TW202407172A - 具有摻雜硼及鎵的矽鍺層之結構、及用於形成其的方法及系統 - Google Patents

具有摻雜硼及鎵的矽鍺層之結構、及用於形成其的方法及系統 Download PDF

Info

Publication number
TW202407172A
TW202407172A TW112114855A TW112114855A TW202407172A TW 202407172 A TW202407172 A TW 202407172A TW 112114855 A TW112114855 A TW 112114855A TW 112114855 A TW112114855 A TW 112114855A TW 202407172 A TW202407172 A TW 202407172A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
precursor
gallium
boron
substrate
alkyl group
Prior art date
Application number
TW112114855A
Other languages
English (en)
Inventor
金元宗
瑞米 哈莎卡
麥可 吉芬斯
查理斯 德茲拉
Original Assignee
荷蘭商Ａｓｍ Ｉｐ私人控股有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 荷蘭商Ａｓｍ Ｉｐ私人控股有限公司 filed Critical 荷蘭商Ａｓｍ Ｉｐ私人控股有限公司
Publication of TW202407172A publication Critical patent/TW202407172A/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/16—Controlling or regulating
    • C30B25/165—Controlling or regulating the flow of the reactive gases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/52—Alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02532—Silicon, silicon germanium, germanium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B31/00—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
    • C30B31/06—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor by contacting with diffusion material in the gaseous state
    • C30B31/08—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor by contacting with diffusion material in the gaseous state the diffusion materials being a compound of the elements to be diffused
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B31/00—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
    • C30B31/06—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor by contacting with diffusion material in the gaseous state
    • C30B31/18—Controlling or regulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C30B33/08—Etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/0257—Doping during depositing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/0257—Doping during depositing
    • H01L21/02573—Conductivity type
    • H01L21/02579—P-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02664—Aftertreatments
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/0843—Source or drain regions of field-effect devices
    • H01L29/0847—Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本文中的一些實例提供一種形成一經摻雜矽鍺層之方法。該方法可包括使一基材同時暴露至(a)一矽前驅物、(b)、一鍺前驅物、(c)一硼前驅物、及(d)一異配位鎵前驅物。該異配位鎵前驅物可包括(i)至少一直鏈烷基基團，其中一末端碳係直接鍵結至鎵，及(ii)至少一三級烷基基團，其中一三級碳係直接鍵結至鎵。該方法可包括使該矽前驅物、該鍺前驅物、該硼前驅物及該異配位鎵前驅物起反應，以在該基材上形成摻雜有硼及鎵的一矽鍺層。

Description

具有摻雜硼及鎵的矽鍺層之結構、及用於形成其的方法及系統
本揭露大致上係關於適於形成電子裝置結構之方法及系統。更特定言之，本揭露係關於可用以形成包括經摻雜半導體層的結構之方法及系統。
半導體裝置（例如，諸如互補式金屬氧化物半導體(CMOS)裝置）之縮放已引起積體電路在速度及密度上的顯著改善。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。
一種改善半導體裝置性能之方法在於利用應變感生效應增強載子遷移率，且因此增強電晶體驅動電流。例如，已顯示在p通道IV族半導體電晶體中可採用壓力源區（諸如，採用在電晶體之源極區與汲極區中的壓力源區）相當程度地增強電洞遷移率。
