一种低成本高精度的锑杂质掺杂晶圆及其制备方法与流程

电气元件制品的制造及其应用技术1.本发明属于芯片制造工艺技术领域，具体涉及一种低成本高精度的锑杂质掺杂晶圆及其制备方法。背景技术：2.双极集成电路制作中的隐埋层工艺，其主要目的是减少寄生pnp效应，降低npn晶体管收集极串联电阻rcs。从提高晶体管特性来讲，要求隐埋层的掺杂浓度高，扩散结深深，要求晶圆表面无合金点、黑点、白雾等缺陷，对掺杂的均匀性、重复性及产量也有较高的要求。3.为了降低npn晶体管收集极串联电阻rcs，大多数的隐埋层工艺方法是通过“注入锑或者砷+高温退火”两步工艺步骤的方式实现，生产效率较低，且该种方对设备的要求高，需要高能离子注入机和管式扩散炉。技术实现要素：4.针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种低成本高精度的锑杂质掺杂晶圆及其制备方法，简化了锑杂质掺杂步骤，降低了锑杂质掺杂成本。5.本发明是通过以下技术方案来实现：6.一种低成本高精度的锑杂质掺杂晶圆制备方法，其特征在于，包括以下步骤：7.s1：在晶圆上生长掩蔽膜，根据预设电路光刻、腐蚀出埋锑扩散区域并清洗；8.s2：将清洗后的晶圆置入石英炉管的恒温区内采用双温区法进行加热，待温度稳定后加入氧化锑，提高石英炉管温度值，并通入氧气；9.s3：待晶圆和氧化锑充分掺杂后，降低石英炉管温度至预设值后，完成高精度锑杂质掺杂晶圆。10.进一步，所述步骤s1中在晶圆上生长的掩蔽膜为800-1100nm的sio2掩蔽膜。11.进一步，所述步骤s1中在清洗光刻、腐蚀出埋锑扩散区域时采用rca法清洗。12.进一步，所述步骤s2中清洗后的晶圆以15-30cm/min的速度推入石英炉管晶圆区的恒温区内。13.进一步，所述步骤s2中双温区法加热为：石英炉管中的源区加热温度为680-720℃，晶圆区的目标温度为1100-1150℃，升温速率均为6-10℃/min，且通入流量为2-6l/min的氮气。14.进一步，所述步骤s2中石英炉管中加入氧化锑的时需要将氧化锑置入石英源碗中，从石英炉管的石英管尾部以10-25nm/min的速度推至源区的恒温区内。15.进一步，所述步骤s2中石英炉管中晶圆区的温度升至1200-1300℃，升温速率为6-10℃/min，通入流量为2-6l/min的氮气和流量为1-5l/min的氧气，并保持2-4小时。16.进一步，所述步骤s3中石英炉管温度降低的预设值为晶圆区的温度为700-800℃，降温速率为2-8℃/min，氮气通入流量为2-6l/min。17.一种低成本高精度锑杂质掺杂晶圆，基于一种低成本高精度的锑杂质掺杂晶圆制备方法得到。18.进一步，所述锑杂质掺杂晶圆的方块电阻为12-13ω/□，扩散结深为5.5-6.0μm，pn结击穿(1μa)为125-128v。19.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：20.本发明提供一种低成本高精度的锑杂质掺杂晶圆及其制备方法，在晶圆上生长掩蔽膜，根据预设电路光刻、腐蚀出埋锑扩散区域并清洗；将清洗后的晶圆置入石英炉管的恒温区内采用双温区法进行加热，待温度稳定后加入氧化锑，提高石英炉管温度值，并通入氧气，氧气用于保护晶圆表面，防止高温下氮气对晶圆表面造成腐蚀；待晶圆和氧化锑充分掺杂后，降低石英炉管温度至预设值后，完成高精度锑杂质掺杂晶圆；本技术采用双温区法分别控制源区的温度场和晶圆区的扩散温度，通过对源区温度的精确控制可以保证氧化锑的挥发蒸汽浓度，通过对晶圆区温度的精确控制，可以在保证晶圆表面质量的同时保证杂质扩散的纵向深度；相对于现有技术中的工艺方法，本技术可以显著提高晶圆表面的杂质掺杂浓度及扩散结深，对npn晶体管的收集极的串联电阻降低有明显效果；同时，本技术通过一步工艺步骤即可实现锑杂质的高精度掺杂，同时每炉可加工200片晶圆，大幅提高了生产效率，降低了生产加工的成本。