專利名稱：減少ic制造中硼沾污的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及使用ULSI(超大規(guī)模集成)技術(shù)的半導(dǎo)體器件制備技術(shù)，具體涉及有效減少在外延生長(zhǎng)薄膜和Si襯底表面之間的界面處硼(B)沾污的方法。該薄膜可以是用以如SiH4、Si2H6、GeH4等作為源氣的UHV-CVD(超高真空/化學(xué)汽相淀積)裝置選擇淀積的Si或Si1-xGex薄膜。
眾所周知，用以如SiH4、Si2H6、GeH4等作為源氣體的UHV-CVD(超高真空/化學(xué)汽相淀積)裝置在硅晶片表面選擇外延生長(zhǎng)Si或Si1-xGex有廣泛的應(yīng)用，如可以在微型化MOS(金屬-氧化物-半導(dǎo)體)晶體管、下一代高速雙極晶體管等中形成約0.1μm的溝道外延結(jié)構(gòu)。
在說(shuō)明本發(fā)明之前，有必要參照?qǐng)D1(A)-1(C)、圖2、和圖3說(shuō)明一下與本發(fā)明有關(guān)的常規(guī)技術(shù)。在整個(gè)公開中，術(shù)語(yǔ)“襯底”和“晶片”可以互換。盡管本說(shuō)明書涉及了高速雙極晶體管，但應(yīng)該注意本發(fā)明不限于此。
圖1(A)-1(C)是說(shuō)明制備高速NPN雙極晶體管的示意剖面圖。簡(jiǎn)單地說(shuō)，將其中有按圖1(A)形成了集電區(qū)部分的襯底放入如圖2所示UHV-CVD設(shè)備中。在UHV-CVD設(shè)備中，如圖1(B)所示在襯底上生長(zhǎng)Si或Si1-xGex外延基區(qū)-部分。接著，從UHV-CVD設(shè)備中取出晶片(或襯底)，按圖1(C)所示的方式，在襯底上形成發(fā)射區(qū)部分。
本發(fā)明的目的是有效減少在外延生長(zhǎng)薄膜和Si襯底表面之間的界面處硼(B)沾污(或濃度)。為此，在放入CVD設(shè)備之前，每個(gè)晶片和/或CVD設(shè)備的生長(zhǎng)室最好進(jìn)行CVD工藝前的清洗。因此，應(yīng)該明白圖1(C)所示的發(fā)射區(qū)的形成與本發(fā)明無(wú)關(guān)。
參照?qǐng)D1(A)，在電阻率為10到20Ωcm(例如)的P+<100>向Si襯底12上生長(zhǎng)N+層10。然后，在N+層10上淀積作為集電極的N-外延層14。還有，如圖1(A)所示，用常規(guī)光刻和腐蝕技術(shù)相繼形成SiO2層16、P+多晶Si層18、和另一SiO2層20。
將經(jīng)過(guò)上述工藝的襯底放入U(xiǎn)HV-CVD設(shè)備中，于該設(shè)備中在N-外延層14上選擇生長(zhǎng)Si或Si1-xGex外延基層(用22表示)。這樣，多晶Si層18的里面部分按圖1(B)所示向下生長(zhǎng)。接著，從UHV-CVD設(shè)備中取出圖1(B)所示的襯底，然后如圖1(C)所示，用常規(guī)技術(shù)形成SiO2層24和N+多晶Si發(fā)射層26。形成圖1(A)-1(C)所示結(jié)構(gòu)的方法是眾所周知的，與本發(fā)明沒(méi)有直接關(guān)系，因此為了簡(jiǎn)便起見將不再對(duì)其進(jìn)一步說(shuō)明。
圖2是UHV-CVD設(shè)備(用30表示)的一個(gè)例子的示意圖，它包括自動(dòng)傳遞部分32；兩個(gè)裝載鎖定(load-lock)室34a和34b；另一自動(dòng)傳遞部分36；兩個(gè)生長(zhǎng)室38a和38b。UHV-CVD設(shè)備30在本領(lǐng)域早已是公知的。其他部分如分子泵，由于與本發(fā)明無(wú)關(guān)，為了簡(jiǎn)便起見所以沒(méi)有在圖2中顯示。圖2還將涉及本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
自動(dòng)傳遞部分32包括凈化臺(tái)40和兩個(gè)襯底傳遞機(jī)械手42a和42b，而自動(dòng)傳遞部分36包括類似的襯底傳動(dòng)機(jī)械手44。
將經(jīng)過(guò)圖1(A)所示工藝的每個(gè)襯底或晶片清洗，然后放入襯底裝載盒46a，此時(shí)該盒沒(méi)有如圖2所示放在凈化臺(tái)40上。如圖2所示，然后，將盒46a傳送到凈化臺(tái)40。用機(jī)械手42a將放在盒46a中的預(yù)清洗過(guò)的晶片一片一片地放入裝載鎖定室34a中，盒46a中所有晶片皆裝入裝載鎖定室34a后，裝載鎖定室34a抽空到預(yù)定壓力。當(dāng)預(yù)定壓力達(dá)到時(shí)，用機(jī)械手44將裝載鎖定室34a中的第一晶片送入生長(zhǎng)室38a，該室用來(lái)進(jìn)行無(wú)摻雜外延生長(zhǎng)。
