專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造，更具體地來說，涉及帶有應(yīng)變結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
當(dāng)諸如金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的半導(dǎo)體器件按比例減小到各個(gè)技術(shù)節(jié)點(diǎn)時(shí)，高k柵極介電層和金屬柵電極層集成到MOSFET的柵極疊層中，從而通過減小器件尺寸來改進(jìn)器件性能。另外，通過選擇性地生長硅鍺(SiGe)，可以利用MOSFET的源極和漏極(S/D)凹腔中的應(yīng)變結(jié)構(gòu)來提高載流子遷移率。然而，在互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)制造中，實(shí)現(xiàn)上述部件和工藝有一定困難。隨著柵極長度和器件之間間隔的減小，上述問題更加嚴(yán)重。例如，因?yàn)閼?yīng)變材料無法將給定量的應(yīng)變傳遞到半導(dǎo)體器件的溝道區(qū)域中，所以難以提高半導(dǎo)體器件的載流子遷移率，從而增加了器件不穩(wěn)定和/或器件損壞的可能性。因此，亟需一種在半導(dǎo)體器件中形成應(yīng)變結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括基板，包括主表面；柵極疊層，包括側(cè)壁，所述側(cè)壁位于所述基板上方；隔離件， 位于所述基板上方，鄰接所述柵極疊層的所述側(cè)壁，其中，所述隔離件包括底面，所述底面具有外點(diǎn)，所述外點(diǎn)與所述柵極疊層的距離最遠(yuǎn)；隔離結(jié)構(gòu)，位于所述基板中，所述柵極疊層的一側(cè)，所述隔離結(jié)構(gòu)的外邊緣最靠近所述隔離件；以及應(yīng)變材料，位于所述隔離件和所述隔離結(jié)構(gòu)之間的所述基板的所述主表面下方，所述應(yīng)變材料包括上部和下部，所述上部和所述下部通過過渡平面間隔開，所述過渡平面與所述基板的所述主表面之間的夾角為銳角，其中，所述過渡平面與所述外點(diǎn)相交并且向下延伸到所述隔離結(jié)構(gòu)的所述外邊緣，其中，所述上部包括第一面，所述第一面鄰近所述隔離件，其中，所述第一面與所述基板的所述主表面所夾的銳角小于所述過渡平面與所述基板的所述主表面所夾的銳角。在該半導(dǎo)體器件中，所述應(yīng)變材料包含SiGe，并且按照原子百分率，所述SiGe中的Ge濃度處于大約10%到40%的范圍內(nèi)。在該半導(dǎo)體器件中，所述應(yīng)變材料的最大厚度處于大約20nm到300nm的范圍內(nèi)； 或者所述過渡平面通過所述應(yīng)變材料的(111)晶面限定；或者所述第一面通過所述應(yīng)變材料的(311)晶面限定。在該半導(dǎo)體器件中，所述上部進(jìn)一步包括第二面，所述第二面通過所述第一面與所述隔離件間隔開，其中，所述第一面與所述基板的所述主表面所夾的銳角小于所述第二面與所述基板的所述主表面所夾的銳角，其中，所述第一面和所述第二面是平坦表面。在該半導(dǎo)體器件中，所述下部的橫截面積大于所述上部的橫截面積；或者所述下部的橫截面積小于所述上部的橫截面積。該半導(dǎo)體器件進(jìn)一步包括附加應(yīng)變材料，通過所述柵極疊層與所述應(yīng)變材料間隔開，其中，所述附加應(yīng)變材料的橫截面積大于所述應(yīng)變材料的橫截面積，其中，所述附加應(yīng)變材料位于所述基板的所述主表面下方，或者所述附加應(yīng)變材料的至少一部分位于所述基板的所述主表面上方。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括提供基板， 所述基板包括主表面；在所述基板的所述主表面上方形成柵極疊層；使所述基板凹陷， 以形成源極和漏極凹腔，所述源極和漏極凹腔鄰近所述基板中的所述柵極疊層；以及利用LPCVD工藝在所述基板中的所述源極和漏極凹腔中選擇性地生長應(yīng)變材料，其中，所述 LPCVD工藝在以下條件下實(shí)施溫度為大約660°C到700°C，壓力為大約13Torr到50Torr， 使用SiH2Cl2、HCl、GeH4、B2H6、和H2作為反應(yīng)氣體。在該方法中，所述柵極疊層包括多晶硅柵電極或者金屬柵電極中的至少一種；或者在所述應(yīng)變材料的頂面生長到所述基板的所述主表面上方之前，所述應(yīng)變材料的生長終止。在該方法中，所述應(yīng)變材料的生長繼續(xù)進(jìn)行，直到所述應(yīng)變材料的頂面延伸到在所述源極和漏極凹腔之一中的所述基板的所述主表面上方；或者所述SiH2Cl2的質(zhì)量流率與所述HCl的質(zhì)量流率的比率處于大約O. 8到I. 5的范圍內(nèi)。在該方法中，所述SiH2Cl2的質(zhì)量流率與所述GeH4的質(zhì)量流率的比率處于大約10 到50的范圍內(nèi)；或者所述應(yīng)變材料包含SiGe，按照原子百分率，所述SiGe中的Ge濃度處于大約10%到40%的范圍內(nèi)。


