[發明專利]一種高鍺濃度的鍺硅外延方法

有效

• 申請號: 201010533250.3
• 申請日: 2010-11-05
• 公開（公告）號: CN102465336A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發明（設計）人: 繆燕;季偉
• 申請（專利權）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號: C30B25/14
• 分類號: C30B25/14;C30B25/16;C30B29/52
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 王函

技術領域

本發明屬于半導體制造方法，尤其是一種高鍺濃度的鍺硅外延方法。

背景技術

SiGe是繼Si和GaAs之后的又一重要的半導體材料，具有優于純Si材料的良好特性，工藝和制程又可以與硅工藝兼容，SiGe異質結雙極型晶體管(HBT)電性能幾乎可達到GaAs等化合物半導體制作同類器件的水平，其在RF(射頻)尤其是超高頻領域有廣泛應用前景，而且其能與CMOS工藝集成，充分發揮CMOS工藝高集成度、低成本的優勢，同時還能實現SiGe/Si?HBT的高頻性能和低噪聲性能。

鍺因為禁帶寬度較窄(約0.67eV，硅為1.12eV)，與硅結合后在基區形成加速電場，以達到載流子快速輸運特性和器件的高頻特性。HBT電流增益β＝(N_EW_ED_B/N_BW_BD_E)*exp(ΔEg/kt)，鍺的濃度增加能夠提高β值，這樣保證β的同時可以提高基區摻雜濃度，因而降低基區度越時間，改善高頻特性。理論上，要求鍺的濃度盡可能高。從目前的資料來看，鍺濃度一般都低于20％(原子百分比)，而且對于較高鍺濃度的鍺硅外延，沒有公開具體的生長方法。這可能基于以下幾方面的限制，第一，考慮到鍺硅外延在硅外延上太高的鍺濃度，失配較大，容易弛豫產生缺陷；第二，可以通過外延溫度的降低來提高鍺濃度，但外延生長速率會降低很多，我們通過實驗得知，溫度降低30℃，生長速率降低為原來的1/3，使得產能降低，同時通過降溫這種方式對提高鍺濃度有限，溫度降低30℃鍺濃度也就提高了2％；第三，可以通過增加鍺烷流量來提高鍺濃度，但是隨著鍺烷流量的增加，外延生長速率增加，這樣使得鍺濃度的提高有限，我們把流量開到最大，鍺濃度僅提高了2％。因此，第三種方法，想要做到高鍺濃度，必須增加一路鍺烷的流量計，目前我們做10％～20％鍺濃度，因為需要做出Ge梯度(即鍺濃度從高濃度漸變到低濃度)，已經需要兩路鍺烷流量計，所以要做高鍺濃度外延，必須至少需要三路鍺烷，這增加了設備成本及工藝的復雜度。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種高鍺濃度的鍺硅外延方法，不僅鍺濃度要高，比如達到原子百分比為25～35％，而且能保證鍺硅外延沒有缺陷，達到器件要求，同時有足夠的產能(Throughput)。

為解決上述技術問題，本發明提供一種高鍺濃度的鍺硅外延方法，當通入硅烷和鍺烷氣體時，以降低硅烷和鍺烷的百分比來增加鍺硅外延的鍺的含量，在相同的鍺源流量時，隨著硅源流量的降低，鍺濃度有較大的提高，最終能夠得到鍺原子百分比為25～35％的無缺陷的鍺硅外延薄膜。

所述鍺硅外延薄膜中的高鍺濃度區是通過低硅烷分壓來生長的，即以降低硅烷的流量來實現鍺濃度的提高。

所述高鍺濃度區生長時其硅烷流量為20～50sccm，鍺烷流量為300～500sccm，硅烷流量/鍺烷流量為1/20～1/5。

所述高鍺濃度區生長時其硅烷流量為20～50sccm，鍺烷流量為300～500sccm，硅烷流量/鍺烷流量為1/12～1/8。

所述鍺硅外延薄膜中鍺的分布為梯形、矩形或三角形分布。

為了實現鍺硅外延薄膜中高鍺濃度梯形分布，采用如下方法從右往左依次生長低鍺濃度區、高鍺濃度區和低鍺濃度區：首先采用高硅烷分壓生長低鍺濃度區，高硅烷分壓中硅烷流量/鍺烷流量為1/3.5～1/0(1/0表示鍺烷流量已經小到為0sccm)，鍺烷流量為0～100sccm，硅烷流量為50～200sccm；然后再切換到低硅烷分壓生長高鍺濃度區，低硅烷分壓中硅烷流量/鍺烷流量為1/20～1/5，硅烷流量為20～50sccm，鍺烷流量為300～500sccm；最后再切換到高硅烷分壓生長低鍺濃度區，高硅烷分壓中硅烷流量/鍺烷流量為1/3.5～1/0，鍺烷流量為0～100sccm，硅烷流量為50～200sccm。

為了實現鍺硅外延薄膜中高鍺濃度梯形分布，采用如下方法從右往左依次生長硅緩沖層、鍺硅層和硅覆蓋層：首先采用高硅烷分壓生長硅緩沖層，該硅緩沖層生長過程中鍺烷流量為0sccm，硅烷流量為50-200sccm，生長出的硅緩沖層不含鍺，即鍺濃度為0；然后再切換到低硅烷分壓生長鍺硅層，低硅烷分壓中硅烷流量/鍺烷流量為1/20～1/5，硅烷流量為20～50sccm，鍺烷流量為300～500sccm；最后再切換到高硅烷分壓生長硅覆蓋層，該硅覆蓋層生長過程中鍺烷流量為0sccm，硅烷流量為50-200sccm，生長出的硅覆蓋層的鍺濃度為0。