RU2606809C1 - Способ изготовления кремниевой эпитаксиальной структуры - Google Patents

Способ изготовления кремниевой эпитаксиальной структуры Download PDF

Info

Publication number
RU2606809C1
RU2606809C1 RU2015142243A RU2015142243A RU2606809C1 RU 2606809 C1 RU2606809 C1 RU 2606809C1 RU 2015142243 A RU2015142243 A RU 2015142243A RU 2015142243 A RU2015142243 A RU 2015142243A RU 2606809 C1 RU2606809 C1 RU 2606809C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
substrate
epitaxial
silicon
working surface
layer
Prior art date
Application number
RU2015142243A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Сергеевич Волков
Вячеслав Борисович Дементьев
Валерий Всеволодович Люблин
Original Assignee
Акционерное общество "Эпиэл"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Эпиэл" filed Critical Акционерное общество "Эпиэл"
Priority to RU2015142243A priority Critical patent/RU2606809C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2606809C1 publication Critical patent/RU2606809C1/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/20Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых структур и может быть использовано при изготовлении кремниевых одно- или многослойных структур, используемых в технологии силовых приборов современной микроэлектроники. Сущность изобретения состоит в том, что при формировании эпитаксиальной структуры ограничение эффекта автолегирования происходит за счет последовательного формирования части защитного слоя на нерабочей поверхности подложки до достижения половины значения требуемой толщины, осаждения эпитаксиального слоя на рабочей поверхности подложки толщиной 3-4 мкм, формирования защитного слоя на нерабочей поверхности подложки до требуемого значения толщины и осаждения эпитаксиального слоя на рабочей поверхности подложки до требуемой толщины. Использование данного способа позволит повысить однородность параметров кремниевых эпитаксиальных слоев и, следовательно, повысить выход годных при производстве кремниевых эпитаксиальных структур. 1 ил.

