專利名稱：選擇性沉積重?fù)诫s外延硅鍺的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本案是中國(guó)專利申請(qǐng)200480032674.4(PCT/US2004/030872)的分案申 請(qǐng)。本發(fā)明實(shí)施例大體上有關(guān)于半導(dǎo)體制造方法與元件，更明確而言，是 有關(guān)于沉積含硅薄膜以形成半導(dǎo)體元件的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)制造越小的電晶體時(shí)，超淺源/漏才及接面(ultra shallow source/drain junctions)的制造越顯困難。根據(jù)半導(dǎo)體內(nèi)連線技術(shù)藍(lán)圖(ITRS)，對(duì)于尺寸 低于100納米的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)元件而言，其接面深度需 小于30納米。當(dāng)接面深度接近10納米時(shí)，傳統(tǒng)利用注入與回火來(lái)執(zhí)行摻 雜的方法效果較差。注入摻雜的方式需要一道后續(xù)的回火步驟，以活化該 些摻雜劑，而后續(xù)的回火步驟會(huì)造成較大程度的摻雜劑擴(kuò)散(enhanced dopand diffusion)至月莫層中。
近來(lái)，重?fù)诫s(約大于109原子/立方公分)的選擇性硅鍺外延(epitaxial) 成為在制造升高式源/漏極與源/漏極延伸特征時(shí)有用的沉積材料。源/漏極 延伸特征(source/drain extension feature)是借著蝕刻珪來(lái)制造出 一凹陷的源/ 漏極特征，并隨后以一選擇性成長(zhǎng)的硅鍺外延層來(lái)填滿該蝕刻后的表面。 選擇性外延層容許在以原位摻雜方式進(jìn)行摻雜時(shí)有近乎完全的摻雜劑活化 反應(yīng)，而得以省略掉后續(xù)的回火步驟。因此，可利用硅蝕刻與選擇性外延 來(lái)精確定義出接面深度。另一方面，超淺源/漏極接面無(wú)可避免地造成串聯(lián) 電阻增加。而且，接面損耗(junctionconsumption)會(huì)更加提高串聯(lián)電阻。使
選擇性硅外延沉積與選擇性硅鍺外延沉積允許外延層僅成長(zhǎng)在硅溝渠 里，而不會(huì)成長(zhǎng)在介電區(qū)域上。選擇性外延可用半導(dǎo)體元件中，例如，可 用在升高式源/漏極、源/漏極延伸、接觸插塞與二極管元件的基層沉積中。 一般而言，選擇性外延制程包含兩種反應(yīng)「沉積」與「蝕刻」，其同時(shí)以相對(duì)不同的反應(yīng)速率發(fā)生在硅與介電表面上。借著改變蝕刻氣體的濃度(例
如，氯化氫，俗稱鹽酸)，選擇性的制程范圍(selective process window)造成 沉積作用僅發(fā)生在硅表面上。常用來(lái)執(zhí)行選擇性外延沉積的制程方法是使 用二氯硅烷(SiH2Cl2)作為硅來(lái)源、鍺烷(GeH4)作為鍺來(lái)源、氯化氫(HC1)作 為蝕刻劑以提供沉積過程中的選擇性，并以氫氣作為載氣。
雖然硅鍺外延沉積適用于制造小尺寸的元件，但由于摻雜劑會(huì)與氯化 氫反應(yīng)，而使得此方法無(wú)法輕易的制備出經(jīng)摻雜的硅鍺。由于硼摻雜會(huì)使 選擇性沉積制程的制程條件范圍變窄，因此具有重硼摻雜(例如，高于5x 1019原子/立方公分)的選擇性硅鍺外延的制程開發(fā)是很復(fù)雜的課題。通常， 當(dāng)在沉積氣體流中的硼濃度越高時(shí)，由于沉積在任何介電區(qū)域上的薄膜厚 度增加，因而需要更高的氯化氫濃度以達(dá)到具有選擇性的目的。由于B-C1 鍵結(jié)較Ge-Cl與Si-Cl鍵結(jié)要強(qiáng)，因此較高的氯化氫流率可能降低該外延層 中硼的納入效果。
故，需要一種用于選擇性外延沉積具豐富摻雜劑濃度的硅與硅化合物 的方法。此外，該方法必須保持該沉積材料可快速成長(zhǎng)。再者，該方法必 須是該硅化合物中的鍺與硼濃度對(duì)蝕刻劑流率較不依賴的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明第一方面提供一種于一基材上沉積一硅鍺薄膜的方法，其包含
提供一基材于一處理室中；該處理室處于介于1毫托耳至2300托耳之 間的壓力之下；
加熱該基材，使其溫度介于500°C至900°C之間；
使該基材與一第一沉積氣體接觸，所述第一沉積氣體包含硅烷、 一鍺 來(lái)源、 一碳來(lái)源、氯化氫、 一載氣與至少一摻雜劑氣體，以將第一硅鍺材 料選擇性外延沉積在該基材上，所述第一硅鍺材料含有濃度為2.5 x 1021原 子/立方公分的摻雜劑；以及
使該基材與 一 第二沉積氣體接觸，所述第二沉積氣體含有二氯硅烷和 鍺來(lái)源，以將第二硅鍺材料選擇性外延沉積在該基材上。在一優(yōu)選例中，其中該至少一摻雜劑氣體是一含硼化合物，其是選自 于由硼烷、乙硼烷、丙硼烷、三曱基硼、三乙基硼與上述化合物的衍生物 所構(gòu)成的組群中。
在一優(yōu)選例中，其中該第一硅鍺薄膜材料含有硼濃度為2.5x 1021原子 /立方7>分。
在一優(yōu)選例中，其中所述碳來(lái)源是有機(jī)硅烷。 在一優(yōu)選例中，其中所述碳來(lái)源是曱基硅烷。
在一優(yōu)選例中，其中所述至少一種摻雜劑氣體包括一含砷化合物或一 含磷化合物。
在一優(yōu)選例中，其中該載氣選自于由氫氣、氬氣、氮?dú)狻⒑夂蜕厦?br> 氣體的組合物所構(gòu)成的組群中。
在一優(yōu)選例中，其中該第一沉積氣體還包含二氯硅烷。
在一優(yōu)選例中，其中該溫度介于600°C至750°C之間，該處理室處于
在介于0.1托耳至200托耳之間的一壓力之下。
在一優(yōu)選例中，其中該硅鍺薄膜的厚度介于IOOA至3000A之間。 在一優(yōu)選例中，其中該硅鍺薄膜是沉積在一元件中，以作為CMOS、
二極管或BiCMOS用途。
在一優(yōu)選例中，其中所述硅鍺薄膜在一制造步驟過程中沉積，該制造
步驟是選自于由接觸插塞、源/漏極延伸、升高式源/漏極與二極管電晶體所
構(gòu)成的組群中。
在一優(yōu)選例中，其中在該第一硅鍺材料之前， 一含硅材料是先沉積在 該基材上。
在一優(yōu)選例中，其中該含硅材料是由一含有二氯硅烷的沉積制程所沉 積而得。
本發(fā)明第二方面提供一種用于一基材上沉積一硅鍺薄膜的選擇性外延 方法，其包括
將一基材置于一處理室中；該處理室處于介于1毫托耳至2300托耳之間的壓力之下；
加熱該基材至溫度介于500°C至約900°C之間；
使該基材與一沉積氣體接觸，該沉積氣體包含硅烷、 一鍺來(lái)源、 一碳 來(lái)源、 一蝕刻劑來(lái)源、 一載氣與至少一摻雜劑氣體，以選擇性外延形成一 硅鍺材料，該硅鍺材料含有摻雜劑濃度為2.5 x 1021原子/立方公分。
在一優(yōu)選例中，其中該鍺來(lái)源是選自于由鍺烷、乙鍺烷、丙鍺烷、丁 鍺烷及其衍生物所構(gòu)成的組群中。
