用超高真空CVD优化锗硅外延材料中的锗分布.pdfVIP

2005年11月 第十四届全国半导体集成电路、硅材料学术会议 珠海 用超高真空CVD优化锗硅 外延材料中的锗分布 刘佳磊刘志弘陈长春 清华大学微电子学研究所，北京100084 SGE500)的气 摘要：本文改进了自行研制的超高真空化学气相外延设备(RHT／uHv／CVD 路系统，使之拥有生长渐变Ge分布的SiGe材料的能力。利用X射线双晶衍射(DCXRD)和二 次离子质谱(SIMS)测试技术，研究了并优化了外延生长的各个参量，最终得到了优化了 Ge分布的SiGe材料。 关键词：UHv／cVD，渐变Ge分布，SIMS。 1．引言 SiGe技术被称为“第二代微电子技术”。它不仅具有Si器件的“低成本”，而且具有 异质结结构的“高性能”。它利用“能带工程”，通过对半导体能带的剪裁，使得Si无须 借助于器件的尺寸缩小来提高器件性能，并能满足特定的应用。1987年，IBM用分子束外 延(MBE)工艺生长了第一个SiGeHBT，以后越来越多的事例说明SiGe具有令人兴奋的发展 潜力。今天，SiGe技术已广泛地应用于移动通信、射频、卫星、自动化等领域。 SiGe的应用之一是SiGeHBT。在SiGeHBT中，基区渡越时间是影响器件高频性能的 HBT中基区渐变的Ge 最重要的参数，如电流增益特征频率‘和最大振荡频率厶，。SiGe 分布相对于盒状的Ge分布能降低基区渡越时间，从而能提高厶。和厶，。 本文改进现有的外延设备，在该设备上生长具有渐变的Ge分布的SiGe外延片，并通 过实验找到优化的Ge分布的方法。本工作中用到的实验设备是清华大学自己研制的超高 真空化学气相外延设备(RHT／uHV／cVDSGE500)，实验用到的测试技术为x射线双晶衍射 (DCXRD)和二次离子质谱(SIMS)。 2．SGE500UI-lV／CyD外延设备结构 清华大学微电子学研究所在批量生产专利技术产品“RHT系列半导体快速热处理设备” 的基础上，利用平行石墨板辐射热源快速加热温度均匀性好，不接触红外测温和热偶测 温相结合的闭环控温精度高，小容积石英矩形方腔洁净换气快，STDI业控制计算机自动控 制稳定可靠等特点。在“国家自然科学基金”、“国家九五重点科技项目(攻关)计划”和 原国家科委资助下在1995年开使研制可用于工业化外延生产由lOOmm-一125mm硅片 SiGe／Si薄膜的“SGE400单片式红外快速加热高真空锗硅化学气相外延系统”。在这基础 上，2003年5月，SGE500／600锗硅外延系统由清华大学独立研制成功，并取得国家发明专 1 利(No．ZL9811717．1)n1。性能先进并具备商业化的潜力。外观见图l。 SGE500设备，见图2，主要由一个装片室和一个反应室构成，分别用独立的真空机组 (机械泵+涡轮分子泵)抽取真空。反应室分为内外两腔，内腔是一个矩形石英腔，外腔 是圆柱形水冷不锈钢腔，两腔分离。反应室由不锈钢外炉体、石墨红外辐射加热器和扁平 石英反应腔组成，采用准冷壁加热的方式对硅片进行加热。不锈钢外炉体(外腔)保持真空， 2005年11月 第十四届全国半导体集成电路、硅材料学术会议 珠海 保护石英腔免受大气压力，同时保证石墨加热器不会被氧化，从而延长其使用寿命。外延气 50 源是纯硅烷(SiHt100％)以及用氢气稀释的磷烷(PH。50ppm)、硼烷(B2Hsppm)、锗烷 (GeH。15％)。采用质量流量控制计(MFC)精确控制气体流量。该设备主要技术指标见表l。 表1主要技术指标 反应腔 1．33e1Pa 外炉体 8e一6Pa 真空度：