本发明专利技术涉及一种LDMOS晶体管用硅外延片的制备方法。先对外延炉基座进行腐蚀；向外延炉桶式基座片坑内装入硅单晶衬底片；对硅衬底片的表面进行HCl抛光；在硅片上生长一层本征外延层；利用HCl气体将外延表面受自掺杂严重的部分抛去；进行变温变流量吹扫过程；进行掺杂外延层的生长；掺杂外延层生长达到预定时间后开始降温；对外延片的厚度进行测量，共计五个测试点的厚度，共计五个测试点的电阻率，利用扩展电阻测试法测量外延片的过渡区结构；提高了外延片厚度和电阻率均匀性水平，不均匀性<1.5%，同时降低了晶体缺陷的发生概率，缩短了过渡区的宽度，表面无层错、位错、滑移线、雾等缺陷，满足了LDMOS器件的使用要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种半导体外延材料的制备工艺技术，尤其涉及一种LDMOS晶体管用硅外延片的制备方法。
技术介绍
LDMOS晶体管具有增益高、线性度好、开关性能快及散热性好的特点，特别适用于CDMA、W-CDMA、数字图像处理等领域。LDMOS晶体管作为航空航天、电力电子和无线通讯领域极为重要的器件，对其频带宽度、输出效率、工作电压等关键参数指标的要求不断提高。目前LDMOS晶体管采用的主要衬底为P型硅外延片，这是由于硅外延片具有更低的杂质和缺陷含量，更高的均匀性。凭借其诸多的物理特性，以硅外延片为基础的LDMOS器件频率范围广、噪声系数低、放大增益及输出功率高，自上世纪60年代以来，硅外延片始终作为半导体材料开发、研制的重点，性能规格不但提升。硅外延片对LDMOS晶体管有着极为重要的影响，评价其性能主要包括三个参数：厚度、电阻率和晶体缺陷。其中外延厚度的均匀性、电阻率的均匀性对器件的耐压值、导通电阻的稳定性起到十分重要的影响，普遍要求不均匀性<1.5%。而晶体缺陷包括划道、雾、滑移线、层错、位错、沾污等，直接影响LDMOS器件的截止频率、漏电流等性能。此外，外延层与衬底之间扩散形成的过渡区应尽量陡峭，过渡区宽度普遍要求<外延层厚度的15%，若过渡区宽度过宽，将会减小整个外延层的有效厚度，进而降低了器件的击穿电压，严重影响了器件的性能。由于P型外延层采用硼烷作为掺杂剂，硼原子半径小、质量轻，同P、As、Sb等比较，在流动气体中相对扩散距离较大，更容易到达反应腔器壁、石墨基座等的表面，并被大量吸附，所以自掺杂效应严重，电阻率均匀性和过渡区宽度相比N型外延材料控制难度更大。根据LDMOS器件的技术要求硅外延层电阻率的数值与厚度的数值相当，即外延层电阻率较高而厚度较薄，因此对自掺杂的控制提出了更高要求，造成国内LDMOS晶体管用外延片的电阻率均匀性和过渡区形貌与国外有较大差距，普遍不均匀性<3%，过渡区宽度介于外延层厚度的15%~20%，尚不能完全满足器件厂商需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有P型外延工艺中存在的电阻率均匀性和过渡区宽度的控制问题，通过工艺优化，获得一种LDMOS晶体管用硅外延片的制备方法，显著提高了外延片的电阻率参数的均匀性，同时改善了过渡区的结构，降低了晶体缺陷的发生概率，从而不仅满足LDMOS器件的使用要求，还可以大大提高所制备器件的良率和性能水平。本专利技术为实现上述目的，通过如下技术方案予以实现：一种LDMOS晶体管用硅外延片的制备方法，其特征在于：步骤如下，第一步：先利用纯度≥99.99%的HCl在高温下对外延炉基座进行腐蚀，去除基座上的残余沉积物质，温度设定为1120~1150℃，HCl气体流量设定为1~3 L/min，HCl刻蚀时间设定为3~5 min；刻蚀完成后随即对基座重新覆盖上一层无掺杂多晶硅，生长原料为SiHCl3，流量设定为14~16 g/min，时间设定为10~12 min；第二步：向外延炉桶式基座片坑内装入硅单晶衬底片，硅片主参考面朝下，依次利用纯度均≥99.999%的氮气和氢气吹扫外延炉，气体流量设定为100~150 L/min，腔体吹扫时间为10~12 min；第三步：对硅衬底片的表面进行HCl抛光，获得良好的晶格质量，HCl流量设定为1~3 L/min，温度设定为1150~1170℃，时间设定为3~5 min；第四步：在硅片上生长一层本征外延层，对硅片表面起到自封闭作用，阻止衬底杂质的进一步向外挥发，抑制自掺杂效应，然后进行LDMOS器件需要的掺杂外延层的生长，在硅衬底表面生长无掺杂的硅本征外延层，采用SiHCl3为生长原料，流量设定为14~16 g/min，生长时间设定为1~1.5 min，生长温度设定为1150~1160oC；第五步：利用HCl气体将外延表面受自掺杂严重的部分抛去，抛光气体HCl流量设定为3~5 L/min，时间设定为10~12 