專利名稱：包括摻雜的硅碳襯里層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。更具體而言，本發(fā)明涉及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)內(nèi) 的溝道隔離。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和器件尺寸的減小，半導(dǎo)體器件中的幾種新的效應(yīng)變 得更加顯著。短溝道效應(yīng)是在場效應(yīng)器件中經(jīng)常出現(xiàn)的一種特別有害的新效應(yīng)。通常當(dāng)柵極電極長度(即，線寬)尺寸減小到小于約200納米時， 便會出現(xiàn)短溝道效應(yīng)。場效應(yīng)器件中的短溝道效應(yīng)通常表現(xiàn)為柵極電極對 溝道區(qū)域的控制水平下降。典型地，這樣的柵極電極對溝道區(qū)域的控制水 平下降表現(xiàn)為折衷的場效應(yīng)器件的電操作性能。因此希望提供半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法，以提供短溝道效應(yīng)^皮抑制的 場效應(yīng)半導(dǎo)體器件。在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中，公知具有希望的性能的各種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法。Nishikawa 等， 在"Reduction of transient boron diffusion in preamorphized Si by carbon implantation" , Appl.Phys，lett" 60(18),1992年 5月4日，pp.2270-72中；(2 )Ban等，在"Suppression of Oxidation-Enhanced Boron Diffusion in Silicon by Carbon Implantation and Characterization of MOSFET，s with Carbon-Implanted Channels" , IEEE Trans.on Electron Devices, 44(9)，1997年9月，pp.1544-51中;以及(3 ) Gossmann 等，在美國專利No. 6,153,920中。上述公開每一個都描述了在特定的半導(dǎo) 體結(jié)構(gòu)內(nèi)使用注入的碳作為硼摻雜劑擴(kuò)散抑制劑。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和器件尺寸必然會繼續(xù)減小。作 為其結(jié)果，希望通過減小半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和器件的尺寸來獲得可以提供增強(qiáng)的 性能的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(及其相關(guān)的制造方法)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包
括襯里層，所述襯里層包括活性(active)摻雜的硅碳材料。所述襯里層被 插入到這樣的區(qū)域之間(1)半導(dǎo)體襯底內(nèi)的臺座(pedestal)形溝道區(qū) 域；與(2)半導(dǎo)體材料層內(nèi)的源極和漏極區(qū)域，所述半導(dǎo)體材料層位于所 述襯里層上并進(jìn)一步被所述臺座形溝道區(qū)域橫向分離。所述半導(dǎo)體材料層 典型地包括不同于硅碳半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體材料，但是也可以包括這樣的 硅碳半導(dǎo)體材料，該硅碳半導(dǎo)體材料具有與所述襯里層相反的極性和比所 述襯里層低的碳含量。
