[发明专利]一种双极型晶体管用双层硅外延片的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件或其他部件的制造方法技术领域，尤其涉及一种双层硅外延片的制造方法。

背景技术

对于双极型晶体管来说，击穿电压和大电流线性范围是一对矛盾的电参数。为了提高击穿电压，通常采用提高硅外延材料电阻率的方法，但是这同时也会导致大电流线性范围下降。特别在制作超高频功率器件时显得尤为突出。此外，在高阻外延片生产中，如果衬底中反型杂质含量偏高和工艺中反型杂质沾污较严重，外延层往往产生夹层，使结特性不正常，反向击穿特性曲线出现“台阶”或两次击穿现象。以上问题可以通过外延层杂质分布的改变来解决，为缓解这一矛盾，一般采用双层外延结构。在N+衬底上生长一层N+外延层缓冲层，然后再生长击穿电压所需的第二层外延层，这样可以改善大电流线性范围。具有双层杂质浓度分布的硅外延片用于制作功率晶体管，既能提高击穿电压，又能改善大电流特性，同时也较好地解决了频率和功率之间的矛盾，为微波大功率器件的制造开辟了新途径。

为满足双极型器件设计的要求，选用重掺砷的N型抛光片，电阻率≤0.004Ω.cm，局部平整度≤1.5mm，背封LTO SiO₂，厚度为5000±500A，背面边缘氧化层去除宽度≤1mm；外延层参数：第一层电阻率0.004-0.008Ω.cm，第一层外延层厚度3-5μm。第二层电阻率20-24Ω.cm，第二层厚度68-74μm。从参数设计看，双层外延的第一层和第二层的电阻率差异达到10000倍以上，因此控制两层间杂质扩散和挥发带来的自掺杂是本发明的关键点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种双极型晶体管用双层硅外延片的制造方法，所述方法插入了硅反应室刻蚀步骤，保证外延层电阻率的均匀性和重复性，从而保证了器件的性能和成品率。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种双极型晶体管用双层硅外延片的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）第一层硅外延片生长：将衬底硅片装载入反应室，采用质量转移多晶硅背封技术，在高温下进行长时间HCl腐蚀，腐蚀温度1170-1190℃，时间90-150s，然后在腐蚀后的衬底硅片之上生长第一层硅外延层，生长温度为1190-1210℃，第一层硅外延层的厚度比目标厚度要厚0.1-0.2μm，为第二层硅外延层生长HCl去除留出余量；

（2）降温到室温取出上述硅片，使用SC1+SC2溶液对硅片表面进行清洗；

（3）第二层硅外延片生长：将上述硅片装载入反应室，升温到HCl所需温度1140-1160℃，对第一层硅外延片进行表面抛光，抛光厚度为0.1-0.2μm，抛光后为清除滞留层中存在的杂质，采用高温大流量H₂和正常流量H₂交替变化的方法进行吹除，使硅片的近表面层杂质形成杂质耗尽，吸附在硅片和基座上的杂质有足够的能量逃逸出去，去除杂质完成后直接在第一层硅外延片上生长第二层硅外沿片，然后降温取出硅片。

优选的，在进行第一层和第二层硅外延层的生长之前需要对生长系统和基座进行腐蚀和包多晶硅的处理。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提出了一种新型的硅外延片生长工艺，与常规双层硅外延片的制造方法相比，其具有如下特点：第一层硅外延片生长前使用HCl抛光工艺去除硅片表面微损伤；第一层硅外延片生长完成后取出硅片对系统进行刻蚀处理；第二层生长前硅片进行清洗保证表面清洁且使用HCl抛光工艺去除表面微损伤，抛光后使用H₂进行除杂质处理。

检测第二层硅外延片的厚度和电阻率均匀性数据，中心点以外测试位置为据边缘10mm，电阻率均匀性≤3%，厚度均匀性≤3%。在微分干涉显微镜下观察边缘4mm有轻微滑移线，在日光灯下检测无。外观检测：表面光亮，背面无突起，边缘光滑。层位错检测：Secoo腐蚀液腐蚀后显微镜下观察无缺陷。保证了外层电阻率的均匀性和重复性，从而保证了器件的性能和成品率。本发明所制作的双层硅外延片完全满足器件的要求。

具体实施方式