[发明专利]锗硅薄膜的形成方法及形成装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种锗硅薄膜的形成方法及形成装置。

背景技术

锗硅(SiGe)材料是硅和锗通过共价键结合形成的无限互溶的替位式固溶体。锗硅材料一般具有非晶、多晶、单晶和超晶格四种形态，由于其具有载流子迁移率高、能带宽度随锗的组分变化而连续可调等优点，并且能够与目前成熟的硅平面工艺相兼容，因此，锗硅材料在微电子和光电子方面可被大量应用于制作高速异质结双极型晶体管(HBT)、调制掺杂场效应管(MODFET)、光探测器等多种器件。

锗硅材料在现代集成电路制造中的应用十分广泛，例如可通过在HBT的基区掺入一定组分的锗元素，从而减小能带宽度，降低基区少数载流子从发射区到基区的势垒，提高发射效率及电流放大系数；此外，在低工艺节点的CMOS晶体管的形成方法中，由于器件尺寸的大幅度减小，源漏极的结深越来越浅，通常在源漏极进行硅刻蚀后，通过外延工艺形成锗硅层，以填充所刻蚀的凹槽，应对沟道的应力，提高载流子的迁移率。

请参考图1，现有技术中，锗硅薄膜的形成方法主要为化学气相沉积(CVD)工艺，具体步骤包括：

运送晶圆103到反应腔室105内，将晶圆103放置在反应腔室105底壁100的基台101表面，所述基台101固定在反应腔室105的底壁100上；

由进气口107向反应腔室105通入反应气体SiH₂Cl₂和GeH₄，所述反应气体SiH₂Cl₂和GeH₄在反应腔室105内混合，并在高于750℃的温度条件下发生反应，在晶圆103表面形成锗的原子百分比较低(通常低于30％)的锗硅薄膜。

随着半导体器件的日益小型化，通常需要提高锗硅薄膜中锗的原子百分比含量，以进一步减小能带宽度，降低基区少数载流子从发射区到基区的势垒，提高发射效率及电流放大系数，提高载流子的迁移率等。然而，现有技术形成锗的原子百分比含量高的锗硅薄膜的速率较慢，生产效率低下。

更多关于锗硅薄膜的形成方法请参考专利号为“US4704988A”的美国专利。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种可以形成锗的原子百分比含量高、且生产效率高的锗硅薄膜的形成方法及形成装置。

为解决上述问题，本发明的实施例提供了一种锗硅薄膜的形成装置，包括：

反应腔室，用于为反应物在晶圆表面形成含锗硅的外延层提供平台；

等离子腔室，用于在含锗的反应物到达晶圆表面之前，将所述含锗的反应物等离子体化，形成等离子锗；

所述反应腔室壁上具有开口，等离子腔室位于所述开口内或通过管道与反应腔室的开口连通。

可选地，所述开口位于所述反应腔室顶壁的中心。

可选地，所述反应腔室包括：用于放置晶圆的基台，所述基台固定在所述反应腔室底壁；或者所述基台以所述反应腔室底壁的中心为中心旋转。

可选地，所述反应腔室包括位于反应腔室侧壁的进气口，及位于所述反应腔室侧壁、且与所述进气口相对的出气口。

可选地，还包括：气流流量控制器，与所述等离子体腔室相连，用于调节等离子锗的流量。

相应的，本发明的实施例还提供了一种锗硅薄膜的形成方法，包括：

将晶圆运送到反应腔室内；

向反应腔室内通入含硅的第一反应物；

等离子体腔室对含锗的第二反应物进行处理，形成等离子体锗，并输入至反应腔室内；

含硅的第一反应物和所述等离子锗在反应腔室内反应，在晶圆表面形成含锗硅的外延层。

可选地，所述含锗硅的外延层为SiGe、SiGeB或SiGeC。

可选地，所述含锗硅的外延层中锗的原子百分比为20％-80％。

可选地，形成等离子锗的工艺参数为：频率为13-15MHz；功率为200-400W；压力为0.1Torr-1Torr。

可选地，所述形成含锗硅的外延层的工艺参数范围为：温度为500℃-800℃；压力为1Torr-100Torr。

可选地，所述含锗的第二反应物为GeH₄。

可选地，所述含锗的第二反应物的流量为1-100sccm。

可选地，所述含锗的第二反应物中一部分经过等离子体化后进入反应腔室，一部分与含硅的第一反应物一起由反应腔室侧壁的进气口进入反应腔室。