用于沉积含硼和镓的硅锗层的方法与流程

1.本公开总体涉及适于形成电子器件的方法和系统。更具体地，本公开涉及可用于沉积材料的方法和系统，例如用于在衬底表面上选择性地沉积材料，比如掺杂的半导体材料。


背景技术：

2.半导体器件例如互补金属氧化物半导体(cmos)器件的规模已经导致集成电路的速度和密度的显著提高。然而，常规的器件扩展技术面临着未来技术节点的重大挑战。
3.一个特别的挑战涉及降低半导体器件结构的有源区域的接触电阻。此外，在许多应用中，可能希望选择性地沉积包含掺杂剂的半导体材料(例如高掺杂的第四族半导体材料)。然而，这种技术可能没有得到很好的发展。因此，需要用于沉积掺杂的半导体材料的改进的方法和系统。
4.此外，特别需要在更低的温度下沉积半导体材料，因为许多先进电子器件能够承受的热预算是有限的。
5.此外，特别需要沉积在其上可以形成具有非常低接触电阻的接触的半导体材料。特别需要允许选择性地沉积这种材料的方法。
6.美国公开号2014120678a1公开了用于三维结构的高掺杂含si材料的选择性和共形外延的方法。
7.在本节中阐述的任何讨论，包括对问题和解决方案的讨论，已经被包括在本公开中，仅仅是为了提供本公开的上下文。这种讨论不应被视为承认任何或所有信息在本发明制造时是已知的或者构成现有技术。


技术实现要素：

8.本公开的各个实施例涉及沉积方法，例如选择性沉积方法，涉及使用这种方法形成的结构和器件，以及用于执行该方法和/或用于形成该结构和/或器件的设备。虽然下面更详细地讨论了本公开的各个实施例解决现有方法和系统的缺点的方式，但是通常，本公开的各个实施例提供了选择性地沉积掺杂的半导体层的改进方法。掺杂的半导体层可以表现出相对低的接触电阻。
9.本文描述了一种外延生长掺杂硼和镓的硅锗层的方法。该方法包括在反应器室中提供包括单晶表面的衬底。该方法还包括引入硅前体、锗前体、硼前体、镓前体。因此，掺杂硼和镓的硅锗层生长在单晶表面上。硅前体选自硅烷、环硅烷、烷基硅烷和炔基硅烷。锗前体选自锗烷、环锗烷、烷基锗烷和炔基锗烷。硼前体选自硼烷和有机硼氢化物。有机硼氢化物具有通式r
x
m(bh4)3‑
x
，其中，r独立地选自h,ch3,c2h5,c6h5和nh2；m是独立地选自镓、铝和铟的iiia族金属；x是1
‑
3的整数。镓前体选自烷基镓、ga(bh4)3和gah3。
10.本文进一步描述了外延生长掺杂硼和镓的硅锗层的方法。该方法包括在反应器室中提供包括单晶表面的衬底。该方法还包括将硅前体、锗前体、硼前体和镓前体引入反应
室。因此，掺杂硼和镓的硅锗层生长在单晶表面上。硅前体、锗前体、硼前体和镓前体基本不含氯。
11.在一些实施例中，硅前体、锗前体、硼前体和镓前体基本不含卤素。
12.在一些实施例中，该方法还包括将载气引入反应器室。
13.在一些实施例中，载气不含氯。
14.在一些实施例中，载气不含卤素。
15.在一些实施例中，载气选自氢气、惰性气体和氮气。
16.在一些实施例中，载气包括选自氦、氖、氪、氩和氙的稀有气体。
17.在一些实施例中，硅前体包括硅烷，并且选自硅烷(sih4)、乙硅烷(si2h6)、三硅烷(si3h8)、四硅烷(si4h
10
)、五硅烷(si5h
12
)。
18.在一些实施例中，硅前体包括甲基硅烷(ch3‑
sih3)。
19.在一些实施例中，锗前体选自锗烷(geh4)、二锗烷(ge2h6)、三锗烷(ge3h8)和锗基硅烷(h3ge
‑
sih3)。
20.在一些实施例中，镓前体是烷基镓。
21.在一些实施例中，镓前体选自三甲基镓(tmg)或三乙基镓(teg)、三叔丁基镓(ttbga)、ga(bh4)3和gah3。
22.在一些实施例中，硼前体包括硼烷。
23.在一些实施例中，硼前体包括乙硼烷(b2h6)。
24.在一些实施例中，衬底包括第一表面和第二表面。第一表面是单晶表面。第二表面是介电表面。然后，掺杂硼和镓的硅锗层选择性地外延生长在第一表面上。
25.在一些实施例中，该方法还包括将一个或多个覆盖层前体引入反应器室的步骤。因此，形成了覆盖掺杂硼和镓的硅锗层的外延覆盖层。之后，可以将蚀刻气体引入反应器室。因此，外延覆盖层被蚀刻。
26.在一些实施例中，重复以下步骤，直到第一表面上掺杂硼和镓的外延硅锗层达到预定厚度：将硅前体、锗前体、硼前体、镓前体和载气引入反应器室；将一个或多个覆盖层前体引入反应器室；以及将蚀刻气体引入反应器室。
27.在一些实施例中，一个或多个覆盖层前体包括硅前体和硼前体，并且覆盖层包括硅和硼。
28.在一些实施例中，蚀刻气体包括卤素。
29.在一些实施例中，蚀刻气体选自hcl,cl2和hbr。
30.在一些实施例中，第二表面选自氧化硅表面、氮化硅表面、碳氧化硅表面、氮氧化硅表面、氧化铪表面、氧化锆表面和氧化铝表面。
