外延層形成方法及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種外延層形成方法及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述外延層形成方法包括：提供第一類型襯底；對(duì)所述第一類型襯底正面執(zhí)行摻雜工藝，以在所述第一類型襯底正面形成第二類型摻雜區(qū)和未摻雜區(qū)；在所述第一類型襯底背面形成阻擋層；對(duì)所述第一類型襯底正面執(zhí)行外延生長(zhǎng)工藝，以在所述第二類型摻雜區(qū)上形成第二類型外延層，在所述未摻雜區(qū)上形成第一類型外延層。通過(guò)在第一類型襯底正面形成第二類型摻雜區(qū)和未摻雜區(qū)，由此在執(zhí)行外延生長(zhǎng)工藝時(shí)，能夠在第二類型摻雜區(qū)上形成第二類型外延層，在未摻雜區(qū)上形成第一類型外延層，即在同一襯底上形成了兩種類型的外延層。
【專利說(shuō)明】外延層形成方法及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路制造【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種外延層形成方法及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]外延生長(zhǎng)技術(shù)發(fā)展于50年代末60年代初。當(dāng)時(shí)，為了制造高頻大功率器件，需要減小集電極串聯(lián)電阻，又要求材料能耐高壓和大電流，因此需要在低阻值襯底上生長(zhǎng)一層薄的高阻外延層。外延生長(zhǎng)的新單晶層可在導(dǎo)電類型、電阻率等方面與襯底不同，還可以生長(zhǎng)不同厚度和不同要求的多層單晶，從而大大提高器件設(shè)計(jì)的靈活性和器件的性能。外延工藝還廣泛用于集成電路中的PN結(jié)隔離技術(shù)和大規(guī)模集成電路中改善材料質(zhì)量方面。
[0003]通常的摻雜外延層在整個(gè)襯底上都是同一種類型的外延層，要么都是N型，要么都是P型。但是有時(shí)根據(jù)器件需要，襯底的不同區(qū)域需要外延層的摻雜類型不同，有些區(qū)域要求是N型外延層，有些區(qū)域要求是P型外延層，而且這些外延層的電阻率要求較高，通常在IOOohm.cm以上，例如低電容TVS (瞬態(tài)電壓抑制器)的PIN 二極管。如果通過(guò)先生長(zhǎng)同一類型的外延層，再通過(guò)外延層生長(zhǎng)之后的注入摻雜來(lái)改變外延層的摻雜類型，則注入?yún)^(qū)域的電阻率很難穩(wěn)定地達(dá)到IOOohm.cm以上，因?yàn)闉榱诉_(dá)到IOOohm.cm以上的電阻率，注入劑量必須在107cm2左右，這么小的注入劑量很難穩(wěn)定地控制。即使通過(guò)注入能夠改變摻雜的類型，也要多一道光刻工藝，增加了成本。
[0004]因此，提供一種外延層形成方法，其能夠同時(shí)形成兩種類型的外延層，并且進(jìn)一步的能夠保證電阻率達(dá)到IOOohm.cm以上，這成了本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的一個(gè)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種外延層形成方法及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，以解決現(xiàn)有的外延生長(zhǎng)工藝在整個(gè)襯底上所形成的外延層都是同一種類型的問(wèn)題。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種外延層形成方法，所述外延層形成方法包括:
[0007]提供第一類型襯底；
[0008]對(duì)所述第一類型襯底正面執(zhí)行摻雜工藝，以在所述第一類型襯底正面形成第二類型摻雜區(qū)和未摻雜區(qū)；
[0009]在所述第一類型襯底背面形成阻擋層；
[0010]對(duì)所述第一類型襯底正面執(zhí)行外延生長(zhǎng)工藝，以在所述第二類型摻雜區(qū)上形成第二類型外延層，在所述未摻雜區(qū)上形成第一類型外延層。
[0011]可選的，在所述的外延層形成方法中，在所述第一類型襯底背面形成阻擋層之后，對(duì)所述第一類型襯底正面執(zhí)行外延生長(zhǎng)工藝之前，還包括:
