專利名稱：具有摻雜的外延區(qū)域的半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體處理領(lǐng)域，并且更具體地，涉及具有摻雜的外延區(qū)域的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
提高半導(dǎo)體器件、特別是晶體管的性能，始終是半導(dǎo)體工業(yè)中的主要考慮。例如，在金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)的設(shè)計(jì)和制造期間，共同的目標(biāo)總是增加溝道區(qū)域的電子遷移率并減小寄生電阻以改善器件性能。例如，改善器件性能的其它方法包括通過(guò)對(duì)源極/漏極區(qū)域與溝道區(qū)域之間的區(qū)域進(jìn)行摻雜來(lái)減小MOSFET的整體電阻，該區(qū)域被稱為MOSFET的“尖端(tip)”或源極/漏極擴(kuò)展區(qū)域。例如，將摻雜劑注入到源極/漏極區(qū)域中，并且退火步驟使摻雜劑向溝道區(qū)域擴(kuò)散。但是，存在控制摻雜劑濃度和位置方面的限制。此外，注入和摻雜方法沒(méi)有解決在尖端區(qū)域處的橫向底切或寄生電阻的問(wèn)題。


圖I是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面圖。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面圖。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面圖。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的透視圖。圖5A-5F是示出制造圖I中所示的半導(dǎo)體器件的方法的截面圖。圖6A-6F是示出制造圖2中所示的半導(dǎo)體器件的方法的截面圖。圖7A-7C是示出制造圖3中所示的半導(dǎo)體器件的方法的截面圖。圖8A-8I是示出制造圖4中所示的半導(dǎo)體器件的方法的透視圖。圖9-15是圖8E-8I中所示的半導(dǎo)體器件的截面圖。圖SE’是示出圖SE中所示的半導(dǎo)體器件的替代實(shí)施例的透視圖。
圖9’是示出圖9中所示的半導(dǎo)體器件的替代實(shí)施例的透視圖。
具體實(shí)施例方式描述了具有摻雜的外延區(qū)域的半導(dǎo)體器件及其制造方法。在以下描述中，為了提供對(duì)本發(fā)明的全面理解，闡述了大量具體細(xì)節(jié)。在其它實(shí)例中，為了避免不必要地使本發(fā)明難以理解，沒(méi)有特別詳細(xì)地描述公知的半導(dǎo)體處理技術(shù)和特征。本發(fā)明的實(shí)施例描述了在半導(dǎo)體器件上形成外延區(qū)域的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，外延區(qū)域是通過(guò)循環(huán)沉積-蝕刻工藝而沉積的原位碳和磷摻雜的硅(Siy (C，P) i_y)區(qū)域。由非常高摻雜磷的硅(Syvy)外延帽層，來(lái)回填循環(huán)沉積-蝕刻工藝期間在間隔體下方產(chǎn)生的空腔。歸因于由(SiyPh)外延帽層中非常高的磷摻雜提供的溝道區(qū)域處的增大的電子遷移率、減小的短溝道效應(yīng)(歸因于碳抑制了磷擴(kuò)散)以及減小的寄生電阻的組合效應(yīng)，在自對(duì)準(zhǔn)的外延尖端(置位)(Epi Tip(SET))結(jié)構(gòu)中的外延區(qū)域和帽層疊層的制造提供了顯著的晶體管性能增益。圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面圖。半導(dǎo)體器件包括由諸如但不限于單晶硅的半導(dǎo)體材料制成的襯底200。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底200是絕緣體上硅(SOI)襯底的硅膜，或者是包括硅、硅鍺、鍺、III-V族化合物半導(dǎo)體的多層襯底。柵極電介質(zhì)310形成在襯底200的溝道區(qū)域上。在一個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì)層310由諸如但不限于氧化硅(例如，SiO2)的任何公·知的絕緣材料制成。在另一實(shí)施例中，電介質(zhì)層310由介電常數(shù)基本上大于二氧化硅的介電常數(shù)(即k>3. 9)的高k介電材料制成。高k·介電材料的示例包括但不限于氧化鉭(Ta2O5)、氧化鈦(TiO2)以及氧化鉿(HfO2)。柵極電極320形成在柵極電介質(zhì)310上。在一個(gè)實(shí)施例中，柵極電極由諸如但不限于多晶硅的任何公知的材料制成。在其它實(shí)施例中，柵極電極320由諸如但不限于鉬、鎢或鈦的金屬或金屬合金材料制成。在一個(gè)實(shí)施例中，硬掩模410形成在柵極電極320的頂部上。在一個(gè)實(shí)施例中，硬掩模410由諸如但不限于氮化硅或氮氧化硅的材料制成。間隔體420、440形成在柵極電極320的相對(duì)的側(cè)壁上。在一個(gè)實(shí)施例中，間隔體420、440沿柵極電極320的整個(gè)側(cè)壁寬度形成。間隔體420、440包括側(cè)壁421、441以及底表面422、442。在一個(gè)實(shí)施例中，間隔體420、440由諸如但不限于氮化硅、二氧化硅或氮氧化硅的材料制成。 在本發(fā)明的實(shí)施例中，凹陷的源極界面220和凹陷的漏極界面230形成在襯底200上、柵極電極320的相對(duì)側(cè)上。在一個(gè)實(shí)施例中，部分凹陷的源極界面220在間隔體420的底表面422下方以及部分柵極電極320下方橫向延伸。類似地，部分凹陷的漏極界面230在間隔體440的底表面442下方以及部分柵極電極320下方橫向延伸。源極區(qū)域501形成在凹陷的源極界面220上。在本發(fā)明的實(shí)施例中，源極區(qū)域501包括形成在凹陷的源極界面220上的外延區(qū)域531。帽層541形成在外延區(qū)域531上。源極區(qū)域501包括源極外延-尖端區(qū)域503，源極外延-尖端區(qū)域503包括形成在間隔體420和柵極電介質(zhì)310正下方的外延區(qū)域531和帽層541的部分。漏極區(qū)域502形成在凹陷的漏極界面230上。在一個(gè)實(shí)施例中，漏極區(qū)域502包括形成在凹陷的漏極界面230上的外延區(qū)域532。帽層542形成在外延區(qū)域532上。漏極區(qū)域502包括漏極外延-尖端區(qū)域504，漏極外延-尖端區(qū)域504包括形成在間隔體440和柵極電介質(zhì)310正下方的外延區(qū)域532和帽層542的部分。通過(guò)相對(duì)近地靠近溝道區(qū)域形成源極和漏極外延-尖端區(qū)域503、504，在溝道區(qū)域上引發(fā)了更大的流體靜應(yīng)力，從而導(dǎo)致了更高的電子遷移率并增大了驅(qū)動(dòng)電流。在本發(fā)明的實(shí)施例中，外延區(qū)域531、532包括摻雜有磷的硅和碳。在此情況下，圖I中所示的半導(dǎo)體器件是具有自對(duì)準(zhǔn)的外延尖端(置位)結(jié)構(gòu)的NMOS平面或三柵極晶體管。在一個(gè)實(shí)施例中，外延區(qū)域531、532包括具有大約0. 5原子％至4原子％的碳濃度和大約9E19cm_3至3E21cm_3的磷濃度的硅。在具體實(shí)施例中，外延區(qū)域531、532包括具有2. 2原子％的碳濃度和2E20cm_3的磷濃度的硅。在源極和漏極區(qū)域501、502的外延區(qū)域531、532中的替位碳(超過(guò)2原子％)在溝道區(qū)域上施加了流體靜應(yīng)力，這增大了電子遷移率。此外，替位碳抑制了在任何隨后的熱退火期間的任何磷擴(kuò)散，從而減小了短溝道效應(yīng)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，帽層541、542是包括摻雜有磷的硅的外延層。