在一優(yōu)選例中，其中該載氣選自于由氫氣、氬氣、氮?dú)?、氦氣與上述 氣體所構(gòu)成的組群中。
在一優(yōu)選例中，其中該溫度介于600°C至750°C之間，該處理室處于 在介于0.1托耳至200托耳之間的一壓力之下。
在一優(yōu)選例中，其中該蝕刻劑來(lái)源選自于由氯化氫、四氯化硅、四氯 化碳、二氯曱烷、氯氣與上述物質(zhì)的衍生物和組合物所構(gòu)成的組群中。
在一優(yōu)選例中，其中該至少一摻雜劑氣體為一含硼化合物，其選自于 由硼烷、乙硼烷、丙硼烷、三甲基硼、三乙基硼與上述化合物的衍生物所 構(gòu)成的組群中。
在一優(yōu)選例中，其中所述碳來(lái)源是有機(jī)硅烷。
在一優(yōu)選例中，其中所述碳來(lái)源是曱基硅烷。
在一優(yōu)選例中，其中該至少一摻雜劑氣體是選自于由一含砷化合物與 一含磷化合物所構(gòu)成的組群中。
在一優(yōu)選例中，其中該沉積氣體還包含二氯硅烷。
在一優(yōu)選例中，其中該硅鍺薄膜的厚度介于100埃至3000埃的厚度之間。
在一優(yōu)選例中，其中該硅鍺薄膜是沉積在一種用于CMOS、 二極管或 BiCMOS用途的元件中。
在一優(yōu)選例中，其中所述硅鍺薄膜在一制造步驟過程中沉積，該制造 步驟選自于由接觸插塞、源/漏極延伸、升高式源/漏極與二極管電晶體所構(gòu) 成的組群中。在一優(yōu)選例中，其中該硅鍺材料沉積至具有一第一厚度，此后，以二 氯硅烷取代硅烷，并在該硅鍺材料上選擇性外延沉積一具有第二厚度的第 二硅鍺材料。
在一優(yōu)選例中，其中一含硅材料優(yōu)先于該硅鍺材料沉積至該基材上。 在一優(yōu)選例中，其中該含硅材料是由一含二氯硅烷的沉積制程所沉積 而得。
本發(fā)明第三方面提供一種于一基材上沉積一硅鍺薄膜的方法，其包含
將一基材置于一處理室中；該處理室處于介于1毫托耳至2300托耳之 間的壓力之下；
加熱該基材至溫度介于500°C至900°C之間；和
使該基材與一沉積氣體接觸，該沉積氣體包含一含硅氣體、 一鍺來(lái)源、 一碳來(lái)源、氯化氫與一含硼摻雜劑氣體，以將一硅鍺材料選擇性外延沉積 在該基材上，該硅鍺材料含有硼濃度為2.5 x 1021原子/立方公分。
本發(fā)明第四方面提供一種于一基材上沉積一硅鍺薄膜的方法，其包含 放置一基材于一處理室中；該處理室處于介于1毫托耳至2300托耳之 間的壓力之下；
使該基材與一第一沉積氣體接觸，該第一沉積氣體包含硅烷、 一第一 鍺來(lái)源、 一碳來(lái)源、氯化氫和一載氣，以將具有一第一厚度的第一含硅鍺 材料外延沉積在該基材上，該第一含硅鍺材料含有濃度為2.Sxio"原子/ 立方公分的摻雜劑；其中所述基材在與所述第一沉積氣體接觸的過程中被 加熱至500。C至卯0。C之間的第一溫度；以及
使該基材與一第二沉積氣體接觸，該第二沉積氣體含有二氯硅烷和一 第二鍺來(lái)源，以將一具有第二厚度的笫二含硅鍺材料外延沉積在該第一含 硅鍺材料上。
在一優(yōu)選例中，其中所述第一含硅鍺材料選擇性地沉積在該基材上。 在一優(yōu)選例中，其中該第 一沉積氣體還包含至少 一摻雜劑氣體。在一優(yōu)選例中，其中所述至少一種摻雜劑氣體包含一元素，其選自于 硼、砷、磷及其組合物所構(gòu)成的組群中。
在一優(yōu)選例中，其中該至少一摻雜劑氣體包含一含硼化合物，其選自 于由硼烷、乙硼烷、丙硼烷、三曱基硼、三乙基硼及其衍生物所構(gòu)成的組 群中。
在一優(yōu)選例中，其中所述碳來(lái)源是有機(jī)硅烷。 在一優(yōu)選例中，其中所述碳來(lái)源是甲基硅烷。
在一優(yōu)選例中，其中所述第二含硅鍺材料選擇性地沉積在該基材上。 在一優(yōu)選例中，其中所述第二沉積氣體還包含氯化氫和至少一種摻雜 劑氣體。
在一優(yōu)選例中，其中所述至少一種摻雜劑氣體包含一元素，其選自于 硼、砷、磷及其組合物所構(gòu)成的組群中。
在一優(yōu)選例中，其中所述至少一摻雜劑氣體包含一含硼化合物，其選 自于由硼烷、乙硼烷、丙硼烷、三甲基硼、三乙基硼及其衍生物所構(gòu)成的 組群中。
在一優(yōu)選例中，其中所述第一鍺來(lái)源和第二鍺來(lái)源獨(dú)立地選自于由鍺 烷、乙鍺烷、丙鍺烷、丁鍺烷及其衍生物所構(gòu)成的組群中。
在一優(yōu)選例中，，其中所述第一厚度和第二厚度獨(dú)立地介于iooA至
3000A之間。
在一優(yōu)選例中，其中所述基材在與所述第二沉積氣體接觸的過程中被
加熱至一第二溫度，其中所述第二溫度介于500。C至900。C之間。
在一實(shí)施例中提供一種在一基材上沉積硅鍺薄膜的方法，其包括將該 基材于一處理室中，并加熱該基表面，使其溫度介于約500°C至約900°C 間，同時(shí)保持壓力介于約0.1托耳至約200托耳之間。將一沉積氣體供應(yīng) 至該處理室中，且該沉積氣體含有硅烷、鍺烷、氯化氫、 一載氣與至少一 摻雜劑氣體，例如乙硼烷(diborane)、月申(arsine)或膦(phosphine)。 一經(jīng)摻雜 的硅鍺薄膜外延沉積在該基材上。
在另一實(shí)施例中提供一種在一基材上成長(zhǎng)一硅鍺薄膜的選擇性外延方法，其包括將該基材置于一處理室中，且該處理室的壓力介于0.1托耳至 200托耳間，并將該基材表面加熱至溫度約介于500°C至900°C之間。將 一沉積氣體供應(yīng)至該處理室中，且包含硅烷、 一鍺來(lái)源、 一蝕刻劑來(lái)源、 一載氣與至少一摻雜劑氣體，以成長(zhǎng)出該硅鍺薄膜，且該硅鍺薄膜的摻雜 劑濃度介于約1 x 102()原子/立方公分2.5 x 1021原子/立方公分之間。
在另一實(shí)施例中， 一種于一基材上成長(zhǎng)一含硅薄膜的選擇性外延方法， 其包含將該基材置于一處理室中，且該處理室壓力介于約0.1托耳至約200 托耳之間；并將該基材表面加熱至溫度介于約500。C至900。C之間。將一 沉積氣體供應(yīng)至該處理室中，且該沉積氣體含有硅烷、氯化氫與一載氣。 該含硅薄膜以約50埃/分鐘至約600埃/分鐘的速率來(lái)成長(zhǎng)。
在另一實(shí)施例中提供一種于一基材上成長(zhǎng)一含硅薄膜的選擇性外延方 法，其包括將該基材置于一處理室中，該處理室壓力介于約0.1托耳至約 200托耳之間，并將該基材加熱至溫度介于約500°C至900°C之間；提供 一包含二氯硅烷、氯化氫與一載氣的沉積氣體；以及，沉積一含硅層于該 基材上。該方法更包含提供一含有硅烷、氯化氫與一第二載氣的第二沉積 氣體；以及沉積一第二含硅層至該含硅層上。
在另 一 實(shí)施例中提供一種于一基材上選擇性沉積一含硅薄膜的方法， 其包括將該基材置于一處理室中；加熱該基材至溫度介于約500°C至 900。C之間；并維持壓力介于約0.1托耳至約200托耳之間。該方法更包括 提供一含有硅烷、 一鍺來(lái)源、氯化氫、至少一摻雜劑氣體與一載氣的沉積 氣體，以及選擇性外延沉積該第含硅薄膜至該基材上，其中該載氣選自于 由氮?dú)?、氬氣、氦氣及上述氣體的組合物所構(gòu)成的群組中。


