專利名稱：含硅外延層的形成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種用于含硅外延層的處理與形成的方法及設(shè)備。特 定的實(shí)施例是涉及用于半導(dǎo)體組件中的外延層的形成與處理的方法與設(shè)備，該 半導(dǎo)體組件例如為金氧半導(dǎo)體場效晶體管(M0SFET)組件。
背景技術(shù)：
流經(jīng)M0S晶體管的通道的電流量是直接與通道中的載流子遷移率 (mobility)成比例，使用高遷移率的MOS晶體管使得更多電流流動(dòng)且最終獲 得較快的電路效能?？山逵稍谕ǖ乐挟a(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力而增加M0S晶體管通道中的 載流子遷移率。處于壓縮應(yīng)變下的通道，例如生長于硅上的硅鍺通道層，是具 有大幅提高的空穴遷移率，以提供pMOS晶體管。處于拉伸應(yīng)變下的通道，例 如生長于松弛(relaxed)硅鍺上的薄硅通道層，是具有大幅提高的電子遷移 率，以提供nMOS晶體管。
處于拉伸應(yīng)變下的nM0S晶體管通道也可藉由形成一或多個(gè)碳摻雜硅外延 層來提供，而其是與pM0S晶體管中的壓縮應(yīng)變SiGe通道為互補(bǔ)。因此，碳摻 雜硅及硅鍺外延層可分別沉積于nM0S及pM0S的源極/漏極。源極與漏極區(qū)可 藉由選擇性硅干式蝕刻而為平坦或凹陷。當(dāng)經(jīng)過適當(dāng)?shù)闹圃?，覆蓋有碳摻雜硅 外延的nM0S源極及漏極會(huì)在通道中施加拉伸應(yīng)力，并增加nM0S驅(qū)動(dòng)電流。
為了要達(dá)到利用碳摻雜硅外延而增進(jìn)nM0S晶體管(具有凹陷的源極/漏 極)的信道中的電子遷移率，是期望通過選擇性蝕刻或后沉積 (post-d印osition)處理而在源極/漏極上選擇性形成碳摻雜硅外延層。再者， 是期望碳摻雜硅外延層含有取代C原子，以在通道中誘導(dǎo)出拉伸應(yīng)變。可藉由在碳摻雜硅源極及漏極含有較高的取代C含量則可達(dá)到較高的通道拉伸應(yīng)變。
一般來說，100納米以下(sub-100nm)的CMOS (互補(bǔ)金氧半導(dǎo)體)組件 需要小于30nm的接面(junction)深度。通常使用選擇性外延沉積以在接面 中形成含硅材料(例如Si、 SiGe及SiC)的外延層(印ilayer)。選擇性外 延沉積是允許外延層生長在硅溝槽(moat)上，而不生長在介電區(qū)域上。選擇 性外延可以在半導(dǎo)體組件中使用，例如高起的源極/漏極、源極/漏極延伸部、 接觸插塞或雙極性組件的基底層沉積。
一般的選擇性外延步驟包含沉積反應(yīng)及蝕刻反應(yīng)。在沉積過程中，外延層 是形成于單晶表面上，而多晶層是沉積于至少一第二層上，例如現(xiàn)存的多晶層 及/或非晶層。沉積反應(yīng)與蝕刻反應(yīng)是同時(shí)發(fā)生，且對(duì)于外延層與多晶層具有 不同的反應(yīng)速率。然而，沉積的多晶層通常相比于外延層而以較快的速率蝕刻。 因此，藉由改變蝕刻氣體的濃度，選擇性處理的總效應(yīng)會(huì)造成外延材料的沉積， 以及多晶材料的有限沉積(或是無沉積)。舉例來說，選擇性外延工藝會(huì)造成 含硅材料的外延層生長在單晶硅表面上，而在間隙物(spacer)上不會(huì)殘留有 沉積。
含硅材料的選擇性外延沉積變成在高起的源極/漏極以及源極/漏極延伸 部特征結(jié)構(gòu)的形成過程中的有用技術(shù)，舉例來說，在含硅M0SFET (金氧半導(dǎo) 體場效晶體管)組件的形成過程中。源極/漏極延伸部特征結(jié)構(gòu)是藉由蝕刻硅 表面以形成凹陷的源極/漏極特征結(jié)構(gòu)，并接著以選擇性生長的外延層(例如 硅鍺材料；SiGe)填充被蝕刻的表面來制造它。選擇性外延是允許伴隨原位摻 雜(in-situ doping)的近乎完整的摻質(zhì)活化，藉此，可省略后退火處理。因 此，可利用硅蝕刻及選擇性外延來精確定義接面(junction)深度。另一方面， 超淺源極/漏極接面必然會(huì)造成串聯(lián)電阻的增加。另外，在硅化物形成的過程 中的接面消耗(junction consumption)更會(huì)使串聯(lián)電阻增加。為了補(bǔ)償接面 消耗，高起的源極/漏極是外延地及選擇性地生長在接面上。 一般來說，高起 的源極/漏極層為未摻雜硅。
然而，目前的外延處理具有部分缺點(diǎn)。為了維持目前外延處理的選擇性， 在整個(gè)沉積處理中，前驅(qū)物(precursor)的化學(xué)濃度及反應(yīng)溫度必須經(jīng)過調(diào) 節(jié)及調(diào)整。若未提供足夠的硅前驅(qū)物，則接續(xù)的蝕刻反應(yīng)占優(yōu)勢(shì)，而整體處理 會(huì)慢下來。另外，也可能發(fā)生有害的基材特征結(jié)構(gòu)的過蝕刻現(xiàn)象(over-etching)。若未提供足夠的蝕刻劑前驅(qū)物，則接續(xù)的沉積反應(yīng)會(huì)占優(yōu) 勢(shì)，因而降低在基材表面上形成單晶及多晶材料的選擇性。另外，目前的選擇 性外延工藝通常需要高反應(yīng)溫度，例如約80(TC、 IOO(TC或更高。然而此高溫 并非制造過程所期望的，這是因?yàn)闊犷A(yù)冀的考慮，以及基材表面可能發(fā)生的未 受控制的氮化反應(yīng)。另夕卜，在高溫下，在一般選擇性Si: C外延處理中所并入 的大多數(shù)的C原子會(huì)占據(jù)硅晶格的非取代(即，空隙)位置。藉由降低生長溫 度，則可達(dá)到較高的取代碳層級(jí)(例如在生長溫度55(TC之下為接近100%)， 然而，在這些較低溫下的慢速生長速率對(duì)于組件應(yīng)用是不期望的，且這種選擇 性處理在較低溫度下一般不可能發(fā)生。
因此，需要一種用于外延沉積含硅化合物(具有選用的摻質(zhì))的處理方法。 再者，此處理方法應(yīng)適用于形成具有多變?cè)貪舛鹊暮杌衔?，并可同時(shí)具 有快速的沉積速率，并將處理溫度維持在例如約80(TC或更低溫之下(較佳為
7ocrc或更低)。這種方法對(duì)于晶體管組件的制造是為有利的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一實(shí)施例是關(guān)于形成及處理含有硅的外延層的方法。其它實(shí)施例 是關(guān)于制造晶體管組件的方法，該晶體管組件包括含有硅及碳的外延層。 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，是提供在基材表面上外延地形成含硅材料的方
