在硅外延薄膜形成时使用氯气和/或氯化氢的制作方法

专利名称：在硅外延薄膜形成时使用氯气和/或氯化氢的制作方法
技术领域：
本发明的实施例 一般来说有关于电子制造制程及组件的领域，更明确 地说，有关于在形成电子组件时沉积含硅薄膜的方法。
背景技术：
随着制造日益缩小的晶体管，超浅源极/漏极接面的生产变得越具挑战性。 一般来说，次100纳米CMOS(互补式金属氧化物半导体)组件需要 低于30纳米的接面深度。通常使用选择性外延沉积以在该等接面中形成含 硅材料(例如硅、锗化硅和碳化硅)的外延层。 一般来说，选择性外延沉积 使外延层只成长在硅沟渠(silicon moats)上而不会成长在介电区域上。选择 性外延可用在半导体组件中，例如升高的源极/漏极、源极/漏极延伸、 接触插塞(contact plugs)或双极组件的基极层沉积。一般来说，选择性外延制程包含一沉积反应和一蚀刻反应。沉积及蚀 刻反应以相当不同的反应速率在一外延层和一多晶层上同时发生。在沉积 制程期间，外延层在一单晶表面上形成，同时一多晶层沉积在至少一第二 层上，例如既存的多晶层及/或非晶层。但是，所沉积的多晶层通常以比 该外延层快的速率蚀刻。因此，通过改变蚀刻气体浓度，净选择制程会造 成外延材料的沉积以及有限的，若有的话，多晶材料的沉积。例如，选择 性外延制程可造成含硅材料的外延层形成在单晶硅表面上，而没有沉积遗 留在间隙壁上。含硅材料的选择性外延沉积在升高的源极/漏极和源极/漏极延伸特 征形成期间是一种有用技术，例如，在含硅MOSFET(金属氧化物半导体 场效晶体管)组件形成期间。源极/漏极延伸特征是通过蚀刻硅表面来制 造，以制出凹陷的源极/漏极特征并且随后以选择性成长的外延层填充蚀 刻表面，例如锗化硅(SiGe)材料。选择性外延使原位掺杂能够几乎完全活
化掺质，因此可省略后回火(post annealing)制程。所以，可利用硅蚀刻和 选择性外延精确地界定接面深度。另一方面，超浅源极/漏极接面会不可 避免地造成串联电阻的增加。此外，硅化物形成期间的接面消耗(junction consumption)更进一步地增加串联电阻。为了补偿接面消耗，将升高的源 极/漏极外延地且选择性地成长在该接面上。通常，该升高的源极/漏极 是未掺杂的硅。但是，目前的选择性外延制程有一些缺点。为了在现今外延制程期间 保持选择性，必须在整个沉积制程期间控制并调整前驱物化学浓度以及反 应温度。如果没有提供足够的硅前趋物，则蚀刻反应可能会主导而使整个 制程减緩。此外，可能会发生有害的基板特征过蚀刻。如果没有提供足够 的蚀刻剂前趋物，则沉积反应可能会主导而降低在基板表面上形成单晶和 多晶材料的选择性。另外，目前的选择性外延制程通常需要高反应温度， 例如约80CTC、 100(TC或更高。在生产制程期间并不偏好使用此高温，因 为热预算考量及可能发生的无法控制的基板表面的氮化反应。因此，需要有一种选择性且外延地沉积具有选择性掺质的硅和含硅化 合物的制程。此外，该制程应该是多方适用的，以形成具有不同元素浓度 的含硅化合物，同时具有快速的沉积速率并保持制程温度，例如约800。C 或更低，并且较佳地约700'C或更低。发明内容在本发明的第一方面中，提供一种在一基板上形成一外延薄膜的第一 方法。该第一方法包含(a)提供一基板；(b)将该基板暴露在至少一种硅来源 中，以在该基板的至少一部份上形成一外延薄膜；以及(c)将该基板暴露在 氯化氬气体和氯气中，以蚀刻该外延薄膜以及在步骤(b)期间形成的任何其 它薄膜。在本发明的第二方面中，提供一种在一基板上形成一外延薄膜的第二 方法。该第二方法包含(a)提供一基板；(b)将该基板暴露在一硅来源和一碳 来源中，以形成一含碳的硅外延薄膜；(c)以一封装薄膜封装该含碳的硅外
延薄膜；以及(d)将该基板暴露在氯气中，以蚀刻该封装薄膜。在本发明的第三方面中，提供一种在一基板上形成一外延薄膜的第三 方法。该第三方法包含(a)提供一基板；(b)将该基板暴露在一硅来源和一额 外元素来源中，以形成一含额外元素的硅外延薄膜；(c)以一封装薄膜封装 该含额外元素的硅外延薄膜；以及(d)将该基板暴露在氯气中，以蚀刻该封 装薄膜。根据本发明的这些及其它实施例提供多种其它方面。本发明的其它特征及方面可从如下细节说明、所附申请专利范围及附 图而变得更加显而易见。


因此可以详细了解上述本发明的特征的方式，即对本发明更明确的描 述，筒短地在前面概述过，可以通过参考实施例来得到，其中某些在附图 中示出。但是需要注意的是，附图只示出本发明的一般实施例，因此不应 被认为是对其范围的限制，因为本发明可允许其它等效实施例。图1是一流程图，描述一种在此间所述的至少一实施例中选择性地且 外延地沉积含石圭材料的制程。图2A - 2E标出位于一 MOSFET中的源极/漏极延伸組件的制造技术 的简要示图。图3A-C标出通过应用在此所迷的实施例的包含选择性地且外延地 沉积的含硅层的数个组件。图4是一流程图，描述一种在此间所述的另一实施例中选择性地且外 延地沉积含石圭材冲+的制程。图5是根据本发明在硅外延薄膜形成期间运用氯气的第 一方法的流程图。图6是根据本发明在硅外延薄膜形成期间运用氯气的第二方法的流程图。图7是根据本发明在硅外延薄膜形成期间运用氯气的第三方法的流程图。
图8是根据本发明在硅外延薄膜形成期间运用氯气的第四方法的流程图。图9是根据本发明提供的一例示外延薄膜形成系统的方块图。主要组件符号说明100、 400、 500、 600、 700、 800夕卜延制程"0、 120、 130、 140、 150、 160、 170、 410、 420、 430、 440、 450、 460、 470、 480、 490、 501、 502、 503、 504、 505、 506、 601、 602、 603、 604、 605、 606、 701、 702、 703、 704、 705、 706、 707、 801、 802、 803、 804、 805、 806 、 807、 808 步骤230、 310、 330、 908 基板232 源极/漏极区域234、 244、 316 间隙壁235、 318 栅极氧化层236、 322 栅极 238 凹陷240、 313、 314、 334 外延层242 多晶层248 升高层312 源极/漏极区319 保护层320 偏移层332 集极层333 、 340绝缘层 336 接触层338 偏移层 900 系统 902 反应室 904 基板支撑906 加热模块910 气体供应器912 排气系统914 控制器916 计算机句柄具体实施方式
在硅外延薄膜中引进碳可产生有利的电气性质，例如改善金属氧化物 半导体场效晶体管(MOSFET)的信道的电气特性。但是，此种有益的电气 性质通常在碳是取代地，而非格隙地(interstitially)，合并在硅晶格中才会 有。在约60Crc或更低的基板制程温度下，于外延形成制程期间，大部分 的碳原子是取代地合并在硅晶格中。但在较高的基板温度下，例如约700 。C或更高，可能产生显著的格隙的碳合并。为此原因，在形成含碳硅外延薄膜时，倾向于应用低于约7ocrc的温度，并且更佳地，低于约60crc的 基板温度。习知硅外延薄膜形成制程应用氢气、氯化氬和例如二氯硅烷的硅来源，并且在高于约700。C的基板温度下执行(例如，以解离氯化氢及/或该硅来源)。降低外延薄膜形成温度的一种方法是用氯气代替氯化氢，因为氯气在较低温度下可以有效解离(例如，约600。C或更低)。因为氢气和氯气间的不兼容性， 一种非氩气的载气，例如氮气，可与氯气并用。同样地，可应用 解离温度较低的硅来源(例如硅烷、二硅烷等)。本发明发现使用氯气做为硅外延薄膜形成制程的蚀刻剂气体会使所形 成的硅外延薄膜有不佳的表面形态。虽然不希望被任何特定理论限制，但 相信氯气会过度强烈地攻击硅外延薄膜表面而造成坑洞或诸如此类者。发 现氯气的使用在硅外延薄膜含有碳时是特别有问题的。本发明提供在硅外延薄膜形成制程期间使用氯气做为蚀刻剂气体的方 法，其可改善外延薄膜表面形态。本发明方法可与，例如，交替气体供应 (AGS)制程并用，其在后方参考图1-4以及在目前申请中的2004年12 月1日提出申请的美国专利申请案第11/001,774号中描述(案号9618)。在某些实施例中，于下方参考图5描述，在硅外延薄膜形成制程的蚀 刻阶段期间使用氯气和氯化氢两者。氯化氢的存在似乎降低了氯气的攻击 性，即使是在微量的氯化氢可以解离的降低的基板温度下(例如，约60CTC 或更低)。此外，在AGS制程中，可在该制程的沉积和蚀刻阶段期间持续 通入氯化氢(例如，以改善表面形态)，如后方参考图6描述者。如上所注，氯气与含碳的硅外延薄膜的并用会产生表面形态不佳的外 延薄膜(例如有坑洞的)。在某些实施例中，在后方参考图7描述，任何含 碳的硅外延薄膜皆可在一蚀刻阶段期间暴露于氯气中之前先行「封装J 。 一含碳的硅外延薄膜可以，例如，经由在没有碳来源下形成的硅外延薄膜 来封装(一 「不含碳的硅外延薄膜J ),如在后方参考图8所述者。本发明 的这些及其它实施例在后方更进一步描述。交替气体供应外延薄膜形成制程目前申请中的2004年12月1日提出申请的美国专利申请案第 11/001 ，774号(案号9618)大体来说提供在电子组件制造期间在一基板的单 晶表面上选择性地且外延地沉积含硅材料的制程。将含有一单晶表面(例如 硅或锗化硅)和至少 一第二表面，例如非晶表面及/或多晶表面(例如氧化 物或氮化物)的图案化基板暴露在一外延制程下以在该单晶表面上形成一 外延层，同时在该第二表面上形成有限的或不形成多晶层。该外延制程， 也称为交替气体供应(AGS)制程，包含重复一沉积制程和一蚀刻制程组成 的周期，直到长成预期的外延层厚度为止。该沉积制程包含将该基板表面暴露在含有至少一种硅来源和一种载气 的沉积气体中。该沉积气体也可包含锗来源或碳来源，以及掺质来源。在 沉积制程期间， 一外延层形成在该基板的单晶表面上，而一多晶层则形成 在第二表面上，例如非晶及/或多晶表面。随后，将该基板暴露在蚀刻气 体中。该蚀刻气体包含一种载气及一种蚀刻剂，例如氯气或氯化氢。该蚀
