[发明专利]一种光电探测器用重掺硅衬底制备高阻外延层的方法

说明书

本发明涉及一种光电探测器用重掺硅衬底制备高阻外延层的方法。将硅衬底片装入外延反应腔体内的外延基座上，依次利用氮气和氢气吹扫外延炉掺杂管道和反应腔体。给外延基座加热，由室温升温至1160℃。在恒温下对硅衬底片烘烤3min，使硅衬底片表面的杂质挥发，使表面形成杂质耗尽区。利用流量周期性快速交替变化，范围为40L/min~400L/min的氢气对反应腔体进行吹扫。进行第一层外延层的生长。利用流量周期性快速交替变化，范围为40L/min~400L/min的氢气对反应腔体进行吹扫。进行第二层外延层的生长。有益效果是：整片区域的电阻率均可满足高于1000Ω·cm的指标，使材料可满足光电探测器的使用要求。

技术领域

本发明涉及一种半导体外延材料的制备技术领域，尤其涉及一种光电探测器用重掺硅衬底制备高阻外延层的方法。

背景技术

当前硅基阵列光电探测器向高精度、快响应、高信噪比的方向蓬勃发展，探测器的响应波长范围、探测精度指标要求日益严苛，当前普遍要求响应不均匀性不高于10%，有效像元率达到100%，阵列单元中一个像元的失效就造成整个芯片的报废。P型高阻外延层作为光电雪崩探测器性能实现的关键支撑材料，也称π层，其电阻率、厚度、缺陷的含量都是决定材料品质，进而决定器件激光波长、探测阈值光功率、响应度均匀性、暗电流密度等关键性能指标要求，普遍要求厚度不低于45µm，电阻率需要高于1000Ω·cm，同时要求外延层晶体质量完美，无层错、位错和雾缺陷。但是在电阻率低于0.02Ω·cm的重掺硅衬底上淀积低缺陷、电阻率高于1000Ω·cm的厚外延层是极其困难的，因为厚层外延需要较长的反应时间，生长过程中机械应力和热应力的不断积累，实现零缺陷的难度极大。同时工艺过程中HCl气抛、高温烘烤和外延高温生长，重掺衬底与外延层掺杂浓度相差5个数量级，杂质硼原子不仅从固相扩散，而且从正面、背面和倒角边缘的气相蒸发进入气相生长区域，从固相和气相两种途径参与外延层的生长过程，对外延层电阻率分布的均匀性产生很大的影响，通常外延片中心区域电阻率可满足高于1000Ω·cm的要求，但是四周区域电阻率低，不能满足指标要求，仍将导致外延片不能通过器件工艺验证。

发明内容

本发明的目的是克服现有光电探测器所用P型硅外延层电阻率、缺陷控制的问题，通过在外延基座升温时采用较缓的温度梯度，并且在升高至一定的温度时恒温保持一定时间以释放应力，抑制缺陷生成。同时在外延层生长前实施大幅度气体流量的周期性快速交替变化，将高温下挥发的杂质大部分吹扫出腔体之外，降低了高温下衬底杂质在外延层生长过程中的自掺杂影响，获得一种光电探测器用重掺硅衬底制备高阻外延层的方法。

本发明为实现上述目的，采用的具体技术方案是：一种光电探测器用重掺硅衬底制备高阻外延层的方法，其特征在于，步骤如下：

第一步、将硅衬底片装入外延反应腔体内的外延基座上，依次利用氮气和氢气吹扫外延炉掺杂管道和反应腔体，氮气的流量设定为100 L/min，氢气的流量设定为100 L/min，掺杂管道和反应腔体的吹扫时间均设定为10 min；

第二步、给外延基座加热，由室温升温至1160℃，通入氯化氢气体，对硅衬底片表面进行抛光，氯化氢流量设定为3 L/min，抛光时间设定为1min；

第三步、在恒温下对硅衬底片烘烤3min，使硅衬底片表面的杂质挥发，使表面形成杂质耗尽区；