法，該方法包括將包括一單晶表面的基材放置于處理室中；以及將基材暴露 于沉積氣體，以在單晶表面上形成外延層，其中沉積氣體包括硅源，且硅源包 括單硅烷及高階硅烷(higher order silane)。在特定實(shí)施例中，外延層是形 成于基材的凹陷部位。
在一或多個(gè)實(shí)施例中，該方法更包括調(diào)整單硅烷與高階硅垸的比例。在特 定實(shí)施例中，硅烷與高階硅垸的比例是超過4: 1。在部分實(shí)施例中，高階硅 烷是選自二硅垸、新戊硅垸及其混合物。在一或多個(gè)實(shí)施例中，該方法包括流 入含碳來源，例如甲基硅垸，而其可以與惰性載氣(例如氬氣) 一同流入。
在特定的實(shí)施例中，高階硅垸包括二硅垸，且單硅烷與二硅垸的比例為約 5: 1。在一或多個(gè)實(shí)施例中，該方法包括在將基材暴露于沉積氣體之后，立即 對(duì)處理室進(jìn)行凈氣處理(purge)。在一實(shí)施例中，該方法更包括將基材暴露于 蝕刻氣體。在一特定實(shí)施例中，該方法更包括在將基材暴露于蝕刻氣體(包括
7氯氣及氯化氫)之后，立即對(duì)處理室進(jìn)行凈氣處理。根據(jù)一實(shí)施例，單一的處 理循環(huán)是依序地包括沉積步驟；暴露于蝕刻氣體；以及對(duì)處理室進(jìn)行凈氣處
理，而此處理循環(huán)是重復(fù)至少二次。在其它實(shí)施例中，該方法可包括重復(fù)地進(jìn) 行將墓"材暴露于沉積氣體以及對(duì)處理室進(jìn)行凈氣處理的步驟，以形成具有預(yù)定
厚度的含硅層。在部分實(shí)施例中，新戊硅垸來源是位于距離處理室約5英尺之
內(nèi)。在一實(shí)施例中，沉積氣體更包括摻質(zhì)化合物，其包括一元素來源，該元素 來源是選自由硼、砷、磷、鋁、鎵、鍺、碳及其組合所組成的群組。 在一或多個(gè)實(shí)施例中，外延薄膜是在晶體管加工工藝的制造步驟中形成，
該方法更包括在基材上形成柵極介電層；在柵極介電層上形成一柵極電極； 以及在基材上形成源極/漏極區(qū)，且源極/漏極區(qū)位于柵極電極的相對(duì)側(cè)，并在 源極/漏極區(qū)之間界定一通道區(qū)。
上方說明是廣泛地提出本發(fā)明的部分特征結(jié)構(gòu)及技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。熟悉此技術(shù)領(lǐng) 域的人士應(yīng)了解所揭露的特定實(shí)施例可容易地作為屬于本發(fā)明的范疇內(nèi)的其 它結(jié)構(gòu)或處理的改良及設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。且熟悉此技術(shù)領(lǐng)域的人士也應(yīng)了解此種等 效實(shí)施例并未偏離如后方權(quán)利要求書所界定的本發(fā)明的精神及范疇。


為讓本發(fā)明的上述特征更明顯易懂，可配合參考實(shí)施例說明，其部分乃繪 示如附圖式。須注意的是，雖然所附圖式揭露本發(fā)明特定實(shí)施例，但其并非用 以限定本發(fā)明的精神與范圍，任何熟知此技術(shù)的人，應(yīng)當(dāng)可作各種的變動(dòng)與潤 飾而得等效實(shí)施例。
圖1，表示數(shù)種硅前驅(qū)物的外延生長速率相對(duì)于1000/溫度的關(guān)系圖2A，表示一SEM相片，其顯示利用硅烷源而生長在硅基材以及介電結(jié) 構(gòu)上的Si:C外延的共型性；
圖2B，表示一SEM相片，其顯示利用二硅垸源而生長在硅基材以及介電 結(jié)構(gòu)上的Si:C外延的共型性；
圖2C，表示一SEM相片，其顯示利用新戊硅垸源而生長在硅基材以及介 電結(jié)構(gòu)上的Si:C外延的共型性；
圖3，表示以沉積及凈氣的交替步驟的非選擇性Si:C外延生長的高分辨 率X射線衍射光譜；圖4，表示以沉積、蝕刻及凈氣的交替步驟的非選擇性Si:C外延生長的
高分辨率X射線衍射光譜；
圖，表示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的場效晶體管對(duì)的剖面視圖；以及 圖飛，表示圖5的PM0S場效晶體管的剖面視圖，其在組件上形成有額外層。
主要組件符號(hào)說明
100組件110， 140晶體管
112，142介電層114， 144源極區(qū)
116，146漏極區(qū)118， 148通道區(qū)
119柵極120， 150阱區(qū)(well region)
122,152柵極電極155基材
158，160隔離區(qū)165硅層/外延層
175間隙物177間隙物
179硅化物層180表面
181箭頭183面
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施例一般是提供用于形成及處理含硅外延層的方法及設(shè)備。特 定的實(shí)施例是有關(guān)在晶體管的制造過程中用于形成及處理外延層的方法及設(shè) 備。
在此處所使用的「外延沉積」是指單一結(jié)晶層沉積在基材上，藉此，沉積 層的結(jié)晶結(jié)構(gòu)會(huì)符合基材的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。因此，外延層(或外延薄膜)是為一單 一結(jié)晶層，或是具有符合基材的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的薄膜。外延層是與塊體 基材及多晶層區(qū)隔開。
在本發(fā)明中，「含硅」材料、化合物、薄膜及層一詞應(yīng)包括至少含有硅且 也可含有鍺、碳、硼、砷、磷鎵及/或鋁的組合物。其它成分，例如金屬、鹵
素或氫，可并入含硅材料、化合物、薄膜及層中，且并入的濃度通常為ppm(part per million)。含硅材料的化合物或合金可以用縮寫表示，例如硅Si、硅 鍺SiGe、硅碳Si:C及硅鍺碳SiGeC?？s寫并不代表具有化學(xué)計(jì)量關(guān)系的化學(xué) 等式，也不代表含硅材料的任何特定還原/氧化態(tài)。本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施例一般是提供在電子組件的制造過程中，在基材的 單晶表面上選擇性地且外延地沉積含硅材料的處理。含有單晶表面(例如硅或 硅鍺)及至少一第二表面(例如非晶表面及/或多晶表面，例如為氧化物或氮 化物)的基材是暴露于一外延處理，以在單晶表面上形成外延層，并同時(shí)在第 二表面上形成有限的多晶層或是甚至不形成。外延處理通常是稱為交替氣體供
