沉积中卤素分子用作反应剂增强外延膜中掺杂剂结合的方法
【技术领域】
[0001] 本发明的实施例一般涉及半导体制造工艺和装置领域，更具体地，涉及沉积含硅 膜以用于形成半导体装置的方法。
【背景技术】
[0002] 金氧半导体场效应晶体管（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor ;M0SFET)的尺寸减小使得集成电路的速度性能、密度及单位功能成本能够持 续改良。半导体工业也处在从通常为平面的2D晶体管向使用三维栅极结构的3D晶体管转 变的时期。在3D栅极结构中，沟道、源极和漏极自基板中升起，然后，栅极在三个侧面环绕 沟道。目的是约束电流仅到达升起的沟道，以及消除任何可能泄漏电子的路径。一个此类 型的3D晶体管被称为鳍式场效应晶体管（Fin Field-Effect Transistor ;FinFET)，其中 连接源极与漏极的沟道是从基板中突出的较薄"鳍片"。此举导致电流被约束至沟道，由此 防止电子泄漏。
[0003] 所述工业已使用选择性的外延沉积工艺以形成含硅材料外延层、高架源极/漏 极，或3D晶体管中所需的源极/漏极伸出部分。一般而言，选择性外延工艺涉及沉积反应 与蚀刻反应。氯气可在选择性外延工艺中用作蚀刻化学品，以通过蚀刻掉电介质和缺损外 延膜上的非晶膜来实现工艺可选择性，或在腔室清洁过程中用作蚀刻化学品以从腔室部件 上去除残留沉积气体或已沉积的残余物。由于氯气活性极高，且甚至可能在低温下也易于 与沉积处理气体（所述气体通常包含氢和氢化物）反应，因此在沉积阶段期间通常不同时 使用氯气和沉积处理气体，以避免影响膜生长速率。虽然沉积处理气体的膜生长速率或沉 积效率可通过交替地利用蚀刻反应执行沉积反应，或在控制时间和处理条件的情况下将蚀 刻化学品和沉积处理气体单独引入反应腔室来受控制或操纵，但此种方法复杂且耗时，由 此影响吞吐量和整体的生产率。
[0004] 因此，将需要提供多个同时工艺，所述工艺可使蚀刻化学品与沉积处理气体在沉 积反应期间反应，同时提供所需的膜生长速率和膜特性。
【发明内容】
[0005] 本发明的实施例一般涉及在半导体装置上形成硅外延层的方法。在一个实施例 中，所述方法包括加热安置在处理腔室的处理体积内的基板，及通过将所述基板暴露于催 化剂气体、硅源及掺杂剂来源而在所述基板上形成硅外延层，所述催化剂气体包含分子式 为XY的卤素分子，其中X及Y是卤素原子。在一个实例中，X是氯。
[0006] 在另一个实施例中，所述方法包括加热安置在处理腔室的处理体积内的基板，及 通过将催化剂气体与硅源及磷源同时或并行地流入所述处理腔室而在所述基板上形成硅 外延层，所述催化剂气体包含分子式为XY的卤素分子，其中X及Y是卤素原子。在一个实 例中，X是氯。
[0007] 在又一个实施例中，提供在处理腔室中的基板上形成膜的方法。所述方法包括通 过使催化剂气体和一或多种沉积气体流入处理腔室而在基板上形成外延层，所述催化剂气 体包含分子式为XY的卤素分子，其中X及Y是卤素原子，及所述沉积气体包括形成膜的气 源和掺杂剂来源。形成膜的气源可包括一或多种第III族前驱物气体、第V族前驱物气体、 第IV族前驱物气体，或第VI族前驱物气体。在一个实例中，X是氯。
【附图说明】
[0008] 为了可详细理解上文列举的本发明的特征，可通过参考实施例对上文简述的本发 明进行更具体的描述，所述实施例中的一些实施例在附图中图示。然而应注意，附图仅图示 本发明的典型实施例，因此将不被视作限制本发明的范围，因为本发明可承认其它等效的 实施例。
[0009] 图IA是可用以实施本发明中多个实施例的示例性处理腔室的示意性横剖面侧视 图。
[0010] 图IB是图IA中的腔室旋转90度后的示意性横剖面侧视图。
[0011] 图2是气体处理套件的一个实施例的等角视图，所述气体处理套件包括图IA和图 IB中图示的一或多个衬垫。
[0012] 图3是图IA中图示的气体分配组件的等角视图。
[0013] 图4是处理套件的一个实施例的部分等角视图，所述处理套件可用于图IA的处理 腔室中。
[0014] 图5是处理套件的另一个实施例的部分等角视图，所述处理套件可用于图IA的处 理腔室中。
[0015] 图6是图示依据本发明的实施例用以在基板上形成层的示例性外延工艺的流程 图。
[0016] 图7A是图示根据本发明的某些实施例而形成的外延层的拉伸应力的图表。
