在低温下的选择性硅锗外延的方法与流程

背景

本公开内容的实施方式一般地涉及一种半导体制造工艺和半导体器件，并且尤其是，涉及沉积用于形成半导体器件的含硅锗膜或沉积含硅锗膜以形成半导体器件的方法。

背景技术：

选择性sige外延沉积允许外延层沉积在基板的暴露的硅(si)或其它半导体区域上，这也称为层的生长，其中在基板的暴露的介电区域上没有净sige生长。选择性外延可以用于制造半导体器件结构，诸如用于在双极器件的升高的源极/漏极、源极/漏极扩展部、接触插塞和基极层中形成期望的层。一般地，选择性外延工艺涉及如下两种操作：沉积操作和蚀刻操作。沉积操作和蚀刻操作在半导体上和介电表面上同时地发生，具有相对不同的反应速率以及因此相对不同的沉积速率。用于选择性sige生长的沉积蚀刻方案的选择性工艺窗口导致仅在半导体表面上的累积沉积，这可以通过改变用于从基板的暴露表面去除沉积材料的蚀刻剂气体的浓度来调谐。

通过化学气相沉积的选择性硅锗外延典型地采用含有一个si或ge原子的前驱物，诸如硅烷、二氯硅烷或锗烷。通过将诸如氯化氢的蚀刻剂与用于在基板上的暴露的半导体上沉积或生长sige的沉积前驱物一起共流动来实现sige在电介质上方的si或其它半导体区域上累积或净沉积，这被称为对si的选择性。在此类工艺中，基板的温度增加到和/或保持在高于500℃的温度。然而，在低于500℃的基板温度处，硅锗的外延生长减少，并且si在介电材料上方的沉积或生长选择性急剧地降低。

因此，需要在低温(<约500℃)下保持对si的良好的选择性和生长或沉积速率两者的对si选择性的硅锗外延工艺。

技术实现要素：

在一个实施方式中，提供了一种在基板上沉积硅锗材料的方法，所述方法包括：将基板定位在基板处理腔室内，所述基板上具有介电材料和含硅单晶；将所述基板维持在约450℃或更低的温度处；将所述基板暴露于工艺气体，所述工艺气体包括：硅源气体；锗源气体；蚀刻剂气体；载气；和至少一种掺杂剂源气体；和在所述基板上外延地和选择性地沉积第一硅锗材料。

在另一个实施方式中，提供了一种在基板上沉积硅锗材料的方法，所述方法包括：将基板定位在基板处理腔室内，所述基板上具有介电材料和硅锗单晶；将所述基板维持在约450℃或更低的温度处；将所述基板暴露于工艺气体，所述工艺气体包括：硅源气体；锗源气体；蚀刻剂气体；载气；和至少一种掺杂剂源气体，所述至少一种掺杂剂源气体包括含硼掺杂剂源气体或含磷掺杂剂源气体；和在所述基板上外延地和选择性地沉积硅锗材料，所述硅锗材料具有0.3mω·cm的电阻率。

在另一个实施方式中，提供了一种在基板上沉积硅锗材料的方法，所述方法包括：将基板定位在基板处理腔室内，所述基板上具有介电材料和含硅单晶；将所述基板维持在400℃或更低的温度处；将所述基板暴露于工艺气体，所述工艺气体包括：硅源气体；锗源气体，所述锗源气体包括锗烷或二锗烷；蚀刻剂气体，所述蚀刻剂气体包括hcl、hf、cl2、hbr、br2、sicl4、sihcl3、sih2cl2、gecl4和gehcl3中的一种或多种；载气；和掺杂剂源气体，所述掺杂剂源气体包括乙硼烷；和在所述基板上外延地和选择性地沉积第一硅锗材料。

在另一个实施方式中，提供了一种非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质包括致使计算机系统控制基板处理设备执行工艺的指令，所述工艺包括：将基板定位在基板处理腔室内，所述基板上具有介电材料和含硅单晶；将所述基板维持在约450℃或更低的温度处；将所述基板暴露于工艺气体，所述工艺气体包括：硅源气体；锗源气体；蚀刻剂气体；载气；和至少一种掺杂剂源气体；和在所述基板上外延地和选择性地沉积第一硅锗材料。

附图说明

以上简要概述本公开内容的详述特征可以被详细理解的方式、以及本公开内容的更特定描述，可通过参照实施方式来理解，其中一些实施方式绘示于附图中。然而，应当注意，附图仅绘示了示例性实施方式，因此不应视为范围，并且可以允许其它等同有效的实施方式。

图1a是图解了根据一些实施方式的形成外延层的方法的流程图。

图1b是图解了根据一些实施方式的形成外延层的方法的流程图。

图2示出根据一些实施方式的具有外延沉积的含硅层的鳍式场效应晶体管(finfet)器件。

图3a示出传统金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)内的源极/漏极扩展器件的图示。

图3b示出finfet内的源极/漏极扩展器件的图示。

图4是可用于执行外延工艺的热处理腔室的截面图。

为了便于理解，尽可能地，使用了相同的附图标号来标示各图中共通的相同元件。考虑到，在没有进一步的描述下一个实施方式的元件和特征可以有利地并入其它实施方式中。

具体实施方式

本文所述的实施方式图示在各种器件结构的制造过程中外延地沉积含硅化合物的工艺。本文所述的工艺允许在低基板温度(例如，约450℃或更低)下、在基板的暴露的含晶体硅区域上而不是在基板的暴露的介电区域上选择性地和外延地生长或沉积硅锗膜层，当在约400℃的温度下、诸如在约350℃或更低的温度下执行时，对在基板的暴露的电介质上方的暴露的晶体硅有几乎完全的选择性。本文的工艺有利地在生长或沉积的含硅化合物中提供约1×10¹⁵或更高、诸如约1×10²¹或更高、诸如约5×10²¹的硼浓度。此外，诸如硼的掺杂剂有利地允许在低温下生长或沉积外延硅锗材料。较低温度的工艺有利地使得该工艺能够降低热预算，从而减少对所形成的器件的不利的热效应。