應(yīng)處理(alternating gas supply process),包括重復(fù)進(jìn)行沉積處理及蝕刻 處理的循環(huán)，直到生長出具有期望厚度的外延層。示范的交替沉積及蝕刻處理 是揭露于共同受讓且同時(shí)另案待審的美國專利申請(qǐng)序號(hào)第11/001,774號(hào)之 中，其公開號(hào)為第2006/0115934號(hào)，專利名稱為「Selective Epitaxy Process With Alternating Gas Supply;以交替氣體供給所進(jìn)行的選擇性外延處理」， 其全文并入以做為參考。
在一或多個(gè)實(shí)施例中，沉積處理包括將基材表面暴露于含有至少一硅源及 一載氣的沉積氣體之中。沉積氣體也可包括鍺源及/或碳源，以及摻質(zhì)源。在 沉積處理之中，外延層是形成于基材的單晶表面上，且同時(shí)多晶/非晶層是形 成于第二表面上(例如介電的非晶及/或多晶表面)，而此將統(tǒng)稱為「第二表面」。 接著，基材暴露于蝕刻氣體。蝕刻氣體包括一載氣(carrier gas)及蝕刻劑， 例如氯氣或氯化氫。蝕刻氣體是將在沉積處理中所沉積的含硅材料移除。在蝕 刻處理中，多晶/非晶層的移除速率高于外延層。因此，沉積及蝕刻處理的總 效應(yīng)是在單晶表面上形成外延生長的含硅材料，并使在第二表面上的多晶/非 晶含硅材料的生長(若有的話)最小化。視需求而重復(fù)沉積及蝕刻處理的循環(huán)， 以獲得含硅材料的期望厚度。本發(fā)明的實(shí)施例所能沉積的含硅材料包括含有摻 質(zhì)的硅、硅鍺、硅碳、硅鍺碳及其變體(variant)。
在處理方法的一實(shí)例中，使用氯氣作為蝕刻劑可降低總處理溫度至低于約 800°C。 一般來說，沉積處理可相對(duì)于蝕刻處理而在較低的溫度下進(jìn)行，這是 因?yàn)槲g刻劑通常需要高溫來活化它。舉例來說，硅烷可以在約50(TC或更低溫 之下進(jìn)行熱分解以沉積硅，但氯化氫需要約70(TC或更高的活化溫度以作為一 有效的蝕刻劑。因此，若在處理中使用氯化氫，則總處理溫度是指定為活化蝕 刻劑所需的較高溫度。氯氣是藉由降低整體處理所需溫度而對(duì)整體處理有所貢 獻(xiàn)。氯氣可以在約50(TC的低溫下被活化。因此，藉由將氯氣并入處理中以作 為蝕刻劑，整體處理的溫度可相對(duì)于使用氯化氫作為蝕刻劑的處理而大幅降低，例如降低約200 30(TC，氯氣相對(duì)于氯化氫而可更快速地蝕刻含硅材料。 因此，氯氣蝕刻劑增加了處理的整體速率。
氮?dú)馔ǔ檩^佳的載氣，這是因?yàn)榕c使用氬氣與氦氣作為載氣相比之下的 成本考慮。盡管氮?dú)庖话爿^氬氣便宜，但是根據(jù)本發(fā)明的^或多個(gè)實(shí)施例，氬 氣為一較佳載氣，特別是在甲基硅烷為硅源氣體的實(shí)施例中。使用氮?dú)庾鳛檩d 氣的缺點(diǎn)為在沉積處理中基材上材料的氮化。然而，在此情況下，是需要高溫 (例如高于80(TC)來活化氮?dú)?。因此，根?jù)本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施例，在低 于氮?dú)饣罨撝档臏囟认滤M(jìn)行的處理中，氮?dú)饪梢杂米鳛槎栊暂d氣。使用惰 性載氣在沉積處理中具有數(shù)個(gè)特質(zhì)，其一，惰性載氣可以增加含硅材料的沉積 速率。當(dāng)在沉積過程中使用氫氣作為載氣時(shí)，氫氣會(huì)傾向吸附至基材或與基材 反應(yīng)而形成具有氫端(hydrogen-terminated)的表面。具有氫端的表面相比 于裸硅表面而對(duì)于外延生長的反應(yīng)較慢。因此，使用惰性載氣是藉由不對(duì)于沉 積反應(yīng)造成不利影響而使沉積速率增加。
相比于連續(xù)沉積處理，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，本發(fā)明利用相比于連續(xù) 沉積處理而為高階的硅垸(higher order silane)，并以沉積與凈氣(purge) 的交替步驟所形成的毯覆(blanket)或非選擇性外延是為具有改善結(jié)晶度
(crystallinity)的外延薄膜。而此處所述的「高階的硅垸」是指二硅垸、 新戊硅烷(neopentasilane; NPS)、或其混合物。 一示范性處理包括將基材裝 載至處理室中，并調(diào)整處理室中的條件至期望的溫度及壓力。接著，開始進(jìn)行 沉積處理以在基材的單晶表面上形成一外延層，接著，沉積處理結(jié)束。然后， 判定外延層的厚度，若達(dá)到外延層的預(yù)定厚度，則外延處理可結(jié)束，然而，若 未達(dá)到預(yù)定厚度，則重復(fù)沉積與凈氣的步驟循環(huán)，直到達(dá)到預(yù)定厚度。示范性 處理的細(xì)節(jié)是描述如下。
基材可以為未圖案化或是圖案化。圖案化的基材是為包括有電子特征結(jié)構(gòu) (feature)形成于基材表面上或基材表面內(nèi)的基材。圖案化基材通常含有單 晶表面及至少一第二表面，而第二表面為非單晶，例如為介電的多晶或非晶表 面。單晶表面包括裸晶基材或是沉積的單一結(jié)晶層，其通常由例如硅、硅鍺或 硅碳所形成。多晶或非晶表面可包括介電材料以及非晶硅表面，其中介電材料 例如是氧化物或氮化物，且特別為氧化硅或氮化硅。
在將基材裝載入處理室之后，處理室的條件可調(diào)整至預(yù)定溫度及壓力。溫
li度是適于特殊進(jìn)行的處理。 一般來說，處理室是在外延處理中維持于一致溫度
下。然而，部分步驟可在不同溫度下進(jìn)行。處理室維持在約250 100(TC的溫 度范圍內(nèi)，舉例來說，介于約500 約80(TC，更特定是介于約550 750'C。 進(jìn)行外延處理的適當(dāng)溫度是取決于用于沉積含硅材料的特定前驅(qū)物。在一實(shí)施 例中，發(fā)現(xiàn)相對(duì)于使用一般蝕刻劑的處理，使用氯氣作為含硅材料的蝕刻劑在 較低溫度下表現(xiàn)良好。因此，在一實(shí)施例中，預(yù)熱處理室的示范性溫度是為約 75(TC或更低，例如約65(TC或更低，或更特定為約55(TC或更低。在一特定實(shí) 施例中，外延生長的溫度是維持在約56(TC之下。
處理室通常維持在約0. 1托(Torr) 約600托的壓力下，例如，介于約 1托 約50托。在處理步驟期間或之間，壓力會(huì)波動(dòng)，但通常是維持恒定。 在一特定實(shí)施例中，在沉積與凈氣的過程中，壓力是維持在約10托。