[0017] 图7B是图7A中放大的图表"E"，所述图表图示外延层上的XRD轮廓细节。
[0018] 为便于理解，在可能的情况下已使用相同元件符号以指定图式中共有的相同元 件。设想一个实施例中所公开的元件可在无需特定详述的情况下有利地用于其它实施例 中。
【具体实施方式】
[0019] 本发明的实施例一般涉及在半导体装置上形成硅外延层的方法。所述方法包括通 过在外延沉积处理期间将氯气用作反应剂或催化剂而在基板上形成硅外延层。沉积的硅外 延层具有约IX 1〇21原子/立方厘米或更大的磷浓度。约IX1021原子/立方厘米的磷浓度 或更大磷浓度诱发显著的沉积层拉伸应变，因此改良沟道迀移率。与在沉积阶段不使用氯 气的所述外延工艺相比，外延生长层的电阻率显著较低。
[0020] 示例件眸宰硬件
[0021] 图IA是可用以实施本发明中论述的沉积处理的多个实施例的示例性处理腔室 100的示意性横剖面侧视图。腔室100可用于执行诸如外延沉积工艺的化学气相沉积，但 腔室100可用于蚀刻或其它工艺。适合的处理腔室的非限定性实例可包括RP EPI反应器、 Elvis腔室和Lennon腔室，所述腔室全部可自美国加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公 司处购得。虽然处理腔室100在下文中描述用以实践本文所述的多个实施例，但来自不同 制造商的其它半导体处理腔室亦可用以实践本发明中描述的实施例。处理腔室100可被加 装至CENTURAk集成处理系统，所述系统可自美国加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材 料公司处购得。
[0022] 腔室100包括由耐处理腐蚀材料制成的外壳结构102,所述材料如铝或不锈钢。外 壳结构102围封处理腔室100 (如石英腔室104)的多个功能元件，所述石英腔室104包括 上部腔室106和下部腔室108,所述石英腔室中包含处理体积110。由涂覆有硅材料（如碳 化硅）的陶瓷材料或石墨材料制成的基板支撑件112经调适以在石英腔室104内容纳基板 114。将来自前驱物反应剂材料的反应性物种应用于基板114的处理表面116,随后可从处 理表面116去除副产物。可通过辐射源提供对基板114及/或处理体积110的加热，所述 辐射源如上部灯模块118A和下部灯模块118B。在一个实施例中，上部灯模块118A和下部 灯模块118B是红外线灯。来自灯模块118A和118B的辐射穿过上部腔室106的上部石英 视窗120,并穿过下部腔室108的下部石英视窗122。用于上部腔室106的冷却气体（如果 需要）经由入口 124进入及经由出口 126离开。
[0023] 通过气体分配组件128将反应性物种提供至石英腔室104,及通过排气组件130 从处理体积110去除处理副产物，所述排气组件130通常与真空源（未图示）连通。前 驱物反应剂材料及稀释剂净化腔室100及从腔室100排出气体，经由气体分配组件128进 入，及经由排气组件130离开。腔室100亦包括多个衬垫132A-132H(图IA中仅图示衬垫 132A-132G)。衬垫132A-132H遮蔽处理体积110以与围绕处理体积110的金属壁134隔离。 在一个实施例中，衬垫132A-132H包括处理套件，所述处理套件覆盖可能与处理体积110连 通或暴露于处理体积110的全部金属部件。
[0024] 下部衬垫132A安置在下部腔室108中。上部衬垫132B至少部分地安置在下部腔 室108中，且与下部衬垫132A相邻。排气嵌入式衬垫组件132C安置在上部衬垫132B的相 邻处。在图IA中，排气嵌入式衬垫132D安置在排气嵌入式衬垫组件132C相邻处，且可更 换上部衬垫132B的一部分以便于安装。注射器衬垫132E图示位于处理体积110中与排气 嵌入式衬垫组件132C和排气嵌入式衬垫132D相对的侧面。注射器衬垫132E经配置作为 歧管以向处理体积110提供一或多个流体，如气体或气体的等离子体。所述一或多个流体 通过注射嵌入式衬垫组件132F而被提供至注射器衬垫132E。隔板衬垫132G耦接至注射嵌 入式衬垫组件132F。隔板衬垫132G耦接至第一气源135A和可选第二气源135B，并向注射 嵌入式衬垫组件132F和向注射器衬垫132E中形成的开口 136A和