專利名稱：在硅外延薄膜形成時(shí)使用氯氣和/或氯化氫的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例 一般來(lái)說(shuō)有關(guān)于電子制造制程及組件的領(lǐng)域，更明確 地說(shuō)，有關(guān)于在形成電子組件時(shí)沉積含硅薄膜的方法。
背景技術(shù)：
隨著制造日益縮小的晶體管，超淺源極/漏極接面的生產(chǎn)變得越具挑戰(zhàn)性。 一般來(lái)說(shuō)，次100納米CMOS(互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體)組件需要 低于30納米的接面深度。通常使用選擇性外延沉積以在該等接面中形成含 硅材料(例如硅、鍺化硅和碳化硅)的外延層。 一般來(lái)說(shuō)，選擇性外延沉積 使外延層只成長(zhǎng)在硅溝渠(silicon moats)上而不會(huì)成長(zhǎng)在介電區(qū)域上。選擇 性外延可用在半導(dǎo)體組件中，例如升高的源極/漏極、源極/漏極延伸、 接觸插塞(contact plugs)或雙極組件的基極層沉積。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，例如既存的多晶層及/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有限的，若有的話，多晶材料的沉積。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)組件形成期間。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)，因此可省略后回火(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(junction consumption)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80CTC、 100(TC或更高。在生產(chǎn)制程期間并不偏好使用此高溫，因 為熱預(yù)算考量及可能發(fā)生的無(wú)法控制的基板表面的氮化反應(yīng)。因此，需要有一種選擇性且外延地沉積具有選擇性摻質(zhì)的硅和含硅化 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。C 或更低，并且較佳地約700'C或更低。發(fā)明內(nèi)容在本發(fā)明的第一方面中，提供一種在一基板上形成一外延薄膜的第一 方法。該第一方法包含(a)提供一基板；(b)將該基板暴露在至少一種硅來(lái)源 中，以在該基板的至少一部份上形成一外延薄膜；以及(c)將該基板暴露在 氯化氬氣體和氯氣中，以蝕刻該外延薄膜以及在步驟(b)期間形成的任何其 它薄膜。在本發(fā)明的第二方面中，提供一種在一基板上形成一外延薄膜的第二 方法。該第二方法包含(a)提供一基板；(b)將該基板暴露在一硅來(lái)源和一碳 來(lái)源中，以形成一含碳的硅外延薄膜；(c)以一封裝薄膜封裝該含碳的硅外
延薄膜；以及(d)將該基板暴露在氯氣中，以蝕刻該封裝薄膜。在本發(fā)明的第三方面中，提供一種在一基板上形成一外延薄膜的第三 方法。該第三方法包含(a)提供一基板；(b)將該基板暴露在一硅來(lái)源和一額 外元素來(lái)源中，以形成一含額外元素的硅外延薄膜；(c)以一封裝薄膜封裝 該含額外元素的硅外延薄膜；以及(d)將該基板暴露在氯氣中，以蝕刻該封 裝薄膜。根據(jù)本發(fā)明的這些及其它實(shí)施例提供多種其它方面。本發(fā)明的其它特征及方面可從如下細(xì)節(jié)說(shuō)明、所附申請(qǐng)專利范圍及附 圖而變得更加顯而易見(jiàn)。


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，筒短地在前面概述過(guò)，可以通過(guò)參考實(shí)施例來(lái)得到，其中某些在附圖 中示出。但是需要注意的是，附圖只示出本發(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)明可允許其它等效實(shí)施例。圖1是一流程圖，描述一種在此間所述的至少一實(shí)施例中選擇性地且 外延地沉積含石圭材料的制程。圖2A - 2E標(biāo)出位于一 MOSFET中的源極/漏極延伸組件的制造技術(shù) 的簡(jiǎn)要示圖。圖3A-C標(biāo)出通過(guò)應(yīng)用在此所迷的實(shí)施例的包含選擇性地且外延地 沉積的含硅層的數(shù)個(gè)組件。圖4是一流程圖，描述一種在此間所述的另一實(shí)施例中選擇性地且外 延地沉積含石圭材沖+的制程。圖5是根據(jù)本發(fā)明在硅外延薄膜形成期間運(yùn)用氯氣的第 一方法的流程圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明在硅外延薄膜形成期間運(yùn)用氯氣的第二方法的流程圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明在硅外延薄膜形成期間運(yùn)用氯氣的第三方法的流程圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明在硅外延薄膜形成期間運(yùn)用氯氣的第四方法的流程圖。圖9是根據(jù)本發(fā)明提供的一例示外延薄膜形成系統(tǒng)的方塊圖。主要組件符號(hào)說(shuō)明100、 400、 500、 600、 700、 800夕卜延制程"0、 120、 130、 140、 150、 160、 170、 410、 420、 430、 440、 450、 460、 470、 480、 490、 501、 502、 503、 504、 505、 506、 601、 602、 603、 604、 605、 606、 701、 702、 703、 704、 705、 706、 707、 801、 802、 803、 804、 805、 806 、 807、 808 步驟230、 310、 330、 908 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 900 系統(tǒng) 902 反應(yīng)室 904 基板支撐906 加熱模塊910 氣體供應(yīng)器912 排氣系統(tǒng)914 控制器916 計(jì)算機(jī)句柄具體實(shí)施方式
在硅外延薄膜中引進(jìn)碳可產(chǎn)生有利的電氣性質(zhì)，例如改善金屬氧化物 半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MOSFET)的信道的電氣特性。但是，此種有益的電氣 性質(zhì)通常在碳是取代地，而非格隙地(interstitially)，合并在硅晶格中才會(huì) 有。在約60Crc或更低的基板制程溫度下，于外延形成制程期間，大部分 的碳原子是取代地合并在硅晶格中。但在較高的基板溫度下，例如約700 。C或更高，可能產(chǎn)生顯著的格隙的碳合并。為此原因，在形成含碳硅外延薄膜時(shí)，傾向于應(yīng)用低于約7ocrc的溫度，并且更佳地，低于約60crc的 基板溫度。習(xí)知硅外延薄膜形成制程應(yīng)用氫氣、氯化氬和例如二氯硅烷的硅來(lái)源，并且在高于約700。C的基板溫度下執(zhí)行(例如，以解離氯化氫及/或該硅來(lái)源)。降低外延薄膜形成溫度的一種方法是用氯氣代替氯化氫，因?yàn)槁葰庠谳^低溫度下可以有效解離(例如，約600。C或更低)。因?yàn)闅錃夂吐葰忾g的不兼容性， 一種非氬氣的載氣，例如氮?dú)?，可與氯氣并用。同樣地，可應(yīng)用 解離溫度較低的硅來(lái)源(例如硅烷、二硅烷等)。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)使用氯氣做為硅外延薄膜形成制程的蝕刻劑氣體會(huì)使所形 成的硅外延薄膜有不佳的表面形態(tài)。雖然不希望被任何特定理論限制，但 相信氯氣會(huì)過(guò)度強(qiáng)烈地攻擊硅外延薄膜表面而造成坑洞或諸如此類者。發(fā) 現(xiàn)氯氣的使用在硅外延薄膜含有碳時(shí)是特別有問(wèn)題的。本發(fā)明提供在硅外延薄膜形成制程期間使用氯氣做為蝕刻劑氣體的方 法，其可改善外延薄膜表面形態(tài)。本發(fā)明方法可與，例如，交替氣體供應(yīng) (AGS)制程并用，其在后方參考圖1-4以及在目前申請(qǐng)中的2004年12 月1日提出申請(qǐng)的美國(guó)專利申請(qǐng)案第11/001,774號(hào)中描述(案號(hào)9618)。在某些實(shí)施例中，于下方參考圖5描述，在硅外延薄膜形成制程的蝕 刻階段期間使用氯氣和氯化氫兩者。氯化氫的存在似乎降低了氯氣的攻擊 性，即使是在微量的氯化氫可以解離的降低的基板溫度下(例如，約60CTC 或更低)。此外，在AGS制程中，可在該制程的沉積和蝕刻階段期間持續(xù) 通入氯化氫(例如，以改善表面形態(tài))，如后方參考圖6描述者。如上所注，氯氣與含碳的硅外延薄膜的并用會(huì)產(chǎn)生表面形態(tài)不佳的外 延薄膜(例如有坑洞的)。在某些實(shí)施例中，在后方參考圖7描述，任何含 碳的硅外延薄膜皆可在一蝕刻階段期間暴露于氯氣中之前先行「封裝J 。 一含碳的硅外延薄膜可以，例如，經(jīng)由在沒(méi)有碳來(lái)源下形成的硅外延薄膜 來(lái)封裝(一 「不含碳的硅外延薄膜J ),如在后方參考圖8所述者。本發(fā)明 的這些及其它實(shí)施例在后方更進(jìn)一步描述。交替氣體供應(yīng)外延薄膜形成制程目前申請(qǐng)中的2004年12月1日提出申請(qǐng)的美國(guó)專利申請(qǐng)案第 11/001 ，774號(hào)(案號(hào)9618)大體來(lái)說(shuō)提供在電子組件制造期間在一基板的單 晶表面上選擇性地且外延地沉積含硅材料的制程。