在沉積處理中，基材是暴露于沉積氣體以形成外延層?；谋┞队诔练e氣 體的時(shí)間為約0. 5秒 約30秒，例如約1秒 約20秒，更特定的為約5秒 約10秒。在一特定實(shí)施例中，沉積步驟持續(xù)約10 11秒。沉積處理的特定暴 露時(shí)間的確定是與接續(xù)蝕刻處理的暴露時(shí)間，以及處理中所使用的特定前驅(qū)物 及溫度有關(guān)。 一般來說，基材暴露于沉積氣體的時(shí)間要夠久，以形成具有最大 厚度的外延層。
沉積氣體含有至少一硅源及一載氣，且可含有至少一第二元素來源，例如 碳源及/或鍺源。另外，沉積氣體可更包括慘質(zhì)化合物，以提供摻質(zhì)的來源， 例如硼、砷、磷、鎵及/或鋁。在至少一選擇性實(shí)施例中，沉積氣體可包括至 少一蝕刻劑，例如氯化氫或氯氣。
硅源供應(yīng)至處理室的速率為約5 sccm 約500 sccm，較佳為約10 sccm 約300 sccm，更佳為約50 sccm 約200 sccm，舉例來說，為約100 sccm。 在一特定實(shí)施例中，硅垸的流速為約60 sccm?？捎糜诔练e氣體中以沉積含硅 化合物的硅源包括硅烷、卣化硅垸及有機(jī)硅烷。硅烷包括硅烷(SiH4)及具有 實(shí)驗(yàn)式為SixH(2x+2)的高階硅烷，例如二硅烷(Si2H6)、三硅烷(Si:孔)及四硅 烷(Si.孔。)等。卣化硅烷包括具有實(shí)驗(yàn)式為X' ySLH(^-y)的化合物，其中X' =F、 Cl、 Br或I，例如六氯二硅烷(Si2Cl6)、四氯硅烷(SiCl丄二氯硅烷(Cl2SiH2) 及三氯硅烷(Cl:,SiH)。有機(jī)硅烷包括具有實(shí)驗(yàn)式為RySLH^2—y)的化合物，其中 R為甲基、乙基、丙基或丁基，例如甲基硅烷((CH3)SiH3)、 二甲基硅垸((CH3)2SiH2)、乙基硅烷((CH3CH2)SiH3)、甲基二硅烷((CH3)Si2H5)、 二甲基 二硅烷((CH3)2Si2H4)以及六甲基二硅烷((CH3)6Si2)。己發(fā)現(xiàn)有機(jī)硅垸化合物 在實(shí)施例中為有利的硅源及碳源，其將碳并入沉積的含硅化合物中。根據(jù)一或 多個(gè)實(shí)施例，在含氬氣的載氣中的甲基硅垸是為一較佳的含硅源及載氣組合。
硅源通常伴隨載氣而提供至處理室中。載氣的流速為約l slm (標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài) 下每分鐘可流過多少公升的氣體) 約100 slm，舉例來說，約5 slm 約75 slm，且更特定為約10 slm 約50 slm，例如為約10 slm。載氣包括氮?dú)?N2)、 氫氣(H2)、氬氣、氦氣及其組合。惰性載氣是為較佳且包括氮?dú)?、氬氣、?氣及其組合?；谕庋犹幚碇兴褂玫那膀?qū)物及/或處理溫度來選擇載氣。在 沉積及蝕刻的各個(gè)步驟中，通常都使用同一載氣。然而，在部分實(shí)施例中的特 定步驟可使用不同的載氣。
一般來說，在以低溫(例如<800°0處理為特征的實(shí)施例中，是使用氮 氣為載氣。部分由于在蝕刻處理中使用氯氣的緣故，則較易進(jìn)行低溫處理。氮 氣在低溫處理中仍維持惰性。因此，在低溫處理中，氮?dú)獠粫?huì)并入沉積的含硅 材料中。另外，氮?dú)廨d氣不會(huì)如同氫氣載氣般而形成氫端表面。由于氫氣載氣 吸附在基材表面所形成的氫端表面會(huì)抑制含硅層的生長速率。最后，低溫處理 會(huì)因采用氮?dú)庾鳛檩d氣而具有經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)榈獨(dú)膺h(yuǎn)較氫氣、氬氣或氦氣 便宜。盡管具有經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)部分實(shí)施例，氬氣為較佳的載氣。
在一或多個(gè)實(shí)施例中，所使用的沉積氣體也包含至少一第二元素來源，例 如碳源及/或鍺源。在沉積過程中，碳源可以與硅源及載氣加入處理室中，以 形成含硅化合物，例如硅碳材料。碳源通常以約0. 1 sccm 約20 sccm的速 率提供至處理室中，例如約0.5 sccm 約10 sccm，且較特定為約1 sccm 約5sccm，例如為約2sccm。碳源可以在氫氣中稀釋，并以300 sccm的速率 流動(dòng)?？捎糜诔练e含硅化合物的碳源包括乙基、丙基及丁基的有機(jī)硅烷、烷基、 烯屬烴、炔屬烴。此種碳源包括甲基硅烷(CH3SiH3) 、 二甲基硅烷((CH3)2SiH2)、 乙基硅烷(CH3CH2SiH3)、甲'長(CHJ 、乙烯(C晶)、乙炔(C晶)、丙烷(C:扎)、 丙烯(C:孔)、丁炔(C孔)等。外延層的碳濃度是介于約200 ppm 約5原子 百分比(atomic %)，較佳為介于1 atomic % 約3 atomic %之間，例如為 1.5 atomic %。在一實(shí)施例中，碳濃度在外延層中具有等級(jí)變化，較佳是在外 延層的初始部分具有較低的碳濃度(相比于外延層的最后部分)。可選擇地，鍺源與碳源可都在沉積過程中加入處理室中，并與硅源及載氣形成含硅化合 物，例如硅碳或硅鍺碳材料。
可選擇地，鍺源可以與硅源及載氣加入處理室中，以形成含硅化合物，例
如硅鍺材料。鍺源通常以約O. 1 sccm 約20 sccnT的速率供應(yīng)至處理室，較 佳為約0. 5 sccm 10 sccm，及更佳為約1 sccm 約5 sccm，例如為約2 sccm。 可用于沉積含硅化合物的鍺源包括鍺烷(GeH4)、高階的鍺烷以及有機(jī)鍺烷。 高階的鍺垸包括具有實(shí)驗(yàn)式為Ge凡^)的化合物，例如二鍺垸(Ge2H6)、三鍺 烷(Ge3H8)及四鍺烷(Ge4H1Q)等。有機(jī)鍺烷包括例如為甲基鍺烷((CH3)GeH3)、 二甲基鍺烷((CH3)2GeH2)、乙基鍺垸((CH3CH2)GeH3)、甲基二鍺垸((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) 鍺烷及有機(jī)鍺烷化合物在實(shí)施例中為有利的鍺源及碳源，其將碳及鍺并入沉積 的含硅化合物中，也就是SiGe及SiGeC化合物。外延層中的鍺濃度是介于約 1 atomic % 約30 atomic %，例如約20 atomic %。鍺濃度在外延層中具有 等級(jí)變化，較佳是在外延層的較低部分具有較高的鍺濃度(相比于外延層的較 高部分)。
