功率VDMOS器件用6英寸高性能硅外延材料的工艺研究

摘要

VDMOS因兼有双极晶体管和普通MOS器件的优点，是较为理想的新一代大功率半导体器件。当前正在向高耐压、高频率、大电流、低功耗的方向发展。但随着外延尺寸的增长、外延厚度的增加，外延片在厚度、电阻率均匀性的控制上难度不断加大，外延过渡区的优化、晶格完整性的控制等诸多问题也无法同时满足要求，造成国产的硅外延片质量并不能完全满足VDMOS器件越来越严苛的要求，每年需要大量从国外进行采购，时刻面临受制于人的困境。
　　本研究通过分析外延工艺与外延材料的晶格结构、厚度、电阻率及其均匀性以及纵向电阻率分布之间的对应关系，利用LPE-3061D平板式外延炉进行大面积、高性能的VDMOS用6英寸硅外延层的制备。实验研究了硅外延层沉积速率、生长工艺温度、反应室腔体内的气体流场及热场分布特征等工艺条件对外延厚度和电阻率均匀性、结晶质量等因素的影响，在外延制备过程中通过运用工艺腔体的气体流场和热场控制、石墨基座浅层包硅、主氢载气流变流量吹扫、快速本征生长、二次外延沉积等工艺手段和方法并且加以有机组合，提高了外延层参数的一致性和稳定性，使得外延层的厚度和电阻率均匀性、过渡区宽度等指标得到了很好的控制，外延层的晶格完整性良好。最终经过不断的工艺改进和优化，我们所制备的6英寸VDMOS器件用硅外延片的片内和片间厚度不均匀性均可小于1％，电阻率不均匀性可小于1%，表面光亮，无层错、位错、雾、滑移线等晶格缺陷，过渡区宽度为(3~4)μm，满足了该型器件对硅外延材料的特殊要求。

目录

声明

第一章 绪论

1.1半导体概述

1.2外延层简介

1.3 VDMOS场效应管用外延片

1.4 外延生长设备

第二章 外延层生长工艺

2.1 外延层生长概述

2.2 外延层生长动力学过程

2.3 工艺参数对生长速率的影响

2.4 外延层工艺流程

2.5 外延层生长所要用到的气体

第三章 外延层的生长控制

3.1 外延层的缺陷控制

3.2 外延层厚度控制

3.3 外延层电阻率控制

第四章 外延层的参数一致性控制

4.1 实验材料及设备

4.2 外延生长工艺

4.3 厚度均匀性控制

4.4 电阻率均匀性控制

4.5 过渡区控制

4.6 晶体结构完整性控制

第五章 总结与展望

5.1 总结与讨论

5.2 工作展望

参考文献

致谢