將含有一單晶表面(例如 硅或鍺化硅)和至少 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)的圖案化基板暴露在一外延制程下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有限的或不形成多晶層。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種硅來(lái)源和一種載氣 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，例如非晶及/或多晶表面。隨后，將該基板暴露在蝕刻氣 體中。該蝕刻氣體包含一種載氣及一種蝕刻劑，例如氯氣或氯化氫。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該等第二表面上 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、碳化硅鍺及其摻質(zhì)變體。在AGS制程的一實(shí)例中，使用氯氣做為蝕刻劑降低整體制程溫度至低于800°C。 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。C或更低的溫度下熱 分解而沉積硅，而氯化氫需要約700。C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。C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2ocrc至30crc。此外，氯氣蝕刻含硅材料比氯化氬快速。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。氬終結(jié) 端面對(duì)外延成長(zhǎng)的反應(yīng)比棵硅表面慢很多。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?、氬氣或氦氣便宜很多。?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)80(TC，來(lái)如此地活化氮?dú)狻Ｒ虼?，在低于氮?dú)饣罨T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，r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、卣素或氫氣可并入含硅材料、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(jì)量關(guān)是表示出化學(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標(biāo)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)將圖案化的基板加載制程反應(yīng)室并將制程反應(yīng)室內(nèi)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)在該基板的非晶及/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，的 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)到預(yù)定厚度為止。在步驟110期間將一圖案化的基板加載一制程反應(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。單晶表面包含棵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'C至約1，00(TC內(nèi)的溫 度下，較佳地，從約500'C至約80CTC，并且更佳地，從約550'C至約750 'C。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，預(yù)熱該制程反應(yīng)室的較佳溫度為約75(TC或更低， 較佳地，約65(TC或更低，并且更佳地，約55(TC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從約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。該沉積氣體包含至少一種硅來(lái)源和一種載氣，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。珪來(lái)源通常以范圍從每分鐘約5標(biāo)準(zhǔn)立方公分(sccm)至約500 sccm 內(nèi)的速率供給至該制程反應(yīng)室中，較佳地，從約10 sccm至約300 sccm, 并且更佳地，從約50 sccm至約200 sccm，例如，約100 sccm。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、卣化硅烷和有機(jī)硅烷。
硅烷包舍硅烷(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(SUHw)，及其它。鹵化硅烷包含實(shí)驗(yàn)式為X'yS'lxH(2X+2-y)的化合物，其中X'-氟、氯、溴或碘，例如六氯二硅烷(Si2CI6)、四氯硅烷(SiCl4)、 二氯硅烷(Cl2SiH2)及三氯硅烷(CbSiH)。有機(jī) 硅烷包含實(shí)驗(yàn)式為RySixH(2x+2^的化合物，其中R-曱基、乙基、丙基或丁 基，例如曱基硅烷((CH3)SiH3)、 二曱基硅烷((CH3)2SiH2)、乙基硅烷 ((CH3CH2)SiH3)、曱基二石圭烷((CH3)SJ2H5)、 二甲基二石圭烷((CH3)2Si2H4) 及六甲基二硅烷((CH3)eSb)。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、 二氯珪烷和二硅烷。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?約1標(biāo)準(zhǔn)升(slm)至約100 slm,較佳地，從約5 slm至約75 slm，并且更 佳地，從約10 slm至約50 slm，例如，約25 slm。載氣可包含氮?dú)?N2)、 氫氣(H2)、氬氣、氦氣及其組合物。較傾向使用惰性載氣，并且包含氮?dú)狻?氬氣、氦氣及其組合物?？苫谕庋又瞥?00期間使用的化學(xué)前驅(qū)物及/ 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'C )制程的實(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。由氫栽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^5圭化合物，例如鍺化硅材料。通常以范圍從約0.1 sccm至約 20 sccm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0.5 sccm 至約10 sccm，并且更佳;也，從約1 sccm至約5 sccm,例如，約2 sccm?？捎脕?lái)沉積含硅化合物的鍺來(lái)源包含鍺烷(GeH》、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(Ge2He)、 三鍺烷(Ge3Hs)、以及四鍺烷(SUH^),及其它。有機(jī)鍺烷包含例如曱基鍺 烷((CHs)GeH3)、 二曱基鍺烷((CH3)2GeH2)、乙基鍺烷((CH3CH2)GeH3)、 曱基二鍺烷((CH3)Ge2H5)、 二曱基二鍺烷((CH3)2Ge2H4)及六甲基二鍺烷 ((CH3)eGe2)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30 at% 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?；蛘?，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，例如碳化硅材料。通常以范圍從約0.1 sccm 至約20 sccm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0.5 sccm至約10 sccm，并且更佳地，從約1 sccm至約5 sccm，例如，約2 sccm?？捎脕?lái)沉積含硅化合物的碳來(lái)源包含有機(jī)硅烷、烷類、乙基、丙基 和丁基的烯類及炔類。此種碳來(lái)源包含甲基硅烷((CH3)SiH3)、 二曱基硅烷 ((CH3)2SiH2)、乙基硅烷((CHsCH2)SiH3)、曱烷(CH4)、乙烯(02&)、乙炔 (C2H2)、丙烷(CsH8)、丙烯(C3He)、 丁炔(0^6)，及其它。外延層的碳濃度 范圍從約200 ppm至約5 at。/o內(nèi)，較佳地，從約1 at。/。至約3 at%,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 該外延層初始部份具有比該外延層最終部份低的碳濃度?；蛘撸稍诓襟E 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，例如在電子組件要求的受控制及預(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5x10"原子/立方公分。在另一實(shí)例中，該p型 摻質(zhì)是在從約1x10"原子/立方公分至約2.5x1021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)。 在步驟120期間，通常以范圍從約0.1 sccm至約20 sccm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0.5 sccm至約10 sccm， 并且更佳地，從約1 sccm至約5 sccm，例如，約2 sccm?？