掩膜成核消除方法以及选择性外延生长方法

摘要

本发明提供了一种掩膜成核消除方法以及选择性外延生长方法。根据本发明的选择性外延生长中的掩膜成核消除方法包括：利用SiOxNy化合物作为掩膜层材料，其中SiOxNy化合物中参数x和y的选择使得SiOxNy化合物掩膜层材料中的硅含量低于SiON和氮化硅SiN中的硅含量，并且其中参数x和参数y为有理数。通过降低掩膜层材料中的硅含量可以有效地减少成核点，抑制掩膜上的成核，进而有效地控制了硅对掩膜硅化物的选择性。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体设计及制造领域，更具体地说，本发明涉及一种掩膜成 核消除方法以及采用该掩膜成核消除方法的选择性外延生长方法。

背景技术

外延生长(epitaxial growth)用于在单晶衬底(基片)上生长一层有一 定要求的、与衬底晶向相同的单晶层的方法。对外延片检查包括表面质量的检 查；具体地说，优良的外延片不应有突起点、凹坑等。

根据生长方法可以将外延工艺分为两大类：全外延(Blanket Epi)和选择性 外延(Selective Epi)。选择性外延工艺中需要用到刻蚀性气体氯化氢(盐酸 HCl)。并且，外延选择性的实现一般通过调节外延沉积和原位(in-situ)刻蚀的 相对速率大小来实现，所用气体一般为含氯(Cl)的硅源气体DCS，利用反应中 Cl原子在硅表面的吸附小于氧化物或者氮化物来实现外延生长的选择性。

图1和图2示意性地示出了根据现有技术的一种选择性外延生长方法的示 意图。首先，盐酸HCl刻蚀未覆盖掩膜M的硅片区域内的缓冲氧化层(自然氧 化层)，使得底层硅衬底表面暴露出来，随后再进行SiGe外延。在如图1所示 的选择性外延生长方法中，形成了图案的掩膜M涂覆在硅片BS上，该掩膜M的 材料为硅化物，例如氮氧化硅SiON，氮化硅SiN等。此后，如图2所示，利用 盐酸HCl刻蚀掩膜M，使得掩膜M中的硅元素被盐酸HCl中的Cl^-离子带出掩膜 表面，并落在掩膜M未覆盖的硅片表面区域上。从而实现了选择性外延生长。

但是，在利用图1所示的选择性外延生长方法实现外延生长时，在掩膜M 上会出现并不期望的成核现象。这是选择性外延生长方法中的一个固有缺陷。

因此，希望能够提出一种防止或消除掩膜M上的成核现象的掩膜成核消除 方法以及相应的选择性外延生长方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种防 止或消除掩膜上的成核现象的掩膜成核消除方法以及相应的选择性外延生长方 法。

根据本发明的第一方面，提供了一种一种选择性外延生长中的掩膜成核消 除方法，其包括：利用SiOxNy化合物作为掩膜层材料，其中SiOxNy化合物中 参数x和y的选择使得SiOxNy化合物掩膜层材料中的硅含量低于SiON和氮化 硅SiN中的硅含量，并且其中参数x和参数y为有理数。

优选地，在上述选择性外延生长中的掩膜成核消除方法中，对于参数x和 参数y，参数x不小于1，并且参数y不小于1。

可选地，优选地，在上述选择性外延生长中的掩膜成核消除方法中，对于 参数x和参数y，x+y不小于2.5。

可选地，优选地，在上述选择性外延生长中的掩膜成核消除方法中，对于 参数x和参数y，5≥x+y≥3。从而，使得能够在有效防止掩膜成核的情况下保 持选择性外延生长的效率。

在根据本发明的第一方面的掩膜成核消除方法中，通过降低掩膜层材料中 的硅含量可以有效地减少成核点(抑制掩膜上的成核)，进而有效地控制了硅对 掩膜硅化物的选择性。

根据本发明的第二方面，提供了一种选择性外延生长方法，其采用了根据 本发明第一方面所述的选择性外延生长中的掩膜成核消除方法。

具体地说，提供了一种选择性外延生长方法，其包括：掩膜提供步骤，用 于利用SiOxNy化合物作为掩膜层材料，其中SiOxNy化合物中参数x和y的选 择使得SiOxNy化合物掩膜层材料中的硅含量低于SiON和氮化硅SiN中的硅含 量，并且其中参数x和参数y为有理数；掩膜刻蚀步骤，用于形成掩膜图案； 以及外延步骤，用于利用盐酸执行外延生长。

