TWI598458B - 藉由熱ｃｖｄ形成鍺錫合金之方法與設備 - Google Patents

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Description

藉由熱CVD形成鍺錫合金之方法與設備
本文所述之技術關於半導體元件的製造。更明確地，描述在場效電晶體與光子元件(例如，雷射)兩者中形成IV族半導性半導體-金屬合金層的方法。
鍺是首先用於半導體應用(例如，CMOS電晶體)之材料的一種。然而，由於矽相對於鍺的大量豐裕，矽已經成為CMOS製造的壓倒性半導體材料選擇。隨著根據摩爾定律的元件幾何下降，電晶體部件的尺寸對致力於使元件更小、更快、利用更少功率與產生更少熱的工程師造成挑戰。舉例而言，隨著電晶體尺寸下降，電晶體的通道區變得更小，且具有更大的電阻率與較高的閥值電壓之通道的電子性質變得更不可行。如同某些製造商已經對45nm節點所執行般，藉由利用嵌於源極/汲極區中之矽-鍺應力源提高矽通道區中的載體移動性。
常見的應力源層是鍺或其他半導體與金屬的合金，最常見的實例為鍺-錫合金。上述合金通常沉積於具有半導體 材料與介電材料之基板上。由於應力源層是用來在相鄰半導體層中產生應力，通常期望鍺-錫合金沉積於半導體上而非介電材料上。
亦可藉由形成鍺-錫合金層於半導體材料上，將應變 或非應變鍺-錫合金用於CMOS元件的其他部分，諸如通道與接點。若錫濃度高度足以產生直接能隙，非應變鍺-錫合金可具有比純鍺高的載體移動性。直接能隙鍺-錫合金亦可用於光子元件(例如，雷射)中。
因此，持續需要選擇性形成金屬-半導體合金層於基 板上的方法與設備。
提供在半導體基板上形成IV族半導性半導體-合金層的方法與設備。可藉由下述步驟將IV族半導性半導體-合金層形成於基板上：配置基板於製程腔室中；流動鍺前驅物進入製程腔室；流動金屬鹵化物進入製程腔室；及磊晶地生長合金層於基板上。IV族鹵化物沉積控制劑增強基板的半導性區域上的選擇性沉積。鍺前驅物可為氫化物(例如，二鍺烷)而金屬前驅物可為金屬鹵化物。載氣(諸如，氫、氬、氦與氮)可被作為氣體混合物的成分。亦可應用鹵素氣體與氫鹵化物氣體。沉積製程可為CVD製程，CVD製程可為週期性製程。亦可應用ALD製程。
100、300、400‧‧‧方法
200‧‧‧設備
202‧‧‧腔室
204‧‧‧噴頭
206‧‧‧熱源
208‧‧‧基板支撐件
210‧‧‧化學輸送系統
212‧‧‧接觸腔室
214、216、218‧‧‧管道
220‧‧‧側進入口
222‧‧‧第一管道
224‧‧‧第二管道
226‧‧‧清洗氣體管線
228‧‧‧饋送系統
230‧‧‧排放系統
232‧‧‧排放帽
234‧‧‧活性源
236‧‧‧凝結套
238‧‧‧閥
240‧‧‧排放管道
250‧‧‧入口
252‧‧‧真空泵
254‧‧‧減弱管道
256‧‧‧減弱系統
262、264‧‧‧氣體饋送管道
266‧‧‧節流閥
268‧‧‧護套
360‧‧‧側壁
為了詳細理解本發明上述之特徵，可參照某些實施例來理解簡短概述於【發明內容】中的本發明的更明確描述， 該等實施例中之一些實施例圖示於附圖中。然而，需注意附圖僅圖示本發明之典型實施例而因此附圖不被視為本發明之範圍的限制因素，因為本發明可允許其他等效實施例。
第1圖是概述根據一實施例之方法的流程圖。
第2圖是根據另一實施例之設備的示意圖。
第3圖是概述根據另一實施例之方法的流程圖。
第4圖是概述根據另一實施例之方法的流程圖。
為了促進理解，已經盡可能應用相同的元件符號來標示圖式中共有的相同元件。預期一個實施例揭示的元件可有利地用於其他實施例而不需特別詳述。
