專(zhuān)利名稱(chēng)：拉伸半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這里所公開(kāi)的實(shí)施例一般地涉及電路處理。
背景技術(shù)：
諸如晶體管之類(lèi)的各種半導(dǎo)體器件的性能等級(jí)至少部分地依賴(lài)于電荷載流子(例如，電子和/或也被稱(chēng)之為空穴的電子空缺)通過(guò)該半導(dǎo)體器件的遷移率。在晶體管中，電荷載流子通過(guò)溝道區(qū)的遷移率尤其重要。
電荷載流子的遷移率可能被各種因素所影響。例如，器件的某特定層的粗糙表面可能降低了電荷載流子通過(guò)該器件的這個(gè)層的遷移率。電荷載流子的錯(cuò)位(dislocation)也可能通過(guò)形成該電荷載流子的局部分散區(qū)而減小了電荷載流子的遷移率，這個(gè)局部分散區(qū)可以充當(dāng)造成通過(guò)器件這個(gè)部分的功率損失的漏流通路。
與錯(cuò)位相關(guān)的問(wèn)題并不是限于器件的單個(gè)層。具體地，現(xiàn)有器件層上的錯(cuò)位可能傳遞到并通過(guò)形成在這個(gè)現(xiàn)有層上的其他層。這樣，一個(gè)層所出現(xiàn)的錯(cuò)位隨后可能遷移，并抑制遍及最終器件的一層或多層的電荷載流子遷移率。
各種技術(shù)已用來(lái)提高半導(dǎo)體器件中的電荷載流子遷移率。例如，通常用來(lái)形成器件各層的外延生長(zhǎng)工藝可以被顯著地放慢，以減少最終器件中缺陷(例如，錯(cuò)位)的數(shù)量。但是，根據(jù)這種技術(shù)所構(gòu)建的器件一般仍存在每平方厘米約100,000量級(jí)的錯(cuò)位。
或者，化學(xué)機(jī)械拋光(“CMP”)可用來(lái)減少器件某層的厚度，并同時(shí)使該厚度減少的層的表面平滑，這樣可以提高電荷載流子遷移率。但是，CMP工藝相對(duì)較昂貴且復(fù)雜，這是因?yàn)镃MP工藝除了要求外延生長(zhǎng)組件之外，還要求至少兩個(gè)其他的組件(例如，CMP組件以及在CMP工序之后清洗器件的這層的清洗組件)。從基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)來(lái)看，用于CMP工藝的其他組件一般要求諸如淤漿供應(yīng)(slurry supply)、廢物處理以及附加空間之類(lèi)的昂貴項(xiàng)目。
而且，CMP工藝要求在組件之間移動(dòng)這個(gè)器件層，這樣使得這個(gè)器件層暴露在大氣污染物和自然氧化物中，這兩種物質(zhì)都可能產(chǎn)生雜質(zhì)，從而可能增加這個(gè)器件層上的缺陷。根據(jù)CMP技術(shù)所構(gòu)建的器件層一般存在每平方厘米約10,000量級(jí)的錯(cuò)位。


在附圖中以實(shí)例方式而非限制性方式示出了各種實(shí)施例，其中相同的標(biāo)號(hào)表示相似的單元。應(yīng)該注意到，本公開(kāi)中凡提及“一個(gè)”、“這個(gè)”、“該”、“其他”、“可替換的”或者“各種”實(shí)施例并不一定都是同一實(shí)施例，這種引用表示至少一個(gè)。
圖1是表示用于原位形成低缺陷的拉伸(strained)硅的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
圖2示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例在襯底上分級(jí)(graded)硅鍺層的形成。
圖3示出了在圖2的分級(jí)硅鍺層上松弛(relaxed)硅鍺層的形成。
圖4示出了在圖3的松弛硅鍺層的表面上蝕刻劑和平滑劑的引入。
圖5示出了在已減少的松弛硅鍺層的平滑表面上硅層的形成。
圖6是根據(jù)這里所述方法所構(gòu)建的器件的一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
