一种基于桶式外延炉的硅衬底外延层生长方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111519245A(43)申请公布日2020.08.11(21)申请号202010357763.7C30B25/18(2006.01)(22)申请日2020.04.29C30B29/06(2006.01)(71)申请人西安微电子技术研究所地址710065陕西省西安市雁塔区太白南路198号(72)发明人任永宁葛洪磊刘依思陈宝忠刘如征张雁斌柏伟东白帅任恬(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人李晓晓(51)Int.Cl.C30B23/02(2006.01)C30B25/02(2006.01)C30B25/16(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种基于桶式外延炉的硅衬底外延层生长方法(57)摘要本发明公开了一种基于桶式外延炉的硅衬底外延层生长方法，首先将硅衬底放入桶式外延炉内进行初始定位后在硅衬底表面进行外延生长形成第一层外延层，第一层外延层厚度小于设定外延层总厚度；然后将形成第一层外延层的硅衬底相对初始位置转动，进行外延生长至设定外延层总厚度，采用两步生长过程，先进行第一层外延层生长，形成的第一层外延层覆盖了衬底，在进行二次生长时，硅衬底正面及侧面边缘杂质的蒸发被第一层外延层抑制；硅衬底背面采用多晶及氧化层进行背封，背面杂质的蒸发也被有效抑制，再次生长完成外延层生长，能够有效抑制外延自掺杂效应。CN111519245ACN111519245A权利要求书1/1页1.一种基于桶式外延炉的硅衬底外延层生长方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)、将硅衬底放入桶式外延炉内进行初始定位，初始定位后在硅衬底表面进行外延生长形成第一层外延层，第一层外延层厚度小于设定外延层总厚度；步骤2)、将形成第一层外延层的硅衬底相对初始位置转动，然后进行外延生长至设定外延层总厚度，完成硅衬底的外延层生长。2.根据权利要求1所述的一种基于桶式外延炉的硅衬底外延层生长方法，其特征在于，所述硅衬底采用单晶硅衬底。3.根据权利要求1所述的一种基于桶式外延炉的硅衬底外延层生长方法，其特征在于，进行外延生长前对硅衬底表面进行处理，去除硅衬底表面的氧化层。4.根据权利要求3所述的一种基于桶式外延炉的硅衬底外延层生长方法，其特征在于，采用氢氟酸、SC2、SC1或SPM中的一种或多种对硅衬底进行表面处理。5.根据权利要求1所述的一种基于桶式外延炉的硅衬底外延层生长方法，其特征在于，将硅衬底放入桶式外延炉内进行初始定位使硅衬底的定位面与水平面平行设置。6.根据权利要求1所述的一种基于桶式外延炉的硅衬底外延层生长方法，其特征在于，第一层外延层生长厚度为设定外延层总厚度的一半。7.根据权利要求1所述的一种基于桶式外延炉的硅衬底外延层生长方法，其特征在于，将形成第一层外延层的硅衬底相对初始位置转动使硅衬底的定位面与水平面垂直，然后继续进行外延生长至设定外延层总厚度。8.根据权利要求1所述的一种基于桶式外延炉的硅衬底外延层生长方法，其特征在于，外延层厚度及电阻率：按单边突变结近似计算外延层浓度：BV为产品击穿电压要求；N为外延层杂质浓度，根据N-ρ曲线能够得到外延层电阻率；根据空间电荷区计算外延层厚度：1/2W＞Xm＝(2ε0εsBV/qN)(2)W为外延层厚度；Xm为空间电荷区宽度；ε0为真空介电常数；εs为材料的介电常数；q为电子电量。2CN111519245A说明书1/4页一种基于桶式外延炉的硅衬底外延层生长方法技术领域[0001]本发明属于提高半导体器件性能及成品率的新型工艺，具体涉及一种基于桶式外延炉的硅衬底外延层生长方法。背景技术[0002]在硅单晶衬底上生长一定厚度、一定电阻率的单晶硅薄层的工艺，称为硅外延工艺。硅外延工艺要求外延层电阻率精度及均匀性好，自掺杂效应小。但在重掺As衬底生长N型高阻外延层工艺过程中，由于衬底的掺杂浓度较高，自掺杂效应严重，使得高阻外延层电阻率控制困难。外延自掺杂效应为外延工艺不可回避的常见问题，常规抑制外延自掺杂的方法有：[0003]1)外延淀积过程选择较低的淀积温度；[0004]2)选择较低蒸气压和低扩散率的衬底和埋层掺杂剂；[0005]3)使用背封技术；[0006]4)采用低压外延技术；[0007]5)采用两步外延工艺：本征－吹扫－外延淀积，在埋层或衬底上先生长一个很薄的本征外延层以封住浓衬底。桶式外延炉在气相生长过程中，气相自掺杂的杂质主要来自晶圆的背面和边缘固相外扩散，固相外扩散的杂质主要来自衬底的扩散，杂质在衬底与外延层的接触面由衬底扩散至外延层，而现有的气相生长，以上措施对于外延的自掺杂效应均有不同程度的抑制作用，但是对于桶式外延炉，使用上述抑制自掺杂的方法，80％外延层区域电阻率较均匀，但仍有2