Description

Изобретение относится к полупроводниковой технике, преимущественно к технологии полупроводникового кремния, и может быть использовано при изготовлении кремниевых эпитаксиальных структур для биполярных интегральных схем, силовых приборов и других устройств.
Одним из основных требований к таким структурам является однородность электрофизических параметров - толщины, удельного сопротивления - по площади структуры. Значительное влияние на распределение указанных параметров во время получения структуры играет явление автолегирования, то есть перенос примеси из сильнолегированной подложки в растущий эпитаксиальный слой через газовую фазу. Перенос примеси происходит за счет ее испарения с поверхности сильнолегированной кремниевой подложки во время роста слоя и приводит к тому, что ухудшается не только однородность удельного сопротивления слоя по площади подложки. Из-за неконтролируемого внедрения примеси в растущий слой уменьшается удельное сопротивление слоя в периферических областях структуры, что приводит к снижению выхода годных приборов в этих областях, а также искажаются результаты контроля толщины полученного слоя. Кроме того, изменение профиля распределения примеси по толщине эпитаксиального слоя из-за явлений автолегирования может приводить к снижению пробивных напряжений приборов, изготовленных на основе таких эпитаксиальных структур.
Известен способ изготовления эпитаксиальных структур, включающий предварительное окисление сильнолегированной кремниевой пластины при температуре до 1100°C для образования слоя термического окисла на поверхности и удаление полученного слоя в плавиковой кислоте, отжиг полученной кремниевой пластины при температуре до 1200°C в водороде до начала наращивания эпитаксиального слоя и собственно процесс эпитаксиального осаждения /1/. Данные операции проводятся для уменьшения концентрации легирующей примеси на поверхности пластины как источнике испарения примеси и, следовательно, уменьшения эффекта автолегирования при последующем наращивании эпитаксиального слоя.
Недостатками данного способа являются сложность его реализации, поскольку изготовление эпитаксиальной структуры по предлагаемому способу включает использование оборудования различного типа - для окисления кремниевой пластины, для удаления слоя полученного окисла, для эпитаксиального наращивания; изменение поверхностной концентрации легирующей примеси в подложке за счет высокотемпературного отжига в водороде перед процессом эпитаксиального наращивания приводит к перераспределению примеси внутри реактора (из подложки на подложкодержатель или на оснастку), которая будет реиспаряться во время эпитаксиального наращивания и попадать в растущий эпитаксиальный слой, что также не приводит к устранению эффекта автолегирования.
Известен также способ изготовления эпитаксиальных структур, принятый нами за прототип, включающий формирование многослойной защиты на нерабочей стороне подложки, причем эта защита включает диэлектрические и поликристаллические слои на основе кремния /2/.
Первый недостаток этого способа заключается в том, что эти защитные слои формируются на стадии изготовления самой кремниевой подложки путем осаждения многослойного покрытия на обе стороны шлифованной подложки с последующим удалением покрытия с рабочей стороны и полированием рабочей стороны подложки. Выполнение указанных дополнительных операций приводит к усложнению процесса изготовления и удорожанию конечного продукта.
Второй недостаток данного способа связан с термической нестойкостью данного покрытия, что приводит к невозможности использования данного вида защиты нерабочей стороны подложки при изготовлении кремниевых эпитаксиальных структур с толщиной эпитаксиального слоя более 30 мкм, а именно такие структуры находят свое применение при изготовлении силовых приборов. Разрушение защиты нерабочей стороны подложки во время наращивания эпитаксиальных слоев кремния толщиной более 30 мкм приводит к испарению примеси с нерабочей стороны и проявлению эффекта автолегирования со всеми последствиями, описанными выше.
Задача предлагаемого изобретения заключается в повышении однородности электрофизических параметров эпитаксиальной структуры за счет подавления эффекта автолегирования при эпитаксиальном наращивании. Это достигается тем, что в способе изготовления кремниевой эпитаксиальной структуры, включающем нагрев кремниевой подложки в реакторе эпитаксиальной установки, формирование защитного слоя на нерабочей поверхности сильнолегированной подложки n- или p-типа проводимости, газофазное осаждение эпитаксиального слоя кремния на рабочую поверхность, последовательно проводят формирование части защитного слоя на нерабочей поверхности подложки до достижения половины значения требуемой толщины, осаждение эпитаксиального слоя на рабочей поверхности подложки толщиной 3-4 мкм, формирование защитного слоя на нерабочей поверхности подложки до требуемого значения толщины, осаждение эпитаксиального слоя на рабочей поверхности подложки до требуемой толщины эпитаксиального слоя.
