TWI329890B - Semiconductor device and method for fabricating the same - Google Patents

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九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 發明領域 本發明係有關於一種半導體裝置以及一種用以製造〆 半導體裝置之方法，且更特別在於一種半導體裝置，其屮 一半導體能夠以高選擇性進行磊晶生長、以及一種半導雜 裝置製造方法，藉由該方法使一半導體以高選擇性進行轟 晶生長。 【先前技術3 發明背景 近年來對於凸起(elevated)或凹陷源/汲金屬氧化物半 導體場效應電晶體(MOSFET)引起許多關注，其中一矽（Si) 薄膜或是一矽鍺(SiGe)薄膜係形成於一M〇SFET之源/溴麁 域中。預期這些MOSFET將用以作為改良低於9〇奈米節黠 以下之電晶體的性能之技術。 一種其中例如矽鍺層係磊晶生長於矽基板上之構造孫 用於源/汲區域中，特別用於一凹陷源/汲MOSFET中。如果 該矽鍺層係磊晶生長於源/汲區域中，由於矽鍺之晶格常數 大於石夕的日日格节數’—通道區域係從—源/及之方向壓縮， 如此改進了通道區域中的孔移動性。因此，由於此塑之 MOSFET ’便能夠顯著地加強電流驅動能力。 令石夕鍺層選擇性地僅在石夕基板上為晶生長之方法係加 以使用使得石夕鍺層蠢晶生長於凹陷源/没m〇sfet之源/ ;及區域中#著切鍺層選擇性地僅在凹陷源版區域中蠢 1329890 晶生長，源/汲極係藉著一絕緣層隔開一閘極，該絕緣層係 為一側壁。由於此一元件，抑制位於一源/汲極以及一閘極 之間的一關閉狀態洩漏電流係相當重要。 然而，在實際的選擇性磊晶生長方面，由於一矽基板 5 以及一絕緣層之間的低選擇性（選擇性衰減），會產生一矽鍺 層亦生長於一側壁上的情形。 第21圖係為一剖面圖，該圖顯示一凹陷源/汲MOSFET 之一重要部份，其中該元件已經產生選擇性衰減。 由第21圖中可見，一矽鍺層330不僅形成於一基板300 10 上之源/汲極310上，而亦會形成於做為絕緣層之側壁320 上。在此案例中，該源/汲極310係電子連接到一閘極340， 且一過量的關閉狀態洩漏電流會流動在源/汲極310以及閘 極340之間。結果，便會喪失一MOSFET之功能。選擇性衰 減之因子尚未完全闡明，因為其係由於一複雜的表面反應 15 所產生。然而，例如以下所述可能係為選擇性衰減之一因 子。 在一大型積體電路(LSI)製造程序中形成之絕緣層主要 係為一氧化矽薄膜以及一氮化矽薄膜。這些薄膜係藉由各 種不同的方法形成，諸如熱化學蒸汽沈積（CVD)以及電漿 20 CVD法。所形成之一絕緣層的表面狀態係依照生長方法而 定，一絕緣層之所有表面並非處於飽和結合狀態。例如， 懸垂結合或類似物係暴露於一絕緣層之表面的某些部分 中。如果半導體材料氣體吸收到一懸垂結合或類似物，則 半導體晶核便會在經過一段時間（潛伏期）之後開始生長在 6 絕緣層上， 膜係形成於 此晶核會生長成為一薄膜。結果， 絕緣層上。 一半導體薄 '、建立-選擇性生長程序，較佳應顯著延長對於絕緣 之潛伏期。然而，該潛伏_根據絕緣層之表面狀態’.、 長情况或類似物而定。因此，依照絕緣層之表面狀態、 生長情況或類似物’實際上並無法確保—充裕的潛伏期。 如以上所述，在實際的選擇性磊晶生長程序中，其難 乂使半導體薄膜磊晶生長僅發生於一特定半導體之表面 上0 欲解決此問題，曾經試圖使用一種蝕刻技術。此方法 包含將用於蝕刻之氣化氫添加到半導體材料氣體，並使得 石夕錯選擇性地僅在一半導體基板之表面上磊晶生長，同時 姓/!生長在一絕緣層上的碎錄之步驟（參看例如日本專利 早期公開案第2004-363199號以及Τ. I.

Kamins、G. A. D.

