專(zhuān)利名稱(chēng)：一種降低外延自摻雜效應(yīng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造方法，尤其是硅外延工藝中降低外延自摻雜效應(yīng)的方法。
背景技術(shù)：
硅外延在雙極器件、CMOS、硅基B i CMOS、鍺硅B i CMOS和BCD等器件中有著廣泛的應(yīng)用。電阻率是外延層的主要特性參數(shù)之一，對(duì)半導(dǎo)體器件的性能有重要的影響，因此外延層電阻率的均勻性對(duì)其應(yīng)用至關(guān)重要。外延層電阻率的調(diào)節(jié)通過(guò)在其中摻入雜質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，如 P型外延通常摻入硼(B)，η型外延通常摻入磷(P)或砷(As)，摻入雜質(zhì)的多少?zèng)Q定了電阻率的大小。但是，外延過(guò)程中還或多或少有自摻雜現(xiàn)象，自摻雜效應(yīng)(Auto-doping effect) 是外延生長(zhǎng)過(guò)程中在外延層摻入了非故意摻雜物(non-intentional doping)，其對(duì)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(yīng)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(guò)程中腔體內(nèi)部件如腔壁的雜質(zhì)擴(kuò)散到生長(zhǎng)的外延層中；微觀自摻雜是外延過(guò)程中，重?fù)诫s的襯底(電阻率通常小于 0. 02ohm. cm)或襯底里注入?yún)^(qū)的雜質(zhì)外擴(kuò)散至生長(zhǎng)的過(guò)渡區(qū)氣流中，然后再隨著外延生長(zhǎng)摻入外延層。對(duì)于宏觀自摻雜現(xiàn)象，為了抑制自摻雜效應(yīng)，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(duì)于微觀自摻雜現(xiàn)象，為了抑制自摻雜效應(yīng)，重?fù)诫s的襯底通常采用低溫氧化膜(LTO)背封。但是對(duì)于微觀自摻雜現(xiàn)象，襯底中的雜質(zhì)或注入?yún)^(qū)的雜質(zhì)在外延生長(zhǎng)的高溫過(guò)程中仍然會(huì)從硅片的正面外擴(kuò)散，成為自摻雜現(xiàn)象的雜質(zhì)源，尤其是硼(B)原子。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種降低外延自摻雜效應(yīng)的方法，以抑制外延工藝中硼⑶原子或磷⑵原子的自摻雜效應(yīng)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種降低外延自摻雜效應(yīng)的方法，外延生長(zhǎng)為兩步生長(zhǎng)，包含如下步驟1)在硅襯底上進(jìn)行第一步外延生長(zhǎng)，該生長(zhǎng)過(guò)程中通入一定量的含碳?xì)怏w；2)進(jìn)行第二步外延生長(zhǎng)。在步驟1)的第一步外延生長(zhǎng)之前，還包括如下步驟A.硅片進(jìn)行濕法預(yù)清洗； B.硅片進(jìn)入外延腔體進(jìn)行烘烤，去除硅片表面自然氧化層。在步驟A中，所述硅片進(jìn)行濕法預(yù)清洗采用最后氫氟酸處理進(jìn)行預(yù)清洗。在步驟B中，所述烘烤氣氛為氫氣，氫氣流量為5 45slm，烘烤溫度為 800-1150 °C (優(yōu)選 800-1000 °C )，烘烤時(shí)間為 30-300 秒。在步驟1)中，所述第一步外延生長(zhǎng)形成的第一外延層中含有0.01% 0.5%的碳，碳的摻入使得硅片中或埋層的硼原子或磷原子外擴(kuò)散得到減弱，降低硼或磷的自摻雜效應(yīng)。在步驟1)中，所述第一步外延生長(zhǎng)中的含碳?xì)怏w包含乙烯、甲基硅烷、甲烷和乙炔，所述含碳?xì)怏w的流量為20 200Sccm ；所述第一步外延生長(zhǎng)中的硅源氣體為硅烷、二氯二氫硅、三氯氫硅或四氯化硅，所述硅源氣體的流量為20sCCm klm。