刻气体除去沉积制程期间沉积的含硅材料。在蚀刻制程期间，该多晶层以 比该外延层快的速率移除。因此，该沉积和蚀刻制程的净效果形成在单晶 表面上外延成长的含硅材料，同时最小化多晶含硅材料在该等第二表面上 的成长，若有的话。可依需要重复该沉积和蚀刻制程周期，以得到预期厚 度的含硅材料。可利用本发明的实施例沉积的含硅材料包含硅、锗化硅、 碳化硅、碳化硅锗及其掺质变体。在AGS制程的一实例中，使用氯气做为蚀刻剂降低整体制程温度至低于800°C。 一般来说，沉积制程可在比蚀刻反应低的温度下执行，因为蚀 刻剂通常需要高温来活化。例如，硅烷可以在约500。C或更低的温度下热 分解而沉积硅，而氯化氢需要约700。C或更高的活化温度方可发挥有效蚀 刻剂的作用。因此，若在一AGS制程期间使用氯化氢，则整个制程温度会 被需要用来活化该蚀刻剂的较高温度支配。氯气通过降低所需的整体制程 温度来辅助整个AGS制程。氯气可在低至约500。C的温度下活化。因此， 通过将氯气并入该AGS制程中做为蚀刻剂，整个AGS制程温度可比使用氯化氢做为蚀刻剂的制程显著降低，例如降低2ocrc至30crc。此外，氯气蚀刻含硅材料比氯化氬快速。因此，氯蚀刻剂会增加该AGS制程的整体速率。在该AGS制程的另 一实例中，于该沉积及蚀刻制程期间使用 一惰性气 体，例如氮气，做为载气，取代习知载气，例如氢气。在AGS制程期间使 用惰性载气有若干好处。其一是，惰性载气可增加含硅材料的沉积速率。 虽然在沉积制程期间可用氢气来作为载气，但是氢气具有吸附该基板或与 其反应而形成氢终结端面(hydrogen-terminated surfaces)的倾向。氬终结 端面对外延成长的反应比棵硅表面慢很多。因此，惰性载气的使用会通过 不会不利地影响沉积反应而增加沉积速率。虽然可用钝气，例如氩气或氦气，来做为惰性载气，但是氮气是以经 济效益而言较佳的惰性载气。氮气通常比氢气、氩气或氦气便宜很多。使 用氮气做为载气可能发生的一缺点是在沉积制程期间基板上材料的氮化。 但是会需要高温，例如超过80(TC，来如此地活化氮气。因此，在低于氮气活化门限的温度下执行的AGS制程中有利地使用氮气来做为惰性载气。 使用氯气做为蚀刻剂并且使用氮气作为载气的合并效应大幅度增加整体AGS制程的速率。在整个应用中，r含硅」材料、化合物、薄膜或层等词应被视为包含 一种成分，其至少含有硅并且可含有锗、碳、硼、砷、镓化磷及/或铝。 其它元素，例如金属、卣素或氢气可并入含硅材料、化合物、薄膜或层内， 通常是以ppm等级的浓度。含硅材料的化合物或合金可以缩写表示，例如 用Si表示硅、用SiGe表示锗化硅、用SiC表示碳化硅和用SiGeC表示碳 化硅锗。缩写并不以计量关是表示出化学式，也不表示出含硅材料的任何 特定还原/氧化状态。图1标出用来沉积含硅层的外延制程100的一实例。制程100包含用 来将图案化的基板加载制程反应室并将制程反应室内的状态调整至预期温 度和压力的步骤110。步骤120提供一沉积制程，以在该基板的单晶表面 上形成一外延层，同时在该基板的非晶及/或多晶表面上形成一多晶层。 在步骤130期间，该沉积制程终止。步骤140提供一蚀刻制程，以蚀刻该 基板表面。较佳地，该多晶层以比该外延层快的速率蚀刻。该蚀刻步骤若 非最小化即完全移除该多晶层，同时只移除该外延层的最低限度部分。在 步骤150期间，该蚀刻制程终止。该外延层及该多晶层，若存在的话，的 厚度在步骤160期间决定。若达到预定的外延层或多晶层厚度，则外延制 程100在步骤170终止。但是，若没有达到预定厚度，则重复步骤120-160做为一周期直到达到预定厚度为止。在步骤110期间将一图案化的基板加载一制程反应室中。图案化的基板是含有形成在该基板表面内或在其上的电子特征的基板。该图案化基板 通常含有单晶表面和至少一非单晶的第二表面，例如多晶或非晶表面。单晶表面包含棵晶基板或通常由例如硅、锗化硅或碳化硅的材料组成的沉积 的单晶层。多晶或非晶表面可包含介电材料，例如氧化物或氮化物，明确 地说是氧化硅或氮化硅，以及非晶硅表面。外延制程100由在步骤110期间将含有该图案化基板的制程反应室调 整至预定温度和压力开始。温度是适合特定的执行制程。
一般来说，在外延制程100期间制程反应室是保持在一固定温度下。但是，某些步骤可在 不同温度下执行。制程反应室是保持在范围从约250'C至约1，00(TC内的温 度下，较佳地，从约500'C至约80CTC，并且更佳地，从约550'C至约750 'C。执行外延制程100的适当温度可取决于在步骤120和140期间用来沉积及/或蚀刻该含硅材料的特定前驱物。在一实例中，已发现氯气(Cl2)在比使用较常见蚀刻剂的制程低的温度下对含硅材料发挥绝佳的蚀刻剂效果。因此，在一实例中，预热该制程反应室的较佳温度为约75(TC或更低， 较佳地，约65(TC或更低，并且更佳地，约55(TC或更低。通常将该制程 反应室保持在从约0.1托耳至约200托耳的压力下，较佳地，从约1托耳 至约50托耳。在制程步骤110-160期间和之间，压力可以变动，但是通常会保持固定。沉积制程在步骤120期间执行。图案化基板是经暴露在沉积气体中以在该单晶表面上形成一外延层，同时在该第二表面上形成一多晶层。该基板是经暴露在该沉积气体中一段从约0.5秒至约30秒的时间，较佳地，从 约1秒至约20秒，并且更佳地，从约5秒至约10秒。该沉积制程的具体 暴露时间是关于在步骤140中蚀刻制程期间的暴露时间，以及在制程中所 使用的特定前驱物和温度来决定。 一般来说，该基板是经暴露在沉积气体 中足够长的时间以形成最厚的外延层厚度，同时形成最薄的多晶层厚度， 其可在随后的步骤140期间轻易蚀除。该沉积气体包含至少一种硅来源和一种载气，并且可包含至少一种第 二元素来源，例如锗来源及/或碳来源。此外，该沉积气体可进一步包含 一掺质化合物以提供掺质来源，例如硼、砷、磷、镓及/或铝。在另一实 施例中，该沉积气体可包含至少 一种蚀刻剂，例如氯化氢或氯气。珪来源通常以范围从每分钟约5标准立方公分(sccm)至约500 sccm 内的速率供给至该制程反应室中，较佳地，从约10 sccm至约300 sccm, 并且更佳地，从约50 sccm至约200 sccm，例如，约100 sccm。可用于 沉积气体中以沉积含硅化合物的硅来源包含硅烷、卣化硅烷和有机硅烷。
硅烷包舍硅烷(SiH4)及实验式为SixH(2x+2)的较长链硅烷，例如二硅烷 (Si2H6)、三硅烷(Si3H8)、以及四硅烷(SUHw)，及其它。卤化硅烷包含实验式为X'yS'lxH(2X+2-y)的化合物，其中X'-氟、氯、溴或碘，例如六氯二硅烷(Si2CI6)、四氯硅烷(SiCl4)、 二氯硅烷(Cl2SiH2)及三氯硅烷(CbSiH)。有机 硅烷包含实验式为RySixH(2x+2^的化合物，其中R-曱基、乙基、丙基或丁 基，例如曱基硅烷((CH3)SiH3)、 二曱基硅烷((CH3)2SiH2)、乙基硅烷 ((CH3CH2)SiH3)、曱基二石圭烷((CH3)SJ2H5)、 二甲基二石圭烷((CH3)2Si2H4) 及六甲基二硅烷((CH3)eSb)。已发现有机硅烷化合物在将碳并入沉积的含 硅化合物内的实施例中是有利的硅来源和碳来源。较佳的硅来源包含硅烷、 二氯珪烷和二硅烷。硅来源通常连同载气一起供给至该制程反应室内。载气流速从每分钟 约1标准升(slm)至约100 slm,较佳地，从约5 slm至约75 slm，并且更 佳地，从约10 slm至约50 slm，例如，约25 slm。载气可包含氮气(N2)、 氢气(H2)、氩气、氦气及其组合物。较倾向使用惰性载气，并且包含氮气、 氩气、氦气及其组合物。可基于外延制程100期间使用的化学前驱物及/ 或制程温度来选择载气。通常载气在每一个步骤110-150期间是相同的。 但是，某些实施例可在特定步骤中使用不同载气。例如，氮气可在步骤120 中与硅来源一起使用做为载气，并且在步骤140中与蚀刻剂一起使用。较佳地，在特征为低温(例如< 800'C )制程的实施例中使用氮气做为载 气。可使用低温制程的一部份原因是在进一步于步骤140中讨论的蚀刻制 程中使用氯气。氮气在低温沉积制程期间保持惰性。因此，氮气不会在低 温制程期间并入所沉积的含硅材料中。此外，氮载气不会像氢载气一样形 成氢终结端面。由氢栽气吸附在基板表面上所形成的氢终结端面会抑制含 硅层的成长速率。最后，该低温制程可获得使用氮气做为载气的经济优势， 因为氮气远比氢气、氩气或氦气便宜。在步骤120期间使用的沉积气体也可包含至少 一种第二元素来源，例 如锗来源及/或碳来源。锗来源可连同硅来源和载气一起加入该制程反应 室中以形成含^5圭化合物，例如锗化硅材料。通常以范围从约0.1 sccm至约 20 sccm内的速率供给锗来源至该制程反应室中，较佳地，从约0.5 sccm 至约10 sccm，并且更佳;也，从约1 sccm至约5 sccm,例如，约2 sccm。可用来沉积含硅化合物的锗来源包含锗烷(GeH》、较长链的锗烷及有机锗 烷。较长链的锗烷包含实验式为GexH(2x+2)的化合物，例如二锗烷(Ge2He)、 三锗烷(Ge3Hs)、以及四锗烷(SUH^),及其它。有机锗烷包含例如曱基锗 烷((CHs)GeH3)、 二曱基锗烷((CH3)2GeH2)、乙基锗烷((CH3CH2)GeH3)、 曱基二锗烷((CH3)Ge2H5)、 二曱基二锗烷((CH3)2Ge2H4)及六甲基二锗烷 ((CH3)eGe2)的化合物。已发现锗烷和有机锗烷化合物在将锗和碳并入沉积 的含硅化合物内的实施例中，也就是锗化硅和碳化硅锗化合物，是有利的 锗来源和碳来源。外延层的锗浓度范围从约1原子百分比(at。/。)至约30 at% 内，例如，约20at。/。。锗浓度可在外延层中逐渐变化，较佳地变化是在该 外延层下半部具有比该外延层上半部高的浓度。或者，可在步骤120期间连同硅来源和载气一起添加碳来源至该制程 反应室中以形成含硅化合物，例如碳化硅材料。通常以范围从约0.1 sccm 至约20 sccm内的速率供给碳来源至该制程反应室中，较佳地，从约0.5 sccm至约10 sccm，并且更佳地，从约1 sccm至约5 sccm，例如，约2 sccm。可用来沉积含硅化合物的碳来源包含有机硅烷、烷类、乙基、丙基 和丁基的烯类及炔类。此种碳来源包含甲基硅烷((CH3)SiH3)、 二曱基硅烷 ((CH3)2SiH2)、乙基硅烷((CHsCH2)SiH3)、曱烷(CH4)、乙烯(02&)、乙炔 (C2H2)、丙烷(CsH8)、丙烯(C3He)、 丁炔(0^6)，及其它。外延层的碳浓度 范围从约200 ppm至约5 at。/o内，较佳地，从约1 at。/。至约3 at%,例如 1.5at%。在一实施例中，碳浓度可在外延层中逐渐变化，较佳地变化是在 该外延层初始部份具有比该外延层最终部份低的碳浓度。或者，可在步骤 120期间连同硅来源和载气一起添加锗来源及碳来源两者进入该制程反应 室中以形成含硅化合物，例如硅锗碳材料。在步骤120期间所用的沉积气体可进一步包含至少一种掺质化合物以 提供元素掺质来源，例如硼、砷、磷、镓或铝。