TW202212650A - 沉積含硼及鎵的矽鍺層之方法 - Google Patents

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喬 瑪格蒂斯
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Abstract

所揭示者係用於磊晶生長摻雜硼及鎵的矽鍺層之方法及裝置。該等層可舉例而言使用作為場效應電晶體中之p型源極及/或汲極區。

Description

沉積含硼及鎵的矽鍺層之方法
本揭露大致上係關於合適用於形成電子裝置之方法及系統。更具體地，本揭露係關於可用於在基材表面上沉積材料（例如用於選擇性沉積材料）（諸如經摻雜半導體材料）之方法及系統。
半導體裝置（諸如，舉例而言互補式金氧半導體(complementary metal-oxide-semiconductor, CMOS)裝置）之縮放已引發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。
一個具體的挑戰係關於對半導體裝置結構之主動區的接觸電阻減少。進一步地，在許多應用中，可係所希望的是選擇性沉積合併摻雜劑之半導體材料（例如高度摻雜之IV族半導體材料）。然而，此類技術可能未經充分發展。據此，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，因為許多先進電子裝置可承受的熱預算(thermal budget)有限，對於以更低溫度沉積半導體材料存在具體需求。
此外，對沉積可在其上製作具非常低的接觸電阻的接觸件之半導體材料有具體需求。對允許選擇性地沉積此類材料的方法存在特定需求。
美國公開案第2014120678 A1號揭示用於三維結構之高度摻雜含Si材料的選擇性及保形(conformal)磊晶之方法。
本節提出之任何討論（包括問題及解決方案的討論）僅為了提供本揭露背景脈絡之目的而包括在本揭露中。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。
本揭露之各種實施例係關於例如選擇性沉積方法的沉積方法、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/或裝置之設備。雖然在下文更詳細地討論本揭露之各種實施例應對先前方法及系統之缺點的方式，大致上，本揭露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。該等經摻雜半導體層可展現相對低的接觸電阻。
本文中描述一種用於磊晶生長一摻雜硼及鎵的矽鍺層之方法。該方法包含在一反應器室中提供一基材，該基材包含一單晶表面。該方法進一步包含引入一矽前驅物、一鍺前驅物、一硼前驅物、一鎵前驅物。因此，摻雜硼及鎵的矽鍺層係生長在該單晶表面上。該矽前驅物係選自由矽烷、環矽烷、烷基矽烷、及炔基矽烷所組成之列表。該鍺前驅物係選自由鍺烷、環鍺烷、烷基鍺烷、及炔基鍺烷所組成之列表。該硼前驅物係選自由硼烷及有機硼氫化物所組成之列表。該等有機硼氫化物具有通式R xM(BH 4) 3-x，其中R獨立地選自H、CH 3、C 2H 5、C 6H 5、及NH 2；M係獨立地選自鎵、鋁、及銦的IIIA族金屬；且x係一從1至3的整數。該鎵前驅物係選自由烷基鎵、Ga(BH 4) 3、及GaH 3所組成之列表。
本文中進一步描述一種用於磊晶生長一摻雜硼及鎵的矽鍺層之方法。該方法包含在一反應器室中提供一基材，該基材包含一單晶表面。該方法進一步包含將一矽前驅物、一鍺前驅物、一硼前驅物、及一鎵前驅物引入至該反應器室中。因此，一摻雜硼及鎵的矽鍺層係生長在該單晶表面上。該矽前驅物、該鍺前驅物、該硼前驅物、及該鎵前驅物實質上不含氯。
在一些實施例中，該矽前驅物、該鍺前驅物、該硼前驅物、及該鎵前驅物實質上不含鹵素。
在一些實施例中，該方法進一步包含將一載體氣體引入至該反應器室中。
在一些實施例中，該載體氣體不含氯。
在一些實施例中，該載體氣體不含鹵素。
在一些實施例中，該載體氣體係選自由氫、稀有氣體、及氮所組成之列表。
在一些實施例中，該載體氣體包含選自由氦、氖、氪、氬、及氙所組成之列表的一稀有氣體。
在一些實施例中，該矽前驅物包含矽烷，且選自由矽烷(SiH 4)、二矽烷(Si 2H 6)、三矽烷(Si 3H 8)、四矽烷(Si 4H 10)、五矽烷(Si 5H 12)所組成之列表。
在一些實施例中，該矽前驅物包含甲基矽烷(CH 3-SiH 3)。
在一些實施例中，該鍺前驅物係選自由鍺烷(GeH 4)、二鍺烷(Ge 2H 6)、三鍺烷(Ge 3H 8)、或鍺基矽烷(H 3Ge-SiH 3)所組成之列表。
在一些實施例中，該鎵前驅物係烷基鎵。
在一些實施例中，該鎵前驅物係選自由三甲基鎵(TMG)或三乙基鎵(TEG)、三第三丁基鎵(TTBGa)、Ga(BH 4) 3、及GaH 3所組成之列表。
在一些實施例中，該硼前驅物包含硼烷。
在一些實施例中，該硼前驅物包含二硼烷(B 2H 6)。
在一些實施例中，該基材包含一第一表面及一第二表面。該第一表面係單晶表面。該第二表面係介電性表面。接著該摻雜硼及鎵的矽鍺層選擇性且磊晶生長於該第一表面上。
在一些實施例中，該方法進一步包含將一或多個蓋層前驅物引入至該反應器室中之步驟。因此，形成上覆於該摻雜硼及鎵的矽鍺層之一磊晶蓋層。之後，可將一蝕刻氣體引入至該反應器室中。因此，蝕刻該磊晶蓋層。
在一些實施例中，重複下列步驟，直至該第一表面上的該摻雜硼及鎵的磊晶矽鍺層已達到預定厚度為止：將該矽前驅物、該鍺前驅物、該硼前驅物、該鎵前驅物、及該載體氣體引入至該反應器室中；將一或多個蓋層前驅物引入至該反應器室中；及將一蝕刻氣體引入至該反應器室中。
在一些實施例中，該一或多個蓋層前驅物包含一矽前驅物及一硼前驅物，且該蓋層包含矽及硼。
在一些實施例中，該蝕刻氣體包含鹵素。
在一些實施例中，該蝕刻氣體係選自由HCl、Cl 2、及HBr所組成之列表。
在一些實施例中，該第二表面係選自由以下所組成之列表：氧化矽表面、氮化矽表面、碳氧化矽表面、氮氧化矽表面、氧化鉿表面、氧化鋯表面、及氧化鋁表面。
在一些實施例中，該反應器室係維持在至少300°C到至多600°C的溫度。
在一些實施例中，該反應器室係維持在至少10托到至多150托之壓力。
