化學氣相澱積矽外延生長方法
2023-12-11 14:19:27 1
專利名稱：化學氣相澱積矽外延生長方法
技術領域：
本發明涉及半導體製造エ藝，特別涉及ー種化學氣相澱積(CVD)矽外延生長方法。
背景技術：
現在エ業上外延生長普遍採用化學氣相澱積(CVD)，這種方法是將矽襯底放在還原性氣氛或者惰性氣氛(多採用H2)中加熱，並輸入矽源氣體，使之反應，生成矽原子澱積在娃襯底上，生長出具有與娃襯底相同晶向的娃單晶層。當如隨著大規I旲集成電路、超大大規模集成電路和微波器件的發展，越來越需要生長厚度更薄，電阻率分布更均勻，外延層/襯底界面分布更陡峭的外延層，但エ業上使用的常規矽外延エ藝有兩個高溫過程； (I)襯底澱積前的原位清潔過程通常在1150 1200°C的溫度下H2或HCL/H2中；(2)生長時根據使用矽源的不同，採用1100°C左右的高溫。這兩個高溫過程將會引起以下幾個問題(I)限制了外延所能達到的最小厚度，厚度不能減薄又限制了集成電路通過按比例地縮小器件縱、橫尺寸來提高集成度。(2)在重摻雜襯底上或帶重摻雜埋層襯底上的外延層電阻率提高受到限制。由於溫度高，雜質的固相擴散和自摻雜難以控制，外延層/襯底界面處雜質過渡分布緩變。自摻雜的存在會使外延層電阻率控制受到幹擾，使襯底/外延層界面雜質分布梯度變緩，外延層有效厚度減薄，PN結擊穿電壓降低，電晶體的大電流特性變壞，特別不利於要求薄而界面處雜質分布陡的外延層的微波器件的製造。由於自摻雜的不穩定性、不均勻性以及與摻雜目標不一致等，通常要加以控制以保證比較好的外延摻雜質量。常用的抑制自摻雜的方法有(I)在矽外延生長前先生長ー層本徵層；(2)採用低溫外延生長；(3)在基片背面生長背封。但是，生長本徵層的方法使エ藝的控制變得複雜，並且影響矽外延層的有效厚度，同時對自摻雜比較嚴重的エ藝效果不好；低溫外延的矽質量不好，且生長較慢，成本増加；在基片背面生長背封的方式可以一定程度上抑制來自基片背面的自摻雜，但不能抑制來自埋層的自摻雜。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供ー種化學氣相澱積矽外延生長方法，能降低在具有P型重摻雜的或具有P型埋層的矽襯底上生長矽外延時的P型自摻雜程度。為解決上述技術問題，本發明的化學氣相澱積矽外延生長方法，包括以下步驟一 .將基片傳入エ藝腔體，向エ藝腔體通入氫氣淨化，使エ藝腔體內壓カ控制到第一壓カ；
ニ.使エ藝腔體內的基片溫度升高到第一溫度；三.保持エ藝腔體內壓カ為第一壓力，エ藝腔體內的基片溫度為第一溫度，以第一流量向エ藝腔體通入氫氣並持續第一時間進行烘烤；四.使エ藝腔體內的基片溫度降低到第二溫度，將エ藝腔體內壓カ升高為第二壓力，將向エ藝腔體通入氫氣的流量降低到第二流量並持續第二時間進行穩定；第二溫度低於第一溫度，第二壓カ高於第一壓カ，第二流量低於第一流量；五.穩定結束後向エ藝腔體內通入娃源氣體,進行娃外延生長；六.降低エ藝腔體內的基片溫度，將基片傳出。步驟六中，可以降低エ藝腔體內的基片溫度，並將エ藝腔體內壓カ降低到第一壓力以下，將基片傳出。 較佳的,所述第一壓カ大於等於5Torr小於等於200Torr,第二壓カ比第一壓カ高50Torr 到 750Torr。較佳的，所述第一溫度大於等於900°C小於等於1400°C，第二溫度比第一溫度低20°C 到 IOO0C0較佳的，所述第一流量大於等於20L/min小於等於200L/min,第二流量比第一流量低 5L/min 到 100L/min。所述矽源氣體可以為矽烷、一氯矽烷、ニ氯矽烷或三氯矽烷。