掺质提供沉积的含硅化合 物若干导电特性，例如在电子组件要求的受控制及预期路径中的具方向性 的电子流。以特定掺质掺杂含硅化合物薄膜以达到预期导电特性。在一实 例中，该含硅化合物是经掺杂为p型，例如通过使用二硼烷以添加浓度范围从约1015原子/立方公分至约1021原子/立方公分内的硼。在一实例中， 该p型掺质的浓度至少是5x10"原子/立方公分。在另一实例中，该p型 掺质是在从约1x10"原子/立方公分至约2.5x1021原子/立方公分范围 内。在另一实例中，该含硅化合物是经掺杂为n型，例如利用磷及/或砷 掺杂至从约1015原子/立方公分至约1021原子/立方公分的浓度范围内。 在步骤120期间，通常以范围从约0.1 sccm至约20 sccm内的速率 供给掺质来源至该制程反应室中，较佳地，从约0.5 sccm至约10 sccm， 并且更佳地，从约1 sccm至约5 sccm，例如，约2 sccm。可用来估爻为掺 质来源的含硼掺质包含硼烷和有机硼烷。硼烷包含硼烷、二硼烷(B2He)、 三硼烷、四硼烷和五硼烷，而烷基硼烷(alkylboranes)包含实验式为RXBH(3-X) 的化合物，其中R-曱基、乙基、丙基或丁基，而x-1、 2或3。烷基硼烷 包含三曱基硼烷((CH3)3B)、 二曱基硼烷((CH3)2BH)、三乙基硼烷 ((CH3CH2)3B)及二乙基硼烷((CH3CH2)2BH)。掺质也可包含砷化氢(AsH3)、 磷化氢(PH3)和烷基磷化氢，例如实验式为RxPH(3-x)者，其中R-曱基、乙 基、丙基或丁基，而xM、 2或3。烷基磷化氬包含三曱基磷化氢((CH3)3P)、二甲基磷化氢((CH3)2PH)、三乙基磷化氢((CH3CH2)3P)及二乙基磷化氢((CH3CH2)2PH)。铝和镓掺质来源可包含烷化(alkylated)及/或卤化的衍生 物，例如以实验式RxMX(3-x)描述者，其中M:铝或镓，R-曱基、乙基、丙 基或丁基，X二氯或氟，而x-O、 1、 2或3。铝和镓掺质来源的实例包含三 甲基铝(MesAI)、三乙基铝(EtsAI)、 二曱基氯化铝(Me2AICI)、氯化铝(AICl3)、 三甲基镓(Me3Ga)、三乙基镓(Et3Ga)、 二曱基氯化镓(Me2GaCI)及氯化镓 (GaCb)。在步骤130期间，沉积制程终止。在一实例中，可将制程反应室注满 清洁气体或载气及/或可利用真空帮浦将该制程反应室排空。该清洁及/ 或排空制程除去过量的沉积气体、反应副产物和其它污染物。在另一实例 中， 一旦沉积制程终止，步骤140的蚀刻制程立即开始，而不需要清洁及/或排空该制程反应室。步骤140的蚀刻制程从该基板表面除去在步骤120期间沉积的含硅材料。该蚀刻制程除去外延或单晶材料和非晶或多晶材料两者。沉积在基板 表面上的多晶层，若有的话，是以比外延层快的速率移除。蚀刻制程的持 续时间是与沉积制程的持续时间平衡以造成选择性形成在该基板预期区域上的外延层净沉积。因此，步骤120的沉积制程和步骤140的蚀刻制程的 净效果是在于形成选择且外延成长的含硅材料，同时最小化，若有的话， 多晶含硅材料的成长。在步骤140期间，将该基板暴露在蚀刻气体中一段范围从约10秒至 约90秒内的时间，较佳地，从约20秒至约60秒，并且更佳地，从约30 秒至约45秒。该蚀刻气体包含至少一种蚀刻剂和一种载气。蚀刻剂通常以 范围从约10 sccm至约700 sccm内的速率提供至该制程反应室中，较佳 地，从约50 sccm至约500 sccm，并且更佳地，从约100 sccm至约400 sccm,例如，约200 sccm。用于蚀刻气体中的蚀刻剂可包含氯气(Cl2)、 氯化氢(HCI)、三氯化硼(BCIs)、四氯化碳(CCl4)、三氟化氯(CIF3)或其组合 物。较佳地，使用氯气或氯化氢来做为蚀刻剂。蚀刻剂通常连同载气一起供给至该制程反应室内。该栽气的流速范围 从约1 slm至约100 slm内，较佳地，从约5 slm至约75 slm,并且更佳 地，从约10 slm至约50 slm,例如，约25 slm。载气可包含氮气(N。、氢 气(H2)、氩气、氦气及其组合物。在某些实施例中，惰性载气是较佳地， 并且包含氮气、氩气、氦气及其组合物。可基于外延制程100期间使用的 特定前驱物及/或温度来选择载气。通常在每一个步骤110-150期间使 用相同载气。但是，某些实施例可在蚀刻制程期间使用与沉积制程所用者 不同的载气。在一实施例中，较佳的蚀刻剂是氯气，特别是当该AGS制程 在低温下执行时(例如〈800。C)。例如， 一蚀刻气体包含氯气做为蚀刻剂以 及氮气做为载气，并且以范围从约500'C至约750'C内的温度接触该基板 表面。在另一实例中，含有氯气和氮气的蚀刻气体以范围从约250。C至约 50(TC内的温度接触该基板表面。
该蚀刻制程在步骤150期间终止。在一实例中，可将制程反应室注满 清洁气体或载气及/或可利用真空帮浦将该制程反应室排空。该清洁及/ 或排空制程除去过量的蚀刻气体、反应副产物和其它污染物。在另一实例 中， 一旦蚀刻制程终止，步骤160立即开始，而不需要清洁及/或排空该 制程反应室。外延层和多晶层的厚度可在步骤160期间决定。若已达到预定厚度， 则外延制程100在步骤170终止。但是，若未达到预定厚度，则重复步骤 120- 160做为一周期直到达到预期厚度为止。通常将外延层成长至从约 10埃至约2,000埃的厚度范围内，较佳地，从约100埃至约1，500埃，并 且更佳地，从约400埃至约1,200埃，例如，约800埃。通常将多晶层沉 积至，若有的话，从一个原子层至约500埃的厚度范围内。该外延含硅层 或该多晶含硅层的预期或预定厚度对于特定生产制程来说是独有的。在一 实例中，该外延层可达到该预定厚度，但该多晶层却过厚。过量的多晶层 可在略过步骤120和130的同时通过重复步骤140- 160进一步蚀刻。在一实例中，如第2A-2E图所描绘般，将源极/漏极延伸形成在 MOSFET组件中，其中该含硅层是外延地且选择性地沉积在该基板表面 上。图2A描绘通过将离子植入基板230表面而形成的源极/漏极区域232 。 源极/漏极区域232的区段是由形成在栅极氧化层235上的栅极236和间 隙壁234桥接。为了形成源极/漏极延伸，蚀刻并湿式清洁(wet-clean)— 部分的源极/漏极区域232以产生一凹陷238，如图2B所示者。可通过 在蚀刻源极/漏极区域232的该部分前先行沉积硬光罩来避免栅极236的 烛刻。图2C标出在此描述的外延制程的一实施例，其中一含硅外延层240 和任意多晶层242同时且选择性地沉积，但没有沉积在该间隙壁234上。 多晶层242是通过调整外延制程100的步骤120和140中的沉积和蚀刻制 程选'择性地形成在栅极236上。或者，多晶层242在外延层240沉积在该 源极/漏极区域232上时持续从栅极236上蚀除。在另一实例中，含硅外延层240和多晶层242是含锗化硅层，其锗浓
度范围从约1 at。/。至约50 at。/。内，较佳地约24 at。/o或更低。含有不同量的 硅和锗的多个含锗化硅层可经堆栈而形成元素浓度逐渐变化的含硅外延层 240。例如，第一锗化硅层可经沉积为具有范围从约15 at。/o至约25 at。/o内 的锗浓度，而第二锗化硅层可经沉积为具有范围从约25 at。/。至约35 at%内的锗浓度。在另一实例中，含硅外延层240和多晶层242是含碳化硅层，其碳浓 度范围从约200 ppm至约5 at。/o内，较佳地约3 at。/。或更低，较佳地，从 约1 at。/。至约2 at%,例如，约1.5 at%。在另一实施例中，含硅外延层240 和多晶层242是含碳化硅锗层，其锗浓度范围从约1 at。/。至约50 at。/。内， 较佳地约24 at。/。或更低，而碳浓度约在200 ppm至约5 at%,较佳地约3 at。/o或更低，更佳地从约1 at。/。至约2 at%，例如，约1.5at0/0。可以不同顺序沉积含硅、锗化硅、碳化硅或碳化硅锗的多个层，以在 该含硅外延层240内形成逐渐变化的元素浓度。该含硅层一般是以掺质掺 杂(例如硼、砷、磷、镓或铝)，其浓度范围从约1x10"原子/立方公分至 约2.5x10"原子/立方公分内，较佳地，从约5x10"原子/立方公分至约 2x 102Q原子/立方公分。添加至含硅材料的个别层内的掺质形成逐渐变化 的掺质。例如，含硅外延层240是通过沉积掺质浓度(例如硼)在从约5x1019 原子/立方公分至约"1020原子/立方公分范围内的第一含锗化硅层以及 沉积掺质浓度(例如硼)在从约1x10"原子/立方公分至约2x10"原子/立 方公分范围内的第二含锗化硅层来形成。在下一个步骤期间，图2D标出 一间隙壁244， 一般是沉积在间隙壁 234上的氮化物间隙壁(例如四氮化三硅)。间隙壁244通常在不同反应室 中利用CVD或ALD技术沉积。因此，将该基板从用来沉积含硅外延层240 的制程反应室移出。在两个反应室间的传送期间，该基板可能会暴露在周 围环境下，例如温度、压力或含有水和氧的大气。在沉积该间隙壁244后， 或执行其它半导体制程后(例如回火、沉积或植入)，基板可能会在沉积升 高层248前暴露在周围环境下第二次。在一实施例中，没有或具有极微量 锗(例如低于约5 at。/。)的外延层(未示出)在将该基板暴露在周围环境前先被沉积在外延层240上，因为与从以大于约5 at。/。的锗浓度形成的外延层上 除去相较，原氧化物可以较轻易地从含有极微量锗浓度的外延层上除去。图2E描绘出另一实例，其中由含硅材料组成的升高层248选择性地 且外延地沉积在外延层240(例如掺杂的锗化硅)上。在沉积制程期间，多晶 层242是进一步在栅极236上成长、沉积或蚀除。在一较佳实施例中，升高层248是含有少量或没有锗或碳的外延沉积 的硅。但是，在另一实施例中，升高层248确实含有锗及/或碳。例如， 升高层248可具有约5at。/。或更少的锗。在另一实例中，升高层248可具 有约2at。/。或更少的碳。也可以一掺质来掺杂该升高层248,例如硼、砷、 磷、铝或镓。在制程的实施例内使用含硅化合物以沉积用于双极组件制造(例如基 极、射极、集极、射极接触)、双CMOS组件制造(例如基极、射极、集极、 射极接触)和CMOS组件制造(例如信道、源极/漏极、源极/漏极延伸、 升高的源极/漏极、基板、应变硅(strained silicon)、绝缘层上珪及接触插 捎)的含硅层。制程的其它实施例教示含硅层的成长，其可用来做为栅极、 基极接触、集极接触、射极接触、升高的源极/漏极及其它用途。本制程在MOSFET和双极晶体管中沉积选择的、外延的含硅层上是特 别有用的，如第3A-3C图所描绘般。