31.在一些实施例中，反应器室保持在至少300℃到至多600℃的温度。
32.在一些实施例中，反应器室保持在至少10托到至多150托的压力。
33.在一些实施例中，硅前体是硅烷，锗前体是锗烷，硼前体是硼烷，镓前体是烷基镓。
34.在一些实施例中，硅前体是sih4，锗前体是geh4，硼前体是b2h6，镓前体是(ch3ch2)3ga。
35.在一些实施例中，单晶表面包括单晶硅表面。
36.在一些实施例中，单晶表面包括单晶硅锗表面。
37.在一些实施例中，单晶硅锗表面包括掺杂硼的硅锗表面。
38.在一些实施例中，单晶硅锗表面包括掺杂硼和镓的硅锗表面。
39.本文还提供了一种系统，该系统包括一个或多个反应室、气体注射系统和控制器，该控制器配置用于使该系统执行本文所述的方法。
40.本文还提供了一种场效应晶体管，其包括作为源极和/或漏极接触的掺杂硼和镓的硅锗层。掺杂硼和镓的硅锗层通过本文描述的方法沉积。
41.根据本公开的又一示例，公开了一种执行如本文所述的方法和/或形成结构、器件或其中任一部分的系统。
42.参考附图，从下面对某些实施例的详细描述中，这些和其他实施例对于本领域技术人员将变得显而易见。本发明不限于所公开的任何特定实施例。
附图说明
43.当结合以下说明性附图考虑时，通过参考详细描述和权利要求，可以获得对本公开的实施例的更完整理解。
44.图1示出了根据本公开的示例性实施例的方法。
45.图2示出了根据本公开的示例性实施例的衬底(200)，其上可以沉积掺杂硼和镓的硅锗层。
46.图3示出了根据本公开的附加示例性实施例的系统(300)。
47.图4图板a示出了通过本文公开的方法沉积的层的x射线反射率(xrr)测量。
48.图4图板b示出了通过本文公开的方法沉积的层的x射线衍射(xrd)图案。
49.图5示出了氮化硅相对于氧化硅的成核延迟的存在，并且示出了与单晶硅相比，氮化硅的生长速率较低。
50.图6示出了单晶硅上的掺杂镓和硼的硅锗相对于氮化硅和氧化硅的选择性生长。
51.在整个图中，使用以下编号：100
–
方法；102
–
衬底提供步骤；104
–
沉积步骤；105
–
覆盖步骤；108
–
蚀刻步骤；110
–
沉积步骤104和105以及蚀刻步骤108的循环/重复；112
–
方法结束；200
–
衬底；202
–
单晶材料；204
–
非单晶材料；206
–
第一区域；208
–
第二区域；210
–
单晶表面；212
–
非单晶表面；300
–
系统；302
–
衬底处理系统；304
–
反应室；306
–
注射系统；308
–
壁；310
–
第一气体源；311
–
第二气体源；312
–
第三气体源；314
–
第四气体源；316
–
第五气体源；318
–
管线；320
–
管线；321
–
管线；322
–
管线；324
–
管线；326
–
排气装置；328
–
控制器；610
–
掺杂硼和镓的硅锗；620
–
单晶硅；630
–
氧化硅；640
–
氮化硅。
52.应当理解，附图中的元件是为了简单和清楚而示出的，并不一定按比例绘制。例如，图中一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大，以帮助提高对本公开的图示实施例的理解。
具体实施方式
53.下面提供的方法、结构、器件和系统的示例性实施例的描述仅仅是示例性的，并且仅仅是为了说明的目的；以下描述并不旨在限制本公开或权利要求的范围。此外，具有所述特征的多个实施例的叙述并不旨在排除具有附加特征的其他实施例或结合所述特征的不同组合的其他实施例。例如，各个实施例被阐述为示例性实施例，并且可以在从属权利要求
中引用。除非另有说明，否则示例性实施例或其部件可以组合或者可以彼此分开应用。
54.如下文更详细阐述，本公开的各个实施例提供了用于在衬底表面上沉积掺杂硼和镓的硅锗的方法。示例性方法可用于例如形成半导体器件的源极和/或漏极区域，其表现出相对高的迁移率、相对低的接触电阻，并且保持沉积层的结构和构成。特别地，这些层可以用作n沟道mosfet中的p型源极和/或漏极区域。可以使用这些层的示例性mosfet包括finfet和gaa(全环绕栅极)fet。此外，由于降低了沟道效应，本发明的层对于浅结的形成特别有用。在一些实施例中，本方法包括选择性沉积掺杂硼和镓的硅锗。
55.在本公开中，“气体”可以包括在常温常压(ntp)下为气体、蒸发的固体和/或蒸发的液体的材料，并且可以由单一气体或气体混合物构成，这取决于情况。除了过程气体之外的气体，即不经过气体分配组件、多端口注射系统、其他气体分配装置等引入的气体，可以用于例如密封反应空间，并且可以包括密封气体，比如惰性气体。在某些情况下，术语“前体”可以指参与产生另一种化合物的化学反应的化合物，特别是构成膜基质或膜主骨架的化合物；术语“反应物”可以与术语前体互换使用。
