鍺硅外延生長方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種鍺硅外延生長方法，所述鍺硅外延生長方法包括：清洗單晶硅襯底；對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鍺硅外延層。在本發(fā)明提供的鍺硅外延生長方法中，通過對所述單晶硅襯底表面執(zhí)行原位刻蝕，便可去除自然生長的氧化層，從而避免了所形成的鍺硅外延層中產(chǎn)生層錯、位錯、滑移線等晶格缺陷，進而可提高器件/產(chǎn)品質(zhì)量。
【專利說明】鍺硅外延生長方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路制造【技術領域】，特別涉及一種鍺硅外延生長方法。
【背景技術】
[0002]異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(Hetero-junctionBipolar Transistor,簡稱 HBT)的基區(qū)(base)常采用異質(zhì)結(jié)SiGe外延結(jié)構。其原理是在基區(qū)摻入Ge組分，通過減小能帶寬度，從而使基區(qū)少子從發(fā)射區(qū)到基區(qū)跨越的勢壘高度降低，從而提高發(fā)射效率Y，因而，很大程度上提高了電流放大系數(shù)β。在滿足一定的放大系數(shù)的前提下，基區(qū)可以重摻雜，并且可以做得較薄，這樣就減少了載流子的基區(qū)渡越時間，從而提高器件的截止頻率fT (Cut-OffFrequency),這正是異質(zhì)結(jié)在超高速,超高頻器件中的優(yōu)勢所在。
[0003]外延(Epitaxy,簡稱Epi)工藝是指在單晶襯底上生長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，實現(xiàn)外延生長也有很多方法，包括分子束外延(MBE)，超高真空化學氣相沉積(UHV/CVD)，常壓及減壓外延(ATM&RP Epi)等等。
[0004]根據(jù)生長方法可以將外延工藝分為兩大類:全外延(Blanket Epi)生長和選擇性外延(Selective Epi，簡稱SEG)生長。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，簡稱DCS)和三氯硅烷(SiHCl3，簡稱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)，反應中的載氣一般選用氫氣(H2)。
[0005]選擇性外延工藝的實現(xiàn)一般通過調(diào)節(jié)外延沉積和原位(in-s i tu )刻蝕的相對速率大小來實現(xiàn)，所用氣體一般為含氯(Cl)的硅源氣體DCS，利用反應中Cl原子在硅表面的吸附小于氧化物或者氮化物來實現(xiàn)外延生長的選擇性；由于SiH4不含Cl原子而且活化能低，一般僅應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4鼓泡來導入反應腔，但價格相對便宜，常利用其快速的生長率(可達到5um/min)來生長比較厚的硅外延層，這在硅外延片生產(chǎn)中得到了廣泛的應用。由于本征硅的導電性能很差，其電阻率一般在200ohm-Cm以上，通常在外延生長的同時還需要摻入雜質(zhì)氣體(dopant)來滿足一定的器件電學性能。雜質(zhì)氣體可以分為N型和P型兩類: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)15
[0006]現(xiàn)有的鍺硅外延生長工藝通常包括: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、位錯等的晶格缺陷，可相應參考圖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。
[0007]因此，如何避免鍺硅外延層中的缺陷，成了本領域技術人員需要解決的一大難題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種鍺硅外延生長方法，以解決現(xiàn)有的鍺硅外延生長方法所形成的鍺硅外延層中具有缺陷的問題。
[0009]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種鍺硅外延生長方法，所述鍺硅外延生長方法包括:
[0010]清洗單晶硅襯底；
[0011 ] 對所述單晶硅襯底表面執(zhí)行原位刻蝕；
[0012]在所述單晶硅襯底表面生長鍺硅外延層。
[0013]可選的，在所述的鍺硅外延生長方法中，對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鍺硅外延層的工藝步驟在同一機臺中執(zhí)行。
[0014]可選的，在所述的鍺硅外延生長方法中，對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的氧化層。
