專利名稱：減少SiGe襯底上應變Si中N+擴散的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造器件性能得到提高的半導體器件和展示出器件性能得到提高的器件結(jié)構(gòu)的方法，尤其涉及用于制造展示出減少了N型雜質(zhì)擴散的基于SiGe的器件的方法。
背景技術(shù)：
對超大規(guī)模集成半導體器件的日益增加的需求，要求晶體管的性能和密度不斷提高。隨著器件尺寸的縮小達到極限，人們轉(zhuǎn)為尋找能夠提高器件性能的新材料和方法。優(yōu)選方法之一是通過增加遷移率。
眾所周知，在NFET器件中，對溝道區(qū)施加的雙軸張應力增加了電子遷移率。這點可通過構(gòu)建NFET器件實現(xiàn)，NFET器件由襯底上的一組層疊膜(如，硅-SiGe-硅)構(gòu)成。從硅襯底開始，在硅襯底上生長SiGe。通常使用緩沖層來減少可以導致器件泄漏的螺旋位錯缺陷密度，但是由于失配位錯的形成，仍然達到了充分的弛豫。SiGe膜得到弛豫，從而具有比硅大的晶格常數(shù)。當接著在SiGe上淀積硅時，硅遵從弛豫SiGe的更大晶格，并受到雙軸張力。溝道被完全容納在應變硅中，并提高了電子遷移率。
然而，基于SiGe的襯底展示出某些缺陷，尤其當在其上形成NFET器件時。為了形成NFET器件，將N型雜質(zhì)(如，As或P)離子注入到基于SiGe的襯底，以形成有源區(qū)(如，源和漏區(qū))。這里，SiGe層中含有的大量空位不希望地增加了注入的N型雜質(zhì)的擴散。這使得實現(xiàn)一致的頻響跌落(roll-off)器件特性更加困難了。因此，需要更有效的用于制造基于SiGe的半導體器件的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面，提供了一種制造半導體器件的方法。該方法包括在基于SiGe的襯底的上表面形成源和漏延伸區(qū)的步驟。源和漏延伸區(qū)含有N型雜質(zhì)。然后，為減少源和漏延伸區(qū)中含有的N型雜質(zhì)的擴散，降低源和漏延伸區(qū)中的空位濃度。通過向源和漏延伸區(qū)提供填隙元素或空位俘獲元素來降低空位濃度。
本發(fā)明的另一方面，提供了一種減少基于SiGe的襯底中N型雜質(zhì)的擴散的方法。源和漏延伸區(qū)位于基于SiGe的襯底的上表面。將填隙元素或空位俘獲元素離子注入到源和漏延伸區(qū)，以降低源和漏延伸區(qū)中的空位濃度。
本發(fā)明的再一方面為具有基于SiGe的襯底的半導體器件。在基于SiGe的襯底上形成柵極，在其二者之間具有柵氧化物。在SiGe襯底的上表面形成含有N型雜質(zhì)的源和漏延伸區(qū)。與源和漏延伸區(qū)對應形成低空位區(qū)，低空位區(qū)含有填隙元素或空位俘獲元素。


通過參考附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的下述詳細說明，將更好地理解前述和其它優(yōu)點，其中圖1到7按順序描述了根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法的諸階段。
具體實施例方式
本發(fā)明提供了一種方法，該方法顯著減少了基于SiGe的襯底中N型雜質(zhì)的不希望的擴散，從而提高了器件的頻響跌落特性。在一實施例中，通過減少源和漏延伸區(qū)中的空位，減少了N型雜質(zhì)的擴散。通過向源和漏延伸區(qū)提供填隙元素(如，Si或O)或空位俘獲元素(如，F(xiàn)、N、Xe、Ar、He、Kr或惰性氣體元素)來減少空位。
通常，填隙元素在提供的每個離子處產(chǎn)生一個額外的空隙，這些額外的空隙與基于SiGe的襯底中過剩的空位作用并湮滅它們?？瘴环@元素俘獲空位并形成基于空位的簇。因為空位或者由填隙元素湮滅，或者由空位俘獲元素俘獲，降低了空位濃度，從而減少了源和漏區(qū)中N型雜質(zhì)的擴散。
圖1示出了在硅襯底10上形成的包括SiGe層12的基于SiGe的襯底。在一實施例中，在硅襯底10上通過多次形成緩沖層的生長步驟形成總厚度通常為約200到20000的SiGe層12。然后使SiGe層12弛豫。通過在SiGe層12上生長，在SiGe層12上形成約30到400厚的Si帽蓋層14。然后，在張力下使Si帽蓋層14雙軸應變以匹配下面的弛豫的SiGe晶格。在Si帽蓋層14上形成柵氧化層16?；赟iGe的襯底被劃分為NMOS區(qū)和PMOS區(qū)，其中分別形成NMOS器件和PMOS器件。
圖2示出了在柵氧化層16上形成的柵極18。因為本發(fā)明針對于N型器件，有選擇地在PMOS區(qū)上形成掩膜22，以在后序處理步驟中保護其中的PMOS器件。圖2還示出了在柵極18的側(cè)面上形成的可選擇的側(cè)壁20，用于在后序離子注入步驟中保護柵極18。