為了能更詳細(xì)了解本發(fā)明的上述特征，可參考部分繪制成附圖的實(shí)施 例來(lái)閱讀以上有關(guān)本發(fā)明的更明確敘述。但須明白，該些附圖所繪示的僅 是本發(fā)明的代表性實(shí)施例，并非用來(lái)限制本發(fā)明范圍，因此本發(fā)明亦包含 其他等效實(shí)施例。
圖1A至1C顯示具有外延沉積的含硅層的數(shù)個(gè)元件；以及圖2A至2F繪示出MOSFET中的源/漏極延伸元件的制造技術(shù)概略圖 主要元件代表符號(hào)說(shuō)明
10基材130基材
12源/漏極層132源/漏極層
14硅化合物層134彌補(bǔ)層
16間隙壁136柵極
18柵極氧化層138凹處
20柵極層140硅化合物層
22142硅化合物層
30基材144氮化物間隙壁
32n-型集極層146多晶硅層
33絕緣層148硅化合物層
34硅化合物層150金屬硅化物
36接觸層152金屬硅化物
38彌補(bǔ)層154
40第二絕緣層
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種在各種元件結(jié)構(gòu)的制造過程中外延沉積含是化合物的
方法，此方法是在硅化合物的沉積過程中使用硅前驅(qū)物「硅烷(SiH》」。盡 管習(xí)知技術(shù)經(jīng)常使用含氯前驅(qū)物來(lái)進(jìn)行選擇性沉積，例如二氯硅烷 (dichlorosilane)，本發(fā)明的實(shí)施例教示利用硅烷來(lái)作為前驅(qū)物。曾發(fā)現(xiàn)到使 用硅烷來(lái)沉積含硅薄膜的速率快于使用二氯硅烷的沉積速率。此外，使用 硅烷來(lái)進(jìn)行含硅薄膜沉積能提高沉積速率，并可對(duì)該薄膜中的摻雜物濃度 提供更高度的控制。
在某些實(shí)施例中揭示數(shù)種選擇性外延硅化合物的成長(zhǎng)薄膜。通常當(dāng)基 材或表面含有多于一種材料的時(shí)候，例如該基材或表面含有暴露出來(lái)的結(jié) 晶硅表面與被諸如氧化物層或氮化物層等介電材料所覆蓋的特征時(shí)，會(huì)執(zhí)行選擇性含硅薄膜的成長(zhǎng)步驟。
一般而言，這些特征是介電材料且可能包
含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氮化鉭。當(dāng)該特征被露出(left bare)時(shí)，可 利用蝕刻劑(例如，氯化氬(HCl,俗稱鹽酸))來(lái)達(dá)成選擇性外延成長(zhǎng)在該結(jié) 晶硅表面上的動(dòng)作。該蝕刻劑移除成長(zhǎng)在該些特征上的不定型硅或多晶硅 的速度會(huì)比該蝕刻劑移除成長(zhǎng)在基材上的結(jié)晶硅的速度要快，而得以達(dá)成 選擇性的外延成長(zhǎng)。
載氣通常于全程使用于制程中，其包括氫氣(H。、氬氣(Ar)、氮?dú)?N2)、 氦氣(He)及上述氣體的組合物。在一實(shí)施例中，使用氫氣作為載氣。在另 一實(shí)施例中，使用氮?dú)庾鳛檩d氣。在一實(shí)施例中， 一外延沉積步驟中的載 氣可實(shí)質(zhì)上不含氫氣或氫原子。不過可使用一相對(duì)惰性的氣體來(lái)作為載氣， 例如氮?dú)狻鍤?、氦氣以及其組合物。在該方法的某些實(shí)施例中，多種載 氣可以各種不同比例來(lái)加以組合。
在一實(shí)施例中， 一載氣包含氮?dú)馀c/或氬氣，以保持該硅化合物薄膜上 的可用位置。當(dāng)使用大量的氫氣作為載氣時(shí)，在該硅化合物表面上出現(xiàn)氫 氣會(huì)限制可用來(lái)進(jìn)行硅或硅鍺成長(zhǎng)的可用區(qū)域的數(shù)量，即，使其鈍化 (passivates)。結(jié)果是，鈍化后的表面限制了在指定溫度下的成長(zhǎng)速率，特 別是在較低溫度(例如當(dāng)溫度低于650。C)時(shí)更是如此。因此，在低溫方法中， 可使用由氮?dú)馀c/或氬氣所構(gòu)成的載氣，以在不犧牲成長(zhǎng)速率的情況下，降 低熱預(yù)算(thermal budget)。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，外延成長(zhǎng)一硅化合物薄膜以作為一硅薄膜。將 含有一半導(dǎo)體特征的基材(如，外徑；300毫米)放置于該處理室中。在此沉
積技術(shù)中， 一硅前驅(qū)物(如，硅烷)、 一載氣(如，氫氣與/或氮?dú)?與一蝕刻劑 (如，氯化氫)同時(shí)流入該處理室中。該硅烷的流率介于約5 sccm至約500 sccm之間。該載氣的流率介于約1,000 sccm至約60,000 sccm之間。該蝕 刻劑的流率約介于約5 sccm至約1,000 sccm之間。該處理室的壓力保持在 介于約0.1托耳(Torr)至約200托耳之間，較佳約為15托耳。該基材溫度 保持在約500。C至約1000°C之間，較佳介于約600°C至約卯0。C之間，例 如約介于600。C至約750。C之間，或者在另一實(shí)施例中，溫度約介于650°C 至約800°C之間。以加熱方式來(lái)驅(qū)動(dòng)使該些試劑組成的混合物發(fā)生反應(yīng)并外延沉積結(jié)晶硅。氯化氫會(huì)蝕刻掉任何沉積在基材表面的介電特征上的不
定型硅(amorphous silicon)或多晶珪(polysilicon)。執(zhí)行本發(fā)明方法以形成厚 度約100埃(A)至約3000埃的沉積硅化合物，且沉積速率介于約50埃/分 鐘至約600埃/分鐘之間，較佳約為150埃/分鐘。在一實(shí)施例中，該硅化合 物的厚度大于500埃，例如約為1000埃或更厚。
蝕刻劑使元件上的不同區(qū)域保持著沒有沉積硅化合物的情況?？扇?用于本發(fā)明實(shí)施例的選擇性沉積方法中的蝕刻劑包括氯化氫、氟化氫(HF)、 氟氣(F》、氟化氮(NF)、 二氟化氙(XeF》、溴化氫(HBr)、六氯化二硅(Si2Cl6)、 四氯化硅(SiCU)、 二氯硅烷(Cl2SiH2)、四氯化碳(CCU)、氯氣(Cl2)與上述物 質(zhì)的組合物。除了硅烷以外，可用來(lái)沉積硅化合物的其他硅前驅(qū)物包括高 等硅烷(higher silane)與有機(jī)硅烷。高等硅烷包括具有化學(xué)通式SixH(2x+2^々 化合物，例如，乙硅烷(Si2H6)、丙硅烷(Si3Hg)、 丁硅烷(SUHn))、上述物質(zhì)
的衍生物與組合物。有機(jī)硅烷包含具有化學(xué)通式RySixH(2x+2.y)的化合物，其
中R為曱基(methyl)、乙基(ethyl)、丙基(propyl)、 丁基(butyl)或其他烷基 (alkyls)，例如該有機(jī)硅烷可為曱基曱硅烷(methylsilane， (CH3)SiH3)、 二曱 基曱硅烷(dimethylsilane ， (CH3)2SiH2)、 乙基曱硅烷(ethylsilane ， (CH3CH2)SiH3)、曱基乙硅烷(methyldisilane， (CH3)Si2H5)、 二曱基乙硅烷 (methyldisilane, (CH3)2Si2H4)、六曱基乙硅烷(hexamethyldisilane， (CH3)6Si2) 與上述化合物的衍生物及組合物。在本發(fā)明的實(shí)施例中，發(fā)現(xiàn)到有機(jī)硅烷 化合物是能將碳納入所沉積的硅化合物中的有利硅來(lái)源與碳來(lái)源。
