專利名稱：設(shè)有嵌入硅/鍺材料而具有提升的硼拘限性的晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般而言，本發(fā)明系關(guān)于積體電路的制造，尤其系關(guān)于通過使用嵌入硅/鍺(Si/ Ge)形成具有應(yīng)變溝道區(qū)域的晶體管以提升在晶體管之溝道區(qū)域中的電荷載子遷移率 (charge carrier mobility)。
背景技術(shù)：
復(fù)雜積體電路的制造需要大量晶體管元件的供應(yīng)，這些晶體管元件代表用于設(shè)計(jì) 電路之主要的電路元件。例如，數(shù)億個(gè)晶體管可設(shè)置在目前可利用的復(fù)雜積體電路中。一 般而言，目前實(shí)行有復(fù)數(shù)種工藝技術(shù)，其中，對于復(fù)雜電路(例如微處理器、儲(chǔ)存晶片等)而 言，由于CMOS技術(shù)之操作速度及/或電力消耗及/或成本效益的優(yōu)越特性，因此CMOS技術(shù) 是目前最有前景的方法。在CMOS電路中，互補(bǔ)晶體管(亦即，P溝道晶體管與N溝道晶體 管)系用于形成電路元件(例如反相器(inverter)與其他邏輯閘)以設(shè)計(jì)高度復(fù)雜電路 組件(例如CPU、儲(chǔ)存晶片等)。在使用CMOS技術(shù)制造復(fù)雜積體電路的期間，數(shù)百萬個(gè)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(crystalline)半導(dǎo)體層之襯 底上。MOS晶體管，或一般的場效應(yīng)晶體管，無論是N溝道晶體管或P溝道晶體管，都包括所 謂的PN接面，該P(yáng)N接面通過高度摻雜之漏極與源極區(qū)域與設(shè)置在該漏極區(qū)域與該源極區(qū) 域之間的反向(inversely)或微弱(weakly)摻雜溝道區(qū)域之間的介面而形成。溝道區(qū)域 的導(dǎo)電性(conductivity)(亦即，導(dǎo)電溝道的驅(qū)動(dòng)電流能力)通過形成在溝道區(qū)域附近并 通過薄絕緣層而分隔的柵極電極而控制。在由于施加適當(dāng)?shù)目刂齐妷褐翓艠O電極而形成導(dǎo) 電溝道之后，溝道區(qū)域的導(dǎo)電性系取決于摻雜物濃度、電荷載子遷移率、以及對于在晶體管 寬度方向中溝道區(qū)域之既定延伸(given extension)而言的在源極與漏極區(qū)域之間的距離 (也稱為溝道長度)。因此，溝道長度的減少，以及與其關(guān)聯(lián)的溝道電阻率(resistivity) 的減少，是用于實(shí)現(xiàn)積體電路之操作速度的增加的主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。然而，晶體管尺寸的持續(xù)縮小涉及了與其關(guān)聯(lián)之必須解決的復(fù)數(shù)個(gè)問題，以便 不會(huì)過度地抵銷通過穩(wěn)定減少M(fèi)OS晶體管之溝道長度而獲得的優(yōu)勢。例如，在漏極與 源極區(qū)域中需要高度精密的摻雜物輪廓(dopant profile)(在垂直方向與橫向方向) 以提供低的片電阻率(sheet resistivity)與接觸電阻率并結(jié)合想要的溝道可控制性 (controllability)。此外，柵極介電材料也可經(jīng)調(diào)適而適應(yīng)于減少的溝道長度以維持所需 的溝道可控制性。然而，一些用于維持高溝道可控制性的機(jī)構(gòu)(mechanism)也可能對晶體 管的溝道區(qū)域中之電荷載子遷移率具有負(fù)面影響，因而部分抵銷通過減少溝道長度所得到 的優(yōu)勢。由于關(guān)鍵尺寸(亦即，晶體管的柵極長度)的持續(xù)減小需要調(diào)適且可能需要高 度復(fù)雜工藝技術(shù)的新發(fā)展，而且也可能由于遷移率的下降而造成較不明顯的性能增益 (performance gain)，所以已有人建議通過增加對于既定溝道長度的溝道區(qū)域中的電荷載 子遷移率而提升晶體管元件之溝道導(dǎo)電性，因此能夠達(dá)到可與需要極度縮放比例(scaled) 之關(guān)鍵尺寸的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展匹敵的性能改善(performanceimprovement)，同時(shí)避免或至少延遲與裝置縮放比例關(guān)聯(lián)的許多工藝調(diào)適(adaptation)。一種用于增加電荷載子遷移率的有效機(jī)構(gòu)是在溝道區(qū)域中的晶格結(jié)構(gòu)(lattice structure)的修改，例如，通過在溝道區(qū)域附近產(chǎn)生拉伸或壓縮應(yīng)力以制造在溝道區(qū)域中 的相應(yīng)應(yīng)變，其分別造成電子與電洞之修改的遷移率。例如，對于主動(dòng)硅材料之標(biāo)準(zhǔn)晶體 (crystallographic)組態(tài)(亦即，具有對準(zhǔn)<110>方向之溝道長度的(100)表面方位)而 言，在溝道區(qū)域中產(chǎn)生拉伸應(yīng)變會(huì)增加電子的遷移率，其接著可直接轉(zhuǎn)變成在導(dǎo)電性的相 應(yīng)增加。另一方面，在溝道區(qū)域中的壓縮應(yīng)變可增加電洞的遷移率，因此提供用于提升P型 晶體管性能的可能性。將應(yīng)力或應(yīng)變工程引入積體電路制造是相當(dāng)有前景的方法，因?yàn)閼?yīng) 變硅可視為“新”類型的半導(dǎo)體材料，其可制造快速強(qiáng)大的半導(dǎo)體裝置而不需要昂貴的半導(dǎo) 體材料，同時(shí)仍可使用許多廣為接受的制造技術(shù)。因此，已有人建議引入，例如，緊鄰著溝道區(qū)域的硅/鍺層材料以誘發(fā)(induce) 可造成相應(yīng)應(yīng)變的壓縮應(yīng)力?？赏ㄟ^引入緊鄰著溝道區(qū)域的應(yīng)力產(chǎn)生材料而相當(dāng)?shù)靥嵘?P溝道晶體管的晶體管性能。為此目的，應(yīng)變硅/鍺材料(strained silicon/germanium material)可形成在晶體管的漏極與源極區(qū)域中，其中，受壓縮應(yīng)變的漏極與源極區(qū)域在 鄰近的硅溝道區(qū)域中產(chǎn)生單軸的應(yīng)變。當(dāng)形成Si/Ge材料時(shí)，PMOS晶體管的漏極與源極 區(qū)域系選擇性地凹陷以形成空腔(cavity)，而NMOS晶體管系被遮罩，接著通過外延生長 (epitaxial growth)將硅/鍺材料選擇性地形成在PMOS晶體管中。雖然此技術(shù)有鑒于P溝道晶體管與整體CMOS裝置的性能增益而具有顯著的優(yōu)勢， 然而，已證明在包含大量晶體管元件的先進(jìn)半導(dǎo)體裝置中，可觀察到裝置性能的增加之變 化性，其可能關(guān)聯(lián)于上述用于在P溝道晶體管的漏極與源極區(qū)域中并入應(yīng)變硅鍺合金的技 術(shù)，此將參考圖Ia與圖Ib而詳細(xì)描述。圖Ia概要說明包括先進(jìn)P溝道晶體管150之習(xí)知半導(dǎo)體裝置100的剖面圖，如上 所解釋，基于應(yīng)變硅/鍺合金可增加P溝道晶體管的性能。半導(dǎo)體裝置100包括襯底101 (例 如，硅襯底)，可在該襯底上形成埋藏絕緣層(buried insulating layer) 102。此外，結(jié)晶 硅層103形成在埋藏絕緣層102上，因而代表絕緣體上覆硅(silicon-on-insulator ；S0I) 組構(gòu)。由于，例如，相較于塊狀組構(gòu)(bulkconfiguration)(亦即，硅層103的厚度可顯著大 于晶體管150進(jìn)入層103之垂直延伸的一種組構(gòu))，可減少晶體管150的寄生接面電容，所 以有鑒于整體晶體管性能，SOI組構(gòu)可為有利的。晶體管150可形成在“主動(dòng)”區(qū)域(一般 如103A所指示)中與之上，該主動(dòng)區(qū)域代表半導(dǎo)體層103的一部分，其可通過各自的隔離 結(jié)構(gòu)(未圖示)(例如，淺溝槽隔離等)而界定邊界(bordered)。晶體管150包括柵極電 極結(jié)構(gòu)151，其可被理解為包含導(dǎo)電電極材料151A(代表實(shí)際的柵極電極)的結(jié)構(gòu)，該導(dǎo)電 電極材料可形成在結(jié)構(gòu)151的柵極絕緣層151B上，藉此將柵極電極材料151A與位在主動(dòng) 區(qū)域103A內(nèi)的溝道區(qū)域152電性隔離。