在一個(gè)實(shí)施例中，帽層541、542包括具有大約8E19cnT3至3E21cnT3的磷濃度的硅。在具體實(shí)施例中，帽層541、542包括具有2E21cnT3的磷濃度的硅。帽層541、542中的高磷濃度水平減小了寄生電阻，特別是自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物與源極/漏極區(qū)域501、502之間的接觸電阻中的寄生電阻。圖2示出了類似于圖I的半導(dǎo)體器件的截面圖。襯底200是由{001}硅制成的，并且包括在{001}硅襯底200的{111}晶面中具有{111}面241的凹陷的源極界面240，以及在{001}硅襯底200的{111}晶面中具有{111}面251的凹陷的漏極界面250。{111}面241、251提供了耗盡層(depletion)中的減小的體積以及短溝道效應(yīng)的相應(yīng)的改善的控制。在一個(gè)實(shí)施例中，凹陷的源極和漏極界面240、250均在{001}硅襯底200的{010}晶面中還包括{010}面242、252，其中{010}面242、252在柵極電極320的正下方延伸。{010} 面242、252有助于更精確地限定半導(dǎo)體器件的冶金(metallurgical)溝道長(zhǎng)度并減小短溝道效應(yīng)。類似于圖1，圖2中所示的半導(dǎo)體器件包括源極區(qū)域501和漏極區(qū)域502，其均具有外延區(qū)域531,532以及帽層541、542。外延區(qū)域531,532和帽層541,542形成在包括它們的{111}面241,251和{010}面242,252的凹陷的源極和漏極界面240,250上。源極區(qū)域501包括源極外延-尖端區(qū)域505，源極外延-尖端區(qū)域505包括由間隔體420、柵極電介質(zhì)310和{111}、{010}面241,242所圍繞的外延區(qū)域531和帽層541的部分。漏極區(qū)域502包括漏極外延-尖端區(qū)域506，漏極外延-尖端區(qū)域506包括由間隔體440、柵極電介質(zhì)310和{111}、{010}面251、252所圍繞的外延區(qū)域532和帽層541的部分。相對(duì)近地靠近溝道區(qū)域形成源極和漏極外延-尖端區(qū)域505、506在溝道區(qū)域上引發(fā)了更大的流體靜應(yīng)力，從而增大了電子遷移率，這導(dǎo)致了更高的驅(qū)動(dòng)電流。圖3示出了類似于圖2的半導(dǎo)體器件的截面圖。在一個(gè)實(shí)施例中，源極和漏極區(qū)域501、502均包括形成在凹陷的源極和漏極界面240、250上的外延層610、620，其中所述凹陷的源極和漏極界面240,250包括它們的{111}面241,251和{010}面242、252。源極區(qū)域501包括源極外延-尖端區(qū)域611，源極外延-尖端區(qū)域611包括由間隔體420、柵極電介質(zhì)310和{111}、{010}面241、242所圍繞的外延層610的部分。漏極區(qū)域包括漏極外延-尖端區(qū)域621，漏極外延-尖端區(qū)域621包括由間隔體440、柵極電介質(zhì)310和{111}、{010}面251、252所圍繞的外延層610的部分。相對(duì)近地靠近溝道區(qū)域形成源極和漏極外延-尖端區(qū)域611、621在溝道區(qū)域上引發(fā)了更大的流體靜應(yīng)力，從而增大了電子遷移率，這導(dǎo)致了更高的驅(qū)動(dòng)電流。在本發(fā)明的實(shí)施例中，外延層610、620包括摻雜有磷的硅。在一個(gè)實(shí)施例中，夕卜延層610、620包括具有大約8E19cnT3至3E21cnT3的磷濃度的硅。在具體實(shí)施例中，外延層610,620包括具有2E21cnT3的磷濃度的硅。外延層610、620中的高磷濃度水平減小了寄生電阻，特別是自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物與源極/漏極區(qū)域501、502之間的接觸電阻中的寄生電阻。圖1、2和3示出了在平面晶體管中應(yīng)用外延區(qū)域以增加溝道區(qū)域處的電子遷移率或減小源極/漏極區(qū)域處的接觸電阻。能夠理解，外延區(qū)域不限于平面晶體管，而是能夠制造在諸如但不限于三柵極晶體管的其它器件上。圖4示出了三柵極器件的透視圖，所述三柵極器件包括具有半導(dǎo)體主體或鰭260 (用虛線表示)的襯底200。柵極電極340形成在鰭260的三個(gè)表面上以形成三個(gè)柵極。硬掩模410形成在柵極電極340的頂部上。柵極間隔體460、470形成在柵極電極340的相對(duì)的側(cè)壁上。源極區(qū)域包括形成在凹陷的源極界面266和鰭260側(cè)壁上的外延區(qū)域531。帽層541沉積在外延區(qū)域531上。圖5A-5F示出了形成如關(guān)于圖I所討論的半導(dǎo)體器件的方法。半導(dǎo)體器件的制造從提供如圖5A中所示的襯底200開(kāi)始。柵極電介質(zhì)310形成在襯底200的期望的溝道區(qū)域上。在一個(gè)實(shí)施例中，柵極電介質(zhì)310由任何公知的方法形成，諸如但不限于物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)或原子層沉積(ALD)。柵極電極320形成在柵極電介質(zhì)310上。在本發(fā)明的實(shí)施例中，柵極電極320是犧牲柵極電極，其隨后在替換柵極工藝中由實(shí)際柵極電極替換。硬掩模410形成在柵極電極320的頂部上。在本發(fā)明的實(shí)施例中，使用PVD或CVD來(lái)沉積柵極電極320和硬掩模410，并且隨后使用公知的光刻和蝕刻技術(shù)來(lái)對(duì)柵極電極320和硬掩模410進(jìn)行構(gòu)圖。 然后，間隔體420、440形成在柵極電極320的相對(duì)的側(cè)壁上。間隔體420、440包括形成在襯底200的頂表面上的側(cè)壁421、441以及底表面422、442。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)使用公知技術(shù)來(lái)形成間隔體420、440，所述公知技術(shù)諸如在包括柵極電極320的整個(gè)襯底200上沉積間隔體材料層，并且隨后各向異性地蝕刻間隔體材料層以形成柵極電極320的側(cè)壁上的間隔體420、440。接下來(lái)，源極區(qū)域和漏極區(qū)域形成在襯底200上。在本發(fā)明的實(shí)施例中，源極和漏極區(qū)域的制造從使用諸如但不限于干法蝕刻或濕法蝕刻的公知蝕刻技術(shù)來(lái)使襯底200的部分凹陷開(kāi)始。在本發(fā)明的實(shí)施例中，利用包括對(duì)襯底200基本上是選擇性的蝕刻劑化學(xué)試劑(chemistry)的濕法蝕刻來(lái)使襯底200凹陷，以便形成如圖5B中所示的凹陷的源極界面220和凹陷的漏極界面230。在一個(gè)實(shí)施例中，濕法蝕刻底切間隔體420、440，并且在間隔體420的底表面422與凹陷的源極界面220之間形成源極外延-尖端空腔271，在間隔體440的底表面與凹陷的漏極界面230之間形成漏極外延-尖端空腔272。結(jié)果，源極外延-尖端空腔271和漏極外延-尖端空腔272暴露了間隔體420、440的底表面422、442。在一個(gè)實(shí)施例中，源極外延-尖端空腔271和漏極外延-尖端空腔272也暴露了柵極電介質(zhì)310的部分。結(jié)果，凹陷的源極界面220的部分在間隔體420下方和柵極電極320的部分下方橫向延伸。類似地，凹陷的漏極界面230的部分在間隔體440下方和柵極電極320的部分下方橫向延伸。能夠理解，能夠控制濕法蝕刻(例如，通過(guò)調(diào)節(jié)蝕刻持續(xù)時(shí)間)，使得源極和漏極外延-尖端空腔271、272不暴露柵極電介質(zhì)310。