專利名稱：具有選擇性氣體供應(yīng)的選擇性外延制程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例大體來(lái)說(shuō)是有關(guān)于電子生產(chǎn)制程和元件的領(lǐng)域，更明確地說(shuō)，是有關(guān)于在形成電子元件時(shí)沉積含硅薄膜的方法。
背景技術(shù)：
在生產(chǎn)較小的晶體管時(shí)，制造超淺源極/漏極接面已變得日益困難。一般來(lái)說(shuō)，次100納米CMOS(互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體)元件需要深度低于30納米的接面。選擇性外延沉積通常用來(lái)在所述接面中形成含硅材料(例如硅、鍺化硅和碳化硅)的外延層。選擇性外延沉積使外延層可以在硅溝渠(silicon moats)上而不在介電區(qū)域上成長(zhǎng)。選擇性外延可用在半導(dǎo)體元件中，例如升高的源極/漏極、源極/漏極延伸、接觸插塞(contact plugs)或雙極元件的基底層沉積。
一般來(lái)說(shuō)，選擇性外延制程包含一沉積反應(yīng)和一蝕刻反應(yīng)。沉積及蝕刻反應(yīng)以相當(dāng)不同的反應(yīng)速率在一外延層和一多晶層上同時(shí)發(fā)生。在沉積制程期間，外延層在一單晶表面上形成，同時(shí)一多晶層沉積在至少一第二層上，例如既存的多晶層或非晶層。但是，所沉積的多晶層通常以比該外延層快的速率蝕刻。因此，通過(guò)改變蝕刻氣體濃度，凈選擇制程會(huì)造成外延材料的沉積以及，若有的話，有限沉積多晶材料。例如，選擇性外延制程可造成含硅材料的外延層形成在單晶硅表面上，而沒(méi)有沉積遺留在間隙壁上。
含硅材料的選擇性外延沉積在升高的源極/漏極和源極/漏極延伸特征形成期間是一種有用技術(shù)，例如，在含硅MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管)元件形成期間。源極/漏極延伸特征是通過(guò)蝕刻硅表面來(lái)制造，以制出凹陷的源極/漏極特征并且隨后以選擇性成長(zhǎng)的外延層填充蝕刻表面，例如鍺化硅(SiGe)材料。選擇性外延使原位摻雜能夠幾乎完全活化摻質(zhì)，因此可省略后退火(post annealing)制程。所以，可利用硅蝕刻和選擇性外延精確地界定接面深度。另一方面，超淺源極/漏極接面會(huì)不可避免地造成串聯(lián)電阻的增加。此外，硅化物形成期間的接面消耗(junctionconsumption)更進(jìn)一步地增加串聯(lián)電阻。為了補(bǔ)償接面消耗，將升高的源極/漏極外延地且選擇性地成長(zhǎng)在該接面上。通常，該升高的源極/漏極是未摻雜的硅。
但是，目前的選擇性外延制程有一些缺點(diǎn)。為了在現(xiàn)今外延制程期間保持選擇性，必須在整個(gè)沉積制程期間控制并調(diào)整前驅(qū)物化學(xué)濃度以及反應(yīng)溫度。如果沒(méi)有提供足夠的硅前趨物，則蝕刻反應(yīng)可能會(huì)主導(dǎo)而使整個(gè)制程速度減緩。此外，可能會(huì)發(fā)生有害的基板特征過(guò)蝕刻。如果沒(méi)有提供足夠的蝕刻劑前趨物，則沉積反應(yīng)可能會(huì)主導(dǎo)而降低在基板表面上形成單晶和多晶材料的選擇性。另外，目前的選擇性外延制程通常需要高反應(yīng)溫度，例如約800℃、1000℃或更高。在生產(chǎn)制程期間并不偏好使用此高溫，因?yàn)闊犷A(yù)算考慮及可能發(fā)生的無(wú)法控制的基板表面的氮化反應(yīng)。
因此，需要有一種能夠以可選擇的摻質(zhì)選擇性且外延地沉積硅和含硅化合物的制程。此外，該制程應(yīng)該是多方適用的，以形成具有不同元素濃度的含硅化合物，同時(shí)具有快速的沉積速率并保持制程溫度，例如約800℃或更低。

發(fā)明內(nèi)容
在一實(shí)施例中，描述一種在基板表面上外延形成含硅材料的方法，其包含將具有一單晶表面和至少一第二表面，例如非晶表面或多晶表面，基板安置于一制程反應(yīng)室內(nèi)。使該基板暴露在一沉積氣體下，以在該單晶表面上形成一外延層并在該第二表面上形成一多晶層。該沉積氣體較佳地含有一硅來(lái)源和至少一第二元素來(lái)源，例如鍺來(lái)源、碳來(lái)源或其組合物。之后，該方法進(jìn)一步提供將該基板暴露在一蝕刻劑氣體下，以使該多晶層的蝕刻速率比該外延層快的方式蝕刻該多晶層和該外延層。該方法進(jìn)一步包含一沉積周期，其在形成具有預(yù)定厚度的含硅材料時(shí)連續(xù)重復(fù)該基板在沉積和蝕刻劑氣體中的暴露。在本實(shí)施例的一實(shí)例中，該方法進(jìn)一步提供將基板暴露在含有氯氣的蝕刻劑氣體下。
在本實(shí)施例的一實(shí)例中，該方法提供將具有一單晶表面和一第二表面的基板安置于一制程反應(yīng)室內(nèi)。該制程反應(yīng)室是經(jīng)加熱至范圍從約500℃至約750℃內(nèi)的溫度。在該單晶表面上沉積一外延層和在該第二表面上沉積該多晶層時(shí)，該基板是經(jīng)暴露在一沉積氣體中。該沉積氣體含有一硅來(lái)源和一惰性載氣，以在該單晶表面上沉積一外延層并在該第二表面上沉積一多晶層。之后，本方法進(jìn)一步提供將該基板暴露在含有一蝕刻劑和該惰性載氣的蝕刻劑氣體中，并以比蝕刻該外延層快的速率蝕刻該多晶層。在其他實(shí)例中，該沉積氣體可包含硅來(lái)源及第二化合物來(lái)源或摻質(zhì)化合物，其可包含硼、砷、磷、鋁、鎵、鍺、碳或其組合物。
在另一實(shí)施例中，描述一種在基板表面上外延形成含硅材料的方法，其包含將具有一單晶表面和至少一第二表面，例如非晶表面或多晶表面，基板安置于一制程反應(yīng)室內(nèi)。使該基板暴露在一沉積氣體下，以在該單晶表面上形成一外延層并在該第二表面上形成一多晶層。該方法進(jìn)一步包含使該基板暴露在一第二沉積氣體下，以在該第一外延層上沉積一第二外延層并在該第一多晶層上沉積一第二多晶層。該第二沉積氣體可包含硼、砷、磷、鋁、鎵、鍺、碳或其組合物。之后，該方法進(jìn)一步提供將該基板暴露在一蝕刻劑氣體下，以使該第一和第二多晶層的蝕刻速率比該第一和第二外延層快的方式蝕刻。該方法進(jìn)一步提供一沉積周期，其包含在形成具有預(yù)定厚度的含硅材料時(shí)重復(fù)該基板在沉積和蝕刻劑氣體中的暴露。
在另一實(shí)施例中，提供一種在基板表面上外延形成含硅材料的方法，其包含將具有一單晶表面和至少一第二表面的基板安置于一制程反應(yīng)室內(nèi)，并使該基板暴露在一沉積氣體下，以在該單晶表面上形成一外延層并在該第二表面上形成一多晶層。接著將該基板暴露在含有氯的蝕刻劑氣體中，以比蝕刻該外延層快的速率蝕刻該多晶層。在一實(shí)施例中，一沉積周期包含將該基板依序暴露在該沉積氣體和該蝕刻氣體中，并且執(zhí)行多個(gè)周期以在該基板上形成含硅材料。該第二表面可包含非晶表面、多晶表面或其組合物，而該沉積氣體包含硅來(lái)源及至少一種第二元素來(lái)源，其包含鍺來(lái)源、碳來(lái)源或其組合物。在一實(shí)例中，該沉積氣體包含硅來(lái)源和鍺來(lái)源。在另一實(shí)例中，該沉積氣體包含硅來(lái)源和碳來(lái)源。在另一實(shí)例中，該沉積氣體包含硅來(lái)源、鍺來(lái)源及碳來(lái)源。


因此可以詳細(xì)了解上述本發(fā)明的特征的方式，即對(duì)本發(fā)明更明確的描述簡(jiǎn)短地在前面概述過(guò)，可以通過(guò)參考實(shí)施例來(lái)得到，其中某些在所附圖示中示出。但是需要注意的是，所附圖示只示出本發(fā)明的一般實(shí)施例，因此不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)其范圍的限制，因?yàn)楸景l(fā)明應(yīng)涵蓋其他等效實(shí)施例。
圖1是一流程圖，描述利用在此所述的一實(shí)施例選擇地且外延地沉積含硅材料的制程；圖2A-2E示出在MOSFET內(nèi)制造源極/漏極延伸元件期間，一基板在不同階段時(shí)的簡(jiǎn)要示圖，如在此的一實(shí)施例中所描述般；圖3A-C示出若干元件，其含有可利用在此的一實(shí)施例中所述的制程形成的選擇地及外延地沉積的含硅層；以及圖4是一流程圖，描述利用在此所述的另一實(shí)施例選擇地且外延地沉積含硅材料的制程。
主要元件符號(hào)說(shuō)明100、400 外延制程110、120、130、140、150、160、170、410、420、430、440、450、460、470、480、490 步驟230、310、330 基板 232 源極/漏極區(qū)域234、244、316 間隙壁 235、318 柵極氧化層236、322 柵極 238 凹陷240、313、314、334 外延層242 多晶層 248 升高層312 源極/漏極區(qū) 319 保護(hù)層320 偏移層 332 集極層333、340 絕緣層 336 接觸層338 偏移層
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施例大致為電子元件制造期間于基板的單晶表面上選擇地且外延地沉積含硅材料的制程。將含有單晶表面(例如硅或鍺化硅)及至少一第二表面(例如非晶表面及/或多晶表面(例如氧化物或氮化物))圖案化的基板暴露在一外延制程下，以在所述第二表面上形成有限或沒(méi)有多晶層的同時(shí)，在該單晶表面上形成一外延層。該外延制程，也稱為交替氣體供應(yīng)(AGS)制程，包含重復(fù)一沉積制程和一蝕刻制程所組成的周期直到長(zhǎng)成預(yù)期的外延層厚度為止。
