專利名稱：具有選擇性氣體供應的選擇性外延制程的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的實施例大體來說是有關于電子生產制程和元件的領域，更明確地說，是有關于在形成電子元件時沉積含硅薄膜的方法。
背景技術：
在生產較小的晶體管時，制造超淺源極/漏極接面已變得日益困難。一般來說，次100納米CMOS(互補式金屬氧化物半導體)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。選擇性外延可用在半導體元件中，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。
一般來說，選擇性外延制程包含一沉積反應和一蝕刻反應。沉積及蝕刻反應以相當不同的反應速率在一外延層和一多晶層上同時發(fā)生。在沉積制程期間，外延層在一單晶表面上形成，同時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，通過改變蝕刻氣體濃度，凈選擇制程會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，例如，在含硅MOSFET(金屬氧化物半導體場效晶體管)元件形成期間。源極/漏極延伸特征是通過蝕刻硅表面來制造，以制出凹陷的源極/漏極特征并且隨后以選擇性成長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，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)更進一步地增加串聯(lián)電阻。為了補償接面消耗，將升高的源極/漏極外延地且選擇性地成長在該接面上。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。為了在現(xiàn)今外延制程期間保持選擇性，必須在整個沉積制程期間控制并調整前驅物化學濃度以及反應溫度。如果沒有提供足夠的硅前趨物，則蝕刻反應可能會主導而使整個制程速度減緩。此外，可能會發(fā)生有害的基板特征過蝕刻。如果沒有提供足夠的蝕刻劑前趨物，則沉積反應可能會主導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溫度，例如約800℃、1000℃或更高。在生產制程期間并不偏好使用此高溫，因為熱預算考慮及可能發(fā)生的無法控制的基板表面的氮化反應。
因此，需要有一種能夠以可選擇的摻質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)明內容
在一實施例中，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室內。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源和至少一第二元素來源，例如鍺來源、碳來源或其組合物。之后，該方法進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。該方法進一步包含一沉積周期，其在形成具有預定厚度的含硅材料時連續(xù)重復該基板在沉積和蝕刻劑氣體中的暴露。在本實施例的一實例中，該方法進一步提供將基板暴露在含有氯氣的蝕刻劑氣體下。
在本實施例的一實例中，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室內。該制程反應室是經加熱至范圍從約500℃至約750℃內的溫度。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，該基板是經暴露在一沉積氣體中。該沉積氣體含有一硅來源和一惰性載氣，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。在其他實例中，該沉積氣體可包含硅來源及第二化合物來源或摻質化合物，其可包含硼、砷、磷、鋁、鎵、鍺、碳或其組合物。
在另一實施例中，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室內。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。該方法進一步提供一沉積周期，其包含在形成具有預定厚度的含硅材料時重復該基板在沉積和蝕刻劑氣體中的暴露。
在另一實施例中，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室內，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源及至少一種第二元素來源，其包含鍺來源、碳來源或其組合物。在一實例中，該沉積氣體包含硅來源和鍺來源。在另一實例中，該沉積氣體包含硅來源和碳來源。在另一實例中，該沉積氣體包含硅來源、鍺來源及碳來源。


因此可以詳細了解上述本發(fā)明的特征的方式，即對本發(fā)明更明確的描述簡短地在前面概述過，可以通過參考實施例來得到，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)明的一般實施例，因此不應被認為是對其范圍的限制，因為本發(fā)明應涵蓋其他等效實施例。
圖1是一流程圖，描述利用在此所述的一實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內制造源極/漏極延伸元件期間，一基板在不同階段時的簡要示圖，如在此的一實施例中所描述般；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施例選擇地且外延地沉積含硅材料的制程。
主要元件符號說明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
具體實施例方式
本發(fā)明的實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有多晶層的同時，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(AGS)制程，包含重復一沉積制程和一蝕刻制程所組成的周期直到長成預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源和一載氣的沉積氣體中。該沉積氣體也可包含鍺來源或碳來源，以及摻質來源。在沉積制程期間，一外延層是經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的含硅材料，同時最小化多晶含硅材料在所述第二表面上的成長，若有的話。可依需要重復該沉積和蝕刻制程周期，以得到預期厚度的含硅材料?？衫帽景l(fā)明的實施例沉積的含硅材料包含硅、鍺化硅、碳化硅、碳化硅鍺或其摻質變體。
