專利名稱：外延生長方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體制造工藝，特別是涉及一種外延工藝。
背景技術：
硅外延在雙極器件、CMOS、硅基BiCMOS、鍺硅BiCMOS和B⑶等器件中有著廣泛的應用。外延層的電阻率和膜厚及均勻性對半導體器件的性能有重要的影響。外延層電阻率的調節(jié)是通過在其中摻入雜質來實現的。如P型外延通常摻入硼(B)，n型外延通常摻入磷 (P)或砷(As)。摻入雜質的多少決定了電阻率的大小。但是，外延過程中還或多或少有自摻雜現象，由此產生的自摻雜效應(Auto-doping effect)是外延生長過程中在外延層摻入了非故意摻雜物 (non-intentional doping)，其對外延層載流子的分布、電阻率大小及均勻性、以及器件的最終性能將造成很大的不良影響。自摻雜效應通常又分為宏觀自摻雜和微觀自摻雜。宏觀自摻雜是外延過程中腔體內部如腔壁的雜質擴散到生長的外延層中。微觀自摻雜是外延過程中，重摻雜的襯底(電阻率通常小于0. 02ohm -cm)或襯底里注入區(qū)的雜質外擴散至生長的過渡區(qū)氣流中，然后再隨著外延生長摻入外延層。對于宏觀自摻雜現象，為了抑制自摻雜效應，通常采用鹵化氫(如氯化氫HCl)清洗腔壁后在腔壁淀積本征層或低摻雜層。對于微觀自摻雜現象，為了抑制自摻雜效應，重摻雜的襯底通常采用低溫氧化膜(LTO)背封。但是對于微觀自摻雜現象，襯底中的雜質或注入區(qū)的雜質在外延生長的高溫過程中仍然會從硅片的正面外擴散，成為自摻雜現象的雜質源。外延工藝的硅源氣體有四氯化硅(SiCl4)、三氯氫硅(SiHCl3)、二氯二氫硅 (SiH2Cl2)、硅烷(SiH4)。四氯化硅通常淀積溫度很高為1200°C左右，目前該工藝已很少使用。三氯氫硅和二氯二氫硅是目前普遍使用的外延工藝硅源氣體。其中三氯氫硅用于常壓外延(壓力為760Torr左右)，生長溫度較高，通常為1070 1190°C，其淀積速率較高。二氯二氫硅用于減壓外延(通常壓力為20 500Torr，尤其為20 IOOTorr)，二氯二氫硅生長溫度通常為1000 1100°C，其淀積速率較高；如用于選擇性外延生長溫度通常為800 950C。硅烷通常用于低溫外延，生長溫度為600 950°C ；其通常用于減壓外延，壓力為20 IOOTorr ；尤其是鍺硅外延的生長，其淀積速率較低，適用于生長薄外延，通常小于5000 A。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種外延生長方法，該方法可以較好地抑制外延工藝中的自摻雜現象，并能較好地控制外延層的厚度，取得較高的生產效率。為解決上述技術問題，本發(fā)明外延生長方法包括如下步驟第1步，選用硅烷作為硅源氣體，以氣相外延(VPE)工藝生長第一外延層，反應溫度為600 950°C，壓力為20 200Torr，載氣為氫氣，氫氣流量為15 45slm，所生長的第一外延層厚度為500 5000 A；第2步，選用二氯二氫硅作為硅源氣體，以氣相外延工藝生長第二外延層，反應溫度為1000 1100°C，壓力為20 200Torr，載氣為氫氣，氫氣流量為20 60slm。本發(fā)明外延生長的方法能夠較好的抑制外延自摻雜現象，取得較高的生產效率。


圖1是本發(fā)明外延生長方法的一個實施例的流程圖；圖2是本發(fā)明外延生長方法的另一個實施例的流程圖。
具體實施例方式請參閱圖1，本發(fā)明外延生長方法包括如下步驟第1步，選用SiH4作為硅源氣體，以VPE工藝在低溫、減壓條件下生長第一外延層。 所述“低溫”指600 950°C，優(yōu)選為650 8500C0所述“減壓”指20 200Torr，優(yōu)選為 20 lOOTorr。這一步外延生長的載氣為氫氣，氫氣流量為15 45slm。所生長的第一外延層厚度為500 5000 A，優(yōu)選為500 1500 A。這一步外延生長時，由于反應溫度較低，硅片的雜質外擴散較少。這樣當硅片表面生長出第一外延層之后，再進行下面的第二步外延工藝，自摻雜現象會得到較好的抑制，從而降低微觀自摻雜現象。第2步，選用SiH2Cl2作為硅源氣體，以VPE工藝在普通溫度、減壓條件下生長第二外延層。所述“普通溫度”指1000 IlOO0C0所述“減壓”指20 200Torr，優(yōu)選為20 IOOTorr0這一步外延生長的載氣為氫氣，氫氣流量為20 60slm，優(yōu)選為20 40slm。這一步外延生長的速度較快，通常為0. 8 3 μ m/min,尤其是1 2. 5 μ m/min。所生長的第二外延層的厚度根據器件要求而定，通常第二外延層的厚度應為整個外延厚度的 80%以上。這一步外延生長為主外延生長，有利于提升外延工藝的生產效率(Throughput)。