[发明专利]低温外延方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体制造工艺及设备，特别是涉及一种低温外延方法及设备。

背景技术

为了克服外延工艺中的某些缺点，外延生长工艺已有很多新的进展。现有的外延工艺包括：①减压外延：自掺杂现象是使用卤素化合物作源的外延过程中难以避免的现象，即从基片背面、加热体表面以及从前片向后片，都会有掺杂剂迁移到气相而再进入到外延层。自掺杂使外延层杂质浓度不均匀。若将反应管中的压力降到约160托，即可有效地减少自掺杂。②低温外延：为得到衬底与薄外延层之间的突变结，需要降低生长温度，以减少基片中的杂质向外延层的自扩散。采用He-SiH₄分解、SiH₂Cl₂热分解以及溅射等方法都可明显降低温度。③选择外延：用于制备某些特殊器件，衬底上有掩模并在一定区域开有窗口，单晶层只在开窗口的区域生长，而留有掩模的区域不再生长外延层。④液相外延：将生长外延层的原料在溶剂中溶解成饱和溶液。当溶液与衬底温度相同时，将溶液覆盖在衬底上，缓慢降温，溶质按基片晶向析出单晶。这种方法常用于外延生长砷化镓等材料。⑤异质外延：衬底与外延层不是同一种物质，但晶格和热膨胀系数比较匹配。这样就能在一个衬底上外延生长出不同的晶膜，如在蓝宝石或尖晶石衬底上外延生长硅单晶。⑥分子束外延：这是一种最新的晶体生长技术(将衬底置于超高真空腔中，将需要生长的单晶物质按元素不同分别放在喷射炉中。每种元素加热到适当的温度，使其以分子流射出，即可生长极薄(甚至是单原子层)的单晶层和几种物质交替的超晶格结构。

生长外延层有多种方法，但采用最多的是气相外延工艺，硅(Si)气相外延通常采用氢(H₂)气携带四氯化硅(SiCl₄)或三氯氢硅(SiHCl₃)、硅烷(SiH₄)或二氯氢硅(SiH₂Cl₂)等进入置有硅衬底的反应室，在反应室进行高温化学反应，使含硅反应气体还原或热分解，所产生的硅原子在衬底硅表面上外延生长。这种气相外延工艺的温度大约范围为1000-1200℃，然而，这个工艺温度对于450mm或以上的晶圆来说，热应力是一个非常严重的问题，其可引起晶圆内部的线性位错、层间位错，甚至使晶圆出现裂纹等缺陷。若果仅仅降低外延的温度，则会导致沉积速率降低，从而导致生产效率的降低。另外，对于先进的工艺设备来说，如先进的逻辑设备等，其要求越来越低的温度来实现较浅及较窄的结深。

此外，如果气相外延的温度低于三维堆叠结构的工艺温度，则可以采用气相外延来实现器件的三维堆叠结构，大大拓展外延工艺的应用场景。

为提供一种低温外延的解决方案，日本触媒公司在专利JP特开2015-53382中，提出了采用(SiH₂)n作为反应源进行低温外延的技术，这种外延技术的沉积温度为450-600℃，沉积速率可达13-210nm/min。然而，为了满足更高的需求，提供一种具有更低的沉积温度以更高的沉积速率的低温外延技术实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种低温外延方法及设备，用于解决现有技术中外延工艺所需的温度较高或外延速率较低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种低温外延方法，所述低温外延方法以(SiH₂)n气体作为反应源，采用紫外光照射对所述(SiH₂)n气体进行裂解并于基底表面淀积硅。

作为本发明的低温外延方法的一种优选方案，所述(SiH₂)n中，n为整数，且n＞3。

进一步地，所述(SiH₂)n中，n为整数，且4≤n≤7。

作为本发明的低温外延方法的一种优选方案，所述(SiH₂)n气体混合有运载气体，所述运载气体包括H₂、N₂、He及Ar中的一种或两种以上组合。

作为本发明的低温外延方法的一种优选方案，所述低温外延方法选用的温度范围为370-600℃，淀积的速率范围为13-370nm/min。

作为本发明的低温外延方法的一种优选方案，所述基底选用为单晶硅衬底，其表面淀积的硅为单晶硅

本发明还提供一种低温外延设备，所述低温外延设备采用紫外光源，通过对反应源气体进行裂解的方式实现外延。