56.如本文所用，术语“衬底”可以指可用于形成器件、电路或膜的任何底层材料或多种材料，或者可在其上形成器件、电路或膜的一种或多种任何底层材料。如下文更详细阐述，衬底的表面可以包括两个或更多个区域，其中两个或更多个区域中的每个包括不同的材料。
57.如本文所用，术语“外延层”可以指在下面的基本单晶衬底或层上的基本单晶层。
58.如本文所用，术语“化学气相沉积”可以指其中衬底暴露于一个或多个挥发性前体的任何过程，挥发性前体在衬底表面上反应和/或分解以产生期望的沉积。
59.如本文所用，术语“膜”和/或“层”可以指任何连续或非连续的结构和材料，比如通过本文公开的方法沉积的材料。例如，膜和/或层可以包括二维材料、三维材料、纳米粒子或者甚至部分或全部分子层或者部分或全部原子层或者原子和/或分子的簇。膜或层可以包括具有针孔的材料或层，针孔可以至少部分连续。可替代地，膜或层可以完全由孤立的岛构成。
60.此外，在本公开中，变量的任意两个数字可以构成该变量的可行范围，并且所指示的任何范围可以包括或排除端点。另外，所指示的变量的任何值(不管它们是否用“约”来指示)可以指精确值或近似值，并且包括等同物，并且可以指平均值、中值、代表性值、多数值等。此外，在本公开中，在一些实施例中，术语“包括”、“由
…
构成”和“具有”独立地指“通常或广泛地包括”、“包含”、“基本包括”或“包括”。应当理解，当构成、方法、器件等被称为包括某些特征时，这意味着它包括那些特征，并且它不一定排除存在其他特征，只要它们不使权利要求不可行即可。尽管如此，措辞“包括”包括“由
…
组成”的含义，即当所讨论的构成、方法、器件等仅包括列出的特征、部件和/或步骤且不包含任何其他特征、组件、步骤等的情况。
61.在本公开中，在一些实施例中，任何定义的含义不一定排除普通和常规的含义。
62.这里使用的术语“载气”可以指与一个或多个前体一起提供给反应器室的气体。例如，可以将载气与本文所用的一个或多个前体一起提供给反应器室。示例性载气包括n2,h2和稀有气体，比如he,ne,kr,ar和xe。
63.与载气相反，吹扫气体可以单独提供给反应器室，即不与一个或多个前体一起。尽
管如此，即使在同一过程内，通常用作载气的气体也可以用作吹扫气体。例如，在循环沉积
‑
蚀刻过程中，在沉积脉冲期间，用作载气的n2可以与一个或多个前体一起提供，并且用作吹扫气体的n2可用于分离沉积和蚀刻脉冲。因此，气体如何被提供给反应器室的方式确定了它在特定情况下是用作吹扫气体还是载气。因此，如本文所用，术语“吹扫”可以指在彼此反应的两个气体脉冲之间向反应器室提供惰性或基本惰性气体的过程。例如，可在前体脉冲和反应物脉冲之间提供吹扫，例如使用氮气，从而避免或至少最小化前体和反应物之间的气相相互作用。应当理解，吹扫可以在时间或空间上或者在这二者上实现。例如，在时间吹扫的情况下，可以使用吹扫步骤，例如在向反应器室提供第一前体、向反应器室提供吹扫气体和向反应器室提供第二前体的时间顺序中，其中其上沉积有层的衬底不移动。例如，在空间吹扫的情况下，吹扫步骤可以采取以下形式：通过吹扫气幕将衬底从连续供应第一前体的第一位置移动到连续供应第二前体的第二位置。
64.如下文更详细阐述，本文描述的示例性方法的各个步骤可以在例如相同簇工具(cluster tool)的相同反应室或不同反应室中进行。
65.本公开涉及掺杂硼和镓的硅锗的外延沉积。目前公开的方法和器件允许在低温下选择性或非选择性沉积具有低电阻的层。这些层可以用作例如场效应晶体管中的p型源极和/或漏极区域。
66.因此，本文描述了一种外延生长掺杂硼和镓的硅锗层的方法。该方法包括在反应器室中提供衬底。衬底包括单晶材料。换句话说，衬底包括单晶表面。有利地，衬底包括单晶硅表面。另外或可替代地，衬底可以包括单晶硅锗表面。另外或可替代地，衬底可以包括掺杂硼的硅锗表面。另外或可替代地，衬底可以包括掺杂硼和镓的硅锗表面。
67.该方法还包括将硅前体、锗前体、硼前体和镓前体引入反应室。因此，掺杂硼和镓的硅锗层外延生长在衬底的表面上。
68.在一些实施例中，硼前体、镓前体、硅前体和锗前体被连续提供给反应室。可替代地，该层可以通过循环沉积过程形成。因此，在一些实施例中，硼前体、镓前体、硅前体和锗前体被顺序提供给器反应室。可替代地，选自硼前体、镓前体、硅前体和锗前体的任何两种前体可以在组合前体脉冲中同时提供给反应室，而剩余前体以单独的前体提供给反应器室。可替代地，选自硼前体、镓前体、硅前体和锗前体的任何三种前体可以在组合前体脉冲中同时提供给反应室，而剩余前体以单独的前体提供给反应器室。在一些实施例中，一个或多个前体被连续提供给反应器室，剩余前体以脉冲提供给反应器室。可选地，任何或所有上述前体脉冲由吹扫步骤分离。