在室38a中完成外延生長(zhǎng)后，將晶片送到另一進(jìn)行P型(即B)摻雜外延生長(zhǎng)的生長(zhǎng)室38b中。后面將說(shuō)明為什么要使用兩個(gè)生長(zhǎng)室38a和38b的原因。當(dāng)在室38b中完成晶片上的薄膜淀積后，晶片傳送到裝載鎖定室34b。對(duì)裝在裝載鎖定室34a中的每個(gè)晶片重復(fù)這些工藝。當(dāng)裝載鎖定室34a中的所有晶片都處理過(guò)，并送到裝載鎖定室34b之后，用機(jī)械手42b將它們放入另一襯底裝載盒46b中。然后將裝在盒46b中的晶片送到下一晶片處理臺(tái)，進(jìn)行如圖1(C)所示的隨后的晶片處理。
圖3是表示包括清洗和CVD工藝的常規(guī)工藝的各步驟的流程圖。具體地，將其上形成有如圖1(A)所示的層或薄膜的Si晶片進(jìn)行預(yù)清洗，然后送入圖2所示的UHV-CVD設(shè)備30中。
參見圖3，在步驟50，為了去除形成在晶片上的自然氧化層，每個(gè)Si晶片都浸入稀釋的HF(氫氟酸)，然后用水沖洗(步驟52)以去除步驟50所用的化學(xué)物質(zhì)。緊接著在步驟54，用清洗液即NH4OH(氨水)-H2O2(雙氧水)-H2O(純水)對(duì)晶片進(jìn)行公知的RCA清洗工藝，由此去除晶片上的顆粒和有機(jī)雜質(zhì)。用上述稱為“1號(hào)標(biāo)準(zhǔn)清洗(SC-1)液即NH4OH-H2O2-H2O(=1∶1∶5)(例如)，在60到80℃下進(jìn)行3到10分鐘的清洗。接著在步驟56，用純水沖洗掉步驟54中所用的試劑，并用甩干機(jī)將晶片甩干(步驟58)。對(duì)預(yù)定數(shù)量的晶片的每個(gè)進(jìn)行上述晶片清洗。然后將預(yù)清洗過(guò)的Si晶片裝入盒46a(圖2)并送到UHV-CVD設(shè)備30(圖2)的凈化臺(tái)40上。
將裝在晶片裝載盒46a中的Si晶片相繼裝入裝載鎖定室34a(步驟60)。在步驟62，用晶片傳遞機(jī)械手44將裝載鎖定室34a中的第一晶片裝入生長(zhǎng)室38a中。當(dāng)?shù)谝痪湃肷L(zhǎng)室38a中后，該室抽空到10-9到10-10torr的壓力。在步驟64，在生長(zhǎng)室38a中，在高于900℃下，對(duì)晶片進(jìn)行高溫處理(即高溫閃光)約5分鐘，以去除晶片上的自然氧化層。在步驟66，晶片的溫度降低到600-800℃，此后，在晶片上進(jìn)行選擇Si或Si1-xGex的不摻雜外延生長(zhǎng)，所用的源氣選自公知的SiH4、Si2H6、GeH4等。
隨后，進(jìn)行步驟68，將晶片送到生長(zhǎng)室38b。在步驟70，在晶片上進(jìn)行硼摻雜選擇Si或Si1-xGex外延生長(zhǎng)，其中乙硼烷(B2H6)用作形成p型基層的摻雜氣體。在前面，晶片在真空環(huán)境從室38a送到室38b，由此避免在生長(zhǎng)室38b中對(duì)晶片進(jìn)行高溫閃光。在步驟72，其上生長(zhǎng)有p型層的晶片裝入裝載鎖定室34b。然后，將裝載鎖定室34a中的下一個(gè)晶片從裝載鎖定室34a中送到生長(zhǎng)室38a，并進(jìn)行上述工藝。在步驟74，進(jìn)行檢查，確定是否裝載鎖定室34a中的所有晶片都進(jìn)行了處理。如果步驟74的回答是肯定的(是)，則終止圖3的流程。
但是上述已知工藝步驟有一個(gè)問(wèn)題，在晶片上選擇Si或Si1-xGex外延生長(zhǎng)時(shí)，外延層和襯底表面之間的界面免不了有“硼沾污”。硼的濃度通常為峰值濃度大于1E17(即1×1017)原子/cm3，薄層濃度為1E12原子/cm2。產(chǎn)生這樣高的硼濃度的原因如下。
(1)硼存在于RCA清洗工藝所用的清洗液中。例如，當(dāng)溶液的成分為氨水-雙氧水-純水=1∶1∶5時(shí)，上述標(biāo)準(zhǔn)清洗(SC-1)液中存在約100ppt(萬(wàn)億分之一)的硼。這樣當(dāng)晶片進(jìn)行常規(guī)RCA清洗時(shí)，硼就被吸收或包含于自然氧化層中。
(2)在凈化間，過(guò)濾空氣從天花板通向地板。該過(guò)濾天花板系統(tǒng)包括如ULPA(超低透氣率空氣)過(guò)濾器、HEPA(高效懸粒)過(guò)濾器等的硼硅玻璃纖維過(guò)濾器。下降的氣流中含有從玻璃纖維過(guò)濾器中來(lái)的硼。還有，這些過(guò)濾器不能完全過(guò)濾掉將引入到凈化間的外面(即外界)空氣中所含的硼。結(jié)果，凈化室環(huán)境中本身存在硼。由此由于進(jìn)入自然氧化層導(dǎo)致的附加硼，SC-1液中的硼濃度還要增加。而且在步驟50、52、56、58和60(圖3)中，凈化間環(huán)境的硼容易粘附到晶片上的自然氧化層上。