雖然本發(fā)明不排除其它的活性摻雜劑，然而典型和優(yōu)選地，所述活性 摻雜的硅碳材料內(nèi)的活性摻雜劑包括硼摻雜劑。歸因于使用硅碳材料用于 所述襯里層，與用于所述半導(dǎo)體材料層的上面所列舉的選項相比，使得不 希望的摻雜劑擴(kuò)散到所述臺座形溝道區(qū)域的現(xiàn)象得到了減弱。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括位于 所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的臺座形溝道區(qū)域之上的柵極電極。所述特定的半導(dǎo)體 結(jié)構(gòu)還包括襯里層，所述襯里層位于所述臺座形溝道區(qū)域的側(cè)壁上并包括 具有第 一極性和第 一碳含量的活性摻雜的硅碳材料。所述特定的半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)還包括源極區(qū)域和漏極區(qū)域，所述源極區(qū)域和漏極區(qū)域至少部分地位于 這樣的半導(dǎo)體材料層內(nèi)，所述半導(dǎo)體材料層在所述襯里層上并進(jìn)一步被所 述臺座形溝道區(qū)域橫向分離。
根據(jù)本發(fā)明的另一特定的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括半導(dǎo)體村底，所述半導(dǎo)體 襯底包括位于所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的臺座形溝道區(qū)域之上的柵極電極。所述 特定的其它的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括襯里層，所述村里層包括位于所述臺座形 溝道區(qū)域的側(cè)壁上的具有笫 一碳含量的硼摻雜的硅碳材料。所述特定的其它的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括源極區(qū)域和漏極區(qū)域，所述源極區(qū)域和漏極區(qū)域至 少部分地位于這樣的半導(dǎo)體材料層內(nèi)，所述半導(dǎo)體材料層位于所述襯里層 上并進(jìn)一步被所述臺座形溝道區(qū)域橫向分離。
一種根據(jù)本發(fā)明的方法，包括至少使用位于所述半導(dǎo)體襯底之上的柵
極電極作為掩模來蝕刻半導(dǎo)體襯底以在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成臺座形溝道 區(qū)域。所述特定的方法還包括形成襯里層，所述襯里層鄰接所述臺座形溝 道區(qū)域并包括具有第 一極性和第 一碳含量的活性摻雜的硅碳材料。所述特 定的方法還包括在所述襯里層上形成半導(dǎo)體材料層，并進(jìn)一步通過所述臺 座形溝道區(qū)域橫向分離所述半導(dǎo)體材料層。所述特定的方法還包括形成源 極區(qū)域和漏極區(qū)域，所述源極區(qū)域和漏極區(qū)域至少部分地位于所述半導(dǎo)體 材料層內(nèi)。


如下面所闡述的，可以參考優(yōu)選的實施例的描述來理解本發(fā)明的目的、 特征以及優(yōu)點。參考附圖來理解優(yōu)選的實施例的描述，該附圖形成了本公
開的材料部分，其中
圖1到圖7示出了 一系列的示意性截面圖，該截面圖示例了制造^4居 本發(fā)明的實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的漸進(jìn)階段的結(jié)果，其中本發(fā)明的實施例包 括本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
具體實施例方式
根據(jù)下面提供的描述理解本發(fā)明，本發(fā)明包括半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體 結(jié)構(gòu)包括襯里層，該襯里層包括被插入到這樣的區(qū)域之間的活性摻雜的硅 碳材料(1)臺座形溝道區(qū)域；與(2)橫向分離的半導(dǎo)體材料層，該橫 向分離的半導(dǎo)體材料層至少部分地包括源極區(qū)域和漏極區(qū)域。根據(jù)上述附
圖理解下面提供的描述。由于附圖旨在示例的目的，因此附圖不必按比例 繪制。
圖1到圖7示出了 一系列的示意性截面圖，該截面圖示例了制造#4居本發(fā)明的實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的漸進(jìn)階段的結(jié)果，其中本發(fā)明的實施例包 括優(yōu)選的實施例。圖l示出了根據(jù)實施例的在其制造的初始階段的半導(dǎo)體 結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。
