TW202208659A - 沉積含硼之矽鍺層的方法 - Google Patents

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瑞米 哈莎卡
琦 謝
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Abstract

一種用於磊晶生長摻硼矽鍺層之方法和裝置。該等層可例如用作場效電晶體中的p型源極及/或汲極區。

Description

沉積含硼之矽鍺層的方法
本發明總體上係關於適於形成電子裝置之方法和系統。更具體是，本發明有關可用於基材表面上沉積材料，例如用於選擇性沉積諸如摻雜半導體材料之類的材料之方法和系統。
半導體裝置（諸如，例如互補式金氧半導體(complementary metal-oxide-semiconductor, CMOS)裝置）之縮放已導致積體電路之速度及密度的顯著改善。然而，習知的裝置縮放技術對未來技術節點而言面對重大的挑戰。
一特別的挑戰係關於製造半導體裝置結構的無缺陷主動區。此主動區的示例是場效電晶體(例如鰭式FET)中的源極、汲極和通道區、全包覆式閘極(Gate All Around，GAA)電晶體等。此外，在許多應用上，可能想要選擇性沉積結合摻雜劑的半導體材料(例如IV族半導體材料)。然而，此類技術可能未經充分發展。因此，所欲的是用於沉積經摻雜半導體材料之改善的方法及系統。
此外，由於許多先進電子裝置可承受的熱預算有限，對於以更低溫度沉積半導體材料存在具體需求。
本節提出之任何討論（包括問題及解決方案的討論）僅為了提供本發明背景脈絡之目的而包括在本發明中。此類討論不應視為承認資訊之任何或全部內容在完成本發明時已知或以其他方式構成先前技術。
本發明之各種實施例係關於選擇性沉積方法、關於使用此類方法形成之結構及裝置並關於用於執行該等方法及/或用於形成該等結構及/或裝置之裝置。雖然在下文更詳細地討論本發明之各種實施例應對先前方法及系統之缺點的方式，大致上，本發明之各種實施例提供選擇性沉積經摻雜半導體層之改善方法。該等摻雜半導體層可適合用作諸如鰭式FET及全包覆式閘極金屬氧化半導體場效電晶體之場效電晶體中的源極、汲極及/或通道區。
特別是，本文描述係一種用於磊晶生長摻硼矽鍺層(Boron-doped silicon germanium layer)之方法。該方法包含在反應室中提供含有單晶表面的基材，並將一矽前驅物、一鍺前驅物、一硼前驅物及一載氣引入所述反應室，藉此在單晶表面上磊晶生長一摻硼矽鍺層。適當上，所述矽前驅物包含乙矽烷(Disilane)(Si2 H6 )，所述鍺前驅物包含鍺烷(Germane)(GeH4 )，且所述硼前驅物包含乙硼烷(Diborane)(B2 H6 )。
在一些實施例中，該載氣實質是由一或多個惰性氣體所組成。
在一些實施例中，該載氣係選自由N2 、He、Ne、Kr、Ar和Xe所組成的列表。
在一些實施例中，該載氣是由N2 所組成。
在一些實施例中，該基材維持在至少300°C至最高450°C的溫度。
在一些實施例中，該基材維持在至少350°C至最高420°C的溫度。
在一些實施例中，該反應室維持在至少10托(Torr)至最高160托的壓力。
在一些實施例中，該載氣是在至少2slm至最高30slm的流速下提供給該反應室。
在一些實施例中，在至少15至最高45sccm的流速下，將該矽前驅物提供給所述反應室。
在一些實施例中，該鍺前驅物是在至少350至最高2000sccm的流速下提供給該反應室。
在一些實施例中，該硼前驅物是在至少0.5sccm至最高60sccm的流速下提供給該反應室。
在一些實施例中，該方法更包含將一鎵前驅物引入所述反應室，藉此在所述單晶表面上磊晶生長一摻硼和鎵矽鍺層。
在一些實施例中，該基材包含一第一表面和一第二表面。該第一表面是一單晶表面。該第二表面是一電介質表面。然後，在該第一表面上選擇性及磊晶生長所述摻硼矽鍺層。
在一些實施例中，在該第二表面上生長寄生摻硼矽鍺，且該方法更包含下列步驟：將一蝕刻氣體引入所述反應室，藉此蝕刻在該第二表面上生長的所述寄生摻硼矽鍺。在一些實施例中，所述寄生摻硼矽鍺包含寄生摻硼矽鍺晶核及/或非晶矽鍺。因此，在一些實施例中，所述寄生摻硼矽鍺晶核生長在該第二表面上，且該方法更包含引入步驟，以將一蝕刻氣體引入所述反應室中，藉此蝕刻在該第二表面上的所述寄生晶核。
在一些實施例中，在該第一表面上的所述摻硼磊晶矽鍺層已到達一預定厚度之前，重複將所述矽前驅物、所述鍺前驅物、所述硼前驅物和所述載氣引入所述反應室；及將一蝕刻氣體引入所述反應室的步驟。
在一些實施例中，該蝕刻氣體包含一鹵素。
在一些實施例中，該蝕刻氣體係選自由HCl、Cl2 和HBr所組成的列表。在一些實施例中，該蝕刻氣體包含HCl。
在一些實施例中，該第二表面係選自由下列所組成之一列表：一氧化矽表面、一氮化矽表面、一碳氧化矽表面、一氮氧化矽表面、一氧化鉿表面、一氧化鋯表面及一氧化鋁表面。
在一些實施例中，該矽前驅物是乙矽烷，該鍺前驅物是鍺烷，該硼前驅物是乙硼烷。
在一些實施例中，該單晶表面包含一單晶矽表面。
在一些實施例中，該單晶表面包含一單晶矽鍺表面。
在一些實施例中，該單晶矽鍺表面包含一摻硼矽鍺表面。
本文進一步描述一種系統，其包含一或多個反應室、一氣體注入系統及一構造成用於使該系統執行如本文所述方法的控制器。
本文進一步描述一場效電晶體，其包含一摻硼矽鍺層當作源極、汲極或通道。所述摻硼矽鍺層藉由如本文所述的方法進行沉積。
根據本發明之尚有額外的實例，揭示一種用以執行如本文所述之方法及/或用以形成一結構、裝置或任一者之部分的系統。
所屬技術領域中具有通常知識者將從已參照隨附圖式之某些實施例的下列詳細描述輕易明白這些及其他實施例。本發明並未受限於任何所揭示具體實施例。
下文所提供之方法、結構、裝置、及系統之例示性實施例的描述僅係例示性且僅係意欲用於說明之目的；下列描述並非意欲限制本發明或申請專利範圍之範疇。此外，列舉具有所陳述特徵之多個實施例不意欲排除具有額外特徵之其他實施例或納入所陳述特徵之不同組合的其他實施例。例如，各種實施例係提出作為例示性實施例，並可列舉於附屬項中。除非另有註明，例示性實施例或其等之組件可組合或可彼此分開應用。