(3)即使在生長(zhǎng)室用高溫閃光去除自然氧化層，粘附在自然氧化層上的硼仍留在晶片上。
上面所述的外延層與Si晶片表面之間界面處的高硼濃度，不免會(huì)降低高速雙極晶體管的截止頻率，引起微型化CMOS晶體管的閾值電壓偏差。
在日本特許公開專利申請(qǐng)4-97517中公開了一種降低硼沾污的方法。根據(jù)該已有技術(shù)，用稀釋HF處理已經(jīng)進(jìn)行RCA清洗的晶片，然后用水清洗，由此以BF3的形式去除硼。但是已有技術(shù)有一難題，即晶片的表面要暴露于凈化間氣氛，所以晶片對(duì)有機(jī)和/或無(wú)機(jī)沾污很敏感，即使在生長(zhǎng)室中進(jìn)行高溫閃光也不能去除該沾污。
因此本發(fā)明的目的是有效減少硅襯底與在CVD(化學(xué)汽相淀積)裝置中外延生長(zhǎng)的Si或Si1-xGex層之間的硼濃度。
為了減少硅襯底與在CVD(化學(xué)汽相淀積)裝置中外延生長(zhǎng)的Si或Si1-xGex層之間的硼濃度，本發(fā)明的一個(gè)方案包括下面步驟(a)用含有多種化學(xué)物質(zhì)的溶液清洗襯底，每種化學(xué)物質(zhì)中硼的濃度小于50ppt，在襯底裝入CVD設(shè)備之前進(jìn)行清洗；(b)于襯底裝入CVD設(shè)備之前，在步驟(a)的無(wú)硼隔絕環(huán)境下處理襯底。
為了減少硅襯底與在CVD(化學(xué)汽相淀積)裝置中外延生長(zhǎng)的Si或Si1-xGex層之間的硼濃度，本發(fā)明的另一個(gè)方案包括下面步驟(a)在襯底裝入CVD設(shè)備之前將硅原子注入到襯底中；(b)在襯底裝入CVD設(shè)備之前用含H2O2的溶液清洗襯底；及(c)在CVD設(shè)備中對(duì)襯底進(jìn)行高溫處理，由此將粘附在襯底上的硼擴(kuò)散到襯底中。
為了減少硅襯底與在CVD(化學(xué)汽相淀積)裝置中外延生長(zhǎng)的Si或Si1-xGex層之間的硼濃度，本發(fā)明的再一個(gè)方案包括下面步驟(a)在襯底裝入CVD設(shè)備之前用含H2O2的溶液清洗襯底；(b)在襯底裝入CVD設(shè)備之前用稀釋HF去除步驟(a)時(shí)襯底上產(chǎn)生的自然氧化層；(c)將襯底浸入沸騰的濃HNO3中，以在襯底上形成自然氧化層，在襯底裝入CVD設(shè)備之前進(jìn)行襯底的浸入；(d)在CVD設(shè)備中對(duì)襯底進(jìn)行高溫處理，由此將粘附在襯底上的硼擴(kuò)散到襯底中。
為了減少硅襯底與在CVD(化學(xué)汽相淀積)裝置中外延生長(zhǎng)的Si或Si1-xGex層之間的硼濃度，本發(fā)明的還一個(gè)方案包括下面步驟(a)在襯底裝入CVD設(shè)備之前用含H2O2的溶液清洗襯底；(b)在襯底裝入CVD設(shè)備之，前用稀釋HF去除步驟(a)時(shí)襯底上產(chǎn)生的自然氧化層；(c)在襯底裝入CVD設(shè)備之前用含氧氣的低壓氣氛在襯底上生長(zhǎng)熱氧化層；(d)在CVD設(shè)備中對(duì)襯底進(jìn)行高溫處理，去除步驟(c)中生長(zhǎng)在襯底上的氧化層。
為了減少硅襯底與在CVD(化學(xué)汽相淀積)裝置中外延生長(zhǎng)的Si或Si1-xGex層之間的硼濃度，本發(fā)明的還一個(gè)方案包括下面步驟(a)在襯底裝入CVD設(shè)備之前，用F2氣體在預(yù)定襯底溫度清潔CVD生長(zhǎng)室，由此去除殘留在生長(zhǎng)室內(nèi)的硼；(b)對(duì)裝入生長(zhǎng)室的襯底進(jìn)行高溫處理，去除襯底上的自然氧化層；(c)在生長(zhǎng)室內(nèi)先后在襯底上進(jìn)行不摻雜和硼摻雜外延生長(zhǎng)。
下面結(jié)合


本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，圖中相似的部件用相同的符號(hào)表示圖1(A)到1(C)表示已有技術(shù)形成高速雙極晶體管的薄膜淀積的剖面圖，涉及本文開始段落的技術(shù)內(nèi)容；圖2表示常規(guī)UHV-CVD設(shè)備；圖3是包括部分制造雙極晶體管步驟的流程圖；圖4是包括表征本發(fā)明第一實(shí)施例的步驟的流程圖；圖5(A)和5(B)表示用于第一實(shí)施例的凈化工作臺(tái)；圖6表示具有本發(fā)明凈化工作臺(tái)的常規(guī)UHV-CVD；圖7是包括表征本發(fā)明第二實(shí)施例的步驟的流程圖；圖8(A)和8(B)分別表示在襯底上用熱生長(zhǎng)氧化層和離子注入方法的示圖；圖9(A)和9(B)是包括表征本發(fā)明第三實(shí)施例的步驟的流程圖；圖10是包括表征本發(fā)明第四實(shí)施例的步驟的流程圖；圖11是包括表征本發(fā)明第五實(shí)施例的步驟的流程圖12表示用于第五實(shí)施例的UHV-CVD；圖13表示第一到第四實(shí)施例以及已有技術(shù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
