專利名稱：利用桶式外延爐進(jìn)行bicmos電路的埋層外延方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用桶式外延爐來制備BICMOS原材料的新工藝、新型制 備方法，屬于微電子學(xué)中半導(dǎo)體材料的制造工藝。
背景技術(shù)：
近幾年來，隨著混合微電子技術(shù)的快速發(fā)展及其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，特 別是在通信行業(yè)、計算機(jī)系統(tǒng)高速發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域，電子和通信業(yè)界對于現(xiàn)代 電子元器件(例如大規(guī)模集成電路，既VLSI)、電路小型化、高速度、低電源 電壓、低功耗和提高性價比等方面的要求越來越高。傳統(tǒng)的雙極技術(shù)雖然具有 高速、電流驅(qū)動能力強(qiáng)和模擬精度高等優(yōu)點，但其功耗和集成度卻不能適應(yīng)現(xiàn) 代VLSI技術(shù)的發(fā)展需要。而一直作為硅集成電路主要技術(shù)平臺的MOS器件及 其電路雖在高集成度、低功耗、強(qiáng)抗干擾能力等方面有著雙極電路無法比擬的 優(yōu)勢，但在高速、大電流驅(qū)動場合卻無能為力?？梢姛o論是單一的CMOS，還 是單一的雙極技術(shù)都無法滿足VLSI系統(tǒng)多方面性能的要求，因此融合了兩種技 術(shù)優(yōu)勢的BICMOS器件及其電路便是VLSI發(fā)展的必然產(chǎn)物。雙極、CMOS和BiCMOS超大規(guī)模集成電路對外延材料的需求有增無減， 外延層變得越來越薄，參數(shù)越來越嚴(yán)格，并要求有足夠的平滑區(qū)和陡峭的過渡 區(qū)。特別是BICMOS對外延參數(shù)的要求很高，通常外延厚度和電阻率片內(nèi)均勻 性要求達(dá)到3%以內(nèi)，并且過渡區(qū)的寬度也要求在0.5um左右。因此，外延廠家 一般均選擇單片式外延爐進(jìn)行加工。單片式外延爐具有良好的系統(tǒng)氣密性，使用單片式外延爐生產(chǎn)的硅外延材 料具有良好的厚度和電阻率均勻性，并且具有良好的外觀質(zhì)量，能滿足BICMOS 埋層外延的嚴(yán)格要求；而桶式外延爐則具有較高的產(chǎn)能，以150mm外延片為例， 一般一次可以同時對15片硅片進(jìn)行外延生長，其產(chǎn)能大大高于單片式外延爐。 但其厚度和電阻率均勻性的控制以及外延表觀質(zhì)量都要略遜于單片式外延爐。發(fā)明內(nèi)容現(xiàn)有技術(shù)中的應(yīng)用桶式外延爐方法的缺點在于得到的外延片厚度和電阻 率均勻性較差，本發(fā)明的目的是提供一種利用桶式外延爐來制備BICMOS原材 料的新工藝、新型制備方法。本發(fā)明的方法在于利用桶式外延爐，調(diào)整相關(guān)的工藝參數(shù)，在圖形片上再
生長外延層。本發(fā)明通過對外延工藝參數(shù)的調(diào)整，制備的BICMOS外延原材料 其各項特性能接近或等同于單片式外延爐制備的BICMOS外延原材料，其特征 在于控制生長溫度、SiH2Cl2的流量、摻雜源流量等而得到滿足BICMOS制作要 求的電阻率和厚度及其均勻性，而且產(chǎn)量高、成本低，能帶來更多的企業(yè)和社 會效益。
一種利用桶式外延爐制備BICMOS原材料的方法，包括如下步驟
采用60 100Torr減壓外延生長工藝，得到滿足BICMOS要求的陡峭的過 渡區(qū)寬度0.5~0.8um;
在1000°C~1200°C，采用氯化氫HC1對外延前圖形片進(jìn)行腐蝕，得到適于 后繼處理的表面狀態(tài)；
在1000。C 1200。C，采用SiH2Cl2進(jìn)行外延生長。
如上所述的方法，還包括具體是