在步驟1)中，所述第一步外延生長(zhǎng)形成的第一外延層的厚度為500 10000埃， 該厚度小于外延總厚度的15%。在步驟1)中，所述第一步外延生長(zhǎng)的溫度為800 1150°C。在步驟幻中，所述第二步外延生長(zhǎng)為主外延生長(zhǎng)，其與第一步外延生長(zhǎng)在同一機(jī)臺(tái)生長(zhǎng)，中間過(guò)程不要接觸到氧氣。在步驟幻中，所述第二步外延生長(zhǎng)的硅源氣體為硅烷、二氯二氫硅、三氯氫硅或四氯化硅，所述硅源氣體的流量為20sCCm klm ；所述第二步外延生長(zhǎng)的溫度為800 1150°C。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明從造成自摻雜的源頭出發(fā)，夕卜延生長(zhǎng)為兩步生長(zhǎng)，第一步在外延層中摻入一定量的碳，第二步為普通外延生長(zhǎng)。由于第一步在外延層中摻入一定量的碳，碳(C)原子對(duì)硼(B)原子或磷(P)原子有很好的擴(kuò)散抑制效果，可以有效降低外延工藝過(guò)程中此類(lèi)摻雜原子的外擴(kuò)散，從而有效降低了外延過(guò)程中硼原子或磷原子的自摻雜效應(yīng)。


圖1是本發(fā)明中硅襯底準(zhǔn)備完成后的示意圖；圖2是本發(fā)明中第一次含碳外延生長(zhǎng)后的示意圖；圖3是本發(fā)明中第二次外延生長(zhǎng)后的示意圖。其中，1為硅襯底，2為第一外延層，3為第二外延層。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。本發(fā)明的一種降低外延自摻雜效應(yīng)的方法，其主要包括如下步驟1)如圖1所示，硅襯底1的準(zhǔn)備，包含埋層的注入、硅襯底外延前的濕法預(yù)清洗，通常使用HF-Last (最后氫氟酸處理)進(jìn)行預(yù)清洗；2)如圖2所示，硅襯底1進(jìn)入外延腔體進(jìn)行預(yù)烘烤(采用氫氣烘烤，H2流量為 5 45slm，烘烤溫度為800-1150°C，優(yōu)選800-1000°C，烘烤時(shí)間為30_300s)，去除硅片表面自然氧化層，為外延生長(zhǎng)提供完美表面質(zhì)量；然后進(jìn)行第一次含碳的硅外延生長(zhǎng)，該步生長(zhǎng)過(guò)程中通入一定量的含碳?xì)怏w，從而該步形成的第一外延層2中含有一定量的碳(碳的含量為0. 01% 0. 5% )，碳的摻入使得硅片中或埋層的硼原子或磷原子外擴(kuò)散得到減弱， 降低硼或磷的自摻雜效應(yīng)；含碳?xì)怏w包含但不僅限于乙烯(C2H4)、甲基硅烷(SiH3CH3)、甲烷(CH4)、乙炔(C2H2)等；該步驟外延生長(zhǎng)第一外延層2的硅源氣體為硅烷、或二氯二氫硅 (SiH2Cl2)、或三氯氫硅(SiHCl3)、或四氯化硅(SiCl4),硅源氣體的流量為20sccm klm， 含碳?xì)怏w流量為20 200sCCm，該步驟第一次外延生長(zhǎng)溫度為800 1150°C，第一外延層 2的厚度為500 10000埃，通常該厚度小于外延總厚度的15%。3)如圖3所示，進(jìn)行第二次硅外延生長(zhǎng)，第二次硅外延生長(zhǎng)為主外延生長(zhǎng)，其與第一次外延生長(zhǎng)在同一機(jī)臺(tái)生長(zhǎng)，中間過(guò)程不要接觸到氧氣；該步驟外延生長(zhǎng)第二外延層3的硅源氣體為硅烷、或二氯二氫硅(SiH2Cl2)、或三氯氫硅(SiHCl3)、或四氯化硅(SiCl4),硅源氣體的流量為20sCCm klm，該步驟第二次外延生長(zhǎng)溫度為800 1150°C，第二次硅外延生長(zhǎng)形成的第二外延層3的厚度根據(jù)器件要求而定。 由于第一次外延生長(zhǎng)中通入一定量的含碳?xì)怏w，碳(C)原子對(duì)硼(B)原子或磷(P) 原子有很好的擴(kuò)散抑制效果，可以有效降低外延工藝過(guò)程中此類(lèi)摻雜原子的外擴(kuò)散，從而有效降低了外延過(guò)程中硼原子或磷原子的自摻雜效應(yīng)。
