專利名稱：藉由使用包含具有高共價(jià)半徑的原子的嵌入半導(dǎo)體層的用于硅基晶體管中工程應(yīng)變的技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大致關(guān)于形成集成電路，且更詳細(xì)地說，關(guān)于藉由使用嵌
入硅/鍺而形成具有應(yīng)變溝道區(qū)(strained channel region)的不同晶體管 類型，以提高電荷載體在晶體管的溝道區(qū)中的移動(dòng)性(mobility).
背景技術(shù)：
集成電路的制造，需在給定的芯片區(qū)域上，依據(jù)特定電路布局形 成大量電路元件。大抵上，目前應(yīng)用許多工藝技術(shù)，其中，對(duì)于復(fù)雜 電路諸如微處理器、儲(chǔ)存芯片等，CMOS技術(shù)由于在操作速度及/或電 力消耗及/或成本效率方面有極優(yōu)的性能，而為目前最有前景的方法。 使用CMOS技術(shù)制造復(fù)雜集成電路時(shí)，數(shù)百萬的晶體管，亦即N-溝道 晶體管與P-溝道晶體管形成在包含結(jié)晶半導(dǎo)體層的襯底上。MOS晶體 管，不管其為N-溝道晶體管或P-溝道晶體管，包含所謂PN結(jié) (junction),是由高度摻雜的漏極與源極區(qū)接口所形成，在該漏極與源 極區(qū)之間設(shè)有相反摻雜的溝道區(qū)。
溝道區(qū)的導(dǎo)電度，亦即導(dǎo)電溝道的驅(qū)動(dòng)電流能力，是由形成在該 溝道區(qū)上且以薄絕緣層分隔的柵極所控制。導(dǎo)電溝道一旦形成，由于 施加適當(dāng)控制電壓在柵電極(gate electrode),溝道區(qū)導(dǎo)電度取決于摻 雜物濃度、多數(shù)電荷載體移動(dòng)性、以及晶體管寬度方向上溝道區(qū)給定 延伸時(shí)源極與漏極區(qū)間距離(亦稱為溝道長(zhǎng)度)。因此，施加適當(dāng)控制 電壓在柵電極，并結(jié)合在絕緣層下快速產(chǎn)生導(dǎo)電溝道的能力，整個(gè)溝 道區(qū)導(dǎo)電性實(shí)質(zhì)上決定了MOS晶體管的性能。所以，縮短溝道長(zhǎng)度使 溝道電阻系數(shù)降低，對(duì)達(dá)成提高集成電路操作速度提供了溝道長(zhǎng)度的 主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
然而，晶體管尺寸持續(xù)縮小，許多與此有關(guān)的問題必須提出，以 便不會(huì)過度抵消穩(wěn)定地縮短MOS晶體管溝道長(zhǎng)度所得的優(yōu)點(diǎn)。此方面的一個(gè)主要課題為發(fā)展增進(jìn)的光刻技術(shù)(photolithography)與蝕刻策 略，以便為新一代器件可靠而再現(xiàn)性地制出具關(guān)鍵尺寸的電路元件， 例如晶體管的柵電極。再者，漏極與源極區(qū)要求在垂直方向與側(cè)邊方 向具有高精細(xì)摻雜物分布(profile),以提供低的片和接觸電阻系數(shù) (sheet and contact resistivity),以及所欲溝道控制能力。此夕卜，考量漏 電流控制，關(guān)于柵極絕緣層的PN結(jié)垂直位置亦為關(guān)鍵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。所以， 縮短溝道長(zhǎng)度通常亦需要減小關(guān)于由柵極絕緣層與溝道區(qū)所形成接口 的漏極與源極區(qū)深度，因而需要精巧注入技術(shù)。依據(jù)其他方法，外延 生長(zhǎng)區(qū)(稱為升高漏極與源極區(qū))形成有對(duì)柵電極的特定偏移(offset), 以增加該升高漏極與源極區(qū)的導(dǎo)電性，同時(shí)維持關(guān)于柵極絕緣層的淺 PN結(jié)。
因?yàn)殛P(guān)鍵尺寸，亦即晶體管柵極長(zhǎng)度持續(xù)縮小，所以必須順應(yīng)與 可能地新開發(fā)關(guān)于以上所述工藝步驟的高復(fù)雜工藝技術(shù)，有人提出對(duì) 給定溝道長(zhǎng)度，藉由增加溝道區(qū)中電荷載體移動(dòng)性而亦提高晶體管元 件的溝道導(dǎo)電性，藉以提供達(dá)成改善性能的可能性，使與未來技術(shù)節(jié) 點(diǎn)的進(jìn)步可相匹配，并避免或至少延遲許多與器件尺寸縮放(scaling) 有關(guān)的上述工藝的調(diào)適。增加電荷載體移動(dòng)性的一個(gè)有效機(jī)制為修改 溝道區(qū)的晶格結(jié)構(gòu)，例如藉在溝道區(qū)附近產(chǎn)生拉伸或壓縮應(yīng)力而在溝 道區(qū)產(chǎn)生相應(yīng)應(yīng)變，使電子與空穴的移動(dòng)性分別受到修改。例如，在 溝道區(qū)產(chǎn)生拉伸應(yīng)變?cè)黾与娮右苿?dòng)性，而可獲得50%或更高的移動(dòng)性 增加，視拉伸應(yīng)變大小與方向而定，此移動(dòng)性增加依序可直接轉(zhuǎn)化成 相應(yīng)導(dǎo)電性提高。另一方面，溝道區(qū)的壓縮應(yīng)變可增加空穴移動(dòng)性， 因而提供改善P型晶體管性能的可能性。對(duì)更進(jìn)一步世代的器件而言， 將應(yīng)力或應(yīng)變工程導(dǎo)入集成電路制造中，是極有前景的方法，因?yàn)椋?例如經(jīng)應(yīng)變硅(strained silicon)可視為「新」類型半導(dǎo)體材料，其可 使快速?gòu)?qiáng)大的半導(dǎo)體器件制造成為可能而無需使用昂貴半導(dǎo)體材料， 同時(shí)許多已建立完備的制造技術(shù)仍可使用。
因此，有人提出在溝道區(qū)中或在其下導(dǎo)入例如硅/鍺層或硅/碳層， 以產(chǎn)生拉伸或壓縮應(yīng)力，而可導(dǎo)致相應(yīng)應(yīng)變。藉由在溝道區(qū)中或在其 下導(dǎo)入應(yīng)力產(chǎn)生層，可相當(dāng)程度地提高晶體管性能，所以投入相當(dāng)大 努力將形成相應(yīng)應(yīng)力層實(shí)施在習(xí)知與眾所公認(rèn)的MOS技術(shù)中。例如，發(fā)展其他外延生長(zhǎng)技術(shù)并加入制造流程中，以在溝道區(qū)中或在其下適 當(dāng)位置形成含鍺或含碳應(yīng)力層。