第1圖是概述根據一實施例之方法100的流程圖。在102處，將半導體基板配置於製程腔室中。半導體基板可為任何上方即將形成IV族半導性半導體-合金層的半導性材料。在一個實例中，可應用上方即將形成電晶體結構之矽基板。基板可具有任何習知的半導性材料，諸如矽、鍺、碳、III/V族半導體材料、II/VI族半導體材料與上述之組合或混合物。舉例而言，基板可具有矽區與鍺區。基板亦可具有矽與鍺之混合物的區。
半導體基板亦可具有介電區形成於半導體基板的表面上。舉例而言，矽基板可具有形成鄰近於半導性源極/汲極區域的電晶體閘極結構與介電間隔物，半導性源極/汲極區域可為摻雜矽的區域或上方即將形成源極/汲極材料的區域。因此，除了摻雜矽層以外，源極/汲極區域可包括本文所述之應 力源層，或源極/汲極區域可包括本文所述之應力源層取代摻雜矽層。介電區可為氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物、碳氧化物或上述之組合。金屬氧化物、金屬氮化物、IV族氧化物、IV族氮化物、IV族碳化物、IV族氮氧化物、IV族碳氧化物、低介電常數介電質、高介電常數介電質、玻璃、陶瓷與上述之組合或混合物可存在於根據第1圖之方法100處理之基板中。
本文所述之IV族半導性半導體-合金層通常包括配 置於鍺基質中之金屬原子(GexMy)或配置於矽-鍺基質中之金屬原子(SixGeyMz)。在矽-鍺實施例中，若x、y與z經常規化以總和成一體，x可高達0.3。以另一種方式來說，本文所述之半導體-合金層可為具有高達約30原子百分比的矽之鍺金屬基質。大金屬原子(例如，大於鍺的IV族金屬，諸如錫與鉛)有用於添加壓縮應力至鍺或矽-鍺基質。鍺晶體通常具有單位晶胞尺寸約566pm的立方體結構。各個鍺原子的半徑約125pm，而錫原子的半徑約145pm，且鉛的半徑在155與180pm之間。在示範性鍺基質中，添加較大的金屬原子至鍺晶體基質，造成較大的晶格尺寸，此舉對側向鍺原子施加單軸壓縮應力及/或對覆蓋的鍺原子施加雙軸拉伸應力。上述應變改變鍺的能隙，在某些實例中，造成比非應變鍺高的載體移動性。
在一個態樣中，矽基板可具有鍺通道層鄰近應力源 層作為電晶體閘極結構的部分。在此實例中，GexMy或SixGeyMz應力源施加單軸應力至鄰近鍺層上。在另一個態樣中，將鍺通道層沉積於應力源層上，以致施加雙軸拉伸應力 至鍺通道層。
本文所述之IV族半導性半導體-金屬合金層可執行CMOS電晶體中的多種功能，諸如應力源、通道及/或接點。當錫濃度高度足以產生直接能隙時，鍺-錫合金本身比單獨鍺具有較高的載體移動性。基於相同原因，鍺-錫合金可被用於光子元件(例如，雷射)中。在例如電晶體通道的應用中，非直接能隙是有用的。可藉由限制鍺基質中的金屬濃度而在鍺-金屬合金中維持非直接能隙。在某些實例中，半導體-金屬合金可包括鍺與矽。
在104處，將鍺前驅物提供至含有半導體基板的製程腔室。鍺前驅物通常為鍺氫化物，諸如鍺烷(GeH4)、二鍺烷(Ge2H6)或高階氫化物(GexH2x+2)或上述之組合。鍺前驅物可與載氣混合，載氣可為無反應性氣體，諸如氮氣、氫氣或惰性氣體(諸如氦或氬)或上述之組合。鍺前驅物體積流動速率比上載氣流動速率的比例可被用來控制通過腔室的氣流速度。取決於期望的流動速度，比例可為約1%至約99%的任何比例。在某些實施例中，相對高的速度可改善形成層的均勻性。在300mm單晶圓實施例中，鍺前驅物的流動速率可在約0.01 sLm與約2.0 sLm之間。針對具有約50升體積的腔室而言，在上述鍺前驅物的流動速率下，約5 sLm與約40 sLm之間的載氣流動速率提供均勻的層厚度。
在106處，提供金屬鹵化物至製程腔室以與鍺前驅物反應並沉積摻雜鍺的金屬層或鍺-金屬合金層。金屬鹵化物可為錫或鉛鹵化物氣體，諸如SnCl4、SnCl2、PbCl4或PbCl2 或具有式RxMCly的有機金屬氯化物，其中R是甲基或t-丁基，x是1或2，M是Sn或Pb，且y是2或3，以致所形成的層主要由IV族元素所構成。