如下更詳細的闡述，本發明的各種實施例提供多種用於基材表面上沉積摻硼矽鍺之方法。示例性方法可用於例如形成半導體裝置的源極及/或汲極區，其呈現出相對較高遷移率、相對低接觸電阻並保持該等沉積層的結構和組成。例如，所述沉積層可用作p通道MOSFET中的p型源極及/或汲極區。可使用該等層的示例MOSFET包括鰭式FET和全包覆式閘極(Gate-All-Around，GAA)FET。此外，本方法可用於在n通道MOSFET中形成低缺陷通道區。此外，由於降低的通道效應，使得該等所呈現的層對於形成淺接面(Shallow junction)特別有用。在一些實施例中，多個所呈現的方法有關選擇性沉積摻硼矽鍺。
如本文中所使用，用語「全包覆式閘極電晶體(Gate all around transistor)」可意指包括在半導體通道區周圍包覆導電材料之裝置。如本文中所使用，用語「全包覆式閘極電晶體」亦可意指多種裝置架構，諸如奈米片裝置、叉形片(forksheet)裝置、垂直FET等。
在本發明中，「氣體」可包括在常溫和常壓(Normal Temperature and Pressure，NTP)下為氣體、一氣化固體及/或一氣化液體的材料，並可取決於環境背景由單一氣體或氣體混合物構成。除了處理氣體之外的氣體(即是，沒有通過一氣體分配總成、一多端口注入系統、其他氣體分配裝置等所導入的氣體)可用於例如密封反應空間，並可包括一密封氣體，諸如一稀有氣體。在某些情況下，用語「前驅物」可意指參與生成另一化合物的化學反應之化合物，且具體係指構成一膜基質(Film matrix)或膜的主要骨架之化合物；用語「反應物(Reactant)」可與用語前驅物互換使用。
如本文中所使用，用語「基材(Substrate)」可意指用於形成或在其上形成裝置、電路或薄膜的任何一或多個基礎材料。如下文更詳細的闡述，一基材表面可包括二或多個區域，其中該等二或多個區域之每一者包含不同材料。
如本文中所使用，用語「磊晶層(Epitaxial layer)」可意指在實質基礎單晶基材或層上的一實質單晶層，該等兩實質單晶層具有一實質相同的晶體取向。
如本文中所使用，用語「化學氣相沉積(Chemical vapor deposition)」可指任何製程，其中基材係暴露至一或多個揮發性前驅物，其等在基材表面上起反應及/或分解以製造所欲沉積。
如本文中所使用，用語「膜」及/或「層」可意指任何連續或非連續結構和材料，諸如由本文揭示方法所沉積的材料。例如，膜及/或層可包括二維材料、三維材料、奈米顆粒或甚至部分或全分子層或部分或全原子層或原子及/或分子簇。一膜或層可包含具有針孔的材料或層，而該等針孔可至少部分連續。或者，一膜或層可整個由隔離島所組成。
此外，在本發明中，變量的任何兩數值可構成所述變量的可行範圍，且所表示的任何範圍可包括或排除端點。另外，所表示變量的任何值(不管其是否使用「約」來表示)都可意指精確值或近似值，並包括等效值，並可意指平均值、中位數、表示值、多數等。此外，在本發明中，於一些實施例中，用語「包括(including)」、「由……構成(constituted by)」、及「具有(having)」係獨立地指「一般或廣泛地包含(typically or broadly comprising)」、「包含(comprising)」、「基本上由……組成(consisting essentially of)」、或「由……組成(consisting of)」。應瞭解到，當組合物、方法、裝置等被認為包含某些特徵件時，其意味著包括所述特徵件，且其不必然排除其他特徵件的存在，只要其不使申請專利範圍不可行。雖然如此，用語「包含」包括「所組成」的含義，即是，當所討論的組合物、方法、裝置等僅包括所列舉的特徵件、組件及/或步驟且不包含任何其他特徵件、組件、步驟等的情況。
在本發明中，任何所定義的含義在一些實施例中不必然排除普通和慣用的含義。
如本文中所使用，用語「載氣(Carrier gas)」可意指與一或多個前驅物共同提供給所述反應室的氣體。例如，一載氣可連同本文使用的一或多個前驅物共同提供給所述反應室。多個示例性載氣包括N2 和稀有氣體，諸如He、Ne、Kr、Ar和Xe。
相對於載氣，沖洗氣體可分開地提供至反應室（亦即，並未與一或多個前驅物共同提供）。雖然如此，即使在相同製程中，通常用作載氣的氣體亦可用作一沖洗氣體。例如，在一循環沉積蝕刻製程中，在沉積脈衝期間可將用作載氣的N2 連同一或多個前驅物共同提供，且用作沖洗氣體的N2 可用來分離沉積和蝕刻脈衝。當然，N2 可被取代成另一適合惰性氣體，諸如一稀有氣體，諸如He、Ne、Kr、Ar和Xe之類。因此，在特定情況下，其是如何將一氣體提供給所述反應室，從而確定其是否用作一沖洗氣體或一載氣的方式。因此，如本文中所使用，用語「沖洗(Purge)」可意指在彼此反應之氣體的兩脈衝之間的一惰性或基本上惰性氣體提供給一反應室過程。例如，可在一前驅物脈衝與一蝕刻劑脈衝之間提供例如使用氮氣的沖洗，如此避免或至少最小化所述前驅物與蝕刻劑之間的氣相相互作用。應瞭解，沖洗可在時間上或在空間上之任一者或兩者來實行。例如，在時間沖洗的情況下，可使用一沖洗步驟，例如，按時間順序提供一第一前驅物給一反應室；提供一沖洗氣體給該反應室；及提供一蝕刻劑給該反應室，其中其上沉積一層的基材不移動。例如，在空間沖洗的情況下，一沖洗步驟可採取以下形式：透通過一沖洗氣幕，將一基材從連續供應一第一前驅物之第一位置移到連續供應一第二前驅物之第二位置。
注意，用語「蝕刻脈衝(Etch pulse)」和「蝕刻週期(Etch cycle)」可表示一蝕刻步驟，並可互換使用。同樣地，用語「沉積脈衝(Deposition pulse)」和「沉積循環(Deposition cycle)」可表示一沉積步驟，並可互換使用。
如下文更詳細提出的，本文所述之例示性方法的各種步驟可在該相同反應室中或在例如該相同叢集工具的不同反應室中執行。
因此，本文的描述是一種用於磊晶生長摻硼矽鍺層之方法。該方法包含在一反應室中提供基材。該基材包含一單晶表面。換句話說，該基材包含一在基材表面處暴露的單晶材料。有利的是，該基材包含一單晶矽表面。或者或此外，該基材可包含一單晶矽鍺表面。或者或此外，該基材可包含一摻硼矽鍺表面。
在將基材引入所述反應室之後，一矽前驅物、一鍺前驅物和一硼前驅物引入所述反應室中。因此，在所述單晶表面上生長一摻硼矽鍺層。應瞭解，該矽前驅物包含乙矽烷，該鍺前驅物包含鍺烷，且該硼前驅物包含乙硼烷。