根據(jù)以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述可以最好地理解本發(fā)明。需要強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各種不同元件沒有按比例繪制。實(shí)際上，為了使論述清晰，可以任意增加或減小各種元件的尺寸。圖I是示出了根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面的制造包含有應(yīng)變結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的方法的流程圖；以及圖2-圖5B示出了根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面的各個(gè)制造階段的半導(dǎo)體器件的應(yīng)變結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。
具體實(shí)施例方式應(yīng)該理解，以下公開內(nèi)容提供了許多用于實(shí)施所公開的不同特征的不同實(shí)施例或?qū)嵗Ｒ韵旅枋鼋M件和配置的具體實(shí)例以簡化本發(fā)明。當(dāng)然，這僅僅是實(shí)例，并不是用于限制本發(fā)明。例如，在以下的本發(fā)明中所描述的將一個(gè)部件形成在另一部件上方或者之上，可以包括第一部件和第二部件被形成為直接接觸的實(shí)施例，還可以包括在第一部件和第二部件之間形成有附加部件的實(shí)施例，比如，部件不直接接觸。另外，本發(fā)明的內(nèi)容可以在不同實(shí)例中重復(fù)使用參考標(biāo)號(hào)和/或字母。這種重復(fù)是為了簡化和清晰的目的，其本身并沒有表示各個(gè)實(shí)施例和/或所討論配置之間的關(guān)系。圖I是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面的用來制造包含有應(yīng)變結(jié)構(gòu)220 (如圖5A和圖5B 中所示)的半導(dǎo)體器件200的方法的流程圖。圖2-圖5B示出了根據(jù)圖I的方法100的實(shí)施例的各個(gè)制造階段的半導(dǎo)體器件200的應(yīng)變結(jié)構(gòu)220的橫截面示意圖。半導(dǎo)體器件200可以包含在微處理器、存儲(chǔ)單元、和/或其他集成電路(IC)中。需要注意的是，圖I的方法并沒有制造出完整的半導(dǎo)體器件200。完整的半導(dǎo)體器件200可以利用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)工藝制造。因此，可以理解，可以在圖I的方法100之前、之中、和之后提供附加工藝，并且在本文中對這些其他工藝可以只進(jìn)行簡要描述。同樣，為了更好地理解本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思，對于圖I到圖5B進(jìn)行了簡化。例如，盡管附圖示出了半導(dǎo)體器件200，但是可以理解，IC可以包含多個(gè)其他器件，包括電阻器、電容器、電感器、熔絲等等。參考圖I和圖2，方法100開始于步驟102，其中，提供基板202，該基板202包括主表面202s。在一個(gè)實(shí)施例中，基板202包括晶體硅基板(例如，晶圓)。而且，基板202還包括外延層Gpi layer)和/或絕緣體上硅(SOI)結(jié)構(gòu)，為了增強(qiáng)性能，可以使該外延層產(chǎn)生應(yīng)變。 基板202可以進(jìn)一步包含有源區(qū)域204。取決于本領(lǐng)域所公知的設(shè)計(jì)需求，該有源區(qū)域204可以包括各種摻雜配置。在一些實(shí)施例中，有源區(qū)域204可以摻雜有P型摻雜劑或者η型摻雜劑。例如，有源區(qū)域204可以摻雜有諸如硼或者BF2的ρ型摻雜劑；諸如磷或者砷的η型摻雜劑；和/或上述的組合。有源區(qū)域204可以配置為N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管器件(稱為NM0S)的區(qū)域，還可以配置為P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管器件(稱為 PM0S)的區(qū)域。隔離結(jié)構(gòu)206a、206b可以形成在基板202上，用來將各個(gè)有源區(qū)域204隔離。隔離結(jié)構(gòu)206a、206b可以利用隔離技術(shù)，比如硅的局部氧化(LOCOS)或者淺溝槽隔離(STI)， 從而限定并且電絕緣各個(gè)有源區(qū)域204。