在約0.1sccm與約100sccm之間(例如，約5sccm 與約20sccm之間，例如約10sccm)的流動速率下將金屬鹵化物提供至製程腔室。金屬鹵化物亦可與載氣混合以達成製程腔室中的期望空間速度及/或混合性能。金屬鹵化物可源自蒸發或昇華進入流動載氣流(諸如，N2、H2、Ar或He)之金屬鹵化物晶體的液體或固體源，或者金屬鹵化物可藉由下述方式產生：在接觸腔室中讓鹵素氣體(可選擇性地與上述載氣之一者)通過固體金屬上以執行反應M+2Cl2→MCl4，其中M是Sn或Pb。接觸腔室可鄰近製程腔室，且藉由管道耦接至製程腔室，管道較佳是短的以降低金屬鹵化物顆粒沉積於管道中的可能性。
在108處，提供沉積控制劑至製程腔室以控制基板 的表面上的沉積。沉積控制劑允許基板的半導性區上之選擇性沉積在滿意的沉積速率下同時控制介電區上的沉積，在某些實例中，有效地避免介電區上之沉積。咸信沉積控制劑抑制基板之介電區域上沉積。因此，沉積控制劑是選擇性控制劑，因為可藉由調整反應混合物中選擇性控制劑相對於反應性物種的數量來控制選擇性。
沉積控制劑通常為含鹵素物種，例如IV族鹵化物， 例如二氯矽烷。有用的沉積控制劑通常為含氟試劑、含氯試劑或含溴試劑或上述之混合物。某些可為氟化物、氯化物及/ 或溴化物，而某些可為含有超過一個鹵素物種的化合物。IV族成分通常為矽、鍺、碳或上述之組合。包括矽與鍺、矽與碳、碳與鍺、或矽碳與鍺的分子可被用來作為沉積控制劑。 舉例而言，可應用有機氯矽烷或有機氯鍺烷搭配有機氯矽烷或有機氯鍺烷的溴-同系物。示範性沉積控制劑包括(但不限於)四氯化矽、四溴化矽、四氯化鍺、四溴化鍺、四氯化碳、四溴化碳、三氯矽烷、三氯鍺烷、二氯矽烷、二氯鍺烷、單氯矽烷、單氯鍺烷、具有式RxSiX4-x的烷基鹵矽烷(其中x是0至4，R是任何烷基或亞烷基基團，而X是Cl或Br)與具有式RxGeX4-x的烷基鹵鍺烷(其中x是0至4，R是任何烷基或亞烷基基團，而X是Cl或Br)。亦可應用組合試劑，例如具有式X1 xR3-xSiGeR’yX2 3-y的試劑。
有用的烷基鹵矽烷包括氯甲基矽烷、二氯甲基矽 烷、三氯甲基矽烷、二氯二甲基矽烷、氯二甲基矽烷、氯三甲基矽烷、溴甲基矽烷、二溴甲基矽烷、三溴甲基矽烷、二溴二甲基矽烷、溴二甲基矽烷、溴三甲基矽烷、氯乙基矽烷、二氯乙基矽烷、三氯乙基矽烷、二氯二乙基矽烷、氯二乙基矽烷、氯三乙基矽烷、溴乙基矽烷、二溴乙基矽烷、三溴乙基矽烷、二溴二乙基矽烷、溴二乙基矽烷、溴三乙基矽烷、氯甲基乙基矽烷、氯二甲基乙基矽烷、氯甲基二乙基矽烷、溴甲基乙基矽烷、溴二甲基乙基矽烷、溴甲基二乙基矽烷、氯甲基鍺烷、二氯甲基鍺烷、三氯甲基鍺烷、二氯二甲基鍺烷、氯二甲基鍺烷、氯三甲基鍺烷、溴甲基鍺烷、二溴甲基鍺烷、三溴甲基鍺烷、二溴二甲基鍺烷、溴二甲基鍺烷、溴 三甲基鍺烷、氯乙基鍺烷、二氯乙基鍺烷、三氯乙基鍺烷、二氯二乙基鍺烷、氯二乙基鍺烷、氯三乙基鍺烷、溴乙基鍺烷、二溴乙基鍺烷、三溴乙基鍺烷、二溴二乙基鍺烷、溴二乙基鍺烷、溴三乙基鍺烷、氯甲基乙基鍺烷、氯二甲基乙基鍺烷、氯甲基二乙基鍺烷、溴甲基乙基鍺烷、溴二甲基乙基鍺烷、溴甲基二乙基矽烷、氟甲基矽烷、二氟甲基矽烷、三氟甲基矽烷、二氟二甲基矽烷、氟二甲基矽烷、氟三甲基矽烷、氟甲基矽烷、二氟甲基矽烷、三氟甲基矽烷、二氟二甲基矽烷、氟二甲基矽烷、氟三甲基矽烷、氟甲基乙基矽烷、氟二甲基乙基矽烷、氟甲基二乙基矽烷、氟甲基鍺烷、二氟甲基鍺烷、三氟甲基鍺烷、二氟二甲基鍺烷、氟二甲基鍺烷、氟三甲基鍺烷、氟乙基鍺烷、二氟乙基鍺烷、三氟乙基鍺烷、二氟二乙基鍺烷、氟二乙基鍺烷、氟三乙基鍺烷、氟甲基乙基鍺烷、氟二甲基乙基鍺烷與氟甲基二乙基鍺烷。應當注意上述具有超過一個鹵素的化合物(諸如，二鹵素、三鹵素與四鹵素化合物)可具有混合的鹵素。因此，舉例而言，可應用諸如氯溴矽烷或氟氯矽烷或其他上列化合物的相似排列的化合物。如彼等熟悉技術人士可自上方非全面的列表得知，可預期烷基鹵矽烷與烷基鹵鍺烷的其他變體能用於執行本文所述之方法。亦可預期可應用諸如氯甲烷、二氯甲烷與相似於上方列表的種種置換的有機氯化物。