在一些實施例中，所述硼前驅物、所述矽前驅物和所述鍺前驅物係連續提供給該反應室。或者，可藉由一循環沉積製程形成該層。因此，在一些實施例中，所述硼前驅物、所述矽前驅物和所述鍺前驅物係順序提供給該反應室。或者，選自所述硼前驅物、所述矽前驅物和所述鍺前驅物的任何兩前驅物可採用一組合的前驅物脈衝同時提供給該反應室，然而該硼前驅物可採用分離前驅物提供給該反應室。在一些實施例中，一或多個前驅物係連續提供給該反應室，且剩餘的前驅物採用脈衝形式提供給該反應室。或者，藉由沖洗步驟可分離任何或所有的前述前驅物脈衝。在一沖洗步驟期間，可停止前驅物流，且一沖洗氣體可提供給該反應室。
應瞭解，本方法可在任何合適的預洗之後進行。一可能的預洗是一氣相預洗，例如電漿清潔，如此造成末端H化的矽表面。另一可能的預洗係使用濕式化學法(Wet chemistry)。例如，可使用以下順序：在由NH4 OH、H2 O2 和H2 O所組成混合物中進行表面氧化；然後沖洗；隨後進行HF浸泡；然後沖洗。一適合HF浸泡包含，例如，浸泡在水(例如，蒸餾水或去離子水)中由至少0.1%體積至最高1.5%體積。HF體積所組成的混合物中。或者或此外，可使用一氣相預洗。
在一些實施例中，該方法更包含將一載氣引入所述反應室中。當例如使用難以揮發的前驅物時，此可能是特別有用，在此一情況下，一載氣可幫助將多個前驅物帶入所述反應室。例如，在一載氣的輔助下，可將一諸如乙硼烷的硼前驅物提供給所述反應室。例如，在一載氣的輔助下，可將一諸如矽烷的矽前驅物提供給所述反應室。例如，在一載氣的輔助下，可將一諸如鍺烷的鍺前驅物提供給所述反應室。例如，在一載氣的輔助下，可將一諸如三乙基鎵(Triethylgallium)或三叔丁基鎵(Tri-tert-butylgallium)的鎵前驅物提供給所述反應室。例如，在一載氣的輔助下，可將一諸如HCl、Cl2 或HBr的蝕刻氣體提供給所述反應室。在一些實施例中，該載氣實質是由一或多個惰性氣體所組成。在一些實施例中，該載氣係選自稀有氣體和氮氣所組成的列表。在一些實施例中，該載氣係選自由N2 、He、Ne、Kr、Ar和Xe所組成的列表。在一些實施例中，該載氣實質是由N2 所組成。在一些實施例中，該載氣是由N2 所組成。在一些實施例中，該稀有氣體包含氦氣。在一些實施例中，該稀有氣體包含氪氣。在一些實施例中，該稀有氣體包含氖氣。在一些實施例中，該稀有氣體包含氬氣。在一些實施例中，該稀有氣體包含氙氣。在一些實施例中，N2 係用作載氣。在一些實施例中，該載氣可在不同流速下提供給所述反應室，諸如從至少1.0slm至最高100slm、或從至少2.0slm至最高30slm、或從至少2.0 slm至最高50slm、或從至少5.0slm至最高20.0slm、或從至少8.0slm至最高12.0slm的流速。
在一些實施例中，在至少2.0slm至最高30slm或至少5slm至最高20slm(每分鐘的標準公升數)的流速下，將該載氣提供給所述反應室。
在一些實施例中，在至少5至最高600sccm的流速下，將該矽前驅物提供給所述反應室。在一些實施例中，在至少15至最高45sccm(每分鐘的標準立方厘米數)的流速下，將該矽前驅物提供給所述反應室。
在一些實施例中，在至少800sccm至最高3200sccm的流速下，將該鍺前驅物提供給所述反應室。在一些實施例中，在至少350sccm至最高3200sccm的流速下，將該鍺前驅物提供給所述反應室。在一些實施例中，在至少50sccm至最高3200sccm的流速下，將該鍺前驅物提供給所述反應室。在一些實施例中，在至少50sccm至最高3200sccm的流速下，將該鍺前驅物提供給所述反應室。在一些實施例中，在至少800sccm至最高2000sccm的流速下，將該鍺前驅物提供給所述反應室。在一些實施例中，在至少350sccm至最高2000sccm的流速下，將該鍺前驅物提供給所述反應室。
在一些實施例中，在至少1sccm至最高50sccm的流速下，將該硼前驅物提供給所述反應室。在一些實施例中，在至少0.5sccm至最高120sccm的流速下，將該硼前驅物提供給所述反應室。在一些實施例中，在至少0.5sccm至最高60sccm的流速下，將該硼前驅物提供給所述反應室。在一些實施例中，在至少1.0sccm至最高60sccm的流速下，將該硼前驅物提供給所述反應室。在一些實施例中，在至少1.0sccm至最高40sccm的流速下，將該硼前驅物提供給所述反應室。在一些實施例中，在至少5sccm至最高20sccm的流速下，將該硼前驅物提供給所述反應室。在一些實施例中，在至少5sccm至最高30sccm的流速下，將該硼前驅物提供給所述反應室。在一些實施例中，在至少5sccm至最高45sccm的流速下，將該硼前驅物提供給所述反應室。在一些實施例中，在至少10sccm至最高50sccm的流速下，將該硼前驅物提供給所述反應室。
在一些實施例中，該方法更包含將一鎵前驅物引入所述反應室中。因此，一摻硼和鎵矽鍺層 可磊晶生長在該單晶表面上。
在一些實施例中，該鎵前驅物是烷基鎵(Gallium alkyl)。在一些實施例中，該鎵前驅物是鹵化鎵(Gallium halide)。在一些實施例中，該鎵前驅物係選自三甲基鎵(Trimethylgallium)、三乙基鎵(Triethylgallium)、三叔丁基丁基鎵(Tritertiarybutylgallium)、Ga(BH4 )3 、GaH3 和氯化二乙基鎵(Diethylgallium chloride)所組成的列表。在一些實施例中，該鎵前驅物是三乙基鎵(CH3 CH2 )3 Ga。該鎵前驅物可純淨提供給反應室，即是，在100%體積的濃度。或者，該鎵前驅物可與一載氣使用稀釋形式提供。
本方法可允許在一預定選擇性窗口(selectivity window)內固有選擇性生長多個摻硼矽鍺層。換句話說，本方法可用於在基材的一部分(例如，一單晶矽表面)上選擇性生長摻硼矽鍺，然而在該基材的另一部分(例如，一氧化矽表面)上沒有或沒有實質大量生長發生。如本文中所使用，用語「選擇性窗口」可意指一生長層的厚度範圍，其中該層可在基材的一部分上及不在基材的一或多個其他部分上單獨或實質單獨生長。示例性的選擇性窗口是20nm、10nm、8nm、6nm、5nm、4nm、3nm、2nm和1nm。因此，在一些實施例中，該基材包含一第一表面和一第二表面。該第一表面是一單晶表面，該第二表面是一電介質表面。在這些方法中，在該第一表面上選擇性及磊晶生長所述摻硼矽鍺層。
