專利名稱：外延沉積的源極/漏極的制作方法
背景本發(fā)明一般涉及金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括與源極/漏極自對(duì)準(zhǔn)的柵極。源極/漏極可以包括較深或者重?fù)诫s的區(qū)域以及較淺和輕微摻雜的區(qū)域，有時(shí)被稱為末端(tip)或者源極/漏極擴(kuò)展(extension)。
柵極欠重疊(underlap)是在離子注入以及隨后的熱處理之后，源極/漏極材料在柵極下面擴(kuò)散的量。注入之后，被注入的材料被暴露給熱，所述熱導(dǎo)致所述材料向下移動(dòng)到襯底中，并且在較小程度上，橫向地在所述柵極下面移動(dòng)。因此，在使用離子注入的源極/漏極擴(kuò)展的系統(tǒng)中，下擴(kuò)散(underdiffusion)的量被確定為結(jié)深(junction depth)的函數(shù)。
對(duì)于源極/漏極擴(kuò)展而言，希望具有相對(duì)淺的結(jié)深，以支持較小的晶體管尺寸。通常，在源極/漏極擴(kuò)展注入技術(shù)中，最小的末端結(jié)深由必要的柵極欠重疊確定。
源極/漏極擴(kuò)展越淺，一般地，可被利用的柵長(zhǎng)(gate length)越短，而不增大斷路狀態(tài)(off-state)漏電流。需要在柵極邊緣下面的擴(kuò)展摻雜，以確保在柵極下面的反型層(inversion layer)與高摻雜的源極/漏極擴(kuò)展區(qū)域之間具有低電阻通道。對(duì)于高驅(qū)動(dòng)電流而言，低電阻是所需要的，所述高驅(qū)動(dòng)電流對(duì)于高電路切換速度是關(guān)鍵性的。
因此，需要更好的方式來制造場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極/漏極結(jié)。
附圖簡(jiǎn)要說明

圖1是在加工的一個(gè)階段大大地放大的剖視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，在隨后的加工階段放大的剖視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，在更加隨后的加工階段放大的剖視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，在隨后的加工階段放大的剖視圖；以及圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，在更加隨后的加工階段放大的剖視圖；具體實(shí)施方式
參見圖1，重?fù)诫s半導(dǎo)體襯底12可以被犧牲的、未摻雜的或者輕微摻雜的外延硅層18覆蓋。在一個(gè)實(shí)施方案中，層18的厚度可以小于500埃?？梢栽谕庋庸鑼?8上確定包括柵極16的柵電極結(jié)構(gòu)，所述柵極16形成在柵極介電質(zhì)14上。
例如，在單個(gè)晶片化學(xué)汽相沉積反應(yīng)器中使用二氯硅烷基化學(xué)，可以實(shí)現(xiàn)犧牲的外延硅層18的選擇性沉積，所述單個(gè)晶片化學(xué)汽相沉積反應(yīng)器例如是Epsilon 3000外延反應(yīng)器，可以從荷蘭Bilthoven的ASM International NV獲得。在825℃，20托的處理壓力下，可以用150-200sccm二氯硅烷、100-150sccm HCl、20slm H2的氣流沉積所述膜。在這些處理?xiàng)l件下，對(duì)間隔件(spacer)和氧化物區(qū)域獲得選擇性的同時(shí)，硅在暴露的襯底上可以獲得每分鐘10-15納米的沉積速率。還可以使用其他沉積技術(shù)。
圖l所示的結(jié)構(gòu)有時(shí)被稱為δ摻雜的晶體管。因?yàn)樵谕庋訉?8下面存在相對(duì)高的摻雜，所以在襯底12和外延硅層18之間的界面處發(fā)生了大的濃度增量(δ)或者變化。
圖1所示的結(jié)構(gòu)可以被間隔件材料覆蓋，然后被各向異性地蝕刻，以形成圖2所示的側(cè)壁間隔件(sidewall spacer)28。取決于所述隔離層蝕刻的選擇性，外延硅18的一些有限的蝕刻可以同時(shí)進(jìn)行。
間隔件形成之后，選擇性濕法蝕刻可以將外延硅層18的暴露部分去除，并且可以繼續(xù)在柵極16下面蝕刻，以獲得圖3所示的底切(undercut)結(jié)構(gòu)。柵極16底切的程度可以通過調(diào)整蝕刻時(shí)間來控制。
例如，用各種氫氧化物基溶液可以選擇性地蝕刻外延硅層18。然而，對(duì)于未摻雜或者輕微摻雜的層18相對(duì)于重?fù)诫s的襯底12的高選擇性而言，可以采用相對(duì)較溫和的處理?xiàng)l件。
