在半导体衬底上制造外延层的方法及用这种方法制造的器件技术

本发明专利技术涉及外延层的制造，包括以下步骤：提供半导体衬底；在半导体衬底上提供具有第一深度的Ｓｉ－Ｇｅ层；向半导体衬底提供具有ｎ型掺杂剂材料并且具有实质大于所述第一深度的第二深度的掺杂层；执行氧化步骤以形成二氧化硅层，使得在二氧化硅／硅界面处通过二氧化硅层将Ｇｅ原子和ｎ型原子推入到半导体衬底中；其中，将ｎ型原子比Ｇｅ原子推入更深地到半导体衬底中，导致具有减小的ｎ型原子浓度的顶部层；去除二氧化硅层；在具有减小的向外扩散或自动掺杂的半导体衬底上生长硅外延层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在半导体衬底上生长外延层。现在，将许多半导体器件制造到在半导体衬底上生长的外延层中或层上。在半导体衬底上生长这种外延层要求将轻掺杂层(例如，1E14-1E17原子/cm3)外延沉积到重掺杂衬底(例如，1E19-1E21原子/cm3)上或这种衬底的一部分上。所述衬底可以采用掺杂剂均匀地掺杂，或可以包括多个掩埋层。这种掩模层存在于预定位置中。它们可以在全部衬底上是相同的导电类型，即或者是p型或者是n型，或者备选地，可以将不同导电类型的掩埋层设置在所述衬底上的不同位置中。在所述衬底上的外延沉积期间，掺杂剂可以非故意地从以下几个来源进入所述生长外延层-向外扩散这涉及掺杂剂从重掺杂衬底到生长外延层中的固态源扩散；-气相自动掺杂这涉及掺杂剂从重掺杂衬底蒸发到围绕所述衬底的空间中，并且将相同的掺杂剂再结合到所述生长外延层中。
技术介绍
如本领域普通技术人员所公知的，在垂直自动掺杂和侧向自动掺杂之间常常有差别。如果没有向外扩散和自动掺杂，掺杂浓度将从高掺杂衬底到轻掺杂外延层突然地变化。从在所述外延层中形成的器件性能的观点来看，这种情况是优选的情况。然而，由于向外扩散和自动掺杂，这种浓度变化并不是如所需要那样的突然。已经进行了许多尝试以防止自动掺杂和/或向外扩散。在US2003/0082882中公开了一种防止自动掺杂和/或向外扩散的方式。该现有技术公开了使用衬底中的掩埋集电极区上的扩散阻挡层，例如包括高浓度的硼(B)。例如，所述扩散阻挡层包括硅-锗-碳(SiGeC)。这种扩散阻挡层公知为当所述外延层生长到所述衬底上时，阻止B从所述掩埋阻挡层的向外扩散。这种扩散阻挡层也可以用于所述掩埋层中的其它p型材料。然而，对于象砷(As)或磷(P)那样的n型材料，使用SiGeC作为扩散阻挡层是不可以的。这是因为象As或P那样的n型材料易于扩散到SiGeC中。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在半导体衬底上生长外延层的方法，导致n型掺杂剂较少地自动掺杂和/或向外扩散到所述衬底中，所述衬底已经用掺杂剂掺杂。为此目的，本专利技术提出了如权利要求1所述的方法。权利要求2限定了权利要求1所述方法的备选。本专利技术是基于以下认识可以将衬底的顶部上的Si-X层之内的X原子(可能包括Ge)用于在可观的程度上防止在衬底上生长所述外延层期间，n型掺杂剂从掺杂衬底上逃逸，尽管象As那样的n型原子容易扩散到SiGe(C)层中。如以下详细解释的，这可以通过以下方法实现通过在生长外延层之前使用X原子，以将n型掺杂剂更深地推入掺杂衬底中，使得减小了衬底表面上的薄顶层中的n型掺杂剂的量。原子X将n型原子从衬底的表面推入半导体衬底中的效应由氧化作用引起，由此，在所述衬底已经配置有Si-X层之后、并且在生长外延层之前，在衬底上形成二氧化硅(SiO2)层。可以证明，象As那样的掺杂剂原子在该氧化期间在SiO2/Si界面处一定程度上由X原子代替。因此，当去除所述SiO2时，顶部层导致包括减少量的n型掺杂剂。当随后将外延层生长于衬底上时，在衬底的顶部层上将存在更少的n型掺杂剂，导致更少的n型掺杂剂自动掺杂和/或向外扩散。附图说明现在将参考一些示例解释本专利技术，不是意欲限制本专利技术的范围，仅是为了说明本专利技术。图1a至图1f示出了将外延层生长到硅衬底上的一个示例，具有减小的向外扩散和/或自动掺杂。图2示出了在衬底中和衬底顶部上的外延层中的n型掺杂剂的测量分布。图3按照放大比例示出了图2的一部分。将参考图1a至图1f解释根据本专利技术方法的示例。具体实施例方式图1示出了p型衬底1。p型衬底1可以是整个为p型的大衬底的一部分。备选地，p型衬底1可以是具有不同的p型部分和n型部分的大衬底的一部分。在大多数情况下，将p型衬底1掺杂到典型地1E15原子/cm3的水平。例如，掺杂剂可以是硼(B)，但是备选地，衬底1可以是本征型的。作为另外的备选，衬底可以是n型的，尽管这不是标准的。可以将衬底1设置为另一个层(未示出)上的薄层，例如，绝缘层等。在下一个动作中，图1b，将薄层5生长到衬底1上。薄层5包括Si-X，其中X例如包括Ge。X还可以包括一些碳C。如果使用Ge，Ge的量可以是10at％。然而，可以使用其它量的Ge，只要在随后的工艺期间不会发生应变层的弛豫。典型的值在5at％至30at％的范围。层5可以具有5-15nm的厚度。然而，本专利技术没有限制所述层5具有这样的厚度。