此外，柵極電極結(jié)構(gòu)151可包括側(cè)壁間隔件結(jié)構(gòu) 151C，其取決于整體裝置需求而可包含一個(gè)或多個(gè)間隔件元件，并可能結(jié)合蝕刻終止襯墊 (etchstop liner)。此外，晶體管150可包括漏極與源極區(qū)域153，其可通過適當(dāng)摻雜物物 種(例如硼)而界定，其可結(jié)合溝道區(qū)域152與位在漏極與源極區(qū)域153之間的主動(dòng)區(qū)域 103A的任何其他部分而界定PN接面153P，這可顯著地影響晶體管150的整體行為。例如， 漏極與源極區(qū)域153與柵極電極151A重疊的程度可決定有效之溝道長度且也可因此決定 在柵極電極151A與各漏極與源極區(qū)域153之間的電容耦合。同樣地，PN接面153P的有效長度可最終決定晶體管150的寄生接面電容，其也可影響晶體管150的最終完成性能。為 了適當(dāng)?shù)卣{(diào)整整體晶體管特性，常?？蓪⒕哂性黾拥姆磽诫s程度(counter doping level) 的區(qū)域1 設(shè)置于主動(dòng)區(qū)域103A內(nèi)之鄰近漏極與源極區(qū)域153的特定位置，其亦可稱為暈 環(huán)區(qū)域(halo region)。例如，通過適當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生反摻雜區(qū)域154并結(jié)合在漏極與源極區(qū)域 153中提供想要的濃度輪廓，擊穿行為(punch through behavior)、臨界電壓等的調(diào)整可基 于在主動(dòng)區(qū)域103A中的復(fù)雜摻雜物輪廓而實(shí)現(xiàn)。此外，如上所討論，晶體管150可包括在 漏極與源極區(qū)域153中的硅/鍺合金155，其中，硅/鍺合金可具有大于在主動(dòng)區(qū)域103A中 之周圍硅材料之晶格常數(shù)的固有晶格常數(shù)(natural lattice constant)。因此，在基于相 較于材料巧5之固有晶格常數(shù)具有減少之晶格常數(shù)的模板材料(template material)而形 成硅/鍺合金之后，可產(chǎn)生應(yīng)變狀態(tài)并也可在溝道區(qū)域152中誘發(fā)相應(yīng)的應(yīng)變。如上所解 釋，對于半導(dǎo)體層103的材料的標(biāo)準(zhǔn)晶體方位(crystallographic orientation)而言，可 產(chǎn)生單軸的壓縮應(yīng)變元件(亦即，沿著圖Ia中水平方向的應(yīng)變元件)并可造成增加的電洞 遷移率，因此也提升了晶體管150的整體性能。 如圖Ia所示的半導(dǎo)體裝置100可基于下列習(xí)知工藝策略而形成。主動(dòng)區(qū)域103A 可基于隔離結(jié)構(gòu)而界定，其可通過使用已知的光微影(photolithography)、蝕刻、沉積、與 平坦化技術(shù)而形成。之后，例如，通過植入工藝(implantation process)而可在相應(yīng)的主 動(dòng)區(qū)域103A中建立基本的摻雜層。接著，沒有間隔件結(jié)構(gòu)151C的柵極電極結(jié)構(gòu)151可通 過使用復(fù)雜之微影(lithography)與圖案化方案而形成以獲得柵極電極151A與柵極絕緣 層151B。應(yīng)了解，對于柵極電極結(jié)構(gòu)151的圖案化工藝也可包含適當(dāng)蓋層(未圖示)的 圖案化，其可在進(jìn)一步處理期間被使用為遮罩，用于形成硅/鍺材料155。接著，適當(dāng)?shù)膫?cè) 壁間隔件可形成在柵極電極結(jié)構(gòu)151的側(cè)壁上，以便在進(jìn)一步處理期間，結(jié)合蓋層而包覆 (encapsulate)柵極電極151A與柵極絕緣層151B。同時(shí)，適當(dāng)之遮罩層可形成在其他可 不需要應(yīng)變硅/鍺材料155的晶體管區(qū)之上。在適當(dāng)?shù)卣谡謻艠O電極151A與其他裝置區(qū) 之后，可執(zhí)行蝕刻工藝以獲得鄰近柵極電極151A之主動(dòng)區(qū)域103A內(nèi)的空腔。相應(yīng)空腔的 大小與形狀可基于相應(yīng)蝕刻工藝的工藝參數(shù)而調(diào)整，也就是說，實(shí)質(zhì)上各向同性蝕刻行為 (isotropic etch behavior)可造成側(cè)壁間隔件結(jié)構(gòu)的相應(yīng)之底蝕刻(under-etching)，而 實(shí)質(zhì)上各向異性(anisotropic)蝕刻工藝可造成更精確地界定空腔的邊界，不過仍可觀察 到相應(yīng)之角落某些程度變圓(rounding)。在此方面，應(yīng)了解，相應(yīng)已知的各向同性或各向 異性蝕刻工藝可理解為空間各向同性或各向異性工藝，然而，關(guān)于在半導(dǎo)體層103之材料 內(nèi)的不同晶體方位的蝕刻率可實(shí)質(zhì)相同。因此，對于任何晶體方位而言，使用具有實(shí)質(zhì)相同 蝕刻率的蝕刻技術(shù)可在調(diào)整相應(yīng)空腔的大小與形狀方面提供高度彈性，不論是使用“空間” 各向同性或各向異性蝕刻方法。在圖Ia所示的范例中，可假設(shè)基于具有某些程度角落變圓 的實(shí)質(zhì)上空間各向異性蝕刻工藝而可獲得相應(yīng)的空腔。接著，一般使用選擇性外延生長工 藝以沉積硅/鍺材料，其中，可選擇鍺的部分使得可獲得想要程度的晶格不匹配(lattice mismatch)與應(yīng)變。此外，取決于整體工藝策略，在選擇性外延生長工藝之前或之后，可引入 摻雜物物種以形成漏極與源極區(qū)域153的淺部分。常常，在漏極與源極區(qū)域中的各自淺植 入?yún)^(qū)域可稱為延伸(extension)。此外，在選擇性外延生長工藝期間，可引入所需用于形成 漏極與源極區(qū)域的深區(qū)(de印area)的摻雜物物種，因此將材料155成長為重?fù)诫s之半導(dǎo) 體合金。在其他的情況中，漏極與源極區(qū)域153可基于植入順序而完成，其中，間隔件結(jié)構(gòu)151C可作為用于調(diào)整漏極與源極區(qū)域153的橫向輪廓的植入遮罩。典型上，可能必須執(zhí)行 一個(gè)或多個(gè)退火循環(huán)以調(diào)整對于漏極與源極區(qū)域153的最終想要的摻雜物輪廓與/或激活 (activate)可能已通過離子植入并入的摻雜物，并也修補(bǔ)植入所誘發(fā)的損害(damage)。在相應(yīng)的退火工藝期間，典型上，可發(fā)生顯著程度的摻雜物擴(kuò)散，其可取決于基本 半導(dǎo)體材料的特性與摻雜物原子的大小。例如，硼是非常小的原子且因此可在升高的溫度 展示明顯的擴(kuò)散活動(dòng)。然而，由于硅/鍺合金的存在與先前的制造步驟，相應(yīng)的擴(kuò)散可能會(huì) 以高度的非均勻方式來進(jìn)展。也就是，在空腔內(nèi)外延生長材料155之后，不同的晶體方位可 能會(huì)呈現(xiàn)在空腔的暴露表面部分，尤其是在變圓的角落部分處，因此產(chǎn)生復(fù)數(shù)個(gè)再成長材 料155的堆疊缺陷。此外，由于在層103的模板材料與新的成長材料155之間之介面處的 晶格不匹配，將發(fā)生或多或少明顯程度的變形。此外，一般而言，即使在應(yīng)變狀態(tài)中的再成 長，材料155的晶格常數(shù)增加也可造成硼材料的擴(kuò)散活動(dòng)增加。基于這些原因，由于取決于 可由缺陷密度、局部(local)應(yīng)變條件等所決定的局部擴(kuò)散率，硼物種可能會(huì)以空間高度 非均勻方式“穿入(penetrate) ”漏極與源極區(qū)域153之間的區(qū)域，故咸信可能會(huì)產(chǎn)生高度 非均勻之PN接面。圖Ib概要說明在PN接面153P附近之材料155的角落部分155A的放大視圖。如 前所討論，由于復(fù)數(shù)個(gè)不連續(xù)(discontinuity) 153D(例如，堆疊缺陷等)，硼物種的擴(kuò)散 活動(dòng)可能造成“硼導(dǎo)管(boron pipe)”，其可因此造成PN接面153P的整體長度的顯著增 加并結(jié)合非均勻之摻雜物梯度。