在一個(gè)實(shí)施方案中，在20℃下，體積濃度2到10％范圍內(nèi)的氫氧化銨水溶液可以與聲波降解(sonication)一起使用。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，聲波降解可以通過換能器(transducer)來提供，所述換能器以每平方厘米.5至5瓦特的功率來散發(fā)超聲或者兆聲能。因?yàn)棣膿诫s的晶體管在未摻雜區(qū)域下面具有重?fù)诫s區(qū)域，所以它可以為濕法蝕刻充當(dāng)蝕刻終止層。
在濕法蝕刻底切之后，可以生長(zhǎng)摻雜的選擇性外延硅層50。淺的、高摻雜的源極/漏極擴(kuò)展50a在柵極16邊緣和側(cè)壁間隔件28下面橫向地延伸所希望的距離，如圖4中示出的那樣。較厚的源極/漏極區(qū)域50b與間隔件28的邊緣對(duì)準(zhǔn)并且從間隔件28延伸出去。間隔件28使得擴(kuò)展50a的長(zhǎng)度能夠被調(diào)整，并且允許層50的厚度擴(kuò)大而不與柵極16短路。較厚的區(qū)域50b降低了區(qū)域50的電阻，并且使得該較低電阻的區(qū)域靠近柵極16的邊緣。
作為一個(gè)實(shí)施例，在形成P型MOS(PMOS)晶體管時(shí)，源極/漏極擴(kuò)展50a和凸起的源極/漏極50b可以通過選擇性地沉積外延的硼摻雜的硅或者具有高達(dá)30％鍺濃度的硅鍺來形成。在一個(gè)實(shí)施方案中，在100sccm二氯硅烷，20slm H2，750-800℃，20托，150-220sccm HCl，150-200sccm二硼烷流，以及150-200sccm GeH4流的處理?xiàng)l件下，可以獲得具有每分鐘20納米的沉積速率、1E20cm-3硼濃度和20％鍺濃度的高摻雜的硅鍺膜。0.7-0.9mOhm-cm的低電阻率由所述膜的高硼濃度產(chǎn)生。
在一些實(shí)施方案中，低電阻率提供了在所述的擴(kuò)展區(qū)域和源極/漏極區(qū)域中高電導(dǎo)率的益處。這個(gè)降低的電阻率可以降低外電阻。在一些實(shí)施方案中，源極/漏極區(qū)域50b中存在的較大的硅鍺單元晶胞可以在溝道上施加壓縮應(yīng)變，這一點(diǎn)又可以導(dǎo)致增強(qiáng)的遷移性和晶體管性能。
在一個(gè)實(shí)施方案中，在N型晶體管(NMOS)中，源極/漏極50b和源極/漏極擴(kuò)展50a可以使用原位沉積的磷摻雜的硅來形成。硅可以在750℃和20托，具有20slm H2氣體運(yùn)載流(carrier flow)的100sccm二氯硅烷，25-50sccm HCl，200-300sccm 1％的PH3的處理?xiàng)l件下被選擇性地沉積。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以在沉積的膜中獲得具有0.4-0.6mOhm-cm電阻率的2E20cm-3的磷濃度。
此后，第二薄間隔件34可以使用圖5所示的常規(guī)技術(shù)來形成。深的源極/漏極32可以使用間隔件28和34以及柵極16作為掩模，通過離子注入來形成。所述深的源極/漏極32的退火可以以這樣的方式來完成，即，使包括層50中的摻雜劑的摻雜劑擴(kuò)散降低或者最小化。
淺的源極/漏極擴(kuò)展50a的特性以及它們欠重疊柵極16的程度可以獨(dú)立于深的源極/漏極結(jié)32的特性。源極/漏極擴(kuò)展50a的柵極16擴(kuò)展欠重疊的范圍可以按要求來控制。
雖然，已經(jīng)針對(duì)有限數(shù)量的實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將從中意識(shí)到許多修改和變化。所附的權(quán)利要求書意欲覆蓋所有這些落入本發(fā)明真正的精神和范圍內(nèi)的修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括形成具有外延沉積的源極/漏極的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述外延沉積的源極/漏極在柵電極的邊緣下面延伸。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，包括形成在柵電極的邊緣下面延伸的源極/漏極擴(kuò)展。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，包括在襯底上形成犧牲的外延沉積的材料，以及在所述外延沉積的層上形成柵電極。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中形成犧牲的外延沉積的材料包括外延沉積硅材料。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，包括選擇性地蝕刻所述外延沉積的材料。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，包括使用聲波降解來選擇性地蝕刻所述材料。
