專利名稱：5″功率mos管用硅外延片的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硅外延片，具體而言，是5″功率MOS管用硅外延片的制造方法。
背景技術(shù)：
功率MOS場(chǎng)效應(yīng)器件的主要結(jié)構(gòu)為VDMOS結(jié)構(gòu)。它依據(jù)MOSFET的工作原理，通過(guò)加到柵極上的電壓，控制溝道區(qū)的電場(chǎng)，以控制溝道區(qū)載流子的種類和數(shù)量，來(lái)實(shí)現(xiàn)大電流、高電壓的導(dǎo)通和關(guān)斷。它采用超大規(guī)模集成電路的精細(xì)加工技術(shù)，用N/N+外延結(jié)構(gòu)，因此對(duì)外延片的有特殊的要求和標(biāo)準(zhǔn)。
5″功率VDMOS管用超大規(guī)模集成電路精細(xì)加工技術(shù)，故對(duì)外延片表面的顆粒要求極高，對(duì)外延片的彎曲度、翹曲度、平整度和局部平整度有極高的要求；5″功率VDMOS管要實(shí)現(xiàn)大電流、高電壓的導(dǎo)通和關(guān)斷，所以對(duì)外延材料的晶格結(jié)構(gòu)和電阻率分布的均勻性有特殊的要求。目前國(guó)際上一般采用單片外延爐生長(zhǎng)功率VDMOS管用外延片，并且用的襯底片品質(zhì)也比國(guó)內(nèi)的高一個(gè)檔次。我們目前用批生產(chǎn)外延爐生長(zhǎng)功率VDMOS管用外延片，其一些主要的參數(shù)都達(dá)到國(guó)外的技術(shù)水平。
功率VDMOS管用外延片材料要求平區(qū)電阻率的均勻性≤6％，過(guò)渡區(qū)寬度小于1μm，而且所用襯底為重?fù)紸s(＜0.004Ωcm背封襯底)。眾所周知，在N+襯底上生長(zhǎng)電阻率高而均勻性好的外延層是極其困難的。理想的外延層與襯底的界面過(guò)渡區(qū)是陡峭的，然而在實(shí)際生長(zhǎng)條件下，有二種重要因素影響到過(guò)度區(qū)的分布情況一是雜質(zhì)原子由高濃度襯底向外延層的固態(tài)擴(kuò)散，其最終的雜質(zhì)分布為余誤差函數(shù)分布；二是外延生長(zhǎng)時(shí)的汽相自摻雜，汽相自摻雜對(duì)過(guò)度區(qū)有幾方面的影響(a)雜質(zhì)從襯底背面和襯底邊緣的蒸發(fā)；(b)雜質(zhì)從襯底正面的蒸發(fā)；(c)雜質(zhì)從襯底正面向外延層擴(kuò)散。所謂汽相自摻雜是在外延生長(zhǎng)時(shí)，首先是HCL氣腐后產(chǎn)生的高濃度雜質(zhì)，留在反應(yīng)室內(nèi)，雖經(jīng)大流量氣體吹除，仍有部分雜質(zhì)留在外延表面的滯留層內(nèi)，在外延生長(zhǎng)時(shí)作為摻雜雜質(zhì)進(jìn)入外延層里，其次是襯底表面、邊緣、背面的雜質(zhì)在高溫時(shí)逃逸到氣相中，致使襯底與外延層界面雜質(zhì)濃度過(guò)高，造成過(guò)度區(qū)加寬，從而減少外延層的有效厚度。同時(shí)汽相自摻雜不僅對(duì)外延層表面經(jīng)向電阻率分布的均勻性產(chǎn)生很大的影響，由于邊緣和背面雜質(zhì)的自摻雜作用，也使邊緣的電阻率低于中心的電阻率，而且對(duì)過(guò)渡區(qū)產(chǎn)生較大的影響，也造成中心區(qū)和邊緣區(qū)過(guò)渡區(qū)大小的不一致。其結(jié)果是外延片中心電阻率高，邊緣電阻率低，制成器件時(shí)其擊穿電壓BVDS是中間大邊緣小，導(dǎo)通電阻Rdson也是中間大邊緣小，這不僅減小了外延片參數(shù)控制的范圍，增加了控制難度，也造成器件成品率的下降。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)過(guò)度區(qū)的大小直接影響功率VDMOS管的導(dǎo)通電阻，針對(duì)電阻率的均勻性直接影響功率VDMOS管的擊穿電壓，針對(duì)表面平整度直接影響功率VDMOS管的加工精度進(jìn)行了本發(fā)明創(chuàng)造。本發(fā)明是依據(jù)自摻雜的產(chǎn)生機(jī)理及抑制方法和固體擴(kuò)散的理論而發(fā)展起來(lái)的一種硅外延新型技術(shù)，并且對(duì)襯底片提出特殊要求。