[发明专利]一种改善外延片电阻率和厚度一致性的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料制备工艺，尤其涉及一种改善外延片电阻率和厚度一致性的制备方法。

背景技术

目前，制备硅外延材料的主要方法是化学气相外延方法（CVD），即利用三氯氢硅、氢气等气态物质在高温环境下进行反应，在硅单晶衬底上形成具有一定电阻率和厚度的薄层硅单晶材料。在这个反应过程中，腔体温度和气体流速分布是其中的两个关键因素。进入腔体中的气体由于与腔体存在温度差异，势必会影响腔体内的温场均匀性，并且，进入腔体的气体也会影响腔体内的气体流速，势必造成流场均匀性差异。而腔体内温场与流场的均匀性影响着腔体内各部位的化学反应强度，从而最终决定产品参数的一致性与稳定性。

常规的外延片制备工艺中，反应气体的入射方式一直采用将筒式外延炉的顶盘设计为平形顶盘，其反应气体入射角度只能固定为0°。经分析和实验得出，此气体入射方式是影响外延片参数一致性以至影响半导体器件成品率的重要因素，因此，提高外延片参数一致性是适应当前半导体器件工业化生产的必然趋势。

发明内容

本发明的目的是根据现有技术存在的问题，提供一种改善外延片电阻率和厚度一致性的制备方法。本方法通过改变筒式外延炉基座上方的进气流角度α的方式（如图1所示），根据外延片的厚度，确定筒式外延炉的锥形顶盘的入射角度，调整外延炉腔体内气体流场分布，并摸索最优工艺条件，从而实现改善外延片电阻率和厚度的一致性的目的。

本发明采取的技术方案是：一种改善外延片电阻率和厚度一致性的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

步骤一：装入衬底片，升入腔体，依次进行氮气、氢气吹扫，最终使下列每一步均在氢气主环境下进行反应，并进行腔体升温，升温温度至1100~1200℃，并稳定。

步骤二：衬底气相抛光：使用HCL对衬底进行表面抛光，抛光温度：1100~1200℃，H₂流量：280~320L/min，HCl流量：1~3L/min，抛光时间：4~5min。

步骤三：变流量吹扫：采用在腔体温度为1100~1200℃下，改变 H₂的主气体流量，逐渐稀释衬底表层杂质含量，H₂气体流量由280~400L/min降至50~100L/min，降流量时间：1~4min，低流量维持时间：1~3min，继而H₂流量由50~100L/min升至280~400L/min，升流量时间：1~4min，高流量维持时间：1~3min。

步骤四：本征生长：在衬底表面进行本征生长，H₂流量：280~320L/min，TCS流量：20~60Gr/min，本征生长温度：1100~1200℃，本征生长时间：3~5min。

步骤五：外延生长：常压条件下，外延生长温度：1100~1200℃，外延生长时间：15~25min，H₂流量：280~320L/min，TCS流量：20~60Gr/min，PH₃掺杂流量：20~60sccm，根据外延片的厚度，确定筒式外延炉的锥形顶盘的入射角度，使反应气体在锥形顶盘的入射角度为0°﹤α﹥28°范围内进入外延炉腔体内，形成均匀气体流场分布，经外延生长后，设备炉腔降温、取片，制得硅外延片。   

本发明的有益效果是：采用本方法制备的硅外延片，其电阻率不均匀性<2%，厚度不均匀性<1.5%，从而拓展了硅外延片工艺技术。

附图说明

图1是筒式外延炉腔体内采用锥形顶盘改变气体入射角度示意图。

具体实施方式

    以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明：本发明利用锥形顶盘，改变工艺气体在反应腔体内的流动状态，如图1所示，角度α代表顶盘斜面与水平方向的夹角，箭头方向代表工艺气体的流动方向。通过改变顶盘锥形尖端角度，形成不同的气体入射方式，摸索最优工艺条件，获得高均匀性，表面光亮、无滑移线的外延片。

本发明所采用的顶盘总体直径固定，而随着顶盘斜面夹角的变大，顶盘的高度则逐渐增高，由于炉腔高度的限制，顶盘最大角度可做到28°，而常规工艺中入射气体角度只能固定为0°。 SHAPE  /* MERGEFORMAT 

实施例1：一种改善外延片电阻率和厚度一致性的制备方法步骤如下：

步骤一：装入衬底片，升入腔体，依次进行氮气、氢气吹扫，最终使下列每一步均在氢气主环境下进行反应，并进行腔体升温，升温温度至1130℃，并稳定。