在1000°C~1200°C， SiH2Cl2的流量在700 800L/min進(jìn)行外延生長，摻雜源 在150~180mL/min;
在100(TC 120(TC間，外延生長速率在0.1 0.5um/min。
如上所述的方法，其特征在于 外延片厚度片內(nèi)均勻性在3%以內(nèi)； 外延片厚度爐次間重復(fù)性在4%以內(nèi)； 外延片電阻率片內(nèi)均勻性在3%以內(nèi)； 外延片電阻率爐次間重復(fù)性在4%以內(nèi)；
外延片過渡區(qū)寬度在0.5um。
本發(fā)明的方法中，采用桶式外延爐，主要進(jìn)行以下方面的控制
1. 良好的表面狀態(tài)
在生長外延前，外延腔體內(nèi)通過入HC1 (流量1 5L/min，腐蝕時間一般在 2 5min)對硅片表面進(jìn)行表面腐蝕，從而達(dá)到較好的表面狀態(tài)，滿足BICMOS 對表面質(zhì)量的要求；
2. 外延生長
外延生長時，調(diào)整SiH2Cl2流量(700 800L/min)，慘雜源(磷或硼)流量 (150-180mL/min)，在高溫(1000 。C ~1200 。C )下，以一定的生長速率 (0.1~0.5um/min)進(jìn)行外延層的生長，得到BICMOS原材料；
3. 電阻率、厚度均勻性控制 通過對外延設(shè)備的主氫流量(90 180L/min)、旋轉(zhuǎn)氫流量(10 50L/min)、
JET (噴嘴)位置和BMV刻度以及外延生長溫度等的調(diào)整來對厚度和電阻率均 勻性進(jìn)行良好的控制；，使得厚度和電阻率片內(nèi)均勻性達(dá)到3%以內(nèi)，爐次間的 重復(fù)性達(dá)到4%以內(nèi)；4. 圖形漂移和圖形畸變的改善通過減壓生長方法，(真空度達(dá)到60 100Torr)，生長溫度(1000°C~1200 °C)和生長速率(0.1~0.5um/min)的控制，改善圖形漂移和圖形畸變；5. 過渡區(qū)控制采用減壓外延生長的方法，獲得陡峭的過渡區(qū)，圖1是在桶式爐上進(jìn)行減 壓生長和常壓生長時過渡區(qū)的比較，圖1中用"常壓"標(biāo)示的SRP曲線為常壓 外延生長，過渡區(qū)寬度約在1.5um左右，而用"減壓"標(biāo)示的則為減壓外延生 長，過渡區(qū)寬度約在0.5um左右，說明通過顯示了減壓外延生長可以得到陡峭 的過渡區(qū)，滿足BICMOS的過渡區(qū)寬度要求。采用本發(fā)明的方法得到的效果是利用桶式外延爐上進(jìn)行BICMOS的埋層 外延，不僅得到了較高的產(chǎn)能，更能得到與單片式外延爐媲美的外延特性。
圖l顯示采用桶式外延爐進(jìn)行BICMOS外延生長時，減壓生長和常壓生長時過 渡區(qū)的比較。圖2是采用桶式外延爐減壓生長得到的N型外延的BICMOS材料的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是采用桶式外延爐減壓生長得到的本征外延的BICMOS材料的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下述實施例將有助于理解本發(fā)明,但并不限制本發(fā)明。實施例1:利用桶式外延爐，在圖形片(P型襯底上形成PMOS,NMOS,NPN 結(jié))上減壓生長N型外延層，得到N型外延的BICMOS原材料。首先以一定速率(50 70。C/分鐘)逐步將桶式外延爐升溫至外延生長溫度 (勵0。C 1200。C);接著通入HC1 (流量l 5L/min，腐蝕時間2 5min)對圖形片進(jìn)行腐蝕， 控制腐蝕去除量，以得到較好的適于后繼處理的表面狀態(tài)；然后對腔體進(jìn)行抽真空，使得真空度達(dá)到60 100Torr，滿足減壓外延生長 要求；再通入700~800L/min的SiH2Cl2禾卩150~180mL/min的摻雜源PH3，以 0.1~0.5um/min的生長速率進(jìn)行外延，通過對外延設(shè)備的主氫流量(90 180L/min)、旋轉(zhuǎn)氫流量(10 50L/min)、 JET (噴嘴)位置和BMV刻度以及外 延生長溫度等的調(diào)整，使得外延厚度和外延電阻率的分布均勻；最后在達(dá)到設(shè)定的厚度后以一定速度降溫后得到外延片即BICMOS的原材 料。