在該AGS制程的一實例中，制程期間溫度低于約800℃時可用氯氣做為蝕刻劑。一般來說，沉積制程可在比蝕刻反應低的溫度下執(zhí)行，因為蝕刻劑通常需要高溫來活化。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，則整個制程溫度會被需要用來活化該蝕刻劑的較高溫度支配。氯氣通過降低所需的整體制程溫度來輔助整個AGS制程。氯氣可在低至約500℃的溫度下活化。因此，通過將氯氣并入該AGS制程中做為蝕刻劑，整個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，氯蝕刻劑會增加該AGS制程的整體速率。
在該AGS制程的另一實例中，于該沉積及蝕刻制程期間使用一惰性氣體，例如氮氣，做為載氣，取代習知載氣，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作為載氣，但是氫氣具有吸附該基板或與其反應而形成氫終結端面(hydrogen-terminated surfaces)的傾向。氫終結端面對外延成長的反應比裸硅表面慢很多。因此，惰性載氣的使用會通過不會不利地影響沉積反應而增加沉積速率。
雖然可用鈍氣，例如氬氣或氦氣，來做為惰性載氣，但是氮氣是以經濟效益而言較佳的惰性載氣。氮氣通常比氫氣、氬氣或氦氣便宜很多。使用氮氣做為載氣可能發(fā)生的一缺點是在沉積制程期間基板上材料的氮化。但是會需要高溫，例如超過800℃，來如此地活化氮氣。因此，在低于氮氣活化門限的溫度下執(zhí)行的AGS制程中有利地使用氮氣來做為惰性載氣。使用氯氣做為蝕刻劑并且使用氮氣作為載氣的合并效應大幅度增加整體AGS制程的速率。
在整個應用中，「含硅」材料、化合物、薄膜或層等詞應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、薄膜或層內，通常是以ppm等級的濃度。含硅材料的化合物或合金可以縮寫表示，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寫并不以計量關系表示出化學式，也不表示出含硅材料的任何特定還原/氧化狀態(tài)。
圖1示出用來沉積含硅層的外延制程100的一實例。制程100包含用來將圖案化的基板載入制程反應室并將制程反應室的狀態(tài)調整至預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。若達到預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，若沒有達到預定厚度，則重復步驟120-160做為一周期直到達到外延層或多晶層的預定厚度為止。
在步驟110期間將一圖案化的基板載入一制程反應室中。圖案化的基板是含有形成在該基板表面內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室調整至預定溫度和壓力開始。溫度是適合特定的執(zhí)行制程。一般來說，在外延制程100期間制程反應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。制程反應室是保持在范圍從約250℃至約1,000℃內的溫度下，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的適當溫度可取決于在步驟120和140期間用來沉積及/或蝕刻該含硅材料的特定前驅物。在一實例中，已發(fā)現(xiàn)氯氣(Cl2)在比使用較常見蝕刻劑的制程為低的溫度下對含硅材料發(fā)揮絕佳的蝕刻劑效果。因此，在一實例中，可將制程反應室預熱至約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。通常將該制程反應室加壓至范圍從約0.1托耳至約200托耳內的壓力下，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，但是通常會保持固定。
沉積制程在步驟120期間執(zhí)行。圖案化基板是經暴露在沉積氣體中以在該單晶表面上形成一外延層，同時在該第二表面上形成一多晶層。該基板是經暴露在該沉積氣體中一段范圍從約0.5秒至約30秒內的時間，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間是關于在步驟140中蝕刻制程期間的暴露時間，以及在制程中所使用的特定前驅物和溫度來決定。一般來說，該基板是經暴露在沉積氣體中足夠長的時間以形成最厚的外延層厚度，同時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源和一載氣，并且可包含至少一種第二元素來源，例如鍺來源及/或碳來源。此外，該沉積氣體可進一步包含一摻質化合物以提供摻質來源，例如硼、砷、磷、鎵及/或鋁。在另一實施例中，該沉積氣體可包含至少一種蝕刻劑，例如氯化氫或氯氣。
硅來源通常以范圍從每分鐘約5標準立方公分(sccm)至約500sccm內的速率供給至該制程反應室中，較佳地，從約10sccm至約300sccm，并且更佳地，從約50sccm至約200sccm，例如，約100sccm?？捎糜诔练e氣體中以沉積含硅化合物的硅來源包含硅烷、鹵化硅烷和有機硅烷。硅烷包含硅烷(SiH4)及實驗式為SixH(2X+2)的較長鏈硅烷，例如二硅烷(Si2H6)、三硅烷(Si3H8)、以及四硅烷(Si4H10)，及其他。鹵化硅烷包含實驗式為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)。有機硅烷包含實驗式為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)有機硅烷化合物在將碳并入沉積的含硅化合物內的實施例中是有利的硅來源和碳來源。較佳的硅來源包含硅烷、二氯硅烷和二硅烷。