在本發(fā)明另 一實(shí)施例中，外延成長(zhǎng)一硅化合物薄膜以作為 一硅鍺薄膜。 將含有一半導(dǎo)體特征的基材(如，外徑300毫米)放置于該處理室中。在此 沉積技術(shù)中， 一硅前驅(qū)物(如，硅烷)、 一載氣(如，氫氣與/或氮?dú)?、 一鍺來(lái) 源(如，鍺烷(GeH4))與一蝕刻劑(如，氯化氫)同時(shí)流入該處理室中。該硅烷 的流率介于約5 sccm至約500 sccm之間。該載氣的流率介于約l，OOO sccm 至約60,000 sccm之間。該鍺烷的流率介于約0.1 sccm至約10 sccm之間。 該蝕刻劑的流率約介于約5 sccm至約1,000 sccm之間。該處理室的壓力係: 持在介于約0.1托耳至約200托耳之間，較佳約為15托耳。該基材溫度保 持在約5Q0。C至約1000。C之間，較佳介于約700°C至約900。C之間。以加熱方式來(lái)驅(qū)動(dòng)該些試劑組成的混合物發(fā)生反應(yīng)并外延沉積一-圭化合物，稱 的為硅鍺薄膜。氯化氫會(huì)蝕刻掉任何沉積在基材表面的介電特征上的硅鍺
化合物。執(zhí)行本發(fā)明方法以形成厚度約100埃(A)至約3000埃的沉積硅鍺 化合物，且沉積速率介于約50埃/分鐘至約300埃/分鐘之間，較佳約為150 埃/分鐘。該硅鍺化合物的鍺濃度介于約1%(原子百分比)至約30%(原子百 分比)之間，較佳約為20%(原子百分比)。
除了鍺烷以外，可用來(lái)沉積硅化合物的其他鍺來(lái)源或鍺前驅(qū)物包括高 等鍺烷(higher germanes)與有機(jī)鍺烷。高等鍺烷包括具有化學(xué)通式GexH(2x+2) 的化合物，例如，乙鍺烷(Ge2H6)、丙鍺烷(Ge3Hs)、 丁鍺烷(Ge4Hn))、上述 物質(zhì)的衍生物與組合物。有機(jī)鍺烷包含具有化學(xué)通式RyGexH(^+2.y)的化合 物，其中R為甲基、乙基、丙基、丁基或其他烷基，例如該有機(jī)鍺烷可為 曱基甲鍺烷(methyigermane， (CH3)GeH3)、 二甲基甲鍺烷(dimethylgeraiane， (CH3)2GeH2)、乙基甲鍺烷(ethylgermane， (CH3CH2)GeH3)、曱基乙鍺烷 (methyldigermane ， (CH3)Ge2H5) 、 二曱基乙鍺烷(methyldigermane ， (CH3)2Ge2H4)、六曱基乙鍺烷(hexamethyldigermane， (CH3)6Ge2)與上述化合 物的衍生物及組合物。在本發(fā)明的多個(gè)不同實(shí)施例中，發(fā)現(xiàn)到鍺烷與有機(jī) 鍺烷化合物是能將鍺與碳納入所沉積的硅化合物中的有利鍺來(lái)源與碳來(lái) 源，并將含有鍺與碳的沉積硅化合物稱為硅鍺化合物或硅鍺碳化合物。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，是外延成長(zhǎng)一硅化合物以作為一摻雜硅薄膜。 將含有一半導(dǎo)體特征的基材(如，外徑300毫米)放置于該處理室中。在此 沉積技術(shù)中， 一硅前驅(qū)物(如，硅烷)、 一載氣(如，氫氣與/或氮?dú)?、 一摻雜 劑(如，乙硼烷，B2H6)與一蝕刻劑(如，氯化氫)同時(shí)流入該處理室中。該 硅烷的流率介于約5 sccm至約500 sccm之間。該載氣的流率介于約1,000 sccm至約60,000 sccm之間。該摻雜劑的流率介于約0.01 sccm至約3 sccm 之間。該蝕刻劑的流率約介于約5 sccm至約1,000 sccm之間。該處理室的 壓力保持在介于約0.1托耳至約200托耳之間，較佳約為15托耳。該基材 溫度保持在約500。C至約1000。C之間，較佳介于約700。C至約900。C之間。 以加熱方式來(lái)驅(qū)動(dòng)該些試劑組成的混合物發(fā)生反應(yīng)并外延沉積 一摻雜的硅 化合物。氯化氫會(huì)蝕刻掉任何沉積在基材表面的介電特征上的不定型硅或多晶硅。該方法沉積出厚度約100埃(A)至約3000埃的摻雜硅化合物，且 沉積速率介于約50埃/分鐘至約600埃/分鐘之間，較佳約為150埃/分鐘。
摻雜劑為該沉積的硅化合物提供各種不同的導(dǎo)電特性，例如在依照電 子元件所要求的控制與指定路徑中的定向電子流(directional electron flow)。 由該等硅化合物所構(gòu)成的薄膜摻雜以特定摻雜劑，以達(dá)成想要的導(dǎo)電特性。 在該實(shí)施例中的其中之一，是借著合并流入乙硼烷與該硅前驅(qū)物將該硅化 合物沉積為經(jīng)摻雜的P型-材料。所沉積的硅化合物中的硼濃度介于約1015 至約10"原子/立方公分(atoms/cm"之間。在一實(shí)施例中，該p型-摻雜劑的 濃度至少為5x 1019原子/立方公分。在另一實(shí)施例中，該p型-摻雜劑的濃 度介于約1 x 102()至約2.5x 102'原子/立方公分。在另一實(shí)施例中，該硅化 合物被摻雜以n型-摻雜劑，例如具有濃度介于約1015至約1021原子/立方 公分之間的磷與/或砷。
除了乙硼烷外，其他含硼的摻雜劑包括多種的硼烷類與有機(jī)硼烷類。 硼烷類包括(甲)硼烷、乙硼烷(diborane)、丙硼烷(triborane) 、 丁硼烷 (tetraborane)與戊硼烷(pentaborane)，以及烷基硼烷(alkylborane)包括具有化 學(xué)通式RxBH(3^的化合物，其中R為曱基、乙基、丙基或丁基，且x為0、 1、 2或3。烷基硼烷包括三曱基曱硼烷(trimethylborane, (CH3)3B)、 二曱基 曱硼烷(dimethylborane ， (CH3)2BH)、三乙基甲硼烷(triethylborane ， (CH3CH2)3B)、 二乙基曱硼烷(diethylborane， (CH3CH2)2BH)與上述化合物的 衍生物。摻雜劑亦包含胂(arsine)、膦(PH3)與烷基膦(alkylphosphine),例如 具有化學(xué)通式RxPH。.x)的化合物，其中R為甲基、乙基、丙基或丁基，且 x為0、 1、 2或3。烷基膦包括三曱基膦(trimethylphosphine, (CH3)3P)、 二 曱基膦(dimethylphosphine ， (CH3)2PH)、三乙基膦(triethylphosphine ， (CH3CH2)3P)與二乙基膦(diethylphosphine， (CH3CH2)2PH)。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，是外延成長(zhǎng)一硅化合物薄膜以制造一摻雜的硅 鍺薄膜。