與常規(guī)的外延相比，其技術(shù)的特點(diǎn)是控制HCl的氣腐量并對(duì)襯底表面用純度外延層包封。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下功率VDMOS管用硅外延片的制造方法，其工藝技術(shù)在于選擇合適的氣腐流量和氣腐時(shí)間(氣腐溫度1130℃，氣腐的時(shí)間8分鐘和HCl流量20L/min)，減小氣腐雜質(zhì)在外延反應(yīng)器的濃度，以減小外延生長(zhǎng)時(shí)的自摻雜。第一層外延生長(zhǎng)在高濃度的襯底表面生長(zhǎng)一層純度外延層，對(duì)襯底片表面和邊緣進(jìn)行包封，控制其生長(zhǎng)溫度、生長(zhǎng)速率和外延時(shí)間，以使包封層達(dá)到理想效果，同時(shí)必須考慮低溫淀積以減少自摻雜雜質(zhì)的蒸汽壓和固態(tài)擴(kuò)散速率；選擇合適的外延條件氣腐溫度1130℃，氣腐流量20L/min；生長(zhǎng)溫度1090℃；生長(zhǎng)速率0.5～1μm/min。保證外延片表面的平整度和局部平整度。第二層外延生長(zhǎng)，生長(zhǎng)溫度1130℃，生長(zhǎng)速率1～1.5μm/min；生長(zhǎng)一層電阻率和厚度符合器件要求的外延層。上述硅外延片的制造方法，其中第一層外延生長(zhǎng)時(shí)摻雜流量為0～5L/min；第二層外延生長(zhǎng)時(shí)摻雜流量為15～35L/min。
本發(fā)明的功率VDMOS管用硅外延片的制造方法，其目的是在其后的器件高溫工藝中阻擋襯底的雜質(zhì)向外延層擴(kuò)散，最大限度的減小固-固擴(kuò)散的影響，以減少過(guò)度區(qū)寬度，既保證器件的擊穿電壓的均勻性，又兼顧器件的導(dǎo)通電阻。同時(shí)生長(zhǎng)純度薄層外延層后，可大大提高外延層表面電阻率的均勻性和減少過(guò)度區(qū)寬度，也可大大提高器件的電性能和成品率。本發(fā)明方法的采用生長(zhǎng)的外延層雜質(zhì)分布比常規(guī)的外延工藝有顯著改善，也可大大提高器件的電性能和成品率。
四

圖1本發(fā)明所用的裝置示意2現(xiàn)有技術(shù)生長(zhǎng)的外延層濃度分布圖3采用本發(fā)明生長(zhǎng)的外延層濃度分布五具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明所用的設(shè)備是意大利生產(chǎn)的PE-2061S外延爐見圖1，基座是高純石墨表面經(jīng)裂解處理，用高頻感應(yīng)方式加熱，氫純化器用分子篩吸附，純度為99.99999％。圖中1為硅襯底；2為加熱線圈；3為石墨基座；4為石英反應(yīng)器。
反應(yīng)器及襯底清洗石英鐘罩及石英支架在進(jìn)行高阻外延前必須認(rèn)真清洗，以清除吸附在內(nèi)壁的雜質(zhì)原子和殘留物。
石墨基座處理無(wú)論是襯底包硅，還是外延生長(zhǎng)，基座都必須重新處理，以去除基座表面的高濃度雜質(zhì)。
外延氣相腐蝕氣相腐蝕的目的是去除襯底表面的氧化層和金屬沾污，使外延層生長(zhǎng)在一清潔的硅表面。但是，在氣腐時(shí)硅表面層中的高濃度雜質(zhì)會(huì)轉(zhuǎn)移到氣相中，嚴(yán)重影響到外延層的過(guò)渡區(qū)寬度，也影響到器件的擊穿電壓和導(dǎo)通電阻。我們?cè)跉飧瘯r(shí)嚴(yán)格控制氣腐速率和氣腐時(shí)間，既保證了襯底表面的清潔，又使轉(zhuǎn)移到氣相中的雜質(zhì)最少，以保證過(guò)渡區(qū)的理想分布。氣腐溫度1130℃，氣腐的時(shí)間8分鐘和HCl流量20L/min。
第一層外延生長(zhǎng)溫度1090℃，淀積速率為0.5～1.0μm/min。由于自摻雜與雜質(zhì)揮發(fā)有關(guān)，而雜質(zhì)的揮發(fā)量又與襯底面積成正比，為了抑制自摻雜，必須采用適當(dāng)?shù)纳L(zhǎng)溫度和生長(zhǎng)速率，生長(zhǎng)一薄的純度外延層，覆蓋在整個(gè)襯底片的表面和邊緣。減少外延生長(zhǎng)時(shí)的自摻雜，也減小外延生長(zhǎng)時(shí)的過(guò)渡區(qū)，使外延片表面的電阻率均勻性更好。第一層外延生長(zhǎng)時(shí)摻雜流量為0～5L/min。