在沉積過程中所使用的沉積氣體可更包括至少一摻質(zhì)化合物，以提供元素 摻質(zhì)的來源，例如硼、砷、磷、鎵或鋁。摻質(zhì)提供沉積的含硅化合物的各種導(dǎo) 電特性，例如電子組件所需的受控及所期望的方向性電子流動(dòng)路徑。含硅化合 物的薄膜是摻雜有特定摻質(zhì)，以達(dá)到所期望的導(dǎo)電特性。在一實(shí)例中，含硅化 合物是為摻雜P型，例如藉由使用二硼垸以加入濃度為約1015 atoms/cm3 約 1021 atoms/cm3的硼。在一實(shí)例中，p型摻質(zhì)的濃度為至少5X 1019 atoms/cm3。 在另一實(shí)例中，P型摻質(zhì)的濃度介于約1X102" atoms/cm3 約2. 5 X 1021 atoms/cm3。在另一實(shí)施例中，含硅化合物為摻雜n型，例如具有磷及/或砷的 ，參雜濃度為介于約105 atoms/cm3 約1021 atoms/cm3。
在沉積過程中，摻質(zhì)源通常以約0. 1 sccm 約20 seem的速率提供至處 理室，例如介于約O. 5 sccm 約10 sccm，較特定的為介于約1 sccm 約5 sccm， 例如為約2 sccm?？捎米鳛閾劫|(zhì)源的含硼摻質(zhì)包括硼烷及有機(jī)硼烷。硼烷包 括硼烷、二硼垸(B孔)、三硼烷、四硼垸及五硼烷，垸基硼烷包括具有實(shí)驗(yàn) 式為RxBH(h)的化合物，其中1 =甲基、乙基、丙基或丁基，x=l、 2或3。烷基 硼烷包括三甲基硼烷((CH丄B) 、 二甲基硼烷((CH3)2BH)、三乙基硼垸((CH3CH2)3B)以及二乙基硼烷((CH3CH2)2BH)。摻質(zhì)也可包括胂(AsH3)、膦
(ra3)及烷基膦，例如具有實(shí)驗(yàn)式為RJ^H(w，其中R二甲基、乙基、丙基或丁 基，x=l、 2或3。烷基膦包括三甲基膦((CH3)3P) 、 二甲基膦((CH3)2PH)、 三乙基膦((CH3dH2)3P)及二乙基膦((CH3CH2)2ra)。鋁及鎵摻質(zhì)源可包括烷化 及/或鹵化衍生物，例如具有實(shí)驗(yàn)式為RJX(3—x)，其中M二Al或Ga， 1 =甲基、乙 基、丙基或丁基，X^1或F， x=l、 2或3。鋁及鎵摻質(zhì)源的實(shí)例包括三甲基鋁
(Me:!Al)、三乙基鋁(Et3Al) 、 二甲基氯化鋁(Me2AlCl)、氯化鋁(A1CU 、 三甲基鎵(Me3Ga)、三乙基鎵(Et3Ga) 、 二甲基氯化鎵(Me2GaCl)及氯化鎵
(GaCl:!)。
根據(jù)一或多個(gè)實(shí)施例，在沉積處理結(jié)束之后，處理室可以利用洗滌氣體或 載氣進(jìn)行沖洗，及/或處理室可以利用真空泵(pump)而抽真空。凈氣及/或抽 真空的步驟是移除過多的沉積氣體、反應(yīng)副產(chǎn)物及其它污染物。在一示范性實(shí) 施例中，處理室藉由流入約5 slm的載氣而進(jìn)行凈氣約10秒。沉積與凈氣的 循環(huán)可以進(jìn)行多次。在一實(shí)施例中，沉積及凈氣循環(huán)是重復(fù)約90次。
在本發(fā)明的另一方面中，毯覆或非選擇性的沉積是利用高階的硅烷源(例 如二硅烷或更高)而在低溫下(例如約60(TC或更低)進(jìn)行。這協(xié)助在沉積步 驟(非選擇性沉積)的過程中，介電表面(例如氧化物及氮化物)上的非晶(而 非多晶)生長，其促進(jìn)利用接續(xù)的蝕刻步驟而移除介電表面上的層，并使得在 結(jié)晶基材上生長的單一結(jié)晶層的傷害最小化。
11顯示以1000/溫度作為函數(shù)的在不同溫度下進(jìn)行處理的〈001〉基材上的 硅的外延生長速率的圖表。各個(gè)樣品是在600及70(TC下，及約5 8托的壓 力下進(jìn)行處理，并在流速為3-5slm的氫氣載氣中輸送。圖l所標(biāo)示的「HOS」 為新戊硅烷，液態(tài)新戊硅烷在氫氣載氣的混合物中通過起泡器的流速為介于約 20 300 sccm之間。如11所示，高階的硅垸在60(TC的生長速率是為三硅烷 的三倍大、二硅垸的八倍大及硅烷的72倍大。
使用高階的硅烷氣體，例如二硅垸、六氯二硅垸、三硅垸及新戊硅烷，能 提供若干優(yōu)點(diǎn)。新戊硅烷在基材上形成外延薄膜的應(yīng)用是描述在共同受讓的美 國專利申請(qǐng)序號(hào)第10/688, 797號(hào)之中，其公開號(hào)為第2004/0224089，專利名 禾爾為 「Silicon-Containing Layer Deposition with Silicon Compounds; 利 用硅化合物的含硅層的沉積」，將其整體并入以做為參考。新戊硅垸((SiH丄,Si)是為含有四個(gè)結(jié)合至硅原子的硅垸基(SiH3)的三級(jí)硅烷。使用高階的硅垸使 得在較低溫下的較高沉積速率成為可能，并且針對(duì)并入碳的含硅薄膜，相比于 利用單硅垸作為硅源氣體，高階硅烷可以獲得較高取代碳原子的并入程度。在
毯覆沉積實(shí)驗(yàn)中，其是比較lE60(TC的處理溫度下利用硅垸作為硅源氣體，且 利用氮?dú)庾鳛檩d氣，甲基硅烷(1%，稀釋于氫氣中)作為硅碳源時(shí)，在沉積薄 膜中，50%的碳為取代碳。然而，使用高階的硅垸，由二硅烷所產(chǎn)生的膜層具 有約90%的取代碳，且由新戊硅烷所產(chǎn)生的薄膜具有接近100%的取代碳。
在一或多個(gè)實(shí)施例中，液體源室包括有一新戊硅烷安瓿(ampoule)，此安 瓿被設(shè)置而緊鄰處理室，例如在小于5英尺內(nèi)，更特定的說是離處理室約2 或3英尺，而使得具有較高的硅源傳輸速率，以及最終導(dǎo)致較高的沉積速率。
本發(fā)明的另一方面是關(guān)于單硅烷(SiH4)與高階的硅垸(例如新戊硅烷及 二硅烷)在沉積過程中的共流。雖然高階的硅烷是適于外延沉積，但在沉積過 程中使用高階硅垸的處理通常相比于使用單硅烷的處理而顯示出非共型 (non-conformal)的生長。更具體說，高階的硅烷是傾向在水平表面上產(chǎn)生 較厚的沉積(相比于在垂直平面上，例如側(cè)壁)，而水平表面是例如為凹陷區(qū) 域的底部與柵極(gate)的頂部。此非共型生長會(huì)導(dǎo)致一問題，也即是當(dāng)蝕刻 去除柵極頂端上非期望的沉積以達(dá)到選擇性時(shí)，側(cè)壁則會(huì)過蝕刻，因而會(huì)造成 所謂的底切現(xiàn)象(undercut)。另一方面，利用SiH4作為來源氣體的處理是傾 向呈現(xiàn)出共型生長。高階的硅烷與單硅烷的共流是使得其適應(yīng)薄膜特性，特別 是在較低沉積溫度下。高階硅烷與單硅烷的比例(例如藉由改變各個(gè)來源的流 速)可用于調(diào)整沉積處理所形成的外延層的形態(tài)。舉例來說，調(diào)整比例而使得 單硅烷與高階硅垸的流速比例為至少約4: 1，而這相比于單硅垸與高階硅垸 的比例為較低值的情況下，本發(fā)明可提供具優(yōu)勢(shì)的結(jié)果。更特定的說，將單硅 垸與二硅烷在基材的凹陷區(qū)域的流速比例為約2.4: 1以及單硅垸與二硅垸的 流速比例為約4: 1的處理做一比較。相比于流速比例為2. 4: 1所獲得的樣品， 流速為4: l所獲得的樣品是具有較平滑的形態(tài)。因此，至少為約4: 1 (在部 分實(shí)施例中為約5: 1)的單硅烷與高階硅烷的比例是可用于增進(jìn)外延薄膜的 形態(tài)。