將含有一半導(dǎo)體特征的基材(如，外徑300毫米)放置于該處理室 中。在此沉積技術(shù)中， 一硅前驅(qū)物(如，硅烷)、 一載氣(如，氫氣與/或氮?dú)?、 一鍺來(lái)源(如，鍺烷)、 一摻雜劑(如，乙硼烷，B2H6)與一蝕刻劑(如，氯化 氫)同時(shí)流入該處理室中。該硅烷的流率介于約5 sccm至約500 sccm之間。該載氣的流率介于約1,000 sccm至約60,000 sccm之間。該錯(cuò)來(lái)源的流率介 于約0.1 sccm至約10 sccm之間。該摻雜劑的流率介于約0.01 sccm至約3 sccm之間。該蝕刻劑的流率約介于約5 sccm至約1,000 sccm之間。該處 理室的壓力保持在介于約0.1托耳至約200托耳之間，較佳約為15托耳。 該基材溫度保持在約500。C至約1000。C之間，較佳介于約700。C至約900°C 之間。以加熱方式來(lái)驅(qū)動(dòng)該些試劑組成的混合物發(fā)生反應(yīng)并外延沉積一珪 化合物，稱其為硅鍺薄膜。氯化氫會(huì)蝕刻掉任何沉積在基材表面的介電特 征上的不定型硅鍺。該方法沉積出厚度約IOO埃(A)至約3000埃的摻雜硅 鍺化合物，且沉積速率介于約50埃/分鐘至約600埃/分鐘之間，較佳約為 150埃/分鐘。該硅鍺化合物中的鍺濃度介于約1%至30%(原子百分比)，較 佳約為20%(原子百分比)。該硅鍺化合物中的硼濃度介于約1 x IO加至約2.5 x 1021原子/立方公分，較佳約為2x 102()原子/立方公分。
在本發(fā)明另 一實(shí)施例中， 一硅化合物薄膜外延成長(zhǎng)為 一硅鍺碳薄膜。 將含有一半導(dǎo)體特征的基材(如，外徑300毫米)放置于該處理室中。在此 沉積技術(shù)中， 一硅前驅(qū)物(如，硅烷)、 一載氣(如，氫氣與/或氮?dú)?、 一鍺來(lái) 源(如，鍺烷)、 一碳來(lái)源(如，曱基硅烷)與一蝕刻劑(如，氯化氫)同時(shí)流入 該處理室中。該娃烷的流率介于約5 sccm至約500 sccm之間。該載氣的流 率介于約1,000 sccm至約60,000 sccm之間。該鍺來(lái)源的流率介于約0.1 sccm至約10 sccm之間。該石友來(lái)源的流率介于約0.1 sccm至約50 sccm之 間 該蝕刻劑的流率約介于約5 sccm至約1 ，000 sccm之間。該處理室的壓 力保持在介于約0.1托耳至約200托耳之間，較佳約為15托耳。該基材溫 度保持在約500°C至約1000°C之間，較佳介于約500°C至約700°C之間。 以加熱方式來(lái)驅(qū)動(dòng)該些試劑組成的混合物發(fā)生反應(yīng)并外延沉積一硅化合 物，稱其為硅鍺碳薄膜。氯化氫會(huì)蝕刻掉任何沉積在基材表面的介電特征 上的不定型或多晶型硅鍺碳化合物。該方法沉積出厚度約100埃(A)至約 3000埃的硅鍺碳化合物，且沉積速率介于約50埃/分鐘至約600埃/分鐘之 間，較佳約為150埃/分鐘。該硅鍺碳化合物中的鍺濃度介于約1%至30%(原 子百分比)，較佳約為20%(原子百分比)。該硅鍺碳化合物中的碳濃度介于 約0.1%至5%(原子百分比)，較佳約為2%(原子百分比)。除了乙烯或曱烷之外，其他碳來(lái)源或前驅(qū)物亦可用于沉積硅化合物過 程中，其包含乙、丙與丁的烷類、烯烴類與炔類。此類碳來(lái)源包括乙炔 (C2H2)、丙烷(C3H9)、丙烯(C3H6)、 丁炔(C4H6)與其他化合物。其它碳來(lái)源
包括如上述有關(guān)硅來(lái)源內(nèi)容中所敘述的多種有機(jī)硅烷化合物。
在本發(fā)明另一實(shí)施例中， 一硅化合物薄膜外延成長(zhǎng)為一摻雜的硅鍺碳
薄膜。將含有一半導(dǎo)體特征的基材(如，外徑300毫米)放置于該處理室中。
在此沉積技術(shù)中， 一硅前驅(qū)物(如，硅烷)、 一載氣(如，氫氣與/或氮?dú)?、一 鍺來(lái)源(如，鍺烷)、 一碳來(lái)源(如，曱基硅烷)、 一摻雜劑(如，乙硼烷)與一
蝕刻劑(如，氯化氫)同時(shí)流入該處理室中。該硅烷的流率介于約5 sccm至 約500 sccm之間。該載氣的流率介于約1,000 sccm至約60,000 sccm之間。 該鍺來(lái)源的流率介于約0.1 sccm至約10 sccm之間。該碳來(lái)源的流率介于 約O.l sccm至約50 sccm之間。該摻雜劑的流率介于約0.01 sccm至約3 sccm 之間。該蝕刻劑的流率約介于約5 sccm至約1 ，000 sccm之間。該處理室的 壓力保持在介于約0.1托耳至約200托耳之間，較佳約為15托耳。該基材 溫度保持在約500°C至約1000°C之間，較佳介于約500°C至約700°C之間。 以加熱方式來(lái)驅(qū)動(dòng)該些試劑混合物發(fā)生反應(yīng)并外延沉積一硅化合物，并稱 其為摻雜的硅鍺碳薄膜。氯化氫會(huì)蝕刻掉任何沉積在基材表面的介電特征 上的不定型或多晶型硅鍺碳化合物。該方法沉積出厚度約100埃至約3000 埃的摻雜硅鍺碳化合物，且沉積速率介于約50埃/分鐘至約600埃/分鐘之 間，較佳約為150埃/分鐘。該硅鍺碳化合物的鍺濃度介于約1%至30%(原 子百分比)，較佳約為20%(原子百分比)。該硅鍺碳化合物中的碳濃度介于 約0.1%至5%(原子百分比)，較佳約為2%(原子百分比)。該硅鍺碳化合物 的硼濃度介于約lxl(p至約2.5x 1021原子/立方公分，較佳約為2xl02Q 原子/立方公分。
在本發(fā)明另 一 實(shí)施例中，如上述方法般以硅烷作為硅來(lái)源沉積出任何 該硅化合物之后，借著使用二氯硅烷(Cl2SiH2)外延沉積一第二硅化合物薄 膜，以作為一硅鍺薄膜。將含有任何上述含硅化合物的基材(如，外徑300 毫米)放置于該處理室中。在此沉積技術(shù)中，二氯硅烷與一載氣(如，氫氣 與/或氮?dú)?、 一鍺來(lái)源(如，鍺烷)及一蝕刻劑(如，氯化氫)同時(shí)流入該處理室中。該二氯硅烷的流率介于約5 sccm至約500 sccm之間。該載氣的流率 介于約1,000 sccm至約60,000 sccm之間。該鍺來(lái)源的流率介于約0.1 sccm 至約10 sccm之間。該蝕刻劑的流率約介于約5 sccm至約1,000 sccm之間。 該處理室的壓力保持在介于約0.1托耳至約200托耳之間，較佳約為15托 耳。該基材溫度保持在約500°C至約1000°C之間，較佳介于約700°C至約 900°C之間。以加熱方式來(lái)驅(qū)動(dòng)該些試劑混合物發(fā)生反應(yīng)并外延沉積出一 第二硅化合物，該第二硅化合物為位在該第一硅化合物上的硅鍺薄膜。氯 化氫會(huì)蝕刻掉任何沉積在基材表面的介電特征上的不定型或多晶型硅鍺化 合物。執(zhí)行該方法以形成厚度約100埃至約3000埃的沉積硅鍺化合物，且 沉積速率介于約10埃/分鐘至約100埃/分鐘之間，較佳約為50埃/分鐘。 該硅鍺化合物的鍺濃度介于約1%至30%(原子百分比)，較佳約為20%(原 子百分比)。雖然在以上敘述過的任何實(shí)施例中可使用二氯硅烷來(lái)取代硅 烷，然此實(shí)施例是敘述一種用來(lái)沉積一第二含硅薄膜(即，硅鍺薄膜)的方 法。在另一實(shí)施例中，可使用上述任一種以硅烷為基礎(chǔ)的方法來(lái)沉積一第 三含硅薄膜。