該沉積制程包含將該基板表面暴露在含有至少一硅來(lái)源和一載氣的沉積氣體中。該沉積氣體也可包含鍺來(lái)源或碳來(lái)源，以及摻質(zhì)來(lái)源。在沉積制程期間，一外延層是經(jīng)形成在該基板的單晶表面上，而一多晶層則形成在第二表面上，例如非晶表面、多晶表面或其組合物。接著，將該基板暴露在一蝕刻氣體中。該蝕刻氣體包含一載氣和一蝕刻劑，例如氯氣或氫氣。該蝕刻氣體除去沉積制程期間沉積的含硅材料。在蝕刻制程期間，該多晶層以比該外延層快的速率移除。因此，該沉積和蝕刻制程的凈效果形成在單晶表面上外延成長(zhǎng)的含硅材料，同時(shí)最小化多晶含硅材料在所述第二表面上的成長(zhǎng)，若有的話?？梢佬枰貜?fù)該沉積和蝕刻制程周期，以得到預(yù)期厚度的含硅材料?？衫帽景l(fā)明的實(shí)施例沉積的含硅材料包含硅、鍺化硅、碳化硅、碳化硅鍺或其摻質(zhì)變體。
在該AGS制程的一實(shí)例中，制程期間溫度低于約800℃時(shí)可用氯氣做為蝕刻劑。一般來(lái)說(shuō)，沉積制程可在比蝕刻反應(yīng)低的溫度下執(zhí)行，因?yàn)槲g刻劑通常需要高溫來(lái)活化。例如，硅烷可以在約500℃或更低的溫度下熱分解而沉積硅，而氯化氫需要約700℃或更高的活化溫度方可發(fā)揮有效蝕刻劑的作用。因此，若在一AGS制程期間使用氯化氫，則整個(gè)制程溫度會(huì)被需要用來(lái)活化該蝕刻劑的較高溫度支配。氯氣通過(guò)降低所需的整體制程溫度來(lái)輔助整個(gè)AGS制程。氯氣可在低至約500℃的溫度下活化。因此，通過(guò)將氯氣并入該AGS制程中做為蝕刻劑，整個(gè)AGS制程溫度可比使用氯化氫做為蝕刻劑的制程顯著降低，例如降低200℃至300℃。此外，氯氣蝕刻含硅材料比氯化氫快速。因此，氯蝕刻劑會(huì)增加該AGS制程的整體速率。
在該AGS制程的另一實(shí)例中，于該沉積及蝕刻制程期間使用一惰性氣體，例如氮?dú)?，做為載氣，取代習(xí)知載氣，例如氫氣。在AGS制程期間使用惰性載氣有若干好處。其一是，惰性載氣可增加含硅材料的沉積速率。雖然在沉積制程期間可用氫氣來(lái)作為載氣，但是氫氣具有吸附該基板或與其反應(yīng)而形成氫終結(jié)端面(hydrogen-terminated surfaces)的傾向。氫終結(jié)端面對(duì)外延成長(zhǎng)的反應(yīng)比裸硅表面慢很多。因此，惰性載氣的使用會(huì)通過(guò)不會(huì)不利地影響沉積反應(yīng)而增加沉積速率。
雖然可用鈍氣，例如氬氣或氦氣，來(lái)做為惰性載氣，但是氮?dú)馐且越?jīng)濟(jì)效益而言較佳的惰性載氣。氮?dú)馔ǔ１葰錃狻鍤饣蚝獗阋撕芏?。使用氮?dú)庾鰹檩d氣可能發(fā)生的一缺點(diǎn)是在沉積制程期間基板上材料的氮化。但是會(huì)需要高溫，例如超過(guò)800℃，來(lái)如此地活化氮?dú)狻Ｒ虼?，在低于氮?dú)饣罨T(mén)限的溫度下執(zhí)行的AGS制程中有利地使用氮?dú)鈦?lái)做為惰性載氣。使用氯氣做為蝕刻劑并且使用氮?dú)庾鳛檩d氣的合并效應(yīng)大幅度增加整體AGS制程的速率。
在整個(gè)應(yīng)用中，「含硅」材料、化合物、薄膜或?qū)拥仍~應(yīng)被視為包含一種成分，其至少含有硅并且可含有鍺、碳、硼、砷、鎵化磷及/或鋁。其它元素，例如金屬、鹵素或或氫可并入含硅材料、化合物、薄膜或?qū)觾?nèi)，通常是以ppm等級(jí)的濃度。含硅材料的化合物或合金可以縮寫(xiě)表示，例如用Si表示硅、用SiGe表示鍺化硅、用SiC表示碳化硅和用SiGeC表示碳化硅鍺?？s寫(xiě)并不以計(jì)量關(guān)系表示出化學(xué)式，也不表示出含硅材料的任何特定還原/氧化狀態(tài)。
圖1示出用來(lái)沉積含硅層的外延制程100的一實(shí)例。制程100包含用來(lái)將圖案化的基板載入制程反應(yīng)室并將制程反應(yīng)室的狀態(tài)調(diào)整至預(yù)期溫度和壓力的步驟110。步驟120提供一沉積制程，以在該基板的單晶表面上形成一外延層，同時(shí)在該基板的非晶表面或多晶表面上形成一多晶層。在步驟130期間，該沉積制程終止。步驟140提供一蝕刻制程，以蝕刻該基板表面。較佳地，該多晶層以比該外延層快的速率蝕刻。該蝕刻步驟若非最小化即完全移除該多晶層，同時(shí)只移除該外延層的最低限度部分。在步驟150期間，該蝕刻制程終止。該外延層及該多晶層，若存在的話，厚度在步驟160期間決定。若達(dá)到預(yù)定的外延層或多晶層厚度，則外延制程100在步驟170終止。但是，若沒(méi)有達(dá)到預(yù)定厚度，則重復(fù)步驟120-160做為一周期直到達(dá)到外延層或多晶層的預(yù)定厚度為止。
在步驟110期間將一圖案化的基板載入一制程反應(yīng)室中。圖案化的基板是含有形成在該基板表面內(nèi)或在其上的電子特征的基板。該圖案化基板通常含有單晶表面和至少一非單晶的第二表面，例如多晶或非晶表面。單晶表面包含裸晶基板或通常由例如硅、鍺化硅或碳化硅的材料組成的沉積的單晶層。多晶或非晶表面可包含介電材料，例如氧化物或氮化物，明確地說(shuō)是氧化硅或氮化硅，以及非晶硅表面。
外延制程100由在步驟110期間將含有該圖案化基板的制程反應(yīng)室調(diào)整至預(yù)定溫度和壓力開(kāi)始。溫度是適合特定的執(zhí)行制程。一般來(lái)說(shuō)，在外延制程100期間制程反應(yīng)室是保持在一固定溫度下。但是，某些步驟可在不同溫度下執(zhí)行。制程反應(yīng)室是保持在范圍從約250℃至約1,000℃內(nèi)的溫度下，較佳地，從約500℃至約800℃，并且更佳地，從約550℃至約750℃。執(zhí)行外延制程100的適當(dāng)溫度可取決于在步驟120和140期間用來(lái)沉積及/或蝕刻該含硅材料的特定前驅(qū)物。在一實(shí)例中，已發(fā)現(xiàn)氯氣(Cl2)在比使用較常見(jiàn)蝕刻劑的制程為低的溫度下對(duì)含硅材料發(fā)揮絕佳的蝕刻劑效果。因此，在一實(shí)例中，可將制程反應(yīng)室預(yù)熱至約750℃或更低的溫度，較佳地，約650℃或更低，并且更佳地，約550℃或更低。通常將該制程反應(yīng)室加壓至范圍從約0.1托耳至約200托耳內(nèi)的壓力下，較佳地，從約1托耳至約50托耳。在制程步驟110-160期間和之間，壓力可以變動(dòng)，但是通常會(huì)保持固定。
沉積制程在步驟120期間執(zhí)行。圖案化基板是經(jīng)暴露在沉積氣體中以在該單晶表面上形成一外延層，同時(shí)在該第二表面上形成一多晶層。該基板是經(jīng)暴露在該沉積氣體中一段范圍從約0.5秒至約30秒內(nèi)的時(shí)間，較佳地，從約1秒至約20秒，并且更佳地，從約5秒至約10秒。該沉積制程的具體暴露時(shí)間是關(guān)于在步驟140中蝕刻制程期間的暴露時(shí)間，以及在制程中所使用的特定前驅(qū)物和溫度來(lái)決定。一般來(lái)說(shuō)，該基板是經(jīng)暴露在沉積氣體中足夠長(zhǎng)的時(shí)間以形成最厚的外延層厚度，同時(shí)形成最薄的多晶層厚度，其可在隨后的步驟140期間輕易蝕除。
該沉積氣體至少包含一硅來(lái)源和一載氣，并且可包含至少一種第二元素來(lái)源，例如鍺來(lái)源及/或碳來(lái)源。此外，該沉積氣體可進(jìn)一步包含一摻質(zhì)化合物以提供摻質(zhì)來(lái)源，例如硼、砷、磷、鎵及/或鋁。在另一實(shí)施例中，該沉積氣體可包含至少一種蝕刻劑，例如氯化氫或氯氣。
硅來(lái)源通常以范圍從每分鐘約5標(biāo)準(zhǔn)立方公分(sccm)至約500sccm內(nèi)的速率供給至該制程反應(yīng)室中，較佳地，從約10sccm至約300sccm，并且更佳地，從約50sccm至約200sccm，例如，約100sccm。可用于沉積氣體中以沉積含硅化合物的硅來(lái)源包含硅烷、鹵化硅烷和有機(jī)硅烷。硅烷包含硅烷(SiH4)及實(shí)驗(yàn)式為SixH(2X+2)的較長(zhǎng)鏈硅烷，例如二硅烷(Si2H6)、三硅烷(Si3H8)、以及四硅烷(Si4H10)，及其他。鹵化硅烷包含實(shí)驗(yàn)式為X’ySixH(2X+2-y)的化合物，其中X’＝氟、氯、溴或碘，例如六氯二硅烷(Si2Cl6)、四氯硅烷(SiCl4)、二氯硅烷(Cl2SiH2)及三氯硅烷(Cl3SiH)。有機(jī)硅烷包含實(shí)驗(yàn)式為RySixH(2X+2-y)的化合物，其中R＝甲基、乙基、丙基或丁基，例如甲基硅烷((CH3)SiH3)、二甲基硅烷((CH3)2SiH2)、乙基硅烷((CH3CH2)SiH3)、甲基二硅烷((CH3)Si2H5)、二甲基二硅烷((CH3)2Si2H4)及六甲基二硅烷((CH3)6Si2)。已發(fā)現(xiàn)有機(jī)硅烷化合物在將碳并入沉積的含硅化合物內(nèi)的實(shí)施例中是有利的硅來(lái)源和碳來(lái)源。較佳的硅來(lái)源包含硅烷、二氯硅烷和二硅烷。
