述第二外延层构成基于111晶向的硅外延片。2.根据权利要求1所述的基于111晶向的硅外延片制备方法，其特征在于，所述在硅片表面进行高速率的111晶向外延生长，得到第一外延层包括：在硅片表面进行生长速率为5.4
‑
6.4μm/min的111晶向外延生长，得到第一外延层。3.根据权利要求1所述的基于111晶向的硅外延片制备方法，其特征在于，所述第一外延层的厚度为5
‑
8μm。4.根据权利要求1所述的基于111晶向的硅外延片制备方法，其特征在于，所述在硅片表面进行高速率的111晶向外延生长，得到第一外延层包括：在990
‑
1090℃条件下，以12
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16L/min的气流量向硅片所在的单片式外延炉的反应腔体通入TCS气体，以30
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270mL/min的气流量向所述反应腔体通入掺杂气体，在硅片表面进行高速率的111晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭艳敏，王楠，赵堃，莫宇，
申请(专利权)人：中电科先进材料技术创新有限公司，
类型：发明
国别省市：