基于非晶化工藝及熱處理在凹部中形成有內(nèi)埋式應(yīng)變誘發(fā)性材料的晶體管的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種基于非晶化工藝及熱處理在凹部中形成有內(nèi)埋式應(yīng)變誘發(fā)性材料的晶體管，其為了并入應(yīng)變誘發(fā)性半導(dǎo)體材料而在半導(dǎo)體裝置的主動(dòng)區(qū)中形成凹部時(shí)，凹部可利用非晶化工藝及熱處理得到改良型形狀，以便選擇性地修改主動(dòng)區(qū)曝露部分的蝕刻行為，并且調(diào)整非晶區(qū)的形狀。如此，凹部的基本配置可經(jīng)過(guò)調(diào)整而具有高度彈性。因此，可改良應(yīng)變誘發(fā)性技術(shù)的功效。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于非晶化工藝及熱處理在凹部中形成有內(nèi)埋式應(yīng)變誘發(fā)性材料的晶體管

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]基本上，本揭露涉及集成電路的制造，并且尤指利用內(nèi)埋式誘發(fā)性半導(dǎo)體材料而具有應(yīng)變信道區(qū)的晶體管，以便加強(qiáng)晶體管信道區(qū)中的電荷載體遷移率。

【背景技術(shù)】
[0002]復(fù)雜集成電路的制造需要提供其代表復(fù)雜電路主要(dominant)電路組件的大量晶體管組件。例如，可在目前可得的復(fù)雜集成電路中提供數(shù)百萬(wàn)個(gè)晶體管?；旧?，目前實(shí)行的是多個(gè)工藝技術(shù)，其中，以微處理器、儲(chǔ)存芯片及諸如此類(lèi)的復(fù)雜電路為例，CMOS技術(shù)由于其在操作速度及/或功率消耗及/或成本效益方面的優(yōu)異特性，是目前最有前景的方式。在CMOS電路中，互補(bǔ)式晶體管，也就是，P型晶體管和N型晶體管，用于形成電路組件，如反相器和其它邏輯柵，用以設(shè)計(jì)高度復(fù)雜的電路總成，如CPU、儲(chǔ)存芯片及諸如此類(lèi)。在使用CMOS技術(shù)制造復(fù)雜集成電路期間，晶體管，也就是，N型晶體管和P型晶體管，是在包括有結(jié)晶半導(dǎo)體層的襯底(substrate)上形成。泛稱(chēng)場(chǎng)效晶體管的MOS晶體管，無(wú)論談的是N型晶體管或P型晶體管，都包含所謂的PN接面(junct1n)，其通過(guò)高度摻雜漏極和源極區(qū)的界面(interface)所形成，在漏極區(qū)與源極區(qū)之間插置有反向或弱摻雜信道區(qū)。信道區(qū)的導(dǎo)電性，也就是，導(dǎo)電信道的驅(qū)動(dòng)電流能力，受控于信道區(qū)附近所形成并且通過(guò)薄絕緣層與其分隔的柵極電極。一旦施加適當(dāng)?shù)目刂齐妷褐翓艠O電極而形成導(dǎo)電信道，信道區(qū)的導(dǎo)電性還(among other things)取決于摻雜濃度、電荷載體遷移率以及,對(duì)于信道區(qū)依晶體管寬度方向的給定延伸，介于源極與漏極區(qū)之間亦稱(chēng)為信道長(zhǎng)度的距離。因此，縮減信道長(zhǎng)度，還有降低與其相關(guān)的信道電阻率，是達(dá)成集成電路操作速度提升的主要設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。
[0003]然而，持續(xù)縮小的晶體管尺寸(dimens1n)涉及與其有關(guān)，為了避免不當(dāng)?shù)窒鸐OS晶體管信道長(zhǎng)度穩(wěn)定縮減所帶來(lái)的好處，而必須處理的多個(gè)問(wèn)題。例如，為了結(jié)合期望信道可控制性提供低薄片與接觸電阻率，在漏極和源極區(qū)中，依從垂直方向以及橫向，需要高精密度摻質(zhì)分布(dopant profile)。此外，為了維持所需的信道可控制性，還可為了配合信道長(zhǎng)度縮減而調(diào)整柵極介電材料。然而，某些用于維持高信道可控制性的機(jī)制也會(huì)對(duì)晶體管信道區(qū)中的電荷載體遷移率造成負(fù)面影響，從而部分抵銷(xiāo)信道長(zhǎng)度縮減所帶來(lái)的好處。
[0004]由于關(guān)鍵尺寸，也就是，晶體管柵極長(zhǎng)度，持續(xù)縮減大小(size)需要(necessitate)高復(fù)雜度工藝技術(shù)的調(diào)整(adaptat1n)以及可能還有新開(kāi)發(fā),并且也因遷移率降低可造成效能增益顯著下降，已提出針對(duì)給定信道長(zhǎng)度提升信道區(qū)中電荷載體遷移率以加強(qiáng)晶體管組件的信道導(dǎo)電性，藉以改善效能，與需要極度縮減關(guān)鍵尺寸的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)帶來(lái)的進(jìn)步相當(dāng)，同時(shí)又避免或至少延后與裝置尺度(scaling)有關(guān)的許多工藝調(diào)整。
[0005]一種用于提升電荷載體遷移率的有效機(jī)制是修改信道區(qū)中的晶格結(jié)構(gòu)，其方式是例如通過(guò)在信道區(qū)附近產(chǎn)生拉伸(tensile)或壓縮(compressive)應(yīng)力(stress)以便在信道區(qū)中產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變力(strain)，這分別改變了電子與電洞的遷移率。例如，針對(duì)活性娃(active silicon)材料的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)晶配置(crystallographic configurat1n),也就是，信道長(zhǎng)度對(duì)準(zhǔn)〈110〉方向的(100)表面定向(surface orientat1n),在信道區(qū)中形成拉伸應(yīng)變力，提升電子的遷移率，此依次可直接轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)提升導(dǎo)電性。另一方面，信道區(qū)中的壓縮應(yīng)變力可提升電洞的遷移率，從而潛在加強(qiáng)P型晶體管的效能。將應(yīng)力或應(yīng)變力工程引進(jìn)集成電路制造是頗有前景的方式，理由在于應(yīng)變硅可視為「新」型半導(dǎo)體材料，其可促成制造快速?gòu)?qiáng)大的半導(dǎo)體裝置而無(wú)需昂貴的半導(dǎo)體材料，同時(shí)仍可使用許多建置完善的制造技術(shù)。
[0006]因此，為了誘發(fā)可導(dǎo)致相應(yīng)應(yīng)變力的壓縮應(yīng)力，已提出在信道區(qū)旁邊引進(jìn)例如硅/鍺(SiGe)材料。在形成Si/Ge材料時(shí)，PMOS晶體管的漏極和源極區(qū)選擇性凹陷以形成凹部，此時(shí)NMOS遭到屏蔽，接著通過(guò)外延生長(zhǎng)，在PMOS晶體管凹部中選擇性形成硅/鍺材料。
[0007]雖然此技術(shù)在P型信道晶體管從而整個(gè)CMOS裝置的效能增益方面有顯著的好處，然而，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在包括有大量晶體管組件的先進(jìn)半導(dǎo)體裝置中，可觀(guān)察出裝置效能的變異性(variability)增加,這可與用于在P型信道晶體管漏極和源極區(qū)中并入(incorporate)應(yīng)變硅/鍺合金的上述技術(shù)有關(guān)。