[0015]可選的，在所述的鍺硅外延生長方法中，利用干法化學性刻蝕對所述單晶硅襯底表面執(zhí)行原位刻蝕。
[0016]可選的，在所述的鍺硅外延生長方法中，對所述單晶硅襯底表面執(zhí)行原位刻蝕的反應氣體為NF3和NH3。
[0017]可選的，在所述的鍺硅外延生長方法中，分兩個階段對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°C?50°C ;第二階段的工藝溫度為100°C?300。。。
[0018]可選的，在所述的鍺硅外延生長方法中，對所述單晶硅襯底表面執(zhí)行原位刻蝕中，刻蝕去除的自然生長的氧化層的厚度為10埃?40埃。
[0019]可選的，在所述的鍺硅外延生長方法中，清洗單晶硅襯底所使用的清洗液包括:D1-03、SC-1 及 HF 酸。
[0020]可選的，在所述的鍺硅外延生長方法中，清洗單晶硅襯底的工藝步驟與對所述單晶硅襯底表面執(zhí)行原位刻蝕的工藝步驟在不同的機臺中執(zhí)行。
[0021]發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的鍺硅外延生長方法中，清洗單晶硅襯底的工藝步驟和在所述單晶硅襯底表面生長鍺硅外延層的工藝步驟在兩個機臺中執(zhí)行，單晶硅襯底清洗結(jié)束后，傳輸?shù)酵庋庸に嚈C臺以在所述單晶硅襯底表面生長鍺硅外延層的過程中，中間有一段停留時間。在工業(yè)生產(chǎn)中，單晶硅襯底(硅片)常常由于停留時間較長，或在外延工藝機臺前等待時間較長，單晶硅襯底(硅片)表面長時間暴露在空氣中，產(chǎn)生了自然生長的氧化層。外延生長工藝對單晶硅襯底表面要求高，表面沾污或殘留有自然生長的氧化層都會導致外延生長產(chǎn)生層錯，位錯，滑移線等晶格缺陷，從而造成產(chǎn)品失效。
[0022]因此，在本發(fā)明提供的鍺硅外延生長方法中，通過對所述單晶硅襯底表面執(zhí)行原位刻蝕，便可去除自然生長的氧化層，從而避免了所形成的鍺硅外延層中產(chǎn)生層錯、位錯、滑移線等晶格缺陷，進而可提高器件/產(chǎn)品質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是現(xiàn)有的鍺硅外延生長方法所形成的具有缺陷的鍺硅外延層的顯微鏡圖；
[0024]圖2是本發(fā)明實施例的鍺硅外延生長方法的流程示意圖。
【具體實施方式】[0025]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提出的鍺硅外延生長方法作進一步詳細說明。根據(jù)下面說明和權利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。
[0026]發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的鍺硅外延生長方法中，清洗單晶硅襯底的工藝步驟和在所述單晶硅襯底表面生長鍺硅外延層的工藝步驟在兩個機臺中執(zhí)行，單晶硅襯底清洗結(jié)束后，傳輸?shù)酵庋庸に嚈C臺以在所述單晶硅襯底表面生長鍺硅外延層的過程中，中間有一段停留時間。在工業(yè)生產(chǎn)中，單晶硅襯底(硅片)常常由于停留時間較長，或在外延工藝機臺前等待時間較長，單晶硅襯底(硅片)表面長時間暴露在空氣中，產(chǎn)生了自然生長的氧化層。外延生長工藝對單晶硅襯底表面要求高，表面沾污或殘留有自然生長的氧化層都會導致外延生長產(chǎn)生層錯，位錯，滑移線等晶格缺陷，從而造成產(chǎn)品失效。
[0027]因此，本發(fā)明核心思想在于，通過對所述單晶硅襯底表面執(zhí)行原位刻蝕，便可去除自然生長的氧化層，從而避免了所形成的鍺硅外延層中產(chǎn)生層錯、位錯、滑移線等晶格缺陷，進而可提聞器件/廣品質(zhì)量。
[0028]具體的，請參考圖2，其為本發(fā)明實施例的鍺硅外延生長方法的流程示意圖。如圖2所示,所述鍺娃外延生長方法包括:
[0029]步驟S20:清洗單晶硅襯底；
[0030]步驟S21:對所述單晶硅襯底表面執(zhí)行原位刻蝕；
[0031]步驟S22:在所述單晶娃襯底表面生長錯娃外延層。
[0032]在本申請實施例中，步驟S20:清洗單晶硅襯底在預清洗機臺中執(zhí)行，步驟S21:對所述單晶硅襯底表面執(zhí)行原位刻蝕以及步驟S22:在所述單晶硅襯底表面生長鍺硅外延層在外延工藝機臺中執(zhí)行。也就是說，步驟S21:對所述單晶硅襯底表面執(zhí)行原位刻蝕和步驟S22:在所述單晶硅襯底表面生長鍺硅外延層在同一機臺中執(zhí)行；步驟S20:清洗單晶硅襯底和步驟S21:對所述單晶硅襯底表面執(zhí)行原位刻蝕在不同的機臺中執(zhí)行。
[0033]在本申請實施例中，步驟S20:清洗單晶硅襯底所使用的清洗液包括:DI_03、SC-1及HF酸。其中，D1-03即為含臭氧的去離子水；SC-1即為氨水、雙氧水和去離子水按一定比例的配比液，通常比例為1:1.5:50。具體的，現(xiàn)在預清洗機臺中執(zhí)行步驟S20:清洗單晶硅襯底，執(zhí)行完畢后，則將單晶硅襯底運往外延工藝機臺，通常的，這中間將產(chǎn)生一定的等待時間，而此時，在單晶硅襯底表面將形成一自然生長的氧化層。即單晶硅襯底由于暴露在空氣中，而與空氣中的氧氣發(fā)生一定的氧化反應，生成氧化層。