為了說(shuō)明，下面的描述和附圖提供了實(shí)例。但是，這些實(shí)例不應(yīng)視為是限制性的，因?yàn)樗鼈儾⒎且庠谔峁┮幌盗懈F舉性的所有可能的實(shí)施。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1，它示出了用于原位形成低缺陷、拉伸硅的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。在方框10，在處理室內(nèi)，在襯底上形成硅鍺層。在各種實(shí)施例中，襯底由硅組成。處理室例如可以是化學(xué)氣相沉積(“CVD”)室、有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積(“MOCVD”)室或等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(“PECVD”)室。
在一個(gè)實(shí)施例中，硅鍺層可以由形成在襯底上的分級(jí)硅鍺層和形成在這個(gè)分級(jí)硅鍺層上的松弛硅鍺層組成。例如，分級(jí)硅鍺層的鍺濃度可以沿著這個(gè)分級(jí)硅鍺層的整個(gè)厚度而增加。在各種實(shí)施例中，整個(gè)分級(jí)硅鍺層的鍺濃度可以在約0％-30％之間。但是，超過(guò)這個(gè)范圍的其他濃度也可以使用。
對(duì)于p型金屬氧化物半導(dǎo)體器件(“PMOS”)，在一個(gè)實(shí)施例中，分級(jí)硅鍺層上部分的鍺濃度在約25％-30％之間。對(duì)于n型金屬氧化物半導(dǎo)體器件(“NMOS”)，在一個(gè)實(shí)施例中，分級(jí)硅鍺層上部分的鍺濃度在約20％-25％之間。但是，分級(jí)硅鍺層上部分中30％的鍺濃度對(duì)于PMOS和NMOS器件效果都較好。雖然前面描述了對(duì)于PMOS器件和NMOS器件的優(yōu)選鍺濃度，但是其他濃度也可以使用。
在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于每微米的分級(jí)硅鍺層厚度，分級(jí)硅鍺層中鍺濃度可以增加10個(gè)百分比。例如，3微米厚的分級(jí)硅鍺層可以在8-12個(gè)小時(shí)內(nèi)生長(zhǎng)出來(lái)，鍺濃度從該層底部的0％逐漸增加到該層上部的30％。在各種實(shí)施例中，用來(lái)形成硅鍺層(例如，該層可以包括分級(jí)層和松弛層)的化學(xué)物質(zhì)根據(jù)所期望的鍺含量可以包括硅烷(例如，SiH4)、鍺烷(例如，GeH4)和二氯甲硅烷(例如，SiH2Cl2)的其中一種或多種。每種特定組分(例如，硅烷、鍺烷、二氯甲硅烷)的濃度可以在引入到處理室(例如，化學(xué)氣相沉積室)內(nèi)的過(guò)程中變化以獲得分級(jí)的效果。
松弛硅鍺層可以具有一個(gè)恒定的鍺濃度，其與分級(jí)硅鍺層上部分的鍺濃度大致相同。而且，松弛硅鍺層所形成的厚度可以在約0.5-1微米之間。
在圖1的方框12，硅鍺層的一部分在處理室中被移除，以去除硅鍺層的上表面，這個(gè)上表面的錯(cuò)位數(shù)量可能多于硅鍺層的下部分。在各種實(shí)施例中，去除了約0.1-0.2微米的硅鍺層。去除硅鍺層的一部分的步驟可以包括將蝕刻劑引入到硅鍺層表面的步驟。蝕刻劑例如可以包括HCl和HBr的其中至少一種。
在硅鍺層包括分級(jí)硅鍺層和松弛硅鍺層的實(shí)施例中，蝕刻劑可以在松弛硅鍺層形成之前和/或之后引入。如果蝕刻劑被施加到松弛硅鍺層的表面，則其可以有益地去除松弛硅鍺層的任意交叉網(wǎng)紋(cross-hatched)表面粗糙度，這種表面粗糙度是分級(jí)硅鍺層中的錯(cuò)位向上傳遞到松弛硅鍺層的表面而造成的。
在方框14，可以在處理室內(nèi)使硅鍺層的表面(例如，通過(guò)方框12的去除而露出的)平滑。雖然是作為兩個(gè)不同的方框表示的，方框12的去除和方框14的平滑可以同時(shí)進(jìn)行或依次進(jìn)行。通過(guò)使露出的表面平滑，錯(cuò)位可以被去除和/或達(dá)到最小，來(lái)防止錯(cuò)位從硅鍺層向上傳遞到在方框16形成的硅層。
在各種實(shí)施例中，平滑步驟包括將平滑劑(例如，氫氣)引入到硅鍺層表面的步驟。與蝕刻劑類(lèi)似，平滑劑可以在松弛硅鍺層形成之前和/或之后引入。例如氫氣的平滑劑的引入步驟可以在約1100攝氏度的溫度下進(jìn)行(例如，高溫退火)。