硅來源通常連同載氣一起供給至該制程反應室內。載氣流速從每分鐘約1標準升(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。載氣可包含氮氣(N2)、氫氣(H2)、氬氣、氦氣或其組合物。較傾向使用惰性載氣，并且包含氮氣、氬氣、氦氣或其組合物。可基于外延制程100期間使用的化學前驅物或制程溫度來選擇載氣。通常載氣在每一個步驟110-150期間是相同的。但是，某些實施例可在特定步驟中使用不同載氣。例如，氮氣可在步驟120中與硅來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℃)的實施例中使用氮氣做為載氣?？墒褂玫蜏刂瞥痰囊徊糠菰蚴窃谶M一步于步驟140中討論的蝕刻制程中使用氯氣。氮氣在低溫沉積制程期間保持惰性。因此，氮氣不會在低溫制程期間并入所沉積的含硅材料中。此外，氮載氣不會像氫載氣一樣形成氫終結端面。由氫載氣吸附在基板表面上所形成的氫終結端面會抑制含硅層的成長速率。最后，該低溫制程可獲得使用氮氣做為載氣的經濟優(yōu)勢，因為氮氣遠比氫氣、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源，例如鍺來源及/或碳來源。鍺來源可連同硅來源和載氣一起加入該制程反應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內的速率供給鍺來源至該制程反應室中，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?？捎脕沓练e含硅化合物的鍺來源包含鍺烷(GeH4)、較長鏈的鍺烷及有機鍺烷。較長鏈的鍺烷包含實驗式為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)鍺烷和有機鍺烷化合物在將鍺和碳并入沉積的含硅化合物內的實施例中，也就是鍺化硅和碳化硅鍺化合物，是有利的鍺來源和碳來源。外延層的鍺濃度范圍從約1原子百分比(at％)至約30at％內，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期間連同硅來源和載氣一起添加碳來源至該制程反應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內的速率供給碳來源至該制程反應室中，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?？捎脕沓练e含硅化合物的碳來源包含有機硅烷、烷類、乙基、丙基和丁基的烯類及炔類。此種碳來源包含甲基硅烷((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，較佳地，從約1at％至約3at％，例如1.5at％。在一實施例中，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?；蛘撸稍诓襟E120期間連同硅來源和載氣一起添加鍺來源及碳來源兩者進入該制程反應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一步包含至少一種摻質化合物以提供元素摻質來源，例如硼、砷、磷、鎵或鋁。摻質提供沉積的含硅化合物若干導電特性，例如電子元件所需的在受控制及預期路徑中的具方向性的電子流。以特定摻質摻雜含硅化合物薄膜以達到預期導電特性。在一實例中，該含硅化合物是經摻雜為p型，例如通過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/立方公分內的硼。在一實例中，該p型摻質的濃度至少是5×1019原子/立方公分。在另一實例中，該p型摻質是在從約1×1020原子/立方公分至約2.5×1021原子/立方公分范圍內。在另一實例中，該含硅化合物是經摻雜為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。
通常以范圍從約0.1sccm至約20sccm內的速率供給摻質來源至該制程反應室中，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?？捎脕碜鰹閾劫|來源的含硼摻質包含硼烷和有機硼烷。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)包含實驗式為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)。摻質也可包含砷化氫(AsH3)、磷化氫(PH3)和烷基磷化氫，例如實驗式為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)。鋁和鎵摻質來源可包含烷化(alkylated)及/或鹵化的衍生物，例如以實驗式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。鋁和鎵摻質來源的實例包含三甲基鋁(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。在一實例中，可將制程反應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室排空。該清潔及/或排空制程除去過量的沉積氣體、反應副產物和其他污染物。在另一實例中，一旦沉積制程終止，步驟140的蝕刻制程立即開始，而不需要清潔及/或排空該制程反應室。
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)時間是與沉積制程的持續(xù)時間平衡以造成選擇性形成在該基板預期區(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的含硅材料，同時最小化，若有的話，多晶含硅材料的成長。
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秒內的時間，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內的速率提供至該制程反應室中，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做為蝕刻劑。
蝕刻劑通常連同載氣一起供給至該制程反應室內。該載氣的流速范圍從約1slm至約100slm內，較佳地，從約5slm至約75slm，并且更佳地，從約10slm至約50slm，例如，約25slm。載氣可包含氮氣、氫氣、氬氣、氦氣或其組合物。在某些實施例中，惰性載氣是較佳地，并且包含氮氣、氬氣、氦氣或其組合物。可基于外延制程100期間使用的化學前驅物或制程溫度來選擇載氣。通常在每一個步驟110-150期間使用相同載氣。但是，某些實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。在一實施例中，較佳的蝕刻劑是氯氣，特別是當該AGS制程在低溫下執(zhí)行時(例如＜800℃)。例如，一蝕刻氣體包含氯氣做為蝕刻劑以及氮氣做為載氣，并且以范圍從約500℃至約750℃內的溫度接觸該基板表面。在另一實例中，含有氯氣和氮氣的蝕刻氣體以范圍從約250℃至約500℃內的溫度接觸該基板表面。
該蝕刻制程在步驟150期間終止。在一實例中，可將制程反應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室排空。該清潔及/或排空制程除去過量的蝕刻氣體、反應副產物和其他污染物。在另一實例中，一旦蝕刻制程終止，步驟160立即開始，而不需要清潔及/或排空該制程反應室。
