硅锗材料的一种生长方法技术

本发明专利技术公开了硅锗材料的一种生长方法。本发明专利技术所用设备为以硅烷（ＳｉＨ↓［４］）为气源的ＲＰＣＶＤ生长ＳｉＧｅ材料的设备，并以ＳｉＨ↓［２］Ｃｌ↓［２］代替硅烷做气源，利用减压化学气相沉积法成功的生长出锗硅异质外延材料。其中生长所用的气氛包括Ｈ↓［２］、Ｎ↓［２］、ＳｉＨ↓［２］Ｃｌ↓［２］、ＧｅＨ↓［４］、ＰＨ↓［３］、Ｂ↓［２］Ｈ↓［６］，生长温度为７００～９００℃，工作压力为６０－１００Ｔｏｒｒ。本发明专利技术的方法在生产过程中所产生的废气由于不含有硅烷，废气直接通入水中用水解方法处理即可。因此用本发明专利技术的方法时，生产设备的废气处理器的构造就可以变得非常简单，处理废气的成本相对降低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电子器件的制造方法，尤其是指一种制造硅锗材料的方法。
技术介绍
SiGe/Si异质结薄膜材料是一种新的能带工程技术，是新一代的硅基材料。 可容易地通过改变Ge (锗)组分对其禁带宽度及晶格常数加以精确调节。SiGe (硅、锗)材料散热性能优于GaAs (砷化镓)，微波性能与GaAs相近，而且在 工艺上与成熟的硅元件制造工艺兼容。因此SiGe材料在制作微电子及光电子器 件方面具有很广阔的应用前景。生长锗硅异质结材料的主要方法有MBE即分子束外延法、SEG即选择外延生 长法、UHV/CVD即超高真空化学汽相外延法和RPCVD即减压化学气相沉积法等。SiGe/Si异质结薄膜材料的减压外延生长技术是一种减压化学气相沉积技 术，这种技术简称RPCVD,它是釆用硅烷和锗烷在高温下进行氢还原的方法一_ 即化学汽相淀积法一_通过控制生长室内的压力、Ge组分变化以及生长温度， 使硅烷(SiH4)和锗烷(GeH4)与H2发生化学反应，硅(Si)和锗原子即在抛光 的硅单晶片上沉积，同时N型或P型掺杂剂(PH3、 B2H6)分解，形成N型或P 型Si (i-x) Gex/Si的异质结。用RPCVD方法生长Si (i-x)Gex异质结的工艺参数如下工作气氛包括H2、 N2、 SiH4、 GeH4、 PH3、 B2H6,其中H2载气的纯度要求大于 99. 999999%;系统漏率小于lOmTorr/min;H2的流量不大于60L/min;理论上的最高生长温度125(TC;但实际生产中使用的生长温度为500 ~700°C;温度稳定度一般需要控制在±10°C;常见RPCVD沉积系统，设备加热区的长度为200腿，压力在10-100Torr,主 要用于HT (高温)外延、LT (低温)SiGe外延或SEG外延。硅烷气体危险性很大，它很容易自燃、爆炸。由于硅烷不可能完全在炉内 发生反应而消耗掉，因此生产过程中会产生许多含有硅烷的废气，这些含有硅 烷废气具有随时爆炸的危险；又由于废气中还含有HC1等有害物质，因此这些 废气处理起来非常困难。现在用硅烷做生长气的RPCVD,其废气处理的方法大都 用燃烧式的，该废气处理器构造复杂，消耗高。因此用硅烷做生长气，危险且 成本高。另外，H2载气的纯度需要大于99. 999999%的要求，使^制造的难度和成 本增加。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是提供一种安全、废气易于处理且氢气的纯度 要求稍低的硅锗材料的生长方法。 本专利技术是这样实现的它是用RPCVD生长法的设备和工艺参数，其中H2的流量不大于60L/min; 生长温度为500 ~ 1200°C;生长所用的气氛包括H2、 N2、 GeH4、 PH3、 B2H6以及 SiH2Cl2。它是用SiH2Cl2替代了普通方法中SiH4，从而使生长气氛中不含SiH4。 SiH2Cl2也称为DCS，以下SiH2Cl2用DCS代替。本专利技术的最佳生长温度为700-900°C。DCS和GeH4的通入流量的比例为1: 5 — 1: 10,但是这里所说的GeH4中含有 大量的H2，是Ge&和H2的混合气体，其混合比例为l: 99。 