69.应当理解，本方法可以在任何合适的预清洁之后进行。一种可能预清洁是等离子清洁，其产生h终端硅表面。另一种可能的预清洁使用湿化学。例如，可以使用以下顺序：在由nh4oh,h2o2和h2o构成的混合物中的表面氧化；接着漂洗；随后是hf浸渍；然后是漂洗。合适的hf浸渍包括例如浸渍在由至少0.1体积％到至多1.5体积％的hf水溶液构成的混合物中。另外或可替代地，可以使用气相预清洁。
70.在一些实施例中，该方法还包括将载气引入反应器室。例如，当使用难以挥发的前体时，这尤其有用，在这种情况下，载气可以帮助将前体带到反应室。
71.在一些实施例中，硅前体、锗前体、硼前体和镓前体基本不含氯。在一些实施例中，它们不含氯。换句话说，在一些实施例中，任何前体都不含氯。
72.在一些实施例中，硅前体、锗前体、硼前体和镓前体基本不含卤素。在一些实施例中，它们不包含任何卤素。换句话说，在一些实施例中，任何前体都不含卤素。
73.本发明不受任何特定理论或操作模式的限制，据信无氯或无卤素前体的使用防止外延生长期间优先的镓蚀刻。因此，与使用含氯或卤素的前体的过程相比，可增加所得硅锗层中的总掺杂剂浓度(即镓浓度加上硼浓度的总和)。
74.应当理解，当使用载气时，载气优选基本不含氯和/或也基本不含卤素。此外，在除了上述前体和载气之外的其他气体被引入反应器的情况下，这些其他气体优选也不包含任何氯和/或卤素。
75.在一些实施例中，硅前体选自硅烷、环硅烷、烷基硅烷和炔基硅烷。
76.在一些实施例中，硅前体包括硅烷，并且选自硅烷(sih4)、乙硅烷(si2h6)、三硅烷(si3h8)、四硅烷(si4h
10
)、五硅烷(si5h
12
)。
77.在一些实施例中，硅前体包括甲基硅烷(ch3‑
sih3)。
78.在一些实施例中，锗前体选自锗、环锗、烷基锗和炔基锗。
79.在一些实施例中，锗前体选自锗烷(geh4)、二锗烷(ge2h6)、三锗烷(ge3h8)和锗基硅烷(h3ge
‑
sih3)。
80.在一些实施例中，硼前体选自硼烷和有机硼氢化物，有机硼氢化物具有通式r
x
m(bh4)3‑
x
，其中，r独立地选自h,ch3,c2h5,c6h5和nh2；m是独立地选自镓、铝和铟的iiia族金属；x是1
‑
3的整数。
81.在一些实施例中，硼前体包括硼烷。
82.在一些实施例中，硼前体包括乙硼烷(b2h6)。
83.在一些实施例中，镓前体选自烷基镓、ga(bh4)3和gah3。
84.在一些实施例中，镓前体包括烷基镓。合适的烷基镓包括三甲基镓(tmg)或三乙基镓(teg)和三叔丁基镓(ttbga)。
85.在一些实施例中，镓前体包括ga(bh4)3。
86.在一些实施例中，镓前体包括gah3。
87.在一些实施例中，载气选自氢气、惰性气体和氮气。在一些实施例中，惰性气体包括氦气。在一些实施例中，惰性气体包括氪气。在一些实施例中，惰性气体包括氖气。在一些实施例中，惰性气体包括氩气。在一些实施例中，惰性气体包括氙气。在一些实施例中，n2被用作载气。
88.在一些实施例中，载气以至少100sccm到至多30000sccm、或至少200sccm到至多20000sccm、或至少300sccm到至多10000sccm、或至少500sccm到至多5000sccm、或至少750sccm到至多2500sccm、或至少10000sccm到至多20000sccm或者15000sccm的流量提供给反应器室。
89.在一些实施例中，硅前体是硅烷，锗前体是锗烷，硼前体是硼烷，镓前体是烷基镓。在一些实施例中，硅前体是sih4，锗前体是geh4，硼前体是b2h6，镓前体是(ch3ch2)3ga。
90.在一些实施例中，硅前体是sih4。sih4可以作为100％sih4提供给反应器室。可替代地，可以例如在h2中稀释sih4，例如在h2中稀释为至少1.0到至多2.0体积％、至少2.0体积％到至多5.0体积％、至少5.0体积％到至多10.0体积％、至少10.0体积％到至多20.0体积％、至少20.0体积％到至多50.0体积％、或至少50.0体积％到至多99.9体积％的sih4。
91.在一些实施例中，锗前体是geh4。geh4可作为100％geh4提供给反应器室。可替代地，可以例如在h2中稀释geh4。例如，h2中的geh4可以以以下浓度提供：h2中的至少1.0到至多2.0体积％、至少2.0体积％到至多5.0体积％、至少3.0体积％到至多7.0体积％、至少5.0体积％到至多10.0体积％、至少10.0体积％到至多20.0体积％、至少20.0体积％到至多50.0体积％或至少50.0体积％到至多99.9体积％的geh4。
92.在一些实施例中，硼前体是乙硼烷，并且乙硼烷与h2一起作为载气被提供给反应器室。在一些实施例中，可以使用h2中的0.1体积％至10.0体积％、或0.2体积％至5.0体积％、或0.4体积％至2.5体积％、或0.6体积％至1.5体积％、或0.8体积％至1.2体积％的乙硼烷的混合物。