[0034]接著，在外延工藝機臺中，執(zhí)行步驟S21:對所述單晶硅襯底表面執(zhí)行原位刻蝕。在本申請實施例中，利用干法化學性刻蝕對所述單晶硅襯底表面執(zhí)行原位刻蝕。相對于干法物理性刻蝕(即通過等離子體采用Ar+離子轟擊單晶硅襯底表面)而言，干法化學性刻蝕可避免對單晶硅襯底造成損傷；同時，反應物可通過揮發(fā)排出腔體，也能避免對腔體的污染。
[0035]具體的，對所述單晶硅襯底表面執(zhí)行原位刻蝕的反應氣體為NF3和NH3。在本申請實施例中，分兩個階段對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°C?50°C ;第二階段的工藝溫度為100°C?300°C。
[0036]在本申請實施例中，第一階段包括如下反應過程:[0037]第一步:NF3+NH3— NH4F+NH4F.HF ；(示意反應過程)
[0038]第二步:NH4For NH4F.HF+Si02 — (NH4) 2SiF6 (solid) +H2O (示意反應過程)
[0039]即在該第一階段中，主要是將SiO2刻蝕掉。
[0040]在本申請實施例中，第二階段包括如下反應過程:
[0041](NH4)2SiF6 (solid) — SiF4 (g) +NH3 (g) +HF (g)(示意反應過程)
[0042]即在該第二階段中，主要是將生成的固態(tài)物質(zhì)氣化從而排出反應腔室。
[0043]因此，優(yōu)選的，在第一階段中，反應腔室的溫度較低；而在第二階段中，反應腔室的溫度較高。在本實施例中，第一階段的工藝溫度為10°C?50°C ;第二階段的工藝溫度為100°C?300°C，例如，第一階段的工藝溫度為I (TC、20°C、30°C、40°C或者50°C等；第二階段的工藝溫度為 100°C、120°C、150°C、180°C、200°C >250V或者 300V等。
[0044]通過上述工藝步驟S21，便可將單晶硅襯底表面自然生長的氧化層去除。通常的，刻蝕去除的自然生長的氧化層的厚度為10埃?40埃。在此，可利用控片進一步監(jiān)控去除的自然生長的氧化層的厚度。
[0045]通過上述工藝步驟S21后，所述單晶硅襯底表面將非常清潔。接著，便可在同一機臺中執(zhí)行步驟S22:在所述單晶硅襯底表面生長鍺硅外延層。在此，執(zhí)行常規(guī)的鍺硅外延生長即可，本實施例對此不再贅述。由于單晶硅襯底表面非常清潔，由此所形成的鍺硅外延層的質(zhì)量將非常高，避免了層錯、位錯、滑移線等晶格缺陷，進而可提高器件/產(chǎn)品質(zhì)量。
[0046]上述描述僅是對本發(fā)明較佳實施例的描述，并非對本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領域的普通技術人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權利要求書的保護范圍。
【權利要求】
1.一種鍺硅外延生長方法，其特征在于，包括: 清洗單晶硅襯底； 對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鍺硅外延層。
2.如權利要求1所述的鍺硅外延生長方法，其特征在于，對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鍺硅外延層的工藝步驟在同一機臺中執(zhí)行。
3.如權利要求1所述的鍺硅外延生長方法，其特征在于，對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的氧化層。
4.如權利要求3所述的鍺硅外延生長方法，其特征在于，利用干法化學性刻蝕對所述單晶硅襯底表面執(zhí)行原位刻蝕。
5.如權利要求4所述的鍺硅外延生長方法，其特征在于，對所述單晶硅襯底表面執(zhí)行原位刻蝕的反應氣體為NF3和NH3。
6.如權利要求5所述的鍺硅外延生長方法，其特征在于，分兩個階段對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°c?50°C ;第二階段的工藝溫度為100。。?300。。。
7.如權利要求3所述的鍺硅外延生長方法，其特征在于，對所述單晶硅襯底表面執(zhí)行原位刻蝕中，刻蝕去除的自然生長的氧化層的厚度為10埃?40埃。
8.如權利要求1?7中任一項所述的鍺硅外延生長方法，其特征在于，清洗單晶硅襯底所使用的清洗液包括:D1-03、SC-1及HF酸。
9.如權利要求8所述的鍺硅外延生長方法，其特征在于，清洗單晶硅襯底的工藝步驟與對所述單晶硅襯底表面執(zhí)行原位刻蝕的工藝步驟在不同的機臺中執(zhí)行。
【文檔編號】H01L21/331GK103928319SQ201410138306
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月8日 優(yōu)先權日:2014年4月8日
【發(fā)明者】曹威, 江潤峰 申請人:上海華力微電子有限公司