[发明专利]一种重掺杂硼硅片的再分布方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种重掺杂硼硅片，尤其是涉及一种在微机电系统（MEMS）中利用射频感应加热扩散法对硅片重掺杂硼后进行再分布的方法。

背景技术

在微机电系统加工技术中，重掺杂工艺与可控性好的自停止腐蚀工艺相结合，可精确制备出几微米至几十微米厚的硼硅膜，作为微器件的结构层（如压力膜、悬臂梁等）。由于结构层尺寸要求，通常需要采用热扩散的方法进行高浓度深掺杂。在热扩散工艺中，为获得较深的重掺杂层，通常需要进行两步扩散——预扩散和再分布。

对于再分布，热扩散的通常方法是：取出源片后，将预扩散后的硅片置于扩散炉内，然后施以等于或略高于预扩散温度的高温，在高温的作用下使掺杂原子利用浓度梯度继续向前“推进”，从而获得高浓度、深结深的重掺杂层。天津大学的王春梅等人（王春梅，硼扩散片制备技术研究，天津大学硕士学位论文.2008年）对硼扩散片的制备进行了系统研究，最后确定了再分布的最佳工艺条件：采用碳化硅管，电热丝加热，扩散温度为1240℃，扩散时间为50h。唐海林等人（唐海林等，高浓度硼深扩散自停止腐蚀层硅片工艺研究，电子元件与材料，2007.9）确定再分布在氧气氛围中进行，流量为600mL/min，电热丝加热，温度为1180℃，当再分布时间与预淀积时间比为1.5倍时（实验数据是37.5h/25h）可得到较深的扩散层。但这些方法，热量来源于外部设备，且升温慢、耗时长、能耗大。

在整个重掺杂的高浓度扩散过程中，硼原子以间隙式扩散和替位式扩散并存的扩散形式进入硅基底。由于硼原子半径小于硅原子半径，因此会引起晶格失配，导致重掺杂层内存在残余应力。残余应力的大小主要和掺杂硼原子的浓度有关，但也和浓度梯度的分布有关。掺杂原子浓度越高，梯度越大，残余应力就越大，降低浓度或减小浓度梯度可以减小残余应力的产生。由于随后自停止腐蚀工艺的要求，掺杂浓度必须在5×10¹⁹/cm³以上，这就使得掺杂浓度不能够降低，要减小残余应力就只能通过减小浓度梯度这一途径来实现。然而对于传统的再分布方法主要靠硅片中杂质硼的浓度梯度来“驱动”，限制了扩散均匀性的提高，使得浓度梯度难以降低，残余应力较大。同时，在MEMS运用领域中，掺杂成分的扩散深度至少要达到几十微米，传统方法依靠浓度梯度的驱动在扩散的有效结深上往往不能保证，且扩散速率慢，耗时长。

在再分布过程中，扩散温度越高，扩散系数越大。对于硼而言，温度每提高10℃，其扩散系数就会增加一倍左右，因此更高的再分布温度会获得更深的重掺杂层。传统方法的扩散炉加热方式通常是电阻丝加热，在其主加热段，电热丝均匀环绕在石英管上。由于石英管的使用温度限制，很难施以1200℃以上的长时间高温。因此在需要更高再分布温度时，只能选用昂贵的碳化硅炉管，制备成本大大增加。

发明内容

本发明的目的在于提供再分布过程升温快，节约时间、能源和成本，同时可以减小制备中产生残余应力，并增加制备结深，缩短整个过程时长的一种重掺杂硼硅片的再分布方法。

本发明包括以下步骤：

1）将重掺杂硼硅片放在托盘上，然后置于石英腔体中，关闭屏蔽箱门，旋转压紧密封机构；

2）将石英腔体抽真空，再通过气体进口和气体出口，对石英腔体内通入再分布所需气体；

3）开启电源，通过电极片在空间中施加电场，然后开通射频电源，通过自动匹配器实现负载匹配，让感应线圈产生高频变化的磁场；

4）打开温度传感器，利用温度传感器的温度指示，调节输入功率达到要求的温度，对重掺杂硼硅片进行加热，开始再分布过程；

5）为确保操作人员安全，电磁感应线圈外装有电磁屏蔽外壳，在整个再分布过程中要保持干扰场强仪的开启，以实时监测场强大小，使其在相关规定的范围内。

在步骤2）中，所述气体可采用为增强氧化而需要的氧气或是为了保护而需要的氩气或氮气等气体。

在步骤3）中，所述施加电场可施加10⁶V/cm左右的电场。

在步骤4）中，所述调节输入功率达到要求的温度可根据需要的再分布温度调节输入功率达到要求的温度，所述再分布温度可为1200℃左右；所述再分布过程的时间长短可根据实验要获得的有效结深大小而定。