CN100442441C - 形成外延层的方法和设备 - Google Patents
形成外延层的方法和设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN100442441C CN100442441C CNB038234548A CN03823454A CN100442441C CN 100442441 C CN100442441 C CN 100442441C CN B038234548 A CNB038234548 A CN B038234548A CN 03823454 A CN03823454 A CN 03823454A CN 100442441 C CN100442441 C CN 100442441C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gas
- growth
- epitaxial loayer
- silicon
- nitrogen
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 52
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 30
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 22
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 claims description 14
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 5
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 abstract 2
- 229910052756 noble gas Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 229910021480 group 4 element Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 150000002835 noble gases Chemical class 0.000 abstract 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 24
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 24
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 229910000078 germane Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 3
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 3
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 3
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- KCFIHQSTJSCCBR-UHFFFAOYSA-N [C].[Ge] Chemical compound [C].[Ge] KCFIHQSTJSCCBR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 2
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910003811 SiGeC Inorganic materials 0.000 description 1
- HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N [C].[Si] Chemical compound [C].[Si] HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ge] Chemical compound [Si].[Ge] LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- QUZPNFFHZPRKJD-UHFFFAOYSA-N germane Chemical compound [GeH4] QUZPNFFHZPRKJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052986 germanium hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- UIUXUFNYAYAMOE-UHFFFAOYSA-N methylsilane Chemical compound [SiH3]C UIUXUFNYAYAMOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000001289 rapid thermal chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 238000002230 thermal chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000000038 ultrahigh vacuum chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