圖2A顯示利用硅垸作為硅源以在介電結(jié)構(gòu)上沉積外延薄膜的含有碳的硅 薄膜的共型性。如圖2A所示，其是為沉積在介電結(jié)構(gòu)上的薄膜的掃瞄式電子顯微相片，薄膜的頂表面為51nm，薄膜的側(cè)表面為53nm。圖2B顯示利用二
硅垸作為硅源以在介電結(jié)構(gòu)上沉積外延薄膜的含有碳的硅薄膜的共型性。如圖 2B所示，薄膜的頂表面厚度為111 nm，薄膜的側(cè)表面厚度為58 nm。圖2C顯
示利用新戊硅烷作為硅源以在介電結(jié)構(gòu)上沉積外延薄膜的含有碳的硅薄膜的 共型性。如圖2C所示，薄膜的頂表面厚度為72 nm，薄膜的側(cè)表面厚度為25nm。 因此，使用高階的硅垸是要取得一平衡，因?yàn)槠鋾?huì)提供在較低溫度下的較快沉 積速率，但是共型生長卻會(huì)成為一問題。
本發(fā)明認(rèn)為藉由加入共流的SiH4及高階的硅烷作為硅源以形成含硅外延 層時(shí)，在凹陷區(qū)域側(cè)壁上的生長情形可被控制，且因此側(cè)壁在接續(xù)的處理中不 會(huì)產(chǎn)生底切現(xiàn)象。除了側(cè)壁的生長，高階的硅垸與硅烷的共流是認(rèn)為可增進(jìn)僅 利用高階硅垸的處理所達(dá)到的薄膜的質(zhì)量。在相同的處理?xiàng)l件下，自使用高階 硅烷的處理中移除硅烷，其所產(chǎn)生的薄膜具有較高的霧度及較差的薄膜結(jié)晶 度。本發(fā)明的實(shí)施例并非受限于特定的理論，本發(fā)明認(rèn)為在使用硅烷及高階硅 烷的處理中，硅烷是顯示出提供較小分子以補(bǔ)償來自較大分子(例如新戊硅烷) 的非晶化的內(nèi)部拉伸力。
本發(fā)明的另一方面是關(guān)于Si:C薄膜的原位磷摻雜或選擇性外延沉積的方 法。 一般來說，在硅沉積的過程中，原位磷摻雜是使結(jié)晶薄膜的生長速率降低、 蝕刻速率增加，因此，并不易達(dá)到選擇性。換句話說，要在基材的結(jié)晶表面上 達(dá)到結(jié)晶生長但在介電表面上不出現(xiàn)任何生長狀況是困難的。另外，原位磷摻 雜是傾向使外延薄膜的結(jié)晶度降低。
在部分實(shí)施例中， 一或多個(gè)上述問題是藉由所謂的S摻雜(delta doping) 來避免。換句話說，在未摻雜沉積之后，僅流入摻質(zhì)氣體(例如磷摻質(zhì)氣體， 如PHO及載氣。在未摻雜沉積步驟之后、或接續(xù)的蝕刻步驟之后、或凈氣步 驟之后，或在蝕刻及凈氣步驟兩者之后，則立即流入磷摻質(zhì)氣體。蝕刻及/或 凈氣步驟可視所需而重復(fù)進(jìn)行以達(dá)到高質(zhì)量薄膜。在一或多個(gè)實(shí)施例中，在未 摻雜層的形成過程中，是包括僅流入載氣及例如膦的摻質(zhì)源。以此方式處理之 后，則可避免上述的一或多個(gè)非期望的效應(yīng)產(chǎn)生。舉例來說，在基材表面上外 延地形成含硅材料的方法包括將包含單晶表面的基材放置在處理室中，并接 著將基材暴露于未摻雜的沉積氣體，其中未摻雜的沉積氣體包括硅源、選用的 碳源以及無摻質(zhì)源，藉以在基材上形成第一未摻雜層。之后，基材暴露于一摻
17雜沉積氣體，其中沉積氣體包括摻質(zhì)源及載氣，以在第一未摻雜層上形成摻雜層。在一或多個(gè)實(shí)施例中，基材可更暴露于一未摻雜沉積氣體，以在單晶表面上形成外延層，其中沉積氣體包括硅源、碳源及無摻質(zhì)源，以在摻雜層上形成第二未摻雜層。在此種處理的實(shí)例中，是利用第一沉積步驟來形成薄膜，第一;
沉積步驟為流入流速為120 sccm的NPS流、150 sccm的硅垸、626 sccm的甲基硅垸(1 % ，稀釋于氬氣中)以及5 slm的在氮?dú)廨d氣中的膦(pho印hine)(1%，稀釋于氫氣中)、生長溫度為約56(TC、生長壓力為10托。第一沉積步驟是進(jìn)行約15秒。接著，藉由僅流入在載氣中的膦而進(jìn)行第二沉積步驟。第二沉積步驟是在壓力為10托、溫度為56(TC之下進(jìn)行約3秒。膦氣體(1%膦，稀釋于氫氣中)的流速為15 sccm，并伴隨氮?dú)廨d氣的流速為5 slm。接著，進(jìn)行蝕刻步驟，其進(jìn)行條件為壓力14. 5托、溫度為56(TC、氯氣流速為70 sccm、氮?dú)饬魉贋? slm以及HC1流速為300 sccm。蝕刻步驟進(jìn)行約7秒。接著，凈氣步驟是于相同的溫度及壓力下進(jìn)行8秒，而在此過程中僅有氮?dú)庖? slm的流速流入。以此方式所進(jìn)行的處理是期望可以增進(jìn)選擇性外延過程中的選擇性。
在其它實(shí)施例中，在蝕刻步驟進(jìn)行之前是形成摻雜/未慘雜層的堆棧，而其是阻擋住摻雜SiC外延薄膜的直接蝕刻。因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，沉積是至少在二歩驟中進(jìn)行未摻雜沉積之前所進(jìn)行的摻雜沉積，以及蝕刻步驟進(jìn)行之前。因此，處理實(shí)施例的單一循環(huán)是包括依序?yàn)閾诫s沉積、未摻雜沉積、
蝕刻、凈氣，如上所述者。在一特定實(shí)例中，薄膜的形成是藉由流入流速為
120 sccm的NPS (其是由5 slm的氮?dú)馑鶖y帶)、150 sccm的硅烷、626 sccm的甲基硅垸(1。％，稀釋于氬氣中)以及5slm的在氮?dú)廨d氣中的膦(1%，稀釋于氫氣中)、生長溫度為約56(TC以及生長壓力為10托。包括膦的第一沉積步驟是進(jìn)行約5秒。接著，進(jìn)行第二沉積步驟，其并未流入膦以罩蓋摻雜層。接著，進(jìn)行蝕刻步驟，其進(jìn)行條件為壓力14.5托、溫度為56(TC、氯氣流速為70 sccm、氮?dú)饬魉贋? slm以及HC1流速為300 sccm。蝕刻歩驟進(jìn)行約7秒。接著，凈氣步驟是在相同的溫度及壓力下進(jìn)行8秒，而在此過程中僅有氮?dú)庖? slm的流速流入。當(dāng)然，其它變體也屬于本發(fā)明的范疇內(nèi)。舉例來說，沉積步驟之后可僅進(jìn)行蝕刻步驟或凈氣步驟，或是可選擇地，蝕刻步驟或凈氣步驟可以視需要而重復(fù)進(jìn)行以達(dá)到高質(zhì)量薄膜。根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例，沉積與凈氣的交替步驟是在含硅薄膜的生長處
