选择性沉积重掺杂外延硅锗的方法技术

一实施例中提供一种在基材上沉积硅或硅锗薄膜的方法，其包含将该基材置于一处理室中，并加热该基材表面使其温度介于约６００℃至９００℃之间，同时保持该处理室中的压力介于约１３巴（０．１托耳）至２７仟巴（２００托耳）之间。将一沉积气体提供至该处理室中，该沉积气体包括硅烷（ＳｉＨ４）、一可选用的锗来源气体、一蚀刻剂、一载气与可选用至少一种掺杂剂气体。该硅或硅锗薄膜选择性地外延成长于该基材上。一实施例中包含一种以一惰性气体作为载气来沉积一含硅薄膜的方法。该些方法亦包含使用选择性硅锗外延薄膜来制造电子元件。

【技术实现步骤摘要】

本案是中国专利申请200480032674.4(PCT/US2004/030872)的分案申 请。本专利技术实施例大体上有关于半导体制造方法与元件，更明确而言，是 有关于沉积含硅薄膜以形成半导体元件的方法。
技术介绍
当制造越小的电晶体时，超浅源/漏才及接面(ultra shallow source/drain junctions)的制造越显困难。根据半导体内连线技术蓝图(ITRS)，对于尺寸 低于100纳米的互补式金属氧化物半导体(CMOS)元件而言，其接面深度需 小于30纳米。当接面深度接近10纳米时，传统利用注入与回火来执行掺 杂的方法效果较差。注入掺杂的方式需要一道后续的回火步骤，以活化该 些掺杂剂，而后续的回火步骤会造成较大程度的掺杂剂扩散(enhanced dopand diffusion)至月莫层中。近来，重掺杂(约大于109原子/立方公分)的选择性硅锗外延(epitaxial) 成为在制造升高式源/漏极与源/漏极延伸特征时有用的沉积材料。源/漏极 延伸特征(source/drain extension feature)是借着蚀刻珪来制造出 一凹陷的源/ 漏极特征，并随后以一选择性成长的硅锗外延层来填满该蚀刻后的表面。 选择性外延层容许在以原位掺杂方式进行掺杂时有近乎完全的掺杂剂活化 反应，而得以省略掉后续的回火步骤。因此，可利用硅蚀刻与选择性外延 来精确定义出接面深度。另一方面，超浅源/漏极接面无可避免地造成串联 电阻增加。而且，接面损耗(junctionconsumption)会更加提高串联电阻。使选择性硅外延沉积与选择性硅锗外延沉积允许外延层仅成长在硅沟渠 里，而不会成长在介电区域上。选择性外延可用半导体元件中，例如，可 用在升高式源/漏极、源/漏极延伸、接触插塞与二极管元件的基层沉积中。 一般而言，选择性外延制程包含两种反应「沉积」与「蚀刻」，其同时以相对不同的反应速率发生在硅与介电表面上。借着改变蚀刻气体的浓度(例如，氯化氢，俗称盐酸)，选择性的制程范围(selective process window)造成 沉积作用仅发生在硅表面上。常用来执行选择性外延沉积的制程方法是使 用二氯硅烷(SiH2Cl2)作为硅来源、锗烷(GeH4)作为锗来源、氯化氢(HC1)作 为蚀刻剂以提供沉积过程中的选择性，并以氢气作为载气。虽然硅锗外延沉积适用于制造小尺寸的元件，但由于掺杂剂会与氯化 氢反应，而使得此方法无法轻易的制备出经掺杂的硅锗。由于硼掺杂会使 选择性沉积制程的制程条件范围变窄，因此具有重硼掺杂(例如，高于5x 1019原子/立方公分)的选择性硅锗外延的制程开发是很复杂的课题。通常， 当在沉积气体流中的硼浓度越高时，由于沉积在任何介电区域上的薄膜厚 度增加，因而需要更高的氯化氢浓度以达到具有选择性的目的。由于B-C1 键结较Ge-Cl与Si-Cl键结要强，因此较高的氯化氢流率可能降低该外延层 中硼的纳入效果。故，需要一种用于选择性外延沉积具丰富掺杂剂浓度的硅与硅化合物 的方法。此外，该方法必须保持该沉积材料可快速成长。再者，该方法必 须是该硅化合物中的锗与硼浓度对蚀刻剂流率较不依赖的。
技术实现思路