下面參照?qǐng)D4-6說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施例。
為了簡(jiǎn)化本公開，假定硅襯底(或晶片)上已經(jīng)形成圖1(A)所示各層，清洗襯底(晶片)，并地之裝入圖6所示的UHV-CVD設(shè)備(或系統(tǒng))31。還有，如前所述，在CVD設(shè)備31中每個(gè)晶片上形成Si1-xGex(或Si)層。除了自動(dòng)傳遞部分32基本和凈化間環(huán)境隔絕外，CVD設(shè)備31與圖2的裝置30一樣。因此，圖6中和圖2相同的部分用和圖2中相同的數(shù)字表示。
如圖4所示，在步驟80，每個(gè)硅片浸入稀釋HF(氫氟酸)以去除形成在晶片上的自然氧化層。然后，用水沖洗每個(gè)晶片以去除步驟80中所用的化學(xué)物質(zhì)或試劑(步驟82)。步驟80和82分別和圖3中的步驟50和52相同。然后用RCA清洗工藝(NH4OH-H2O2-H2O)中的“1號(hào)標(biāo)準(zhǔn)清洗(SC-1)液”清洗襯底，但不用干燥，以去除顆粒和有機(jī)沾污(雜質(zhì))。此標(biāo)準(zhǔn)清洗(SC-1)液由NH4OH-H2O2-H2O(通常為1∶1∶5)組成，且溫度保持在約70℃。順便提及，該溶液也稱為APM(氨水-雙氧水混合液)。應(yīng)該注意，所選氨水(NH4OH)、雙氧水(H2O2)、和純水中的硼濃度小于50ppt。
另外，在常規(guī)凈化間具有的凈化工作臺(tái)110(圖5(A)和5(B))中進(jìn)行SC-1液的晶片清洗?，F(xiàn)在參照?qǐng)D5A和5B，兩圖分別表示凈化工作臺(tái)110的透視圖和剖面圖。圖5B中箭頭表示空氣流。工作臺(tái)110有凈化臺(tái)112，其上放有SC-1液容器。更具體地，凈化工作臺(tái)110包括一個(gè)或多個(gè)換氣扇114，通過(guò)它們可以將凈化間的空氣引入工作臺(tái)110。還有，工作臺(tái)110包括有能有效吸收硼的化學(xué)過(guò)濾器116。用氯乙烯屏板118將凈化工作臺(tái)110的內(nèi)部與凈化間隔絕。為了進(jìn)入工作臺(tái)110的內(nèi)部，屏板118的一側(cè)具有拉鏈或滑行固定器120。
回到圖4，在步驟86和88，用水清洗晶片，然后用常規(guī)甩干機(jī)將其甩干。在圖5B所示工作臺(tái)110內(nèi)的凈化臺(tái)112中完成晶片處理。在步驟90，將預(yù)清洗過(guò)的晶片放入充有氮?dú)獾木b載盒，然后送到自動(dòng)傳遞部分32(圖6)的凈化臺(tái)40上。為了防止凈化間中的硼雜質(zhì)進(jìn)入?yún)^(qū)域32，該區(qū)域32與凈化間隔絕。即，與圖5A和5B一樣，凈化工作臺(tái)中具有自動(dòng)傳遞部分32，用粗線33表示。這樣，需要提供開口以將晶片裝入裝載鎖定室34a，以及將晶片從另一裝載鎖定室34b中取出。上述充有氮?dú)獾木b載盒在圖6中用46a’表示。
然后將盒46a’中的硅片裝入無(wú)硼環(huán)境的裝載鎖定室34a(步驟92)。在步驟94，用晶片傳遞機(jī)械手44將裝載鎖定室34a中的第一晶片送入生長(zhǎng)室38a。當(dāng)?shù)谝痪诺缴L(zhǎng)室38a時(shí)，室38a抽空到10-9到10-10torr(例如)。在步驟96，晶片溫度升高到約950℃并高溫處理(高溫閃光)約5分鐘，以去除晶片上的自然氧化層。完成晶片的高溫處理后，立即將溫度降低到約700℃。在步驟98，如圖1B所示，在晶片上選擇生長(zhǎng)厚度約2000埃(例如)的不摻雜外延Si層，同時(shí)Si2H6氣體以10sccm(標(biāo)準(zhǔn)cm3/min)的速率流進(jìn)室38a?；蛘?，可以用Si2H6(或SiH4)和GeH4作源氣體生長(zhǎng)不摻雜Si1-xGex外延層。