外延層和多晶層的厚度可在步驟160期間決定。若已達到預定厚度，則外延制程100在步驟170終止。但是，若未達到預定厚度，則重復步驟120-160做為一周期直到達到預定厚度為止。通常將外延層成長至從約10埃至約2,000埃的厚度范圍內，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，從一個原子層至約500埃的厚度范圍內。該外延含硅層或該多晶含硅層的預期或預定厚度對于特定生產制程來說是獨有的。在一實例中，該外延層可達到該預定厚度，但該多晶層卻過厚。過量的多晶層可在略過步驟120和130的同時通過重復步驟140-160進一步蝕刻。
在一實例中，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以產生一凹陷238，如圖2B所示者?？赏ㄟ^蝕刻源極/漏極區(qū)域232的該部分前先行沉積硬光罩來避免柵極236的蝕刻。
圖2C示出在此描述的外延制程的一實施例，其中一含硅外延層240和任意多晶層242同時且選擇性地沉積，但沒有沉積在該間隙壁234上。多晶層242是通過調整外延制程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?；蛘?，多晶層242在含硅外延層240沉積在該源極/漏極區(qū)域232上時持續(xù)從柵極236上蝕除。
在另一實例中，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，較佳地約24at％或更低。含有不同量的硅和鍺的多個含鍺化硅層可經堆疊而形成元素濃度逐漸變化的含硅外延層240。例如，第一鍺化硅層可經沉積為具有范圍從約15at％至約25at％內的鍺濃度，而第二鍺化硅層可經沉積為具有范圍從約25at％至約35at％內的鍺濃度。
在另一實例中，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，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，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層，以在該含硅外延層240內形成逐漸變化的元素濃度。該含硅層一般是以摻質摻雜(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，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別層內的摻質形成逐漸變化的摻質。例如，含硅外延層240是通過沉積摻質濃度(例如硼)在從約5×1019原子/立方公分至約1×1020原子/立方公分范圍內的第一含鍺化硅層以及沉積摻質濃度(例如硼)在從約1×1020原子/立方公分至約2×1020原子/立方公分范圍內的第二含鍺化硅層來形成。
并入含碳化硅層及含碳化硅鍺層內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、氮氣、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承受的各種其他制程步驟后發(fā)生。
在下一個步驟期間，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通常在不同反應室中利用CVD或ALD技術沉積。因此，將該基板從用來沉積含硅外延層240的制程反應室移出。在兩個反應室間的傳送期間，該基板可能會暴露在周圍環(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圍環(huán)境下第二次。在一實施例中，沒有或具有極微量鍺(例如低于約5at％)的外延層(未示出)在將該基板暴露在周圍環(huán)境前先被沉積在含硅外延層240上，因為與從以大于約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是進一步在柵極236上成長、沉積或蝕除。
在一較佳實施例中，升高層248是含有少量或沒有鍺或碳的外延沉積的硅。但是，在另一實施例中，升高層248確實含有鍺及/或碳。例如，升高層248可具有約5at％或更少的鍺。在另一實例中，升高層248可具有約2at％或更少的碳。也可以一摻質來摻雜該升高層248，例如硼、砷、磷、鋁或鎵。
在本制程的實施例內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。制程的其他實施例教示含硅層的成長，其可用來做為柵極、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出，并且在含硅化合物成長至預期厚度時保持此配置。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。一般來說，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。一般來說，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)可沿著垂直側具有一保護層319，例如二氧化硅，如圖3A所示?；蛘?，柵極層322可具有間隙壁316和沉積在兩側上的偏移層320(例如四氮化三硅)。
在另一實例中，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)明的各實施例選擇性地成長。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(例如重摻雜的多晶硅)、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)。
在另一實施例中，圖4示出一外延制程400，其可用來選擇性沉積含硅材料/層。外延制程400包含至少兩個沉積制程，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源，例如鍺、碳或一摻質(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、載氣和前驅物。
外延制程400包含用來將圖案化的基板載入制程反應室并將制程反應室的狀態(tài)調整至預期溫度的步驟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將該基板表面暴露在含有一第二元素來源的沉積氣體中進一步成長。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，同時因為每一種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。若達到預定厚度，則外延制程400在步驟490終止。但是，若任一個層沒有達到預定厚度，則重復步驟420-480做為一周期直到達到預定厚度為止。