第二層外延生長(zhǎng)溫度1130℃，淀積速率為1～1.5μm/min。第一次外延結(jié)束后，經(jīng)過(guò)氣相吹除，氣相吹除的時(shí)間和氣流量要能使反應(yīng)室的雜質(zhì)濃度降到最低，通入適量的摻雜源，按技術(shù)要求生長(zhǎng)一層電阻率平坦的外延層，外延生長(zhǎng)時(shí)摻雜流量為15～35L/min。外延層雜質(zhì)濃度分布如圖3所示，其過(guò)渡區(qū)、平區(qū)濃度、表面濃度均好于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明方法所采用多項(xiàng)外延工藝技術(shù)有效地控制了自摻雜，所得到的硅外延片完全符合器件的要求。圖2為現(xiàn)有技術(shù)生長(zhǎng)的外延層濃度分布。
雖然本發(fā)明通過(guò)實(shí)施例進(jìn)行了描述，但實(shí)施例并非用來(lái)限定本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員可在本發(fā)明的精神的范圍內(nèi)，做出各種變形和改進(jìn)，所附的權(quán)利要求應(yīng)包括這些變形和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種5″功率MOS管用硅外延片的制造方法，其特征在于氣腐條件的選擇氣腐溫度1130℃，氣腐的時(shí)間8分鐘和HCl流量20L/min的確定；第一層外延生長(zhǎng)在高濃度的襯底表面生長(zhǎng)一層純度外延層，對(duì)襯底片表面和邊緣進(jìn)行包封，控制其生長(zhǎng)溫度、生長(zhǎng)速率和外延時(shí)間，以使包封層達(dá)到理想效果，同時(shí)必須考慮低溫淀積以減少自摻雜雜質(zhì)的蒸汽壓和固態(tài)擴(kuò)散速率；選擇合適的外延條件，保證外延片表面的平整度和局部平整度；第二層外延生長(zhǎng)生長(zhǎng)一層電阻率和厚度符合器件要求的外延層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅外延片的制造方法，其特征在于第一層外延生長(zhǎng)時(shí)生長(zhǎng)溫度1090℃，淀積速率為0.5～1μm/min；第二層外延生長(zhǎng)時(shí)生長(zhǎng)溫度1130℃，淀積速率為1～1.5μm/min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅外延片的制造方法，其特征在于第一層外延生長(zhǎng)時(shí)摻雜流量為0～5L/min；第二層外延生長(zhǎng)時(shí)摻雜流量為15～層35L/min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種功率VDMOS管用硅外延片的制造方法，其技術(shù)工藝在于選擇合適的氣腐流量和氣腐時(shí)間，減小氣腐雜質(zhì)在外延反應(yīng)器的濃度，以減小外延生長(zhǎng)時(shí)的自摻雜。第一層外延生長(zhǎng)在高濃度的襯底表面生長(zhǎng)一層純度外延層，對(duì)襯底片表面和邊緣進(jìn)行包封，控制其生長(zhǎng)溫度、生長(zhǎng)速率和外延時(shí)間，以使包封層達(dá)到理想效果，同時(shí)必須考慮低溫淀積以減少自摻雜雜質(zhì)的蒸氣壓和固態(tài)擴(kuò)散速率；選擇合適的外延條件，使外延片的形變最小。第二層外延生長(zhǎng)生長(zhǎng)一層電阻率和厚度符合器件要求的外延層。
文檔編號(hào)H01L21/336GK1845303SQ200610039599
公開日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2006年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月17日
發(fā)明者馬林寶 申請(qǐng)人:南京國(guó)盛電子有限公司