优选地，对于参数x和参数y，参数x不小于1，并且参数y不小于1。

可选地，优选地，对于参数x和参数y，x+y不小于2.5。

可选地，优选地，对于参数x和参数y，5≥x+y≥3。从而，使得能够在有 效防止掩膜成核的情况下保持选择性外延生长的效率。

由于采用了根据本发明第一方面所述的选择性外延生长中的掩膜成核消除 方法，因此，本领域技术人员可以理解的是，根据本发明第二方面的选择性外 延生长方法同样能够实现根据本发明的第一方面的选择性外延生长中的掩膜成 核消除方法所能实现的有益技术效果。即，通过降低掩膜层材料中的硅含量可 以有效地减少成核点(抑制掩膜上的成核)，进而有效地控制了硅对掩膜硅化物 的选择性。

附图说明

结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整 的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：

图1示意性地示出了根据现有技术的选择性外延生长方法的示意图。

图2示意性地示出了根据现有技术的选择性外延生长方法的示意图。

图3示意性地示出了用于说明根据本发明实施例的选择性外延生长方法的 示意图。

图4示意性地示出了用于说明根据本发明实施例的选择性外延生长方法的 示意图。

需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构 的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或 者类似的标号。

具体实施方式

为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发 明的内容进行详细描述。

图3和图4示意性地示出了用于说明根据本发明实施例的选择性外延生长 方法的示意图。

在本发明实施例的选择性外延生长方法中，采用了一种掩膜成核消除方法， 具体地说，在原来的氮氧化硅SiON、氮化硅SiN掩膜层材料基础上，开发一种新 的SiOxNy化合物掩膜层材料(如图3所示)，以解决成核问题造成的缺陷，其 中新的SiOxNy中参数x和y的选择使得SiOxNy化合物掩膜层材料中的硅含量 低于原来的SiON和氮化硅SiN中的硅含量。

接下来，将更具体地说明本发明的原理。

参见图4，选择性外延生长区域是由强烈的盐酸HCl(浓盐酸HC)刻蚀出 来的；此工艺部分蚀刻SiON掩膜层表面，导致硅自由键变多。此后，通过实验， 本发明的发明人有利地发现SiON掩膜层内的未饱和的自由键是掩膜成核的根本 原因。尤其地，如下表所示，硅元素与硅元素之间的化学键(“Si-Si”的化学 键)具有很低的键能，“Si-Si-”自由键很容易作为一个成核点。

  化学键   键能(kJ/mol)   Si-Si   222   Si-N   355   Si-O   452

由此，本发明的发明人有利地发现，通过降低掩膜层材料中的硅含量可以 有效地减少成核点(抑制掩膜上的成核)，进而有效地控制了硅对掩膜硅化物的 选择性。

相应地，如上所述，本发明采用了新的SiOxNy化合物掩膜层材料(如图3 所示)，以解决成核问题造成的缺陷，其中新的SiOxNy化合物中参数x和y的 选择使得SiOxNy化合物掩膜层材料中的硅含量低于现有技术中的SiON和氮化 硅SiN中的硅含量。

更具体地说，参数x和参数y为有理数。在一个具体示例中，x不小于1， 并且y不小于1。在另一个实施例中，x+y不小于2。在一个优选实施例中，x+y 不小于2.5。

而且，在一个优选实施例中，5≥x+y≥3，从而使得能够在有效防止掩膜成 核的情况下保持选择性外延生长的效率。

在本发明的一个具体实施例中，提供了一种具体的选择性外延生长方法， 其具体地可包括：掩膜提供步骤，该步骤有利地利用了上述新的SiOxNy化合物 材料作为掩膜材料；掩膜刻蚀步骤，用于形成掩膜图案；外延步骤，用于利用 盐酸执行外延生长。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用 以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方 案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能 的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技 术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等 同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。