其他方法是應(yīng)用例如藉由覆蓋層(overlaying layer)、間隔件元件 等來產(chǎn)生外部應(yīng)力，以在溝道區(qū)內(nèi)產(chǎn)生所欲應(yīng)變。然而，藉施加特定 外部應(yīng)力來產(chǎn)生溝道區(qū)中應(yīng)變的工藝，可能遇到外部應(yīng)力無效率地轉(zhuǎn) 化成溝道區(qū)中應(yīng)變的問題。所以，雖然以上所述在溝道區(qū)內(nèi)需要額外 應(yīng)力層的方法，在工藝復(fù)雜性方面具有優(yōu)勢(shì)，但是應(yīng)力轉(zhuǎn)移機(jī)制的效 率可能受該工藝與器件特性所影響，而可能造成減小一種晶體管類型 的性能改善。
另一方法是藉由在晶體管漏極與源極區(qū)中形成應(yīng)變硅/鍺層，提高 PMOS晶體管中空穴移動(dòng)性，其中，經(jīng)壓縮應(yīng)變的漏極區(qū)與源極區(qū)在 鄰接硅溝道區(qū)中產(chǎn)生單軸應(yīng)變。為此目的，PMOS晶體管的漏極與源 極區(qū)選擇性地凹陷，而NMOS晶體管是經(jīng)遮蔽，然后藉由外延生長(zhǎng)使 硅/鍺層選擇性地形成在PMOS晶體管中。此技術(shù)對(duì)PMOS晶體管以及 因此整個(gè)CMOS器件的性能提高，提供顯著好處。
所以，利用嵌入式半導(dǎo)體材料尤其是硅/鍺的工程應(yīng)變，視所欲功 效提供作為應(yīng)變或松弛層，已證明是種增加高階硅基晶體管的器件性 能的有力方法。然而，結(jié)果，個(gè)別溝道區(qū)所引發(fā)的應(yīng)變程度，取決于 基本硅與嵌入半導(dǎo)體化合物間的晶格不匹配量。對(duì)硅/鍺而言，目前建 立的外延生長(zhǎng)技術(shù)，鍺最大濃度限制為約25%，否則可能發(fā)生鍺聚集， 轉(zhuǎn)而可能導(dǎo)致在相應(yīng)嵌入半導(dǎo)體化合物材料中不希望的應(yīng)力解除，由 此亦降低個(gè)別溝道區(qū)的應(yīng)變。
綜觀上述情況，對(duì)利用嵌入半導(dǎo)體材料來有效增加應(yīng)變的改善技 術(shù)，同時(shí)實(shí)質(zhì)上避免或至少減少一或多個(gè)以上所述問題，實(shí)有其需求。

發(fā)明內(nèi)容
以下提出本發(fā)明的簡(jiǎn)單概述，用來初步了解本發(fā)明的一些態(tài)樣。 此概述并非本發(fā)明的詳盡綜論，其無意用來驗(yàn)證本發(fā)明的關(guān)鍵或重要 元件，或用來描繪本發(fā)明的范圍。其唯一目的是以簡(jiǎn)化形式呈現(xiàn)一些 觀念作為稍后更詳細(xì)說明的引言。
大抵而言，本發(fā)明是關(guān)于一種用于在結(jié)晶半導(dǎo)體層的特定區(qū)中產(chǎn)生應(yīng)變的技術(shù)，為達(dá)此目的，在此技術(shù)中采用硅基(silicon-based)晶 格(亦即具有似鉆石晶格結(jié)構(gòu)的晶格)與本身具增大晶格間隙的半導(dǎo) 體化合物間的晶格不匹配(lattice mismatch)。對(duì)應(yīng)技術(shù)慣用在相當(dāng)高 階硅基MOS晶體管元件中產(chǎn)生應(yīng)變硅溝道，其中，如前所述，由此機(jī) 制所得應(yīng)變量尤其顯著受限在可成功使用于目前所建立外延生長(zhǎng)技術(shù) 的有限鍺濃度。所以，本發(fā)明中，除鍺之外可額外使用或是與鍺選一 使用的方式，可使用于似硅結(jié)晶結(jié)構(gòu)中，對(duì)鍵結(jié)(bonding)特性具有 顯著增加共價(jià)半徑的其他原子種類，藉以使在個(gè)別硅基結(jié)晶結(jié)構(gòu)中有 大幅減少非硅原子數(shù)及高度晶體畸變(distortion)成為可能。本發(fā)明的 例釋實(shí)施例中，由于相較于硅與鍺，錫原子具有相同的原子價(jià) (valence),而且亦展現(xiàn)顯著較大共價(jià)半徑，所以錫(Sn)可作為鍺的 額外添加物或替代物。
依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)例釋實(shí)施例， 一種晶體管器件包括襯底，該襯 底上形成有具有似鉆石結(jié)晶結(jié)構(gòu)的結(jié)晶半導(dǎo)體層。該結(jié)晶半導(dǎo)體層包 括應(yīng)力引發(fā)區(qū)(stress-inducing region),該應(yīng)力引發(fā)區(qū)包含硅與具有與 該結(jié)晶結(jié)構(gòu)中的硅相同的原子價(jià)的其他原子種類，該其他原子種類具 有共價(jià)半徑大于鍺的共價(jià)半徑。此外，該晶體管器件包括形成在該結(jié) 晶半導(dǎo)體層上的柵電極(gate electrode),以及應(yīng)變溝道區(qū)。
依據(jù)本發(fā)明的另一例釋實(shí)施例， 一種半導(dǎo)體器件包括結(jié)晶半導(dǎo)體 層，該結(jié)晶半導(dǎo)體層具有包含硅與錫的第一部分，以在該結(jié)晶半導(dǎo)體 層中形成第一應(yīng)變區(qū)。
依據(jù)本發(fā)明的又一例釋實(shí)施例， 一種方法包括在結(jié)晶半導(dǎo)體層中 形成以硅與至少一種具有共價(jià)半徑大于鍺的共價(jià)半徑的其他原子種類 為基礎(chǔ)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。此外，該方法包括使用該結(jié)晶結(jié)構(gòu)以在該半導(dǎo)體 層的第一特定區(qū)中產(chǎn)生應(yīng)變。


參照附圖與以下說明可了解本發(fā)明，其中，相似元件符號(hào)代表相
似元件，且其中
圖la至ld概要顯示依據(jù)本發(fā)明的例釋實(shí)施例，在以硅與以可內(nèi) 建在硅鉆石結(jié)構(gòu)中且相較于鍺具有增大共價(jià)半徑的其他原子種類為基礎(chǔ)的結(jié)晶半導(dǎo)體層中，形成應(yīng)變區(qū)的不同制造階段期間的半導(dǎo)體器件 的截面圖2a至2d概要顯示依據(jù)本發(fā)明的又一些例釋實(shí)施例，在形成接
收嵌入應(yīng)變半導(dǎo)體區(qū)的晶體管器件以在個(gè)別溝道區(qū)中產(chǎn)生壓縮應(yīng)變的
不同制造階段期間的截面圖；以及
圖3為依據(jù)本發(fā)明的另一例釋實(shí)施例，概要顯示半導(dǎo)體器件的截 面圖，該半導(dǎo)體器件包括接收不同錫量以產(chǎn)生不同應(yīng)變大小的不同晶 體管元件。