在能夠選擇性生長的一實施例中，該基材包含一第一表面和一第二表面。該第一表面是一單晶表面，例如，一單晶矽表面或一單晶矽鍺表面。或者或此外，該基材可包含一單晶矽鍺表面。或者或此外，該基材可包含一摻硼矽鍺表面。該第一表面最好具有一末端氫化(Hydrogen termination)。該第一表面可為一摻雜層表面，例如，一摻硼矽層。或者，該第一表面可為一未摻雜層的表面。該第二表面是一電介質表面，且在該第一表面上選擇性及磊晶生長所述摻硼矽鍺層。換句話說，所述摻硼矽鍺層生長在該第一表面上，而不實質生長在該第二表面上。在本發明沒有限制於任何理論或操作模式的情況下，應瞭解，在相較於所述第一表面，可透過在該第二表面上的成核延遲(Nucleation delay)來獲得此選擇性。
在一些實施例中，該第二表面係選自由下列所組成之一列表：一氧化矽表面、一氮化矽表面、一碳氧化矽表面、一氮氧化矽表面、一氧化鉿表面、一氧化鋯表面及一氧化鋁表面。在一些實施例中，暴露在該第二表面上的材料可包括，例如，一電介質材料，諸如氧化物(Oxide)、氮化物(Nitride)、氮氧化物(Oxynitride)、碳氧化物(Oxycarbide)、碳氧氮化物(Oxycarbide nitride)；及/或其類似、諸如氮化矽(Silicon nitride)、氧化矽(Silicon oxide)(SiO2 )、碳化矽(Silicon carbide)；及其混合物，諸如SiOC、SiOCN、SiON。在一些實施例中，該第二區具有一氧化矽表面。換句話說，在一些實施例中，該第二材料是由氧化矽(SiO2 )所組成。
在能夠選擇性生長的一些實施例中，一蝕刻劑提供給所述反應室，而矽、鍺和硼前驅物則提供給所述反應室。此一方法可增強選擇性。適合蝕刻氣體包括含鹵素化合物。示例性滷素包括氟、氯、溴和碘。在一些實施例中，該蝕刻氣體包含氯。示例性含氯蝕刻氣體包括HCl和Cl2 。一示例性含溴蝕刻氣體包括HBr。
在一些實施例中，在該第二表面上生長寄生摻硼矽鍺，且該方法更包含下列步驟：將一蝕刻氣體引入所述反應室，藉此蝕刻在該第二表面上生長的所述寄生摻硼矽鍺。在一些實施例中，所述寄生摻硼矽鍺包含寄生摻硼矽鍺晶核及/或非晶矽鍺。因此，在一些實施例中，在選擇性生長期間，在該第二表面上生長寄生摻硼矽鍺晶核。在此一情況下，本方法適當包含一引入步驟，以將一蝕刻氣體引入所述反應室，藉此在該第二表面上蝕刻所述寄生晶核及/或非晶矽鍺。
在一些實施例中，在該第一表面上的所述摻硼磊晶矽鍺層達到一預定厚度之前，重複下列步驟：將該矽前驅物、該鍺前驅物、該硼前驅物和該載氣引入所述反應室；及將一蝕刻氣體引入所述反應室。特別是，在該第一表面上的所述摻硼磊晶矽鍺層達到一預定厚度之前，可重複這些步驟。
當想要選擇性生長一具有較高於選擇性窗口厚度的摻硼矽鍺層時，可使用一沉積蝕刻方法。例如，此可例如由首先生長如本文所述的摻硼矽鍺層，然後將一蝕刻氣體引入所述反應室中，藉此蝕刻所述摻硼矽鍺層來完成。適合蝕刻氣體包括含鹵素化合物。示例性鹵素包括氟、氯、溴和碘。在一些實施例中，該蝕刻氣體包含氯。示例性含氯蝕刻氣體包括HCl和Cl2 。一示例性含溴蝕刻氣體包括HBr。
在本發明不受任何理論或特定操作模式的限制下，相信在該第一表面上磊晶生長所述摻硼矽鍺期間，寄生摻硼矽鍺(諸如非晶摻硼矽鍺及/或摻硼矽鍺的寄生晶核)可亦形成在該第二表面上。將該蝕刻氣體引入所述反應室中，在該第二區域中完全或基本上完全蝕刻所述寄生摻硼矽鍺，諸如非晶摻硼矽鍺及/或摻硼矽鍺晶核，同時僅蝕刻在該第一區域中的所述磊晶摻硼矽鍺層之一部分。
在一些實施例中，所述沉積摻硼矽鍺層的步驟和所述蝕刻步驟是由一沖洗步驟分開。
為磊晶生長任何想要厚度層，可重複前述沉積-蝕刻方法。因此，在一些實施例中，在該第一表面上的所述摻硼磊晶矽鍺層達到一預定厚度之前，重複下列步驟：將該矽前驅物、該鍺前驅物、該硼前驅物和該載氣引入所述反應室中，並將一蝕刻氣體引入所述反應室。或者，這些步驟由多個沖洗步驟分開。
換句話說，在一些實施例中，形成覆蓋該第一區域的預定厚度磊晶摻硼矽鍺層之前，根據需要重複沉積步驟和蝕刻步驟的順列。例如，所述沉積步驟和蝕刻步驟可重複從至少1次至最高1000次、從至少2次至最高100次、從至少2次至最高50次、從至少2次至最高30次、從至少2次至最高20次、從至少5次至最高15次或次至少8次至最高12次。
換句話說，可藉由循環執行下列附屬步驟i.和ii.的順序來實現選擇性生長。步驟i.包含藉由將乙矽烷(Disilane)、鍺烷(Germane)、乙硼烷(Diborane)和一載氣引入所述反應室中，在該單晶表面上磊晶生長一摻硼矽鍺層，並在該第二表面上磊晶生長一硼摻雜非晶及/或多晶矽鍺層。步驟ii.包含藉由將一蝕刻劑引入所述反應室中，在該第一表面上蝕刻所述磊晶摻硼矽鍺層，及在該第二表面上蝕刻所述非晶及/或多晶摻硼矽鍺層。然後，在該單晶表面上的所述磊晶摻硼矽鍺層達到一預定厚度之前，重複附屬步驟i.和ii.的順序。或者，步驟i和ii可由一沖洗步驟分開。
蝕刻步驟(ii)可在與沉積步驟(i)期間所用的相同反應室中進行。替代地，蝕刻步驟可在另一反應室（諸如與沉積步驟期間所用之反應室相同叢集工具中之另一反應室）中執行。在蝕刻步驟期間保持的溫度及/或壓力可相同或類似於前述有關沉積步驟所述的溫度及/或壓力。
在本發明受制於任何理論或特定操作模式的情況下，應瞭解，選擇性可透過下列機構的任一者或其組合來獲得：1) 非晶摻硼矽鍺在第二區域中係以較慢於在第一區域中的磊晶摻硼矽鍺的速度來生長；2) 在該第二表面上的非晶摻硼矽鍺生長相對於在第一區域中的磊晶摻硼矽鍺係呈現出延遲的生長，即是成核延遲(參見，例如，圖5)；及/或3) 在第二區域中的非晶摻硼矽鍺的蝕刻速度較快於在該第一區域中的磊晶摻硼矽鍺的蝕刻速度。因此，可在第一區域中生長一磊晶摻硼矽鍺層，而在第二區域中沒有沉積發生。換句話說，在該第一區域中的一第一表面上生長一磊晶摻硼矽鍺膜，然而在沉積之後，在該第二區域中的一第二表面上沒有或實質沒有保留大量的非晶摻硼矽鍺。在本發明不受制於任何理論或特定操作模式的情況下，相信成核延遲(即是，機構2)在本文所述方法中獲得選擇性中起重要作用。
在一些實施例中，該蝕刻劑包含一元素鹵素。在一些實施例中，該蝕刻劑包含HCl。在一些實施例中，該蝕刻劑包含氯。換句話說，在一些實施例中，Cl2 是用作一蝕刻劑。在一些實施例中，Cl2 在蝕刻循環期間在不同流速下提供給所述反應室，諸如從至少5.0sccm至最高400.0sccm、或從至少5.0sccm至最高200.0sccm或從至少5.0sccm至最高100.0sccm、或從至少10.0sccm至最高50.0sccm、或從至少15.0sccm至最高40.0sccm、或從至少20.0sccm至最高30.0sccm。