本公开内容的实施方式包括选择性地生长或沉积外延含硅化合物的膜的方法。例如，含硅化合物在基板的含晶体硅区域的暴露的区域上生长，而不是在基板上的介电材料的暴露的区域上生长。当基板表面在其上暴露了多于一种材料(诸如暴露的单晶硅表面区域)且具有用介电材料(诸如sio和sin层)覆盖的特征时，可以执行选择性含硅膜生长或沉积。在沉积期间使用蚀刻剂(例如，hcl)实现对晶体硅表面选择性的外延生长或沉积，同时保留未被外延沉积的材料涂覆的介电特征或结构。在沉积期间，沉积材料在暴露的单晶硅上形成结晶层，并且在暴露的介电表面上形成多晶或非晶层。蚀刻剂除去生长或沉积在非晶或多晶特征上的非晶或多晶膜，其速度快于其可移除生长或沉积在基板的暴露的晶体材料(或从未生长在基板的表面上的硅锗材料)上的外延晶体膜的情况。并且因此，实现在基板的暴露的晶体材料上选择性地外延地净生长或沉积含硅化合物。

本文公开内容的工艺可以在具有各种几何形状(例如，圆形，方形和矩形)和尺寸(例如，200mmod，300mmod，400mmod)的各种基板上进行，诸如在半导体晶片上，诸如在晶体和单晶硅(例如，si<100>和si<111>)、硅锗、掺杂或未掺杂硅或锗基板、绝缘体上硅(soi)基板、iii-v族材料和图案化或非图案化基板上。表面和/或基板包括这些材料，以及具有介电、导电和阻挡性能的膜、层和材料，并且包括多晶硅。

如本文所用，硅化合物和含硅化合物是指材料、层和/或膜，并且包括在本文所述的工艺中选择性地和外延地生长的si、sige、其掺杂的变体和以上项的组合。硅化合物和含硅化合物包括在膜内的应变层、非应变层或应变和非应变层。

图1a是示出根据一个实施方式的在基板的选定表面上形成选择性外延层的方法100的流程图。外延层例如是硅锗膜。方法100包括在操作105处将基板定位在基板处理腔室内。方法100还包括在操作110处将基板加热到、将基板维持在、或将基板加热到并维持在450℃或更低的温度，诸如400℃或更低，诸如350℃或更低，或诸如300℃或更低，例如，在沉积或生长含si化合物期间，基板可以维持在约250℃至约450℃之间的温度，或诸如约270℃至约450℃之间的温度。方法100进一步包括在操作115处将加热的基板暴露于包括硅源气体、锗源气体、蚀刻剂、载气和至少一种掺杂剂源气体的工艺气体。方法100进一步包括在晶体硅表面上外延地和选择性地生长或沉积硅锗材料，同时在操作120结束时使介电特征或结构保持未被硅锗材料涂覆。

载气用于在本文所述的工艺中输送硅源气体、锗源气体、掺杂剂源气体和蚀刻剂源气体。载气包括h2、ar、n2、he和以上项的组合。在一些实施方式中，h2用作载气。在其它实施方式中，n2用作载气。在该方法的一些实施方式中，载气可以各种比例组合。

采用呈气体形式的蚀刻剂去除在暴露的介电材料上生长的、可以非晶或多晶形式形成在基板的暴露的介电材料上的含si材料膜，其速度要快于可采用该蚀刻剂去除以结晶形式在基板的暴露的晶体硅上(例如，在单晶硅材料上)生长或沉积的含si材料的情况。在本文所述的工艺期间用于此目的的蚀刻剂包括hcl、hf、hbr、br2、si2cl6、sicl4、sihcl3、sih2cl2、ccl4、cl2、gecl4、gehcl3及以上项的组合。

可用于本文所述的选择性外延工艺的硅源气体或前驱物包括硅烷(sih4)、更高级硅烷、卤化硅烷和有机硅烷。高级硅烷包括具有经验式sixh(2x+2)的化合物，例如乙硅烷(si2h6)、丙硅烷(si3h8)和四硅烷(si4h10)。卤化硅烷包括具有经验式x'ysixh(2x+2-y)的化合物，其中x'＝f、cl、br或i，诸如二氯硅烷(sih2cl2)、四氯硅烷(sicl4)和六氯乙硅烷(si2cl6)和三氯硅烷(sihcl3)。有机硅烷包括具有经验式rysixh(2x+2-y)的化合物，其中r＝甲基、乙基、丙基或丁基，诸如甲基硅烷((ch3)sih3)、二甲基硅烷((ch3)2sih2)、乙基硅烷((ch3ch2))sih3)、甲基二硅烷((ch3)si2h5)、二甲基二硅烷((ch3)2si2h4)和六甲基二硅烷((ch3)6si2)。

可用于本文所述的选择性外延工艺的锗源气体或前驱物包括锗烷(例如geh4)、更高级锗烷、卤化锗烷和有机锗烷。高级锗烷包括具有经验式gexh(2x+2)的化合物，诸如二锗烷(ge2h6)、三锗烷(ge3h8)和四锗(ge4h10)。卤化锗烷包括gecl4(四氯化锗)和gehcl3(三氯锗烷)。有机锗烷包括具有经验式rygexh(2x+2-y)的化合物，其中r＝甲基、乙基、丙基或丁基，诸如甲基锗烷((ch3)geh3)、二甲基锗烷((ch3)2geh2)、乙基锗烷((ch3ch2)geh3)、甲基二锗烷((ch3)ge2h5)、二甲基二锗((ch3)2ge2h4)和六甲基二锗((ch3)6ge2)。

