[发明专利]锗硅外延生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造技术领域，特别涉及一种锗硅外延生长方法。

背景技术

异质结双极晶体管（Hetero-junction Bipolar Transistor，简称HBT）的基区（base）常采用异质结SiGe外延结构。其原理是在基区掺入Ge组分，通过减小能带宽度，从而使基区少子从发射区到基区跨越的势垒高度降低，从而提高发射效率γ，因而，很大程度上提高了电流放大系数β。在满足一定的放大系数的前提下，基区可以重掺杂，并且可以做得较薄，这样就减少了载流子的基区渡越时间，从而提高器件的截止频率fT（Cut-Off Frequency），这正是异质结在超高速，超高频器件中的优势所在。

外延（Epitaxy，简称Epi）工艺是指在单晶衬底上生长一层跟衬底具有相同晶格排列的单晶材料，外延层可以是同质外延层（Si/Si），也可以是异质外延层（SiGe/Si或SiC/Si等）；同时，实现外延生长也有很多方法，包括分子束外延（MBE），超高真空化学气相沉积（UHV/CVD），常压及减压外延（ATM&RP Epi）等等。

根据生长方法可以将外延工艺分为两大类：全外延（Blanket Epi）生长和选择性外延（Selective Epi，简称SEG）生长。同质全外延工艺气体中常用三种含硅气体源：硅烷（SiH₄），二氯硅烷（SiH₂Cl₂，简称DCS）和三氯硅烷（SiHCl₃，简称TCS）；异质全外延工艺中还要用到含Ge和C的气体锗烷（GeH₄）和甲基硅烷（SiH₃CH₃）；选择性外延工艺中还需要用到刻蚀性气体氯化氢（HCl），反应中的载气一般选用氢气（H₂）。

选择性外延工艺的实现一般通过调节外延沉积和原位（in-situ）刻蚀的相对速率大小来实现，所用气体一般为含氯（Cl）的硅源气体DCS，利用反应中Cl原子在硅表面的吸附小于氧化物或者氮化物来实现外延生长的选择性；由于SiH₄不含Cl原子而且活化能低，一般仅应用于低温全外延工艺；而另外一种常用硅源TCS蒸气压低，在常温下呈液态，需要通过H₂鼓泡来导入反应腔，但价格相对便宜，常利用其快速的生长率（可达到5um/min）来生长比较厚的硅外延层，这在硅外延片生产中得到了广泛的应用。由于本征硅的导电性能很差，其电阻率一般在200ohm-cm以上，通常在外延生长的同时还需要掺入杂质气体（dopant）来满足一定的器件电学性能。杂质气体可以分为N型和P型两类：常用N型杂质气体包括磷烷（PH₃）和砷烷（AsH₃），而P型则主要是硼烷（B₂H₆）。

现有的锗硅外延生长工艺通常包括：清洗单晶硅衬底；在所述单晶硅衬底表面生长锗硅外延层。由此所形成的锗硅外延层存在一定的缺陷，具体表现为层错、位错等的晶格缺陷，可相应参考图1。如图1所示，由于缺陷11的存在，锗硅外延层10不是非常的平整，由此，往往将造成所形成的产品的失效。

因此，如何避免锗硅外延层中的缺陷，成了本领域技术人员需要解决的一大难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锗硅外延生长方法，以解决现有的锗硅外延生长方法所形成的锗硅外延层中具有缺陷的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种锗硅外延生长方法，所述锗硅外延生长方法包括：

清洗单晶硅衬底；

对所述单晶硅衬底表面执行原位刻蚀；

在所述单晶硅衬底表面生长锗硅外延层。

可选的，在所述的锗硅外延生长方法中，对所述单晶硅衬底表面执行原位刻蚀的工艺步骤与在所述单晶硅衬底表面生长锗硅外延层的工艺步骤在同一机台中执行。

可选的，在所述的锗硅外延生长方法中，对所述单晶硅衬底表面执行原位刻蚀中，刻蚀去除的为自然生长的氧化层。

可选的，在所述的锗硅外延生长方法中，利用干法化学性刻蚀对所述单晶硅衬底表面执行原位刻蚀。

可选的，在所述的锗硅外延生长方法中，对所述单晶硅衬底表面执行原位刻蚀的反应气体为NF₃和NH₃。

可选的，在所述的锗硅外延生长方法中，分两个阶段对所述单晶硅衬底表面执行原位刻蚀，其中，第一阶段的工艺温度为10℃～50℃；第二阶段的工艺温度为100℃～300℃。