在一些實施例中，該矽前驅物係矽烷，該鍺前驅物係鍺烷，該硼前驅物係硼烷，且該鎵前驅物係烷基鎵。
在一些實施例中，該矽前驅物係SiH 4，該鍺前驅物係GeH 4，該硼前驅物係B 2H 6，且該鎵前驅物係(CH 3CH 2) 3Ga。
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雜硼的矽鍺表面。
在一些實施例中，該單晶矽鍺表面包含一摻雜硼及鎵的矽鍺表面。
本文中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、及一控制器，該控制器經組態用於致使該系統執行如本文中所述之方法。
本文中進一步提供一種場效應電晶體，其包含一摻雜硼及鎵的矽鍺層作為一源極及/或汲極接觸件。該摻雜硼及鎵的矽鍺層係透過如本文中所述之方法沉積。
依據本揭露之尚有額外的實例，揭示一種用以執行如本文中所述之方法及/或用以形成一結構、裝置、或任一者之部份的系統。
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揭露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。舉例而言，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。
如下文更詳細提出的，本揭露之各種實施例提供用於在基材表面上沉積摻雜硼及鎵的矽鍺之方法。例示性方法可用以舉例而言形成半導體裝置之源極區及/或汲極區，該等裝置展現相對高的遷移率、相對低的接觸電阻，並維持經沉積層的結構及組成。尤其，該等層可用作n通道MOSFET中之p型源極及/或汲極區。可使用此等層之例示性MOSFET包括FinFET及GAA（環繞式閘極）FET。此外，因為經降低的通道效應，本揭露之層特別適用於淺接合(shallow junction)的形成。在一些實施例中，本方法涉及選擇性沉積摻雜硼及鎵的矽鍺。
在本揭露中，「氣體(gas)」可包括在常溫及常壓(NTP)下為氣體之材料、汽化固體、及/或汽化液體，並可取決於上下文由單一氣體或氣體混合物構成。除了製程氣體以外的氣體（即，非通過氣體分配總成、多埠注入系統、其他氣體分配裝置、或類似者所引入的氣體）可用於例如密封反應空間，且可包括諸如稀有氣體的密封氣體。在一些情況下，用語「前驅物(precursor)」可指參與生成另一化合物的化學反應之化合物，且具體係指構成膜基質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地使用。
如本文中所使用，用語「基材(substrate)」可指可用以形成或在其上可形成裝置、電路、或膜之任何（多個）下伏材料。如下文更詳細提出的，基材表面可包括二或更多個區域，其中該二或更多個區域之各者包含不同材料。
如本文中所使用，用語「磊晶層(epitaxial layer)」可指在一下伏實質單晶基材或層上之一實質單晶層。
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/或分解以生成所欲沉積。
如本文中所使用，用語「膜(film)」及/或「層(layer)」可指任何連續或不連續的結構及材料（諸如，藉由本文中所揭示之方法沉積之材料）。舉例而言，膜及/或層可包括二維材料、三維材料、奈米粒子、或甚至部分或完整分子層、或部分或完整原子層、或原子及/或分子團簇。膜或層可包含具針孔的材料或層，其可係至少部分連續的。替代地，膜或層可完全由獨立島組成。
進一步地，在本揭露中，變數之任兩個數字可構成該變數之可工作範圍，且所指示之任何範圍可包括或排除端點。額外地，所指示的變數之任何數值（不管該等數值是否以「約」來指示）可指精確值或近似值並包括等效值，且可指平均值、中間值、代表值、多數值或類似者。進一步地，在本揭露中，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)」。應理解，當組成、方法、裝置等經述包含某些特徵時，意謂其包括彼等特徵，且不必然排除其他特徵之存在，只要其他特徵不使主張變得不可行。儘管如此，用語「包含(comprises)」包括「由……組成(consists of)」之含義，即所探討之組成、方法、裝置等僅包括所列出之特徵、組分（件）、及/或步驟，且不含任何其他特徵、組分（件）、步驟等。
在本揭露中，在一些實施例中，任何已定義之意義不必然排除尋常及慣例意義。
如本文中所使用，用語「載體氣體(carrier gas)」可指與一或多個前驅物共同提供至反應器室的氣體。舉例而言，載體氣體可與本文中所使用的前驅物中之一或多者共同提供至反應器室。例示性載體氣體包括N 2、H 2、及稀有氣體（諸如He、Ne、Kr、Ar、及Xe）。
與載體氣體相反，沖洗氣體可分開地提供至反應器室（即，並未與一或多個前驅物共同提供）。儘管如此，通常用作載體氣體之氣體亦可用作沖洗氣體，甚至是在相同製程內。舉例而言，在循環沉積－蝕刻製程中，用作載體氣體之N 2可在沉積脈衝期間與一或多個前驅物共同提供，且用作沖洗氣體之N 2可用以分開沉積及蝕刻脈衝。於是，在特定上下文中判定氣體是充當沖洗氣體或載體氣體的是該氣體被提供至反應器室的方式。因此，如本文中所使用，用語「沖洗(purge)」可指在與彼此起反應的兩個氣體脈衝之間提供惰性或實質上惰性的氣體至反應器室的程序。舉例而言，可在前驅物脈衝與反應物脈衝之間提供沖洗（例如使用氮氣），因此避免或至少最小化前驅物與反應物之間的氣相交互作用。應理解，沖洗可在時間上或在空間上之任一者或兩者來施行。舉例而言，在時間沖洗的情況下，可例如在時間序列中使用沖洗步驟，該時間序列係提供第一前驅物至一反應器室、提供沖洗氣體至該反應器室、及提供第二前驅物至該反應器室，其中在其上沉積一層之基材不移動。舉例而言，在空間沖洗的情況下，沖洗步驟可採取下列形式：從持續供應第一前驅物之第一位置移動基材、通過沖洗氣體幕(curtain)、至持續供應第二前驅物之第二位置。
如下文更詳細提出的，本文中所述之例示性方法的各種步驟可在相同反應室中或在舉例而言相同叢集工具的不同反應室中執行。
本揭露係關於摻雜硼及鎵的矽鍺之磊晶沉積。本揭示方法及裝置允許在低溫下的具低阻抗之層的選擇性或非選擇性沉積。該等層可舉例而言用作場效應電晶體中之p型源極及/或汲極區。
