本發(fā)明屬于半導(dǎo)體硅外延片制備領(lǐng)域，具體涉及一種功率器件用超重?fù)搅滓r底多層硅外延片及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、功率器件mos、sbd、frd等在技術(shù)領(lǐng)域以高擊穿電壓和低導(dǎo)通電阻為發(fā)展方向。由于功率器件的擊穿電壓與導(dǎo)通壓降這兩項(xiàng)代表參數(shù)存在相互制約的特征，即如果擊穿電壓提高，則導(dǎo)通壓降亦隨之變大，反之亦然。傳統(tǒng)的平面式器件結(jié)構(gòu)基于單層硅外延片，由重?fù)诫s硅襯底片與高阻硅外延層兩部分組成。近年來隨著技術(shù)領(lǐng)域的持續(xù)進(jìn)步，為保證功率器件低導(dǎo)通電阻的要求，超重?fù)焦枰r底片首先開始逐漸取代重?fù)诫s硅襯底片成為功率器件的襯底材料，隨之不利影響是帶來硅外延層生長過程中面臨更強(qiáng)烈的自摻雜效應(yīng)，更不利于高阻硅外延層電阻率穩(wěn)定性和一致性的控制。而為保證功率器件的高擊穿電壓要求，需要采用厚層高阻的硅外延層，但隨之帶來導(dǎo)通電阻的居高不下。

2、近年來為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通電阻的降低，設(shè)計(jì)人員根據(jù)器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整，大量采用雙層結(jié)構(gòu)的硅外延片，將擊穿電壓的發(fā)生位置從表面轉(zhuǎn)移至硅材料的體內(nèi)，通過在重?fù)焦枰r底上生長一層摻雜外延內(nèi)層作為緩沖層，然后再生長擊穿電壓所需的第二層摻雜外層外層，既能提高反向擊穿電壓，又能改善正向大電流特性，但是對外延結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和一致性提出了更為嚴(yán)格的管控要求。同時雙層外延的第一層和第二層硅外延層的電阻率差異普遍達(dá)到10倍以上，而且第二層高阻的硅外延層電阻率基于應(yīng)用領(lǐng)域的容限要求已經(jīng)從<3%收嚴(yán)到≤1.2%，對工藝控制方法提出更高要求。

3、傳統(tǒng)雙層硅外延片采用的工藝方法如：公開號為cn?110349841?b的中國專利公開了：采用高溫大流量h2和正常流量h2交替變化的方法進(jìn)行吹除，使硅片的近表面層雜質(zhì)形成雜質(zhì)耗盡，吸附在硅片和基座上的雜質(zhì)有足夠的能量逃逸出去，實(shí)現(xiàn)雙層硅外延片的制備。但是，該專利適用于硅襯底片的電阻率為0.001~0.004ω·cm，外延層外層目標(biāo)電阻率為2.9~3.1ω·cm的雙層硅外延片。對于電阻率更低的硅襯底片，外延層外層的目標(biāo)電阻率更高的的雙層硅外延片的制備不適用，并且襯底電阻率更低和外延電阻率更高，其制備工藝的實(shí)現(xiàn)難度會顯著提高。公開號為cn111463116a的中國專利公開了一種mos器件結(jié)構(gòu)用雙層外延的制備方法，通過主工藝氫氣流量、內(nèi)外區(qū)紅外燈泡的加熱功率、以及摻雜流量的精確分配等綜合條件的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)了對雙層外延的總體厚度和電阻率均勻性的控制，片內(nèi)的不均勻性從目前技術(shù)水平普遍的2%~3%的能力，顯著改善至<1.5%的良好控制水平。但是，該專利的技術(shù)方案不適于襯底電阻率更低的超重?fù)搅滓r底的制備，如果傳統(tǒng)平板式單片硅外延爐生長工藝進(jìn)行超重?fù)搅滓r底多層硅外延片生長，因襯底自摻雜效應(yīng)問題會導(dǎo)致生長過程中外層摻雜硅外延層電阻率不穩(wěn)定的更嚴(yán)重問題，并且，該專利中，對電阻率均勻性的控制仍需提高。此外，上述專利均存在工藝過程步驟復(fù)雜，而且第一層硅外延層和第二層硅外延層生長共用公共摻雜管路，因?yàn)閾诫s流量差異大，存在互相干擾的問題，最終外層的高阻硅外延層不均勻性的最優(yōu)效果為<1.5%。

4、因此，需要一種參數(shù)穩(wěn)定性好，而且適應(yīng)工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)要求的多層硅外延片的制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種功率器件用超重?fù)搅滓r底多層硅外延片及其制備方法，克服了傳統(tǒng)平板式單片硅外延爐生長超重?fù)搅滓r底多層硅外延片因重?fù)揭r底高溫自摻雜效應(yīng)和內(nèi)層和外層硅外延層摻雜管路共用而存在相互干擾等問題，導(dǎo)致多層硅外延層生長過程中外層摻雜硅外延層電阻率不穩(wěn)定的問題。

2、為了解決上述問題，本發(fā)明的第一個方面提供了一種功率器件用超重?fù)搅滓r底多層硅外延片的制備方法，包括依次進(jìn)行如下步驟：

3、s1：對硅外延爐中的石墨基座進(jìn)行包硅；

4、s2：將硅襯底片置于所述石墨基座上；

5、s3：采用氫氣攜帶三氯氫硅作為生長硅源，在所述硅襯底片的拋光表面上進(jìn)行未摻雜硅外延層的生長，三氯氫硅的流量為7~8?g/min，未摻雜硅外延層的目標(biāo)生長厚度為0.5~0.6μm；