圖3只示出了圖2中的NMOS區(qū)，其中如箭頭“A”所示，將N型雜質(zhì)(如，As或P)離子注入到Si帽蓋層14的上表面，以在基于SiGe的襯底的表層部分形成源和漏延伸區(qū)24。如其中所示，通過將柵極18用作掩膜，離子注入以自對準的方式進行，注入濃度約為1×1014原子/cm2到1×1016原子/cm2，注入能量約為0.3KeV到50KeV。注入的N型雜質(zhì)的濃度峰值形成于距Si帽蓋層的上表面約10到1000的深度。
如上所述，顯著地和不希望地提高了在基于SiGe的襯底中N型雜質(zhì)(如，As或P)的擴散，因為其中基于空位的機制更加顯著。為解決該問題，如圖4所示，將填隙元素(如，Si或O)或空位俘獲元素(如，F(xiàn)、N、Xe、Ar、He、Kr或者其它惰性氣體元素)離子注入到源和漏延伸區(qū)24，如箭頭“B”所示，以形成與源和漏延伸區(qū)24基本重疊的低空位區(qū)26。
一旦注入，這種方式會造成損傷，一旦對損傷進行退火，空隙湮滅掉過剩的空位，從而降低了延伸區(qū)24中的空位濃度。類似地，注入的空位俘獲元素俘獲過剩的空位并形成基于空位的簇，從而降低源和漏延伸區(qū)24中的空位濃度。在此階段的退火是可選的。
在一實施例中，以約1×1014原子/cm2到1×1016原子/cm2的注入濃度和約0.3KeV到100KeV的注入能量離子注入填隙元素或空位俘獲元素。注入的填隙元素或空位俘獲元素的濃度峰值形成于距Si帽蓋層的上表面約5到2000的深度。通常，填隙元素或空位俘獲元素的注入分布將完全包括N型雜質(zhì)分布。注入的填隙元素或空位俘獲元素的濃度峰值可接近于N型雜質(zhì)峰值，以最大化擴散延遲。
無須在注入填隙元素或空位俘獲元素之前形成源和漏延伸區(qū)24?？梢栽谛纬稍春吐┭由靺^(qū)24之前形成低空位區(qū)26。然后可以進行退火，以同時激活注入的雜質(zhì)和元素，從而控制通過空位中介機制的擴散。也可以在處理步驟之后(如，在源和漏形成之后)或在制作過程完成之后進行退火。
如圖5所示，在形成側(cè)壁隔板28之后，如箭頭“C”所示，將N型雜質(zhì)離子注入到基于SiGe的襯底，以形成源和漏區(qū)30，如圖6所示。源和漏區(qū)30分別與源和漏延伸區(qū)24重疊。通過將柵極18和側(cè)壁隔板28用作掩膜，N型雜質(zhì)以自對準方式離子注入。在一實施例中，通過離子注入N型雜質(zhì)形成源和漏區(qū)30，注入濃度約為1×1014原子/cm2到1×1016原子/cm2，注入能量約為0.3KeV到50KeV。
圖7示出了離子注入填隙元素或空位俘獲元素(如，F(xiàn)、N、Xe、Ar、He、Kr或者惰性氣體元素)的可選步驟，如箭頭“D”所示，以形成與源和漏區(qū)30對應的基于SiGe的襯底的低空位區(qū)32，以便降低基于SiGe的襯底中的空位濃度。在一實施例中，通過離子注入填隙元素或空位俘獲元素形成低空位區(qū)32，注入濃度約為1×1014原子/cm2到1×1016原子/cm2，注入能量約為0.3KeV到100KeV。然而，如果通過如圖4所示的前述離子注入步驟，已經(jīng)充分降低了基于SiGe的襯底中的空位濃度，則該步驟可以不是必需的。此外，區(qū)30和32中N型注入與填隙元素或空位俘獲元素的峰值可以在其頂部對準，或根據(jù)擴散控制移位。
進行退火以激活注入的雜質(zhì)，并修復由注入填隙元素或空位俘獲元素及源和漏注入引起的注入損傷。在一實施例中，退火在約700℃到1200℃的溫度下進行約1秒到3分鐘。這包括全部可能的退火，包括峰值退火、快速熱退火、以及爐內(nèi)退火。
如上所述，本發(fā)明提供了顯著減少基于SiGe的襯底中N型雜質(zhì)的不希望的擴散的方法。通過減少源和漏延伸區(qū)中的空位，減少N型雜質(zhì)的擴散。通過向源和漏延伸區(qū)提供填隙元素或空位俘獲元素減少了空位。注入的填隙元素產(chǎn)生額外的空隙，所述空隙與基于SiGe的襯底中的過剩的空位作用并湮滅它們。注入的空位俘獲元素俘獲空位并形成基于空位的簇。因為空位或者由填隙元素湮滅，或者由空位俘獲元素俘獲，空位濃度降低，并減少了源和漏區(qū)中N型雜質(zhì)的擴散，從而提高了器件的頻響跌落的特性。
盡管根據(jù)實施例說明了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到，可以在所附權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)對發(fā)明進行修改。
權(quán)利要求