舉例來(lái)說(shuō)，凹陷的源極界面220僅在間隔體420下方橫向延伸，且凹陷的漏極界面230僅在間隔體440下方橫向延伸。在本發(fā)明的實(shí)施例中，凹陷的源極和漏極界面220、230限定了半導(dǎo)體器件的溝道區(qū)域。溝道區(qū)域指代位于柵極電介質(zhì)310的正下方且位于凹陷的源極和漏極界面220、230之間的襯底200的部分。接下來(lái)，通過(guò)將襯底200交替地暴露于第一前驅(qū)物和第二前驅(qū)物，而在凹陷的源極和漏極界面220、230中的每個(gè)上沉積外延區(qū)域。在圖5C中，外延區(qū)域的制造從將整個(gè)襯底200暴露于第一前驅(qū)物以便在凹陷的源極和漏極界面220、230上沉積外延膜511、512開(kāi)始。在襯底200由單晶硅制成的情況下，凹陷的源極和漏極界面220、230為允許在其上外延生長(zhǎng)外延膜511、512的單晶表面。而另一方面,硬掩模410、間隔體420、440以及柵極電介質(zhì)310是非晶表面。結(jié)果，非晶層513沉積在硬掩膜410的頂表面、間隔體420、440的側(cè)壁421、441和底表面422、442以及柵極電介質(zhì)310的底表面的部分上。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，第一前驅(qū)物包括含有硅的化合物、含有碳的化合物以及摻雜劑。在一個(gè)實(shí)施例中，含有硅的化合物包括但不限于硅烷和鹵化硅烷。這種含有硅的化合物包括硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、丙硅烷(Si3H8)、二氯甲硅烷(SiH2Cl2)以及五氯硅烷。在一個(gè)實(shí)施例中，含有碳的化合物包括但不限于有機(jī)硅烷。例如，含有碳的化合物包括一甲基娃燒(CH3-SiH3)tj在一個(gè)實(shí)施例中,將含有碳的化合物與氫氣(H2)或氬；混合。例如，將一甲基硅烷(CH3-SiH3)與氫氣(H2)或氬混合，其中CH3-SiH3的濃度范圍是0. 5%至20%。在本發(fā)明的實(shí)施例中，摻雜劑是n型摻雜劑，諸如但不限于磷或砷。在一個(gè)實(shí)施例中，使用沒(méi)有任何氫氣或諸如N2 *Ar的惰性氣體的稀釋的磷化氫(PH3),將磷摻雜劑結(jié)合到外延膜中。在另一實(shí)施例中，磷化氫氣體混合有氫氣，例如作為氫氣(H2)中3%的磷化氫(PH3)的混合物。
在一個(gè)實(shí)施例中，用載氣將第一前驅(qū)物輸送并釋放到襯底200上。在一個(gè)實(shí)施例中，載氣包括但不限于氫氣(H2)或任何諸如氮?dú)?N2)、氬和氦的惰性氣體或其任何組合。在本發(fā)明的實(shí)施例中，在大約500至700攝氏度的溫度和大約5至300托的壓力下，將襯底200暴露于第一前驅(qū)物，且持續(xù)時(shí)間為大約3至60秒。在具體實(shí)施例中，在600攝氏度的溫度和30托的壓力下,將襯底200暴露于第一前驅(qū)物,且持續(xù)時(shí)間為15秒。在一個(gè)實(shí)施例中，生長(zhǎng)外延膜511、512，以具有大約6至100埃的厚度。在具體實(shí)施例中，生長(zhǎng)外延膜511、512，以具有50埃的厚度。在第一前驅(qū)物使用磷摻雜劑的情況下，所沉積的外延膜511、512是含有摻雜有磷的娃和碳的晶體膜(即，摻雜原位碳和磷的娃層)。非晶層513包含摻雜有磷的娃和碳。在將襯底200暴露于第一前驅(qū)物之前，能夠在襯底200上執(zhí)行可選的表面預(yù)處理，以促進(jìn)外延生長(zhǎng)并減少表面缺陷。在本發(fā)明的實(shí)施例中，表面預(yù)處理包括在襯底200上執(zhí)行的氫烘烤處理(圖5B中)，以便清潔凹陷的源極和漏極界面220、230。氫烘烤處理釋放出氧并且使表面重建，使得外延膜511、512能夠容易地成核而不形成缺陷。在一個(gè)實(shí)施例中，在大約700至1050攝氏度下執(zhí)行氫烘烤處理，持續(xù)時(shí)間大約為10至120秒。在本發(fā)明的實(shí)施例中，將氯化氫(HCl)添加至氫烘烤處理。氯化氫(HCl)能夠去除凹陷的源極和漏極界面220、230的大約I至3層單分子層，使得它們沒(méi)有氧、碳?xì)浠衔镆约捌渌魏挝廴疚铩Ｔ谝粋€(gè)實(shí)施例中，在大約700至900攝氏度的較低溫度下執(zhí)行帶有氯化氫(HCl)的氫烘烤處理，持續(xù)時(shí)間為大約10至120秒?；蛘?，氯氣(Cl2)、鍺烷(GeH4)或磷化氫(PH3)能夠用作氯化氫(HCl)的添加的或替代的化學(xué)化合物。在替代實(shí)施例中，表面預(yù)處理利用了蝕刻步驟來(lái)清潔凹陷的源極和漏極界面220、 230。在一個(gè)實(shí)施例中，蝕刻步驟使用了蝕刻劑氣體，諸如但不限于氫氣(H2)、無(wú)水鹽酸(HCl)或鍺烷(GeH4)和氫氣(H2)的混合物。在另一實(shí)施例中，表面預(yù)處理使用了蝕刻步驟和氫烘烤處理的組合。在將襯底200暴露于第二前驅(qū)物之前，能夠執(zhí)行清洗工藝，以便從襯底200去除第一前驅(qū)物和其它副產(chǎn)物。在一個(gè)實(shí)施例中，清洗工藝注入諸如但不限于氮?dú)?N2)、氦或氬的惰性氣體，以便去除任何未反應(yīng)的第一前驅(qū)物或副產(chǎn)物。接下來(lái)，在圖中，整個(gè)襯底200暴露于第二前驅(qū)物，以便從間隔體420、440的側(cè)壁421、441和底表面422、442去除非晶層513。此外，第二前驅(qū)物也去除任何形成在硬掩膜410上和柵極電介質(zhì)310下的非晶層513。在一個(gè)實(shí)施例中，第二前驅(qū)物900使用了蝕刻非晶層513比蝕刻外延膜511、512快的蝕刻劑化學(xué)試劑。在一個(gè)實(shí)施例中，第二前驅(qū)物900是蝕刻劑氣體，諸如但不限于氫氣(H2)、無(wú)水鹽酸(HCl)以及鍺烷(GeH4)和氫氣(H2)的混合物。鍺烷(GeH4)允許通過(guò)催化進(jìn)行蝕刻，從而在低溫度下提供高蝕刻速率。在一個(gè)實(shí)施例中，在大約30至300托的壓力下將襯底200暴露于第二前驅(qū)物，且持續(xù)時(shí)間為大約5至60秒。在具體實(shí)施例中，在80托的壓力下將襯底200暴露于第二前驅(qū)物，且持續(xù)時(shí)間為20秒。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)襯底200同時(shí)暴露于第一前驅(qū)物和第二前驅(qū)物時(shí)，將溫度保持在基本上相同的水平。歸因于非晶層513與硬掩模410、間隔體420、440以及柵極電介質(zhì)310之間的弱化 學(xué)鍵，第二前驅(qū)物容易地去除了其上沉積的非晶層513。第二前驅(qū)物與非晶層513發(fā)生反應(yīng)并將其轉(zhuǎn)化為副產(chǎn)物，從而從硬掩模410、間隔體420、440和柵極電介質(zhì)310去除了非晶層513。另一方面，外延膜511、512與凹陷的源極和漏極界面220、230具有強(qiáng)化學(xué)鍵。歸因于所述強(qiáng)化學(xué)鍵，第二前驅(qū)物僅去除外延膜511、512的小部分。在一個(gè)實(shí)施例中，能夠調(diào)節(jié)在圖5C期間所沉積的外延膜511、512的厚度或者圖中將第二前驅(qū)物暴露于襯底200的持續(xù)時(shí)間，以便在保持外延膜511、512的足夠的厚度的同時(shí)有效地去除非晶層513。圖5C和示出了在凹陷的源極和漏極界面220、230上形成外延膜511、512的一次沉積-蝕刻循環(huán)。在一個(gè)實(shí)施例中，使用相同類型的第一和第二前驅(qū)物來(lái)重復(fù)所述沉積-蝕刻循環(huán)，直到沉積了期望數(shù)量的外延膜。例如，圖5E示出了均包含十層外延膜的外延區(qū)域531、532。能夠理解，外延區(qū)域531、532均不限于僅十層外延膜。