在一些實施例中，該等蝕刻週期可持續從至少1.0s至最高400.0s、或從至少2.0s至最高200.0s、或從至少4.0s至最高100.0s、或從至少8.0s至最高50.0s、或從至少10.0s至最高40.0s、或從至少20.0s至最高30.0s。
在一些實施例中，整個沉積循環和蝕刻循環(即是，在整個摻硼矽鍺沉積步驟和蝕刻步驟)中，溫度和壓力保持恆定。
在一些實施例中，蝕刻循環和沉積循環可處於不同壓力。換句話說，在一些實施例中，沉積所述摻硼矽鍺層和蝕刻步驟可處於不同壓力。最好是，相對於出現的最低壓力，前述壓力相差不超過10%、或不超過20%、或不超過50%、或不超過100%、或不超過200%、或不超過500%、或不超過1000%。藉由限制循環間的泵排所需的時間量，採用此方式保持壓力差可加快處理時間。
在一有利的實施例中，例如當Cl2 用作一蝕刻氣體時，在蝕刻循環期間的壓力係小於90托，例如從至少0.5托至最高90托、或從至少0.5托至最高1.0托、或從至少1.0托至最高2.0托、或從至少2.0托至最高5.0托、或從至少5.0托至最高10.0托、或從至少10.0托至最高20.0托、或從至少20.0托至最高40.0托、或從至少40.0托至最高60.0托、或從至少60.0托至最高90.0托。如此可增強本方法的一些實施例的安全性。在一些實施例中，一沉積循環期間的壓力係相同於一蝕刻循環的壓力。或者，一沉積循環期間的壓力可不同於一蝕刻循環期間使用的壓力。
在一些實施例中，多個沉積循環和多個蝕刻循環係藉由多個沖洗分開。在一些實施例中，一惰性氣體用作一沖洗氣體。合適的沖洗氣體包括氮及稀有氣體。合適的稀有氣體可包括He、Ne、Ar、Kr和Xe。在一些實施例中，沖洗氣體由N2 組成。在一些實施例中，所述沖洗持續從至少5.0s至最高80.0s、或從至少10.0s至最高40.0s、或從至少15.0至最高30.0s、或約20.0s。在一些實施例中，在沖洗期間，在至少5000至最高100000sccm、或至少10000至最高50000sccm、或至少20000至最高30000sccm的流速下，將該沖洗氣體提供給所述反應室。
在一些實施例中，該蝕刻氣體包含一鹵素。
在一些實施例中，該蝕刻氣體係選自由HCl、Cl2 和HBr所組成的列表。
在一些實施例中，該第二表面是一電介質表面。在一些實施例中，該第二表面可包含矽及一或多個選自碳、氮和氧的物質。在一些實施例中，該第二表面為選自Hf、Zr、La、Al及其混合物的元素之氧化物、氮化物或碳化物的一表面。在一些實施例中，該第二表面是一金屬氧化物。在一些實施例中，該第二表面是一金屬氮化物。在一些實施例中，該第二表面是一金屬碳化物。在一些實施例中，該第二表面包含金屬氮化物、金屬氧化物及/或金屬碳化物鍵。在一些實施例中，該第二表面係選自由下列所組成之一列表：一氧化矽表面、一氮化矽表面、一碳氧化矽表面、一氮氧化矽表面、一氧化鉿表面、一氧化鋯表面及一氧化鋁表面。
在一些實施例中，該矽前驅物是乙矽烷，該鍺前驅物是鍺烷，該硼前驅物是乙硼烷。
在一些實施例中，無論是否選擇性，所述基材維持在至少200°C至最高450°C的溫度下。例如，該反應室可維持在至少220°C至最高440°C的溫度、或至少240°C至最高430°C的溫度、或至少250°C至最高420°C的溫度、或至少260°C至最高410°C的溫度、或至少280°C至最高400°C的溫度、或至少300°C至最高390°C的溫度、或至少290°C至最高380°C的溫度、或至少320°C至最高370°C的溫度、或至少340°C至最高360°C的溫度下。在一些實施例中，所述基材維持在至少300°C至最高450°C的溫度下。在一些實施例中，所述基材維持在至少350°C至最高420°C的溫度、或至少250°C至最高350°C的溫度下。
換句話說，在一些實施例中，在磊晶沉積所述摻硼矽鍺期間，所述基材維持在前述溫度。如果存在，任何蝕刻步驟期間亦可保持這些溫度。本文所述的溫度可藉由懸浮在反應室中和所述基材上方的一高溫計(pyrometer)予以適當測量。
應瞭解，由懸掛在反應室中和所述基材上方的一高溫計所測量的基材溫度可不同於由其他構件所測量的基材溫度，諸如由支撐件(例如基座)中的一熱電偶構件所測量的基材溫度，其在如本文所述的方法期間將基材支撐在該反應室中。例如，藉由此一熱電偶構件所測量的基材溫度可為例如從至少50°C至最高100°C、或從至少60°C至最高90°C、或從至少70°C至最高80°C，其低於由懸掛在反應室中和所述基材上方的一高溫計所測量的基材溫度。例如，由懸浮在反應室中和所述基材上方的一高溫計所測量的400°C溫度可對應到如由一支撐在反應室中的基材之支撐物(例如基座)所測量的320°C溫度。
在一些實施例中，所述反應室維持在至少10托至最高740托的壓力。在一些實施例中，所述反應室維持在至少10托至最高160托的壓力。在一些實施例中，所述反應室維持在至少40托至最高160托的壓力。在一些實施例中，所述反應室維持在至少10托至最高200托的壓力、或至少10托至最高80托的壓力、或至少80托至最高180托的壓力、或至少60托至最高100托的壓力、或至少40托至最高80托的壓力、或至少80托至最高115托的壓力、或至少115托至最高150托的壓力。換句話說，在一些實施方式中，在磊晶沉積所述摻硼矽鍺期間，所述反應室維持在前述壓力。
如果存在的話，在任何蝕刻步驟期間亦可維持前述壓力。因此，在含有一系列沉積循環(即是，摻硼矽鍺的沉積循環)和蝕刻循環的選擇性製程期間，所述蝕刻循環期間的壓力可相同於在所述沉積循環期間使用的壓力。雖然如此，且在一些實施例中，所述蝕刻循環期間的壓力可不同於所述沉積循環期間使用的壓力。在一些實施例中，所述蝕刻循環期間的壓力等於所述沉積循環期間的壓力，誤差在50%的誤差範圍內、或在40%的誤差範圍內、或在30%的誤差範圍內、或在20%的誤差範圍內、或在10%的誤差範圍內、或5%的誤差範圍內。
本文進一步提供一種系統，其包含一或多個反應室、一氣體注入系統和一控制器。該控制器構造成用於使所述系統執行如本文所述一用於磊晶沉積摻硼矽鍺層的方法。
根據本發明的又另一實施例，使用如本文所述的方法及/或結構可形成一裝置或其一部分。該摻硼矽鍺層可用於形成所述裝置的一源極、汲極及/或通道區。該裝置可為例如一場效電晶體(FET)(例如鰭式FET、環繞式閘極電晶體或一含有多個電晶體裝置的堆疊)。