含硅化合物的沉积膜层掺杂有特定的掺杂剂，以实现其期望的导电特性。在一些实施方式中，含硅化合物是p型掺杂的，诸如通过使乙硼烷以与沉积前驱物气体的必要比例流入沉积腔室中以添加浓度为约1×10¹⁵原子/cm³或更高的硼，诸如约1×10¹⁹原子/cm³或更多，诸如以约5×10²¹原子/cm³进入沉积膜层。例如，含硅化合物是p型掺杂的，诸如通过在含硅化合物的沉积期间中使乙硼烷流动以在其中添加浓度范围为约1×10¹⁵原子/cm³至约5×10²¹的原子/cm³(例如约5×10¹⁹原子/cm³至约5×10²¹原子/cm³，或约1×10¹⁸原子/cm³至约5×10²¹原子/cm³，或约1×10²⁰原子/cm³至约2.5×10²¹原子/cm³)的硼。在另一个实施方式中，含硅化合物是以如下方式n型掺杂的：使磷源气体流入沉积腔室中以使沉积的膜层中的p浓度为1×10¹⁵原子/cm³至约5×10²¹原子/cm³(诸如约5×10¹⁹原子/cm³至约5×10²¹原子/cm³，或约1×10¹⁸原子/cm³至约5×10²¹原子/cm³，或约1×10²⁰原子/cm³至约2.5×10²¹原子/cm³)。

本文使用的掺杂剂包括含硼掺杂剂和含磷掺杂剂。含硼掺杂剂源气体包括硼烷、有机硼烷(例如烷基硼烷)和卤化硼。硼烷包括硼烷(bh3)、乙硼烷(b2h6)、三硼烷(b3h5)、四硼烷(b4h10)、五硼烷(9)(b5h9)、五硼烷(11)、六硼烷(10)(b6h10)、六硼烷(12)(b6h12)和癸硼烷(14)((b10h14)，而烷基硼烷包括具有经验式rxbh(3-x)的化合物，其中r＝甲基、乙基、丙基或丁基，并且x＝0、1、2或3。烷基硼烷包括三甲基硼烷((ch3)3b)、二甲基硼烷((ch3)2bh)、三乙基硼烷((ch3ch2)3b)和二乙基硼烷((ch3ch2)2bh)。卤化硼包括缺电子卤化硼，诸如三氟化硼(bf3)、三氯化硼(bcl3)和三溴化硼(bbr3)。掺杂源气体还包括含磷掺杂剂，诸如磷化氢(ph3)和烷基膦，诸如经验式为rxph(3-x)的化合物，其中r＝甲基、乙基、丙基或丁基，并且x＝0、1、2或3。烷基膦包括三甲基膦((ch3)3p)、二甲基膦((ch3)2ph)，三乙基膦((ch3ch2)3p)和二乙基膦((ch3ch2)2ph)。可用作掺杂剂源气体的其它含磷化合物包括三氯化磷(pcl3)、三溴化磷(pbr3)、烷基膦(诸如磷酸三丁酯(tbp))和甲硅烷基膦[(h3si)3-xprx]，其中x＝0、1、2，并且rx是氢或氘。掺杂剂源气体还包括含砷掺杂剂，包括卤化砷化合物砷化三氢(ash3)、三甲基胂和甲硅烷基胂[(h3si)3-xasrx]，其中x＝0、1、2，并且rx是氢或氘。

作为方法100的示例，外延地和选择性地生长含硅材料以在基板的暴露的单晶硅表面上而不是在基板的暴露的介电材料上形成掺杂的sige材料。例如，掺杂的sige材料选择性地形成在包括单晶硅的双极型器件的升高的源极/漏极、源极/漏极扩展部、接触插塞和基极层上。单晶表面可以是例如含硅单晶或硅锗单晶。将含有半导体特征的基板(例如，300mmod)放入基板处理腔室中。在处理期间，硅源气体(例如，硅烷)与载气(例如，h2和/或n2)、锗源气体(例如，geh4)、掺杂剂源气体(例如，b2h6)同时)和蚀刻剂(例如hcl)同时地流入基板处理腔室中。这些气体可以在相同或不同的导管中流入基板处理腔室。气体可以在喷头、腔室的引入通道、在腔室中或在离开分区喷头之后混合。硅源气体的流率的范围为约5sccm至约500sccm，诸如约10sccm至约100sccm，诸如约20sccm至约50sccm。载气的流率为约1,000sccm至约60,000sccm，诸如约10,000sccm至约20,000sccm，诸如约12,000sccm至约15,000sccm。锗源气体的流率的范围为约0.1sccm至约100sccm，诸如约0.1sccm至约10sccm或约0.5sccm至约20sccm，诸如约0.5sccm至约2sccm，例如约1sccm。掺杂剂源气体的流率为约0.01sccm至约3sccm，诸如约0.1sccm至约2sccm，例如约0.5sccm至约1sccm。蚀刻剂气体的流率的范围为约5sccm至约1,000sccm，诸如约10sccm至约50sccm，例如约20sccm至约40sccm。基板处理腔室的压力维持在约0.1托至约200托，诸如约5托至约20托，例如约10托至约15托。将基板维持在约450℃或更低的温度处，诸如约400℃或更低，诸如约350℃或更低，诸如约300℃或更低。例如，可以将基板维持在(或加热到并维持在)约250℃至约450℃之间的温度处，诸如约270℃至约450℃之间。源气体混合物的反应是热驱动的，并且它在加热的基板表面处反应以在基板的晶体硅表面上并据信是在基板的非晶或多晶硅基介电特征上外延地沉积硅材料，即硅锗材料。蚀刻剂(例如，hcl)蚀刻掉也在基板表面上的非晶或多晶硅基或其它介电特征上形成的sige化合物，但是不会显著地蚀刻在单晶硅上形成的外延层。

因此，执行沉积或生长工艺而以沉积速率为约至约(诸如约至约例如约至约)在暴露的晶体硅表面上选择性地形成掺杂的sige材料，暴露的晶体硅表面的厚度的范围为约至(诸如从约至约)。沉积的sige材料的锗浓度的范围为约1原子％材料至约100原子％材料(诸如约10原子％至约100原子％，诸如约10原子％至约90原子％，诸如约40原子％至约70原子％，例如约60原子％)。沉积的sige材料的硼浓度的范围为在约1×10¹⁵原子/cm³至约5×10²¹原子/cm³(诸如约5×10¹⁹原子/cm³至约5×10²¹原子/cm³，或约1×10¹⁸原子/cm³至约5×10²¹原子/cm³，或约1×10²⁰原子/cm³至约2.5×10²¹原子/cm³)。

