选择性沉积外延锗合金应力源的方法与设备技术

本发明专利技术描述形成异质结应力源层的方法与设备。将锗前驱物与金属前驱物提供至腔室，并在基板上形成锗-金属合金的外延层。金属前驱物通常是金属卤化物，可由升华固态金属卤化物或通过卤素气体接触纯金属来提供金属卤化物。可通过喷头或通过侧进入点来提供前驱物，并可分开地加热耦接至腔室的排气系统以管理排气成分的凝结。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】选择性沉积外延锗合金应力源的方法与设备专利技术背景专利技术所属的
本文所述技术涉及半导体器件的制造。更具体地来说，描述利用应变材料(strainedmaterial)形成场效晶体管的方法。相关技术的描述锗是首先用于诸如CMOS晶体管的半导体应用的材料之一。然而，由于硅相对于锗的巨大含量，硅已经成为CMOS制造的压倒性半导体材料的选择。随着器件的几何尺寸根据摩尔定律减少，晶体管部件的尺寸对努力使器件更小、更快、利用更低功率并产生更低热量的工程师提出挑战。例如，随着晶体管尺寸减少，晶体管的沟道区域变得更小，并且因为沟道具有更高的电阻率与更高的阈值电压，沟道的电特性变得更不易维持。正如某些制造商已经对45纳米节点所做的那样，通过利用嵌在源极/漏极区中的硅-锗应力源（stressor）来提高硅沟道区中的载流子迁移率。然而，对于未来的节点来说，还是需要更高迁移率的器件。因此，持续需要用来形成高迁移率半导体器件的方法与设备。专利技术概述提供在半导体基板上形成应力源层的方法与设备。可通过以下步骤将锗应力源层形成于基板上：将基板置于处理腔室中；将锗前驱物流入处理腔室中；在处理腔室外形成应力源前驱物；将应力源前驱物流入处理腔室中；以及在基板上外延地生长锗应力源层。形成这些层的设备包括：旋转的基板支撑件，所述旋转的基板支撑件设置在封围件中；多个气体入口，所述多个气体入口形成于封围件的壁中；至少一个气体出口，所述至少一个气体出口形成于封围件的壁中；用以产生应力源前驱物的反应性或非反应性源，所述反应性或非反应性源由第一导管耦接至气体入口；用以提供锗前驱物的非反应性源，所述非反应性源由第二导管耦接至气体入口；以及经加热的排气系统。所述经加热的排气系统可具有用来降低排气成分附着的涂层，并且所述经加热的排气系统可包括凝结阱。锗前驱物可以是氢化物，而应力源前驱物可以是金属卤化物。反应混合物中可包括选择性控制物种(例如，卤化物气体)，以控制基板的半导电与介电区域上的沉积选择性。附图简要说明可参照实施方式(某些实施方式描绘于附图中)来详细理解本专利技术的上述特征结构以及以上简要概述的有关本专利技术更特定的描述。然而，需注意附图仅描绘本专利技术的典型实施方式，因此不被视为本专利技术范围的限制因素，因为本专利技术可允许其他等效实施方式。图1是概述根据一个实施方式的方法的流程图。图2是概述根据另一个实施方式的方法的流程图。图3是根据另一个实施方式的设备的示意图。为了便于理解，已尽可能地应用相同的参考数字来标示各图示共有的相同的元件。预期一个实施方式中披露的元件可有利地用于其他实施方式而不需特别详述。详细描述图1是概述根据一个实施方式的方法100的流程图。在102时，将半导体基板置于处理腔室中。半导体基板可以是上面即将形成有应力源层的任何半导电材料。一个实例中，可以使用上面即将形成有晶体管构造的硅基板。在一些实施方式中，半导体基板的一个表面上可形成有介电区。例如，硅基板可具有邻近半导电源极/漏极区域形成的晶体管栅极构造以及介电间隔物，所述半导电源极/漏极区域可为掺杂硅的区域或者上面即将形成有源极/漏极材料的区域。因此，除了掺杂硅层以外，源极/漏极区域可包括本文所述的应力源层，或者源极/漏极区域可包括本文所述的应力源层来取代掺杂硅层。本文所述的应力源层通常包括设置于锗基质中的金属原子GexMy。大金属原子(例如，大于锗的IV族金属，比如锡与铅)对添加压缩应力(compressivestress)至锗基质是有用的。锗晶体通常具有单位晶胞(unitcell)大小约为570皮米的立方体构造。各个锗原子的半径约为125皮米，而锡原子的半径约为145皮米、而铅的半径在155与180皮米之间。添加较大的金属原子至锗晶体基质导致较大的晶格尺寸，所述较大的晶格尺寸施加单轴压缩应力至侧边的锗原子和/或施加双轴拉伸应力至覆盖的锗原子。与未应变的锗相比，这样的应变提高局部电子的能量并降低锗的带隙，而导致较高的载流子迁移率。在一个方面中，硅基板可具有锗沟道层，所述锗沟道层附近有应力源层，且应力源层即将形成为晶体管栅极构造的一部分。