在方框16，硅層形成在硅鍺層已平滑的表面上。用來(lái)形成硅層的化學(xué)物質(zhì)包括硅烷。在各種實(shí)施例中，硅層可以形成約50埃-1000埃之間的厚度。在方框16形成的硅層可以具有相對(duì)平滑的表面和較低的缺陷水平(例如，小于每平方厘米約10,000個(gè)錯(cuò)位，優(yōu)選地小于每平方厘米約1,000個(gè)錯(cuò)位)，這是因?yàn)楣桄N層中的許多缺陷已被蝕刻掉，硅鍺層的頂部表面已被平滑以防止缺陷向上傳遞到硅層。
由于硅和硅鍺之間的晶格尺寸失配(例如，硅鍺由于其鍺含量而造成更大的晶格)，在硅鍺層上硅層的形成導(dǎo)致產(chǎn)生拉伸硅層。這樣，硅層為了與硅鍺晶格相匹配而膨脹(例如，被拉伸)。拉伸硅有益地提高了通過(guò)器件的電荷載流子遷移率。還有其他優(yōu)點(diǎn)，其中特別地，在處理過(guò)程中缺陷和/或錯(cuò)位的減少有助于使拉伸硅的好處最大化。
如圖1所示的，在方框10至方框16，襯底保留在同一處理室中。而且，在各種實(shí)施例中，處理室可以至少最早從去除硅鍺層的一部分的期間(例如，方框12)直到硅層形成之后(例如，方框16)保持在真空下。
直至硅層形成之后才從處理室中移除襯底的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于處理期間襯底上大氣污染物的引入即使沒(méi)有被消除的話(huà)，也可以達(dá)到最小，這樣減少了襯底上缺陷的數(shù)量。這一優(yōu)點(diǎn)還可以通過(guò)在處理期間將處理室維持在真空下來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣限制了可沉積到襯底上的雜質(zhì)(例如，大氣污染物和自然氧化物)水平。
圖2至圖5示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例原位形成低缺陷的拉伸硅的順序。具體地，圖2示出了其上形成有分級(jí)硅鍺層18的襯底20。如上所述，分級(jí)硅鍺層18的鍺濃度可以沿其厚度逐漸增加。在各種實(shí)施例中，對(duì)于每微米厚的分級(jí)硅鍺層18，鍺濃度增加10％。
圖3示出了形成在圖2的分級(jí)硅鍺層18上的松弛硅鍺層22。在各種實(shí)施例中，松弛硅鍺層22的鍺濃度在其整個(gè)厚度上都恒定，這個(gè)濃度大致等于分級(jí)硅鍺層18上部分的鍺濃度。而且，在一個(gè)實(shí)施例中，松弛硅鍺層22的厚度可以在約0.5-1微米之間。
圖4示出了作為混合物24引入到松弛硅鍺層22的表面上的蝕刻劑和平滑劑。如上所述，蝕刻劑和平滑劑可以分開(kāi)引入或同時(shí)引入，以去除松弛硅鍺層22的一部分，并使已通過(guò)去除松弛硅鍺層22的一部分而露出的松弛硅鍺層22的表面平滑?；旌衔?4引入的結(jié)果是松弛硅鍺層26的減少(例如，厚度)，如圖5中所示。圖5示出了在減少的松弛硅鍺層26上形成的硅層28。在各種實(shí)施例中，硅層28的厚度可以在約50埃-1000埃之間。
在各種實(shí)施例中，硅層28的缺陷密度小于每平方厘米約10,000個(gè)錯(cuò)位，更優(yōu)選小于每平方厘米約1,000個(gè)錯(cuò)位。如果根據(jù)這里所公開(kāi)的各種實(shí)施例的教導(dǎo)來(lái)構(gòu)建圖5的器件，硅鍺層和硅層之間的界面將具有良好的邊緣均一性，并且沿著這個(gè)界面不會(huì)有蝕刻殘余物質(zhì)。該界面的這兩個(gè)特性不同于利用CMP工藝構(gòu)建的器件，由于CMP工藝的特點(diǎn)，這種器件將會(huì)遺留蝕刻殘余物質(zhì)，并且界面不均勻。而且，圖5的器件沿著硅鍺層和硅層之間的界面將不會(huì)有大氣污染物，這是因?yàn)檫@個(gè)器件是在單個(gè)處理室中形成的。
這里所述的各種方法例如可用來(lái)形成圖6的器件29。器件29包括其內(nèi)形成有第一源/漏區(qū)32和第二源/漏區(qū)34的復(fù)合襯底31。柵電極36形成在復(fù)合襯底31的表面上。在這個(gè)實(shí)施例中，復(fù)合襯底還包括硅的基襯底。