因此，本文中所述係一種用於磊晶生長摻雜硼及鎵的矽鍺層之方法。該方法包含在反應器室中提供基材。基材包含單晶材料。換言之，基材包含單晶表面。有利地，基材包含單晶矽表面。額外或替代地，基材可包含單晶矽鍺表面。額外或替代地，基材可包含摻雜硼的矽鍺表面。額外或替代地，基材可包含摻雜硼及鎵的矽鍺表面。
該方法進一步包含將矽前驅物、鍺前驅物、硼前驅物、及鎵前驅物引入至反應室中。因此，摻雜硼及鎵的矽鍺層經磊晶生長於基材表面上。
在一些實施例中，將硼前驅物、鎵前驅物、矽前驅物、及鍺前驅物持續地提供至反應室。替代地，該層可透過一循環沉積製程形成。因此，在一些實施例中，將硼前驅物、鎵前驅物、矽前驅物、及鍺前驅物依序提供至反應器室。替代地，選自硼前驅物、鎵前驅物、矽前驅物、及鍺前驅物中之任兩個前驅物可用一組合前驅物脈衝同時提供至反應室，而剩餘前驅物以分開的前驅物提供至反應器室。替代地，選自硼前驅物、鎵前驅物、矽前驅物、及鍺前驅物中之任三個前驅物可用一組合前驅物脈衝同時提供至反應室，而剩餘前驅物以分開的前驅物提供至反應器室。在一些實施例中，一或多個前驅物係持續地提供至反應器室，且剩餘前驅物係以脈衝提供至反應器室。可選地，上文提及前驅物脈衝的任一者或全部係藉由沖洗步驟來分開。
應理解，本方法可在任何合適的預清潔之後實行。一個可行的預清潔係電漿清潔，其造成H終端矽表面。另一個可行的預清潔使用濕化學。舉例而言，可使用下列序列：在由NH 4OH、H 2O 2、及H 2O組成之混合物中進行表面氧化；隨後淋洗(rinse)；隨後HF浸漬(dip)；隨後淋洗。舉例而言，合適之HF浸漬包含由從至少0.1 vol. %到至多1.5 vol. %之水中的HF所組成之混合物中的浸漬。額外或替代地，可使用氣相預清潔。
在一些實施例中，方法進一步包含將載體氣體引入至反應器室中。當舉例而言使用難於揮發的前驅物時，此可尤其有用，在此情況中，載體氣體可幫助將前驅物帶入至反應室。
在一些實施例中，矽前驅物、鍺前驅物、硼前驅物、及鎵前驅物實質上不含氯。在一些實施例中，其等不含氯。換言之，在一些實施例中，前驅物中無一者含氯。
在一些實施例中，矽前驅物、鍺前驅物、硼前驅物、及鎵前驅物實質上不含鹵素。在一些實施例中，其等不包含任何鹵素。換言之，在一些實施例中，前驅物中無一者含鹵素。
在本發明不受限於任何具體理論或操作模式的情況下，咸信使用無氯或無鹵素前驅物將防止在磊晶生長期間優先進行鎵蝕刻。因此，與使用含氯或含鹵素前驅物之製程相比，所得矽鍺層中之總摻雜劑濃度（即，鎵濃度加上硼濃度之總和）可能會增加。
應理解，當使用載體氣體時，載體氣體亦較佳地係實質上無氯及/或實質上無鹵素。再者，在將除上文提及的前驅物及載體氣體之外的其他氣體引入至反應器中的情況下，此等進一步氣體較佳地也不包含任何氯及/或鹵素。
在一些實施例中，矽前驅物係選自由矽烷(silanes)、環矽烷(cyclosilanes)、烷基矽烷(alkylsilanes)、及炔基矽烷(alkynilsilanes)所組成之列表。
在一些實施例中，矽前驅物包含矽烷，且選自由矽烷(SiH 4)、二矽烷(Si 2H 6)、三矽烷(Si 3H 8)、四矽烷(Si 4H 10)、五矽烷(Si 5H 12)所組成之列表。
在一些實施例中，矽前驅物包含甲基矽烷(CH 3-SiH 3)。
在一些實施例中，鍺前驅物係選自由鍺烷(germanes)、環鍺烷(cyclogermanes)、烷基鍺烷(alkylgermanes)、及炔基鍺烷(alkynylgermanes)所組成之列表。
在一些實施例中，鍺前驅物係選自由鍺烷(GeH 4)、二鍺烷(Ge 2H 6)、三鍺烷(Ge 3H 8)、及鍺基矽烷(H 3Ge-SiH 3)所組成的列表。
在一些實施例中，硼前驅物係選自由硼烷(boranes)及有機硼氫化物(borohydrides)所組成之列表，有機硼氫化物具有通式R xM(BH 4) 3-x，其中R係獨立地選自H、CH 3、C 2H 5、C 6H 5、及NH 2；M係獨立地選自鎵、鋁、及銦的IIIA族金屬；且x係一從1至3的整數。
在一些實施例中，硼前驅物包含硼烷。
在一些實施例中，硼前驅物包括二硼烷(B 2H 6)。
在一些實施例中，鎵前驅物係選自由烷基鎵(gallium alkyls)、Ga(BH 4) 3、及GaH 3所組成之列表。
在一些實施例中，鎵前驅物包含烷基鎵。合適的烷基鎵包括三甲基鎵(trimethylgallium, TMG)或三乙基鎵(triethylgallium, TEG)，以及三第三丁基鎵(tritertiarybutylgallium, TTBGa)。
在一些實施例中，鎵前驅物包含Ga(BH 4) 3。
在一些實施例中，鎵前驅物包含GaH 3。
在一些實施例中，載體氣體係選自由氫、稀有氣體、及氮所組成之列表。在一些實施例中，稀有氣體包含氦。在一些實施例中，稀有氣體包含氪。在一些實施例中，稀有氣體包含氖。在一些實施例中，稀有氣體包含氬。在一些實施例中，稀有氣體包含氙。在一些實施例中，N 2係用作載體氣體。
在一些實施例中，載體氣體提供至反應器室之流率係從至少100 sccm到至多30000 sccm、或從至少200 sccm到至多20000 sccm、或從至少300 sccm到至多10000 sccm、或從至少500 sccm到至多5000、或從至少750 sccm到至多2500 sccm、或從至少10000 sccm到至多20000 sccm、或15000 sccm。
在一些實施例中，矽前驅物係矽烷，鍺前驅物係鍺烷，硼前驅物係硼烷，且鎵前驅物係烷基鎵。在一些實施例中，矽前驅物為SiH 4，鍺前驅物為GeH 4，硼前驅物為B 2H 6，且鎵前驅物為(CH 3CH 2) 3Ga。
在一些實施例中，矽前驅物係SiH 4。SiH 4可作為100% SiH 4提供至反應器室。替代地，SiH 4可稀釋在例如H 2中，例如，H 2中從至少1.0到至多2.0 vol.%、從至少2.0 vol.%到至多5.0 vol.%、從至少5.0 vol.%到至多10.0 vol.%、從至少10.0 vol.%到至多20.0 vol.%、從至少20.0 vol.%到至多50.0 vol.%、或從至少50.0 vol.%到至多99.9 vol.%的SiH 4。
