一种重掺衬底反型高阻IC外延片的制备方法与流程

本发明涉及半导体基础材料硅外延片，尤其涉及一种重掺衬底反型高阻IC外延片的制备方法。

背景技术：

外延生长工艺是一种在单晶衬底的表面上淀积一个单晶薄层的方法。由于对杂质浓度有良好的控制以及能获得晶体的完整性，气相外延得到了最广泛的应用。在重掺衬底上进行外延生长，自掺杂效应是必须考虑的问题。在外延前的HCl腐蚀、H2处理和外延生长时的高温，使重掺衬底片的杂质原子从正面、边缘和背面从由固相蒸发到反应室的气相中，进入外延层形成气相自掺杂，同时反应室的气氛与衬底杂质化学反应产物进入外延层，也会形成非人为掺杂。自掺杂的程度取决于衬底杂质浓度、淀积温度、硅源、生长速率、反应室尺寸和压强，还与边界层厚度有关。

重掺衬底IC片做反型高阻外延的难度远大于常规外延品种，主要体现在：(1)对于埋层片品种，为了降低图形漂移率，外延生长温度必须在高温下进行，这样就会使自掺杂效应更加严重；(2)反型外延，外延层导电类型与衬底相反，两种不同类型的杂质存在一定的补偿，外延层与衬底之间的过渡区难以精确控制；(3)为了得到外延高阻层，通入反应室的杂质量要少，受衬底反型杂质的影响，表层极有可能会被反型自掺杂覆盖，电阻率控制非常困难。

因此，亟待解决上述问题。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是提供一种可有效抑制衬底自掺杂的效应且防止埋片层表面图形畸变的重掺衬底反型高阻IC外延片的制备方法。

技术方案：为实现以上目的，本发明所述的一种重掺衬底反型高阻IC外延片的制备方法，包括如下步骤：

A、预备重掺衬底埋层片：选用重掺的埋层片，电阻率＜0.01Ωcm，背封为背封层为二氧化硅+多晶硅；

B、HCl抛光：在1100℃下，选择HCl流量为3～5L/min，抛光时间2～6min，抛光完成后H₂吹扫4～8min；

C、外延生长：选择双层外延工艺条件，硅源采用超高纯三氯氢硅，第一步生长一重掺过渡层，其生长温度为1100℃，厚度为1～2um，生长速率为0.4～0.6um/min；第二步生长一高阻外延层，其生长温度为1160～1180℃，生长速率为0.4～0.6um/min。

本发明中的衬底选择背封层为二氧化硅(LTO)+多晶硅(Poly)的埋层片，其在后续的HCL抛光中，通过低温小流量气腐，可在保障表面抛光作用的同时，又不至于将埋层处理掉，能够进一步促进背面的吸硅作用，以及更好的保护二氧化硅背封膜。此外，因本发明所采用的衬底，其表面具有电路图案，在外延生长中采用高温慢速(生长温度为1160～1180℃，生长速率为0.4～0.6um/min)的生长条件，可有效保障电路图案不发生畸变，提高外延片的成品率。

其中，所述外延生长中高频感应加热体为表面经裂解处理并表面包封高纯SiC的高纯石墨基座。

优选的，在外延生长前，在所述高纯石墨基座表面淀积一层10～20um通有重掺杂质、与外延层杂质相同的硅。

再者，所述重掺过渡层和高阻外延层与衬底埋层片杂质类型相反。本发明外延片生长过程中衬底背面于基座表面接触，衬底背面扩散出来的P型杂质与基座表面多晶硅中的N型杂质相中和，起到抑制衬底自掺杂的作用。

进一步，所述H₂纯度为99.9999％以上，其采用的氢纯化器为分子筛。

优选的，在进行外延前清除外延设备中石英钟罩内壁和石英零件上淀积残留物。

再者，所述重掺过渡层外延结束后，经过大流量H₂吹除，气相吹除的时间和气流量要能使反应室的杂质浓度降到最低，然后通入适量的掺杂源，按技术要求生长一高阻外延层。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：首先本发明中的衬底选择背封层为二氧化硅(LTO)+多晶硅(Poly)的埋层片，其在后续的HCL抛光中，通过低温小流量气腐，可在保障表面抛光作用的同时，又不至于将埋层处理掉，能够进一步促进背面的吸硅作用，以及更好的保护二氧化硅背封膜；其次因本发明所采用的衬底，其表面具有电路图案，在外延生长中采用高温慢速(生长温度为1160～1180℃，生长速率为0.4～0.6um/min)的生长条件，可有效保障电路图案不发生畸变，提高外延片的成品率；最后本发明外延片生长过程中衬底背面于基座表面接触，衬底背面扩散出来的P型杂质与基座表面多晶硅中的N型杂质相中和，起到抑制衬底自掺杂的作用。

附图说明

图1为本发明所用装置示意图；

图2为本发明的工艺流程图；

图3为本发明外延层纵向结构图；

图4为本发明外延层典型纵向载流子分布图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，本发明所用的设备是意大利LPE公司生产的PE-2061S外延设备。

基座是高纯石墨表面经裂解处理并表面包封高纯SiC，用高频感应方式加热。氢纯化器用分子筛吸附，纯度为99.9999％。

反应器清洗：石英钟罩及石英支架在进行高阻外延前必须认真清洗，以清除吸附在石英反应器内壁和石英件的杂质原子和淀积残留物。

高纯石墨基座处理：在生长外延前，基座都必须重新处理，并在基座表面淀积一层10～20um通有重掺杂质(与外延层杂质相同)的硅。

本发明一种重掺衬底反型高阻IC外延片的制备方法，包括如下步骤：

A、预备重掺衬底埋层片：选用重掺的埋层片，电阻率＜0.01Ωcm，背封为背封层为二氧化硅+多晶硅；

B、HCl抛光：在1100℃下，选择HCl流量为3～5L/min，抛光时间2～6min，抛光完成后H₂吹扫4～8min；气相腐蚀的目的是取出衬底表面的自然氧化层和表面金属沾污及其他杂质沾污，另外，在气相腐蚀过程中有助于背面吸附基座上的硅。本发明中的衬底选择背封层为二氧化硅(LTO)+多晶硅(Poly)的埋层片，其在后续的HCL抛光中，通过低温小流量气腐，可在保障表面抛光作用的同时，又不至于将埋层处理掉，能够进一步促进背面的吸硅作用，以及更好的保护二氧化硅背封膜。

C、外延生长：选择双层外延工艺条件，硅源采用超高纯三氯氢硅，第一步生长一重掺过渡层，其生长温度为1100℃，厚度为1～2um，生长速率为0.4～0.6um/min；第二步生长一高阻外延层，其生长温度为1160～1180℃，生长速率为0.4～0.6um/min。因本发明所采用的衬底，其表面具有电路图案，在外延生长中采用高温慢速(生长温度为1160～1180℃，生长速率为0.4～0.6um/min)的生长条件，可有效保障电路图案不发生畸变，提高外延片的成品率。

其中第一层外延结束后，经过大流量吹除，气相吹除的时间和气流量要能使反应室的杂质浓度降到最低，然后通入适量的掺杂源，按技术要求生长一高阻外延层。本发明的重掺过渡层和高阻外延层与衬底埋层片杂质类型相反。本发明外延片生长过程中衬底背面于基座表面接触，衬底背面扩散出来的P型杂质与基座表面多晶硅中的N型杂质相中和，起到抑制衬底自掺杂的作用。