因此，由于漏極與源極區(qū)域153的變化性(例如可影響寄 生接面電容)，也可觀察到在晶體管性能中的相應(yīng)變化性可能在整體制造工藝期間不與整 體裝置容限(margin)相容。因此，就通過材料155提供的本身高度有效之應(yīng)變誘發(fā)機(jī)構(gòu) 而言，可能必須以較不明顯的方法來使用以獲得增加之工藝裕度(margin)，而在其他習(xí)知 的解決方案中，可基于蝕刻技術(shù)而執(zhí)行空腔蝕刻工藝，其提供相對于基底材料103的不同 晶體軸(crystallographi caxis)的高度各向異性蝕刻行為。例如，“晶體各向異性”蝕 刻技術(shù)為眾所皆知者，其中，例如，相較于其他方向(例如<110>或<100>方位)，在<111> 方向的移除率顯著較低。因此，應(yīng)用個(gè)別的晶體各向異性蝕刻技術(shù)可造成似Σ形的空腔 (sigma-likecavity)，其可通過相應(yīng)之<111>表面界定邊界。然而，前面的方法可能無法完 全開發(fā)出由材料1 提供的應(yīng)變誘發(fā)機(jī)構(gòu)的可能性，而后面的方法可能需要特定設(shè)計(jì)的蝕 刻工藝，從而降低在調(diào)整相應(yīng)空腔與應(yīng)變誘發(fā)材料155的大小與形狀上的彈性。本發(fā)明系關(guān)于可避免或至少減少一個(gè)或多個(gè)如上所述的問題的影響的各種方法 與裝置。

發(fā)明內(nèi)容
以下提出本發(fā)明之簡化概述，以提供本發(fā)明之某些態(tài)樣之基本理解。此概述并非 本發(fā)明之廣泛概觀，且此概述不試圖去識(shí)別本發(fā)明之重要或關(guān)鍵的元件，也非描述本發(fā)明 之范圍。此概述的唯一目的系以簡化之形式提出一些概念，作為以下討論之更詳細(xì)描述之序言。一般而言，本發(fā)明關(guān)于可通過減少漏極與源極區(qū)域之PN接面的非均勻性而改善 晶體管性能的方法與半導(dǎo)體裝置，其中，該漏極與源極區(qū)域可包括應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體合金 (strain-inducing semiconductor alloy)，諸如硅/鍺等。為此目的，摻雜物物種(例如硼)的擴(kuò)散特性可基于在PN接面附近的不連續(xù)(discontinuities)之減少程度而控制，其 中，該不連續(xù)可能已在先前之制造工藝期間產(chǎn)生，該先前之制造工藝包含空間地各向同性 或各向異性蝕刻工藝并結(jié)合用于提供應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體合金之外延生長技術(shù)。在此揭露的一 些例示態(tài)樣中，可通過并入適當(dāng)擴(kuò)散阻礙物種(diffusion hindering species)(例如氮、 碳等)而減少摻雜物物種之非均勻擴(kuò)散的程度，該擴(kuò)散阻礙物種可沿著PN接面的一定距離 而放置，尤其是在例如包含應(yīng)變半導(dǎo)體合金之空腔的角落等的關(guān)鍵位置處，因此明顯減少 可能在習(xí)知裝置中所遭遇之基于空間各向同性或各向異性的蝕刻技術(shù)而形成的局部高度 非均勻擴(kuò)散行為。結(jié)果，可減少各自的硼導(dǎo)管效應(yīng)，因此，促進(jìn)提升均勻之晶體管行為(例 如關(guān)于PN接面所導(dǎo)致的寄生電容)。在此揭露的其他例示態(tài)樣中，除了上述方法之外或取 代上述方法，可設(shè)置具有適當(dāng)晶體組構(gòu)的半導(dǎo)體基底材料，其可在再成長應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體 合金時(shí)減少晶格缺陷(例如堆疊錯(cuò)誤等)的數(shù)量。例如，“垂直”與“水平”成長方向可代表 相應(yīng)于均等結(jié)晶軸的晶體方位，因此在諸如相應(yīng)之空腔的角落的關(guān)鍵位置減少晶格不匹配 與堆疊錯(cuò)誤的數(shù)量。結(jié)果，可使用已知且彈性的空間各向同性或各向異性蝕刻技術(shù)，從而維 持適當(dāng)?shù)貨Q定用于容納應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體合金之空腔的尺寸之高度彈性，同時(shí)可完成所得到 的PN接面的均勻性提升。此外，可結(jié)合兩種方法(亦即提供可作用為擴(kuò)散阻礙物種的淺植 入物種與適當(dāng)選擇的半導(dǎo)體基底材料的晶體組構(gòu))，從而甚至提升整體裝置之均勻性。結(jié) 果，性能變化性的減少可促進(jìn)相應(yīng)之工藝技術(shù)的進(jìn)一步的縮放比例性，而在同一時(shí)間對于 給定的產(chǎn)品品質(zhì)而言，可增加產(chǎn)量。在此揭露的一個(gè)例示方法包括在主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)域中形成場效應(yīng)晶體管的漏極與 源極區(qū)域，其中，該漏極與源極區(qū)域包括應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體合金。該方法額外包括將擴(kuò)散阻礙 物種置于該主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)的空間性受限制區(qū)(spatially restricted area)處，該空 間性受限制區(qū)相應(yīng)于由該漏極與源極區(qū)域所形成的PN接面的至少一部分。最后，該方法包 括退火該漏極與源極區(qū)域以激活在該漏極與源極區(qū)域中的摻雜物。在此揭露的進(jìn)一步例示方法包括在結(jié)晶半導(dǎo)體區(qū)域(crystallinesemiconductor region)中形成空腔，該空腔鄰近形成于該結(jié)晶半導(dǎo)體區(qū)域的一部分之上的柵極電極結(jié)構(gòu)。 該結(jié)晶半導(dǎo)體區(qū)域包括立方晶格結(jié)構(gòu)，而該空腔界定相應(yīng)于第一晶體方向的長度方向，該 第一晶體方向?qū)嵸|(zhì)上等于由該結(jié)晶半導(dǎo)體區(qū)域的表面方位所界定的第二晶體方向。該方法 進(jìn)一步包括在該空腔中形成應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體合金，以及在鄰近該柵極電極結(jié)構(gòu)之該半導(dǎo)體 區(qū)域中形成漏極與源極區(qū)域。在此揭露的一個(gè)例示半導(dǎo)體裝置包括晶體管，其形成在襯底之上。該晶體管包括 漏極與源極區(qū)域，基于硼作為摻雜物物種而形成在主動(dòng)區(qū)域中，其中，該漏極與源極區(qū)域與 該晶體管之溝道區(qū)域形成PN接面，其中，該漏極與源極區(qū)域包含應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體合金。此 外，該晶體管包括非摻雜擴(kuò)散阻礙物種，其至少沿著該P(yáng)N接面的一部分而放置。


通過參考以上描述并結(jié)合附圖可了解本揭露內(nèi)容，其中，相同的元件符號代表相 同的元件，其中圖Ia概要說明根據(jù)習(xí)知策略之包含先進(jìn)晶體管元件的半導(dǎo)體裝置的剖面圖，該 先進(jìn)晶體管元件具有形成在漏極與源極區(qū)中之硅/鍺合金，其中，可發(fā)生顯著的非均勻硼擴(kuò)散；圖Ib概要說明關(guān)于在圖Ia的習(xí)知晶體管裝置的非均勻硼擴(kuò)散的關(guān)鍵區(qū)的放大視 圖；圖加至圖概要說明根據(jù)例示實(shí)施例，用于基于彈性蝕刻工藝與應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo) 體合金而形成提升均勻性的PN接面之在各種制造階段期間的半導(dǎo)體裝置的剖面圖；圖2f概要說明圖加之裝置之PN接面之關(guān)鍵部分的放大視圖；圖3a至圖北分別概要說明根據(jù)例示實(shí)施例之包含半導(dǎo)體基底材料之晶體管之上 視圖與剖面圖，其中，在水平與垂直方向的晶體平面可為均等以在再成長應(yīng)變誘導(dǎo)半導(dǎo)體 合金之后減少晶格缺陷；圖3c至圖3d分別概要說明根據(jù)進(jìn)一步的例示實(shí)施例之上視圖與剖面圖，其中，可 使用不同類型的晶體平面；圖3e至圖3f概要說明根據(jù)進(jìn)一步的例示實(shí)施例之在各種制造階段的剖面圖，其 系基于參考圖3a至圖3d所討論的原理而形成應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體合金，以便減少摻雜物物種 (例如硼)的擴(kuò)散非均勻性；以及圖4概要說明根據(jù)進(jìn)一步的例示實(shí)施例之設(shè)有提升均勻性而具有應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo) 體合金與PN接面的晶體管。在此揭露的發(fā)明主題可容許作各種之修改和替代形式，而在此之特定實(shí)施例系由 圖式中之范例顯示及在此詳細(xì)描述。然而，應(yīng)暸解到在此特定實(shí)施例之描述并不欲用來限 制本發(fā)明為所揭露之特定形式，反之，本發(fā)明將涵蓋所有落于由所附申請專利范圍所界定 之本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)之修改、等效和替代內(nèi)容。