[0008]P型晶體管漏極和源極區(qū)中應(yīng)變誘發(fā)性硅/鍺材料的存在，可大幅改變晶體管的電流驅(qū)動(dòng)能力，從而還有并入硅/鍺材料期間的更小變異，或任何材料成分變化可因而顯著影響P型信道晶體管的效能。內(nèi)埋式硅/鍺材料的應(yīng)變誘發(fā)性效應(yīng)取決于內(nèi)埋式應(yīng)變誘發(fā)性半導(dǎo)體材料的用量(amount)、關(guān)于信道區(qū)的距離，并也取決于應(yīng)變誘發(fā)性半導(dǎo)體材料的大小及形狀。例如，并入更多鍺，由于可加大硅/鍺材料與主動(dòng)區(qū)硅材料之間的相應(yīng)晶格失配，因此可導(dǎo)致形成的應(yīng)變力增大。然而，半導(dǎo)體合金中鍺的最大濃度可取決于使用的工藝策略，理由在于進(jìn)一步增加鍺濃度可導(dǎo)致鍺凝聚過(guò)度，這依次可增加晶格缺陷及諸如此類(lèi)。再者，漏極和源極區(qū)中應(yīng)變誘發(fā)性材料的用量及其形狀可取決于漏極和源極區(qū)中所形成凹部的大小與形狀，其中，離自信道區(qū)的有效距離還可基于相應(yīng)凹部的大小與形狀予以實(shí)質(zhì)決定。因此，對(duì)于提供應(yīng)變誘發(fā)性硅/鍺材料的給定沉積配方，也就是，對(duì)于半導(dǎo)體材料中的給定鍺濃度，凹部的大小與形狀在調(diào)整晶體管整體效能中可扮演重要角色，其中，尤甚者，可基于凹部的大小與形狀，顯著決定P型信道晶體管形成的效能增益的跨晶粒均勻度及跨襯底均勻度。
[0009]用于在P型信道晶體管中形成內(nèi)埋式硅/鍺材料的典型習(xí)知處理流程可包括后述處理步驟。在為了形成晶體管于其中及其上而形成主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)之后，這通常通過(guò)形成橫向界定(delineate)主動(dòng)區(qū)的適當(dāng)隔離區(qū)予以完成，基于任何適當(dāng)?shù)墓に嚥呗远纬蓶艠O電極結(jié)構(gòu)。也就是，在形成埋入式應(yīng)變誘發(fā)性硅/鍺材料時(shí)，結(jié)合除了確實(shí)圖案化柵極層堆棧還可當(dāng)作后續(xù)制造階段中蝕刻與沉積屏蔽的一或多個(gè)適當(dāng)介電覆蓋材料(capmaterial),提供如介電材料、電極材料及諸如此類(lèi)的適當(dāng)材料。在精密應(yīng)用中，場(chǎng)效晶體管的柵極電極結(jié)構(gòu)可設(shè)有小于等于50納米(nm)的柵極長(zhǎng)度，藉以提供例如切換速度及驅(qū)動(dòng)電流能力方面的基本精密晶體管效能。然而，關(guān)鍵尺寸縮減也可在工藝變異上顯著取決于形成的晶體管效能，尤其是在依據(jù)實(shí)現(xiàn)非常有效的效能增強(qiáng)機(jī)制而產(chǎn)生的時(shí)候，諸如在P型信道晶體管中埋入應(yīng)變誘發(fā)性硅/鍺材料之類(lèi)。例如，硅/鍺材料關(guān)于信道區(qū)的橫向距尚變異可超潛在(over-potentially)影響最終取得效能，尤其是在考慮基本極度縮小晶體管的時(shí)候。例如，為了保存柵極介電材料之類(lèi)敏感材料(sensitive material)的完整性(integrity)而在柵極電極結(jié)構(gòu)上形成任何側(cè)壁間隔物(spacer),可顯著影響橫向距離，其中，幾乎輕易地縮減形成的間隔物寬度可能無(wú)法配合其它裝置要求，如柵極材料的完整性之類(lèi)。因此，尤其對(duì)于柵極長(zhǎng)度縮減而言，間隔物寬度即使是些微變異，都可顯著促成因內(nèi)埋式硅/鍺材料所致效能增益的整體變異性。
[0010]基于介電覆蓋材料及側(cè)壁間隔物結(jié)構(gòu)，可接著將凹部蝕刻到漏極和源極區(qū)內(nèi)，其中，大小及形狀可基于相應(yīng)蝕刻策略的蝕刻參數(shù)予以實(shí)質(zhì)決定。應(yīng)了解的是，如N型信道晶體管之類(lèi)無(wú)需并入硅/鍺材料的任何其它晶體管通過(guò)適當(dāng)?shù)钠帘螌佑枰园?。眾所周知的是，各向異性等離子輔助工藝中的蝕刻率可取決于特定裝置區(qū)的局部鄰區(qū)(localneighborhood)。在透過(guò)蝕刻硅材料可基于溴化氫及諸如此類(lèi)予以進(jìn)行的等離子輔助各向異性蝕刻工藝中，為了調(diào)整各向異性本質(zhì)還有所考慮蝕刻工藝經(jīng)適當(dāng)選擇的等離子條件而使用有機(jī)添加物。然而，反應(yīng)性成分(reactive component)、有機(jī)添加物以及甚至是等離子條件的存在，可隨如電路組件「密度」及諸如此類(lèi)的局部條件稍微改變。也就是，半導(dǎo)體裝置的局部配置可影響例如一個(gè)可有多個(gè)待蝕刻曝露表面區(qū)的區(qū)域中的局部蝕刻條件，同時(shí)在其它裝置區(qū)域中，相應(yīng)表面區(qū)的「密度」又可顯著降低，藉以在這些區(qū)域中促成不同的蝕刻行為。例如，一旦在晶體管的硅基漏極和源極中形成凹部，裝置區(qū)即密集聚在一起，也就是，在裝置區(qū)中，晶體管的柵極電極間隔緊密，相較于聚集度較不密集的裝置區(qū)域，有不同的蝕刻行為。相應(yīng)的效應(yīng)即眾所周知的「圖案加載(pattern loading)」,其因而導(dǎo)致形成的凹部具有不同的大小及/或形狀，因此，依次可促使晶體管效能有非常顯著的變異性，亦如上所述。
[0011]在某些習(xí)知方法中，形成的凹部的大小與形狀的變異性，至少某種程度通過(guò)額外進(jìn)行具有高結(jié)晶各向異性的濕化學(xué)蝕刻工藝予以補(bǔ)償，以致可精確控制凹部的橫向偏移(lateral offset)及其大小與形狀。例如,可使用如四甲基氫氧化銨(TMAH)、氫氧化鉀及諸如此類(lèi)建置完善的蝕刻試劑(etch reagent)完成結(jié)晶各向異性蝕刻工藝，其中，濕化學(xué)蝕刻化學(xué)過(guò)程(chemisry)就待圖案化硅材料的不同結(jié)晶取向而言，具有固有的「各向異性」蝕刻行為。因此，此固有蝕刻率差異對(duì)硅基材料的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)晶配置以凹口橫向提供受限的蝕刻行為，從而對(duì)形成的凹部的大小與形狀提供優(yōu)越的工藝均勻度。一般而言，使用的是硅材料的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)晶配置，也就是，晶體管長(zhǎng)度方向沿著〈110〉方向取向的(100)表面定向，或?qū)嶓w均等方向，其中，相較于其它如〈110〉、<100>軸或任何相應(yīng)均等方向之類(lèi)的晶軸(crystallographic axes)，沿著〈111〉方向觀(guān)察到顯著降低的蝕刻率。應(yīng)了解的是，在本應(yīng)用中，要將相應(yīng)結(jié)晶取向理解為代表實(shí)體均等取向，也就是，要將〈100〉取向理解為表示任何實(shí)體均等取向，如〈010>、〈001>、〈-100>及諸如此類(lèi)。對(duì)于晶面(crystal plane)也是一樣。
[0012]因此，一旦實(shí)施最終的結(jié)晶各向異性蝕刻步驟，即可例如根據(jù)晶體幾何在凹部中形成界定妥善的側(cè)壁表面，其中，(111)面可充當(dāng)「蝕刻終止」層，以至于可形成所謂的西格碼狀凹部(sigma-shaped cavities)。
[0013]此方法可提供優(yōu)越的蝕刻條件，并且從而改善形成的凹部的形狀。然而，發(fā)現(xiàn)到的是，可跨半導(dǎo)體晶粒區(qū)觀(guān)察凹部深度的顯著變異，其中，凹部深度在柵極電極結(jié)構(gòu)間距緊密的裝置區(qū)中減小，而深度在晶體管聚集度較不密集的裝置區(qū)中則增加。