可在約10sccm與約1000sccm之間(例如，約100 sccm與約500sccm之間，例如約200sccm)的流動速率下提供沉積控制劑。可藉由調整沉積控制劑與鍺前驅物的體積比 來控制層生長選擇性與沉積速率。較高的比例提高整體沉積速率並改善選擇性。對大多數實施例而言，沉積控制劑與鍺前驅物的體積流動比例範圍在約1與約100之間，例如約10與約60之間，例如約30。在範圍的頂端，沉積速率是約200Å/分，而在範圍的底端，沉積速率是約50Å/分。然而，在範圍的頂端，並未發現基板之介電區域上的膜生長，而在範圍的底端，半導性區域上的沉積速率是介電區域上之沉積速率的1-2倍。
可經由不同的路徑將金屬鹵化物與鍺前驅物提供至 製程腔室。可經由第一路徑提供鍺前驅物並經由第二路徑提供金屬鹵化物。第一路徑與第二路徑通常是不同的且保持分離直到進入製程腔室的位置。在一個實施例中，兩個流經由鄰近基板支撐件之邊緣的腔室之側壁進入，由基板支撐件的一側移動橫跨基板支撐件至基板支撐件的相反側，並進入排放系統。在半導體-金屬合金層形成過程中，基板支撐件可旋轉以改善均勻性。第一路徑通常連通於進入製程腔室的第一進入位置，第一進入位置可包括腔室的壁中之一或多個開口或耦接至腔室之壁的氣體分配器(例如，噴頭)。如上所述，一或多個開口可鄰近基板支撐件之邊緣，或者可為雙重或多重路徑氣體分配器的入口。第二路徑同樣地連通於第二進入位置(相似於第一進入位置)。第一進入位置與第二進入位置經配置，以致兩個流混合並提供沉積或層生長混合物於基板支撐件上方區域中。在某些實施例中，使用氣體分配器可降低或排除在製程過程中旋轉基板的需求。
亦可在製程腔室外將金屬鹵化物與鍺前驅物混合在 一起並經由單一路徑提供至製程腔室。亦可在製程腔室外將沉積控制劑與其他前驅物混合在一起或經由分別的路徑提供至製程腔室。
半導體-金屬合金層的磊晶生長產生高結構品質。將 製程腔室中之壓力維持在約5托與約800托之間(例如，約20托與約120托之間，例如約80托)。溫度在約150℃與約500℃之間，例如約200℃與約400℃之間，例如約300℃。將溫度保持低於金屬鹵化物前驅物的分解溫度(通常約600℃或更低)。在某些實施例中，壓力可低於約5托，但降低的壓力亦降低沉積速率。在該等條件下的沉積速率在約50Å/分與約500Å/分之間。
若使用含矽沉積控制劑的話，鍺金屬合金層可包括 矽。相似的反應發生在上述之有機金屬氯化物上。較高階的鍺烷(例如，二鍺烷)產生氯鍺烷中間體的混合物，此舉同樣地分解成鍺沉積物。可提供氫、氬、氦或氮氣或上述之組合至腔室以促進沉積反應。約5 sLm與約40 sLm之間流動速率的氫氣可被包含於任何或所有前驅物以提供環境氫濃度。
通常將層沉積至約100Å與約800Å之間的厚度。根據方法100，基質中的錫原子濃度可在約1%與約12%之間，例如約3%與約9%之間，例如約6%。若使用鉛的話，基質中的鉛原子濃度可在約0.2%與約5%之間，例如約1%與約3%之間，例如約2%。若期望的話，可應用鉛與錫的混合物。比起錫而言，鉛可在較低劑量下達成較高的能隙降低，且在 某些實施例中，使用鉛與錫的混合物有利於輸送可處理能力(即，在高溫下錫鹵化物比鉛鹵化物更穩定)且具有能隙降低的一定增強。