在本實(shí)施例中，隔離結(jié)構(gòu)206a、206b包括STI。隔離結(jié)構(gòu)206a、206b可以包含氧化娃、氮化娃、氮氧化娃、氟摻雜娃玻璃(FSG)、低K介電材料、 其他適當(dāng)材料、和/或上述的組合。隔離結(jié)構(gòu)206a、206b以及本實(shí)施例中的STI都可以通過任意適當(dāng)工藝形成。例如，STI的形成可以包括通過傳統(tǒng)光刻工藝圖案化半導(dǎo)體基板 202，在基板202中蝕刻溝槽(例如，通過使用干式蝕刻工藝、濕式蝕刻工藝、和/或等離子蝕刻工藝)，以及用介電材料填充溝槽(例如，通過使用化學(xué)汽相沉積工藝)。在一些實(shí)施例中，所填充的溝槽可以具有多層結(jié)構(gòu)，比如由氮化硅或者氧化硅填充的熱氧化物襯層。基板202中的隔離結(jié)構(gòu)206a具有外邊緣206e。再次參考圖I和圖2，方法100繼續(xù)到步驟104，其中，通過順序?qū)?02上的柵極介電層212和柵電極層214實(shí)施沉積和圖案化，從而形成柵極疊層210a。可以使用任意適當(dāng)工藝，包括本文所描述的工藝，來形成柵極疊層210a。在一個(gè)實(shí)例中，在基板202上形成覆蓋(blanket)柵極介電層212。在一些實(shí)施例中，柵極介電層212可以是包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、高k電介質(zhì)、和/或其他適當(dāng)介電材料的薄膜。高k電介質(zhì)包括金屬氧化物。用作高k電介質(zhì)的金屬氧化物的實(shí)例包括 Li、Be、Mg、Ca、Sr、Y、Zr、Hf、Al、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu 的氧化物及上述的混合物。在本實(shí)施例中，柵極介電層212是厚度在大約10埃到30埃的范圍內(nèi)的高k介電層。柵極介電層212可以利用適當(dāng)工藝形成，比如原子層沉積(ALD)、化學(xué)汽相沉積(CVD)、物理汽相沉積(PVD)、熱氧化、UV-臭氧氧化、或者上述的組合工藝。柵極介電層212可以進(jìn)一步包括界面層(未示出)，從而減小柵極介電層212和基板202之間的損壞。該界面層可以包含氧化硅。然后，在覆蓋柵極介電層212上形成覆蓋柵電極層214。在一些實(shí)施例中，柵電極層214可以包括單層結(jié)構(gòu)或者多層結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，柵電極層214可以包含多晶硅。而且，柵電極層214可以是具有相同摻雜質(zhì)或者不同摻雜質(zhì)的摻雜多晶硅。在一個(gè)實(shí)施例中， 柵電極層214的厚度處于大約30nm到大約60nm的范圍內(nèi)。柵電極層214可以利用適當(dāng)工藝形成，比如低壓化學(xué)汽相淀積(LPCVD)或者等離子體增強(qiáng)型化學(xué)汽相淀積(PECVD)、或者上述的組合工藝。接下來，在覆蓋柵電極層214上方形成硬掩模層216，并且在該硬掩模層216上形成圖案化的感光層(未示出)。感光層的圖案轉(zhuǎn)印到硬掩模層216，然后轉(zhuǎn)印到柵電極層214 和柵極介電層212，從而在基板202的主表面202s上方形成柵極疊層210a、210b、和210c。 硬掩模層216包含氧化娃。可選地，硬掩模層216可選地包含氮化娃、氮氧化娃、和/或其他適當(dāng)介電材料，并且可以利用諸如CVD或者PVD的方法形成該硬掩模層216。硬掩模層 216的厚度處于大約100人到800 A的范圍內(nèi)。在此后的步驟中將感光層去除。然后，在柵極疊層210a、柵極疊層210b和柵極疊層210c的周圍都沉積共型隔離件材料(conformal spacer material)。在本實(shí)施例中，該隔離件材料可以包含氧化娃、氮化硅、氮氧化硅、或者其他適當(dāng)材料。該隔離件材料可以包括單層結(jié)構(gòu)或者多層結(jié)構(gòu)。隔離件材料的覆蓋層可以通過CVD、PVD、ALD、或者其他適當(dāng)技術(shù)形成。然后，在隔離件材料上實(shí)施各向異性蝕刻，從而形成隔離件陣列218。在本實(shí)施例中，隔離件陣列218鄰接基板202上方的柵極疊層210a的側(cè)壁210s、210w，該隔離件陣列218可以稱作一對隔離件218a、218b。 隔離件218a包含底面218s，該底面218s具有外點(diǎn)218p，該外點(diǎn)218p是底面218s上距離柵極疊層210a最遠(yuǎn)的點(diǎn)。該介電層的厚度在大約5nm到15nm的范圍內(nèi)。而且,柵極疊層 210a的一側(cè)上的基板202中的隔離結(jié)構(gòu)206a具有外邊緣206e，該外邊緣206e最接近隔離件 218a。參考圖I和圖3，方法100繼續(xù)到步驟106，其中，基板202凹陷，從而形成源極和漏極(S/D)凹腔220、230、240、和250，該S/D凹腔220、230、240、和250鄰近基板202中的柵極疊層210a、210b、和210c。在圖3的結(jié)構(gòu)中，S/D凹腔220、230、240、和250可以利用以