在一個(gè)實(shí)施例中，執(zhí)行了大約3至100次沉積-蝕刻循環(huán)來(lái)形成外延區(qū)域531、532。在具體實(shí)施例中，執(zhí)行了 30次沉積-蝕刻循環(huán)，以形成厚度大約為30納米的外延區(qū)域531、532。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所沉積的外延區(qū)域531、532具有緩變的碳或磷濃度。能夠優(yōu)化每個(gè)外延膜沉積的碳和磷濃度，以提供最優(yōu)的選擇性和無(wú)缺陷的外延。此外，緩變的碳或磷濃度促進(jìn)了沉積-蝕刻循環(huán)期間非晶材料的去除。在一個(gè)實(shí)施例中，外延區(qū)域531、532 (圖5E中所示)的緩變的碳濃度從最下方的外延膜的大約0. 5原子％開(kāi)始，逐漸增大至最上方的外延膜中大約2原子％的期望水平。在另一實(shí)施例中，外延區(qū)域531、532的緩變的磷濃度水平從最下方的外延膜的大約8E19cm_3開(kāi)始，并且逐漸增大至最上方的外延膜的大約2E21cm_3的期望水平。在一個(gè)實(shí)施例中，沉積的外延區(qū)域531、532具有緩變的碳濃度(0. 5-2原子％)和緩變的磷濃度(8E19-2E21cnT3)的組合。如圖5E中所示，外延區(qū)域531、532選擇地形成在凹陷的源極和漏極界面220、230上。然而，在每次沉積-蝕刻循環(huán)期間非晶層513的去除導(dǎo)致形成在間隔體420、440的底表面422、442與外延區(qū)域531、532的頂表面之間的空隙或空腔281、282。在一個(gè)實(shí)施例中，空腔281、282也在部分柵極電介質(zhì)310與外延區(qū)域531、532之間延伸?？涨?81、282可以引起對(duì)晶體管性能有害的效應(yīng)，從而需要將其消除。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，如圖5F中所示，由選擇性地沉積在外延區(qū)域531、532上的帽層541、542來(lái)基本上回填空腔281、282。在本發(fā)明的實(shí)施例中，通過(guò)將襯底200曝露于第三前驅(qū)物，在單次沉積工藝中，在外延區(qū)域531、532上選擇性地沉積帽層541、542。在一個(gè)實(shí)施例中，第三前驅(qū)物包括與第一前驅(qū)物相同的含有硅的化合物和摻雜劑，以及與第二前驅(qū)物相同的蝕刻氣體。在外延區(qū)域531、532是具有摻雜有磷的硅和碳的晶體膜的情況下，第三前驅(qū)物使用相同的磷摻雜劑來(lái)形成帽層541、542。外延層531、532的晶體表面允許在其上外延生長(zhǎng)帽層541、542，結(jié)果，帽層541、542是含有摻雜有磷的硅的外延層。除了回填空腔，摻雜磷的硅帽層541、542還提供了引發(fā)溝道區(qū)域上的拉伸應(yīng)力、由此增大電子遷移率并改善器件性能的優(yōu)點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，使用了共飛(co_fIown)沉積技術(shù)來(lái)將襯底200同時(shí)暴露于含有硅的化合物、摻雜劑和蝕刻劑氣體。在一個(gè)實(shí)施例中，蝕刻劑氣體不包括鍺烷(GeH4)。蝕刻劑氣體容易地去除了任何在沉積期間弱鍵合于硬掩模410和間隔體420、440上的含有硅和磷的化合物，從而將帽層541、542沉積在外延區(qū)域531、532上，而不沉積在硬掩模410或間隔體420、440上。在本發(fā)明的實(shí)施例中，在大約550至800攝氏度的溫度和大約10托至大氣壓的壓 力下，將襯底200暴露于第三前驅(qū)物，且持續(xù)時(shí)間為大約30至900秒。在具體實(shí)施例中，在635攝氏度的溫度和600托的壓力下,將襯底200暴露于第一前驅(qū)物,且持續(xù)時(shí)間為180秒。在一個(gè)實(shí)施例中，生長(zhǎng)帽層541、542以具有大約50至500埃的厚度。在具體實(shí)施例中，生長(zhǎng)帽層541、542以具有300埃的厚度。間隔體420和柵極電介質(zhì)310正下方的外延區(qū)域531和帽層541的部分形成了源極外延-尖端區(qū)域503。類似地，間隔體440和柵極電介質(zhì)310正下方的外延區(qū)域532和帽層542的部分形成了漏極外延-尖端區(qū)域504。通過(guò)相對(duì)近地靠近溝道區(qū)域形成源極和漏極外延-尖端區(qū)域503、504，在溝道區(qū)域上引發(fā)了更大的流體靜應(yīng)力，導(dǎo)致了更高的電子遷移率并增大了驅(qū)動(dòng)電流。能夠通過(guò)在外延區(qū)域531、532的制造期間增大源極和漏極外延-尖端區(qū)域503、504的碳濃度來(lái)進(jìn)ー步放大應(yīng)力。此外，源極和漏極外延-尖端區(qū)域503、504的碳濃度也幫助抑制隨后的熱退火期間的任何磷擴(kuò)散。在本發(fā)明的實(shí)施例中，柵極電極320是犧牲柵極電極，其隨后在替換柵極エ藝中由實(shí)際柵極電極替換。在一個(gè)實(shí)施例中，替換柵極エ藝從在帽層541、542上沉積掩模并且隨后平坦化所述掩模使其與硬掩模410 (未示出)共面開(kāi)始。接下來(lái)，使用公知的蝕刻技術(shù)來(lái)去除硬掩模410和柵極電極320。在去除硬掩膜410和柵極電極320后，在柵極電介質(zhì)310上沉積實(shí)際柵極電極。在一個(gè)實(shí)施例中，實(shí)際柵極電極是包括諸如但不限于鉬、鎢或鈦等材料的金屬柵極電扱。這完成了圖I中所示的半導(dǎo)體器件的制造。圖6A-6F示出了形成如關(guān)于圖2所討論的半導(dǎo)體器件的方法。如圖6A中所示，半導(dǎo)體器件的制造從提供襯底200開(kāi)始。圖6A中所示的半導(dǎo)體器件與圖5A中所示的半導(dǎo)體器件相同，因此不再詳細(xì)討論。簡(jiǎn)要地說(shuō)，半導(dǎo)體器件包括形成在襯底200的期望的溝道區(qū)域上的柵極電介質(zhì)310。柵極電極320形成在柵極電介質(zhì)310上。在本發(fā)明的實(shí)施例中，柵極電極320是犧牲柵極電極，其隨后在替換柵極エ藝中由實(shí)際柵極電極替換。硬掩模410形成在柵極電極的頂部上，并且間隔體420、440形成在柵極電極320的側(cè)壁上。接下來(lái)，源極區(qū)域和漏極區(qū)域形成在襯底200上。在本發(fā)明的實(shí)施例中，源極和漏極區(qū)域的制造從使用諸如但不限于干法蝕刻或濕法蝕刻的公知蝕刻技術(shù)來(lái)使襯底200的部分凹陷開(kāi)始。在本發(fā)明的實(shí)施例中，利用對(duì)于襯底200基本上是選擇性的濕法蝕刻來(lái)使襯底200凹陷，以便形成如圖6B中所示的凹陷的源極界面240和凹陷的漏極界面250。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，襯底200由{001}硅制成。濕法蝕刻使用基于晶向蝕刻{001}硅襯底200的蝕刻劑化學(xué)試劑，特別是當(dāng)在其它晶向上的蝕刻進(jìn)行的迅速得多的時(shí)候，沿硅襯底200的{111}晶面蝕刻{001}硅襯底200則緩慢得多，以形成{111}面241、251。結(jié)果，源極外延-尖端空腔271形成在間隔體420的底表面422與{111}面241之間。漏極外延-尖端空腔272形成在間隔體440的底表面與{111}面251之間。