第3A-3B图标出外延成长在一 MOSFET组件上的含硅化合物。该含硅化合物是沉积在该组件的源极/漏 极特征上。该含硅化合物紧黏下方层的晶格并从其成长出，并且在含硅化 合物成长至预期厚度时保持此配置。图3A标出沉积为凹陷的源极/漏极 层的含硅化合物，而图3B标出沉积为凹陷的源极/漏极层以及升高的源 极/漏极层的含硅化合物。该源极/漏极区312是由离子植入形成。 一般来说，该基板310是掺 杂为n型，而该源极/漏极区312是掺杂为p型。含硅外延层313是选择 性地成长在该源极/漏极区312上及/或直接在基板310上。含硅外延层 314是根据此间方面选择性地成长在该含硅外延层313上。 一栅极氧化层 318桥接该含硅外延层313的区段。一般来说，栅极氧化层318是由二氧 化硅、氮氧化硅或氧化铪组成。部份围绕该栅极氧化层318的是间隙壁316，其通常是一绝缘材料，例如氮化物/氧化物堆栈(例如四氮化三硅/ 二氧化硅/四氮化三硅)。栅极层322(例如多晶硅)可沿着垂直侧具有一保 护层319,例如二氧化硅，如图3A所示。或者，栅极层322可具有间隙 壁316和沉积在两侧上的偏移层320(例如四氮化三硅)。在另一实例中，图3C描绘沉积为一双极晶体管的基极层的含硅外延 层334。含硅外延层334是利用本发明的各实施例选择性地成长。含硅外 延层334是沉积在先前沉积于基板330上的n型集极层332上。该晶体管 进一步包含绝缘层333(例如二氧化硅或四氮化三硅)、接触层336(例如重 掺杂的多晶硅)、偏移层338(例如四氮化三硅)、以及第二绝缘层340(例如 二氧化硅或四氮化三石圭)。在另一实施例中，图4标出一外延制程400,其可用来选择性沉积含 硅材料/层。外延制程400包含至少两个沉积制程，接着是一蚀刻制程。 该第一沉积制程包含一沉积气体，其含有一硅来源，而该第二沉积制程包 含一沉积气体，其含有一第二元素来源，例如锗、碳或一掺质(例如硼、砷、 磷、镓或铝)。在外延制程400中使用于外延制程1D0中使用的相似制程参 数，例如温度、压力、流速、载气和前驱物。外延制程400包含用来将图案化的基板加载制程反应室并将制程反应 室的状态调整至预定温度的步骤410。步骤420提供一第一沉积制程，以 在一单晶表面上形成一外延层，同时在第二表面上形成一多晶层，例如非 晶及/或多晶表面。该外延层和该多晶层是由含有一硅来源的沉积气体形 成。在步骤430期间，该第一沉积制程终止。步骤440提供一第二沉积制 程，以继续在一单晶表面上成长该外延层，并且继续在该第二表面上形成 该多晶层。该外延层和该多晶层是通过将该基板表面暴露在含有一第二元 素来源的沉积气体中进一步成长。在步骤450期间，该第二沉积制程终止。 步骤460提供一蚀刻制程，以蚀刻暴露出的含硅层。该蚀刻制程若非最小 化即完全移除该多晶层，同时因为每一种材料的移除速率而只移除该外延 层的最低限度部分。在步骤470期间，该蚀刻制程终止。该外延层及该多 晶层，若存在的话，的厚度在步骤480期间决定。若达到预定厚度，则外 延制程400在步骤490终止。但是，若任一个层没有达到预定厚度，则重 复步骤420 - 480做为 一周期直到达到预定厚度为止。外延制程400由在步骤410处将含有该图案化基板的制程反应室调整 至预定温度开始。温度和压力是适合特定的执行制程。 一般来说，在外延 制程400期间制程反应室是保持在一固定温度下。但是，某些步骤可在不 同温度下执行。制程反应室是保持在范围从约250'C至约l，OOO'C内的温度 下，较佳地，从约500'C至约800'C,并且更佳地，从约55(TC至约750 。C。执行外延制程400的适当温度可取决于在步骤420~480期间用来沉积 及/或蚀刻该含硅材料的特定前驱物。在一实施例中，已发现氯气(Cl2)在效果。因此，在一实施例中，预热该制程反应室的较佳温度是约75CTC或 更低，较佳地，约65CTC或更低，并且更佳地，约550'C或更低。通常将 该制程反应室保持在从约0.1托耳至约200托耳内的压力下，较佳地，从 约1托耳至约50托耳。在制程步骤410-480期间和之间，压力可以变动， 但是通常会保持固定。该第一沉积制程在步骤420期间执行。图案化基板是经暴露在第一沉 积气体中以在该单晶表面上形成一外延层，同时在该等第二表面上形成一 多晶层。该基板是经暴露在该第一沉积气体中一段约0.5秒至约30秒的时 间，较佳地，从约1秒至约20秒，并且更佳地，从约5秒至约10秒。该 沉积制程的具体暴露时间是关于在步骤460中蚀刻制程期间的暴露时间， 以及在制程中所使用的特定前驱物和温度来决定。 一般来说，该基板是经 暴露在该第一沉积气体中足够长的时间以形成最厚的外延层厚度，同时形 成最薄的多晶层厚度，其可在随后的步骤460期间轻易蚀除。该第一沉积气体包含至少一种硅来源和一种载气。该第一沉积气体也 可包含第二元素来源及/或掺质化合物，但较佳地，该第二元素来源及该 掺质化合物是在该第二沉积气体中。因此，在一方面中，该第一沉积气体 可包含一硅来源、 一第二元素来源和一掺质来源。在另一方面中，该第一
沉积气体可包含一石圭来源和一第二元素来源。在又另一方面中，该第一沉 积气体可包含一硅来源和一掺质来源。在另一实施例中，该第一沉积气体 也可包含至少一种蚀刻剂，例如氯化氢或氯气。硅来源通常以范围从约5 sccm至约500 sccm内的速率供给至该制程 反应室中，较佳地，从约10 sccm至约300 sccm,并且更佳地，从约50 sccm至约200 sccm,例如，约100 sccm。较佳的珪来源包含珪烷、二氯 硅烷和二硅烷。硅来源通常是在一载气中供给至该制程反应室内。载气流速从约1 slm 至约100 slm，较佳地，从约5 slm至约75 slm,并且更佳地，从约10 slm 至约50slm,例如，约25slm。载气可包含氮气(N2)、氢气(H2)、氩气、 氦气及其组合物。在某些实施例中，较倾向使用惰性载气，并且包含氮气、 氩气、氦气及其組合物。较佳地，外延制程400期间使用的载气是氮气， 因为上面所讨论的原因。在步骤430期间，该第一沉积制程终止。在一实例中，可将制程反应 室注满清洁气体或载气及/或可利用真空帮浦将该制程反应室排空。该清 洁及/或排空制程除去过量的沉积气体、反应副产物和其它污染物。在另 一实例中， 一旦第一沉积制程终止，步骤440的第二沉积制程立即开始， 而不需要清洁及/或排空该制程反应室。在步骤440期间使用的沉积气体含有载气和至少 一种第二元素来源， 例如锗来源、碳来源及/或掺质化合物。或者，硅来源可包含在该第二沉 积气体中。该第二元素来源是连同该载气一起添加至该制程反应室中，以 继续步骤420期间沉积的含硅化合物的成长。该等含硅化合物可具有由该 特定第二元素来源和该第二元素来源的浓度控制的不同成分。第二元素来 源通常以范围从约0.1 sccm至约20 sccm内的速率供给至该制程反应室 中，较佳地，从约0.5 sccm至约10 sccm,并且更佳地，从约1 sccm至 约5 sccm,例如，约2 sccm。锗来源、碳来源和掺质化合物是从上面讨 论的前驱物选出。在步骤450期间，该第二沉积制程终止。在一实例中，可将制程反应
室注满清洁气体或载气及/或可利用真空帮浦将该制程反应室排空。该清 洁及/或排空制程除去过量的沉积气体、反应副产物和其它污染物。在另 一实例中， 一旦第二沉积制程终止，步骤460的蚀刻制程立即开始，而不 需要清洁及/或排空该制程反应室。
步骤460的蚀刻制程从该基板表面除去在步骤420和440期间沉积的 材料。该蚀刻制程除去外延或单晶材料和非晶及/或多晶材料两者。沉积 在基板表面上的多晶层，若有的话，是以比外延层快的速率移除。蚀刻制 程的持续时间是与两个沉积制程的持续时间平衡。因此，步骤420和440 的沉积制程和步骤460的蚀刻制程的净效果是在于形成选择且外延成长的 含硅材料，同时最小化，若有的话，多晶含硅材料的成长。
在步骤460期间，将该基板暴露在蚀刻气体中一段范围从约10秒至 约90秒内的时间，较佳地，从约20秒至约60秒，并且更佳地，从约30 秒至约45秒。该蚀刻气体包含至少一种蚀刻剂和一种载气。蚀刻剂通常以 范围从约10 sccm至约700 sccm内的速率提供至该制程反应室中，较佳 地，从约50 sccm至约500 sccm，并且更佳地，从约100 sccm至约400 sccm,例如，约200 sccm。用于蚀刻气体中的蚀刻剂可包含氯气(Cl2)、 氯化氢(HCI)、三氯化硼(BCb)、四氯化碳(CCl4)、三氟化氯(CIF3)及其组合 物。较佳地，使用氯气或氯化氢来做为蚀刻剂。
蚀刻剂通常连同载气一起供给至该制程反应室内。该载气的流速范围 从约1 slm至约100 slm内，较佳地，从约5 slm至约75 slm，并且更佳 地，从约10 slm至约50 slm，例如，约25 slm。载气可包含氮气(N2)、氩 气(H2)、氩气、氦气及其组合物。在某些实施例中，惰性栽气是较佳地， 并且包含氮气、氩气、氦气及其组合物。可基于外延制程400期间使用的 特定前驱物及/或温度来选择载气。通常在每一个步骤420-480期间使 用相同载气。但是，某些实施例可在蚀刻制程期间使用与沉积制程所用者 不同的栽气。在一实施例中，较佳的蚀刻剂是氯气，特别是当该AGS制程 在低温下执行时(例如〈80(TC)。例如， 一蚀刻气体包含氯气做为蚀刻剂以 及氮气做为载气，并且以范围从约50(TC至约750。C内的温度接触该基板 表面。
该蚀刻制程在步骤470期间终止。在一实例中，可将制程反应室注满 清洁气体或载气及/或可利用真空帮浦将该制程反应室排空。该清洁及/ 或排空制程除去过量的蚀刻气体、反应副产物和其它污染物。在另一实例
中， 一旦蚀刻制程终止，步骤480立即开始，而不需要清洁及/或排空该 制程反应室。
外延层和多晶层的厚度可在步骤480期间决定。若已达到预定厚度， 则外延制程400在步骤490终止。但是，若未达到预定厚度，则重复步骤 420-480做为一周期直到达到预期厚度为止。通常将外延层成长至从约 10埃至约2,000埃的厚度范围，较佳地，从约100埃至约1,500埃，并且 更佳地，从约400埃至约1,200埃，例如，约800埃。通常将多晶层沉积 至，若有的话，从约一个原子层至约500埃的厚度范围。该外延含硅层或 该多晶含硅层的预期或预定厚度对于特定生产制程来说是独有的。在一 实 例中，该外延层可达到该预定厚度，但该多晶层却过厚。过量的多晶层可 在略过步骤420和440的同时通过重复步骤460-480进一步蚀刻。同样 地，在其它实例中，可在进行外延制程400时个别略过步骤420、 440和 460。通过略过步骤420、 440和460,元素浓度和所沉积的含硅材料厚度 可受到控制。
