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缺陷选择性外延的生长方法

阅读:1022发布:2020-10-25

专利汇可以提供缺陷选择性外延的生长方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种无 缺陷 选择性 外延 的生长方法,包括:1)在 外延生长 前,对 硅 片 进行预处理,形成厌 氧 表面;2)在厌氧表面,淀积介质层后,经 光刻 、干法 刻蚀 后,形成晶向 沟道 侧壁 和外延生长窗口;并采用炉管热氧化工艺,消耗表面硅损伤层,并通过湿法刻蚀,消除炉管生长在外延生长窗口表面的介质层;3) 硅片 进入外延腔体进行 烘烤 ;4)利用含Si淀积源和含卤族元素 腐蚀 源的反应系统,进行选择性外延淀积,使外延生长。本发明通过对外延淀积晶向调整,并优化淀积 温度 及其他生长条件,生长出无缺陷表面平整的选择性外延,为平面光 波导 功率分路器工艺实现打下坚实 基础 ,并且该选择性外延工艺,也可应用于其他产品。,下面是缺陷选择性外延的生长方法专利的具体信息内容。

1.一种无缺陷选择性外延的生长方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)在外延生长前,对片进行预处理,形成厌表面;
(2)在厌氧表面,淀积介质层后,经光刻、干法刻蚀后,形成晶向沟道侧壁和外延生长窗口;并采用在900~1200℃的炉管热氧化工艺15~60min,消耗表面硅损伤层,并通过湿法刻蚀,消除炉管生长在外延生长窗口表面的介质层;
所述介质层,包括:SiO2,其厚度为0.1~4μm;
对所述沟道侧壁的晶向调整用以消除后续选择性外延淀积时在沟道底部和侧壁形成缺陷;
(3)硅片进入外延腔体进行烘烤;所述烘烤中,其烘烤气氛,包括:氢气;烘烤温度
650~1200℃,烘烤时间为30~3000s;
(4)利用含Si淀积源和含卤族元素腐蚀源的反应系统,进行选择性外延淀积,使外延生长;所述含Si淀积源,包括:SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2或SiH4;含卤族元素腐蚀源,包括:HCL腐蚀气体;所述淀积的温度为450~1250℃;外延生长的压为20~760Torr、外延生长膜厚为0.1~10μm。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤(1)中,采用RCA标准清洗方法,通过增加HF-Last清洗步骤,将硅表面悬挂键替换成不稳定H-Si键,阻止表面硅氧化。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤(2)中,淀积方法,包括:炉管工艺方法、LPCVD或PECVD。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤(2)中,晶向沟道侧壁,为晶向平行或垂直沟道侧壁。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述烘烤气氛为氢气,其流量为5~40slm。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述含卤族元素腐蚀源为HCL腐蚀气体,其流量为0.01~5slm。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤(4)中,外延生长为N型或P型,其掺杂浓度根据器件要求进行调节。

说明书全文

缺陷选择性外延的生长方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种半导体领域中外延的生长方法,特别是涉及一种无缺陷选择性外延的生长方法。

背景技术

[0002] 平面光波导功率分路器(PLC Optical Power Splitter),通过半导体工艺制作光分路器件,光分路的功能在芯片内实现,芯片两端通过封装耦合输入输出的光纤阵列实现和光纤的链接。PLC工艺具有:一、对波长不敏感;二、分光均匀性较好;三、可以拉制1×32路以上分光器件,且分光路数越多单位成本越便宜;四、器件体积较小等优势,市场前景广阔。PLC的缺点:1、技术槛较高,目前光分路芯片靠进口,国内仅几家大学有实验室平;2、国内目前工业生产仅有封装厂商。
[0003] 在实际生产过程中,由于PLC器件耦合器部分要求不同深度台阶式结构,总深度达12μm。该结构功能受深度影响明显,单纯使用刻蚀工艺无法得到满足要求结构,采用传统外延与刻蚀结合的工艺,则具有工艺步骤多,工艺复杂度高等弊端。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种无缺陷选择性外延的生长方法,通过该方法,在外延工艺中实现无缺陷选择性外延的生长,消除传统选择性外延生长存在的SI/SiO2界面缺陷以及小平面效应问题,而且该方法用途广泛。
[0005] 为解决上述技术问题,本发明的无缺陷选择性外延的生长方法,包括:
[0006] (1)在外延生长前,对硅片进行预处理,形成厌表面;
[0007] (2)在厌氧表面,淀积介质层后,经光刻干法刻蚀后,形成晶向沟道侧壁和外延生长窗口;并采用炉管热氧化(900~1200℃,15~60min)工艺,消耗表面硅损伤层,并通过湿法刻蚀,消除炉管生长在外延生长窗口表面的二氧化硅介质层;
[0008] (3)硅片进入外延腔体进行烘烤
[0009] (4)利用含Si淀积源和含卤族元素腐蚀源的反应系统,进行选择性外延淀积,使外延生长。
[0010] 所述步骤(1)中,采用RCA标准清洗方法,通过增加HF-Last清洗步骤,将硅表面悬挂键替换成不稳定H-Si键,阻止表面硅氧化。
[0011] 所述步骤(2)中,淀积方法,包括:炉管、LPCVD(低压化学气相淀积)、PECVD(等离子体增强化学气相沉积法);介质层,包括:SiO2,其厚度为0.1~4μm;晶向沟道侧壁,为晶向平行或垂直沟道侧壁。
[0012] 所述步骤(3)的烘烤中,其烘烤气氛包括:氢气,氢气流量为5~40slm,烘烤温度为650~1200℃,烘烤时间为30~3000s。
[0013] 所述步骤(4)中,含Si淀积源,包括:SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、SiH4;含卤族元素腐蚀源,包括:HCL腐蚀气体,其中,该气体流量为0.01~5slm;淀积的温度为450~1250℃;外延生长的压为20~760Torr、外延生长膜厚为0.1~10μm;外延生长可以为N型或P型,其掺杂浓度可根据器件要求进行调节。
[0014] 采用本发明提供的选择性外延淀积工艺,其外延硅与二氧化硅界面陡直,无缺陷,表面尽量平整,并实现仅在SI表面淀积,在SIO2表面不形核生长。另外,本发明通过对外延淀积晶向调整,并优化淀积温度及其他生长条件,生长出无缺陷表面平整的选择性外延,而且本发明应用广泛,如可应用于平面光波导功率分路器工艺,或其他产品。附图说明
[0015] 下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明:
[0016] 图1是传统选择性外延生长的剖面透射电子显微镜(Transmission electronmicroscopy,TEM)图,其中,A-C是外延工艺窗口与介质层界面区域放大的TEM图;
[0017] 图2是本发明采用的选择性外延生长的剖面TEM图,其中,A-C是外延工艺窗口与介质层界面区域放大的TEM图;
[0018] 图3是传统选择性外延生长的剖面扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)图;
[0019] 图4是本发明采用的选择性外延生长的剖面SEM图。