捎脕?lái)估爻為摻 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(B2He)、 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-曱基、乙基、丙基或丁基，而x-1、 2或3。烷基硼烷 包含三曱基硼烷((CH3)3B)、 二曱基硼烷((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-曱基、乙 基、丙基或丁基，而xM、 2或3。烷基磷化氬包含三曱基磷化氫((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-曱基、乙基、丙 基或丁基，X二氯或氟，而x-O、 1、 2或3。鋁和鎵摻質(zhì)來(lái)源的實(shí)例包含三 甲基鋁(MesAI)、三乙基鋁(EtsAI)、 二曱基氯化鋁(Me2AICI)、氯化鋁(AICl3)、 三甲基鎵(Me3Ga)、三乙基鎵(Et3Ga)、 二曱基氯化鎵(Me2GaCI)及氯化鎵 (GaCb)。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)物和其它污染物。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。該蝕刻氣體包含至少一種蝕刻劑和一種載氣。蝕刻劑通常以 范圍從約10 sccm至約700 sccm內(nèi)的速率提供至該制程反應(yīng)室中，較佳 地，從約50 sccm至約500 sccm，并且更佳地，從約100 sccm至約400 sccm,例如，約200 sccm。用于蝕刻氣體中的蝕刻劑可包含氯氣(Cl2)、 氯化氫(HCI)、三氯化硼(BCIs)、四氯化碳(CCl4)、三氟化氯(CIF3)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)。該栽氣的流速范圍 從約1 slm至約100 slm內(nèi)，較佳地，從約5 slm至約75 slm,并且更佳 地，從約10 slm至約50 slm,例如，約25 slm。載氣可包含氮?dú)?N。、氫 氣(H2)、氬氣、氦氣及其組合物。在某些實(shí)施例中，惰性載氣是較佳地， 并且包含氮?dú)?、氬氣、氦氣及其組合物?？苫谕庋又瞥?00期間使用的 特定前驅(qū)物及/或溫度來(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。C)。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'C至約750'C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。C至約 50(TC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)物和其它污染物。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)期厚度為止。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，如第2A-2E圖所描繪般，將源極/漏極延伸形成在 MOSFET組件中，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上的柵極236和間 隙壁234橋接。為了形成源極/漏極延伸，蝕刻并濕式清潔(wet-clean)— 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) 在蝕刻源極/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 燭刻。圖2C標(biāo)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?；蛘?，多晶層242在外延層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1 at。/。至約50 at。/。內(nèi)，較佳地約24 at。/o或更低。含有不同量的 硅和鍺的多個(gè)含鍺化硅層可經(jīng)堆棧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15 at。/o至約25 at。/o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25 at。/。至約35 at%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200 ppm至約5 at。/o內(nèi)，較佳地約3 at。/?；蚋停^佳地，從 約1 at。/。至約2 at%,例如，約1.5 at%。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1 at。/。至約50 at。/。內(nèi)， 較佳地約24 at。/?；蚋停紳舛燃s在200 ppm至約5 at%,較佳地約3 at。/o或更低，更佳地從約1 at。/。至約2 at%，例如，約1.5at0/0?？梢圆煌樞虺练e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1x10"原子/立方公分至 約2.5x10"原子/立方公分內(nèi)，較佳地，從約5x10"原子/立方公分至約 2x 102Q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5x1019 原子/立方公分至約"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1x10"原子/立方公分至約2x10"原子/立 方公分范圍內(nèi)的第二含鍺化硅層來(lái)形成。在下一個(gè)步驟期間，圖2D標(biāo)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 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)行其它半導(dǎo)體制程后(例如回火、沉積或植入)，基板可能會(huì)在沉積升 高層248前暴露在周圍環(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5 at。/。)的外延層(未示出)在將該基板暴露在周圍環(huán)境前先被沉積在外延層240上，因?yàn)榕c從以大于約5 at。/。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，其中由含硅材料組成的升高層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。/?；蚋俚逆N。在另一實(shí)例中，升高層248可具 有約2at。/?；蚋俚奶肌Ｒ部梢砸粨劫|(zhì)來(lái)?yè)诫s該升高層248,例如硼、砷、 磷、鋁或鎵。在制程的實(shí)施例內(nèi)使用含硅化合物以沉積用于雙極組件制造(例如基 極、射極、集極、射極接觸)、雙CMOS組件制造(例如基極、射極、集極、 射極接觸)和CMOS組件制造(例如信道、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)、絕緣層上珪及接觸插 捎)的含硅層。制程的其它實(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/漏極及其它用途。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，如第3A-3C圖所描繪般。第3A-3B圖標(biāo)出外延成長(zhǎng)在一 MOSFET組件上的含硅化合物。該含硅化合物是沉積在該組件的源極/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標(biāo)出沉積為凹陷的源極/漏極 層的含硅化合物，而圖3B標(biāo)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)此間方面選擇性地成長(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，例如氮化物/氧化物堆棧(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 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石圭)。在另一實(shí)施例中，圖4標(biāo)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1D0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)將圖案化的基板加載制程反應(yīng)室并將制程反應(yīng) 室的狀態(tài)調(diào)整至預(yù)定溫度的步驟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，的厚度在步驟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410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'C至約l，OOO'C內(nèi)的溫度 下，較佳地，從約500'C至約800'C,并且更佳地，從約55(TC至約750 。C。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75CTC或 更低，較佳地，約65CTC或更低，并且更佳地，約550'C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)在該等第二表面上形成一 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。該第一沉積氣體包含至少一種硅來(lái)源和一種載氣。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，在一方面中，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。在另一方面中，該第一
