在低温下的选择性硅锗外延的方法技术

在一个实施方式中，提供了一种在基板上选择性地沉积硅锗材料的方法。所述方法包括：将所述基板定位在基板处理腔室内，所述基板上具有介电材料和含硅单晶；将所述基板维持在约450℃或更低的温度处；将所述基板暴露于工艺气体，所述工艺气体包括：硅源气体、锗源气体、蚀刻剂气体、载气和至少一种掺杂剂源气体；和在所述基板上外延地和选择性地沉积第一硅锗材料。

Selective SiGe epitaxy at low temperature

【技术实现步骤摘要】
在低温下的选择性硅锗外延的方法背景
本公开内容的实施方式一般地涉及一种半导体制造工艺和半导体器件，并且尤其是，涉及沉积用于形成半导体器件的含硅锗膜或沉积含硅锗膜以形成半导体器件的方法。
技术介绍
选择性SiGe外延沉积允许外延层沉积在基板的暴露的硅(Si)或其它半导体区域上，这也称为层的生长，其中在基板的暴露的介电区域上没有净SiGe生长。选择性外延可以用于制造半导体器件结构，诸如用于在双极器件的升高的源极/漏极、源极/漏极扩展部、接触插塞和基极层中形成期望的层。一般地，选择性外延工艺涉及如下两种操作：沉积操作和蚀刻操作。沉积操作和蚀刻操作在半导体上和介电表面上同时地发生，具有相对不同的反应速率以及因此相对不同的沉积速率。用于选择性SiGe生长的沉积蚀刻方案的选择性工艺窗口导致仅在半导体表面上的累积沉积，这可以通过改变用于从基板的暴露表面去除沉积材料的蚀刻剂气体的浓度来调谐。通过化学气相沉积的选择性硅锗外延典型地采用含有一个Si或Ge原子的前驱物，诸如硅烷、二氯硅烷或锗烷。通过将诸如氯化氢的蚀刻剂与用于在基板上的暴露的半导体上沉积或生长SiGe的沉积前驱物一起共流动来实现SiGe在电介质上方的Si或其它半导体区域上累积或净沉积，这被称为对Si的选择性。在此类工艺中，基板的温度增加到和/或保持在高于500℃的温度。然而，在低于500℃的基板温度处，硅锗的外延生长减少，并且Si在介电材料上方的沉积或生长选择性急剧地降低。因此，需要在低温(<约500℃)下保持对Si的良好的选择性和生长或沉积速率两者的对Si选择性的硅锗外延工艺。
技术实现思路
在一个实施方式中，提供了一种在基板上沉积硅锗材料的方法，所述方法包括：将基板定位在基板处理腔室内，所述基板上具有介电材料和含硅单晶；将所述基板维持在约450℃或更低的温度处；将所述基板暴露于工艺气体，所述工艺气体包括：硅源气体；锗源气体；蚀刻剂气体；载气；和至少一种掺杂剂源气体；和在所述基板上外延地和选择性地沉积第一硅锗材料。在另一个实施方式中，提供了一种在基板上沉积硅锗材料的方法，所述方法包括：将基板定位在基板处理腔室内，所述基板上具有介电材料和硅锗单晶；将所述基板维持在约450℃或更低的温度处；将所述基板暴露于工艺气体，所述工艺气体包括：硅源气体；锗源气体；蚀刻剂气体；载气；和至少一种掺杂剂源气体，所述至少一种掺杂剂源气体包括含硼掺杂剂源气体或含磷掺杂剂源气体；和在所述基板上外延地和选择性地沉积硅锗材料，所述硅锗材料具有0.3mΩ·cm的电阻率。在另一个实施方式中，提供了一种在基板上沉积硅锗材料的方法，所述方法包括：将基板定位在基板处理腔室内，所述基板上具有介电材料和含硅单晶；将所述基板维持在400℃或更低的温度处；将所述基板暴露于工艺气体，所述工艺气体包括：硅源气体；锗源气体，所述锗源气体包括锗烷或二锗烷；蚀刻剂气体，所述蚀刻剂气体包括HCl、HF、Cl2、HBr、Br2、SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、GeCl4和GeHCl3中的一种或多种；载气；和掺杂剂源气体，所述掺杂剂源气体包括乙硼烷；和在所述基板上外延地和选择性地沉积第一硅锗材料。在另一个实施方式中，提供了一种非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质包括致使计算机系统控制基板处理设备执行工艺的指令，所述工艺包括：将基板定位在基板处理腔室内，所述基板上具有介电材料和含硅单晶；将所述基板维持在约450℃或更低的温度处；将所述基板暴露于工艺气体，所述工艺气体包括：硅源气体；锗源气体；蚀刻剂气体；载气；和至少一种掺杂剂源气体；和在所述基板上外延地和选择性地沉积第一硅锗材料。附图说明以上简要概述本公开内容的详述特征可以被详细理解的方式、以及本公开内容的更特定描述，可通过参照实施方式来理解，其中一些实施方式绘示于附图中。然而，应当注意，附图仅绘示了示例性实施方式，因此不应视为范围，并且可以允许其它等同有效的实施方式。图1A是图解了根据一些实施方式的形成外延层的方法的流程图。图1B是图解了根据一些实施方式的形成外延层的方法的流程图。图2示出根据一些实施方式的具有外延沉积的含硅层的鳍式场效应晶体管(FinFET)器件。图3A示出传统金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)内的源极/漏极扩展器件的图示。图3B示出FinFET内的源极/漏极扩展器件的图示。图4是可用于执行外延工艺的热处理腔室的截面图。为了便于理解，尽可能地，使用了相同的附图标号来标示各图中共通的相同元件。考虑到，在没有进一步的描述下一个实施方式的元件和特征可以有利地并入其它实施方式中。具体实施方式本文所述的实施方式图示在各种器件结构的制造过程中外延地沉积含硅化合物的工艺。本文所述的工艺允许在低基板温度(例如，约450℃或更低)下、在基板的暴露的含晶体硅区域上而不是在基板的暴露的介电区域上选择性地和外延地生长或沉积硅锗膜层，当在约400℃的温度下、诸如在约350℃或更低的温度下执行时，对在基板的暴露的电介质上方的暴露的晶体硅有几乎完全的选择性。本文的工艺有利地在生长或沉积的含硅化合物中提供约1×1015或更高、诸如约1×1021或更高、诸如约5×1021的硼浓度。此外，诸如硼的掺杂剂有利地允许在低温下生长或沉积外延硅锗材料。较低温度的工艺有利地使得该工艺能够降低热预算，从而减少对所形成的器件的不利的热效应。本公开内容的实施方式包括选择性地生长或沉积外延含硅化合物的膜的方法。例如，含硅化合物在基板的含晶体硅区域的暴露的区域上生长，而不是在基板上的介电材料的暴露的区域上生长。当基板表面在其上暴露了多于一种材料(诸如暴露的单晶硅表面区域)且具有用介电材料(诸如SiO和SiN层)覆盖的特征时，可以执行选择性含硅膜生长或沉积。在沉积期间使用蚀刻剂(例如，HCl)实现对晶体硅表面选择性的外延生长或沉积，同时保留未被外延沉积的材料涂覆的介电特征或结构。在沉积期间，沉积材料在暴露的单晶硅上形成结晶层，并且在暴露的介电表面上形成多晶或非晶层。蚀刻剂除去生长或沉积在非晶或多晶特征上的非晶或多晶膜，其速度快于其可移除生长或沉积在基板的暴露的晶体材料(或从未生长在基板的表面上的硅锗材料)上的外延晶体膜的情况。并且因此，实现在基板的暴露的晶体材料上选择性地外延地净生长或沉积含硅化合物。本文公开内容的工艺可以在具有各种几何形状(例如，圆形，方形和矩形)和尺寸(例如，200mmOD，300mmOD，400mmOD)的各种基板上进行，诸如在半导体晶片上，诸如在晶体和单晶硅(例如，Si<100>和Si<111>)、硅锗、掺杂或未掺杂硅或锗基板、绝缘体上硅(SOI)基板、III-V族材料和图案化或非图案化基板上。表面和/或基板包括这些材料，以及具有介电、导电和阻挡性能的膜、层和材料，并且包括多晶硅。如本文所用，硅化合物和含硅化合物是指材料、层和/或膜，并且包括在本文所述的工艺中选择性地和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在基板上沉积硅锗材料的方法，包括：/n将所述基板定位在基板处理腔室内，所述基板上具有介电材料和含硅单晶；/n将所述基板维持在约450℃或更低的温度处；/n将所述基板暴露于工艺气体，所述工艺气体包括：/n硅源气体，/n锗源气体，/n蚀刻剂气体，/n载气，和/n至少一种掺杂剂源气体；和/n在所述基板上外延地和选择性地沉积第一硅锗材料。/n

