硅外延片过渡区控制研究

冯丽华

摘 要：主要对硅外延工艺中影响外延材料过渡区的因素进行了分析。从外延材料用衬底、HCl前抛光、赶气时间和对外延材料过渡区影响方面进行了重点研究，并采用不同衬底材料、工艺条件进行了对比试验，总结了制备外延材料时在过渡区控制影响的规律。

关键词：硅外延；扩展电阻

1 引言

硅在高频领域的应用受到硅外延工艺的限制，高性能的器件对外延片的质量有更高的要求。要求片内一致性要高，过渡区要窄。材料是器件的基础，因此，生长出高质量的外延层成了制作高性能器件的关键。但硅外延片加工过程中过渡区会表现的宽度不一致，导致耐压存在差别。本文从几个方面过渡区的控制及改善进行了实验深入分析。

2 实验分析

2.1 实验

2.1.1 不同衬底电阻率区间对过渡区的影响

外延时使用两种不同电阻率区间衬底，具体工艺参数见表1。

对比可见，高电阻率衬底外延后过渡区宽度2.9μm，低电阻率衬底过渡区宽度3.1μm。

高电阻率衬底电阻率比低电阻率衬底过渡区要窄。

2.1.2 HCl前抛光工艺对过渡区的影响

HCl气体用于在外延沉积之前蚀刻硅表面和去除表面损伤。

外延时使用两种流量HCl进行前抛光处理，具体工艺参数见表2.

对比可见，HCl前抛光流量为2slm時，外延后样品过渡区宽度3.5μm，而当前抛光流量改为1slm时，SRP分析过渡区宽度为3.1μm，降低HCl流量要有利于外延后材料过渡区的控制。

2.1.3 赶气时间对过渡区的影响

外延时使用两种赶气，具体工艺参数见表3。

当抛光后赶气时间为3分钟时，外延后样品过渡区宽度3.5μm，而当赶气时间改为8分钟时，SRP分析过渡区宽度为2.5μm，由此可见增加本征后赶气时间在很大程度上可以降低过渡区宽度。

3 结论

硅外延生长过程中由于受到自掺杂和生长系统内杂质的影响，外延层过渡区表现的宽度不一致，为了产品电性的一致性，我们对过渡区通过以下几个方面进行控制，控制衬底电阻率区间、HCl前抛光流量及本征后赶气时间，通过以上手段的实施，硅外延过渡区满足了8英寸器件的材料指标要求，外延片出货量大幅度增加，提升了国产硅外延材料的产业化水平。

参考文献 ：

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[2] 李智囊，侯宇.外延淀积过程中的自掺杂抑制[J].微电子学，2003（2）：118～123

[3] 张伟才，赵权，陶术鹤等.厚层硅外延用衬底的边缘处理[J].微纳电子技术， 2013（11）： 739～742.