Briggs 與 R. Stanley Williams 等人在 1988 年於 APPLIED PHYSICS LETTERS，73冊，第 13篇，1862〜1864頁所提的 「氣化氫對於化學蒸汽沈積以及矽（001)上方之鍺島蝕刻的 影響」）。 然而，上述利用一蝕刻技術的方法必須使基板之溫度 高於或等於600°C，以便增加藉由例如氯化氫對於生長在絕 緣層上之碎緒的飯刻速率。如果基板之溫度尚於或等於600 。(：，極少量之包含於元素中的雜質之熱擴散的影響便會變 得相當嚴重。另外，矽鍺層以及絕緣層係藉由氣化氫加以 腐姓。 13-29890 另一方面，如果基板之溫度係低於或等於600°C，則藉 由氣化氫對於矽鍺之蝕刻的速率便會變慢。因此，即使在 矽鍺之選擇性磊晶生長時，半導體材料氣體係與氣化氫氣 體混合成為添加氣體，矽鍺之蝕刻速率係低於矽鍺的生長 • 5 速率。結果，石夕鍺亦會生長於絕緣層上。如此表示，無法 . 得到適合實際大量生產之製造情況。 【發明内容3 發明概要 ® 本發明係由於上述之發明背景的情形所產生。欲抑制 10 關閉狀態洩漏電流，並建立一種適合用於實際大量生產之 製造程序，本發明旨在提供一種半導體裝置，其中能夠以 高選擇性之磊晶生長方式製造出一半導體、以及一種半導 體製造方法，藉由該方法以高選擇性的磊晶生長方式製造 出一半導體。 15 為了達成上述目的，提供一種半導體裝置，該裝置包 含：一閘極，其形成於一半導體基板之上，且閘極與基板 ^ 之間具有一閘絕緣薄膜、一絕緣薄膜，其形成於該閘極之 側壁部分上方，並具有一層疊構造、以及一半導體磊晶生 ^ 長層，其形成於半導體基板上，具有層疊構造之絕緣薄膜 , 20 的頂層之鹵素元素含量係高於該層疊構造的其他層的鹵素 w 元素含量。 此外，為了達成上述目的，本發明提供一種半導體裝 置，該裝置包含：一閘極，其形成於一半導體基板上，且 閘極與半導體基板之間具有一閘絕緣薄膜、一絕緣薄膜， 8 其形成於該閘極之側壁部分上，並含有一㈣元素、以及 一半導體Μ生長層’其形成於該半導縣板上，絕緣薄 膜中之齒素元素的含量具有—坡度β 此外，為了達成上述目的，本發明提供一種半導體裝 置製造方法，該方法包含之步驟為：在一第一半導體層上 形成一第一絕緣薄膜、形成一第二絕緣薄膜，其中位:第 -絕緣薄膜上之-㈣㈣的含量係高於該第—絕緣薄膜 中之齒素it素的含量、藉著移除部分的第1緣薄膜以及 部分的第二絕緣薄膜’暴露出該第__半導體層之一表面、 以及藉著將-種用以形成第二半導體層之材料供應到第一 半導體層之表面以及第二絕緣薄膜的—表面上使得__第 二半導體層選擇性地蟲晶生長於該第—半導體相暴露表 面上。 除此之外，為了達成上述目的，本發明提供一種半導 體裝置製造方法，該方法包含之步驟為：於一第一半導體 層上形成-含有鹵素元素之絕緣薄膜、藉著移除部分的絕 緣薄膜，暴露出該第-半導體層之—表面、以及藉著將一 種用以形成第二半導體層之材料供應到第一半導體層之暴 露表面以及絕緣薄膜之一表面上，使一第二半導^選擇 性地磊晶生長在第一半導體層之一暴露表面上、在第一半 導體層上形成含有齒素元素之絕緣薄膜的步驟中，使得位 於絕緣薄膜之-表面部分中的函素元素之含量高於位在絕 緣薄膜内側中的齒素元素含量。 此外’為了達成上述目的，本發明提供—種半導體裝 置製造方法，該方法包含之步驟為：將―種用以抑制_第 二半導體層在-絕緣薄膜上方之蟲晶生長的材料供應到一 第-半導體層之—表面以及絕緣薄膜的—表面上'以及藉 著將-種用以形成第二半導體層之材料供應_第一半導 體層之表面以及絕緣薄膜的表面上，用以使得該第二半導 體層選擇性地蟲晶生長於第一半導體層上方。 此外，為了達成上述目的，本發明提供一種半導體裝 置製造方法，該方法包含之步驟m半導體層上 形成-閘極’且閘極與半導體層之間具有—閘絕緣薄膜、 在閘極之㈣部分上形成—絕緣薄膜、將—種用以抑制一 第二半導體層在絕緣薄膜上之生長的材料供應到第一半導 體層之-表面與絕緣_的—表面上、以及藉著將一種用 以形成第—半導體層之材料供應到第—半導體層之表面與 絕緣薄膜的表面上，使該第二半導體層選擇性地蟲晶生長 於第一絕緣層上。 本土明之上述與其他目的、特性以及優點將由以下說 明並結合藉域财賴轉發明讀佳實關的所附圖 式而變得顯而易見。 圖式簡單說明 第旧係為一剖面圖，該圖顯示一種用於選擇性蟲晶生 長之半導體裝置的一個重要部分(部分丨）； 第2圖係為—剖面圖，該圖顯示—種用於選擇性蟲晶生 長之半導體裝置的-個重要部分(部分2); 第3圖係為一藉著使用蟲晶生長製造一半導體裝置之 流程圖的範例； 第4圖係為_剖面圖，該圖顯示形成閘極之步驟的重要 部分； 第5圖係為一剖面圖該圖顯示形成絕緣層之步驟的一 重要部分(部分υ ; 第6圖係為—剖面圖，該圖顯示形成側壁之步驟的一重 要部分(部分1); 第7圖係為—剖面圖，該圖顯示使半導體基板產生凹陷 之步驟的-重要部分(部分1); 第8圖係為—剖面圖’該圖顯示形成源/沒極之步驟的 一重要部分(部分”； 第9圖係為_剖面圖，該圖顯示形成絕緣層之步驟的一 重要部分(部分2); 第10圖係為一剖面圖，該圖顯示形成側壁之步驟的一 重要部分(部分2); 第11圖係為一用以說明矽鍺氮化矽薄膜上之生長的差 異之圖式； 第12圖係為一用以說明矽原子對於氮原子之比率以及 氣含量之間的關係之圖式； 第13圖顯示SEM影像，用以說明矽鍺在含氣氮化矽薄 膜上之生長的差異； 第14圖係為一用以說明矽鍺在含氯氮化矽薄膜上之生 長的差異之圖式； 第15圖係為一藉著使用選擇性磊晶生長用以製造—半 1329890 導體裝置的預處理之一流程圖的範例； 第16圖係為一剖面圖，該圖顯示凹陷半導體基板之步 驟的一重要部分(部分2); 第17圖係為一剖面圖，該圖顯示供應氣化氫-氫氣混合 5 氣體之步驟的一重要部分； 第18圖係為一剖面圖，該圖顯示形成源/汲極之步驟的 一重要部分(部分2); 第19圖係為樣本G之一化學蒸汽沈積氮化矽薄膜的表 面之一SEM影像； 10 第20圖係為樣本Η之一化學蒸汽沈積氮化矽薄膜的表 面之一 SEM影像； 第21圖係為一剖面圖，該圖顯示一凸起式源/汲 MOSFET之一重要部分，其中係產生選擇性衰減。 C實施方式3 15 較佳實施例之詳細說明 現在將參考圖式，詳細說明本發明之實施例。 首先將說明一種藉由使用一選擇性磊晶生長法加以製 造的半導體裝置。將採用一凹陷式源/汲MOSFET作為範 例，並說明其構造。 20 首先將說明一種根據本發明之一第一實施例的一種半 導體裝置。 第1圖係為一剖面圖，該圖顯示一種使用選擇性磊晶生 長之半導體裝置的一個重要部分。 在第1圖中，一P型金屬氧化半導體電晶體之一重要部 12 B29890 分的構造係顯示作為一半導體裝置1〇〇之範例。 具體而吕，—厚度為1到2奈米之閘絕緣薄膜11係形成 於矽(Si)基板上。―閘極12係形成於該間絕緣薄膜η上。 閘絕緣薄膜11係為-種氧化石夕薄膜、氣化石夕薄膜、氮氧化 5矽薄膜或類似物。間極12係藉著使用多晶石夕所形成，其包 含ρ型雜質元素，諸如硼(B)元素。 石夕基板10接著係加以產生凹陷，以便形成源/及區域 13。-作為源/沒極之石夕鍺(5必)層14係形成於該源/及區域 13中。矽鍺層14係藉著在該源/汲區域13中實行選擇性磊晶 10生長所形成。一個形成於矽基板1〇中，以絕緣區域15加以 界定之區域係為一種n型井區域16。 一作為側壁之絕緣層17係形成於閘極12的側面上。 欲形成絕緣層17，一氧化矽薄膜17a係形成於閘極丨之之 側面上。一氮化矽薄膜17b則係形成於氧化矽薄膜na上。 15 氮化矽薄膜17b係為一種絕緣薄膜，其包含矽以及氮 (N)。藉著在雜12之側©上形成氧切薄膜17a以及氮化 石夕薄膜17b，便能夠確保閘極12以及形成於源/沒區域^中 的石夕鍺層14之間的絕緣。另夕卜，亦能夠確保形成於石夕緒層 14以及閘極12中的經由接點（未顯示）之間的絕緣。 20 一含有一齒素元素之氮化矽薄膜17c係形成於氮化矽 薄膜17b上方。在此案例中，該鹵素元素係為例如氯丨）。 氮化矽薄膜17c之氣含量係為例如原子/ 立方公釐。 已經以一凹陷式源/汲MOSFET作為一範例說明過藉由 13 13.29890 使用選擇性磊晶生長加以製造的半導體裝置。然而，藉由 使用選擇性磊晶生長法加以製造的半導體裝置100可為— 凸起式源/汲MOSFET，其中並非使矽基板1〇凹陷而用以形 成一碎錯層14。 此外，絕緣層17具有一個三層構造，包括氧化矽薄膜 17a、氮化矽薄膜17b以及氮化矽薄膜17c。然而，層之數量 並非限定於三層。僅需符合的狀況為：頂層係例如為一含

氯之氮化#薄膜’且該頂層之氣含㈣高於其他層的氯含 量。 乂上所述，半導體裝置100包括：形成於石夕基板1〇 上的閑極12 ’該基板係為—半導體基板，且W極與基板之 間具有閘絕緣_U、以及絕緣層17，錢形成於該閑極 12之側面上，並含有-齒素元素。 ls 1Λ 、的半導體裝置100’當矽鍺層14形成於矽基板 15 10上時，合古占土 - * — 辟。 齒素70素之氬化矽薄膜17b便已經形成為側

…石夕錯層14並非形成於氮化石夕薄膜17c上。也就是 埋^氮匕石夕薄膜…係作為一遮罩，且石夕鍺層14則以高選 擇性：晶生長於石夕基板1〇上。 η二Γ便能夠抑制流動於例如間極12與源/汲區域13之 間的關閉狀態洩 產之製造程序。π並且建立-種適用於實際大量生 裝置。“說月種根據本發明之一第二實施例的半導體 第2圖係為—剖 面圖’該圖顯示—種用於選擇性磊晶生 14 ^29890 長之半導體裝置的一個重要部分。 第2圖中之組件與第1圖中所示相同者係以相同的符號 加以標示’且其詳細說明將予以省略。 以一半導體裝置200, -作為側壁之絕緣層⑽形成於 —閘極12的側面上。 欲形成絕緣層Π，-氧切_17續侃於閘極12之 側面上。-氮化石夕薄膜17d係形成於氧化石夕薄膜^上。

氮化石夕薄膜17d含有-函素元素。在此案例中，該函素 疋素係為例如氣。氮化石夕薄膜17d之氣含量具有一個從氧化 :夕薄膜na以及氮化石夕薄膜17d之間的界面到氮化石夕薄膜 7d之表面的坡度。 K⑽紗以T所述。-含有⑦純之絕緣層係 且成於氧化料膜na與氮切薄㈣界面附近， 15