可藉由改變併入基質中之金屬濃度而在低金屬濃度 下控制半導體-金屬合金層所引入的壓縮應力的量。可藉由調整反應混合物中的金屬前驅物與鍺前驅物的比例來控制金屬濃度。對大部分實施例而言，提供至製程腔室的金屬前驅物與鍺前驅物的體積流動速率比例將在約1%與約40%之間，例如約4%與約12%之間，例如約8%。前驅物氣體混合物中的鍺與金屬的原子比例可高於2：1，例如高於10：1。
可利用CVD方法(可為週期性)來形成本文所述之 層。上述方法亦可描述為ALD方法。可在第一時間週期提供鍺前驅物至製程腔室，然後停止。接著可在第二時間週期提供金屬前驅物至製程腔室，然後停止。可以任何數目次數重複此製程以達成期望的層厚度。當週期性提供鍺與金屬前驅物時通常持續地提供沉積控制劑，但在其他實施例中，可持續地或週期性地提供鍺與金屬前驅物同時在選定時間時間歇地提供沉積控制劑。載氣亦可與沉積控制劑一起持續地流動及/或與前驅物一起週期性地流動。
若期望的話，可藉由在氣體混合物中包括適當的摻雜劑前驅物來摻雜本文所述之半導性半導體-金屬合金材料。摻雜劑源(諸如，硼烷、二硼烷、膦與胂)是技術中習知的並可用來作為摻雜本文所述之半導性半導體-金屬合金層的摻雜劑前驅物。
第2圖是根據另一個實施例之設備200的示意圖。 設備200可用於執行本文所述用來形成半導性半導體-金屬合金層的方法。製程腔室202具有基板支撐件208配置於製程腔室202的內部體積中，基板支撐件208可為旋轉的基板支撐件。熱源206經配置而面對基板支撐件208的一側。或者，熱源可被嵌入基板支撐件208中。製程腔室202可具有噴頭204讓氣體進入腔室。或者，可經由耦接至腔室202之側壁360的側進入口220提供氣體至製程腔室。
共同受讓的美國專利第7,172,792號所述之帶有加 熱基板支撐件之腔室可適以建構本文所述之設備並用來執行本文所述之方法，美國專利第7,172,792號名稱為「Method for forming a high quality low temperature silicon nitride film」且核發於2007年2月6日。共同受讓的美國專利公開案第2008/0072820號所述之帶有燈加熱模組的腔室可適以建構本文所述之設備並用來執行本文所述之方法，美國專利公開案第2008/0072820號名稱為「Modular CVD Epi 300mm Reactor」且公開於2008年3月27日。EpiTM 300mm反應器或300mm xGenTM腔室(兩者皆自Applied Materials,Inc.(Santa Clara,California)取得)可適以進行並利用本文所述之實施例，並可選擇性帶有CENTURA®平臺(亦可自Applied Materials,Inc取得)。亦可利用來自其他製造商的其他腔室來執行本文所述之方法。
饋送系統228(包括化學輸送系統210與金屬前驅物 接觸腔室212)經由多個管道耦接至腔室202。第一管道222 與第二管道224可耦接饋送系統228至可選擇性的噴頭204。 為了執行本文所述之方法，噴頭204可為雙重路徑噴頭以避免前驅物在進入腔室202之前混合。示範性雙重路徑噴頭描述於共同受讓的美國專利第6,983,892號，美國專利第6,983,892號名稱為「Gas distribution showerhead for semiconductor processing」且核發於2006年1月10日。
替代地或額外地，可藉由提供第一與第二橫流氣體 管道216與218至側進入口220來執行橫流氣體注入。橫流注入構造的實例描述於美國專利第6,500,734號。設備200可包含噴頭構造與橫流注入構造兩者或僅有一者、或其他構造。
化學輸送系統210輸送鍺前驅物(可選擇性地與載氣 (諸如氮及/或氫)一起)至腔室202。化學輸送系統210亦可輸送沉積或選擇性控制物種至腔室202。化學輸送系統210可包括液體或氣態源與控制器(未圖示)，控制器可設置在氣體面板中。