濕法蝕刻化學(xué)試劑包括但不限于基于氨的或基于胺的蝕刻劑?；诎钡奈g刻劑的范例是氫氧化氨(ΝΗ40Η)、氫氧化四甲銨(TMAH)以及芐基三甲基氫氧化銨(BTMH)。濕法蝕刻化學(xué)試劑包括其它類型的蝕刻劑，諸如氫氧化鉀(KOH)以及氫氧化鈉(NaOH)。在一個(gè)實(shí)施例中，濕法蝕刻還在{001}硅襯底200的溝道區(qū)域中產(chǎn)生了 {010}面242、252。{010}面242、252在柵極電介質(zhì)310正下方延伸。在具體實(shí)施例中，從柵極電介質(zhì)310開(kāi)始形成{010}面242、252直到大約3納米的長(zhǎng)度。接下來(lái)，通過(guò)將襯底200交替地暴露于第一前驅(qū)物和第二前驅(qū)物，來(lái)在凹陷的源極和漏極界面240、250中的每個(gè)上沉積外延區(qū)域。如圖6C、6D和6E中所示，制造外延區(qū)域的方法類似于圖5C、 和5E中所討論的制造方法。在將襯底200暴露于第一前驅(qū)物之前，能夠在襯底200上執(zhí)行可選的表面預(yù)處理，以促進(jìn)外延生長(zhǎng)并減少表面缺陷。在一個(gè)實(shí)施例中，表面預(yù)處理包括如先前在圖5C中所討論的氫烘烤處理和/或蝕刻步驟，以清潔凹陷的源極和漏極界面240、250。從圖6C開(kāi)始，整個(gè)襯底200暴露于第一前驅(qū)物，以便在凹陷的源極和漏極界面240,250上沉積外延膜511,512ο包括它們的{111}面241,251和{010}面242,252的凹陷的源極和漏極界面240、250是允許在其上外延生長(zhǎng)外延膜511、512的單晶表面。另ー方面，硬掩模410、間隔體420、440和柵極電介質(zhì)310是非晶表面，從而在其上沉積非晶層513。如關(guān)于圖5C所討論的相同的第一前驅(qū)物和エ藝條件在這里是可適用的，并且將不再討論。接下來(lái)，在圖6D中，整個(gè)襯底200類似地暴露于第二前驅(qū)物，以從間隔體420、440的側(cè)壁421、441和底表面422、442去除非晶層513。此外，第二前驅(qū)物也去除任何形成在硬掩膜410上和柵極電介質(zhì)310下的非晶層513。如關(guān)于圖所討論的相同的第二前驅(qū)物和エ藝條件在這里是可適用的，并且將不再討論。圖6C和6D示出了在包括它們的{111}面241、251和{010}面242、252的凹陷的源極和漏極界面240、250上形成外延膜511、512的一次沉積-蝕刻循環(huán)。重復(fù)所述沉積-蝕刻循環(huán)，直到沉積了期望數(shù)量的外延膜。為了示例的目的，圖6E示出了均包含十層外延膜的外延區(qū)域531、532。在本發(fā)明的實(shí)施例中，如先前在圖5E中所描述的，所沉積的外延區(qū)域531、532具有緩變的碳或磷濃度。例如，所沉積的外延區(qū)域531、532 (如圖6E中所示)最下方的外延膜具有大約O. 5原子％的緩變的碳濃度，并且逐漸增大至最上方的外延層的大約2原子％的期望水平?；蛘撸练e的外延區(qū)域531、532最下方的外延膜具有大約8E19cm_3的緩變的磷濃度水平，并且逐漸增大至最上方的外延膜的大約2E21cnL3的期望水平。在一個(gè)實(shí)施例中，所沉積的外延區(qū)域531、532具有緩變的碳濃度(O. 5-2原子％)和緩變的磷濃度(8E19-2E21cnT3)的組合。在毎次沉積-蝕刻循環(huán)期間，非晶層513的去除類似地導(dǎo)致形成在間隔體420、440的底表面422、442與外延區(qū)域531、532的頂表面之間的空腔281、282。如圖6F中所示，由選擇性地沉積在外延區(qū)域531、532上的帽層541、542來(lái)基本上回填空腔281、282。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)將襯底200曝露于第三前驅(qū)物，在單次沉積エ藝中在外延區(qū)域531、532上選擇性地沉積帽層541、542。如關(guān)于圖5F所討論的相同的第三前驅(qū)物和エ藝條件在這里是可適用的。在外延區(qū)域531、532是具有摻雜有磷的硅和碳的晶體膜的情況下，第三前驅(qū)物使用相同的磷摻雜劑來(lái)形成帽層541、542。外延區(qū)域531、532的晶體表面允許在其上外延生長(zhǎng)帽層541、542，結(jié)果，帽層541、542是含有摻雜有磷的硅的外延層。這完成了圖2中所示的半導(dǎo)體器件的制造。圖7A-7C示出了形成如關(guān)于圖3所討論的半導(dǎo)體器件的方法。從圖7A開(kāi)始，半導(dǎo)體器件的制造從提供襯底200開(kāi)始。圖7A中所示的半導(dǎo)體器件與圖5A相同，因此在這里不再詳細(xì)討論。接下來(lái)，源極區(qū)域和漏極區(qū)域形成在襯底200上。在本發(fā)明的實(shí)施例中，源極和漏極區(qū)域的制造從使用諸如但不限于干法蝕刻或濕法蝕刻的公知蝕刻技術(shù)來(lái)使襯底200的 部分凹陷開(kāi)始。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖7B中所示，這里類似地應(yīng)用圖6B中所使用的濕法蝕刻來(lái)使襯底200凹陷，以便形成凹陷的源極界面240和凹陷的漏極界面250。濕法蝕刻使用如關(guān)于圖6B所描述的相同的蝕刻劑化學(xué)試劑，以在{001}硅襯底200的{111}晶面中形成{111}面241、251。在一個(gè)實(shí)施例中，濕法蝕刻還在{001}硅襯底200的溝道區(qū)域中產(chǎn)生{010}面 242,252ο接下來(lái)，如圖7C中所示，在凹陷的源極和漏極界面240、250上選擇性地沉積外延層610、620。在本發(fā)明的實(shí)施例中，通過(guò)將襯底200暴露于包括蝕刻劑氣體的前驅(qū)物，而在單次沉積エ藝中選擇性地沉積外延層610、620。在一個(gè)實(shí)施例中，前驅(qū)物包括圖5C中類似地描述的含有硅的化合物和摻雜劑。在一個(gè)實(shí)施例中，含有硅的化合物包括但不限于硅烷和鹵化硅烷。這種含有硅的化合物包括硅烷(SiH4)、こ硅烷(Si2H6)、丙硅烷(Si3H8)、ニ氯甲硅烷(S^Cl2)以及五氯硅烷。在本發(fā)明的實(shí)施例中，摻雜劑是η型摻雜劑，諸如但不限于磷或神。在一個(gè)實(shí)施例中，使用沒(méi)有任何氫氣或諸如N2或Ar的惰性氣體的稀釋的磷化氫(PH3),來(lái)將磷摻雜劑引入外延層中。在另一實(shí)施例中，磷化氫氣體與氫氣混合，例如為氫氣(H2)中3%的磷化氫(PH3)的混合物。在一個(gè)實(shí)施例中，前驅(qū)物的蝕刻劑氣體包括但不限于氫氣(H2)和無(wú)水鹽酸(HC1)。在一個(gè)實(shí)施例中，使用共飛沉積技術(shù)來(lái)同時(shí)將包括蝕刻劑氣體的前驅(qū)物輸送至襯底200。在一個(gè)實(shí)施例中，在大約550至800攝氏度的溫度和大約10托至大氣壓的壓カ下，將襯底200暴露于前驅(qū)物，且持續(xù)時(shí)間為大約30至2000秒。在具體實(shí)施例中，在635攝氏度的溫度和600托的壓力下,將襯底200暴露于第一前驅(qū)物,且持續(xù)時(shí)間為800秒。在一個(gè)實(shí)施例中，生長(zhǎng)外延層610、620，以具有大約30至2000埃的厚度。在具體 實(shí)施例中，生長(zhǎng)外延層610、620，以具有750埃的厚度。在使用磷摻雜劑的情況下，外延層610,620包括摻雜有磷的硅。在襯底200由單晶硅制成的情況下，包括它們的{111}面241、251和{010}面242、252的凹陷的源極和漏極界面240、250是允許在其上外延生長(zhǎng)外延層610、620的單晶表面。由于硬掩模410和間隔體420、440具有非晶表面，所以蝕刻劑氣體容易地去除了任何在沉積期間弱鍵合于硬掩模410和間隔體420、440上的含有娃和磷的化合物,從而將外延層610、620沉積在凹陷的源極和漏極界面240、250上，而不沉積在硬掩模410或間隔體420、440 上。沉積在間隔體420和{111}、{010}面241、242之間的外延層610的部分形成源極外延-尖端區(qū)域611。類似地，沉積在間隔體440和{111}、{010}面251、252之間的外延層620的部分形成漏極外延-尖端區(qū)域621。通過(guò)相對(duì)近地靠近溝道區(qū)域形成源極和漏極外延-尖端區(qū)域611、621，在溝道區(qū)域上引發(fā)了更大的流體靜應(yīng)力，因而導(dǎo)致了更高的電子遷移率。此外，摻雜磷的硅外延層610、620在溝道區(qū)域上引發(fā)了拉伸應(yīng)力，由此增大了電子遷移率并改善了器件性能。這完成了圖3中所示的半導(dǎo)體器件的制造。另外，在將襯底200暴露于前驅(qū)物之前，能夠在襯底200上執(zhí)行可選的表面預(yù)處理，以促進(jìn)外延生長(zhǎng)并減少表面缺陷。例如，在襯底200上執(zhí)行關(guān)于圖5C所描述的類似的氫烘烤處理(圖7B中)，以清潔包括它們的{111}面241,251和{010}面242,252的凹陷的源極和漏極界面240、250。
