凹部中外延半導(dǎo)體層的形成方法及具有其的半導(dǎo)體器件的制作方法
【專利說明】凹部中外延半導(dǎo)體層的形成方法及具有其的半導(dǎo)體器件
[0001]優(yōu)先權(quán)聲明和交叉參考
[0002]本發(fā)明要求于2014年4月30日提交的標(biāo)題為“Method of Forming an EpitaxialSemiconductor Layer in a Recess and a Semiconductor Device Having the Same，，的美國臨時申請第61/986，284號的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明一般地涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及半導(dǎo)體器件及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0004]半導(dǎo)體器件用于各種電子應(yīng)用，諸如個人計算機、手機、數(shù)碼相機和其他電子設(shè)備。通常通過處理半導(dǎo)體襯底來制造該半導(dǎo)體器件，例如，通過在半導(dǎo)體襯底上方順序沉積絕緣層或介電層、導(dǎo)電層和半導(dǎo)體材料層并且使用光刻或蝕刻(例如，濕蝕刻和/或干蝕亥IJ)圖案化各個材料層來在其上形成電路部件和元件。
[0005]處理半導(dǎo)體襯底可包括通過蝕刻工藝在半導(dǎo)體襯底中形成凹部。蝕刻工藝可使得金屬殘留物形成在凹部的表面上(例如，側(cè)壁和/或底面)。例如，具有金屬殘留物的凹部隨后可通過濕清潔工藝進行清潔。清潔工藝(例如，濕清潔工藝)期間金屬殘留物的存在會導(dǎo)致半導(dǎo)體襯底所不期望的金屬輔助化學(xué)蝕刻(MACE)，由此在半導(dǎo)體襯底中形成至少一個裂紋。至少一個裂紋會對制造產(chǎn)量和半導(dǎo)體器件可靠性產(chǎn)生不利的影響。需要解決該問題，并且需要制作半導(dǎo)體器件的新方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種在凹部中外延形成半導(dǎo)體層的方法，所述方法包括:提供化學(xué)汽相沉積系統(tǒng)；將具有所述凹部的半導(dǎo)體襯底放置在所述化學(xué)汽相沉積系統(tǒng)中，其中，所述半導(dǎo)體襯底包括從所述凹部的表面延伸到所述半導(dǎo)體襯底中的至少一個裂紋；在所述凹部內(nèi)和所述至少一個裂紋上方外延形成包括第一半導(dǎo)體材料的襯層；以及在所述襯層上方外延形成包括第二半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體層。
[0007]在該方法中，所述第一半導(dǎo)體材料包括非摻雜半導(dǎo)體材料。
[0008]在該方法中，所述第一半導(dǎo)體材料和所述第二半導(dǎo)體材料包括摻雜半導(dǎo)體材料，所述第一半導(dǎo)體材料的摻雜濃度小于所述第二半導(dǎo)體材料的摻雜濃度。
[0009]在該方法中，所述第一摻雜濃度小于或等于4X 102°原子/立方厘米。
[0010]在該方法中，外延形成所述襯層包括:提供蝕刻氣體，所述蝕刻氣體的部分壓力小于約 1Torrs。
[0011]在該方法中，外延形成所述半導(dǎo)體層包括提供蝕刻氣體，所述蝕刻氣體的部分壓力大于約0.0lTorrs0
[0012]在該方法中，所述襯層的厚度在大約Inm至大約5nm的范圍內(nèi)。
[0013]在該方法中，所述半導(dǎo)體層的厚度在大約15nm至大約60nm的范圍內(nèi)。
[0014]在該方法中，外延形成所述襯層包括:提供包括所述第一半導(dǎo)體材料的源氣體。
[0015]在該方法中，外延形成所述襯層包括:在大約650°C至大約800°C的范圍內(nèi)的溫度下生長所述襯層。
[0016]在該方法中，所述第一半導(dǎo)體材料包括硅或磷，或者包括硅和磷。
[0017]在該方法中，所述第一半導(dǎo)體材料包括具有恒定摻雜輪廓的摻雜半導(dǎo)體材料。
[0018]在該方法中，所述第一半導(dǎo)體材料包括具有階梯式摻雜輪廓的摻雜半導(dǎo)體材料。
[0019]在該方法中，所述第二半導(dǎo)體材料包括硅、磷和碳中的至少一種。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種在凹部中外延形成半導(dǎo)體層的方法，所述方法包括:在半導(dǎo)體襯底中形成凹部；清潔所述凹部，清潔所述凹部產(chǎn)生從所述凹部的表面延伸到所述半導(dǎo)體襯底中的至少一個裂紋；提供化學(xué)汽相沉積系統(tǒng)；將具有所述凹部和所述至少一個裂紋的半導(dǎo)體襯底放置在所述化學(xué)汽相沉積系統(tǒng)中；在所述凹部內(nèi)和所述至少一個裂紋上方外延形成襯層，所述襯層包括具有第一摻雜濃度的第一半導(dǎo)體材料；以及在所述襯層上方外延形成半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層包括具有第二摻雜濃度的第二半導(dǎo)體材料，其中，所述第一摻雜濃度小于所述第二摻雜濃度。
[0021]在該方法中，所述襯層的厚度在大約Inm至大約5nm的范圍內(nèi)。