接觸腔室212可藉由管道214被耦接至側進入口220 或噴頭204任一者，管道214經配置以攜帶金屬前驅物至腔室202。管道214、216與222可被加熱至約50℃與約200℃之間的溫度，以控制或避免金屬鹵化物物種凝結於管道中。 接觸腔室212通常包含一床固體金屬或金屬鹵化物晶體或一床液體金屬鹵化物(例如，四氯化錫)。可將金屬鹵化物蒸發或昇華進入經由氣體饋送管道262與264之一或兩者提供的載氣中。固體金屬可與經由氣體饋送管道262與264之一或兩者提供的鹵素氣體源接觸。在一個實施例中，經由第一氣體 饋送管道262提供鹵素氣體源而經由第二氣體饋送管道264提供載氣。氣體(用於攜帶水蒸汽或反應任一者)可被流動通過粉狀金屬或金屬鹵化物流體化床以增強接觸。篩孔笊或過濾器可被用來避免夾帶顆粒進入腔室202。或者，氣體可流動橫跨固定的固體金屬或金屬鹵化物床。
排放系統230耦接至腔室202。排放系統230可在 任何方便位置耦接至腔室，任何方便位置可取決於氣體進入腔室的位置。針對經由噴頭204進入之氣體，排放系統可耦接至腔室的底壁且圍繞熱源206，舉例而言，藉由一或多個門或經由環狀開口。在某些實施例中，環狀歧管可配置在基板支撐件之邊緣附近並耦接至排放系統230。針對橫流實施例而言，排放系統230可耦接至與側進入口220相對的腔室之側壁。
排放管道240經由節流閥266耦接排放帽232至真 空泵252。護套268自排放帽232至真空泵252的入口250包圍排放管道240與節流閥266。護套268能熱控制排放管道240以避免排放物種凝結於管線中。任何加熱媒介(諸如，熱空氣、水或其他熱流體)可被用來維持排放管道在高於排放氣體之露點的溫度下。或者，護套可包括電阻式加熱元件(即，電毯)。若期望的話，凝結套236可藉由閥238耦接至排放管道240以進一步增強排放系統230中任何凝聚物的捕獲。真空泵252經由減弱管道254(通常未被加熱或未具護套)排至減弱系統256，而經清潔的氣體在258處排放。為了進一步降低排放管道240中的潮濕或成核作用，排放管道240可塗覆有 石英或惰性聚合物材料。
可藉由活性源234將電漿或紫外光活化的清洗試劑 耦接至排放系統230，活性源234可被耦接至微波或RF腔室以產生活性清洗物種。清洗氣體管線226可自化學輸送系統210提供清洗氣體至排放管道240，若期望的話可經由活性源234。使用活性物種進行清洗允許在低溫下進行清洗。
清洗用於執行本文所述方法之腔室(例如，腔室202) 或任何用於執行方法100與200之腔室的方法包括提供鹵素氣體至腔室、轉換殘餘物成揮發性鹵化物。清洗過程中，腔室的溫度通常維持在低於約600℃下，而金屬沉積物被轉換成MClx，通常為SnClx或PbClx。鹵素氣體可為氯氣、氟氣、HBr、HCl或HF。特別是若排放管道是絕緣的，可加熱腔室至不需分隔加熱排放管道的程度。或者，若期望的話，可將腔室溫度維持在低於約400℃下，並加熱排放管道240以避免凝結。
第3圖是概述根據另一個實施例之方法300的流程 圖。在302處，將具有半導性區域與介電區域之基板配置於製程腔室中。如參照第1圖於上所述，基板可具有矽、鍺、矽與鍺的混合物及/或組合、III/V族半導體材料及/或II/VI族半導體材料的區。基板亦可具有氧化物、氮化物與碳化物介電材料(諸如，金屬氧化物、金屬氮化物、矽氧化物、矽氮化物、矽氮氧化物、矽碳化物、矽碳氧化物、低介電常數介電材料、高介電常數介電材料等等)的區域。示範性基板可具有氮化矽層表面與矽或鍺表面。在某些實例中，可經由氮化矽 層中的開口暴露矽或鍺表面。