沉積氣體可包含一石圭來(lái)源和一第二元素來(lái)源。在又另一方面中，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5 sccm至約500 sccm內(nèi)的速率供給至該制程 反應(yīng)室中，較佳地，從約10 sccm至約300 sccm,并且更佳地，從約50 sccm至約200 sccm,例如，約100 sccm。較佳的珪來(lái)源包含珪烷、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s1 slm 至約100 slm，較佳地，從約5 slm至約75 slm,并且更佳地，從約10 slm 至約50slm,例如，約25slm。載氣可包含氮?dú)?N2)、氫氣(H2)、氬氣、 氦氣及其組合物。在某些實(shí)施例中，較傾向使用惰性載氣，并且包含氮?dú)狻?氬氣、氦氣及其組合物。較佳地，外延制程400期間使用的載氣是氮?dú)猓?因?yàn)樯厦嫠懻摰脑颉Ｔ诓襟E430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)物和其它污染物。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?；蛘撸鑱?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420期間沉積的含硅化合物的成長(zhǎng)。該等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0.1 sccm至約20 sccm內(nèi)的速率供給至該制程反應(yīng)室 中，較佳地，從約0.5 sccm至約10 sccm,并且更佳地，從約1 sccm至 約5 sccm,例如，約2 sccm。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)物和其它污染物。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。該蝕刻氣體包含至少一種蝕刻劑和一種載氣。蝕刻劑通常以 范圍從約10 sccm至約700 sccm內(nèi)的速率提供至該制程反應(yīng)室中，較佳 地，從約50 sccm至約500 sccm，并且更佳地，從約100 sccm至約400 sccm,例如，約200 sccm。用于蝕刻氣體中的蝕刻劑可包含氯氣(Cl2)、 氯化氫(HCI)、三氯化硼(BCb)、四氯化碳(CCl4)、三氟化氯(CIF3)及其組合 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1 slm至約100 slm內(nèi)，較佳地，從約5 slm至約75 slm，并且更佳 地，從約10 slm至約50 slm，例如，約25 slm。載氣可包含氮?dú)?N2)、氬 氣(H2)、氬氣、氦氣及其組合物。在某些實(shí)施例中，惰性栽氣是較佳地， 并且包含氮?dú)?、氬氣、氦氣及其組合物?？苫谕庋又瞥?00期間使用的 特定前驅(qū)物及/或溫度來(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 不同的栽氣。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〈80(TC)。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50(TC至約750。C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)物和其它污染物。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)期厚度為止。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，從約一個(gè)原子層至約500埃的厚度范圍。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，在其它實(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 S^10O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，由在此所述制程沉積的含硅化合物包含濃度范圍從約 0 at。/。至約95 at。/。內(nèi)的鍺。在另一實(shí)施例中，鍺濃度是在從約1 at。/o至約 30 at。/。范圍內(nèi)，較佳地，從約15 at。/。至約30 at%，例如，約20 at%。含 硅化合物也包含濃度范圍從約Oat。/o至約5at。/。內(nèi)的碳。在其它方面中，碳 濃度是在從約200 ppm至約3 at。/o范圍內(nèi)，較佳地約1.5 at%。
具有鍺及/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
美國(guó)專利第6,770,134和美國(guó)專利申請(qǐng)案第10/014,466號(hào)，公開(kāi)為美國(guó)專 利公開(kāi)號(hào)第20020174827號(hào)中揭示，兩者皆讓渡予應(yīng)用材料公司，并且在 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組件可包含PMOS構(gòu)件或NMOS 構(gòu)件。該P(yáng)MOS構(gòu)件，具有一 p型信道，具有負(fù)責(zé)信道傳導(dǎo)(channel conduction)的電洞，而該NMOS構(gòu)件，具有一 n型信道，具有負(fù)責(zé)信道 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，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)?鍺化硅的晶格常數(shù)比硅大。該壓應(yīng)力在橫向尺寸上轉(zhuǎn)移以在PMOS信道中 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，碳化硅可用于該 等凹陷區(qū)域中以在該信道中產(chǎn)生張應(yīng)力，因?yàn)樘蓟璧木Ц癯?shù)比硅小。 該張應(yīng)力轉(zhuǎn)移至該信道內(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?；瘜W(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?；瘜W(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)、熱鴒絲CVD(HWCVD)、減壓CVD(RP-CVD)、超高真空 CVD(UHV-CVD)及其它。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、其摻雜的變體及其組合物。
本發(fā)明的制程可在ALE、 CVD和ALD技藝中已知的設(shè)備內(nèi)執(zhí)行。該 設(shè)備可含有多個(gè)氣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，使該等氣體與加熱的基板接觸，含硅化合物薄膜在其上成長(zhǎng)。 可用來(lái)沉積含硅薄膜的硬件包含可從加州圣塔克拉拉的應(yīng)用材料公司取得 的Epi Centura⑧系統(tǒng)和Poly Gen⑧系統(tǒng)。 一種ALD設(shè)備在2001年12月 21日提出申請(qǐng)的讓渡予應(yīng)用材料公司的標(biāo)題為r ALD的氣體輸送設(shè)備及方 法J的美國(guó)專利申請(qǐng)案第10/032,284號(hào)中揭示，其是經(jīng)公開(kāi)為美國(guó)專利公 開(kāi)號(hào)第20030079686號(hào)，并且在此通過(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，如技藝中已知者。
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55(TC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100 sccm的硅烷及流速為25 slm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20 sccm的氯氣及 流速為25 slm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。C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100 sccm的硅烷、流速為3 sccm 的鍺及流速為25 slm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20 sccm的氯氣及流速為25 slm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。C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100 sccm的硅烷及流速為25 slm 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5 sccm 的鍺及流速為25 slm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20 sccm的氯氣及流速為25 slm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'C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100 sccm的珪烷、流速為1 sccm 的曱基硅烷及流速為25 slm的氮?dú)獾某练e氣體流中8秒。將基板暴露在含 有流速為20 sccm的氯氣及流速為25 slm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55CTC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100 sccm的硅烷及流速為25 slm 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5 sccm 的曱基硅烷及流速為25 slm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20 sccm的氯氣及流速為25 slm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°C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100 sccm的硅烷及流速為25 slm的 氬氣的沉積氣體流中7秒。將基板暴露在含有流速為200 sccm的氯化氫 及流速為25 slm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。C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100 sccm的硅烷、流速為3