本发明的实施例教示在各种基板上沉积含硅化合物的制程。可在其上 使用本发明实施例的基板包含，但不限于，半导体晶圓，例如结晶硅(例如 S^10O和Si<111>)、氧化硅、锗化硅、掺杂或未掺杂的晶圆及图案化或 非图案化的晶圆。基板具有各种构形(例如圆形、方形和矩形)及尺寸(例如 外径200毫米、外径300毫米)。
在一实施例中，由在此所述制程沉积的含硅化合物包含浓度范围从约 0 at。/。至约95 at。/。内的锗。在另一实施例中，锗浓度是在从约1 at。/o至约 30 at。/。范围内，较佳地，从约15 at。/。至约30 at%，例如，约20 at%。含 硅化合物也包含浓度范围从约Oat。/o至约5at。/。内的碳。在其它方面中，碳 浓度是在从约200 ppm至约3 at。/o范围内，较佳地约1.5 at%。
具有锗及/或碳的含硅化合物薄膜是由本发明的各种制程生产，并且 可具有不变的、分散的或逐渐变化的元素浓度。逐渐变化的锗化硅薄膜在
美国专利第6,770,134和美国专利申请案第10/014,466号，公开为美国专 利公开号第20020174827号中揭示，两者皆让渡予应用材料公司，并且在 此通过引用其全文的方式并入本文中，以描述沉积逐渐变化的含硅化合物 薄膜的方法。在一实例中， 一硅来源(例如SiH4)及一锗来源(例如GeH4)是 用来选择性地且外延地沉积含锗化硅薄膜。在此实例中，硅来源和锗来源 的比例可在成长逐渐变化的薄膜时改变，以提供对元素浓度的控制，例如 硅和锗。在另一实例中， 一硅来源及一碳来源(例如CH3SiH3)是用来选择 性地且外延地沉积含碳化硅薄膜。硅来源和碳来源的比例可在成长同质或 逐渐变化的薄膜时改变，以提供对元素浓度的控制。在另一实例中， 一硅 来源、 一锗来源和一碳来源是用来选择性地且外延地沉积含碳化硅锗薄膜。 硅、锗和碳来源的比例在成长同质或逐渐变化的薄膜时独立变化，以提供 对元素浓度的控制。
由在此所述制程所形成的MOSFET组件可包含PMOS构件或NMOS 构件。该PMOS构件，具有一 p型信道，具有负责信道传导(channel conduction)的电洞，而该NMOS构件，具有一 n型信道，具有负责信道 传导的电子。因此，例如，例如锗化硅的含硅材料可沉积在一凹陷区域中 以形成一PMOS构件。在另一实例中，例如碳化硅的含硅薄膜可沉积在一 凹陷区域中以形成一 NMOS构件。在PMOS应用中使用锗化硅有几个原 因。锗化硅材料会比单独的硅并入更多硼，因此可降低接面电阻。此外，壁。
此外，外延成长在硅上方的锗化硅具有位于薄膜内部的压应力，因为 锗化硅的晶格常数比硅大。该压应力在横向尺寸上转移以在PMOS信道中 产生压应变并且增加电洞的迁移率。对NMOS应用而言，碳化硅可用于该 等凹陷区域中以在该信道中产生张应力，因为碳化硅的晶格常数比硅小。 该张应力转移至该信道内并且增加电子迁移率。因此，在一实施例中，第
一含硅层是经形成有第 一 晶格应变值，而第二含硅层则经形成有第二晶格
应变值。例如，在基板表面上沉积厚度从约50埃至约200埃的碳化硅层， 接着在该碳化硅层上沉积厚度从约150埃至约1，000埃的锗化硅层。该碳 化硅层可以外延成长，且具有比外延成长在该碳化硅层上的锗化硅层低的 应变。
在此间所述实施例中，含硅化合物薄膜是通过化学气相沉积(CVD)制 程选择性地且外延地沉积。化学气相沉积制程包含原子层沉积(ALD)制程及 /或原子层外延(ALE)制程。化学气相沉积包含许多技术的使用，例如电浆 辅助CVD(PA-CVD)、原子层CVD(ALCVD)、有机金属或金属有机 CVD(OMCVD或MOCVD)、雷射辅助CVD(LA - CVD)、紫外光CVD(UV -CVD)、热鴒丝CVD(HWCVD)、减压CVD(RP-CVD)、超高真空 CVD(UHV-CVD)及其它。在一实施例中，较佳制程是使用热CVD来外延 成长或沉积该含硅化合物，而该含硅化合物包含硅、锗化硅、碳化硅、碳 化硅锗、其掺杂的变体及其组合物。
本发明的制程可在ALE、 CVD和ALD技艺中已知的设备内执行。该 设备可含有多个气线以使沉积气体和蚀刻气体在进入该制程反应室前维持 分离。之后，使该等气体与加热的基板接触，含硅化合物薄膜在其上成长。 可用来沉积含硅薄膜的硬件包含可从加州圣塔克拉拉的应用材料公司取得 的Epi Centura⑧系统和Poly Gen⑧系统。 一种ALD设备在2001年12月 21日提出申请的让渡予应用材料公司的标题为r ALD的气体输送设备及方 法J的美国专利申请案第10/032,284号中揭示，其是经公开为美国专利公 开号第20030079686号，并且在此通过引用其全文的方式并入本文中，以 描述该设备。其它设备包含批次式(batch)、高温炉管，如技艺中已知者。
实例
执行下述假设的实例以在 一基板表面上形成升高的源极漏极(ESD)结 构。该图案化基板含有单晶表面，其具有形成在该基板表面内的源极/漏 极特征和形成在其间的栅极和间隙壁。
实例1:利用氯气蚀刻剂的硅的选择性外延-将基板置入加热且维持 在55(TC下的制程反应室内。使该制程反应室维持在约15托耳的压力下。 该基板表面是经暴露在含有流速为100 sccm的硅烷及流速为25 slm的氮 气的沉积气体流中7秒。之后将基板暴露在含有流速为20 sccm的氯气及 流速为25 slm的氮气的蚀刻气体中10秒。沉积气体暴露及蚀刻气体暴露 的周期是经重复50次以在该基板暴露出的单晶部份上形成外延成长的硅 层。该硅外延层厚度约为1,000埃。
实例2:利用氯气蚀刻剂的锗化硅的选择性外延-将基板置入加热且 维持在550。C下的制程反应室内。使该制程反应室维持在约15托耳的压力 下。该基板表面是经暴露在含有流速为100 sccm的硅烷、流速为3 sccm 的锗及流速为25 slm的氮气的沉积气体流中8秒。之后将基板暴露在含有 流速为20 sccm的氯气及流速为25 slm的氮气的蚀刻气体中10秒。沉积 气体暴露及蚀刻气体暴露的周期是经重复50次以在该基板暴露出的单晶 部份上形成外延成长的含硅层。该含硅外延层厚度约为1,700埃。
实例3:利用氯气蚀刻剂的锗化硅的选择性外延-将基板置入加热且 维持在550。C下的制程反应室内。使该制程反应室维持在约15托耳的压力 下。该基板表面是经暴露在含有流速为100 sccm的硅烷及流速为25 slm 的氮气的沉积气体流中7秒。之后将该基板表面暴露在含有流速为5 sccm 的锗及流速为25 slm的氮气的第二沉积气体流中7秒。将基板暴露在含有 流速为20 sccm的氯气及流速为25 slm的氮气的蚀刻气体中10秒。沉积 气体暴露及蚀刻气体暴露的周期是经重复50次以在该基板暴露出的单晶 部份上形成外延成长的含硅层。该含硅外延层厚度约为1,800埃。
实例4:利用氯气蚀刻剂的碳化硅的选择性外延-将基板置入加热且
维持在550'C下的制程反应室内。使该制程反应室维持在约15托耳的压力 下。之后将该基板表面暴露在含有流速为100 sccm的珪烷、流速为1 sccm 的曱基硅烷及流速为25 slm的氮气的沉积气体流中8秒。将基板暴露在含 有流速为20 sccm的氯气及流速为25 slm的氮气的蚀刻气体中10秒。沉 积气体暴露及蚀刻气体暴露的周期是经重复50次以在该基板暴露出的单 晶部份上形成外延成长的含硅层。该含硅外延层厚度约为1,600埃。
实例5:利用氯气蚀刻剂的碳化硅的选择性外延-将基板置入加热且 维持在55CTC下的制程反应室内。使该制程反应室维持在约15托耳的压力 下。之后将该基板表面暴露在含有流速为100 sccm的硅烷及流速为25 slm 的氮气的沉积气体流中7秒。之后将该基板表面暴露在含有流速为5 sccm 的曱基硅烷及流速为25 slm的氮气的第二沉积气体流中7秒。将基板暴露 在含有流速为20 sccm的氯气及流速为25 slm的氮气的蚀刻气体中10秒。 沉积气体暴露及蚀刻气体暴露的周期是经重复50次以在该基板暴露出的 单晶部份上形成外延成长的含硅层。该含硅外延层厚度约为1,800埃。
实例6'.利用氯化氢蚀刻剂的硅的选择性外延-将基板置入加热且维 持在700°C下的制程反应室内。使该制程反应室维持在约15托耳的压力下。 之后将该基板表面暴露在含有流速为100 sccm的硅烷及流速为25 slm的 氬气的沉积气体流中7秒。将基板暴露在含有流速为200 sccm的氯化氢 及流速为25 slm的氢气的蚀刻气体中40秒。沉积气体暴露及蚀刻气体暴 露的周期是经重复10次以在该基板暴露出的单晶部份上形成外延成长的 硅层。该硅外延层厚度约为800埃。
实例7:利用氯化氢蚀刻剂的锗化硅的选择性外延-将基板置入加热 且维持在700。C下的制程反应室内。使该制程反应室维持在约15托耳的压 力下。之后将该基板表面暴露在含有流速为100 sccm的硅烷、流速为3
sccm的锗及流速为25 slm的氢气的沉积气体流中8秒。将基板暴露在含 有流速为200 sccm的氯化氢及流速为25 slm的氬气的蚀刻气体中40秒。 沉积气体暴露及蚀刻气体暴露的周期是经重复20次以在该基板暴露出的 单晶部份上形成外延成长的含硅层。该含硅外延层厚度约为1,500埃。
实例8:利用氯化氢蚀刻剂的锗化硅的选择性外延-将基板置入加热 且维持在700 °C下的制程反应室内。使该制程反应室维持在约15托耳的压 力下。之后将该基板表面暴露在含有流速为100 sccm的硅烷及流速为25 slm的氢气的沉积气体流中7秒。将该基板表面暴露在含有流速为5 sccm 的锗及流速为25 slm的氢气的第二沉积气体流中7秒。将基板暴露在含有 流速为200 sccm的氯化氢及流速为25 slm的氬气的蚀刻气体中40秒。 沉积气体暴露及蚀刻气体暴露的周期是经重复20次以在该基板暴露出的 单晶部份上形成外延成长的含硅层。该含硅外延层厚度约为1,600埃。
实例9:利用氯化氢蚀刻剂的碳化硅的选择性外延-将基板置入加热 且维持在700。C下的制程反应室内。使该制程反应室维持在约15托耳的压 力下。之后将该基板表面暴露在含有流速为100 sccm的硅烷、流速为1 sccm的曱基硅烷及流速为25 slm的氢气的沉积气体流中8秒。将基板暴 露在含有流速为200 sccm的氯化氢及流速为25 slm的氢气的蚀刻气体中 40秒。沉积气体暴露及蚀刻气体暴露的周期是经重复20次以在该基板暴 露出的单晶部份上形成外延成长的含硅层。该含硅外延层厚度约为1,500 埃。