進一步言，降低至半導體裝置結構之主動區的接觸電阻對於未來技術節點持續的裝置改善可係符合期望的。例如，對CMOS裝置結構而言，接觸電阻可包括介於接觸結構與電晶體結構之一或多個主動（例如壓力源）區（諸如源極區與汲極區）之間的電阻。在n型MOS裝置的情況下，壓力源區可包含摻雜有磷或砷之任一者之高度摻雜區，亦即，具有大約5x10 20cm -3或更多的載子密度。可在n型MOS裝置壓力源區中達成之高摻雜位準可導致0.3 mΩ-cm之下的接觸電阻率。然而，對p型MOS裝置而言，典型地使用硼作為摻雜劑。在一些情況下，硼在半導體材料中可具有相對低的溶解度，且因此高濃度的p型摻雜劑以及因此對半導體材料之低接觸電阻可係難以獲得。
舉實例而言，使矽鍺膜之接觸電阻下降的嘗試包括生長具有高硼濃度的SiGe層。然而，由於硼在鍺中的低溶解度，在較高的Ge:Si比率下難以達成高硼濃度，且因此，單純地增加矽鍺膜中的硼濃度之嘗試大致上不足以將矽鍺層的接觸電阻率減小至所欲的值。
減小至矽鍺及類似膜的接觸電阻之進一步嘗試包括添加另一摻雜劑（其中第一摻雜劑（例如硼）可係可溶的）及高溫退火製程。此類技術可能會成為問題，因為在退火製程期間使用相對高溫可在經摻雜半導體膜的表面處引起摻雜劑中之一或多者的叢聚。
此外，在一些應用中，選擇性沉積具有第一摻雜劑（例如硼）及第二摻雜劑（例如鍺、鋁、或銦）之半導體材料（例如高度摻雜之IV族半導體材料）可係符合期望的。然而，此類技術在此之前可能未經充分發展。
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。亦係所欲的是使用該等方法及/或系統所形成之結構及裝置。
本節中所提出之包括問題及解決方案的討論之任何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任何或全部資訊在作成本發明時為已知，或以其他方式構成先前技術。
本揭露之各種實施例係關於形成結構之方法、關於使用此類方法形成之結構及裝置、並關於用於進行該等方法及/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形成展現相對低的接觸電阻之經摻雜半導體層的改善方法。額外或替代地，可在相對低溫下形成經摻雜半導體層，而無須使用一退火步驟以改善經摻雜半導體層之接觸電阻。進一步言，相對於基材表面之一第二部分，可選擇性地形成上覆於該基材表面之一第一部分的例示性經摻雜半導體層。
本文中的一些實例提供一種形成一經摻雜矽鍺層之方法。該方法可包括使一基材同時暴露至(a)一矽前驅物、(b)、一鍺前驅物、(c)一硼前驅物、及(d)一異配位鎵前驅物。該異配位鎵前驅物可包括(i)至少一直鏈烷基基團，其中一末端碳係直接鍵結至鎵，及(ii)至少一三級烷基基團，其中一三級碳係直接鍵結至鎵。該方法可包括使該矽前驅物、該鍺前驅物、該硼前驅物及該異配位鎵前驅物起反應，以在該基材上形成摻雜有硼及鎵的一矽鍺層。
在一些實例中，該方法進一步包括使用一第一鎵前驅物及一第二鎵前驅物以生成該異配位鎵前驅物。該第一鎵前驅物可包括複數個該直鏈烷基基團，且該第二鎵前驅物可包括複數個該三級烷基基團。在一些實例中，生成該異配位鎵前驅物包括將至少一直鏈烷基基團自該第一鎵前驅物移動至該第二鎵前驅物。在一些實例中，生成該異配位鎵前驅物包括將至少一三級烷基基團自該第二鎵前驅物移動至該第一鎵前驅物。在一些實例中，該異配位鎵前驅物係生成於該基材之上的一氣體中。
在一些實例中，該方法包括以約1:10至約10:1之一化學計量比率使該第一鎵前驅物與該第二鎵前驅物流動於該基材上方。在一些實例中，該方法包括以約1:3至約3:1之一化學計量比率使該第一鎵前驅物與該第二鎵前驅物流動於該基材上方。在一些實例中，該方法包括以約1 sccm及約1000 sccm的各別速率使該第一鎵前驅物及該第二鎵前驅物流動於該基材上方。
在一些實例中，該異配位鎵前驅物包括GaR 1 2R 2及GaR 1R 2 2中之至少一者，其中R 1係該直鏈烷基基團，且其中R 2係該三級烷基基團。在一些實例中，該異配位鎵前驅物包括GaR 1 2R 2及GaR 1R 2 2的一混合物。在一些實例中，該混合物包括一比率係約1:10至約10:1的GaR 1 2R 2與GaR 1R 2 2。在一些實例中，該混合物包括一比率係約1:3至約3:1的GaR 1 2R 2與GaR 1R 2 2。
在一些實例中，該直鏈烷基基團係乙基、正丙基、正丁基或正戊基。在一些實例中，該三級烷基基團係三級乙基、三級丙基、三級丁基或三級戊基。在一些實例中，該直鏈烷基基團係乙基，且該三級烷基基團係三級丁基。
在一些實例中，該異配位鎵前驅物以約1 sccm至約1000 sccm之一速率流動於該基材上方。
在一些實例中，該硼前驅物包括二硼烷(B 2H 6)、氘代二硼烷(B 2D 6)或一或多個硼氫化物。在一些實例中，該硼前驅物以約1 sccm與1000 sccm之一速率流動於該基材上方。
在一些實例中，該矽前驅物包括矽烷(SiH 4)、二矽烷(Si 2H 6)、三矽烷(Si 3H 8)、四矽烷(Si 4H 10)、戊矽烷(Si 5H 12)、甲基矽烷(CH 3-SiH 3)、二氯矽烷(H 2SiCl 2)或二碘矽烷(H 2SiI 2)。
在一些實例中，該鍺前驅物包括鍺烷(GeH 4)、二鍺烷(Ge 2H 6)、三鍺烷(Ge 3H 8)、或甲鍺烷矽烷(germylsilane) (GeH 6Si)。
在一些實例中，該基材在約5托至約760托之一壓力暴露至該矽前驅物、該鍺前驅物、該硼前驅物及該異配位鎵前驅物。在一些實例中，該基材在約10托至約80托之一壓力暴露至該矽前驅物、該鍺前驅物、該硼前驅物及該異配位鎵前驅物。
在一些實例中，該基材在約150 ℃至約450 ℃之一溫度暴露至該矽前驅物、鍺前驅物、硼前驅物及異配位鎵前驅物。
在一些實例中，該矽鍺層包括表面隔離鎵(surface segregated gallium)，且該方法進一步包括移除該表面隔離鎵。在一些實例中，該移除包括一濕式化學蝕刻。
在一些實例中，該矽鍺層具有約5 nm至約20 nm的一厚度。在一些實例中，該矽鍺層具有約5 nm至約15 nm的一厚度。在一些實例中，該矽鍺層具有約8 nm至約12 nm的一厚度。
在一些實例中，該矽鍺層在10 nm之一深度處具有至少約2.3 x 10 19原子/cm 3之一鎵濃度。在一些實例中，該矽鍺層在20 nm之一深度處具有至少約2.3 x 10 18原子/cm 3之一鎵濃度。在一些實例中，該矽鍺層在10 nm之一深度處具有至少約5.7 x 10 20原子/cm 3之一硼濃度。在一些實例中，該矽鍺層在20 nm之一深度處具有至少約4.1 x 10 20原子/cm 3之一硼濃度。