接著，在步驟100，晶片送到另一生長(zhǎng)室38b。在步驟102，在室38b中用乙硼烷(B2H6)作摻雜氣體，在不摻雜層上生長(zhǎng)摻硼Si層，以形成p型層。在上面，是在真空環(huán)境將晶片從室38a送到室38b，不需要在生長(zhǎng)室38b中進(jìn)行高溫閃光。在步驟104，將其上生長(zhǎng)了p型基層的晶片裝入裝載鎖定室34b。然后，將裝載鎖定室34a中的下一個(gè)晶片從裝載鎖定室34a送到生長(zhǎng)室38a，并進(jìn)行上述工藝。在步驟106，進(jìn)行檢查確定是否裝載鎖定室34a中所有的晶片都處理過(guò)。如果回答肯定，則終止圖4的流程。
根據(jù)本發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)，在上述條件下，外延層和襯底界面處硼的峰值濃度為4E16原子/cm3。另一方面，同一界面處硼的薄層濃度為1E11原子/cm2。與此相對(duì)照，在步驟84、86、88、90和92中，凈化間不實(shí)行硼隔絕時(shí)，界面處硼的峰值濃度為3E17原子/cm3。而且界面硼薄層濃度為1E12原子/cm2。上述結(jié)果由上述二次粒子質(zhì)譜(SIMS)技術(shù)得到，并標(biāo)繪于圖13中。
還有，因?yàn)榭梢杂行p少外延層和襯底之間界面處的硼濃度，可以期望將雙極晶體管的截止頻率改進(jìn)到令人滿意的程度。
下面參照?qǐng)D2、7、8(A)和8(B)來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的第二實(shí)施例。在第二實(shí)施例中，不用圖5(A)和5(B)所示凈化工作臺(tái)110等硼隔絕裝置。
和第一實(shí)施例一樣，假設(shè)硅晶片上已經(jīng)形成圖1(A)所示層，清洗晶片，并將之送入到圖2所示的UHV-CVD設(shè)備(系統(tǒng))30。
如圖7所示，在步驟200，用常規(guī)工藝在襯底上形成熱生長(zhǎng)硅氧化物。圖8(A)中用數(shù)字201示意性表示襯底上的該熱氧化物，其厚度約為200埃(例如)。在步驟202，在10KeV和1E13原子/cm2(例如)的條件下注入硅離子。圖8(B)示意性表示粒子注入方法。在步驟204，為了完全去除熱生長(zhǎng)的氧化物，用稀釋HF清洗晶片。隨后，晶片用水清洗(步驟206)、用SC-1溶液清洗(步驟208)、用水清洗(步驟210)、用甩干機(jī)甩干(步驟212)，這些步驟對(duì)應(yīng)圖4中的步驟82、84、86和88。但是如上所述，第二實(shí)施例中沒(méi)有用圖5(A)和5(B)所示的凈化工作臺(tái)110。即，在凈化間環(huán)境進(jìn)行圖7的上述步驟。然后在步驟214，將預(yù)清洗過(guò)的晶片放進(jìn)充有氮?dú)獾木b載盒，并送到自動(dòng)傳遞部分32的凈化臺(tái)40(圖2)。應(yīng)該注意到，上述充有氮?dú)獾木b載盒沒(méi)有在圖2中顯示，但對(duì)應(yīng)于盒46a。盒46a中的硅晶片相繼裝入裝載鎖定室34a(步驟216)。下面步驟218、220、222、224、226、228和230分別和圖4中的步驟94、96、98、100、102、104和106相同，因此為了簡(jiǎn)化本公開下面不作進(jìn)一步說(shuō)明。
在上面，可以省略步驟200生長(zhǎng)熱氧化的工藝，此時(shí)步驟204也可以省略。
根據(jù)第二實(shí)施例，在步驟208，在用SC-1溶液清洗晶片時(shí)，襯底上形成自然氧化物。但是，當(dāng)晶片在步驟220進(jìn)行高溫閃光處理時(shí)，步驟208時(shí)引入到自然氧化物中或粘附到表面的硼加速地?cái)U(kuò)散進(jìn)襯底。這是因?yàn)樵诠枳⑷霑r(shí)產(chǎn)生大量的填隙Si原子。另外，在步驟208和220去除注入損傷。上述硼擴(kuò)散進(jìn)硅襯底的進(jìn)一步細(xì)節(jié)，可以參照如P.A.Stolk等在1995年1月30的Appl.Phys.Lett.的66卷第5期的題為“硅中陷阱限制填隙擴(kuò)散和增強(qiáng)硼積聚”的文章。
關(guān)于第二實(shí)施例，根據(jù)上述條件下的本發(fā)明人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，外延層和襯底界面處的硼峰值濃度為3.5E16原子/cm3。同一界面處的硼的薄層濃度為8E10原子/cm2。這些結(jié)果由上述二次粒子質(zhì)譜(SIMS)技術(shù)得到，并標(biāo)繪于圖13中。
下面參照?qǐng)D2、9(A)和9(B)來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的第三實(shí)施例。在第三實(shí)施例中，不用圖5(A)和5(B)所示凈化工作臺(tái)110等硼隔絕裝置。