本發(fā)明可很容易做各種修改與變化，其特定實(shí)施例以附圖舉例的 方式顯示，并在本文中做詳細(xì)闡述。然而，應(yīng)明了，本文中特定實(shí)施 例的闡述并無意用來限制本發(fā)明在所揭示的特定型式，反而是意圖用 來涵蓋所有落在如后附權(quán)利要求書所界定本發(fā)明精神與范圍內(nèi)的修 改、等同與變化。
具體實(shí)施例方式
以下說明本發(fā)明的例釋實(shí)施例。為清楚起見，并非所有實(shí)際施行 的特征皆描述在本說明書中。當(dāng)然，應(yīng)可理解，在任何此等實(shí)際施行 的開發(fā)中，必須決定許多特定實(shí)施例以達(dá)成開發(fā)者特定目的，諸如依 從與系統(tǒng)有關(guān)及商業(yè)有關(guān)的限制，該些目的從一個(gè)實(shí)施例至另一實(shí)施 例會(huì)有不同。此外，將可理解，此等開發(fā)可能復(fù)雜且耗時(shí)，但對(duì)該些 了解本發(fā)明揭示內(nèi)容的熟悉此項(xiàng)技術(shù)者而言，此等開發(fā)實(shí)為例行性的 工作。
現(xiàn)將參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。圖中各種結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)與器件為 概要性敘述，僅用在解釋，以便不會(huì)因熟悉此項(xiàng)技術(shù)者所周知的細(xì)節(jié) 而模糊本發(fā)明。盡管如此，本說明書仍包含附圖，以便用來說明與解 釋本發(fā)明的例釋實(shí)施例。應(yīng)明了本文所使用的字與片語，并將該些字 與片語解釋成具有符合該些字與片語為熟悉該相關(guān)領(lǐng)域者所理解的意 義。無特別的術(shù)語或片語定義，亦即，異于該些熟悉本領(lǐng)域者所理解 的通常與習(xí)慣意義的定義，隱含在本文術(shù)語或片語的一致用法中。當(dāng) 術(shù)語或片語意含特殊意義時(shí)，亦即，除熟悉本領(lǐng)域者所理解外的其他 意義時(shí)，此特殊定義將以直接且明確提供該術(shù)語或片語特殊定義之下的定義方式在本說明書中進(jìn)行說明。
大抵上，本發(fā)明專注在利用相較于非應(yīng)變硅晶體而具有不同晶格 間隙的鉆石型晶格結(jié)構(gòu)的應(yīng)變或松弛半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)來增迸應(yīng)變引發(fā)機(jī) 制。如前所述，在硅基半導(dǎo)體器件的適當(dāng)位置內(nèi)設(shè)應(yīng)變或松弛硅/鍺層 的機(jī)制，提供了有效率工程應(yīng)變技術(shù)，以相應(yīng)提高電荷載體移動(dòng)性， 尤其是在相當(dāng)高階MOS晶體管器件的溝道區(qū)內(nèi)。該些技術(shù)依賴于外延 生長(zhǎng)工藝，在此工藝中可形成應(yīng)變或松弛硅/鍺層，視器件需求而定。
此外，最近發(fā)展局部選擇性外延生長(zhǎng)技術(shù)，可有效抑制顯著材料 沉積在介電質(zhì)表面，然卻有效率地沉積硅、硅/鍺等于暴露的硅或似硅 表面。例如，若硅/鍺層沉積在結(jié)晶硅層上，則可沉積硅/鍺材料，以使
具有實(shí)質(zhì)上如底層結(jié)晶「模板(template)」 一樣的晶格間隙，而形成 應(yīng)變硅/鍺層，因?yàn)橄噍^于純硅晶體，未受擾亂的硅/鍺晶體可有稍微增 大的晶格間隙。硅/鍺層與硅層的晶格間隙差異取決于鍺濃度。所以， 產(chǎn)生在硅/鍺層的應(yīng)變量亦取決于鍺濃度。然而，如前所述，依目前所 用外延生長(zhǎng)技術(shù)，最大鍺濃度可高達(dá)約25至30%，但較高的濃度實(shí)際 上可能導(dǎo)致鍺聚集，轉(zhuǎn)而可能導(dǎo)致缺陷率增加，使得初始應(yīng)變硅/鍺層 松弛化。
依據(jù)本發(fā)明，所欲晶格不匹配程度以及因此應(yīng)變，可在具有比鍺 顯著較大共價(jià)半徑的原子種類基礎(chǔ)上予以調(diào)整，其中，在一些例釋實(shí) 施例中，關(guān)于似鉆石結(jié)晶結(jié)構(gòu)中的共價(jià)鍵結(jié)結(jié)構(gòu)，所考慮使用的原子 種類其原子價(jià)實(shí)質(zhì)上與硅或鍺相同。在一例釋實(shí)施例中，具有共價(jià)半 徑1.04埃(A)的錫可作為適當(dāng)?shù)脑臃N類。例如，具有共價(jià)半徑1.17 埃的硅可與具有共價(jià)半徑1.22埃的鍺組合使用，其中，另外可使用一 定量的錫以產(chǎn)生顯著增大的晶格不匹配。因?yàn)楣枧c錫間共價(jià)半徑差異 顯著大于硅與鍺間共價(jià)半徑差異，所以利用減少非硅原子數(shù)目可達(dá)成 對(duì)整個(gè)晶格結(jié)構(gòu)較顯著的作用。如此一來，鍺濃度可維持在閾值約25% 以下，且藉由加入一定量錫仍可得到晶格不匹配提高。
再者，在一些例釋實(shí)施例中，硅可與錫組合使用而無需添加任何 鍺，藉此提供適度高程度的晶格修改(lattice modification)有顯著減少 非硅原子數(shù)目。例如，在一些實(shí)施例中，除了以外延生長(zhǎng)方式引入錫 之外，亦考慮利用其他技術(shù)例如注入來引入一定量錫，或此二方式擇一使用。盡管如此，但因減少錫原子數(shù)目可對(duì)晶格畸變產(chǎn)生顯著貢獻(xiàn)， 甚至利用目前注入技術(shù)所能達(dá)到的原子濃度可充分產(chǎn)生特定應(yīng)變或至 少細(xì)調(diào)晶格不匹配，所以藉此達(dá)到該應(yīng)變程度。因?yàn)殡x子注入為建立
完備的技術(shù)，以光刻技術(shù)所形成的刻膠掩模(resistmask)為基礎(chǔ)，可 在室溫進(jìn)行離子注入，因此錫的相應(yīng)引入可用高度有效率與甚至高度 局部方式來達(dá)成，藉此提供工藝技術(shù)及器件設(shè)計(jì)額外彈性。例如，可 利用目前施行的注入技術(shù)來達(dá)成濃度約為1020錫原子/立方公分，使可 進(jìn)行相應(yīng)硅/錫或硅/鍺/錫結(jié)晶結(jié)構(gòu)中應(yīng)變的有效率調(diào)整或控制。
以下詳細(xì)說明可參考為本發(fā)明原理的特定應(yīng)用，亦即，引入具有 增大共價(jià)半徑的原子種類以在特定結(jié)晶半導(dǎo)體區(qū)產(chǎn)生應(yīng)變。然而，應(yīng) 明了，并無意對(duì)特定晶體管結(jié)構(gòu)例如似SOI晶體管、本體式(bulk) 器件、具有升高漏極與源極區(qū)的晶體管等做任何限制，除非在實(shí)施方 式與權(quán)利要求書中對(duì)此特別限制有做說明。
