[發明專利]半導體晶體的制造方法

無效

• 申請號: 01800613.2
• 申請日: 2001-03-23
• 公開（公告）號: CN1365515A
• 公開（公告）日: 2002-08-21
• 發明（設計）人: 神澤好彥;能澤克彌;齋藤徹;久保實
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: H01L21/205
• 分類號: H01L21/205;C23C16/42;//C30B29/36
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 汪惠民

技術領域

本發明涉及由硅(Si)原子、鍺(Ge)原子和碳(C)原子組成的半導體晶體的制造方法。

背景技術

眾所周知，由Si和Ge組成的混晶半導體(SiGe)是一種能與Si形成異質結構、制造超高速半導體器件的材料。但是，由于SiGe的晶格常數比Si的大，因此、在Si層上外延生長SiGe層時，在SiGe層上產生非常大的壓縮應變。為此，在Si層上淀積超過一定膜厚(臨界膜厚)的SiGe層時、在SiGe晶體上就伴隨發生位錯等缺陷、緩和晶體中應變的現象。還有，即使在剛剛晶體生長后沒有缺陷的情況下、在半導體工藝中施加不可缺少的熱處理時很容易發生缺陷，特別是Ge含量高的SiGe晶體中更容易發生缺陷。也就是說，SiGe晶體耐熱性低，從器件制造的觀點看它具有并不希望的性質。還有、在Si/SiGe異質結部、能帶的偏移僅發生在價帶，因此、由于載流子的限制僅發生在價帶，當用Si/SiGe異質結構的SiGe層作溝道制作MOS晶體管時，只能制作用空穴做載流子的P型溝道。

為彌補上述Si_1-XGe_X晶體的弱點，最近特別重視Si、Ge和C組成的混晶半導體(SiGeC)。C是原子半徑比Si和Ge小的元素，將C導入晶體中時，就能減少晶體的晶格常數、能夠減少晶體中的應變，還有、由于這樣做能夠減少蓄積在晶體中應變的量，因而能夠提高耐熱性。進一步、在Si/SiGeC異質結部、當Ge及C的含量高時(Ge百分之幾十、C百分之幾)能夠使SiGeC層的價帶和導帶兩者中的任何一方都能產生能帶的偏移，這時、載流子限制能發生在導帶與價帶二者的任何一個中，不只能制作P溝道型晶體管，也能制作n溝道型晶體管。

進一步、將C導入SiGe層也能發揮抑制硼等雜質擴散的功能。這時、用的是C原子含量小于0.1％的SiGeC晶體。

如后面所述，因為SiGeC晶體不能用熔融法等在熱平衡狀態下進行的方法形成，該晶體的形成從來都是用分子束外延(Molecular?BeamEpitaxy：MBE)、化學氣相淀積(Chemical?Vapor?Deposition：CVD)等在非熱平衡狀態下進行的晶體生長技術。

其中的MBE法是在300-500℃的超高真空條件下、使原料原子蒸發向襯底上，使晶體在襯底上生長的方法。但是，這種方法有必須交換原料、不能在微小凹面上生長晶體、襯底難于大口徑化等缺點，不適于SiGeC晶體的大量生產。

其次，在CVD法中、常用的是Rapid?Thermal?Chemical?Vapor?Deposition(RT-CVD)法，Limited?Reaction?Processing(LRP)法，這是在中—高真空下將原料氣體和多量的氫氣一起導入，在加熱的襯底上生長晶體的方法。SiGeC晶體的情況下、所用的Si原料主要是硅烷(SiH₄)，Ge原料主要是GeH₄，C原料主要是一甲基硅烷(SiH₃CH₃)、乙烯(C₂H₄)或者乙炔(C₂H₂)等。還有、晶體生長與過去SiGe層生長一樣在550-600℃的溫度條件下進行。

發明內容

由于SiGeC晶體應變和能帶偏移控制的自由度格外的大，它是超過SiGe晶體的能實現多樣、高性能器件的材料，但是由于下述性質SiGeC晶體不易制作。

首先，C原子在Si、Ge中的固溶度非常低(熱平衡狀態下在Si中約10¹⁷/cm³、在Ge中約10⁸/cm³)、不可能用熔融法等在熱平衡狀態下進行的方法制作C含量高的(％量級)SiGe晶體。

還有、C原子具有不僅占據晶體的晶格位置而且容易進入晶格間隙的性質，進入晶格間隙的C原子成為載流子的復合中心，對器件特性產生壞的影響。

進一步，在SiGeC晶體中，C與Si有選擇性結合的傾向，在局部地方容易生成結晶性碳化硅(SiC)。還有、SiC有時也采用接近無定形的結構。還有、因晶體生長條件、也容易形成C的凝聚物。這些局部的構造，成為產生結晶性降低的原因。

這樣，在Si層上外延生長C含量較高、而且半導體器件可以應用的具有均質性(沒有SiC晶體等局部性結構)的SiGeC晶體是非常困難的，也就是說在Si層上外延生長C含量較高、缺陷密度較低的高質量的SiGeC層是非常困難的。