sccm的鍺及流速為25 slm的氫氣的沉積氣體流中8秒。將基板暴露在含 有流速為200 sccm的氯化氫及流速為25 slm的氬氣的蝕刻氣體中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 °C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100 sccm的硅烷及流速為25 slm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5 sccm 的鍺及流速為25 slm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200 sccm的氯化氫及流速為25 slm的氬氣的蝕刻氣體中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。C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100 sccm的硅烷、流速為1 sccm的曱基硅烷及流速為25 slm的氫氣的沉積氣體流中8秒。將基板暴 露在含有流速為200 sccm的氯化氫及流速為25 slm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°C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100 sccm的珪烷及流速為25 slm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5 sccm
的鍺及流速為25 slm的氬氣的第二沉積氣體流中7秒。將基板暴露在含有 流速為200 sccm的氯化氫及流速為25 slm的氬氣的蝕刻氣體中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°C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100 sccm的硅烷、流速為3 sccm的二硼烷及流速為25 slm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20 sccm的氯氣及流速為25 slm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 °C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100 sccm的硅烷、流速 為3 sccm的鍺、流速為3 sccm的二硼烷及流速為25 slm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20 sccm的氯氣及流速為25 slm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 °C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100 sccm的硅烷、流速
為3 sccm的二硼烷及流速為25 slm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5 sccm的鍺及流速為25 slm的氮?dú)獾牡诙?沉積氣體流中7秒。之后將基板暴露在含有流速為20 sccm的氯氣及流速 為25 slm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°C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100 sccm的珪烷、流速 為1 sccm的甲基硅烷、流速為3 sccm的磷化氫及流速為25 slm的氮?dú)?的沉積氣體流中8秒。之后將基板暴露在含有流速為20 sccm的氯氣及流 速為25 slm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'C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100 sccm的硅烷、流速 為3 sccm的磷化氫及流速為25 slm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5 sccm的曱基硅烷及流速為25 slm的氮?dú)?的沉積氣體流中7秒。之后將基板暴露在含有流速為20 sccm的氯氣及流 速為25 slm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。
以氯化氫氣體和/或氯氣來(lái)外延生成硅膜的方法
如上所注，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)使用氯氣做為硅外延薄膜形成制程的蝕刻劑氣 體會(huì)導(dǎo)致所形成硅外延薄膜有不佳的表面形態(tài)。雖然不希望被任何特定理 論限制，但咸信氯氣會(huì)過(guò)度強(qiáng)烈地攻擊硅外延薄膜表面而造成坑洞或諸如 此類者。發(fā)現(xiàn)氯氣的使用在硅外延薄膜含有碳時(shí)是特別有問(wèn)題的。
在本發(fā)明的 一 實(shí)施例中，在硅外延薄膜形成制程的蝕刻階段期間使用 氯氣和氯化氬兩者。氯化氫的存在似乎降低了氯氣的攻擊性，即使是在微
量的氯化氫可以解離的降低的基板溫度下(例如，約600。C或更低)。此外， 在AGS制程期間，可在該制程的沉積和蝕刻階段期間持續(xù)通入氯化氫(例 如，以改善表面形態(tài))。
圖5是在硅外延薄膜形成期間使用氯氣的第一方法500的流程圖。參 見(jiàn)圖5，該方法500以步驟501開(kāi)始。在步驟502中，將一基板置于適于 形成外延薄膜的制程反應(yīng)室(未示出)中。該制程反應(yīng)室可包含任何適于在 一或多個(gè)基板上形成外延薄膜的習(xí)知外延薄膜反應(yīng)室。 一例示外延薄膜反 應(yīng)室可在能從位于加州圣塔克拉拉的應(yīng)用材料公司取得的Epi Centura⑥系 統(tǒng)和Poly Gen⑥系統(tǒng)中找到，雖然也可使用其它外延薄膜反應(yīng)室及/或系 統(tǒng)。
在置入該制程反應(yīng)室中后，將基板加熱至預(yù)期基板及/或制程溫度。 在本發(fā)明的至少一實(shí)施例中，可使用低于約70(TC的基板及/或制程溫度， 以改善碳在該制程反應(yīng)室內(nèi)形成的任何硅外延層中的并入。在一特定實(shí)施 例中，可使用范圍介于約550至650。C的基板及/或制程溫度，而在又另 一實(shí)施例中，可使用低于約60(TC的基板及/或制程溫度?？墒褂闷渌?板及/或制程溫度，包含高于70(TC的基板及/或制程溫度。
達(dá)到預(yù)期基板及/或制程溫度后，在步驟503中，將該基板暴露在至 少一種硅來(lái)源中，以在該基板上形成一硅外延薄膜。例如，可將該基板暴 露在例如硅烷的硅來(lái)源、例如氮?dú)獾妮d氣、例如磷或硼或諸如此類者的摻 質(zhì)來(lái)源中?？墒褂萌魏纹渌m合的硅來(lái)源、載氣、摻質(zhì)來(lái)源、或其它氣體， 例如碳來(lái)源、鍺來(lái)源或如前所述的任何氣體。在外延薄膜形成制程期間，
一外延層可形成在該基板的任何單晶表面上，而一多晶層可形成在存在于 該基板上的任何多晶層及/或任何非晶層上(如前所迷者)。
在步驟504中，將該基板暴露在氯化氫和氯氣中，以蝕刻在步驟503 期間形成在該基板上的硅外延薄膜及/或任何其它薄膜(例如形成在存在 于該基板上的多晶或非晶層上的多晶硅)。注意到形成在該基板的單晶表面 上的外延薄膜的蝕刻比在步驟503期間形成的任何其它薄膜都要慢。
蝕刻期間氯化氫的存在可降低氯氣的攻擊性，即使是在微量的氯化氫 可以解離的降低的基板及/或制程溫度下(例如，約60CTC或更低)。在至少 一實(shí)施例中，可使用流速基本上較大，與氯氣相比，的氯化氫。例如，在 至少一實(shí)施例中，可使用流速大約是氯氣流速的6至10倍的氯化氬(雖然 可使用較大或較小的氯化氫/氯氣比例)。在一特定實(shí)施例中，可使用流速 約300 sccm的IU匕氛、流速約30 — 50 sccm的氣氣以及流速約10 — 50 slm的氮載氣(例如，約20-25 slm)。可使用其它流速/比例。