本文中的一些實例提供一種用於形成一經摻雜矽鍺層之系統。該系統可包括一反應室，其經組態以固持一基材。該系統可包括(a)一矽前驅物、(b)、一鍺前驅物、(c)一硼前驅物、及(d)一異配位鎵前驅物之各別源。該異配位鎵前驅物可包括(i)至少一直鏈烷基基團，其中一末端碳係直接鍵結至鎵，及(ii)至少一三級烷基基團，其中一三級碳係直接鍵結至鎵。該系統可包括一控制器，其經組態以造成該矽前驅物、該鍺前驅物、該硼前驅物及該異配位鎵前驅物流動於該基材上方且在彼處起反應，以在該基材上形成摻雜有硼及鎵之一矽鍺層。
本文中的一些實例提供一種形成一經摻雜矽鍺層之方法。該方法可包括使一基材同時暴露至(a)一矽前驅物、(b)、一鍺前驅物、(c)一硼前驅物、(d)一第一鎵前驅物、及(e)一第二鎵前驅物。該第一鎵前驅物可與該第二鎵前驅物不同，且可包括至少一三級烷基基團，其中一三級碳係直接鍵結至鎵。該方法可包括使該矽前驅物、該鍺前驅物、該硼前驅物、該第一鎵前驅物及第二鎵前驅物起反應，以在該基材上形成摻雜有硼及鎵的一矽鍺層。
本文中的一些實例提供一種用於形成一經摻雜矽鍺層之系統。該系統可包括一反應室，其經組態以固持一基材。該系統可包括(a)一矽前驅物、(b)、一鍺前驅物、(c)一硼前驅物、(d)一第一鎵前驅物、及(e)一第二鎵前驅物之各別源。該第一鎵前驅物可與該第二鎵前驅物不同，且可包括至少一三級烷基基團，其中一三級碳係直接鍵結至鎵。該系統可包括控制器，其經組態以造成該矽前驅物、該鍺前驅物、該硼前驅物、該第一鎵前驅物、及該第二鎵前驅物流動於該基材上方且在彼處起反應，以在該基材上形成摻雜有硼及鎵之一矽鍺層。
本領域具通常知識者從下列參照附圖之某些實施例的詳細描述將明白此等及其他實施例。本發明並未受限於任何所揭示之特定實施例。
下文所提供之方法、結構、裝置及系統的例示性實施例的描述僅係例示性且僅係意欲用於闡釋之目的；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。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形成摻雜硼及鎵的矽鍺層之方法。例示性方法可用於例如形成半導體裝置的源極及/或汲極區，其展現相對高遷移率、相對低接觸電阻並維持所沉積層的結構和組成。例如，可使用原位摻雜技術增加金屬接觸硼附近之活性摻雜濃度，該原位摻雜技術可提供生長選擇性、損害降低、摻雜輪廓控制、及高活化效率。硼(B)係用以為了基於矽鍺(SiGe)的pMOS應用降低接觸電阻率的典型摻雜劑。然而，B在SiGe中相對低的溶解度（高至約2.0E+18(2.0×10 18)原子/cm 3）可阻礙接觸電阻率的進一步降低。鎵(Ga)在Ge中具有比B高的溶解度（高至約5.0E+20原子/cm 3)，且因此可較單獨使用B可達成的接觸電阻率提供進一步降低。如本文中所提供，Ga可與B原位共摻雜同時形成SiGe。在一些實例中，不同Ga前驅物（其等包括彼此不同的配位體）之組合可用於增強Ga及B至SiGe中的共摻雜，且因此可降低所得層之接觸電阻率。在一些實例中，異配位的Ga前驅物（其包括耦接至相同Ga原子的不同配位體）亦可或替代地可用於增強Ga及B至SiGe中的共摻雜，且因此可降低所得層之接觸電阻率。可選地，異配位Ga前驅物可使用不同Ga前驅物之組合來原位生成，或替代地可從前驅物之現有源提供。
在本揭露中，「氣體(gas)」可包括在常溫常壓(NTP)下為氣體、汽化固體及/或汽化液體的材料，並取決於上下文而可由單一氣體或氣體混合物構成。除了製程氣體以外的氣體（亦即，未穿行通過氣體分配總成、多埠口注入系統、其他氣體分配裝置、或類似者引入的氣體）可用於例如密封反應空間，且可包括密封氣體（諸如稀有氣體）。在一些情況下，用語「前驅物(precursor)」可指參與產生另一化合物的化學反應之化合物，且特定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。用語「惰性氣體(inert gas)」可指不參加化學反應及/或不會在可察覺的程度上變為膜基質之一部分的氣體。例示性的惰性（例如載體）氣體包括He、Ar、H 2、N 2、及其任何組合。
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。基材可包括塊材（諸如矽（例如單晶矽））、其他IV族材料（諸如鍺）、或其他半導體材料（諸如II-VI族或III-V族半導體），並可包括上覆或下伏於塊材的一或多層。進一步言，基材可包括各種特徵，諸如形成在基材之一層的至少一部份之內或之上的凹部、突出部及類似者。如下文更詳細提出的，基材表面可包括兩個或更多個區域，其中該兩個或更多個區域中之各者包含不同材料及/或具有不同晶體結構之材料。
如本文中所使用，用語「磊晶層(epitaxial layer)」可指在下伏實質單一結晶基材或層上之實質單一結晶層。
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/或分解以產生所欲沉積。
如本文中所使用，用語「矽鍺(silicon germanium)」可指包含矽及/或鍺之半導體材料，並可表示為Si 1-xGe x，其中1 ≥ x ≥ 0、或0.2 ≥ x ≥ 0.8、或0.4 ≥ x ≥ 0.6；或者可指包含具有如本文中所提出的組成之矽及鍺的材料。
如本文中所使用，用語「膜(film)」及/或「層(layer)」可指任何連續或非連續的結構及材料（諸如，藉由本文中所揭示之方法沉積之材料）。例如，膜及/或層可包括二維材料、三維材料、奈米粒子，或甚至是部分或全分子層、或部分或全原子層、或原子及/或分子團簇。膜或層可包含具有針孔的材料或層，其可係至少部分連續的。
如本文中所使用，用語「單晶(monocrystalline)」可指包括實質上單一晶體的材料，亦即，顯示長程有序化的結晶材料。然而，應瞭解，只要「單晶」材料展現長程有序化，「單晶」材料可非完美的單一晶體，而是可包含各種缺陷、疊差、原子取代及類似者。
如本文中所使用，用語「非單晶(non-monocrystalline)」可指不包含實質上單一晶體的材料，亦即，顯示短程有序化或無有序化之任一者的晶體結構之材料。非單晶材料可包含多晶材料及非晶材料，該等多晶材料可顯示短程有序化，該等非晶材料可顯示實質上無有序化的晶體結構。
如本文中所使用，「結構(structure)」可包括如本文中所描述之基材。結構可包括上覆於基材之一或多個層（諸如，根據本文中所描述之方法所形成的一或多個層）。