硅來(lái)源通常連同載氣一起供給至該制程反應(yīng)室內(nèi)。載氣流速?gòu)拿糠昼娂s1標(biāo)準(zhǔn)升(slm)至約100slm，較佳地，從約5slm至約75slm，并且更佳地，從約10slm至約50slm，例如，約25slm。載氣可包含氮?dú)?N2)、氫氣(H2)、氬氣、氦氣或其組合物。較傾向使用惰性載氣，并且包含氮?dú)?、氬氣、氦氣或其組合物?？苫谕庋又瞥?00期間使用的化學(xué)前驅(qū)物或制程溫度來(lái)選擇載氣。通常載氣在每一個(gè)步驟110-150期間是相同的。但是，某些實(shí)施例可在特定步驟中使用不同載氣。例如，氮?dú)饪稍诓襟E120中與硅來(lái)源一起使用做為載氣，并且在步驟140中與蝕刻劑一起使用。
較佳地，在特征為低溫(例如＜800℃)的實(shí)施例中使用氮?dú)庾鰹檩d氣?？墒褂玫蜏刂瞥痰囊徊糠菰蚴窃谶M(jìn)一步于步驟140中討論的蝕刻制程中使用氯氣。氮?dú)庠诘蜏爻练e制程期間保持惰性。因此，氮?dú)獠粫?huì)在低溫制程期間并入所沉積的含硅材料中。此外，氮載氣不會(huì)像氫載氣一樣形成氫終結(jié)端面。由氫載氣吸附在基板表面上所形成的氫終結(jié)端面會(huì)抑制含硅層的成長(zhǎng)速率。最后，該低溫制程可獲得使用氮?dú)庾鰹檩d氣的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榈獨(dú)膺h(yuǎn)比氫氣、氬氣或氦氣便宜。
在步驟120期間使用的沉積氣體也可包含至少一種第二元素來(lái)源，例如鍺來(lái)源及/或碳來(lái)源。鍺來(lái)源可連同硅來(lái)源和載氣一起加入該制程反應(yīng)室中以形成含硅化合物，例如鍺化硅材料。通常以范圍從約0.1sccm至約20sccm內(nèi)的速率供給鍺來(lái)源至該制程反應(yīng)室中，較佳地，從約0.5sccm至約10sccm，并且更佳地，從約1sccm至約5sccm，例如，約2sccm?？捎脕?lái)沉積含硅化合物的鍺來(lái)源包含鍺烷(GeH4)、較長(zhǎng)鏈的鍺烷及有機(jī)鍺烷。較長(zhǎng)鏈的鍺烷包含實(shí)驗(yàn)式為GexH(2X+2)的化合物，例如二鍺烷(Ge2H6)、三鍺烷(Ge3H8)、以及四鍺烷(Si4H10)，及其他。有機(jī)鍺烷包含例如甲基鍺烷((CH3)GeH3)、二甲基鍺烷((CH3)2GeH2)、乙基鍺烷((CH3CH2)GeH3)、甲基二鍺烷((CH3)Ge2H5)、二甲基二鍺烷((CH3)2Ge2H4)及六甲基二鍺烷((CH3)6Ge2)的化合物。已發(fā)現(xiàn)鍺烷和有機(jī)鍺烷化合物在將鍺和碳并入沉積的含硅化合物內(nèi)的實(shí)施例中，也就是鍺化硅和碳化硅鍺化合物，是有利的鍺來(lái)源和碳來(lái)源。外延層的鍺濃度范圍從約1原子百分比(at％)至約30at％內(nèi)，例如，約20at％。鍺濃度可在外延層中逐漸變化，較佳地變化是在該外延層下半部具有比該外延層上半部高的濃度。
或者，可在步驟120期間連同硅來(lái)源和載氣一起添加碳來(lái)源至該制程反應(yīng)室中以形成含硅化合物，例如硅碳材料。通常以范圍從約0.1sccm至約20sccm內(nèi)的速率供給碳來(lái)源至該制程反應(yīng)室中，較佳地，從約0.5sccm至約10sccm，并且更佳地，從約1sccm至約5sccm，例如，約2sccm?？捎脕?lái)沉積含硅化合物的碳來(lái)源包含有機(jī)硅烷、烷類(lèi)、乙基、丙基和丁基的烯類(lèi)及炔類(lèi)。此種碳來(lái)源包含甲基硅烷((CH3)SiH3)、二甲基硅烷((CH3)2SiH2)、乙基硅烷((CH3CH2)SiH3)、甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)、丙烷(C3H8)、丙烯(C3H6)、丁炔(C4H6)，及其他。外延層的碳濃度范圍從約200ppm至約5at％內(nèi)，較佳地，從約1at％至約3at％，例如1.5at％。在一實(shí)施例中，碳濃度可在外延層中逐漸變化，較佳地變化是在該外延層下半部具有比該外延層上半部高的濃度?；蛘?，可在步驟120期間連同硅來(lái)源和載氣一起添加鍺來(lái)源及碳來(lái)源兩者進(jìn)入該制程反應(yīng)室中以形成含硅化合物，例如硅鍺碳材料。
在步驟120期間所用的沉積氣體可進(jìn)一步包含至少一種摻質(zhì)化合物以提供元素?fù)劫|(zhì)來(lái)源，例如硼、砷、磷、鎵或鋁。摻質(zhì)提供沉積的含硅化合物若干導(dǎo)電特性，例如電子元件所需的在受控制及預(yù)期路徑中的具方向性的電子流。以特定摻質(zhì)摻雜含硅化合物薄膜以達(dá)到預(yù)期導(dǎo)電特性。在一實(shí)例中，該含硅化合物是經(jīng)摻雜為p型，例如通過(guò)使用二硼烷以添加濃度范圍從約1015原子/立方公分至約1021原子/立方公分內(nèi)的硼。在一實(shí)例中，該p型摻質(zhì)的濃度至少是5×1019原子/立方公分。在另一實(shí)例中，該p型摻質(zhì)是在從約1×1020原子/立方公分至約2.5×1021原子/立方公分范圍內(nèi)。在另一實(shí)例中，該含硅化合物是經(jīng)摻雜為n型，例如利用磷及/或砷摻雜至從約1015原子/立方公分至約1021原子/立方公分的濃度范圍內(nèi)。
通常以范圍從約0.1sccm至約20sccm內(nèi)的速率供給摻質(zhì)來(lái)源至該制程反應(yīng)室中，較佳地，從約0.5sccm至約10sccm，并且更佳地，從約1sccm至約5sccm，例如，約2sccm?？捎脕?lái)做為摻質(zhì)來(lái)源的含硼摻質(zhì)包含硼烷和有機(jī)硼烷。硼烷包含硼烷、二硼烷(B2H6)、三硼烷、四硼烷和五硼烷，而烷基硼烷(alkylboranes)包含實(shí)驗(yàn)式為RxBH(3-x)的化合物，其中R＝甲基、乙基、丙基或丁基，而x＝1、2或3。烷基硼烷包含三甲基硼烷((CH3)3B)、二甲基硼烷((CH3)2BH)、三乙基硼烷((CH3CH2)3B)及二乙基硼烷((CH3CH2)2BH)。摻質(zhì)也可包含砷化氫(AsH3)、磷化氫(PH3)和烷基磷化氫，例如實(shí)驗(yàn)式為RxPH(3-x)者，其中R＝甲基、乙基、丙基或丁基，而x＝1、2或3。烷基磷化氫包含三甲基磷化氫((CH3)3P)、二甲基磷化氫((CH3)2PH)、三乙基磷化氫((CH3CH2)3P)及二乙基磷化氫((CH3CH2)2PH)。鋁和鎵摻質(zhì)來(lái)源可包含烷化(alkylated)及/或鹵化的衍生物，例如以實(shí)驗(yàn)式RxMX(3-x)描述者，其中M＝鋁或鎵，R＝甲基、乙基、丙基或丁基，X＝氯或氟，而x＝1、2或3。鋁和鎵摻質(zhì)來(lái)源的實(shí)例包含三甲基鋁(Me3Al)、三乙基鋁(Et3Al)、二甲基氯化鋁(Me2AlCl)、氯化鋁(AlCl3)、三甲基鎵(Me3Ga)三乙基鎵(Et3Ga)、二甲基氯化鎵(Me2GaCl)、氯化鎵(GaCl3)或其衍生物。
在步驟130期間，沉積制程終止。在一實(shí)例中，可將制程反應(yīng)室注滿清潔氣體或載氣及/或可利用真空幫浦將該制程反應(yīng)室排空。該清潔及/或排空制程除去過(guò)量的沉積氣體、反應(yīng)副產(chǎn)物和其他污染物。在另一實(shí)例中，一旦沉積制程終止，步驟140的蝕刻制程立即開(kāi)始，而不需要清潔及/或排空該制程反應(yīng)室。
步驟140的蝕刻制程從該基板表面除去在步驟120期間沉積的含硅材料。該蝕刻制程除去外延或單晶材料和非晶或多晶材料兩者。沉積在基板表面上的多晶層，若有的話，是以比外延層快的速率移除。蝕刻制程的持續(xù)時(shí)間是與沉積制程的持續(xù)時(shí)間平衡以造成選擇性形成在該基板預(yù)期區(qū)域上的外延層凈沉積。因此，步驟120的沉積制程和步驟140的蝕刻制程的凈效果是在于形成選擇且外延成長(zhǎng)的含硅材料，同時(shí)最小化，若有的話，多晶含硅材料的成長(zhǎng)。
在步驟140期間，將該基板暴露在蝕刻氣體中一段范圍從約10秒至約90秒內(nèi)的時(shí)間，較佳地，從約20秒至約60秒，并且更佳地，從約30秒至約45秒。該蝕刻氣體至少包含一蝕刻劑和一載氣。蝕刻劑通常以范圍從約10sccm至約700sccm內(nèi)的速率提供至該制程反應(yīng)室中，較佳地，從約50sccm至約500sccm，并且更佳地，從約100sccm至約400sccm，例如，約200sccm。用于蝕刻氣體中的蝕刻劑可包含氯氣(Cl2)、氯化氫(HCl)、三氯化硼(BCl3)、四氯化碳(CCl4)、三氟化氯(ClF3)或其組合物。較佳地，使用氯氣或氯化氫來(lái)做為蝕刻劑。
蝕刻劑通常連同載氣一起供給至該制程反應(yīng)室內(nèi)。該載氣的流速范圍從約1slm至約100slm內(nèi)，較佳地，從約5slm至約75slm，并且更佳地，從約10slm至約50slm，例如，約25slm。載氣可包含氮?dú)?、氫氣、氬氣、氦氣或其組合物。在某些實(shí)施例中，惰性載氣是較佳地，并且包含氮?dú)狻鍤?、氦氣或其組合物?？苫谕庋又瞥?00期間使用的化學(xué)前驅(qū)物或制程溫度來(lái)選擇載氣。通常在每一個(gè)步驟110-150期間使用相同載氣。但是，某些實(shí)施例可在蝕刻制程期間使用與沉積制程所用者不同的載氣。在一實(shí)施例中，較佳的蝕刻劑是氯氣，特別是當(dāng)該AGS制程在低溫下執(zhí)行時(shí)(例如＜800℃)。例如，一蝕刻氣體包含氯氣做為蝕刻劑以及氮?dú)庾鰹檩d氣，并且以范圍從約500℃至約750℃內(nèi)的溫度接觸該基板表面。在另一實(shí)例中，含有氯氣和氮?dú)獾奈g刻氣體以范圍從約250℃至約500℃內(nèi)的溫度接觸該基板表面。