參照?qǐng)Dla至ld、圖2a至2d與圖3，本發(fā)明進(jìn)一步的例釋實(shí)施例 現(xiàn)將作更詳細(xì)闡述。
圖la概要顯示在初期制造階段時(shí)，半導(dǎo)體器件100的截面圖。半 導(dǎo)體器件100包括襯底101，該襯底101可表任何帶有半導(dǎo)體層102 的適當(dāng)襯底，在襯底101中或其上可形成電路元件例如晶體管、電容 器、電阻器等。例如，襯底101可表本體式半導(dǎo)體襯底如硅襯底，或 可表任何絕緣襯底如似SOI襯底，其中，半導(dǎo)體層102可形成在埋入 式絕緣層(未圖示)上。應(yīng)明了，雖然本發(fā)明結(jié)合如典型上以高階CMOS 技術(shù)，包括具50納米(nm)和甚至更小柵極長(zhǎng)度的晶體管所制造的高 度縮小化MOS晶體管，其具有相當(dāng)大的優(yōu)點(diǎn)，但本發(fā)明原理亦可應(yīng)用 至較非關(guān)鍵應(yīng)用上，以便使現(xiàn)有設(shè)計(jì)可達(dá)到顯著的性能增加。
半導(dǎo)體層102可為硅基結(jié)晶半導(dǎo)體層，其中硅基一詞是理解成包 含硅濃度至少為原子50%的材料層。在例釋實(shí)施例中，半導(dǎo)體層102 可表?yè)诫s硅層，如典型上用于高度復(fù)雜集成電路，而該集成電路具有 柵極長(zhǎng)度在上述特定范圍內(nèi)的晶體管元件的摻雜硅層。在層102上可 進(jìn)一步形成實(shí)質(zhì)上結(jié)晶層103，該結(jié)晶層103可表所謂的緩沖層，在此 結(jié)晶層中，結(jié)晶不匹配以及因此特定原子種類諸如鍺、錫等的濃度可 逐漸增加，以使在其上形成實(shí)質(zhì)上松弛的應(yīng)力引發(fā)結(jié)晶層104，此應(yīng)力引發(fā)結(jié)晶層可包含至少一個(gè)具有共價(jià)半徑大于鍺共價(jià)半徑的原子種類 與硅相組合。在一例釋實(shí)施例中，應(yīng)力引發(fā)結(jié)晶層104可包含硅、鍺 與錫，其中，鍺濃度范圍可從低于1%至約25%，而錫濃度范圍可為約
0.1至25%。在一些實(shí)施例中，可選擇鍺含量遠(yuǎn)低于25%，例如1至 10%，而錫含量可選擇在約0.1至10%范圍內(nèi)。在又一實(shí)施例中，應(yīng)力 引發(fā)結(jié)晶層104可包含硅與錫而實(shí)質(zhì)上無任何鍺。
層104可表實(shí)質(zhì)上松弛層，具有依層102所提供結(jié)晶模板的鉆石 似結(jié)構(gòu)，該結(jié)晶模板經(jīng)緩沖層103轉(zhuǎn)移至層104，然而，其中層104 晶格間隙可異于層102晶格間隙，端視鍺與錫濃度而定。
如圖la所示，可依據(jù)下列工藝形成半導(dǎo)體器件100。提供襯底101 后，襯底101可表其上形成有層102的本體式硅襯底或絕緣層上硅襯 底，層102厚度可適于外延生長(zhǎng)工藝，緩沖層103可藉由外延生長(zhǎng)工 藝105予以形成，在此外延工藝105中， 一或多個(gè)非硅種類可用不同 濃度進(jìn)行沉積以形成緩沖層103。例如，在氫化鍺(GeH4)基礎(chǔ)上形 成硅/鍺緩沖層的技術(shù)已建立完備，并且當(dāng)認(rèn)為在緩沖層103中無另外 原子種類例如錫是適當(dāng)時(shí)，可用來形成層103。在其他實(shí)施例中，可在 其他原子種類例如錫的基礎(chǔ)上形成緩沖層103，緩沖層103可藉由以氫 化錫(SnH4)作為外延生長(zhǎng)工藝105的前體來制成，其中，氫化錫可 以如氫化鍺的相同方式處理。
藉由適當(dāng)沉積緩沖層103的材料，就晶格間隙而言，相應(yīng)晶格結(jié) 構(gòu)可逐漸地自層102的基本結(jié)晶模板中衍生出來，使得層104最后可 沉積成相較于層102的原始晶格間隙，具有增大晶格間隙而實(shí)質(zhì)上無 應(yīng)變的半導(dǎo)體層，亦即松弛的半導(dǎo)體層。為達(dá)此目的，在外延生長(zhǎng)工 藝105中，若有需要，則可提供所欲量的錫及個(gè)別量的鍺與硅組合， 而硅仍為層104的主要材料。達(dá)成所欲層厚度后，可中斷外延生長(zhǎng)工 藝105，然后可進(jìn)行其他外延生長(zhǎng)工藝以在層104上沉積實(shí)質(zhì)上結(jié)晶硅 層。在其他實(shí)施例中，可修改外延生長(zhǎng)工藝105以利后續(xù)沉積摻雜硅 或未摻雜硅，視需求而定，其中，實(shí)質(zhì)上松弛層104是作為結(jié)晶模板。 如此一來，沉積在其上的硅可具有實(shí)質(zhì)上相同的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，該結(jié)晶結(jié) 構(gòu)相較于自然結(jié)晶硅層例如層102，為應(yīng)變結(jié)晶結(jié)構(gòu)。因此，可產(chǎn)生特 定程度的拉伸應(yīng)變。圖lb概要顯示在進(jìn)一步制造階段時(shí)的半導(dǎo)體器件100。如圖中所 示，依據(jù)上述外延生長(zhǎng)技術(shù)在層104中形成另一結(jié)晶硅層106。如此一
來，層106呈現(xiàn)本質(zhì)拉伸應(yīng)變，表示為107，藉以有效率地修改層106 中電荷載體移動(dòng)性。此外，層106上形成有柵電極108,并且以柵極絕 緣層109分隔。柵電極108組合柵極絕緣層109在層106中界定出溝 道區(qū)IIO，如前所述，層106呈現(xiàn)拉伸應(yīng)變107，藉以增加例如溝道區(qū) 110中電子移動(dòng)性。結(jié)果，相應(yīng)晶體管元件包括柵電極108與溝道區(qū) 110的性能可顯著提高，其中在外延生長(zhǎng)工藝105基礎(chǔ)上，拉伸應(yīng)變 107程度可有效率地予以調(diào)整與控制。因此，利用應(yīng)力引發(fā)結(jié)晶層104 的方式，可提供產(chǎn)生硅基層106中拉伸應(yīng)變的有效率應(yīng)變產(chǎn)生機(jī)制。