在一些實施例中，鍺前驅物係GeH 4。GeH 4可作為100% GeH 4提供至反應器室。替代地，可稀釋GeH 4例如在H 2中。例如，H 2中GeH 4的提供濃度可係H 2中從至少1.0到至多2.0 vol.%、從至少2.0 vol.%到至多5.0 vol.%、從至少3.0 vol.%到至多7.0 vol.%、從至少5.0 vol.%到至多10.0 vol.%、從至少10.0 vol.%到至多20.0 vol.%、從至少20.0 vol.%到至多50.0 vol.%、或從至少50.0 vol.%到至多99.9 vol.%的GeH 4。
在一些實施例中，硼前驅物為二硼烷，且二硼烷與作為載體氣體之H 2共同提供至反應器室。在一些實施例中，可使用H 2中0.1 vol.%至10.0 vol.%、或0.2 vol.%至5.0 vol.%、或0.4 vol.%至2.5 vol.%、或0.6 vol.%至1.5 vol.%、或0.8 vol.%至1.2 vol.%的二硼烷之混和物。
在一些實施例中，鎵前驅物係(CH 3CH 2) 3Ga。可提供純(CH 3CH 2) 3Ga至反應器室，即，100 vol.%濃度的(CH 3CH 2) 3Ga。替代地，(CH 3CH 2) 3Ga可用載體氣體以稀釋形式提供。
在一些實施例中，100 vol.% SiH 4以至少20 sccm到至多100 sccm的流率提供至反應器室。在一些實施例中，H 2中從至少3.0到至多7.0 vol.%的GeH 4以至少200 sccm到至多400 sccm的流率施加至反應器室。在一些實施例中，H 2中從至少0.5到至多2.0 vol.%的B 2H 6以至少2.0到至多12.0 sccm的流率提供至反應室。在一些實施例中，100 vol.%的(CH 3CH 2) 3Ga以至少1.0 sccm到至多5.0 sccm之流率提供至反應室。
本發明方法可允許摻雜硼及鎵的矽鍺層在預定選擇性窗(selectivity window)內之本質選擇性生長。換言之，本發明方法可用以選擇性地將摻雜硼及鎵的矽鍺生長於基材之一個部分（例如，單晶矽表面）上，而在該基材的另一部分（例如，氧化矽表面）無或無實質量生長發生。選擇性窗係所生長層之厚度範圍，其中層可單獨地或實質上單獨地生長在基材之一個部分上，而不在該基材之一或多個其他部分上生長。例示性選擇性窗係20 nm、10 nm、8 nm、6 nm、5 nm、4 nm、3 nm、2 nm、及1 nm。
在實現選擇性生長之一個實施例中，基材包含第一表面及第二表面。第一表面為單晶表面，例如，單晶矽表面或單晶矽鍺表面。額外或替代地，基材可包含單晶矽鍺表面。額外或替代地，基材可包含摻雜硼的矽鍺表面。額外或替代地，基材可包含摻雜硼及鎵的矽鍺表面。第一表面較佳地具有氫終端。第一表面可為一經摻雜層之表面，例如，摻雜硼的矽層。替代地，第一表面可為一無摻雜層的表面。第二表面為介電性表面，且摻雜硼及鎵的矽鍺層選擇性地且磊晶生長於第一表面上。換言之，摻雜硼及鎵的矽鍺層係生長在第一表面上，而不或實質上不生長在第二表面上。在本發明不被任何理論或操作模式限制的情況下，應理解到與第一表面相比，可通過在第二表面上的成核延遲獲得此類選擇性。
在一些實施例中，第二表面係選自由以下所組成之列表：氧化矽表面、氮化矽表面、碳氧化矽表面、氮氧化矽表面、氧化鉿表面、氧化鋯表面、及氧化鋁表面。在一些實施例中，在第二表面上暴露的材料可包括舉例而言一介電材料（諸如氧化物、氮化物、氮氧化物、碳氧化物、碳氧化物氮化物、及/或類似者，諸如氮化矽、氧化矽(SiO 2)、碳化矽、及其等之混合物（諸如SiOC、SiOCN、SiON））。在一些實施例中，第二區域具有氧化矽表面。換言之，在一些實施例中，第二材料由氧化矽(SiO 2)組成。
在實現選擇性生長一磊晶摻雜硼及鎵的矽鍺層的一些實施例中，方法包含在反應器室中提供基材。基材包含一第一區域及一第二區域，該第一區域包含第一材料，該第二區域包含第二材料。第一區域可包含單晶矽表面。額外或替代地，第一區域可包含單晶矽鍺表面。額外或替代地，第一區域可包含摻雜硼的矽鍺表面。額外或替代地，第一區域可包含摻雜硼及鎵的矽鍺表面。
該方法包含將摻雜硼及鎵的磊晶矽鍺層選擇性地生長於第一區域中之表面上。此類方法允許生長相對薄（即，具預定選擇性窗內的厚度）的磊晶矽鍺層而無需回蝕。例示性選擇性窗包括5 nm、10 nm、15 nm、或20 nm。
當希望選擇性地生長具有高於選擇性窗的厚度的摻雜硼及鎵的矽鍺層時，可使用加蓋及蝕刻(cap-and-etch)方法。此可舉例而言藉由將一或多個蓋層前驅物引入至反應器室中來完成，藉此形成上覆於摻雜硼及鎵的矽鍺層之一磊晶蓋層，且接著引入蝕刻氣體至反應器室中，藉此蝕刻該磊晶蓋層。合適的蝕刻氣體包括含鹵素化合物。例示性鹵素包括氟、氯、溴、及碘。在一些實施例中，蝕刻氣體包含氯。例示性含氯蝕刻氣體包括HCl及Cl 2。例示性含溴蝕刻氣體包括HBr。合適的加蓋及蝕刻方法描述於舉例而言美國臨時申請案第62/930,752號中，其在此以參考方式全文併入。
在本發明不被任何理論或特定操作模式限制的情況下，咸信在摻雜硼及鎵的矽鍺於第一表面上之磊晶生長期間，可在第二表面上形成已加蓋有蓋層之摻雜硼及鎵的矽鍺之寄生核(parasitic nuclei)，亦有蝕刻。將蝕刻氣體引入至反應器室中，完全或實質上完全地蝕刻第二區域中的核，同時在第一區域中僅蝕刻蓋層。
在一些實施例中，沉積摻雜硼及鎵的矽鍺層之步驟及蓋層沉積步驟係藉由沖洗步驟分開。
可重複前述加蓋及蝕刻法以便磊晶生長任何所欲厚度的層。據此，在一些實施例中，重複下列步驟，直至第一表面上之摻雜硼及鎵的磊晶矽鍺層已達到預定厚度：將矽前驅物、鍺前驅物、硼前驅物、鎵前驅物、及載體氣體引入至反應器室中；將一或多個蓋層前驅物引入至反應器室中；及將蝕刻氣體引入至反應器室中。可選地，藉由沖洗步驟來分開此等步驟。
換言之，在一些實施例中，依所欲重複沉積步驟、加蓋步驟、及蝕刻步驟之序列，直至形成預定厚度的被覆於第一區域之磊晶摻雜硼及鎵的矽鍺層。舉例而言，沉積步驟及蝕刻步驟可重複從至少1到至多1000次、從至少2到至多100次、從至少2到至多50次、從至少2到至多30次、從至少2到至多20次、或從至少5到至多15次、或從至少8到至多12次。
在一些實施例中，一或多個蓋層前驅物包含矽前驅物及硼前驅物，且蓋層包含矽及硼。舉例而言，上文在摻雜硼及鎵的矽鍺層生長的上下文中所提及之矽前驅物及硼前驅物可用作蓋層之矽及硼前驅物。