此情况下的GexMy应力源施加单轴应力至邻近的锗层上。在另一个方面中，在应力源层之上沉积锗沟道层，以致对锗沟道层施加双轴拉伸应力。在104处，提供锗前驱物至包含半导体基板的处理腔室。锗前驱物通常为锗氢化物，比如锗烷(GeH4)、二锗烷(Ge2H6)或较高级的氢化物(GexH2x+2)，或上述的组合。锗前驱物可与载气混合，所述载气可为非反应性气体(例如，氮气、氢气)或惰性气体(例如，氦或氩)或上述的组合。锗前驱物体积流率与载气流率的比例可用来控制通过腔室的气体流速。根据所期望的流速，上述比例可以是约1%至约99%间的任何比例。在一些实施方式中，相对高的速度可改善形成的层的均匀性。在300毫米的单一晶片实施方式中，锗前驱物的流率可在约0.1sLm与约2.0sLm之间。对于体积约为50L的腔室来说，在上述锗前驱物的流率，约5sLm与约40sLm间的载气流率下提供均匀的层厚度。在106处，提供金属卤化物至处理腔室以与锗前驱物反应并沉积金属掺杂的锗层。金属卤化物可为锡或铅卤化物气体(比如，SnCl4、SnCl2、PbCl4或PbCl2)或分子式为RxMCly的有机金属氯化物，其中R是甲基或叔丁基(t-butyl)，x是1或2，M是Sn或Pb，并且y是2或3，以致形成的层主要由IV族元素所构成。邻近的锗层中实现的迁移率增强程度取决于晶格失配（mismatch）以及应力源层所施加的后续应力。所述晶格失配以及所述应力源层所施加的后续应力大致线性取决于应力源基质中金属原子的浓度。随着应力源中金属浓度的提高，由于轨道的弯曲与应变，邻近的受应力锗中的价电子能量提高，并且传导带(conductband)的能量降低。在足够高的浓度下，半导体-金属合金变成直接带隙材料(即，金属的)。在一些实施方式中，限制金属浓度可有用于让合金保持间接带隙材料。晶体管应用中，在源极/漏极区域中维持间接带隙材料可降低泄漏。在约10sccm与约300sccm之间(诸如约50sccm与约200sccm之间，例如约100sccm)的流率下提供金属卤化物至处理腔室。金属卤化物也可以与载气混合，以达到处理腔室中所期望的空间速度和/或混合性能。金属卤化物可源自升华进入流动载气流(例如，N2、H2、Ar或He)中的金属卤化物晶体的固态源，或者可将卤素气体(选择性地搭配上述载气之一)在接触腔室中在固态金属之上通过来产生金属卤化物，在接触腔室中进行反应M+2Cl2→MCl4，其中M为Sn或Pb。接触腔室可邻近于处理腔室，接触腔室由导管耦接至处理腔室，导管较佳是短的以降低金属卤化物微粒沉积于导管中的可能性。通常通过不同路径提供金属卤化物与锗前驱物至处理腔室。通过第一路径提供锗前驱物，并通过第二路径提供金属卤化物。所述两个路径通常是不同的，且保持分离直到进入处理腔室的位置。在一个实施方式中，两个流通过邻近基板支撑件边缘的腔室侧壁进入，由一侧移动横跨基板支撑件至上述侧的相对侧并进入排气系统。基板支撑件可在应力层形成过程中旋转以改善均匀性。第一路径通常连通于进入处理腔室的第一进入点，所述第一进入点可包括腔室壁中或耦接至腔室壁的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.03.28 US 61/468,4431.一种在基板上形成数个锗应力源层的方法，所述方法包括：将所述基板置于处理腔室中；将锗前驱物流入所述处理腔室中；在反应空间中形成金属卤化物应力源前驱物，所述反应空间耦接至所述处理腔室，其中在所述金属卤化物应力源前驱物是有机锡氯化物，并且其中形成所述金属卤化物应力源前驱物包括升华金属卤化物晶体的固态源进入流动载气流，且所述流动载气流包括N2、H2、Ar或He；将所述金属卤化物应力源前驱物流入所述处理腔室中；以及在所述基板上外延生长锗应力源层，其中所述锗应力源层包括设置于锗基质中的金属原子，其中在所述锗基质中的金属原子浓度在1％与12％之间，且其中所述金属原子来自所述金属卤化物应力源前驱物。2.如权利要求1所述的方法，进一步包括将选择性控制物种流入所述处理腔室中。3.如权利要求2所述的方法，其中所述基板包括数个介电区域与数个半导电区域，且所述选择性控制物种控制所述锗应力源...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃罗尔·安东尼奥·C·桑切斯，戴维·K·卡尔森，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：
国别省市：