下步驟形成先實(shí)施偏置干式蝕刻工藝，然后實(shí)施無偏置濕式蝕刻工藝或者無偏置干式蝕刻工藝。在本實(shí)施例中，基板202是所謂(001)基板，具有主表面202s。利用隔離件陣列 218和隔離結(jié)構(gòu)206a、206b作為硬掩模，實(shí)施偏置干式蝕刻工藝，從而在基板202的主表面 202s上沒有保護(hù)或者暴露出的位置上形成凹部，進(jìn)而形成源極和漏極(S/D)凹腔(未示出)，其中，該S/D凹腔區(qū)域可以包括底面和側(cè)壁，該底面平行于基板202的主表面202s，該側(cè)壁垂直于基板202的主表面202s。在一個(gè)實(shí)施例中，可以在以下條件下實(shí)施偏置干式蝕刻工藝壓力為大約ImTorr到IOOOmTorr，功率為大約50W到1000W、偏置電壓為大約20V到 500V，溫度為大約40°C到60°C，使用HBr和/或Cl2作為蝕刻氣體。另外，在所提供的實(shí)施例中，可以調(diào)整在偏置干式蝕刻工藝中所使用的偏置電壓，從而能夠更好地控制蝕刻方向， 進(jìn)而獲得所希望得到的S/D凹腔區(qū)域的輪廓。然后，利用四甲基氫氧化銨(TMAH)在源極和漏極(S/D)凹腔區(qū)域?qū)嵤袷轿g刻工藝，S/D凹陷區(qū)域的垂直側(cè)壁變?yōu)橛苫?02的(111)晶面形成的斜面，從而形成S/D凹腔 220、230、240、和 250。上述蝕刻工藝的結(jié)果是，可以在每個(gè)S/D凹腔220、230、240、和250中都形成多個(gè)由(111)晶面形成的面。應(yīng)該注意，在帶有或者不帶有蝕刻停止情況下的周邊環(huán)境可能會(huì)影響S/D凹腔220、230、240、和250所具有的特征。在一個(gè)實(shí)例中，由于隔離結(jié)構(gòu)206a起到了蝕刻停止的作用，因此，柵極疊層210a和隔離結(jié)構(gòu)206a之間的S/D凹腔220的相應(yīng)側(cè)壁表面由底面220c和面220a、220b、和220d限定。因此，面220a和面220b相交，并且一起限定出S/D凹腔220中的楔形220w，從而使得基板202中的楔形形狀的S/D凹腔220朝著溝道區(qū)域侵入到隔離件218a的正下方區(qū)域中。在另一實(shí)例中，在不具有蝕刻停止情況下的相鄰柵極疊層210a、210b之間的S/D凹腔230具有由底面230c和面210a、210b、230d、 和230e限定的相應(yīng)側(cè)壁表面。因此，面230d和面230e相交，并且一起在S/D凹腔230中限定出楔形230w，從而使得基板202中的楔形形狀的S/D凹腔230朝著溝道區(qū)域侵入到隔離件218a的正下方區(qū)域中。在所示實(shí)例中，底面220c由基板202的(100)晶面形成，該(100)晶面平行于基板202的主表面202s，面220a與底面220c之間形成角度Θ lt)而且，面220b與底面220c 所形成的角度92小于角度θ:。在圖3的結(jié)構(gòu)中，角度Θ 1在90度-150度的范圍內(nèi)，角度 92在40度-60度的范圍內(nèi)。還是在這種情況下，面220a與基板202的(111)晶面所形成的角和面220b與基板202的(111)晶面所形成的角分別為146度和56度。然而，應(yīng)該注意，圖3的結(jié)構(gòu)并不限于面220a、220b通過(111)晶面而形成的這種情況。而且，底面220c與基板202的主表面202s的距離為深度D1,面220a與基板202 的主表面202s的距離為深度D2。在圖3的結(jié)構(gòu)中，深度D1在20nm到70nm的范圍內(nèi)，深度 D2在5nm到60nm的范圍內(nèi)。通過優(yōu)化深度D2和相對的楔形220w、230w之間的距離，可以將應(yīng)變材料222 (如圖5A和圖5B中所示)的單軸壓應(yīng)力有效地限制到溝道區(qū)域，從而增強(qiáng)了器件性能。工藝步驟進(jìn)行到這一步已經(jīng)形成了具有S/D凹腔220、230、240、250的基板202， 該S/D凹腔220、230、240、250鄰近柵極疊層210a、210b、和210c。參考圖I、圖4、圖5A和圖5B，方法100繼續(xù)到步驟108，其中，利用LPCVD工藝，應(yīng)變材料222在基板202中的S/D 凹腔220、230、240、250中選擇性地生長。因?yàn)閼?yīng)變材料222的晶格常數(shù)與基板202不同， 所以半導(dǎo)體器件200的溝道區(qū)域發(fā)生應(yīng)變或者受到應(yīng)力，從而激活器件的載流子遷移率， 并且提聞器件性能。