和第一實(shí)施例一樣，假設(shè)硅襯底(或晶片)上已經(jīng)形成圖1(A)所示層，預(yù)清洗硅襯底(晶片)，并將之送入到圖2所示的UHV-CVD設(shè)備(系統(tǒng))30。
如圖9(A)所示，在步驟300，用稀釋HF溶液清洗晶片，以去除襯底上的自然氧化層。接著，把晶片先后用水清洗(步驟302)、用SC-1溶液清洗(步驟304)、和用水清洗(步驟306)，這些步驟對(duì)應(yīng)圖4中的步驟82、84、86和88。但是如上所述，第三實(shí)施例中沒(méi)有用圖5(A)和5(B)所示的凈化工作臺(tái)110。即，在凈化間環(huán)境進(jìn)行圖9(A)的上述步驤。
然后在步驟308，再用稀釋HF去除步驟304時(shí)產(chǎn)生的自然氧化層，之后，在步驟310，用水沖洗晶片去除步驟308所用的化學(xué)物質(zhì)。接著，在步驟312，晶片浸入沸騰或熱的濃HNO3(硝酸)中(或清洗)，以再在襯底上生成自然氧化層(約15埃厚)。然后，用水清洗晶片(步驟314)，再后，在步驟318，用≤約1％的稀釋HF將自然氧化層的厚度減少到約5埃。在步驟320，用甩干機(jī)將晶片甩干。下面步驟322到338分別和步驟214到230相同，因此為了簡(jiǎn)化本公開下面不作進(jìn)一步說(shuō)明。
由于硝酸不含硼，和步驟304中用SC-1溶液清洗晶片時(shí)產(chǎn)生的自然氧化層相比，步驟312生長(zhǎng)的自然氧化層幾乎不合硼。而且步驟312產(chǎn)生的自然氧化層的厚度因此減少，僅有很薄的一層幾乎不含硼的自然氧化層保留在襯底上，而且該層可用前面實(shí)施例中的步驟328的高溫閃光處理來(lái)去除。
但是，如果上述自然氧化層的厚度可以控制到象步驟316時(shí)那么小，則可以省略步驟316。
關(guān)于第三實(shí)施例，根據(jù)上述條件下本發(fā)明人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，外延層和襯底界面處的硼峰值濃度為3.0E16原子/cm3。同一界面處的硼的薄層濃度為6E10原子/cm2。這些結(jié)果由上述二次粒子質(zhì)譜(SIMS)技術(shù)得到，并標(biāo)繪于圖13中。
下面參照?qǐng)D2和10來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的第四實(shí)施例。在第四實(shí)施例中，不用圖5(A)和5(B)所示凈化工作臺(tái)110等硼隔絕裝置。
和第一實(shí)施例一樣，假設(shè)硅襯底(或晶片)上已經(jīng)形成圖1(A)所示層，預(yù)處理硅襯底(晶片)，并將之送入到圖2所示的UHV-CVD設(shè)備(系統(tǒng))30。
圖10中的步驟400到410分別和圖9(A)中的步驟300到310相同，因此為了簡(jiǎn)便就不再說(shuō)明。在步驟412，用甩干機(jī)甩干晶片。然后，在步驟414，在低壓氣氛下，用氧氣在襯底上熱生長(zhǎng)硅氧化物。隨后的步驟416到432分別和圖9(A)中的步驟322到338相同，為了簡(jiǎn)化本公開不再進(jìn)一步說(shuō)明。
上述熱氧化物生長(zhǎng)是在CVD生長(zhǎng)室中，在小于20torr的條件下完成。此時(shí)，襯底的溫度等于或小于900℃。還有，熱生長(zhǎng)氧化物的厚度等于或小于30埃。
在減壓環(huán)境中襯底上熱生長(zhǎng)的氧化物幾乎不含硼。而且，與用SC-1溶液清洗在襯底上生長(zhǎng)的自然氧化層相比，這種氧化物結(jié)構(gòu)致密(致密物質(zhì))，凈化間中的硼很難粘附到在步驟414中生長(zhǎng)的氧化物上。
關(guān)于第四實(shí)施例，本發(fā)明人在下列條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(a)在CVD生長(zhǎng)室中，在10torr完成熱氧化物生長(zhǎng)，(b)襯底的溫度保持為900℃，(c)熱生長(zhǎng)氧化物的厚度為20埃。而且CVD設(shè)備的條件和第一實(shí)施例一樣。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，外延層和襯底界面處的硼峰值濃度為2.5E16原子/cm3。同一界面處的硼的薄層濃度為5E10原子/cm2。和前面實(shí)施例一樣，這些結(jié)果由上述二次粒子質(zhì)譜(SIMS)技術(shù)得到，并標(biāo)繪于圖13中。