- PICXIOQBANWBIZ-UHFFFAOYSA-N zinc;1-oxidopyridine-2-thione Chemical class [Zn+2].[O-]N1C=CC=CC1=S.[O-]N1C=CC=CC1=S PICXIOQBANWBIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/0445—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising crystalline silicon carbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/52—Alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02367—Substrates
- H01L21/0237—Materials
- H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
- H01L21/02381—Silicon, silicon germanium, germanium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
- H01L21/02529—Silicon carbide
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
- H01L21/02532—Silicon, silicon germanium, germanium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02612—Formation types
- H01L21/02617—Deposition types
- H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
本发明提供一种包括在硅衬底上通过化学气相沉积沉积一个基于第IV族元素的外延层的步骤的制造半导体器件的方法,其中使用氮气或一种惰性气体作载体气体,本发明还提供一种化学气相沉积设备(10),它包括具有气体输入口(14)和气体输出口(16)的室(12),以及位于室(12)内的用于安置硅衬底(20)的机构(18),所述设备(10)还包括一个连接在输入口(14)上用来提供作为载体气体的氮气或惰性气体的气源。
Description
本发明涉及一种包括在硅衬底上特别是通过化学气相沉积(CVD)形成外延层的步骤的制造半导体器件的方法,还涉及所用的一种设备。
为了扩展采用硅微电子技术的元件的材料种类,如外延生长在硅衬底上的Si1-x-yGexCy(和Si1-yCy)晶体等材料已经引起了广泛注意。
硅:碳(Si1-yCy)是在例如J.P.Liu和H.J.Osten的“Substitutional carbon incorporation during Si1-x-yGexCy growthon Si(100)bymolecular-beam epitaxy:Dependence on germaniumand carbon”,Applied Physics Letters,Vol.76,No.24,(2000),P.3546-48,以及H.J.Osten的“MBE growth and properties ofsupersaturated,carbon-containing silicon/germainium alloyson Si(100)”,Thin Solid Films,Vol.367,(2000),P.101-111中所讨论的一种新材料,它具有与硅相同的金刚石结构。一般C的浓度在0-5%之间,远超出C在Si中的溶解度极限。在Si1-yCy中,所有碳原子都应当是取代的,占据硅结构中的硅原子的位置。因此,要精加工这种材料的一个特别挑战就是向硅中引入取代碳。已知,C原子在Si和Ge中的平衡固溶度极小,因此人们期望生长高质量的取代C浓度高这几个原子百分比的Si1-x-yGexCy晶体。在低温下取代碳的比例增加。如果碳原子不在点阵位置,即如果它们不是取代的,则它们可能会导致各种缺陷,例如但不限于SiC沉淀。这些缺陷不适于半导体应用和外延生长。
已知,Si1-x-yGexCy和Si1-yCy外延层可以利用不同工艺如分子束外延(MBE)、快热化学气相沉积(RT-CVD)、低压化学气相沉积(LP-CVD)和超高真空化学气相沉积(UHV-CVD)生长在硅(001)衬底上。后者在B.Tillack,B.Heinemann,D.Knoll的“Atomic layer doping ofSiGe-fundamentals and device applications”,Thin SolidFilms,Vol.369,(2000),p.189-194;Y.Kanzawa,K.Nozawa,T.Saitoh和M.Kubo的“Dependence of substitutional Cincorporation on Ge content for Si1-x-yGexCy crystals grown byultrahigh vacuum chemical vapor deposition”,Applied PhysicsLetters,Vol.77,No.24,(2000),P.3962-64;以及S.John.E.J.Quinomes,B.Ferguson,S.K Ray,B.Anantharan,S.Middlebrooks,C.B.Mullins,J.Ekerdt,J.Rawlings和S.K.Banerjee的“Properties of Si1-x-yGexCy epitaxial films grown byUltrahigh Vacuum Chemical Vapor Deposition”,Journal of TheElectrochemical Society,Vol.146,No.12(1999),P.4611-4618中有记载。取代和间隙碳结合之间的关系是一个非常重要的因素,它对层的电性能和光性能有影响。一般认为,碳取代率(即取代结合的碳原子的比例)和晶体质量受生长条件的影响很大。