外延生长的b掺杂的sige层的电阻率为约0.3mω·cm或更小(诸如约0.2mω·cm与约0.3mω·cm之间，例如约0.25mω·cm或更小)。

图1b是图解了根据一个实施方式的在基板的部分上选择性地形成外延层的方法150的流程图。外延层例如是硅锗膜。方法150包括在操作155处将基板定位在基板处理腔室内。方法150进一步包括在操作160处将基板维持(和/或加热)在450℃或更低的温度处，诸如400℃或更低，诸如350℃或更低，诸如300℃或更低。例如，可以将基板维持(或加热)在约250℃至约450℃之间的温度处，诸如约270℃至约450℃之间的温度。方法150进一步包括在操作165处将基板暴露于第一工艺气体，第一工艺气体包括：第一硅源气体；第一锗源气体；第一蚀刻剂气体；第一载气；和至少一种第一掺杂剂源气体。方法150进一步包括在操作170处在基板的部分上外延地和选择性地沉积第一硅锗材料。操作155、160、165和170与方法100的操作105、110、115和120相同。方法150进一步包括在操作175处将基板暴露于第二工艺气体，第二工艺气体包括：第二硅源气体；第二锗源气体；第二蚀刻剂气体；和第二载气；以及任选地第二掺杂剂源气体。方法150进一步包括在操作180处在基板的部分上外延地和选择性地沉积第二硅锗材料。

作为方法150的示例，在操作175和180，在沉积如上所述的任何硅化合物之后，使用第二硅源气体(例如，二氯硅烷、cl2sih2)将第二硅化合物外延地生长为sige材料。通过例如上述方法100的示例沉积或生长第一硅锗材料。第二硅源气体(例如，二氯硅烷)与第二载气(例如，h2和/或n2)、第二锗源气体(例如，geh4)、第二掺杂剂源气体(例如，b2h6)和第二蚀刻剂气体(例如，hcl)同时地流入基板处理腔室。二氯硅烷的流率的范围为约5sccm至约500sccm，诸如约10sccm至约100sccm，诸如约20sccm至约50sccm。第二载气的流率为约1,000sccm至约60,000sccm，诸如约10,000sccm至约20,000sccm，诸如约12,000sccm至约15,000sccm。第二锗源气体的流率的范围为约0.1sccm至约100sccm，诸如约0.1sccm至约10sccm或约0.5sccm至约20sccm，诸如约0.5sccm至约2sccm，例如约1sccm。第二掺杂剂源气体的流率为约0.01sccm至约3sccm，诸如约0.1sccm至约2sccm，例如约0.5sccm至约1sccm。第二蚀刻剂气体的流率的范围为约5sccm至约1,000sccm，诸如约10sccm至约50sccm，例如约20sccm至约40sccm。基板处理腔室的压力维持在约0.1托至约200托，诸如约5托至约20托，例如约10托至约15托。将基板维持在约450℃或更低的温度处，诸如约400℃或更低，诸如约350℃或更低，诸如约300℃或更低。例如，可以将基板维持在(或加热到并维持在)约250℃至约450℃之间的温度处，诸如约270℃至约450℃之间。第二源气体混合物的反应是热驱动的，并且它在加热的基板表面处反应，以在基板的第一sige材料和基板的介电特征上外延地沉积第二硅材料，即第二硅锗材料。第二蚀刻剂从基板表面上的非晶或多晶介电特征蚀刻sige化合物，但是不显著地蚀刻在第一sige材料的表面上形成的外延层。

执行该工艺而以沉积速率为约至约(诸如约至约例如约至约)在第一sige材料的表面上选择性地形成第二sige材料，第一sige材料的表面厚度的范围为约至(例如约至约例如约至约)。沉积的sige材料的锗浓度在约1原子％至约100原子％材料的范围内(诸如约10原子％至约100原子％，诸如约10原子％至约90原子％，诸如约40原子％至约70原子％，例如约60原子％)。在另一个实施方式中，使用上面讨论的任何工艺沉积第三含硅层。

在一些实施方式中，在处理操作之间，将基板表面暴露于环境条件，诸如其中包括氧和/或水蒸气的空气。环境暴露一般在器件制造期间在多个处理腔室之间移动基板时发生。将第一含硅层沉积到基板表面上，将基板暴露于环境条件，并且随后将第二含硅层沉积到基板表面上。在一个方面，在将层暴露于环境条件之前，在第一含硅层上沉积盖层。盖层可以是半导体材料，诸如硅。例如，在基板表面上沉积硅-锗层，在刚生长或沉积的硅-锗层上沉积硅盖层，将基板暴露于环境条件，并且随后在硅盖层上沉积第二含硅层。si盖层可以放置在b掺杂的sige层的顶部上，以保护b掺杂的sige层免于氧化。如果需要在选择性地形成下一个外延层之前去除si盖表面，那么可以通过使si盖表面氧化来将其去除以形成氧化硅，然后选择性地蚀刻氧化硅。

在一些实施方式中，含硅材料包括约0原子％至约95原子％的锗浓度。在其它实施方式中，锗浓度在约1原子％至约30原子％的范围内，诸如约10原子％至约25原子％，诸如约20原子％。

