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1、(10)申请公布号 CN 102456551 A (43)申请公布日 2012.05.16 C N 1 0 2 4 5 6 5 5 1 A *CN102456551A* (21)申请号 201010514570.4 (22)申请日 2010.10.21 H01L 21/205(2006.01) H01L 21/02(2006.01) C30B 25/14(2006.01) C30B 25/16(2006.01) (71)申请人上海华虹NEC电子有限公司 地址 201206 上海市浦东新区川桥路1188 号 (72)发明人缪燕 (74)专利代理机构上海浦一知识产权代理有限 公司 31211 代理。
2、人丁纪铁 (54) 发明名称 外延生长方法 (57) 摘要 本发明公开了一种外延生长方法，包括如下 步骤：第1步，选用硅烷作为硅源气体，以气相 外延工艺生长第一外延层，反应温度为600 950，压力为20200Torr，载气为氢气，氢气 流量为1545slm，所生长的第一外延层厚度为 5005000；第2步，选用二氯二氢硅作为硅源 气体，以气相外延工艺生长第二外延层，反应温度 为10001100，压力为20200Torr，载气为 氢气，氢气流量为2060slm。本发明外延生长 的方法能够较好的抑制外延自掺杂现象，并取得 较高的生产效率。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图。
3、1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 1/1页 2 1.一种外延生长方法，其特征是，包括如下步骤： 第1步，选用硅烷作为硅源气体，以气相外延工艺生长第一外延层，反应温度为600 950，压力为20200Torr，载气为氢气，氢气流量为1545slm，所生长的第一外延层厚 度为5005000 第2步，选用二氯二氢硅作为硅源气体，以气相外延工艺生长第二外延层，反应温度为 10001100，压力为20200Torr，载气为氢气，氢气流量为2060slm。 2.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征是，所述方法还包括第3步。
4、，选用 SiH 2 Cl 2 或SiH 4 作为硅源气体，以VPE工艺生长第三外延层； 当选用SiH 2 Cl 2 作为硅源气体时，反应温度为10001100，压力为20200Torr，载 气为氢气，氢气流量为2060slm，SiH 2 Cl 2 流量小于第2步； 当选用硅烷作为硅源气体时，反应温度为600950，压力为20200Torr，载气为 氢气，氢气流量为1545slm。 3.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征是，所述方法第1步中，反应温度为 650850，压力为20100Torr，所生长的第一外延层厚度为5001500 4.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征是，所述方法第。
5、2步中，反应压力为 20100Torr，氢气流量为2040slm。 5.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征是，所述方法第2步中，第二外延层的 生长速率为0.83m/min。 6.根据权利要求5所述的外延生长方法，其特征是，所述方法第2步中，第二外延层的 生长速率为12.5m/min。 7.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征是，所述第二外延层的厚度占第一外 延层、第二外延层和第三外延层总厚度的80以上。 8.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征是，所述方法第3步中，第三外延层的 生长速率为0.10.5m/min。 9.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征是，所述方法第1步之前。
6、还包括：硅片 首先进行湿法预清洗。 10.根据权利要求9所述的外延生长方法，其特征是，在硅片进行湿法预清洗之后，所 述方法第1步之前还包括：硅片进入外延腔体进行氢气烘烤。 权 利 要 求 书CN 102456551 A 1/3页 3 外延生长方法 技术领域 0001 本发明涉及一种半导体制造工艺，特别是涉及一种外延工艺。 背景技术 0002 硅外延在双极器件、CMOS、硅基BiCMOS、锗硅BiCMOS和BCD等器件中有着广泛的 应用。外延层的电阻率和膜厚及均匀性对半导体器件的性能有重要的影响。外延层电阻率 的调节是通过在其中掺入杂质来实现的。如p型外延通常掺入硼(B)，n型外延通常掺入磷 (。
7、P)或砷(As)。掺入杂质的多少决定了电阻率的大小。 0003 但是，外延过程中还或多或少有自掺杂现象，由此产生的自掺杂效 应(Auto-doping effect)是外延生长过程中在外延层掺入了非故意掺杂物 (non-intentional doping)，其对外延层载流子的分布、电阻率大小及均匀性、以及器件的 最终性能将造成很大的不良影响。 0004 自掺杂效应通常又分为宏观自掺杂和微观自掺杂。宏观自掺杂是外延过程中腔体 内部如腔壁的杂质扩散到生长的外延层中。微观自掺杂是外延过程中，重掺杂的衬底(电 阻率通常小于0.02ohmcm)或衬底里注入区的杂质外扩散至生长的过渡区气流中，然后再 随。
