一种硅锗外延层的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种硅锗外延层的制备方法，包括以下步骤：S1、提供外延设备，设备包括：腔体，腔体内设置有用于承载衬底的基座；加热组件，能够通过改变各加热组件的顶部和底部功率占比使基座的顶部和底部形成温差；S2、确定不同外延层对应的底部功率占比，其中不同外延层的锗浓度不相同；S3、设置底部功率占比为P1及工艺温度，通入工艺气体，在衬底上沉积第一外延层，其中第一外延层的锗浓度为C1；S4、设置底部功率占比为P

【技术实现步骤摘要】
一种硅锗外延层的制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体外延层制备领域，具体涉及一种硅锗外延层的制备方法。

技术介绍

[0002]硅晶圆(或称衬底)作为最重要的半导体材料，在信息产业中起着不可替代的作用，但其存在载流子迁移率低和器件速度比较慢等缺点，需要进行外延生长其他材料来解决该问题，锗是一种不错的选择。锗晶体的晶格大于硅晶体，因此硅锗外延层可以在硅晶圆表面形成一定的压应力，从而提高硅中空穴迁移率。但在外延过程中，由于晶格大小和晶格热膨胀程度的差异，从而硅锗外延层容易晶格失配导致弛豫发生和位错形成，尤其是多层硅锗的外延。

技术实现思路

[0003]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种硅锗外延层的制备方法，已解决硅锗外延层晶格失配问题，该方法包括以下步骤：
[0004]S1、提供外延设备，所述外延设备包括：腔体，所述腔体内设置有用于承载衬底的基座；加热组件，分别设置于腔体的顶部以及底部，能够通过改变各加热组件的顶部和底部功率占比使基座的顶部和底部形成温差；
[0005]S2、确定不同外延层对应的底部功率占比，其中不同外延层的锗浓度不相同；
[0006]S3、设置底部功率占比为P1及工艺温度，通入工艺气体，在衬底上沉积第一外延层，其中第一外延层的锗浓度为C1；
[0007]S4、设置底部功率占比为P
n+1
及工艺温度，通入工艺气体，在第n外延层上沉积第n+1外延层，其中第n+1外延层的锗浓度为C
n+1
；
[0008]S5、执行所述步骤S4的工艺N次；
[0009]其中，N≥1且为整数；n＝1、2、
……
、N
‑
1、N；P
n+1
大于P
n
，C
n+1
大于C
n
，50％＜P
n+1
≤90％。
[0010]优选地，在步骤S2中，确定不同外延层对应的底部功率占比为：检测不同底部功率占比条件下，具有相同锗浓度的外延层的表面缺陷，选择表面缺陷最少的外延层的底部功率占比为该锗浓度下的外延层对应的底部功率占比。
[0011]优选地，所述表面缺陷通过从外延层表面得到的散射光强的强弱来表征。
[0012]针对不同地外延层，优选地，底部功率占比是范围是：55％＜P
n+1
≤75％。
[0013]优选地，5％＜C
n+1
‑
C
n
＜15％。
[0014]优选地，2％＜P
n+1
‑
P
n
＜10％。
[0015]优选地，2.2％＜P
n+1
‑
P
n
＜5％。
[0016]优选地，还包括步骤：烘烤步骤，对置于基座的衬底进行烘烤，烘烤温度为800℃
‑
1200℃；所述烘烤步骤在步骤S3之前。
[0017]优选地，所述烘烤温度为850℃
‑
1050℃。
[0018]优选地，所述工艺气体包括：锗源气体和硅源气体。
[0019]优选地，所述硅源气体包含SiH4、SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4其中的一种或多种。
[0020]优选地，所述锗源气体包含GeH4和Ge2H6其中的一种或多种。
[0021]优选地，所述工艺气体还包括：载气，所述载气为H2、He的至少一者。
[0022]优选地，所述工艺温度为550℃
‑
800℃。
[0023]优选地，在所述烘烤步骤，烘烤衬底时向所述腔体内通入氢气。
[0024]优选地，所述表征为散射光强越低表示外延层的晶格缺陷越少。
[0025]优选地，对应的底部功率占比使第n外延层和第n+1外延层之间晶格失配最小。
[0026]优选地，所述衬底为硅衬底。
[0027]本专利技术具有以下有益效果：
[0028]硅晶格比锗晶格膨胀更慢，通过提高外延过程中底部功率占比使得晶圆底部温度高于顶部，从而改善其晶格失配。此外还可以通过调控不同锗浓度的硅锗外延层的底部功率占比来改善多层硅锗外延过程的晶格失配。
[0029]本专利技术通过调整加热组件的功率占比使得衬底顶部和底部形成温差，使得外延层与衬底形成最佳的晶格匹配，从而减少外延层的晶格缺陷；
[0030]本专利技术确定了一个较佳的加热组件的功率占比区间，在此条件下可以制备具有一定浓度梯度的多层硅锗外延层，并降低了多层硅锗外延层的晶格缺陷浓度。
附图说明
[0031]图1为本专利技术的外延设备；
[0032]图2为本专利技术的外延层制备方法流程图；
[0033]图3为硅衬底生长硅锗外延层的示意图；
[0034]图4为底部功率占比与温差的曲线图；
[0035]图5为底部功率占比与散射光强的曲线图。
具体实施方式
[0036]以下结合附图和具体实施方式对本专利技术提出的一种硅锗外延层的制备方法作进一步详细说明。根据下面说明，本专利技术的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施方式的目的。为了使本专利技术的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
能涵盖的范围内。
[0037]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备
所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0038]为解决硅锗外延层晶格失配问题，本专利技术提供了一种硅锗外延层的制备方法，采用如图1所示的外延设备实现。所述外延设备包括腔体，所述腔体内设置有用于承载衬底104的基座105；腔体的顶部以及底部均设置有加热组件101、测温仪102。所述腔体包括上内衬100、下内衬112、上穹顶116、下穹顶108、上法兰103和下法兰107，所述上内衬100、下内衬112均为石英制成的环体，分别设置在上穹顶108、下穹顶116内侧；所述上内衬100设置在下内衬112之上，并在上、下内衬的侧方开设有供工艺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅锗外延层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、提供外延设备，所述外延设备包括：腔体，所述腔体内设置有用于承载衬底(104)的基座(105)；加热组件(101)，分别设置于腔体的顶部以及底部，能够通过改变各加热组件(101)的顶部和底部功率占比使基座(105)的顶部和底部形成温差；S2、确定不同外延层对应的底部功率占比，其中不同外延层的锗浓度不相同；S3、设置底部功率占比为P1及工艺温度，通入工艺气体，在衬底(104)上沉积第一外延层，其中第一外延层的锗浓度为C1；S4、设置底部功率占比为P
n+1
及工艺温度，通入工艺气体，在第n外延层上沉积第n+1外延层，其中第n+1外延层的锗浓度为C
n+1
；S5、执行所述步骤S4的工艺N次；其中，N≥1且为整数；n＝1、2、
……
、N
‑
1、N；P
n+1
大于P
n
，C
n+1
大于C
n
，50％＜P
n+1
≤90％。2.权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，确定不同外延层对应的底部功率占比为：检测不同底部功率占比条件下，具有相同锗浓度的外延层的表面缺陷，选择表面缺陷最少的外延层的底部功率占比为该锗浓度下的外延层对应的底部功率占比。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述表面缺陷通过从外延层表面得到的散射光强的强弱来表征。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，其中，55％＜P
n+1
≤75％。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，5％＜C
n+1
‑
C<...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶斌，
申请(专利权)人：江苏天芯微半导体设备有限公司，
类型：发明
国别省市：