圖1示出了基礎(chǔ)半導(dǎo)體村底10a。掩埋介質(zhì)層11位于基礎(chǔ)半導(dǎo)體襯底 10a上，以及表面半導(dǎo)體層10b位于掩埋介質(zhì)層ll上。通過多個隔離區(qū)域 12限定表面半導(dǎo)體層10b。當(dāng)組合時，基礎(chǔ)半導(dǎo)體襯底10a、掩埋介質(zhì)層 11以及表面半導(dǎo)體層10b構(gòu)成絕緣體上半導(dǎo)體襯底。
基礎(chǔ)半導(dǎo)體襯底10a包括幾種半導(dǎo)體材料中的任何一種。非限制性的
實例包括硅、鍺、硅鍺合金、硅碳、硅鍺碳合金以及化合物(即，m-v 或n - vi)半導(dǎo)體材料?；衔锇雽?dǎo)體材料的非限制性的實例包括砷化鎵、 砷化銦以及磷化銦半導(dǎo)體材料。
可選的掩埋介質(zhì)層ii可以包括幾種介質(zhì)材料中的任何一種。非限制性 的實例包括，具體而言，硅的氧化物、氮化物以及氧氮化物，但是不排除 其它材料的氧化物、氮化物以及氧氮化物。掩埋介質(zhì)層ii包括晶體或非晶 體介質(zhì)材料，其中晶體介質(zhì)材料是高度優(yōu)選的。可以使用幾種方法中的任 何一種形成掩埋介質(zhì)層ii。非限制性的實例包括離子注入方法、熱或等離 子體氧化或氮化方法、化學(xué)氣相淀積方法以及物理氣相淀積方法。典型地，
掩埋介質(zhì)層11包括構(gòu)成基礎(chǔ)半導(dǎo)體襯底10a的半導(dǎo)體材料的氧化物。
表面半導(dǎo)體層iob包括構(gòu)成基礎(chǔ)半導(dǎo)體襯底10a的幾種半導(dǎo)體材料中 的任何一種。表面半導(dǎo)體層10b和基礎(chǔ)半導(dǎo)體村底10a包括化學(xué)成分、摻 雜劑極性、摻雜劑濃度以及晶體取向相同或者不同的半導(dǎo)體材料。
隔離區(qū)域12包括典型地包括介質(zhì)隔離材料的幾種隔離材料中的任何 一種。典型地，隔離區(qū)域12包括這樣的介質(zhì)隔離材料，其選自用于掩埋 介質(zhì)層ll的介質(zhì)隔離材料。然而用于制造隔離區(qū)域12的方法不同于用于 制造掩埋介質(zhì)層11的方法。典型地，隔離區(qū)域12包括氧化硅或氮化硅介 質(zhì)材料、或其復(fù)合材料(composite)或其疊層。
可以使用幾種方法中的任何一種制造在圖1中示例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的絕 緣體上半導(dǎo)體襯底部分。非限制性的實例包括層壓方法、層轉(zhuǎn)移方法以及注氧分離(SIMOX)方法。
雖然圖1根據(jù)包括基礎(chǔ)半導(dǎo)體襯底10a、掩埋介質(zhì)層11以及表面半導(dǎo) 體層10b的絕緣體上半導(dǎo)體襯底示例了本發(fā)明的實施例，但是本實施例和 本發(fā)明都不局限于此。當(dāng)然，還可以在特定情況下(即，包括優(yōu)選的情況) 使用體半導(dǎo)體襯底(或是無掩埋介質(zhì)層并且基礎(chǔ)半導(dǎo)體襯底10a與表面半 導(dǎo)體層10b具有相同的化學(xué)成分和晶體取向的其它的情況)實踐本實施例 和可選的實施例。簡單起見，示例了本實施例中的隨后的截面圖，其沒有 掩埋介質(zhì)層11并具有單個的半導(dǎo)體襯底10 (或旨在代表體半導(dǎo)體襯底的 其派生物)而不是基礎(chǔ)半導(dǎo)體襯底10a和表面半導(dǎo)體層106b。
可選地，實施例還涵蓋混和取向(HOT)襯底?；旌腿∠蛞r底在單個 半導(dǎo)體襯底中具有多個晶體取向。
圖1還(以截面的形式)示出了 (1)柵極介質(zhì)14，位于表面半導(dǎo) 體層10a上；(2 )柵極電極16，位于柵極介質(zhì)14上；(3 )蓋帽層18， 位于柵極電極16上。
上述層14、 16以及18中的每一個可以包括在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的常規(guī) 材料并具有半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的常規(guī)尺寸?？梢允褂冒雽?dǎo)體制造領(lǐng)域的常規(guī) 方法形成上述層14、 16以及18中的每一個。