換言之，選擇性生長可藉由循環地執行下列子步驟i.、ii.、及iii.之序列來達成。步驟i.包含在單晶表面上磊晶生長一摻雜硼及鎵的矽鍺層，且藉由將矽烷、鍺烷、二硼烷、三乙基鎵、及載體氣體引入至反應器室中來在第二表面上生長一摻雜硼及鎵的非晶及/或多晶矽鍺層。步驟ii.包含如本文中所述的生長一加蓋層。步驟iii.包含藉由將一蝕刻劑引入至反應器室中來蝕刻磊晶摻雜硼及鎵的矽鍺層並蝕刻第二表面上之非晶及/或多晶摻雜硼及鎵的矽鍺層。接著重複子步驟i.、ii.、及iii.之序列，直至單晶表面上之磊晶摻雜磷矽層已達到預定厚度。可選地，步驟i.、ii.、及iii.之任何或全部可藉由沖洗步驟分開。
蝕刻步驟(iii)可在與沉積步驟(i)和加蓋步驟(ii)期間所使用的相同反應室中執行。替代地，蝕刻步驟可在另一反應室（諸如與沉積步驟期間所使用之反應室在相同叢集工具中之另一反應室）中執行。蝕刻步驟期間所維持的溫度及/或壓力可與上文連同沉積步驟所述之溫度及/或壓力相同或類似。
在本發明不受限於任何理論或特定操作模式的情況下，應理解，可通過下列機制中之任一者或組合獲得選擇性：1)非晶摻雜硼及鎵的矽鍺在第二區域中生長的速率慢於第一區域中之磊晶摻雜硼及鎵的矽鍺；2)相對於第一區域中之磊晶摻雜硼及鎵的矽鍺，第二表面上的非晶摻雜硼及鎵的矽鍺的生長展現了延遲生長；及/或3)第二區域中非晶摻雜硼及鎵的矽鍺經蝕刻的速率快於第一區域中之磊晶摻雜硼及鎵的矽鍺。因此，磊晶摻雜硼及鎵的矽鍺層可在第一區域中生長，而在第二區域中無沉積發生。換言之，磊晶摻雜硼及鎵的矽鍺膜在係生長在第一區域中的第一表面上，而在沉積之後，第二區域中的第二表面上則無或無實質量的非晶摻雜硼及鎵的矽鍺餘留。在本發明不受限於任何理論或特定操作模式的情況下，咸信成核延遲（即，機制2）在本文中所述的方法中的選擇性獲得發揮重要作用。
在一些實施例中，蝕刻劑包含元素鹵素。在一些實施例中，蝕刻劑包含HCl。在一些實施例中，蝕刻劑包含氯。換言之，在一些實施例中使用Cl 2作為蝕刻劑。在一些實施例中，Cl 2係在蝕刻循環期間以從至少5.0 sccm到至多100.0 sccm、或從至少10.0 sccm到至多50.0 sccm、或從至少15.0 sccm到至多40.0 sccm、或從至少20.0 sccm到至多30.0 sccm之流率提供至反應室。
在一些實施例中，蝕刻循環可為時從至少1.0秒到至多400.0秒、或從至少2.0秒到至多200.0秒、或從至少4.0秒到至多100.0秒、或從至少8.0秒到至多50.0秒、或從至少10.0秒到至多40.0秒、或從至少20.0秒到至多30.0秒。
在一些實施例中，在整個沉積循環及蝕刻循環中（即，在整個摻雜硼及鎵的矽鍺沉積步驟、蓋層沉積步驟、及蝕刻步驟中），保持溫度及壓力恆定。
在一些實施例中，蝕刻循環及沉積循環可處於不同壓力。換言之，在一些實施例中，沉積摻雜硼及鎵的矽鍺層之步驟、沉積蓋層之步驟、及/或蝕刻步驟可處於不同壓力。較佳地，前述壓力相對於發生的最低壓力差異不大於10%、或不大於20%、或不大於50%、或不大於100%、或不大於200%、或不大於500%、或不大於1000%。以此方式保持壓力差值被限制則可藉由限制循環之間的抽泵所需的時間量來加速處理時間。
在一些實施例中，沉積循環及蝕刻循環係藉由沖洗來分開。在一些實施例中，N 2係用作沖洗氣體。在一些實施例中，沖洗為時從至少5.0秒到至多80.0秒、或從至少10.0秒到至多40.0秒、或從至少15.0到至多30.0秒、或達約20.0秒。在一些實施例中，沖洗氣體在沖洗期間係以至少5,000到至多100,000 sccm、或至少10,000到至多50,000 sccm、或至少20,000到至多30,000 sccm之流率提供至反應室。
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、及Xe。在一些實施例中，沖洗氣體由N 2組成。
在一些實施例中，無論是否具選擇性，反應器室維持在至少300°C到至多600°C的溫度。舉例而言，反應器室可維持在至少300°C到至多350°C的溫度、或在至少350°C到至多400°C的溫度、或在至少400°C到至多450°C的溫度、或在至少450°C到至多500°C的溫度、或在至少500°C到至多550°C的溫度、或在至少550°C到至多600°C的溫度、或在至少300°C到至多400°C的溫度、或在至少40°C到至多500°C的溫度、或在至少500°C到至多600°C的溫度、或在至少450°C到至多550°C的溫度。
換言之，在一些實施例中，於摻雜硼及鎵的矽鍺之磊晶沉積期間，反應室係維持在前述溫度。本文中提及的溫度可透過基材基座下方的熱耦及/或透過懸掛在反應器室中且在基材上方的高溫計來測量。亦可在任何加蓋及/或蝕刻步驟（若存在）期間維持前述溫度。
在一些實施例中，反應器室係維持在至少10托到至多150托之壓力、或至少10托到至多80托之壓力、或至少80托到至多150托之壓力、或至少10托到至多40托之壓力、或至少40托到至多80托之壓力、或至少80托到至多115托之壓力、或至少115托到至多150托之壓力。換言之，在一些實施例中，於摻雜硼及鎵的矽鍺之磊晶沉積期間，反應室係維持在前述壓力。
亦可在任何加蓋及/或蝕刻步驟（若存在）期間維持前述壓力。因此，在包含一序列的沉積循環（即，摻雜硼及鎵的矽鍺之沉積循環及蓋層之沉積循環）及蝕刻循環的選擇性製程期間，蝕刻循環期間之壓力可與沉積循環期間所使用之壓力相同。儘管如此，且在一些實施例中，蝕刻循環期間之壓力可不同於沉積循環期間所使用之壓力。在一些實施例中，蝕刻循環期間的壓力在50%的誤差邊限內、或40%的誤差邊限內、或30%的誤差邊限內、或20%的誤差邊限內、或10%的誤差邊限內、或5%的誤差邊限內等於沉積循環期間的壓力。
在一些實施例中，蝕刻循環期間的壓力係至多12,000 Pa。此壓力範圍可改善製程安全。在一些實施例中，蝕刻循環期間之壓力係從至少1,300 Pa到至多10,700 Pa、或從至少3,000 Pa到至多8,000 Pa、或從至少4,000 Pa到至多6,000 Pa。
本文中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、及一控制器。控制器經組態用於致使系統執行如本文中所述的用於磊晶沉積摻雜硼及鎵的矽鍺層之方法。