在低温下,即一般低于约600℃时,外延层的生长速率受表面上氢原子的存在控制,氢原子的存在是在沉积过程中分子气体如SiH4、Si2H6、SiH2Cl2、GeH4和H2的分解导致的,且没有立即发生其脱附过程。硅上的平衡氢覆盖度作为氢压和温度的函数可以用如P.V.Schwartz和J.C.Sturm在“Oxygen incorporation during low temperaturechemical vapor deposition growth of epitaxial siliconfilms”,Journal of the Electrochemical Society,Vol.141,No.5,(1994),P.1284-1290中所讨论的朗缪尔模型吸附(Langmuirmodel adsorption)来模拟。不过,对于外延层的生长,氢作为目前所选择的载体气体是非常重要的。
应当理解,如下面所述,氢在外延附生中扮演重要角色。由于例如上面所述的原因,所有CVD工艺都使用氢作为载体气体。
人们注意到,当在低温下通过CVD从一种气体前体如SiH4中生长硅时,氢将钝化表面,使其对那些会妨碍外延附生的污染物呈情性。而且,人们相信氢由于有助于不同层间的界面清晰(interfaceabruptness)和由于能降低生长期间的表面吸收和扩散所以可能有益于外延附生。当各种掺杂物被吸在生长前沿上时,可以观察到类似的情况。这也解释了为什么如E.Finkman,F.Meyer和M.Mamor在″Short-range order and strain in SiGeC alloyes probed byphonons”,Journal of Applied Physics,Vol.89,No.5(2001),p.2580-2587中所述的在实际上不需要载体气体的分子束外延(MBE)工艺中尝试使用氢的原因。
此外,在M.liehr,C.M.Greenlief,S.R.Kasi和M.Offenberg的“Kinetics of silicon epitaxy using SiH4 in a rapid thermalchemical vapor deposition reactor”,Applied Physics Letters,Vol.56,No.7,(1990),P.629-631中说明了锗烷对氢的脱附的影响。所讨论的结果被广泛应用在各种SiGe生长模型中,并报导了锗烷对于硅在低温下的生长速率有巨大的催化作用。这种催化作用增强了从生长面上有锗的部位的氢脱附作用,从而使得增强了生长种类的吸附并由此提高了生长速率。该文献推断,在低温汽相外延中,锗烷的少量加入可以将硅的有效生长速率提高两个数量级。尽管还不知道这种催化作用的确切机制,但这种影响是非常有利的,因为它使得不用激光器、等离子体或其它外在生长促进技术就可以在低温时使GexSi1-x膜获得生长速率(100/min)。
而且如J.Vizoso,F.Martin,J.Sune和M.Nafria在“Hydrogendesorption in SiGe films:A diffusion limited process”,AppliedPhysics Letters,Vol.70,No.24,(1997),p.3287-89中所述,已知氢在SiGe外延附生中充当表面活性剂,抑制能导致SiGe粗糙或形成孤岛的三维生长。
因此,氢已经被理所当然地当作特选的载体气体,并且氢通常是用于外延附生工艺的一种重要气体。
WO-A-01/14619公开了碳化硅和/或硅锗碳化物的外延生长,并采用氮气作载体气体。不过,在此文献中所公开的外延反应器是设定在极高温度即1100-1400℃下运行的。
本发明试图提供一种在硅衬底上通过CVD形成外延层的方法,同时此方法与已知的这类方法相比具有很多优点。
本发明还试图提供这样一种化学气相沉积设备。
根据本发明的一个方面,提供了一种包括在硅衬底上通过化学气相沉积沉积一个基于第IV族元素的外延层的步骤并包括使用氮气或一种惰性气体作载体气体的制造半导体器件的方法。
特别是,这种载体气体可以有利地用来控制外延层(epi-layer)的品质和碳的结合。
特别是,通过使用氮气作载体气体,使得可以以比已知的使用氢作载体气体的Si外延附生工艺更高的生长速率和在更低的温度下得到平滑的外延硅层。
权利要求2-6的特征确定了具体的可形成根据本发明的外延附生体系的一部分的第IV族元素。
权利要求7和8的特征有利地进一步提高了沉积速率,可用来限制生产成本。
通过使用氮气作载体气体进行硅、硅:碳、硅锗和硅锗碳的低温CVD外延附生,该可以将工艺的最佳工作范围提高至远远超出使用氢作载体气体的工艺所固有的限制。用氮气作载体气体的低温外延附生工艺的生长机制与用氢作载体气体的低温外延附生工艺不同。这导致了更高品质的材料和改进的碳结合。
本发明特别是可用于在硅衬底上以高生长速率、高碳取代率和低生产成本沉积掺杂或未掺杂的Si1-x-yGexCy和Si1-yCy外延层。低生长温度和高生长速率的结合对于要求低热预算的应用如在具有高Ge浓度的应变SiGe层上的Si覆盖层(cap layer)同样非常有吸引力。
在下文中参考附图对本发明作了进一步地描述,但仅作为举例,其中:
图1是用氮气而非氢气作载体气体时,生长速率根据温度变化的图解说明;
图2是对晶片上的厚度和锗浓度的均匀度的图解说明;
图3是对使用氮气作载体气体的优点的进一步图解说明;和
图4是与本发明配合使用的化学气相沉积设备的示意框图。
用工业用减压化学气相沉积反应器进行实验,以下内容涉及对SiGe生长的基本影响。
使用氢气和氮气作载体气体时SiGe的生长速率作为温度的函数如图1所示。对于氮气,生长条件为:压力=40Torr、N2=33slm、SiH4=5sccm、GeH4=150sccm。对于氢气,生长条件为:压力=40Torr、H2=33slm、SiH4=20sccm和GeH4=150sccm。
这清楚表明,在低温下使用氮气作载体气体时SiGe的生长速率可以比使用氢气作载体气体时提高10倍。在只生长硅时也观察到了类似的效果,这时,当载体气体从氢气换为氮气时生长速率增长了6倍(575℃,硅烷流量400sccm)。
为突出载体气体类型对生长速率的影响,采用了相同的通用生长条件即载体气体流量、生长温度和总压等。当然,应当注意,在实践中这会导致SiGe厚度以及晶片上外延层内的Ge浓度的均匀性非常差,在15%的范围,这对于实际应用来说是不能接受的。