在304處，形成包括鍺前驅物、金屬鹵化物與IV族 鹵化物的氣體混合物。上述的該等類別的多種模範可被用來在304形成氣體混合物。氣體混合物亦可包括惰性氣體(諸如，氦、氬或氮)、鹵素氣體(諸如，氯氣或溴氣)與氫鹵化物氣體(諸如，HCl及/或HBr)。
在306處，將氣體混合物流入腔室以應用至基板。 將製程腔室中之壓力維持在約5托與約800托之間，例如約20托與約120托之間，例如約80托。溫度在約150℃與約500℃之間，例如約200℃與約400℃之間，例如約300℃。
在308處，選擇性在基板的半導性區域上形成半導 體-金屬合金層。如上所述，取決於IV族鹵化物與鍺前驅物的比例，選擇性可非常高，造成介電區域上基本上沒有沉積同時在半導性區域上形成合金層。當然，應當注意可藉由調整IV族鹵化物與鍺前驅物的比例以產生期望的選擇性，來控制本文所述之製程的選擇性。
第4圖是概述根據另一個實施例之方法400的流程 圖。第4圖的方法400是在具有半導性與介電特徵之基板上形成半導體金屬合金的另一個方法，其中利用任何本文所述之材料選擇性在半導性特徵上形成合金。在402處，將具有根據本文其他地方所述之任何材料之半導性與介電特徵的基板配置於製程腔室中。在404處，提供IV族鹵化物至包含基板之腔室。持續提供IV族鹵化物且IV族鹵化物作為沉積製程或層生長製程的控制劑。IV族鹵化物可為上述之任何化合 物或任何化合物的混合物。
在406處，交替地提供鍺前驅物與金屬鹵化物至腔 室以在週期性製程中形成半導體金屬合金於基板上，週期性製程可為脈衝式CVD或ALD製程。提供各個前驅物至製程腔室達短暫時間週期，以允許自前驅物形成層於基板上。溫度、壓力與流動速率可如同本文其他地方所述。舉例而言，可提供鍺前驅物至腔室達約1秒至約30秒(例如，3秒)的時間週期，接著可停止鍺前驅物的流動達1-5秒的時間週期以自腔室清除鍺前驅物。接著可提供金屬鹵化物至腔室達約1秒至約30秒(例如，3秒)的時間週期，接著可停止金屬鹵化物的流動達1-5秒的時間週期以自腔室清除金屬鹵化物。
在408處，選擇性在基板之半導性特徵上形成半導 體金屬合金材料。藉由連續循環地提供鍺前驅物與金屬鹵化物前驅物至腔室同時持續流動IV族鹵化物來形成材料。如同本文所述之其他方法，可調整鍺前驅物與金屬鹵化物前驅物相對於IV族鹵化物的流動速率以控制半導體金屬合金的生長速率與選擇性。
在一個實例中，將15sccm的二鍺烷、1sccm的氯 化錫(IV)與500sccm的二氯矽烷流入具有基板之腔室，基板具有鍺表面與形成於鍺表面的一部分上之氮化矽層。將腔室維持在80托與300℃下達約2分鐘。發現半導體-金屬合金層形成在鍺表面上至約175Å的厚度。基本上沒有在氮化矽區上發現沉積。
形成半導性半導體-金屬合金層的替代實施例可包 括形成實質純磊晶鍺層並接著形成摻雜金屬的磊晶鍺層的週期性製程，大致上根據上述之方案在維持鍺前驅物的流動時開始與停止金屬前驅物的流動來形成純與摻雜的層。在其他實施例中，可藉由下述方式形成具有分級應力之層：建立鍺前驅物的流動達一時間週期以形成實質上純鍺的磊晶初始層，在初始流動速率下開始流動金屬前驅物，並接著根據任何期望圖案(線性或非線性的)提高金屬前驅物的流動速率至最終流動速率。上述分級應力層可更有力地附著至下方層同時提供提高的電子移動性。
本文所述之沉積控制劑亦可被用來提高生長速率與 半導性半導體-金屬合金中的金屬濃度。可藉由調整沉積控制劑的流動速率來控制合金的生長速率。亦可藉由調整沉積控制劑的流動速率來控制合金中的金屬濃度。舉例而言，當500sccm的二氯矽烷與二鍺烷與四氯化錫共流於80托與300℃下時，在大約80Å/分的生長速率下形成層且層的錫濃度約10%，然而在相同條件下若未應用二氯矽烷，層的生長速率大約60Å/分而錫濃度約7%。因此，可藉由提高沉積控制劑的流動速率來提高金屬濃度與層生長速率，或藉由降低沉積控制劑的流動速率來降低金屬濃度與層生長速率。