[0022]在該方法中，所述半導(dǎo)體層的厚度在大約15nm至大約60nm的范圍內(nèi)。
[0023]在該方法中，所述第一摻雜濃度小于或等于4X 102°原子/立方厘米。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括:半導(dǎo)體襯底，具有凹部和從所述凹部的表面延伸到所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的至少一個裂紋；襯層，包括第一半導(dǎo)體材料，位于所述凹部內(nèi)和所述至少一個裂紋上方；以及半導(dǎo)體層，包括第二半導(dǎo)體材料，設(shè)置在所述襯層上方。
[0025]在該半導(dǎo)體器件中，所述襯層的厚度在約Inm至大約5nm的范圍內(nèi)。
【附圖說明】
[0026]當(dāng)閱讀附圖時，根據(jù)以下詳細描述來理解本發(fā)明的各個方面。注意，根據(jù)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)實踐，各個部件沒有按比例繪制。事實上，為了討論的清楚，各個部件的尺寸可以任意增加或減小。
[0027]圖1示出了根據(jù)一些實施例的在凹部中形成外延半導(dǎo)體層的方法。
[0028]圖2A至圖2E示出了根據(jù)一些實施例的在凹部中外延形成半導(dǎo)體層的方法的工藝流程。
[0029]圖3示出了根據(jù)一些實施例的在凹部中外延形成半導(dǎo)體層的方法。
[0030]圖4A至圖4E示出了根據(jù)一些實施例的在凹部中外延形成半導(dǎo)體層的方法的工藝流程。
[0031]圖5示出了根據(jù)一些實施例的半導(dǎo)體器件。
【具體實施方式】
[0032]以下公開提供了許多不同的用于實施本發(fā)明主題的不同特征的實施例或?qū)嵗?。以下描述部件或配置的具體實例以簡化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是實例而不用于限制。例如，在以下的描述中，在第二部件上方或之上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件被形成為直接接觸的實施例，并且也可以包括可以在第一部件和第二部件形成附件部件使得第一部件和第二部分沒有直接接觸的實施例。此外，本發(fā)明可以在各個實例中重復(fù)參考標(biāo)號和/或字母。這些重復(fù)是為了簡化和清楚，其本身并不表示所討論的各個實施例和/或結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。
[0033]此外，為了易于描述，可以使用空間相對術(shù)語(諸如“在…下方”、“之下”、“下部”、“上方”、“上部”等)以描述圖中所示一個元件或部件與另一個元件或部件的關(guān)系。除圖中所示的定向之外，空間相對術(shù)語還包括使用或操作中設(shè)備的不同定向。裝置可以以其他方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或處于其他定向)，本文所使用的空間相對描述可因此進行類似的解釋。
[0034]圖1示出了根據(jù)一個或多個實施例的在凹部中外延形成半導(dǎo)體層的方法100。
[0035]方法100可包括:提供化學(xué)汽相沉積系統(tǒng)(102);在化學(xué)汽相沉積系統(tǒng)中放置具有凹部的半導(dǎo)體襯底，其中，半導(dǎo)體襯底包括從凹部的表面延伸到半導(dǎo)體襯底中的至少一個裂紋(104);在凹部內(nèi)以及至少一個裂紋上方外延地形成包括第一半導(dǎo)體材料的襯層
(106);以及在襯層上方外延地形成包括第二半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體層(108)。
[0036]圖2A至圖2E示出了根據(jù)一些實施例的在凹部中外延形成半導(dǎo)體層的方法100的工藝流程。
[0037]如圖2A示出，在截面圖中，在凹部中外延地形成半導(dǎo)體層的方法100可包括提供化學(xué)汽相沉積(CVD)系統(tǒng)200。
[0038]在一個實施例中，CVD系統(tǒng)200包括反應(yīng)室202、入口管204、噴嘴206、保持器208、加熱器210、排出P 212a,212b以及真空栗214。
[0039]氣體可經(jīng)由入口管204引入反應(yīng)室202。氣體可以經(jīng)由噴嘴206進入到保持器208上方的空間。半導(dǎo)體襯底(在圖2A中未示出，參見圖2B的描述)可放置在保持器208上，并且在反應(yīng)室202的外壁處設(shè)置在保持器208下方的加熱器210可加熱半導(dǎo)體襯底。
[0040]例如通過真空栗214，反應(yīng)室202可經(jīng)由排出口 212a、212b被抽真空。引入反應(yīng)室202的氣體可經(jīng)過噴嘴206中的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(圖2A中未示出)，使得氣體均勻地覆蓋被置于保持器208上的半導(dǎo)體襯底的表面。如保持器208上方的箭頭所示，在圖2A中示出保持器208上方的氣體的均勻分布。
[0041]引入反應(yīng)室202的氣體可包括或者可以為至少一種源氣體、載氣和蝕刻氣體的混合物。
[0042]至少一種源