在一第一實例中，參考圖1。圖1繪示根據本發明的多個示例性實施例之(例如選擇性沉積)方法(100)。該方法(100)包括下列步驟：在一反應室內提供基材(步驟102)；選擇性或非選擇性沉積一摻硼矽鍺層(步驟104)；及選擇性蝕刻步驟(步驟108)；選擇性重複該沉積步驟(104)和蝕刻步驟(108)(循環110)；及結束(步驟112)。
參照圖1和圖2，步驟(102)期間提供的基材(或結構)(200)可包括一第一區域(206)，其包含一第一材料(例如(單)晶體塊體材料(202))；及一第二區域(208)，其包含一第二材料(例如非單晶材料(204))。該第一材料可包括一單晶表面(210)；該第二區域(208)可包括一非單晶表面(212)，諸如一多晶表面或一非晶表面。該單晶表面(210)可為一單晶矽表面。或者或此外，該單晶表面(210)可包含一單晶矽鍺表面。或者或此外，該單晶表面(210)可包含一摻硼矽鍺表面。或者或此外，該單晶表面(210)可包含一摻硼矽鍺表面。
非單晶表面(212)可包括例如介電材料（諸如氧化物、氮氧化物、氮化物、碳氧化物或碳氧化物氮化物，包括例如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、碳化矽及其等之混合物，諸如SiOC、SiOCN及SiON）。
舉一非限制性實例來說，在提供基材的步驟(102)期間使用的反應室可包含一化學氣相沉積系統的反應室。雖然如此，其他反應室和替代性化學氣相沉積系統可亦用於執行本發明的多個實施例。反應室可為一獨立型反應室或叢集工具的一部分。
基材提供步驟(102)可包括在所述反應室內將基材加熱到一所欲的沉積溫度。在本發明的一些實施例中，基材提供步驟(102)包括將基材加熱到小於約450°C的溫度或者甚至加熱到小於約400°C的溫度。例如，在本發明的一些實施例中，將基材加熱到一沉積溫度可包含將基材加熱到至少380°C至最高420°C的溫度。在沉積所述摻硼矽鍺層(104)的步驟及選擇性蝕刻步驟(108)的整個過程中，保持沉積溫度。
在一示例性實施例中，基材維持在400℃的溫度，且該反應室維持在80托的壓力。乙矽烷流(實質純淨)是在30sccm(每分鐘標準立方厘米)的流速下提供，且鍺烷(例如，如N2 載氣中的5% 體積GeH4 )是在1650sccm的流速下提供給所述反應室。14sccm B2 H6 提供給在N2 載氣中稀釋的反應室。N2 載氣是在10slm(每分鐘標準公升數)的流速下提供。在此示例性製程中，所述前驅物和載氣連續提供給該反應室。在此提供的流速是針對300 mm晶圓給出的，但如果需要，可輕鬆轉換為其他晶圓尺寸。如圖4所示的X射線繞射測量(X-ray Diffraction measurement，XRD)所示，此一製程可產生優良的晶體品質。此外，霧度測量(6 ppm)和X射線反射(X-ray Reflectivity，XRR)測量(20nm厚膜時為0.3nm)指出非常低表面粗糙度。因此，可使用此一方法來生長優良的摻硼矽鍺層。
圖3示出根據本發明的又另一示例性實施例的系統(300)。所述系統(300)可用於執行如本文所述的方法及/或形成如本文所述的一結構或裝置部分。
在所示的示例中，所述系統(300)包括一選擇性基材處理系統(302)、一或多個反應室(304)、一氣體注入系統(306)及選擇性一配置在一(或多個)反應室(304)和基材處理系統(302)之間的壁部(308)。所述系統(300)可亦包括一第一氣體源(310)、一第二氣體源(312)、一第三氣體源(314)、一第四氣體源(316)、一排氣(326)和一控制器(328)。所述第一至第四氣體源之至少一者包括一矽前驅物源。該矽前驅物可為乙矽烷。所述第一至第四氣體源之至少一者包括一載氣體源，例如一N2 源。所述第一至第四氣體源之至少一者包括一鍺前驅物源。該鍺前驅物可為鍺烷。所述第一至第四氣體源之至少一者包括一硼前驅物源。該硼前驅物可為乙硼烷。
雖然示出具有四個氣體源(310-316)，但是所述系統(300)可包括任何適合數量的氣體源。該等氣體源(310-316)之每一者可包括例如多個前驅物氣體，例如本文所述的矽、鍺和硼前驅物，包括此前驅物的混合物及/或一或多個前驅物與一載氣的混合物。此外，該等氣體源310-316之一者或另一氣體源可包括一蝕刻劑，諸如一元素鹵素，例如氯。氣體源(310)-(316)可經由管線(318)-(324)耦接到反應室(304)，該等管線之每一者可包括多個流速控制器、閥、加熱器等。
所述系統(300)可包括任何適合數量的反應室304和基材處理系統(302)。此外，一或多個反應室304可為或包括一交叉流動的冷壁磊晶反應室。
真空源(320)可包括一或多個真空幫浦。
該控制器(328)可構造成執行如本文所述的各種功能及/或步驟。例如，該控制器(328)可構造成使所述系統(300)執行如本文所述一用於磊晶生長摻硼矽鍺層之方法。
一控制器(328)可包括一或多個微處理器、記憶體元件及/或切換元件，以執行各種功能。雖然示出為一單個單元，但是該控制器(328)可替代性包含多個裝置。舉例來說，該控制器(328)可用於控制氣流(例如藉由監測來自氣體源(310-316)及/或控制閥、馬達、加熱器等的多個前驅物/或其他氣體的流速)。此外，當所述系統(300)包括二或多個反應室時，該等二或多個反應室可耦接到相同/共用的控制器。
在反應器系統(300)的操作期間，諸如半導體晶圓(未示出)之類的基材從例如一基材處理系統(302)轉移到一反應室(304)。一旦該(等)基材轉移到所述反應室(304)，來自氣體源(310-316)的一或多個氣體(諸如前驅物、摻雜劑、載氣及/或沖洗氣體)經由一氣體噴射系統(306)而引入所述反應室中(304)。一氣體注入系統(306)可在基材處理期間用於計量和控制一或多個氣體(例如來自一或多個氣體源(310-316))的氣體流動，並提供該(等)氣體到所述反應室(304)內多個位置的想要流動。
在一示例性實施例中，一摻硼矽鍺層是在至少350°C至最高450°C的溫度下沉積，例如在400°C的溫度，如由懸掛在反應室中和所述基材上方的一高溫計所測量。乙矽烷用作一矽前驅物，鍺烷用作一鍺前驅物，及乙硼烷用作一硼前驅物。在400°C的溫度下，當在單晶矽上的生長(較快)與在諸如氮化矽或氧化矽的電介質上生長(較慢)相比較，該製程的成核延遲可為例如5至10nm。因此，此成核延遲可用於在單晶矽上相對於電介質選擇性生長多個薄摻硼矽鍺薄層。或者，其可使用沉積-蝕刻製程來生長多個較厚層，該製程可以或可不循環，此取決於沉積層的想要厚度。
