CN102456551A

CN102456551A - 外延生长方法

Info

Publication number: CN102456551A
Application number: CN2010105145704A
Authority: CN
Inventors: 缪燕
Original assignee: Shanghai Hua Hong NEC Electronics Co Ltd
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2010-10-21
Publication date: 2012-05-16

Abstract

本发明公开了一种外延生长方法，包括如下步骤：第1步，选用硅烷作为硅源气体，以气相外延工艺生长第一外延层，反应温度为600～950℃，压力为20～200Torr，载气为氢气，氢气流量为15～45slm，所生长的第一外延层厚度为500～5000；第2步，选用二氯二氢硅作为硅源气体，以气相外延工艺生长第二外延层，反应温度为1000～1100℃，压力为20～200Torr，载气为氢气，氢气流量为20～60slm。本发明外延生长的方法能够较好的抑制外延自掺杂现象，并取得较高的生产效率。

Description

外延生长方法

技术领域

本发明涉及一种半导体制造工艺，特别是涉及一种外延工艺。

背景技术

硅外延在双极器件、CMOS、硅基BiCMOS、锗硅BiCMOS和BCD等器件中有着广泛的应用。外延层的电阻率和膜厚及均匀性对半导体器件的性能有重要的影响。外延层电阻率的调节是通过在其中掺入杂质来实现的。如p型外延通常掺入硼(B)，n型外延通常掺入磷(P)或砷(As)。掺入杂质的多少决定了电阻率的大小。

但是，外延过程中还或多或少有自掺杂现象，由此产生的自掺杂效应(Auto-doping effect)是外延生长过程中在外延层掺入了非故意掺杂物(non-intentional doping)，其对外延层载流子的分布、电阻率大小及均匀性、以及器件的最终性能将造成很大的不良影响。

自掺杂效应通常又分为宏观自掺杂和微观自掺杂。宏观自掺杂是外延过程中腔体内部如腔壁的杂质扩散到生长的外延层中。微观自掺杂是外延过程中，重掺杂的衬底(电阻率通常小于0.02ohm·cm)或衬底里注入区的杂质外扩散至生长的过渡区气流中，然后再随着外延生长掺入外延层。

对于宏观自掺杂现象，为了抑制自掺杂效应，通常采用卤化氢(如氯化氢HCl)清洗腔壁后在腔壁淀积本征层或低掺杂层。对于微观自掺杂现象，为了抑制自掺杂效应，重掺杂的衬底通常采用低温氧化膜(LTO)背封。但是对于微观自掺杂现象，衬底中的杂质或注入区的杂质在外延生长的高温过程中仍然会从硅片的正面外扩散，成为自掺杂现象的杂质源。

外延工艺的硅源气体有四氯化硅(SiCl₄)、三氯氢硅(SiHCl₃)、二氯二氢硅(SiH₂Cl₂)、硅烷(SiH₄)。四氯化硅通常淀积温度很高为1200℃左右，目前该工艺已很少使用。三氯氢硅和二氯二氢硅是目前普遍使用的外延工艺硅源气体。其中三氯氢硅用于常压外延(压力为760Torr左右)，生长温度较高，通常为1070～1190℃，其淀积速率较高。二氯二氢硅用于减压外延(通常压力为20～500Torr，尤其为20～100Torr)，二氯二氢硅生长温度通常为1000～1100℃，其淀积速率较高；如用于选择性外延生长温度通常为800～950C。硅烷通常用于低温外延，生长温度为600～950℃；其通常用于减压外延，压力为20～100Torr；尤其是锗硅外延的生长，其淀积速率较低，适用于生长薄外延，通常小于5000

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种外延生长方法，该方法可以较好地抑制外延工艺中的自掺杂现象，并能较好地控制外延层的厚度，取得较高的生产效率。

为解决上述技术问题，本发明外延生长方法包括如下步骤：

第1步，选用硅烷作为硅源气体，以气相外延(VPE)工艺生长第一外延层，反应温度为600～950℃，压力为20～200Torr，载气为氢气，氢气流量为15～45slm，所生长的第一外延层厚度为500～5000

第2步，选用二氯二氢硅作为硅源气体，以气相外延工艺生长第二外延层，反应温度为1000～1100℃，压力为20～200Torr，载气为氢气，氢气流量为20～60slm。

本发明外延生长的方法能够较好的抑制外延自掺杂现象，取得较高的生产效率。

附图说明

图1是本发明外延生长方法的一个实施例的流程图；

图2是本发明外延生长方法的另一个实施例的流程图。

具体实施方式

请参阅图1，本发明外延生长方法包括如下步骤：

第1步，选用SiH₄作为硅源气体，以VPE工艺在低温、减压条件下生长第一外延层。所述“低温”指600～950℃，优选为650～850℃。所述“减压”指20～200Torr，优选为20～100Torr。这一步外延生长的载气为氢气，氢气流量为15～45slm。所生长的第一外延层厚度为500～5000