在蝕刻后，可清潔該制程反應(yīng)室(例如，以氮?dú)饧?或另一種惰性氣體， 持續(xù)約20秒或其它適合的時(shí)間)，以從該反應(yīng)室除去任何氯氣及/或任何 其它不想要的物種/副產(chǎn)物。之后，在步驟505中，決定形成在該基板上 的外延薄膜是否具有預(yù)期厚度。例如，可測(cè)量或根據(jù)制程時(shí)間及/或在步 驟503及/或504期間使用的其它參數(shù)來(lái)估計(jì)該外延薄膜厚度。若該薄膜 具有預(yù)期厚度，則該方法500在步驟506終止；否則，該方法500回到步 驟503并在該基板上執(zhí)行額外的沉積(步驟503)和蝕刻步驟(504)。步驟503 和504可以重復(fù)直到達(dá)到預(yù)期膜厚為止。
通過(guò)在步驟504期間使用氯化氫和氯氣兩者，使用氯氣做為主要蝕刻 劑的益處(例如低基板及/或制程溫度制程，較佳的碳并入等)可以在不降 低在方法500期間形成的外延薄膜的表面形態(tài)品質(zhì)下實(shí)現(xiàn)。
圖6是在硅外延薄膜形成期間使用氯氣的第二方法600的流程圖。參 見(jiàn)圖6，該方法600以步驟601開(kāi)始。在步驟602中，將一基板置于適于 形成外延薄膜的制程反應(yīng)室(未示出)中。該制程反應(yīng)室可包含任何適于在 一或多個(gè)基板上形成外延薄膜的習(xí)知外延薄膜反應(yīng)室。 一例示外延薄膜反
應(yīng)室可在能從位于加州圣塔克拉拉的應(yīng)用材料公司取得的Epi Centura⑥系 統(tǒng)和Poly Gen⑥系統(tǒng)中找到，雖然也可使用其它外延薄膜反應(yīng)室及/或系 統(tǒng)。
在置入該制程反應(yīng)室中后，將基板加熱至預(yù)期基板及/或制程溫度。 在本發(fā)明的至少 一 實(shí)施例中，可使用低于約700。C的基板及/或制程溫度， 以改善碳在該制程反應(yīng)室內(nèi)形成的任何硅外延層中的并入。在一特定實(shí)施 例中，可使用范圍介于約550至65CTC的基板及/或制程溫度，而在又另 一實(shí)施例中，可使用低于約60(TC的基板及/或制程溫度。可使用其它基 板及/或制程溫度，包含高于700°C的基板及/或制程溫度。
達(dá)到預(yù)期基板及/或制程溫度后，在步驟603中，將該基板暴露在至 少一種硅來(lái)源及氯化氫中，以在該基板上形成一硅外延薄膜。例如，可將 該基板暴露在例如硅烷或二硅烷的硅來(lái)源、氯化氫、以及例如氮?dú)獾妮d氣 中。也可使用例如磷或硼的摻質(zhì)來(lái)源、碳來(lái)源、鍺來(lái)源或諸如此類者(如可 使用任何其它適合來(lái)源及/或氣體般)。在外延薄膜形成制程期間， 一外延 層可形成在該基板的任何單晶表面上，而一多晶層可形成在存在于該基板 上的任何多晶層及/或任何非晶層上(如前所述者)。硅外延薄膜形成期間 氯化氫的存在可增強(qiáng)硅外延薄膜沉積相對(duì)于形成在該基板上的任何其它薄 膜(例如多晶層)的選擇性，并且可改善外延薄膜表面形態(tài)。
在至少一實(shí)施例中，可使用流速約300 sccm的氯化氫，連同流速約 50- 150 sccm的硅烷的硅來(lái)源(或流速約10-40 sccm的二硅烷)，以及流 速約10 sm卜50 slm的氮載氣(例如，約20-25 slm)?？墒褂幂^大或較小 的氯化氫、硅來(lái)源及/或載氣流速。
在步驟604中，將該基板暴露在氯化氬和氯氣中，以蝕刻在步驟603 期間形成在該基板上的外延薄膜及/或任何其它薄膜(例如形成在存在于 該基板上的多晶或非晶層上的多晶硅)。注意到形成在該基板的單晶表面上 的外延薄膜的蝕刻比在步驟603期間形成的任何其它薄膜都要慢。如上所 注，氯化氫的存在可降低氯氣的攻擊性，即使是在微量的氯化氫可以解離 的降低的基板及/或制程溫度下(例如，約60(TC或更低)。
在至少一實(shí)施例中，可使用流速基本上較大，與氯氣相比，的氯化氫。 例如，在至少一實(shí)施例中，可使用流速大約是氯氣流速的6至10倍的氯化 氫(雖然可使用較大或較小的氯化氬/氯氣比例)。在一特定實(shí)施例中，可
使用流速約300 sccm的氯化氫、流速約30 - 50 sccm的氯氣以及流速約 20至25 slm的氮載氣(雖然可使用其它流速)。
在蝕刻后，可清潔該制程反應(yīng)室(例如，以氮?dú)饧?或另 一種惰性氣體， 持續(xù)約20秒或其它適合的時(shí)間)，以從該反應(yīng)室除去任何氯氣及/或任何 其它不想要的物種/副產(chǎn)物。之后，在步驟605中，決定形成在該基板上 的外延薄膜是否具有預(yù)期厚度。例如，可測(cè)量或根據(jù)制程時(shí)間及/或在步 驟603及/或604期間使用的其它參數(shù)來(lái)估計(jì)該外延薄膜厚度。若該薄膜 具有預(yù)期厚度，則該方法600在步驟606終止；否則，該方法600回到步 驟603并在該基板上執(zhí)行額外的沉積步驟(步驟603)和蝕刻步驟(604)。步 驟603和604可以重復(fù)直到達(dá)到預(yù)期膜厚為止。
如上所注，通過(guò)在步驟604期間使用氯化氫和氯氣兩者，使用氯氣做 為主要蝕刻劑的益處(例如低基板及/或制程溫度制程，較佳的碳并入等) 可以在不降低在方法600期間形成的外延薄膜的表面形態(tài)品質(zhì)下實(shí)現(xiàn)。此 外，在步驟603期間使用氯化氫可輔助硅外延薄膜的形成，相對(duì)于在該基 板上的任何其它薄膜的形成?？稍诓襟E603和604中使用相同或不同的氯 化氬流速。
圖7是在硅外延薄膜形成期間使用氯氣的第三方法700的流程圖。參 見(jiàn)圖7,該方法700以步驟701開(kāi)始。在步驟702中，將一基板置于適于 形成外延薄膜的制程反應(yīng)室(未示出)中。該制程反應(yīng)室可包含任何適于在 一或多個(gè)基板上形成外延薄膜的習(xí)知外延薄膜反應(yīng)室。 一例示外延薄膜反 應(yīng)室可在能從位于加州圣塔克拉拉的應(yīng)用材料公司取得的Epi Centura⑤系 統(tǒng)和Poly Gen⑥系統(tǒng)中找到，雖然也可使用其它外延薄膜反應(yīng)室及/或系 統(tǒng)。
在置入該制程反應(yīng)室中后，將基板加熱至預(yù)期基板及/或制程溫度。 在本發(fā)明的至少一實(shí)施例中，可使用低于約70(TC的基板及/或制程溫度，
以改善碳在該制程反應(yīng)室內(nèi)形成的任何石圭外延層中的并入。在 一特定實(shí)施
例中，可使用范圍介于約550至65(TC的基板及/或制程溫度，而在又另 一實(shí)施例中，可使用低于約60(TC的基板及/或制程溫度。可使用其它基 板及/或制程溫度，包含高于70(TC的基板及/或制程溫度。
達(dá)到預(yù)期基板及/或制程溫度后，在步驟703中，將該基板暴露在至 少一種硅來(lái)源及一種碳來(lái)源中，以在該基板上形成一含碳的硅外延薄膜。 例如，可將該基板暴露在例如硅烷或二硅烷的硅來(lái)源、例如曱烷的碳來(lái)源、 例如氮?dú)獾妮d氣中，或是諸如此類者。也可使用例如磷或硼的摻質(zhì)來(lái)源、 鍺來(lái)源或諸如此類者(如可使用任何其它適合來(lái)源及/或氣體般)。在外延 薄膜形成制程期間， 一外延層可形成在該基板的任何單晶表面上，而一多 晶層可形成在存在于該基板上的任何多晶層及/或任何非晶層上(如前所 述者)。
在至少一實(shí)施例中，可使用流速約1 - 5 sccm的曱烷的碳來(lái)源，連同 流速約50- 150 sccm的硅烷的硅來(lái)源(或流速約10-40 sccm的二硅烷)， 以及流速約20-25 slm的氮載氣(雖然可使用較大或較小的碳來(lái)源、硅來(lái) 源及/或載氣流速)。若需要的話也可通入氯化氫。
該含碳的外延薄膜可具有，例如，約10至約1600埃的厚度，雖然也 可使用其它厚度。例如，可使用約1秒至約300秒的沉積時(shí)間，并且在一 或多個(gè)實(shí)施例中約10秒。
在步驟704中，以一封裝薄膜來(lái)封裝該含碳的硅外延薄膜。例如，可 通過(guò)將該基板暴露在例如硅烷或二硅烷的硅來(lái)源以及例如氮?dú)獾妮d氣中或 諸如此類者，以在該含碳的硅外延薄膜上形成一硅外延薄膜(不具有碳來(lái)源) 來(lái)形成該封裝薄膜?？墒褂门c步驟703的基板及/或制程溫度相似或不同 的基板及/或制程溫度。位于該含碳的硅外延薄膜上的封裝薄膜的存在可 降低氯氣和該含碳的硅外延薄膜中的碳(及/或氬氣)的反應(yīng)(在蝕刻期間)， 并改善表面形態(tài)。例如，因?yàn)樵S多碳來(lái)源富含氫，暴露在碳來(lái)源中的硅表 面可能會(huì)顯著地氫終結(jié)。此種氫終結(jié)端面可能在蝕刻期間與氯氣有不佳的
反應(yīng)。
在至少一實(shí)施例中，可使用一硅外延薄膜來(lái)做為該封裝薄膜，并且可
通過(guò)通入流速約50- 150 sccm的硅烷的硅來(lái)源(或流速約10-40 sccm的 二硅烷)，以及流速約20-25 slm的氮載氣來(lái)形成(雖然可使用較大或較小 的硅來(lái)源及/或載氣流速)。也可如前面參考圖6所述般通入氯化氫。
該第一硅外延薄膜可具有約2埃至約500埃的厚度，雖然也可使用其 它厚度。例如，可使用約1秒至約100秒的沉積時(shí)間，并且在一或多個(gè)實(shí) 施例中約5秒。
在步驟705中，將該基板暴露在氯氣中，以蝕刻該封裝薄膜及/或在 步驟704期間形成的任何其它薄膜(例如形成在存在于該基板上的多晶及 /或非晶層上的多晶硅或形成在該含碳的硅外延薄膜上的單晶硅)。例如， 在至少一實(shí)施例中，可將該基一反暴露在流速約30 - 50 sccm的氯氣以及流 速約20-25 slm的氮載氣中(雖然可使用較大或較小的氯氣及/或氮載氣 流速)。也可如前面參考圖6所述般通入氯化氫。也可使用其它蝕刻劑及/ 或載氣。
在蝕刻后，可清潔該制程反應(yīng)室(例如，以氮?dú)饧?或另 一種惰性氣體， 持續(xù)約20秒或其它適合的時(shí)間)，以從該反應(yīng)室除去任何氯氣及/或任何 其它不想要的物種/副產(chǎn)物。之后，在步驟706中，決定形成在該基板上 的外延薄膜是否具有預(yù)期厚度。例如，可測(cè)量或根據(jù)制程時(shí)間及/或在步 驟703及/或704及/或705期間使用的其它參數(shù)來(lái)估計(jì)該外延薄膜厚 度。若該薄膜具有預(yù)期厚度，則該方法700在步驟707終止；否則，該方 法700回到步驟703，并在該基板上執(zhí)行額外的沉積步驟(步驟703)、封裝 步驟(步驟704)和蝕刻步驟(705)。步驟703、 704及/或705可以重復(fù)直 到達(dá)到預(yù)期膜厚為止。