器件29的溝道區(qū)(例如，如圖6所示的在柵電極36以下)包括分級(jí)硅鍺層38、松弛硅鍺層40和硅層42。在其他實(shí)施例中，單個(gè)硅鍺層(例如，其鍺濃度可以是分級(jí)的或恒定的)可用來(lái)代替分級(jí)硅鍺層38和松弛硅鍺層40的組合。
分級(jí)硅鍺層38設(shè)置在襯底30上。如上所述，在一個(gè)實(shí)施例中，分級(jí)硅鍺層38的鍺濃度沿其整個(gè)厚度逐漸增加。例如，對(duì)于每微米厚的分級(jí)硅鍺層38，其鍺濃度可以增加10個(gè)百分比。
松弛硅鍺層40設(shè)置在分級(jí)硅鍺層38上，并且沿其整個(gè)厚度鍺濃度保持恒定。在一個(gè)實(shí)施例中，松弛硅鍺層40的鍺濃度大致等于分級(jí)硅鍺層38上部分的鍺濃度。在各種實(shí)施例中，松弛硅鍺層40的厚度可以在約0.5-1.0微米之間。
硅層42設(shè)置在松弛硅鍺層40上。在各種實(shí)施例中，硅層42的厚度可以在約50埃-1000埃之間。由于松弛硅鍺層40和硅層42的晶格尺寸的不同，硅層42被拉伸，這樣增加了通過(guò)器件29的溝道區(qū)的電荷載流子遷移率。器件29由于其電荷載流子遷移率增加，例如，可有益地用作任意合適電路中的晶體管。
應(yīng)該理解到，即使在前面的描述中已結(jié)合各種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)闡明了各種實(shí)施例的許多特性和優(yōu)點(diǎn)，但本公開(kāi)僅是說(shuō)明性的。在不偏離如所附權(quán)利要求的術(shù)語(yǔ)的一般較寬意義所表達(dá)的各種實(shí)施例的范圍的情況下，可以進(jìn)行具體的變化，尤其是各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)和處理。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括在處理室內(nèi)，在襯底上形成硅鍺層；在所述處理室內(nèi)，去除所述硅鍺層的一部分；在所述處理室內(nèi)，使所述硅鍺層的表面平滑；以及在所述硅鍺層的已平滑的表面上形成硅層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述襯底直至所述硅層形成之后才從所述處理室中移出。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述處理室至少最早從去除所述硅鍺層的一部分的期間直至所述硅層形成之后保持在真空下。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述硅鍺層的步驟包括在硅襯底上形成第一硅鍺層，其中所述第一層的鍺濃度沿所述第一層的厚度逐漸增加；以及在所述第一硅鍺層上形成第二硅鍺層，其中所述第二層的鍺濃度在所述第二層的整個(gè)厚度上保持恒定。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中形成所述第一層的步驟包括增加所述第一層的鍺濃度，使得對(duì)于每微米厚的所述第一層，鍺濃度增加10％。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中形成所述第二層的步驟包括將濃度大致等于所述第一層上部分的鍺濃度的鍺引入所述第二層中。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述第二層形成的厚度在約0.5-1微米之間。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述去除步驟包括將蝕刻劑引入到所述硅鍺層的表面上。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述蝕刻劑包括HCl和HBr的其中至少一種。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述硅鍺層的約0.1-0.2微米之間的厚度被去除。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述平滑步驟包括將平滑劑引入到所述硅鍺層的所述表面上。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述平滑劑包括氫氣。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述氫氣在約1100攝氏度的溫度下被引入。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述硅層形成的厚度在約50埃-1000埃之間。