依據本揭露之尚有額外的實施例，一種裝置或其部份可使用如本文中所述之方法及/或結構形成。該摻雜硼及鎵的矽鍺層可用以形成該裝置的源極接觸件或汲極接觸件。裝置可係舉例而言場效應電晶體(FET)（例如鰭式FET、環繞式閘極電晶體、或包含多個電晶體裝置之堆疊）。
在一第一實例中，參考圖1。圖1繪示依據本揭露之例示性實施例之（例如選擇性沉積）方法(100)。方法(100)包括以下步驟：在反應室內提供基材（步驟102）；選擇性或非選擇性沉積摻雜硼及鎵的矽鍺層（步驟104）；可選的加蓋層步驟(105)，其中可沉積摻雜硼的矽層；以及可選的蝕刻步驟（步驟108）；可選地重複沉積步驟(104、105)及蝕刻步驟(108)（迴圈110）；以及終止（步驟112）。請注意，在實行蝕刻步驟的情況下，則有利地以加蓋層步驟(105)先於蝕刻步驟。
參照圖1及圖2，步驟(102)期間所提供之基材（或結構）(200)可包括第一區域(206)及第二區域(208)，該第一區域包含第一材料（例如（單）結晶塊材(202)），該第二區域包含第二材料（例如非單晶材料(204)）。第一材料可包括單晶表面(210)；第二區域(208)可包括非單晶表面(212)（諸如多晶表面或非晶表面）。單晶表面(210)可係單晶矽表面。額外或替代地，單晶表面(210)可包含單晶矽鍺表面。額外或替代地，單晶表面(210)可包含摻雜硼的矽鍺表面。額外或替代地，單晶表面(210)可包含摻雜硼及鎵的矽鍺表面。
非單晶表面(212)可包括舉例而言介電材料（諸如氧化物、氮氧化物、氮化物、碳氧化物、或碳氧化物氮化物，包括舉例而言氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、碳化矽、及其等之混合物，諸如SiOC、SiOCN、及SiON）。
作為非限制性實例，提供基材之步驟(102)期間所使用的反應室可包含化學氣相沉積系統之反應室。儘管如此，其他反應室及替代的化學氣相沉積系統亦可用以執行本揭露之實施例。反應室可係獨立反應室或叢集工具的部分。
基材提供步驟(102)可包括在反應室內將基材加熱至所欲的沉積溫度。在本揭露之一些實施例中，基材提供步驟(102)包括將基材加熱至小於大約600°C的溫度，或甚至加熱至小於大約550°C的溫度。舉例而言，在本揭露之一些實施例中，將基材加熱至沉積溫度可包含將基材加熱到至少450°C到至多550°C的溫度。以下步驟的整個過程中均維持沉積溫度：沉積摻雜硼及鎵的矽鍺層之步驟(104)、可選的加蓋步驟(105)、及可選的蝕刻步驟(108)。
討論例示性製程條件，其等經遵守用以對照介電質（例如，氧化矽或氮化矽）在單晶矽上為了摻雜硼及鍺的矽鍺之磊晶生長產出至少10奈米之選擇性窗：基材溫度：500°C；反應器壓力：40托；矽前驅物：矽烷；鍺前驅物：鍺烷；硼前驅物：二硼烷；鎵前驅物：三乙基鎵。基材溫度可透過晶圓基座下方之熱耦及/或透過懸掛於晶圓上方之高溫計來測量。下列流率可用於一經組態用於處理300 mm晶圓之反應器，但所使用之流率係可容易地轉移至其他晶圓尺寸：矽烷流率：每分鐘60個標準立方公分(sccm)，鍺烷流率：330 sccm，二硼烷流率：5 sccm，及三乙基鎵流率：3 sccm。此類層具有優良的結晶度，如圖4圖板B所示之X光繞射(XRD)圖案所示。此外，所得層給予低表面粗糙度(0.3 nm)，如使用原子力顯微鏡(AFM)於1x1微米量測面積、霧度量測、及X光反射率(XRR)量測所觀察（圖4，圖板A）。對照氮化矽在單晶矽上之生長的製程選擇性係藉由圖5中之厚度量測來證實，其顯示對照氧化矽在氮化矽上存在成核延遲，且其顯示與單晶矽相比，氮化矽上之生長速率較低且生長經延遲。這允許單晶矽上對照氮化矽及氧化矽的本質選擇性生長在至少10 nm的選擇性窗內，如圖6所示。尤其，圖6的圖板A、B、及C顯示具有單晶矽表面的單晶矽(620)基材之特寫穿透式電子顯微鏡影像，該單晶矽表面上選擇性地生長摻雜硼及鎵的矽鍺(610)。反之，暴露之氧化矽(630)及氮化矽(640)表面上無矽鍺生長。對於在選擇性窗內的層厚度，不需回蝕。具有高於選擇性窗之厚度的層之選擇性生長，可透過回蝕獲得。上文所述製程造成一p型活性摻雜劑濃度，即1.1x10 21cm -3的矽中硼及鎵總組合活性濃度，如使用微霍爾效應(Hall Effect)量測所表徵。摻雜硼及鎵的矽鍺上的鈦接觸件產出7.6±1.4x10 10Ω cm 2的接觸電阻率，以及僅0.3 mOhm.cm的電阻率（均無磊晶後退火）。
圖3繪示依據本揭露之尚有額外的例示性實施例之系統(300)。系統(300)可用以執行如本文中所述之方法及/或形成如本文中所述之結構或裝置部份。
在所繪示之實例中，系統(300)包括可選的基材處理系統(302)、一或多個反應室(304)、氣體注入系統(306)、及經設置於（多個）反應室(304)與基材處置系統(302)之間的可選的壁(308)。系統(300)亦可包括第一氣體源(310)、第二氣體源(312)、第三氣體源(314)、第四氣體源(316)、第五氣體源(311)、排氣(326)、及控制器(328)。第一至第五氣體源中之至少一者包括矽前驅物源。矽前驅物可為舉例而言矽烷。第一至第五氣體源中之至少一者包括載體氣體源，舉例而言，H 2源。第一至第五氣體源中之至少一者包括鍺前驅物源。鍺前驅物可為舉例而言鍺烷。第一至第五氣體源中之至少一者包括硼前驅物源。硼前驅物可為舉例而言二硼烷。第一至第五氣體源中之至少一者包括鎵前驅物源。鎵前驅物可為舉例而言三乙基鎵。
雖然經繪示為具有五個氣體源（310至316），系統(300)可包括任何合適數目的氣體源。氣體源（310至316）可各包括舉例而言前驅物氣體（例如，本文中所提及的矽、鍺、硼、及鎵前驅物），包括此類前驅物之混合物及/或具載體氣體之一或多個前驅物之混合物。額外地，氣體源310至316中之一者或另一氣體源可包括蝕刻劑（諸如元素鹵素，例如氯）。氣體源(310)至(316)可經由管線(318)至(324)耦合至反應室(304)，該等管線可各包括流量控制器、閥、加熱器、及類似者。
系統(300)可包括任何合適數目的反應室304及基材處理系統(302)。進一步地，一或多個反應室304可係或可包括交錯流冷壁磊晶反應室。
真空源(320)可包括一或多個真空泵。
