[发明专利]选择性沉积重掺杂外延硅锗的方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

当制造越小的电晶体时，超浅源/漏极接面(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)至膜层中。

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)是借着蚀刻硅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(junction consumption)会更加提高串联电阻。使 升高式源/漏极选择性地外延成长在该接面上是为了弥补接面处的损耗。

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，选择性外延工艺包含两种反应「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)，选择性的工艺范围(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工艺方法是使 用二氯硅烷(SiH₂Cl₂)作为硅来源、锗烷(GeH₄)作为锗来源、氯化氢(HCl)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 选择性沉积工艺的工艺条件范围变窄，因此具有重硼掺杂(例如，高于5× 10¹⁹原子/立方公分)的选择性硅锗外延的工艺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-Cl 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。

发明内容

本发明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℃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2.5×10²¹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，其中该第一硅锗薄膜材料含有硼浓度为2.5×10²¹原子 /立方公分。