[0012]利用氫氣對(duì)所述第一類型襯底進(jìn)行吹掃。
[0013]可選的，在所述的外延層形成方法中，利用氫氣對(duì)所述第一類型襯底進(jìn)行吹掃的時(shí)間為300s?1000s。
[0014]可選的，在所述的外延層形成方法中，所述阻擋層包括形成于所述第一類型襯底背面的氧化層以及形成于所述氧化層表面的氮化硅層。
[0015]可選的，在所述的外延層形成方法中，所述第一類型襯底的電阻率為IOmohm.cm ?IOOmohm.cm。
[0016]可選的，在所述的外延層形成方法中，對(duì)所述第一類型襯底正面執(zhí)行摻雜工藝包括:
[0017]對(duì)所述第一類型襯底正面執(zhí)行摻雜離子的注入；
[0018]對(duì)所述第一類型襯底正面的摻雜離子進(jìn)行推進(jìn)。
[0019]可選的，在所述的外延層形成方法中，所述摻雜離子的注入劑量為IE1Vcm2?IE16/cm2。
[0020]可選的，在所述的外延層形成方法中，對(duì)所述第一類型襯底正面的摻雜離子進(jìn)行推進(jìn)的工藝溫度為1000°C?1100°C，工藝時(shí)間為20分鐘?40分鐘。
[0021]可選的，在所述的外延層形成方法中，在減壓外延爐中對(duì)所述第一類型襯底正面執(zhí)行外延生長(zhǎng)工藝。
[0022]可選的，在所述的外延層形成方法中，對(duì)所述第一類型襯底正面執(zhí)行外延生長(zhǎng)工藝的工藝溫度為1050°C?1150°C，壓力為20Torr?30Torr。
[0023]可選的，在所述的外延層形成方法中，所述第一類型為P型，所述第二類型為N型；或者，所述第一類型為N型，所述第二類型為P型。
[0024]可選的，在所述的外延層形成方法中，當(dāng)所述第一類型為P型，所述第二類型為N型時(shí)，所述第一類型襯底中摻有硼，所述第二類型摻雜區(qū)中摻有磷。
[0025]可選的，在所述的外延層形成方法中，當(dāng)所述第一類型為N型，所述第二類型為P型時(shí)，所述第一類型襯底中摻有砷，所述第二類型摻雜區(qū)中摻有硼。
[0026]本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括:第一類型襯底；形成于所述第一類型襯底正面的第二類型摻雜區(qū)和未摻雜區(qū)；形成于所述第一類型襯底背面的阻擋層；形成于所述第二類型摻雜區(qū)上的第二類型外延層；及形成于所述未摻雜區(qū)上的第一類型外延層。
[0027]可選的，在所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述阻擋層包括形成于所述第一類型襯底背面的氧化層以及形成于所述氧化層表面的氮化硅層。
[0028]可選的，在所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述第一類型襯底的電阻率為IOmohm.cm?IOOmohm.cm。
[0029]可選的，在所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述第一類型為P型，所述第二類型為N型；或者，所述第一類型為N型，所述第二類型為P型。
[0030]可選的，在所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，當(dāng)所述第一類型為P型，所述第二類型為N型時(shí)，所述第一類型襯底中摻有硼，所述第二類型摻雜區(qū)中摻有磷。
[0031]可選的，在所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，當(dāng)所述第一類型為N型，所述第二類型為P型時(shí)，所述第一類型襯底中摻有砷，所述第二類型摻雜區(qū)中摻有硼。
[0032]在本發(fā)明提供的外延層形成方法及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，通過(guò)在第一類型襯底正面形成第二類型摻雜區(qū)和未摻雜區(qū)，由此在執(zhí)行外延生長(zhǎng)工藝時(shí)，能夠在第二類型摻雜區(qū)上形成第二類型外延層，在未摻雜區(qū)上形成第一類型外延層，即在同一襯底上形成了兩種類型的外延層。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的外延層形成方法的流程示意圖；