圖lc概要顯示依據(jù)另一例釋實(shí)施例的半導(dǎo)體器件100，在此器件 中，在結(jié)晶半導(dǎo)體層的特定區(qū)域中可產(chǎn)生壓縮應(yīng)變。該實(shí)施例中，應(yīng) 力引發(fā)結(jié)晶層104可直接形成在結(jié)晶層102上，層102在外延生長(zhǎng)工 藝105中再次作為結(jié)晶模板，因?yàn)閷?02的結(jié)晶結(jié)構(gòu)在層104中實(shí)質(zhì) 上維持著，所以該結(jié)晶模板現(xiàn)可己組態(tài)過，使得層104本身生長(zhǎng)成實(shí) 質(zhì)上應(yīng)變層，藉以降低其自然晶格間隙，使得溝道區(qū)110可為壓縮應(yīng) 變區(qū)，藉以修改空穴移動(dòng)性，而可利于在溝道區(qū)110與柵電極108基 礎(chǔ)上形成P-溝道晶體管。
之后，自如圖lb或圖lc中器件100開始，在建立完備的形成金 氧半晶體管技術(shù)基礎(chǔ)上，可繼續(xù)進(jìn)一步的制造程序，稍后將參照?qǐng)D2a 至2d作更詳細(xì)的說明。
如前所說明，具有增加共價(jià)半徑原子種類的適度低濃度，可充分 修改產(chǎn)生壓縮或拉伸應(yīng)變所需的相應(yīng)晶格不匹配，如圖la至lc所述 者。所以，在一些例釋實(shí)施例中，可使用除外延生長(zhǎng)工藝105外的額 外或可與外延生長(zhǎng)工藝105擇一使用的其他引入原子種類技術(shù)，例如 擴(kuò)散或注入。例如，可實(shí)施注入工藝以引入例如錫原子進(jìn)入層104，藉 以增加相應(yīng)濃度，以及因此引入應(yīng)變。
圖ld概要顯示包括第一器件區(qū)150與第二器件區(qū)160的半導(dǎo)體器 件IOO例釋實(shí)施例，在器件區(qū)150中可形成有柵電極108，而在器件區(qū) 160中可在第二柵極絕緣層119上形成第二柵電極118，其中，第二器 件區(qū)160可用注入掩模121予以覆蓋，掩模121可為刻膠型掩模。此外，半導(dǎo)體器件100進(jìn)行離子注入120以局部方式引入錫。例如，在
所示實(shí)施例中，可假設(shè)利用外延生長(zhǎng)工藝105已形成層104 (參照?qǐng)D lc所說明)，藉以提供具有本質(zhì)應(yīng)變107的層104。藉由在柵電極108 附近進(jìn)一步注入錫離子，相應(yīng)錫濃度可予以增加，其中，可使用高劑 量例如1016至1017離子/平方公分，以在層104內(nèi)提供適度高的額外 錫原子濃度。為了獲得在層104內(nèi)實(shí)質(zhì)上沉積錫離子的注入能量，而 不過度損害「模板層」102，可依據(jù)已建立完備的模擬模型來選擇工藝 120的注入?yún)?shù)。
注入工藝120完成后，可除去刻膠掩模121，然后器件100可接著 進(jìn)行回火工藝，以使層104中受損部分再結(jié)晶及實(shí)質(zhì)上在晶格位置放 置該注入種類，以重建層104中應(yīng)變晶格。由于溝道區(qū)110附近錫濃 度增加，因而在其內(nèi)可產(chǎn)生均勻增加的壓縮應(yīng)變，亦藉而造成更有效 率地修改電荷載體移動(dòng)性。
應(yīng)明了，上述實(shí)施例只具有例釋性質(zhì)，可考慮進(jìn)行許多的修改。 例如，以掩模121為基礎(chǔ)在形成柵電極108與118之前，可進(jìn)行注入 工藝120，使得層104整個(gè)曝光部分可接收增加的錫含量。又一例釋實(shí) 施例中，當(dāng)以注入工藝120引入的錫濃度足夠產(chǎn)生所欲應(yīng)變107的程 度時(shí)，可省略外延生長(zhǎng)工藝105。又一其他例釋實(shí)施例中，可在硅與鍺 基礎(chǔ)上進(jìn)行外延生長(zhǎng)工藝105，而注入工藝120可用來局部引入錫原 子，藉以提供細(xì)調(diào)最后所得應(yīng)變的方法。例如，第一與第二器件區(qū)150、 160可表不同晶體管類型的區(qū)域，或可表不同晶粒區(qū)域，該些器件區(qū)有 不同應(yīng)變程度需求。例如，在復(fù)雜微處理器的高靈敏度器件區(qū)，例如 靜態(tài)RAM區(qū)，希望沒有應(yīng)變或有相當(dāng)小的應(yīng)變；然而在邏輯區(qū)，例如 CPU核心，優(yōu)選為應(yīng)力增加，以提高CPU核心的運(yùn)作速度。結(jié)果，由 于結(jié)晶結(jié)構(gòu)上具有增加共價(jià)半徑的原子種類例如錫的效果提高，注入 技術(shù)可達(dá)到適當(dāng)?shù)臐舛龋员憔植空{(diào)整應(yīng)變。
參照?qǐng)D2a至2d，本發(fā)明的其他例釋實(shí)施例現(xiàn)將作更詳細(xì)說明，在 該些實(shí)施例中，嵌入應(yīng)變半導(dǎo)體材料形成在晶體管元件的漏極與源極 區(qū)中，以在鄰接溝道區(qū)中引發(fā)相應(yīng)應(yīng)變。
圖2a概要顯示包括襯底201且襯底201上形成有結(jié)晶半導(dǎo)體層202 的半導(dǎo)體器件200截面圖。襯底201可表本體式硅襯底或似SOI襯底，亦即，襯底201可形成在埋入式絕緣層(未圖示)上，在襯底201上形成有結(jié)晶半導(dǎo)體層202。結(jié)晶半導(dǎo)體層202可表硅基層，亦即，層 202可包含至少約50%硅。此外，在初期制造階段，晶體管元件250 可形成在結(jié)晶半導(dǎo)體層202中或上。在該階段，柵電極208可形成在 層202上，并可包含摻雜多晶硅或任何其他可設(shè)在層202上的適當(dāng)材 料，可用柵極絕緣層209分隔。應(yīng)明了，亦可使用其他方法或晶體管 結(jié)構(gòu)與本發(fā)明相組合，其中，例如柵電極208可表示取代品或假柵電 極，該取代品或假柵電極可在工藝稍后階段移除，以提供具提高電氣 特性的導(dǎo)電性材料。柵電極208可由封蓋層230與個(gè)別間隔件元件231 所「包覆(encapsulated",而間隔件元件231可用個(gè)別襯墊232而與 柵電極208分隔。例如，封蓋層230與間隔件231可包含任何適當(dāng)介 電材料例如氮化硅、氧氮化硅與二氧化硅，可作為蝕刻工藝與外延生 長(zhǎng)工藝的蝕刻與生長(zhǎng)掩模，以形成嵌入應(yīng)變半導(dǎo)體區(qū)。襯墊232典型 上由對(duì)間隔件231具有高蝕刻選擇性的材料所形成。例如，在建立完 備的蝕刻程序上，二氧化硅與氮化硅的組合可有效率地用于襯墊232 與間隔件231。如圖2a所示的半導(dǎo)體器件200可依據(jù)下列步驟予以形成。制造襯 底201后(若考慮似SOI襯底，襯底201可包括以高階晶片鍵結(jié)技術(shù) 或其他方法來形成埋入式絕緣層)，柵電極208與柵極絕緣層209的形 成，可利用沉積法及/或氧化法形成適當(dāng)柵極絕緣材料，接著進(jìn)行適當(dāng) 柵電極材料的沉積。