圖2為N型外延的BICMOS材料。同時，通過本發(fā)明的方法減壓生長以及對外延生長溫度和速率的控制，改 善了圖形漂移和圖形畸變，并且滿足了 BICMOS對過渡區(qū)寬度的要求。實施例2:利用桶式外延爐，在圖形片(P型襯底上形成NMOS和NPN結(jié)) 上減壓生長本征外延層，得到本征外延的BICMOS原材料。
首先以一定速率(50 7(TC/分鐘)逐步將桶式外延爐升溫至外延生長溫度 (1000。C 1200。C);
接著通入HC1 (流量l 5L/min，腐蝕時間2 5min)對圖形片進(jìn)行腐蝕， 控制腐蝕去除量，以得到較好的表面狀態(tài)；
然后對腔體進(jìn)行抽真空，使得真空度達(dá)到60 100Torr，滿足減壓外延生長 要求；
再通入700~800L/min的SiH2Cl2，以0.1~0.5um/min的生長速率進(jìn)行本征外 延，通過對外延設(shè)備的主氫流量(90 180L/min)、旋轉(zhuǎn)氫流量(10 50L/min)、 JET (噴嘴)位置和BMV刻度以及外延生長溫度等的調(diào)整，使得外延厚度和外 延電阻率的分布均勻；
最后在達(dá)到設(shè)定的厚度后以一定速度降溫后得到外延片即BICMOS的原材 料。圖3為本征外延的BICMOS材料。
同時，通過減壓生長以及對外延生長溫度和速率的控制，改善了圖形漂移和圖 形畸變，并且滿足了 BICMOS對過渡區(qū)寬度的要求。
權(quán)利要求
1.一種利用桶式外延爐制備BICMOS原材料的方法，特征在于包括如下步驟(1)采用60～100Torr減壓外延生長工藝，得到滿足BICMOS要求的陡峭的過渡區(qū)寬度0.5～0.8um；(2)在1000℃～1200℃，采用氯化氫HCl對外延前圖形片進(jìn)行腐蝕，得到適于后繼處理的表面狀態(tài)；(3)在1000℃～1200℃，采用SiH2Cl2進(jìn)行外延生長。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，特征在于具體是(i) 在1000°C~1200°C， SiH2Cl2的流量在700 800L/min進(jìn)行外延生長，摻 雜源在150 180mL/min;(ii) 在1000。C 120(TC間，外延生長速率在0.1~0.5um/min。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于(1) 外延片厚度片內(nèi)均勻性在3%以內(nèi)；(2) 外延片厚度爐次間重復(fù)性在4%以內(nèi)；(3) 外延片電阻率片內(nèi)均勻性在3%以內(nèi)；(4) 外延片電阻率爐次間重復(fù)性在4%以內(nèi)；(5) 外延片過渡區(qū)寬度在0.5um。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用桶式外延爐進(jìn)行埋層外延用于制作BICMOS電路的制備方法，屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域。具體地說是一種利用桶式外延爐來制備BICMOS原材料的新工藝，新制備方法。這種新型制備方法相比于通常單片爐制備方法不但能滿足BICMOS電路制作的高要求，而且具有高產(chǎn)量、低成本等優(yōu)點。
文檔編號H01L21/82GK101335236SQ200710173710
公開日2008年12月31日 申請日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者峰 張, 建 楊, 平 胡, 浩 陳, 龔利賢 申請人:上海新傲科技有限公司