[0014]第2011/0294269A1號(hào)美國(guó)案揭露制造策略，用于在形成相應(yīng)凹部時(shí)，并入圖案加載效應(yīng)相依性降低的晶體管漏極和源極區(qū)中所提供凹部中的半導(dǎo)體材料。為此，待圖案化的半導(dǎo)體區(qū)可予以適當(dāng)修改，以圖案加載效應(yīng)降低的工藝策略為基礎(chǔ)，如離子植入工藝，其產(chǎn)生顯著的晶體破壞，從而是材料的非晶化，這因而可導(dǎo)致蝕刻率顯著不同?？山又愿飨蛲晕g刻工藝為基礎(chǔ)而蝕刻非晶半導(dǎo)體材料，其中，非晶材料可改良蝕刻工藝的均勻度及可控制性，以致可如圖1a所示，就相應(yīng)凹部的大小及形狀方面改良均勻度。圖1a描述半導(dǎo)體裝置100，其包含柵極電極結(jié)構(gòu)160a與160b以及襯底101上方形成的半導(dǎo)體層102的主動(dòng)區(qū)102a中所形成的U形凹部156a、156b、156c。主動(dòng)區(qū)102a通過(guò)隔離區(qū)102c予以界定(delineate)。
[0015]形狀可通過(guò)進(jìn)行額外的結(jié)晶各向異性蝕刻工藝予以再改良，例如用以得到經(jīng)妥善界定連接至所思考晶體管信道區(qū)的側(cè)壁表面區(qū)，如圖1b所示。圖1b描述半導(dǎo)體裝置100，其包含柵極電極結(jié)構(gòu)160a與160b以及西格碼狀凹部156a、156b和156c。
[0016]雖然本方法可在對(duì)圖案加載效應(yīng)相依性降低的晶體管漏極和源極區(qū)中提供凹部，所得到凹部的形狀實(shí)質(zhì)仍受限于U形及西格碼狀凹部，其未提供期望彈性(flexibility)以供基于內(nèi)埋式應(yīng)變誘發(fā)性源極和漏極半導(dǎo)體材料為應(yīng)變性晶體管信道技術(shù)形成凹部。
[0017]鑒于上述情形，本揭露涉及制造技術(shù)，用于以并入的應(yīng)變誘發(fā)性半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，形成效能增強(qiáng)的晶體管，同時(shí)避免或至少降低以上所確認(rèn)一或多個(gè)問(wèn)題的效應(yīng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]下文為了提供對(duì)本發(fā)明某些態(tài)樣的基本了解而介紹簡(jiǎn)化的
【發(fā)明內(nèi)容】
。本內(nèi)容不是本發(fā)明的詳盡概述。用意不在于識(shí)別本發(fā)明的主要或關(guān)鍵要素或描述本發(fā)明的范疇。唯一目的在于以簡(jiǎn)化形式介紹某些概念作為后文所述更詳細(xì)實(shí)施方式的引言。
[0019]基本上，本揭露提供制造策略，用于并入效率提升的晶體管漏極和源極區(qū)中所提供凹部中的半導(dǎo)體材料。凹部形成于半導(dǎo)體裝置的主動(dòng)區(qū)中。為了選擇性改進(jìn)主動(dòng)區(qū)曝露部分的蝕刻行為并且調(diào)整非晶區(qū)(amorphous reg1n)的形狀，可使用非晶化工藝及熱處理改良凹部的形狀。形成的晶格缺陷的濃度可對(duì)應(yīng)于相關(guān)聯(lián)的蝕刻率?？山又詽窕瘜W(xué)蝕刻工藝之類(lèi)的各向異性蝕刻工藝、或各向同性等離子輔助蝕刻工藝為基礎(chǔ)，蝕刻非晶半導(dǎo)體區(qū)，其中，改進(jìn)型材料可對(duì)蝕刻工藝提供優(yōu)越的均勻度及可控制性。如此，可以高度彈性調(diào)整凹部的基本配置。
[0020]本文所揭露的一種描述性方法包含在包含有結(jié)晶半導(dǎo)體基材(base material)的主動(dòng)區(qū)上方形成晶體管的柵極電極結(jié)構(gòu)，并且在鄰近于柵極電極結(jié)構(gòu)的主動(dòng)區(qū)中形成非晶區(qū)。本方法再包含進(jìn)行熱處理以致非晶區(qū)部分再結(jié)晶化，并且在熱處理后，蝕刻對(duì)結(jié)晶半導(dǎo)體基材具有選擇性的非晶區(qū)以在主動(dòng)區(qū)中形成凹部。另外，本方法包含在凹部中形成應(yīng)變誘發(fā)性半導(dǎo)體材料以誘發(fā)晶體管信道區(qū)中的應(yīng)變力(strain)。
[0021]本文所揭露的進(jìn)一步描述性方法涉及形成晶體管。本方法包含進(jìn)行離子植入工藝以便橫向形成鄰近于柵極電極結(jié)構(gòu)的非晶半導(dǎo)體區(qū)，以及進(jìn)行熱處理以致非晶半導(dǎo)體區(qū)部分再結(jié)晶化。本方法還包含通過(guò)進(jìn)行蝕刻工藝，蝕刻對(duì)結(jié)晶半導(dǎo)體材料具有選擇性的非晶半導(dǎo)體材料，在半導(dǎo)體區(qū)中橫向形成鄰近于柵極電極結(jié)構(gòu)的凹部。另外，本方法包含在凹部中形成應(yīng)變誘發(fā)性半導(dǎo)體材料，以及在半導(dǎo)體區(qū)中形成漏極與源極。
[0022]本文所揭露的一種描述性半導(dǎo)體裝置包含在主動(dòng)區(qū)上方形成的柵極電極結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體裝置還包含埋置在主動(dòng)區(qū)內(nèi)的應(yīng)變誘發(fā)性半導(dǎo)體材料，應(yīng)變誘發(fā)性半導(dǎo)體材料具有鄰近于柵極電極結(jié)構(gòu)的實(shí)質(zhì)均勻傾斜側(cè)壁，其中，傾斜角度的范圍大約是20至70度。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]本揭露可參照底下說(shuō)明配合附圖予以理解，其中，相稱(chēng)的參考組件符號(hào)視為相稱(chēng)的組件，以及其中:
[0024]圖1a和圖1b根據(jù)習(xí)知策略，示意描述半導(dǎo)體裝置的剖面圖，其包含在主動(dòng)區(qū)中形成的U形或西格碼狀凹部；
[0025]圖2a至圖2f根據(jù)描述性具體實(shí)施例，其描述完成已并入基于形狀與大小優(yōu)越的凹部所形成應(yīng)變誘發(fā)性半導(dǎo)體材料的晶體管時(shí)，各個(gè)制造階段期間半導(dǎo)體裝置的剖面圖；以及
[0026]圖3a至圖3f示意描述進(jìn)一步描述性具體實(shí)施例各個(gè)制造階段期間，半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
[0027]盡管本文所揭示的技術(shù)主題易受各種改進(jìn)和替代形式所影響，其特定具體實(shí)施例仍已通過(guò)圖式中的實(shí)施例予以表示并且在本文中予以詳述。然而，應(yīng)理解的是，本文對(duì)特定具體實(shí)施例的說(shuō)明用意不在于限制本發(fā)明于所揭示的特殊形式，相反地，用意在于含括落于如權(quán)利要求書(shū)所界定本發(fā)明精神與范疇內(nèi)的所有改進(jìn)、均等件、以及替代。
[0028]主要組件符號(hào)說(shuō)明
[0029]100半導(dǎo)體裝置
[0030]101襯底
[0031]102半導(dǎo)體層
[0032]102a主動(dòng)區(qū)
[0033]102c隔離區(qū)
[0034]156a、156b、156c 凹部
[0035]160a、160b柵極電極結(jié)構(gòu)
[0036]200半導(dǎo)體裝置
[0037]201襯底
[0038]202半導(dǎo)體層