權(quán)利要求
1.一種降低外延自摻雜效應(yīng)的方法，其特征在于，外延生長(zhǎng)為兩步生長(zhǎng)，包含如下步驟1)在硅襯底上進(jìn)行第一步外延生長(zhǎng)，該生長(zhǎng)過(guò)程中通入一定量的含碳?xì)怏w；2)進(jìn)行第二步外延生長(zhǎng)。
2.如權(quán)利要求1所述的降低外延自摻雜效應(yīng)的方法，其特征在于，在步驟1)的第一步外延生長(zhǎng)之前，還包括如下步驟A.硅片進(jìn)行濕法預(yù)清洗；B.硅片進(jìn)入外延腔體進(jìn)行烘烤， 去除硅片表面自然氧化層。
3.如權(quán)利要求2所述的降低外延自摻雜效應(yīng)的方法，其特征在于，在步驟A中，所述硅片進(jìn)行濕法預(yù)清洗采用最后氫氟酸處理進(jìn)行預(yù)清洗。
4.如權(quán)利要求2所述的降低外延自摻雜效應(yīng)的方法，其特征在于，在步驟B中，所述烘烤氣氛為氫氣，氫氣流量為5 45slm，烘烤溫度為800-1150°C，烘烤時(shí)間為30-300秒。
5.如權(quán)利要求4所述的降低外延自摻雜效應(yīng)的方法，其特征在于，在步驟B中，所述烘烤溫度為800-1000°C。
6.如權(quán)利要求1所述的降低外延自摻雜效應(yīng)的方法，其特征在于，在步驟1)中，所述第一步外延生長(zhǎng)形成的第一外延層中含有0. 01% 0. 5%的碳，碳的摻入使得硅片中或埋層的硼原子或磷原子外擴(kuò)散得到減弱，降低硼或磷的自摻雜效應(yīng)。
7.如權(quán)利要求1或6所述的降低外延自摻雜效應(yīng)的方法，其特征在于，在步驟1)中，所述第一步外延生長(zhǎng)中的含碳?xì)怏w包含乙烯、甲基硅烷、甲烷和乙炔，所述含碳?xì)怏w的流量為 20 200sCCm ；所述第一步外延生長(zhǎng)中的硅源氣體為硅烷、二氯二氫硅、三氯氫硅或四氯化硅，所述硅源氣體的流量為20SCCm klm。
8.如權(quán)利要求1或6或7所述的降低外延自摻雜效應(yīng)的方法，其特征在于，在步驟1) 中，所述第一步外延生長(zhǎng)形成的第一外延層的厚度為500 10000埃，該厚度小于外延總厚度的15%。
9.如權(quán)利要求1所述的降低外延自摻雜效應(yīng)的方法，其特征在于，在步驟1)中，所述第一步外延生長(zhǎng)的溫度為800 1150°C。
10.如權(quán)利要求1所述的降低外延自摻雜效應(yīng)的方法，其特征在于，在步驟幻中，所述第二步外延生長(zhǎng)為主外延生長(zhǎng)，其與第一步外延生長(zhǎng)在同一機(jī)臺(tái)生長(zhǎng)，中間過(guò)程不要接觸到氧氣。
11.如權(quán)利要求1或10所述的降低外延自摻雜效應(yīng)的方法，其特征在于，在步驟2)中， 所述第二步外延生長(zhǎng)的硅源氣體為硅烷、二氯二氫硅、三氯氫硅或四氯化硅，所述硅源氣體的流量為20sCCm klm ；所述第二步外延生長(zhǎng)的溫度為800 1150°C。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種降低外延自摻雜效應(yīng)的方法，外延生長(zhǎng)為兩步生長(zhǎng)，包含如下步驟1)在硅襯底上進(jìn)行第一步外延生長(zhǎng)，該生長(zhǎng)過(guò)程中通入一定量的含碳?xì)怏w；2)進(jìn)行第二步外延生長(zhǎng)。由于第一步在外延層中摻入一定量的碳，碳(C)原子對(duì)硼(B)原子或磷(P)原子有很好的擴(kuò)散抑制效果，可以有效降低外延工藝過(guò)程中此類(lèi)摻雜原子的外擴(kuò)散，從而有效降低了外延過(guò)程中硼原子或磷原子的自摻雜效應(yīng)。
文檔編號(hào)H01L21/205GK102453958SQ201010514538
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月21日
發(fā)明者繆燕 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司