7.如權(quán)利要求3所述的方法，包括在所述柵電極上形成側(cè)壁間隔件，并且在所述側(cè)壁間隔件下面蝕刻。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，包括選擇性地蝕刻所述外延沉積的材料，從而底切所述柵電極。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，包括在所述襯底上沉積外延材料并且在所述柵電極下面延伸。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，包括形成摻雜的外延材料。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，包括將所述外延材料形成為靠近所述柵電極是較薄的、而離開所述柵電極是較厚的。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，包括形成δ摻雜的晶體管。
13.一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括襯底；形成在所述襯底上的摻雜的外延半導(dǎo)體材料；以及形成在所述摻雜的外延半導(dǎo)體材料上的柵電極，所述摻雜的外延半導(dǎo)體材料在所述柵電極下面延伸。
14.如權(quán)利要求13所述的晶體管，包括具有源極/漏極擴(kuò)展的源極/漏極，所述源極/漏極擴(kuò)展由所述摻雜的外延半導(dǎo)體材料形成并且在所述柵電極的邊緣下面延伸。
15.如權(quán)利要求14所述的晶體管，其中所述材料在靠近所述柵電極處具有第一厚度和在離開所述柵電極處具有第二厚度，所述第二厚度大于所述第一厚度。
16.如權(quán)利要求15所述的晶體管，包括側(cè)壁間隔件，所述材料在所述側(cè)壁間隔件下面延伸。
17.如權(quán)利要求16所述的晶體管，其中所述第二厚度與所述側(cè)壁間隔件對(duì)準(zhǔn)。
18.如權(quán)利要求13所述的晶體管，其中所述晶體管是δ摻雜的晶體管。
19.如權(quán)利要求13所述的晶體管，包括在所述摻雜的外延半導(dǎo)體材料下面的離子注入的源極/漏極。
20.一種方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成外延半導(dǎo)體層，其中所述外延半導(dǎo)體層具有比所述襯底低的摻雜濃度；在所述外延半導(dǎo)體層上形成包括柵電極和側(cè)壁間隔件的柵結(jié)構(gòu)；以及選擇性地蝕刻所述外延半導(dǎo)體層的暴露部分和在所述柵電極下面的所述外延半導(dǎo)體層的部分。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，包括在所述襯底上外延沉積摻雜的半導(dǎo)體材料，以填充所述柵電極下面和所述側(cè)壁間隔件下面的區(qū)域。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述外延半導(dǎo)體層在所述柵電極下面具有第一厚度和在離開所述柵電極處具有第二厚度。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，包括形成與所述間隔件對(duì)準(zhǔn)的所述第二厚度。
24.如權(quán)利要求20所述的方法，包括通過離子注入來形成深的源極/漏極區(qū)域。
25.如權(quán)利要求20所述的方法，包括形成所述外延半導(dǎo)體層，所述外延半導(dǎo)體層在所述柵電極下面延伸，并且從所述柵電極往外具有較大的厚度，而在所述柵電極下面具有較小的厚度。
全文摘要
可以為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成外延沉積的源極/漏極擴(kuò)展。可以形成犧牲層并且蝕刻掉所述的犧牲層來在柵電極下面底切。然后，可以沉積外延硅的源極/漏極擴(kuò)展以在所述柵電極的邊緣下面延伸。由此，通過控制犧牲材料的蝕刻，可以控制源極/漏極擴(kuò)展在柵極下面延伸的程度。它的厚度和深度可以通過控制沉積過程來控制。此外，可以獨(dú)立于隨后形成的深的或者重?fù)诫s的源極/漏極結(jié)的特性來控制所述源極/漏極、擴(kuò)展的特性。
文檔編號(hào)H01L21/336GK1898785SQ200480038739
公開日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2004年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月24日
發(fā)明者尼克·林德特, 阿南德·默西, 賈斯廷·布拉斯克 申請(qǐng)人:英特爾公司