设定为150L/min，依次吹扫外延炉反应腔室10分钟，然后将外延片从基座上取出。利用Nicolet 6700红外厚度测试仪，记录中心点、四个距边缘10 mm的位置以及四个1/2半径位置共计九个测试点的厚度，获得硅外延片的平均厚度及其均匀性，利用SSM495汞探针C-V测试仪记录中心点、四个距边缘10 mm的位置以及四个1/2半径位置共计九个测试点的电阻率，获得硅外延片的平均电阻率及其均匀性，利用SRP 2000扩展电阻测试仪获得硅外延层与衬底形成的过渡区的宽度。
[0031]实施例二制得的硅外延层的导电类型为N型，外延片表面光亮，无层错、位错、滑移线、雾等表面缺陷，测试结果如图4~6所示，厚度平均值为54.051 y m，厚度不均匀性为0.504%，电阻率平均值为19.0187 ? ■ cm,电阻率不均匀性为0.924%，过渡区宽度为5.3Mm,界面分布较为陡峭，满足功率MOS器件的指标要求。
[0032]实施例三
(I)利用纯度多99.99%的氯化氢气体在高温下对外延炉基座进行腐蚀，完全去除基座上的残余沉积物质，温度设定为1080°C，氯化氢气体流量设定为5 L/min，刻蚀时间设定为10 min。
[0033](2)向外延炉基座片坑内装入娃衬底片，依次利用纯度均彡99.999%的氮气和氢气吹扫外延炉腔体10分钟，气体流量设定为150 L/min。
[0034](3)利用氯化氢气体对硅衬底片表面进行原位腐蚀，对衬底起到表面抛光作用，有助于改善晶格结构，采用氢气输送氯化氢气体进入反应腔室，氢气流量设定为150 L/min,氯化氢流量设定为I L/min，温度设定为1070°C，时间设定为2 min ；
(4)采用大流量氢气对硅衬底片表面进行吹扫，将氯化氢原位腐蚀时产生的副产物，以及吸附在衬底表面、基座表面的杂质完全去除，氢气流量设定为250 L/min，时间设定为2min ；
(5 )进行本征外延层的生长，采用不掺杂的三氯氢硅在衬底上生长本征外延层，对衬底表面进行封闭，阻止重掺衬底杂质的溢出，本征层生长温度设定为1065°C，用氢气输送气态三氯氢娃进入反应腔室，氢气流量控制在150 L/min,三氯氢娃流量设定为7g/min，本征层生长速率控制在1.5 μ m/min，生长时间控制在0.6min ；
(6)进行掺杂外延层的生长，生长温度设定为1050°C。用氢气输送气态三氯氢硅和磷烷掺杂剂进入反应腔室，氢气流量控制在150 L/min,三氯氢硅流量设定为13g/min，磷烷流量设定为56.5sccm，外延层生长速率控制在2.2 μ m/min ； (7)外延层生长达到预定厚度后开始降温，将氢气和氮气流量设定为150 L/min，依次吹扫外延炉反应腔室8分钟，然后将外延片从基座上取出。利用Nicolet 6700红外厚度测试仪，记录中心点、四个距边缘10 mm的位置以及四个1/2半径位置共计九个测试点的厚度，获得硅外延片的平均厚度及其均匀性，利用SSM495汞探针C-V测试仪记录中心点、四个距边缘10 mm的位置以及四个1/2半径位置共计九个测试点的电阻率，获得硅外延片的平均电阻率及其均匀性，利用SRP 2000扩展电阻测试仪获得硅外延层与衬底形成的过渡区的宽度。
[0035]实施例三制得的硅外延层的导电类型为N型，外延片表面光亮，无层错、位错、滑移线、雾等表面缺陷，测试结果如附图7~9所示，厚度平均值为54.012 μπι,厚度不均匀性为0.531%，电阻率平均值为17.979 ? ■ cm,电阻率不均匀性为0.808 %，过渡区宽度为4.lMffl，界面分布陡峭，满足功率MOS器件的指标要求。
[0036]实施例四
(1)利用纯度多99.99%的氯化氢气体在高温下对外延炉基座进行腐蚀，完全去除基座上的残余沉积物质，温度设定为1080°C，氯化氢气体流量设定为5 L/min，刻蚀时间设定为10 min ；
(2)向外延炉基座片坑内装入硅衬底片，依次利用纯度均多99.999%的氮气和氢气吹扫外延炉腔体8分钟，气体流量设定为100 L/min ；
(3)利用氯化氢气体对硅衬底片表面进行原位腐蚀，对衬底起到表面抛光作用，有助于改善晶格结构，采用氢气输送氯化氢进入反应腔室，氢气流量设定为150 L/min，氯化氢流量设定为2 L/min，温度设定为1070°C，时间设定为2min ；
(4)采用大流量氢气对硅衬底片表面进行吹扫，将氯化氢原位腐蚀时产生的副产物，以及吸附在衬底表面、基座表面的杂质完全去除，氢气流量设定为230 L/min，时间设定为3min ；
(5 )进行本征外延层的生长，采用不掺杂的三氯氢硅在衬底上生长本征外延层，对衬底表面进行封闭，阻止重掺衬底杂质的溢出。本征层生长温度设定为1065°C，用氢气输送气态三氯氢娃进入反应腔室，氢气流量控制在150 L/min，三氯氢娃流量设定为5g/min，本征层生长速率控制在1.35 μ m/min，生长时间控制在0.8 min。
[0037](6)进行掺杂外延层的生长，生长温度设定为1045°C。用氢气输送气态三氯氢硅和磷烷掺杂剂进入反应腔室，氢气流量控制在150 L/min，三氯氢硅流量设定为13 g/min，磷烷流量设定为55.2 sccm，外延层生长速率控制在2.1 μ m/min。