20 乳:薄m7d之氯含量係、由接近該界面處到氮化石夕薄 、7d的表面而逐漸增加。 化石夕薄膜3树與狀魏緣薄膜綱好形成於氧 所以，便能夠確保閘極12財_ 的經由接點(未顯示)之間的絕緣。制14以及間極12中 5Χΐ〇ί^切薄膜⑺之表面處的氯含量係為5χΗ)19到 席子/立方公釐。 由該氮化石夕薄膜氮化^薄膜能夠完全媒保絕緣，則 著在氧化㈣膜丨^切㈣173所構成的側壁能夠藉 、a》成錢切薄膜所形成，而無須使 15 1329890 含有㈣氮之絕緣㈣成錢切薄膜⑺以及氮化石夕薄 膜17d之間的界面附近處。能夠形成含有❹元素之氮化石夕 涛膜取代形成氧化碎薄膜l7a，a便直接覆蓋住閘極η以及 延伸區域。 5 如果藉由-含氣之氮切_能夠完全確保絕緣，則 形成於氧切薄膜17a上軌切薄狀氣含量並不需要 坡度★。也就是說，氣含量均勾之氮切薄膜能夠形 成於氧化石夕薄膜17a上方。 10 藉者使用選擇性屋晶生長加以製造的半導體裝置已經 以—凹陷式源/贏)SFET作為—範例進行說明。缺而，夢 者使用選擇性蟲晶生長法製造的半導錄置2⑼可為一凸 起式職廳瞻，其中4基板1。並非凹陷用以形成-矽鍺層14。 15 如以上所述，半導體裝置2〇〇包括：形成於石夕基糾 上之閘極12 ’财基板係為-半導體基板，在_與基板 之間具有閘絕緣薄膜11、以及絕緣層Π，其係形成於閘極 12之側面上，且其含有一画素元素。 20 以上述之半導體裝置細，當石夕鍺層14形成於石夕基板1〇 上方時，含㈣以素之氮切薄膜™已經形成為側壁。 因此，石夕鍺層U並非形成於氮化石夕薄膜i7d上方。也就是 說’氮化石夕薄膜nd之功用係做為遮罩，且矽鍺層14係以高 選擇性磊晶生長於矽基板10上方。 結果，便能夠抑制流動於例如閘極12與源/汲區域13之 間的關閉狀Μ漏電流’並建立—種適用於大量生產的製 16 1329890 造程序。 現在將說明選擇性磊晶生長法。 首先將說明選擇性磊晶生長法之基本原理。 第3圖係為藉著使用選擇性磊晶生長製造—半導體裝 置之'~~流权圖的範例。 首先，使用一矽基板作為一第一半導體層，且—閘極 係形成於該石夕基板上（步驟S1)e接著，一氧化石夕薄膜係形成 :閘極之—頂部，極的側面，以及矽基板上(步驟切。 一含有錢元素之絕緣薄膜接著係形成於該氧化石夕薄膜 在此案例中，含有齒素元素之絕緣薄膜係為—種由數 層^有不同成分的絕緣薄膜所構成之層疊式絕緣薄膜，或 者是其鹵素含#具有—坡度之絕緣薄膜。 15