在一些实施方式中，可以改变硅源气体和锗源气体的比率，以便在生长分级膜时控制硅、锗和掺杂剂的元素浓度。

本文所述的工艺在将含硅化合物层沉积在例如finfet、传统平面mosfet和双极型晶体管中时是有用的。

图2示出finfet半导体结构250的透视图，其特征可以根据本文所述的实施方式中的一个用含硅化合物外延地生长。半导体结构250可以包括基板251、多个鳍片252(仅示出了两个鳍片，但是该结构可以具有多于两个鳍片)、设置在基板251上的相邻鳍片252之间的介电材料254，以及设置在介电材料254上并在每个鳍片252的一部分上方的栅极电极260。基板251可以是块体硅基板，并且可以掺杂有p型或n型杂质。多个鳍片252可以由与基板251相同的材料制成。介电材料254可以形成隔离区域，诸如浅沟槽隔离(sti)区域，并且可以由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅或任何其它合适的介电材料制成。如图2所示，多个鳍片252中的每个在介电材料254的上表面上方延伸一段距离。栅极电介质258形成在栅极电极260与多个鳍片252之间。栅极电介质258促成栅极电极260与多个鳍片252之间的电隔离。栅极电介质258可以由氮化硅、氧化硅、氧化铪、氮氧化铪硅、硅酸铪、氧化铪硅或任何其它合适的栅极介电材料制成。栅极电极260可以由多晶硅、非晶硅、锗、硅锗、金属或金属合金制成。

图3a描绘了根据一些实施方式的传统平面mosfet的横截面。在虚设栅极336的两侧上形成间隔件334之后，蚀刻掉基板或鳍片的一部分，然后湿法清洁基板，以产生凹部332，含硅化合物根据本文所述的工艺外延地沉积在凹部332内并用作源极/漏极。含硅化合物外延地生长以模仿暴露的基板或鳍片表面的晶格，并且在含硅化合物随厚度而生长时维持这种布置。在该源极漏极形成之后，并且在几个中间步骤之后，虚设栅极336最终地被实际金属栅极电极替代。

根据本文所述的实施方式，外延硅化合物层332选择性地沉积在源极/漏极区域内。当基板表面330在其上暴露了多于一种材料(诸如暴露的单晶硅表面区域)且具有用介电材料(诸如sio和sin层)覆盖的特征时，可以执行选择性含硅膜生长。硅化合物层332由例如掺杂的sige层组成，掺杂的sige层位于图3所示的器件中的栅极的任一侧并具有例如约1原子％至约30原子％、诸如约20原子％的锗浓度、以及例如1×10¹⁵原子/cm³至约5×10²¹原子/cm³(诸如约5×10¹⁹原子/cm³至约5×10²¹原子/cm³，或约1×10¹⁸原子/cm³至约5×10²¹原子/cm³，或约1×10²⁰原子/cm³至约2.5×10²¹原子/cm³)的掺杂剂(例如，b或p)浓度。

在一些实施方式中，使用本文所述的工艺，可以在低于约450℃的低温下在现有的b掺杂的sige源极/漏极332的顶部上形成b掺杂的sige层340，以形成接触层。该接触层减小b掺杂的sige源极/漏极与金属电极之间的肖特基势垒并提供了较低的接触电阻率。在该实施方式中，现有的b掺杂sige源极/漏极可以通过本文所述的相同工艺制造，或通过其它方法制造，诸如高温外延(例如，高于约500℃、诸如在约600℃至约700℃之间的温度)。

图3b描绘了根据一些实施方式的finfet350的横截面。外延硅化合物层366沉积在每个鳍片354的表面352上并在介电材料254的上表面351上方扩展(介电材料254也在图2中示出)。硅化合物层366也可以沉积在介电材料358的表面362上，并且可以执行回蚀工艺以去除沉积在介电材料358的表面362上的硅化合物层366。硅化合物层366可以是finfet器件的源极或漏极，并且可以是硅基和/或锗基材料。硅化合物层366可以通过本文所述的外延沉积工艺在可购自应用材料公司的外延沉积腔室中形成。在一个实施方式中，硅化合物层366是掺杂有磷的硅，并且finfet器件是n型fet。在另一个实施方式中，硅化合物层366是掺杂有硼或镓的硅锗，并且finfet器件是p型fet。每个硅化合物层366具有从介电材料358的表面362凹陷的表面363。

根据本文所述的实施方式，外延硅化合物层366选择性地沉积在源极/漏极区域内。当基板表面在其上暴露了多于一种材料(诸如暴露的单晶硅表面区域)且具有用介电材料(诸如sio和sin层)覆盖的特征时，可以执行选择性含硅膜生长。硅化合物层366例如由掺杂的sige层组成，掺杂的sige层位于图3b所示的器件中的栅极的任一侧并具有例如约1原子％至约30原子％(诸如约20原子％)的锗浓度、以及例如1×10¹⁵原子/cm³至约5×10²¹原子/cm³(诸如约5×10¹⁹原子/cm³至约5×10²¹原子/cm³，或约1×10¹⁸原子/cm³至约5×10²¹原子/cm³，或约1×10²⁰原子/cm³至约2.5×10²¹原子/cm^3的)的掺杂剂(例如，b或p)浓度。

尽管未示出，但是可以在基板上执行进一步操作。例如，可以在基板的特征上方沉积金属层(例如，含硅单晶表面，诸如基板的源极区域和漏极区域)，并且然后对基板和形成在其上的层进行退火。金属层包括钴、镍或钛，以及其它金属。在退火工艺期间，硅化合物层被转换为金属硅化物层。例如，当将金属(例如，钴)沉积为金属层时，所得的金属硅化物层是硅化钴。

本文所述的工艺可以用于沉积用于双极型(例如，基极、发射极、集电极、发射极接触件)、bicmos(例如，基极、发射极、集电极、发射极接触件)和传统平面或finfetcmos的硅化合物膜(例如，沟道、源极/漏极、源极/漏极扩展、升高的源极/漏极、基板、应变硅、绝缘体上硅和接触插塞)。工艺的其它实施方式教导可用作栅极、基极接触件、集电极接触、发射极接触件、升高的源极/漏极和其它用途的硅膜的生长。其它器件包括场效应晶体管(fet)。