[0034]圖2?圖5是本發(fā)明實(shí)施例的外延層形成方法中所形成的器件的剖面示意圖；
[0035]圖6和圖7是本發(fā)明實(shí)施例的外延層形成方法中所形成的外延層的電阻率及載流子濃度示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提出的外延層形成方法及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。根據(jù)下面說(shuō)明和權(quán)利要求書(shū)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0037]請(qǐng)參考圖1，其為本發(fā)明實(shí)施例的外延層形成方法的流程示意圖。如圖1所示，在本申請(qǐng)實(shí)施例中，所述外延層形成方法包括:
[0038]步驟SlO:提供第一類型襯底；
[0039]步驟Sll:對(duì)所述第一類型襯底正面執(zhí)行摻雜工藝，以在所述第一類型襯底正面形成第二類型摻雜區(qū)和未摻雜區(qū)；
[0040]步驟S12:在所述第一類型襯底背面形成阻擋層；
[0041]步驟S13:對(duì)所述第一類型襯底正面執(zhí)行外延生長(zhǎng)工藝，以在所述第二類型摻雜區(qū)上形成第二類型外延層，在所述未摻雜區(qū)上形成第一類型外延層。
[0042]具體的，請(qǐng)參考圖2?圖5，圖2?圖5為本發(fā)明實(shí)施例的外延層形成方法中所形成的器件的剖面示意圖。
[0043]首先，請(qǐng)參考圖2，提供第一類型襯底20，優(yōu)選的，所述第一類型襯底20的電阻率為IOmohm.cm?IOOmohm.cm。在本申請(qǐng)實(shí)施例中，所述第一類型襯底20為P型襯底，優(yōu)選的，所述第一類型襯底20可以通過(guò)在單晶硅襯底中摻雜硼離子而形成。在本申請(qǐng)的其他實(shí)施例中，所述第一類型襯底20也可以為N型襯底，優(yōu)選的，所述第一類型襯底20可以通過(guò)在單晶硅襯底中摻雜砷離子而形成。
[0044]接著，請(qǐng)參考圖3，對(duì)所述第一類型襯底20正面執(zhí)行摻雜工藝，以在所述第一類型襯底20正面形成第二類型摻雜區(qū)21和未摻雜區(qū)22。在此，所述未摻雜區(qū)22是相對(duì)于第一類型襯底20而言的，也就是說(shuō)與第一類型襯底20相同，即在本申請(qǐng)實(shí)施例中，所述未摻雜區(qū)22為摻雜有硼離子的單晶硅。當(dāng)在本申請(qǐng)的其他實(shí)施例中，所述第一類型襯底20通過(guò)在單晶硅襯底中摻雜砷離子而形成時(shí)，則所述未摻雜區(qū)22為摻雜有砷離子的單晶硅。
[0045]在本申請(qǐng)實(shí)施例中，所述第二類型摻雜區(qū)21為N型，優(yōu)選的，所述第二類型摻雜區(qū)21中的摻雜離子為磷。在本申請(qǐng)的其他實(shí)施例中，所述第二類型摻雜區(qū)21也可以為P型，此時(shí)，優(yōu)選的，所述第二類型摻雜區(qū)21中的摻雜離子為硼。
[0046]具體的，對(duì)所述第一類型襯底20正面執(zhí)行摻雜工藝包括:對(duì)所述第一類型襯底20正面執(zhí)行摻雜離子的注入；對(duì)所述第一類型襯底20正面的摻雜離子進(jìn)行推進(jìn)。其中，優(yōu)選的，所述摻雜離子的注入劑量為IE1Vcm2?lE16/cm2。即當(dāng)所述第二類型摻雜區(qū)21為N型，其摻雜離子為磷時(shí)，磷離子的注入劑量為IE1Vcm2?IElfVcm2 ;即當(dāng)所述第二類型摻雜區(qū)21為P型，其摻雜離子為硼時(shí)，硼離子的注入劑量為IE1Vcm2?IElfVcm2。進(jìn)一步的，對(duì)所述第一類型襯底20正面的摻雜離子進(jìn)行推進(jìn)的工藝溫度為1000°C?1100°C，工藝時(shí)間為20分鐘?40分鐘。在本申請(qǐng)實(shí)施例中，通過(guò)對(duì)工藝溫度和工藝時(shí)間的選擇與控制，能夠很好的保證推進(jìn)的效果。
[0047]接著，請(qǐng)參考圖4，在所述第一類型襯底20背面形成阻擋層23。在本申請(qǐng)實(shí)施例中，所述阻擋層23包括形成于所述第一類型襯底20背面的氧化層23A以及形成于所述氧化層23A表面的氮化硅層23B。在此，通過(guò)氧化層23A和氮化硅層23B的雙層結(jié)構(gòu)，有效的封住了第一類型襯底20背面，防止其中的離子游離出來(lái)影響到外延生長(zhǎng)工藝，保證了外延生長(zhǎng)工藝的質(zhì)量及可靠性。