20 由數層含有不同成分的絕緣薄騎構成之層叠式絕緣 薄膜係例如以下述方式形成。一未含氣或是含氣量非常少 膜(第—絕緣薄膜)係形成於-氧切薄膜上。接 古於^ 切薄膜（第二絕緣薄膜），該薄膜之氯含量係 N於第一絕緣薄膜的氣含量。 氣2具有一坡度之一絕緣薄膜係例如以下述方式形 成。Γ3氯之氮化㈣膜係形成於-氧切薄膜上，該氮 係從氧切薄膜以及氮化，膜之間的 界面到亂切相之表面逐漸增加。 传加素元素之氧切薄膜以及絕緣薄膜接著 係加讀刻，以便在間極之側面上形成侧壁（步㈣。之 17 13.29890 後，對於矽基板欲形成源/汲極之部分進行蝕刻，以便形成 凹陷區域(步驟S4)。接著係供應諸如單矽烷(siH士四氫化鍺 (GeH4)-氣化氫(HC1)·氫氣(Η。混合氣體之氣體作為一種用 以形成一第二半導體層之材料（步驟S5)。藉此方式，使得一 5作為第二半導體層之矽鍺層選擇性磊晶生長於該等凹陷區 域中（步驟S6)，並使該矽鍺層形成具有預定厚度之源/汲極 (步驟S7)。 欲製造一凸起式源/沒M0SFET，上述之步驟S4係加以 省略。也就是說，在實行過步驟幻之後隨即實行步驟S5 ^ 1〇藉此作法’使得一矽鍺層選擇性地磊晶生長於一矽基板上。 如以上所述，以選擇性磊晶生長法，一半導體係藉由 該方法選擇性磊晶生長，一種用以形成第二半導體層之材 料係供應到第一半導體層的一暴露表面以及含有一鹵素元 素之絕緣薄膜的一暴露表面上。 15 結果，便能夠抑制流動於例如閘極12與源/沒區域13之 間的關閉狀態洩漏電流，並建立一種適用於大量生產的製 造程序。 現在將具體說明藉著使用選擇性磊晶生長法用以製造 一半導體裝置的程序。 20 第4圖到第10圖各個圖式係為一剖面圖，其以一凹陷式 源/汲MOSFET作為—範例，顯示用以使一矽鍺層選擇性磊 晶生長於一半導體基板之凹陷區域中的程序之一重要部 分。 首先將根據本發明之一第一實施例，說明一種用以藉 18 著使用選擇性磊晶生長法製造一半導體裝置的程序。第1圖 中所示之半導體裝置係藉由此程序加以製造。 第4圖係為一剖面圖，該圖顯示形成閘極之步驟的—重 要部分。 首先使用一矽基板10做為一半導體基板，該基板係為 第一半導體層。在形成絕緣區域15之後，閘極12係藉由一 業界熟知之方法形成於該矽基板10上，並使閘極與基板之 間具有閘絕緣薄膜11。在第4圖中，藉由虛線加以標示之區 域係為稍後即將形成的源/汲區域13。 第5圖係為一剖面圖，該圖顯示形成絕緣層之步驟的— 重要部分。 厚度為1到10奈米之氧化矽薄膜17a係藉著一化學蒸汽 沈積法(CVD)形成於該矽基板1〇以及閘極12上。 作為第一絕緣層之氮化矽薄膜丨7 b接著係藉著化學蒸 汽沈積法形成於該氧化矽薄膜173上。諸如二矽烷(Si2H6)_ 氨(NH3)混合氣體或是二氣矽烷（siHf〗2)·氨混合氣體之氣 體係用以作為一種形成氮化矽薄膜17b之材料。 藉由將諸如單矽烷(SiH4)、氯矽烷(SiH3C1)、三氯矽烷 (SiHCU)、或是四氣矽烷(sic!4)等以氯矽烷為主的氣體以及 聯氨(N2 Η*)或類似物加以混合所得到之氣體能夠作為—種 用以形成氮化矽薄膜17b的材料。 接著係藉著化學蒸汽沈積法形成氮化石夕薄膜^，該薄 膜係作為第二絕緣薄膜，且其氯含量係高於氮化♦薄膜Μ 的氣含量。二氣㈣氨之混合氣體係用以作為—種用以形 =切薄膜17c的材料，藉由將氯我、三氯石夕燒、四h 、元或類似物與聯氨進行混合所得到的氣體能夠作 用以形成該氮化石夕薄膜17c之材料。 種 5 則彡成氮切_17e，使魏含量高於氮切薄膜 /乳含量’則與形成氮切薄膜17b之案例相較，例如 二氯錢之流動速率對於氨的流動速率之比值係設定為一 大值。或者，與形成氮化石夕薄膜17b之案例相較，石夕基板1〇 在供應二氣矽烷-氨混合氣體時之溫度係下降。 結果，便能夠獲得氮化石夕薄膜17c，其氯含量係高於氣 10切薄助b之氣含量。卿成之氮㈣薄膜17e的氣含量 係為5xl〇19到5xl02〗原子/立方公釐。 虽供應上述之二氣矽院-氨混合氣體，以便形成氮化矽 薄膜17b與17c時’二氯石夕院之流動速率對於氨的流動速率 之比值係大於或等於0.05，且低於或等於1〇。當氮化矽薄 15臈1713與17(^形成時，壓力係低於或等於5.7巴斯卡(pa)。當 供應二氣矽烷-氨混合氣體時，矽基板10之溫度係處於55〇 與850°C之間。所形成之氮化矽薄膜17b與17c的厚度係為】 到30奈米。 第6圖係為一剖面圖’該圖顯示形成側壁之步驟的一重 20 要部分。 在先前步驟中形成之氧化石夕薄膜17a以及氮化石夕薄膜 17b與17c係加以蝕刻，以致於使氧化矽薄膜17a以及氮化石夕 薄膜17b與17c成為閘極12之侧壁。 結果’由氧化碎缚膜17a以及鼠化妙薄膜17b與17c所構 20 1329890 成之絕緣層17係形成於閘極12的側面上而成為侧辟。 石夕基板10之源/汲區域13中的表面由於上述餘岁彳而々 全暴露。 第7圖係為一剖面圖，該圖顯示使該半導體基板產生凹 5 陷之步驟的一重要部分。 矽基板10接著係藉由蝕刻產生凹陷，以便形成凹陷區 域18。在此階段’位於矽基板1〇之凹陷區域18中的表面係 完全暴露，凹陷之深度係為1〇到70奈米。 第8圖係為一剖面圖，該圖顯示形成源/汲極之步驟的 10 —重要部分》 單矽烷-四氫化鍺-氣化氫-氫氣之混合氣體係供應到凹 陷區域18，並且到達絕緣層17之表面上，成為一種用以形 成作為第二半導體層之矽鍺的材料。在此案例中，單矽烷_ 四氫化鍺-氣化氫-氫氣之混合氣體的總壓力係在1〇與 15 10,000巴斯卡之間。 當單妙烧-四氫化緒-氣化氫-氫氣之混合氣體到達石夕基 板10的表面時’單矽烷-四氫化鍺便會分解，且矽鍺層14會 以自我束制之方式蠢晶生長於石夕基板1〇上。氮化石夕薄膜17c 含氯’故部分的矽氧烷會結合在氮化矽薄膜l7c之表面處， 2〇形成矽-氣結合。所以，認為單矽烷-四氫化鍺較不易在氮化 矽薄膜17c之表面處形成晶核。 結果，即使當單矽烷-四氫化鍺到達氮化矽薄膜17c之 表面時’單矽烷-四氫化鍺非常容易以其原有狀態離開氮化 石夕薄膜17c之表面。也就是說，石夕緒會生長在石夕基板1〇上， 21 1329890 且石夕鍺較不易生長钱化料膜17eJl。