В результате проведения операции формирования защитного слоя на нерабочей стороне подложки до достижения половинного значения требуемой толщины получается кремниевая подложка с закрытой слоем кремния нерабочей стороной, причем защитный слой кремния на нерабочей стороне содержит легирующую примесь в концентрации, гораздо меньшей, чем в исходной подложке.
После наращивания эпитаксиального слоя толщиной 3-4 мкм на рабочей стороне подложки получается кремниевая подложка, у которой автолегирование от нерабочей стороны предотвращается защитным слоем, имеющим гораздо меньшую концентрацию легирующей примеси, чем исходная подложка, а автолегирование с рабочей стороны блокировано эпитаксиальным слоем.
В результате окончательного формирования защитного слоя на нерабочей поверхности подложки до требуемого значения толщины получается кремниевая подложка, у которой обе стороны закрыты кремниевыми слоями, полностью препятствующими переносу примеси из подложки в атмосферу роста эпитаксиального слоя, что полностью блокирует автолегирование во время последующего роста эпитаксиального слоя на рабочей поверхности подложки.
На фиг. 1 представлены профили распределения удельного сопротивления по толщине эпитаксиального слоя в краевой и центральной областях структуры, полученной по предлагаемому способу. Кривая 1 - профиль распределения удельного сопротивления в центре структуры, кривая 2 получена в 10 мм от края структуры возле базового среза. Из приведенных данных видно, что при использовании предлагаемого способа получения эпитаксиальной структуры профиль распределения сопротивления оказывается резким и однородным по площади структуры, что подтверждает ограничение автолегирования во время осаждения эпитаксиального слоя по предлагаемому способу.
Способ изготовления кремниевой эпитаксиальной структуры реализуется следующим образом. Исходная высоколегированная кремниевая подложка, предназначенная для изготовления эпитаксиальной структуры, помещается на подложкодержатель установки эпитаксиального наращивания, который предварительно покрыт слоем поликристаллического кремния; таким образом, нерабочая сторона подложки примыкает к поверхности подложкодержателя со слоем поликристаллического кремния с небольшим зазором, что обусловлено конструктивными особенностями подложкодержателя установки эпитаксиального наращивания. Затем следует нагрев подложкодержателя с размещенной на нем подложкой до температуры отжига в среде водорода. Высокотемпературный отжиг в водороде необходим для удаления слоя естественного окисла с рабочей поверхности подложки.
На следующей стадии изготовления структуры для формирования защитного покрытия на нерабочей стороне подложки в реактор наряду с элементарным водородом подается хлористый водород, за счет чего происходит перенос части поликристаллического кремния с подложкодержателя на нерабочую сторону кремниевой подложки за счет так называемого «сэндвич-процесса», а также полирующее травление кремния на рабочей стороне подложки. При полирующем травлении подложки происходит не только очистка и подготовка рабочей поверхности к предстоящему росту эпитаксиального слоя, но и (в качестве побочного процесса) перенос в газовую фазу содержащейся в подложке легирующей примеси. Эта примесь разносится потоком водорода по реактору установки эпитаксиального наращивания, попадая, в том числе и в защитное покрытие на нерабочей стороне подложки, при этом концентрация легирующей примеси в защитном покрытии на тыльной стороне значительно меньше, чем в исходной подложке. Технологические параметры и продолжительность процесса травления выбираются таким образом, чтобы за время проведения данной операции на нерабочую сторону подложки была перенесена только часть слоя поликристаллического кремния, предварительно осажденного на подложкодержатель. В результате проведения данной операции получается кремниевая подложка с чистой, подготовленной к эпитаксиальному росту рабочей стороной и закрытой слоем кремния нерабочей стороной, причем защитный слой кремния на нерабочей стороне содержит легирующую примесь в концентрации, гораздо меньшей, чем в исходной подложке, но в то же время способной служить слабым источником автолегирования во время эпитаксиального роста.
