半导体结构的形成方法_3

文档序号:9827137阅读:来源:国知局
择性成长步骤和选择性回 蚀刻步骤,意即在选择性成长工艺和选择性回蚀刻工艺之间不会破真空。此外,于腔体中的 晶片1在选择性成长步骤完成时不会被取出腔体。此外,可利用进行调整例如工艺气体的成 分和压力、晶片1的温度或类似方法等工艺条件,从进行选择性成长步骤转换至进行选择性 回蚀刻步骤。
[0058]在本发明一实施例中,为了达到从进行该选择性成长步骤转换至进行选择性回蚀 刻步骤,可增加例如氯化氢气体(HC1)的蚀刻气体的分压或流速,以增加蚀刻效应。同时,可 持续导入用以成为硅锗的例如甲锗烷(GeH4)或二氯硅烷(DCS)的成长气体。另外,在选择性 回蚀刻步骤期间,成长和蚀刻两者会同时存在。然而,蚀刻速率会大于成长速率,因此至少 对于硅锗应力物220来说,净效应为蚀刻。再者,因为图案负载效应,对硅锗应力物120的蚀 刻会弱于对硅锗应力物220的蚀刻,且因此对硅锗应力物120的净效应可为持续成长、回蚀 刻或不成长也不回蚀刻,上述硅锗应力物120的净效应依据选择性回蚀刻步骤中的工艺条 件而定。
[0059] 为了决定上述选择性回蚀刻步骤的最理想条件,可用一回蚀刻/成长比值(E/G ratio)来判断工艺条件。上述回蚀刻/成长比值(E/G ratio)为回蚀刻气体(例如氯化氢气 体(HCl))的分压(partial pressure)对成长气体(例如甲锗烧(GeH4)和二氯硅烷(DCS))的 重量分压(weighted partial pressure)的比值。在本发明一实施例中,上述回蚀刻/成长 比值可显示为:回蚀刻/成长比值(E/G ratio) =PHa/(PDcs+100x PGeH4),其中、PmPDcs和 PceH4分别为氯化氢气体(HCl)、甲锗烷(GeH4)和二氯硅烷(DCS)的分压。数值100表示甲锗烷 (GeH 4)的重量。可了解的是甲锗烷(GeH4)的成长效应远高于二氯硅烷(DCS)。换句话说,为了 增加成长速率,导入更多的甲锗烷(GeH 4)会比导入更多的二氯硅烷(DCS)更为有效。虽然可 具有不同的最理想的重量,但是数值100表示甲锗烷(GeH 4)的效应较二氯硅烷(DCS)更为明 显。在本发明一实施例的回蚀刻/成长比值(E/G ratio)可介于约0.4至2.0之间。可以经过 实验得知上述选择性回蚀刻步骤的最理想的回蚀刻/成长比值(E/G ratio)。
[0060] 图10为回蚀刻/成长比值(E/G ratio)对娃锗的成长/蚀刻速率(growth/etch rate)的效应,其中X轴表示回蚀刻/成长比值(E/G ratio),Y轴表示娃锗的成长/蚀刻速率 (growth/etch rate)。正值(Y轴)表示净效应为成长,其可包括范围A的带缺陷的外延成长 范围(Epi growth with defect)、范围B的标准外延成长范围(Normal Epi growth)以及范 围C的平衡外延成长范围(Balanced Epi growth),而负值(Y轴)表示净效应为回蚀刻,其可 包括范围D的选择性外延成长范围(Selective Epi growth)。可了解的是当增加氯化氢气 体(HCl)使回蚀刻/成长比值(E/G ratio)低的时候,相反的,可能会发生硅锗的成长速率增 加而不是降低的情形。当回蚀刻/成长比值(E/G ratio)更为增加的时候,虽然净效应仍为 成长,但是硅锗的成长速率会降低。当回蚀刻/成长比值(E/G ratio)更为增加的时候,回蚀 刻的效应会胜过成长的效应,且净效应会变成回蚀刻。
[0061] 可利用增加二氯硅烷(DCS)分压及/或降低甲锗烷(GeH4)、增加工艺气体的总压力 或增加晶片1的温度等方式,从进行选择性成长步骤转换至进行选择性回蚀刻步骤,且达到 最理想的回蚀刻条件。在本发明一实施例中,在选择性回蚀刻步骤期间,晶片1的温度可介 于500°C至800°C之间,或可介于600°C至700°C之间。选择性回蚀刻步骤的持续时间可介于3 秒至600秒之间,或可介于3秒至50秒之间。工艺气体的总压力可介于1托尔(torr)至200托 尔(torr)之间。