在本公开内容的工艺中，通过化学气相沉积(cvd)工艺生长或沉积含硅化合物(例如，膜、层和材料)，其中cvd工艺包括原子层沉积(ald)工艺和/或原子层外延(ale)工艺。化学气相沉积包括使用许多技术，诸如等离子体辅助cvd(pa-cvd)、原子层cvd(alcvd)、有机金属或金属有机cvd(omcvd或mocvd)、激光辅助cvd(la-cvd)、紫外cvd(uv-cvd)、热线cvd(hwcvd)、减压cvd(rp-cvd)和超高真空cvd(uhv-cvd)。本公开内容的工艺可以在ale、cvd和ald处理的领域中已知的设备中进行。该设备使源气体与在其上生长含硅化合物的基板接触。可用于生长本文所述的含硅化合物的示例性外延腔室是可购自加利福尼亚州圣克拉拉市应用材料公司(appliedmaterials,inc.,santaclara,california)获得的rpepi腔室。一个示例性外延腔室在图4中示出并在下面进行描述。

图4是可用于执行本文所述的外延工艺的热处理腔室400的截面图。处理腔室400包括腔室主体402、支撑系统404和控制器406。腔室主体402包括上部部分412和下部部分414。上部部分412包括在腔室主体402内在上部圆顶416与基板410之间的区域。下部部分414包括在腔室主体402内的在下部圆顶430与基板410的底部之间的区域。沉积工艺一般发生在基板410的暴露于上部部分412并在该上部部分412内的上表面上。

支撑系统404包括用于执行和监测预定工艺(诸如如本文所述的处理腔室400中的薄膜的生长或沉积)的部件。控制器406耦接到支撑系统404并被调适成控制处理腔室400和支撑系统404。控制器406包括中心处理单元(cpu)、存储器和支持电路。

处理腔室400包括多个热源，诸如灯435，多个热源被调适成向定位在基板处理腔室400内的部件提供热能。例如，灯435可以被调适成向基板410、用于支撑处理腔室400中的基板的基座426、和/或预热环423提供热能。下部圆顶430可以由光学透明材料(诸如石英)形成，以便于使热辐射从中穿过。设想的是，灯435可以被定位成提供热能通过上部圆顶416以及通过下部圆顶430。

腔室主体402包括形成在其中的多个气室。气室与一个或多个气源476(诸如载气)和一个或多个前驱物源478(诸如工艺气体(例如，沉积气体和掺杂剂源气体))流体连通。例如，第一气室420可以被调适成提供沉积气体450从中通过到达腔室主体402的上部部分412中，而第二气室421可以被调适成从上部部分412排出沉积气体450。以此方式，沉积气体450可以平行于基板410的上表面流动。

在使用液体前驱物(例如，四硅烷)的情况下，热处理腔室400可以包括与液体前驱物源480流体连通的液体蒸发器482。液体蒸发器482用于蒸发待输送到热处理腔室400的液体前驱物。尽管未示出，但是设想的是，液体前驱物源480可以包括例如一个或多个前驱物液体和溶剂液体安瓿、截止阀和液体流量计(lfm)。作为对液体蒸发器的替代，可以使用起泡器将液体前驱物输送到腔室。在这种情况下，液体前驱物安瓿通过起泡器耦接到腔室的工艺容积。

基板支撑组件432定位在腔室主体402的下部部分414中。基板支撑组件432被示出为在处理位置支撑基板410。基板支撑组件432包括由光学透明材料形成的基座支撑件427和由基座支撑件427支撑的基座426。支撑杆437将基座支撑件427耦接到基座426。基座支撑件427的轴460定位在升降杆接触件442耦接到的护罩431内。基座支撑件427是可旋转的，以便便于基板410在处理期间围绕其中心旋转。通过马达或皮带和马达(未示出)促成基座支撑件427的旋转。致动器429耦接到基座支撑件427，并且用于提升和缩回轴，以使支撑件升高和降低。护罩431一般固定在适当的位置，并且因此在处理期间不旋转。

升降杆433穿过形成在基座支撑件427中的开口(未标记)设置。升降杆433可通过与可移动升降杆接触件442接触来竖直地致动，并且被调适成接触基板410的下侧以将基板410从处理位置(如图所示)提升到基板移除位置，以及将新装载的基板从装载位置支撑到在基座426上的处理位置。使升降杆接触件442上下移动、或当支撑件上下移动时静止地定位，致使升降杆433的底部与升降杆接触件442接触，使得它们在支撑件继续向下移动时停止向下移动。预热环423可移除地设置在下部衬里440上，下部衬里440耦接到腔室主体402。预热环423围绕腔室主体402的内部容积设置并在基板410在处理位置时环绕基板410。预热环423便于在工艺气体通过邻近预热环423的气室420进入腔室主体402时预热工艺气体，并且减小腔室的上部容积和下部容积之间的开口的大小。

上部圆顶416的中心窗口部分415和下部圆顶430的底部部分417由诸如石英的光学透明材料形成。

本文所述的工艺允许硅锗化合物在低温(例如，约450℃或更低)下在基板表面或先前形成在基板表面上的层的表面(例如，材料、膜和/或层)上选择性地生长，其中在约400℃或更低的温度下、诸如在约350℃或更低的温度下，在晶体硅表面上沉积具有几乎完全的选择性。该工艺有利地提供在沉积的si:ge层中的1×10¹⁵原子/cm³至约5×10²¹原子/cm³的硼浓度(诸如约5×10¹⁹原子/cm³至约5×10²¹原子/cm³，或约1×10¹⁸原子/cm³至约5×10²¹原子/cm³，或在约1×10²⁰原子/cm³至约2.5×10²¹原子/cm³的范围内)。此外，使用诸如硼的掺杂剂有利地允许在低温下生长外延硅锗膜。