在本實(shí)施例中,可以利用氫氟酸(HF)或者其他適當(dāng)溶液實(shí)施預(yù)清潔工藝,來清潔 S/D凹腔220、230、240、250。然后，通過LPCVD工藝選擇性地生長諸如硅鍺(SiGe)的應(yīng)變材料222的下部2221，從而部分地填充基板202中的S/D凹腔220、230、240、250。在一個(gè)實(shí)施例中，在以下條件下實(shí)施LPCVD工藝溫度為大約400°C到800°C，壓力為大約ITorr到 15Torr，使用SiH2Cl2、HCl、GeH4、B2H6、和H2作為反應(yīng)氣體，其中，SiH2Cl2的質(zhì)量流率與HCl的質(zhì)量流率的比率處于大約O. 45到O. 55的范圍內(nèi)。在熱力學(xué)上，應(yīng)變材料222的密排(111) 晶面的生長率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于應(yīng)變材料222的其他晶面的生長率。在一個(gè)實(shí)施例中，應(yīng)變材料222 因此從基板202中S/D凹腔230的面230a、230b、230d、和230e生長到基板202中S/D凹腔230的中部。在另一實(shí)施例中，應(yīng)變材料222因此從基板202中S/D凹腔220的面220a、 220b、和220b生長到基板202中S/D凹腔220的中部。基本上，具有非晶結(jié)構(gòu)的介電材料無法提供均相成核區(qū)域來生長外延材料。在本實(shí)施例中，隔離件218a和隔離結(jié)構(gòu)206a都是介電材料，從而當(dāng)應(yīng)變材料222的(111)晶面與隔離件218a的底面218s處的外點(diǎn)218p相交時(shí)，S/D凹腔220中的應(yīng)變材料222的生長會(huì)終止，并且向下延伸到隔離結(jié)構(gòu)206a。然而，如果LPCVD工藝?yán)^續(xù)進(jìn)行，則會(huì)同時(shí)發(fā)生S/ D凹腔230中的應(yīng)變材料222的進(jìn)一步生長。在圖4中可以看出，S/D凹腔220中的應(yīng)變材料222的下部2221占據(jù)了 S/D凹腔 220的較小部分，從而無法將給定量的應(yīng)變傳遞到半導(dǎo)體器件200的溝道區(qū)域中，從而增加了器件不穩(wěn)定和/或器件損壞的可能性。根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面，為了使得S/D凹腔220 中的應(yīng)變材料222進(jìn)一步生長，將在下文中提出一種克服S/D凹腔220中應(yīng)變材料222的生長能量勢壘的方法。在本實(shí)施例中，LPCVD工藝改變?yōu)樵谝韵聴l件下實(shí)施溫度為大約660°C到700°C， 壓力為大約13Torr到15Torr，使用SiH2Cl2、HC1、GeH4, B2H6、和H2作為反應(yīng)氣體，從而形成了應(yīng)變材料222的上部222u，其中，SiH2Cl2的質(zhì)量流率與GeH4的質(zhì)量流率的比率處于大約 10到50的范圍內(nèi)，SiH2Cl2的質(zhì)量流率與HCl的質(zhì)量流率的比率處于大約O. 8到I. 5的范圍內(nèi)。因?yàn)樵诒静襟E中HCl質(zhì)量流率較小，使得在選擇性外延工藝期間的蝕刻化學(xué)品較少， 從而使得應(yīng)變材料222的上部222u的各向同性生長較為容易，所以很有可能出現(xiàn)除了密排
(111)晶面的其他晶面形成上部222u(如圖5A中所示)。在另一實(shí)施例中，應(yīng)變材料222 的下部2221的生長步驟可以由本生長步驟替換。換言之，應(yīng)變材料222可以利用一種生長步驟形成。因此，這里所公開的制造半導(dǎo)體器件200的方法可以制造出大體積應(yīng)變結(jié)構(gòu)，從而提高了載流子遷移率，并且改進(jìn)了器件性能?？傊?，置于隔離件218a和隔離結(jié)構(gòu)206a之間的基板202的主表面202s下方的應(yīng)變材料222包括上部222u和下部2221，該上部222u和下部2221通過過渡平面222p間隔開，該過渡平面222p與基板202的主表面202s之間的角度為銳角Θ 3，其中，過渡平面222p 與外點(diǎn)218p相交，并且向下延伸到隔離結(jié)構(gòu)206a的外邊緣206e，其中，上部222u包括第一面222a,該第一面222a鄰近隔離件218a(如圖5A中所不)。在一個(gè)實(shí)施例中，銳角θ3 在50度-60度的范圍內(nèi)。在另一實(shí)施例中，銳角93在53度-59度的范圍內(nèi)。在本實(shí)施例中，銳角Θ 3是56度，過渡平面222ρ通過應(yīng)變材料222的(111)晶面限定?？梢钥闯?，第一面222a與基板202的主表面202s所夾的銳角Θ 4小于過渡平面 222p與基板202的主表面202s所夾的銳角Θ 3。