min，生长温度设定为1150~1160oC；第六步：进行变温变流量吹扫过程，将杂质不断稀释并排出外延腔体，方法为，将外延腔体温度提高100~120oC，使用氢气流量为300~350 L/min，氢气流量的上升过渡时间1~2 min，气体稳定时的吹扫时间为8~10 min；然后将温度降低100~120oC，氢气流量设定为100~150 L/min，氢气流量的下降过渡时间1~2 min，气体稳定时的吹扫时间为8~10 min，一次变温变流量吹扫的全过程完毕，总共需进行3~4次变温变流量过程，以消除自掺杂因素，从而获得更好的过渡区形貌和电阻率均匀性；第七步：进行掺杂外延层的生长，生长温度设定为1150~1160℃，用氢气输送气态SiHCl3和硼烷掺杂剂进入反应腔室，氢气流量控制在290~300 L/min，生长原料SiHCl3流量设定为25~28g/min，硼烷流量设定为102~105 sccm，掺杂外延层的生长时间设定为4.0~4.5 min，外延炉得基座转速设定为3~4 r/min，同时基座顶盘的高度设定为45~55mm，外延炉设备的加热感应线圈的连接方式为主线圈的1#接线柱与3#接线柱相短接，同时副线圈的1#接线柱至8#接线柱均保持短接，有助于外延基座获得均匀的温场分布；第八步：掺杂外延层生长达到预定时间后开始降温，将氢气和氮气流量设定为290~310 L/min，依次吹扫外延炉反应腔室10~12 min，然后将外延片从基座上取出；第九步：利用傅里叶红外光谱仪设备对外延片的厚度进行测量，在设置中测试模式选择标准外延反射干涉法，片子尺寸选择“100~150 mm”，红外光谱在每个点的扫描次数设置为“2~4次”，红外光谱的扫描分辨率“2.0~4.0cm-1”，记录中心点，上、下、左、右四个距边缘10 mm的位置，共计五个测试点的厚度，利用汞探针CV测试法对硅外延片的电阻率进行测量，其中预制电压设置为0~10V，测试前探头稳定时间设置为0~7000msec，测试起始电压设置为-3~-5V，测试结束电压设置为-8~-20V,采样频率设置为1500~5000mv/sec，补偿电容设置为1.0~1.2pF，汞接触面积设置为0.02~0.022cm2，记录中心点，上、下、左、右四个距边缘10 mm的位置，共计五个测试点的电阻率，利用扩展电阻测试法测量外延片的过渡区结构；所用的外延炉为PE2061S型常压桶式外延炉。本专利技术的有益效果是，通过外延工艺优化实现了对P型外延层自掺杂因素的控制，提高了外延片厚度和电阻率均匀性水平，不均匀性<1.5%，同时降低了晶体缺陷的发生概率，缩短了过渡区的宽度，表面无层错、位错、滑移线、雾等缺陷，满足了LDMOS器件的使用要求。附图说明图1本专利技术实施例1的厚度分布示意图；图2本专利技术实施例1的电阻率分布示意图；图3本专利技术实施例1的衬底和外延层之间的过渡区形貌图；图4本专利技术实施例2的厚度分布示意图；图5本专利技术实施例2的电阻率分布示意图；图6为本专利技术实施例2的衬底和外延层之间的过渡区形貌图；图7本专利技术实施例3的厚度分布示意图；图8本专利技术实施例3的电阻率分布示意图；图9为本专利技术实施例3的衬底和外延层之间的过渡区形貌图。具体实施方式以下结合附图对本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种LDMOS晶体管用硅外延片的制备方法，其特征在于：步骤如下，第一步：先利用纯度≥99.99%的HCl在高温下对外延炉基座进行腐蚀，去除基座上的残余沉积物质，温度设定为1120~1150℃，HCl气体流量设定为1~3 L/min，HCl刻蚀时间设定为3~5 min；刻蚀完成后随即对基座重新覆盖上一层无掺杂多晶硅，生长原料为SiHCl3，流量设定为14~16 g/min，时间设定为10~12 min；第二步：向外延炉桶式基座片坑内装入硅单晶衬底片，硅片主参考面朝下，依次利用纯度均≥99.999%的氮气和氢气吹扫外延炉，气体流量设定为100~150 L/min，腔体吹扫时间为10~12 min；第三步：对硅衬底片的表面进行HCl抛光，获得良好的晶格质量，HCl流量设定为1~3 L/min，温度设定为1150~1170℃，时间设定为3~5 min；第四步：在硅片上生长一层本征外延层，对硅片表面起到自封闭作用，阻止衬底杂质的进一步向外挥发，抑制自掺杂效应，然后进行LDMOS器件需要的掺杂外延层的生长，在硅衬底表面生长无掺杂的硅本征外延层，采用SiHCl3为生长原料，流量设定为14~16 g/min，生长时间设定为1~1.5 min，生长温度设定为1150~1160oC；第五步：利用HCl气体将外延表面受自掺杂严重的部分抛去，抛光气体HCl流量设定为3~5 L/min，时间设定为10~12 