，优选为500～1500

这一步外延生长时，由于反应温度较低，硅片的杂质外扩散较少。这样当硅片表面生长出第一外延层之后，再进行下面的第二步外延工艺，自掺杂现象会得到较好的抑制，从而降低微观自掺杂现象。

第2步，选用SiH₂Cl₂作为硅源气体，以VPE工艺在普通温度、减压条件下生长第二外延层。所述“普通温度”指1000～1100℃。所述“减压”指20～200Torr，优选为20～100Torr。这一步外延生长的载气为氢气，氢气流量为20～60slm，优选为20～40slm。

这一步外延生长的速度较快，通常为0.8～3μm/min，尤其是1～2.5μm/min。所生长的第二外延层的厚度根据器件要求而定，通常第二外延层的厚度应为整个外延厚度的80％以上。这一步外延生长为主外延生长，有利于提升外延工艺的生产效率(Throughput)。

需要强调的是，第1步和第2步的外延生长应在同一个机台的同一个腔体，或在同一个机台的不同腔体进行，使得硅片不用出机台，保证第二步外延前的硅片表面质量。

请参阅图2，本发明外延生长方法还可包括第3步，选用SiH₂Cl₂或SiH₄作为硅源气体，以VPE工艺生长第三外延层。当选用SiH₂Cl₂作为硅源气体时，反应温度为1000～1100℃，压力为20～200Torr，载气为氢气，氢气流量为20～60slm，SiH₂Cl₂流量小于第2步。当选用硅烷作为硅源气体时，反应温度为600～950℃，压力为20～200Torr，载气为氢气，氢气流量为15～45slm。

所增加的第3步外延生长的速率比第2步慢，约为0.1～0.5μm/min，用来精确地控制最终的外延厚度。如果器件对外延层的厚度要求不是特别严格，如整体厚度大于2μm的外延，可以省略该步骤。

在图1或图2所述方法在第1步之前还可以包括：硅片首先进行湿法预清洗，通常使用HF-Last(以氢氟酸为最后步骤)的方法进行预清洗。

进一步地，在湿法预清洗之后，所述方法第1步之前还可以包括：硅片进入外延腔体进行氢气烘烤，为外延生长提供完美表面质量。该烘烤气体为氢气，温度为800～1200℃，尤其是800～1000℃，烘烤时间为30～300s。

各步骤外延生长可以为N型或P型，各个外延层的掺杂浓度可根据器件要求进行调节。

综上所述，本发明外延生长方法采用两步外延工艺，可以较好的抑制外延自掺杂现象，并取得较高的生产效率。当采用三步外延工艺时，还可以较好的控制外延膜厚。

Claims

1.一种外延生长方法，其特征是，包括如下步骤：

第1步，选用硅烷作为硅源气体，以气相外延工艺生长第一外延层，反应温度为600～950℃，压力为20～200Torr，载气为氢气，氢气流量为15～45slm，所生长的第一外延层厚度为500～5000

2.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征是，所述方法还包括第3步，选用SiH₂Cl₂或SiH₄作为硅源气体，以VPE工艺生长第三外延层；

当选用SiH₂Cl₂作为硅源气体时，反应温度为1000～1100℃，压力为20～200Torr，载气为氢气，氢气流量为20～60slm，SiH₂Cl₂流量小于第2步；

当选用硅烷作为硅源气体时，反应温度为600～950℃，压力为20～200Torr，载气为氢气，氢气流量为15～45slm。

3.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征是，所述方法第1步中，反应温度为650～850℃，压力为20～100Torr，所生长的第一外延层厚度为500～1500

4.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征是，所述方法第2步中，反应压力为20～100Torr，氢气流量为20～40slm。

5.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征是，所述方法第2步中，第二外延层的生长速率为0.8～3μm/min。

6.根据权利要求5所述的外延生长方法，其特征是，所述方法第2步中，第二外延层的生长速率为1～2.5μm/min。

7.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征是，所述第二外延层的厚度占第一外延层、第二外延层和第三外延层总厚度的80％以上。

8.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征是，所述方法第3步中，第三外延层的生长速率为0.1～0.5μm/min。

9.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征是，所述方法第1步之前还包括：硅片首先进行湿法预清洗。

10.根据权利要求9所述的外延生长方法，其特征是，在硅片进行湿法预清洗之后，所述方法第1步之前还包括：硅片进入外延腔体进行氢气烘烤。