控制器(328)可經組態以執行如本文中所述之各種功能及/或步驟。舉例而言，控制器(328)可經組態以致使系統(300)執行如本文中所述之用於磊晶生長摻雜硼及鎵的矽鍺層之方法。
控制器(328)可包括一或多個微處理器、記憶體元件、及/或開關元件以執行各種功能。雖然繪示為單一單元，控制器(328)可替代地包含多個裝置。舉實例而言，控制器(328)可用以控制氣流（例如，藉由監控來自氣體源（310至316）之前驅物及/或其他氣體的流率及/或藉由控制閥、馬達、加熱器、及類似者）。進一步地，當系統(300)包括二或更多個反應室時，該二或更多個反應室可耦合至相同/共用的控制器。
在反應器系統(300)之操作期間，諸如半導體晶圓（未繪示）的基材係從例如基材處置系統(302)傳遞至反應室(304)。一旦（多個）基材經傳遞至反應室(304)，來自氣體源（310至316）之一或多個氣體（諸如前驅物、摻雜劑、載體氣體、及/或沖洗氣體）即經由氣體注入系統(306)引入至反應室(304)中。氣體注入系統(306)可用以在基材處理期間計量及控制一或多個氣體（例如來自一或多個氣體源（310至316））的氣流，並提供此類（多個）氣體的所欲流至反應室(304)內的多個位點。
上文所述之本揭露之實例實施例並不限制本發明之範疇，由於此等實施例僅為本發明之實施例之實例，本發明之範疇由隨附之申請專利範圍及其法定等效物界定。任何等效實施例皆意欲在本發明之範疇內。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揭露之各種修改（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 105:加蓋步驟 108:蝕刻步驟 110:沉積步驟104及105和蝕刻步驟108之循環迴圈/重複 112:方法終止 200:基材 202:單晶材料 204:非單晶材料 206:第一區域 208:第二區域 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 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 321:管線 322:管線 324:管線 326:排氣 328:控制器 610:摻雜硼及鎵的矽鍺 620:單晶矽 630:氧化矽 640:氮化矽
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揭露之實施例的更完整理解。 圖1繪示依據本揭露之例示性實施例之方法。 圖2繪示在其上可依據本揭露之例示性實施例沉積摻雜硼及鎵的矽鍺層之基材(200)。 圖3繪示依據本揭露之額外的例示性實施例之系統(300)。 圖4中圖板A顯示透過如本文中所揭示之方法沉積之層的X光反射率(XRR)量測。 圖4的圖板B顯示透過如本文中所揭示之方法沉積的層之X光繞射(XRD)圖案。 圖5顯示對照氧化矽在氮化矽上存在成核延遲(nucleation delay)，且顯示與單晶矽相比，氮化矽上之生長的生長速率較低。 圖6顯示對照氮化矽及氧化矽在單晶矽上的摻雜鎵及硼的矽鍺之選擇性生長。 在圖式各處使用下列編號：100－方法；102－基材提供步驟；104－沉積步驟；105-加蓋步驟；108－蝕刻步驟；110-沉積步驟104及105和蝕刻步驟108之循環迴圈/重複；112－方法終止；200-基材；202－單晶材料；204－非單晶材料；206－第一區域；208－第二區域；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；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；321－管線；322－管線；324－管線；326－排氣；328－控制器；610-摻雜硼及鎵的矽鍺；620-單晶矽；630-氧化矽；640-氮化矽。 應瞭解，圖中之元件係為簡單且清晰起見而繪示且不必然按比例繪製。舉例而言，圖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揭露實施例的理解。
100:方法
102:基材提供步驟
104:沉積步驟
105:加蓋步驟
108:蝕刻步驟
110:沉積步驟104及105和蝕刻步驟108之循環迴圈/重複
112:方法終止

Claims (20)

  1. 一種用於磊晶生長一摻雜硼及鎵的矽鍺層之方法，其包含： 在一反應器室中提供包含一單晶表面之一基材；及 將一矽前驅物、一鍺前驅物、一硼前驅物、及一鎵前驅物引入至該反應器室中，藉此在該單晶表面上磊晶生長一摻雜硼及鎵的矽鍺層； 其中該矽前驅物、該鍺前驅物、該硼前驅物、及該鎵前驅物實質上不含氯。
  2. 一種用於磊晶生長一摻雜硼及鎵的矽鍺層之方法，其包含： 在一反應器室中提供包含一單晶表面之一基材；及 將一矽前驅物、一鍺前驅物、一硼前驅物、一鎵前驅物引入，藉此在該單晶表面上磊晶生長一摻雜硼及鎵的矽鍺層； 其中該矽前驅物係選自由矽烷、環矽烷、烷基矽烷、及炔基矽烷所組成之列表； 其中該鍺前驅物係選自由鍺烷、環鍺烷、烷基鍺烷、及炔基鍺烷所組成之列表； 其中該硼前驅物係選自由硼烷及有機硼氫化物所組成之列表，該等有機硼氫化物具有通式R xM(BH 4) 3-x，其中R係獨立地選自H、CH 3、C 2H 5、C 6H 5、及NH 2；M係選自鎵、鋁、及銦的IIIA族金屬；及x係一從1至3的整數；及 其中該鎵前驅物係選自由烷基鎵、Ga(BH 4) 3、及GaH 3所組成之列表。
  3. 如請求項1所述之方法，其中，該矽前驅物、該鍺前驅物、該硼前驅物、及該鎵前驅物實質上不含鹵素。
  4. 如請求項1至3中任一所述之方法，其中，該方法進一步包含將一載體氣體引入至該反應器室中，其中該載體氣體不含氯。
  5. 如請求項4所述之方法，其中，該載體氣體不含鹵素。
  6. 如請求項4至6項中任一所述之方法，其中，該載體氣體係選自由氫、稀有氣體、氮、及其混合物所組成之列表。
  7. 如請求項1至8中任一所述之方法，其中，該矽前驅物包含選自由矽烷(SiH 4)、二矽烷(Si 2H 6)、三矽烷(Si 3H 8)、四矽烷(Si 4H 10)、及五矽烷(Si 5H 12)所組成之列表之一化合物。
  8. 如請求項1至8中任一所述之方法，其中，該矽前驅物包含甲基矽烷(CH 3-SiH 3)。