因此，可借著交替使用硅烷與二氯硅烷做為該硅前驅(qū)物來(lái)沉積出 一種 由 一 連串硅化合物層所形成的硅化合物層積薄膜(silicon compound laminate film)。在一范例中，借著沉積四層厚度分別為500埃的硅化合物 層來(lái)形成一厚度約2000埃的層積薄膜，其中該第一層與第三層是介由在該 制程氣體中使用二氯硅烷所沉積而得，而該第二與第四層則是借著在該制 程氣體混合物中使用硅烷所沉積而得。在層積薄膜的另一態(tài)樣中，該第一 層與第三層是使用硅烷所沉積而得，而該第二與第四層則是使用二氯硅烷 所沉積而得。且每一層的厚度可各自相異，因此該層積薄膜可能具有數(shù)層 厚度不同的硅化合物層。
在一實(shí)施例中，二氯硅烷被添加至制程氣體中，以于一含有表面島塊 (surface islands)的上方層上沉積一硅化合物層，其中該表面島塊可能如薄膜 上的污染或不平坦處。當(dāng)于該上方層上沉積該硅化合物層時(shí)，含有二氯硅 烷的方法可能對(duì)表面島塊的不平坦較不敏感。相對(duì)于使用硅烷所形成的硅 化合物而言，使用二氯硅烷作為硅來(lái)源所形成的硅化合物具有較高的水平或側(cè)向成長(zhǎng)速率。在一實(shí)施例中，該表面島塊被具有一致表面的硅化合物 層所覆蓋，隨后，以二氯硅烷來(lái)取代該制程氣體中的硅烷后，繼續(xù)進(jìn)行該 硅化合物層的沉積作用。
諸如Si〈10O與Si〈lll〉等單晶硅、氧化硅、硅鍺、摻雜或無(wú)摻雜的晶圓以 及經(jīng)過圖案化或無(wú)圖案化的晶圓?；目删哂懈鞣N不同的幾何形狀，例如 圓形、正方形、長(zhǎng)方形，以及具有不同的大小尺寸，例如外徑約200毫米 或300毫米。表面與/或基材包括有晶圓、薄膜、層以及具有介電、導(dǎo)電與 阻障性質(zhì)的材料，且包含多晶硅、絕緣層上覆硅(SOI)、應(yīng)變或非應(yīng)變晶格。 表面的預(yù)處理包括研磨、蝕刻、還原、氧化、羥化(hydroxylation)、回火與 烘烤等。在一實(shí)施例中，將晶圓浸入1。/。的氟化氫(HF，或稱氫氟酸)溶液中， 并在800°C的氬氣環(huán)境中進(jìn)行干燥與烘烤。
在一實(shí)施例中，硅化合物含有介于約0%至95%(原子百分比)之間的鍺 濃度。在另一實(shí)施例中，鍺濃度介于約1%至30%(原子百分比)之間，較佳 介于約15%至25%原子百分比之間，且更佳約為20%原子百分比。硅化合 物亦可含有介于約0%至5%(原子百分比)之間的碳濃度。在另一態(tài)樣中， 碳濃度介于約200 ppm至約2°/。原子百分比之間。
且該等薄膜具有一致的、分散性的或是梯度性(gmded)的原子濃度。在美國(guó) 專利案6,770,134號(hào)與美國(guó)專利申請(qǐng)案聽14，66號(hào)(公開號(hào)20020174827) 中曾揭露梯度的硅鍺薄膜，該等專利案均讓授予應(yīng)用材料公司(Applied Material, Inc.),并于本文中將的全文納入?yún)⒖?，以說(shuō)明沉積梯度硅化合物 薄膜的方法。在一實(shí)施例中，硅烷與一鍺來(lái)源(如，鍺烷)是用來(lái)沉積含硅 鍺化合物的薄膜。在此實(shí)施例中，可改變?cè)摴柰閬?lái)源與鍺來(lái)源的比例，以 在成長(zhǎng)該梯度薄膜的時(shí)候，控制該硅化合物中的元素濃度。在另一實(shí)施例 中，硅烷與一碳來(lái)源(如，甲基甲硅烷)是用來(lái)沉積含硅碳化合物的薄膜。 可改變?cè)摴柰榕c碳來(lái)源的比例，以于成長(zhǎng)均勻或梯度的薄膜時(shí)，控制該硅 化合物中的元素濃度。在另一實(shí)施例中，硅烷、 一鍺來(lái)源(如，鍺烷)與一碳來(lái)源(如甲基曱硅烷)是用來(lái)沉積含硅鍺碳化合物的薄膜?？筛淖?cè)摴柰椤?鍺來(lái)源與碳來(lái)源的比例，以于成長(zhǎng)均勻或梯度的薄膜時(shí)，提供對(duì)該硅化合 物中的元素濃度的控制。
在本發(fā)明的方法中，該等硅化合物薄膜是藉由化學(xué)氣相沉積制程(CVD) 所成長(zhǎng)而成，其中化學(xué)氣相沉積制程包括原子層沉積(ALD)制程以及/或原 子層外延制程(ALE)?；瘜W(xué)氣相沉積包含多種技術(shù)的使用，例如電漿輔助性 化學(xué)氣相沉積(PA-CVD)、原子層化學(xué)氣相沉積(ALCVD)、有基金屬或金屬 有機(jī)化學(xué)氣相沉積(OMCVD或MOCVD)、雷射輔助性化學(xué)氣相沉積 (LA-CVD)、紫外線化學(xué)氣相沉積(UV-CVD)、熱線式化學(xué)氣相沉積 (HWCVD)、減壓或低壓式化學(xué)氣相沉積(RP-CVD或LP-CVD)、超高真空 化學(xué)氣相沉積(UHV-CVD)及其他化學(xué)氣相沉積等等。較佳者，該方法使用 熱化學(xué)氣相沉積，以外延成長(zhǎng)或沉積該硅化合物，該硅化合物包括硅、硅 鍺(SiGe)、硅碳(SiC)、硅鍺碳(SiGeC)、及其經(jīng)過摻雜后的變化物與組合物。
本發(fā)明的方法可在習(xí)知的ALE、 CVD與ALD設(shè)備中執(zhí)行。該些設(shè)備 可使該等來(lái)源接觸其上欲成長(zhǎng)該硅化合物薄膜的已加熱表面。該等方法的 操作壓力范圍介于約1毫托耳至約2300托耳之間，較佳約介于0.1托耳至 200托耳之間?？捎脕?lái)沉積該含硅薄膜的硬體設(shè)備包括Epi Centura 系統(tǒng)與 PolyGen 系統(tǒng)，該等系統(tǒng)均可購(gòu)自應(yīng)用材料公司(Applied Material, Inc., Santa Clara California)。讓受予應(yīng)用材料公司，標(biāo)題為「原子層沉積的氣體 配送裝置與方法」的美國(guó)專利申請(qǐng)案10/032,284號(hào)(公開號(hào)為20030079686) 中揭示有原子層沉積(ALD)設(shè)備，并于本文中將的全文納入?yún)⒖?，以做裝 備說(shuō)明的用。其他的裝備包括習(xí)知的批次高溫爐等。
該等方法對(duì)于沉積如第1A-1C圖中所繪的金屬氧化物半導(dǎo)體 (MOSFET)與二極電晶體來(lái)說(shuō)極為有用。在本文中，硅化合物為該些沉積出 來(lái)的層或薄膜，并包含于本發(fā)明方法過程中外延成長(zhǎng)的硅、硅鍺、硅碳、 硅鍺碳及其經(jīng)摻雜后的變化物與組合物。該硅化合物包括位于該些薄膜中 的應(yīng)變層或非應(yīng)變層。