具體實(shí)施例方式以下將描述本發(fā)明的各種例示實(shí)施例。為清楚說明，本說明書并未描述實(shí)際實(shí)作 的所有特征。當(dāng)然，應(yīng)了解，在任何此種實(shí)際實(shí)施例的開發(fā)中，必須做出許多特定實(shí)作的決 定以達(dá)到開發(fā)者的特定目標(biāo)，諸如符合與系統(tǒng)相關(guān)和與商業(yè)相關(guān)的限制條件，而這些限制 條件會(huì)隨著不同實(shí)作而有所變化。此外，應(yīng)了解此種開發(fā)努力可能是復(fù)雜且耗時(shí)的，然而， 對從本發(fā)明揭露內(nèi)容中獲益的本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，不過是一種例行工作?，F(xiàn)在將參照附圖來描述本發(fā)明。在圖式中概要描述各種結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)與裝置僅為了 解釋之目的，而不以本領(lǐng)域的技術(shù)人員習(xí)知的技術(shù)細(xì)節(jié)模糊本發(fā)明。此外，包含的附圖用以 描述與解釋本發(fā)明的例示范例。在此使用的文字與用語應(yīng)被理解且解釋成具有與相關(guān)領(lǐng)域 的技術(shù)人員所了解的文字與用語一致的意義。在此前后一致使用的術(shù)語和用語并非暗示該 術(shù)語或用語的特別的定義，也就是與本領(lǐng)域的技術(shù)人員了解的普通且慣用的意義所不同的 定義。如果一個(gè)術(shù)語或用語具有特別的意義時(shí)，也就是不同于技術(shù)人員所了解的意義時(shí)，本 說明書將會(huì)以明確的方式來清楚地說明此種特別的定義，并直接且明確地提供該術(shù)語或用 語的特別的定義。一般而言，本發(fā)明提供下述之技術(shù)與半導(dǎo)體裝置，亦即，在漏極與源極區(qū)域中包括 有應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體合金(strain-inducingsemiconductor alloy)的晶體管中之PN接面的 均勻性之提升可通過減少摻雜物種(例如硼)的外擴(kuò)散(out-diffusion)程度而實(shí)現(xiàn)的， 同時(shí)在用于形成應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體合金的選擇性外延生長工藝之前，不會(huì)過度降低形成適當(dāng)空腔的彈性。為此目的，在一些例示實(shí)施例中，至少PN接面的關(guān)鍵部分可“嵌入”入擴(kuò)散阻 礙“環(huán)境”(diffusion hindering “environment”)，其可造成摻雜物物種的擴(kuò)散性減小。 例如，適當(dāng)?shù)臄U(kuò)散阻礙物種(diffusion hindering species)(例如，氮、碳、氟等)可適當(dāng) 地位在至少PN接面的關(guān)鍵部分附近以減少任何“導(dǎo)管(piping)”效應(yīng)，其中，該效應(yīng)可在 習(xí)知使用硼摻雜物物種的精密P溝道晶體管中觀察到。因此，可實(shí)現(xiàn)晶體管特性的變化性 之減小，同時(shí)一般而言可獲得提升性能之傾向，這是因?yàn)榈湫蜕?，在任何熱處理期間(其典 型上可造成摻雜物擴(kuò)散)由于擴(kuò)散阻礙物種的“導(dǎo)正(straighten)”效應(yīng)至少可減少寄生 接面電容之故。由于，典型上，擴(kuò)散阻礙物種可以“非摻雜”物種的形式提供，所以可避免在 PN接面處之電子特性之顯著影響(除了形狀與摻雜物梯度的提升均勻性之外)，因此也促 成提升晶體管特性之整體均勻性。在其他例示實(shí)施例中，除了上述技術(shù)之外或取代上述技術(shù)，可減少晶格缺陷的產(chǎn) 生，同時(shí)仍然維持形成用于容納應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體合金之空腔的高度彈性，其中，在選擇性外 延生長工藝期間的情況(condition)可通過在空腔中設(shè)置更精確界定的模板平面而改善， 該空腔例如可基于空間各向異性蝕刻工藝而形成。也就是，在此情況中，空腔的實(shí)質(zhì)垂直與 實(shí)質(zhì)水平表面可代表相等的晶體平面，使得應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體合金的相應(yīng)之垂直與水平成長 甚至在關(guān)鍵裝置區(qū)(例如空腔的角落)亦可發(fā)生程度減小的晶格不匹配，其中，在空腔的角 落典型可存在有復(fù)數(shù)個(gè)不同的晶體軸。此外，通過在選擇性磊晶工藝期間結(jié)合提升之成長 情況與通過使用擴(kuò)散阻礙物種，甚至可實(shí)現(xiàn)PN接面的進(jìn)一步提升之整體均勻性。因此，當(dāng) 相較于可能時(shí)常使用以在選擇性成長應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體合金之后減少晶格缺陷的數(shù)量之習(xí) 知晶體各向異性蝕刻技術(shù)時(shí)，相較于習(xí)知技術(shù)，可減少晶體管性能之變化或可維持關(guān)于使 用已知蝕刻技術(shù)的提高之彈性。圖加概要說明包括襯底201的半導(dǎo)體裝置200的剖面圖，在襯底上可形成半導(dǎo)體 層203。襯底201可代表任何適當(dāng)載體材料，用于形成半導(dǎo)體層203在其上。如圖所示的 實(shí)施例中，埋藏絕緣層202(例如氧化層、氮化硅層等)可位于襯底201與半導(dǎo)體層203之 間，因此界定了 SOI組構(gòu)。應(yīng)了解，揭露于此的原理是高度有利于在本文中的SOI晶體管， 其中，由于PN接面可向下延伸至埋藏絕緣層202，所以一般可獲得減少PN接面電容的優(yōu)勢。 然而，關(guān)于塊狀晶體管組構(gòu)，相應(yīng)之晶體管PN接面的均勻性提升也是有利的。因此，在其他 例示實(shí)施例中，如果對于半導(dǎo)體裝置200的整體性能視為適當(dāng)，則半導(dǎo)體裝置200可為基 于塊狀組構(gòu)者或可在其他裝置區(qū)包括塊狀組構(gòu)。在所示的實(shí)施例中，半導(dǎo)體層203的一部 分可代表主動(dòng)區(qū)域，其也可稱為主動(dòng)區(qū)域203A。應(yīng)了解，主動(dòng)區(qū)域203A可取決于整體裝置 組構(gòu)而容納復(fù)數(shù)個(gè)相同導(dǎo)電性類型的晶體管元件或可包含單一晶體管。例如，在密集裝填 (packed)的裝置區(qū)域中(例如，靜態(tài)RAM區(qū))，復(fù)數(shù)個(gè)相同導(dǎo)電性類型的晶體管元件可設(shè)置 在單一主動(dòng)區(qū)域內(nèi)，其中，至少一些晶體管元件可容納應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體合金。在所示的實(shí)施 例中，主動(dòng)區(qū)域203A可組構(gòu)成形成在P溝道晶體管中與之上。