已经发现，为了在较低温度下在硅锗外延生长或沉积工艺中实现对晶体层比对多晶硅或非晶层更大的沉积或生长选择性，应当使用高级锗烷或卤化锗(诸如如二锗烷)作为锗源。例如，含锗层可以在低至约300℃的温度下使用二锗烷而形成。诸如硅烷或低级硅烷(诸如硅烷和二氯硅烷)的硅源也可以与更高级的锗烷前驱物结合地使用，沉积sige材料层。如果单独地使用，那么这些低级硅烷在低于400℃的温度下不会生长或沉积含硅层，但是当与高级锗烷(诸如二锗烷)结合时，可以用于与锗沉积或生长结合地生长或沉积含硅层。由于以高级锗烷方式进行的锗生长一旦经过调谐就可能会相对于其在电介质(诸如硅基电介质)上的生长或沉积是选择性的，而低阶硅烷在低温下不会在这些硅基电介质上生长硅，硅和锗沉积(诸如二锗烷和乙硅烷)工艺在低温下成为选择性硅锗工艺。来自硅烷的硅在低于约400℃的温度下不会在硅材料、介电材料或两者上引发，但是可以在存在ge的情况下在低于约400℃的温度下在硅、电介质或两者上引发，不过蚀刻剂可以与沉积源气体结合地用来去除可在基板的非晶表面上引发的si:ge沉积。锗烷前驱物中的锗可以活化硅基板，使得硅烷反应在低于400℃的温度下成为可能。

蚀刻剂可以与硅和锗源共流动以进一步改善沉积或生长选择性。蚀刻剂不限于氯化氢，并且可以在分子中含有卤素、锗和/或硅。通过使含掺杂剂的物质、诸如乙硼烷(对于p型)和磷化氢(对于n型)与硅源和锗源共流动，沉积材料的原位掺杂可以同时实现。

计算机系统可以执行在非暂时性计算机可读介质中提供的指令。非暂时性计算机可读介质可以包括用于执行本文所述的方法的指令。或者，可以将用于执行本文所述的方法的指令添加到非暂时性计算机可读介质。非暂时性计算机可读介质可以包括致使计算机系统控制基板处理设备执行本文所述的工艺的指令。基板处理腔室可以是基板处理设备的一部分。计算机系统可以连接到基板处理腔室中的一个或多个、调节源气体、掺杂剂气体、蚀刻剂气体的阀、以及调节基板处理设备的各种部件的温度和压力的开关。

本公开内容尤其提供以下实施方式，其中每个可以被视为任选地包括任何替代实施方式：

条款1.一种在基板上沉积硅锗材料的方法，包括：将基板定位在基板处理腔室内，所述基板上具有介电材料和含硅单晶；将所述基板维持在约450℃或更低的温度处；将所述基板暴露于工艺气体，所述工艺气体包括：硅源气体；锗源气体；蚀刻剂气体；载气；以及至少一种掺杂剂源气体；以及在所述基板上外延地和选择性地沉积第一硅锗材料。

条款2.如条款1的方法，其中所述掺杂剂源气体是含硼掺杂剂源气体、含磷掺杂剂源气体或含砷掺杂剂源气体。

条款3.如条款2的方法，其中所述含硼掺杂剂源气体是乙硼烷。

条款4.如条款1至3中任一项的方法，其中所述蚀刻剂气体是hcl、hf、cl2、hbr、br2、sicl4、sihcl3、sih2cl2、gecl4和gehcl3中的一种或多种。

条款5.如条款1至4中任一项的方法，其中所述硅锗材料在所述掺杂的sige材料中具有约1×10¹⁵原子/cm³至约5×10²¹原子/cm³的硼浓度。

条款6.如条款1至5中任一项的方法，其中将所述基板加热至约400℃或更低的温度。

条款7.如条款1至6中任一项的方法，其中所述工艺气体包括：流率为约5sccm至约500sccm的所述硅源气体；流率为约0.1sccm至约100sccm的所述锗源气体；流率为约1000sccm至约60,000sccm的所述载气；以及流率为约0.01sccm至约3sccm的所述掺杂剂源气体。

条款8.如条款1至7中任一项的方法，进一步包括：将所述基板暴露于包括第二硅源气体和第二锗源气体的第二工艺气体；以及在所述基板上外延地和选择性地沉积第二硅锗材料。

条款9.如条款1至8中任一项的方法，其中将所述基板处理腔室加压至约0.1托至约200托的压力。

条款10.一种在基板上沉积硅锗材料的方法，包括：将基板定位在基板处理腔室内，所述基板上具有介电材料和硅锗单晶；将所述基板维持在约450℃或更低的温度处；将所述基板暴露于工艺气体，所述工艺气体包括：硅源气体；锗源气体；蚀刻剂气体；载气；以及至少一种掺杂剂源气体，所述至少一种掺杂剂源气体包括含硼掺杂剂源气体或含磷掺杂剂源气体；以及在所述基板上外延地和选择性地沉积硅锗材料，所述硅锗材料具有0.3mω·cm的电阻率。

条款11.如条款10的方法，其中所述含硼掺杂剂源气体是乙硼烷。

条款12.如条款10或11的方法，其中将所述基板加热至约400℃或更低的温度。

条款13.如条款10至12中任一项的方法，其中所述硅源气体是硅烷、二氯硅烷或乙硅烷。

条款14.如条款10至13中任一项的方法，其中所述锗源气体是二锗烷、三锗烷、四锗烷、gecl4或gehcl3。

条款15.如条款10至14中任一项的方法，其中所述工艺气体包括：流率为约5sccm至约500sccm的所述硅源气体；流率为约0.1sccm至约100sccm的所述锗源气体；流率为约1000sccm至约60,000sccm的所述载气；流率为约0.01sccm至约3sccm的所述掺杂剂源气体。

条款16.如条款10至15中任一项的方法，其中将所述基板处理腔室加压至约0.1托至约200托的压力。

条款17.一种在基板上沉积硅锗材料的方法，包括：将基板定位在基板处理腔室内，所述基板上具有介电材料和含硅单晶；将所述基板维持在400℃或更低的温度处；将所述基板暴露于工艺气体，所述工艺气体包括：硅源气体；锗源气体，所述锗源气体包括锗烷或二锗烷；蚀刻剂气体，所述蚀刻剂气体包括hcl、hf、cl2、hbr、br2、sicl4、sihcl3、sih2cl2、gecl4和gehcl3中的一种或多种；载气；以及掺杂剂源气体，所述掺杂剂源气体包括乙硼烷；以及在所述基板上外延地和选择性地沉积第一硅锗材料。