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室調整至預定溫度開始。溫度和壓力是適合特定的執(zhí)行制程。一般來說，在外延制程400期間制程反應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。制程反應室是保持在范圍從約250℃至約1,000℃內的溫度下，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的適當溫度可取決于在步驟420～480期間用來沉積及/或蝕刻該含硅材料的特定前驅物。在一實施例中，已發(fā)現(xiàn)氯氣(Cl2)在比使用其他較常見蝕刻劑的制程低的溫度下對含硅材料發(fā)揮絕佳的蝕刻劑效果。因此，在一實施例中，預熱該制程反應室的較佳溫度是約750℃或更低，較佳地，約650℃或更低，并且更佳地，約550℃或更低。通常將該制程反應室保持在從約0.1托耳至約200托耳內的壓力下，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，但是通常會保持固定。
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，同時在所述第二表面上形成一多晶層。該基板是經暴露在該第一沉積氣體中一段約0.5秒至約30秒的時間，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間是關于在步驟460中蝕刻制程期間的暴露時間，以及在制程中所使用的特定前驅物和溫度來決定。一般來說，該基板是經暴露在該第一沉積氣體中足夠長的時間以形成最厚的外延層厚度，同時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源和一載氣。該第一沉積氣體也可包含第二元素來源及/或摻質化合物，但較佳地，該第二元素來源及該摻質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源、一第二元素來源和一摻質來源。在另一態(tài)樣中，該第一沉積氣體可包含一硅來源和一第二元素來源。在又另一態(tài)樣中，該第一沉積氣體可包含一硅來源和一摻質來源。在另一實施例中，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。
硅來源通常以范圍從約5sccm至約500sccm內的速率供給至該制程反應室中，較佳地，從約10sccm至約300sccm，并且更佳地，從約50sccm至約200sccm，例如，約100sccm。較佳的硅來源包含硅烷、二氯硅烷和二硅烷。
硅來源通常是在一載氣中供給至該制程反應室內。載氣流速從約1slm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。載氣可包含氮氣、氫氣、氬氣、氦氣或其組合物。在某些實施例中，較傾向使用惰性載氣，并且包含氮氣、氬氣、氦氣或其組合物。較佳地，外延制程400期間使用的載氣是氮氣，因為上面所討論的原因。
在步驟430期間，該第一沉積制程終止。在一實例中，可將制程反應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室排空。該清潔及/或排空制程除去過量的沉積氣體、反應副產物和其他污染物。在另一實例中，一旦第一沉積制程終止，步驟440的第二沉積制程立即開始，而不需要清潔及/或排空該制程反應室。
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源，例如鍺來源、碳來源及/或摻質化合物。或者，硅來源可包含在該第二沉積氣體中。該第二元素來源是連同該載氣一起添加至該制程反應室中，以繼續(xù)步驟240期間沉積的含硅化合物的成長。所述含硅化合物可具有由該特定第二元素來源和該第二元素來源的濃度控制的不同成分。第二元素來源通常以范圍從約0.1sccm至約20sccm內的速率供給至該制程反應室中，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。鍺來源、碳來源和摻質化合物是從上面討論的前驅物選出。
在步驟450期間，該第二沉積制程終止。在一實例中，可將制程反應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室排空。該清潔及/或排空制程除去過量的沉積氣體、反應副產物和其他污染物。在另一實例中，一旦第二沉積制程終止，步驟460的蝕刻制程立即開始，而不需要清潔及/或排空該制程反應室。
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)時間是與兩個沉積制程的持續(xù)時間平衡。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的含硅材料，同時最小化，若有的話，多晶含硅材料的成長。
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秒內的時間，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內的速率提供至該制程反應室中，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做為蝕刻劑。
蝕刻劑通常連同載氣一起供給至該制程反應室內。該載氣的流速范圍從約1slm至約100slm內，較佳地，從約5slm至約75slm，并且更佳地，從約10slm至約50slm，例如，約25slm。載氣可包含氮氣、氫氣、氬氣、氦氣或其組合物。在某些實施例中，惰性載氣是較佳地，并且包含氮氣、氬氣、氦氣或其組合物。可基于外延制程400期間使用的化學前驅物或制程溫度來選擇載氣。通常在每一個步驟420-480期間使用相同載氣。但是，某些實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。在一實施例中，較佳的蝕刻劑是氯氣，特別是當該AGS制程在低溫下執(zhí)行時(例如＜800℃)。例如，一蝕刻氣體包含氯氣做為蝕刻劑以及氮氣做為載氣，并且以范圍從約500℃至約750℃內的溫度接觸該基板表面。
該蝕刻制程在步驟470期間終止。在一實例中，可將制程反應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室排空。該清潔及/或排空制程除去過量的蝕刻氣體、反應副產物和其他污染物。在另一實例中，一旦蝕刻制程終止，步驟480立即開始，而不需要清潔及/或排空該制程反應室。