需要強調的是，第1步和第2步的外延生長應在同一個機臺的同一個腔體，或在同一個機臺的不同腔體進行，使得硅片不用出機臺，保證第二步外延前的硅片表面質量。請參閱圖2，本發(fā)明外延生長方法還可包括第3步，選用SiH2Cl2或SiH4作為硅源氣體，以VPE工藝生長第三外延層。當選用SiH2Cl2作為硅源氣體時，反應溫度為1000 1100°C，壓力為20 200Torr，載氣為氫氣，氫氣流量為20 60slm，SiH2Cl2流量小于第2 步。當選用硅烷作為硅源氣體時，反應溫度為600 950°C，壓力為20 200Torr，載氣為氫氣，氫氣流量為15 45slm。所增加的第3步外延生長的速率比第2步慢，約為0. 1 0.5 μ m/min，用來精確地控制最終的外延厚度。如果器件對外延層的厚度要求不是特別嚴格，如整體厚度大于2μπι 的外延，可以省略該步驟。在圖1或圖2所述方法在第1步之前還可以包括硅片首先進行濕法預清洗，通常使用HF-Last (以氫氟酸為最后步驟)的方法進行預清洗。進一步地，在濕法預清洗之后，所述方法第1步之前還可以包括硅片進入外延腔體進行氫氣烘烤，為外延生長提供完美表面質量。該烘烤氣體為氫氣，溫度為800 1200°C，尤其是800 1000°C，烘烤時間為30 300s。
各步驟外延生長可以為N型或P型，各個外延層的摻雜濃度可根據器件要求進行調節(jié)。綜上所述，本發(fā)明外延生長方法采用兩步外延工藝，可以較好的抑制外延自摻雜現象，并取得較高的生產效率。當采用三步外延工藝時，還可以較好的控制外延膜厚。
權利要求
1.一種外延生長方法，其特征是，包括如下步驟第1步，選用硅烷作為硅源氣體，以氣相外延工藝生長第一外延層，反應溫度為600 9500C，壓力為20 200Torr，載氣為氫氣，氫氣流量為15 45slm，所生長的第一外延層厚度為500 5000 A;第2步，選用二氯二氫硅作為硅源氣體，以氣相外延工藝生長第二外延層，反應溫度為 1000 1100°C，壓力為20 200Torr，載氣為氫氣，氫氣流量為20 60slm。
2.根據權利要求1所述的外延生長方法，其特征是，所述方法還包括第3步，選用 SiH2Cl2或SiH4作為硅源氣體，以VPE工藝生長第三外延層；當選用SiH2Cl2作為硅源氣體時，反應溫度為1000 1100°C，壓力為20 200Torr，載氣為氫氣，氫氣流量為20 60slm，SiH2Cl2流量小于第2步；當選用硅烷作為硅源氣體時，反應溫度為600 950°C，壓力為20 200Torr，載氣為氫氣，氫氣流量為15 45slm。
3.根據權利要求1所述的外延生長方法，其特征是，所述方法第1步中，反應溫度為 650 850°C，壓力為20 lOOTorr，所生長的第一外延層厚度為500 1500 A。
4.根據權利要求1所述的外延生長方法，其特征是，所述方法第2步中，反應壓力為 20 IOOiTorr,氫氣流量為20 40slm。
5.根據權利要求1所述的外延生長方法，其特征是，所述方法第2步中，第二外延層的生長速率為0. 8 3 μ m/min。
6.根據權利要求5所述的外延生長方法，其特征是，所述方法第2步中，第二外延層的生長速率為1 2. 5 μ m/min。
7.根據權利要求1所述的外延生長方法，其特征是，所述第二外延層的厚度占第一外延層、第二外延層和第三外延層總厚度的80%以上。
8.根據權利要求1所述的外延生長方法，其特征是，所述方法第3步中，第三外延層的生長速率為0. 1 0. 5 μ m/min。
9.根據權利要求1所述的外延生長方法，其特征是，所述方法第1步之前還包括硅片首先進行濕法預清洗。
10.根據權利要求9所述的外延生長方法，其特征是，在硅片進行濕法預清洗之后，所述方法第1步之前還包括硅片進入外延腔體進行氫氣烘烤。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種外延生長方法，包括如下步驟第1步，選用硅烷作為硅源氣體，以氣相外延工藝生長第一外延層，反應溫度為600～950℃，壓力為20～200Torr，載氣為氫氣，氫氣流量為15～45slm，所生長的第一外延層厚度為500～5000；第2步，選用二氯二氫硅作為硅源氣體，以氣相外延工藝生長第二外延層，反應溫度為1000～1100℃，壓力為20～200Torr，載氣為氫氣，氫氣流量為20～60slm。本發(fā)明外延生長的方法能夠較好的抑制外延自摻雜現象，并取得較高的生產效率。
文檔編號H01L21/205GK102456551SQ201010514570
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月21日 優(yōu)先權日2010年10月21日
發(fā)明者繆燕 申請人:上海華虹Nec電子有限公司