形成含碳外延硅层的方法技术

在第一方面中，提供一种在基材上形成外延层叠层的方法。此方法包含：(1)选择所述外延层叠层的目标碳浓度；(2)在所述基材上形成含碳硅层，所述含碳硅层所具有的初始碳浓度、厚度以及沉积时间中的至少之一依据所选择的目标碳浓度进行选择；以及(3)在蚀刻前，在所述含碳硅层上形成非含碳硅层。亦提供多种其它方面。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请号为“200780028487.2”、申请日为2009年2月I日、题为“形成含碳外延娃层的方法”的专利申请的分案申请。本申请要求2006年7月31日提交的题为“”(Methodof Forming Carbon-containing Silicon Epitaxial Layers)的美国临时专利申请 S/N.60/834/773(律师案号N0.10595/L)的优先权，该申请通用地通过引用全部结合于此。相关申请的交叉引用本申请涉及以下共同待审的申请，这些申请通过引用全部结合于此:2004年12月I日提交的美国专利申请S/N.11/001，774 (律师案号N0.9618);以及2005年9月14日提 交的美国专利申请S/N.11/227，974 (律师案号N0.9618/P01)。
本专利技术涉及半导体器件制造，更具体地涉及。
技术介绍
随着小型晶体管的生产，超浅源/漏极结的制造变得更具挑战性。一般而言，次100纳米的CMOS器件(互补金属氧化物半导体)要求结深度小于30nm。选择性的外延沉积常用来将含娃材料(例如娃、娃锗或碳化娃)的外延层形成于结中。一般而言，选择性外延沉积允许外延层在娃槽(silicon moat)而非介电区上生长。选择性外延可用于半导体器件，例如抬高源/漏极、源/漏极延展、接触插塞或双极性器件的基极层沉积。一般而言，选择性外延工艺牵涉到沉积反应与蚀刻反应。沉积反应与蚀刻反应同时发生，但对于外延层与多晶层则具有不同的反应速率。在沉积过程中，外延层被形成于单晶表面，而多晶层则沉积于至少第二层上，例如现有的多晶层和/或非晶层。然而，所沉积的多晶层通常以比外延层快的速率蚀刻。因此，通过改变蚀刻气体的浓度，净选择工艺导致外延材料沉积，以及多晶材料有限沉积或不沉积。举例而言，选择性外延工艺会导致在单晶硅表面上形成含硅材料的外延层，而于间隙壁上无任何沉积。在形成抬高源/漏极与源/漏极延展的特征期间，例如在形成含硅MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)器件期间，含硅材料的选择性外延沉积已变成有用的技术。源/漏极延展特征通过以下步骤制造:蚀刻硅表面以制造出凹入的源/漏极，随后用选择性成长的外延层(例如硅锗材料)填充经蚀刻表面。选择性外延能以原位掺杂允许近乎完全的掺杂剂活化，进而省略后退火工艺。因此，可通过硅蚀刻与选择性外延准确地定义结深度。另一方面，超浅源/漏结无可避免地会导致串联电阻的增加。此外，在形成硅化物过程中的结消耗会进一步地增大串联电阻。为了弥补结消耗，在结上外延地且选择性地生长抬高的源/漏极。一般而言，抬高的源/漏极层为未掺杂硅。然而，现有选择性外延工艺具有某些缺点。为了在现今的外延工艺中维持选择性，前体的化学浓度以及反应温度必须在沉积过程中全程控管与调整。若未提供足够的硅前体，蚀刻反应则会占主导，并延滞整个工艺。此外，亦可能产生对基材有害的过度蚀刻。若未提供足够的蚀刻前体，沉积反应则会占主导，从而降低在基材表面形成单晶与多晶材料的选择性。另外，现今选择性外延工艺通常需要高反应温度，例如约800°C、1000°C或更高。但由于热预算的考量，且对基材表面可能有难以控制的氮化反应，在制造工艺中，此高温反应是不利的。另外，部分外延膜和/或工艺易于产生形态缺陷，例如在膜中产生坑洞或表面粗糙。因此，仍需开发一种用于选择性且外延地沉积硅与含硅化合物的工艺。此外，在快速沉积速率且工艺温度维持于例如约800°C或更低的同时，此工艺应当是通用的，用来形成具有变化元素浓度的含硅化合物。最后，此工艺应产生低缺陷的膜或膜叠层(例如几乎没有坑洞、断层、粗糙、点缺陷等)。
技术实现思路
在本专利技术的第一方面中，提供一种在基材上形成外延层叠层的方法。此方法包含: (I)选择所述外延层叠层的目标碳浓度；(2)在所述基材上形成含碳硅层，所述含碳硅层所具有的初始碳浓度、厚度以及沉积时间的至少之一依据所选择的所述目标碳浓度来选择；以及(3)在蚀刻前，在所述含碳硅层上形成非含碳硅层。在本专利技术的第二方面中，提供一种用于形成外延层叠层的方法。此方法包含:(1)选择所述外延层叠层的目标碳浓度；(2)通过交替沉积含碳硅层与非含碳硅层，形成所述外延层叠层。依据所述含碳硅层的总厚度、初始碳浓度以及沉积时间的至少之一，达到所述目标碳浓度。在本专利技术的第三方面中，提供一种用以控制形成在基材上的外延层叠层中的碳浓度的方法。此方法包含:(I)确定所述外延层叠层的所需碳浓度；(2)通过(a)在所述基材上形成含碳外延层，以及(b)在所述含碳外延层上形成非含碳覆盖层，形成所述外延层叠层。依据所述外延层叠层的所需碳浓度，选择所述含碳外延层的厚度。