圖8A-8I示出了形成如關(guān)于圖4所討論的三柵極器件的方法。如圖8A中所示，三柵極器件的制造從提供襯底200開(kāi)始。襯底200包括半導(dǎo)體主體或從襯底200延伸穿過(guò)隔離區(qū)域710、720的鰭260。在一個(gè)實(shí)施例中，隔離區(qū)域710、720是由常用技術(shù)形成的淺溝槽隔離(STI)區(qū)域，所述常用技術(shù)諸如蝕刻襯底200以形成溝槽，井隨后沉積氧化物材料至溝槽上以形成STI區(qū)域。隔離區(qū)域710、720由任何諸如但不限于氧化硅(例如，SiO2)的公知絕緣材料制成。在一個(gè)實(shí)施例中，鰭260包括隔離區(qū)域700上方的頂表面261。鰭260還包括在隔離區(qū)域710上方暴露的前表面262，和在隔離區(qū)域720上方暴露的后表面263。在一個(gè)實(shí)施例中，鰭260由與襯底200相同的半導(dǎo)體材料制成。接下來(lái)，在圖8B中，柵極電介質(zhì)330形成在頂表面261、前表面262和后表面263的部分上。在一個(gè)實(shí)施例中，柵極電介質(zhì)330由任何諸如但不限于物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)或原子層沉積(ALD)的公知方法形成。然后，柵極電極340形成在柵極電介質(zhì)330上，并且在柵極電極340的任一側(cè)上暴露鰭260的部分264、265。在一個(gè)實(shí)施例中，柵極電極340由任何諸如但不限于多晶娃的公知材料制成。形成在頂表面261、前表面262和后表面263上的柵極電極340產(chǎn)生了三柵極器件的三個(gè)柵扱。隨后，硬掩膜410形成在柵極電極320的頂部上。接下來(lái)，如圖SC中所示，柵極間隔體460、470沉積在柵極電極340的相對(duì)的側(cè)壁上。在一個(gè)實(shí)施例中，間隔體460、470通過(guò)使用公知技術(shù)來(lái)形成，所述公知技術(shù)諸如在包括柵極電極320的整個(gè)襯底200上沉積間隔體材料層，井隨后各項(xiàng)異性蝕刻間隔體材料層，以在柵極電極340的側(cè)壁上形成間隔體460、470。與此同時(shí)，鰭間隔體480、490形成在鰭260的暴露部分264、265的側(cè)壁上。在一個(gè)實(shí)施例中，柵極間隔體460、470和鰭間隔體480、490由諸如但不限于氮化硅、ニ氧化硅或氮氧化硅的材料制成。接下來(lái)，源極區(qū)域和漏極區(qū)域形成在襯底200上。在本發(fā)明的實(shí)施例中，圖8D中源極和漏極區(qū)域的制造由從鰭260的暴露部分264、265的側(cè)壁去除鰭間隔體480、490開(kāi)始。鰭間隔體480、490由諸如但不限于干法蝕刻或濕法蝕刻的公知蝕刻技術(shù)去除。在一個(gè)實(shí)施例中，使用各項(xiàng)異性濕法蝕刻來(lái)從鰭260的暴露部分264、265完全去除鰭間隔體480、490。與此同時(shí)，各項(xiàng)異性濕法蝕刻也去除柵極間隔體460、470的部分，從而暴露硬掩膜410側(cè)壁的部分。由于柵極間隔體460、470的高度和厚度大于鰭間隔體480、490的高度和厚度，所以各項(xiàng)異性濕法蝕刻去除鰭間隔體480、490比去除柵極間隔體460、470快。能夠控制各項(xiàng)異性濕法蝕刻，以便完全去除鰭間隔體480、490，但在柵極電極340上留下足夠厚度的柵極間隔體460、470，使得柵極電極340的側(cè)壁不被暴露。接下來(lái)，在襯底200上執(zhí)行蝕刻，以使鰭260的暴露部分264、265凹陷。在本發(fā)明的實(shí)施例中，如圖8E中所示，蝕刻使用對(duì)鰭260基本上是選擇性的蝕刻劑化學(xué)試劑來(lái)使暴露部分264凹陷，以便在隔離區(qū)域710、720的頂表面下形成凹陷的源極界面266，并形成鰭側(cè)壁267。在柵極電極340的另ー側(cè)上，使暴露部分264凹陷來(lái)形成凹陷的漏極界面268和鰭側(cè)壁269。在一個(gè)實(shí)施例中，凹陷的源極和漏極界面266、268在隔離區(qū)域710、720的頂表面下大約100至400埃處。圖9示出了三柵極器件的截面圖，所述三柵極器件示出了從頂表面261延伸至凹陷的源極界面266的鰭側(cè)壁267以及從頂表面261延伸至凹陷的漏極界面268的鰭側(cè)壁269。在本發(fā)明的實(shí)施例中，鰭側(cè)壁267、269基本上與柵極間隔體460、470側(cè)壁461、471共 面或齊平。在一個(gè)實(shí)施例中，鰭側(cè)壁267、269是襯底200的{110}晶面中的{110}面，而凹陷的源極和漏極界面266、268則是襯底200的{100}晶面中的{100}面。在替代實(shí)施例中，使用各項(xiàng)異性蝕刻來(lái)形成凹陷到柵極間隔體460、470內(nèi)的鰭側(cè)壁267、269。圖SE’是三柵極器件的透視圖，所述三柵極器件示出了凹陷到柵極間隔體470內(nèi)的鰭側(cè)壁267。圖9’是示出凹陷在柵極間隔體460、470下方的鰭側(cè)壁267、269兩者的截面圖。在一個(gè)實(shí)施例中，使鰭側(cè)壁267、269從柵極間隔體側(cè)壁461、471凹陷直至大約25至200 埃。從圖8E繼續(xù)，隨后通過(guò)將襯底200交替地暴露于第一前驅(qū)物和第二前驅(qū)物，在凹陷的源極和漏極界面266、268中的每個(gè)上沉積外延區(qū)域。如圖8F、8G和8H中所示的外延區(qū)域的制造方法類似于圖5C、 和5E中所討論的制造方法。從圖8F開(kāi)始，整個(gè)襯底200暴露于第一前驅(qū)物，以便在凹陷的源極界面266和鰭側(cè)壁267上沉積外延膜511。與此同時(shí)，如圖10的截面圖中所示，外延膜512沉積在凹陷的漏極界面268和鰭側(cè)壁269上。凹陷的源極和漏極界面266、268以及鰭側(cè)壁267、269是允許在其上外延生長(zhǎng)外延膜511、512的單晶表面。另ー方面，硬掩膜410、柵極間隔體460、470以及隔離區(qū)域710、720是非晶表面，因而在其上形成非晶層513。如關(guān)于圖5C所討論的相同的第一前驅(qū)物和エ藝條件在這里是可適用的，并且將不再討論。接下來(lái)，在圖8G中，整個(gè)襯底200類似地暴露于第二前驅(qū)物，以從柵極間隔體460、470和隔離區(qū)域710、720去除非晶層513。此外，第二前驅(qū)物也去除任何形成在硬掩膜410上的非晶層513。圖11示出了去除非晶層513之后的三柵極器件的截面圖。如關(guān)于圖所討論的相同的第二前驅(qū)物和エ藝條件在這里是可適用的，并且將不再討論。圖8F-8G和圖10-11示出了在凹陷的源極和漏極界面266、268以及鰭側(cè)壁267、269上形成外延膜511、512的一次沉積-蝕刻循環(huán)。重復(fù)所述沉積-蝕刻循環(huán)，直到沉積了期望數(shù)量的外延膜。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖12中所示，最終外延區(qū)域531、532包括五層外延膜。在本發(fā)明的實(shí)施例中，如先前在圖5E中所討論的，所沉積的外延區(qū)域531、532具有緩變的碳或磷濃度。例如，所沉積的外延區(qū)域531、532 (如圖12中所示)最下方的外延膜具有大約O. 