當使用沉積-蝕刻製程時，可有利使用一含鹵素的蝕刻劑，諸如一含氯(諸如Cl2 )的蝕刻劑。注意，如本文使用的用語「蝕刻劑」和「蝕刻氣體」可互換使用。一循環沉積製程可適當描述多個交替生長脈衝和蝕刻脈衝。在多個生長脈衝期間，一含有乙矽烷、鍺烷和乙硼烷的氣體混合物提供給所述反應室。在多個蝕刻脈衝期間，一含有蝕刻劑的氣體混合物提供給所述反應室。在一些實施例中，所述生長脈衝和所述蝕刻脈衝是由沖洗所分開。在沖洗期間，一實質惰性氣體或惰性氣體的混合物可提供給所述反應室，藉此從所述反應室去除反應性物質，諸如前驅物和蝕刻劑。
在多個有利實施例中，一蝕刻脈衝持續小於130s、或小於110s、或小於90s、或小於70s、或小於50s、或小於30s、或小於20s、或小於10s、或小於5s。此短蝕刻時間可有利改善表面粗糙度。
在一進一步示例性實施例中，在諸如單晶矽的單晶表面上選擇性及磊晶生長摻硼矽鍺。此可在一獨立沉積中或當作含有沉積和蝕刻之一或多個序列的一部分製程來完成。所述沉積可在不同溫度下進行，諸如從至少350°C至最高450°C的溫度或從至少380°C至最高420°C的溫度，例如400°C的溫度，如懸掛在反應室中及所述基材上方的一高溫計所測量。所述製程是在不同壓力下進行，諸如從至少40托至最高160托的壓力、從至少60托至最高120托的壓力，例如約80托的壓力。一諸如N2 的惰性氣體可在不同流速下用作一載氣，例如每分鐘至少5標準公升數(slm)至最高20slm、或至少7.5slm至最高15slm、或約10slm的流速。乙矽烷可在不同流速下提供給所述反應室，諸如15sccm至60sccm的流速或25sccm至35sccm的流速，例如30sccm的流速。鍺烷可在不同流速下提供給所述反應室，諸如至少350sccm至最高3000sccm的流速、或至少800sccm至最高3000sccm的流速、或至少1200sccm至2200sccm的流速，例如1700sccm的流速。乙硼烷可在不同流速下提供給所述反應室，諸如至少0.5sccm至最高60sccm的流速、或至少5sccm至最高20sccm的流速、或至少7.5sccm至最高15sccm，例如11sccm的流速。X射線繞射測量指出使用此一製程沉積摻硼矽鍺層有良好的晶體品質。而且，霧度測量和X射線反射光譜指出表面粗糙度低。鍺含量可從至少10%原子至最高90%原子、或從至少20%原子至最高80%原子、或從至少30%原子至最高70%原子、或從至少40%原子至最高60%原子、或約50%原子。薄片電阻測量連同厚度測量指出可使用一系列沉積步驟和蝕刻步驟來生長任意厚度的良好品質層。圖5示出根據此實施例生長一摻硼矽鍺層。特別是，圖5示出一含有塊體單晶矽(510)的基材之穿透式電子顯微鏡照片，其上的某些地方生長一氧化矽層(520)。在其他位置，該單晶矽塊體暴露於基材的表面。在所述氧化矽層(520)的頂部上，生長一氮化矽層(530)。在所述單晶矽(510)上生長磊晶和單晶摻硼矽鍺(540)。在所述氧化矽層(520)和所述氮化矽層(530)上生長一非晶摻硼矽鍺(545)。所述氧化矽層(520)的厚度為8.4nm。所述氮化矽層(530)的厚度為46.7nm。所述非晶摻硼矽鍺層(540)的厚度為10.3nm。所述磊晶摻硼矽鍺層的厚度為22.9nm。事實上，所述非晶摻硼矽鍺層的厚度低於所述磊晶摻硼矽鍺層的厚度，且事實上，相對於含鹵素的蝕刻劑諸如Cl2 之類，發現到非晶摻硼矽鍺具有較高的蝕刻速率，可用來藉由一或多個循環以在塊體單晶矽(510)上選擇性沉積磊晶摻硼矽鍺，每個循環包含一沉積步驟，隨後是一蝕刻步驟。在本發明沒有受限於任何特定理論或操作模式的情況下，相信介於(一方面)所述磊晶和單晶摻硼矽鍺層(540)與(另方面)所述非晶摻硼矽鍺層(545)之間的厚度差係由於成核延遲；即是，相較於在所述氧化矽層(520)或所述氮化矽層(530)，摻硼成核認為在該單晶矽塊體(510)上為較快形成。
在一進一步示例性實施例中，在一諸如單晶矽的單晶表面上選擇性及磊晶生長摻硼和鎵矽鍺。此可在一獨立沉積中或當作含有沉積和蝕刻之一或多個序列的一部分製程來完成。所述沉積可在不同溫度下進行，諸如從至少350°C至最高450°C的溫度或從至少380°C至最高420°C的溫度，例如400°C的溫度，如懸掛在反應室中及所述基材上方的一高溫計所測量。該製程是在不同壓力下進行，諸如從至少10托至最高160托的壓力、或從至少40托至最高160托的壓力、或從至少60托至最高120托的壓力，例如約80托的壓力。一諸如N2 的惰性氣體可在不同流速下用作一載氣，例如每分鐘至少5標準公升數(slm)至最高20slm、或至少7.5slm至最高15slm、或約10slm的流速。乙矽烷可在不同流速下提供給所述反應室，諸如15sccm至60sccm的流速或25sccm至35sccm的流速，例如30sccm的流速。鍺烷可在不同流速下提供給所述反應室，諸如至少350sccm至最高3000sccm的流速、或至少800sccm至最高3000sccm的流速、或至少1200sccm至最高2200sccm的流速，例如1700sccm的流速。乙硼烷可在不同流速下提供給所述反應室，諸如至少0.5sccm至最高60sccm的流速、或至少5sccm至最高2 0sccm的流速、或至少7.5sccm至最高15sccm，例如例如11sccm的流速。一諸如三叔丁基丁基鎵(TTBGa)的烷基鎵可在不同流速下提供給所述反應室，諸如至少20sccm至最高60sccm的流速、或至少30sccm至最高50sccm的流速，例如約45sccm的流速。X射線繞射測量指出良好的晶體質量。霧度和X射線反射測量指出表面粗糙度低。鍺含量可從至少10%原子至最高90%原子、或從至少20%原子至最高80%原子、或從至少30%原子至最高70%原子、或從至少40%原子至最高60%原子、或約50%原子。
在一示例性蝕刻脈衝中，氯(Cl2 )可用作一蝕刻劑，並可在至少5sccm至最高20sccm、或至少7sccm至最高15sccm、或約10sccm的流速下提供給所述反應室。所述蝕刻脈衝期間的壓力可從至少20托至最高80托、或至少30托至最高60托，例如約40托。在40托的壓力下，10sccm的Cl2 流速可產生約8nm/min的蝕刻速率。