柵極介質(zhì)14包括具有真空中測量的約4 (即，典型的氧化硅)到約8 (即，典型的氮化硅)的介電常數(shù)的常規(guī)介質(zhì)材料例如硅的氧化物、氮化 物以及氧氮化物?？蛇x地，柵極介質(zhì)14通常包括具有約8到至少約100 的介電常數(shù)的較高介電常數(shù)介質(zhì)材料。這樣的較高介電常數(shù)介質(zhì)材料包括， 但不限于，氧化鉿、硅酸鉿、氧化鋯、氧化鑭、氧化鈦、鈦酸鍶鋇(BST) 以及鋯鈦酸鉛(PZT)。可以使用適合于其材料的成分的幾種方法中的任 何一種形成柵極介質(zhì)14。非限制性的實例包括熱或等離子體氧化或氮化的 方法、化學(xué)氣相淀積方法(包括原子層淀積方法)以及物理氣相淀積方法。 典型地，柵極介質(zhì)14包括具有約5到約200埃的厚度的熱氧化硅介質(zhì)材料。
柵極電極16包括但不限于特定的金屬、金屬合金、金屬氮化物和金屬 硅化物、其疊層及其復(fù)合材料。柵極電極16還可以包括摻雜的多晶硅和多晶硅鍺合金材料(即，具有約lel8到約le22摻雜劑原子每立方厘米的摻 雜劑濃度)以及多晶化物(polycide)材料(摻雜的多晶硅/金屬硅化物疊 層材料)。相似地，同樣可以使用幾種方法中的任何一種形成上述材料。 非限制性的實例包括硅化(salicide)方法、化學(xué)氣相淀積方法以及物理氣 相淀積方法，例如，但不限于，蒸發(fā)方法和賊射方法。典型地，柵極電極 16包括約50到約500埃的厚度的摻雜的多晶硅材料。
蓋帽層18包括蓋帽材料，該蓋帽材料依次典型地包括硬掩才莫材料。介 質(zhì)硬掩模材料是最常用的而且決不會限制本實施例或本發(fā)明。石更掩模材料 的非限制性的實例包括硅的氧化物、氮化物和氧氮化物。不排除其它元素 的氧化物、氮化物和氧氮化物。可以使用半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中常規(guī)的幾種方 法中的任何一種方法形成蓋帽材料。非限制性的實例包括化學(xué)氣相淀積方 法以及物理氣相淀積方法。典型地，蓋帽層18包括具有約50到1000埃的 厚度的氮化硅蓋帽材料。
圖2示出了鄰近和鄰接-柵極介質(zhì)14、柵極電極16和蓋帽層18的相對 的側(cè)壁的多個第一間隔物22 (即，在截面圖中的多個間隔物層，但是其在 平面視圖中為單個的間隔物層)。圖2還示出了位于半導(dǎo)體襯底10內(nèi)并被 柵極電極16分離的多個擴(kuò)展區(qū)域20，同樣分離了擴(kuò)展區(qū)域20的溝道區(qū)域 在柵極電極16之下。
在本實施例中，可以首先形成第一間隔物22或者擴(kuò)展區(qū)域20,但是 典型地首先形成第一間隔物22。
第 一 間隔物22典型地包括介質(zhì)隔離材料。與本實施例中的其它介質(zhì)結(jié) 構(gòu)相似，備選的介質(zhì)隔離材料同樣包括硅的氧化物、氮化物以及氧氮化物。 而且同樣，不排除其它元素的氧化物、氮化物以及氧氮化物。使用均厚 (blanket)層淀積和各向異性回蝕刻方法，該各向異性回蝕刻方法一使用各 向異性蝕刻等離子體用于蝕刻，來形成笫一間隔物22。典型地，第一間隔 物22包括與蓋帽層18不同的介質(zhì)材料。典型地，當(dāng)蓋帽層18包括氮化硅 材料時，第一間隔物22包括氧化硅材料。
擴(kuò)展區(qū)域20包括這樣的n摻雜劑或p摻雜劑，該n摻雜劑或p摻雜劑適合于希望制造的場效應(yīng)晶體管的極性或?qū)щ婎愋筒⒂欣趫D2的半導(dǎo) 體結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步處理。n摻雜劑的非限制性的實例包括砷摻雜劑、磷摻雜 劑、其卣化物及其氫化物。p摻雜劑的非限制性的實例包括硼摻雜劑、其 卣化物及其氫化物?？梢允褂萌魏蔚纳鲜鰮诫s劑用于形成擴(kuò)展區(qū)域20和本 實施例中在下面所描述的其它的摻雜區(qū)域。不排除可選的非常規(guī)的摻雜劑。 如上面所述，可以在形成第一間隔物22之前或之后形成擴(kuò)展區(qū)域20。由 此，使用離子注入方法形成擴(kuò)展區(qū)域20,該離子注入方法至少使用柵才及電 極16作為掩模。典型地，在半導(dǎo)體襯底10內(nèi)將擴(kuò)展區(qū)域20形成至約10 到約500埃的深度，并且在半導(dǎo)體襯底10內(nèi)的擴(kuò)展區(qū)域20具約lel8到約 le22摻雜劑原子每立方厘米的濃度。在下面的進(jìn)一步的公開中，擴(kuò)展區(qū)域 20將典型地包括用于制造n場效應(yīng)晶體管的n摻雜劑。