進一步言，在本揭露中，變量之任兩個數字可構成變量之可工作範圍，且所指出之任何範圍可包括或排除端點。額外地，所指示的變量之任何值（無論該等值是否以「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。進一步言，在本揭露中，在一些實施例中，用語「包括」、「由...構成」與「具有」獨立地指「典型或廣泛地包含」、「包含」、「基本由...所組成」或「由...所組成」。在本揭露中，在一些實施例中，任何已定義之含義不必然排除一般及慣用含義。
現轉向圖式，圖1A至圖1B示意性地繪示依據本揭露之例示性實施例的實例操作及結構。
圖1A中繪示之操作100包括使基材同時暴露至矽前驅物（標記Si以簡化繪示）、鍺前驅物（標記Ge以簡化繪示）、硼前驅物（標記B以簡化繪示）、及異配位鎵前驅物（標記Ge以簡化繪示）。該異配位鎵前驅物可包括(i)至少一直鏈烷基基團，其中一末端碳係直接鍵結至鎵，及(ii)至少一三級烷基基團，其中一三級碳係直接鍵結至鎵。此類前驅物之非限制性實例及合適的反應條件在下文進一步提供。在操作100期間，於反應室內提供如本文中所描述之基材110（例如半導體晶圓）。作為非限制性實例，操作100期間所使用之反應室可包含化學氣相沉積系統之反應室。然而，亦設想到亦可利用其他反應室及替代的化學氣相沉積系統來進行本揭露之實施例。反應室可係單獨反應室或叢集工具的部分。
操作100可包括在反應室內將基材加熱至所欲沉積溫度。在本揭露之一些實施例中，操作100包括將基材加熱到少於大約1100 ℃之溫度、或到少於大約700 ℃之溫度、或到少於大約650 ℃之溫度、或到少於大約600 ℃之溫度、或到少於大約550 ℃之溫度、或到少於大約500 ℃之溫度、或到少於大約450 ℃之溫度、或甚至到少於大約400 ℃之溫度、或甚至到少於大約300 °C之溫度、或甚至到少於大約250 °C之溫度。例如，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至介於大約400 ℃與大約1100 ℃之間或大約400 ℃與大約700 ℃之間的溫度。例如，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至介於大約290 ℃與400 ℃之間的溫度。在本揭露之其他實施例中，將基材加熱至沉積溫度可包含將基材加熱至介於大約150 ℃與450 ℃之間的溫度。因此，在一個非限制性實例中，基材在約150 ℃至約450 ℃的溫度暴露至矽前驅物、鍺前驅物、硼前驅物及異配位鎵前驅物。
除了控制基材的溫度之外，亦可調節反應室內的壓力。例如，在本揭露之一些實施例中，操作100期間之反應室內的壓力可少於760托、或少於350托、或少於100托、或少於50托、或少於25托、或甚至少於10托。在一些實施例中，反應室中的壓力可介於10托與760托之間、介於10托與200托之間、或介於10托與100托之間。在一些實例中，該基材在約5托至約760托之一壓力暴露至該矽前驅物、該鍺前驅物、該硼前驅物及該異配位鎵前驅物。在一些實例中，該基材在約10托至約80托之一壓力暴露至該矽前驅物、該鍺前驅物、該硼前驅物及該異配位鎵前驅物。
由於在操作100期間原位發生的反應，上覆基材110形成摻雜B及Ga的SiGe層120，例如，如圖1B中所顯示。層120可形成為上覆基材之上表面111之至少一部份的晶體材料（例如單晶材料）。據此，層120的至少一部份可係單晶，且充當用於一或多個進一步磊晶層之模板。
在圖1A中所繪示的操作100期間，硼、鎵、矽、及鍺前驅物被流動至反應室中，例如通過一或多個氣體注入器（諸如，包括用於提供氣體混合物至反應室中之複數個個別埠口注入器的多埠口注入器(MPI)）。前驅物之各種組合可供應至該等個別埠口注入器中之一或多者，以依所欲地微調濃度輪廓。
用於層120之沉積的例示性矽前驅物可包含一或多個氫化矽前驅物，該等氫化矽前驅物選自包含以下的群組：矽烷(SiH 4)、二矽烷(Si 2H 6)、三矽烷(Si 3H 8)、四矽烷(Si 4H 10)、戊矽烷(Si 5H 12)、甲基矽烷(CH 3-SiH 3)、二氯矽烷(H 2SiCl 2)、二碘矽烷(H 2SiI 2)或其他合適的含矽前驅物。
用於層120之沉積的例示性鍺前驅物可包含以下中之至少一者：鍺烷(GeH 4)、二鍺烷(Ge 2H 6)、三鍺烷(Ge 3H 8)、或甲鍺烷矽烷(GeH 6Si)、或其他合適的含鍺前驅物。
用於層120之沉積的例示性硼前驅物可包括例如以下中之至少一者：二硼烷(B 2H 6)或氘代二硼烷(B 2D 6)、或一或多個硼氫化物。例示性硼氫化物包括硼氫化鎵(Ga(BH 4) 3)、硼氫化鋁(Al(BH 4) 3)、及硼氫化銦(In(BH 4) 3)。在本揭露之替代實施例中，硼前驅物可包含具有式Y xM(BH 4) 3-x之硼氫化物，其中Y係獨立地選自氫、氘、氯、溴、及碘；M係獨立地選自鎵、鋁、及銦的IIIA族金屬；且x係從0至2的整數。
在本揭露之一些實施例中，硼前驅物包括一或多個有機硼氫化物，其（等）具有通式R xM(BH 4) 3-x，其中R係獨立地選自CH 3、C 2H 5、C 6H 5、CF 3SO 3、及NH 2；M係獨立地選自鎵、鋁、及銦的IIIA族金屬；且x係從1至3的整數。
在本揭露之一些實施例中，異配位鎵前驅物可包含GaR 1 2R 2及GaR 1R 2 2中之至少一者，其中R 1可選地係直鏈烷基基團，且其中R 2係三級烷基基團。不希望受任何理論之束縛下，咸信在操作100期間使用異配位鎵前驅物與矽、鍺及硼前驅物組合，可跨所形成層120之整個厚度提供足夠濃度的Ga及B摻雜劑，以合適地降低層120之接觸電阻率。特定言之，且不希望受任何理論束縛下，咸信僅包括直鏈烷基基團之鎵前驅物（諸如三乙基鎵(TEGa)）可在原位反應期間經歷相對快速的β-氫消除，導致在使用此類前驅物所形成之摻雜硼及鎵的矽鍺層內鎵的特定分布。相比而言，且仍不希望受任何理論所束縛下，咸信包括直鏈烷基及三級烷基配位體兩者的異配位鎵前驅物可經歷相對較慢的β-氫消除，導致在使用此類前驅物所形成之摻雜硼及鎵的矽鍺層中有改善的鎵分布，例如，層內有較高鎵濃度及較平坦的鎵分布。在層中最大化Ga摻雜劑位準並具有相對平坦的Ga摻雜劑輪廓可使層對在金屬接觸沉積之前使用的濕式化學蝕刻製程而言更穩健。下文進一步提供元素組成物的非限制性實例，及使用不同前驅物及不同反應條件所形成之層的接觸電阻率。