理中使用。圖3顯示以沉積及凈氣的交替步驟而生長的非選擇性Si:C外延的高分辨率X射線衍射光譜。其顯示2%的取代碳濃度。圖4顯示以沉積、蝕刻及凈氣的交替步驟而生長的薄膜的高分辨率X射幾衍射光譜。圖4顯示約1. 3 約1. 48原子百分比的碳濃度。薄膜的形成是藉由流入流速為120 sccm的NPS (新戊硅烷)(由氮?dú)馑鶖y帶)、150sccm的硅垸、在5slm的氮?dú)廨d氣中的626 sccm的甲基硅垸(1%，稀釋于氬氣中)、生長溫度為約560'C以及生長壓力為10托。沉積是進(jìn)行約15秒。接著，進(jìn)行蝕刻步驟，其進(jìn)行條件為壓力為約14.5托、溫度為約56(TC、氯氣流速為70 sccm、氮?dú)饬魉贋? slm以及HC1流速為300 sccm。蝕刻步驟進(jìn)行約7秒。接著，在相同的溫度及壓力下進(jìn)行凈氣步驟8秒，而在此步驟中僅流入流速為5 slm的氮?dú)狻?br> 在其它實(shí)施例中，在蝕刻步驟進(jìn)行之前是形成摻雜/未摻雜層的堆棧，而其是阻擋住摻雜SiC外延薄膜的直接蝕刻。因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，沉積是至少在二步驟中進(jìn)行未摻雜沉積后所進(jìn)行的摻雜沉積，以及蝕刻步驟進(jìn)行之前。因此，處理實(shí)施例的單一循環(huán)是包括依序?yàn)閾诫s沉積、未摻雜沉積、蝕
刻、凈氣，如上所述者。在一特定實(shí)例中，薄膜的形成是藉由流入流速為
120 sccm的NPS (其是由氮?dú)馑鶖y帶)、150 sccm的硅烷、626 sccm的甲基硅垸(1%，稀釋于氬氣中)以及5slm的在氮?dú)廨d氣中的膦(1%，稀釋于氫氣中)、生長溫度為約56(TC以及生長壓力為10托。包括膦的第一沉積步驟是進(jìn)行約5秒。接著，進(jìn)行第二沉積步驟，其并未流入膦以罩蓋膦摻雜層。接著，進(jìn)行蝕刻步驟，其進(jìn)行條件為壓力14. 5托、溫度為560。C、氯氣流速為70 sccm、氮?dú)饬魉贋? slm以及HC1流速為300 sccm。蝕刻步驟進(jìn)行約7秒。接著，凈氣步驟是在相同的溫度及壓力下進(jìn)行8秒，而在此過程中僅有氮?dú)庖? slm的流速流入。
根據(jù)一或多個(gè)實(shí)施例，上述方法是循著一連續(xù)順序進(jìn)行，然而，處理并未限制于上述的確切步驟。舉例來說，只要維持住處理順序，也可在步驟之間插入其它處理歩驟。外延處理的各步驟現(xiàn)將根據(jù)一或多個(gè)實(shí)施例而描述它。
本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施例是提供在形成互補(bǔ)金氧半導(dǎo)體(CMOS)集成電路組件中為特別有用的方法，并將描述于下。其它組件及應(yīng)用也包含在本發(fā)明的范疇中。圖5是表示一般CM0S組件的FET對(duì)的部分剖面視圖。組件100包括在形成阱(well)之后的半導(dǎo)體基材，該些阱提供麗OS組件及PMOS組件的源極/漏極區(qū)、柵極介電層(gate dielectric)與柵極電極(gate electrode)。組件100可以藉由熟知的半導(dǎo)體工藝來形成，例如生長單晶硅并藉由溝渠蝕刻而形成淺溝渠嬉離結(jié)構(gòu)，以及在溝渠開口中生長或沉積介電質(zhì)。形成該些結(jié)構(gòu)的詳細(xì)步驟為此技術(shù)領(lǐng)域所熟知的，故在此處不再贅述。
組件100包括摻雜有p型材料的半導(dǎo)體基材155 (例如硅基材)、基材155上的p型外延硅層165、定義于外延層165中的p型阱區(qū)120及n型阱區(qū)150、定義于p型阱區(qū)120中的n型晶體管(麗0S FET) 110，以及定義于n型阱區(qū)150中的p型晶體管(麗OS FET) 140。第一隔離區(qū)158是電性隔離n型晶體管110及p型晶體管140，第二隔離區(qū)160是將晶體管110、 140與基材155上的其它半導(dǎo)體組件電性隔離。
根據(jù)本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施例，麗OS晶體管110包括柵極電極122、第一源極區(qū)114及漏極區(qū)116。 NMOS柵極電極122的厚度是可變的，并可基于組件效能的考慮而做調(diào)整。麗0S柵極電極122的功函數(shù)是相應(yīng)于N型組件的功函數(shù)。源極及漏極區(qū)是位于柵極電極122的相對(duì)側(cè)的n型區(qū)域。通道區(qū)118是位于源極區(qū)114與漏極區(qū)116之間。柵極介電層112分隔通道區(qū)118與柵極電極122。用于形成NM0S柵極電極122與介電層的處理是此技術(shù)領(lǐng)域熟知的，故在此不再贅述。
根據(jù)一或多個(gè)實(shí)施例，PMOS晶體管140包括柵極電極152、源極區(qū)144及漏極區(qū)146。 PM0S柵極電極152的厚度是可變的，并可基于組件效能的考慮而做調(diào)整。PM0S柵極電極152的功函數(shù)是相應(yīng)于N型組件的功函數(shù)。源極及漏極區(qū)是位于柵極電極152的相對(duì)側(cè)的p型區(qū)域。通道區(qū)148是位于源極區(qū)144與漏極區(qū)146之間。柵極介電層142分隔通道區(qū)148與柵極電極152。介電層142是使柵極電極152與通道區(qū)148絕緣。應(yīng)了解圖5所示以及上方所描述的晶體管110、 140結(jié)構(gòu)是僅作為示范性，然而材料及層中的多種變體也屬于本發(fā)明的范疇。
現(xiàn)請(qǐng)參照?qǐng)D6，其是顯示圖5的醒0S組件110在間隙物、源極/漏極區(qū)上的層(例如硅化物層)形成以及蝕刻終止層形成之后的額外細(xì)節(jié)。應(yīng)了解66所示的PM0S組件可含有相似的間隙物及層，其尺寸及/或組成可經(jīng)修改以影響應(yīng)0S組件的信道中所誘導(dǎo)的應(yīng)力，如下所描述的。然而，為了說明的目的，僅示出并詳細(xì)描述麗0S組件。