[0039]202a主動(dòng)區(qū)
[0040]202c隔離結(jié)構(gòu)
[0041]203非晶化工藝、植入工藝
[0042]203a 傾斜型植入步驟
[0043]203b實(shí)質(zhì)零傾角的植入工藝
[0044]204熱處理
[0045]205蝕刻工藝
[0046]206生長(zhǎng)工藝
[0047]250a、250b 晶體管
[0048]251a,251b,251c 漏極與源極區(qū)
[0049]252a、252b、252c 非晶區(qū)
[0050]252d 深度
[0051]252w 橫向?qū)挾?br> [0052]253a、253b、253c改形過(guò)的(reshaped)非晶區(qū)、非晶部分
[0053]253s側(cè)壁
[0054]254a、254b、254c應(yīng)變誘發(fā)性半導(dǎo)體材料
[0055]255a、255b、255c 凹部
[0056]256a、256b、256c 金屬娃化物區(qū)
[0057]257a,257b,257c 再結(jié)晶化區(qū)域
[0058]260a、260b柵極電極結(jié)構(gòu)
[0059]261側(cè)壁間隔物結(jié)構(gòu)
[0060]262柵極介電材料
[0061]263電極材料
[0062]264介電覆蓋材料
[0063]265側(cè)壁間隔物結(jié)構(gòu)
[0064]266金屬娃化物材料
[0065]267側(cè)壁間隔物結(jié)構(gòu)
[0066]270傾斜角度
[0067]300半導(dǎo)體裝置
[0068]304熱處理
[0069]305蝕刻工藝
[0070]307植入工藝
[0071]350a、35Ob 晶體管
[0072]352a、352b、352c 非晶區(qū)
[0073]353a、353b、353c 剩余非晶區(qū)
[0074]354a、354b、354c應(yīng)變誘發(fā)性半導(dǎo)體材料
[0075]355a、355b、355c 凹部
[0076]356a、356b、356c、366 硅化物區(qū)
[0077]358源極與漏極延展區(qū)
[0078]358a、358b、358c源極/漏極延展區(qū)
[0079]359a、359b、359c環(huán)狀區(qū)、深源極與漏極區(qū)
[0080]360a、360b柵極電極結(jié)構(gòu)
[0081]361 偏移間隔物
[0082]365 間隔物。

【具體實(shí)施方式】
[0083]底下說(shuō)明的是本發(fā)明的各種描述性具體實(shí)施例。為了厘清，未在本說(shuō)明書(shū)中說(shuō)明實(shí)際實(shí)現(xiàn)的所有特征。當(dāng)然將了解的是，在任何此實(shí)際具體實(shí)施例的研制中，必須施作許多實(shí)現(xiàn)特定性決策以達(dá)成研制者的特定目的，如符合系統(tǒng)相關(guān)與商業(yè)相關(guān)限制條件，其視實(shí)現(xiàn)而不同。再者，將了解的是，此研制計(jì)劃可能復(fù)雜且耗時(shí)，不過(guò)卻屬本技術(shù)上具有普通技能者所從事具有本揭示效益的例行事務(wù)。
[0084]現(xiàn)在將參照【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】本技術(shù)主題。圖式中所示意的各種結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)及裝置其目的僅在于說(shuō)明而非為了以所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的細(xì)節(jié)混淆本揭露。雖然如此，仍含括附圖以說(shuō)明并且解釋本揭示的描述性實(shí)施例。應(yīng)該理解并且解讀本文的用字及詞組與所屬相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的用字及詞組具有兼容的意義。術(shù)語(yǔ)或詞組的特殊定義，也就是，有別于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的普通及慣用意義的定義，用意是要通過(guò)本文對(duì)于術(shù)語(yǔ)或詞組的一致性用法予以隱喻。就術(shù)語(yǔ)或詞組用意在于具有特殊意義，也就是，不同于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的術(shù)語(yǔ)或詞組，的方面來(lái)說(shuō)，此特殊定義將在說(shuō)明書(shū)中以直接并且明確提供術(shù)語(yǔ)或詞組特殊定義的明確方式予以清楚提出。
[0085]基本上，本揭露通過(guò)實(shí)施提供高度彈性的工藝，提供用于在晶體管主動(dòng)區(qū)中提供凹部的技術(shù)，以便決定諸如呈硅/鍺、硅/碳及諸如此類(lèi)形式的應(yīng)變誘發(fā)性半導(dǎo)體材料之類(lèi)，形成的埋入式半導(dǎo)體材料本身及其凹部的大小與形狀。應(yīng)了解的是，在本文背景(context)中，如硅/鍺材料之類(lèi)的應(yīng)變誘發(fā)性半導(dǎo)體混合物也可稱(chēng)為半導(dǎo)體合金，或可表示相較于硅材料，具有不同自然晶格的實(shí)質(zhì)結(jié)晶半導(dǎo)體材料。
[0086]在某些描述性具體實(shí)施例中，可基于可并入適當(dāng)植入物種(implantat1nspecies)以便非晶化主動(dòng)區(qū)曝露部分材料特性的離子植入工藝、以及通過(guò)部分再結(jié)晶化進(jìn)一步使非晶區(qū)成形的熱處理，在界定凹部的形狀與大小方面，達(dá)到優(yōu)越的彈性。因此，通過(guò)在植入工藝期間使植入輪廓適當(dāng)成形，可預(yù)先界定待形成凹部的期望大小和形狀，其中，大小和形狀可通過(guò)導(dǎo)致部分再結(jié)晶化的適度熱處理予以進(jìn)一步調(diào)整，也就是，以低溫及/或短暫的加熱周期進(jìn)行熱處理。
[0087]眾所周知的是，相較于結(jié)晶半導(dǎo)體材料，在諸如硅材料的非晶半導(dǎo)體材料中，TMAH及諸如此類(lèi)的多個(gè)有效蝕刻化學(xué)制品(chemistries)可具有顯著不同的蝕刻率。再者，相較于結(jié)晶半導(dǎo)體材料，在實(shí)質(zhì)非晶硅材料中，TMAH可具有顯著較高的蝕刻率，以至于刻意產(chǎn)生重度晶體破壞可提升移除率，從而可有效控制后續(xù)的蝕刻工藝。TMAH可進(jìn)一步選擇性蝕刻與二氧化硅、氮化硅及諸如此類(lèi)有關(guān)的硅。類(lèi)似地，例如通過(guò)提升對(duì)實(shí)質(zhì)非晶材料的蝕刻率，其它蝕刻化學(xué)制品可有別地呼應(yīng)晶體結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，從而也在后續(xù)蝕刻工藝中，能合乎期望地調(diào)整凹部的大小和形狀。例如，在某些描述性具體實(shí)施例中，可利用濕化學(xué)蝕刻化學(xué)過(guò)程而不需用到任何等離子輔助蝕刻工藝，以非晶半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，完成用于提供凹部的整體蝕刻程序。如此，可達(dá)到非常有效率的整體處理流程。
[0088]于附圖，現(xiàn)在將更加詳述描述性具體實(shí)施例。關(guān)于未清楚說(shuō)明的工藝，對(duì)應(yīng)前述工藝，可參閱圖2a至圖2f。
