[发明专利]改善锗硅膜层厚度均一性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种改善在硅片上淀积的锗硅膜层的厚度均一性的方法。

背景技术

锗硅是继硅和砷化镓之后的一种重要的半导体材料，它具有优于纯硅的良好特性，且工艺上可与硅兼容，同时，锗硅的成本低于砷化镓，但采用锗硅制作出来的器件和电路的性能却几乎可以达到砷化镓等化合物半导体器件和电路的水平，因此，锗硅技术已经成为新一代微电子技术发展的一个重要方向。

异质结双极晶体管(HBT)是研究最多的一种锗硅器件，以NPN结构的器件为例，其工艺流程一般是：先在光片上生长一层N型外延层，作为发射极(collector)；然后刻蚀沟槽，并用介质层填充，形成STI(浅沟槽隔离)，将有源区(AA)隔离；接着在有源区生长一层P型的锗硅单晶作为基区(base)，在隔离区生长多晶，然后在单晶区域打开一个窗口，并填充掺杂的N型多晶硅，形成一个NPN的类似三极管的结构。对于PNP结构的器件，只要在上述方法中，将N型材料与P型材料交换即可形成，工作原理不变。

锗硅膜层生长的质量(包括锗硅膜的厚度、厚度均一性、掺杂浓度等)对器件的性能至关重要。由于热预算的影响(thermal budget)，一般锗硅膜层的生长都是在大约550～750℃的低温下进行的，所以反应动力学在锗硅膜的生长过程中起主导作用，锗硅膜的厚度主要受温度因素影响。在图形片上，由于有源区的面积非常小，一般在1％以下，其热量传导可以比较迅速均匀地分布于整片硅片的区域，锗硅膜厚度的面内均一性(WIWNU)通常可以通过调整位于外延反应腔的上部和下部的内、外圈加热灯的功率配比来达到较好的硅片面内厚度均一性，如图1所示。但是，对于有些产品，为了降低成本，会直接在集电极(Collector区)的硅光片上淀积锗硅层来作为基区(Base区)，由于其实际的有源区为整片硅片，其热量传导情况与图形片上完全不一样，这样的话，通过调整加热灯的功率配比就比较难改善锗硅膜层厚度的均一性，而锗硅膜面内厚度均匀性较差，可能会导致硅片中心与边缘的电流放大系数差别较大，无法满足器件的设计规格，并影响到良率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种改善锗硅膜层厚度均一性的方法，它可以提高半导体产品的电性参数的面内均一性。

为解决上述技术问题，本发明的改善锗硅膜层厚度均一性的方法，该方法在常规的锗硅膜低温外延生长工艺中，在生长锗硅膜之前的任意一个或多个连续的步骤中，用常温气体吹承载硅片的基座，所述常温气体中不含有能够刻蚀所述基座的气体。

本发明通过在生长锗硅膜前，先用大量的常温气体吹硅片基座，提高了硅片上热量分布的均匀性，从而有效改善了后续淀积的锗硅膜层厚度的面内均一性，进而提高了产品电性参数的面内均一性和良率。此外，本发明无需另外增设气体管路，因此不仅应用方便，而且不会额外增加工艺成本。

附图说明

图1是在反应腔内，在硅片上低温外延生长锗硅膜层的现有工艺示意图。

图2是本发明实施例改善硅光片上淀积的锗硅膜层厚度均一性的方法示意图。

图3是采用本发明实施例的方法前后，在硅光片上生长的锗硅膜层的厚度对比图。

图4是采用本发明实施例的方法前后，在硅光片上生长锗硅膜层后，测出的晶圆的电流放大系数对比图(改善前后各取两片晶圆测试)。

具体实施方式

为对本发明的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现结合图示的实施方式，详述如下：

以在硅光片上低温外延生长锗硅膜为例，为了改善生长的锗硅膜层的厚度均一性，本实施例在锗硅膜层生长之前的任意步骤中，增加以下步骤：

用大量的处于常温下的气体(例如，氢气或者氮气，但不能是含有类似氯化氢等易刻蚀基座材料的气体)，吹向承载硅片的基座，如图2所示。

该常温气体的流量要远大于锗硅膜生长时的反应源气体的流量，一般可以控制在20～50升/分钟。通常温气体时，反应腔内的压力与锗硅膜外延生长时反应腔内的压力保持一致，并在5～800T之间。常温气体的流通管路可以使用现有的管路，即为了在清除反应腔壁的锗硅膜过程中保护基座底部不被刻蚀气体损伤所设的管路。

上述步骤可以在生长锗硅膜层前的任意一个步骤或多个连续的工艺步骤中进行，但不可以在多个不连续的工艺步骤中穿插进行，以避免温度变化过于频繁而影响效果。