最后，參照?qǐng)D11、12來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的第五實(shí)施例。在第五實(shí)施例中，和第一實(shí)施例一樣，使用圖5(A)和5(B)所示凈化工作臺(tái)110等硼隔絕裝置。如圖12所示，第五實(shí)施例僅用一個(gè)生長(zhǎng)室(用數(shù)字39表示)。
假設(shè)硅襯底(或晶片)上已經(jīng)形成圖1(A)所示層，預(yù)處理硅襯底(晶片)，并將之放入到圖2所示的UHV-CVD設(shè)備(系統(tǒng))31。
圖11中的步驟500到512分別和步驟80到92相同，因此為了簡(jiǎn)便就不再說(shuō)明。在步驟514，晶片溫度升高到約700℃，然后用F2氣體(流速20sccm)清潔生長(zhǎng)室39約5分鐘。因此，如下所示，生長(zhǎng)室39內(nèi)壁的硼殘留物(固體)會(huì)蒸發(fā)
2BF3氣體被排放到室39外。清潔生長(zhǎng)室39后，在步驟516將蘇晶片從裝載鎖定室34a裝入室39。然后，在步驟518將該晶片進(jìn)行高溫閃光處理，以去除形成在其上的自然氧化層。再后，在步驟520，在室39中進(jìn)行晶片上的不摻雜外延生長(zhǎng)(2000埃(例如))。隨后在同一室39中，用速率都為10sccm的Si2H6和(H2(1％)+B2H6(99％))在不摻雜層上進(jìn)行硼摻雜外延生長(zhǎng)(2000埃(例如))。當(dāng)完成不摻雜和硼摻雜外延生長(zhǎng)后，將晶片送到裝載鎖定室34b(步驟522)。流程回到步驟514，將下一晶片進(jìn)行步驟514到522的上述工藝。在步驟524，進(jìn)行檢查確定是否裝載鎖定室34a中的所有晶片都已處理過(guò)。若回答是肯定的(是)，則終止流程。
在第五實(shí)施例，本發(fā)明人在上述條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。盡管沒(méi)有示于圖13中，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，外延層和襯底界面處的硼峰值濃度為4E16原子/cm3。同一界面處的硼的薄層濃度為1E11原子/cm2。和前面實(shí)施例一樣，這些結(jié)果由上述二次粒子質(zhì)譜(SIMS)技術(shù)得到。
應(yīng)該明白，盡管本發(fā)明展現(xiàn)了五個(gè)可能的實(shí)施例，但本發(fā)明的基本概念并不具體限于此。
權(quán)利要求
1．一種減少硅襯底與在CVD(化學(xué)汽相淀積)裝置中外延生長(zhǎng)的Si或Si1-xGex層之間的硼濃度的方法，包括下面步驟(a)用含有多種化學(xué)物質(zhì)的溶液清洗襯底，每種化學(xué)物質(zhì)中硼的濃度小于50ppt，在襯底裝入CVD設(shè)備之前進(jìn)行所述清洗；及(b)于襯底裝入CVD設(shè)備之前，在步驟(a)的無(wú)硼隔絕環(huán)境中處理襯底。
2．如權(quán)利要求1的方法，其特征為，所述襯底處理步驟(b)還包括用水清洗襯底、甩干襯底、將襯底送到CVD設(shè)備并裝入CVD設(shè)備中。
3．如權(quán)利要求2的方法，其特征為，用充有氮?dú)獾囊r底裝載盒將所述襯底傳送到CVD設(shè)備。
4．如權(quán)利要求1的方法，其特征為，所述無(wú)硼的隔絕環(huán)境僅次于含有來(lái)自玻璃纖維過(guò)濾器的硼的凈化間內(nèi)。
5．如權(quán)利要求4的方法，其特征為，用充有氮?dú)獾囊r底裝載盒將所述襯底傳送到CVD設(shè)備。
6．如權(quán)利要求1的方法，其特征為，步驟(a)中清洗襯底的溶液包括NH4OH-H2O2-H2O。
7．一種減少硅襯底與在CVD(化學(xué)汽相淀積)裝置中外延生長(zhǎng)的Si或Si1-xGex層之間的硼濃度的方法，包括下面步驟(a)在襯底裝入CVD設(shè)備之前，將硅原子注入到襯底中；(b)在襯底裝入CVD設(shè)備之前，用含H2O2的溶液清洗襯底；(c)在CVD設(shè)備中，對(duì)襯底進(jìn)行高溫處理由此將粘附在襯底上的硼擴(kuò)散到襯底中。
8．如權(quán)利要求7的方法，其特征為，在清洗晶片時(shí)，在所述高溫處理步驟(c)中去除襯底在凈化間環(huán)境中產(chǎn)生的自然氧化層。
9．如權(quán)利要求7的方法，還包括下面步驟(d)在步驟(a)之前，于襯底上熱生長(zhǎng)氧化物；(e)在步驟(a)和(b)之間完全去除熱生長(zhǎng)氧化物。
10．如權(quán)利要求7的方法，其特征為，步驟(b)中清洗襯底的溶液包括NH4OH-H2O2-H2O。