15.一種裝置，包括襯底；形成在所述襯底上的硅鍺層；和形成在所述硅鍺層上的硅層，其中所述硅層的缺陷密度小于每平方厘米約10,000個(gè)錯(cuò)位。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述硅鍺層包括形成在所述襯底上的第一硅鍺層，其中所述第一層的鍺濃度沿所述第一層的厚度逐漸增加；和形成在所述第一硅鍺層上的第二硅鍺層，其中所述第二層的鍺濃度在所述第二層的整個(gè)厚度上保持恒定。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中對(duì)于每微米厚的所述第一層，所述第一層的鍺濃度增加10％。
18.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述第二層的厚度在約0.5-1微米之間。
19.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述第二層的鍺濃度大致等于所述第一層上部分的鍺濃度。
20.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述硅層的厚度在約50埃-1000埃之間。
21.一種方法，包括在處理室內(nèi)，在硅襯底上形成第一硅鍺層，其中所述第一層的鍺濃度沿所述第一層的厚度逐漸增加；在所述處理室內(nèi)，在所述第一硅鍺層上形成第二硅鍺層，其中所述第二層的鍺濃度在所述第二層的整個(gè)厚度上保持恒定；在所述處理室內(nèi)，去除所述第二層的一部分；在所述處理室內(nèi)，使所述第二層的表面平滑；以及在所述第二層的已平滑的表面上形成硅層。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述襯底直至所述硅層形成之后才從所述處理室中移出。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述處理室至少最早從去除所述第二層的一部分的期間直至所述硅層形成之后保持在真空下。
24.如權(quán)利要求21所述的方法，其中形成所述第一層的步驟包括增加所述第一層的鍺濃度，以使得對(duì)于每微米厚的所述第一層，鍺濃度增加10％。
25.如權(quán)利要求21所述的方法，其中形成所述第二層的步驟包括將濃度大致等于所述第一層上部分的鍺濃度的鍺引入所述第二層中。
26.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述去除步驟包括將蝕刻劑引入到所述第二層的表面上。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中所述蝕刻劑包括HCl和HBr的其中至少一種。
28.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述平滑步驟包括將平滑劑引入到所述第二層的所述表面上。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述平滑劑包括氫氣。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于原位形成低缺陷的拉伸硅的方法以及根據(jù)該方法形成的器件。在一個(gè)實(shí)施例中，在襯底上形成硅鍺層，所述硅鍺層的一部分被去除以暴露出將用平滑劑使其平滑的表面。在硅鍺層上形成拉伸硅層。在各種實(shí)施例中，整個(gè)方法在保持在真空下的單個(gè)處理室中進(jìn)行。
文檔編號(hào)H01L21/20GK1607643SQ20041008011
公開(kāi)日2005年4月20日 申請(qǐng)日期2004年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月23日
發(fā)明者穆罕默德·A·沙欣 申請(qǐng)人:英特爾公司