在其他情況中，當(dāng)N類型摻 雜物物種的相應(yīng)擴(kuò)散活動(dòng)可視為不適當(dāng)時(shí)，則可考慮到N溝道晶體管。此外，晶體管250可 設(shè)置在早期制造階段中，其中，柵極電極251A可形成在溝道區(qū)域252之上并具有中間柵極 絕緣層251B。應(yīng)了解，在此制造階段中，柵極電極251A可包括任何適當(dāng)?shù)牟牧希缍嗑?硅等，其中，取決于整體工藝與裝置需要，整體柵極電極251A的一部分或全部可通過提升 導(dǎo)電性之材料而取代。同樣地，柵極絕緣層251B可包括各種材料，例如，基于二氧化硅的材料、氮化硅等，其中，可結(jié)合此種“習(xí)知”介電質(zhì)或代替這些材料，而使用高k介電材料，例如 氧化鉿、氧化鋯等。一般而言，高k介電材料被理解為具有10.0或更大的介電常數(shù)的材料。 柵極電極25IA可通過蓋層204和側(cè)壁間隔件205包覆，其可由氮化硅或任何其他在蝕刻工 藝207期間可作為遮罩的適當(dāng)材料來構(gòu)成，以便設(shè)置鄰近柵極電極251A(亦即，側(cè)壁間隔件 205)的凹部(recess)或空腔206。如圖加所示的半導(dǎo)體裝置200可基于下列工藝而形成。在例如通過設(shè)置適當(dāng)隔 離結(jié)構(gòu)(未圖示)而形成主動(dòng)區(qū)域203A之后(其可能涉及已建立完善的制造技術(shù))，例如， 可基于先前參考裝置100所描述的工藝技術(shù)，而形成柵極電極251A與柵極絕緣層251B。在 此制造順序期間，例如，通過在相應(yīng)之柵極電極材料上形成各自的氮化硅層，而亦可圖案化 蓋層204。接著，側(cè)壁間隔件205可通過下述方式而形成沉積適當(dāng)材料(例如，氮化硅材 料)，且各向異性蝕刻在主動(dòng)區(qū)域203A之上的該材料，同時(shí)在不希望形成間隔件元件的其 他裝置區(qū)中覆蓋氮化硅材料。接著，蝕刻工藝207可基于適當(dāng)選擇的蝕刻參數(shù)而執(zhí)行以調(diào) 整空腔206想要的大小與形狀。工藝207可代表移除率可實(shí)質(zhì)上獨(dú)立于層203之材料的 任何晶體方位的蝕刻工藝。也就是，蝕刻工藝207的工藝參數(shù)可相關(guān)于各向同性或各向異 性的空間程度而選擇，而半導(dǎo)體材料203的晶體方位可不會(huì)顯著地影響移除率。也就是，可 使用已知之基于電漿的蝕刻技術(shù)，其中，各向異性或各向同性的空間程度可通過選擇參數(shù) (例如，偏壓電力、壓力、溫度等)而調(diào)整，并結(jié)合可在蝕刻工藝期間多少可保護(hù)各自側(cè)壁部 分的特定有機(jī)聚合物物種，藉此允許蝕刻鋒(etch front)的實(shí)質(zhì)垂直之前進(jìn)。在此方面， 應(yīng)了解，任何位置的陳述(例如，水平、垂直等)均視為相對于參考平面(例如，在埋藏絕緣 層202與半導(dǎo)體層203之間的介面202S)而言者。因此，水平方向視為實(shí)質(zhì)上平行于介面 202S的方向，而垂直方向被理解為實(shí)質(zhì)上垂直介面202S的方向。因此，在所示的實(shí)施例中，由于間隔件結(jié)構(gòu)205的顯著底蝕刻對于裝置200可視為 不適當(dāng)，所以蝕刻工藝207可代表實(shí)質(zhì)上各向異性蝕刻工藝。在其他實(shí)施例中，當(dāng)想要具有 較圓之形狀的空腔206時(shí)，至少在蝕刻工藝的某些階段期間，可通過在工藝207中使用適當(dāng) 參數(shù)而調(diào)整更多之各向同性行為。在一些例示實(shí)施例中，在形成間隔件結(jié)構(gòu)205之前，取決于制造策略，可執(zhí)行一個(gè) 或多個(gè)植入工藝以引入摻雜物物種與/或擴(kuò)散阻礙物種。例如，在一個(gè)例示實(shí)施例中，依據(jù) 晶體管250的特性的需求，用于形成漏極與源極延伸區(qū)域253E的摻雜物物種可例如以硼或 氟化硼離子的形式引入。在一個(gè)例示實(shí)施例中，當(dāng)“嵌入”漏極與源極延伸區(qū)域253E對于 提升晶體管250的PN接面的整體均勻性可視為有利時(shí)，可在個(gè)別的離子植入步驟中額外引 入擴(kuò)散阻礙物種256A。例如，即使在溝道區(qū)域252附近之晶格缺陷的發(fā)生可能較不明顯，但 有鑒于在后續(xù)裝置200的熱處理期間可更精確控制最終獲得的溝道長度以及因此獲得的 重疊電容(overlap capacitance)，則限制例如硼的擴(kuò)散活動(dòng)仍然是有利的。因此，例如，以 氮碳、氟等的形式并入擴(kuò)散阻礙物種256A可因此造成最終獲得晶體管特性的均勻性提升。 為此目的，可執(zhí)行特別設(shè)計(jì)之植入步驟以便將物種256A置于PN接面253P附近，使得在摻 雜物物種的后續(xù)擴(kuò)散活動(dòng)期間，額外的擴(kuò)散阻礙物種256A可提供下述環(huán)境相較于通過擴(kuò) 散阻礙物種256A界定或描述之區(qū)，平均擴(kuò)散路徑長度可為較少。在本文中，應(yīng)了解，通過擴(kuò) 散阻礙物種256A界定之區(qū)可視為在該區(qū)中的擴(kuò)散阻礙物種的濃度相較于最大濃度下降 兩個(gè)量級(two orders of magnitude)的區(qū)。也就是，“擴(kuò)散阻礙區(qū)”的任何外側(cè)區(qū)可定義為包含具有濃度小于最大濃度兩個(gè)量級的擴(kuò)散阻礙物種。通過選擇適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)(例如，植入能量與劑量)，能以適當(dāng)濃度定位擴(kuò)散阻礙 物種256A，其可容易地基于已知模擬程式、經(jīng)驗(yàn)、測試等而決定。例如，取決于在延伸區(qū)域 253E中硼物種的濃度，能以大約每立方公分IO"5至IO19原子或更高的濃度并入碳或氮。此 可通過植入劑量大約每平方公分IOw至IO16離子并使用自數(shù)keV至數(shù)十keV的植入能量而 完成。在其他例示實(shí)施例中，取決于整體工藝策略，可在此制造階段并入擴(kuò)散阻礙物種 256A而不形成延伸區(qū)域253E，其可在后續(xù)的工藝階段形成。圖2b概要說明根據(jù)進(jìn)一步例示實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置200，其中，在通過應(yīng)變誘發(fā) 半導(dǎo)體合金填充空腔206之前，可通過離子植入工藝208引入擴(kuò)散阻礙物種256。在所示 的實(shí)施例中，如上所解釋，取決于整體策略，也可并入擴(kuò)散阻礙物種256A而可形成或不形 成延伸區(qū)域253E。在植入工藝208期間，適當(dāng)之植入物種(例如氮、碳、氟等)可基于特別 選擇的植入?yún)?shù)而引入，其中，如圖示，亦可使用某傾斜角度(tilt angle)以使由物種256 所界定的區(qū)具有想要的形狀。在此制造階段引入擴(kuò)散阻礙物種對于下述工藝策略可為有利 的，在該工藝策略中，深漏極與源極區(qū)的摻雜物物種可基于在后續(xù)階段執(zhí)行的選擇性外延 生長工藝而并入以便填入空腔206。在此情況中，區(qū)域256可在植入工藝208期間以有效方 式形成，同時(shí)避免將形成在空腔206中的應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體合金的過度晶格損害，同時(shí)，也由 于適度低的植入劑量，可避免空腔206之暴露表面部分的顯著損害。在其他情況中，若對于 后續(xù)之選擇性外延生長工藝，相應(yīng)的損害被視為不適當(dāng)時(shí)，可執(zhí)行適當(dāng)?shù)耐嘶鸸に?可能 為在選擇外延生長工藝之前的先決條件步驟)以減少由植入工藝208產(chǎn)生的晶格損害。關(guān) 于選擇工藝208的適當(dāng)植入?yún)?shù)，應(yīng)用如參考圖加所先前解釋的相同標(biāo)準(zhǔn)。圖2c概要說明根據(jù)其他例示實(shí)施例在進(jìn)一步前進(jìn)之制造階段中的半導(dǎo)體裝置 200。