在半导体工业中,外延层的厚度和组分浓度的均匀性非常重要。因此,反应器的结构特别是气体流相对于晶片的位置的方向和大小是一个决定性因素。如图2所示,通过用氮气作载体气体和调节不同的生长参数可以生长平滑均匀的SiGe(C)外延层。
图3提供了对使用氮气作载体气体与使用氢气相比的优点的进一步说明。图3特别说明了由于低温硅外延附生所获得的优点,如图所示生长条件为P=40Torr和N2=15slm时,可以以相对较高的生长速率和在较低的生长温度下获得平滑的外延硅层。因此,可以制造出更高品质的具有改进的碳结合的材料。
现在看图4,其中显示了一种准备配合本发明使用的化学气相沉积设备10,它包括在一端具有气体输入口14并在相对端具有气体输出口16的细长形室12。室12内容纳了一个其上安置有硅衬底20的基座台18。
室12内的压力可以通过经输入口14导入气体和经输出口16从中排出气体的方式进行控制。输入口14与气体总管22相连,气体从多个气源输入气体总管22。在所述例子中,举出了用来通过输送管26向气体总管22输入第一种气体的第一气源24和用来通过输送管30向气体总管22输入气体的第二气源28。
当然,气源的总个数可以根据要在衬底20上形成的外延层的需要进行安排。
在575℃的生长温度进行测试。在此温度下,根据硅烷流量,生长速率似乎是传质控制或扩散限制控制的,且在小密度的缺陷下所获得的生长速率在10nm/min左右。根据生长温度,可以选择用SiH4和SiH2CL2气体的组合作Si前体气体。低于550℃的温度时,作为生长的副产物产生在表面上的氢原子被认为是会使Si表面钝化。
已知,碳在Si中的低固溶度使得碳在硅中的结合成为一个关键步骤。
已经证明,在550℃时使用硅烷和氮气作载体气体可以生长高品质的硅碳外延层。
根据本发明可以生长平滑的高品质材料。对于氮气,生长条件为:P=40Torr、N2=33slm、SiH4=5sccm、GeH4=150sccm;对于氢气,生长条件为:P=20-40Torr、H2=33slm、SiH4=20sccm、和GeH4=150sccm。
因此可知,通过使用氮气作载体气体,可以生长锗浓度约20原子%和碳浓度高达1.3%的高品质的平滑硅锗碳外延层。上述实施例的生长条件包括沉积温度为525℃,氮气流量为15slm,硅烷(SiH4)流量为20sccm,锗烷(GeH4)流量为150sccm以及甲基硅烷(SiH3CH3)流量为0-20sccm;结果清楚表明了本发明的方法使用氮气作载体气体时的优点。当然,取代碳的浓度可以通过降低生长温度和提高Mano-甲基-硅烷流量来提高。
本发明记述了一种在工业用CVD反应器中在硅衬底上沉积基于第IV族元素Si、Ge、C的外延层的方法,如已经指出的,有利地使用氮气或一种惰性气体作载体气体可以以比现在使用氢气作载体气体的标准方法更低的生产成本生长具有高取代碳含量的高品质外延材料。
Claims (6)
1.一种制造半导体器件的方法,包括通过化学气相沉积在硅衬底上沉积一个基于第IV族元素的外延层的步骤,包括使用氮气作载体气体,并且在低于约600℃的温度下进行。
2.根据权利要求1的方法,它被用于形成一个基于硅、锗和/或碳的外延层。
3.根据权利要求2的方法,其中所述外延层包括Si1-yCy。
4.根据权利要求2的方法,其中所述外延层包括SiGe外延层。
5.根据权利要求2的方法,其中所述外延层包括Si1-x-yGexCy。
6.根据权利要求2的方法,其中所述外延层包括硅外延层。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP02079085.3 | 2002-10-03 | ||
EP02079085 | 2002-10-03 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN1685089A CN1685089A (zh) | 2005-10-19 |
CN100442441C true CN100442441C (zh) | 2008-12-10 |
Family
ID=32050041
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CNB038234548A Expired - Fee Related CN100442441C (zh) | 2002-10-03 | 2003-08-13 | 形成外延层的方法和设备 |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7615390B2 (zh) |
EP (1) | EP1549787A1 (zh) |
JP (1) | JP2006501664A (zh) |
KR (1) | KR20050061511A (zh) |
CN (1) | CN100442441C (zh) |
AU (1) | AU2003255919A1 (zh) |
TW (1) | TW200421459A (zh) |
WO (1) | WO2004031457A1 (zh) |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7687383B2 (en) * | 2005-02-04 | 2010-03-30 | Asm America, Inc. | Methods of depositing electrically active doped crystalline Si-containing films |
EP1891663A4 (en) * | 2005-06-14 | 2011-10-12 | Showa Denko Kk | PROCESS FOR PRODUCING SILICON CARBIDE LAYER, GALLIUM NITRIDE SEMICONDUCTOR DEVICE, AND SILICON SUBSTRATE |
FR2925762A1 (fr) * | 2007-12-21 | 2009-06-26 | Soitec Silicon On Insulator Technologies Sa | Procede de fabrication d'une heterostructure comprenant un depot epitaxial de silicium, et heterostructure correspondante |