[0089]圖2a示意描述半導(dǎo)體裝置200的剖面圖，其包含襯底201，上方有半導(dǎo)體層202，其可為硅基半導(dǎo)體材料，大多數(shù)復(fù)雜集成電路在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)都并且將基于硅材料予以產(chǎn)生。然而，應(yīng)了解的是，本文所揭露的原理也可應(yīng)用于其它半導(dǎo)體材料，如硅/鍺材料及諸如此類(lèi)，其中，相應(yīng)的應(yīng)變誘發(fā)性機(jī)制，待基于內(nèi)埋式半導(dǎo)體材料，或在任何半導(dǎo)體材料新內(nèi)埋于半導(dǎo)體裝置主動(dòng)區(qū)時(shí)予以實(shí)現(xiàn)?？紤]到主體配置(bulk configurat1n)時(shí),半導(dǎo)體裝置材料202可為襯底201的一部分晶體襯底材料。在其它情況下(圖未示)，可在半導(dǎo)體層202下方提供埋置絕緣材料。
[0090]如圖所示，在所示的制造階段中，裝置200可包含隔離結(jié)構(gòu)202c，其可在層件202中橫向界定多個(gè)主動(dòng)區(qū)或半導(dǎo)體區(qū)，其中，為了方便起見(jiàn)，圖2a描述的是單一主動(dòng)區(qū)202a。應(yīng)了解的是，如本文用于層件202的術(shù)語(yǔ)半導(dǎo)體層要予以理解指的是可初始呈半導(dǎo)體材料形式的材料層，然而，在先進(jìn)的制造階段中，其可包括如隔離結(jié)構(gòu)202c之類(lèi)的其它非半導(dǎo)體材料。就可在半導(dǎo)體區(qū)202a中及上形成如晶體管250a、250b之類(lèi)的一或多個(gè)晶體管而言，半導(dǎo)體區(qū)或主動(dòng)區(qū)202a可予以理解為主動(dòng)區(qū)。也就是，半導(dǎo)體區(qū)202a可具有或接收任何適當(dāng)?shù)幕緭劫|(zhì)濃度以便調(diào)整基本晶體管特性，同時(shí)在之后的制造階段中，也必須在主動(dòng)區(qū)202a中形成PN接面以完成晶體管250a、250b。
[0091]在所示的制造階段中，柵極電極結(jié)構(gòu)260a、260b可予以在主動(dòng)區(qū)202a上形成，并且就裝置200的裝置要求及進(jìn)一步處理而言，可具有任何適當(dāng)?shù)呐渲?。例如，柵極電極結(jié)構(gòu)260a、260b可包含柵極介電材料262，如基于硅化物的材料、高k介電材料、或任何其組合都可予以提供，還有適當(dāng)?shù)碾姌O材料263，如硅材料及/或含金屬電極材料及諸如此類(lèi)，可設(shè)有適當(dāng)?shù)臇艠O長(zhǎng)度，也就是，圖2a中的水平延展，其在精密應(yīng)用中可小于或等于40納米。再者，其可例如包含襯墊(liner)(圖未示)和間隔物組件的側(cè)壁間隔物結(jié)構(gòu)261，可為了保存材料262、263的完整性而予以設(shè)于側(cè)壁上。此外，可提供介電覆蓋材料264，其可在進(jìn)一步處理期間充當(dāng)蝕刻及沉積屏蔽。間隔物結(jié)構(gòu)261的形式可為硅氮化物材料、二氧化硅材料及諸如此類(lèi)。類(lèi)似地，介電覆蓋層264的形式可為任何適當(dāng)?shù)慕殡姴牧稀?br> [0092]裝置200可包含分別設(shè)于晶體管250a、250b源極側(cè)和漏極側(cè)的非晶區(qū)252a、252b、252c。在某些描述性具體實(shí)施例中，非晶區(qū)252a、252b、252c的晶格缺陷量相對(duì)于剩余主動(dòng)區(qū)202a可顯著增加。也就是，區(qū)域252a、252b、252c中晶格缺陷的平均濃度可大于剩余主動(dòng)區(qū)202a至少五個(gè)數(shù)量級(jí)。例如，除了晶格缺陷量增加，區(qū)域252a、252b、252c內(nèi)特定植入物種的量也可增加，如鍺、氙及諸如此類(lèi)，其可用于產(chǎn)生區(qū)域252a、252b、252c的期望非晶狀態(tài)。區(qū)域252a、252b、252c的大小與形狀因而可通過(guò)特定植入「邊界」予以「界定」，其可因植入工藝的本質(zhì)而具有某種程度的變異性。在本應(yīng)用中，當(dāng)經(jīng)過(guò)適當(dāng)選擇的單位體積中晶格缺陷的平均濃度值小于晶格缺陷最大溫度兩個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)，一部分主動(dòng)區(qū)202a可視為在區(qū)域252a、252b、252c的外側(cè)。也就是，若晶格缺陷最大濃度定于區(qū)域252a、252b、252c內(nèi)的某處，則每當(dāng)平均濃度低于最大濃度至少兩個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)，主動(dòng)區(qū)202a的任何區(qū)域都予以視為在區(qū)域252a、252b、252c的外側(cè)。
[0093]如圖2a所示，可基于后述工藝技術(shù)形成半導(dǎo)體裝置200?？苫谌魏芜m當(dāng)?shù)闹圃觳呗栽诎雽?dǎo)體層202中提供隔離結(jié)構(gòu)202c，也就是，通過(guò)提供基于精密微影技術(shù)的適當(dāng)硬罩(hard mask)并且圖案化半導(dǎo)體層202以形成凹槽(trench),其可在后續(xù)以任何適當(dāng)?shù)慕殡姴牧嫌枰蕴畛?。在移除任何過(guò)剩材料及任何硬罩材料之后，可通過(guò)對(duì)柵極電極結(jié)構(gòu)260a、260b提供適當(dāng)材料并且利用精密微影與圖案化技術(shù)圖案化形成的層件堆棧繼續(xù)進(jìn)一步處理。照這樣，柵極介電材料262、電極材料263以及覆蓋材料264可具有期望的柵極長(zhǎng)度，并且后續(xù)可例如通過(guò)可妥善控制的沉積及蝕刻技術(shù)形成間隔物結(jié)構(gòu)261，以便按照期望限制敏感材料262、263，還有對(duì)進(jìn)一步處理提供期望的橫向偏移，用于在區(qū)域202a中并入半導(dǎo)體材料。為此，可應(yīng)用建置妥善的低壓化學(xué)氣相沉積(CVD)、多層沉積技術(shù)及諸如此類(lèi)。應(yīng)了解的是，其它晶體管與柵極電極結(jié)構(gòu)可通過(guò)如用于形成間隔物結(jié)構(gòu)261的材料層及諸如此類(lèi)予以包覆。
[0094]之后，可基于離子撞擊或植入工藝203形成非晶區(qū)252a、252b、252c，其中，可使用如氙、鍺、硅及諸如此類(lèi)適當(dāng)?shù)闹踩胛锓N以便提供期望的非晶化。例如，如前所述，可提供顯著晶格缺陷量看非晶化，藉以將區(qū)域202a的實(shí)質(zhì)晶體材料局部轉(zhuǎn)換成非晶部分，從而相較于主動(dòng)區(qū)202a的剩余部分，在多個(gè)建置妥善的蝕刻策略方面，以顯著不同的蝕刻率賦予區(qū)域252a、252b、252c。為此，可對(duì)給定的植入物種選擇離子植入工藝203的工藝參數(shù)，以便以主動(dòng)區(qū)202a內(nèi)的特定深度適當(dāng)?shù)亟缍ㄖ踩胛锓N的平均穿透深度及濃度最大值。例如，對(duì)于每平方公分(cm2)的適度低植入劑量值，例如114至1015，如氙、鍺及諸如此類(lèi)的重離子可產(chǎn)生顯著的晶格破壞。