如圖所示，應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體合金255可形成在空腔206中，其可通過使用已知之選擇性 外延生長技術(shù)而實(shí)現(xiàn)，在該外延生長技術(shù)中，以下述方式調(diào)整沉積參數(shù)可在暴露結(jié)晶表面 部分處獲得想要的半導(dǎo)體合金(例如硅/鍺、硅/碳等)的顯著成長，同時(shí)實(shí)質(zhì)上避免在其 他表面區(qū)(例如間隔件205的介電材料與蓋層204(圖加))上的任何半導(dǎo)體合金的沉積。 此外，在所示的實(shí)施例中，在早期制造階段中若未形成區(qū)域253E，則在植入工藝209期間可 形成延伸區(qū)域253E。也就是，在移除間隔件元件205與蓋層204(圖加)以及(如果需要的 話)形成相應(yīng)之偏移間隔件(未圖示)之后，可在植入工藝209期間并入摻雜物物種(例 如，硼、二氟化硼等)，其中，在一些例示實(shí)施例中，如果需要的話，可施加額外的植入步驟以 并入擴(kuò)散阻礙物種以形成區(qū)域256A。此外，可通過提供反摻雜區(qū)域2 (其也可稱為暈環(huán)區(qū) 域)而調(diào)整特定晶體管特性，如前述參考裝置100的解釋。為此目的，若晶體管250代表P 溝道晶體管，可執(zhí)行傾斜植入工藝209A以引入N型摻雜物物種。圖2d概要說明在進(jìn)一步前進(jìn)之制造階段的半導(dǎo)體裝置200。如圖所示，柵極電極 結(jié)構(gòu)251包含柵極電極251A、柵極絕緣層251B、與可依據(jù)整體裝置需求而設(shè)置之間隔件結(jié) 構(gòu)251C。也就是，間隔件結(jié)構(gòu)251C可具有裝置200的進(jìn)一步處理如所需的適當(dāng)寬度。例如， 在所示的實(shí)施例中，間隔件結(jié)構(gòu)251C可(結(jié)合柵極電極251A)使用為植入遮罩，用于形成 深漏極與源極區(qū)253D，該深漏極與源極區(qū)(結(jié)合延伸區(qū)域253E)可界定晶體管250的漏極 與源極區(qū)域253。應(yīng)了解，若需要用于漏極與源極區(qū)域253的更復(fù)雜橫向摻雜物輪廓，間隔件結(jié)構(gòu)251C可包含數(shù)個(gè)個(gè)別的間隔件元件。在其他情況中，當(dāng)漏極與源極區(qū)域253系將基 于用于形成應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體合金255的外延生長工藝期間所并入之摻雜物物種而形成時(shí)， 間隔件結(jié)構(gòu)251C可代表將在后續(xù)制造階段執(zhí)行硅化工藝中所用的遮罩。因此，在一些例示 實(shí)施例中，用于界定深漏極與源極區(qū)253D的摻雜物物種可至少部分嵌入在擴(kuò)散阻礙物種 256中，因此在后續(xù)退火工藝期間提供摻雜物物種更均勻的擴(kuò)散行為。在其他例示實(shí)施例 中，如前所解釋，除了任何可使用于形成深漏極與源極區(qū)253D的植入工藝之外，還可執(zhí)行 進(jìn)一步的植入工藝210以便將擴(kuò)散阻礙物種256至少放置在關(guān)于晶格缺陷的主動(dòng)區(qū)域203A 的關(guān)鍵部分處。也就是，取決于整體工藝策略，在先前的制造順序期間，可并入或不并入擴(kuò) 散阻礙物種256A，然而，當(dāng)在早期制造階段中不執(zhí)行各自的植入時(shí)(例如如圖2b所示)，在 工藝210期間可引入物種256。結(jié)果，在工藝210期間，可例如基于已知的模擬程式而選擇 關(guān)于劑量、能量與傾斜角度的適當(dāng)工藝參數(shù)，以便適當(dāng)?shù)胤胖脭U(kuò)散阻礙物種256。尤其是，可 選擇植入?yún)?shù)(例如在工藝210期間的傾斜角度)使得擴(kuò)散阻礙物種256可設(shè)置在角落部 分255A處，而如前所解釋，其中，在先前制造順序期間可能會(huì)在該角落部分處產(chǎn)生提升的 缺陷密度。圖2e概要說明在退火工藝211期間的半導(dǎo)體裝置200，在該期間由植入誘發(fā)之損 害可被治愈(cure)至某程度，而由于相應(yīng)之摻雜物物種(例如硼)的熱誘發(fā)性擴(kuò)散，也可 調(diào)整漏極與源極區(qū)域253的最終想要的輪廓。此外，若業(yè)已基于植入工藝而形成漏極與源 極區(qū)域253(至少深漏極與源極區(qū)253D)，則在退火工藝211期間，也可再結(jié)晶相應(yīng)的晶格 損害。如前所解釋，可能發(fā)生輕與小的原子(例如硼)的顯著擴(kuò)散，其中，根據(jù)在形成應(yīng)變 誘發(fā)半導(dǎo)體合金255期間所獲得的各自之晶格缺陷與晶格不匹配，擴(kuò)散性可能會(huì)局部地變 化。由于在植入或沉積之后的漏極與源極區(qū)域253嵌入在擴(kuò)散阻礙物種256內(nèi)，故可能發(fā)生 擴(kuò)散活動(dòng)的限制，藉此也減少非均勻性的增加，特別是在關(guān)鍵的裝置區(qū)中，例如角落255A。圖2f概要說明如圖2e所示的關(guān)鍵區(qū)255A的放大圖式。如圖所示，例如，為堆疊 錯(cuò)誤(stack fault)等形式的普通高程度的晶格缺陷253F可能存在于角落部分255A，這 會(huì)習(xí)知地造成摻雜物物種(例如，硼)的高度非均勻擴(kuò)散行為，因而產(chǎn)生可能造成高度的接 面電容變化性的“摻雜物導(dǎo)管(dopant pipe) ”，如前所解釋。根據(jù)擴(kuò)散阻礙物種256，不連 續(xù)面253F對于擴(kuò)散活動(dòng)的影響可顯著減低，藉此形成具有較不明顯之摻雜物導(dǎo)管的PN接 面253P，使得PN接面253P可實(shí)質(zhì)上拘限在由擴(kuò)散阻礙物種256形成之區(qū)內(nèi)。由于PN接面 253P相較于習(xí)知裝置(參見圖lb)的“平滑化(smoothing)”，所得到的接面電容可較少且 也可展現(xiàn)減少的公差(tolerance)，因此造成整體裝置特性的改善同時(shí)也減少在復(fù)雜半導(dǎo) 體裝置中的晶體管變化性。例如，由于摻雜物物種(例如，硼)的擴(kuò)散行為的均勻性增加， 在密集裝填之靜態(tài)RAM區(qū)中，可提升記憶體區(qū)的操作穩(wěn)定性。同樣地，如前所解釋，通過在 溝道區(qū)域252提供擴(kuò)散阻礙物種256A，亦能以提升之均勻性而調(diào)整相應(yīng)的重疊電容，其也 可造成整體裝置性能與操作穩(wěn)定性。應(yīng)了解，擴(kuò)散阻礙物種256A、256可沿著PN接面253P 的整體長度設(shè)置，如圖加所示的范例，而在其他實(shí)施例中，物種256可設(shè)置在關(guān)鍵區(qū)處，例 如角落部分255A。參考圖3a至圖3f，現(xiàn)在將詳細(xì)描述進(jìn)一步的例示實(shí)施例，其中，通過適當(dāng)選擇基 底半導(dǎo)體材料的晶體組構(gòu)而可減少晶格缺陷的產(chǎn)生。圖3a概要說明包括晶體管350的半導(dǎo)體裝置300的上視圖，其可形成在半導(dǎo)體層303(例如硅層等)上，其可具有立方晶格結(jié)構(gòu)。眾所周知，在習(xí)知技術(shù)中，基本硅層可以 (100)表面方位設(shè)置，其中，晶體管長度方向(亦即在圖3a中的水平方向)系沿著<110>方 向方位。在此方面，應(yīng)了解晶體方位一般系由所謂的米勒指數(shù)(Miller indices)來表達(dá)， 其通過在平面中給予三個(gè)非在同一直線的原子的座標(biāo)來描述結(jié)晶平面的位置與方位。此可 通過米勒指數(shù)而方便地表達(dá)，其決定步驟如下三個(gè)基本軸的截距(intercut)系依據(jù)所考慮的半導(dǎo)體結(jié)晶的晶格常數(shù)而決定； 以及取這些數(shù)字的倒數(shù)(reciprocal)并減少至具有相同比例的最小的三個(gè)整數(shù)，其 中，各自的結(jié)果以圓括號寫下，以便指出特定的結(jié)晶平面。為方便起見，在此對稱均等的平 面也都以相同的米勒指數(shù)表示。例如，(100)、(010)、(001)平面等系實(shí)際上均等且可一般 表示為(100)平面。同樣地，晶體方向也可基于米勒指數(shù)而表達(dá)，而該米勒指數(shù)代表具有相同比例的 最小整數(shù)組為在想要方向的各自向量的分量。例如，在具有立方晶格結(jié)構(gòu)的結(jié)晶(例如硅 結(jié)晶)中，通過米勒指數(shù)的某個(gè)組所分類的晶格方向系垂直于通過相同組之米勒指數(shù)所代 表的平面。