一種重摻磷襯底上硅外延層的生長方法

米姣

摘 要：為了使一種重摻雜磷襯底類型的硅外延層實際生長情況得到優(yōu)化，應(yīng)認識到新型生產(chǎn)工藝條件對外延層生長情況影響以及常規(guī)生產(chǎn)工藝條件的不足，并結(jié)合硅外延層實際生長需要，制定科學(xué)的生產(chǎn)工藝、條件優(yōu)化方案。該文就一種重摻磷襯底類型硅外延層生長方法進行了分析。

關(guān)鍵詞：重摻；過渡層；硅外延層

中圖分類號：TN304 文獻標(biāo)志碼：A

現(xiàn)代社會當(dāng)中的化學(xué)領(lǐng)域發(fā)展較快，在新技術(shù)的推動下出現(xiàn)了多種新材料，這也極大地滿足了現(xiàn)代社會對材料的需求。但在材料領(lǐng)域進一步發(fā)展的過程中，也更需要科研人員能繼續(xù)保持開拓的思維，積極做好新型材料的研發(fā)工作。

1 摻磷襯底類型硅外延片

在社會進入了信息化、電子機械化的時代之后，人們對于電子元件各方面屬性的要求也在不斷提升，需要電子元件能具有更強的質(zhì)量以滿足電子設(shè)備運行、信息數(shù)據(jù)傳輸方面的要求。因此現(xiàn)代社會中出現(xiàn)了大量新型技術(shù)，各種材料、電子元件的性能獲得了顯著提升。象摻磷襯底類肖特基二極管元件就是其中的代表的，這一元件在實際使用中有著實際損耗功率小、整箱方向壓降較低以及方向速度迅速的特點，因此這種元件在現(xiàn)代社會中使用量在不斷增加。尤其是在當(dāng)代社會對各種電子元件正向壓降性能不斷提升，對反向擊穿類型電壓數(shù)值實際要求增加的情況下，摻磷襯底類型硅外延片制造技術(shù)也獲得了長足發(fā)展，讓相應(yīng)領(lǐng)域中的電子元件的實際性能得到了強化。

在進行這一類電子元件制造的時候，需要以摻磷襯底外延片材料作為基底，并在實際的制造中運用金屬材料以及半導(dǎo)體材料接觸的方式來完成電子元件的制造，這些制造工作雖然帶有一定的復(fù)雜性，但也使相應(yīng)元件的質(zhì)量獲得了更為明顯的提升。而在使用這種制造技術(shù)進行電子元件制造之后，也能賦予電子元件以特殊的材料特性，從材料制造過程以及最終的材料質(zhì)量來看，硅外延層結(jié)構(gòu)當(dāng)中過度區(qū)域的形貌特點、厚度參數(shù)以及實際電阻率參數(shù)均會對電子元件的正向降壓參數(shù)、反向擊穿類型電壓以及反向漏電參數(shù)等電學(xué)方面的參數(shù)產(chǎn)生影響。

從整個摻磷襯底類型硅外延片制造全過程來看，需要技術(shù)人員在制造中重點控制的條件因素較多，尤其需要技術(shù)人員能做好過度區(qū)域?qū)嶋H寬度數(shù)值、厚度數(shù)值以及電阻率數(shù)值的管理，讓外延制造工藝的質(zhì)量能得到有效保證。

2 與外延層結(jié)構(gòu)層參數(shù)關(guān)系緊密的因素

2.1 外延層中的過渡區(qū)分析

就外延工藝過程來看，會對過渡區(qū)寬度條件產(chǎn)生影響的因素較多，而其中最為突出的影響因素就是系統(tǒng)自摻雜以及固擴散因素所帶來的影響，這2個方面因素會對外延層當(dāng)中過渡區(qū)寬度數(shù)值產(chǎn)生直接影響，需要重點注意這一因素的影響。同時也需要注意其他因素帶來的影響，象襯底具體電阻率、外延沉積層實際溫度以及鹽酸氣拋等工藝條件因素。

氯化氫氣拋條件，需要在高溫條件下進行氯化氫氣拋處理，在這樣的工藝條件下能避免對襯底結(jié)構(gòu)表面當(dāng)中的自然養(yǎng)護層以及外延層當(dāng)中的晶格產(chǎn)生質(zhì)量影響，讓工藝的實際制造質(zhì)量得到保證。但在實際進行氣拋處理時，由于這一操作還會拋出掉部分表層結(jié)構(gòu)襯底，并隨之產(chǎn)生大量的非主動類型摻雜雜質(zhì)，使外延層當(dāng)中的過渡區(qū)域?qū)嶋H寬度增大。

