[发明专利]一种获得低表面分凝硅/锗硅异质结构的外延生长方法

说明书

本发明涉及硅/锗硅半导体异质结构，含量子阱、超晶格和其它由异质结构组成的多层结构的CVD外延生长中的工艺方法。

现有生长硅/锗硅半导体异质结构材料，包括量子阱、超晶格和其它由异质结构组成的多层结构材料的CVD(化学气相气相淀积)和其它方法如MBE(分子束外延)等外延生长中，表面分凝是常见的物理现象，它宽化异质界面和杂质分布界面，使人们得不到分布陡峭的突变界面，降低器件的内在性能，有时甚至影响器件的稳定及可靠性，对半导体薄层及超薄层外延尤其有害。在硅/锗硅异质外延中，表面分凝主要包括锗的分凝和掺杂剂的分凝。通常分凝特征长度可达20nm，目前尚没有见到能有效降低表面分凝的工艺方法。

本发明的目的是发明一种获得低表面分凝硅/锗硅异质结构的CVD外延方法，而且简便高效。

本发明的技术解决方案是，在掺杂或不掺杂的CVD外延生长低表面分凝硅/锗硅异质结构材料时，包括生长量子阱、超晶格和其它由异质结构组成的多层结构，其特征是在生长过程中，采用氢气稀释生长源气。其余条件均同CVD生长的普通工艺。用氢气稀释生长源气包括硅氢化物、锗氢化物，以及硼、磷氢化物等掺杂源气。用氢气稀释生和源气，增加氢在生长表面的覆盖度，由于氢与硅的结合从而降低表层硅原子向内部迁移的活性，达到抑制分凝的效果，一般可将分凝特征长度降低为1-2nm。

本发明所用的氢气流量为生长源气总流量的2倍以上，40倍以下，生长时工作压力保持在1-40mTorr为好，生长温度可在500-750℃，当氢气量超过源气总量40倍时，仍能正常生长，但生长速率减慢。

本发明工艺简单，对原有CVD生长设备通常只需很小改动，即增加一路气体通道供氢气流通，亦采用常规质量流量计控制氢气的流量。有的CVD设备带有氢气通道，如流量范围相符，则可直接加以利用。本发明生长的硅/锗硅异质结构材料具有明显的低表面分凝，因此本发明是一项效果显著且实用价值高的发明。

以下结合实施例对发明作进一步说明：

实施例一：

用RRH/VLP-CVD方法分别作了掺H₂和不掺H₂的异质结构生长实验，用俄歇电子能谱对样品作了剖面分析，结果如图1，b曲线为不加氢生长的Si(60nm)/SiGe(40nm，x＝0.2)/Si结构，最外层Si生长温度600℃，SiH₄流量1.2ml/s。a曲线为加氢生长的Si(60

nm)/SiGe(15nm，x＝0.17)/Si结构，最外层Si生长温度600℃，SiH₄流量1.2ml/s，H₂流量7ml/s。显然，加氢后表面分凝现象被有效的抑制了。用VLP-CVD，PECVD，UHV/CVD等也可得到类似结果。

实施例二：

用上述CVD方法分别作了掺H₂和不掺H₂的GeSi/Si超晶格生长实验。

图2曲线1为不加H₂生长的GeSi(3nm，x＝0.4)/Si(6nm)×20周期的GeSi/Si超晶格X光小角衍射，只显示1级衍射峰，说明锗的分布类似正弦，呈较塌的曲线分布。其Si子层生长条件为SiH₄：0.5ml/s，温度：570℃。

图2曲线2为不加H₂生长的GeSi(7nm，x＝0.4)/Si(16.2nm)×15周期的GeSi/Si超晶格X光小角衍射谱，显示5级衍射峰，说明锗的分布较陡。其Si子层生长条件为SiH₄：0.5ml/s，H₂：3.5ml/s，温度：570℃。

实施例三：

用上述CVD方法生长Si/(60nm)/GcSi(40nm，x＝0.25)/Si异质结构，用俄歇电子能谱对样品作了剖面分析，结果表明锗的表面分凝现象被显著抑制。最外层Si生长条件为SiH₄：1.2ml/s，H₂：3ml/s，温度：650℃。

实施例四：

用上述CVD方法生长Si/(60nm)/GeSi(40nm，x＝0.25)/Si异质结构，用俄歇电子能谱对样品作了剖面分析，结果与图1中曲线a相似。最外层Si生长条件为SiH₄：0.5ml/s，H₂：5ml/s，温度：650℃。

实施例五：