条款18.如条款17的方法，其中所述硅源气体是硅烷、二氯硅烷或乙硅烷。

条款19.如条款17或条款18的方法，其中所述工艺气体包括：流率为约5sccm至约500sccm的所述硅源气体；流率为约0.1sccm至约100sccm的所述锗源气体；流率为约1000sccm至约60,000sccm的所述载气；以及流率为约0.01sccm至约3sccm的所述掺杂剂源气体。

条款20.如条款17至19中任一项的方法，其中将所述基板处理腔室加压至约0.1托至约200托的压力。

条款21.一种非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质包括致使计算机系统控制基板处理设备执行工艺的指令，包括：将基板定位在基板处理腔室内，所述基板上具有介电材料和含硅单晶；将所述基板维持在约450℃或更低的温度处；将所述基板暴露于工艺气体，所述工艺气体包括：硅源气体；锗源气体；蚀刻剂气体；载气；以及至少一种掺杂剂源气体；和在所述基板上外延地和选择性地沉积第一硅锗材料。

条款22.如条款21的非暂时性计算机可读介质，其中所述掺杂剂源气体是含硼掺杂剂源气体、含磷掺杂剂源气体或含砷掺杂剂源气体。

条款23.如条款22的非暂时性计算机可读介质，其中所述含硼掺杂剂源气体是乙硼烷。

条款24.如条款21至23中任一项的非暂时性计算机可读介质，其中所述蚀刻剂气体是hcl、hf、cl2、hbr、br2、sicl4、sihcl3、sih2cl2、gecl4和gehcl3中的一种或多种。

条款25.如条款21至24中任一项的非暂时性计算机可读介质，其中所述硅锗材料在所述掺杂的sige材料中具有约1×10¹⁵原子/cm³至约5×10²¹原子/cm³的硼浓度。

条款26.如条款21至25中任一项的非暂时性计算机可读介质，其中将所述基板加热至约400℃或更低的温度。

条款27.如条款21至26中任一项的非暂时性计算机可读介质，其中所述工艺气体包括：流率为约5sccm至约500sccm的所述硅源气体；流率为约0.1sccm至约100sccm的所述锗源气体；流率为约1000sccm至约60,000sccm的所述载气；流率为约0.01sccm至约3sccm的所述掺杂剂源气体。

条款28.如条款21至27中任一项的非暂时性计算机可读介质，进一步包括：将所述基板暴露于包括第二硅源气体和第二锗源气体的第二工艺气体；以及在所述基板上外延地和选择性地沉积第二硅锗材料。

条款29.如条款21至28中任一项的非暂时性计算机可读介质，其中将所述基板处理腔室加压至约0.1托至约200托的压力。

条款30.一种非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质包括致使计算机系统控制基板处理设备执行工艺的指令，所述工艺包括：将基板定位在基板处理腔室内，所述基板上具有介电材料和硅锗单晶；将所述基板维持在约450℃或更低的温度处；将所述基板暴露于工艺气体，所述工艺气体包括：硅源气体；锗源气体；蚀刻剂气体；载气；和至少一种掺杂剂源气体，所述至少一种掺杂剂源气体包括含硼掺杂剂源气体或含磷掺杂剂源气体；和在所述基板上外延地和选择性地沉积硅锗材料，所述硅锗材料具有0.3mω·cm的电阻率。

条款31.如条款30的非暂时性计算机可读介质，其中所述含硼掺杂剂源气体是乙硼烷。

条款32.如条款30或条款31的非暂时性计算机可读介质，其中将所述基板加热至约400℃或更低的温度。

条款33.如条款30至32中任一项的非暂时性计算机可读介质，其中所述硅源气体是硅烷、二氯硅烷或乙硅烷。

条款34.如条款30至33中任一项的非暂时性计算机可读介质，其中所述锗源气体是二锗烷、三锗烷、四锗烷、gecl4或gehcl3。

条款35.如条款30至34中任一项的非暂时性计算机可读介质，其中所述工艺气体包括：流率为约5sccm至约500sccm的所述硅源气体；流率为约0.1sccm至约100sccm的所述锗源气体；流率为约1000sccm至约60,000sccm的所述载气；流率为约0.01sccm至约3sccm的所述掺杂剂源气体。

条款36.如条款30至35中任一项的非暂时性计算机可读介质，其中将所述基板处理腔室加压至约0.1托至约200托的压力。

条款37.一种非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质包括致使计算机系统控制基板处理设备执行工艺的指令，包括：将基板定位在基板处理腔室内，所述基板上具有介电材料和含硅单晶；将所述基板维持在400℃或更低的温度处；将所述基板暴露于工艺气体，所述工艺气体包括：硅源气体；锗源气体，所述锗源气体包括锗烷或二锗烷；蚀刻剂气体，所述蚀刻剂气体包括hcl、hf、cl2、hbr、br2、sicl4、sihcl3、sih2cl2、gecl4和gehcl3中的一种或多种；载气；以及掺杂剂源气体，所述掺杂剂源气体包括乙硼烷；和在所述基板上外延地和选择性地沉积第一硅锗材料。

条款38.如条款37的非暂时性计算机可读介质，其中硅源气体是硅烷、二氯硅烷或乙硅烷。

条款39.如条款37或条款38的非暂时性计算机可读介质，其中所述工艺气体包括：流率为约5sccm至约500sccm的所述硅源气体；流率为约0.1sccm至约100sccm的所述锗源气体；流率为约1000sccm至约60,000sccm的所述载气；流率为约0.01sccm至约3sccm的掺杂剂源气体。

条款40.如条款37至39中任一项的非暂时性计算机可读介质，其中将所述基板处理腔室加压至约0.1托至约200托的压力。

虽然前述内容针对本公开内容的实施方式，但在不脱离本公开内容的基本范围的情况下可设计本公开内容的其它和进一步实施方式，并且本公开内容的范围由随附权利要求书来确定。