其次是外延沉積溫度條件因素，外延層結(jié)構(gòu)當(dāng)中結(jié)晶質(zhì)量往往和外延層當(dāng)中溫度條件有較大關(guān)系，因此只有外延層當(dāng)中的環(huán)境溫度條件能達到1 100 ℃以上。在高溫的條件下，襯底當(dāng)中存在的雜質(zhì)原子也就能獲得足夠強大的能量，同時又受到磷原子實際擴散系數(shù)的影響，在擴散問題加劇的情況下，外延層當(dāng)中自摻雜問題也就會變得較為嚴重，外延層結(jié)構(gòu)當(dāng)中過渡區(qū)的寬度也就會隨之增加。

2.2 電阻參數(shù)、厚度以及一致性分析

首先，從外延溫度梯度影響方面來看，反應(yīng)腔體結(jié)構(gòu)當(dāng)中的高頻線圈實際溫度梯度數(shù)值越小，那么相對的外延層電阻率參數(shù)數(shù)值、厚度條件也就會表現(xiàn)得更為均勻。

其次是二次本征以及變流吹掃因素的影響，在外延處理中采用了二次本征類型的生長法，并且在每次完成了本征Ca磷處理之后，使用氫氣流來完成變流趕氣操作，為了保證趕氣操作能有良好的效果，需要反復(fù)進行2次，這樣也就能讓反應(yīng)腔體當(dāng)中的滯留層結(jié)構(gòu)沉積的雜質(zhì)能得到有效清理，讓雜質(zhì)摻雜問題對生產(chǎn)工藝的影響降到最低，讓電阻率能在一致性方面有顯著的加強。

3 外延材料制備分析

目前在外延材料制備領(lǐng)域當(dāng)中存在多種類型的制備方式，而其中化學(xué)氣相CVD類型的硅外延片制造技術(shù)使用較廣泛，在這種制造工藝使用中還需要輔助以平板類型外延爐設(shè)備，在2種不同條件下進行反應(yīng)，這樣也就能在重摻磷襯底結(jié)構(gòu)上生長出過渡區(qū)存在差異的硅材料外延片，這種生產(chǎn)工藝下生產(chǎn)出來的電子元件也就能被用于相應(yīng)的二極管生產(chǎn)中。

4 結(jié)果以及分析

4.1 2種工藝條件下過渡區(qū)域?qū)挾葘Ρ确治?/p>

在將改進后的工藝條件運用到元件材料生產(chǎn)當(dāng)中后，可以有效地對外延層結(jié)構(gòu)生長過程中襯底結(jié)構(gòu)雜質(zhì)逸出的問題進行處理，也使外延片過渡區(qū)域當(dāng)中電阻率參條件上升速度顯著增加，外延層結(jié)構(gòu)當(dāng)中過渡區(qū)域的實際寬度明顯變小。在使用標(biāo)準(zhǔn)擴展類型電阻儀器進行測試時，過渡區(qū)域?qū)嶋H寬度數(shù)值通常會由常規(guī)工藝條件下的1 μm逐漸縮減到0.7 μm。

4.2 2種工藝條件喜愛電阻率參數(shù)、厚度條件均勻性對比

2種不同類型的硅材質(zhì)外延片材料當(dāng)中外延層實際厚度的測試結(jié)果見表1。在完成了工藝改進之后，將硅外延摻雜層結(jié)構(gòu)的實際生長效率設(shè)定為0.6 μm/min，硅外延片的實際片內(nèi)厚度情況和常規(guī)類型生產(chǎn)工藝相對比發(fā)現(xiàn)有了明顯改善。

在對外延層結(jié)構(gòu)實際生產(chǎn)速率進行降低處理的同時，使用新型2次變換吹掃工藝進行處理，外延層結(jié)構(gòu)的電阻率具體均勻性則發(fā)生了相應(yīng)變化。

5 結(jié)語

根據(jù)重摻磷襯底硅外延片參數(shù)控制的特點，綜合運用H2原位烘烤、低溫外延生長技術(shù)、二次本征生長法及主氫氣流的變流吹掃趕氣，成功完成了對外延過渡區(qū)形貌、厚度及電阻率均勻性參數(shù)的優(yōu)化控制。目前該外延工藝已經(jīng)實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，并應(yīng)用在重摻磷襯底硅外延片的批量生產(chǎn)中，產(chǎn)品質(zhì)量良好，得到了客戶的一致好評。

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