第1A-1B圖顯示在一金屬氧化物半導(dǎo)體上外延成長(zhǎng)而成的硅化合物。 該硅化合物沉積至該元件的源/漏極特征。該硅化合物黏附至該下方層的晶格處，并從該處開始成長(zhǎng)，并且當(dāng)該硅化合物成長(zhǎng)以增加厚度時(shí)均保持著 此對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)。在一實(shí)施例中，圖1A顯示該硅化合物沉積以作為一源/漏極
延伸源(source/drain extension source);同時(shí)，在另 一 個(gè)實(shí)施例中，圖1B顯 示該硅化合物沉積以作為 一 升高式源/漏極(ESD)。
該源/漏極層12是藉由該基材IO的離子注入所形成。通常，當(dāng)源/漏極 層12是經(jīng)摻雜的p型時(shí)，該基材IO則為晶摻雜的n-型。借著本發(fā)明的各 種實(shí)施例使硅化合物層14外延成長(zhǎng)至該源/漏極層12上。柵極氧化層18 橋接著該分段狀(segmented)的硅化合物層14，或是橋接著該分段狀的源/ 漏極層12(參閱圖1B)。 一般而言，該柵極氧化層18是由二氧化硅、氮氧 化硅或氧化鉭所構(gòu)成。 一間隙壁16部分包圍著該柵極氧化層18，該間隙 壁16通常是一種絕緣材料，例如一氮化物/氧化物堆疊(如， Si3N4/Si02/Si3N4)。且在該間隙壁16中還有彌補(bǔ)層(off-set layer,如Si3N4) 與柵極層22(如，鴒或鎳)。
在另一實(shí)施例中，圖1C繪示一已沉積的硅化合物層34，作為二極電
成。一n-型集極層(collector layer)是先沉積至該基材30上，且該硅化合物 層34沉積至該n-型集極層32上。該電晶體更包含絕緣層33(如，二氧化 硅或四氮化三硅)、接觸層36(如，重?fù)诫s多晶硅)、彌補(bǔ)層38(如，四氮化 三硅)與一第二絕緣層40(如，二氧化硅或四氮化三硅)。
如第2A-2F圖所繪示的，在一實(shí)施例中， 一源/漏極延伸形成于一 MOSFET中，其中該硅化合物層選擇性地外延成長(zhǎng)在該基材的表面上。圖 2A案顯示一種借著將離子(例如，摻雜離子)注入一基材130的表面中而形 成的源/漏極層132。該些分段狀的源/漏極層132藉由形成在彌補(bǔ)層134中 的柵極136橋接在一起。 一部分的源/漏極層132經(jīng)過蝕刻與濕式清洗，以 制造出如圖2B中的凹處138。
圖2C繪示數(shù)個(gè)本發(fā)明實(shí)施例，其中硅化合物層140(外延)與142(多晶) 是選擇性地沉積而成。該等硅化合物層140與M2同時(shí)進(jìn)行沉積，且不沉 積在該彌補(bǔ)層134上。該等硅化合物層140與142通常是經(jīng)摻雜的含硅鍺 層。且其鍺濃度介于約1%至30%(原子百分比)，較佳為20%(原子百分比)，以及諸如硼、砷或磷等摻雜劑的濃度則介于約1 x 1020原子/立方公分至約
2.5 x 1021原子/立方公分之間，較佳約為2x 102()原子/立方公分。在下一步 驟中，圖2D顯示沉積至該彌補(bǔ)層134的氮化物間隙壁144(例如，四氮化 三硅)。
圖2E繪示另一個(gè)本發(fā)明實(shí)施例，其中一硅化合物選擇性地外延成長(zhǎng)為 一硅化合物層148。硅化合物層148沉積在層140(經(jīng)摻雜的硅鍺)上。多晶 硅層146沉積在該硅化合物層142(經(jīng)摻雜的硅鍺)上。
在圖2F里所顯示的下一步驟中， 一金屬層154沉積在該等特征上，且 該元件經(jīng)過回火(annealed)。該金屬層154可能包含鈷、鎳或鈦以及其他金 屬。在回火的過程中，多晶硅層146與硅化合物層148分別被轉(zhuǎn)化成金屬 硅化物層150與152。也就是，當(dāng)使用鈷來(lái)沉積成金屬層154時(shí)，在回火 步驟后的該金屬硅化物層為硅化鈷(cobalt silicide)。
該硅化合物被重?fù)诫s以該等原位(in-situ)摻雜劑。因此，可省略掉習(xí)知 技術(shù)中的回火步驟，且整體的產(chǎn)能時(shí)間較短?？稍谠摴杌衔飳又羞x擇性 地添加鍺與/或碳來(lái)提高沿著通道的載子遷離率與繼起驅(qū)動(dòng)電流(subsequent drive current)。在柵極氧化層上選擇性成長(zhǎng)的硅化合物外延層能補(bǔ)償在硅化 過程(silicidation)中的接面損耗，而能減輕超淺接面的高串聯(lián)電阻問題。此 兩種應(yīng)用能合并實(shí)施或單獨(dú)用于互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體(CMOS)元件的制造中。
藉由本發(fā)明中所揭示的實(shí)施例所沉積出來(lái)多種硅化合物可用于多種元 件的制造中，例如二極管(如基極(base)、射極(emitter)、集極(collector)、射 極接觸等)、BiCMOS(如基極、射極、集極、射極接觸等)與互補(bǔ)式金氧半 導(dǎo)體(例如其通道、源/漏極、源/漏極延伸、升高式源/漏極、基材、應(yīng)變硅、 絕緣層上覆硅與接觸插塞等)。多種其他的方法實(shí)施例教示可作為柵極、基 極接觸、集極接觸、射極接觸、升高式源/漏極與其他用途的硅化合物薄膜 的成長(zhǎng)。
實(shí)施例1:硼摻雜硅鍺沉積
使用晶向SklOO的基材來(lái)研究以CVD進(jìn)行的選擇性單晶薄膜成長(zhǎng)。 該晶圓的表面上存在有一介電特征。該晶圓浸入1。/。氟化氫溶液(HF，或稱氫氟酸)中處理45秒。將該晶圓置入該沉積室(Epi Centura 處理室)中，并 以800°C的溫度于氫氣環(huán)境中烘烤60秒，以除去原生氧化物。將作為載氣 的氫氣導(dǎo)向該基材，且于該載氣中添加該等來(lái)源化合物(source compounds)。將,圭烷(l00 sccm)、鍺烷(6 sccm)加入壓力為15托耳且溫度為 725°C的該處理室中。以460 sccm的流率來(lái)輸送氯化氳。以1 sccm的流率 輸送乙硼烷。該基材溫度維持在725°C。執(zhí)行沉積反應(yīng)5分鐘，以形成一 厚度為500埃的硅鍺薄膜，且該硅鍺薄膜的鍺濃度為21%(原子百分比)， 磷濃度為2.0 x 102()原子/立方公分。
實(shí)施例2:磷摻雜硅鍺沉積
如實(shí)施例1中所述般地制備該等基材。將該晶圓置入該沉積室(Epi Centura⑧處理室)中，并以800°C的溫度于氫氣環(huán)境中烘烤60秒，以除去 原生氧化物。將作為載氣的氳氣導(dǎo)向該基材，且于該載氣中添加該等來(lái)源 化合物。將硅烷(100sccm)、鍺烷(4 sccm)加入壓力為15托耳且溫度為725°C 的該處理室中。以250 sccm的流率來(lái)輸送氯化氫。以1 sccm的流率將膦輸 送至該處理室。該基材溫度維持在725°C。執(zhí)行沉積反應(yīng)5分鐘，以形成 一厚度為500埃的硅鍺薄膜，且該硅鍺薄膜的鍺濃度為20%(原子百分比)， 磷濃度為1.6 x 102()原子/立方公分。
實(shí)施例3:先后使用二氯硅烷(Cl，SiH7)與硅烷(SiH一進(jìn)行硼摻雜硅鍺沉