圖8是在硅外延薄膜形成期間使用氯氣的第四方法800的流程圖。參 見(jiàn)圖8，該方法800以步驟801開(kāi)始。在步驟802中，將一基板置于適于 形成外延薄膜的制程反應(yīng)室(未示出)中。該制程反應(yīng)室可包含任何適于在
一或多個(gè)基板上形成外延薄膜的習(xí)知外延薄膜反應(yīng)室。 一例示外延薄膜反
應(yīng)室可在能從位于加州圣塔克拉拉的應(yīng)用材料公司取得的Epi Centura⑥系 統(tǒng)和Poly Gen⑥系統(tǒng)中找到，雖然也可使用其它外延薄膜反應(yīng)室及/或系 統(tǒng)。
在置入該制程反應(yīng)室中后，將基板加熱至預(yù)期基板及/或制程溫度。 在本發(fā)明的至少一實(shí)施例中，可使用低于約70(TC的基板及/或制程溫度， 以改善碳在該制程反應(yīng)室內(nèi)形成的任何硅外延層中的并入。在一特定實(shí)施 例中，可使用范圍介于約550至650"的基板及/或制程溫度，而在又另 一實(shí)施例中，可使用低于約60(TC的基板及/或制程溫度。可使用其它基 板及/或制程溫度，包含高于700。C的基板及/或制程溫度。
達(dá)到預(yù)期基板及/或制程溫度后，在步驟803中，將該基板暴露在至 少一種硅來(lái)源中(沒(méi)有碳來(lái)源)，以在該基板上形成第一硅外延薄膜。例如， 可將該基板暴露在例如硅烷或二硅烷的硅來(lái)源、以及例如氮?dú)獾妮d氣中。 也可使用例如磷或硼的摻質(zhì)來(lái)源、鍺來(lái)源或諸如此類者(如可使用任何其它 適合來(lái)源及/或氣體般)。在外延薄膜形成制程期間， 一外延層可形成在該 基板的任何單晶表面上，而一多晶層可形成在存在于該基板上的任何多晶 層及/或任何非晶層上(如前所述者)。也可如前面參考圖6所述般通入氯 化氫。
該第一硅外延薄膜可通過(guò)，例如，通入流速約50- 150 sccm的硅烷 的石圭來(lái)源(或流速約10 - 40 sccm的二,圭烷)，以及流速約20 - 25 slm的氮 載氣來(lái)形成(雖然可使用較大或較小的硅來(lái)源及/或載氣流速)。也可如前 面參考圖6所述般通入氯化氫。
在至少一實(shí)施例中，該第一硅外延薄膜可具有約2埃至約100埃的厚 度，雖然也可使用其它厚度。例如，可使用約1秒至約100秒的沉積時(shí)間， 并且在一或多個(gè)實(shí)施例中約5秒。
在形成該第一硅外延薄膜后，在步驟804中，將該基板暴露在至少一 種硅來(lái)源及一種碳來(lái)源中，以在該基板上的該第一硅外延薄膜上方形成一
含碳的硅外延薄膜。例如，可將該基板暴露在例如硅烷或二硅烷的硅來(lái)源、 例如曱烷的碳來(lái)源、以及例如氮?dú)獾妮d氣中。也可使用例如磷或硼的摻質(zhì) 來(lái)源、鍺來(lái)源或諸如此類者(如可使用任何其它適合來(lái)源及/或氣體般)。 在外延薄膜形成制程期間， 一含碳的外延層可形成在該基板的任何單晶表 面上，而 一 多晶層可形成在存在于該基板上的任何多晶層及/或任何非晶 層上(如前所述者)。
在至少一實(shí)施例中，可使用流速約1 - 5 sccm的曱烷的碳來(lái)源，連同 流速約50- 150 sccm的硅烷的硅來(lái)源(或約10-40 sccm的二硅烷)，以 及流速約20-25 slm的氮載氣(雖然可使用較大或較小的硅來(lái)源及/或載 氣流速)。若需要的話也可通入氯化氫。
該含碳的外延薄膜可具有，例如，約2埃至約100埃的厚度，雖然也 可使用其它厚度。例如，可使用約1秒至約50秒的沉積時(shí)間，并且在一或 多個(gè)實(shí)施例中約10秒。
在形成該舍碳的硅外延薄膜后，在步驟805中，將該基板暴露在至少 一種硅來(lái)源中(沒(méi)有碳來(lái)源)，以在該基板上的該含碳的硅外延薄膜上方形 成第二硅外延薄膜。例如，可將該基板暴露在例如硅烷或二硅烷的硅來(lái)源、 以及例如氮?dú)獾妮d氣中。也可使用例如磷或硼的摻質(zhì)來(lái)源、鍺來(lái)源或諸如
此類者(如可使用任何其它適合來(lái)源及/或氣體般)。位于該含碳的硅外延 薄膜上的第二硅外延薄膜的存在可降低氯氣和該含碳的硅外延薄膜中的碳
(及/或氫氣)的反應(yīng)(在步驟804期間形成)。也可如前面參考圖6所述般通 入氯化氫。
該第二硅外延薄膜可通過(guò)，例如，通入流速約50- 150 sccm的硅烷 的石圭來(lái)源(或流速約10-40 sccm的二硅烷)，以及流速約20 - 25 slm的氮 載氣來(lái)形成(雖然可使用較大或較小的硅來(lái)源及/或載氣流速)。也可如前 面參考圖6所述般通入氯化氫。
在至少一實(shí)施例中，該第二硅外延薄膜可具有約2埃至約100埃的厚 度，雖然也可使用其它厚度。例如，可使用約1秒至約100秒的沉積時(shí)間，
并且在一或多個(gè)實(shí)施例中約5秒。
在步驟806中，將該基板暴露在氯氣中，以蝕刻至少該第二硅外延薄 膜，及/或在步驟805期間形成的任何其它薄膜(例如形成在存在于該基板 上的多晶及/或非晶層上的多晶硅及/或形成在該含碳的硅外延薄膜上的 單晶硅)。例如，在至少一實(shí)施例中，可將該基板暴露在流速約30 - 50 sccm 的氯氣以及流速約20 slm的氮載氣中(雖然可使用較大或較小的氯氣及/ 或氮載氣流速)。也可如前面參考圖6所述般通入氯化氫。
在蝕刻后，可清潔該制程反應(yīng)室(例如，以氮?dú)饧?或另一種惰性氣體， 持續(xù)約20秒或其它適合的時(shí)間)，以從該反應(yīng)室除去任何氯氣及/或任何 其它不想要的物種/副產(chǎn)物。之后，在步驟807中，決定形成在該基板上 的外延薄膜是否具有預(yù)期厚度。例如，可測(cè)量或根據(jù)制程時(shí)間及/或在步
延薄膜厚度。若該薄膜具有預(yù)期厚度，則該方法800在步驟808終止；否 則，該方法800回到步驟803，并在該基板上執(zhí)行額外的沉積步驟(步驟 803-805)，以及額外的蝕刻步驟(806)。步驟803、 804、 805及/或806 可以重復(fù)直到達(dá)到預(yù)期膜厚為止。
也可使用(第7和8圖的)方法700及/或800來(lái)封裝其它類型的硅外 延薄膜(除了含碳的外延薄膜外)。例如，可在步驟703(圖7)或步驟804(圖 8)期間使用例如鍺、硼、磷或諸如此類者的來(lái)源的額外的元素來(lái)源，以形 成含額外元素的硅外延薄膜。然后可在步驟704或步驟805期間以與參考 第7和8圖所述者相似的方法來(lái)封裝該含額外元素的硅外延薄膜(例如，以 避免該含額外元素的硅外延薄膜在步驟705或步驟806期間暴露在氯氣 中)。
圖9是根據(jù)本發(fā)明提供的一例示外延薄膜形成系統(tǒng)900的方塊圖。參 見(jiàn)圖9，該系統(tǒng)900包含一外延反應(yīng)室902，其包含一基板支撐904及至 少一加熱模塊906。該基板支撐904是適于在外延薄膜形成期間在該外延 反應(yīng)室902中支撐一基板908;而該加熱模塊906是適于在外延薄膜形成 期間在該外延反應(yīng)室902中加熱該基板908?？墒褂枚嘤谝粋€(gè)加熱模塊， 及/或其它加熱模塊位置。該加熱模塊906可包含，例如， 一燈數(shù)組(lamp a rray )或任何其它適合的加熱來(lái)源及/或組件。
該系統(tǒng)900也包含與該外延反應(yīng)室902連接的氣體供應(yīng)器910以及排 氣系統(tǒng)912，以及與該外延反應(yīng)室902、該氣體供應(yīng)器910及/或該排氣 系統(tǒng)912連接的控制器914。該氣體供應(yīng)器910可包含任何來(lái)源、載氣、 蝕刻劑、摻質(zhì)或該外延反應(yīng)室902使用的其它氣體的來(lái)源及/或輸送系統(tǒng)。 該排氣系統(tǒng)912可包含任何適于從該反應(yīng)室902排放廢氣、反應(yīng)產(chǎn)物、或 諸如此類者的系統(tǒng)，并且可包含一或多個(gè)真空幫浦。
該控制器914可包含一或多個(gè)微處理器及/或微控制器，專用硬件、 其組合等，其可用來(lái)控制該外延反應(yīng)室902、該氣體供應(yīng)器910及/或該 排氣系統(tǒng)912的操作。在至少一實(shí)施例中，該控制器914可適于運(yùn)用計(jì)算 機(jī)句柄916來(lái)控制該系統(tǒng)900的操作。例如，該控制器914可執(zhí)行或者啟 始在此所述的任何方法/制程的一或多個(gè)步驟，包含第5-8圖的方法500、 600、 700和800。執(zhí)行及/或啟始此類步驟的任何計(jì)算機(jī)程序碼可經(jīng)實(shí)施 為 一計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。在此所述的每一個(gè)計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品皆可由 一計(jì)算機(jī) 可讀取的々某體承載(例如，載波訊號(hào)(carrier wave signal)、軟盤、光盤、DVD、 硬盤、隨機(jī)存取內(nèi)存等)。
根據(jù)本發(fā)明的使用氯氣和氯化氫兩者可在一選擇性含硅沉積制程期間 運(yùn)用，例如并流制程(co-flow process)(例如沉積和蝕刻反應(yīng)同時(shí)發(fā)生的選 擇性外延制程)。此外，根據(jù)本發(fā)明的使用氯氣和氯化氫兩者可透過(guò)硅蝕刻 來(lái)處理含硅薄膜表面或形成金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MOSFET)組件 的源極/漏極凹陷區(qū)域。可受惠于根據(jù)本發(fā)明的合并氯氣/氯化氫流的例 示表面處理制程及/或形成MOSFET的源極/漏極凹陷區(qū)域的制程在 2005年1月31日提出申請(qǐng)的美國(guó)專利申請(qǐng)案第11/047,323號(hào)中描述(案 號(hào)9793),其在此通過(guò)引用其全文的方式并入本文中。在AGS制程期間， 可以不同溫度執(zhí)行蝕刻及沉積步驟。例如，沉積溫度可比蝕刻溫度低，以