在一個(gè)實(shí)施例中，第一面222a通過應(yīng)變材料222的(311)晶面限定。在本實(shí)施例中，上部222u進(jìn)一步包括第二面222b，該第二面 222b通過第一面222a與隔離件218a間隔開，其中，第一面與基板202的主表面202s所夾的銳角θ4小于第二面222b與基板202的主表面202s所夾的銳角Θ 5。在一個(gè)實(shí)施例中， 第二面222b通過應(yīng)變材料222的(111)晶面限定。而且，第一面222a和第二面222b都是平坦表面。然而，應(yīng)該注意，圖5A的結(jié)構(gòu)并不限于上述情況，還可以由于上部222u的各向同性生長而形成應(yīng)變材料222的其它面。而且，下部2221的橫截面積大于上部222u的橫截面積。在一些實(shí)施例中，這樣足以將給定量的應(yīng)變傳遞到半導(dǎo)體器件200的溝道區(qū)域中。因此，所公開的制造半導(dǎo)體器件 200的方法所制造出的應(yīng)變結(jié)構(gòu)的載流子遷移率得到了提高，器件性能也得到了改進(jìn)。在一些實(shí)施例中，應(yīng)變材料222的上部222u進(jìn)一步生長，直到下部2221的橫截面積小于上部222u的橫截面積(圖5B中所示)，從而將給定量的應(yīng)變傳遞到半導(dǎo)體器件200 的溝道區(qū)域中。
在一些實(shí)施例中，S/D凹腔230中的附加應(yīng)變材料232通過柵極疊層210a與S/D 凹腔220中的應(yīng)變材料222間隔開，該附加應(yīng)變材料232的選擇性生長不被隔離結(jié)構(gòu)206a 限制，從而附加應(yīng)變材料232的生長率大于S/D凹腔220中應(yīng)變材料222的生長率。因?yàn)椴牧?22、材料232同時(shí)生長，所以附加應(yīng)變材料232的橫截面積大于應(yīng)變材料222的橫截面積。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)材料232在基板202的主表面202a(未示出)下方距離在大約IOnm到IOOnm的范圍內(nèi)時(shí)，附加應(yīng)變材料232的選擇性生長終止。在另一實(shí)施例中，附加應(yīng)變材料232的選擇性生長繼續(xù)進(jìn)行，直到材料232延伸到基板202的主表面202a上方距離在大約IOnm到IOOnm的范圍內(nèi)。附加應(yīng)變材料232的進(jìn)一步生長可能會(huì)占據(jù)形成在材料232上的低電阻硅化物所需的空間，從而增加了鄰近器件之間發(fā)生短路的可能性。從而，由于附加應(yīng)變材料232的生長被限制，因此，圖5B所示的結(jié)構(gòu)上的應(yīng)變材料222被限制在隔離件218a和隔離結(jié)構(gòu)206a之間的基板202的主表面202s下方?？傊?，隔離件218a和隔離結(jié)構(gòu)206a之間的基板202的主表面202s下方的應(yīng)變材料222包括上部222u和下部2221，該上部222u和下部2221通過過渡平面222p間隔開，該過渡平面222p與基板202的主表面202s之間的夾角為銳角Θ 3，其中，過渡平面222p與外點(diǎn)218p相交，并且向下延伸到隔離結(jié)構(gòu)206a的外邊緣206e，其中，上部222u包括第一面 222a，該第一面222a鄰近隔離件218a(如圖5B中所示)。在一個(gè)實(shí)施例中，銳角Θ 3在50 度-60度的范圍內(nèi)。在另一實(shí)施例中，銳角93在53度-59度的范圍內(nèi)。在本實(shí)施例中， 銳角9 3是56度，過渡平面222p通過應(yīng)變材料222的(111)晶面限定。第一面222a與基板202的主表面202s所夾的銳角Θ 4小于過渡平面222p與基板202的主表面202s所夾的銳角Θ 3。在一個(gè)實(shí)施例中，第一面通過應(yīng)變材料222的(311) 晶面限定。在本實(shí)施例中，上部222u進(jìn)一步包括第二面222b，該第二面222b通過第一面 222a與隔尚件218a間隔開,其中，第一面與基板202的主表面202s所夾的銳角Θ 4小于第二面222b與基板202的主表面202s所夾的銳角Θ 5。在一個(gè)實(shí)施例中，第二面222b通過應(yīng)變材料222的(111)晶面限定。而且，第一面222a和第二面222b都是平坦表面。然而， 應(yīng)該注意，圖5B所示的結(jié)構(gòu)并不限于上述情況，還可以由于上部222u的各向同性生長而形成應(yīng)變材料222的附加面。因此，所公開的制造半導(dǎo)體器件200的方法所制造出的應(yīng)變結(jié)構(gòu)的載流子遷移率得到了提高，器件性能也得到了改進(jìn)。