外延層和多晶層的厚度可在步驟480期間決定。若已達到預定厚度，則外延制程400在步驟490終止。但是，若未達到預定厚度，則重復步驟420-480做為一周期直到達到預定厚度為止。通常將外延層成長至從約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，從一個原子層至約500埃的厚度范圍內。該外延含硅層或該多晶含硅層的預期或預定厚度對于特定生產制程來說是獨有的。在一實例中，該外延層可達到該預定厚度，但該多晶層卻過厚。過量的多晶層可在略過步驟420和440的同時通過重復步驟460-480進一步蝕刻。同樣地，在其他實例中，可在進行外延制程400時個別略過步驟420、440和460。通過略過步驟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)明的實施例教示在各種基板上沉積含硅化合物的制程?？稍谄渖鲜褂帽景l(fā)明實施例的基板包含，但不限于，半導體晶圓，例如結晶硅(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。基板具有各種構形(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％內的鍺。在另一實施例中，含硅化合物的鍺濃度是在從約1at％至約30at％范圍內，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％內的碳。在其他態(tài)樣中，碳濃度可在從約200ppm至約3at％范圍內，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，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專利第6,770,134和6,905,542號中揭示，其在此通過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。在一實例中，一硅來源(例如SiH4)及一鍺來源(例如GeH4)是用來選擇性地且外延地沉積含鍺化硅薄膜。在此實例中，硅來源和鍺來源的比例可在成長逐漸變化的薄膜時改變，以提供對元素濃度的控制，例如硅和鍺。在另一實例中，一硅來源及一碳來源(例如CH3SiH3)是用來選擇性地且外延地沉積含碳化硅薄膜。硅來源和碳來源的比例可在成長同質或逐漸變化的薄膜時改變，以提供對元素濃度的控制。在另一實例中，一硅來源、一鍺來源和一碳來源是用來選擇性地且外延地沉積含碳化硅鍺薄膜。硅、鍺和碳來源的比例在成長同質或逐漸變化的薄膜時獨立變化，以提供對元素濃度的控制。
由在此所述制程所形成的MOSFET元件可包含PMOS構件或NMOS構件。該PMOS構件，具有一p型通道，具有負責通道傳導(channelconduction)的電洞，而該NMOS構件，具有一n型通道，具有負責通道傳導的電子。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構件。在另一實例中，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構件。在PMOS應用中使用鍺化硅有幾個原因。鍺化硅材料會比單獨的硅并入更多硼，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，外延成長在硅上方的鍺化硅具有位于薄膜內部的壓應力，因為鍺化硅的晶格常數(shù)比硅大。該壓應力在橫向尺寸上轉移以在PMOS通道中產生壓應變并且增加電洞的遷移率。對NMOS應用而言，碳化硅可用于所述凹陷區(qū)域中以在該通道中產生張應力，因為碳化硅的晶格常數(shù)與硅類似。該張應力轉移至該通道內并且增加電子遷移率。因此，在一實施例中，第一含硅層是經形成有第一晶格應變值，而第二含硅層則經形成有第二晶格應變值。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，且具有比外延成長在該碳化硅層上的鍺化硅層低的應變。
在此間所述實施例中，含硅化合物薄膜是通過化學氣相沉積(CVD)制程選擇性地且外延地沉積?；瘜W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?；瘜W氣相沉積包含許多技術的使用，例如電漿輔助CVD(PA-CVD)、原子層CVD(ALCVD)、有機金屬或金屬有機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。在一實施例中，較佳制程是使用熱CVD來外延成長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習知技術中已知的設備內執(zhí)行。該設備可含有多個氣體線以使沉積氣體和蝕刻氣體在進入該制程反應室前維持分離。之后，使所述氣體與加熱的其上成長有含硅化合物薄膜的基板接觸。可用來沉積含硅薄膜的硬體包含可從加州圣塔克拉拉的應用材料公司取得的Epi Centura系統(tǒng)和Poly Gen系統(tǒng)。一種ALD設備在共同讓渡予本申請受讓人的美國專利第6,916,398號揭示，其在此通過引用其全文的方式并入本文中，以描述該設備。其它設備包含批次式(batch)、高溫爐管，如習知技術中已知者。
實例執(zhí)行下述假設的實例以在一基板表面上形成升高的源極漏極(ESD)結構。該圖案化基板含有單晶表面，其具有形成在該基板表面內的源極/漏極特征和形成在其間的柵極和間隙壁。
實例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℃下的制程反應室內。使該制程反應室維持在約15托耳的壓力下。該基板表面是經暴露在含有流速為100sccm的硅烷及流速為25slm的氮氣的沉積氣體流中7秒。之后將基板暴露在含有流速為20sccm的氯氣及流速為25slm的氮氣的蝕刻氣體中10秒。沉積氣體暴露及蝕刻氣體暴露的周期是經重復50次以在該基板暴露出的單晶部份上形成外延成長的硅層。該硅外延層厚度約為1,000埃。
實例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℃下的制程反應室內。使該制程反應室維持在約15托耳的壓力下。該基板表面是經暴露在含有流速為100sccm的硅烷、流速為3sccm的鍺及流速為25slm的氮氣的沉積氣體流中8秒。之后將基板暴露在含有流速為20sccm的氯氣及流速為25slm的氮氣的蝕刻氣體中10秒。沉積氣體暴露及蝕刻氣體暴露的周期是經重復50次以在該基板暴露出的單晶部份上形成外延成長的含硅層。該含硅外延層厚度約為1,700埃。