圖3示出了使用柵極電極16和第一間隔物22作為掩模蝕刻半導(dǎo)體襯 底IO以形成蝕刻的半導(dǎo)體村底IO，的結(jié)果，該蝕刻的半導(dǎo)體襯底IO，包括 在柵極電極16之下的臺座形溝道區(qū)域P并包括源自擴(kuò)展區(qū)域20的多個擴(kuò) 展區(qū)域20，。通過均具有深度D的多個凹進(jìn)R分離臺座形溝道區(qū)域P與隔 離區(qū)域12。典型地，在蝕刻的半導(dǎo)體襯底10，內(nèi)的凹進(jìn)R的最大深度D為 約100到約1000埃。2中示例的半導(dǎo)體襯底10以提供圖3中示例的半導(dǎo)體襯底10，。雖然未特 別地限制本實施例或本發(fā)明，但是典型地這樣的蝕刻方法將為各向同性蝕法以及可以在升高的反應(yīng)腔壓力下進(jìn)行的特定的干法等離子體蝕刻方法。 各向同性濕法蝕刻方法通常將使用室溫或更高溫度的酸水例如硝酸、氫氟 酸以及乙酸的混合物。各向同性干法等離子體蝕刻方法將典型地采用包括 了包含蝕刻氣體的氯和/或氟的蝕刻劑氣體復(fù)合物。作為替代，也可以通過 使用下列方法的組合提供上述蝕刻(1)各向異性干法等離子體蝕刻方法； 之后是(2)各向同性干法等離子蝕刻方法或各向同性濕法化學(xué)蝕刻方法。 圖4示出了回填充在圖3的示意性截面圖中示例的凹進(jìn)R的結(jié)果，首先使用多個襯里層24保形地部分填充凹進(jìn)R,然后使用多個半導(dǎo)體材料層 26完全地填充凹進(jìn)R。多個半導(dǎo)體材料層26旨在提供與隔離區(qū)域12名義 上共面的表面。在本實施例內(nèi)，襯里層24包括活性摻雜的,圭碳材料以及半導(dǎo)體材料層 26優(yōu)選包括非硅碳半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體材料?？蛇x地，半導(dǎo)體材料層26 同樣可以包括具有比村里層24更低的碳含量的特定的石圭碳半導(dǎo)體材料?？?以先不摻雜并隨后摻雜地淀積具有較低碳含量的特定硅>酸半導(dǎo)體材料，或 使用具有與用于形成襯里層24的摻雜劑相反的極性的摻雜劑摻雜地淀積 具有較低碳含量的特定的硅碳半導(dǎo)體材料。更具體而言，半導(dǎo)體材料層26 優(yōu)選包括硅半導(dǎo)體材料。本實施例特別地涵蓋襯里層24內(nèi)的硼活性摻雜劑。不排除包括n摻 雜劑(即，砷和磷摻雜劑、及其衍生物，例如卣化物衍生物和氫化物衍生 物)和p摻雜劑(硼摻雜劑及其衍生物，例如卣化物衍生物和氫化物衍生 物)的其它活性摻雜劑。本實施例和本發(fā)明還涵蓋外延并依次地淀積(1 ) 半導(dǎo)體襯里層24所包括的硅碳材料；和(2 )半導(dǎo)體材料層26所包括的上 述半導(dǎo)體材料，以保持并復(fù)制半導(dǎo)體襯底IO，的晶體取向。這樣的外延化和淀積條件。典型地，將襯里層24形成至約20到約500埃的厚度，并將半導(dǎo)體材 料層26形成至約50到約500埃的厚度，該厚度名義上關(guān)于柵極介質(zhì)14 或隔離區(qū)域12平坦化了圖4中示例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。典型地，襯里層24具 有約200:1到約2:1的Si:C原子比率。典型地，襯里層24具有約lel5到 le22摻雜劑原子每立方厘米的活性摻雜劑濃度。雖然本實施例既沒有特別 的限制也沒有特別的要求，但是半導(dǎo)體材料層26可以包括未摻雜的半導(dǎo)體 材料，或可選的具有約lel5到le22摻雜劑原子每立方厘米的摻雜劑濃度 的摻雜的半導(dǎo)體材料。圖5示出了再注入擴(kuò)展區(qū)域20，以再次重新形成最初在圖2中示例的 擴(kuò)展區(qū)域20的結(jié)果。如圖5以及在隨后的截面圖中所示例的，特別地再注入擴(kuò)展區(qū)域20以提供通過襯里層24的連續(xù)性。優(yōu)選使用這樣的離子注入方法進(jìn)行擴(kuò)展區(qū)域20，的再注入以形成擴(kuò)展 區(qū)域20，該方法使用與用于形成圖2中初始示例的擴(kuò)展區(qū)域20的摻雜劑 離子和離子注入條件相似、等價或相同的摻雜劑離子和離子注入條件。圖6首先示出了在多個第一間隔物22之上形成多個間隔物28的結(jié)果。 多個第二間隔物28可以包括與用于形成多個第一間隔物22的材料相似、 等價或相同的材料，具有與用于形成多個第一間隔物22的尺寸相似、等價 或相同的尺寸，以及可以通過與用于形成多個第一間隔物22的方法相似、 等價或相同的方法形成。