[0095]在一個(gè)具體實(shí)施例中，通過(guò)非傾斜型植入以大約30keV的能量及每平方公分約3 X 114個(gè)原子的劑量植入鍺。所得到非晶區(qū)252a的深度252d大約為42納米，其中，非晶區(qū)252a包含圓角(rounded corners)。非晶區(qū)252a的橫向?qū)挾?52w于非晶區(qū)的頂部大約為50納米?？苫诜抡?、實(shí)驗(yàn)及諸如此類(lèi)建立進(jìn)一步適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)以便例如調(diào)整區(qū)域252a、252b、252c 的深度。
[0096]圖2b示意描述植入工藝或連串處理期間的半導(dǎo)體裝置200，用以調(diào)整主動(dòng)區(qū)202a內(nèi)非晶部分252a、252b、252c的大小和形狀。如圖所示，除了或交替于(alternativelyto)如圖2a所示的植入序列203，可應(yīng)用植入工藝203a，其中，輸入的離子束可與表面正交(surface normal)呈傾斜,從而在源極側(cè)或漏極側(cè)橫向增加穿透深度,如非晶化區(qū)域252a、252b所指。也就是，區(qū)域252a、252b可在間隔物結(jié)構(gòu)261下方延展，其中，可基于傾斜型植入步驟203a的植入能量和傾角，決定對(duì)應(yīng)的重疊度。另一方面，柵極電極結(jié)構(gòu)260a、260b在工藝203a期間可有效阻絕于對(duì)立的源極或漏極側(cè)并入植入物種。此外，另外或或者，可進(jìn)行具有實(shí)質(zhì)零傾角的植入工藝203b，舉例亦如以上關(guān)于圖2a的植入工藝203所述。類(lèi)似地，可應(yīng)用傾斜型植入工藝203c，藉以形成可與柵極電極結(jié)構(gòu)260a、260b具有期望重疊的修改區(qū)252b、252c。至少在結(jié)合傾斜型植入步驟203a、203c時(shí)，可增加重疊程度，其中，除了傾角符號(hào)(sign)，當(dāng)可在植入工藝203a、203c期間使用相同工藝參數(shù)時(shí)，形成的配置可呈對(duì)稱(chēng)，其中，傾角決定主動(dòng)區(qū)的非晶與結(jié)晶區(qū)之間界面傾斜的角度。應(yīng)了解也可使用不同大小的傾角及/或不同植入能量，至少在柵極電極結(jié)構(gòu)附近，達(dá)成不同的非晶區(qū)深度。因此，通過(guò)應(yīng)用適當(dāng)?shù)闹踩胄蛄屑跋鄳?yīng)的工藝參數(shù)，可調(diào)整非晶區(qū)252a、252b、252c的大小及形狀。
[0097]圖2c示意描述更先進(jìn)制造階段中的半導(dǎo)體裝置200。如圖所示，進(jìn)行熱處理204以部分再結(jié)晶化非晶區(qū)252a、252b、252c (圖2a及圖2b)并且形成改形過(guò)的(reshaped)非晶區(qū)253a、253b、253c。可使用任何適當(dāng)?shù)臒崽幚?，如熔爐熱處理或快速熱退火(RTA)。溫度范圍可大約由350至1000°C，以及加熱周期的時(shí)間范圍可大約由I秒到5個(gè)小時(shí)，其中，高溫需要的加熱周期短暫。在一個(gè)具體實(shí)施例中，以大約350至500°C的溫度范圍進(jìn)行加熱周期大約I至5個(gè)小時(shí)的熱處理。更一般的是，熱處理以大約400至450°C的溫度范圍進(jìn)行大約I至3個(gè)小時(shí)。在進(jìn)一步具體實(shí)施例中，以大約500至700°C的溫度范圍進(jìn)行加熱周期大約I至15分鐘的熱處理。更一般的是，以大約550至650°C的溫度范圍進(jìn)行大約I至10分鐘的熱處理。在進(jìn)一步具體實(shí)施例中，使用RTA工藝，以大約800至1000°C的溫度范圍進(jìn)行加熱周期大約I至15秒的熱處理。更一般的是，對(duì)于RTA工藝，以大約850至950°C的溫度范圍進(jìn)行大約I至10秒的熱處理。在熱處理中，非晶區(qū)252a、252b、252c (圖2a)部分再結(jié)晶化。再結(jié)晶化較佳是沿著晶面由非晶區(qū)的結(jié)晶界面與主動(dòng)區(qū)的結(jié)晶區(qū)開(kāi)始進(jìn)行，以至改進(jìn)型非晶區(qū)253a、253b、253c最終達(dá)成的形狀由熱處理的溫度與時(shí)間以及所含括硅晶面的取向所決定。在一個(gè)描述性具體實(shí)施例中，改進(jìn)型非晶區(qū)253a、253b、253c其側(cè)壁253s的傾斜角度270可在大約20至70度的范圍內(nèi)。在進(jìn)一步描述性具體實(shí)施例中，傾斜角度270的范圍可為大約30至60度，或更一般的范圍為大約40至50度。
[0098]對(duì)于以標(biāo)準(zhǔn)晶體定向?qū)嵸|(zhì)取向的主動(dòng)區(qū)202a中形成的非晶區(qū)，其中，〈100〉取向可垂直于主動(dòng)區(qū)202a的水平表面區(qū)以及晶體管長(zhǎng)度方向以〈110〉方向或任何均等方向予以取向，所產(chǎn)生改進(jìn)型非晶區(qū)253a、253b、253c可通過(guò)底部表面處的(100)晶面以及傾斜側(cè)壁253s上的(111)晶面予以表示。因此，適度的熱處理提供進(jìn)一步方法以供界定凹部的形狀。所以，可能凹部形狀方面的彈性度得以增加。
[0099]在熱處理204中，于圖2a所示的實(shí)施例中，非晶區(qū)的深度由大約42納米縮減到大約10納米，其中，非晶區(qū)的最大橫向尺寸得以實(shí)質(zhì)維持，以致改進(jìn)型非晶區(qū)253a在非晶區(qū)頂部的寬度大約為50納米，而非晶區(qū)在底部的寬度則縮減到大約30納米。
[0100]多個(gè)蝕刻化學(xué)制品可敏感于某些植入物種，如具有N型摻雜物種、氙及諸如此類(lèi)形式的摻質(zhì)，從而能在例如重建實(shí)質(zhì)晶體狀態(tài)時(shí)，顯著縮減蝕刻率。因此，在描述性具體施例中，可基于氙進(jìn)行非晶化工藝203 (圖2a)，以便因氙并入再結(jié)晶化區(qū)域257a、257b、257c而對(duì)后續(xù)蝕刻工藝提供優(yōu)越的控制。
[0101]圖2d示意描述更先進(jìn)制造階段中的半導(dǎo)體裝置200。如圖所示，可進(jìn)行蝕刻工藝205以移除主動(dòng)區(qū)202a的非晶部分253a、253b、253c，而鄰近柵極電極結(jié)構(gòu)260a、260b橫向提供凹部255a、255b、255c，其中，可基于先前進(jìn)行的植入序列203a、203b (圖2b)及熱處理204 (圖2c)調(diào)整某種程度的「重疊」。在某些描述性具體實(shí)施例中，可例如使用TMAH、氫氧化鉀及諸如此類(lèi)，基于化學(xué)蝕刻配方，進(jìn)行蝕刻工藝205，其中，在此情況下，相應(yīng)的蝕刻化學(xué)制品在非晶區(qū)253a、253b、253c (圖2a)內(nèi)可具有實(shí)質(zhì)等向蝕刻行為，理由在于晶體結(jié)構(gòu)在這些區(qū)域內(nèi)遭受實(shí)質(zhì)破壞。此外，由于非晶狀態(tài)，蝕刻率相較于主動(dòng)區(qū)202a的晶體部分可實(shí)質(zhì)較高，以至于可有效移除非晶材料，其中，相應(yīng)的蝕刻率在晶格濃度降低時(shí)可顯著下降，藉以提供自我控制蝕刻行為。
[0102]如先前關(guān)于圖2b所述，也可在蝕刻工藝205期間完成凹部255a、255b、255c的深度差異，不過(guò)，同時(shí)又有高度的均勻性。類(lèi)似地，由于預(yù)先界定的非晶區(qū)252a、252b、252c (圖2a及圖2b)，可在工藝205期間得到期望程度的重疊或等軸配置(isometricconfigurat1n)。因此,例如可對(duì)凹部255a、255b、255c的深度完成高度均勻性。
