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化，應認識到新型生產工藝條件對外延層生長情況影響以及常規生產工藝條件的不足，并結合硅外延層實際生長需要，制定科學的生產工藝、條件優化方案。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。

關鍵詞：重摻；過渡層；硅外延層

中圖分類號：TN304 文獻標志碼：A

現代社會當中的化學領域發展較快，在新技術的推動下出現了多種新材料，這也極大地滿足了現代社會對材料的需求。但在材料領域進一步發展的過程中，也更需要科研人員能繼續保持開拓的思維，積極做好新型材料的研發工作。

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量以滿足電子設備運行、信息數據傳輸方面的要求。因此現代社會中出現了大量新型技術，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，因此這種元件在現代社會中使用量在不斷增加。尤其是在當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也獲得了長足發展，讓相應領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雜性，但也使相應元件的質量獲得了更為明顯的提升。而在使用這種制造技術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量來看，硅外延層結構當中過度區域的形貌特點、厚度參數以及實際電阻率參數均會對電子元件的正向降壓參數、反向擊穿類型電壓以及反向漏電參數等電學方面的參數產生影響。

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

2 與外延層結構層參數關系緊密的因素

2.1 外延層中的過渡區分析

就外延工藝過程來看，會對過渡區寬度條件產生影響的因素較多，而其中最為突出的影響因素就是系統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中過渡區寬度數值產生直接影響，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構表面當中的自然養護層以及外延層當中的晶格產生質量影響，讓工藝的實際制造質量得到保證。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構襯底，并隨之產生大量的非主動類型摻雜雜質，使外延層當中的過渡區域實際寬度增大。

其次是外延沉積溫度條件因素，外延層結構當中結晶質量往往和外延層當中溫度條件有較大關系，因此只有外延層當中的環境溫度條件能達到1 100 ℃以上。在高溫的條件下，襯底當中存在的雜質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的影響，在擴散問題加劇的情況下，外延層當中自摻雜問題也就會變得較為嚴重，外延層結構當中過渡區的寬度也就會隨之增加。

2.2 電阻參數、厚度以及一致性分析

首先，從外延溫度梯度影響方面來看，反應腔體結構當中的高頻線圈實際溫度梯度數值越小，那么相對的外延層電阻率參數數值、厚度條件也就會表現得更為均勻。

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，需要反復進行2次，這樣也就能讓反應腔體當中的滯留層結構沉積的雜質能得到有效清理，讓雜質摻雜問題對生產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域當中存在多種類型的制備方式，而其中化學氣相CVD類型的硅外延片制造技術使用較廣泛，在這種制造工藝使用中還需要輔助以平板類型外延爐設備，在2種不同條件下進行反應，這樣也就能在重摻磷襯底結構上生長出過渡區存在差異的硅材料外延片，這種生產工藝下生產出來的電子元件也就能被用于相應的二極管生產中。

4 結果以及分析

4.1 2種工藝條件下過渡區域寬度對比分析

在將改進后的工藝條件運用到元件材料生產當中后，可以有效地對外延層結構生長過程中襯底結構雜質逸出的問題進行處理，也使外延片過渡區域當中電阻率參條件上升速度顯著增加，外延層結構當中過渡區域的實際寬度明顯變小。在使用標準擴展類型電阻儀器進行測試時，過渡區域實際寬度數值通常會由常規工藝條件下的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、厚度條件均勻性對比

2種不同類型的硅材質外延片材料當中外延層實際厚度的測試結果見表1。在完成了工藝改進之后，將硅外延摻雜層結構的實際生長效率設定為0.6 μm/min，硅外延片的實際片內厚度情況和常規類型生產工藝相對比發現有了明顯改善。

在對外延層結構實際生產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，外延層結構的電阻率具體均勻性則發生了相應變化。

5 結語

根據重摻磷襯底硅外延片參數控制的特點，綜合運用H2原位烘烤、低溫外延生長技術、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形貌、厚度及電阻率均勻性參數的優化控制。目前該外延工藝已經實現了標準化，并應用在重摻磷襯底硅外延片的批量生產中，產品質量良好，得到了客戶的一致好評。

參考文獻

[1]李明達，陳濤，李普生，等.具有三層復合結構的磷型硅外延片制備工藝研究[J].電子元件與材料，2016，35（2）：31-34.

[2]李明達，李普生.快速恢復外延二極管用150mm高均勻性硅外延材料的制備[J].固體電子學研究與進展，2017（5）：366-374.

[3]于宗光，馬慧紅，李海歐，等.一種用于硅襯底集成mHEMT器件的外延層結構及其生長方法[P].中國，CN201610008449.1，2016-3-30.

[4]陳濤，李明達，李楊.基于層流模型的CVD外延流場仿真[J].固體電子學研究與進展，2017（6）：438-442.

[5]歐陽偉倫，梁安杰，羅文健.氮化鎵外延層生長在硅襯底上的縱向型器件的制造方法[P].中國，CN201710071079.0，2017-7-21.