典型地，由氧化硅材料形成多個第二間隔物28 和多個第一間隔物22，雖然沒有如此地限制本實施例和本發(fā)明。和漏極區(qū)域20"。注入多個源極區(qū)域和漏極區(qū)域20"以并入多個擴(kuò)展區(qū)域 20。使用柵極電極16、第一間隔物22以及第二間隔物28作為掩模，注入 多個源極區(qū)域和漏極區(qū)域20"。典型地，雖然用于形成擴(kuò)展區(qū)域20以及源 極區(qū)域和漏極區(qū)域20"的各自的摻雜劑種(species)的化學(xué)成分不必相同， 但是源極區(qū)域和漏極區(qū)域20"以及多個擴(kuò)展區(qū)域20的極性是相同的。典型 地，注入多個源極區(qū)域和漏極區(qū)域20"以在延伸到襯里層24之下的源極區(qū) 域和漏極區(qū)域20"的較大的接觸區(qū)域部分內(nèi)提供約lel6到約le23摻雜劑 原子每立方厘米的摻雜劑濃度。雖然圖6示例了源極區(qū)域和漏極區(qū)域20" 延伸到了村里層24之下，但是源極區(qū)域和漏極區(qū)域20"和襯里層24的這 樣的相對配置并沒有限制本實施例或本發(fā)明。而是，可選地，襯里層24 可以在源極區(qū)域和漏極區(qū)域20"之下延伸。圖7首先示出了從柵極電極16剝離蓋帽層18的結(jié)果。可以使用半導(dǎo) 體制造領(lǐng)域中的常規(guī)的剝離方法和材料從柵極電極16剝離蓋帽層18。非 限制性的實例包括濕法化學(xué)剝離方法和材料、以及干法等離子體剝離方法 和材料。當(dāng)蓋帽層18優(yōu)選地包括氮化硅蓋帽材料并且第一間隔物22和第 二間隔物28均包括氧化硅材料時，可以在升高的溫度下使用含水磷酸的濕 法化學(xué)剝離方法相對于第一間隔物22和第二間隔物28選擇性地剝離蓋帽層18。圖7還示出了多個硅化物層30，位于包括源極區(qū)域和漏極區(qū)域20"以 及柵極電極的表面的暴露的硅之上。硅化物層30包括幾種硅化物形成金屬 中的任何一種。備選的硅化物形成金屬的非限制性的實例包括鎳、鈷、鈦、 鎢、鉺、鐿、鉑以及釩硅化物形成金屬。鎳和鈷硅化物形成金屬是特別常 見的。列舉的其它的硅化物形成金屬較不常見。典型地，使用硅化方法形 成硅化物層30。硅化方法包括(1 )在圖7的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成均厚的 硅化物形成金屬層；(2)熱退火均厚的硅化物形成金屬層，金屬層所接觸 的硅表面選擇性地形成硅化物層30而在例如間隔物28和隔離區(qū)域12留下 未反應(yīng)的金屬硅化物形成金屬層；以及(3 )從例如間隔物28和間隔物12 選擇地剝離硅化物形成金屬層的未反應(yīng)的部分。典型地，硅化物層30包括 硅化鎳材料或硅化鈷材料。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，該場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)包括這樣的襯里層24，該襯里層24在(1)初H L電極16之下的臺座形溝道區(qū)域；與(2)源才及區(qū)域和漏極區(qū)域20"至少部分地位于其內(nèi)的半導(dǎo)體材料層26之間。襯里層24包括具有第 一極性和第 一碳含量的活性的摻雜的硅碳材料，并且半導(dǎo)體材料層26包括與具有第一極性和第一碳濃度的活性的摻雜的硅碳半導(dǎo)體材料不同的半導(dǎo)體材料。因此，半導(dǎo)體材料層26包括這樣的硅石灰半導(dǎo)體材料， 其具有與襯里層相比的較低的碳濃度和相反的摻雜極性。典型地，半導(dǎo)體材料層26包括硅半導(dǎo)體材料。由于襯里層24包括硅碳材料，所以抑制了活性摻雜劑例如活性硼摻雜 劑在襯里層24內(nèi)的擴(kuò)散。希望在襯里層24內(nèi)抑制活性摻雜劑例如特別地 活性硼摻雜劑的擴(kuò)散，由于抑制活性摻雜劑的擴(kuò)散可以在襯里層24內(nèi)保持 希望的摻雜劑濃度分布，并且還可以抑制活性摻雜劑擴(kuò)散到臺座形溝道區(qū) 域P或周圍的源極區(qū)域和漏極區(qū)域20，，中。進(jìn)而，如此阻止活性摻雜劑擴(kuò) 散到臺座形溝道區(qū)域中，便提供了在圖7中示例了其示意性截面圖的場效 應(yīng)晶體管的增強(qiáng)和均勻的電性能(即，包括短溝道效應(yīng)控制)。