[發明專利]一種純鍺外延生長的方法

在審

• 申請號: 201410081494.0
• 申請日: 2014-03-06
• 公開（公告）號: CN104900482A
• 公開（公告）日: 2015-09-09
• 發明（設計）人: 王桂磊;趙超
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/205
• 代理公司: 北京漢昊知識產權代理事務所(普通合伙) 11370
• 代理人: 朱海波

技術領域

本發明涉及一種薄膜生長方法，特別地，涉及一種高質量純鍺薄膜的生長方法。

技術背景

當前通過單一縮減特征尺寸來降低成本的方法已經遇到了瓶頸，特別是當特征尺寸降至150nm以下時，很多物理參數不能按比例變化，例如硅禁帶寬度Eg、費米勢界面態及氧化層電荷Qox、熱電勢Vt以及pn結自建勢等等，這些將影響按比例縮小的器件性能。

為了進一步改進器件性能，人們將應力引入MOSFET溝道區，用來改善載流子的遷移率，提升器件性能。例如表1中所示：

如果在傳統的Si襯底中使用純鍺材料作為MOS管溝道，我們可以看出，電子的遷移率是Si材料的2.4倍，空穴的遷移率是Si材料的4.4倍，但是在隨著集成電路IC工藝技術節點的下降和尺寸的縮小，MOS管的驅動電流遠達不到具體工藝節點電源電壓所要求的值，特別是到了16&14nm工藝節點以下，Si材料載流子遷移率的退化嚴重，無法適用于器件性能的需求，新材料鍺的應用勢在必行，而且鍺材料和現行的及可預料的硅制造工藝相兼容，并能在16&14nm工藝技術代以下引入并用于提升PMOS載流子空穴的遷移率，另III-V族化合物GaAs，InAs，InSb在提升NMOS晶體管電子的遷移率也將有非常廣泛的用途。

發明內容

本發明提供了一種使用在硅襯底上面外延生長純Ge的方法，而且可以通入不同的摻雜的氣體，可以實現P型或N型的摻雜，為制造IC先進制造工藝MOS晶體管提供高質量的純Ge薄膜。具體的，該方法包括以下步驟：

a.提供反應腔，并對其進行預清洗，清潔腔體表面覆蓋的薄膜；

b.傳輸硅片(100)至反應腔中；

c.對所述硅片(100)進行前烘，即在1060℃中放置120秒，去除硅片(100)表面的自然氧化層；

d.生長鍺，生長過程包括以下步驟：

d1.在硅片(100)表面進行鍺種子層淀積，形成鍺種子層(110)；

d2.對所述鍺種子層(110)進行快速熱退火；

d3.在所述鍺種子層(110)表面淀積鍺，形成鍺膜(120)；

d4.對所述鍺膜(120)進行恒溫退火；

e.從傳輸硅片(100)出腔體。

其中，在步驟b中，前烘的溫度為1060℃，時間為120秒。

其中，步驟d1的具體過程為：在溫度為350～420℃，壓力為10Torr的條件下，以H₂作為裝載氣體，在反應腔中通入GeH₄或者Ge₂H₆，其中H₂流量為10-180slm，優選值為20slm；GeH4或者Ge2H6在H₂中的比例為10％，其流量為20-500sccm，優選值為450sccm；反應時間為10-20min，優選值為15min。

其中，步驟d2中快速熱退火的反應溫度為780℃，且不限定升溫速率；反應壓力為10Torr；H₂流量為10-180slm，優選值為20slm；反應時間為2min。

其中，步驟d3中鍺淀積的反應溫度為500-700℃，優選值為650℃；反應壓力為10Torr；H₂流量為10-180slm，優選值為20slm；GeH4或者Ge2H6在H₂中的比例為10％，其流量為20-500sccm，優選值為450sccm；反應時間為10-20min，優選值為15min。

其中，在步驟d3中可以通入P型摻雜或者N型摻雜的氣體進行鍺薄膜的原位摻雜。

其中，所述P型摻雜氣體可以是B2H6等，所述N型摻雜氣體可以是PH3，ASH3等。

其中，步驟d4中恒溫退火的反應溫度為825℃℃；反應壓力為10Torr；H₂流量為10-180slm，優選值為20slm；反應時間為30-40min，優選值為40min。

本發明提供的方法在Si襯底上外延一層Ge，可以在和目前Si工藝兼容的情況下，引入高遷移率材料的同時，方法簡單，成本較低，有效地改善了器件性能而不增加工藝復雜度。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：

圖1是根據本發明的鍺的外延生長方法的一個具體實施方式的流程圖；