【技术特征摘要】
20180730 US 62/711,8761.一种在基板上沉积硅锗材料的方法，包括：
将所述基板定位在基板处理腔室内，所述基板上具有介电材料和含硅单晶；
将所述基板维持在约450℃或更低的温度处；
将所述基板暴露于工艺气体，所述工艺气体包括：
硅源气体，
锗源气体，
蚀刻剂气体，
载气，和
至少一种掺杂剂源气体；和
在所述基板上外延地和选择性地沉积第一硅锗材料。


2.如权利要求1所述的方法，其中所述掺杂剂源气体是含硼掺杂剂源气体、含磷掺杂剂源气体或含砷掺杂剂源气体。


3.如权利要求2所述的方法，其中所述含硼掺杂剂源气体是乙硼烷。


4.如权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻剂气体是HCl、HF、Cl2、HBr、Br2、SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、GeCl4和GeHCl3中的一种或多种。


5.如权利要求1所述的方法，其中所述硅锗材料在掺杂的SiGe材料中具有约1×1015原子/cm3至约5×1021原子/cm3的硼浓度。


6.如权利要求1所述的方法，其中将所述基板加热至约400℃或更低的温度。


7.如权利要求1所述的方法，其中所述工艺气体包括：
流率为约5sccm至约500sccm的所述硅源气体；
流率为约0.1sccm至约100sccm的所述锗源气体；
流率为约1000sccm至约60,000sccm的所述载气；和
流率为约0.01sccm至约3sccm的所述掺杂剂源气体。


8.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
将所述基板暴露于包括第二硅源气体和第二锗源气体的第二工艺气体；和
在所述基板上外延地和选择性地沉积第二硅锗材料。


9.如权利要求1所述的方法，其中将所述基板处理腔室加压至约0.1托至约200托的压力。


10.一种在基板上沉积硅锗材料的方法，包括：
将所述基板定位在基板处理腔室内，所述基板上具有介电材料和硅锗单晶；
将所述基板维持在约450℃或更低的温度处；
将所述基板暴露于工艺气体，所述工艺气体包括：
硅源气体，
锗源气...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄奕樵，仲华，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US