雖然上文關於本發明的實施例，但可在不悖離本發 明之基本範圍下設計出本發明之其他實施例與進一步實施例。
100‧‧‧方法

Claims (22)

  1. 一種在一基板上形成一IV族半導性半導體-金屬合金層的方法，該基板具有半導性材料與介電材料，該方法包括以下步驟：將該基板配置於一製程腔室中；在一混合空間中形成一氣體混合物，該氣體混合物包括一鍺前驅物、一錫鹵化物與一IV族鹵化物；流動該氣體混合物進入該製程腔室；及選擇性在該基板的該等半導性材料上形成一鍺錫合金層，其中該IV族鹵化物抑制該基板之該等介電材料上的沉積。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該IV族鹵化物是一含氟化合物、一含氯化合物、一含溴化合物或上述之混合物。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該IV族鹵化物是氯矽烷。
  4. 如請求項2所述之方法，其中該鍺前驅物是氫化鍺氣體，且該錫鹵化物是氯化錫。
  5. 如請求項4所述之方法，其中該氣體混合物更包括一鹵素氣體或一氫鹵化物。
  6. 如請求項5所述之方法，其中該氣體混合物更包括氫氣、氮氣、氬氣、氦氣或上述之混合物。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該氣體混合物的鍺原子與錫原子的一比例大於2：1。
  8. 如請求項1所述之方法，其中選擇性在該基板的該等半導性材料上形成一鍺錫合金層的步驟包括以下步驟：維持該基板的一溫度在約150℃與約500℃之間。
  9. 如請求項8所述之方法，其中該氣體混合物的鍺原子與錫原子的一比例大於2：1。
  10. 如請求項9所述之方法，其中該IV族鹵化物是一含氟化合物、一含氯化合物、一含溴化合物或上述之混合物。
  11. 如請求項10所述之方法，其中該鍺前驅物是氫化鍺。
  12. 如請求項8所述之方法，其中該鍺前驅物與該錫鹵化物經由一噴頭流動進入該腔室。
  13. 如請求項2所述之方法，其中磊晶地在該基板上生長該IV族半導性半導體-金屬合金層的步驟包括以下步驟：維持該 製程腔室在約5托與約800托之間的一壓力下與約150℃與約400℃之間的一溫度下。
  14. 如請求項2所述之方法，其中該基板的該半導性材料是鍺而該基板的該介電材料是氮化矽。
  15. 一種在一基板上形成一層的方法，包括以下步驟：將該基板配置於一製程腔室中；流動一IV族鹵化物通過該製程腔室；交替地流動氫化鍺與一金屬鹵化物通過該腔室；及在該基板的半導性區域上選擇性形成一鍺金屬合金層，其中該IV族鹵化物抑制該基板之介電區域上的沉積。
  16. 如請求項15所述之方法，其中該IV族鹵化物包括一選自矽、鍺與碳所構成之群組的第一元素以及一選自氟、氯或溴所構成之群組的第二元素。
  17. 如請求項16所述之方法，其中該金屬鹵化物是氯化錫(IV)。
  18. 如請求項17所述之方法，其中該基板的該等半導性區域包括矽或鍺。
  19. 如請求項18所述之方法，其中該鍺金屬合金層包括矽。
  20. 如請求項15所述之方法，其中該鍺金屬合金層摻雜有硼、磷及/或砷，藉由在形成該鍺金屬合金層時提供硼烷、二硼烷、膦及/或胂至該腔室進行摻雜。
  21. 如請求項15所述之方法，更包括以下步驟：藉由調整該IV族鹵化物的一流動速率來控制該鍺金屬合金層的一生長速率。
  22. 如請求項15所述之方法，更包括以下步驟：藉由調整該IV族鹵化物的一流動速率來控制該鍺金屬合金層的一金屬含量。
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