附图说明21.图1为本发明一种低成本高精度的锑杂质掺杂晶圆制备方法流程图。22.图2为本发明具体实施例中锑杂质掺杂示意图。具体实施方式23.下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。24.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。25.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。26.本发明提供一种低成本高精度的锑杂质掺杂晶圆制备方法，包括以下步骤：27.s1：在晶圆上生长掩蔽膜，根据预设电路光刻、腐蚀出埋锑扩散区域并清洗；28.s2：将清洗后的晶圆置入石英炉管的恒温区内采用双温区法进行加热，待温度稳定后加入氧化锑，提高石英炉管温度值，并通入氧气，具体的，所述氧气用于保护晶圆表面，防止加热过程中氮气对晶圆表面的腐蚀；29.s3：待晶圆和氧化锑充分掺杂后，降低石英炉管温度至预设值后，完成高精度锑杂质掺杂晶圆。30.优选的，所述步骤s1中在晶圆上生长的掩蔽膜为800-1100nm的sio2掩蔽膜。31.优选的，所述步骤s1中在清洗光刻、腐蚀出埋锑扩散区域时采用rca法清洗。32.优选的，所述步骤s2中清洗后的晶圆以15-30cm/min的速度推入石英炉管晶圆区的恒温区内。33.优选的，所述步骤s2中双温区法加热为：石英炉管中的源区加热温度为680-720℃，晶圆区的目标温度为1100-1150℃，升温速率均为6-10℃/min，且通入流量为2-6l/min的氮气。34.优选的，所述步骤s2中石英炉管中加入氧化锑的时需要将氧化锑置入石英源碗中，从石英炉管的石英管尾部以10-25nm/min的速度推至源区的恒温区内。35.优选的，所述步骤s2中石英炉管中晶圆区的温度升至1200-1300℃，升温速率为6-10℃/min，通入流量为2-6l/min的氮气和流量为1-5l/min的氧气，并保持2-4小时。36.优选的，所述步骤s3中石英炉管温度降低的预设值为晶圆区的温度为700-800℃，降温速率为2-8℃/min，氮气通入流量为2-6l/min。37.实施例1：38.以《111》晶向的p型晶圆为例，39.在《111》晶向的p型晶圆的晶圆上生长800nm的sio2掩蔽膜，基于预设电路设计光刻、腐蚀出埋锑扩散区域，随后对晶圆进行标准的rca法清洗。40.清洗完成后将晶圆竖直装载于专用石英载舟上，装载完成后将石英载舟以15cm/min的速度推入石英炉管晶圆区的恒温区内。41.将源区的温度设定在680℃之间，将晶圆区的目标温度设定为1100℃，升温速率设定为6℃/min，炉内氮气的流量大小为2l/min。42.待晶圆区的温度达到设定值并稳定后，将氧化锑置于专用石英源碗内，从石英管尾部以10cm/min的速度推入源区的恒温区内，随后将晶圆区的目标温度设定为1200℃，升温速率设定为6℃/min，炉内氮气的流量大小为2l/min，氧气流量为1l/min，在该温度及气氛条件下保持2小时。43.保持时间结束后，将晶圆区目标温度设定为700℃开始降温，降温速率设定为2℃/min，炉内氮气的流量大小为2l/min。待目标温度稳定后，将载片石英舟以15cm/min的速度拉出石英管。44.得到的锑杂质掺杂晶圆方块电阻为12ω/□，扩散结深为6.0um，pn结击穿(1ua)为125v，表面缺陷为1个。45.实施例2：46.以《111》晶向的p型晶圆为例，47.在《111》晶向的p型晶圆的晶圆上生长1100nm的sio2掩蔽膜，基于预设电路设计光刻、腐蚀出埋锑扩散区域，随后对晶圆进行标准的rca法清洗。