然后，依據(jù)建立完備的程序，可應(yīng)用高階平版印 刷技術(shù)及蝕刻技術(shù)來圖案化相應(yīng)的層，藉以形成柵電極208與柵極絕 緣層209，其中，在進(jìn)行圖案化工藝時(shí)，封蓋層230亦可進(jìn)行圖案化， 該封蓋層230可作為抗反射涂層(ARC)、硬質(zhì)掩模層等。下一步，藉 由等離子體輔助化學(xué)氣相沉積(PECVD)可共形地沉積襯墊材料，接 著沉積間隔件層，然后以各向異性蝕刻工藝進(jìn)行間隔件層圖案化，因 而得到間隔件231。之后，可移除襯墊232經(jīng)暴露的殘留部分，然后器 件200可進(jìn)行各向異性蝕刻工藝233，以形成個(gè)別孔洞或凹陷鄰接密封 柵電極208。圖2b概要顯示在進(jìn)一步制造階段中的半導(dǎo)體器件200，其中，在 各向異性蝕刻工藝233完成后形成凹陷或孔洞234。下一步，器件200可進(jìn)行任何制備器件200的預(yù)處理，以便進(jìn)行后續(xù)選擇性外延生長(zhǎng)工 藝。例如，可實(shí)施適當(dāng)清洗工藝以從器件200的暴露表面移除污染物與蝕刻副產(chǎn)物。之后，可進(jìn)行選擇性外延生長(zhǎng)工藝246，其中，在一個(gè)例釋實(shí)施例中，在含硅前體、含鍺前體以及包括具有如硅與鍺相同原 子價(jià)并比鍺共價(jià)半徑大的原子種類的前體基礎(chǔ)上，可建立適當(dāng)沉積環(huán)境。在一個(gè)例釋實(shí)施例中，在氫化錫(SnH4)基礎(chǔ)上可產(chǎn)生沉積，以 在工藝246沉積環(huán)境中提供所欲錫濃度。如前所述，典型上，在選擇 性外延生長(zhǎng)工藝中，工藝參數(shù)例如壓力、溫度、載氣種類等經(jīng)選擇， 以使實(shí)質(zhì)上無材料沉積在介電層表面例如封蓋層230與間隔件231的 表面，而是在結(jié)晶層202的暴露表面上產(chǎn)生沉積，藉而利用此沉積層 作為結(jié)晶模板，該模板實(shí)質(zhì)上決定了外延生長(zhǎng)材料的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。在該 例釋實(shí)施例中，在凹陷234至少一部分中生長(zhǎng)的材料供作為應(yīng)變材料， 亦即，該材料應(yīng)具有如層202基本模板一樣的結(jié)晶結(jié)構(gòu)以及因此實(shí)質(zhì) 上一樣的晶格間隙，由于鍺與其他具有增加共價(jià)半徑的原子種類例如 錫的存在，因而產(chǎn)生高度應(yīng)變材料區(qū)。如此一來，由于應(yīng)變結(jié)晶材料 存在，在鄰接凹陷234處的溝道區(qū)235中亦產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變。如前所述，對(duì)硅與鍺而言由于錫共價(jià)半徑增加，非硅原子的顯著 減少可足夠獲得在外延生長(zhǎng)工藝246時(shí)的相應(yīng)應(yīng)變半導(dǎo)體材料。因此， 對(duì)產(chǎn)生所需應(yīng)變而言，沉積環(huán)境中濃度范圍約0.1至10%的例如錫的適 度低濃度，可視為適當(dāng)。其他實(shí)施例中，在硅與至少一個(gè)其他具有增 加共價(jià)半徑的原子種類例如錫基礎(chǔ)上，可建立工藝246的沉積環(huán)境， 而實(shí)質(zhì)上無加入任何鍺，藉此當(dāng)對(duì)其他電氣特性例如PN結(jié)漏電流等而 言，鍺實(shí)質(zhì)數(shù)量的影響也許認(rèn)為不適當(dāng)時(shí)，提供增加的設(shè)計(jì)彈性。在 外延生長(zhǎng)工藝236中，可用任何適當(dāng)方法控制錫及/或鍺濃度以及因此 硅濃度。例如， 一些情況中，因?yàn)樵谄骷?00進(jìn)一步工藝的后續(xù)高溫 工藝中，錫不同于鍺的擴(kuò)散行為，使錫原子更靠近漏極與源極區(qū)上表 面，可認(rèn)為適當(dāng)。其他例釋實(shí)施例中，可在后續(xù)形成金屬硅化物的區(qū) 域附近提供錫，其中相較于需要顯著增加鍺含量以產(chǎn)生相同應(yīng)變量然 而對(duì)后續(xù)硅化工藝可造成顯著限制而言，顯著減少的錫原子數(shù)可增加 產(chǎn)生金屬硅化物的彈性。又在其他實(shí)施例中，可在由外延生長(zhǎng)工藝246 所形成的應(yīng)變硅/鍺/錫層或硅/錫層頂部上形成最終硅層。圖2c概要顯示外延生長(zhǎng)工藝236完成后的半導(dǎo)體器件200。所以， 器件200包括具有對(duì)應(yīng)于硅基層202的鉆石結(jié)構(gòu)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的凹陷應(yīng) 變半導(dǎo)體區(qū)236。由于晶格不匹配，因區(qū)236中結(jié)晶結(jié)構(gòu)的自然晶格間 隙大于規(guī)則硅間隙，因此溝道區(qū)235中產(chǎn)生壓縮應(yīng)變207，藉以提高晶 體管250操作時(shí)的空穴移動(dòng)性。此外，當(dāng)使用高鍺含量時(shí)，由于鍺被 具有增加共價(jià)半徑的原子種類例如錫所部分或完全取代，因此在區(qū)236 中非硅原子濃度(該濃度遠(yuǎn)低于習(xí)知器件中先前所遭遇聚積的限制值) 的基礎(chǔ)上，可得到顯著增加的應(yīng)變207數(shù)值。然而，如前所述，區(qū)236 中鍺及/或錫濃度在深度方向可變化以符合各種器件需求。例如，在所 示實(shí)施例中，可形成特定「過度生長(zhǎng)」以提高后續(xù)硅化工藝，藉以降 低產(chǎn)生的接觸電阻。此外，可提供外延生長(zhǎng)材料236的上部區(qū)，標(biāo)示 為236A，藉由相應(yīng)增加錫濃度，該上部區(qū)可具有降低的鍺濃度但仍提 供高度的應(yīng)變，然而，該上部區(qū)可仍具有比產(chǎn)生相同應(yīng)變207量的硅/ 鍺區(qū)顯著低的濃度，藉以提高在選擇后續(xù)硅化工藝的適當(dāng)難熔金屬吋 的彈性。應(yīng)明了，在外延生長(zhǎng)工藝進(jìn)行中，可產(chǎn)生區(qū)236中鍺及/或錫 濃度的任何其他適當(dāng)變化。然后，能在形成漏極與源極區(qū)，至少一部分漏極與源極區(qū)的任何 注入工藝之后，當(dāng)間隔件231具有適當(dāng)尺寸以得到所欲側(cè)邊外形(lateral profile)時(shí)，可將間隔件231與封蓋層230移除。