結果，♦錯在石夕基 板ίο與氮化矽薄膜17c上開始生長之間便會產生—時間差 異。因此，矽鍺層14僅會磊晶生長在凹陷區域18中，且抑 制了絕緣層17上之矽鍺的磊晶生長。 5 當供應單矽烷—四氫化鍺-氣化氫-氫氣之混合氣體時， 矽基板10之溫度應設定為450到6〇〇t。如果矽基板ι〇之溫 度係高於60(TC，則包含在元素中的極少量雜質之熱擴散的 影響會變得相當重大。另一方面，如果石夕基板1〇之溫度係 低於45〇t ’則單矽烷較不易分解在矽基板1〇之表面。所 10以，矽鍺不會磊晶生長在矽基板1〇上。 在上述說明中，單矽烷-四氫化鍺_氯化氫·氫氣之混合 氣體係作為一種用以形成矽鍺層14之材料。然而，能夠分 別使用二矽烷(ShH6)以及二鍺烷(Ge#6)代替單矽烷與四氫 化鍺，作為一種用以形成矽鍺層14的材料。 15 另外，一種用以形成矽鍺層14之材料能夠與例如二硼 烷⑴出6)相混合成為摻雜氣體。即使在高硼濃度（大約 lE20cm2)，併入一薄膜之硼的電活性約為1〇〇%，並能夠實 現低阻抗。在此案例中，則不需要隨後為了活化所進行的 離子植入與熱處理。 0 矽鍺或鍺(Ge ’其亦為一種半導體）能夠用以做為取代 矽之半導體基板。矽或鍺能夠用以做為半導體層，源/汲極 係由其所形成，以取代矽鍺。 單矽烷-四氫化鍺-氯化氫-氫氣之混合氣體係持續供 應。當矽鍺層14之厚度達到一預定值時，單矽烷_四氫化鍺 22 氯化氫-氫氣之處合氣體便停止供應。 藉此作法’便能夠製造出第1圖中所示之半導體裝置 ’其中矽鍺層14係選擇性磊晶生長於矽基板10上。當矽 5鍺層14之厚度達到10到100奈米時 ’蟲晶生長即便完成。 • 接著將根據本發明之一第二實施例，說明一種藉著使 用選擇性磊晶生長法用以製造一半導體裝置的程序。第2圖 中所不之半導體裝置係藉由此程序加以製造。 • 形成閘極之步驟、使半導體基板凹陷之程序、以及形 成源/及極之程序係分別與第4圖、第7圖及第S圖所說明者 4目同’故其說明係加以省略。首先將說明在閘極之侧面上 开/成、’€緣層的步驟。第9圖與第糊中之組件其巾與第4圖 •到第8圖巾所示的組件相同者係、以相同之符號加以標示，且 其詳細說明將加以省略。 第9圖係為一剖面圖，該圖顯示形成絕緣層之步驟的一 15 重要部分。 • 厚度為1到10奈米之氧化矽薄膜17a係藉由化學蒸汽沈 積法形成於矽基板1〇以及閘極12上。 含有氯之氮化矽薄膜17d接著係藉由化學蒸汽沈積法 • 形成於該氧切薄膜17a上。二氣魏-氨混合氣體係用以 • 20作為一種形成氮化矽薄膜17(1之材料。 形成氮化石夕薄膜17d，以致於使該氮化石夕薄膜17d之氣 含里從氧化石夕薄膜17a與氮化石夕薄膜nd之間的界面到氮化 石夕薄膜17d之表面逐漸增加，也就是說，以致於使該氮化石夕 薄膜17d之表面的氯含量會高於氮化㈣膜1湖部的氣含 23 13.29890 * 量《具體而言’氮化矽薄膜17d係藉著逐漸將二氣矽烷之流 動速率對於氨的流動速率之比值提高到0.05到1〇的範圍内 所形成。此時’矽基板10之溫度係為55〇到85〇°C。 或者’氮化;δ夕薄膜17d係藉著在供應二氣矽烷_氨混合 5氣體時逐漸將*夕基板10之溫度下降到550到8501的範圍所 形成。藉著在供應二氣矽烷-氨混合氣體時使矽基板1〇之溫 度下降，二氯矽烷晶核之矽-氣鍵結會變得較不易分解與分 離。結果，結合併入一薄膜之氣含量會增加。 φ 藉著將氣矽烷、三氯矽烷、四氯矽烷，或類似物與氨 10或聯氨相混合所得到的氣體能夠用以作為氣矽烷為主的材 料氣體，用以形成含有氣的氮化石夕薄膜17d。 所形成之氮化石夕薄膜17d的厚度係為1〇到6〇奈米。氮化 矽薄膜17d之表面附近的氯含量係為5χ1〇ι9到kio2!原子/立 方公釐。 15 第10圖係為一剖面圖，該圖顯示形成側壁之步驟的一 重要部分。 ® 先前步驟中所形成之氧化石夕薄膜17a與氮化石夕薄膜17d 係加以#刻，以致於使該氧化石夕薄膜17a與氮化石夕薄膜i7d . 成為閘極12的側壁。 • 20 結果，由氧化矽薄膜17a與氮化矽薄膜17d所構成之絕 緣層17係形成於閘極12的側面上而成為侧壁。 矽基板1〇之源/汲區域13由於上述蝕刻之結果而完全 地暴露出來。 在以下步驟中，矽基板1〇之源/汲區域13係產生凹陷， 24 1329890 並使石夕錯層選擇性轰晶生長於該凹陷的石夕基板ίο上。在此 案例中係使用與上述相同的方法。 方式’便能夠製造出第2圖中所示之半導體裝置 2〇0 ’其中妙錯層14係選擇性磊晶生長於矽基板1〇上。當石夕 5鍺層14之厚度達到1〇到1〇〇奈米時，磊晶生長即便完成。 欲製造—凸起式源/汲MOSFET，使一矽基板10產生凹 陷的步驟係加以省略。也就是說，在形成第6圖或第1〇圖中 所不的側壁步驟之後，使一石夕鍺層14選擇性遙晶生長在石夕 基板10上。藉此方式，便能夠藉著使用選擇性蟲晶生長法 10製造出凸起式源/;及MOSFET。 如先前所述，以上述之半導體裝置製造方法，閘極12 係开v成於石夕基板1〇(其係為一半導體基板)上，且使間極與基 板之間具有閘絕緣薄膜u，含有__素元素之絕緣層17係 形成於該閘極12之側面上，—種用以形成—半導體層之材 15料係供應到石夕基板10以及含有一㈣元素的絕緣層17上， 使該半導體層以高選擇性蟲晶生長於石夕基板1〇上，並且形 成作為源/汲極之矽鍺層14。 結果，流動於例如閘極12與源/汲區域13之間的關閉狀 態洩漏電流係得到抑制，並且建立一種適用於實際大量生 20 產的製造程序。 在上述說明中，絕緣層係作為含氣之金屬氧化物半導 體(MOS)電晶體的側壁。藉此作法，矽鍺層之生長會得到 抑制。然而，本發明並非限定於改良一作為側壁之絕緣層 與一碎基板之間的選擇性。 25 13.29890 例如，―作為第1圖或第2圖中所示之絕緣區域15的絕 緣層亦能夠含氯。藉此作法，便能夠改良該絕緣區域⑽ 石夕基板1〇之間的選擇性。結果，在-種藉著使用選擇性蟲 晶生長法所製造的半導體裝置卜包括於鄰接聰電晶體 5的源/汲極之間的絕緣能夠得到改良。 上述明中，該氮化碎薄膜含氯。然而，氮化石夕薄 膜能夠含有_r，其係為另—_素元素），用以取代氯。