JP2010251407A (ja) * | 2009-04-13 | 2010-11-04 | Elpida Memory Inc | 半導体装置およびその製造方法 |
JP5520552B2 (ja) * | 2009-09-11 | 2014-06-11 | 株式会社日立国際電気 | 半導体装置の製造方法及び基板処理装置 |
CN103871902A (zh) | 2014-03-24 | 2014-06-18 | 上海华力微电子有限公司 | 半导体处理工艺及半导体器件的制备方法 |
CN105869991B (zh) | 2015-01-23 | 2018-05-11 | 上海华力微电子有限公司 | 用于改善SiGe厚度的均匀性的方法和系统 |
CN105990172B (zh) | 2015-01-30 | 2018-07-31 | 上海华力微电子有限公司 | 嵌入式SiGe外延测试块的设计 |
CN105990342B (zh) | 2015-02-13 | 2019-07-19 | 上海华力微电子有限公司 | 具有用于嵌入锗材料的成形腔的半导体器件及其制造工艺 |
CN104851884A (zh) | 2015-04-14 | 2015-08-19 | 上海华力微电子有限公司 | 用于锗硅填充材料的成形腔 |
CN104821336B (zh) | 2015-04-20 | 2017-12-12 | 上海华力微电子有限公司 | 用于使用保形填充层改善器件表面均匀性的方法和系统 |
CN105097554B (zh) | 2015-08-24 | 2018-12-07 | 上海华力微电子有限公司 | 用于减少高浓度外延工艺中的位错缺陷的方法和系统 |
US10535516B2 (en) * | 2018-02-01 | 2020-01-14 | Asm Ip Holdings B.V. | Method for depositing a semiconductor structure on a surface of a substrate and related semiconductor structures |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN85100531A (zh) * | 1985-04-01 | 1986-08-20 | 复旦大学 | 一种双层结构的低压化学蒸汽淀积外延炉管装置 |
CN1166540A (zh) * | 1996-01-30 | 1997-12-03 | 西门子公司 | 通过化学汽相淀积生产碳化硅的方法和装置 |
US5788777A (en) * | 1997-03-06 | 1998-08-04 | Burk, Jr.; Albert A. | Susceptor for an epitaxial growth factor |
US6022413A (en) * | 1995-06-16 | 2000-02-08 | Ebara Corporation | Thin-film vapor deposition apparatus |
CN1282386A (zh) * | 1997-12-17 | 2001-01-31 | 克里公司 | 生长非常均匀的碳化硅外延层 |
WO2001014619A1 (de) * | 1999-08-24 | 2001-03-01 | Aixtron Ag | Verfahren und vorrichtung zur abscheidung von materialien mit grosser elektronishcer bandlücke und grosser bindungsenergie |
CN1316546A (zh) * | 2000-03-08 | 2001-10-10 | 日本派欧尼股份株式会社 | 化学汽相淀积设备和化学汽相淀积方法 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6489320A (en) * | 1987-09-29 | 1989-04-03 | Nec Corp | Vapor growth method |
US5119540A (en) * | 1990-07-24 | 1992-06-09 | Cree Research, Inc. | Apparatus for eliminating residual nitrogen contamination in epitaxial layers of silicon carbide and resulting product |
US5155062A (en) * | 1990-12-20 | 1992-10-13 | Cree Research, Inc. | Method for silicon carbide chemical vapor deposition using levitated wafer system |
JPH07211653A (ja) * | 1994-01-26 | 1995-08-11 | Central Glass Co Ltd | Ge薄膜の成膜方法 |
JP2954039B2 (ja) * | 1996-09-05 | 1999-09-27 | 日本電気株式会社 | SiGe薄膜の成膜方法 |
WO2001061749A1 (en) * | 2000-02-17 | 2001-08-23 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | SEMICONDUCTOR DEVICE WITH AN INTEGRATED CMOS CIRCUIT WITH MOS TRANSISTORS HAVING SILICON-GERMANIUM (Si1-xGex) GATE ELECTRODES, AND METHOD OF MANUFACTURING SAME |
TWI307912B (en) * | 2001-05-30 | 2009-03-21 | Asm Inc | Low temperature load and bake |