93.在一些实施例中，镓前体是(ch3ch2)3ga。(ch3ch2)3ga可以以纯的即浓度为100体积％的(ch3ch2)3ga提供给反应器室。可替代地，(ch3ch2)3ga可以用载气以稀释的形式提供。
94.在一些实施例中，以至少20sccm到至多100sccm的流量向反应器室提供100体积％的sih4。在一些实施例中，将h2中的至少3.0到至多7.0体积％的geh4以至少200sccm到至多400sccm的流量施加到反应器室。在一些实施例中，将h2中的至少0.5到至多2.0体积％的b2h6以至少2.0到至多12.0sccm的流量向反应室提供。在一些实施例中，将100体积％的(ch3ch2)3ga以至少1.0sccm到至多5.0sccm的流量向反应室提供。
95.本方法可以允许在预定的选择性窗口内掺杂硼和镓的硅锗层的本征选择性生长。换句话说，本方法可用于在衬底的一部分(例如单晶硅表面)上选择性地生长掺杂硼和镓的硅锗，而在该衬底的另一部分(例如氧化硅表面)上没有或基本没有生长。选择性窗口是生长层的厚度范围，其中该层可以仅在或基本仅在衬底的一部分上生长，而在衬底的一个或多个其他部分上不生长。示例性的选择性窗口是20nm、10nm、8nm、6nm、5nm、4nm、3nm、2nm和1nm。
96.在能够选择性生长的一实施例中，衬底包括第一表面和第二表面。第一表面是单晶表面，例如单晶硅表面或单晶硅锗表面。另外或可替代地，衬底可以包括单晶硅锗表面。另外或可替代地，衬底可以包括掺杂硼的硅锗表面。另外或可替代地，衬底可以包括掺杂硼和镓的硅锗表面。第一表面优选具有氢终端。第一表面可以是掺杂层的表面，例如掺杂硼的硅层。可替代地，第一表面可以是未掺杂层的表面。第二表面是介电表面，并且掺杂硼和镓的硅锗层选择性地外延生长在第一表面上。换句话说，掺杂硼和镓的硅锗层生长在第一表面上，而不在或基本不在第二表面上。本发明不受任何理论或操作模式的限制，应当理解，与第一表面相比，这种选择性可以通过第二表面上的成核延迟来获得。
97.在一些实施例中，第二表面选自氧化硅表面、氮化硅表面、碳氧化硅表面、氮氧化硅表面、氧化铪表面、氧化锆表面和氧化铝表面。在一些实施例中，暴露在第二表面上的材料可以包括例如介电材料，比如氧化物、氮化物、氮氧化物、碳氧化物、氮氧化物等，比如氮化硅、氧化硅(sio2)、碳化硅及其混合物，比如sioc,siocn,sion。在一些实施例中，第二区域具有氧化硅表面。换句话说，在一些实施例中，第二材料由氧化硅(sio2)构成。
98.在能够选择性生长外延掺杂硼和镓的硅锗层的一些实施例中，该方法包括在反应器室中提供衬底。衬底包括包含第一材料的第一区域和包含第二材料的第二区域。第一区域可以包括单晶硅表面。另外或可替代地，第一区域可以包括单晶硅锗表面。另外或可替代地，第一区域可以包括掺杂硼的硅锗表面。另外或可替代地，第一区域可以包括掺杂硼和镓
的硅锗表面。
99.该方法包括在第一区域的表面上选择性地生长掺杂硼和镓的外延硅锗层。这种方法允许生长相对薄的外延硅锗层，即厚度在预定的选择性窗口内，而没有回蚀。示例性的选择性窗口包括5nm、10nm、15nm或20nm。
100.当期望选择性生长厚度高于选择性窗口的掺杂硼和镓的硅锗层时，可以使用盖和蚀刻方法。这可以通过例如将一个或多个覆盖层前体引入反应器室，从而形成覆盖掺杂硼和镓的硅锗层的外延覆盖层，然后将蚀刻气体引入反应器室，从而蚀刻外延覆盖层来实现。合适的蚀刻气体包括含卤素化合物。示例性卤素包括氟、氯、溴和碘。在一些实施例中，蚀刻气体包括氯。示例性含氯蚀刻气体包括hcl和cl2。示例性的含溴蚀刻气体包括hbr。例如，在美国临时申请号62/930752中描述了一种合适的盖蚀刻方法，该申请通过引用整体结合于此。
101.在不受任何理论或特定操作模式限制的情况下，据信在第一表面上外延生长掺杂硼和镓的硅锗期间，也蚀刻可以在第二表面上形成覆盖有覆盖层的掺杂硼和镓的硅锗的寄生核。将蚀刻气体引入反应室，完全或基本完全蚀刻第二区域中的核，同时仅蚀刻第一区域中的覆盖层。
102.在一些实施例中，沉积掺杂硼和镓的硅锗层的步骤和覆盖层沉积步骤通过吹扫步骤分开。
103.为了外延生长任何所需厚度的层，可以重复前述的覆盖和蚀刻方法。因此，在一些实施例中，重复以下步骤，直到第一表面上掺杂硼和镓的外延硅锗层达到预定厚度：将硅前体、锗前体、硼前体、镓前体和载气引入反应器室；将一个或多个覆盖层前体引入反应器室；以及将蚀刻气体引入反应器室。可选地，这些步骤由吹扫步骤分开。
104.换句话说，在一些实施例中，根据需要重复沉积步骤、覆盖步骤和蚀刻步骤的顺序，直到形成预定厚度的外延掺杂硼和镓的外延硅锗层，覆盖第一区域。例如，沉积步骤和蚀刻步骤可以重复至少1到至多1000次、至少2到至多100次、至少2到至多50次、至少2到至多30次、至少2到至多20次、或至少5到至多15次、或至少8到至多12次。