實例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℃下的制程反應室內。使該制程反應室維持在約15托耳的壓力下。該基板表面是經暴露在含有流速為100sccm的硅烷及流速為25slm的氮氣的沉積氣體流中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的氮氣的第二沉積氣體流中7秒。將基板暴露在含有流速為20sccm的氯氣及流速為25slm的氮氣的蝕刻氣體中10秒。沉積氣體暴露及蝕刻氣體暴露的周期是經重復50次以在該基板暴露出的單晶部份上形成外延成長的含硅層。該含硅外延層厚度約為1,800埃。
實例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℃下的制程反應室內。使該制程反應室維持在約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的氮氣的沉積氣體流中8秒。將基板暴露在含有流速為20sccm的氯氣及流速為25slm的氮氣的蝕刻氣體中10秒。沉積氣體暴露及蝕刻氣體暴露的周期是經重復50次以在該基板暴露出的單晶部份上形成外延成長的含硅層。該含硅外延層厚度約為1,600埃。
實例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℃下的制程反應室內。使該制程反應室維持在約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的氮氣的沉積氣體流中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的氮氣的第二沉積氣體流中7秒。將基板暴露在含有流速為20sccm的氯氣及流速為25slm的氮氣的蝕刻氣體中10秒。沉積氣體暴露及蝕刻氣體暴露的周期是經重復50次以在該基板暴露出的單晶部份上形成外延成長的含硅層。該含硅外延層厚度約為1,800埃。
實例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℃下的制程反應室內。使該制程反應室維持在約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重復10次以在該基板暴露出的單晶部份上形成外延成長的硅層。該硅外延層厚度約為800埃。
實例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℃下的制程反應室內。使該制程反應室維持在約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重復20次以在該基板暴露出的單晶部份上形成外延成長的含硅層。該含硅外延層厚度約為1,500埃。
實例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℃下的制程反應室內。使該制程反應室維持在約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重復20次以在該基板暴露出的單晶部份上形成外延成長的含硅層。該含硅外延層厚度約為1,600埃。
實例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℃下的制程反應室內。使該制程反應室維持在約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重復20次以在該基板暴露出的單晶部份上形成外延成長的含硅層。該含硅外延層厚度約為1,500埃。
實例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℃下的制程反應室內。使該制程反應室維持在約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重復20次以在該基板暴露出的單晶部份上形成外延成長的含硅層。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℃下的制程反應室內。使該制程反應室維持在約15托耳的壓力下。該基板表面是經暴露在含有流速為100sccm的硅烷、流速為3sccm的二硼烷及流速為25slm的氮氣的沉積氣體流中7秒。之后將基板暴露在含有流速為20sccm的氯氣及流速為25slm的氮氣的蝕刻氣體中10秒。沉積氣體暴露及蝕刻氣體暴露的周期是經重復50次以在該基板暴露出的單晶部份上形成外延成長的硅層。該硅外延層厚度約為1,000埃。
實例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℃下的制程反應室內。使該制程反應室維持在約15托耳的壓力下。該基板表面是經暴露在含有流速為100sccm的硅烷、流速為3sccm的鍺、流速為3sccm的二硼烷及流速為25slm的氮氣的沉積氣體流中8秒。之后將基板暴露在含有流速為20sccm的氯氣及流速為25slm的氮氣的蝕刻氣體中10秒。沉積氣體暴露及蝕刻氣體暴露的周期是經重復50次以在該基板暴露出的單晶部份上形成外延成長的含硅層。該含硅外延層厚度約為1,700埃。
實例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℃下的制程反應室內。使該制程反應室維持在約15托耳的壓力下。該基板表面是經暴露在含有流速為100sccm的硅烷、流速為3sccm的二硼烷及流速為25slm的氮氣的沉積氣體流中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的氮氣的第二沉積氣體流中7秒。之后將基板暴露在含有流速為20sccm的氯氣及流速為25slm的氮氣的蝕刻氣體中10秒。沉積氣體暴露及蝕刻氣體暴露的周期是經重復50次以在該基板暴露出的單晶部份上形成外延成長的含硅層。該含硅外延層厚度約為1,800埃。
實例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℃下的制程反應室內。使該制程反應室維持在約15托耳的壓力下。該基板表面是經暴露在含有流速為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的氮氣的沉積氣體流中8秒。之后將基板暴露在含有流速為20sccm的氯氣及流速為25slm的氮氣的蝕刻氣體中10秒。沉積氣體暴露及蝕刻氣體暴露的周期是經重復80次以在該基板暴露出的單晶部份上形成外延成長的含硅層。該含硅外延層厚度約為1,600埃。
實例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℃下的制程反應室內。使該制程反應室維持在約15托耳的壓力下。該基板表面是經暴露在含有流速為100sccm的硅烷、流速為3sccm的磷化氫及流速為25slm的氮氣的沉積氣體流中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的氮氣的沉積氣體流中7秒。之后將基板暴露在含有流速為20sccm的氯氣及流速為25slm的氮氣的蝕刻氣體中10秒。沉積氣體暴露及蝕刻氣體暴露的周期是經重復80次以在該基板暴露出的單晶部份上形成外延成長的含硅層。該含硅外延層厚度約為1,800埃。