5原子％的緩變的碳濃度，并且逐漸增大至最上方的外延膜的大約2原子％的期望水平?；蛘?，所沉積的外延區(qū)域531、532最下方的外延膜具有大約8E19cnT3的緩變的磷濃度，并且逐漸地増大至最上方的外延膜的大約2E21cm_3的期望水平。在一個(gè)實(shí)施例中，所沉積的外延區(qū)域531、532具有緩變的碳濃度(O. 5-2原子％)和緩變的磷濃度(8E19-2E21cm_3)的組合。在鰭側(cè)壁267、269凹陷到柵極間隔體460、470內(nèi)的替代實(shí)施例中，更靠近三柵極器件的溝道區(qū)域形成外延區(qū)域531、531，從而在溝道區(qū)域上引發(fā)更高的應(yīng)力量。如圖8H和13中所示，在毎次沉積-蝕刻循環(huán)期間，非晶層513的去除類似地導(dǎo)致形成在外延區(qū)域531,532與隔離區(qū)域710,720之間的空隙或空腔281、282。如圖81,14和15中所示，通過(guò)在外延區(qū)域531、532上選擇性地沉積帽層541、542來(lái)基本上回填空腔281、282。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)將襯底200暴露于第三前驅(qū)物，在單次沉積エ藝中在外延區(qū)域531、532上選擇性地沉積帽層541、542。如關(guān)于圖5F所討論的相同的第三前驅(qū)物和エ 藝條件在這里是可適用的。在外延區(qū)域531、532是具有摻雜有磷的硅和碳的晶體膜的情況下，第三前驅(qū)物使用相同的磷摻雜劑來(lái)形成帽層541、542。外延區(qū)域531、532的晶體表面允許在其上外延生長(zhǎng)帽層541、542，結(jié)果，帽層541、542是含有摻雜有磷的硅的外延層。磷摻雜的硅帽層541、542提供了引發(fā)半導(dǎo)體鰭260的溝道區(qū)域上的拉伸應(yīng)力(這増大了電子遷移率并改善了器件性能)的優(yōu)點(diǎn)。這完成了圖4中所示的半導(dǎo)體器件的制造。因此，已經(jīng)描述了本發(fā)明的若干實(shí)施例。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到本發(fā)明不限于所描述的實(shí)施例，而是能夠在有以下所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的修改和變化的情況下實(shí)施。
權(quán)利要求
1.ー種形成半導(dǎo)體器件的方法，包括 提供具有柵極電極的襯底和形成在所述柵極電極的側(cè)壁上的間隔體； 蝕刻所述襯底，以形成凹陷的界面； 通過(guò)將所述襯底交替地暴露于第一前驅(qū)物和第二前驅(qū)物，而在所述凹陷的界面上形成外延區(qū)域；以及 在所述外延區(qū)域上選擇性地沉積帽層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中將所述襯底交替地暴露于所述第一前驅(qū)物和所述第二前驅(qū)物包括 將所述襯底暴露于所述第一前驅(qū)物，以便 在所述凹陷的界面上沉積外延膜，并且 在所述側(cè)壁和所述間隔體的底表面上沉積非晶層；以及 將所述襯底暴露于所述第二前驅(qū)物，以從所述側(cè)壁和所述間隔體的所述底表面去除所述非晶層。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述第一前驅(qū)物包括 包括硅烷的含有硅的化合物； 包括有機(jī)娃燒的含有碳的化合物；以及 包括憐的慘雜劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述外延區(qū)域包括摻雜有磷的硅和碳。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述第二前驅(qū)物是蝕刻劑氣體。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法， 其中在所述凹陷的界面上形成所述外延區(qū)域?qū)е铝怂鐾庋訁^(qū)域和所述間隔體的所述底表面之間的空隙；并且 其中所述帽層回填所述空隙。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中通過(guò)將所述襯底暴露于第三前驅(qū)物，而在所述外延區(qū)域上選擇性地沉積所述帽層，所述第三前驅(qū)物包括 包括硅烷的含有硅的化合物； 包括磷的摻雜劑；以及 蝕刻劑氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述帽層包括摻雜有磷的硅。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括 在將所述襯底交替地暴露于第一前驅(qū)物和第二前驅(qū)物之前，在所述襯底上執(zhí)行氫烘烤處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中蝕刻所述襯底，以形成所述凹陷的界面包括 執(zhí)行濕法蝕刻，以在所述襯底的{111}晶面中形成{111}面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述濕法蝕刻在所述襯底的{010}晶面中形成{010}面。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述濕法蝕刻使用蝕刻劑化學(xué)試劑，所述蝕刻劑化學(xué)試劑選自由氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)、基于氨的蝕刻劑或基于胺的蝕刻劑組成的組。
13.ー種形成半導(dǎo)體器件的方法，包括 提供具有柵極電極的襯底以及形成在所述柵極電極的相對(duì)的側(cè)壁上的第一間隔體和第二間隔體； 蝕刻所述襯底，以形成凹陷的源極界面和凹陷的漏極界面； 通過(guò)將所述襯底暴露于包括蝕刻劑氣體的前驅(qū)物，而在所述凹陷的源極界面上選擇性地沉積第一外延層，并且在所述凹陷的漏極界面上選擇性地沉積第二外延層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述前驅(qū)物包括 包括硅烷的含有硅的化合物；以及 包括憐的慘雜劑。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第一外延層和所述第二外延層都包括摻雜有磷的硅。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中蝕刻所述襯底，以形成凹陷的源極界面和凹陷的漏極界面包括 執(zhí)行濕法蝕刻，以在所述凹陷的源極界面和所述凹陷的漏極界面處的所述襯底的{111}晶面中形成{111}面。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述濕法蝕刻在所述凹陷的源極界面和所述凹陷的漏極界面處的所述襯底的{010}晶面中形成{010}面。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述濕法蝕刻使用蝕刻劑化學(xué)試劑，所述蝕刻劑化學(xué)試劑選自由氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)、基于氨的蝕刻劑或基于胺的蝕刻劑組成的組。
