一种高频器件用硅外延片的制备方法.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CN111463117A(43)申请公布日2020.07.28(21)申请号202010341350.X(22)申请日2020.04.27(71)申请人中国电子科技集团公司第四十六研究所地址300220天津市河西区洞庭路26号(72)发明人唐发俊李明达王楠赵扬(74)专利代理机构天津中环专利商标代理有限公司12105代理人李美英(51)Int.Cl.H01L21/205(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种高频器件用硅外延片的制备方法(57)摘要本发明涉及一种高频器件用硅外延片的制备方法，硅外延炉反应腔体的基座升温，通入氯化氢气体对硅外延炉反应腔体的基座进行一次刻蚀，随后将基座温度降温；硅衬底片装在硅外延炉反应腔体的基座上，对硅衬底片表面进行气相抛光；使用氢气对反应腔体进行吹扫；三氯氢硅原料位于鼓泡器内，以氢气鼓泡的方式进入反应腔体，作为硅外延层的生长原料；硅外延片的硅外延层生长完成后，待温度降低后从基座上取出；硅衬底片导电类型为N型，电阻率低于0.005Ω·cm；硅外延片的硅外延层导电类型为N型，厚度为0.3~0.7μm，表层电阻率高于0.3Ω·cm。本发明克服了现有工艺中面临厚度、电阻率以及结晶质量经常无法稳定控制的问题。CN111463117ACN111463117A权利要求书1/1页1.一种高频器件用硅外延片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）硅外延炉反应腔体内部的石英部件预先用酸液清洗干净，随后用清水冲洗干净，高温烘干后在氮气柜中静置时间不低于12小时，随后重新装入反应腔体；（2）硅外延炉反应腔体的基座升温至1160℃，通入氯化氢气体，氯化氢气体流量设定为35L/min，对硅外延炉反应腔体的基座进行一次10min的刻蚀，随后将基座温度降至60℃；（3）硅衬底片装在硅外延炉反应腔体的基座上，升温至1100~1110℃，反应腔体内通入氯化氢气体，氯化氢气体流量设定为3~5L/min，对硅衬底片表面进行气相抛光，抛光时间设定为5min；（4）使用氢气对反应腔体进行吹扫，氢气流量从40L/min上升到400L/min，时间设定为0.5min，在氢气流量为400L/min下进行吹扫，时间设定为5min，氢气流量从400L/min下降至40L/min，时间设定为0.5min，在氢气流量为40L/min下进行吹扫，时间设定为3min；（5）三氯氢硅原料位于鼓泡器内，以氢气鼓泡的方式进入反应腔体，作为硅外延层的生长原料，鼓泡温度设定为14~16℃，鼓泡压力设置为220~230KPa，三氯氢硅的流量设定为4~5L/min，在管道中的排空时间设定为1min，硅外延层的生长时间为60~90sec；（6）硅外延片的硅外延层生长完成后，用氮气进行吹扫和降温，温度下降速率设为100℃/min，待硅外延片温度降低至60℃后从基座上取出；所用的硅外延炉为PE-2061S型常压桶式硅外延炉，反应腔体为圆桶式结构，基座距石英顶盘的高度设定为45~50mm，生长过程中反应腔体的基座转速控制为5~6r/min；所述硅衬底片导电类型为N型，电阻率低于0.005Ω·cm；所述硅外延片的硅外延层导电类型为N型，厚度为0.3~0.7μm，表层电阻率高于0.3Ω·cm。2CN111463117A说明书1/4页一种高频器件用硅外延片的制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种半导体硅外延材料的制备技术领域，尤其涉及一种高频器件用硅外延片的制备方法。背景技术[0002]普通电力电子器件以击穿电压、正向导通电压以及抗静电干扰能力等为主要评估参数，采用的硅外延片由轻掺硅衬底片与重掺硅外延层两部分组成，常规硅外延层厚度为保证电力电子器件耐压要求，参数普遍高于3μm，此时在反应时间足够长的情况下，硅外延层电阻率高于硅衬底片电阻率2个数量级，技术难度可控。但是Ka波段的高频领域器件，由于结电容、正向微分电阻率等参数的要求，硅外延层的厚度被大幅缩短为亚微米级（0.3~0.7）μm，但此时仍要求硅外延层的电阻率需高于硅衬底片的电阻率2个数量级，在现有技术下如此超薄层高阻硅外延制备过程中，因生长时间明显缩短，稳态生长过程的占比被进一步缩短，反应中间产物成份复杂，生长的厚度、电阻率参数随时面临失控状态，经常出现电阻率爬升缓慢、厚度参数稳定性差、甚至表面质量差的问题，且参数控制稳定性能力不足，因此如何实现电阻率从硅衬底片向硅外延层的快速提升，并能实现工艺过程的稳定控制，成为国内外延工艺技术的主要难点。[0003]目前常规常压条件下硅外延层的生长速率普遍高于1μm/min，此时电阻率仅能实现一个数量级的提升，此时提升幅度过慢造成不能满足应用要求。基于硅外延层的生长速率，与生长温度