实例10:利用氯化氢蚀刻剂的碳化硅的选择性外延-将基板置入加热 且维持在700°C下的制程反应室内。使该制程反应室维持在约15托耳的压 力下。之后将该基板表面暴露在含有流速为100 sccm的珪烷及流速为25 slm的氢气的沉积气体流中7秒。将该基板表面暴露在含有流速为5 sccm
的锗及流速为25 slm的氩气的第二沉积气体流中7秒。将基板暴露在含有 流速为200 sccm的氯化氢及流速为25 slm的氬气的蚀刻气体中40秒。 沉积气体暴露及蚀刻气体暴露的周期是经重复20次以在该基板暴露出的 单晶部份上形成外延成长的含硅层。该含硅外延层厚度约为1,600埃。该 基板表面暴露出的介电部分，例如栅极，从该沉积气体形成有限的或不形 成多晶硅。
实例11:以氯气蚀刻并且以硼掺杂的硅的选择性外延-将基板置入加 热且维持在550°C下的制程反应室内。使该制程反应室维持在约15托耳的 压力下。该基板表面是经暴露在含有流速为100 sccm的硅烷、流速为3 sccm的二硼烷及流速为25 slm的氮气的沉积气体流中7秒。之后将基板 暴露在含有流速为20 sccm的氯气及流速为25 slm的氮气的蚀刻气体中 10秒。沉积气体暴露及蚀刻气体暴露的周期是经重复50次以在该基板暴 露出的单晶部份上形成外延成长的硅层。该硅外延层厚度约为1,000埃。
实例12:以氯气蚀刻并且以硼掺杂的锗化硅的选择性外延-将基板置 入加热且维持在550 °C下的制程反应室内。使该制程反应室维持在约15托 耳的压力下。该基板表面是经暴露在含有流速为100 sccm的硅烷、流速 为3 sccm的锗、流速为3 sccm的二硼烷及流速为25 slm的氮气的沉积 气体流中8秒。之后将基板暴露在含有流速为20 sccm的氯气及流速为25 slm的氮气的蚀刻气体中10秒。沉积气体暴露及蚀刻气体暴露的周期是经 重复50次以在该基板暴露出的单晶部份上形成外延成长的含硅层。该含硅 外延层厚度约为1，700埃。
实例13:以氯气蚀刻并且以硼掺杂的锗化硅的选择性外延-将基板置 入加热且维持在550 °C下的制程反应室内。使该制程反应室维持在约15托 耳的压力下。该基板表面是经暴露在含有流速为100 sccm的硅烷、流速
为3 sccm的二硼烷及流速为25 slm的氮气的沉积气体流中7秒。之后将 该基板表面暴露在含有流速为5 sccm的锗及流速为25 slm的氮气的第二 沉积气体流中7秒。之后将基板暴露在含有流速为20 sccm的氯气及流速 为25 slm的氮气的蚀刻气体中10秒。沉积气体暴露及蚀刻气体暴露的周 期是经重复50次以在该基板暴露出的单晶部份上形成外延成长的含硅层。 该含硅外延层厚度约为1,800埃。
实例14:以氯气蚀刻并且以磷掺杂的碳化硅的选择性外延-将基板置 入加热且维持在550°C下的制程反应室内。使该制程反应室维持在约15托 耳的压力下。该基板表面是经暴露在含有流速为100 sccm的珪烷、流速 为1 sccm的甲基硅烷、流速为3 sccm的磷化氢及流速为25 slm的氮气 的沉积气体流中8秒。之后将基板暴露在含有流速为20 sccm的氯气及流 速为25 slm的氮气的蚀刻气体中10秒。沉积气体暴露及蚀刻气体暴露的 周期是经重复80次以在该基板暴露出的单晶部份上形成外延成长的含硅 层。该含硅外延层厚度约为1,600埃。
实例15:以氯气蚀刻并且以磷摻杂的碳化硅的选择性外延-将基板置 入加热且维持在550'C下的制程反应室内。使该制程反应室维持在约15托 耳的压力下。该基板表面是经暴露在含有流速为100 sccm的硅烷、流速 为3 sccm的磷化氢及流速为25 slm的氮气的沉积气体流中7秒。之后将 该基板表面暴露在含有流速为5 sccm的曱基硅烷及流速为25 slm的氮气 的沉积气体流中7秒。之后将基板暴露在含有流速为20 sccm的氯气及流 速为25 slm的氮气的蚀刻气体中10秒。沉积气体暴露及蚀刻气体暴露的 周期是经重复80次以在该基板暴露出的单晶部份上形成外延成长的含硅 层。该含硅外延层厚度约为1,800埃。
以氯化氢气体和/或氯气来外延生成硅膜的方法
如上所注，本发明发现使用氯气做为硅外延薄膜形成制程的蚀刻剂气 体会导致所形成硅外延薄膜有不佳的表面形态。虽然不希望被任何特定理 论限制，但咸信氯气会过度强烈地攻击硅外延薄膜表面而造成坑洞或诸如 此类者。发现氯气的使用在硅外延薄膜含有碳时是特别有问题的。
在本发明的 一 实施例中，在硅外延薄膜形成制程的蚀刻阶段期间使用 氯气和氯化氩两者。氯化氢的存在似乎降低了氯气的攻击性，即使是在微
量的氯化氢可以解离的降低的基板温度下(例如，约600。C或更低)。此外， 在AGS制程期间，可在该制程的沉积和蚀刻阶段期间持续通入氯化氢(例 如，以改善表面形态)。
图5是在硅外延薄膜形成期间使用氯气的第一方法500的流程图。参 见图5，该方法500以步骤501开始。在步骤502中，将一基板置于适于 形成外延薄膜的制程反应室(未示出)中。该制程反应室可包含任何适于在 一或多个基板上形成外延薄膜的习知外延薄膜反应室。 一例示外延薄膜反 应室可在能从位于加州圣塔克拉拉的应用材料公司取得的Epi Centura⑥系 统和Poly Gen⑥系统中找到，虽然也可使用其它外延薄膜反应室及/或系 统。
在置入该制程反应室中后，将基板加热至预期基板及/或制程温度。 在本发明的至少一实施例中，可使用低于约70(TC的基板及/或制程温度， 以改善碳在该制程反应室内形成的任何硅外延层中的并入。在一特定实施 例中，可使用范围介于约550至650。C的基板及/或制程温度，而在又另 一实施例中，可使用低于约60(TC的基板及/或制程溫度。可使用其它基 板及/或制程温度，包含高于70(TC的基板及/或制程温度。
达到预期基板及/或制程温度后，在步骤503中，将该基板暴露在至 少一种硅来源中，以在该基板上形成一硅外延薄膜。例如，可将该基板暴 露在例如硅烷的硅来源、例如氮气的载气、例如磷或硼或诸如此类者的掺 质来源中。可使用任何其它适合的硅来源、载气、掺质来源、或其它气体， 例如碳来源、锗来源或如前所述的任何气体。在外延薄膜形成制程期间，
一外延层可形成在该基板的任何单晶表面上，而一多晶层可形成在存在于 该基板上的任何多晶层及/或任何非晶层上(如前所迷者)。
在步骤504中，将该基板暴露在氯化氢和氯气中，以蚀刻在步骤503 期间形成在该基板上的硅外延薄膜及/或任何其它薄膜(例如形成在存在 于该基板上的多晶或非晶层上的多晶硅)。注意到形成在该基板的单晶表面 上的外延薄膜的蚀刻比在步骤503期间形成的任何其它薄膜都要慢。
蚀刻期间氯化氢的存在可降低氯气的攻击性，即使是在微量的氯化氢 可以解离的降低的基板及/或制程温度下(例如，约60CTC或更低)。在至少 一实施例中，可使用流速基本上较大，与氯气相比，的氯化氢。例如，在 至少一实施例中，可使用流速大约是氯气流速的6至10倍的氯化氬(虽然 可使用较大或较小的氯化氢/氯气比例)。在一特定实施例中，可使用流速 约300 sccm的IU匕氛、流速约30 — 50 sccm的氣气以及流速约10 — 50 slm的氮载气(例如，约20-25 slm)。可使用其它流速/比例。
在蚀刻后，可清洁该制程反应室(例如，以氮气及/或另一种惰性气体， 持续约20秒或其它适合的时间)，以从该反应室除去任何氯气及/或任何 其它不想要的物种/副产物。之后，在步骤505中，决定形成在该基板上 的外延薄膜是否具有预期厚度。例如，可测量或根据制程时间及/或在步 骤503及/或504期间使用的其它参数来估计该外延薄膜厚度。若该薄膜 具有预期厚度，则该方法500在步骤506终止；否则，该方法500回到步 骤503并在该基板上执行额外的沉积(步骤503)和蚀刻步骤(504)。步骤503 和504可以重复直到达到预期膜厚为止。
通过在步骤504期间使用氯化氢和氯气两者，使用氯气做为主要蚀刻 剂的益处(例如低基板及/或制程温度制程，较佳的碳并入等)可以在不降 低在方法500期间形成的外延薄膜的表面形态品质下实现。
图6是在硅外延薄膜形成期间使用氯气的第二方法600的流程图。参 见图6，该方法600以步骤601开始。在步骤602中，将一基板置于适于 形成外延薄膜的制程反应室(未示出)中。该制程反应室可包含任何适于在 一或多个基板上形成外延薄膜的习知外延薄膜反应室。 一例示外延薄膜反
应室可在能从位于加州圣塔克拉拉的应用材料公司取得的Epi Centura⑥系 统和Poly Gen⑥系统中找到，虽然也可使用其它外延薄膜反应室及/或系 统。
在置入该制程反应室中后，将基板加热至预期基板及/或制程温度。 在本发明的至少 一 实施例中，可使用低于约700。C的基板及/或制程温度， 以改善碳在该制程反应室内形成的任何硅外延层中的并入。在一特定实施 例中，可使用范围介于约550至65CTC的基板及/或制程温度，而在又另 一实施例中，可使用低于约60(TC的基板及/或制程温度。可使用其它基 板及/或制程溫度，包含高于700°C的基板及/或制程温度。
达到预期基板及/或制程温度后，在步骤603中，将该基板暴露在至 少一种硅来源及氯化氢中，以在该基板上形成一硅外延薄膜。例如，可将 该基板暴露在例如硅烷或二硅烷的硅来源、氯化氢、以及例如氮气的载气 中。也可使用例如磷或硼的掺质来源、碳来源、锗来源或诸如此类者(如可 使用任何其它适合来源及/或气体般)。在外延薄膜形成制程期间， 一外延 层可形成在该基板的任何单晶表面上，而一多晶层可形成在存在于该基板 上的任何多晶层及/或任何非晶层上(如前所述者)。硅外延薄膜形成期间 氯化氢的存在可增强硅外延薄膜沉积相对于形成在该基板上的任何其它薄 膜(例如多晶层)的选择性，并且可改善外延薄膜表面形态。
在至少一实施例中，可使用流速约300 sccm的氯化氢，连同流速约 50- 150 sccm的硅烷的硅来源(或流速约10-40 sccm的二硅烷)，以及流 速约10 sm卜50 slm的氮载气(例如，约20-25 slm)。可使用较大或较小 的氯化氢、硅来源及/或载气流速。
在步骤604中，将该基板暴露在氯化氬和氯气中，以蚀刻在步骤603 期间形成在该基板上的外延薄膜及/或任何其它薄膜(例如形成在存在于 该基板上的多晶或非晶层上的多晶硅)。注意到形成在该基板的单晶表面上 的外延薄膜的蚀刻比在步骤603期间形成的任何其它薄膜都要慢。如上所 注，氯化氢的存在可降低氯气的攻击性，即使是在微量的氯化氢可以解离 的降低的基板及/或制程温度下(例如，约60(TC或更低)。
在至少一实施例中，可使用流速基本上较大，与氯气相比，的氯化氢。 例如，在至少一实施例中，可使用流速大约是氯气流速的6至10倍的氯化 氢(虽然可使用较大或较小的氯化氩/氯气比例)。在一特定实施例中，可