因此，對于硅層(例如圖Ia的硅層103)的標(biāo)準(zhǔn)的晶體方位而言，各自的表面是 (100)表面而晶體管長度方向與晶體管寬度方向是對準(zhǔn)<110>方向。因此，對于必須在包含 垂直與水平表面部分的空腔中成長的晶體材料而言，成長方向可代表不同的晶體方位(亦 即<100>與<110>方向)，其可導(dǎo)致在選擇性外延生長工藝期間的堆疊錯(cuò)誤增加。然而，根 據(jù)參考圖3a至圖3f所描述的實(shí)施例，半導(dǎo)體層303可具有關(guān)于其晶體方位的適當(dāng)組構(gòu)， 使得可在所示的制造階段中包含柵極電極351A、柵極絕緣層(未圖示)與側(cè)壁間隔件結(jié)構(gòu) 305的晶體管350對準(zhǔn)半導(dǎo)體層303的晶體方向，以便當(dāng)在凹部306中成長半導(dǎo)體合金時(shí)， 呈現(xiàn)實(shí)質(zhì)上相同(亦即均等)之結(jié)晶成長方向。例如，半導(dǎo)體層303可代表具有(100)表 面方位的硅基結(jié)晶層，其中，長度方向沿著<100>方向?qū)?zhǔn)。也就是，相對于習(xí)知的設(shè)計(jì)，長 度方向系旋轉(zhuǎn)45度，其可例如通過相對于習(xí)知組構(gòu)相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)硅晶圓而實(shí)現(xiàn)，其中，典型 上各自的凹口(notch)可指出<110>方向。圖北概要說明如圖3a所示的裝置300的剖面圖，其中，空腔306系概要地顯示為 斜線區(qū)(hatched area)，其界定水平與垂直成長方向，該等方向通過相同的米勒指數(shù)(亦 即對于水平與垂直成長工藝的各自模板表面為(100)表面)而特定，因此減少在習(xí)知技術(shù) 中會(huì)在成長應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體合金(例如硅/鍺合金)后產(chǎn)生的個(gè)別堆疊錯(cuò)誤。圖3c概要說明根據(jù)進(jìn)一步例示實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置300，其中，可將半導(dǎo)體層303 設(shè)置成展現(xiàn)(110)表面方位，使得對于立方晶格結(jié)構(gòu)(例如硅)而言，如在圖3c中的相應(yīng) 箭頭所指示，<100>方向與<110>方向可以90度之角度偏移而呈現(xiàn)。圖3d概要說明圖3c的裝置的剖面圖，其中，(100)平面設(shè)置在圖3d的繪圖平面 中，而在空腔306內(nèi)的各自成長方向系基于各自的<110>方向。因此，如前所解釋，在選擇 性成長應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體合金(例如硅/鍺等)之后，可產(chǎn)生減少數(shù)量之堆疊錯(cuò)誤，因此，如 上所討論，提供關(guān)于光摻雜物物種(例如硼)的擴(kuò)散行為的優(yōu)勢。圖!Be概要說明在用以在凹部306填入應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體合金的相應(yīng)外延生長工藝 312期間的半導(dǎo)體裝置300。在工藝312期間，柵極電極351A與柵極絕緣層351B可通過蓋層304與側(cè)壁間隔件305而包覆。由于半導(dǎo)體層303的特定晶體組構(gòu)，實(shí)質(zhì)上均等的結(jié)晶 平面(如米勒指數(shù)(hkl)所指示)可遭遇實(shí)質(zhì)上垂直表面306V與實(shí)質(zhì)上水平表面306H。 因此，可在成長工藝312期間產(chǎn)生減少程度之晶格不連續(xù)。圖3f概要說明具有應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體合金355的半導(dǎo)體裝置300，當(dāng)晶體管350可 代表P溝道晶體管時(shí)，應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體合金可代表硅/鍺材料。此外，在所示的實(shí)施例中， 可在后續(xù)退火工藝期間額外地設(shè)置擴(kuò)散阻礙物種356(例如以氮、碳、氟等形式)，以進(jìn)一步 減少擴(kuò)散非均勻性。在一個(gè)例示實(shí)施例中，擴(kuò)散阻礙材料356可在空間上被限制在關(guān)鍵部 分355A，其中，在先前成長工藝312期間，可能在該關(guān)鍵部分355A處本身產(chǎn)生增加的晶格 缺陷數(shù)量。然而，由于匹配之成長方向<hkl>(參見圖!Be)，可減少相應(yīng)的晶格缺陷353D的 數(shù)量與大小，因此需要擴(kuò)散阻礙物種356的減少濃度與/或局部延伸。例如，在基于適當(dāng)植 入?yún)?shù)(例如，關(guān)于劑量、能量與傾斜角度)的外延生長工藝312之前，為了使物種356具 有適度低之濃度與在想要的位置，可引入擴(kuò)散阻礙物種356。在其他情況中，在植入順序期 間，可通過離子植入而并入擴(kuò)散阻礙物種356，其中，也可形成反摻雜區(qū)域(未圖示)，也如 先前參考裝置100與200所亦解釋者。在其他例示實(shí)施例中，可并入擴(kuò)散阻礙物種356以 便實(shí)質(zhì)上沿著仍將形成的PN接面的整體長度延伸，同樣如圖2e所示。因此，所得到的PN接面的均勻性提升可通過減少缺陷353D的數(shù)量而實(shí)現(xiàn)，其中， 在進(jìn)一步的例示實(shí)施例中，可至少以減少的濃度在關(guān)鍵裝置區(qū)處額外地設(shè)置擴(kuò)散阻礙物種 356，即使有鑒于整體裝置特性而進(jìn)一步減少擴(kuò)散阻礙物種的任何效應(yīng)，仍可提升整體晶體 管均勻性。參考圖4，現(xiàn)將描述進(jìn)一步的例示實(shí)施例，其中，在選擇性外延生長工藝期間，可至 少部分并入擴(kuò)散阻礙物種。圖4概要說明包含襯底401、半導(dǎo)體層403與(視需要之)埋藏絕緣層402的半導(dǎo) 體裝置400的剖面圖。此外，晶體管450可形成在半導(dǎo)體層403的一部分中與之上并可包 括柵極電極結(jié)構(gòu)451、漏極與源極區(qū)域453，其中可設(shè)置應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體材料455。例如，晶 體管450可代表包括硅/鍺合金做為半導(dǎo)體合金455的P溝道晶體管。此外，漏極與源極 區(qū)域可形成在半導(dǎo)體層403中，因此界定PN接面453P，其可具有位在應(yīng)變誘發(fā)材料455內(nèi) 的部分453N。此外，擴(kuò)散阻礙物種456可設(shè)置在材料455與半導(dǎo)體層403的材料之間的介 面處。例如，擴(kuò)散阻礙材料可以碳、氮等形式被并入。因此，在執(zhí)行退火工藝后，擴(kuò)散阻礙材 料456可適當(dāng)?shù)卦陉P(guān)鍵角落部分455A處減少漏極與源極區(qū)域453的摻雜物物種的整體擴(kuò) 散活動(dòng)，因此促成PN接面453P的各自部分453N的均勻性提升。如圖4所示的半導(dǎo)體裝置400可基于如前所述的相似工藝技術(shù)而形成，其中，然 而，在相應(yīng)之外延生長工藝期間，可例如以氮等形式并入擴(kuò)散阻礙物種456，其可通過添加 各自之前驅(qū)物(precursor)成分至沉積環(huán)境(ambient)而實(shí)現(xiàn)。之后，可不繼續(xù)供應(yīng)擴(kuò)散 阻礙物種至沉積環(huán)境，而可基于用于獲得材料455的已知工藝參數(shù)而繼續(xù)成長工藝。之后， 可通過形成漏極與源極區(qū)域453與執(zhí)行退火順序而繼續(xù)進(jìn)一步處理以獲得最終想要的摻 雜物輪廓，其中，如前所亦討論者，物種456可提供提升的整體均勻性。因此，本發(fā)明系關(guān)于在各自退火工藝期間通過提供適當(dāng)條件可提升晶體管特性 (例如P溝道晶體管的行為)的技術(shù)與半導(dǎo)體裝置，以減少在PN接面(尤其是在關(guān)鍵部分) 之與擴(kuò)散相關(guān)的非均勻性，其中，由于應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體合金先前的形成，其可展現(xiàn)增加的缺陷密度。為此目的，擴(kuò)散阻礙物種可適當(dāng)?shù)匚辉赑N接面處以便對摻雜物物種(例如硼)提 供鄰域(neighborhood)，其可造成較不明顯的擴(kuò)散活動(dòng)。在其他情況中，在關(guān)鍵裝置部分的 缺陷密度可通過在各自空腔中適當(dāng)選擇垂直與水平成長方向而減少，其可通過引入擴(kuò)散阻 礙物種而受到輔助，而該擴(kuò)散阻礙物種能以減少之濃度而設(shè)置，因此也減少擴(kuò)散阻礙物種 對整體晶體管特性的任何影響。由于在此揭露的原理，用于形成鄰近柵極電極結(jié)構(gòu)的空腔 的工藝順序可基于晶體各向同性蝕刻技術(shù)(例如以空間非等向或等向的基于電漿的蝕刻 工藝)而實(shí)現(xiàn)，因此提升調(diào)整應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體合金的大小與形狀的彈性。