而且，圖5A和圖5B所示的結(jié)構(gòu)上的應(yīng)變材料222的最大厚度222t處于大約20nm 到300nm的范圍內(nèi)。應(yīng)變材料222所包含的SiGe中按照原子百分率的Ge濃度處于大約 10%到40%的范圍內(nèi)?？梢岳斫?，可以對半導(dǎo)體器件200實(shí)施另外的CMOS工藝，從而形成各種元件，比如觸點(diǎn)/通孔、互連金屬層、介電層、鈍化層等等。在一些實(shí)施例中，柵極疊層210a、210b、210c 可以是偽柵極疊層。這樣，CMOS工藝進(jìn)一步包括“后柵極”工藝，從而用金屬柵電極替換多晶硅柵電極，進(jìn)而改進(jìn)器件性能。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬柵電極所包含的金屬可以是，比如， Al、Cu、W、Ti、Ta、TiN, TiAUTiAlN, TaN, NiSi、CoSi、其他適當(dāng)導(dǎo)電材料、或者上述的組合。 可以看出，經(jīng)過修改的應(yīng)變結(jié)構(gòu)將給定量的應(yīng)變提供到半導(dǎo)體器件的溝道區(qū)域中，從而增強(qiáng)了器件性能。在一個(gè)實(shí)施例中，一種半導(dǎo)體器件，包括基板，包括主表面；柵極疊層，包括側(cè)壁，位于基板上方；隔離件，位于基板上方，鄰接?xùn)艠O疊層的側(cè)壁，其中，隔離件包括底面，底面具有外點(diǎn)，外點(diǎn)與柵極疊層的距離最遠(yuǎn)；隔離結(jié)構(gòu)，位于基板中，柵極疊層的一側(cè)，隔離結(jié)構(gòu)的外邊緣最靠近隔離件；以及應(yīng)變材料，位于隔離件和隔離結(jié)構(gòu)之間的基板的主表面下方，包括上部和下部，上部和下部通過過渡平面間隔開，過渡平面與基板的主表面之間的夾角為銳角，其中，過渡平面與外點(diǎn)相交，并且向下延伸到隔離結(jié)構(gòu)的外邊緣，其中，上部包括第一面，第一面鄰近隔離件，其中，第一面與基板的主表面所夾的銳角小于過渡平面與基板的主表面所夾的銳角。在另一實(shí)施例中，一種半導(dǎo)體器件，包括基板，包括主表面；柵極疊層，包括側(cè)壁，位于基板上方；隔離件，位于基板上方，鄰接?xùn)艠O疊層的側(cè)壁，其中，隔離件包括底面，底面具有外點(diǎn)，外點(diǎn)與柵極疊層的距離最遠(yuǎn)；隔離結(jié)構(gòu)，位于基板中，柵極疊層的一側(cè)，隔離結(jié)構(gòu)的外邊緣最靠近隔離件；應(yīng)變材料，位于隔離件和隔離結(jié)構(gòu)之間的基板的主表面下方，包括上部和下部，上部和下部通過過渡平面間隔開，過渡平面與基板的主表面之間的夾角為銳角，其中，過渡平面與外點(diǎn)相交，并且向下延伸到隔離結(jié)構(gòu)的外邊緣，其中，上部包括第一面，第一面鄰近隔離件，其中，第一面與基板的主表面所夾的銳角小于過渡平面與基板的主表面所夾的銳角；以及附加應(yīng)變材料，通過柵極疊層與應(yīng)變材料間隔開，其中，附加應(yīng)變材料的橫截面積大于應(yīng)變材料的橫截面積。在又一實(shí)施例中，一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括提供基板，基板包括主表面；在基板的主表面上方形成柵極疊層；使基板凹陷，以形成源極和漏極凹腔，源極和漏極凹腔鄰近基板中的柵極疊層；以及利用LPCVD工藝在基板中源極和漏極凹腔中選擇性地生長應(yīng)變材料，其中，LPCVD工藝在以下條件下實(shí)施溫度為大約660°C到700°C，壓力位大約 13Torr 到 50Torr,使用 SiH2Cl2, HCl、GeH4' B2H6、和 H2 作為反應(yīng)氣體。盡管通過實(shí)例，根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是可以理解，本發(fā)明并不限于所公開的實(shí)施例。相反，本發(fā)明涵蓋了各種修改和類似配置(對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的)。因此，附加權(quán)利要求的范圍應(yīng)該符合最廣義的解釋，從而包括所有這些修改和類似配置。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括基板，包括主表面；柵極疊層，包括側(cè)壁，所述側(cè)壁位于所述基板上方；隔離件，位于所述基板上方，鄰接所述柵極疊層的所述側(cè)壁，其中，所述隔離件包括底面，所述底面具有外點(diǎn)，所述外點(diǎn)與所述柵極疊層的距離最遠(yuǎn)；隔離結(jié)構(gòu)，位于所述基板中，所述柵極疊層的一側(cè)，所述隔離結(jié)構(gòu)的外邊緣最靠近所述隔離件；以及應(yīng)變材料，位于所述隔離件和所述隔離結(jié)構(gòu)之間的所述基板的所述主表面下方，所述應(yīng)變材料包括上部和下部，所述上部和所述下部通過過渡平面間隔開，所述過渡平面與所述基板的所述主表面之間的夾角為銳角，其中，所述過渡平面與所述外點(diǎn)相交并且向下延伸到所述隔離結(jié)構(gòu)的所述外邊緣，其中，所述上部包括第一面，所述第一面鄰近所述隔離件，其中，所述第一面與所述基板的所述主表面所夾的銳角小于所述過渡平面與所述基板的所述主表面所夾的銳角。