在下一个步骤中，也如图1b所示，将Si本征层7生长到薄层5上。本征层7可以具有180nm的厚度，然而这只是打算作为示例。如果X＝Ge，可以在一个相同的外延生长动作中生长层5和层7。可以在973K(700℃)的温度、532Pa(40torr)的压力、H2＝20slm、SiH2Cl2＝20sccm、GeH4＝40sccm的外延生长动作中生长SiGe。SiGe层5的厚度对于25秒或1分15秒的沉积时间将分别是5或15nm。然后在4分25秒期间，在相同的温度和压力条件下，将SiH2Cl2的供应改变为200sccm的SiH4的供应，而生长Si层7。接下来，也如图1b所示，将SiO2的薄层2形成于层5上。例如，这可以在干法氧化作用中实现。SiO2层2的厚度可以是20nm。然而，如果需要，SiO2层可以具有任意其它厚度。在已经产生了SiO2层2之后，执行n型注入动作。在图1c的示例中，将As用作注入掺杂剂。然而，可以代替地使用P、或任意其它合适的n型掺杂剂。可以采用E＝50KeV的能量和1E16原子/cm-2的剂量注入As原子。然而，可以使用其它数字，例如能量可以在10和150keV之间，并且剂量可以在1E15cm-2至2E16cm-2之间。如图1d所示，掩埋层3将导致延伸到衬底1内比Si-X层5更深。注意，如图1d所示，衬底1、Si-X层5和本征Si层7全部包括掺杂剂原子(例如，As)。在已经将n型掺杂剂注入到衬底中以形成掩埋层3之后，例如通过剥离去除SiO2层2。观察到使用SiO2作为层2可能是优选的，但是本专利技术不局限于使用SiO2。可以代替地使用任意其它合适的绝缘层2。在已经去除了SiO2层2之后，通过干法氧化生长10nm厚的另一个SiO2层(未示出)。该SiO2层用作随后退火动作的帽层。该退火动作可以在50分钟的时间段期间在约1373K(约1100℃)的温度下进行。如果需要，可以使用其它温度或时间段。在下一个动作中，如图1e所示，将SiO2层9生长到衬底上。这可以通过约1323K(约1050℃)下的湿法氧化实现，将180nm厚的Si层7转化为SiO2层9。在这种情况下，SiO2层9的厚度可以是约250nm。然而，如果需要，SiO2层9可以具有其它厚度。在SiO2层9的生长期间可能发生几种效应。首先，将Si层4中的n型掺杂剂推入到衬底中。在一定的时刻，生长的SiO2到达Si-X层5。如果Si-X层5包括SiGe，将Ge原子推入到衬底1中SiO2和Si的界面处。然而，也将n型原子(例如As)推入到衬底1中所述SiO2/Si界面处。因为已经移动了这些原子，现在可以将SiGe层称为5’，并且现在掩模层称为3’。可以示出Ge原子比诸如As之类的n型掺杂剂原子更难以被推入到衬底1中，结果将As原子比Ge原子更深地推入到衬底1中。G本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造半导体产品的方法，包括步骤：提供半导体衬底；在所述半导体衬底的至少一部分上提供Ｓｉ－Ｘ层，所述Ｓｉ－Ｘ层具有第一深度和表示预定原子种类的Ｘ；向所述半导体衬底的所述至少一部分提供具有ｎ型掺杂剂材料并且具有实质大 于所述第一深度的第二深度的掺杂层；执行氧化作用以在所述半导体衬底内部形成具有二氧化硅／硅界面的二氧化硅层，使得在所述二氧化硅／硅界面处通过所述二氧化硅层将Ｘ原子和ｎ型原子推入到所述半导体衬底中，选择所述Ｘ原子使得它们在所述二氧化硅／ 硅界面处具有比所述ｎ型原子更高的离析性质；去除所述二氧化硅层；在所述半导体衬底上生长硅外延层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2004-12-6 04106310.81.一种制造半导体产品的方法，包括步骤提供半导体衬底；在所述半导体衬底的至少一部分上提供Si-X层，所述Si-X层具有第一深度和表示预定原子种类的X；向所述半导体衬底的所述至少一部分提供具有n型掺杂剂材料并且具有实质大于所述第一深度的第二深度的掺杂层；执行氧化作用以在所述半导体衬底内部形成具有二氧化硅/硅界面的二氧化硅层，使得在所述二氧化硅/硅界面处通过所述二氧化硅层将X原子和n型原子推入到所述半导体衬底中，选择所述X原子使得它们在所述二氧化硅/硅界面处具有比所述n型原子更高的离析性质；去除所述二氧化硅层；在所述半导体衬底上生长硅外延层。2.一种制造硅半导体衬底的方法，包括步骤提供半导体衬底；向所述半导体衬底的至少一部分提供具有n型掺杂剂材料并且具有第一深度的掺杂层；在所述半导体衬底的所述至少一部分上提供Si-X层，具有实质小于所述第一深度的第二深度，X表示预定的原子种类；执行氧化动作以在所述半导体衬底内部形成具有二氧化硅/硅界面的二氧化硅层，使得在所述二氧化硅/硅界面处通过所述二氧化硅层将...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲利浦默尼耶贝拉德，亨特里希GA赫伊津，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]