[0103]應(yīng)了解的是，可基于結(jié)晶各向異性濕化學(xué)蝕刻進(jìn)行蝕刻工藝205，同時(shí)在其它情況下，又可使用各向同性等離子輔助蝕刻配方。由于先前的非晶化，可在移除非晶材料部分期間，以任何速率得到實(shí)質(zhì)方向獨(dú)立的蝕刻行為。
[0104]圖2e示意描述更先進(jìn)制造階段中的半導(dǎo)體裝置200，可在此階段應(yīng)用選擇性外延生長(zhǎng)工藝206，用以在先前所提供就大小與形狀具有優(yōu)越均勻度的凹部中形成應(yīng)變誘發(fā)性半導(dǎo)體材料254a、254b、254c。為此，可應(yīng)用任何適當(dāng)且經(jīng)妥善建置的沉積配方，其中，間隔物結(jié)構(gòu)261及介電覆蓋層264可充當(dāng)沉積屏蔽。在描述性具體實(shí)施例中，可例如通過(guò)并入硼以形成晶體管250a、250b，例如P型信道晶體管，的深源極與漏極區(qū)，在生長(zhǎng)工藝206期間，原位(in situ)摻雜應(yīng)變誘發(fā)性半導(dǎo)體材料254a、254b、254c，例如硅/鍺材料。由于形狀改良，應(yīng)變誘發(fā)性半導(dǎo)體材料254a、254b、254c的相關(guān)上部分較靠近晶體管250a、250b的信道區(qū)而置，以致相較于習(xí)知技術(shù)，應(yīng)力轉(zhuǎn)移的效率得以改良。
[0105]圖2f示意描述更先進(jìn)制造階段中的半導(dǎo)體裝置200。如圖所示，晶體管250a、250b可分別包含漏極與源極區(qū)251a、251b、251c，根據(jù)描述性具體實(shí)施例，其可通過(guò)相應(yīng)的源極與漏極植入工藝(圖未示)予以在先前形成的應(yīng)變誘發(fā)性半導(dǎo)體材料254a、254b、254c中予以至少部分形成。此外，可對(duì)柵極電極結(jié)構(gòu)260a、260b提供適當(dāng)?shù)膫?cè)壁間隔物結(jié)構(gòu)265、267，其可用于妥適調(diào)整漏極與源極區(qū)251a、251b、251c及/或金屬硅化物區(qū)256a、256b、256c的垂直和橫向摻質(zhì)分布。此外，可在柵極電極結(jié)構(gòu)260a、260b中形成金屬娃化物材料266，從而還對(duì)柵極電極結(jié)構(gòu)提供優(yōu)越的導(dǎo)電性。在描述性具體實(shí)施例中，柵極電極結(jié)構(gòu)260a、260b可包含高k介電材料262,形成于高k介電材料上方的含金屬電極材料、含娃半導(dǎo)體材料263以及金屬娃化物266。
[0106]如圖2f所示，可基于任何適當(dāng)?shù)墓に嚥呗孕纬删w管250a、250b。也就是，在以硅/鍺、硅/碳及諸如此類(lèi)形式形成半導(dǎo)體材料254a、254b、254c后，可移除間隔物結(jié)構(gòu)261或其一部分以及覆蓋層264 (圖2e)，并且可根據(jù)建置妥善的工藝策略，形成漏極與源極區(qū)251a、251b、251c，可能還結(jié)合間隔物結(jié)構(gòu)265、267。之后，可基于退火工藝調(diào)整漏極與源極區(qū)251a、251b、251c的最終摻質(zhì)分布。因此，可在晶體管250a、250b的信道區(qū)中達(dá)到整體裝置200具有高度彈性與均勻性的適當(dāng)應(yīng)變條件(strain condit1n),其中，材料254a、254b、254c在深度、等軸性(isometrics)、與柵極電極結(jié)構(gòu)260a、260b的重疊、及諸如此類(lèi)可設(shè)有任何適當(dāng)配置。因此，可在調(diào)整晶體管250a、250b的效能時(shí)得到高彈性度，同時(shí)又可達(dá)到期望的工藝均勻性。在任何退火工藝后，通過(guò)使用建置妥善的工藝策略以供沉積一或多種期望的耐火金屬，如鎳、鉬及諸如此類(lèi)，并且開(kāi)始化學(xué)反應(yīng)，得以形成金屬硅化物區(qū)256a、256b、256c。
[0107]關(guān)于圖3a至圖3f，將更詳細(xì)說(shuō)明進(jìn)一步描述性具體實(shí)施例，其中，凹部基于適用于界定源極/漏極延展區(qū)的偏移間隔物(offset spacer)予以形成。可如關(guān)于圖2a至圖2f所述，進(jìn)行關(guān)于圖3a至圖3f未明確說(shuō)明的工藝。
[0108]圖3a不意描述半導(dǎo)體裝置300的剖面圖,其包含基于亦適用于界定晶體管350a、350b的源極/漏極延展區(qū)的偏移間隔物361所形成的非晶區(qū)352a、352b、352c?？扇珀P(guān)于圖2a所述進(jìn)行非晶化工藝。
[0109]圖3b根據(jù)更先進(jìn)制造階段示意描述裝置300，在階段中，進(jìn)行源極與漏極延展植入工藝307以在預(yù)非晶化區(qū)域352a、352b、352c中形成源極/漏極延展區(qū)358a、358b、358c，以至于因區(qū)域352a、352b、352c的非晶階段，植入深度隨著避免或至少降低非期望信道效應(yīng)而予以妥善界定。在此制造階段中，還可適度植入環(huán)狀區(qū)359a、359b、359c，通常藉助于傾斜型植入工藝以調(diào)整晶體管350a、350b的閥值電壓(threshold voltage)。
[0110]圖3c根據(jù)更先進(jìn)制造階段示意描述裝置300，在階段中，進(jìn)行熱處理304以部分再結(jié)晶化非晶區(qū)352a、352b、352c (圖3b)，以致再結(jié)晶化區(qū)域(圖未示)及剩余非晶區(qū)353a、353b、353c如前引用圖2c所述予以形成。另外，熱處理304還可導(dǎo)致所植入源極與漏極延展物種及所植入環(huán)狀物種的擴(kuò)散。
[0111]圖3d根據(jù)更先進(jìn)制造階段示意描述裝置300，在階段中，如前引用圖2d所述，通過(guò)蝕刻工藝305移除剩余非晶區(qū)353a、353b、353c。由于所植入源極與漏極延展物種先前部分?jǐn)U散到結(jié)晶半導(dǎo)體區(qū)，因此源極與漏極延展區(qū)維持于柵極電極結(jié)構(gòu)360a、360b的下面。在熱處理304 (圖3c)不足以活化源極/漏極延展摻質(zhì)的情況下，可進(jìn)行額外的退火步驟(圖未示)以活化摻質(zhì)而無(wú)需進(jìn)一步再結(jié)晶化，因?yàn)榉蔷^(qū)已予以在本階段移除。
[0112]圖3e根據(jù)更先進(jìn)制造階段示意描述裝置300，在階段中，類(lèi)似于引用圖2e所述的相應(yīng)工藝，在凹部355a、355b、355c (圖3d)中選擇性生長(zhǎng)應(yīng)變誘發(fā)性半導(dǎo)體材料354a、354b、354c。因?yàn)闊o(wú)需移除間隔物361,生長(zhǎng)的半導(dǎo)體材料可形成隆突狀(raised)源極與漏極區(qū)，用以改良晶體管350a、350b的導(dǎo)電性，并且促進(jìn)后續(xù)進(jìn)行的源極與漏極接觸工藝。
[0113]在一個(gè)描述性具體實(shí)施例中，結(jié)合先前植入的源極與漏極延展區(qū)358，原位摻雜應(yīng)變誘發(fā)性硅材料354a、354b、354c以形成晶體管350a、350b的深源極與漏極區(qū)359a、359b、359c。由于原位摻雜，可免除進(jìn)一步深源極與漏極植入步驟，以致未負(fù)面影響應(yīng)變誘發(fā)性效應(yīng)，理由是得以避免通常由植入工藝所造成的松弛效應(yīng)(relaxat1n effect)。