具体实施方式

[0020] 本发明用于平面光波导功率分路器的无缺陷选择性外延的生长方法,包括:
[0021] (1)在外延生长前,对硅片进行预处理,形成厌氧表面,抑制自然氧化作用,具体步骤为:
[0022] 采用RCA标准清洗方法,通过增加HF-Last清洗步骤,将硅表面悬挂键替换成不稳定H-Si键,阻止表面硅氧化;
[0023] (2)利用介质层淀积工艺,如炉管、LPCVD或PECVD等,形成厚度为0.1~4μm的SiO2介质层后,利用光刻工艺,对硅片表面进行涂胶、曝光等形成器件所需外延生长窗口,利用干法刻蚀工艺在介质层表面刻蚀,并且停在硅表面,形成晶向平行或垂直沟道侧壁和外延生长窗口,并采用炉管热氧化工艺(900~1200℃,15~60min),消耗表面硅损伤层,并通过湿法刻蚀,消除炉管生长在外延生长窗口表面的SiO2介质层;
[0024] (3)硅片进入外延腔体,进行以氢气气氛的烘烤,为外延生长提供完美表面质量
[0025] 其中,氢气流量为5~40slm,烘烤温度为650~1200℃,烘烤时间为30~3000s;
[0026] (4)利用含Si淀积源(如SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2或SiH4等)和HCL腐蚀气体的反应系统,在450~1250℃加热条件下,进行选择性外延淀积,使外延生长。
[0027] 其中,HCL腐蚀气体的流量为0.01~5slm,以保证足够选择比,实现选择性外延;外延生长的压力为20~760Torr、外延生长膜厚为0.1~10μm;外延生长可以为N型或P型,其掺杂浓度可根据器件要求进行调节。
[0028] 按照上述方法进行操作,可有效消除传统选择性外延生长存在的两大问题,即SI/SiO2界面缺陷以及小平面效应,而且采用本发明的选择性外延生长条件,可得到消除这些问题后的质量良好的外延层:
[0029] 1)传统选择性外延生长条件,如图1所示,可以看出外延缺陷沿沟道底部以54度倾斜向硅单晶内部延伸,即传统工艺方法淀积的选择性外延层在界面处存在大量缺陷;而采用本发明所使用的外延生长条件,彻底消除了外延缺陷问题,在沟道底部及侧壁均无明显缺陷生成,如图2所示,即本发明使用的外延生长方式可实现无缺陷外延层;
[0030] 另外,本发明的外延硅与二氧化硅界面陡直,无缺陷,表面尽量平整,并实现仅在SI表面淀积,在SIO2表面不形核生长;
[0031] 2)传统选择性外延生长条件,外延表面呈弧装,严重抑制选择性外延应用,如图3所示,而采用本发明所使用的外延生长条件,极大的改善了该问题,得到平整的外延表面,如图4所示。
[0032] 综上所述,本发明能实现无缺陷、表面平整的选择性外延的生长,而且本发明生长出的外延,可为平面光波导功率分路器工艺实现打下坚实基础。当采用本发明所生成的选择性外延,可形成良好的光通道,降低光分路器耦合损耗。另外,本发明的选择性外延工艺,也可应用于其他产品。
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