-
2003
- 2003-08-13 EP EP03798975A patent/EP1549787A1/en not_active Withdrawn
- 2003-08-13 AU AU2003255919A patent/AU2003255919A1/en not_active Abandoned
- 2003-08-13 CN CNB038234548A patent/CN100442441C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2003-08-13 JP JP2004541022A patent/JP2006501664A/ja active Pending
- 2003-08-13 WO PCT/IB2003/003635 patent/WO2004031457A1/en active Application Filing
- 2003-08-13 KR KR1020057005778A patent/KR20050061511A/ko not_active Application Discontinuation
- 2003-08-13 US US10/530,063 patent/US7615390B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2003-09-30 TW TW092127021A patent/TW200421459A/zh unknown
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN85100531A (zh) * | 1985-04-01 | 1986-08-20 | 复旦大学 | 一种双层结构的低压化学蒸汽淀积外延炉管装置 |
US6022413A (en) * | 1995-06-16 | 2000-02-08 | Ebara Corporation | Thin-film vapor deposition apparatus |
CN1166540A (zh) * | 1996-01-30 | 1997-12-03 | 西门子公司 | 通过化学汽相淀积生产碳化硅的方法和装置 |
US5788777A (en) * | 1997-03-06 | 1998-08-04 | Burk, Jr.; Albert A. | Susceptor for an epitaxial growth factor |
CN1282386A (zh) * | 1997-12-17 | 2001-01-31 | 克里公司 | 生长非常均匀的碳化硅外延层 |
WO2001014619A1 (de) * | 1999-08-24 | 2001-03-01 | Aixtron Ag | Verfahren und vorrichtung zur abscheidung von materialien mit grosser elektronishcer bandlücke und grosser bindungsenergie |
CN1316546A (zh) * | 2000-03-08 | 2001-10-10 | 日本派欧尼股份株式会社 | 化学汽相淀积设备和化学汽相淀积方法 |
Non-Patent Citations (13)
Title |
---|
AMORPHOUS SIL ICON CARBIDE AND ITSAPPLICATI ONIN SILICON MICROMACHING. KLUMPP A ET AL.SENSORS AND ACTU ATORSA,Vol.41-42 . 1994 |
AMORPHOUS SIL ICON CARBIDE AND ITSAPPLICATI ONIN SILICON MICROMACHING. KLUMPP A ET AL. SENSORS AND ACTU ATORSA,Vol.41-42. 1994 * |
AMORPHOUS SILICON CARBIDE AND ITSAPPLICATIONIN SILICON MICROMACHINING. KLUMPP A ET AL.SENSORS AND ACTUATORS A,Vol.41-42 . 1994 |
GROWTH OF SIC USING HEXAMETHYLDISILANE IN AHYDROGEN-POOR AMBIENT. NORDELL N ET AL.APPLIED PHYSICS LETTERS,Vol.64 No.13. 1994 |
GROWTH OF SIC USING HEXAMETHYLDISILANE IN AHYDROGEN-POOR AMBIENT. NORDELL N ET AL.APPLIED PHYSICS LETTERS,Vol.64 No.13. 1994 * |
Initial growth characteristics of germanium on silicon inLPCVD using germane gas. KOBAYASHI S ET AL.JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH,Vol.174 No.1-4. 1997 |
Initial growth characteristics of germanium on silicon inLPCVD using germane gas. KOBAYASHI S ET AL.JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH,Vol.174 No.1-4. 1997 * |
New susceptor arrangement for the epitaxial growth ofbeta-SiC on silicon. VON MUNCH W ET AL.JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH,Vol.158 No.4. 1996 |