該蝕刻制程在步驟150期間終止。在一實(shí)例中，可將制程反應(yīng)室注滿清潔氣體或載氣及/或可利用真空幫浦將該制程反應(yīng)室排空。該清潔及/或排空制程除去過(guò)量的蝕刻氣體、反應(yīng)副產(chǎn)物和其他污染物。在另一實(shí)例中，一旦蝕刻制程終止，步驟160立即開(kāi)始，而不需要清潔及/或排空該制程反應(yīng)室。
外延層和多晶層的厚度可在步驟160期間決定。若已達(dá)到預(yù)定厚度，則外延制程100在步驟170終止。但是，若未達(dá)到預(yù)定厚度，則重復(fù)步驟120-160做為一周期直到達(dá)到預(yù)定厚度為止。通常將外延層成長(zhǎng)至從約10埃至約2,000埃的厚度范圍內(nèi)，較佳地，從約100埃至約1,500埃，并且更佳地，從約400埃至約1,200埃，例如，約800埃。通常將多晶層沉積至，若有的話，從一個(gè)原子層至約500埃的厚度范圍內(nèi)。該外延含硅層或該多晶含硅層的預(yù)期或預(yù)定厚度對(duì)于特定生產(chǎn)制程來(lái)說(shuō)是獨(dú)有的。在一實(shí)例中，該外延層可達(dá)到該預(yù)定厚度，但該多晶層卻過(guò)厚。過(guò)量的多晶層可在略過(guò)步驟120和130的同時(shí)通過(guò)重復(fù)步驟140-160進(jìn)一步蝕刻。
在一實(shí)例中，如圖2A-2E所描繪般，將源極/漏極延伸形成在MOSFET元件中，其中該含硅層是外延地且選擇性地沉積在該基板表面上。圖2A描繪通過(guò)將離子植入基板230表面而形成的源極/漏極區(qū)域232。源極/漏極區(qū)域232的區(qū)段是由形成在柵極氧化層235和間隙壁234上的柵極236橋接。為了形成源極/漏極延伸，蝕刻并濕式清潔(wet-clean)一部分的源極/漏極區(qū)域232以產(chǎn)生一凹陷238，如圖2B所示者?？赏ㄟ^(guò)蝕刻源極/漏極區(qū)域232的該部分前先行沉積硬光罩來(lái)避免柵極236的蝕刻。
圖2C示出在此描述的外延制程的一實(shí)施例，其中一含硅外延層240和任意多晶層242同時(shí)且選擇性地沉積，但沒(méi)有沉積在該間隙壁234上。多晶層242是通過(guò)調(diào)整外延制程100的步驟120和140中的沉積和蝕刻制程選擇性地形成在柵極236上。或者，多晶層242在含硅外延層240沉積在該源極/漏極區(qū)域232上時(shí)持續(xù)從柵極236上蝕除。
在另一實(shí)例中，含硅外延層240和多晶層242是含鍺化硅層，其鍺濃度范圍從約1at％至約50at％內(nèi)，較佳地約24at％或更低。含有不同量的硅和鍺的多個(gè)含鍺化硅層可經(jīng)堆疊而形成元素濃度逐漸變化的含硅外延層240。例如，第一鍺化硅層可經(jīng)沉積為具有范圍從約15at％至約25at％內(nèi)的鍺濃度，而第二鍺化硅層可經(jīng)沉積為具有范圍從約25at％至約35at％內(nèi)的鍺濃度。
在另一實(shí)例中，含硅外延層240和多晶層242是含碳化硅層，其碳濃度范圍從約200ppm至約5at％內(nèi)，較佳地約3at％或更低，較佳地，從約1at％至約2at％，例如，約1.5at％。在另一實(shí)施例中，含硅外延層240和多晶層242是含碳化硅鍺層，其鍺濃度范圍從約1at％至約50at％內(nèi)，較佳地約24at％或更低，而碳濃度約在200ppm至約5at％，較佳地約3at％或更低，更佳地從約1at％至約2at％，例如，約1.5at％。
可以不同順序沉積含硅、鍺化硅、碳化硅或碳化硅鍺的多個(gè)層，以在該含硅外延層240內(nèi)形成逐漸變化的元素濃度。該含硅層一般是以摻質(zhì)摻雜(例如硼、砷、磷、鎵或鋁)，其濃度范圍從約1×1019原子/立方公分至約2.5×1021原子/立方公分內(nèi)，較佳地，從約5×1019原子/立方公分至約2×1020原子/立方公分。添加至含硅材料的個(gè)別層內(nèi)的摻質(zhì)形成逐漸變化的摻質(zhì)。例如，含硅外延層240是通過(guò)沉積摻質(zhì)濃度(例如硼)在從約5×1019原子/立方公分至約1×1020原子/立方公分范圍內(nèi)的第一含鍺化硅層以及沉積摻質(zhì)濃度(例如硼)在從約1×1020原子/立方公分至約2×1020原子/立方公分范圍內(nèi)的第二含鍺化硅層來(lái)形成。
并入含碳化硅層及含碳化硅鍺層內(nèi)的碳通常直接隨著該含硅層的沉積坐落在晶格空隙位置中。該空隙碳含量約在10at％或更少，較佳地低于約5at％并且更佳地從約1at％至約3at％，例如，約2at％。該含硅外延層240可經(jīng)退火以將至少一部分，若非全部的空隙碳并入晶格的取代位置中。該退火制程可包含峰值退火(spike anneal)，例如快速熱退火(RTP)、雷射退火或利用氣體環(huán)境的熱退火，例如氧氣、氮?dú)?、氫氣、氬氣、氦氣或其組合物。退火制程是在范圍從約800℃至約1,200℃內(nèi)的溫度下執(zhí)行，較佳地，從約1,050℃至約1,100℃。退火制程可緊接在含硅層沉積后或在基板會(huì)承受的各種其他制程步驟后發(fā)生。
在下一個(gè)步驟期間，圖2D示出一間隙壁244，一般是沉積在間隙壁234上的氮化物間隙壁(例如四氮化三硅)。間隙壁244通常在不同反應(yīng)室中利用CVD或ALD技術(shù)沉積。因此，將該基板從用來(lái)沉積含硅外延層240的制程反應(yīng)室移出。在兩個(gè)反應(yīng)室間的傳送期間，該基板可能會(huì)暴露在周?chē)h(huán)境下，例如溫度、壓力或含有水和氧的大氣。在沉積該間隙壁244后，或執(zhí)行其他半導(dǎo)體制程后(例如退火、沉積或植入)，可在沉積升高層248前先將基板暴露在周?chē)h(huán)境下第二次。在一實(shí)施例中，沒(méi)有或具有極微量鍺(例如低于約5at％)的外延層(未示出)在將該基板暴露在周?chē)h(huán)境前先被沉積在含硅外延層240上，因?yàn)榕c從以大于約5at％的鍺濃度形成的外延層上除去相較，原氧化物可以較輕易地從含有極微量鍺濃度的外延層上除去。
圖2E描繪出另一實(shí)例，其中含有含硅材料的升高層248選擇性地且外延地沉積在外延層240(例如摻雜的鍺化硅)上。在沉積制程期間，多晶層242是進(jìn)一步在柵極236上成長(zhǎng)、沉積或蝕除。
在一較佳實(shí)施例中，升高層248是含有少量或沒(méi)有鍺或碳的外延沉積的硅。但是，在另一實(shí)施例中，升高層248確實(shí)含有鍺及/或碳。例如，升高層248可具有約5at％或更少的鍺。在另一實(shí)例中，升高層248可具有約2at％或更少的碳。也可以一摻質(zhì)來(lái)?yè)诫s該升高層248，例如硼、砷、磷、鋁或鎵。
在本制程的實(shí)施例內(nèi)使用含硅化合物以沉積雙極元件制造(例如基極、射極、集極、射極接觸)、雙CMOS元件制造(例如基極、射極、集極、射極接觸)和CMOS元件制造(例如通道、源極/漏極、源極/漏極延伸、升高的源極/漏極、基板、應(yīng)變硅(strained silicon)、絕緣層上硅及接觸插捎)用的含硅層。制程的其他實(shí)施例教示含硅層的成長(zhǎng)，其可用來(lái)做為柵極、基極接觸、集極接觸、射極接觸、升高的源極/漏極及其他用途。
本制程在MOSFET和雙極晶體管中沉積選擇的、外延的含硅層上是特別有用的，如圖3A-3C所描繪般。圖3A-3B示出一MOSFET元件上的外延成長(zhǎng)的含硅化合物。該含硅化合物是沉積在該元件的源極/漏極特征上。該含硅化合物緊黏下方層的晶格并從其成長(zhǎng)出，并且在含硅化合物成長(zhǎng)至預(yù)期厚度時(shí)保持此配置。圖3A示出沉積為凹陷的源極/漏極層的含硅化合物，而圖3B示出沉積為凹陷的源極/漏極層以及升高的源極/漏極層的含硅化合物。
該源極/漏極區(qū)312是由離子植入形成。一般來(lái)說(shuō)，該基板310是摻雜為n型，而該源極/漏極區(qū)312是摻雜為p型。含硅外延層313是選擇性地成長(zhǎng)在該源極/漏極區(qū)312上及/或直接在基板310上。含硅外延層314是根據(jù)此間態(tài)樣選擇性地成長(zhǎng)在該含硅外延層313上。一柵極氧化層318橋接該含硅外延層313的區(qū)段。一般來(lái)說(shuō)，柵極氧化層318是由二氧化硅、氮氧化硅或氧化鉿組成。部份圍繞該柵極氧化層318的是間隙壁316，其通常是一絕緣材料，例如氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、金屬氮化物、金屬氧化物、金屬氮氧化物或其組合物。在一實(shí)例中，間隙壁316可以是氮化物/氧化物堆疊，含有一氮化硅層、一氧化硅層及另一個(gè)氮化硅層(例如四氮化三硅/二氧化硅/四氮化三硅)。柵極層322(例如多晶硅)可沿著垂直側(cè)具有一保護(hù)層319，例如二氧化硅，如圖3A所示?；蛘?，柵極層322可具有間隙壁316和沉積在兩側(cè)上的偏移層320(例如四氮化三硅)。