min，生长温度设定为1150~1160oC；第六步：进行变温变流量吹扫过程，将杂质不断稀释并排出外延腔体，方法为，将外延腔体温度提高100~120oC，使用氢气流量为300~350 L/min，氢气流量的上升过渡时间1~2 min，气体稳定时的吹扫时间为8~10 min；然后将温度降低100~120oC，氢气流量设定为100~150 L/min，氢气流量的下降过渡时间1~2 min，气体稳定时的吹扫时间为8~10 min，一次变温变流量吹扫的全过程完毕，总共需进行3~4次变温变流量过程，以消除自掺杂因素，从而获得更好的过渡区形貌和电阻率均匀性；第七步：进行掺杂外延层的生长，生长温度设定为1150~1160℃，用氢气输送气态SiHCl3和硼烷掺杂剂进入反应腔室，氢气流量控制在290~300 L/min，生长原料SiHCl3流量设定为25~28g/min，硼烷流量设定为102~105 sccm，掺杂外延层的生长时间设定为4.0~4.5 min，外延炉得基座转速设定为3~4 r/min，同时基座顶盘的高度设定为45~55mm，外延炉设备的加热感应线圈的连接方式为主线圈的1#接线柱与3#接线柱相短接，同时副线圈的1#接线柱至8#接线柱均保持短接，有助于外延基座获得均匀的温场分布；第八步：掺杂外延层生长达到预定时间后开始降温，将氢气和氮气流量设定为290~310 L/min，依次吹扫外延炉反应腔室10~12 min，然后将外延片从基座上取出；第九步：利用傅里叶红外光谱仪设备对外延片的厚度进行测量，在设置中测试模式选择标准外延反射干涉法，片子尺寸选择“100~150 mm”，红外光谱在每个点的扫描次数设置为“2~4次”，红外光谱的扫描分辨率“2.0~4.0cm‑1”，记录中心点，上、下、左、右四个距边缘10 mm的位置，共计五个测试点的厚度，利用汞探针CV测试法对硅外延片的电阻率进行测量，其中预制电压设置为0~10V，测试前探头稳定时间设置为0~7000msec，测试起始电压设置为‑3~‑5V，测试结束电压设置为‑8~‑20V,采样频率设置为1500~5000mv/sec，补偿电容设置为1.0~1.2pF，汞接触面积设置为0.02~0.022cm2，记录中心点，上、下、左、右四个距边缘10 mm的位置，共计五个测试点的电阻率，利用扩展电阻测试法测量外延片的过渡区结构；所用的外延炉为PE2061S型常压桶式外延炉。...
【技术特征摘要】
1.一种LDMOS晶体管用硅外延片的制备方法，其特征在于：步骤如下，第一步：先利用纯度≥99.99%的HCl在高温下对外延炉基座进行腐蚀，去除基座上的残余沉积物质，温度设定为1120~1150℃，HCl气体流量设定为1~3 L/min，HCl刻蚀时间设定为3~5 min；刻蚀完成后随即对基座重新覆盖上一层无掺杂多晶硅，生长原料为SiHCl3，流量设定为14~16 g/min，时间设定为10~12 min；第二步：向外延炉桶式基座片坑内装入硅单晶衬底片，硅片主参考面朝下，依次利用纯度均≥99.999%的氮气和氢气吹扫外延炉，气体流量设定为100~150 L/min，腔体吹扫时间为10~12 min；第三步：对硅衬底片的表面进行HCl抛光，获得良好的晶格质量，HCl流量设定为1~3 L/min，温度设定为1150~1170℃，时间设定为3~5 min；第四步：在硅片上生长一层本征外延层，对硅片表面起到自封闭作用，阻止衬底杂质的进一步向外挥发，抑制自掺杂效应，然后进行LDMOS器件需要的掺杂外延层的生长，在硅衬底表面生长无掺杂的硅本征外延层，采用SiHCl3为生长原料，流量设定为14~16 g/min，生长时间设定为1~1.5 min，生长温度设定为1150~1160oC；第五步：利用HCl气体将外延表面受自掺杂严重的部分抛去，抛光气体HCl流量设定为3~5 L/min，时间设定为10~12 min，生长温度设定为1150~1160oC；第六步：进行变温变流量吹扫过程，将杂质不断稀释并排出外延腔体，方法为，将外延腔体温度提高100~120oC，使用氢气流量为300~350 L/min，氢气流量的上升过渡时间1~2 min，气体稳定时的吹扫时间为8~10 min；然后将温度降低100~120oC，氢气流量设定为100~150 L/min，氢气流量的下降过渡时间1~2 min，气体稳定时的吹扫时间为8...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，李明达，李杨，李普生，殷海丰，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十六研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12
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