在一些實例中，異配位鎵前驅物包含GaR 1 2R 2及GaR 1R 2 2的一混合物。可選地，該混合物可包括一比率係約1:10至約10:1的GaR 1 2R 2與GaR 1R 2 2，闡釋性地係約1:3至約3:1的比率。直鏈烷基基團(R 1)可係或可包括例如乙基(-CH 2CH 3)、正丙基(-CH 2CH 2CH 3)、正丁基(-CH 2CH 2CH 2CH 3)或正戊基(-CH 2CH 2CH 2CH 2CH 3)。三級烷基基團(R 2)可係或可包括三級乙基(-C(CH 2CH 3) 3)、三級丙基(-C(CH 2CH 2CH 3) 3)、三級丁基(-C(CH 2CH 2CH 2CH 3) 3)或三級戊基(-C(CH 2CH 2CH 2CH 2CH 3) 3)。在一個非限制性實例中，直鏈烷基基團係乙基，且三級烷基基團係三級丁基。
在一些實例中，可在層120之沉積期間原位形成異配位鎵前驅物。例如，圖2示意性地繪示依據本揭露的例示性實施例的另一實例操作。更具體言之，圖2繪示操作200，其係可實施操作100之一個實例方式。操作200包括使用第一鎵前驅物（標記Ga'以簡化繪示）及第二鎵前驅物（標記Ga"以簡化繪示）以參照圖1A至圖1B之描述生成異配位鎵前驅物。在一些實例中，第一鎵前驅物Ga'可包括複數個直鏈烷基基團(R 1)，且第二鎵前驅物Ga”可包括複數個三級烷基基團(R 2)。生成異配位鎵前驅物可包括將至少一直鏈烷基基團(R 1)自第一鎵前驅物Ga'移動至第二鎵前驅物Ga”。額外地，或者替代地，生成異配位鎵前驅物可包括將至少一三級烷基基團(R 2)自第二鎵前驅物Ga”移動至第一鎵前驅物Ga’。異配位鎵前驅物可生成於基材之上的氣體中。然而，應瞭解到，第一鎵前驅物Ga’及第二鎵前驅物Ga”不必然需要在氣相中交換配位體，且確實甚至不需要形成異配位鎵前驅物。反之，第一鎵前驅物Ga’及第二鎵前驅物Ga”可合適地與其他前驅物中之任一者或更多者起反應，作為目前用於形成摻雜硼及鎵的矽鍺材料的原位製程之部分。
在尚有其他實例中，可獲得預形成狀態之異配位鎵前驅物，且其可在任何合適速率流動於基材上方。闡釋性地，可藉由在合適溫度及壓力（闡釋性地，TC：450 ℃，壓力 = 20托）提供第一鎵前驅物Ga’及第二鎵前驅物Ga”（例如TEGa及TTBGa）之蒸氣至反應室，來生成異配位鎵前驅物。可合適地選擇第一及第二鎵前驅物及任何載體氣體之流動速率，以生成具有所欲化學計量的配位體混合物的異配位鎵前驅物（闡釋性地，N2載體氣體流動 = 10 slm，TEGa流動 =10 sccm，TTBGa流動 = 350 sccm)。在一些實例中，可持續地將反應物提供至反應室，且從反應室持續地移除產物流。反應流可包括第一及第二鎵前驅物與異配位鎵前驅物之混合物（闡釋性地，TEGa、TTGBa與異配位鎵烷基前驅物之混合物）。然後冷卻（例如，用熱交換器）產物流，以形成經冷卻反應流。然後可在大氣壓力或減壓之任一者下傳送經冷卻反應流至分離階段（例如，分餾），以獲得一或多個異配位鎵前驅物產物流。
在使用第一鎵前驅物Ga’及第二鎵前驅物Ga”的非限制性實例中（且獨立於此類前驅物是否交換配位體），此類前驅物之流動可用任何合適的速率且相對於彼此和相對於B、Si及Ge前驅物有任何合適的化學計量比率。闡釋性地，操作200可包括以約1:10至約10:1之一化學計量比率使第一鎵前驅物Ga’與第二鎵前驅物Ga”流動於基材上方，例如以約1:3至約3:1之一化學計量比率。額外地，或者替代地，操作200可包括以約1 sccm及約1000 sccm的各別速率使第一鎵前驅物Ga’及第二鎵前驅物Ga”流動於基材上方。額外地，或者替代地，異配位鎵前驅物可用約1 sccm至約1000 sccm之速率流動於基材上方。
在操作100或操作200期間所形成之摻雜硼及鎵的矽鍺層120的厚度可介於約5 nm與約20 nm之間、介於約5 nm與約15 nm之間、或介於約8 nm與約12 nm之間。可選地，該層可被形成具有大於上述範圍之厚度，且後續將該層之一部份移除以提供在上述範圍中之任一合適者內的厚度。例如，以諸如下文將描述之方式，摻雜硼及鎵的矽鍺層120可包括表面隔離鎵，且可選地移除表面隔離鎵，例如，使用濕式化學蝕刻。
可合適地以諸如本文中其他地方所描述之方式選擇並控制層120內的硼、鎵、矽、及鍺之濃度（具有或不具有可選的表面隔離鎵移除）。實體上，可將層120內之摻雜輪廓選擇及控制得足夠深，使得金屬半導體接觸處之整個空間電荷區被含納在層120內。降低層120之厚度可促進以足夠高的磊晶品質及足夠低的漏電流位準來形成膜，用於在金屬半導體接觸處的穩定使用。在一些實例中，鎵輪廓較佳地在層120之表面處係最高的。亦可合適地使用平坦的鎵輪廓。在非限制性實例中，層120在10 nm之深度處具有至少約2.3 x 10 19原子/cm 3之鎵濃度。額外地，或者替代地，在非限制性實例中，層120在20 nm之深度處具有至少約2.3 x 10 18原子/cm 3之鎵濃度。額外地，或者替代地，在非限制性實例中，層120在10 nm之深度處具有至少約5.7 × 10 20原子/cm 3之硼濃度。額外地，或者替代地，在非限制性實例中，層120在20 nm之深度處具有至少約4.1 x 10 20原子/cm 3之硼濃度。此類值可對應於諸如本文中其他地方所描述之蝕刻步驟隨後的值，或者可對應無需或不使用此類蝕刻步驟的值。
層120亦可包括約10%至約90%、或約30%至約70%、或約40%至約50%的矽；及/或約10%至約90%、或約65%至約30%、或約60%至約50%的鍺。在一些實施例中，層120內的鍺（及/或其他組分）之含量可不恆定而可變化，使得鍺含量（及/或其他組分）可在層120內具有漸變組成。
圖3A至圖3B繪示依據本揭露之例示性實施例之實例方法中操作的實例流程。圖3A中所繪示的方法300包括一操作，該操作用於使基材同時暴露至(a)矽前驅物、(b)鍺前驅物、(c)硼前驅物、及(d)異配位鎵前驅物（操作301）。該異配位鎵前驅物可包括(i)至少一直鏈烷基基團，其中一末端碳係直接鍵結至鎵，及(ii)至少一三級烷基基團，其中一三級碳係直接鍵結至鎵。例如，以諸如圖1A中所繪示之方式，基材110可置放於反應室中，且其上表面111暴露至包括異配位鎵前驅物之前驅物混合物（圖1A中表示為Ga以簡化繪示）。以諸如參照圖2所描述之方式，且不希望受任何理論所束縛，在一些實例中，可選地可使用第一鎵前驅物Ga'及第二鎵前驅物Ga"之混合物來形成異配位鎵前驅物。不同前驅物、流動速率、化學計量、及反應條件的其他選項係於本文中其他地方描述。圖3A中所繪示之方法300亦包括使矽前驅物、鍺前驅物、硼前驅物及異配位鎵前驅物起反應，以形成摻雜有硼及鎵之矽鍺層（操作302）。例如，層120可用諸如圖1B中所繪示的方式形成於基材上。層120之實例特性在本文中其他地方描述，且可合適地以諸如本文中其他地方所描述之方式經由控制不同前驅物、流動速率、化學計量及反應條件來選擇。