本發(fā)明的優(yōu)選的實施例是本發(fā)明的示例而不是本發(fā)明的限制。根據(jù)本 發(fā)明的優(yōu)選的實施例可以對半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法、材料、結(jié)構(gòu)和尺寸做出修 正和修改，但仍然是根據(jù)本發(fā)明，進(jìn)一步地根據(jù)所附權(quán)利要求書來制造半 導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1. 一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體襯底，具有位于所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的臺座形溝道區(qū)域之上的柵極電極；襯里層，包括位于所述臺座形溝道區(qū)域的側(cè)壁上的具有第一摻雜劑極性和第一碳含量的活性的摻雜的硅碳材料；以及源極區(qū)域和漏極區(qū)域，至少部分地位于這樣的半導(dǎo)體材料層內(nèi)，所述半導(dǎo)體材料層位于所述襯里層上并進(jìn)一步被所述臺座形溝道區(qū)域橫向分離。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述半導(dǎo)體襯底包括體半導(dǎo)體襯底。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述半導(dǎo)體襯底包括絕緣體上 半導(dǎo)體襯底。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述襯里層包括選自硼、砷、 磷以及銦活性摻雜劑的活性摻雜劑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中 所述臺座形溝道區(qū)域具有彎曲的側(cè)壁；以及所述襯里層同樣位于鄰接所述臺座形溝道區(qū)域的所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的 凹進(jìn)的底部上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述襯里層具有約lel5到le22摻雜劑原子每立方厘米的活性摻雜劑濃度；以及 約200:1到約2:1的Si:C原子比率。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述半導(dǎo)體材料層包括下列之 半導(dǎo)體材料，其不同于硅碳半導(dǎo)體材料；以及硅碳半導(dǎo)體材料，包括不同于所述第一極性的第二極性和小于所述第 一碳含量的第二碳含量。
8. —種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體襯底，具有位于所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的臺座形溝道區(qū)域之上的柵 極電極；襯里層，包括位于所述臺座形溝道區(qū)域的側(cè)壁上的具有第 一碳含量的 硼摻雜的硅碳材料；以及源極區(qū)域和漏極區(qū)域，至少部分地位于這樣的半導(dǎo)體材料層內(nèi)，所述 半導(dǎo)體材料層位于所述襯里層上并進(jìn)一步被所述臺座形溝道區(qū)域橫向分離。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述半導(dǎo)體襯底包括體半導(dǎo)體 村底。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述半導(dǎo)體村底包括絕緣體 上半導(dǎo)體襯底。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中 所述臺座形溝道區(qū)域具有彎曲的側(cè)壁；以及所述襯里層還位于鄰接所述臺座形溝道區(qū)域的所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的凹 進(jìn)的底部上。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述襯里層具有約lel5到le22摻雜劑原子每立方厘米的硼摻雜劑濃度；以及 約200:1到約2:1的Si:C原子濃度。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述半導(dǎo)體材料層包括下列 之一半導(dǎo)體材料，其不同于硅碳半導(dǎo)體材料；以及硅碳半導(dǎo)體材料，具有n極性和小于所述第一碳含量的第二碳含量。