其他情況中，可移除 間隔件231與封蓋層230，以及可進(jìn)行習(xí)知工藝序列以與中間的注入工 藝形成間隔件元件，而得到以設(shè)計(jì)規(guī)則所界定漏極與源極區(qū)所需的復(fù) 雜側(cè)邊外形。圖2d概要顯示在進(jìn)一步制造階段時(shí)的半導(dǎo)體器件200，其中實(shí)質(zhì) 上完成晶體管250。所以，器件200包括側(cè)壁間隔件結(jié)構(gòu)237，該結(jié)構(gòu) 可包括多個(gè)個(gè)別的間隔件元件用個(gè)別襯墊分隔。此外，依據(jù)器件需求， 漏極與源極區(qū)239具有特定側(cè)邊摻雜外形。此外，金屬硅化物區(qū)238 可形成在漏極與源極區(qū)239上，而相應(yīng)金屬硅化物區(qū)239可形成在柵 電極208中。結(jié)果，由于區(qū)236所產(chǎn)生的應(yīng)變207，溝道區(qū)235可予以 壓縮地應(yīng)變，藉以顯著增加晶體管250 (可為P-溝道晶體管)的驅(qū)動(dòng) 電流能力。由于在區(qū)236中提供具有增加共價(jià)半徑的原子種類，相較 于包括埋入式硅/鍺區(qū)的習(xí)知器件，可達(dá)成應(yīng)變207的顯著增加。此外，藉由適當(dāng)設(shè)計(jì)區(qū)236中的鍺及/或錫濃度設(shè)計(jì)，可提供形成金屬硅化物區(qū)238的增加彈性。例如，藉由降低至少上部區(qū)236A中鍺 含量但同時(shí)藉由相應(yīng)地提高錫濃度來增加應(yīng)變，則高導(dǎo)電性鎳硅化物 可形成在區(qū)238中。如此一來，可獲得性能顯著增加，但同時(shí)可維持 與形成嵌入硅/鍺半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的習(xí)知工藝的高度相容性，并可獲得在設(shè) 計(jì)方面的額外自由度。為了此目的，在可達(dá)成適當(dāng)與所欲非硅原子的 引入基礎(chǔ)上，可使相應(yīng)外延生長(zhǎng)工藝適合于包括提供適當(dāng)前體材料例 如氫化錫(SnH4)，此情況藉由應(yīng)變半導(dǎo)體區(qū)236內(nèi)的相分離與晶體滑 移而使有效率地控制產(chǎn)生的應(yīng)變，實(shí)質(zhì)上未產(chǎn)生任何應(yīng)力釋放。圖3概要顯示依據(jù)其他實(shí)施例的半導(dǎo)體器件300的截面圖。半導(dǎo) 體器件300包括形成在襯底301上，以結(jié)晶半導(dǎo)體層302為基礎(chǔ)的第 一晶體管350與第二晶體管360。關(guān)于襯底302與半導(dǎo)體層302，應(yīng)用 如前參照組件IOI、 102、 201與202所述的相同標(biāo)準(zhǔn)。此外，在所述 實(shí)施例中，晶體管350、 360可具有密封柵電極308，并鄰接相應(yīng)升高 半導(dǎo)體區(qū)336、 336A而形成。在其他例釋實(shí)施例中(未圖示)，可不設(shè) 升高半導(dǎo)體區(qū)336、 336A，并可僅表結(jié)晶半導(dǎo)體層302的一部分。如圖3所示的器件300,可依據(jù)如前參照?qǐng)D2a至2b所述的工藝策 略予以形成，然而，其中，晶體管350、 360可表示為可接收不同應(yīng)變 大小的晶體管，因?yàn)樵撔┚w管可表在不同晶粒區(qū)的晶體管或可表不 同導(dǎo)電性類型的晶體管。例如，第一晶體管350可表P-溝道晶體管而 晶體管360可表N-溝道晶體管。因此，在形成個(gè)別孔洞或凹陷以容設(shè) 半導(dǎo)體區(qū)336、 336A的相應(yīng)蝕刻工藝中，可達(dá)成工藝均勻性提高，此 是由于當(dāng)暴露一型晶體管時(shí)，該蝕刻工藝可不需任何硬質(zhì)掩模來完全 覆蓋另一型晶體管。類似情況，在后續(xù)外延生長(zhǎng)工藝中，由于任何負(fù) 載作用減少(其亦可能為習(xí)知技術(shù)的課題)，可達(dá)成跨越襯底301的均 勻性的提高，在該工藝中， 一型晶體管完全受到覆蓋，而另一型晶體 管則受到暴露。在形成升高半導(dǎo)體區(qū)336、 336A相應(yīng)外延生長(zhǎng)工藝中， 可引入少量鍺及/或錫以提供例如與第二晶體管360性能相容的「基本」 應(yīng)變307。其他例釋實(shí)施例中，當(dāng)認(rèn)為基本應(yīng)變307不適當(dāng)時(shí)，可省略 相應(yīng)孔洞蝕刻與后續(xù)外延生長(zhǎng)工藝。在其他情況中，晶體管360可表 在關(guān)鍵器件區(qū)中例如靜態(tài)RAM區(qū)中的P-溝道晶體管，該區(qū)可接收減少的應(yīng)變307量，而晶體管350可能需要增加應(yīng)變量。在一例釋實(shí)施例中，可進(jìn)行注入工藝320，在此工藝中，暴露第一 晶體管350而第二晶體管360可用刻膠掩模321覆蓋。在注入工藝320 中，可將錫注入至區(qū)336，藉以增加區(qū)336中錫濃度，由于錫增加的共 價(jià)半徑產(chǎn)生更有效率晶格畸變，而可導(dǎo)致所欲的應(yīng)變?cè)黾印Ｒ驗(yàn)樽⑷?誘發(fā)濃度可能需要高濃度例如約1020原子/立方公分或更高，所以進(jìn)行 注入工藝320時(shí)，區(qū)336可實(shí)質(zhì)上無晶形化。因此，可進(jìn)行回火工藝 以再結(jié)晶基于結(jié)晶模板302的該實(shí)質(zhì)上無晶形化區(qū)336，藉此在區(qū)336 中形成高度應(yīng)變晶體結(jié)構(gòu)。結(jié)果，可增加初始呈現(xiàn)的應(yīng)變307至值 307A，藉以獲得晶體管350所需的移動(dòng)性增加。之后，可繼續(xù)實(shí)施如 前參照?qǐng)D2a至2d所述的進(jìn)一步工藝以完成晶體管350與360。其他例釋實(shí)施例中，當(dāng)利用注入工藝320所達(dá)成濃度去產(chǎn)生應(yīng)變 307A是適當(dāng)時(shí)，可進(jìn)行注入工藝320而無需先形成區(qū)336、 336A。例 如，在高靈敏器件區(qū)，基于應(yīng)變半導(dǎo)體材料上的應(yīng)變工程對(duì)N-溝道晶 體管而言可能不適當(dāng)，然而可能需要PMOS晶體管的溝道區(qū)中的「溫 和」應(yīng)變。在此情況，可在形成任何漏極與源極區(qū)之前應(yīng)用注入工藝 320，其中，在一實(shí)施例中，注入工藝320另外可施行為預(yù)先非晶形化 注入工藝以便促進(jìn)后續(xù)引入摻雜形成漏極與源極區(qū)。