本专利技术取得的技术进步是本专利技术的方法在生产过程中所产生的废气由于不含有硅烷，废气直接通入 水中用水解方法处理即可。因此用本分明的方法时，生产设备的废气处理器的 构造就可以变的非常简单，处理废气的成本相对降低。由于用DCS替代了硅烷(SiH4)，在生长过程中的反应压力提高到60 — 100Torr; H2载气的纯度也下降到99. 999995%。利用本专利技术的工艺所得到的Si^Ge。^外延层，经过在强光灯下检测表面状 态，表面均呈镜面光亮，在显微镜下观察也都没有发现有层位错等缺陷。因此 本专利技术的方法和以硅烷(SiH4)为气源的RPCVD生长方法相比，SiGe薄膜材料 在缓冲层应力、表面失配位错、低表面粗糙度等方面亳不逊色。本专利技术的方法除可以通过RPCVD做正常的化学气相沉积获得SiGe/Si异质 结薄膜材料外，还可以进行选择性外延生长。而用SiH4做气源则不适用于选择 性外延生长。本专利技术的方法和常规外延法具有很好的兼容性。另外本专利技术的方 法的生长速率快，产能效率较高。图2是气源为DCS的X射线衍射测试图。 具体实施例方式下面通过对比已有技术方法，对本专利技术做进一步详细说明我们试验用的衬底是尺寸为150mm的重掺As硅衬底，Si。.85Ge。.15外延层在 衬底的<100>晶向上生长；气源分别釆用了 SiH4和DCS作为生长气。所用设备为 RPCVD沉积系统，设备加热区的长度为200mm，系统漏率小于10mTorr/min。用SiH4做气源的生长工艺为现有工艺其工作气氛包括H2、 N2、 SiH4、 GeH4、 PH3、 B2H6,其中H2的纯度大于99.999999%; ^的流量为50L/min;生长温度为 520°C,压力在50Torr。用DCS做气源的工艺参数为其中生长所用的气氛包括H2、N2、SiH2Cl2、GeH附图说明:PH3、 B2H6; H2的流量为40L/min;其中H2的纯度为99. 999995%;生长温度为800°C, DCS和GeH4 (浓度含量为1%)的通入量比例为1: 5 — 1: 10;工作压力为 70Torr。表1是本专利技术用DCS做气源的方法与以SiH4做气源的方法所得到的外延层 的组分及其厚度参数的比较结果。表中cap层为覆盖在Si。.s5Ge。.u外延层外的 Si即顶层Si的厚度。表2是两种工艺方法的工艺条件对比。<table>table see original document page 6</column></row><table><table>table see original document page 6</column></row><table>由表1可知，本专利技术的方法所得到的Si0,85Ge0.15外延层的均匀性要好于常规 的用SilU故气源的方法。利用两种对比工艺所得到的Si0,85Ge0.15外延层经过在强 光灯下检测表面状态，表面均呈镜面光亮，在显微镜下观察也都没有发现有层 位错等缺陷。本文档来自技高网...

【技术保护点】
硅锗材料的一种生长方法，它是用减压化学气相沉积生长法，其中生长所用的气氛包括Ｈ↓［２］、Ｎ↓［２］、ＧｅＨ↓［４］、ＰＨ↓［３］、Ｂ↓［２］Ｈ↓［６］，生长温度为５００～１２００℃，工作压力为１０－１００Ｔｏｒｒ；其特征在于：生长硅组分的气氛是用ＳｉＨ↓［２］Ｃｌ↓［２］。

【技术特征摘要】
1、硅锗材料的一种生长方法，它是用减压化学气相沉积生长法，其中生长所用的气氛包括H2、N2、GeH4、PH3、B2H6，生长温度为500～1200℃，工作压力为10-100Torr；其特征在于生长硅组分的气氛是用SiH2Cl2。2、 根...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵丽霞，袁肇耿，陈秉克，
申请(专利权)人：河北普兴电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]