19.ー種形成半導(dǎo)體器件的方法，包括 提供襯底和半導(dǎo)體主體，所述襯底上具有絕緣層，所述半導(dǎo)體主體從所述襯底延伸穿過(guò)所述絕緣層； 在所述半導(dǎo)體主體的部分上形成柵極電扱，由此限定所述半導(dǎo)體主體的暴露部分； 在所述柵極電極的側(cè)壁上沉積柵極間隔體； 蝕刻所述半導(dǎo)體主體的所述暴露部分，以形成 在所述絕緣層的頂表面下方凹陷的第一表面，以及 與所述柵極間隔體共面的第二表面； 通過(guò)將所述襯底交替地暴露于第一前驅(qū)物和第二前驅(qū)物，而在所述第一表面和所述第ニ表面上形成外延區(qū)域；以及 在所述外延區(qū)域上選擇性地沉積帽層。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中在所述柵極電極的所述側(cè)壁上沉積所述柵極間隔體包括 在所述半導(dǎo)體主體的所述暴露部分的所述側(cè)壁上沉積主體間隔體。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括 在蝕刻所述半導(dǎo)體主體的所述暴露部分之前，從所述半導(dǎo)體主體的所述暴露部分的所述側(cè)壁去除所述主體間隔體。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括 蝕刻所述第二表面，使得所述第二表面凹陷到所述柵極間隔體內(nèi)。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法， 其中在所述第一表面和所述第二表面上形成外延區(qū)域?qū)е铝怂鐾庋訁^(qū)域與所述絕緣層之間的空隙；并且 其中所述帽層回填所述空隙。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中將所述襯底交替地暴露于所述第一前驅(qū)物和所述第二前驅(qū)物包括 將所述襯底暴露于所述第一前驅(qū)物，以便 在所述第一表面和所述第二表面上沉積外延膜，并且 在所述絕緣層和所述柵極間隔體上沉積非晶層；以及 將所述襯底暴露于所述第二前驅(qū)物，以從所述絕緣層和所述柵極間隔體去除所述非晶層。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第一前驅(qū)物包括 包括硅烷的含有硅的化合物； 包括有機(jī)娃燒的含有碳的化合物；以及 包括憐的慘雜劑。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述外延區(qū)域包括摻雜有磷的硅和碳。
27.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第二前驅(qū)物是蝕刻劑氣體。
28.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中通過(guò)將所述襯底暴露于第三前驅(qū)物，而在所述外延區(qū)域上選擇性地沉積所述帽層，所述第三前驅(qū)物包括 包括硅烷的含有硅的化合物； 包括磷的摻雜劑；以及 蝕刻劑氣體。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述帽層包括摻雜有磷的硅。
30.一種半導(dǎo)體器件，包括 襯底，包括 柵極電極，其形成在所述襯底的溝道區(qū)域上，以及 形成在所述襯底上、所述柵極電極的相對(duì)側(cè)上的凹陷的源極界面和凹陷的漏極界面；形成在所述柵極電極的相對(duì)的側(cè)壁上的第一間隔體和第二間隔體，其中所述凹陷的源極界面的部分在所述第一間隔體的底表面下方橫向延伸，并且所述凹陷的漏極界面的部分在所述第二間隔體的底表面下方橫向延伸； 源極區(qū)域，包括 第一外延區(qū)域，其形成在所述凹陷的源極界面上，以及 第一帽層，其形成在所述第一外延區(qū)域上，其中所述第一帽層的部分形成在所述第一外延區(qū)域與所述第一間隔體的所述底表面之間；以及漏極區(qū)域，包括 第二外延區(qū)域，其形成在所述凹陷的漏極界面上，以及 第二帽層，其形成在所述第二外延區(qū)域上，其中所述第二帽層的部分形成在所述第二外延區(qū)域與所述第二間隔體的所述底表面之間。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一外延區(qū)域和所述第二外延區(qū)域均包括摻雜有磷的硅和碳。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述其中所述第一外延區(qū)域和所述第ニ外延區(qū)域均包括硅，所述硅具有 O.5原子％至4原子％的范圍內(nèi)的碳濃度，以及 9E19cnT3至3E21cnT3的范圍內(nèi)的磷濃度。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一帽層和所述第二帽層均包括摻雜有磷的硅。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一帽層和所述第二帽層均包括磷濃度范圍為8E19cnT3至3E21cnT3的硅。
35.一種半導(dǎo)體器件，包括 襯底，所述襯底具有在其上形成的絕緣層； 半導(dǎo)體主體，所述半導(dǎo)體主體從所述襯底延伸穿過(guò)所述絕緣層，其中所述半導(dǎo)體主體包括 暴露在所述絕緣層上方的頂表面、前表面和后表面， 第一側(cè)壁，其從所述頂表面延伸至源極界面，以及 第二側(cè)壁，其與所述第一側(cè)壁相對(duì)，所述第二側(cè)壁從所述頂表面延伸至漏極界面； 柵極電極，其形成在所述半導(dǎo)體主體的所述頂表面、所述前表面和所述后表面上； 形成在所述柵極電極的相對(duì)的側(cè)壁上的第一間隔體和第二間隔體； 源極區(qū)域，包括 第一外延區(qū)域，其形成在所述第一側(cè)壁和所述源極界面上，以及第一帽層，其形成在所述第一外延區(qū)域上，其中所述第一帽層的部分形成在所述第一外延區(qū)域與所述絕緣層之間；以及漏極區(qū)域，包括 第二外延區(qū)域，其形成在所述第二側(cè)壁和所述漏極界面上，以及第二帽層，其形成在所述第二外延區(qū)域上，其中所述第二帽層的部分形成在所述第二外延區(qū)域與所述絕緣層之間。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一側(cè)壁基本上與所述第一間隔體共面，而所述第二側(cè)壁與所述第二間隔體共面。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一側(cè)壁凹陷到所述第一間隔體內(nèi)，而所述第二側(cè)壁凹陷到所述第二間隔體內(nèi)。
38.根據(jù)權(quán)利要求35所述的半導(dǎo)體器件，其中所述源極界面和所述漏極界面在所述絕緣層的所述頂表面下方凹陷。
39.根據(jù)權(quán)利要求35所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一外延區(qū)域和所述第二外延區(qū)域均包括摻雜有磷的硅和碳。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述其中所述第一外延區(qū)域和所述第ニ外延區(qū)域均包括硅，所述硅具有 O.5原子％至4原子％的范圍內(nèi)的碳濃度，以及 9E19cnT3至3E21cnT3的范圍內(nèi)的磷濃度。
41.根據(jù)權(quán)利要求35所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一帽層和所述第二帽層均包括摻雜有磷的硅。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一帽層和所述第二帽層均包括磷濃度范圍為8E19cnT3至3E21cnT3的硅。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例描述了半導(dǎo)體器件上的外延區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)循環(huán)的沉積-蝕刻工藝來(lái)在襯底上沉積所述外延區(qū)域。用外延帽層來(lái)回填在循環(huán)的沉積-蝕刻工藝期間在間隔體下方產(chǎn)生的空腔。所述外延區(qū)域和外延帽層改善了溝道區(qū)域的電子遷移率，減小了短溝道效應(yīng)并降低了寄生電阻。
文檔編號(hào)H01L29/78GK102687253SQ201080058687
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
發(fā)明者A·J·派特, A·S·默西, D·B·奧貝蒂內(nèi), T·加尼 申請(qǐng)人:英特爾公司