在另一實(shí)例中，圖3C描繪沉積為一雙極晶體管的基極層的含硅外延層334。含硅外延層334是利用本發(fā)明的各實(shí)施例選擇性地成長(zhǎng)。含硅外延層334是沉積在先前沉積于基板330上的n型集極層332上。該晶體管進(jìn)一步包含絕緣層333(例如二氧化硅或四氮化三硅)、接觸層336(例如重?fù)诫s的多晶硅)、偏移層338(例如四氮化三硅)、以及第二絕緣層340(例如二氧化硅或四氮化三硅)。
在另一實(shí)施例中，圖4示出一外延制程400，其可用來(lái)選擇性沉積含硅材料/層。外延制程400包含至少兩個(gè)沉積制程，接著是一蝕刻制程。該第一沉積制程包含一沉積氣體，其含有一硅來(lái)源，而該第二沉積制程包含一沉積氣體，其含有一第二元素來(lái)源，例如鍺、碳或一摻質(zhì)(例如硼、砷、磷、鎵或鋁)。在外延制程400中使用于外延制程100中使用的相似制程參數(shù)，例如溫度、壓力、流速、載氣和前驅(qū)物。
外延制程400包含用來(lái)將圖案化的基板載入制程反應(yīng)室并將制程反應(yīng)室的狀態(tài)調(diào)整至預(yù)期溫度的步驟410。步驟420提供一第一沉積制程，以在一單晶表面上形成一外延層，同時(shí)在第二表面上形成一多晶層，例如非晶及/或多晶表面。該外延層和該多晶層是由含有一硅來(lái)源的沉積氣體形成。在步驟430期間，該第一沉積制程終止。步驟440提供一第二沉積制程，以繼續(xù)在一單晶表面上成長(zhǎng)該外延層，并且繼續(xù)在該第二表面上形成該多晶層。該外延層和該多晶層是通過(guò)將該基板表面暴露在含有一第二元素來(lái)源的沉積氣體中進(jìn)一步成長(zhǎng)。在步驟450期間，該第二沉積制程終止。步驟460提供一蝕刻制程，以蝕刻暴露出的含硅層。該蝕刻制程若非最小化即完全移除該多晶層，同時(shí)因?yàn)槊恳环N材料的移除速率而只移除該外延層的最低限度部分。在步驟470期間，該蝕刻制程終止。該外延層及該多晶層，若存在的話，厚度在步驟480期間決定。若達(dá)到預(yù)定厚度，則外延制程400在步驟490終止。但是，若任一個(gè)層沒(méi)有達(dá)到預(yù)定厚度，則重復(fù)步驟420-480做為一周期直到達(dá)到預(yù)定厚度為止。
外延制程400由在步驟110處將含有該圖案化基板的制程反應(yīng)室調(diào)整至預(yù)定溫度開(kāi)始。溫度和壓力是適合特定的執(zhí)行制程。一般來(lái)說(shuō)，在外延制程400期間制程反應(yīng)室是保持在一固定溫度下。但是，某些步驟可在不同溫度下執(zhí)行。制程反應(yīng)室是保持在范圍從約250℃至約1,000℃內(nèi)的溫度下，較佳地，從約500℃至約800℃，并且更佳地，從約550℃至約750℃。執(zhí)行外延制程400的適當(dāng)溫度可取決于在步驟420～480期間用來(lái)沉積及/或蝕刻該含硅材料的特定前驅(qū)物。在一實(shí)施例中，已發(fā)現(xiàn)氯氣(Cl2)在比使用其他較常見(jiàn)蝕刻劑的制程低的溫度下對(duì)含硅材料發(fā)揮絕佳的蝕刻劑效果。因此，在一實(shí)施例中，預(yù)熱該制程反應(yīng)室的較佳溫度是約750℃或更低，較佳地，約650℃或更低，并且更佳地，約550℃或更低。通常將該制程反應(yīng)室保持在從約0.1托耳至約200托耳內(nèi)的壓力下，較佳地，從約1托耳至約50托耳。在制程步驟410-480期間和之間，壓力可以變動(dòng)，但是通常會(huì)保持固定。
該第一沉積制程在步驟420期間執(zhí)行。圖案化基板是經(jīng)暴露在第一沉積氣體中以在該單晶表面上形成一外延層，同時(shí)在所述第二表面上形成一多晶層。該基板是經(jīng)暴露在該第一沉積氣體中一段約0.5秒至約30秒的時(shí)間，較佳地，從約1秒至約20秒，并且更佳地，從約5秒至約10秒。該沉積制程的具體暴露時(shí)間是關(guān)于在步驟460中蝕刻制程期間的暴露時(shí)間，以及在制程中所使用的特定前驅(qū)物和溫度來(lái)決定。一般來(lái)說(shuō)，該基板是經(jīng)暴露在該第一沉積氣體中足夠長(zhǎng)的時(shí)間以形成最厚的外延層厚度，同時(shí)形成最薄的多晶層厚度，其可在隨后的步驟460期間輕易蝕除。
該第一沉積氣體至少包含一硅來(lái)源和一載氣。該第一沉積氣體也可包含第二元素來(lái)源及/或摻質(zhì)化合物，但較佳地，該第二元素來(lái)源及該摻質(zhì)化合物是在該第二沉積氣體中。因此，在一態(tài)樣中，該第一沉積氣體可包含一硅來(lái)源、一第二元素來(lái)源和一摻質(zhì)來(lái)源。在另一態(tài)樣中，該第一沉積氣體可包含一硅來(lái)源和一第二元素來(lái)源。在又另一態(tài)樣中，該第一沉積氣體可包含一硅來(lái)源和一摻質(zhì)來(lái)源。在另一實(shí)施例中，該第一沉積氣體也可包含至少一種蝕刻劑，例如氯化氫或氯氣。
硅來(lái)源通常以范圍從約5sccm至約500sccm內(nèi)的速率供給至該制程反應(yīng)室中，較佳地，從約10sccm至約300sccm，并且更佳地，從約50sccm至約200sccm，例如，約100sccm。較佳的硅來(lái)源包含硅烷、二氯硅烷和二硅烷。
硅來(lái)源通常是在一載氣中供給至該制程反應(yīng)室內(nèi)。載氣流速?gòu)募s1slm至約100slm，較佳地，從約5slm至約75slm，并且更佳地，從約10slm至約50slm，例如，約25slm。載氣可包含氮?dú)?、氫氣、氬氣、氦氣或其組合物。在某些實(shí)施例中，較傾向使用惰性載氣，并且包含氮?dú)狻鍤?、氦氣或其組合物。較佳地，外延制程400期間使用的載氣是氮?dú)?，因?yàn)樯厦嫠懻摰脑颉?br> 在步驟430期間，該第一沉積制程終止。在一實(shí)例中，可將制程反應(yīng)室注滿清潔氣體或載氣及/或可利用真空幫浦將該制程反應(yīng)室排空。該清潔及/或排空制程除去過(guò)量的沉積氣體、反應(yīng)副產(chǎn)物和其他污染物。在另一實(shí)例中，一旦第一沉積制程終止，步驟440的第二沉積制程立即開(kāi)始，而不需要清潔及/或排空該制程反應(yīng)室。
在步驟440期間使用的沉積氣體含有載氣和至少一種第二元素來(lái)源，例如鍺來(lái)源、碳來(lái)源及/或摻質(zhì)化合物?；蛘?，硅來(lái)源可包含在該第二沉積氣體中。該第二元素來(lái)源是連同該載氣一起添加至該制程反應(yīng)室中，以繼續(xù)步驟240期間沉積的含硅化合物的成長(zhǎng)。所述含硅化合物可具有由該特定第二元素來(lái)源和該第二元素來(lái)源的濃度控制的不同成分。第二元素來(lái)源通常以范圍從約0.1sccm至約20sccm內(nèi)的速率供給至該制程反應(yīng)室中，較佳地，從約0.5sccm至約10sccm，并且更佳地，從約1sccm至約5sccm，例如，約2sccm。鍺來(lái)源、碳來(lái)源和摻質(zhì)化合物是從上面討論的前驅(qū)物選出。
在步驟450期間，該第二沉積制程終止。在一實(shí)例中，可將制程反應(yīng)室注滿清潔氣體或載氣及/或可利用真空幫浦將該制程反應(yīng)室排空。該清潔及/或排空制程除去過(guò)量的沉積氣體、反應(yīng)副產(chǎn)物和其他污染物。在另一實(shí)例中，一旦第二沉積制程終止，步驟460的蝕刻制程立即開(kāi)始，而不需要清潔及/或排空該制程反應(yīng)室。
步驟460的蝕刻制程從該基板表面除去在步驟420和440期間沉積的材料。該蝕刻制程除去外延或單晶材料和非晶及/或多晶材料兩者。沉積在基板表面上的多晶層，若有的話，是以比外延層快的速率移除。蝕刻制程的持續(xù)時(shí)間是與兩個(gè)沉積制程的持續(xù)時(shí)間平衡。因此，步驟420和440的沉積制程和步驟460的蝕刻制程的凈效果是在于形成選擇且外延成長(zhǎng)的含硅材料，同時(shí)最小化，若有的話，多晶含硅材料的成長(zhǎng)。
在步驟460期間，將該基板暴露在蝕刻氣體中一段范圍從約10秒至約90秒內(nèi)的時(shí)間，較佳地，從約20秒至約60秒，并且更佳地，從約30秒至約45秒。該蝕刻氣體至少包含一蝕刻劑和一載氣。蝕刻劑通常以范圍從約10sccm至約700sccm內(nèi)的速率提供至該制程反應(yīng)室中，較佳地，從約50sccm至約500sccm，并且更佳地，從約100sccm至約400sccm，例如，約200sccm。用于蝕刻氣體中的蝕刻劑可包含氯氣(Cl2)、氯化氫(HCl)、三氯化硼(BCl3)、四氯化碳(CCl4)、三氟化氯(ClF3)或其組合物。較佳地，使用氯氣或氯化氫來(lái)做為蝕刻劑。
蝕刻劑通常連同載氣一起供給至該制程反應(yīng)室內(nèi)。該載氣的流速范圍從約1slm至約100slm內(nèi)，較佳地，從約5slm至約75slm，并且更佳地，從約10slm至約50slm，例如，約25slm。載氣可包含氮?dú)?、氫氣、氬氣、氦氣或其組合物。在某些實(shí)施例中，惰性載氣是較佳地，并且包含氮?dú)?、氬氣、氦氣或其組合物。可基于外延制程400期間使用的化學(xué)前驅(qū)物或制程溫度來(lái)選擇載氣。通常在每一個(gè)步驟420-480期間使用相同載氣。但是，某些實(shí)施例可在蝕刻制程期間使用與沉積制程所用者不同的載氣。在一實(shí)施例中，較佳的蝕刻劑是氯氣，特別是當(dāng)該AGS制程在低溫下執(zhí)行時(shí)(例如＜800℃)。例如，一蝕刻氣體包含氯氣做為蝕刻劑以及氮?dú)庾鰹檩d氣，并且以范圍從約500℃至約750℃內(nèi)的溫度接觸該基板表面。