應瞭解到，使用異配位鎵前驅物是可選的，且確實僅表示在形成摻雜硼及鎵的矽鍺層時，第一鎵前驅物Ga'及第二鎵前驅物Ga”可彼此相互作用之方式的一個非限制性理論。亦即，無論經由其各種前驅物可相互作用之任何特定化學機制為何，第一鎵前驅物Ga’及第二鎵前驅物Ga”可用以形成摻雜硼及鎵的矽鍺層。圖3B中所繪示的方法310包括一操作，該操作用於使基材同時暴露至(a)矽前驅物、(b)鍺前驅物、(c)硼前驅物、(d)第一鎵前驅物、及第二鎵前驅物（操作311）。第二鎵前驅物與第一鎵前驅物不同，且可包含至少一三級烷基基團(R 2)，其中一三級碳係直接鍵結至鎵。三級烷基基團(R 2)之非限制性實例包括三級乙基(-C(CH 2CH 3) 3)、三級丙基(-C(CH 2CH 2CH 3) 3)、三級丁基(-C(CH 2CH 2CH 2CH 3) 3)及三級戊基(-C(CH 2CH 2CH 2CH 2CH 3) 3)。可選地，第一鎵前驅物可包括直鏈烷基基團(R 1)，其中一級碳係直接鍵結至鎵。直鏈烷基基團之非限制性實例可係或可包括例如乙基(-CH 2CH 3)、正丙基(-CH 2CH 2CH 3)、正丁基(-CH 2CH 2CH 2CH 3)或正戊基(-CH 2CH 2CH 2CH 2CH 3)。以諸如圖2中所繪示之方式，基材110可置放於反應室中，且其上表面111暴露至前驅物之混合物。不同前驅物、流動速率、化學計量、及反應條件的選項係於本文中其他地方描述。圖3B中所繪示之方法310亦包括使矽前驅物、鍺前驅物、硼前驅物、第一鎵前驅物及第二鎵前驅物起反應，以形成摻雜有硼及鎵之矽鍺層（操作302）。例如，層120可用諸如圖1B中所繪示的方式形成於基材上。層120之實例特性在本文中其他地方描述，且可合適地以諸如本文中其他地方所描述之方式經由控制不同前驅物、流動速率、化學計量及反應條件來選擇。
圖4繪示依據本揭露的額外例示性實施例之反應器系統。系統400可用以進行如本文中所描述之方法及/或形成如本文中所描述之結構或裝置部份。
在所繪示實例中，系統400包括可選的基材搬運系統402、一或多個反應室404、氣體注入系統406、及經設置於（多個）反應室404與基材搬運系統402之間的可選的壁408。系統400亦可包括第一氣體源410、第二氣體源412、第三氣體源414、第四氣體源416、可選的第五氣體源418、排氣源430及控制器428。
雖然經繪示有四個氣體源410至416及可選的第五氣體源418，系統400可包括任何合適數目的氣體源。氣體源410至418可各自包括例如前驅物氣體，諸如矽前驅物、鍺前驅物、硼前驅物及任何合適的（多個）鎵前驅物（闡釋性地，諸如參照圖1A及圖3A所描述的異配位鎵前驅物，或諸如參照圖2及圖3B所描述的第一及第二鎵前驅物）。氣體源410至418可包括任何合適的此類前驅物之混合物及/或具有載體氣體（諸如氫、氮、氬、氦或類似者）之一或多個前驅物之混合物。氣體源410至418可經由管線418至426耦接至反應室404，該等管線可各自包括流動控制器、閥、加熱器及類似者。
系統400可包括任何合適數目的反應室404及基材搬運系統402。進一步言，一或多個反應室404可係或可包括一交叉流動冷壁磊晶反應室。
排氣源1226可包括一或多個真空泵。
控制器428可經組態以進行如本文中所描述之各種功能及/或步驟。例如，控制器428可經組態以控制進入氣體注入系統的氣體流動，以形成摻雜硼及鎵的矽鍺層，如上文所描述。控制器428可包括一或多個微處理器、記憶體元件、及/或開關元件以進行各種功能。雖然經繪示為單一單元，控制器428可替代地包含多個裝置。舉實例而言，控制器428可用以控制氣體流動（例如，藉由監控前驅物及/或來自源410至418之其他氣體的流動速率及/或控制閥、馬達、加熱器及類似者）。進一步言，當系統400包括兩個或更多個反應室時，該兩個或更多個反應室可耦接至相同/共用的控制器。
在反應器系統400的操作期間，諸如半導體晶圓（未繪示）的基材從例如基材搬運系統402轉移至反應室404。一旦（多個）基材轉移至反應室404，來自氣體源410至418之各別氣體（諸如前驅物、摻雜劑、載體氣體及/或沖洗氣體）經由氣體注入系統406被引入至反應室404中。氣體注入系統406可用以在基材處理期間計量及控制氣體（例如，來自氣體源410至418）的氣體流動，並提供此類氣體的所欲流動至反應室404內的多個位點。
圖5顯示使用不同前驅物組合所形成之經摻雜矽鍺層的掃描電子顯微鏡(SEM)影像。樣品中之各者在450 ℃的溫度及20托之壓力生長，使用10 slm的氮載體氣體流動，使用350 sccm之流動速率的矽前驅物SiH 4、1700 sccm之流動速率的鍺前驅物GeH 4、以及5 sccm之流動速率的硼前驅物B 2H 6。使用不同的鎵前驅物及/或鎵前驅物之不同流動速率，且使用具有2微米之視場(FOV)（頂部圖板）及0.5微米之FOV（下部圖板）的SEM分析所得摻雜硼及鎵的矽鍺膜之形態。
圖板A1及圖板A2中所顯示之SEM影像係使用10 sccm之流動速率的TEGa作為鎵前驅物所生長之層；量測出層厚度係17.3 nm。圖板B1及圖板B2中所顯示之SEM影像係使用15 sccm之流動速率的TEGa作為鎵前驅物所生長之層；量測出層厚度係16.8 nm。圖板C1及圖板C2中所顯示之SEM影像係使用350 sccm之流動速率的參(三級丁基)鎵(TTBGa)所生長之層；量測出層厚度係16.6 nm。圖板D1及圖板D2中所顯示之SEM影像係使用400 sccm之流動速率的TTBGa所生長之層；量測出層厚度係17.3 nm。圖板E1及圖板E2中所顯示之SEM影像係使用10 sccm之流動速率的TEGa及350 sccm之流動速率的TTBGa所生長的層；量測出層厚度係26.2 nm。可看出，由於某些鎵單一前驅物流動（例如，在B1及D1中）或鎵前驅物共流（co-flow）（例如，在E1中），表面上可能形成巨觀鎵微滴。此類微滴可用諸如本文中其他地方描述的方式移除。
圖6A至圖6D顯示使用不同前驅物組合所形成之經摻雜矽鍺層的二次離子質譜儀(SIMS)量測結果。更具體而言，圖6A顯示圖5之圖板A1及圖板A2中顯示的樣品之SIMS量測；圖6B顯示圖5之圖板C1及圖板C2中顯示的樣品之SIMS量測；圖6C顯示圖5之圖板E1及圖板E2中顯示的樣品之SIMS量測，還有彼樣品用2微米FOV的另一SEM影像；以及圖6D顯示在樣本用少於10體積%之HCl的水性HCl濕式蝕刻而移除表面隔離鎵之後，圖5之圖板E1及圖板E2中顯示的樣品之SIMS量測，還有彼樣品用2微米FOV的另一SEM影像。從圖6A至圖6D可理解到，與某些鎵單一前驅物流動（例如，在A1及C1中）相比較，可使用鎵前驅物共流方法（例如，在E1中）將更多鎵納入至層中。額外地，圖6A及圖6B（對應於某些鎵單一前驅物流動）中顯示的鎵輪廓係比圖6D（對應於鎵前驅物共流隨後有蝕刻）中所顯示者更傾斜。因此，可理解到共流方法可提供鎵在層內更均勻的分布。此外，使用鎵前驅物共流隨後有蝕刻所形成的鎵摻雜位準（圖6D）係高於使用單一鎵前驅物（圖6A至圖6B）所形成之鎵摻雜位準約一個量級。闡釋性地，在10 nm的深度處，圖6D中鎵濃度係約2.3 x 10 19原子/cm 3，而圖6A中鎵濃度在此深度係約2.9 x 10 18原子/cm 3，且圖6B中鎵濃度係約4.8 x 10 18原子/cm 3。