[0062] 在选择性回蚀刻步骤期间,会发生想要的反向图案负载效应,其中硅锗应力物120 的蚀刻速率会至少低于硅锗应力物220的蚀刻速率。因此,可消除不想要的金字塔形状的硅 锗应力物220。最终形成的硅锗应力物220可具有较佳的轮廓,其可包括如图7所示的大体上 平坦的顶面。因此,可以至少减少或可甚至于消除硅锗应力物120及/或硅锗应力物220的晶 格面(facet)。在本发明一实施例的回蚀刻/成长比值(E/G ratio)可介于约0.4至2.0之间。 可以经过实验得知上述选择性回蚀刻步骤的最理想的回蚀刻/成长比值(E/G ratio)。
[0063] 在本发明一实施例中,硅锗应力物120和220可以在一道成长-蚀刻循环(growth-etch cycle) 中 ,先过成长(over grown)再 回蚀刻 至想要的厚度 ,或利用渐进式改变 (gradient changing)气体组成达到所欲的反应气体浓度。在本发明其他实施例中,娃锗应 力物120和220的形成方式可包括多道成长-蚀刻循环,以达到较佳的硅锗表面轮廓。上述额 外的成长-蚀刻循环可实质上类似于第6、7图所示的成长-蚀刻循环,因而在此不做显示。 [0064]图8显示硅覆盖物或硅锗覆盖物130和230(此后也可视为硅/硅锗覆盖物或含硅覆 盖物)的形成方式,可利用选择性外延成长步骤形成上述硅锗覆盖物130和230。当含硅覆盖 物中包含锗时,在含硅覆盖物130和230中的锗原子百分比,会低于位于含硅覆盖物130和 230各别下方的硅锗应力物120和220中的锗原子百分比。此外,在含硅覆盖物130和230中的 锗原子百分比会低于百分之20。因为低电阻的硅化物会形成于硅上而不会形成于硅锗上, 所以含硅覆盖物130和230有益于后续形成的源极和漏极硅化物区。用以形成的工艺气体可 包括硅烷(SiH 4)或氯化氢气体(HCl)。再者,在选择性外延成长含硅覆盖物130和230中,成 长和蚀刻两者会同时存在,而净效应为成长。也会于含硅覆盖物130和230上形成琢面 (facet)。因此,类似于硅锗应力物120和220的形成方式,在选择性外延成长含硅覆盖物130 和230之后,可选择性进行一选择性回蚀刻,以降低图案负载效应,且改善含硅覆盖物130和 230的轮廓。附图中绘示的虚线显示含硅覆盖物130和230的在选择性回蚀刻步骤开始时的 轮廓,且使用实线显示含硅覆盖物130和230的在选择性回蚀刻步骤之后的轮廓。再者,可以 原位(in-situ)方式进行选择性成长和选择性回蚀刻含硅覆盖物130和230。在选择性回蚀 刻含硅覆盖物130和230中,成长和回蚀刻两者会同时存在,而净效应为回蚀刻。可利用例如 增加氯化氢气体(HCl)分压及/或降低硅烷(SiH 4)分压等调整工艺条件的方式,从选择性成 长步骤转换至选择性回蚀刻步骤。
[0065] 图9显示硅化物区134、234、蚀刻停止层(ESL)36和接触孔插塞140、240的形成方 式。可利用于元件且包括含硅覆盖物130、和230和栅极106、206暴露出来的表面上方沉积例 如钛、钴、镍或类似材料的薄金属层。然后加热晶片1,其可导致与硅接触的金属发生硅化反 应。在硅化反应发生之后,会于硅和金属之间形成一金属硅化物层。借由使用一蚀刻剂选择 性移除未反应的金属,上述蚀刻剂会攻击金属但不会攻击硅化物。此外,不会形成与虚设栅 极堆叠结构502连接的接触孔插塞。
[0066] 可全面性沉积蚀刻停止层(ESL)36。可利用等离子体增强型化学气相沉积(PECVD) 法形成蚀刻停止层(ESL)36。然而,也可以使用例如低压化学气相沉积(LPCVD)法或热化学 气相沉积(thermal CVD)法的其他化学气相沉积(CVD)法形成蚀刻停止层(ESL)36。接着,沉 积层间介电层(ILD)38。上述层间介电层(I
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