本专利技术第一方面提供一种于一基材上沉积一硅锗薄膜的方法，其包含提供一基材于一处理室中；该处理室处于介于1毫托耳至2300托耳之 间的压力之下；加热该基材，使其温度介于500°C至900°C之间；使该基材与一第一沉积气体接触，所述第一沉积气体包含硅烷、 一锗 来源、 一碳来源、氯化氢、 一载气与至少一掺杂剂气体，以将第一硅锗材 料选择性外延沉积在该基材上，所述第一硅锗材料含有浓度为2.5 x 1021原 子/立方公分的掺杂剂；以及使该基材与 一 第二沉积气体接触，所述第二沉积气体含有二氯硅烷和 锗来源，以将第二硅锗材料选择性外延沉积在该基材上。在一优选例中，其中该至少一掺杂剂气体是一含硼化合物，其是选自 于由硼烷、乙硼烷、丙硼烷、三曱基硼、三乙基硼与上述化合物的衍生物 所构成的组群中。在一优选例中，其中该第一硅锗薄膜材料含有硼浓度为2.5x 1021原子 /立方7>分。在一优选例中，其中所述碳来源是有机硅烷。 在一优选例中，其中所述碳来源是曱基硅烷。在一优选例中，其中所述至少一种掺杂剂气体包括一含砷化合物或一 含磷化合物。在一优选例中，其中该载气选自于由氢气、氩气、氮气、氦气和上迷气体的组合物所构成的组群中。在一优选例中，其中该第一沉积气体还包含二氯硅烷。在一优选例中，其中该温度介于600°C至750°C之间，该处理室处于在介于0.1托耳至200托耳之间的一压力之下。在一优选例中，其中该硅锗薄膜的厚度介于IOOA至3000A之间。 在一优选例中，其中该硅锗薄膜是沉积在一元件中，以作为CMOS、二极管或BiCMOS用途。在一优选例中，其中所述硅锗薄膜在一制造步骤过程中沉积，该制造步骤是选自于由接触插塞、源/漏极延伸、升高式源/漏极与二极管电晶体所构成的组群中。在一优选例中，其中在该第一硅锗材料之前， 一含硅材料是先沉积在 该基材上。在一优选例中，其中该含硅材料是由一含有二氯硅烷的沉积制程所沉 积而得。本专利技术第二方面提供一种用于一基材上沉积一硅锗薄膜的选择性外延 方法，其包括将一基材置于一处理室中；该处理室处于介于1毫托耳至2300托耳之间的压力之下；加热该基材至温度介于500°C至约900°C之间；使该基材与一沉积气体接触，该沉积气体包含硅烷、 一锗来源、 一碳 来源、 一蚀刻剂来源、 一载气与至少一掺杂剂气体，以选择性外延形成一 硅锗材料，该硅锗材料含有掺杂剂浓度为2.5 x 1021原子/立方公分。在一优选例中，其中该锗来源是选自于由锗烷、乙锗烷、丙锗烷、丁 锗烷及其衍生物所构成的组群中。在一优选例中，其中该载气选自于由氢气、氩气、氮气、氦气与上述 气体所构成的组群中。在一优选例中，其中该温度介于600°C至750°C之间，该处理室处于 在介于0.1托耳至200托耳之间的一压力之下。在一优选例中，其中该蚀刻剂来源选自于由氯化氢、四氯化硅、四氯 化碳、二氯曱烷、氯气与上述物质的衍生物和组合物所构成的组群中。在一优选例中，其中该至少一掺杂剂气体为一含硼化合物，其选自于 由硼烷、乙硼烷、丙硼烷、三甲基硼、三乙基硼与上述化合物的衍生物所 构成的组群中。在一优选例中，其中所述碳来源是有机硅烷。在一优选例中，其中所述碳来源是曱基硅烷。在一优选例中，其中该至少一掺杂剂气体是选自于由一含砷化合物与 一含磷化合物所构成的组群中。在一优选例中，其中该沉积气体还包含二氯硅烷。在一优选例中，其中该硅锗薄膜的厚度介于100埃至3000埃的厚度之间。在一优选例中，其中该硅锗薄膜是沉积在一种用于CMOS、 二极管或 BiCMOS用途的元件中。在一优选例中，其中所述硅锗薄膜在一制造步骤过程中沉积，该制造 步骤选自于由接触插塞、源/漏极延伸、升高式源/漏极与二极管电晶体所构 成的组群中。在一优选例中，其中该硅锗材料沉积至具有一第一厚度，此后，以二 氯硅烷取代硅烷，并在该硅锗材料上选择性外延沉积一具有第二厚度的第 二硅锗材料。在一优选例中，其中一含硅材料优先于该硅锗材料沉积至该基材上。 在一优选例中，其中该含硅材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种于一基材上沉积一硅锗薄膜的方法，其包含：　提供一基材于一处理室中；该处理室处于介于１毫托耳至２３００托耳之间的压力之下；　加热该基材，使其温度介于５００℃至９００℃之间；　使该基材与一第一沉积气体接触，所述第一沉积气体 包含硅烷、一锗来源、一碳来源、氯化氢、一载气与至少一掺杂剂气体，以将第一硅锗材料选择性外延沉积在该基材上，所述第一硅锗材料含有浓度为２．５×１０↑［２１］原子／立方公分的掺杂剂；以及　使该基材与一第二沉积气体接触，所述第二沉积气体含有 二氯硅烷和锗来源，以将第二硅锗材料选择性外延沉积在该基材上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：AV萨莫伊洛夫，Y金，
申请(专利权)人：应用材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]