[發(fā)明專(zhuān)利]鍺硅外延生長(zhǎng)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410138306.3
• 申請(qǐng)日: 2014-04-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103928319A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹威;江潤(rùn)峰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L21/331
• 分類(lèi)號(hào): H01L21/331;H01L21/306
• 代理公司: 上海思微知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31237
• 代理人: 王宏婧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鍺硅外延生長(zhǎng)方法。

背景技術(shù)

異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（Hetero-junction?Bipolar?Transistor，簡(jiǎn)稱(chēng)HBT）的基區(qū)（base）常采用異質(zhì)結(jié)SiGe外延結(jié)構(gòu)。其原理是在基區(qū)摻入Ge組分，通過(guò)減小能帶寬度，從而使基區(qū)少子從發(fā)射區(qū)到基區(qū)跨越的勢(shì)壘高度降低，從而提高發(fā)射效率γ，因而，很大程度上提高了電流放大系數(shù)β。在滿(mǎn)足一定的放大系數(shù)的前提下，基區(qū)可以重?fù)诫s，并且可以做得較薄，這樣就減少了載流子的基區(qū)渡越時(shí)間，從而提高器件的截止頻率fT（Cut-Off?Frequency），這正是異質(zhì)結(jié)在超高速，超高頻器件中的優(yōu)勢(shì)所在。

外延（Epitaxy，簡(jiǎn)稱(chēng)Epi）工藝是指在單晶襯底上生長(zhǎng)一層跟襯底具有相同晶格排列的單晶材料，外延層可以是同質(zhì)外延層（Si/Si），也可以是異質(zhì)外延層（SiGe/Si或SiC/Si等）；同時(shí)，實(shí)現(xiàn)外延生長(zhǎng)也有很多方法，包括分子束外延（MBE），超高真空化學(xué)氣相沉積（UHV/CVD），常壓及減壓外延（ATM&RP?Epi）等等。

根據(jù)生長(zhǎng)方法可以將外延工藝分為兩大類(lèi)：全外延（Blanket?Epi）生長(zhǎng)和選擇性外延（Selective?Epi，簡(jiǎn)稱(chēng)SEG）生長(zhǎng)。同質(zhì)全外延工藝氣體中常用三種含硅氣體源：硅烷（SiH₄），二氯硅烷（SiH₂Cl₂，簡(jiǎn)稱(chēng)DCS）和三氯硅烷（SiHCl₃，簡(jiǎn)稱(chēng)TCS）；異質(zhì)全外延工藝中還要用到含Ge和C的氣體鍺烷（GeH₄）和甲基硅烷（SiH₃CH₃）；選擇性外延工藝中還需要用到刻蝕性氣體氯化氫（HCl），反應(yīng)中的載氣一般選用氫氣（H₂）。

選擇性外延工藝的實(shí)現(xiàn)一般通過(guò)調(diào)節(jié)外延沉積和原位（in-situ）刻蝕的相對(duì)速率大小來(lái)實(shí)現(xiàn)，所用氣體一般為含氯（Cl）的硅源氣體DCS，利用反應(yīng)中Cl原子在硅表面的吸附小于氧化物或者氮化物來(lái)實(shí)現(xiàn)外延生長(zhǎng)的選擇性；由于SiH₄不含Cl原子而且活化能低，一般僅應(yīng)用于低溫全外延工藝；而另外一種常用硅源TCS蒸氣壓低，在常溫下呈液態(tài)，需要通過(guò)H₂鼓泡來(lái)導(dǎo)入反應(yīng)腔，但價(jià)格相對(duì)便宜，常利用其快速的生長(zhǎng)率（可達(dá)到5um/min）來(lái)生長(zhǎng)比較厚的硅外延層，這在硅外延片生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。由于本征硅的導(dǎo)電性能很差，其電阻率一般在200ohm-cm以上，通常在外延生長(zhǎng)的同時(shí)還需要摻入雜質(zhì)氣體（dopant）來(lái)滿(mǎn)足一定的器件電學(xué)性能。雜質(zhì)氣體可以分為N型和P型兩類(lèi)：常用N型雜質(zhì)氣體包括磷烷（PH₃）和砷烷（AsH₃），而P型則主要是硼烷（B₂H₆）。

現(xiàn)有的鍺硅外延生長(zhǎng)工藝通常包括：清洗單晶硅襯底；在所述單晶硅襯底表面生長(zhǎng)鍺硅外延層。由此所形成的鍺硅外延層存在一定的缺陷，具體表現(xiàn)為層錯(cuò)、位錯(cuò)等的晶格缺陷，可相應(yīng)參考圖1。如圖1所示，由于缺陷11的存在，鍺硅外延層10不是非常的平整，由此，往往將造成所形成的產(chǎn)品的失效。

因此，如何避免鍺硅外延層中的缺陷，成了本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的一大難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鍺硅外延生長(zhǎng)方法，以解決現(xiàn)有的鍺硅外延生長(zhǎng)方法所形成的鍺硅外延層中具有缺陷的問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種鍺硅外延生長(zhǎng)方法，所述鍺硅外延生長(zhǎng)方法包括：

清洗單晶硅襯底；

對(duì)所述單晶硅襯底表面執(zhí)行原位刻蝕；

在所述單晶硅襯底表面生長(zhǎng)鍺硅外延層。

可選的，在所述的鍺硅外延生長(zhǎng)方法中，對(duì)所述單晶硅襯底表面執(zhí)行原位刻蝕的工藝步驟與在所述單晶硅襯底表面生長(zhǎng)鍺硅外延層的工藝步驟在同一機(jī)臺(tái)中執(zhí)行。

可選的，在所述的鍺硅外延生長(zhǎng)方法中，對(duì)所述單晶硅襯底表面執(zhí)行原位刻蝕中，刻蝕去除的為自然生長(zhǎng)的氧化層。

可選的，在所述的鍺硅外延生長(zhǎng)方法中，利用干法化學(xué)性刻蝕對(duì)所述單晶硅襯底表面執(zhí)行原位刻蝕。

可選的，在所述的鍺硅外延生長(zhǎng)方法中，對(duì)所述單晶硅襯底表面執(zhí)行原位刻蝕的反應(yīng)氣體為NF₃和NH₃。

可選的，在所述的鍺硅外延生長(zhǎng)方法中，分兩個(gè)階段對(duì)所述單晶硅襯底表面執(zhí)行原位刻蝕，其中，第一階段的工藝溫度為10℃～50℃；第二階段的工藝溫度為100℃～300℃。