[0114]圖3f根據(jù)更先進(jìn)制造階段示意描述裝置300，在階段中，如先前引用圖2f所述，可分別在內(nèi)埋式源極與漏極硅材料354a、354b、354c上以與柵極電極結(jié)構(gòu)360a、360b上形成娃化物區(qū)356a、356b、356c、366。相對(duì)于引用圖2f所述的具體實(shí)施例，由于已預(yù)先進(jìn)行源極與漏極延展植入，因此可維持間隔物361。在描述性具體實(shí)施例中，可在間隔物361上形成間隔物365以界定深源極與漏極區(qū)及/或硅化物區(qū)356a、356b、356c。
[0115]結(jié)論是，當(dāng)應(yīng)變誘發(fā)性半導(dǎo)體材料要予以并入晶體管的漏極與源極區(qū)內(nèi)時(shí)，本揭露提供可完成優(yōu)越的晶體管組件效能的制造技術(shù)。為此，可通過(guò)離子植入工藝和熱處理界定凹部的大小與形狀，這可導(dǎo)致一部分主動(dòng)區(qū)適度非晶化并且成形，從而在后續(xù)確實(shí)形成凹部期間，提供凹部成形工藝的優(yōu)越彈性以及期望的蝕刻可控制性和均勻性。例如，可基于濕化學(xué)蝕刻化學(xué)過(guò)程得到期望的大小與形狀，即使這些化學(xué)過(guò)程基本上具有結(jié)晶各向異性蝕刻行為亦然。
[0116]以上所揭示的特殊具體實(shí)施例僅屬描述性，正如本發(fā)明可以所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所明顯知道的不同但均等方式予以改進(jìn)并且實(shí)踐而具有本文的指導(dǎo)效益。例如，前述工藝步驟可用不同順序?qū)嵤?。另外，除了作為?quán)利要求書(shū)中所述，對(duì)于本文所示構(gòu)造或設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)無(wú)限制用意。因此，得以證實(shí)以上所揭示特殊具體實(shí)施例可予以改變或改進(jìn)并且所有此等變化皆視為在本發(fā)明的范疇及精神內(nèi)。因此，本文所謀求的保護(hù)如權(quán)利要求書(shū)中所提。
【權(quán)利要求】
1.一種方法，其包含: 在包含有結(jié)晶半導(dǎo)體基材的主動(dòng)區(qū)上方形成晶體管的柵極電極結(jié)構(gòu)； 在鄰近于該柵極電極結(jié)構(gòu)的該主動(dòng)區(qū)中形成非晶區(qū)； 進(jìn)行熱處理以致所述非晶區(qū)部分再結(jié)晶化； 在該熱處理后，蝕刻對(duì)該結(jié)晶半導(dǎo)體基材具有選擇性的所述非晶區(qū)以在該主動(dòng)區(qū)中形成凹部；以及 在所述凹部中形成應(yīng)變誘發(fā)性半導(dǎo)體材料以誘發(fā)該晶體管信道區(qū)中的應(yīng)變力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該熱處理以溫度范圍大約400至450°C予以進(jìn)行大約I至3個(gè)小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該熱處理以溫度范圍大約550至650°C予以進(jìn)行大約I至10分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該熱處理以溫度范圍大約850至950°C予以進(jìn)行大約I至10秒。
5.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的方法，其中，所述非晶區(qū)通過(guò)預(yù)非晶化植入工藝予以形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，該預(yù)非晶化植入工藝中的植入物種包含鍺及氙的至少其一。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，該預(yù)非晶化植入工藝包含使用傾角。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該熱處理在源極與漏極延展植入后予以進(jìn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其再包含于蝕刻所述非晶區(qū)以活化該源極與漏極延展植入內(nèi)植入的摻質(zhì)物種后，進(jìn)行退火工藝。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該應(yīng)變誘發(fā)性半導(dǎo)體材料包含原位摻雜的硅/鍺。
11.一種形成晶體管的方法，該方法包含: 進(jìn)行離子植入工藝以便橫向形成鄰近于柵極電極結(jié)構(gòu)的非晶半導(dǎo)體區(qū)； 進(jìn)行熱處理以致所述非晶半導(dǎo)體區(qū)部分再結(jié)晶化； 通過(guò)進(jìn)行蝕刻工藝，蝕刻對(duì)結(jié)晶半導(dǎo)體材料具有選擇性的非晶半導(dǎo)體材料，在該半導(dǎo)體區(qū)中橫向形成鄰近于該柵極電極結(jié)構(gòu)的凹部； 在所述凹部中形成應(yīng)變誘發(fā)性半導(dǎo)體材料；以及 在所述半導(dǎo)體區(qū)中形成漏極與源極。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，進(jìn)行蝕刻工藝包含通過(guò)使用各向同性蝕刻配方選擇性移除非晶部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，進(jìn)行該離子植入工藝包含使用傾角。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，該熱處理在源極與漏極延展植入后予以進(jìn)行。
15.一種半導(dǎo)體裝置，其包含: 在主動(dòng)區(qū)上方形成的柵極電極結(jié)構(gòu)；以及 埋置在該主動(dòng)區(qū)內(nèi)的應(yīng)變誘發(fā)性半導(dǎo)體材料，該應(yīng)變誘發(fā)性半導(dǎo)體材料具有鄰近于該柵極電極結(jié)構(gòu)的實(shí)質(zhì)均勻傾斜側(cè)壁，其中，傾斜角度的范圍大約是20至70度。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體裝置，其中，該傾斜角度的范圍大約是30至60度。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體裝置，其中，該傾斜角度的范圍大約是40至50度。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體裝置，其中，該傾斜側(cè)壁代表(111)晶面。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體裝置，其中，該柵極電極結(jié)構(gòu)包含高k介電材料、形成于該高k介電材料上方的含金屬電極材料、含娃半導(dǎo)體材料以及金屬娃化物。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體裝置，其中，該柵極電極結(jié)構(gòu)具有大約等于或小于40納米的柵極長(zhǎng)度 。
【文檔編號(hào)】H01L29/423GK104051269SQ201410050281
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年2月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月13日
【發(fā)明者】N·薩賽特, C·格拉斯, J·亨治爾, R·嚴(yán), R·里克特 申請(qǐng)人:格羅方德半導(dǎo)體公司