8、着外延生长掺入外延层。 0005 对于宏观自掺杂现象，为了抑制自掺杂效应，通常采用卤化氢(如氯化氢HCl)清 洗腔壁后在腔壁淀积本征层或低掺杂层。对于微观自掺杂现象，为了抑制自掺杂效应，重掺 杂的衬底通常采用低温氧化膜(LTO)背封。但是对于微观自掺杂现象，衬底中的杂质或注 入区的杂质在外延生长的高温过程中仍然会从硅片的正面外扩散，成为自掺杂现象的杂质 源。 0006 外延工艺的硅源气体有四氯化硅(SiCl 4 )、三氯氢硅(SiHCl 3 )、二氯二氢硅 (SiH 2 Cl 2 )、硅烷(SiH 4 )。四氯化硅通常淀积温度很高为1200左右，目前该工艺已很少使 用。三氯氢硅和二氯二氢硅是目。
9、前普遍使用的外延工艺硅源气体。其中三氯氢硅用于常压 外延(压力为760Torr左右)，生长温度较高，通常为10701190，其淀积速率较高。二 氯二氢硅用于减压外延(通常压力为20500Torr，尤其为20100Torr)，二氯二氢硅生 长温度通常为10001100，其淀积速率较高；如用于选择性外延生长温度通常为800 950C。硅烷通常用于低温外延，生长温度为600950；其通常用于减压外延，压力为20 100Torr；尤其是锗硅外延的生长，其淀积速率较低，适用于生长薄外延，通常小于5000 发明内容 0007 本发明所要解决的技术问题是提供一种外延生长方法，该方法可以较好地抑制外 延工艺中。
10、的自掺杂现象，并能较好地控制外延层的厚度，取得较高的生产效率。 0008 为解决上述技术问题，本发明外延生长方法包括如下步骤： 0009 第1步，选用硅烷作为硅源气体，以气相外延(VPE)工艺生长第一外延层，反应温 度为600950，压力为20200Torr，载气为氢气，氢气流量为1545slm，所生长的第 说 明 书CN 102456551 A 2/3页 4 一外延层厚度为5005000 0010 第2步，选用二氯二氢硅作为硅源气体，以气相外延工艺生长第二外延层，反应温 度为10001100，压力为20200Torr，载气为氢气，氢气流量为2060slm。 0011 本发明外延生长的方法能够。
11、较好的抑制外延自掺杂现象，取得较高的生产效率。 附图说明 0012 图1是本发明外延生长方法的一个实施例的流程图； 0013 图2是本发明外延生长方法的另一个实施例的流程图。 具体实施方式 0014 请参阅图1，本发明外延生长方法包括如下步骤： 0015 第1步，选用SiH 4 作为硅源气体，以VPE工艺在低温、减压条件下生长第一外延层。 所述“低温”指600950，优选为650850。所述“减压”指20200Torr，优选为 20100Torr。这一步外延生长的载气为氢气，氢气流量为1545slm。所生长的第一外 延层厚度为5005000，优选为5001500 0016 这一步外延生长时，由。
12、于反应温度较低，硅片的杂质外扩散较少。这样当硅片表面 生长出第一外延层之后，再进行下面的第二步外延工艺，自掺杂现象会得到较好的抑制，从 而降低微观自掺杂现象。 0017 第2步，选用SiH 2 Cl 2 作为硅源气体，以VPE工艺在普通温度、减压条件下生长第二 外延层。所述“普通温度”指10001100。所述“减压”指20200Torr，优选为20 100Torr。这一步外延生长的载气为氢气，氢气流量为2060slm，优选为2040slm。 0018 这一步外延生长的速度较快，通常为0.83m/min，尤其是12.5m/min。所 生长的第二外延层的厚度根据器件要求而定，通常第二外延层的厚度应。
13、为整个外延厚度的 80以上。这一步外延生长为主外延生长，有利于提升外延工艺的生产效率(Throughput)。 0019 需要强调的是，第1步和第2步的外延生长应在同一个机台的同一个腔体，或在同 一个机台的不同腔体进行，使得硅片不用出机台，保证第二步外延前的硅片表面质量。 0020 请参阅图2，本发明外延生长方法还可包括第3步，选用SiH 2 Cl 2 或SiH 4 作为硅源 气体，以VPE工艺生长第三外延层。当选用SiH 2 Cl 2 作为硅源气体时，反应温度为1000 1100，压力为20200Torr，载气为氢气，氢气流量为2060slm，SiH 2 Cl 2 流量小于第2 步。当选用硅。
14、烷作为硅源气体时，反应温度为600950，压力为20200Torr，载气为 氢气，氢气流量为1545slm。 0021 所增加的第3步外延生长的速率比第2步慢，约为0.10.5m/min，用来精确地 控制最终的外延厚度。如果器件对外延层的厚度要求不是特别严格，如整体厚度大于2m 的外延，可以省略该步骤。 0022 在图1或图2所述方法在第1步之前还可以包括：硅片首先进行湿法预清洗，通常 使用HF-Last(以氢氟酸为最后步骤)的方法进行预清洗。 0023 进一步地，在湿法预清洗之后，所述方法第1步之前还可以包括：硅片进入外延 腔体进行氢气烘烤，为外延生长提供完美表面质量。该烘烤气体为氢气，温度为800 1200，尤其是8001000，烘烤时间为30300s。 说 明 书CN 102456551 A 3/3页 5 0024 各步骤外延生长可以为N型或P型，各个外延层的掺杂浓度可根据器件要求进行 调节。 0025 综上所述，本发明外延生长方法采用两步外延工艺，可以较好的抑制外延自掺杂 现象，并取得较高的生产效率。当采用三步外延工艺时，还可以较好的控制外延膜厚。 说 明 书CN 102456551 A 1/1页 6 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102456551 A 。