105.在一些实施例中，一个或多个覆盖层前体包括硅前体和硼前体，并且覆盖层包括硅和硼。例如，在掺杂硼和镓的硅锗层生长的情况下，上面提到的硅前体和硼前体可以用作覆盖层的硅和硼前体。
106.换句话说，选择性生长可以通过循环执行以下子步骤i、ii和iii的顺序来实现。步骤i包括通过将硅烷、锗烷、乙硼烷、三乙基镓和载气引入反应器室而在单晶表面上外延生长掺杂硼和镓的硅锗层并在第二表面上生长掺杂硼和镓的非晶和/或多晶硅锗层。步骤ii包括如本文所述生长覆盖层。步骤iii包括通过将蚀刻剂引入反应器室而蚀刻外延掺杂硼和镓的硅锗层并蚀刻第二表面上的非晶和/或多晶掺杂硼和镓的硅锗层。然后重复子步骤i、ii和iii的顺序，直到单晶表面上的外延掺杂磷的硅层达到预定厚度。可选地，任何或所有步骤i、ii和iii可以通过吹扫步骤分开。
107.蚀刻步骤(iii)可以在沉积步骤(i)和覆盖步骤(ii)期间使用的相同反应室中进行。可替代地，蚀刻步骤可以在另一反应室中进行，比如在与沉积步骤期间使用的反应室相同的簇工具中的另一反应室。在蚀刻步骤期间保持的温度和/或压力可以与上面结合沉积步骤描述的温度和/或压力相同或相似。
108.本发明不受任何理论或特定操作模式的限制，应当理解，选择性可以通过以下机制中的任何一个或组合来获得：1)非晶掺杂硼和镓的硅锗在第二区域中以比外延掺杂硼和镓的硅锗在第一区域中更慢的速率生长，2)相对于第一区域中的外延掺杂硼和镓的硅锗，第二表面上的非晶掺杂硼和镓的硅锗生长表现出延迟的生长，和/或3)第二区域中的非晶掺杂硼和镓的硅锗以比第一区域中的外延掺杂硼和镓的硅锗更快的速率被蚀刻。因此，外延掺杂硼和镓的硅锗层可以在第一区域中生长，而在第二区域中不发生沉积。换句话说，在第一区域中的第一表面上生长外延掺杂硼和镓的硅锗膜，而在沉积之后，在第二区域中的第二表面上没有或基本没有非晶掺杂硼和镓的硅锗。本发明不受任何理论或特定操作模式的限制，据信成核延迟(即机制2)在本文所述的方法中获得选择性方面起着主要作用。
109.在一些实施例中，蚀刻剂包括元素卤素。在一些实施例中，蚀刻剂包括hcl。在一些实施例中，蚀刻剂包括氯。换句话说，在一些实施例中，cl2被用作蚀刻剂。在一些实施例中，在蚀刻循环期间，以从至少5.0sccm到至多100.0sccm、或从至少10.0sccm到至多50.0sccm、或从至少15.0sccm到至多40.0sccm、或从至少20.0sccm到至多30.0sccm的流量向反应室提供cl2。
110.在一些实施例中，蚀刻循环可持续至少1.0s到至多400.0s、或至少2.0s到至多200.0s、或至少4.0s到至多100.0s、或至少8.0s到至多50.0s、或至少10.0s到至多40.0s、或至少20.0s到至多30.0s。
111.在一些实施例中，温度和压力在整个沉积循环和蚀刻循环中保持恒定，即在整个掺杂硼和镓的硅锗沉积步骤、覆盖层沉积步骤和蚀刻步骤中保持恒定。
112.在一些实施例中，蚀刻循环和沉积循环可以处于不同的压力下。换句话说，在一些实施例中，沉积掺杂硼和镓的硅锗层的步骤、沉积覆盖层的步骤和/或蚀刻步骤可以在不同的压力下进行。优选地，相对于出现的最低压力，上述压力相差不超过10％、或不超过20％、或不超过50％、或不超过100％、或不超过200％、或不超过500％、或不超过1000％。保持以这种方式限制的压差可以通过限制循环之间泵送所需的时间量来加快处理时间。
113.在一些实施例中，沉积循环和蚀刻循环通过吹扫分开。在一些实施例中，n2被用作吹扫气体。在一些实施例中，吹扫持续至少5.0s到至多80.0s、或至少10.0s到至多40.0s，或至少15.0s到至多30.0s、或约20.0s。在一些实施例中，吹扫气体在吹扫期间以至少5000到至多100000sccm、或至少10000到至多50000sccm、或至少20000到至多30000sccm的流量提供给反应室。
114.合适的吹扫气体包括氮气和惰性气体。合适的稀有气体可以包括he,ne,ar,kr和xe。在一些实施例中，吹扫气体由n2构成。
115.在一些实施例中，无论是否是选择性的，反应器室保持在至少300℃到至多600℃的温度。例如，反应器室可以保持在至少300℃到至多350℃的温度、或至少350℃到至多400℃的温度、或至少400℃到至多450℃的温度、或至少450℃到至多500℃的温度、或至少500℃到至多550℃的温度、或至少550℃到至多600℃的温度、或至少300℃到至多400℃的温度、或至少400℃到至多500℃的温度、或至少500℃到至多600℃的温度、或至少450℃到至多550℃的温度。