雖然前述是針對本發(fā)明的實施例，但本發(fā)明的其他及進一步的實施例可在不背離其基本范圍下設計出，并且其范圍是由權利要求決定。
權利要求
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室內，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源和至少一第二元素來源，其選自鍺來源、碳來源或其組合物；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.如權利要求1所述的方法，其中上述的沉積周期重復至少兩次。
3.如權利要求2所述的方法，其中上述的沉積周期是經重復以形成范圍從約400埃至約1,200埃的預定厚度的含硅材料。
4.如權利要求1所述的方法，其中上述的蝕刻氣體含有氯氣和氮氣。
5.如權利要求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℃內的溫度下執(zhí)行。
6.如權利要求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.如權利要求6所述的方法，其中上述的蝕刻氣體進一步包含一種選自氮氣、氬氣、氦氣及其組合物的惰性氣體。
8.如權利要求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.如權利要求8所述的方法，其中上述的沉積氣體進一步包含一種摻質化合物。
10.如權利要求9所述的方法，其中上述的摻質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源。
11.如權利要求10所述的方法，其中上述的沉積周期在溫度約750℃或更低的制程反應室中發(fā)生。
12.如權利要求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立傳送至該制程反應室內。
13.如權利要求12所述的方法，其中上述的沉積反應室是一熱化學氣相沉積反應室。
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室內，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源和至少一第二元素來源，其選自鍺來源、碳來源或其組合物；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.如權利要求14所述的方法，其中上述的沉積周期重復至少兩次。
16.如權利要求15所述的方法，其中上述的沉積周期是經重復以形成范圍從約400埃至約1,200埃的預定厚度的含硅材料。
17.如權利要求14所述的方法，其中上述的蝕刻氣體進一步含有氮氣。
18.如權利要求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℃內的溫度下執(zhí)行。
19.如權利要求14所述的方法，其中上述的蝕刻氣體進一步包含一種選自氮氣、氬氣、氦氣及其組合物的惰性氣體。
20.如權利要求19所述的方法，其中上述的沉積氣體進一步包含一種摻質化合物。
21.如權利要求20所述的方法，其中上述的摻質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源。
22.如權利要求15所述的方法，其中上述的制程反應室在該沉積周期期間是處于約750℃或更低的溫度下。
23.如權利要求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立傳送至該制程反應室內。
24.如權利要求23所述的方法，其中上述的沉積反應室是一熱化學氣相沉積反應室。
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室內，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源和一鍺來源；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.如權利要求25所述的方法，其中上述的沉積周期是經重復以形成范圍從約400埃至約1,200埃的預定厚度的含硅材料。
27.如權利要求26所述的方法，其中上述的蝕刻氣體含有氯氣和氮氣。
28.如權利要求25所述的方法，其中上述的制程反應室在該沉積周期期間是處于約750℃或更低的溫度下。
29.如權利要求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立傳送至該制程反應室內。
30.如權利要求29所述的方法，其中上述的沉積反應室是一熱化學氣相沉積反應室。
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室內，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源和一碳來源；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.如權利要求31所述的方法，其中上述的沉積周期是經重復以形成范圍從約400埃至約1,200埃的預定厚度的含硅材料。
33.如權利要求32所述的方法，其中上述的蝕刻氣體含有氯氣和氮氣。
34.如權利要求31所述的方法，其中上述的制程反應室在該沉積周期期間是處于約750℃或更低的溫度下。
35.如權利要求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立傳送至該制程反應室內。
36.如權利要求35所述的方法，其中上述的沉積反應室是一熱化學氣相沉積反應室。
全文摘要
在一實施例中，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室內，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源和至少一第二元素來源，例如鍺來源、碳來源或兩者。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)并重復地暴露在該沉積和蝕刻氣體下，以形成該含硅材料。在一實施例中，該沉積氣體包含硅烷，而該蝕刻氣體包含氯氣和氮氣。
文檔編號H01L21/8238GK101069264SQ200580041187
公開日2007年11月7日 申請日期2005年11月28日 優(yōu)先權日2004年12月1日
發(fā)明者金億渙, 阿卡迪·V·薩蒙羅弗 申請人:應用材料股份有限公司