本發明的化學氣相澱積矽外延生長方法，在外延生長之前升高工藝腔體內的基片的溫度，使基片中的P型自摻雜源擴散出來，同時在外延生長之前加大氫氣流量、降低エ藝腔體壓カ以使自摻雜源快速的排出エ藝腔體；在外延生長過程中降低エ藝腔體內的基片的溫度，由於基片溫度的降低且自摻雜源已經在高溫下擴散出來，自摻雜程度會大大降低，同時在外延生長過程中升高工藝腔體壓力，由於P型自摻雜隨壓カ的升高而降低，所以自摻雜現象會進ー步降低。本發明的化學氣相澱積矽外延生長方法，在化學氣相澱積矽外延生長エ藝過程中變化溫度和壓力，降低了矽外延生長過程中的自摻雜程度。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進ー步詳細的說明。圖I是本發明的化學氣相澱積矽外延生長方法ー實施方式示意圖；圖2是本發明的化學氣相澱積矽外延生長方法ー實施方式的溫度變化趨勢示意圖；圖3是本發明的化學氣相澱積矽外延生長方法ー實施方式的壓カ變化趨勢示意圖；圖4是本發明的化學氣相澱積矽外延生長方法ー實施方式的氫氣流量變化趨勢示意圖。
具體實施例方式本發明的化學氣相澱積矽外延生長方法ー實施方式如圖I所示，包括以下步驟一 .將基片傳入エ藝腔體，向エ藝腔體通入氫氣淨化，使エ藝腔體內壓カ控制到第一壓カ；較佳的，第一壓カ大於等於5Torr (託)小於等於200Torr ;
ニ.使エ藝腔體內的基片溫度升高到第一溫度；較佳的,第一溫度大於等於900°C小於等於14000C ；三.保持エ藝腔體內壓カ為第一壓力，エ藝腔體內的基片溫度為第一溫度，以第一流量向エ藝腔體通入氫氣並持續第一時間進行烘烤；較佳的，第一流量大於等於20L/min (升/分鐘)小於等於200L/min，第一時間大於等於50秒小於等於70秒；四.使エ藝腔體內的基片溫度降低到第二溫度，將エ藝腔體內壓カ升高為第二壓力，將向エ藝腔體通入氫氣的流量降低到第二流量並持續第二時間進行穩定；第二溫度低於第一溫度，第二壓カ高於第一壓力，第二流量低於第一流量；較佳的，第二溫度比第一溫度低20°C到100°C，第二壓カ比第一壓カ高50Torr到750Torr，第二流量比第一流量低5L/min到100L/min，第二時間大於等於30秒小於等於50秒；五.穩定結束後向エ藝腔體內通入矽源氣體，進行矽外延生長，矽源氣體可以為 矽烷、一氯矽烷、ニ氯矽烷或三氯矽烷；六.降低エ藝腔體內的基片溫度，並將エ藝腔體內壓カ降低到第一壓カ以下，將基片傳出。一實施例採用三氯矽烷為矽源氣體進行化學氣相澱積矽外延生長，包括以下步驟一 .將基片傳入エ藝腔體，向エ藝腔體通入氫氣淨化，使エ藝腔體內壓カ控制到第一壓カ20Torr ；ニ .將エ藝腔體內的基片溫度升高到第一溫度1250°C ；三.保持エ藝腔體內壓カ為第一壓カ20Torr，エ藝腔體內的基片溫度為第一溫度1250°C，以第一流量60L/min向エ藝腔體通入氫氣，並持續第一時間60秒進行烘烤；四.將エ藝腔體內的基片溫度降低到第二溫度1150°C，將エ藝腔體內壓カ升高到第二壓カ760Torr，將向エ藝腔體通入氫氣的流量降低到第二流量40L/min並持續第二時間40秒進行穩定；五.穩定結束後向エ藝腔體內通入矽源氣體三氯矽烷，進行矽外延生長；六.降低エ藝腔體內的基片溫度，並將エ藝腔體內壓カ降低到第三壓カ20Torr以下，將基片傳出。本發明的化學氣相澱積矽外延生長方法，エ藝腔體內的溫度、壓力、氫氣流量的變化分別如圖2、圖3、圖4所示。本發明的化學氣相澱積矽外延生長方法，在外延生長之前升高工藝腔體內的基片的溫度，使基片中的P型自摻雜源擴散出來，同時在外延生長之前加大氫氣流量、降低エ藝腔體壓カ以使自摻雜源快速的排出エ藝腔體；在外延生長過程中降低エ藝腔體內的基片的溫度，由於基片溫度的降低且自摻雜源已經在高溫下擴散出來，自摻雜程度會大大降低，同時在外延生長過程中升高工藝腔體壓力，由於P型自摻雜隨壓カ的升高而降低，所以自摻雜現象會進ー步降低。本發明的化學氣相澱積矽外延生長方法，在化學氣相澱積矽外延生長エ藝過程中變化溫度和壓力，降低了矽外延生長過程中的自摻雜程度。