  9. 如請求項1至10中任一所述之方法，其中，該鍺前驅物包含選自由鍺烷(GeH 4)、二鍺烷(Ge 2H 6)、三鍺烷(Ge 3H 8)、及鍺基矽烷(H 3Ge-SiH 3)所組成之列表之一化合物。
  10. 如請求項1至11中任一所述之方法，其中，該鎵前驅物包含選自由三甲基鎵(TMG)、三乙基鎵(TEG)、三第三丁基鎵(TTBGa)、Ga(BH 4) 3、及GaH 3所組成之列表之一化合物。
  11. 如請求項1至13中任一所述之方法，其中，該硼前驅物包含二硼烷(B 2H 6)。
  12. 如請求項1至15中任一所述之方法，其中， -該基材包含一第一表面及一第二表面，其中該第一表面係一單晶表面，其中該第二表面係一介電性表面；且其中該摻雜硼及鎵的矽鍺層係選擇性地且磊晶生長於該第一表面上。
  13. 如請求項12所述之方法，其進一步包含以下步驟： 將一或多個蓋層前驅物引入至該反應器室中，藉此形成上覆於該摻雜硼及鎵的矽鍺層的一磊晶蓋層；及 將一蝕刻氣體引入至該反應器室中，藉此蝕刻該磊晶蓋層。
  14. 如請求項13所述之方法，其中以下步驟： -將該矽前驅物、該鍺前驅物、該硼前驅物、該鎵前驅物、及該載體氣體引入至該反應器室中； -將一或多個蓋層前驅物引入至該反應器室中；及 -將一蝕刻氣體引入至該反應器室中； 係經重複直至該第一表面上之該摻雜硼及鎵的磊晶矽鍺層已達到一預定厚度為止。
  15. 如請求項13或14所述之方法，其中，該一或多個蓋層前驅物包含一矽前驅物及一硼前驅物，且其中該蓋層包含矽及硼。
  16. 如請求項13至15中任一所述之方法，其中該蝕刻氣體包含一鹵素。
  17. 如請求項12至216中任一所述之方法，其中，該第二表面係選自由以下所組成之列表：氧化矽表面、氮化矽表面、碳氧化矽表面、氮氧化矽表面、氧化鉿表面、氧化鋯表面、及氧化鋁表面。
  18. 如請求項1至17中任一所述之方法，其中，該矽前驅物包含SiH 4，其中該鍺前驅物包含GeH 4，其中該硼前驅物包含B 2H 6，且其中該鎵前驅物包含(CH 3CH 2) 3Ga。
  19. 如請求項1至18中任一所述之方法，其中，該單晶矽鍺表面包含一摻雜硼及鎵的矽鍺表面。
  20. 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)，該控制器經組態用於致使該系統(300)執行如請求項1至19中任一項所述之方法。
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US11646205B2 (en) * 2019-10-29 2023-05-09 Asm Ip Holding B.V. Methods of selectively forming n-type doped material on a surface, systems for selectively forming n-type doped material, and structures formed using same

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007106502A2 (en) * 2006-03-13 2007-09-20 Nanogram Corporation Thin silicon or germanium sheets and photovoltaics formed from thin sheets
US7759199B2 (en) * 2007-09-19 2010-07-20 Asm America, Inc. Stressor for engineered strain on channel
US7939447B2 (en) * 2007-10-26 2011-05-10 Asm America, Inc. Inhibitors for selective deposition of silicon containing films
WO2015038309A1 (en) * 2013-09-16 2015-03-19 Applied Materials, Inc. Method of forming strain-relaxed buffer layers
US9972682B2 (en) * 2016-01-22 2018-05-15 International Business Machines Corporation Low resistance source drain contact formation
US10541333B2 (en) * 2017-07-19 2020-01-21 Asm Ip Holding B.V. Method for depositing a group IV semiconductor and related semiconductor device structures
US10665698B2 (en) * 2018-10-19 2020-05-26 International Business Machines Corporation Reducing gate-induced-drain-leakage current in a transistor by forming an enhanced band gap layer at the channel-to-drain interface
US11296227B2 (en) * 2019-10-16 2022-04-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method of manufacturing semiconductor devices and semiconductor devices
EP3832696A1 (en) * 2019-12-06 2021-06-09 Imec VZW Formation of a sige(:b):ga layer
TW202208659A (zh) * 2020-06-16 2022-03-01 荷蘭商Ａｓｍ Ｉｐ私人控股有限公司 沉積含硼之矽鍺層的方法

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