該蝕刻制程在步驟470期間終止。在一實(shí)例中，可將制程反應(yīng)室注滿清潔氣體或載氣及/或可利用真空幫浦將該制程反應(yīng)室排空。該清潔及/或排空制程除去過(guò)量的蝕刻氣體、反應(yīng)副產(chǎn)物和其他污染物。在另一實(shí)例中，一旦蝕刻制程終止，步驟480立即開(kāi)始，而不需要清潔及/或排空該制程反應(yīng)室。
外延層和多晶層的厚度可在步驟480期間決定。若已達(dá)到預(yù)定厚度，則外延制程400在步驟490終止。但是，若未達(dá)到預(yù)定厚度，則重復(fù)步驟420-480做為一周期直到達(dá)到預(yù)定厚度為止。通常將外延層成長(zhǎng)至從約10埃至約2,000埃的厚度范圍，較佳地，從約100埃至約1,500埃，并且更佳地，從約400埃至約1,200埃，例如，約800埃。通常將多晶層沉積至，若有的話，從一個(gè)原子層至約500埃的厚度范圍內(nèi)。該外延含硅層或該多晶含硅層的預(yù)期或預(yù)定厚度對(duì)于特定生產(chǎn)制程來(lái)說(shuō)是獨(dú)有的。在一實(shí)例中，該外延層可達(dá)到該預(yù)定厚度，但該多晶層卻過(guò)厚。過(guò)量的多晶層可在略過(guò)步驟420和440的同時(shí)通過(guò)重復(fù)步驟460-480進(jìn)一步蝕刻。同樣地，在其他實(shí)例中，可在進(jìn)行外延制程400時(shí)個(gè)別略過(guò)步驟420、440和460。通過(guò)略過(guò)步驟420、440和460，元素濃度和所沉積的含硅材料厚度可受到控制。
本發(fā)明的實(shí)施例教示在各種基板上沉積含硅化合物的制程。可在其上使用本發(fā)明實(shí)施例的基板包含，但不限于，半導(dǎo)體晶圓，例如結(jié)晶硅(例如Si<100>和Si<111>)、氧化硅、鍺化硅、摻雜或未摻雜的晶圓及圖案化或非圖案化的晶圓?；寰哂懈鞣N構(gòu)形(例如圓形、方形和矩形)及尺寸(例如外徑200毫米、外徑300毫米)。
在一實(shí)施例中，含硅化合物，如在此所述制程所沉積者，可包含濃度范圍從約0at％至約95at％內(nèi)的鍺。在另一實(shí)施例中，含硅化合物的鍺濃度是在從約1at％至約30at％范圍內(nèi)，較佳地，從約15at％至約30at％，例如，約20at％。含硅化合物也可包含濃度范圍從約0at％至約5at％內(nèi)的碳。在其他態(tài)樣中，碳濃度可在從約200ppm至約3at％范圍內(nèi)，較佳地約1.5at％。
鍺及/或碳的含硅化合物薄膜是由本發(fā)明的各種制程生產(chǎn)，并且可具有不變的、分散的或逐漸變化的元素濃度。逐漸變化的鍺化硅薄膜在共同讓渡予本案受讓人的美國(guó)專利第6,770,134和6,905,542號(hào)中揭示，其在此通過(guò)引用其全文的方式并入本文中，以描述沉積逐漸變化的含硅化合物薄膜的方法。在一實(shí)例中，一硅來(lái)源(例如SiH4)及一鍺來(lái)源(例如GeH4)是用來(lái)選擇性地且外延地沉積含鍺化硅薄膜。在此實(shí)例中，硅來(lái)源和鍺來(lái)源的比例可在成長(zhǎng)逐漸變化的薄膜時(shí)改變，以提供對(duì)元素濃度的控制，例如硅和鍺。在另一實(shí)例中，一硅來(lái)源及一碳來(lái)源(例如CH3SiH3)是用來(lái)選擇性地且外延地沉積含碳化硅薄膜。硅來(lái)源和碳來(lái)源的比例可在成長(zhǎng)同質(zhì)或逐漸變化的薄膜時(shí)改變，以提供對(duì)元素濃度的控制。在另一實(shí)例中，一硅來(lái)源、一鍺來(lái)源和一碳來(lái)源是用來(lái)選擇性地且外延地沉積含碳化硅鍺薄膜。硅、鍺和碳來(lái)源的比例在成長(zhǎng)同質(zhì)或逐漸變化的薄膜時(shí)獨(dú)立變化，以提供對(duì)元素濃度的控制。
由在此所述制程所形成的MOSFET元件可包含PMOS構(gòu)件或NMOS構(gòu)件。該P(yáng)MOS構(gòu)件，具有一p型通道，具有負(fù)責(zé)通道傳導(dǎo)(channelconduction)的電洞，而該NMOS構(gòu)件，具有一n型通道，具有負(fù)責(zé)通道傳導(dǎo)的電子。因此，例如，例如鍺化硅的含硅材料可沉積在一凹陷區(qū)域中以形成一PMOS構(gòu)件。在另一實(shí)例中，例如碳化硅的含硅薄膜可沉積在一凹陷區(qū)域中以形成一NMOS構(gòu)件。在PMOS應(yīng)用中使用鍺化硅有幾個(gè)原因。鍺化硅材料會(huì)比單獨(dú)的硅并入更多硼，因此可降低接面電阻。此外，基板表面處的鍺化硅/硅化物層介面具有比硅/硅化物介面低的蕭特基障壁。
此外，外延成長(zhǎng)在硅上方的鍺化硅具有位于薄膜內(nèi)部的壓應(yīng)力，因?yàn)殒N化硅的晶格常數(shù)比硅大。該壓應(yīng)力在橫向尺寸上轉(zhuǎn)移以在PMOS通道中產(chǎn)生壓應(yīng)變并且增加電洞的遷移率。對(duì)NMOS應(yīng)用而言，碳化硅可用于所述凹陷區(qū)域中以在該通道中產(chǎn)生張應(yīng)力，因?yàn)樘蓟璧木Ц癯?shù)與硅類(lèi)似。該張應(yīng)力轉(zhuǎn)移至該通道內(nèi)并且增加電子遷移率。因此，在一實(shí)施例中，第一含硅層是經(jīng)形成有第一晶格應(yīng)變值，而第二含硅層則經(jīng)形成有第二晶格應(yīng)變值。例如，在基板表面上沉積厚度從約50埃至約200埃的碳化硅層，接著在該碳化硅層上沉積厚度從約150埃至約1,000埃的鍺化硅層。該碳化硅層可以外延成長(zhǎng)，且具有比外延成長(zhǎng)在該碳化硅層上的鍺化硅層低的應(yīng)變。
在此間所述實(shí)施例中，含硅化合物薄膜是通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)制程選擇性地且外延地沉積。化學(xué)氣相沉積制程包含原子層沉積(ALD)制程及/或原子層外延(ALE)制程。化學(xué)氣相沉積包含許多技術(shù)的使用，例如電漿輔助CVD(PA-CVD)、原子層CVD(ALCVD)、有機(jī)金屬或金屬有機(jī)CVD(OMCVD或MOCVD)、雷射輔助CVD(LA-CVD)、紫外光CVD(UV-CVD)、熱鎢絲CVD(HWCVD)、減壓CVD(RP-CVD)、超高真空CVD(UHV-CVD)及其他。在一實(shí)施例中，較佳制程是使用熱CVD來(lái)外延成長(zhǎng)或沉積該含硅化合物，而該含硅化合物包含硅、鍺化硅、碳化硅、碳化硅鍺、其摻雜的變體或其組合物。
本發(fā)明的制程可在ALE、CVD和ALD習(xí)知技術(shù)中已知的設(shè)備內(nèi)執(zhí)行。該設(shè)備可含有多個(gè)氣體線以使沉積氣體和蝕刻氣體在進(jìn)入該制程反應(yīng)室前維持分離。之后，使所述氣體與加熱的其上成長(zhǎng)有含硅化合物薄膜的基板接觸。可用來(lái)沉積含硅薄膜的硬體包含可從加州圣塔克拉拉的應(yīng)用材料公司取得的Epi Centura系統(tǒng)和Poly Gen系統(tǒng)。一種ALD設(shè)備在共同讓渡予本申請(qǐng)受讓人的美國(guó)專利第6,916,398號(hào)揭示，其在此通過(guò)引用其全文的方式并入本文中，以描述該設(shè)備。其它設(shè)備包含批次式(batch)、高溫爐管，如習(xí)知技術(shù)中已知者。
實(shí)例執(zhí)行下述假設(shè)的實(shí)例以在一基板表面上形成升高的源極漏極(ESD)結(jié)構(gòu)。該圖案化基板含有單晶表面，其具有形成在該基板表面內(nèi)的源極/漏極特征和形成在其間的柵極和間隙壁。
實(shí)例1利用氯氣蝕刻劑的硅的選擇性外延-將基板置入加熱且維持在550℃下的制程反應(yīng)室內(nèi)。使該制程反應(yīng)室維持在約15托耳的壓力下。該基板表面是經(jīng)暴露在含有流速為100sccm的硅烷及流速為25slm的氮?dú)獾某练e氣體流中7秒。之后將基板暴露在含有流速為20sccm的氯氣及流速為25slm的氮?dú)獾奈g刻氣體中10秒。沉積氣體暴露及蝕刻氣體暴露的周期是經(jīng)重復(fù)50次以在該基板暴露出的單晶部份上形成外延成長(zhǎng)的硅層。該硅外延層厚度約為1,000埃。
實(shí)例2利用氯氣蝕刻劑的鍺化硅的選擇性外延-將基板置入加熱且維持在550℃下的制程反應(yīng)室內(nèi)。使該制程反應(yīng)室維持在約15托耳的壓力下。該基板表面是經(jīng)暴露在含有流速為100sccm的硅烷、流速為3sccm的鍺及流速為25slm的氮?dú)獾某练e氣體流中8秒。之后將基板暴露在含有流速為20sccm的氯氣及流速為25slm的氮?dú)獾奈g刻氣體中10秒。沉積氣體暴露及蝕刻氣體暴露的周期是經(jīng)重復(fù)50次以在該基板暴露出的單晶部份上形成外延成長(zhǎng)的含硅層。該含硅外延層厚度約為1,700埃。
實(shí)例3利用氯氣蝕刻劑的鍺化硅的選擇性外延-將基板置入加熱且維持在550℃下的制程反應(yīng)室內(nèi)。使該制程反應(yīng)室維持在約15托耳的壓力下。該基板表面是經(jīng)暴露在含有流速為100sccm的硅烷及流速為25slm的氮?dú)獾某练e氣體流中7秒。之后將該基板表面暴露在含有流速為5sccm的鍺及流速為25slm的氮?dú)獾牡诙练e氣體流中7秒。將基板暴露在含有流速為20sccm的氯氣及流速為25slm的氮?dú)獾奈g刻氣體中10秒。沉積氣體暴露及蝕刻氣體暴露的周期是經(jīng)重復(fù)50次以在該基板暴露出的單晶部份上形成外延成長(zhǎng)的含硅層。該含硅外延層厚度約為1,800埃。