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述應(yīng)變材料包含SiGe，并且按照原子百分率，所述SiGe中的Ge濃度處于大約10%到40%的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述應(yīng)變材料的最大厚度處于大約20nm 到300nm的范圍內(nèi)；或者所述過渡平面通過所述應(yīng)變材料的(111)晶面限定；或者所述第一面通過所述應(yīng)變材料的(311)晶面限定。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述上部進(jìn)一步包括第二面，所述第二面通過所述第一面與所述隔離件間隔開，其中，所述第一面與所述基板的所述主表面所夾的銳角小于所述第二面與所述基板的所述主表面所夾的銳角，其中，所述第一面和所述第二面是平坦表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述下部的橫截面積大于所述上部的橫截面積；或者所述下部的橫截面積小于所述上部的橫截面積。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括附加應(yīng)變材料，通過所述柵極疊層與所述應(yīng)變材料間隔開，其中，所述附加應(yīng)變材料的橫截面積大于所述應(yīng)變材料的橫截面積，其中，所述附加應(yīng)變材料位于所述基板的所述主表面下方，或者所述附加應(yīng)變材料的至少一部分位于所述基板的所述主表面上方。
7.一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括提供基板，所述基板包括主表面；在所述基板的所述主表面上方形成柵極疊層；使所述基板凹陷，以形成源極和漏極凹腔，所述源極和漏極凹腔鄰近所述基板中的所述柵極疊層；以及利用LPCVD工藝在所述基板中的所述源極和漏極凹腔中選擇性地生長應(yīng)變材料，其中，所述LPCVD工藝在以下條件下實(shí)施溫度為大約660°C到700°C，壓力為大約13Torr到 50Torr，使用 SiH2Cl2、HC1、GeH4、B2H6、和 H2 作為反應(yīng)氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述柵極疊層包括多晶硅柵電極或者金屬柵電極中的至少一種；或者在所述應(yīng)變材料的頂面生長到所述基板的所述主表面上方之前，所述應(yīng)變材料的生長終止。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述應(yīng)變材料的生長繼續(xù)進(jìn)行，直到所述應(yīng)變材料的頂面延伸到在所述源極和漏極凹腔之一中的所述基板的所述主表面上方；或者所述SiH2Cl2的質(zhì)量流率與所述HCl的質(zhì)量流率的比率處于大約O. 8到I. 5的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述SiH2Cl2的質(zhì)量流率與所述GeH4的質(zhì)量流率的比率處于大約10到50的范圍內(nèi)；或者所述應(yīng)變材料包含SiGe，按照原子百分率，所述SiGe中的Ge濃度處于大約10%到 40%的范圍內(nèi)。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件，具有基板，包括主表面；柵極疊層，包括側(cè)壁，位于基板上方；隔離件，位于基板上方，鄰接?xùn)艠O疊層的側(cè)壁，其中，隔離件包括底面，底面具有外點(diǎn)，外點(diǎn)與柵極疊層的距離最遠(yuǎn)；隔離結(jié)構(gòu)，位于基板中，柵極疊層的一側(cè)，隔離結(jié)構(gòu)的外邊緣最靠近隔離件；以及應(yīng)變材料，位于隔離件和隔離結(jié)構(gòu)之間的基板的主表面下方，包括上部和下部，上部和下部通過過渡平面間隔開，過渡平面與基板的主表面之間的夾角為銳角。本發(fā)明還涉及一種半導(dǎo)體器件的制造方法。
文檔編號(hào)H01L29/06GK102593130SQ201110349219
公開日2012年7月18日 申請日期2011年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月5日
發(fā)明者李啟弘, 李資良, 鄭有宏 申請人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司