如此一來，可達(dá) 到高選擇性效能改善，且對(duì)現(xiàn)今工藝技術(shù)具有高度相容性，實(shí)質(zhì)上未 大幅地影響N-溝道晶體管。因此，本發(fā)明藉由經(jīng)應(yīng)變或松弛的半導(dǎo)體材料方式來提供形成應(yīng) 變的改善技術(shù)，在此技術(shù)中，是將比鍺具有更大共價(jià)半徑的原子種類， 例如錫，引入至個(gè)別結(jié)晶硅基半導(dǎo)體層，藉以顯著減少因聚集與晶格 缺陷所引起的應(yīng)力釋放風(fēng)險(xiǎn)。在例釋實(shí)施例中，可利用在適當(dāng)前體材 料例如氫化錫(SnH4)上的外延生長(zhǎng)工藝來引入具有增加共價(jià)半徑的 原子種類。此外，利用其他技術(shù)例如注入來引入原子種類，可達(dá)到高 度定位化的應(yīng)變工程，藉以提供高彈性的工藝與產(chǎn)品設(shè)計(jì)。以上所揭示的特定實(shí)施例只用于例釋，對(duì)該些嫻熟本說明書所教 示優(yōu)點(diǎn)的技藝者而言，顯然可以不同但均等的方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改 與實(shí)踐。例如，以上所提出的工藝步驟可以不同的次序予以進(jìn)行。此 外，除如下文權(quán)利要求書中所述者外，并無意去限制本說明書所示的結(jié)構(gòu)或設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。所以顯然地，以上所揭示的特定實(shí)施例可加以變化 或修改，而所有該些變化落在本發(fā)明的范圍與精神內(nèi)。因此，本說明 書所尋求的保護(hù)如以下權(quán)利要求書中所提出者。
權(quán)利要求
1、一種方法，包括在結(jié)晶半導(dǎo)體層(104，236，336)中形成以硅與至少一種具有共價(jià)半徑大于鍺的共價(jià)半徑的其他原子種類為基礎(chǔ)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)；以及使用所述的結(jié)晶結(jié)構(gòu)在所述的半導(dǎo)體層的第一區(qū)(110，235，335)中產(chǎn)生應(yīng)變(107，207，307)。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，形成所述的結(jié)晶結(jié)構(gòu)包括 外延生長(zhǎng)所述的硅與所述的至少一種其他原子種類以及沉積所述的硅 與所述的至少一種其他原子種類的其中至少之一。
3、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，形成所述的結(jié)晶結(jié)構(gòu)包括注 入所述的至少一種其他原子種類至所述的結(jié)晶半導(dǎo)體層的第一部分 中，以及使用所述的結(jié)晶半導(dǎo)體層作為結(jié)晶模板而再結(jié)晶所述的部分。
4、 如權(quán)利要求3所述的方法，還包括在所述的結(jié)構(gòu)中形成硅/鍺晶 體，以及注入所述的至少一種其他原子種類以調(diào)整所述的第一區(qū)中的 應(yīng)變量。
5、 如權(quán)利要求3所述的方法，還包括注入所述的至少一種其他原 子種類至第二部分中，以在所述的結(jié)晶半導(dǎo)體層的第二區(qū)中產(chǎn)生第二 應(yīng)變G07A)，所述的第二應(yīng)變與所述的第一應(yīng)變(307)不同。
6、 如權(quán)利要求l所述的方法，還包括在所述的結(jié)晶半導(dǎo)體層上形 成柵電極(108， 208， 308)，其中，所述的結(jié)晶結(jié)構(gòu)形成有對(duì)所述的 柵電極(108， 208， 308)的側(cè)邊偏移。
7、 如權(quán)利要求6所述的方法，還包括形成鄰接所述的柵電極(108， 208， 308)的凹陷(234)，以及在所述的凹陷內(nèi)形成至少部分(236， 336)的所述的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。
8、 一種半導(dǎo)體器件，包括結(jié)晶半導(dǎo)體層(104, 236, 336)，具有包括硅與至少一種具有共價(jià) 半徑大于鍺的共價(jià)半徑的其他原子種類的第一應(yīng)力引發(fā)區(qū)(335)。
9、 如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件，還包括柵電極(108,208,308)，形成在所述的結(jié)晶半導(dǎo)體層(104)上；以及應(yīng)變溝道區(qū)(110,235, 335)，其中，所述的第一應(yīng)力引發(fā)區(qū)形成 在漏極和源極區(qū)中。
10、 如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述的第一應(yīng)力引 發(fā)區(qū)包括錫。
11、 如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述的第一應(yīng)力引 發(fā)區(qū)包括鍺。
12、 如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件，還包括第二應(yīng)力引發(fā)區(qū) (335)，所述的第二應(yīng)力引發(fā)區(qū)包括硅與所述的至少一種其他原子種類，其中，在所述的第一應(yīng)力引發(fā)區(qū)中所述的至少一種其他原子種類 的濃度與在所述的第二應(yīng)力引發(fā)區(qū)(335)中所述的至少一種其他原子 種類的濃度不同。
全文摘要
藉由引入具增大共價(jià)半徑(covalent radius)的原子種類(atomicspecies)，該原子種類可至少部分取代鍺，可提供高效率應(yīng)變機(jī)制，在該機(jī)制中因鍺聚集(conglomeration)與晶格缺陷所引起的應(yīng)力釋放的風(fēng)險(xiǎn)可降低。具有增大半徑的原子種類，例如錫，可利用基于氫化錫的外延生長(zhǎng)技術(shù)來容易引入。
文檔編號(hào)H01L21/20GK101300664SQ200680040454
公開日2008年11月5日 申請(qǐng)日期2006年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月31日
發(fā)明者A·漢克, C·施特雷克, V·卡勒特 申請(qǐng)人:先進(jìn)微裝置公司