前述所揭露的特定實(shí)施例僅用于例示說明，對于已由本說明書中獲益的本領(lǐng)域之 技術(shù)人員而言，可用不同但等效的方式來修改和實(shí)施本發(fā)明是顯而易見的。例如，上述所提 出的工藝步驟可以用不同的順序來執(zhí)行。另外，除了以下申請專利范圍中的描述之外，并不 對在此顯示的架構(gòu)或設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)作限制。因此，很明顯地，上述揭露的特定實(shí)施例可改變或 修改，并且所有此等變化都被認(rèn)為是在本發(fā)明的范圍和精神之內(nèi)。因此，本發(fā)明尋求的權(quán)利 保護(hù)范圍系提出在以下之申請專利范圍中。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括下列步驟在主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)域O03A)中形成場效應(yīng)晶體管O50)的漏極與源極區(qū)域053)，該漏 極與源極區(qū)域(25 包括應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體合金055)；將擴(kuò)散阻礙物種056A)置于該主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)域O03A)內(nèi)的空間性受限制區(qū)處，該空 間性受限制區(qū)相應(yīng)于由該漏極與源極區(qū)域(253)所形成的PN接面的至少一區(qū)段；以及退火該漏極與源極區(qū)域053)以激活在該漏極與源極區(qū)域053)中的摻雜物。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，該擴(kuò)散阻礙物種056A)包括碳與氮的其中至少之ο
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，該擴(kuò)散阻礙物種056A)通過執(zhí)行植入工藝而置于 該局部限制區(qū)中。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，該植入工藝是在形成該漏極與源極區(qū)域(25 的至 少深漏極與源極區(qū)之前執(zhí)行。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，將該空間性受限制區(qū)形成為實(shí)質(zhì)上沿著該P(yáng)N接面 的整個(gè)長度延伸。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括通過在該漏極與源極區(qū)域053)中形成空腔 (206)并通過執(zhí)行選擇性外延生長工藝以將該半導(dǎo)體合金(25 填入至該空腔006)，而形 成該應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體合金(255)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，形成該空腔包括執(zhí)行一蝕刻工藝，該蝕刻工藝相對 于該主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)域的材料的晶體軸具有實(shí)質(zhì)上各向同性蝕刻行為。
8.一種方法，包括下列步驟在結(jié)晶半導(dǎo)體區(qū)域(303)中形成空腔(306)，該空腔鄰近形成于該結(jié)晶半導(dǎo)體區(qū)域的 一部分之上的柵極電極結(jié)構(gòu)(351A)，該結(jié)晶半導(dǎo)體區(qū)域包括立方晶格結(jié)構(gòu)，該空腔(306) 界定相應(yīng)于第一晶體方向的長度方向，該第一晶體方向?qū)嵸|(zhì)上等于由該結(jié)晶半導(dǎo)體區(qū)域的 表面方位所界定的第二晶體方向；在該空腔(306)中形成應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體合金(355)；以及在該半導(dǎo)體區(qū)域(303)中形成鄰近該柵極電極結(jié)構(gòu)(351A)的漏極與源極區(qū)域。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，形成該空腔(303)包括執(zhí)行一蝕刻工藝，該蝕刻工 藝相對于該半導(dǎo)體區(qū)域的材料的晶體方位具有實(shí)質(zhì)上各向同性蝕刻行為。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括將擴(kuò)散阻礙物種(356)至少置于通過該漏極 與源極區(qū)域與該半導(dǎo)體區(qū)域的中間部分所形成的PN接面的一區(qū)段的附近。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，該擴(kuò)散阻礙物種(356)通過執(zhí)行植入工藝而放置。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，該植入工藝是獨(dú)立于用以引入摻雜物物種以形 成該漏極與源極區(qū)域而執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)一步的植入工藝之外。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，該擴(kuò)散阻礙物種(356)包括碳、氮與氟的其中至 少之一。
14.一種半導(dǎo)體裝置，包括晶體管050)，形成在襯底之上，該晶體管包括漏極與源極區(qū)域053)，基于硼作為摻雜物物種而形成在主動(dòng)區(qū)域中，該漏極與源極區(qū)域(25 與該晶體管(250)的溝道區(qū)域形成PN接面，該漏極與源極區(qū)域(25 包含應(yīng)變誘 發(fā)半導(dǎo)體合金(25 ，以及非摻雜擴(kuò)散阻礙物種056A)，至少沿著該P(yáng)N接面的一部分而放置。
15.如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體裝置，其中，該非摻雜擴(kuò)散阻礙物種包括碳與氮的其 中至少之一。
16.如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體裝置，其中，在該溝道區(qū)域中的該擴(kuò)散阻礙物種的濃 度是少于該擴(kuò)散阻礙物種的最大濃度至少兩個(gè)量級。
全文摘要
本發(fā)明為一種設(shè)有嵌入硅/鍺材料而具有提升的硼拘限性的晶體管。通過將擴(kuò)散阻礙物種(256A)并入在包括硅/鍺合金(255)的P溝道晶體管的PN接面的附近，可減少關(guān)于PN接面的非均勻性的擴(kuò)散，因此促進(jìn)裝置穩(wěn)定性的提升與整體晶體管性能的增加。能以碳、氮等形式提供擴(kuò)散阻礙物種(256A)。
文檔編號H01L21/336GK102105965SQ200980129155
公開日2011年6月22日 申請日期2009年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月31日
發(fā)明者J·霍尼舒爾, M·維亞特爾, V·帕帕耶奧爾尤 申請人:先進(jìn)微裝置公司