沉積中鹵素分子用作反應(yīng)劑增強(qiáng)外延膜中摻雜劑結(jié)合的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的實施例一般涉及半導(dǎo)體制造工藝和裝置領(lǐng)域，更具體地，涉及沉積含硅 膜以用于形成半導(dǎo)體裝置的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 金氧半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor ;M0SFET)的尺寸減小使得集成電路的速度性能、密度及單位功能成本能夠持 續(xù)改良。半導(dǎo)體工業(yè)也處在從通常為平面的2D晶體管向使用三維柵極結(jié)構(gòu)的3D晶體管轉(zhuǎn) 變的時期。在3D柵極結(jié)構(gòu)中，溝道、源極和漏極自基板中升起，然后，柵極在三個側(cè)面環(huán)繞 溝道。目的是約束電流僅到達(dá)升起的溝道，以及消除任何可能泄漏電子的路徑。一個此類 型的3D晶體管被稱為鰭式場效應(yīng)晶體管（Fin Field-Effect Transistor ;FinFET)，其中 連接源極與漏極的溝道是從基板中突出的較薄"鰭片"。此舉導(dǎo)致電流被約束至溝道，由此 防止電子泄漏。
[0003] 所述工業(yè)已使用選擇性的外延沉積工藝以形成含硅材料外延層、高架源極/漏 極，或3D晶體管中所需的源極/漏極伸出部分。一般而言，選擇性外延工藝涉及沉積反應(yīng) 與蝕刻反應(yīng)。氯氣可在選擇性外延工藝中用作蝕刻化學(xué)品，以通過蝕刻掉電介質(zhì)和缺損外 延膜上的非晶膜來實現(xiàn)工藝可選擇性，或在腔室清潔過程中用作蝕刻化學(xué)品以從腔室部件 上去除殘留沉積氣體或已沉積的殘余物。由于氯氣活性極高，且甚至可能在低溫下也易于 與沉積處理氣體（所述氣體通常包含氫和氫化物）反應(yīng)，因此在沉積階段期間通常不同時 使用氯氣和沉積處理氣體，以避免影響膜生長速率。雖然沉積處理氣體的膜生長速率或沉 積效率可通過交替地利用蝕刻反應(yīng)執(zhí)行沉積反應(yīng)，或在控制時間和處理條件的情況下將蝕 刻化學(xué)品和沉積處理氣體單獨引入反應(yīng)腔室來受控制或操縱，但此種方法復(fù)雜且耗時，由 此影響吞吐量和整體的生產(chǎn)率。
[0004] 因此，將需要提供多個同時工藝，所述工藝可使蝕刻化學(xué)品與沉積處理氣體在沉 積反應(yīng)期間反應(yīng)，同時提供所需的膜生長速率和膜特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的實施例一般涉及在半導(dǎo)體裝置上形成硅外延層的方法。在一個實施例 中，所述方法包括加熱安置在處理腔室的處理體積內(nèi)的基板，及通過將所述基板暴露于催 化劑氣體、硅源及摻雜劑來源而在所述基板上形成硅外延層，所述催化劑氣體包含分子式 為XY的鹵素分子，其中X及Y是鹵素原子。在一個實例中，X是氯。
[0006] 在另一個實施例中，所述方法包括加熱安置在處理腔室的處理體積內(nèi)的基板，及 通過將催化劑氣體與硅源及磷源同時或并行地流入所述處理腔室而在所述基板上形成硅 外延層，所述催化劑氣體包含分子式為XY的鹵素分子，其中X及Y是鹵素原子。在一個實 例中，X是氯。
[0007] 在又一個實施例中，提供在處理腔室中的基板上形成膜的方法。所述方法包括通 過使催化劑氣體和一或多種沉積氣體流入處理腔室而在基板上形成外延層，所述催化劑氣 體包含分子式為XY的鹵素分子，其中X及Y是鹵素原子，及所述沉積氣體包括形成膜的氣 源和摻雜劑來源。形成膜的氣源可包括一或多種第III族前驅(qū)物氣體、第V族前驅(qū)物氣體、 第IV族前驅(qū)物氣體，或第VI族前驅(qū)物氣體。在一個實例中，X是氯。
【附圖說明】
[0008] 為了可詳細(xì)理解上文列舉的本發(fā)明的特征，可通過參考實施例對上文簡述的本發(fā) 明進(jìn)行更具體的描述，所述實施例中的一些實施例在附圖中圖示。然而應(yīng)注意，附圖僅圖示 本發(fā)明的典型實施例，因此將不被視作限制本發(fā)明的范圍，因為本發(fā)明可承認(rèn)其它等效的 實施例。
[0009] 圖IA是可用以實施本發(fā)明中多個實施例的示例性處理腔室的示意性橫剖面?zhèn)纫?圖。
[0010] 圖IB是圖IA中的腔室旋轉(zhuǎn)90度后的示意性橫剖面?zhèn)纫晥D。
[0011] 圖2是氣體處理套件的一個實施例的等角視圖，所述氣體處理套件包括圖IA和圖 IB中圖示的一或多個襯墊。
[0012] 圖3是圖IA中圖示的氣體分配組件的等角視圖。
[0013] 圖4是處理套件的一個實施例的部分等角視圖，所述處理套件可用于圖IA的處理 腔室中。
[0014] 圖5是處理套件的另一個實施例的部分等角視圖，所述處理套件可用于圖IA的處 理腔室中。