116.换句话说，在一些实施例中，在掺杂硼和镓的硅锗的外延沉积期间，反应室保持在前述温度。本文提到的温度可以通过衬底基座下的热电偶和/或通过悬挂在反应器室中和
衬底上方的高温计来测量。如果存在，上述温度也可以在任何覆盖和/或蚀刻步骤期间保持。
117.在一些实施例中，反应器室保持在至少10托到至多150托的压力下、或至少10托到至多80托的压力下、或至少80托到至多150托的压力下、或至少10托到至多40托的压力下、或至少40托到至多80托的压力下，、或至少80托到至多115托的压力下、或至少115托到至多150托的压力下。换句话说，在一些实施例中，在掺杂硼和镓的硅锗的外延沉积期间，反应室保持在前述压力下。
118.如果存在，上述压力也可以在任何覆盖和/或蚀刻步骤期间保持。因此，在包括一系列沉积循环(即掺杂硼和镓的硅锗的沉积循环和覆盖层的沉积循环)和蚀刻循环的选择性过程期间，蚀刻循环期间的压力可以与沉积循环期间使用的压力相同。尽管如此，在一些实施例中，蚀刻循环期间的压力可以不同于沉积循环期间使用的压力。在一些实施例中，蚀刻循环期间的压力等于沉积循环期间的压力，误差范围为50％、或误差范围为40％、或误差范围为30％、或误差范围为20％、或误差范围为10％、或误差范围为5％。
119.在一些实施例中，蚀刻循环期间的压力至多为12000pa。该压力范围可以提高过程安全性。在一些实施例中，蚀刻循环期间的压力为至少1300pa到至多10700pa、或至少3000pa到至多8000pa、或至少4000pa到至多6000pa。
120.本文进一步描述了一种系统，其包括一个或多个反应室、气体注射系统和控制器。控制器配置用于使系统执行外延沉积掺杂硼和镓的硅锗层的方法，如本文所述。
121.根据本公开的另外实施例，可以使用本文描述的方法和/或结构来形成器件或其一部分。掺杂硼和镓的硅锗层可用于形成器件的源极或漏极接触。该器件可以是例如场效应晶体管(fet)(例如finfet、全环绕栅极晶体管或包括多个晶体管器件的叠层)。
122.在第一示例中，参考图1。图1示出了根据本公开的示例性实施例的(例如选择性沉积)方法(100)。方法(100)包括以下步骤：在反应室内提供衬底(步骤102)，选择性地或非选择性地沉积掺杂硼和镓的硅锗层(步骤104)，可选的覆盖层步骤(105)，其中可以沉积掺杂硼的硅层，以及可选的蚀刻步骤(步骤108)，可选地重复沉积步骤(104、105)和蚀刻步骤(108)(循环110)，以及结束(步骤112)。注意，在进行蚀刻步骤的情况下，有利地，其之前是覆盖层步骤(105)。
123.参考图1和图2，在步骤(102)期间提供的衬底(或结构)(200)可以包括包含第一材料(例如(单晶)块体材料(202))的第一区域(206)和包含第二材料(例如非单晶材料(204))的第二区域(208)。第一材料可以包括单晶表面(210)；第二区域(208)可以包括非单晶表面(212)，比如多晶表面或非晶表面。单晶表面(210)可以是单晶硅表面。另外或可替代地，单晶表面(210)可以包括单晶硅锗表面。另外或可替代地，单晶表面(210)可以包括掺杂硼的硅锗表面。另外或可替代地，单晶表面(210)可以包括掺杂硼和镓的硅锗表面。
124.非单晶表面(212)可包括例如介电材料，比如氧化物、氮氧化物、氮化物、碳氧化物或氮氧化物，包括例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅及其混合物，比如sioc,siocn和sion。
125.作为非限制性示例，在提供衬底的步骤(102)期间使用的反应室可以包括化学气相沉积系统的反应室。尽管如此，也可以利用其他反应室和替代的化学气相沉积系统来实施本公开的实施例。反应室可以是独立的反应室或簇工具的一部分。
126.衬底提供步骤(102)可以包括在反应室内将衬底加热到期望的沉积温度。在本公开的一些实施例中，衬底提供步骤(102)包括将衬底加热到小于约600℃的温度，或甚至加热到小于约550℃的温度。例如，在本公开的一些实施例中，将衬底加热到沉积温度可以包括将衬底加热到至少450℃到最高550℃的温度。在整个沉积掺杂硼和镓的硅锗层(104)的步骤、可选的覆盖步骤(105)和可选的蚀刻步骤(108)期间，保持沉积温度。
127.讨论示例性过程条件，观察到其产生至少10纳米的选择性窗口，用于在单晶硅上相对于电介质(例如氧化硅或氮化硅)外延生长掺杂硼和锗的硅锗：衬底温度：500℃；反应器压力：40托；硅前体：硅烷；锗前体：锗烷；硼前体：乙硼烷；镓前体：三乙基镓。衬底温度可以通过晶片基座下的热电偶和/或悬挂在晶片上方的高温计来测量。以下流量可用于配置用于处理300mm晶片的反应器，但所用流量可容易地转移到其他晶片尺寸：硅烷流量：60标准立方厘米每分钟(sccm)，锗烷流量：330sccm，乙硼烷流量：5sccm，三乙基镓流量：3sccm。这种层具有优异的结晶度，如图4图板b所示的x射线衍射(xrd)图案所示。此外，所得层提供低表面粗糙度(0.3nm)，如使用原子力显微镜(afm)在1