[0048]在本申請(qǐng)實(shí)施例中，在對(duì)所述第一類型襯底20正面執(zhí)行外延生長(zhǎng)工藝之前，先利用氫氣對(duì)所述第一類型襯底20進(jìn)行吹掃。以保證所述第一類型襯底20正面的清潔度，從而保證后續(xù)外延生長(zhǎng)工藝的可靠性。優(yōu)選的，利用氫氣對(duì)所述第一類型襯底20進(jìn)行吹掃的時(shí)間為300s?1000s。
[0049]接著，請(qǐng)參考圖5，對(duì)所述第一類型襯底20正面執(zhí)行外延生長(zhǎng)工藝，以在所述第二類型摻雜區(qū)21上形成第二類型外延層24，在所述未摻雜區(qū)22上形成第一類型外延層25。在本申請(qǐng)實(shí)施例中，所述第二類型外延層24為N型，所述第一類型外延層25為P型。在本申請(qǐng)的其他實(shí)施例中，當(dāng)所述第一類型襯底20為N型時(shí)，所述第二類型外延層24為P型，所述第一類型外延層25為N型。
[0050]在本申請(qǐng)實(shí)施例中，在減壓外延爐中對(duì)所述第一類型襯底20正面執(zhí)行外延生長(zhǎng)工藝。具體的，對(duì)所述第一類型襯底20正面執(zhí)行外延生長(zhǎng)工藝的工藝溫度為1050°C?1150°C，壓力為20Torr?30Torr。在此，通過(guò)對(duì)外延生長(zhǎng)工藝的工藝溫度及壓力的選擇，能夠很好的保證所得到的第二類型外延層24和第一類型外延層25的電阻率達(dá)到IOOohm -cm以上。
[0051]具體的，請(qǐng)參考圖6和圖7，圖6和圖7為本發(fā)明實(shí)施例的外延層形成方法中所形成的外延層的電阻率及載流子濃度示意圖。如圖6和圖7所示，通過(guò)本申請(qǐng)實(shí)施例的外延層形成方法所形成的外延層，即第二類型外延層24和第一類型外延層25的電阻率基本都能夠達(dá)到IOOohm.cm以上，從而能夠很好的滿足一些特殊器件的要求，例如低電容TVS的
PIN 二極管。
[0052]請(qǐng)繼續(xù)參考圖5，通過(guò)上述外延層形成方法，將形成一半導(dǎo)體器件2，所述半導(dǎo)體器件2包括:第一類型襯底20 ;形成于所述第一類型襯底20正面的第二類型摻雜區(qū)21和未摻雜區(qū)22 ;形成于所述第一類型襯底20背面的阻擋層23 ;形成于所述第二類型摻雜區(qū)21上的第二類型外延層24 ;及形成于所述未摻雜區(qū)22上的第一類型外延層25。進(jìn)一步的，所述阻擋層23包括形成于所述第一類型襯底20背面的氧化層23A以及形成于所述氧化層23A表面的氮化娃層23B。所述第一類型襯底20的電阻率為IOmohm.cm?IOOmohm.cm。所述第一類型為P型，所述第二類型為N型；或者，所述第一類型為N型，所述第二類型為P型。當(dāng)所述第一類型為P型，所述第二類型為N型時(shí)，所述第一類型襯底20中摻有硼，所述第二類型摻雜區(qū)21中摻有磷。當(dāng)所述第一類型為N型，所述第二類型為P型時(shí)，所述第一類型襯底20中摻有砷，所述第二類型摻雜區(qū)21中摻有硼。
[0053]在本發(fā)明實(shí)施例提供的外延層形成方法及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，通過(guò)在第一類型襯底正面形成第二類型摻雜區(qū)和未摻雜區(qū)，由此在執(zhí)行外延生長(zhǎng)工藝時(shí)，能夠在第二類型摻雜區(qū)上形成第二類型外延層，在未摻雜區(qū)上形成第一類型外延層，即在同一襯底上形成了兩種類型的外延層。
[0054]上述描述僅是對(duì)本發(fā)明較佳實(shí)施例的描述，并非對(duì)本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種外延層形成方法，其特征在于，包括: 提供第一類型襯底； 對(duì)所述第一類型襯底正面執(zhí)行摻雜工藝，以在所述第一類型襯底正面形成第二類型摻雜區(qū)和未摻雜區(qū)； 在所述第一類型襯底背面形成阻擋層； 對(duì)所述第一類型襯底正面執(zhí)行外延生長(zhǎng)工藝，以在所述第二類型摻雜區(qū)上形成第二類型外延層，在所述未摻雜區(qū)上形成第一類型外延層。