По окончании операции формирования на нерабочей стороне подложки указанной части защитного слоя проводят операцию наращивания эпитаксиального слоя толщиной 3-4 мкм на рабочей стороне подложки, то есть в реактор эпитаксиальной установки подаются наряду с водородом кремнийсодержащий и легирующий реагенты для наращивания кремниевого эпитаксиального слоя с требуемыми характеристиками. Данная операция проводится для предотвращения испарения примеси с рабочей стороны сильнолегированной подложки при дальнейших операциях. Экспериментально установлено, что для предотвращения испарения примеси достаточно нарастить 3-4 мкм эпитаксиального слоя на рабочей стороне подложки. Наращивание эпитаксиального слоя толщиной менее 3 мкм не приводит к полному подавлению автолегирования от рабочей стороны подложки. Наращивание эпитаксиального слоя толщиной более 4 мкм является экономически нецелесообразным.
По окончании наращивания кремниевого эпитаксиального слоя на рабочей стороне подложки в реактор опять подается наряду с элементарным водородом хлористый водород, и процесс формирования защитного слоя на нерабочей стороне подложки продолжается до полного переноса кремния с подложкодержателя на нерабочую сторону подложки. В результате выполнения этой операции получается исходная подложка, у которой обе стороны закрыты кремниевыми слоями.
При выполнении операции осаждения эпитаксиального слоя на рабочей стороне подложки в реактор опять подается наряду с водородом кремнийсодержащий и легирующий реагенты, и осаждение продолжается до получения эпитаксиального слоя требуемой толщины с требуемыми характеристиками.
Проведение операции формирования защитного слоя на нерабочей поверхности подложки до половинного значения требуемой толщины приводит к тому, что практически полностью ограничивается эффект автолегирования с нерабочей стороны подложки.
Выполнение осаждения эпитаксиального слоя толщиной 3-4 мкм на рабочей поверхности подложки обеспечивает подавление эффекта автолегирования от рабочей поверхности.
Проведение операции формирования остальной части защитного слоя на нерабочей поверхности подложки приводит к полному подавлению эффекта автолегирования за счет заращивания кремнием двух основных источников автолегирования (рабочая и нерабочая поверхности подложки) и исключения влияния этого эффекта при последующем наращивании эпитаксиального слоя, что влечет повышение однородности электрофизических параметров эпитаксиальной структуры (толщины и удельного сопротивления) по площади структуры.
Предлагаемый способ изготовления кремниевой эпитаксиальной структуры может быть реализован следующим образом.
Пример выполнения
На предварительно покрытый поликристаллическим кремнием подложкодержатель установки эпитаксиального наращивания помещают подложку сильнолегированного монокристаллического кремния. Подложкодержатель с размещенной на ней подложкой нагревают в среде водорода до температуры 1200°C, выдерживают при данной температуре 5 мин для удаления естественного окисла с поверхности подложки. Затем в реактор в течение 10 мин подают хлористый водород с расходом 10 л/мин для формирования защитного слоя на нерабочей поверхности подложки за счет сэндвич-процесса, одновременно проводится травление рабочей поверхности. В течение этого промежутка времени формируется защитный слой примерно половинной толщины с одновременной очисткой рабочей поверхности подложки.
Затем в реактор при той же температуре подложкодержателя вместо хлористого водорода подается газовая смесь четыреххлористого кремния и легирующей добавки, обеспечивающей получение заданного удельного сопротивления эпитаксиального слоя, при этом концентрация кремнийсодержащего реагента в газовой фазе составляет 6 об. %. В течение 8 мин на подложке осаждается эпитаксиальный слой толщиной 3,3 мкм.
На следующем этапе формирования эпитаксиальной структуры подача кремнийсодержащего реагента и легирующей добавки прекращается, а в реактор при той же температуре подложкодержателя вновь подается хлористый водород с расходом 10 л/мин, и в течение 10 мин за счет протекания сэндвич-процесса завершается формирование защитного слоя на нерабочей стороне подложки.
После полного формирования защитного слоя в реактор вместо хлористого водорода вновь подается четыреххлористый кремний и легирующая добавка, причем концентрация четыреххлористого кремния в газовой фазе составляет 6 об. %, и наращивание эпитаксиального слоя продолжается до получения требуемого значения толщины слоя.
Предлагаемый способ в сравнении с прототипом обеспечивает следующие преимущества: подавление эффекта автолегирования от рабочей и нерабочей поверхностей сильнолегированной кремниевой подложки и, следовательно, повышение однородности электрофизических параметров эпитаксиального слоя по площади структуры.
Источники информации
1. Патент США №2010093156.
2. Патент США №2010155728 - прототип.