亦提供多种其它方面。依据下述的实施方式、权利要求与附图，可使本专利技术其它特征与方面更为清楚。【附图说明】图1A-1D是绘示依照本专利技术的在形成外延层叠层过程中的基材的剖面图。图2是绘示依照本专利技术形成的贯穿非含碳籽晶外延层、含碳外延层以及非含碳覆盖外延层的叠层的碳浓度的曲线图。图3是绘示依照本专利技术的针对籽晶外延层与覆盖外延层的固定沉积时间取代碳浓度(SC)对含碳外延层的沉积时间的相关性的曲线图。图4是绘示依照本专利技术的用于形成具有目标碳浓度的外延层叠层的方法的流程图。【具体实施方式】在以介电质膜图案化的娃基材上的选择性外延生长工艺期间,仅于暴露的娃表面上形成(例如而不在介电质表面)单晶半导体。选择性外延生长工艺可包含同时进行的蚀刻-沉积工艺，以及交替供气工艺。在同时进行的蚀刻-沉积工艺中，蚀刻剂与沉积物两者同时流动。据此，在形成外延层的过程中，该外延层同时沉积与蚀刻。相反地，在所附的美国专利申请案S/N.11/001,774(申请日2004年12月I日，代理人案号9618)中，则描述了用于在基材上形成外延层的交替供气工艺。在AGS工艺中，则是先在基材上进行外延沉积工艺，然后在基材上进行蚀刻工艺。此籽晶外延沉积工艺继以蚀刻工艺的循环则不断重复，直至形成所需的外延层厚度为止。沉积过程可包含将基材表面暴露在含有至少硅源与载气的沉积气体中。沉积气体亦可包含锗源和/或碳源、以及掺杂剂源。常见的掺杂剂可包含砷、硼、磷、锑、镓、铝以及其它元素。在沉积过程中，当多晶层形成于副表面(例如非晶和/或多晶表面)上时，外延层形成于基材的单晶表面。接着，将基材暴露在蚀刻气体中。此蚀刻气体包含载气与蚀刻剂。蚀刻气体移除在沉积 过程中沉积的含硅材料。在蚀刻过程中，多晶层的移除速率比外延层快。因此，沉积与蚀刻工艺的净结果会在单晶表面上形成外延生长含硅材料，同时最小化副表面上多晶含硅材料的生长(如果有的话)。用来沉积含硅材料的示例包含硅、硅锗、碳化硅、硅锗碳、掺杂剂变体与类似物。常规的硅外延膜的形成工艺利用氢气、氯化氢与硅源，例如二氯甲硅烷，在基材温度高于约700°C下反应(例如以解离氯化氢和/或硅源)。降低外延膜的形成温度的一种方法采用氯气取代氯化氢(氯化氢)，这是由于氯气在较低温度下(例如约600°C或以下)可更有效地解离。由于氢气与氯气不兼容，因此可采用除了氢气以外的载气与氯气一同使用，例如氮气。同样地，亦可使用具有较低解离温度的硅源(例如硅烷(SiH4)、二硅乙烷(Si2H6)等)。使用氯气作为硅外延膜形成过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在基材上形成外延层叠层的方法，包含：(a)在所述基材上形成含碳硅层；(b)在蚀刻之前在所述含碳硅层上形成非含碳硅层；(c)使来自所述含碳硅层的碳分布至所述非含碳硅层；(d)蚀刻所述外延层叠层以移除所述非含碳硅层的一部分；(e)重复步骤(a)至(d)，直至所述经蚀刻的外延层叠层具有期望的厚度；以及(f)控制所述含碳硅层的以下一个或多个：(i)初始碳浓度，(ii)厚度，以及(iii)沉积时间，以获得所述经蚀刻的外延层叠层的目标碳浓度。

【技术特征摘要】
2006.07.31 US 60/834,7731.一种在基材上形成外延层叠层的方法，包含: (a)在所述基材上形成含碳硅层； (b)在蚀刻之前在所述含碳硅层上形成非含碳硅层； (C)使来自所述含碳硅层的碳分布至所述非含碳硅层； (d)蚀刻所述外延层叠层以移除所述非含碳硅层的一部分； (e)重复步骤(a)至(d)，直至所述经蚀刻的外延层叠层具有期望的厚度；以及 (f)控制所述含碳硅层的以下一个或多个:(i)初始碳浓度，(ii)厚度，以及(iii)沉积时间，以获得所述经蚀刻的外延层叠层的目标碳浓度。2.如权利要求1所述的方法，其中所述目标碳浓度是介于约200ppm与5at%之间。3.如权利要求1所述的方法，其中所述初始碳浓度是介于约0.5&丨％至10at%之间。4.如权利要求1所述的方法，更包含于所述含碳硅层与所述基材之间，形成非含碳外延层。5.如权利要求1所述的方法，其中所述外延层叠层具有厚度介于约10A至2000A之间。6.如权利要求1所述的方法，其中所述初始碳浓度是大于或等于所述目标碳浓度。7.如权利要求1所述的方法，其中蚀刻所述外延层叠层包含以含有氯气的蚀刻气体蚀刻所述外延层叠层。8.如权利要求7所述的方法，其中所述非含碳硅层具有厚度，以避免所述蚀刻气体与所述含碳硅层之间发生反应。9.如权利要求1所述的方法，其中形成所述含碳硅层与所述非含碳硅层中的至少之一，是在低于或约700°C的温度下进行。10.一种形成外延层叠层的方法，包含: 选择所述外延层叠层的目标碳浓度； 以沉积交替的含碳硅层与非含碳硅层，形成所述外延层叠层； 使来自各含碳硅层的碳分布至邻近的非含碳硅层；以及 在形成各对交替的含碳硅层和非含...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·金，Z·叶，A·佐嘉吉，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US