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現在將說明—含氣之氮切薄膜㈣朗得到的影 響。欲檢驗此影響，準備數铺擬樣本，其上具有成分彼 此不同之氮切_，並且檢驗這錄本上之销生長的 差異。 首先準備三個樣本A ' B與C，作為初步檢驗之用… 石夕晶圓係肋作為各個樣本之—基板，且— 氡化石夕薄膜_先形成於 。 “尤積 知二石夕院-氨混合氣體係用以作為一種形成各個化學基 ^沈積氮切_之材料。欲改變三师本之㈣及氮= 里該等化予蒸>飞沈積氮化石夕薄膜係以二石夕烧流動速率 於氨之流動速率的不同比率所形成。二妙錢動逮率野於 氨之流動速率的比率對於樣本A而言係、為最高，而對於樣本 C而言則為最低。二魏流動速率對於氨之流動速率的 範圍係為G.G5到1G。在形成各個化學蒸汽沈積氮化妙薄膜 ^同時，其壓力係低於或等於5.7巴斯卡。當供應二石夕貌 氨此合氣體時，各個矽晶圓之溫度係為550到850。(：。 包含於各個樣本之-化學蒸汽沈積氮切薄膜十的砂 26 原子對於氮原子之比率係藉射線光電子光譜學(XPS)加 以計算。對於樣本A、^C而言，㈣子對於氮原子之比 率係為分別係為1.06、0.99以及〇.92。 藉著將單魏.四氫⑽.氯化氫·氫m氣體供應到 這些樣本巾的化學紐沈軌切薄膜上，接著便會使石夕 鍺生長。當供應單料·四氫化鍺·氣化氫·氫氣混合氣體 時，各個矽晶圓之溫度係為45(^,j600t:。 第11圖係為-用以說明該等氮化石夕薄膜上之石夕錯生長 的差異之圖式。 在第11圖中’-水平轴線表示混合氣體之供應時間（分 鐘）’且-垂直轴線則表示♦鍺顆粒之密度（顆粒/平方微 米）。石夕鍺顆粒之密度係、直接由於掃瞒電子顯微鏡(SEM)影. 像加以計算。 結果’發關的是樣本A之料顆粒的密度增加最大， 且樣本C之矽鍺顆粒的密度增加係最小。也就是說，發現到 的是，即使混合氣體供應時間相同，具有較高岐含量之樣 本具有一較高的矽鍺顆粒密度。 與此相類似之理由係為，隨著一氮化石夕薄膜之石夕含量 增加，位於其表面上供妙鍺生長用的晶核形成地點之數量 便會增加。也就是說’藉著某些元素消除這些形成地點， 則矽鍺生長便會得到抑制。 在含有氣之氮化石夕薄膜上的石夕緒生長之差異接著係加 以檢驗。 準借樣本D、E與F供此檢驗使用…碎晶圓係用以作 1329890 為各個樣本之一基板，且一含氣之化學蒸汽沈積氮化矽薄 膜係藉由化學蒸汽沈積法預先形成於晶圓上。 二氣矽烷-氨混合氣體係作為一種用以形成各個含氣 化學蒸汽沈積氮化矽薄膜之材料。欲改變這些樣本之矽、 氮、及氟3里含亂之化學蒸汽沈積氣化石夕薄膜係以不同 的一氯矽烷流動速率對於氨流動速率之比率所形成。二氯 矽烷流動速率對於氨流動速率之比率範圍係為〇 〇5到。 在形成化學蒸汽沈積氮化石夕薄膜之同時，其壓力係低於或 等於5.7巴斯卡。當供應二氣石夕烧_氨混合氣體時，各個石夕晶 10 圓之溫度係為550到850°C。 包含於各個樣本之-化學蒸汽沈積氮化石夕薄膜中的石夕 原子對於氮原子之比率係藉由xps加以計算。 聊而言對於,原子之比率係分別為V::本:7; 以及0.79。 15 糾，各個樣本之氣含量係藉由全反射X射線螢光分析 加以計算，並獲得以下結果。 #第12圖係為-用以說明石夕原子對於氮原子之比率以及 氯含量之間的關係之圖式。 在第12圖中，-垂直轴線表示石夕原子對於氮原子之比 20率’且一水平轴線則表示各個樣本之氯含量(原子坪方董 如第U圖中所示，發現到的是，一具有較高石夕原 氮原子比率之樣本會具有—較高的氯含量 是’樣本F之氯含量係為樣本⑽氯含量之三倍。也就是至說的 28 1329890 發現到的是，當-含氯之氮化石夕薄膜係藉著使用二氯石夕炫 氨混合氣體作為-材料所形成時，其氯含量能夠藉著改變 二氯傾㈣速率對於氛流動料的比㈣設定成—預— 數值。 疋 5 絲將說明藉由將單魏·四氫化鍺-氣化氫.氫氣混合 氣體供應到樣本D、E與F上所實現的石夕鍺生長的結果。去 供應單石夕烧-四氫化鍺-氯化氫_氫氣混合氣體時，各個石夕晶 圓之溫度係為450到600。(：。 第13圖顯示SEM影像，用以說明含氣之氮化石夕薄膜上 10 的矽鍺生長之差異。 、 各個SEM影像顯示供應單㈣.四氫化鍺·氯化氯-氯氣 混合氣體經過80分鐘之案例的一樣本之表面。在各個舰 影像中’各個基板看似—白色榖粒係為一石夕錯顆粒，且一 黑色部分係為位於石夕鍺顆粒下方的一氮化石夕薄膜。 15 這些随影像顯示出生長於樣本D之氮切薄膜上的 石夕鍺顆粒之密度係為最高，生長於樣本E之氮切薄膜上的 矽鍺顆粒之密度係低於生長於樣本D之氣切薄膜上的石夕 鍺顆粒之密度，且生長於樣钟之氮化石夕薄膜上的石夕錯顆粒 之密度則為最低。 20 帛14圖係為—用以朗含氣氮切薄膜上之補生長 的差異之圖式。 在第14圖中，-水平軸線表示單碎院四氫化錯氯化氮 -氫纽合氣體之供應相（分鐘），且―垂直轴線表示生長 於3風氮化石夕薄膜上之石夕鍺顆粒的密度(顆粒/平方微米）。 29 砂鍺顆粒之密度係直接根據SEM影像加以計算。 結果，發現到的是，隨著單矽烷·四氫化鍺-氣化氫-氫 氣混合氣體之供應時間加長，各個樣本上的矽鍺顆粒密度 會增加，且隨著單矽烷-四氫化鍺·氣化氫_氫氣混合氣體之 供應時間加長，樣本D、E與F之間的矽鍺顆粒的密度便會 產生差異。 如以上所述’樣本D之氮化⑦薄膜的氣含量係為最低， 且樣本F之氮⑽薄膜軌含量係為最高。如此能夠由如 圖中所示之結果可見。 第14圖中所示之結果顯示，含氣量最高之樣本F上的石夕 鍺顆粒密度增加量係為最小。 另外’樣本F之氣含量係為樣本D的三倍。在供應單石夕 垸-四氫化鍺氣化氫·氫氣混合氣過例如叫_，樣 本F上之㈣顆粒的密度係與樣本d上之料顆粒的密度進 行比較。結果，發現到的是，儘管樣本F之氣含量僅為^本 D的三倍’樣本F上之料顆粒的密度係減少成為樣本d上 之矽鍺顆粒密度的十分之_。 也就是說，發現到的是，在一含氯之氮化石夕薄膜上的 ㈣顆粒之生長能夠顯著地得到抑制。結果，流動於例如 原/;及區域13 W及閘極丨2之間的關狀態$漏電流係得到 抑制’並且能夠建立—種適用實際大量生產之製造程序。 現在將根據本發明之-第三實施例，朗-種藉著使 用選擇性蟲晶生長法用以製造—半導體裝置之程序。在此 實施例中將會說明㈣進-步有助於Μ生長之預處理。 1329890 首先將說明預處理之基本原理。 第15圖係為一種用以藉著使用選擇性蠢晶生長製造一 半導體裝置之預處理的流程圄之範倒。首先，基板係 用以作為-第-半導體層，且一閘極係形成於該石夕^板丄 5 (步驟_。-作為側壁之絕緣層接著係形成於閑極的側面 上(步驟SH)。在此階段能夠形成絕緣層17，其係顯示於扪 圖或第2圖中’且其含有^素元素。之後，絲板中欲形 成源/汲極之位置係加以蝕刻，以便形成凹陷區域（步驟 S12)。一種用以抑制絕緣層上之磊晶生長的材料（諸如氣化 10氫-氫氣混合氣體)接著係供應到矽基板的該等凹陷區域上 以及作為侧壁的絕緣層上（步驟S13)。隨後，便供應諸如單 矽烷-四氫化鍺-氯化氫-氫氣混合氣體用以形成一第二半導 體層之氣體（步驟S14)。藉此作法，使得—作為第二半導體 層之矽鍺層選擇性地磊晶生長於該等凹陷區域中（步驟 15 S15)，並且使矽鍺層之源/汲極形成具有預定的厚度（步驟 S16)。 如以上所述，藉著將一種諸如氯化氫之用以抑制絕緣 層上的磊晶生長之材料供應到其中已經形成凹陷區域之矽 基板上以及作為側壁的絕緣層上，絕緣層之表面上的殮垂 、’Ό合係藉由氯根加以消除。結果，矽鍺在絕緣層上的生長 係得到抑制，且該矽鍺層係選擇性生長在碎基板上。 欲製造一種凸起式源/彡及MOSFET，上述步驟si2係加以 省略，且步驟S13係在步驟S11之後實行。藉此作法，使一 石 夕錯層選擇性地磊晶生長於一矽基板上。 31 1329890 在實行步驟SI3之前，一形成於凹陷之矽基板上的氧化 物薄膜能夠藉由一重量百分比為1到1 〇%的氫氟酸溶液加 以去除。 現在將具體地說明各個製造步驟。第16圖到第18圖各 5 圖係為一剖面圖，其以一種用以製造一凹陷式源/;及 MOSFET作為一範例’顯示使--石夕鍺層選擇性地蟲晶生長 於一半導體基板之凹陷區域中的步驟之一重要部分。 第16圖係為一剖面圖，該圖顯示使半導體基板產生凹 陷之步驟的一重要部分。 15 矽基板10係用以做為一半導體基板’其係為一第一半 導體層。閘極12係形成於該矽基板1〇上，並使閘極與基板 之間具有閘絕緣薄膜11。作為側壁之絕緣層17，且其包括 藉由例如化學蒸汽沈積法加以沈積之氧化係薄膜丨7 a以及 一氮化矽薄膜17e，該絕緣層係形成於閘極12之兩側上。凹 陷區域18係藉由钱刻形成於石夕基板1〇中。在此階段，位於 石夕基板10之凹區域18中的表面以及絕緣層17的表面係暴 露出來。 能夠形成含氣之氮化砂薄膜丨7 b以及氮化妙薄膜】7 c (顯不於第1圖中）或疋含氣之氮化石夕薄膜i7d(顯示於第2圖 20中），用以取代氮化矽薄骐17e。 第17圖係為一剖面圖，該圖顯示供應氯化氫-氫氣混合 氣體之步驟的一重要部分。 氣化氫-鼠氣混合氣體係供應到藉由钱刻產生凹陷的 石夕基板10之表面以及絕緣層n的表面上以便使該石夕基板 32 13.29890 10之表面以及絕緣層17的表面暴露於氣化氫。在此案例 中，氫氣係為氯化氫的承載氣體。 氣化氫-氫氣混合氣體供應到其上之石夕基板10的溫度 應設定為450到600°C。如果矽基板10之溫度係高於600X：， 5 則極少量包含於元素中的雜質之熱擴散的影響會變得相當 重大。另一方面’如果矽基板10之溫度低於450°c，氣化氫 則不會良好的分解在絕緣層17之表面上。因此，便會難以 藉由氣根消除絕緣層17之表面上的懸垂結合。氯化氫-氫氣 混合氣體係供應經過1到10分鐘。 10 第18圖係為一剖面圖’ 5玄圖顯示形成源/沒極之步驟的 一重要部分。 在矽基板10之凹陷表面以及絕緣層17的表面係以上述 方式暴露於氣化氫-氫氣混合氣體之後，諸如單石夕燒四義化 鍺-氣化氫-氫氣混合氣體之用以形成一第二半導體（石夕錯） 15層的氣體係供應到該矽基板10之表面以及絕緣層17的表面 上。 當單矽烷-四氫化鍺到達矽基板10之表面時，單碎烧_ 四氫化鍺會分解，且一矽鍺層14會以自我束制之方式磊晶 生長於該矽基板10的表面上。 20 另一方面’由於並未將電子供應到絕緣層17之表面。 因此，即使當單矽烷-四氫化鍺到達絕緣層17之表面，單矽 烷-四氫化鍺係較不易分解。氣化氫係在先前步驟中加以供 應，故暴露於絕緣層17之表面上的懸垂結合係藉由例如氣 根加以消除。因此，對於到達絕緣層17之表面的單矽烷_四 33 :化:而5 ’便非常容易以其原始狀態離開絕緣層17之表 面。也就是說，矽鍺值^ g ，、生長於矽基板10上，且矽鍺較不易 生長絕緣層17上。妗# a ° ，矽鍺在矽基板10以及絕緣層17上 開始生長之間產生—時 得間差異，且矽鍺在絕緣層17上之磊 日曰生長係得到抑制。 火°。 氮化鍺·氣化氫_氫氣混合氣體係持續供應。 田=鍺層14之厚度相—預定數值時便停止供應單石夕炫-