11．如權(quán)利要求7的方法，其特征為，用充有氮?dú)獾囊r底裝載盒將襯底傳送到CVD設(shè)備。
12．一種減少硅襯底與在CVD(化學(xué)汽相淀積)裝置中外延生長(zhǎng)的Si或Si1-xGex層之間的硼濃度的方法，包括下面步驟(a)在襯底裝入CVD設(shè)備之前，用含H2O2的溶液清洗襯底；(b)在襯底裝入CVD設(shè)備之前，用稀釋HF去除步驟(a)時(shí)襯底上產(chǎn)生的自然氧化層；(c)將襯底浸入沸騰的濃HNO3中，以在襯底上形成自然氧化層，襯底的浸入在襯底裝入CVD設(shè)備之前進(jìn)行；(d)在CVD設(shè)備中對(duì)襯底進(jìn)行高溫處理，由此將粘附在襯底上的硼擴(kuò)散到襯底中。
13．如權(quán)利要求12的方法，還包括下面步驟(e)在襯底裝入CVD設(shè)備之前，用稀釋HF將步驟(c)中產(chǎn)生的自然氧化層的厚度減少到預(yù)定值，步驟(e)中所用的稀釋HF的濃度低于步驟(b)中稀釋HF的濃度。
14．如權(quán)利要求12的方法，其特征為，用充有氮?dú)獾囊r底裝載盒將襯底傳送到CVD設(shè)備。
15．如權(quán)利要求12的方法，其特征為，步驟(a)中所用溶液包括NH4OH-H2O2-H2O。
16．一種減少硅襯底與在CVD(化學(xué)汽相淀積)裝置中外延生長(zhǎng)的Si或Si1-xGex層之間的硼濃度的方法，包括下面步驟(a)在襯底裝入CVD設(shè)備之前，用含H2O2的溶液清洗襯底；(b)在襯底裝入CVD設(shè)備之前，用稀釋HF去除步驟(a)襯底上產(chǎn)生的自然氧化層；(c)在襯底裝入CVD設(shè)備之前，在低壓氣氛中，用氧氣在襯底上生長(zhǎng)熱氧化層；(d)在CVD設(shè)備中對(duì)襯底進(jìn)行高溫處理，去除步驟(c)時(shí)生長(zhǎng)在襯底上的氧化層。
17．如權(quán)利要求16的方法，其特征為，在小于20torr的CVD生長(zhǎng)室中，在等于或小于900℃的襯底溫度下進(jìn)行步驟(c)的熱氧化物生長(zhǎng)，其中步驟(c)生長(zhǎng)的熱氧化物的厚度等于或小于30埃。
18．如權(quán)利要求16的方法，其特征為，用充有氮?dú)獾囊r底裝載盒將襯底傳送到CVD設(shè)備。
19．如權(quán)利要求16的方法，其特征為，步驟(a)中所用溶液包括NH4OH-H2O2-H2O。
20．一種減少硅襯底與在CVD(化學(xué)汽相淀積)裝置中外延生長(zhǎng)的Si或Si1-xGex層之間的硼濃度的方法，包括下面步驟(a)在襯底裝入CVD設(shè)備之前，用F2氣體在預(yù)定襯底溫度清潔CVD生長(zhǎng)室，由此去除殘留在生長(zhǎng)室內(nèi)的硼；(b)對(duì)裝入生長(zhǎng)室的襯底進(jìn)行高溫處理，去除襯底上的自然氧化層；(c)在生長(zhǎng)室內(nèi)先后在襯底上進(jìn)行不摻雜和硼摻雜外延生長(zhǎng)。
21．如權(quán)利要求20的方法，還包括步驟(d)用含有多種化學(xué)物質(zhì)的溶液清洗襯底，每種化學(xué)物質(zhì)中硼的濃度小于50ppt，所述清洗在硅襯底裝入CVD設(shè)備之前進(jìn)行；(e)于襯底裝入CVD設(shè)備之前，在步驟(d)的沒(méi)有硼的隔絕環(huán)境中處理襯底。
22．如權(quán)利要求21的方法，其特征為，所述襯底處理步驟(e)還包括用水清洗襯底、干燥襯底、將襯底送到CVD設(shè)備并裝入CVD設(shè)備中。
23．如權(quán)利要求22的方法，其特征為，用充有氮?dú)獾囊r底裝載盒所將說(shuō)襯底傳送到CVD設(shè)備。
24．如權(quán)利要求21的方法，其特征為，所述無(wú)硼隔絕環(huán)境僅次于含有來(lái)自玻璃纖維過(guò)濾器的硼的凈化間內(nèi)。
25．如權(quán)利要求24的方法，其特征為，用充有氮?dú)獾囊r底裝載盒將所述晶片傳送到CVD設(shè)備。
26．如權(quán)利要求21的方法，其特征為，步驟(a)中清洗襯底的所述溶液包括NH4OH-H2O2-H2O。
全文摘要
為了減少硅襯底與在CVD(化學(xué)汽相淀積)裝置中外延生長(zhǎng)的Si或Si
文檔編號(hào)H01L21/306GK1219755SQ97119898
公開日1999年6月16日 申請(qǐng)日期1997年12月6日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月6日
發(fā)明者鈴木達(dá)也, 青山亨 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社