實(shí)例4利用氯氣蝕刻劑的碳化硅的選擇性外延-將基板置入加熱且維持在550℃下的制程反應(yīng)室內(nèi)。使該制程反應(yīng)室維持在約15托耳的壓力下。之后將該基板表面暴露在含有流速為100sccm的硅烷、流速為1sccm的甲基硅烷及流速為25slm的氮?dú)獾某练e氣體流中8秒。將基板暴露在含有流速為20sccm的氯氣及流速為25slm的氮?dú)獾奈g刻氣體中10秒。沉積氣體暴露及蝕刻氣體暴露的周期是經(jīng)重復(fù)50次以在該基板暴露出的單晶部份上形成外延成長(zhǎng)的含硅層。該含硅外延層厚度約為1,600埃。
實(shí)例5利用氯氣蝕刻劑的碳化硅的選擇性外延-將基板置入加熱且維持在550℃下的制程反應(yīng)室內(nèi)。使該制程反應(yīng)室維持在約15托耳的壓力下。之后將該基板表面暴露在含有流速為100sccm的硅烷及流速為25slm的氮?dú)獾某练e氣體流中7秒。之后將該基板表面暴露在含有流速為5sccm的甲基硅烷及流速為25slm的氮?dú)獾牡诙练e氣體流中7秒。將基板暴露在含有流速為20sccm的氯氣及流速為25slm的氮?dú)獾奈g刻氣體中10秒。沉積氣體暴露及蝕刻氣體暴露的周期是經(jīng)重復(fù)50次以在該基板暴露出的單晶部份上形成外延成長(zhǎng)的含硅層。該含硅外延層厚度約為1,800埃。
實(shí)例6利用氯化氫蝕刻劑的硅的選擇性外延-將基板置入加熱且維持在700℃下的制程反應(yīng)室內(nèi)。使該制程反應(yīng)室維持在約15托耳的壓力下。之后將該基板表面暴露在含有流速為100sccm的硅烷及流速為25slm的氫氣的沉積氣體流中7秒。將基板暴露在含有流速為200sccm的氯化氫及流速為25slm的氫氣的蝕刻氣體中40秒。沉積氣體暴露及蝕刻氣體暴露的周期是經(jīng)重復(fù)10次以在該基板暴露出的單晶部份上形成外延成長(zhǎng)的硅層。該硅外延層厚度約為800埃。
實(shí)例7利用氯化氫蝕刻劑的鍺化硅的選擇性外延-將基板置入加熱且維持在700℃下的制程反應(yīng)室內(nèi)。使該制程反應(yīng)室維持在約15托耳的壓力下。之后將該基板表面暴露在含有流速為100sccm的硅烷、流速為3sccm的鍺及流速為25slm的氫氣的沉積氣體流中8秒。將基板暴露在含有流速為200sccm的氯化氫及流速為25slm的氫氣的蝕刻氣體中40秒。沉積氣體暴露及蝕刻氣體暴露的周期是經(jīng)重復(fù)20次以在該基板暴露出的單晶部份上形成外延成長(zhǎng)的含硅層。該含硅外延層厚度約為1,500埃。
實(shí)例8利用氯化氫蝕刻劑的鍺化硅的選擇性外延-將基板置入加熱且維持在700℃下的制程反應(yīng)室內(nèi)。使該制程反應(yīng)室維持在約15托耳的壓力下。之后將該基板表面暴露在含有流速為100sccm的硅烷及流速為25slm的氫氣的沉積氣體流中7秒。將該基板表面暴露在含有流速為5sccm的鍺及流速為25slm的氫氣的第二沉積氣體流中7秒。將基板暴露在含有流速為200sccm的氯化氫及流速為25slm的氫氣的蝕刻氣體中40秒。沉積氣體暴露及蝕刻氣體暴露的周期是經(jīng)重復(fù)20次以在該基板暴露出的單晶部份上形成外延成長(zhǎng)的含硅層。該含硅外延層厚度約為1,600埃。
實(shí)例9利用氯化氫蝕刻劑的碳化硅的選擇性外延-將基板置入加熱且維持在700℃下的制程反應(yīng)室內(nèi)。使該制程反應(yīng)室維持在約15托耳的壓力下。之后將該基板表面暴露在含有流速為100sccm的硅烷、流速為1sccm的甲基硅烷及流速為25slm的氫氣的沉積氣體流中8秒。將基板暴露在含有流速為200sccm的氯化氫及流速為25slm的氫氣的蝕刻氣體中40秒。沉積氣體暴露及蝕刻氣體暴露的周期是經(jīng)重復(fù)20次以在該基板暴露出的單晶部份上形成外延成長(zhǎng)的含硅層。該含硅外延層厚度約為1,500埃。
實(shí)例10利用氯化氫蝕刻劑的碳化硅的選擇性外延-將基板置入加熱且維持在700℃下的制程反應(yīng)室內(nèi)。使該制程反應(yīng)室維持在約15托耳的壓力下。之后將該基板表面暴露在含有流速為100sccm的硅烷及流速為25slm的氫氣的沉積氣體流中7秒。將該基板表面暴露在含有流速為1sccm的甲基硅烷及流速為25slm的氫氣的第二沉積氣體流中7秒。將基板暴露在含有流速為200sccm的氯化氫及流速為25slm的氫氣的蝕刻氣體中40秒。沉積氣體暴露及蝕刻氣體暴露的周期是經(jīng)重復(fù)20次以在該基板暴露出的單晶部份上形成外延成長(zhǎng)的含硅層。該含硅外延層厚度約為1,600埃。該基板表面暴露出的介電部分，例如柵極，從該沉積氣體形成有限的或不形成多晶硅。
實(shí)例11以氯氣蝕刻并且以硼摻雜的硅的選擇性外延-將基板置入加熱且維持在550℃下的制程反應(yīng)室內(nèi)。使該制程反應(yīng)室維持在約15托耳的壓力下。該基板表面是經(jīng)暴露在含有流速為100sccm的硅烷、流速為3sccm的二硼烷及流速為25slm的氮?dú)獾某练e氣體流中7秒。之后將基板暴露在含有流速為20sccm的氯氣及流速為25slm的氮?dú)獾奈g刻氣體中10秒。沉積氣體暴露及蝕刻氣體暴露的周期是經(jīng)重復(fù)50次以在該基板暴露出的單晶部份上形成外延成長(zhǎng)的硅層。該硅外延層厚度約為1,000埃。
實(shí)例12以氯氣蝕刻并且以硼摻雜的鍺化硅的選擇性外延-將基板置入加熱且維持在550℃下的制程反應(yīng)室內(nèi)。使該制程反應(yīng)室維持在約15托耳的壓力下。該基板表面是經(jīng)暴露在含有流速為100sccm的硅烷、流速為3sccm的鍺、流速為3sccm的二硼烷及流速為25slm的氮?dú)獾某练e氣體流中8秒。之后將基板暴露在含有流速為20sccm的氯氣及流速為25slm的氮?dú)獾奈g刻氣體中10秒。沉積氣體暴露及蝕刻氣體暴露的周期是經(jīng)重復(fù)50次以在該基板暴露出的單晶部份上形成外延成長(zhǎng)的含硅層。該含硅外延層厚度約為1,700埃。
實(shí)例13以氯氣蝕刻并且以硼摻雜的鍺化硅的選擇性外延-將基板置入加熱且維持在550℃下的制程反應(yīng)室內(nèi)。使該制程反應(yīng)室維持在約15托耳的壓力下。該基板表面是經(jīng)暴露在含有流速為100sccm的硅烷、流速為3sccm的二硼烷及流速為25slm的氮?dú)獾某练e氣體流中7秒。之后將該基板表面暴露在含有流速為5sccm的鍺及流速為25slm的氮?dú)獾牡诙练e氣體流中7秒。之后將基板暴露在含有流速為20sccm的氯氣及流速為25slm的氮?dú)獾奈g刻氣體中10秒。沉積氣體暴露及蝕刻氣體暴露的周期是經(jīng)重復(fù)50次以在該基板暴露出的單晶部份上形成外延成長(zhǎng)的含硅層。該含硅外延層厚度約為1,800埃。
實(shí)例14以氯氣蝕刻并且以磷摻雜的碳化硅的選擇性外延-將基板置入加熱且維持在550℃下的制程反應(yīng)室內(nèi)。使該制程反應(yīng)室維持在約15托耳的壓力下。該基板表面是經(jīng)暴露在含有流速為100sccm的硅烷、流速為1sccm的甲基硅烷、流速為3sccm的磷化氫及流速為25slm的氮?dú)獾某练e氣體流中8秒。之后將基板暴露在含有流速為20sccm的氯氣及流速為25slm的氮?dú)獾奈g刻氣體中10秒。沉積氣體暴露及蝕刻氣體暴露的周期是經(jīng)重復(fù)80次以在該基板暴露出的單晶部份上形成外延成長(zhǎng)的含硅層。該含硅外延層厚度約為1,600埃。
實(shí)例15以氯氣蝕刻并且以磷摻雜的碳化硅的選擇性外延-將基板置入加熱且維持在550℃下的制程反應(yīng)室內(nèi)。使該制程反應(yīng)室維持在約15托耳的壓力下。該基板表面是經(jīng)暴露在含有流速為100sccm的硅烷、流速為3sccm的磷化氫及流速為25slm的氮?dú)獾某练e氣體流中7秒。之后將該基板表面暴露在含有流速為5sccm的甲基硅烷及流速為25slm的氮?dú)獾某练e氣體流中7秒。之后將基板暴露在含有流速為20sccm的氯氣及流速為25slm的氮?dú)獾奈g刻氣體中10秒。沉積氣體暴露及蝕刻氣體暴露的周期是經(jīng)重復(fù)80次以在該基板暴露出的單晶部份上形成外延成長(zhǎng)的含硅層。該含硅外延層厚度約為1,800埃。
雖然前述是針對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例，但本發(fā)明的其他及進(jìn)一步的實(shí)施例可在不背離其基本范圍下設(shè)計(jì)出，并且其范圍是由權(quán)利要求決定。
權(quán)利要求