四氫化錯·氯化氫.氫氣混合氣體。藉此作法，㈣層Μ係形 成於矽基板10上。 欲製造一種凸起式源/及MOSFET，第16圖中使一石夕基 板10產生凹陷之步驟係加以省略。也就是說，在一問極口 之側面上形成側壁的步驟之後，使一矽鍺層14選擇性磊晶 生長於妙基板1G上。藉此作法，便能夠藉著使用選擇性蟲 晶生長法製造出該凸起式源/&M〇SFET。 藉著跟隨上述步驟，能夠使作為第二半導體層之矽鍺

層14選擇性地磊晶生長於作為第一半導體層的矽基板1〇 上。 此時矽基板10之溫度應設定為450到60〇r。如果碎基 板10之溫度係高於600°C，則極少量包含於元素中的雜質之 20熱擴散的影響會變得相當重大。另一方面，如果矽基板10 之溫度低於450°C，則單石夕烧較不易分解在石夕基板1〇之表面 上。因此，矽鍺並不會磊晶生長矽基板10上。 現在將說明藉著使一絕緣層暴露於氯化氫-氲氣混合 氣體抑制矽鍺之生長的影響。各個用以檢查此影響之樣本 34 力系化學⑨汽沈積氮切薄膜生長於—晶圓表面上 入=传。在-氮化⑦薄膜之表面係暴露於氣化氫氣氣混 二體^案射所獲得影響以及—氮切薄膜之表面並未 、路於氣化氫’氫氣混合氣體的案例t所得到的影響之間 的差異將加以說明。在此案例中，氯化氫氫氣混合氣體之 總壓力係為10巴斯卡。 準備樣本G與η。樣本G係以下述方式加以準備，在供 應單魏·四氫化鍺·氯化氫氫氣混合氣體之前，-氮切 薄膜之表面並未暴露於氣化氫氣氣混合氣體，單石夕院-四氮 化鍺氣化氫_氫氣混合氣體係供應到該氮化#薄膜上。樣本 Η係以下述方式加以準備，在供應單石浅·四氫化鍺·氣化氣 -風氣混合氣體之前，—氮化料膜之表面係暴露於氣化氮 •虱氣混合氣體，單㈣四氫化錯氯化氫·氫氣混合氣體接 著係直接供應到該氮化矽薄膜上。以樣本G與Η而言，單矽 15烷-四氫化鍺氯化氫-氫氣混合氣體係供應60分鐘。 第19圖係為樣本G之化學蒸汽沈積氮化矽薄膜的表面 之一 SEM影像。 在該SEM影像中，各個基板看似一白色榖粒者係為一 生長於氮化矽薄膜上之矽鍺顆粒，且一黑色部分係為位於 20矽鍺顆粒下方的氮化矽薄膜。各具有小於或等於60奈米之 直徑的矽鍺顆粒80係分離地生長。 第20圖係為樣本Η之化學蒸汽沈積氮化石夕薄膜的表面 之一 SEM影像。 在此SEM影像中’各具有小於或等於60奈米之直徑的 35 矽鍺顆粒係分離地生長於該氮化矽薄膜上。與第19圖中所 不之樣本G相比，樣本F之矽鍺顆粒的數量較少。 樣本Η之全反射X射線螢光分析顯示出的是一旦在氮 化石夕薄膜之表面暴露於氣化氫_氫氣混合氣體之後，氣會留 5在氮化石夕薄膜之表面上。也就是說，理解到的是，吸附到

氮化石夕薄膜之表面的氣根將會產生抑制石夕鍺在絕緣層上之 生長的效果。 S

在上述範财，當準備樣本科，氣化氫_氫氣混合氣 體之總壓力係為1G巴斯卡。然而，如果氯化氫之分壓係為】 10到700巴斯卡，氫氣的分壓係高於或等於1巴斯卡並低於 1_〇巴斯卡，且氯化氫.氫氣混合氣體的麟力係為1〇到 10,000巴斯卡’便能夠獲得抑制料生長於絕緣層上之效 果。 發現到的是，即㈣基板之表面係暴露於氯化氯氣 15體’在45__之_溫度進行_並不會導致損壞。

在石夕基板之表面暴露於氣化氫氣體之後，石夕錯蟲晶生 長於=基板上的速率在450_〇t之溫度並不會降低。具 體而-薄膜係在短短一或兩分鐘内便即形成，且在6〇 分鐘之後係形成3〇到4〇奈米的厚度。

2〇 由攻些藉著將氣化氫供應到溫度為450到600t之石夕A 板上的結果得知，其並不會抑制半導體在石夕基板上之^ 生長，並且會抑制絕緣層上的生長。 猫日日 以樣本之氮切薄膜並不含氯。然而，藉著形成含 風之亂化石夕薄膜17b以及氮化石夕薄膜％(顯示於第^圖中）或 36 1329890 者是含氣的氮化㈣膜i7d(料於第2圖中） 膜，並藉著實行上述賴理便能夠進化石夕薄 緣層上的蟲晶生長。 步抑制半導體在絕 在上述範例中，氯化氫氫氣混合氣體係作為 抑制絕緣層上之蟲晶生長的材料。然而，能夠使用=以 齒化氣之溴化氫卿)取代氯化氫。此外，氯氣(=種 ㈣能夠用以取代減氫。另外，能夠添加 ^氧 氣體之承載氣體。 ”下為此―

矽鍺或鍺（其亦為一種半導體）能夠用 10 以作為第_半導 體基板’以取代⑦基板。⑭或鍺能夠用以作為形成源 之第二半導體層，以取代矽錯。 二石夕燒以及二錯烧能夠用以作為第二半導體層之材 料’以取代單矽院與四氫化鍺。 此外，-種用於第二半導體層之材料能夠與例如二爛 烷城合而成為摻雜氣體。即使在高硼(B)濃度（大約咖

Cm-2)’併入一薄膜之蝴的電活性約^帆並能夠實現低 阻抗。在此案例中，則不需要隨後為了活化所進行的離子 植入與熱處理。 如同由以上所述可見者，在基板溫度為450到600艽之 2〇間的選擇蟲晶生長法中之選擇性係得到改進並且確保了 一種適用於實際大量生產之製造程序情況。 以根據本發明之半導體裝置，閘極係形成於半導體基 板上，並使閘極與基板之間具有閘絕緣薄膜，且具有一層 疊構造之該絕緣薄膜係形成於閘極的側壁部分上。絕緣薄 37 U29890 獏之頂層的幽素元素含量係高於層疊構造之其他層的齒素 疋素含量。半導晶生長層係形錢半導體基板上。、 此外，以根據本發明之半導體裝置，閉極係形成於 導體基板上，並使間極與基板之間具有閉絕緣薄膜，且含 有一函素元素之絕緣薄膜係形成於閘極的側 3 开緣薄膜之，素元素含量具有一恤晶生二; 形成於半導體基板上。 日糸 以根據本發明之半導體裝置的製造方法，第 膜係形成於第一半導體層上 4 ίο -絕緣薄膜上，其自素元A旦，膜絲成於該第 «元素含量，第—半導讀高於第—絕緣薄膜的 -絕緣薄膜以及部分的第二絕由:除部分的第 一種用以形成第二半導體層之#、W暴路’且藉著將 表面以及第二絕緣薄膜之表自，·供應到第-半導體層的 15 性地蟲晶生長於該第使得第二半導體層選擇 ,Μ. AL 曰的暴露表面上。 此外，以根據本發明之半 成一絕緣薄膜，該絕緣薄膜體裝置的製造方法，其形 20 面部分的i!素元素含量係高之::素’且其中-表 半導體層之表面係藉著去除，側之鹵素Μ含量，第一 並藉著將-種用以形成第二^的絕緣薄膜而加以暴露， 半導體層之暴絲面叹免㈣體層之材料供制該第一 導體層選擇性地蟲晶生長於第^的表面上，使得第二半 另外’以根據本發明之=層的暴露表面上。 以抑制第二半導體層生長 體裝置製造方法，-種用 '、、薄膜上的材料係供應到第 38 1329890 一半導體層之表面以及絕緣薄膜的表面上，並藉著將一種 用以形成第二半導體層之材料供應到該第一半導體層之表 面以及絕緣薄膜的表面上，使得第二半導體層選擇性地磊 晶生長於第一半導體層的表面上。 5 除此之外，以根據本發明之半導體裝置的製造方法， 閘極係形成於第一半導體基板上，並使閘極與該基板之間 具有閘絕緣薄膜，絕緣薄膜係形成於閘極之側壁部分上， 將一種用以抑制第二半導體層在絕緣薄膜上之生長的材料 供應到第一半導體層之表面以及絕緣薄膜的表面上，並藉 10 著將一種用以形成第二半導體層之材料供應到第一半導體 層的表面以及絕緣薄膜之表面上，使得第二半導體層選擇 性地磊晶生長於該第一半導體層上。 結果，便能夠實現一種半導體裝置，其中能夠使一半 導體以高度選擇性相對於一個作為一遮罩的絕緣薄膜磊晶 15 生長於一半導體基板上、以及一種磊晶生長法，一半導體 係藉由該方法進行選擇性磊晶生長。 以上所述僅視為本發明之原理。此外，由於對於熟諳 此技藝之人士而言能夠立即進行各種修正與改變，故本說 明並非將本發明限定於顯示與說明的確切構造與應用，且 20 因此所有適當的修正與相等物係視為屬於本發明於所附申 請專利範圍及其同等物的範疇。 【圖式簡單說明3 第1圖係為一剖面圖，該圖顯示一種用於選擇性磊晶生 長之半導體裝置的一個重要部分(部分1); 39 1329890 第2圖係為—剖面圖，該圖顯示一種用於選擇性磊晶生 長之半導體裝置的-個重要部分(部分2); 第3圖係為一藉著使用磊晶生長製造一半 流程圖的範例； " 5 第4圖係為一剖面圖，該圖顯示形成閘極之步驟的重要 部分；· 第5圖係為—剖面圖，該圖顯示形成絕緣層之步驟的一 重要部分(部分1); 第6圖係為一剖面圖，該圖顯示形成側壁之步驟的一重 10 要部分(部分1); 第7圖係為一刮面圖，該圖顯示使半導體基板產生凹陷 之步驟的一重要部分(部分1); 第8圖係為一剖面圖，該圖顯示形成源/沒極之步驟的 一重要部分(部分1); 15 第9圖係為一剖面圖，該圖顯示形成絕緣層之步驟的一 重要部分(部分2); 第1〇圖係為一剖面圖，該圖顯示形成侧壁之步驟的一 重要部分(部分2); 第11圖係為一用以說明矽鍺氮化矽薄膜上之生長的差 20異之圖式； 第12圖係為一用以說明矽原子對於氮原子之比率以及 氯含量之間的關係之圖式； 第13圖顯示SEM影像’用以說明矽鍺在含氯氮化矽薄 膜上之生長的差異； 40 13.29890 第14圖係為一用以說明矽鍺在含氯氮化矽薄膜上之生 長的差異之圖式； 第15圖係為一藉著使用選擇性磊晶生長用以製造一半 導體裝置的預處理之一流程圖的範例； 5 第16圖係為一剖面圖，該圖顯示凹陷半導體基板之步 驟的一重要部分(部分2); 第17圖係為一剖面圖，該圖顯示供應氣化氫-氫氣混合 氣體之步驟的一重要部分； 第18圖係為一剖面圖，該圖顯示形成源/沒極之步驟的 10 一重要部分(部分2); 第19圖係為樣本G之一化學蒸汽沈積氮化矽薄膜的表 面之一SEM影像； 第20圖係為樣本Η之一化學蒸汽沈積氮化矽薄膜的表 面之一 SEM影像； 15 第21圖係為一剖面圖，該圖顯示一凸起式源/汲 MOSFET之一重要部分，其中係產生選擇性衰減。 【主要元件符號說明】 10...碎基板 17...絕緣層 11...閘絕緣薄膜 17a...氧化矽薄膜 12…閘極 17b...氮化矽薄膜 13...源/汲區域 17c...氮化石夕薄膜 14...矽鍺層 17d...氮化矽薄膜 15...絕緣區域 17e...氮化矽薄膜 16... η型井區域 18...凹陷區域 41 13.29890 100…半導體裝置 200…半導體裝置 300.. .基板 300 310.. .源極/汲極 320.. .側壁 330.. .矽鍺層 340.. .閘極