×
1μm测量区域上观察，雾度测量和x射线反射率(xrr)测量(图4图板a)。图5中的厚度测量证明了单晶硅相对于氮化硅的生长过程的选择性，其示出了氮化硅相对于氧化硅的成核延迟的存在，并且与单晶硅相比，其示出了氮化硅的较低生长速率和延迟生长。这允许在至少10nm的选择性窗口内单晶硅相对于氮化硅和氧化硅的固有选择性生长，如图6中实验所示。特别地，图6图板a、b和c示出了单晶硅(620)衬底的特写透射电子显微镜图像，该衬底具有其上选择性生长掺杂硼和镓的硅锗(610)的单晶硅表面。相反，在暴露的氧化硅(630)和氮化硅(640)表面上没有硅锗生长。对于选择性窗口内的层厚度，不需要回蚀。厚度高于选择性窗口的层的选择性生长可以通过回蚀获得。上述过程导致硅中的p型活性掺杂剂浓度即硼和镓的总组合活性浓度为1.1
×
10
21
cm
‑3，如使用微霍尔效应测量所表征。掺杂硼和镓的硅锗上的钛接触产生7.6
±
1.4
×
10
10
ω
·
cm2的接触电阻率，和仅0.3mohm.cm的电阻率，所有这些都没有后外延退火。
128.图3示出了根据本公开的又一示例性实施例的系统(300)。系统(300)可用于执行本文所述的方法和/或形成本文所述的结构或器件部分。
129.在示出的示例中，系统(300)包括可选的衬底处理系统(302)、一个或多个反应室(304)、气体注射系统(306)、以及可选地设置在反应室(304)和衬底处理系统(302)之间的壁(308)。系统(300)还可以包括第一气体源(310)、第二气体源(312)、第三气体源(314)、第四气体源(316)、第五气体源(311)、排气装置(326)和控制器(328)。第一至第五气体源中的至少一个包括硅前体源。硅前体可以是例如硅烷。第一至第五气体源中的至少一个包括载气源，例如h2源。第一至第五气体源中的至少一个包括锗前体源。锗前体可以是例如锗烷。第一至第五气体源中的至少一个包括硼前体源。硼前体可以是例如乙硼烷。第一至第五气体源中的至少一个包括镓前体源。镓前体可以是例如三乙基镓。
130.尽管示出具有五个气体源(310
‑
316)，但系统(300)可以包括任何合适数量的气体源。气体源(310
‑
316)可以各自包括例如前体气体，例如本文提到的硅、锗、硼和镓前体，包括这些前体的混合物和/或一个或多个前体与载气的混合物。另外，气体源310
‑
316之一或另一个气体源可以包括蚀刻剂，比如元素卤素，例如氯。气体源(310)
‑
(316)可以通过管线(318)
‑
(324)联接到反应室(304)，每个管线可以包括流量控制器、阀门、加热器等。
131.系统(300)可以包括任何合适数量的反应室304和衬底处理系统(302)。此外，一个
或多个反应室304可以是或包括横流冷壁外延反应室。
132.真空源(320)可以包括一个或多个真空泵。
133.控制器(328)可以配置成执行如本文所述的各种功能和/或步骤。例如，控制器(328)可以配置用于使系统(300)执行如本文所述的外延生长掺杂硼和镓的硅锗层的方法。
134.控制器(328)可以包括一个或多个微处理器、存储元件和/或开关元件，以执行各种功能。尽管被图示为单个单元，但控制器(328)可以替代地包括多个装置。举例来说，控制器(328)可用于控制气流(例如通过监测来自气体源(310
‑
316)的前体和/或其他气体的流量和/或控制阀门、马达、加热器等)。此外，当系统(300)包括两个或更多个反应室时，两个或更多个反应室可以耦合到相同/共享的控制器。
135.在反应器系统(300)的操作期间，诸如半导体晶片(未示出)的衬底从例如衬底处理系统(302)转移到反应室(304)。一旦衬底被转移到反应室(304)，来自气体源(310
‑
316)的一个或多个气体比如前体、掺杂剂、载气和/或吹扫气体通过气体注射系统(306)被引入反应室(304)。气体注射系统(306)可用于在衬底处理期间计量和控制一个或多个气体(例如来自一个或多个气体源(310
‑
316))的气体流量，并向反应室(304)内的多个位置提供这种气体的期望流量。
136.上述公开的示例性实施例不限制本发明的范围，因为这些实施例仅仅是本发明的实施例的示例，本发明由所附权利要求及其合法等同物来限定。任何等同的实施例都在本发明的范围内。实际上，除了在此示出和描述的那些之外，本公开的各种修改比如所描述的元件的替代有用组合对于本领域技术人员来说从描述中可以变得显而易见。这种修改和实施例也旨在落入所附权利要求的范围内。