1.一種制造半導體器件的方法，包括以下步驟在基于SiGe的襯底的上表面中形成源和漏延伸區(qū)，源和漏延伸區(qū)含有N型雜質(zhì)；以及降低源和漏延伸區(qū)中的空位濃度，以減少第一源和漏區(qū)中含有的N型雜質(zhì)的擴散。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中降低空位濃度的步驟包括在源和漏延伸區(qū)中提供填隙元素或空位俘獲元素的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中填隙元素為Si或O，以及空位俘獲元素為F、N、Xe、Ar、He、Kr或者惰性氣體元素。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中提供填隙元素或空位俘獲元素的步驟包括在基于SiGe的襯底上離子注入填隙元素或空位俘獲元素的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中離子注入填隙元素或空位俘獲元素的步驟包括以約1×1014原子/cm2到1×1016原子/cm2的注入濃度和約0.3KeV到100KeV的注入能量離子注入填隙元素或空位俘獲元素的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中SiGe襯底包括在硅襯底上的SiGe膜上的Si帽蓋層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中在源和漏延伸區(qū)中，填隙元素或空位俘獲元素的濃度峰值與N型雜質(zhì)的濃度峰值形成于距Si帽蓋層的上表面基本相同的深度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中填隙元素或空位俘獲元素的濃度峰值形成于距Si帽蓋層的上表面約10到20000的深度。
9.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，還包括退火步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中退火步驟在約700℃到1200℃的溫度下進行約1秒到3分鐘。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括在基于SiGe的襯底的上表面形成柵極的步驟，在兩者之間具有柵氧化膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括在基于SiGe的襯底的上表面中形成源和漏區(qū)的步驟，源和漏區(qū)含有N型雜質(zhì)，并與源和漏延伸區(qū)重疊。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，還包括在源和漏區(qū)中提供填隙元素或空位俘獲元素的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中填隙元素為Si或O，以及空位俘獲元素為F、N、Xe、Ar、He、Kr或者惰性氣體元素。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中降低源和漏區(qū)中空位濃度的步驟包括離子注入填隙元素或空位俘獲元素的步驟。
16.一種減少基于SiGe的襯底中N型雜質(zhì)的擴散的方法，該方法包括以下步驟在基于SiGe的襯底的上表面中形成源和漏延伸區(qū)；以及向源和漏延伸區(qū)中離子注入填隙元素或空位俘獲元素，以降低源和漏延伸區(qū)中的空位濃度。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中填隙元素為Si或O，以及空位俘獲元素為F、N、Xe、Ar、He、Kr或者惰性氣體元素。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，還包括形成源和漏區(qū)的步驟。
19.一種半導體器件，包括基于SiGe的襯底；在基于SiGe的襯底上形成的柵極，在兩者之間具有柵氧化物；在SiGe襯底的上表面中形成的源和漏延伸區(qū)，其中含有N型雜質(zhì)；以及與源和漏延伸區(qū)對應形成的低空位區(qū)，其中含有填隙元素或空位俘獲元素。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的半導體器件，其中填隙元素為Si或O，以及空位俘獲元素為F、N、Xe、Ar、He、Kr或者惰性氣體元素。
全文摘要
本發(fā)明提供一種減少SiGe襯底上應變Si中N+擴散的方法。在SiGe襯底的上表面中形成第一源和漏區(qū)。第一源和漏區(qū)含有N型雜質(zhì)。為減少第一源和漏區(qū)中含有的N型雜質(zhì)的擴散，降低第一源和漏區(qū)中的空位濃度。通過第一源和漏區(qū)中的填隙元素或空位俘獲元素降低空位濃度。通過離子注入提供填隙元素或空位俘獲元素。
文檔編號H01L21/265GK1595625SQ20041006247
公開日2005年3月16日 申請日期2004年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月9日
發(fā)明者D·奇丹巴爾拉奧, O·H·多庫馬奇 申請人:國際商業(yè)機器公司