1.一種在一基板表面上外延形成一含硅材料的方法，其至少包含將具有一單晶表面和至少一第二表面的基板安置于一制程反應(yīng)室內(nèi)，該第二表面選自非晶表面、多晶表面及其組合物；使該基板暴露在一沉積氣體中，以在該單晶表面上形成一外延層并在該第二表面上形成一多晶層，其中該沉積氣體含有一硅來(lái)源和至少一第二元素來(lái)源，其選自鍺來(lái)源、碳來(lái)源或其組合物；其后將該基板暴露在一蝕刻氣體中，以蝕刻該多晶層和該外延層，其中該多晶層是以比該外延層快的速率蝕刻；以及形成一沉積周期，其包含將該基板連續(xù)暴露在該沉積氣體和該蝕刻劑氣體中，以在其上形成一含硅材料。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中上述的沉積周期重復(fù)至少兩次。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中上述的沉積周期是經(jīng)重復(fù)以形成范圍從約400埃至約1,200埃的預(yù)定厚度的含硅材料。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中上述的蝕刻氣體含有氯氣和氮?dú)狻?br> 5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中上述的沉積周期是在范圍從約500℃至約750℃內(nèi)的溫度下執(zhí)行。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中上述的蝕刻氣體包含一種選自氯化氫、氯氣及其組合物的化合物。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中上述的蝕刻氣體進(jìn)一步包含一種選自氮?dú)?、氬氣、氦氣及其組合物的惰性氣體。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中上述的外延層包含一種選自硅-鍺、硅-碳、硅-鍺-碳及其組合物的材料。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中上述的沉積氣體進(jìn)一步包含一種摻質(zhì)化合物。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中上述的摻質(zhì)化合物包含一種選自硼、砷、磷、鋁、鎵、鍺、碳及其組合物的元素來(lái)源。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中上述的沉積周期在溫度約750℃或更低的制程反應(yīng)室中發(fā)生。
12.如權(quán)利要求2所述的方法，其中上述的沉積氣體及蝕刻氣體是由不同氣體線獨(dú)立傳送至該制程反應(yīng)室內(nèi)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中上述的沉積反應(yīng)室是一熱化學(xué)氣相沉積反應(yīng)室。
14.一種在一基板表面上外延形成一含硅材料的方法，其至少包含將具有一單晶表面和至少一第二表面的基板安置于一制程反應(yīng)室內(nèi)，該第二表面選自非晶表面、多晶表面及其組合物；使該基板暴露在一沉積氣體中，以在該單晶表面上形成一外延層并在該第二表面上形成一多晶層，其中該沉積氣體含有一硅來(lái)源和至少一第二元素來(lái)源，其選自鍺來(lái)源、碳來(lái)源或其組合物；其后將該基板暴露在一含有氯氣的蝕刻氣體中，以比蝕刻該外延層快的速率蝕刻該多晶層；以及形成一沉積周期，其包含將該基板連續(xù)暴露在該沉積氣體和該蝕刻劑氣體中，以在其上形成一含硅材料。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中上述的沉積周期重復(fù)至少兩次。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中上述的沉積周期是經(jīng)重復(fù)以形成范圍從約400埃至約1,200埃的預(yù)定厚度的含硅材料。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其中上述的蝕刻氣體進(jìn)一步含有氮?dú)狻?br> 18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中上述的沉積周期是在范圍從約500℃至約750℃內(nèi)的溫度下執(zhí)行。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，其中上述的蝕刻氣體進(jìn)一步包含一種選自氮?dú)狻鍤?、氦氣及其組合物的惰性氣體。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中上述的沉積氣體進(jìn)一步包含一種摻質(zhì)化合物。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中上述的摻質(zhì)化合物包含一種選自硼、砷、磷、鋁、鎵、鍺、碳及其組合物的元素來(lái)源。
22.如權(quán)利要求15所述的方法，其中上述的制程反應(yīng)室在該沉積周期期間是處于約750℃或更低的溫度下。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中上述的沉積氣體及蝕刻氣體是由不同氣體線獨(dú)立傳送至該制程反應(yīng)室內(nèi)。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中上述的沉積反應(yīng)室是一熱化學(xué)氣相沉積反應(yīng)室。
25.一種在一基板表面上外延形成一含硅材料的方法，其至少包含將具有一單晶表面和至少一第二表面的基板安置于一制程反應(yīng)室內(nèi)，該第二表面選自非晶表面、多晶表面及其組合物；使該基板暴露在一沉積氣體中，以在該單晶表面上形成一外延層并在該第二表面上形成一多晶層，其中該沉積氣體含有一硅來(lái)源和一鍺來(lái)源；其后將該基板暴露在一含有氯氣的蝕刻氣體中，以比蝕刻該外延層快的速率蝕刻該多晶層；以及形成一沉積周期，其包含將該基板連續(xù)暴露在該沉積氣體和該蝕刻劑氣體中，以在其上形成一含硅材料。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中上述的沉積周期是經(jīng)重復(fù)以形成范圍從約400埃至約1,200埃的預(yù)定厚度的含硅材料。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中上述的蝕刻氣體含有氯氣和氮?dú)狻?br> 28.如權(quán)利要求25所述的方法，其中上述的制程反應(yīng)室在該沉積周期期間是處于約750℃或更低的溫度下。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其中上述的沉積氣體及蝕刻氣體是由不同氣體線獨(dú)立傳送至該制程反應(yīng)室內(nèi)。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中上述的沉積反應(yīng)室是一熱化學(xué)氣相沉積反應(yīng)室。
31.一種在一基板表面上外延形成一含硅材料的方法，其至少包含將具有一單晶表面和至少一第二表面的基板安置于一制程反應(yīng)室內(nèi)，該第二表面選自非晶表面、多晶表面及其組合物；使該基板暴露在一沉積氣體中，以在該單晶表面上形成一外延層并在該第二表面上形成一多晶層，其中該沉積氣體含有一硅來(lái)源和一碳來(lái)源；其后將該基板暴露在一含有氯氣的蝕刻氣體中，以比蝕刻該外延層快的速率蝕刻該多晶層；以及形成一沉積周期，其包含將該基板連續(xù)暴露在該沉積氣體和該蝕刻劑氣體中，以在其上形成一含硅材料。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其中上述的沉積周期是經(jīng)重復(fù)以形成范圍從約400埃至約1,200埃的預(yù)定厚度的含硅材料。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其中上述的蝕刻氣體含有氯氣和氮?dú)狻?br> 34.如權(quán)利要求31所述的方法，其中上述的制程反應(yīng)室在該沉積周期期間是處于約750℃或更低的溫度下。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其中上述的沉積氣體及蝕刻氣體是由不同氣體線獨(dú)立傳送至該制程反應(yīng)室內(nèi)。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，其中上述的沉積反應(yīng)室是一熱化學(xué)氣相沉積反應(yīng)室。
全文摘要
在一實(shí)施例中，提供一種在基板表面上外延形成含硅材料的方法，其包含將具有一單晶表面和一第二表面(非晶或多晶)的基板安置于一制程反應(yīng)室內(nèi)，并且將該基板暴露在一沉積氣體下以在該單晶表面上形成一外延層并在該第二表面上形成一多晶層。該沉積氣體較佳地含有一硅來(lái)源和至少一第二元素來(lái)源，例如鍺來(lái)源、碳來(lái)源或兩者。之后，該方法更提供將該基板暴露在一蝕刻劑氣體下，而使該多晶層以比該外延層快的速率蝕刻。該基板可連續(xù)并重復(fù)地暴露在該沉積和蝕刻氣體下，以形成該含硅材料。在一實(shí)施例中，該沉積氣體包含硅烷，而該蝕刻氣體包含氯氣和氮?dú)狻?br> 文檔編號(hào)H01L21/8238GK101069264SQ200580041187
公開(kāi)日2007年11月7日 申請(qǐng)日期2005年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月1日
發(fā)明者金億渙, 阿卡迪·V·薩蒙羅弗 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司