圖6是顯示間隙物175可以由并入柵極119周圍的適當(dāng)介電材料形成。偏移間隙物177也可設(shè)置于各個(gè)間隙物175的周圍。用于形成間隙物175、 177的形狀、尺寸及厚度的工藝是此技術(shù)領(lǐng)域所熟知的，故在此處不再贅述。金屬硅化物層179可以形成于源極區(qū)114與漏極區(qū)116之上。金屬硅化物層179可以藉由適當(dāng)?shù)墓に?例如濺鍍或物理氣相沉積PVD)并由適當(dāng)?shù)慕饘傩纬桑珂?、鈦或鈷。硅化物?79可擴(kuò)散至部分的下方表面。漏極區(qū)116的高度是由箭頭181顯示，而其是為基材表面180至硅化物層179的頂端的距離。源極與漏極區(qū)的面183是顯示為具角度的表面。如同熟悉此技術(shù)領(lǐng)域的人士所能了解的，上述的示范性組件可以經(jīng)過修改而包括具有Si:C外延層的源極/漏極或源極/漏極延伸部，而其更可根據(jù)本發(fā)明的方法而進(jìn)一步修改。
說明書中任何參照「一實(shí)施例」、「部分實(shí)施例」、「一或多個(gè)實(shí)施例」的詞是指與該實(shí)施例關(guān)聯(lián)描述的一特定特征結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、材料或是特征是包括在本發(fā)明的至少一實(shí)施例中。因此，在說明書中出現(xiàn)的此種用詞并非一定都指向相同的實(shí)施例。再者，特定的特征結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、材料或是特征可以利用適當(dāng)方式而組合在一或多個(gè)實(shí)施例中。上述方法的描述順序不應(yīng)作為限制之用，上述方法可利用順序外的操作，或是經(jīng)過省略或是附加。
本發(fā)明雖以較佳實(shí)施例說明如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何熟知此技術(shù)的人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)所作的改動(dòng)與潤飾，仍應(yīng)屬本發(fā)明的技術(shù)范疇。
權(quán)利要求
1、一種在一基材表面上外延地形成一含硅材料的方法，包括將一包括一單晶表面的基材置放于一處理室中；以及將該基材暴露于一沉積氣體，以在該單晶表面上形成一外延層，其中該沉積氣體包括一硅源，該硅源包括單硅烷及一高階硅烷(higher order silane)。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中該層是形成于該基材的一凹陷部位上。
3、 如權(quán)利要求1所述的方法，其還包括調(diào)整單硅烷與該高階硅烷的比例。
4、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中單硅烷與該高階硅烷的比例是超過4:1。
5、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中該高階硅烷是選自二硅垸、新戊硅垸 (neopentasilane)及其混合物。
6、 如權(quán)利要求5所述的方法，其還包括流入一含碳來源。
7、 如權(quán)利要求6所述的方法，其中該含碳來源包括甲基硅烷。
8、 如權(quán)利要求7所述的方法，其中該含碳來源是與一惰性載氣一同流入。
9、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中該載氣包括氬氣。
10、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中該高階硅烷包含二硅烷。
11、 如權(quán)利要求10所述的方法，其中單硅烷與二硅垸的比例為約5: 1。
12、 如權(quán)利要求1所述的方法，其還包括在將該基材暴露于該沉積氣體之后，立即對(duì)該處理室進(jìn)行凈氣處理(purge)。
13、 如權(quán)利要求2所述的方法，其還包括將該基材暴露于一蝕刻氣體。
14、 如權(quán)利要求13所述的方法，其還包括在將該基材暴露于該蝕刻氣體 之后，立即對(duì)該處理室進(jìn)行凈氣處理。
15、 如權(quán)利要求14所述的方法，其中該蝕刻氣體包括氯氣及氯化氫。
16、 如權(quán)利要求13所述的方法，其中一單一處理循環(huán)是依序地包括一沉 積步驟、暴露于該蝕刻氣體及對(duì)該處理室進(jìn)行凈氣處理，且該處理循環(huán)至少重 復(fù)二次。
17、 如權(quán)利要求12所述的方法，其還包括重復(fù)進(jìn)行將該基材暴露于該沉 積氣體以及對(duì)該處理室進(jìn)行凈氣處理的步驟，以形成具有一預(yù)定厚度的一含硅 層。
18、 如權(quán)利要求7所述的方法，其中該新戊硅烷來源是位于距離該處理室 約5英尺之內(nèi)。
19、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中該沉積氣體還包括一摻質(zhì)化合物，該 摻質(zhì)化合物包括一元素來源，該元素來源是選自由硼、砷、磷、鋁、鎵、鍺、 碳及其組合所組成的群組。
20、 如權(quán)利要求19所述的方法，其中該摻質(zhì)包括一元素來源，該元素來 源包括磷。
21、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中該外延層是在一晶體管工藝的一制造 步驟中形成，該方法還包括在一基材上形成一柵極介電層；在該柵極介電層上形成一柵極電極；以及在該基材上形成一源極/漏極區(qū)，且該源極/漏極區(qū)位于該柵極電極的相對(duì) 側(cè)上，并在該源極/漏極區(qū)之間界定一通道區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明是揭露一種形成含硅的外延層的方法。特定的實(shí)施例是關(guān)于半導(dǎo)體組件(例如金氧半導(dǎo)體場效晶體管組件；MOSFET device)中的外延層的形成與處理。在特定的實(shí)施例中，外延層的形成包括將處理室中的基材暴露于沉積氣體，沉積氣體包括二或更多個(gè)硅源，例如硅烷及高階硅烷。實(shí)施例是包括在形成外延層的過程中流入摻質(zhì)來源(例如磷摻質(zhì))，并在無磷摻質(zhì)之下，持續(xù)以硅源氣體進(jìn)行沉積。
文檔編號(hào)H01L21/20GK101548363SQ200780044461
公開日2009年9月30日 申請(qǐng)日期2007年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月12日
發(fā)明者葉祉淵, 安德魯·拉姆, 金以寬 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司