一种外延生长方法和P型硅外延结构与流程

本发明涉及半导体，具体涉及外延生长方法和p型硅外延结构。

背景技术：

1、随着硅半导体器件和集成电路的高度发展，先进制程中对于器件的高集成度、储存单元的漏电流等诸多方面的要求也越来越高，外延生长工艺(epi)应运而生。

2、轻掺硅外延硅层/重掺衬底的材料结构作为现代电力电子器件、光电探测器件等的功能材料，利用外延硅层的生长方式可以有效改善原始硅单晶衬底的晶体质量，但工艺难度体现在外延生长过程始终受到外延系统、衬底等背景因素自掺杂的严重影响，过渡层结构占比较大，而且界面处的缺陷(defect)严重，严重影响后续的外延生长过程，造成外延硅层的缺陷和衬底界面附近出现反型层。

3、目前对于解决重掺b衬底造成的后续n型外延硅层夹层和界面处的defect多采用提高重掺硼(b)单晶质量，或在外延生长时先长一层低阻层作为过渡层的办法，但是对于重掺p衬底的p型外延生长却效果不佳，这是由于掺磷(p)是间隙式掺杂，比替位掺杂的b更易扩散，而且p极易在表面富集引起下一外延硅层的defect问题。

4、目前，针对于重掺p衬底引起的外延硅层位错和界面缺陷的方法还可以是高温hcl处理以减少夹层厚度和defect。但是这样处理效果较差而且会破坏衬底界面进而继续引起位错，最终导致芯片性能及可靠性受到影响。

技术实现思路

1、本申请在于提供一种外延生长方法和p型硅外延结构，以解决上述背景技术中所存在的技术问题。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种外延生长方法，包括：

3、提供一p型半导体衬底；

4、将所述p型半导体衬底在氢气氛围下进行第一次高温热处理，通入第一硅基气体并以磷烷作为掺杂气体在所述p型半导体衬底上生长重掺磷外延硅层；

5、在氢气氛围下进行第二次高温热处理生成磷化氢，以去除所述重掺磷外延硅层表面残留的磷原子和含磷副产物；

6、在氢气氛围下进行第三次高温热处理，通入第二硅基气体并以硼烷作为掺杂气体在去除所述磷原子和含磷副产物后的所述重掺磷外延硅层上生长轻掺硼外延硅层。

7、在一些实施例中，所述磷烷的浓度为500ppm，所述第一次高温热处理的温度范围包括650℃～900℃，压力范围包括10torr～500torr。

8、在一些实施例中，对所述p型半导体衬底进行处理使其生长厚度为1000a～3000a的所述重掺磷外延硅层。

9、在一些实施例中，所述生长重掺磷外延硅层中所述磷原子的掺杂浓度为2e20atom/cm3～3e20atom/cm3。

10、在一些实施例中，所述第二次高温热处理的温度范围包括550℃～750℃，压力范围包括300～500torr，且所述第二次高温热处理的氢气持续通入时长范围包括1000s-5000s。

11、在一些实施例中，所述硼烷的浓度为50ppm，第三次高温热处理的温度范围包括600℃～900℃，压力范围包括10torr～80torr，所述生长轻掺硼外延硅层中硼原子的掺杂浓度小于1e17atom/cm3。

12、在一些实施例中，所述第一硅基气体和所述第二硅基气体均包括硅烷、二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯氢硅中的任意一种或多种。

13、在一些实施例中，所述第一硅基气体为所述二氯二氢硅，所述第一次高温热处理的压力范围包括300torr～500torr。

14、在一些实施例中，所述第二硅基气体包括所述硅烷和所述二氯二氢硅中的一种或两种。

15、第二方面，本申请还提供一种p型硅外延结构，采用第一方面任一项所述的外延生长方法制造得到。

16、本申请在将所述p型半导体衬底在氢气氛围下进行第一次高温热处理，通入第一硅基气体并以磷烷作为掺杂气体在所述p型半导体衬底上生长重掺磷外延硅层，在氢气氛围下进行第二次高温热处理生成磷化氢，以去除所述重掺磷外延硅层表面残留的磷原子和含磷副产物，在氢气氛围下进行第三次高温热处理，通入第二硅基气体并以硼烷作为掺杂气体在去除所述磷原子和含磷副产物后的所述重掺磷外延硅层上生长轻掺硼外延硅层。由于生长重掺磷外延硅层后持续不断注入氢气，利用高温下氢气h2和磷原子p、含磷副产物的可逆反应，使得不断生成ph3被不断注入的氢气h2吹走，从而不断地消耗重掺磷外延硅层界面处的磷原子p和含磷副产物，最终达到减少重掺磷外延硅层与轻掺硼外延硅层界面处的defect，避免轻掺硼外延硅层的位错，以及表面大量富集的p因“自掺杂”效应引起的外延层夹层导致的外延层电阻率异常。

技术特征：

1.一种外延生长方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征在于，所述磷烷的浓度为500ppm，所述第一次高温热处理的温度范围包括650℃～900℃，压力范围包括10torr～500torr。

3.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征在于，对所述p型半导体衬底进行处理使其生长厚度为1000a～3000a的所述重掺磷外延硅层。

4.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征在于，所述生长重掺磷外延硅层中所述磷原子的掺杂浓度为2e20atom/cm3～3e20atom/cm3。

5.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征在于，所述第二次高温热处理的温度范围包括550℃～750℃，压力范围包括300torr～500torr，且所述第二次高温热处理的氢气持续通入时长范围包括1000s-5000s。

6.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征在于，所述硼烷的浓度为50ppm，第三次高温热处理的温度范围包括600℃～900℃，压力范围包括10torr～80torr，所述生长轻掺硼外延硅层中硼原子的掺杂浓度小于1e17atom/cm3。

7.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征在于，所述第一硅基气体和所述第二硅基气体均包括硅烷、二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯氢硅中的任意一种或多种。

8.根据权利要求7所述的外延生长方法，其特征在于，所述第一硅基气体为所述二氯二氢硅，所述第一次高温热处理的压力范围包括300torr～500torr。

9.根据权利要求7所述的外延生长方法，其特征在于，所述第二硅基气体包括所述硅烷和所述二氯二氢硅中的一种或两种。

10.一种p型硅外延结构，其特征在于，采用如权利要求1-9中任一项所述的外延生长方法制造得到。

技术总结
本申请提供一种外延生长方法和P型硅外延结构，该方法包括：提供一P型半导体衬底；将所述P型半导体衬底在氢气氛围下进行第一次高温热处理，通入第一硅基气体并以磷烷作为掺杂气体在所述P型半导体衬底上生长重掺磷外延硅层；在氢气氛围下进行第二次高温热处理生成磷化氢，以去除所述重掺磷外延硅层表面残留的磷原子和含磷副产物；在氢气氛围下进行第三次高温热处理，通入第二硅基气体并以硼烷作为掺杂气体在去除所述磷原子和含磷副产物后的所述重掺磷外延硅层上生长轻掺硼外延硅层。本申请减少重掺磷外延硅层与轻掺硼外延硅层界面处的损耗，避免轻掺硼外延硅层的位错以及电阻率异常。

技术研发人员：陈正松,许良勇,程威,王卫星
受保护的技术使用者：湖北江城芯片中试服务有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15