圖7顯示使用在實例溫度的前驅物組合所形成之經摻雜矽鍺層的SEM影像及SIMS輪廓。樣品以參照圖5所描述的方式生長，但使用330 ℃的溫度及10 sccm之流動速率的TEGa和350 sccm之流動速率的TTBGa。所得摻雜硼及鎵的矽鍺膜的形態係使用具有2微米（左圖板）及0.5微米（右圖板）的FOV的SEM分析。在樣品表面上未觀察到附聚的鎵，且因此未蝕刻樣品。量測出層厚度係24.3 nm，量測出層電阻率係0.557 mOhm·cm，且層具有約39.7%之鎵濃度。此樣品的SIMS輪廓（亦顯示於圖7中）跨膜厚度顯示相對高且相對平坦的鎵濃度，例如，在10 nm深度處約2.4 x 10 20原子/cm 3，在15 nm深度處約1.5 x 10 20原子/cm 3，且在20 nm深度處約5.2 x 10 19原子/cm 3。
上文所描述的本揭露之實例實施例並未限制本發明的範疇，由於此等實施例僅為本發明之實施例之實例，本發明由文後申請專利範圍及其等之法律等同物所定義。任何等同實施例係意欲落入本發明之範疇內。確實地，除本文中所顯示及所描述者以外，所屬技術領域中具有通常知識者可由本說明書輕易明白本揭露之各種修改，諸如所描述元件之替代有用組合。此類修改及實施例亦意欲落入文後之申請專利範圍的範疇內。
100:操作 110:基材 111:上表面 120:層 200:操作 300:方法 301:操作 302:操作 310:方法 311:操作 312:操作 400:系統 402:基材搬運系統 404:反應室 406:氣體注入系統 408:壁 410:氣體源 412:氣體源 414:氣體源 416:氣體源 418:氣體源 420:管線 422:管線 424:管線 426:管線 428:控制器 430:排氣源
當連同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衍生對本揭露之實施例的更完整理解。 圖1A至圖1B示意性地繪示依據本揭露之例示性實施例的實例操作及結構。 圖2示意性地繪示依據本揭露的例示性實施例的另一實例操作。 圖3A至圖3B繪示依據本揭露之例示性實施例之實例方法中操作的實例流程。 圖4繪示依據本揭露的額外例示性實施例之反應器系統。 圖5顯示使用不同前驅物組合所形成之經摻雜矽鍺層的掃描電子顯微鏡(SEM)影像。 圖6A至圖6D顯示使用不同前驅物組合所形成之經摻雜矽鍺層的二次離子質譜儀(SIMS)量測結果。 圖7顯示在實例溫度使用一前驅物組合所形成之經摻雜矽鍺層的SEM影像及SIMS輪廓。 將瞭解，圖式中的元件係出於簡單及清楚起見而繪示，且未必按比例繪製。舉例而言，可相對於其他元件將圖式中之一些元件之尺寸特別放大以有助於改善對所繪示本揭露之實施例的理解。
300:方法
301:操作
302:操作

Claims (20)

  1. 一種形成經摻雜矽鍺層之方法，該方法包含： 使一基材同時暴露至(a)一矽前驅物、(b)、一鍺前驅物、(c)一硼前驅物、及(d)一異配位鎵前驅物， 該異配位鎵前驅物包含(i)至少一直鏈烷基基團，其中一末端碳係直接鍵結至鎵，及(ii)至少一三級烷基基團，其中一三級碳係直接鍵結至鎵；及 使該矽前驅物、該鍺前驅物、該硼前驅物及該異配位鎵前驅物起反應，以在該基材上形成摻雜有硼及鎵的一矽鍺層。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包含使用一第一鎵前驅物及一第二鎵前驅物以生成該異配位鎵前驅物， 該第一鎵前驅物包含複數個該直鏈烷基基團， 該第二鎵前驅物包含複數個該三級烷基基團。
  3. 如請求項2之方法，其中生成該異配位鎵前驅物包含將至少一直鏈烷基基團自該第一鎵前驅物移動至該第二鎵前驅物。
  4. 如請求項2或請求項3之方法，其中生成該異配位鎵前驅物包含將至少一三級烷基基團自該第二鎵前驅物移動至該第一鎵前驅物。
  5. 如請求項2至4中任一項之方法，其中該異配位鎵前驅物係生成於該基材之上的一氣體中。
  6. 如請求項2至5中任一項之方法，其包含以約1:3至約3:1之一化學計量比率使該第一鎵前驅物與該第二鎵前驅物流動於該基材上方。
  7. 如請求項1至6中任一項之方法，其中該異配位鎵前驅物包含GaR 1 2R 2及GaR 1R 2 2中之至少一者，其中R 1係該直鏈烷基基團，且其中R 2係該三級烷基基團。
  8. 如請求項7之方法，其中該混合物包含一比率係約1:3至約3:1的GaR 1 2R 2與GaR 1R 2 2。
  9. 如請求項1至8中任一項之方法，其中該直鏈烷基基團係乙基、正丙基、正丁基或正戊基。
  10. 如請求項1至9中任一項之方法，其中該三級烷基基團係三級乙基、三級丙基、三級丁基或三級戊基。
  11. 如請求項1至10中任一項之方法，其中該直鏈烷基基團係乙基，且該三級烷基基團係三級丁基。
  12. 如請求項1至11中任一項之方法，其中該硼前驅物包含二硼烷(B 2H 6)、氘代二硼烷(B 2D 6)或一或多個硼氫化物。
  13. 如請求項1至12中任一項之方法，其中該矽前驅物包含矽烷(SiH 4)、二矽烷(Si 2H 6)、三矽烷(Si 3H 8)、四矽烷(Si 4H 10)、戊矽烷(Si 5H 12)、甲基矽烷(CH 3-SiH 3)、二氯矽烷(H 2SiCl 2)或二碘矽烷(H 2SiI 2)。
  14. 如請求項1至13中任一項之方法，其中該鍺前驅物包含鍺烷(GeH 4)、二鍺烷(Ge 2H 6)、三鍺烷(Ge 3H 8)、或甲鍺烷矽烷(GeH 6Si)。
  15. 如請求項1至14中任一項之方法，其中該基材在約150 ℃至約450 ℃之一溫度暴露至該矽前驅物、該鍺前驅物、該硼前驅物及該異配位鎵前驅物。
  16. 如請求項1至15中任一項之方法，其中該矽鍺層包含表面隔離鎵，該方法進一步包含移除該表面隔離鎵。
  17. 如請求項16之方法，其中該移除包含一濕式化學蝕刻。
  18. 如請求項1至17中任一項之方法，其中該矽鍺層具有約8 nm至約12 nm的一厚度。
  19. 如請求項18之方法，其中該矽鍺層在20 nm之一深度處具有至少約4.1 x 10 20原子/cm 3之一硼濃度。