權利要求
1.一種化學氣相澱積矽外延生長方法，其特徵在於，包括以下步驟 一.將基片傳入工藝腔體，向工藝腔體通入氫氣淨化，使工藝腔體內壓力控制到第一壓力； 二.使工藝腔體內的基片溫度升高到第一溫度； 三.保持工藝腔體內壓力為第一壓力，工藝腔體內的基片溫度為第一溫度，以第一流量向工藝腔體通入氫氣並持續第一時間進行烘烤； 四.使工藝腔體內的基片溫度降低到第二溫度，將工藝腔體內壓力升高為第二壓力，將向工藝腔體通入氫氣的流量降低到第二流量並持續第二時間進行穩定；第二溫度低於第一溫度，第二壓力高於第一壓力，第二流量低於第一流量； 五.穩定結束後向工藝腔體內通入矽源氣體，進行矽外延生長； 六.降低工藝腔體內的基片溫度，將基片傳出。
2.根據權利要求I所述的化學氣相澱積矽外延生長方法，其特徵在於，步驟六中，降低工藝腔體內的基片溫度，並將工藝腔體內壓力降低到第一壓力以下，將基片傳出。
3.根據權利要求I所述的化學氣相澱積矽外延生長方法，其特徵在於，所述第一壓力大於等於5Torr小於等於200Torr,第二壓力比第一壓力高50Torr到750Torr。
4.根據權利要求I所述的化學氣相澱積矽外延生長方法，其特徵在於，所述第一溫度大於等於900°C小於等於1400°C，第二溫度比第一溫度低20°C到100°C。
5.根據權利要求I所述的化學氣相澱積矽外延生長方法，其特徵在於，所述第一流量大於等於20L/min小於等於200L/min,第二流量比第一流量低5L/min到100L/min。
6.根據權利要求I所述的化學氣相澱積娃外延生長方法，其特徵在於，第一時間大於等於50秒小於等於70秒。
7.根據權利要求I所述的化學氣相澱積矽外延生長方法，其特徵在於，第二時間大於等於30秒小於等於50秒。
8.根據權利要求I所述的化學氣相澱積矽外延生長方法，其特徵在於， 所述矽源氣體為矽烷、一氯矽烷、二氯矽烷或三氯矽烷。
9.根據權利要求I所述的化學氣相澱積矽外延生長方法，其特徵在於， 所述矽源氣體為三氯矽烷，所述第一壓力為20Torr，所述第二壓力為760Torr，所述第一溫度為1250°C，所述第二溫度1150°C，所述第一流量為60L/min，所述第二流量為40L/min，所述第一時間為60秒，所述第二時間為40秒。
全文摘要
本發明公開了一種化學氣相澱積矽外延生長方法，將基片傳入工藝腔體，通入氫氣淨化，然後使壓力控制到第一壓力，使基片溫度升高到第一溫度，以第一流量通入氫氣並持續第一時間進行烘烤；然後使基片溫度降低到第二溫度，將壓力升高為第二壓力，將向通入氫氣的流量降低到第二流量並持續第二時間進行穩定，第二溫度低於第一溫度，第二壓力高於第一壓力，第二流量低於第一流量；穩定結束後通入矽源氣體，進行矽外延生長；最後降低基片溫度，將基片傳出。本發明的化學氣相澱積矽外延生長方法，能降低在具有P型重摻雜的或具有P型埋層的矽襯底上生長矽外延時的P型自摻雜程度。
文檔編號C30B25/16GK102851735SQ201110177850
公開日2013年1月2日 申請日期2011年6月28日 優先權日2011年6月28日
發明者劉繼全 申請人:上海華虹Nec電子有限公司