前述本發明的示例姓實施例並未限制本發明的範疇，因為這些實施例僅是本發明之多個實施例的示例，其是由文後申請專利範圍及其法律上等同請求項所限定。任何等效具體例皆旨在本發明之範疇內。實際上，除本文中所示及所述者以外，所屬技術領域中具有通常知識者可由本說明書明白本發明之各種修改（諸如所述元件之替代可用組合）。此類修改及實施例亦意欲落在隨附之申請專利範圍的範疇內。
100:方法 102:基材提供步驟 104:沉積步驟 108:蝕刻步驟 110:循環迴路/重複沉積步驟104和蝕刻步驟108 112:方法結束 200:基材 202:單晶材料 204:非單晶材料 206:第一區 208:第二區 210:單晶表面 212:非單晶表面 300:系統 302:基材處理系統 304:反應室 306:注入系統 308:壁部 310:第一氣體源 311:第二氣體源 312:第三氣體源 314:第四氣體源 316:第五氣體源 318:管線 320:管線 322:管線 324:管線 326:排氣 328:控制器 510:單晶矽 520:氧化矽層 530:氮化矽層 540:磊晶和單晶摻硼矽鍺/磊晶和單晶摻硼矽鍺層 545:非晶摻硼矽鍺/非晶摻硼矽鍺層
當結合下列闡釋性圖式考慮時，可藉由參照實施方式及申請專利範圍而得到對本發明之實施例的更完整瞭解。 【圖1】繪示根據本發明之例示性實施例之方法。 【圖2】繪示根據本發明的示例性實施例之可在其上沉積摻硼矽鍺層之基材(200)。 【圖3】繪示根據本發明的附加示例性實施例之系統(300)。 【圖4】示出在使用本文所述方法所生長的一摻硼矽鍺層上的X射線繞射(X-Ray Diffraction，XRD)和X射線反射(X-Ray Reflectivity，XRR)測量結果。 【圖5】示出在如本文所述方法的示例性實施例期間可能遇到的中間結構的穿透式電子顯微鏡影像。 在所有圖式中，使用下列編號：100–方法；102–基材提供步驟；104–沉積步驟；108–蝕刻步驟；110–循環迴路/重複沉積步驟104和蝕刻步驟108；112–方法結束；200–基材；202–單晶材料；204–非單晶材料；206–第一區；208–第二區；210–單晶表面；212–非單晶表面；300–系統；302–基材處理系統；304–反應室；306–注入系統；308–壁部；310–第一氣體源；311–第二氣體源；312–第三氣體源；314–第四氣體源；316–第五氣體源；318–管線；320–管線； 322–管線； 324–管線；326–排氣；328–控制器；510–單晶矽；520–氧化矽層；530–氮化矽層；540–磊晶和單晶摻硼矽鍺；545–非晶摻硼矽鍺。 應瞭解，圖式中之元件係為簡單且清晰起見而繪示且不必按比例繪製。舉例而言，圖式中之元件中之一些之尺寸可相對於其他元件而言放大以幫助改善對所繪示本發明具體例的理解。
100:方法
102:基材提供步驟
104:沉積步驟
108:蝕刻步驟
110:循環迴路/重複沉積步驟104和蝕刻步驟108
112:方法結束

Claims (20)

  1. 一種用於磊晶生長摻硼矽鍺層之方法，其包含： 在一反應室中提供一含有單晶表面的基材； 將一矽前驅物、一鍺前驅物、一硼前驅物和一載氣引入該反應室，藉此在該單晶表面上磊晶生長一摻硼矽鍺層， 其中該矽前驅物包含乙矽烷， 其中該鍺前驅物包含鍺烷，及 其中該硼前驅物包含乙硼烷。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該載氣實質由一或多個惰性氣體所組成。
  3. 如請求項1或2所述之方法，其中該基材維持在至少300℃至最高450℃的溫度，溫度係由懸浮在該反應室中和該基材上方的一高溫計所測量。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之方法，其中該反應室維持在至少10托至最高160托的壓力。
  5. 如請求項1至4中任一項所述之方法，其中該載氣是在至少2slm至最高30slm的流速下提供給該反應室。
  6. 如請求項1至5中任一項所述之方法，其中該矽前驅物是在至少15sccm至最高45sccm的流速下提供給該反應室。
  7. 如請求項1至9中任一項所述之方法，其中該鍺前驅物是在至少350sccm至最高2000sccm的流速下提供給該反應室。
  8. 如請求項1至7中任一項所述之方法，其中該硼前驅物是在至少0.5sccm至最高60sccm的流速下提供給該反應室。
  9. 如請求項1至8中任一項所述之方法，其更包含將一鎵前驅物引入該反應室中，藉此在該單晶表面上磊晶生長一摻硼和鎵矽鍺層。
  10. 如請求項1至9中任一項所述之方法，其中， - 該基材包含一第一表面和一第二表面，其中該第一表面是一單晶表面，其中該第二表面是一電介質表面；而且其中在該第一表面上選擇性及磊晶生長該摻硼矽鍺層。
  11. 如請求項10所述之方法，其中在該第二表面上生長寄生摻硼矽鍺，而且其中該方法更包含下列步驟： 將一蝕刻氣體引入該反應室中，藉此蝕刻在該第二表面上生長的該寄生摻硼矽鍺。
  12. 如請求項11所述之方法，其中該寄生摻硼矽鍺包含寄生摻硼矽鍺晶核及/或非晶矽鍺。
  13. 如請求項12所述之方法，其中包括下列步驟： - 將該矽前驅物、該鍺前驅物、該硼前驅物和該載氣引入該反應室；及 - 將一蝕刻氣體引入該反應室； 在該第一表面上的該摻硼磊晶矽鍺層達到一預定厚度之前，重複前述步驟。
  14. 如請求項13所述之方法，其中該蝕刻氣體包含一鹵素。
  15. 如請求項11至14中任一項所述之方法，其中該第二表面係選自由下列所組成的列表：一氧化矽表面、一氮化矽表面、一碳氧化矽表面、一氮氧化矽表面、一氧化鉿表面、一氧化鋯表面和一氧化鋁表面。
  16. 如請求項1至15中任一項所述之方法，其中該單晶表面包含一單晶矽表面。
  17. 如請求項1至16中任一項所述之方法，其中該單晶表面包含一單晶矽鍺表面。
  18. 如請求項17所述之方法，其中該單晶矽鍺表面包含一摻硼矽鍺表面。
  19. 一種系統(300)，其包含一或多個反應室(304)；一氣體注入系統(306)；及一控制器(328)，其構造成使該系統(300)執行如請求項1至18中任一項所述之方法。
  20. 一種場效電晶體，其包含一摻硼矽鍺層當作源極、汲極及/或通道區，其中該摻硼矽鍺層為藉由如請求項1至19中任一項所述之方法所沉積。
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