CN106856165B - 一种硅锗低温外延方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硅锗低温外延方法，步骤1：将硅片进行RCA清洗，接着进行去除氧化层处理，处理后使用去离子水清洗，并通过氮气吹干得到衬垫；步骤2：将步骤1的衬垫迅速装入室腔，室腔抽至真空度为10‑5托的外延生长系统，对衬底进行加热至250℃~450℃；步骤3：将氢气和GeH4进行高温热丝催化，然后掺加入B2H6一同通入到室腔内进行p‑Ge的外延生长，本发明掺入B2H6加工得到p‑Ge外延层，期间耗时相对较短，提高生产制造效率。

Description

一种硅锗低温外延方法
技术领域
本发明涉及一种半导体制造方法，特别涉及一种硅锗低温外延方法。
背景技术
外延工艺是指在衬底上生长一层与衬底具有相同晶格排列的材料，外延层可以是同质外延层，也可以是异质外延层。锗硅(SiGe)外延是硅引入锗并通过共价键结合形成的半导体化合物，将Ge引入Si有许多很重要的意义，其中最重要的是因为Ge相比Si有较大的晶格常数，在SiGe晶体的压缩应变产生额外的带隙收缩，Ge的引入会引起能够偏移，这有利于双极型晶体管设计中的使用。
公开号为CN101724896A的发明专利申请公开了一种非选择性生长锗硅外延的方法，包括以下步骤：a、提供表面具有单晶硅区和隔离结构区的晶圆；b、提供具有反应腔的外延生长机台，该反应腔内设置有晶圆承载盘；c、将该晶圆设置在该晶圆承载盘上；d、开启外延生长机台且将反应腔的温度和压强分别调控至烘烤温度和烘烤压强；e、向反应腔通入烘烤气体以进行预设时段的烘烤；f、向反应腔中通入气态硅源，且通过化学气相沉积工艺在晶圆表面生成预设厚度的籽硅层；g、向反应腔同时通入气态硅源和气态锗源，且通过化学气相沉积工艺分别在单晶硅区和隔离结构区生成单晶锗硅层和多晶锗硅层；h、向反应腔中通入气态硅源且通过化学气相沉积工艺在晶圆表面生成覆盖层。
但是上述硅锗外延方法，在衬底需要依次通入气态硅源进行化学气相沉积、通入气态硅源和气态锗源进行化学气相沉积、通入气态硅源再次进行化学气相沉积，最后加工得到硅锗外延层，期间耗时相对长，生产制造效率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种硅锗低温外延方法，加工得到p-Ge外延层，期间耗时相对较短，提高生产制造效率。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种硅锗低温外延方法，步骤1：将硅片进行RCA清洗，接着进行去除氧化层处理，处理后使用去离子水清洗，并通过氮气吹干得到衬垫；步骤2：将步骤1的衬垫迅速装入室腔，室腔抽至真空度为10-5托的外延生长系统，对衬底进行加热至250℃～450℃；步骤3：将氢气和GeH4进行高温热丝催化，然后掺加入B2H6一同通入到室腔内进行p-Ge的外延生长。
通过上述技术方案，氢气和GeH4经过高温热丝处理期间发生气相反应，由于反应基团在热丝表面进行解吸附后具有较高的能量，氢气与GeH4通入室腔内遇到较低温度的衬垫表面上时，能够反应沉积得到Ge外延层，在衬底温度为250℃～450℃条件下，而在掺入B2H6环境下，能够在衬垫表面快速外延生长形成p-Ge外延层，p-Ge外延层是由于B掺在Ge外延层使得Ge-Ge键长发生变化所致，p-Ge外延层与在衬垫上外延生产普通Ge外延层或者Si外延层性能相似，不过外延的时间明显有所下降，继而提高生产效率。
本发明进一步的：所述除氧化层处理包括将硅片放置于室腔内，向室腔内通入气体GeH4和氢气5min后停止并静置10min。
通过上述技术方案，硼烷会与氯化氢反应，容易减少B2H6反应物，造成B2H6和GeH4在氢气条件的反应不容易进行；而本技术方案采用通入GeH4来避免使用氯化氢除去硅片表面的氧化层，同时在去除氧化层时会在衬垫表面形成的Ge层，该Ge层可以对B2H6和GeH4在氢气条件下反应生成p-Ge外延层时Ge含量的补充。
本发明进一步的：所述步骤2中，先通入氢气处理10min，在氢气保护下对衬底进行加热至250℃～450℃。
通过上述技术方案，氢气对衬垫起到保护作用，在氢气保护下能够避免衬垫表面被氧化、以及避免生成Ge被氧化生成GeO、以及将生产的GeO从室腔内带出除去。
本发明进一步的：所述步骤3中，分为两段连续的低温外延，第一段低温外延时衬垫温度介于320℃～450℃之间，第二段低温外延时衬垫温度介于250℃～320℃之间。
通过上述技术方案，带有较高的能量的氢气和GeH4在低温衬板上进行Ge外延后，会使得衬垫温度上升，同时衬垫加厚一部分，而第二段低温外延时降低衬垫温度，主要是为了使得已经得到的外延层温度不会过高，继而使得外延层均一。
本发明进一步的：所述步骤3中，采用紫外线灯对衬垫表面进行波长为150～250nm范围内的紫外光进行照射。
通过上述技术方案，当紫外线灯以150～250nm之间的紫外光照射衬板时，一方面受到照射的衬板，其温度会有一定幅度地上升，能够促进外延，另一方面能够活化B，促进其使得Ge-Ge键长发生改变。