New susceptor arrangement for the epitaxial growth ofbeta-SiC on silicon. VON MUNCH W ET AL.JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH,Vol.158 No.4. 1996 * |
光通信用的硅基长波长光电探测器. 李成等.半导体光电,第20卷第4期. 1999 |
光通信用的硅基长波长光电探测器. 李成等. 半导体光电,第20卷第4期. 1999 * |
化学气相沉积碳化硅薄膜的研究. 郑治祥.硅酸盐学报,第23卷第05期. 1995 |
化学气相沉积碳化硅薄膜的研究. 郑治祥. 硅酸盐学报,第23卷第05期. 1995 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2006501664A (ja) | 2006-01-12 |
EP1549787A1 (en) | 2005-07-06 |
US20060040477A1 (en) | 2006-02-23 |
TW200421459A (en) | 2004-10-16 |
CN1685089A (zh) | 2005-10-19 |
WO2004031457A1 (en) | 2004-04-15 |
US7615390B2 (en) | 2009-11-10 |
KR20050061511A (ko) | 2005-06-22 |
AU2003255919A1 (en) | 2004-04-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI751115B (zh) | 形成矽鍺錫膜的方法 | |
JP4866534B2 (ja) | 半導体膜の改良された堆積方法 | |
EP2691977B1 (en) | Method for growing a monocrystalline tin-containing semiconductor material | |
CN100442441C (zh) | 形成外延层的方法和设备 | |
KR102073170B1 (ko) | 에피택셜 도핑된 게르마늄 주석 합금 형성 방법 | |
US8029620B2 (en) | Methods of forming carbon-containing silicon epitaxial layers | |
KR101478331B1 (ko) | 에피택셜 탄화규소 단결정 기판의 제조 방법 | |
JP4728953B2 (ja) | 多結晶Si含有膜の堆積方法 | |
WO2006060339B1 (en) | Selective epitaxy process with alternating gas supply | |
US20180209063A1 (en) | Growing epitaxial 3c-sic on single-crystal silicon | |
JP2018107398A (ja) | p型SiCエピタキシャルウェハ及びその製造方法 | |
Vescan et al. | Si/Si1-xGex dots grown by selective epitaxy | |
JPH0513342A (ja) | 半導体ダイヤモンド | |
US9870925B1 (en) | Quantum doping method and use in fabrication of nanoscale electronic devices | |
KR20140070013A (ko) | 에피택셜 웨이퍼 및 그 제조 방법 | |
CN114000120B (zh) | 一种基于cvd法的应变金刚石生长掺杂方法 | |
Greve | UHV/CVD and related growth techniques for Si and other materials | |
CN111293037B (zh) | 一种P型SiC外延及其生长方法 | |
US20020189535A1 (en) | Method for manufacturing semiconductor crystal film | |
Greve | 2.3 UHY/CYD and related growth techniques for Si and other | |
WO2018078385A1 (en) | Coated wafer | |
Schindler et al. | Loading Effects in the Selective Epitaxial Growth of n-Type Doped SiGe-Structures with LPCVD | |
KR20150002062A (ko) | 에피택셜 웨이퍼 | |
JPH07161644A (ja) | p型半導体薄膜の製造方法 | |
JP2007250808A (ja) | SiC半導体およびその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: NXP CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: KONINKLIJKE PHILIPS ELECTRONICS N.V. Effective date: 20071109 |
|
C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20071109 Address after: Holland Ian Deho Finn Applicant after: NXP B.V. Address before: Holland Ian Deho Finn Applicant before: Koninklijke Philips Electronics N.V. |
|
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20081210 |