使用流速约300 sccm的氯化氢、流速约30 - 50 sccm的氯气以及流速约 20至25 slm的氮载气(虽然可使用其它流速)。
在蚀刻后，可清洁该制程反应室(例如，以氮气及/或另 一种惰性气体， 持续约20秒或其它适合的时间)，以从该反应室除去任何氯气及/或任何 其它不想要的物种/副产物。之后，在步骤605中，决定形成在该基板上 的外延薄膜是否具有预期厚度。例如，可测量或根据制程时间及/或在步 骤603及/或604期间使用的其它参数来估计该外延薄膜厚度。若该薄膜 具有预期厚度，则该方法600在步骤606终止；否则，该方法600回到步 骤603并在该基板上执行额外的沉积步骤(步骤603)和蚀刻步骤(604)。步 骤603和604可以重复直到达到预期膜厚为止。
如上所注，通过在步骤604期间使用氯化氢和氯气两者，使用氯气做 为主要蚀刻剂的益处(例如低基板及/或制程温度制程，较佳的碳并入等) 可以在不降低在方法600期间形成的外延薄膜的表面形态品质下实现。此 外，在步骤603期间使用氯化氢可辅助硅外延薄膜的形成，相对于在该基 板上的任何其它薄膜的形成。可在步骤603和604中使用相同或不同的氯 化氬流速。
图7是在硅外延薄膜形成期间使用氯气的第三方法700的流程图。参 见图7,该方法700以步骤701开始。在步骤702中，将一基板置于适于 形成外延薄膜的制程反应室(未示出)中。该制程反应室可包含任何适于在 一或多个基板上形成外延薄膜的习知外延薄膜反应室。 一例示外延薄膜反 应室可在能从位于加州圣塔克拉拉的应用材料公司取得的Epi Centura⑤系 统和Poly Gen⑥系统中找到，虽然也可使用其它外延薄膜反应室及/或系 统。
在置入该制程反应室中后，将基板加热至预期基板及/或制程温度。 在本发明的至少一实施例中，可使用低于约70(TC的基板及/或制程温度，
以改善碳在该制程反应室内形成的任何石圭外延层中的并入。在 一特定实施
例中，可使用范围介于约550至65(TC的基板及/或制程温度，而在又另 一实施例中，可使用低于约60(TC的基板及/或制程温度。可使用其它基 板及/或制程温度，包含高于70(TC的基板及/或制程温度。
达到预期基板及/或制程温度后，在步骤703中，将该基板暴露在至 少一种硅来源及一种碳来源中，以在该基板上形成一含碳的硅外延薄膜。 例如，可将该基板暴露在例如硅烷或二硅烷的硅来源、例如曱烷的碳来源、 例如氮气的载气中，或是诸如此类者。也可使用例如磷或硼的掺质来源、 锗来源或诸如此类者(如可使用任何其它适合来源及/或气体般)。在外延 薄膜形成制程期间， 一外延层可形成在该基板的任何单晶表面上，而一多 晶层可形成在存在于该基板上的任何多晶层及/或任何非晶层上(如前所 述者)。
在至少一实施例中，可使用流速约1 - 5 sccm的曱烷的碳来源，连同 流速约50- 150 sccm的硅烷的硅来源(或流速约10-40 sccm的二硅烷)， 以及流速约20-25 slm的氮载气(虽然可使用较大或较小的碳来源、硅来 源及/或载气流速)。若需要的话也可通入氯化氢。
该含碳的外延薄膜可具有，例如，约10至约1600埃的厚度，虽然也 可使用其它厚度。例如，可使用约1秒至约300秒的沉积时间，并且在一 或多个实施例中约10秒。
在步骤704中，以一封装薄膜来封装该含碳的硅外延薄膜。例如，可 通过将该基板暴露在例如硅烷或二硅烷的硅来源以及例如氮气的载气中或 诸如此类者，以在该含碳的硅外延薄膜上形成一硅外延薄膜(不具有碳来源) 来形成该封装薄膜。可使用与步骤703的基板及/或制程温度相似或不同 的基板及/或制程温度。位于该含碳的硅外延薄膜上的封装薄膜的存在可 降低氯气和该含碳的硅外延薄膜中的碳(及/或氩气)的反应(在蚀刻期间)， 并改善表面形态。例如，因为许多碳来源富含氢，暴露在碳来源中的硅表 面可能会显著地氢终结。此种氢终结端面可能在蚀刻期间与氯气有不佳的
反应。
在至少一实施例中，可使用一硅外延薄膜来做为该封装薄膜，并且可
通过通入流速约50- 150 sccm的硅烷的硅来源(或流速约10-40 sccm的 二硅烷)，以及流速约20-25 slm的氮载气来形成(虽然可使用较大或较小 的硅来源及/或载气流速)。也可如前面参考图6所述般通入氯化氢。
该第一硅外延薄膜可具有约2埃至约500埃的厚度，虽然也可使用其 它厚度。例如，可使用约1秒至约100秒的沉积时间，并且在一或多个实 施例中约5秒。
在步骤705中，将该基板暴露在氯气中，以蚀刻该封装薄膜及/或在 步骤704期间形成的任何其它薄膜(例如形成在存在于该基板上的多晶及 /或非晶层上的多晶硅或形成在该含碳的硅外延薄膜上的单晶硅)。例如， 在至少一实施例中，可将该基一反暴露在流速约30 - 50 sccm的氯气以及流 速约20-25 slm的氮载气中(虽然可使用较大或较小的氯气及/或氮载气 流速)。也可如前面参考图6所述般通入氯化氢。也可使用其它蚀刻剂及/ 或载气。
在蚀刻后，可清洁该制程反应室(例如，以氮气及/或另 一种惰性气体， 持续约20秒或其它适合的时间)，以从该反应室除去任何氯气及/或任何 其它不想要的物种/副产物。之后，在步骤706中，决定形成在该基板上 的外延薄膜是否具有预期厚度。例如，可测量或根据制程时间及/或在步 骤703及/或704及/或705期间使用的其它参数来估计该外延薄膜厚 度。若该薄膜具有预期厚度，则该方法700在步骤707终止；否则，该方 法700回到步骤703，并在该基板上执行额外的沉积步骤(步骤703)、封装 步骤(步骤704)和蚀刻步骤(705)。步骤703、 704及/或705可以重复直 到达到预期膜厚为止。
图8是在硅外延薄膜形成期间使用氯气的第四方法800的流程图。参 见图8，该方法800以步骤801开始。在步骤802中，将一基板置于适于 形成外延薄膜的制程反应室(未示出)中。该制程反应室可包含任何适于在
一或多个基板上形成外延薄膜的习知外延薄膜反应室。 一例示外延薄膜反
应室可在能从位于加州圣塔克拉拉的应用材料公司取得的Epi Centura⑥系 统和Poly Gen⑥系统中找到，虽然也可使用其它外延薄膜反应室及/或系 统。
在置入该制程反应室中后，将基板加热至预期基板及/或制程温度。 在本发明的至少一实施例中，可使用低于约70(TC的基板及/或制程温度， 以改善碳在该制程反应室内形成的任何硅外延层中的并入。在一特定实施 例中，可使用范围介于约550至650"的基板及/或制程温度，而在又另 一实施例中，可使用低于约60(TC的基板及/或制程温度。可使用其它基 板及/或制程温度，包含高于700。C的基板及/或制程温度。
达到预期基板及/或制程温度后，在步骤803中，将该基板暴露在至 少一种硅来源中(没有碳来源)，以在该基板上形成第一硅外延薄膜。例如， 可将该基板暴露在例如硅烷或二硅烷的硅来源、以及例如氮气的载气中。 也可使用例如磷或硼的掺质来源、锗来源或诸如此类者(如可使用任何其它 适合来源及/或气体般)。在外延薄膜形成制程期间， 一外延层可形成在该 基板的任何单晶表面上，而一多晶层可形成在存在于该基板上的任何多晶 层及/或任何非晶层上(如前所述者)。也可如前面参考图6所述般通入氯 化氢。
该第一硅外延薄膜可通过，例如，通入流速约50- 150 sccm的硅烷 的石圭来源(或流速约10 - 40 sccm的二,圭烷)，以及流速约20 - 25 slm的氮 载气来形成(虽然可使用较大或较小的硅来源及/或载气流速)。也可如前 面参考图6所述般通入氯化氢。
在至少一实施例中，该第一硅外延薄膜可具有约2埃至约100埃的厚 度，虽然也可使用其它厚度。例如，可使用约1秒至约100秒的沉积时间， 并且在一或多个实施例中约5秒。
在形成该第一硅外延薄膜后，在步骤804中，将该基板暴露在至少一 种硅来源及一种碳来源中，以在该基板上的该第一硅外延薄膜上方形成一
含碳的硅外延薄膜。例如，可将该基板暴露在例如硅烷或二硅烷的硅来源、 例如曱烷的碳来源、以及例如氮气的载气中。也可使用例如磷或硼的掺质 来源、锗来源或诸如此类者(如可使用任何其它适合来源及/或气体般)。 在外延薄膜形成制程期间， 一含碳的外延层可形成在该基板的任何单晶表 面上，而 一 多晶层可形成在存在于该基板上的任何多晶层及/或任何非晶 层上(如前所述者)。
在至少一实施例中，可使用流速约1 - 5 sccm的曱烷的碳来源，连同 流速约50- 150 sccm的硅烷的硅来源(或约10-40 sccm的二硅烷)，以 及流速约20-25 slm的氮载气(虽然可使用较大或较小的硅来源及/或载 气流速)。若需要的话也可通入氯化氢。
该含碳的外延薄膜可具有，例如，约2埃至约100埃的厚度，虽然也 可使用其它厚度。例如，可使用约1秒至约50秒的沉积时间，并且在一或 多个实施例中约10秒。
在形成该舍碳的硅外延薄膜后，在步骤805中，将该基板暴露在至少 一种硅来源中(没有碳来源)，以在该基板上的该含碳的硅外延薄膜上方形 成第二硅外延薄膜。例如，可将该基板暴露在例如硅烷或二硅烷的硅来源、 以及例如氮气的载气中。也可使用例如磷或硼的掺质来源、锗来源或诸如
此类者(如可使用任何其它适合来源及/或气体般)。位于该含碳的硅外延 薄膜上的第二硅外延薄膜的存在可降低氯气和该含碳的硅外延薄膜中的碳
(及/或氢气)的反应(在步骤804期间形成)。也可如前面参考图6所述般通 入氯化氢。
该第二硅外延薄膜可通过，例如，通入流速约50- 150 sccm的硅烷 的石圭来源(或流速约10-40 sccm的二硅烷)，以及流速约20 - 25 slm的氮 载气来形成(虽然可使用较大或较小的硅来源及/或载气流速)。也可如前 面参考图6所述般通入氯化氢。
在至少一实施例中，该第二硅外延薄膜可具有约2埃至约100埃的厚 度，虽然也可使用其它厚度。例如，可使用约1秒至约100秒的沉积时间，
并且在一或多个实施例中约5秒。
在步骤806中，将该基板暴露在氯气中，以蚀刻至少该第二硅外延薄 膜，及/或在步骤805期间形成的任何其它薄膜(例如形成在存在于该基板 上的多晶及/或非晶层上的多晶硅及/或形成在该含碳的硅外延薄膜上的 单晶硅)。例如，在至少一实施例中，可将该基板暴露在流速约30 - 50 sccm 的氯气以及流速约20 slm的氮载气中(虽然可使用较大或较小的氯气及/ 或氮载气流速)。也可如前面参考图6所述般通入氯化氢。
在蚀刻后，可清洁该制程反应室(例如，以氮气及/或另一种惰性气体， 持续约20秒或其它适合的时间)，以从该反应室除去任何氯气及/或任何 其它不想要的物种/副产物。之后，在步骤807中，决定形成在该基板上 的外延薄膜是否具有预期厚度。例如，可测量或根据制程时间及/或在步