Claims (1)

  1. Способ изготовления кремниевой эпитаксиальной структуры, включающий нагрев кремниевой подложки в реакторе эпитаксиальной установки, формирование защитного слоя на нерабочей поверхности сильнолегированной подложки n- или р-типа проводимости, газофазное осаждение эпитаксиального слоя кремния на рабочую поверхность, отличающийся тем, что последовательно проводят формирование части защитного слоя на нерабочей поверхности подложки до достижения половины значения требуемой толщины, осаждение эпитаксиального слоя на рабочей поверхности подложки толщиной 3-4 мкм, формирование защитного слоя на нерабочей поверхности подложки до требуемого значения толщины, осаждение эпитаксиального слоя на рабочей поверхности подложки до требуемой толщины эпитаксиального слоя.
RU2015142243A 2015-10-06 2015-10-06 Способ изготовления кремниевой эпитаксиальной структуры RU2606809C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015142243A RU2606809C1 (ru) 2015-10-06 2015-10-06 Способ изготовления кремниевой эпитаксиальной структуры

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015142243A RU2606809C1 (ru) 2015-10-06 2015-10-06 Способ изготовления кремниевой эпитаксиальной структуры

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2606809C1 true RU2606809C1 (ru) 2017-01-10

Family

ID=58452558

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015142243A RU2606809C1 (ru) 2015-10-06 2015-10-06 Способ изготовления кремниевой эпитаксиальной структуры

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2606809C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2059326C1 (ru) * 1994-01-06 1996-04-27 Акционерное общество "Кремний" Способ формирования кремниевых эпитаксиальных структур
RU2275711C2 (ru) * 2004-06-29 2006-04-27 ГОУ Московский государственный институт электронной техники (технический университет) Способ газофазного наращивания эпитаксиальных слоев кремния
US20100093156A1 (en) * 2008-09-19 2010-04-15 Covalent Materials Corporation Method for production of silicon wafer for epitaxial substrate and method for production of epitaxial substrate
US20100155728A1 (en) * 2008-12-24 2010-06-24 Magnachip Semiconductor, Ltd. Epitaxial wafer and method for fabricating the same
US20130145984A1 (en) * 2010-08-31 2013-06-13 Chao Zhang Method of epitaxial growth effectively preventing auto-doping effect

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2059326C1 (ru) * 1994-01-06 1996-04-27 Акционерное общество "Кремний" Способ формирования кремниевых эпитаксиальных структур
RU2275711C2 (ru) * 2004-06-29 2006-04-27 ГОУ Московский государственный институт электронной техники (технический университет) Способ газофазного наращивания эпитаксиальных слоев кремния
US20100093156A1 (en) * 2008-09-19 2010-04-15 Covalent Materials Corporation Method for production of silicon wafer for epitaxial substrate and method for production of epitaxial substrate
US20100155728A1 (en) * 2008-12-24 2010-06-24 Magnachip Semiconductor, Ltd. Epitaxial wafer and method for fabricating the same
US20130145984A1 (en) * 2010-08-31 2013-06-13 Chao Zhang Method of epitaxial growth effectively preventing auto-doping effect

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101430217B1 (ko) 에피택셜 탄화규소 단결정 기판 및 그 제조 방법
JP6524233B2 (ja) エピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハの製造方法
JP6311384B2 (ja) 炭化珪素半導体装置の製造方法
WO2010101016A1 (ja) 炭化珪素半導体装置の製造方法
KR101947926B1 (ko) 에피택셜 탄화규소 웨이퍼의 제조 방법
KR20120125315A (ko) 에피택셜 탄화규소 단결정 기판의 제조 방법 및 이 방법에 의하여 얻은 에피택셜 탄화규소 단결정 기판
TW201711086A (zh) 貼合式soi晶圓的製造方法
JP5786759B2 (ja) エピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法
JP5664534B2 (ja) エピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法
JP2006228763A (ja) 単結晶SiC基板の製造方法
RU2606809C1 (ru) Способ изготовления кремниевой эпитаксиальной структуры
US9957639B2 (en) Method for producing epitaxial silicon carbide wafer
JP6150075B2 (ja) エピタキシャルウェーハの製造方法
JP6489321B2 (ja) エピタキシャルウェーハの製造方法
JP2018067736A (ja) 炭化珪素半導体装置及びその製造方法
JPH04245419A (ja) 半導体基板の製造方法
JP2010098284A (ja) エピタキシャル基板用シリコンウェハの製造方法及びエピタキシャル基板の製造方法
JP6598140B2 (ja) エピタキシャルウェーハの製造方法
CN118127623B (zh) 一种vdmos器件用重掺衬底n型硅外延片及其制备方法和应用
KR102163490B1 (ko) 탄화 규소 기판의 제조 방법
JP5458190B2 (ja) エピタキシャルウェーハの製造方法及びエピタキシャルウェーハ
JP6628673B2 (ja) エピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハの製造方法
WO2017183277A1 (ja) エピタキシャルウェーハの製造方法
JP6347330B2 (ja) エピタキシャルウェーハの製造方法
KR102165615B1 (ko) 에피택셜 웨이퍼

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171007

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20190805