  20. 一種用於形成經摻雜矽鍺層之系統，該系統包含： 一反應室，其經組態以固持一基材； (a)一矽前驅物、(b)、一鍺前驅物、(c)一硼前驅物、及(d)一異配位鎵前驅物之各別源， 該異配位鎵前驅物包含(i)至少一直鏈烷基基團，其中一末端碳係直接鍵結至鎵，及(ii)至少一三級烷基基團，其中一三級碳係直接鍵結至鎵；及 一控制器，其經組態以造成該矽前驅物、該鍺前驅物、該硼前驅物及該異配位鎵前驅物流動於該基材上方且在彼處起反應，以在該基材上形成摻雜有硼及鎵之一矽鍺層。
TW112114855A 2022-04-28 2023-04-21 具有摻雜硼及鎵的矽鍺層之結構、及用於形成其的方法及系統 TW202407172A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202263335768P 2022-04-28 2022-04-28
US63/335,768 2022-04-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202407172A true TW202407172A (zh) 2024-02-16

Family

ID=88482162

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW112114855A TW202407172A (zh) 2022-04-28 2023-04-21 具有摻雜硼及鎵的矽鍺層之結構、及用於形成其的方法及系統

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230349069A1 (zh)
KR (1) KR20230153281A (zh)
CN (1) CN116978776A (zh)
TW (1) TW202407172A (zh)

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230153281A (ko) 2023-11-06
CN116978776A (zh) 2023-10-31
US20230349069A1 (en) 2023-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11637014B2 (en) Methods for selective deposition of doped semiconductor material
US11594600B2 (en) Structures with doped semiconductor layers and methods and systems for forming same
US11495459B2 (en) Methods for selective deposition using a sacrificial capping layer
US9905420B2 (en) Methods of forming silicon germanium tin films and structures and devices including the films
US9793115B2 (en) Structures and devices including germanium-tin films and methods of forming same
TWI692545B (zh) 形成高ｐ型摻雜鍺錫膜的方法以及包含該等膜的結構和裝置
CN104185895B (zh) 外延掺杂的锗锡合金的形成方法
US9396934B2 (en) Methods of forming films including germanium tin and structures and devices including the films
US8642454B2 (en) Low temperature selective epitaxy of silicon germanium alloys employing cyclic deposit and etch
US9218962B2 (en) Low temperature epitaxy of a semiconductor alloy including silicon and germanium employing a high order silane precursor
KR20190093498A (ko) 기판 표면 위에 반도체 구조체를 증착하기 위한 방법 및 이와 관련된 반도체 구조체
TW201426818A (zh) 形成三維結構高摻雜含矽材料之選擇性同形覆蓋磊晶方法
KR20090015138A (ko) 클로로폴리실란들을 이용한 실리콘-포함 막들의 선택적 증착 방법들 및 시스템들
TW201213599A (en) Thin films and methods of making them using cyclohexasilane
US8822312B2 (en) Method of forming high growth rate, low resistivity germanium film on silicon substrate
US20210375622A1 (en) Method for depositing boron and gallium containing silicon germanium layers
TW202407172A (zh) 具有摻雜硼及鎵的矽鍺層之結構、及用於形成其的方法及系統
US20240006176A1 (en) Method of forming p-type doped silicon-germanium layers and system for forming same
US11946157B2 (en) Method for depositing boron containing silicon germanium layers
TW202414540A (zh) 形成ｐ型摻雜矽鍺層之方法、使用此方法形成源極區及汲極區中之一或多者的方法、包含使用此方法形成源極區及汲極區中之一或多者的結構
US7910468B1 (en) Methods and compositions for preparing Ge/Si semiconductor substrates
US20170194138A1 (en) Low temperature selective deposition employing a germanium-containing gas assisted etch
TW202029294A (zh) 沉積硼摻雜矽鍺膜之方法
CN116544101A (zh) 形成硅锗结构的方法