增加取代的碳的并入。在一特定實(shí)施例中，可在沉積期間使用約65CTC或
更低的基板溫度，而在蝕刻期間使用高于約65CTC的基板溫度。雖然前述
是針對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例，但本發(fā)明的其它及進(jìn)一步的實(shí)施例可在不背離其 基本范圍下設(shè)計(jì)出，并且其范圍是由下述權(quán)利要求決定。
權(quán)利要求
1.一種在一基板上形成一外延薄膜的方法，其至少包含(a)提供一基板；(b)將該基板暴露在至少一種硅來(lái)源中，以在該基板的至少一部份上形成一外延薄膜；以及(c)將該基板暴露在氯化氫氣體和氯氣中，以蝕刻該外延薄膜以及在步驟(b)期間形成的任何其它薄膜。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包含重復(fù)步驟(b)和(c)至少一次。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包含在步驟(b)期間將該基板暴露 在一額外的元素來(lái)源中。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中上述的額外的元素來(lái)源包含一碳來(lái)源。
5. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中上述的額外的元素來(lái)源包含一鍺來(lái)源。
6. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中上述的額外的元素來(lái)源包含一硼或 磷來(lái)源。
7. 如權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)一步包含至少在步驟(b)期間使用約 550至65(TC的基板溫度。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包含至少在步驟(b)期間使用低于約60crc的基板溫度。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包含在步驟(b)期間通入氯化氫。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包含在步驟(b)及(c)期間使用基 本上相同的氯化氫流速。
11. 如權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包含在步驟(c)期間使用約為氯 氣流速的6至10倍的氯化氫流速。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包含至少在步驟(b)期間使用 約550至650'C的基板溫度。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包含至少在步驟(b)期間使用 低于約60CTC的基板溫度。
14. 如權(quán)利要求1所述的方法， 氣流速的6至10倍的氯化氫流速。
15. 如權(quán)利要求1所述的方法，(i) 將該基板暴露在一碳來(lái)源中，(ii) 封裝該含碳的硅外延薄膜。進(jìn)一步包含在步驟(c)期間使用約為氯其中上述的步驟(b)包含 以形成一含碳的硅外延薄膜；以及
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中上述的封裝該含碳的硅外延薄膜 包含將該基板暴露在沒(méi)有該碳來(lái)源的硅來(lái)源中，以在該含碳的硅外延薄膜 上形成一硅外延薄膜。
17. 如權(quán)利要求15所迷的方法，進(jìn)一步包含至少在步驟(b)期間使用 約550至650。C的基板溫度。
18. 如權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包含至少在步驟(b)期間使用低于約60crc的基板溫度。
19. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中上述的步驟(b)包含(i) 將該基板暴露在沒(méi)有碳來(lái)源的硅來(lái)源中，以形成一第一硅外延薄膜；(ii) 將該基板暴露在具有碳來(lái)源的硅來(lái)源中，以在該第一硅外延薄膜上 形成一含碳的硅外延薄膜；以及(iii) 將該基板暴露在沒(méi)有碳來(lái)源的硅來(lái)源中，以在該含碳的硅外延薄膜 上形成一第二硅外延薄膜。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包含使用大約是步驟(ii)的制 程時(shí)間的 一半的步驟(i)和(iii)的制程時(shí)間。
21. —種在一基板上形成一外延薄膜的方法，該方法至少包含(a) 提供一基板；(b) 將該基板暴露在一硅來(lái)源和一碳來(lái)源中，以形成一含碳的硅外延薄膜；(c) 以一封裝薄膜封裝該含碳的硅外延薄膜；以及(d) 將該基板暴露在氯氣中，以蝕刻該封裝薄膜。
22. 如權(quán)利要求21所述的方法，進(jìn)一步包含重復(fù)步驟(b)至(d)至少一次。
23. 如權(quán)利要求21所述的方法， 約550至65CTC的基板溫度。
24. 如權(quán)利要求23所述的方法， 低于約60(TC的基板溫度。
25. 如權(quán)利要求21所述的方法，進(jìn)一 步包含至少在步驟(b)期間使用進(jìn)一步包含至少在步驟(b)期間使用其中上述的步驟(c)包含將該基板暴 露在沒(méi)有該碳來(lái)源的硅來(lái)源中，以在該含碳的硅外延薄膜上形成一硅外延 薄膜。
26. 如權(quán)利要求21所述的方法，其中上述的步驟(b)包含(i) 將該基板暴露在沒(méi)有碳來(lái)源的硅來(lái)源中，以形成一第一硅外延薄膜；(ii) 將該基板暴露在具有碳來(lái)源的硅來(lái)源中，以在該第一硅外延薄膜上 形成一含碳的硅外延薄膜；以及其中步驟(c)包含(川)將該基板暴露在沒(méi)有碳來(lái)源的硅來(lái)源中，以在該含碳的硅外延薄膜 上形成一第二硅外延薄膜。
27. 如權(quán)利要求26所述的方法，進(jìn)一步包含使用大約是步驟(ii)的制 程時(shí)間的 一半的歩驟(i)和(川)的制程時(shí)間。
28. 如權(quán)利要求21所述的方法，進(jìn)一步包含在步驟(b)期間通入氯化氫。
29. 如權(quán)利要求21所述的方法，進(jìn)一步包含在步驟(b)及(c)期間通入氯化氫。
30. —種在一基板上形成一外延薄膜的方法，該方法至少包含(a) 提供一基板；(b) 將該基板暴露在一硅來(lái)源和一額外元素來(lái)源中，以形成一含額外元 素的硅外延薄膜；(c) 以一封裝薄膜封裝該含額外元素的硅外延薄膜；以及(d) 將該基板暴露在氯氣中，以蝕刻該封裝薄膜。
31. 如權(quán)利要求30所述的方法，其中上迷的額外元素來(lái)源包含一碳來(lái)源。
32. 如權(quán)利要求30所述的方法，其中上述的額外元素來(lái)源包含一鍺來(lái)源。
33. 如權(quán)利要求30所述的方法，其中上述的額外元素來(lái)源包含一硼或 磷來(lái)源。
34. 如權(quán)利要求30所述的方法，次。
35. 如權(quán)利要求30所述的方法， 約550至65(TC的基板溫度。
36. 如權(quán)利要求35所述的方法， 低于約600。C的基板溫度。
37. 如權(quán)利要求30所述的方法， 露在沒(méi)有該額外元素來(lái)源的硅來(lái)源中， 形成一硅外延薄膜。進(jìn)一步包含重復(fù)步驟(b)至(d)至少一進(jìn)一 步包含至少在步驟(b)期間使用進(jìn)一 步包含至少在步驟(b)期間使用其中上述的步驟(c)包含將該基板暴 以在該含額外元素的硅外延薄膜上
38.如權(quán)利要求30所述的方法，其中上述的步驟(b)包含(i) 將該基板暴露在沒(méi)有額外元素來(lái)源的硅來(lái)源中，以形成一第一硅外 延薄膜；(ii) 將該基板暴露在具有額外元素來(lái)源的硅來(lái)源中，以在該第一硅外延 薄膜上形成一含額外元素的硅外延薄膜；以及其中步驟(c)包含(川)將該基板暴露在沒(méi)有額外元素來(lái)源的硅來(lái)源中，以在該含額外元素 的硅外延薄膜上形成一第二硅外延薄膜。
39. 如權(quán)利要求38所述的方法，進(jìn)一步包含使用大約是步驟(ii)的制 程時(shí)間的 一 半的步驟(i )和(ii j)的制程時(shí)間。
40. 如權(quán)利要求30所述的方法，進(jìn)一步包含在步驟(b)期間通入氯化氫。
41. 如權(quán)利要求30所述的方法，進(jìn)一步包含在步驟(b)及(c)期間通入氯化氳。
全文摘要
在第一方面中，本發(fā)明提供一種在一基板上形成一外延薄膜的第一方法。該第一方法包含(a)提供一基板；(b)將該基板暴露在至少一硅來(lái)源中，以在該基板的至少一部份上形成一外延薄膜；以及(c)將該基板暴露在氯化氫氣體和氯氣中，以蝕刻該外延薄膜以及在步驟(b)期間形成的任何其它薄膜。本發(fā)明提供多種其它方面。
文檔編號(hào)H01L21/20GK101116173SQ200580043510
公開(kāi)日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2005年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月1日
發(fā)明者葉志淵, 唐金松, 尼喬拉斯·C·達(dá)力韃, 李小威, 艾卡迪·V·塞蒙洛夫, 金以寬, 阿里·朱耶基, 孝 陳 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司