本发明进一步的：于所述第一段低温外延时进行紫外线灯照射。
通过上述技术方案，仅在第一段低温外延时进行紫外线灯照射能够得到相同厚度的p-Ge外延层，该方案能够降低紫外线灯的耗能。
综上所述：本发明具有下优点：在掺入B2H6条件下，B掺在Ge外延层使得Ge-Ge键长发生变化所致，继而得到p-Ge外延层，而且得到的p-Ge外延层与在衬垫上外延生产普通Ge外延层或者Si外延层性能相似，不过外延的时间明显有所下降，继而提高生产效率；同时通过两段连续的低温外延的方式，并且在第一段低温外延时进行紫外线灯照射作为优化方案，可以在节能的条件下，得到同等数量的材料，因此也具有节能的优点。
具体实施方式
以下对本发明作进一步详细说明。
制定实施例1～7及对比例进行试验。
具体如下操作：实施例1，一种硅锗低温外延方法，步骤1：将硅片进行RCA清洗，处理后使用去离子水清洗，并通过氮气吹干得到衬垫；步骤2：将步骤1的衬垫迅速装入室腔，室腔抽至真空度为10-5托的外延生长系统，对衬底进行加热至300℃；步骤3：将氢气和GeH4进行高温热丝催化，然后掺加入B2H6一同通入到室腔内进行p-Ge的外延生长。
实施例2，一种硅锗低温外延方法，与实施例1的不同之处在于步骤1中，在进行RCA清洗后，进行除氧化层处理，具体为步骤1：将硅片进行RCA清洗，然后将硅片放置于室腔内，向室腔内通入气体GeH4和氢气5min后停止并静置10min，处理后使用去离子水清洗，并通过氮气吹干得到衬垫；其余步骤均相同。
实施例3，一种硅锗低温外延方法，与实施例2的不同之处在于，步骤2中，在氢气保护下对衬底进行加热，具体为步骤2：将步骤1的衬垫迅速装入室腔，室腔抽至真空度为10-5托的外延生长系统，通入氢气处理10min，在氢气保护下对衬底进行加热至300℃；其余步骤均相同。
实施例4，一种硅锗低温外延方法，与实施例2的不同之处在于，步骤3中进行两段连续的低温外延操作，具体为步骤3：先将衬板加热至330℃，再将氢气和GeH4进行高温热丝催化，然后掺加入B2H6一同通入到室腔内进行p-Ge的外延生长，一段时间后再将衬板降温至270℃，继续进行p-Ge的外延生长；其余步骤均相同。
实施例5，一种硅锗低温外延方法，与实施例2的不同之处在于，步骤3中采用紫外线灯对衬垫进行照射，具体为步骤3：采用紫外线灯对衬垫表面进行波长为200nm的紫外光进行照射，再将氢气和GeH4进行高温热丝催化，然后掺加入B2H6一同通入到室腔内进行p-Ge的外延生长；其余步骤均相同。
实施例6，一种硅锗低温外延方法，与实施例3的不同之处在于，步骤4中采用紫外线灯对衬垫进行照射，具体为步骤3：采用紫外线灯对衬垫表面进行波长为220nm的紫外光进行照射后，先将衬板加热至330℃，再将氢气和GeH4进行高温热丝催化，然后掺加入B2H6一同通入到室腔内进行p-Ge的外延生长，一段时间后再将衬板降温至270℃，继续进行p-Ge的外延生长；其余步骤均相同。
实施例7，一种硅锗低温外延方法，与实施例4的不同之处在于，步骤3中第一段低温外延采用紫外线灯对衬垫进行照射，具体为步骤3：采用紫外线灯对衬垫表面进行波长为210nm的紫外光进行照射后，先将衬板加热至330℃，再将氢气和GeH4进行高温热丝催化，然后掺加入B2H6一同通入到室腔内进行p-Ge的外延生长，一段时间后关闭紫外线灯，再将衬板降温至270℃，继续进行p-Ge的外延生长；其余步骤均相同。
制备方法表征：采用实施例1～7及对比例的制备方法进行试验，每组试验10块，测定外延1小时内每组实验中硅片上的多晶硅薄膜的厚度，结果如表格1所示。
表格1：多晶硅薄膜的厚度均值及其标准差
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (3)

1.一种硅锗低温外延方法，其特征在于，步骤1：将硅片进行RCA清洗，接着进行去除氧化层处理，处理后使用去离子水清洗，并通过氮气吹干得到衬垫；步骤2：将步骤1的衬垫迅速装入室腔，室腔抽至真空度为10-5托的外延生长系统，对衬底进行加热至250℃~450℃；步骤3：将氢气和GeH4进行高温热丝催化，然后掺加入B2H6一同通入到室腔内进行p-Ge的外延生长；
所述除氧化层处理包括将硅片放置于室腔内，向室腔内通入气体GeH4和氢气5min后停止并静置10min；
所述步骤2中，先通入氢气处理10min，在氢气保护下对衬底进行加热至250℃~450℃；
所述步骤3中，分为两段连续的低温外延，第一段低温外延时衬垫温度介于320℃~450℃之间，第二段低温外延时衬垫温度介于250℃~320℃之间。
2.根据权利要求1所述的一种硅锗低温外延方法，其特征在于，所述步骤3中，采用紫外线灯对衬垫表面进行波长为150~250nm范围内的紫外光进行照射。
3.根据权利要求2所述的一种硅锗低温外延方法，其特征在于，于所述第一段低温外延时进行紫外线灯照射。
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