如實(shí)施例1中所述般地制備該等基材。將該晶圓置入該沉積室(Epi Centura⑧處理室)中，并在800°C的溫度下于氫氣環(huán)境中烘烤60秒，以除 去原生氧化物。將作為載氣的氫氣導(dǎo)向該基材，且于該載氣中添加該等來(lái) 源化合物。將二氯硅烷(IOO sccm)、鍺烷(2.8 sccm)與乙硼烷(0.3 sccm)力口入 壓力為15托耳且溫度為725。C的該處理室中。以190 sccm的流率來(lái)輸送 氯化氫?；臏囟染S持在725°C。執(zhí)行沉積反應(yīng)72秒鐘，以形成一厚度為 50埃的第一硅化合物層。接著，使用硅烷(100sccm)、鍺烷(6sccm)、氯化 氬(460 sccm)與乙硼烷(l sccm)于該第一硅化合物層的頂面上沉積一后續(xù)的外延層(即，第二硅化合物層)。其是使該處理室的壓力與溫度保持固定(15
托耳及725。C)，并執(zhí)行沉積144秒，以形成厚度為250埃的該第二硅化合物層。
實(shí)施例4:先后使用硅烷(SiH^與二氯硅烷(Cl^iH2)進(jìn)行硼摻雜硅鍺沉
魚
如實(shí)施例1中所述般地制備該等基材。將該晶圓置入該沉積室(Epi Centura⑧處理室)中，并在800。C的溫度下于氫氣環(huán)境中烘烤60秒，以除 去原生氧化物。將作為載氣的氫氣導(dǎo)向該基材，且于該載氣中添加該等來(lái) 源化合物。將硅烷(IOO sccm)、鍺烷(6 sccm)與乙硼烷(l sccm)加入壓力為 15托耳且溫度為725°C的該處理室中。以460 sccm的流率來(lái)輸送氯化氫。 基材溫度維持在725°C。執(zhí)行沉積反應(yīng)144秒鐘，以形成一厚度為2M埃 的第一硅化合物層。接著，使用二氯硅烷(IOO sccm)、鍺烷(2.8 sccm)、氯 化氫(190 sccm)與乙硼烷(0.3 sccm)于該第一硅化合物層的頂面上沉積一第 二硅化合物層。是使該處理室的壓力與溫度保持固定(15托耳及725°C)， 并執(zhí)行沉積72秒，以形成一厚度為50埃的額外層。
上述內(nèi)容是說(shuō)明本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例，并可在不偏離本發(fā)明范圍下設(shè) 計(jì)出本發(fā)明的其他或更進(jìn)一步的實(shí)施例。本發(fā)明范圍當(dāng)由權(quán)利要求所界定。
權(quán)利要求
1. 一種于一基材上沉積一硅鍺薄膜的方法，其包含提供一基材于一處理室中；該處理室處于介于1毫托耳至2300托耳之間的壓力之下；加熱該基材，使其溫度介于500℃至900℃之間；使該基材與一第一沉積氣體接觸，所述第一沉積氣體包含硅烷、一鍺來(lái)源、一碳來(lái)源、氯化氫、一載氣與至少一摻雜劑氣體，以將第一硅鍺材料選擇性外延沉積在該基材上，所述第一硅鍺材料含有濃度為2.5×1021原子/立方公分的摻雜劑；以及使該基材與一第二沉積氣體接觸，所述第二沉積氣體含有二氯硅烷和鍺來(lái)源，以將第二硅鍺材料選擇性外延沉積在該基材上。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中該至少一摻雜劑氣體是一含硼化合 物，其是選自于由硼烷、乙硼烷、丙硼烷、三曱基硼、三乙基硼與上述化 合物的衍生物所構(gòu)成的組群中。
3. 如權(quán)利要求2所迷的方法，其中該第一硅鍺薄膜材料含有硼濃度為 2.5 x 1021原子/立方公分。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述碳來(lái)源是有機(jī)硅烷。
5. —種用于一基材上沉積一硅鍺薄膜的選擇性外延方法，其包括 將一基材置于一處理室中；該處理室處于介于毫托耳至2300托耳之間的壓力之下；加熱該基材至溫度介于500°C至約900°C之間；使該基材與一沉積氣體接觸，該沉積氣體包含硅烷、 一鍺來(lái)源、 一碳 來(lái)源、 一蝕刻劑來(lái)源、 一載氣與至少一摻雜劑氣體，以選擇性外延形成一 硅鍺材料，該硅鍺材料含有摻雜劑濃度為2.5 x 1021原子/立方公分。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中該鍺來(lái)源是選自于由鍺烷、乙鍺烷、 丙鍺烷、丁鍺烷及其衍生物所構(gòu)成的組群中。
7. —種于一基材上沉積一硅鍺薄膜的方法，其包含 將一基材置于一處理室中；該處理室處于介于1毫托耳至2300托耳之間的壓力之下；加熱該基材至溫度介于500°C至卯0。C之間；和使該基材與一沉積氣體接觸，該沉積氣體包含一含硅氣體、 一鍺來(lái)源、 一碳來(lái)源、氯化氫與一含硼摻雜劑氣體，以將一硅鍺材料選擇性外延沉積 在該基材上，該硅鍺材料含有硼濃度為2.5 x 1021原子/立方公分。
8. —種于一基材上沉積一硅鍺薄膜的方法，其包含 放置一基材于一處理室中；該處理室處于介于1毫托耳至2300托耳之間的壓力之下；使該基材與一第一沉積氣體接觸，該第一沉積氣體包含硅烷、 一第一 鍺來(lái)源、 一碳來(lái)源、氯化氫和一載氣，以將具有一第一厚度的第一含硅鍺 材料外延沉積在該基材上，該第一含硅鍺材料含有濃度為2.5xl0"原子/立方公分的摻雜劑；其中所述基材在與所述第一沉積氣體接觸的過程中被 加熱至500。C至900。C之間的第 一溫度；以及使該基材與一第二沉積氣體接觸，該第二沉積氣體含有二氯硅烷和一 第二鍺來(lái)源，以將一具有第二厚度的第二含硅鍺材料外延沉積在該第一含 硅鍺材料上。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第一含硅鍺材料選擇性地沉積 在該基材上。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中該第一沉積氣體還包含至少一摻 雜劑氣體。
全文摘要
一實(shí)施例中提供一種在基材上沉積硅或硅鍺薄膜的方法，其包含將該基材置于一處理室中，并加熱該基材表面使其溫度介于約600℃至900℃之間，同時(shí)保持該處理室中的壓力介于約13巴(0.1托耳)至27仟巴(200托耳)之間。將一沉積氣體提供至該處理室中，該沉積氣體包括硅烷(SiH4)、一可選用的鍺來(lái)源氣體、一蝕刻劑、一載氣與可選用至少一種摻雜劑氣體。該硅或硅鍺薄膜選擇性地外延成長(zhǎng)于該基材上。一實(shí)施例中包含一種以一惰性氣體作為載氣來(lái)沉積一含硅薄膜的方法。該些方法亦包含使用選擇性硅鍺外延薄膜來(lái)制造電子元件。
文檔編號(hào)H01L21/20GK101483136SQ20091000380
公開日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2004年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月10日
發(fā)明者A·V·薩莫伊洛夫, Y·金 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司