6、s4：通過反應(yīng)腔體配置的第一條摻雜管路向反應(yīng)腔體送入摻雜磷烷氣、氫氣、三氯氫硅，在未摻雜硅外延層的表面進(jìn)行摻雜硅外延內(nèi)層的生長，達(dá)到摻雜硅外延內(nèi)層目標(biāo)厚度和電阻率；其中，三氯氫硅的流量為7~8?g/min，摻雜磷烷的流量為220~250?sccm，生長速率為3.0~3.5μm/min；

7、s5：通過反應(yīng)腔體配置的第二條摻雜管路向反應(yīng)腔體送入摻雜磷烷氣、氫氣、三氯氫硅，在摻雜硅外延內(nèi)層的表面進(jìn)行摻雜硅外延外層的生長，達(dá)到摻雜硅外延外層目標(biāo)厚度和電阻率，其中，三氯氫硅的流量為10~12?g/min，摻雜磷烷的流量為110~120?sccm，生長速率為3.6~4.0μm/min，得到功率器件用超重?fù)搅滓r底多層硅外延片。

8、優(yōu)選地，步驟s1中，所述石墨基座的包硅厚度為5~6?μm。

9、優(yōu)選地，還包括在步驟s1之前對硅外延爐的反應(yīng)腔體及石墨基座進(jìn)行清洗；所述清洗具體包括以下步驟：對硅外延爐的反應(yīng)腔體通入氫氣并升溫，然后通入氯化氫氣體對反應(yīng)腔體及石墨基座進(jìn)行清洗，其中，硅外延爐的反應(yīng)腔體升溫至1160~1180℃，氫氣流量為3~5?l/min，氯化氫氣體流量為15~20?l/min，清洗時間為125~150?sec。

10、優(yōu)選地，所述步驟s1具體包括以下步驟：對所述反應(yīng)腔體通入氫氣攜帶三氯氫硅，在反應(yīng)腔體內(nèi)的石墨基座上生長多晶硅包覆層，完成石墨基座的包硅，其中，氫氣的流量為45~50?l/min，三氯氫硅的流量為10~12?g/min。

11、優(yōu)選地，所述步驟s2中，還包括在將硅襯底片置于石墨基座上之前，將反應(yīng)腔體降溫至600~650℃。

12、優(yōu)選地，還包括在步驟s3之前，對反應(yīng)腔體進(jìn)行第一吹掃；所述第一吹掃具體包括以下步驟：將硅外延爐的反應(yīng)腔體升溫至1130?~?1150℃，保持3~5?min，對所述硅襯底片進(jìn)行烘烤，同時通入氫氣，對反應(yīng)腔體進(jìn)行吹掃。

13、優(yōu)選地，所述步驟s3中，氫氣流量為45~50?l/min。

14、優(yōu)選地，還包括在步驟s4之前，對反應(yīng)腔體進(jìn)行第二吹掃；所述第二吹掃具體包括以下步驟：通入氫氣吹掃反應(yīng)腔體，并將反應(yīng)腔體的溫度降低為1110~1120℃，氫氣吹掃反應(yīng)腔體的時間5~8?min；步驟s4中，在向反應(yīng)腔體送入摻雜磷烷氣、氫氣、三氯氫硅之前，還通過通入摻雜磷烷氣、氫氣、三氯氫硅對第一條摻雜管路進(jìn)行排空。

15、優(yōu)選地，還包括在步驟s5之前，對反應(yīng)腔體進(jìn)行第三吹掃；所述第三吹掃具體包括以下步驟：通入氫氣吹掃反應(yīng)腔體3~5?min；步驟s5中，在向反應(yīng)腔體送入摻雜磷烷氣、氫氣、三氯氫硅之前，還通過通入摻雜磷烷氣、氫氣、三氯氫硅對第二條摻雜管路進(jìn)行排空。

16、本發(fā)明的第二個方面提供了一種采用如上述的制備方法制備得到的功率器件用超重?fù)搅滓r底多層硅外延片。

17、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

18、本發(fā)明的功率器件用超重?fù)搅滓r底多層硅外延片的制備方法，通過綜合設(shè)計(jì)平板式單片硅外延爐生長超重?fù)搅滓r底多層硅外延片的基座包硅厚度、未摻雜硅外延層的生長厚度、摻雜硅外延內(nèi)層和摻雜硅外延外層的摻雜和生長速率等工藝參數(shù)，在工藝簡單、可批量重復(fù)的情況下實(shí)現(xiàn)了超重?fù)搅滓r底多層硅外延片的批量制備，避免了傳統(tǒng)平板式單片硅外延爐生長超重?fù)搅滓r底多層硅外延片因重?fù)揭r底高溫自摻雜效應(yīng)和內(nèi)層和外層硅外延層摻雜管路共用而存在相互干擾等問題，導(dǎo)致多層硅外延層生長過程中外層摻雜硅外延層電阻率不穩(wěn)定的問題，可應(yīng)用于超重?fù)搅滓r底多層硅外延片的工業(yè)化批量生產(chǎn)。