48.清洗完成后将晶圆竖直装载于专用石英载舟上，装载完成后将石英载舟以30cm/min的速度推入石英炉管晶圆区的恒温区内。49.将源区的温度设定在720℃之间，将晶圆区的目标温度设定为1150℃，升温速率设定为10℃/min，炉内氮气的流量大小为6l/min。50.待晶圆区的温度达到设定值并稳定后，将氧化锑置于专用石英源碗内，从石英管尾部以25cm/min的速度推入源区的恒温区内，随后将晶圆区的目标温度设定为1300℃，升温速率设定为10℃/min，炉内氮气的流量大小为6l/min，氧气流量为5l/min，在该温度及气氛条件下保持4小时。51.保持时间结束后，将晶圆区目标温度设定为880℃开始降温，降温速率设定为8℃/min，炉内氮气的流量大小为6l/min。待目标温度稳定后，将载片石英舟以30cm/min的速度拉出石英管。52.得到的锑杂质掺杂晶圆方块电阻为12ω/□，扩散结深为5.7um，pn结击穿(1ua)为126v，表面缺陷为2个。53.实施例3：54.以《111》晶向的p型晶圆为例，55.在《111》晶向的p型晶圆的晶圆上生长950nm的sio2掩蔽膜，基于预设电路设计光刻、腐蚀出埋锑扩散区域，随后对晶圆进行标准的rca法清洗。56.清洗完成后将晶圆竖直装载于专用石英载舟上，装载完成后将石英载舟以22.5cm/min的速度推入石英炉管晶圆区的恒温区内。57.将源区的温度设定在700℃之间，将晶圆区的目标温度设定为1125℃，升温速率设定为8℃/min，炉内氮气的流量大小为4l/min。58.待晶圆区的温度达到设定值并稳定后，将氧化锑置于专用石英源碗内，从石英管尾部以17.5cm/min的速度推入源区的恒温区内，随后将晶圆区的目标温度设定为1250℃，升温速率设定为8℃/min，炉内氮气的流量大小为4l/min，氧气流量为3l/min，在该温度及气氛条件下保持3小时。59.保持时间结束后，将晶圆区目标温度设定为790℃开始降温，降温速率设定为5℃/min，炉内氮气的流量大小为4l/min。待目标温度稳定后，将载片石英舟以22.5cm/min的速度拉出石英管。60.得到的锑杂质掺杂晶圆方块电阻为13ω/□，扩散结深为5.5um，pn结击穿(1ua)为128v，表面缺陷为3个。61.本发明提供一种低成本高精度锑杂质掺杂晶圆，基于一种低成本高精度的锑杂质掺杂晶圆制备方法得到；具体的，所述锑杂质掺杂晶圆的方块电阻为12-13ω/□，扩散结深为5.5-6.0μm，pn结击穿1μa为125-128v。62.进一步的，将本技术所述的一种低成本高精度的锑杂质掺杂晶圆制备方法得到的一种低成本高精度锑杂质掺杂晶圆应用于npn管芯片制作过程中，随后在半导体芯片的生产线上进行流片；63.采用两种工艺设计进行流片，64.工艺一：现有技术为注入“sb元素”+高温退火，实现埋锑层的掺杂；工艺二：采用本技术的方案，利用这两种工艺方进行了对比工艺加工，埋锑工艺完成后及流片完成对得到的晶圆进行出片前测试，晶圆采用五点法测试，即在晶圆的上中下左右各随机检测一个管芯进行参数测试。65.两种工艺方法的单项工艺参数及流片结果对比如表1所示。66.表1两种工艺方法的单项工艺参数及流片结果对比[0067][0068][0069]经对采用两种不同采用不同埋锑层制作的工艺方法进行对比测试，采用本技术方案相较于现有技术中的埋锑工艺，埋锑掺杂完成后的方块电阻更小，扩散结深更深，pn结击穿电压更高，收集极串联电阻更小，表面缺陷更少。[0070]最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。









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