[0015] 圖6是圖示依據(jù)本發(fā)明的實施例用以在基板上形成層的示例性外延工藝的流程 圖。
[0016] 圖7A是圖示根據(jù)本發(fā)明的某些實施例而形成的外延層的拉伸應(yīng)力的圖表。
[0017] 圖7B是圖7A中放大的圖表"E"，所述圖表圖示外延層上的XRD輪廓細(xì)節(jié)。
[0018] 為便于理解，在可能的情況下已使用相同元件符號以指定圖式中共有的相同元 件。設(shè)想一個實施例中所公開的元件可在無需特定詳述的情況下有利地用于其它實施例 中。
【具體實施方式】
[0019] 本發(fā)明的實施例一般涉及在半導(dǎo)體裝置上形成硅外延層的方法。所述方法包括通 過在外延沉積處理期間將氯氣用作反應(yīng)劑或催化劑而在基板上形成硅外延層。沉積的硅外 延層具有約IX 1〇21原子/立方厘米或更大的磷濃度。約IX1021原子/立方厘米的磷濃度 或更大磷濃度誘發(fā)顯著的沉積層拉伸應(yīng)變，因此改良溝道迀移率。與在沉積階段不使用氯 氣的所述外延工藝相比，外延生長層的電阻率顯著較低。
[0020] 示例件眸宰硬件
[0021] 圖IA是可用以實施本發(fā)明中論述的沉積處理的多個實施例的示例性處理腔室 100的示意性橫剖面?zhèn)纫晥D。腔室100可用于執(zhí)行諸如外延沉積工藝的化學(xué)氣相沉積，但 腔室100可用于蝕刻或其它工藝。適合的處理腔室的非限定性實例可包括RP EPI反應(yīng)器、 Elvis腔室和Lennon腔室，所述腔室全部可自美國加利福尼亞州圣克拉拉市的應(yīng)用材料公 司處購得。雖然處理腔室100在下文中描述用以實踐本文所述的多個實施例，但來自不同 制造商的其它半導(dǎo)體處理腔室亦可用以實踐本發(fā)明中描述的實施例。處理腔室100可被加 裝至CENTURAk集成處理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)可自美國加利福尼亞州圣克拉拉市的應(yīng)用材 料公司處購得。
[0022] 腔室100包括由耐處理腐蝕材料制成的外殼結(jié)構(gòu)102,所述材料如鋁或不銹鋼。外 殼結(jié)構(gòu)102圍封處理腔室100 (如石英腔室104)的多個功能元件，所述石英腔室104包括 上部腔室106和下部腔室108,所述石英腔室中包含處理體積110。由涂覆有硅材料（如碳 化硅）的陶瓷材料或石墨材料制成的基板支撐件112經(jīng)調(diào)適以在石英腔室104內(nèi)容納基板 114。將來自前驅(qū)物反應(yīng)劑材料的反應(yīng)性物種應(yīng)用于基板114的處理表面116,隨后可從處 理表面116去除副產(chǎn)物?？赏ㄟ^輻射源提供對基板114及/或處理體積110的加熱，所述 輻射源如上部燈模塊118A和下部燈模塊118B。在一個實施例中，上部燈模塊118A和下部 燈模塊118B是紅外線燈。來自燈模塊118A和118B的輻射穿過上部腔室106的上部石英 視窗120,并穿過下部腔室108的下部石英視窗122。用于上部腔室106的冷卻氣體（如果 需要）經(jīng)由入口 124進(jìn)入及經(jīng)由出口 126離開。
[0023] 通過氣體分配組件128將反應(yīng)性物種提供至石英腔室104,及通過排氣組件130 從處理體積110去除處理副產(chǎn)物，所述排氣組件130通常與真空源（未圖示）連通。前 驅(qū)物反應(yīng)劑材料及稀釋劑凈化腔室100及從腔室100排出氣體，經(jīng)由氣體分配組件128進(jìn) 入，及經(jīng)由排氣組件130離開。腔室100亦包括多個襯墊132A-132H(圖IA中僅圖示襯墊 132A-132G)。襯墊132A-132H遮蔽處理體積110以與圍繞處理體積110的金屬壁134隔離。 在一個實施例中，襯墊132A-132H包括處理套件，所述處理套件覆蓋可能與處理體積110連 通或暴露于處理體積110的全部金屬部件。
[0024] 下部襯墊132A安置在下部腔室108中。上部襯墊132B至少部分地安置在下部腔 室108中，且與下部襯墊132A相鄰。排氣嵌入式襯墊組件132C安置在上部襯墊132B的相 鄰處。在圖IA中，排氣嵌入式襯墊132D安置在排氣嵌入式襯墊組件132C相鄰處，且可更 換上部襯墊132B的一部分以便于安裝。注射器襯墊132E圖示位于處理體積110中與排氣 嵌入式襯墊組件132C和排氣嵌入式襯墊132D相對的側(cè)面。注射器襯墊132E經(jīng)配置作為 歧管以向處理體積110提供一或多個流體，如氣體或氣體的等離子體。所述一或多個流體 通過注射嵌入式襯墊組件132F而被提供至注射器襯墊132E。隔板襯墊132G耦接至注射嵌 入式襯墊組件132F。隔板襯墊132G耦接至第一氣源135A和可選第二氣源135B，并向注射 嵌入式襯墊組件132F和向注射器襯墊132E中形成的開口 136A和