延薄膜厚度。若该薄膜具有预期厚度，则该方法800在步骤808终止；否 则，该方法800回到步骤803，并在该基板上执行额外的沉积步骤(步骤 803-805)，以及额外的蚀刻步骤(806)。步骤803、 804、 805及/或806 可以重复直到达到预期膜厚为止。
也可使用(第7和8图的)方法700及/或800来封装其它类型的硅外 延薄膜(除了含碳的外延薄膜外)。例如，可在步骤703(图7)或步骤804(图 8)期间使用例如锗、硼、磷或诸如此类者的来源的额外的元素来源，以形 成含额外元素的硅外延薄膜。然后可在步骤704或步骤805期间以与参考 第7和8图所述者相似的方法来封装该含额外元素的硅外延薄膜(例如，以 避免该含额外元素的硅外延薄膜在步骤705或步骤806期间暴露在氯气 中)。
图9是根据本发明提供的一例示外延薄膜形成系统900的方块图。参 见图9，该系统900包含一外延反应室902，其包含一基板支撑904及至 少一加热模块906。该基板支撑904是适于在外延薄膜形成期间在该外延 反应室902中支撑一基板908;而该加热模块906是适于在外延薄膜形成 期间在该外延反应室902中加热该基板908。可使用多于一个加热模块， 及/或其它加热模块位置。该加热模块906可包含，例如， 一灯数组(lamp a rray )或任何其它适合的加热来源及/或组件。
该系统900也包含与该外延反应室902连接的气体供应器910以及排 气系统912，以及与该外延反应室902、该气体供应器910及/或该排气 系统912连接的控制器914。该气体供应器910可包含任何来源、载气、 蚀刻剂、掺质或该外延反应室902使用的其它气体的来源及/或输送系统。 该排气系统912可包含任何适于从该反应室902排放废气、反应产物、或 诸如此类者的系统，并且可包含一或多个真空帮浦。
该控制器914可包含一或多个微处理器及/或微控制器，专用硬件、 其组合等，其可用来控制该外延反应室902、该气体供应器910及/或该 排气系统912的操作。在至少一实施例中，该控制器914可适于运用计算 机句柄916来控制该系统900的操作。例如，该控制器914可执行或者启 始在此所述的任何方法/制程的一或多个步骤，包含第5-8图的方法500、 600、 700和800。执行及/或启始此类步骤的任何计算机程序码可经实施 为 一计算机程序产品。在此所述的每一个计算机程序产品皆可由 一计算机 可读取的々某体承载(例如，载波讯号(carrier wave signal)、软盘、光盘、DVD、 硬盘、随机存取内存等)。
根据本发明的使用氯气和氯化氢两者可在一选择性含硅沉积制程期间 运用，例如并流制程(co-flow process)(例如沉积和蚀刻反应同时发生的选 择性外延制程)。此外，根据本发明的使用氯气和氯化氢两者可透过硅蚀刻 来处理含硅薄膜表面或形成金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)组件 的源极/漏极凹陷区域。可受惠于根据本发明的合并氯气/氯化氢流的例 示表面处理制程及/或形成MOSFET的源极/漏极凹陷区域的制程在 2005年1月31日提出申请的美国专利申请案第11/047,323号中描述(案 号9793),其在此通过引用其全文的方式并入本文中。在AGS制程期间， 可以不同温度执行蚀刻及沉积步骤。例如，沉积温度可比蚀刻温度低，以
增加取代的碳的并入。在一特定实施例中，可在沉积期间使用约65CTC或
更低的基板温度，而在蚀刻期间使用高于约65CTC的基板温度。虽然前述
是针对本发明的实施例，但本发明的其它及进一步的实施例可在不背离其 基本范围下设计出，并且其范围是由下述权利要求决定。
权利要求
1.一种在一基板上形成一外延薄膜的方法，其至少包含(a)提供一基板；(b)将该基板暴露在至少一种硅来源中，以在该基板的至少一部份上形成一外延薄膜；以及(c)将该基板暴露在氯化氢气体和氯气中，以蚀刻该外延薄膜以及在步骤(b)期间形成的任何其它薄膜。
2. 如权利要求1所述的方法，进一步包含重复步骤(b)和(c)至少一次。
3. 如权利要求1所述的方法，进一步包含在步骤(b)期间将该基板暴露 在一额外的元素来源中。
4. 如权利要求3所述的方法，其中上述的额外的元素来源包含一碳来源。
5. 如权利要求3所述的方法，其中上述的额外的元素来源包含一锗来源。
6. 如权利要求3所述的方法，其中上述的额外的元素来源包含一硼或 磷来源。
7. 如权利要求3所述的方法，进一步包含至少在步骤(b)期间使用约 550至65(TC的基板温度。
8. 如权利要求7所述的方法，进一步包含至少在步骤(b)期间使用低于约60crc的基板温度。
9. 如权利要求1所述的方法，进一步包含在步骤(b)期间通入氯化氢。
10. 如权利要求9所述的方法，进一步包含在步骤(b)及(c)期间使用基 本上相同的氯化氢流速。
11. 如权利要求9所述的方法，进一步包含在步骤(c)期间使用约为氯 气流速的6至10倍的氯化氢流速。
12. 如权利要求11所述的方法，进一步包含至少在步骤(b)期间使用 约550至650'C的基板温度。
13. 如权利要求12所述的方法，进一步包含至少在步骤(b)期间使用 低于约60CTC的基板温度。
14. 如权利要求1所述的方法， 气流速的6至10倍的氯化氢流速。
15. 如权利要求1所述的方法，(i) 将该基板暴露在一碳来源中，(ii) 封装该含碳的硅外延薄膜。进一步包含在步骤(c)期间使用约为氯其中上述的步骤(b)包含 以形成一含碳的硅外延薄膜；以及
16. 如权利要求15所述的方法，其中上述的封装该含碳的硅外延薄膜 包含将该基板暴露在没有该碳来源的硅来源中，以在该含碳的硅外延薄膜 上形成一硅外延薄膜。
17. 如权利要求15所迷的方法，进一步包含至少在步骤(b)期间使用 约550至650。C的基板温度。
18. 如权利要求15所述的方法，进一步包含至少在步骤(b)期间使用低于约60crc的基板温度。
19. 如权利要求1所述的方法，其中上述的步骤(b)包含(i) 将该基板暴露在没有碳来源的硅来源中，以形成一第一硅外延薄膜；(ii) 将该基板暴露在具有碳来源的硅来源中，以在该第一硅外延薄膜上 形成一含碳的硅外延薄膜；以及(iii) 将该基板暴露在没有碳来源的硅来源中，以在该含碳的硅外延薄膜 上形成一第二硅外延薄膜。
20. 如权利要求19所述的方法，进一步包含使用大约是步骤(ii)的制 程时间的 一半的步骤(i)和(iii)的制程时间。
21. —种在一基板上形成一外延薄膜的方法，该方法至少包含(a) 提供一基板；(b) 将该基板暴露在一硅来源和一碳来源中，以形成一含碳的硅外延薄膜；(c) 以一封装薄膜封装该含碳的硅外延薄膜；以及(d) 将该基板暴露在氯气中，以蚀刻该封装薄膜。
22. 如权利要求21所述的方法，进一步包含重复步骤(b)至(d)至少一次。
23. 如权利要求21所述的方法， 约550至65CTC的基板温度。
24. 如权利要求23所述的方法， 低于约60(TC的基板温度。
25. 如权利要求21所述的方法，进一 步包含至少在步骤(b)期间使用进一步包含至少在步骤(b)期间使用其中上述的步骤(c)包含将该基板暴 露在没有该碳来源的硅来源中，以在该含碳的硅外延薄膜上形成一硅外延 薄膜。
26. 如权利要求21所述的方法，其中上述的步骤(b)包含(i) 将该基板暴露在没有碳来源的硅来源中，以形成一第一硅外延薄膜；(ii) 将该基板暴露在具有碳来源的硅来源中，以在该第一硅外延薄膜上 形成一含碳的硅外延薄膜；以及其中步骤(c)包含(川)将该基板暴露在没有碳来源的硅来源中，以在该含碳的硅外延薄膜 上形成一第二硅外延薄膜。
27. 如权利要求26所述的方法，进一步包含使用大约是步骤(ii)的制 程时间的 一半的歩骤(i)和(川)的制程时间。
28. 如权利要求21所述的方法，进一步包含在步骤(b)期间通入氯化氢。
29. 如权利要求21所述的方法，进一步包含在步骤(b)及(c)期间通入氯化氢。
30. —种在一基板上形成一外延薄膜的方法，该方法至少包含(a) 提供一基板；(b) 将该基板暴露在一硅来源和一额外元素来源中，以形成一含额外元 素的硅外延薄膜；(c) 以一封装薄膜封装该含额外元素的硅外延薄膜；以及(d) 将该基板暴露在氯气中，以蚀刻该封装薄膜。
31. 如权利要求30所述的方法，其中上迷的额外元素来源包含一碳来源。
32. 如权利要求30所述的方法，其中上述的额外元素来源包含一锗来源。
33. 如权利要求30所述的方法，其中上述的额外元素来源包含一硼或 磷来源。
34. 如权利要求30所述的方法，次。
35. 如权利要求30所述的方法， 约550至65(TC的基板温度。
36. 如权利要求35所述的方法， 低于约600。C的基板温度。
37. 如权利要求30所述的方法， 露在没有该额外元素来源的硅来源中， 形成一硅外延薄膜。进一步包含重复步骤(b)至(d)至少一进一 步包含至少在步骤(b)期间使用进一 步包含至少在步骤(b)期间使用其中上述的步骤(c)包含将该基板暴 以在该含额外元素的硅外延薄膜上
38.如权利要求30所述的方法，其中上述的步骤(b)包含(i) 将该基板暴露在没有额外元素来源的硅来源中，以形成一第一硅外 延薄膜；(ii) 将该基板暴露在具有额外元素来源的硅来源中，以在该第一硅外延 薄膜上形成一含额外元素的硅外延薄膜；以及其中步骤(c)包含(川)将该基板暴露在没有额外元素来源的硅来源中，以在该含额外元素 的硅外延薄膜上形成一第二硅外延薄膜。
39. 如权利要求38所述的方法，进一步包含使用大约是步骤(ii)的制 程时间的 一 半的步骤(i )和(ii j)的制程时间。
40. 如权利要求30所述的方法，进一步包含在步骤(b)期间通入氯化氢。
41. 如权利要求30所述的方法，进一步包含在步骤(b)及(c)期间通入氯化氲。
全文摘要
在第一方面中，本发明提供一种在一基板上形成一外延薄膜的第一方法。该第一方法包含(a)提供一基板；(b)将该基板暴露在至少一硅来源中，以在该基板的至少一部份上形成一外延薄膜；以及(c)将该基板暴露在氯化氢气体和氯气中，以蚀刻该外延薄膜以及在步骤(b)期间形成的任何其它薄膜。本发明提供多种其它方面。
文档编号H01L21/20GK101116173SQ200580043510
公开日2008年1月30日 申请日期2005年11月30日 优先权日2004年12月1日
发明者叶志渊, 唐金松, 尼乔拉斯·C·达力鞑, 李小威, 艾卡迪·V·塞蒙洛夫, 金以宽, 阿里·朱耶基, 孝 陈 申请人:应用材料股份有限公司