14. 一種用于制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟至少使用位于所述半導(dǎo)體襯底之上的柵極電極作為掩模來蝕刻半導(dǎo)體 襯底以在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成臺座形溝道區(qū)域；形成襯里層，所述襯里層包括鄰接所述臺座形溝道區(qū)域的側(cè)壁的活性 的摻雜的硅碳材料；形成半導(dǎo)體材料層，所述半導(dǎo)體材料層在所述襯里層上并進(jìn)一步^L所 述臺座形溝道區(qū)域橫向分離；以及形成源極區(qū)域和漏極區(qū)域，所述源極區(qū)域和漏極區(qū)域至少部分地位于 所述半導(dǎo)體材料層內(nèi)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中蝕刻所述半導(dǎo)體襯底使用各向同性 蝕刻以提供所述臺座形溝道區(qū)域的彎曲的側(cè)壁。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中形成所述襯里層同樣在鄰接所述臺 座形溝道區(qū)域的所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的凹進(jìn)的底部上形成所述襯里層。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中形成所述襯里層和形成所述半導(dǎo)體 材料層使用順序外延方法。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中形成所述源極區(qū)域和漏極區(qū)域使用 柵極電極和至少兩個間隔物作為掩模。
19. 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，還包括在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成擴(kuò)展區(qū)域。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中在蝕刻所述半導(dǎo)體襯底之前和在形 成所述半導(dǎo)體材料層之后形成所述擴(kuò)展區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括摻雜的硅碳襯里層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法。一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括襯里層，所述襯里層被插入到這樣的區(qū)域之間(1)半導(dǎo)體襯底內(nèi)的臺座形溝道區(qū)域；和(2)半導(dǎo)體材料層內(nèi)的源極和漏極區(qū)域，所述半導(dǎo)體材料層位于所述襯里層上并進(jìn)一步被所述臺座形溝道區(qū)域橫向分離。所述襯里層包括活性的摻雜的硅碳材料。所述半導(dǎo)體材料層包括不同于硅碳半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體材料?？蛇x地，所述半導(dǎo)體材料層包括這樣的硅碳半導(dǎo)體材料，所述硅碳半導(dǎo)體材料具有與所述襯里層相反的摻雜劑極性和比所述襯里層低的碳含量。由于存在所述硅碳材料，所以所述襯里層抑制了摻雜劑從所述襯里層擴(kuò)散到所述臺座形溝道區(qū)域中。因此提高了使用所述臺座形溝道區(qū)域的場效應(yīng)器件的電性能。
文檔編號H01L29/78GK101241936SQ20081000570
公開日2008年8月13日 申請日期2008年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月7日
發(fā)明者劉耀誠, 駱志炯 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司