[0038](7)外延层生长达到预定厚度后开始降温，将氢气和氮气流量设定为100~150 L/min，依次吹扫外延炉反应腔室8分钟，然后将外延片从基座上取出。利用Nicolet 6700红外厚度测试仪，记录中心点、四个距边缘10 mm的位置以及四个1/2半径位置共计九个测试点的厚度，获得硅外延片的平均厚度及其均匀性，利用SSM495汞探针C-V测试仪记录中心点、四个距边缘10 mm的位置以及四个1/2半径位置共计九个测试点的电阻率，获得硅外延片的平均电阻率及其均匀性，利用SRP 2000扩展电阻测试仪获得硅外延层与衬底形成的过渡区的宽度。
[0039]实施例四制得的硅外延层的导电类型为N型，外延片表面光亮，无层错、位错、滑移线、雾等表面缺陷，测试结果如附图10~12所示，厚度平均值为53.995 μπι,厚度不均匀性为0.40%，电阻率平均值为18.050? ■ Cm，电阻率不均匀性为0.750%，过渡区宽度为3.5Mm，界面分布陡峭，满足功率MOS器件的指标要求。
[0040]并且与实施例一、实施例二和实施例三相比，在其相应的工艺条件下，实施例四所制得的外延均匀性最优，过渡区宽度最窄。因此，实施例四为本发明的最佳实施例。
【主权项】
1.一种6英寸重掺砷衬底上生长高阻厚层硅外延的方法，其特征在于:步骤包括， (1)利用纯度多99.99%的氯化氢在高温下对外延炉基座进行腐蚀，完全去除基座上的残余沉积物质，温度设定为1170~1 100C，氯化氢气体流量设定为3~5 L/min，刻蚀时间设定为 10-15 min; (2)向外延炉基座片坑内装入硅衬底片，依次利用纯度均多99.999%的氮气和氢气吹扫外延炉腔体8~10分钟，气体流量设定为100~150 L/min; (3)利用氯化氢气体对硅衬底片表面进行原位腐蚀，对衬底起到表面抛光作用，有助于改善晶格结构，采用氢气输送氯化氢气体进入反应腔室，氢气流量设定为100~150 L/min,氯化氢流量设定为1~3 L/min，温度设定为1060~1070°C，时间设定为1~2 min ； (4)采用大流量氢气对硅衬底片表面进行吹扫，将氯化氢原位腐蚀时产生的副产物，以及吸附在衬底表面、基座表面的杂质完全去除，氢气流量设定为220~250 L/min,时间设定为 2~5 min ； (5 )进行本征外延层的生长，采用不掺杂的三氯氢硅在衬底上生长本征外延层，对衬底表面及边缘处进行包封，阻止重掺衬底杂质的溢出； 本征层生长温度设定为1060~1070°C，利用高温快速本征生长方法，迅速完成包封，更利于抑制非主动掺杂效应； 用氢气输送气态三氯氢娃进入反应腔室，氢气流量控制在100~150 L/min，三氯氢娃流量设定为4~7g/min，本征层生长速率控制在1~1.5 μ m/min，生长时间控制在0.5~1 min ； (6)进行掺杂外延层的生长，外延炉基座转速控制在3.0-5.0 r/min ； 生长温度设定为1040~1050°C，相比高于1100°C的常规外延工艺，采用较低的生长温度可以降低衬底杂质的反扩速率，有利于获得更好的电阻率均匀性和较窄的过渡区； 用氢气输送气态三氯氢娃和磷烧掺杂剂进入反应腔室，氢气流量控制在100~150 L/min,三氯氢硅流量设定为12~14g/min，磷烷流量设定为55~57sccm，外延层生长速率控制在 2.0-2.5 μ m/min ； (7)外延层生长达到预定厚度后开始降温，将氢气和氮气流量设定为100~150L/min,依次吹扫外延炉反应腔室8~10分钟，然后将外延片从基座上取出； 利用傅里叶红外测试法对外延层的厚度及均匀性进行测量，利用汞探针CV测试法对硅外延片的电阻率及其均匀性进行测量，利用扩展电阻测试法测量衬底与外延层之间的过渡区结构。
2.如权利要求1所述的的一种6英寸重掺砷衬底上生长高阻厚硅外延的方法，其特征在于:所用的外延炉为常压平板式外延炉。
【专利摘要】本发明涉及一种6英寸重掺砷衬底上生长高阻厚层硅外延的方法，采用常压平板式外延炉，步骤包括，（1）利用纯度≥99.99%的氯化氢在高温下对外延炉基座进行腐蚀；（2）外延炉内装入硅衬底片，依次利用纯度均≥99.999%的氮气和氢气吹扫外延炉腔体8~10分钟；（3）利用氯化氢气体对硅衬底片表面原位腐蚀；（4）大流量氢气对硅衬底片表面吹扫；（5）不掺杂的三氯氢硅在衬底上生长本征外延层；（6）掺杂外延层的生长；（7）外延层生长达到预定厚度后降温。有益效果是成功制备出厚度不均匀性＜1%，电阻率不均匀性＜1%，表面无层错、位错、滑移线、雾等缺陷，最佳过渡区宽度＜4μm的均匀性好、过渡区窄的高阻厚层外延结构，在参数上完全满足功率MOS器件对硅外延材料的要求。
【IPC分类】H01L21-205
【公开号】CN104851784
【申请号】CN201510284427
【发明人】王文林, 高航, 薛兵, 李明达
【申请人】中国电子科技集团公司第四十六研究所
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月29日