[发明专利]改善锗硅或锗硅碳单晶与多晶交界面形貌的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路领域，特别是涉及一种改善HBT(异质结双极晶体管)锗硅或锗硅碳单晶与多晶交界面形貌的方法。

背景技术

锗硅或锗硅碳工艺属低温外延工艺，其在单晶硅表面生长出的同晶向的单晶硅，在非单晶薄膜如氧化硅、氮化硅多晶硅等表面生长出的则是多晶。目前用CVD(化学气相淀积)方法制备锗硅或锗硅碳所用硅源的反应物通常是二氯二氢硅(DCS)或硅烷(SiH₄)。由于反应物的不同，锗硅或锗硅碳薄膜单晶和多晶的生长速率之比会有显著差异，以DCS为反应物的工艺多晶生长速率慢于单晶生长速率，而以硅烷为反应物的工艺多晶生长速率快于单晶生长速率。

正是由于以气态源硅烷为反应物的工艺多晶生长速率比单晶快，这就导致硅片上生长在STI(浅槽隔离)或LOCOS(硅的局部氧化)表面的多晶硅会向AA(有源区)表面的单晶硅倾斜，同时在AA表面形成一个过渡区(参见图1)，从而使AA的有效面积变小。随着器件尺寸的缩小，损失AA的面积慢慢变的不可接受。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种改善HBT锗硅或锗硅碳单晶与多晶交界面形貌的方法，能有效减少有源区面积的损失。

为解决上述技术问题，本发明的改善HBT锗硅或锗硅碳单晶与多晶交界面形貌的方法是采用如下技术方案实现的：

在一定的温度和压力下，在形成有STI区域和有源区的硅片上进行锗硅或锗硅碳外延生长，外延生长过程中通入一定量的卤化氢气体，降低锗硅或锗硅碳在STI区域的生长速率，使锗硅或锗硅碳单晶与多晶交界面向STI区域推移。

本发明通过在锗硅或锗硅碳生长过程中通入卤化氢气体，并调整卤化氢气体的流量，达到降低多晶锗硅或锗硅碳在STI区的生长速率，但对单晶锗硅或锗硅碳在AA区的生长速率影响不大，从而把单晶锗硅或锗硅碳和多晶锗硅或锗硅碳的过渡区向STI区域推移，增大了AA区域的面积。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是无卤化氢时锗硅或锗硅碳单晶与多晶的交界面示意图；

图2是有卤化氢时锗硅或锗硅碳单晶与多晶的交界面示意图；

图3是本发明的方法控制流程图。

具体实施方式

锗硅或锗硅碳外延生长和普通的外延生长相似，其在单晶界面上生长出来的是单晶，在多晶或绝缘层上生长出来的是多晶；在单晶与多晶界面处存在一个过度区域，即多晶向单晶渐变的区域。过度区域位于STI上还是AA上则取决于单晶与多晶的生长速率的差异，若单晶的生长速率大于多晶的生长速率，则过渡区域位于STI上；若多晶的生长速率大于单晶的生长速率，则过渡区域位于AA上。所以要想减少过渡区域在AA上的面积，必须设法降低多晶在STI区域的生长速率。

氯化氢或氟化氢气体有抑制硅、锗硅或锗硅碳生长的作用。在硅、锗硅或锗硅碳生长过程中加入一定量的氯化氢或氟化氢气体，可使其生长速率变慢。但是，氯化氢或氟化氢气体对鍺硅或锗硅碳在AA区域和STI区域的抑制效果是不同的，即氯化氢和氟化氢气体可以显著降低鍺硅多晶在STI区域的生长速率，对锗硅或锗硅碳单晶生长的抑制效果会小的多。根据卤化氢气体的这一特点，可以在锗硅或锗硅碳生长过程中通入一定量的卤化氢气体，使其显著降低锗硅或锗硅碳多晶在STI区域的生长速率，从而使单晶与多晶的过渡区域向STI区域推移，增大有源区域的面积(参见图2)。

通过调整卤化氢气体的流量可以调整过渡区域的位置，卤化氢气体的流量越大，过渡区域向STI区域推移的越多，直至多晶区域消失(即锗硅或锗硅碳多晶在STI区域的生长速率为0)，但此时锗硅或锗硅碳单晶的生长速率也会下降很多。为了使锗硅或锗硅碳单晶的生长速率不至于下降很多，卤化氢气体的流量也不宜过大。

本发明的控制流程如图3所示。锗硅或锗硅碳在有源区生长单晶，在STI区域生长多晶，且在有源区与STI区域交界面存在单晶向多晶的过渡区。锗硅或锗硅碳外延生长的温度为500-1000摄氏度，压力为5-10帕斯卡或5帕斯卡至一个大气压。锗硅或锗硅碳外延生长硅源气体为甲硅烷、乙硅烷、丙硅烷或一氯硅烷中的至少一种。卤化氢气体为氯化氢或氟化氢中的至少一种，流量为0-10升/分钟。STI区域内的填充物为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的至少一种。

下面的实施例是AA区为单晶衬底硅、STI区为氧化硅，具体实施本发明的方法过程是：