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Claims (1)

1329890 十、申請專利範圍： 1. 一種半導體裝置，其包含： 一閘極，其形成於一半導體基板上，且閘極與基板 之間具有一閘絕緣薄膜； 5 —絕緣薄膜，其形成於該閘極的側壁部分上，並具 有一層疊構造；及 一半導體磊晶生長層，其形成於該半導體基板上， 其中該絕緣薄膜之一頂層中的鹵素元素含量係高 於該層疊構造之其他層中的鹵素元素含量。 10 2.如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中該鹵素元素 係為氯與溴其中一者。 3. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中該絕緣薄膜 係為一氮化矽薄膜。 4. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中一種用於半 15 導體基板之材料係為矽氧烷、含鍺之矽氧烷、以及鍺其 中一者。 5. —種半導體裝置，其包含： 一閘極，其形成於一半導體基板上，且閘極與基板 之間具有一閘絕緣薄膜； 20 一絕緣薄膜，其形成於該閘極的側壁部分上，並含 有一鹵素元素；及 一半導體蟲晶生長層’其形成於該半導體基板上> 其中該絕緣薄膜中之齒素元素的含量具有一坡度。 6. 如申請專利範圍第5項之半導體裝置，其中該齒素元素 43 係為氮與〉臭其中一者。 7·如申請專利範圍第5項之半導體裝置，其中該絕緣薄膜 係為一氮化矽薄膜。 8. 如申請專利範圍第5項之半導體裝置，其中一種用於半 導體基板之材料係為石夕氧烧、含鍺之石夕氧烧、以及錯其 中一者。 9. —種用以製造一半導體裝置之方法，該方法包含之步驟 在一第一半導體層上形成一第一絕緣薄膜； 在該第一絕緣薄膜上形成一第二絕緣薄膜，其中一 鹵素元素之含量係高於該第一絕緣薄膜中的齒素元素 之含量； 藉著去除部分的第一絕緣薄膜以及部分的第二絕 緣薄膜’暴露出該第一半導體層之一表面；及 藉著將-種用以形成第二半導體層之材料供應到 第-半導體層的表面以及第二絕緣薄狀表面上，使得 第-半導體層選擇性地蟲晶生長於該第一半導體層 的暴露表面上。 其_該齒素元素係為氯 10.如申請專利範圍第9項之方法 或溴其中一者。 U·如申請專利範圍第9項之方法，其中該第-絕緣薄膜以 及第二絕緣薄膜係為氮化矽薄膜。 12. 一㈣_造—半物裝置之方法，财奸含之步驟 13.29890 在一第一半導體層上形成含有一齒素元素之一絕 緣薄膜； 藉著去除部分的絕緣薄膜，暴露出第一半導體層之 一表面； 藉著將一種用以形成第二半導體層之材料供應到 第一半導體層的表面以及絕緣薄膜之表面上，使得一第 二半導體層選擇性地磊晶生長於該第一半導體層的一 暴露表面上； 其中在形成含有鹵素元素之絕緣薄膜的步驟中，使 传位於絕緣薄膜之一表面部分中鹵素元素的含量高於 該絕緣薄膜内側中的ii素元素之含量。 13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該較元素係為氣 與溴其中一者。 14. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該絕緣薄膜係為一 氮化矽薄膜。 15. —種用以製造一半導體裝置之方法，該方法包含之步驟 為- 將一種用以抑制半導體層生長於一絕緣薄膜上的 材料供應到一第一半導體層之一表面以及絕緣薄膜的 一表面上；及 藉著將一種用以形成第二半導體層之材料供應到 第一半導體層之表面以及絕緣薄膜的表面上，使得第二 半導體層選擇性地磊晶生長於該第一半導體層上。 仏如申請專利範圍第15項之方法，其令該用以抑制第二半 45 1329890 導體層生長之材料係為含有一鹵素元素的氣體。 17. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該在供應用以抑制 第二半導體層生長的步驟中： 使用一含有一鹵素元素之氣體作為用以抑制第二 5 半導體層生長的材料； 含有鹵素元素之該氣體係與承載氣體一起供應；及 當供應含有鹵素元素之氣體時，大氣中之壓力係為 10到10,000巴斯卡之間。 18. 如申請專利範圍第15項之方法，其中當供應用以抑制第 10 二半導體層生長之材料時，該第一半導體層的溫度係為 450到600°C之間。 19. 如申請專利範圍第15項之方法，其中當使得第二半導體 層磊晶生長於第一半導體層上時，基板溫度係為450到 600°C之間。 15 20.如申請專利範圍第15項之方法，其中在供應用以抑制第 二半導體層生長的步驟中： 使用含有一鹵素元素之氣體作為用以抑制第二半 導體層生長的材料； 含有蟲素元素之該氣體係與承載氣體一起供應； 20 當供應含有鹵素元素之氣體時，大氣中之壓力係為 10到10,000巴斯卡之間；及 含有鹵素元素之氣體的分壓係為1到700巴斯卡之 間。 21.如申請專利範圍第15項之方法，其中在供應用以抑制第 46 1329890 二半導體層生長之材料的步驟中： 使用含有一鹵素元素之氣體作為用以抑制第二半 導體層生長的材料； 含有鹵素元素之該氣體係與承載氣體一起供應； 5 當供應含有鹵素元素之氣體時，大氣中之壓力係為 10到10,000巴斯卡之間；及 承載氣體之分壓係高於或等於1巴斯卡，並且低於 10,000巴斯卡。 22. —種用以製造一半導體裝置之方法，該方法包含之步驟 10 為： 在一第一半導體層上形成一閘極，並使該閘極與半 導體層之間具有一閘絕緣薄膜； 在該閘極之側壁部分上形成一絕緣薄膜； 將一種用以抑制一第二半導體層在絕緣薄膜上生 15 長之材料供應到該第一半導體層的一表面以及絕緣薄 膜之一表面上；及 藉著將一種用以形成第二半導體層之材料供應到 第一半導體層的表面以及絕緣薄膜之表面上，使得第二 半導體層選擇性地磊晶生長於該第一半導體層上。 20 23.如申請專利範圍第22項之方法，其中該用以抑制第二半 導體層生長之材料係為含有一鹵素元素的氣體。 47