2.如權(quán)利要求1所述的外延層形成方法，其特征在于，在所述第一類型襯底背面形成阻擋層之后，對(duì)所述第一類型襯底正面執(zhí)行外延生長(zhǎng)工藝之前，還包括: 利用氫氣對(duì)所述第一類型襯底進(jìn)行吹掃。
3.如權(quán)利要求2所述的外延層形成方法，其特征在于，利用氫氣對(duì)所述第一類型襯底進(jìn)行吹掃的時(shí)間為300s~1000s。
4.如權(quán)利要求1所述的外延層形成方法，其特征在于，所述阻擋層包括形成于所述第一類型襯底背面的氧化層以及形成于所述氧化層表面的氮化硅層。
5.如權(quán)利要求1所述的外延層形成方法，其特征在于，所述第一類型襯底的電阻率為IOmohm.cm ~IOOmohm.cm。
6.如權(quán)利要求1所述的外延層形成方法，其特征在于，對(duì)所述第一類型襯底正面執(zhí)行摻雜工藝包括: 對(duì)所述第一類型襯底正面執(zhí)行摻雜離子的注入； 對(duì)所述第一類型襯底正面的摻雜離子進(jìn)行推進(jìn)。
7.如權(quán)利要求6所述的外延層形成方法，其特征在于，所述摻雜離子的注入劑量為IE1Vcm2 ~IE1Vcm20
8.如權(quán)利要求6所述的外延層形成方法，其特征在于，對(duì)所述第一類型襯底正面的摻雜離子進(jìn)行推進(jìn)的工藝溫度為1000°C~1100°C，工藝時(shí)間為20分鐘~40分鐘。
9.如權(quán)利要求1所述的外延層形成方法，其特征在于，在減壓外延爐中對(duì)所述第一類型襯底正面執(zhí)行外延生長(zhǎng)工藝。
10.如權(quán)利要求9所述的外延層形成方法，其特征在于，對(duì)所述第一類型襯底正面執(zhí)行外延生長(zhǎng)工藝的工藝溫度為1050°C~1150°C，壓力為20Torr~30Torr。
11.如權(quán)利要求1所述的外延層形成方法，其特征在于，所述第一類型為P型，所述第二類型為N型；或者，所述第一類型為N型，所述第二類型為P型。
12.如權(quán)利要求11所述的外延層形成方法，其特征在于，當(dāng)所述第一類型為P型，所述第二類型為N型時(shí)，所述第一類型襯底中摻有硼，所述第二類型摻雜區(qū)中摻有磷。
13.如權(quán)利要求11所述的外延層形成方法，其特征在于，當(dāng)所述第一類型為N型，所述第二類型為P型時(shí)，所述第一類型襯底中摻有砷，所述第二類型摻雜區(qū)中摻有硼。
14.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括:第一類型襯底；形成于所述第一類型襯底正面的第二類型摻雜區(qū)和未摻雜區(qū)；形成于所述第一類型襯底背面的阻擋層；形成于所述第二類型摻雜區(qū)上的第二類型外延層；及形成于所述未摻雜區(qū)上的第一類型外延層。
15.如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述阻擋層包括形成于所述第一類型襯底背面的氧化層以及形成于所述氧化層表面的氮化硅層。
16.如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一類型襯底的電阻率為IOmohm.cm ~IOOmohm.cm。
17.如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)， 其特征在于，所述第一類型為P型，所述第二類型為N型；或者，所述第一類型為N型，所述第二類型為P型。
18.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，當(dāng)所述第一類型為P型，所述第二類型為N型時(shí)，所述第一類型襯底中摻有硼，所述第二類型摻雜區(qū)中摻有磷。
19.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，當(dāng)所述第一類型為N型，所述第二類型為P型時(shí)，所述第一類型襯底中摻有砷，所述第二類型摻雜區(qū)中摻有硼。
【文檔編號(hào)】H01L21/265GK103943471SQ201410189309
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月6日
【發(fā)明者】劉峰松, 梁博, 史超, 王海紅 申請(qǐng)人:上海先進(jìn)半導(dǎo)體制造股份有限公司