專利名稱：晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種晶體管及其制造方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種包括改進(jìn)的雜質(zhì)區(qū)域的高度集成的晶體管和制造該晶體管的方法。
背景技術(shù)：
通常，半導(dǎo)體器件的晶體管包括在半導(dǎo)體襯底上形成的柵極結(jié)構(gòu)以及在靠近柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的襯底部分提供的源極/漏極區(qū)。柵極結(jié)構(gòu)包括在襯底上形成的柵極絕緣層圖形、在柵極絕緣層上形成的導(dǎo)電圖形、在導(dǎo)電層圖形上形成的硬掩模層圖形以及在導(dǎo)電層圖形的側(cè)壁上形成的隔離物。
導(dǎo)電層圖形在襯底中有選擇地形成電連接源極區(qū)到漏極區(qū)的溝道區(qū)。源極區(qū)為溝道區(qū)提供載流子，而漏極區(qū)放出源極區(qū)提供的載流子。
在常規(guī)晶體管中，源極/漏極區(qū)與襯底之間的界面可能由于快速電子所引起的熱載流子效應(yīng)而損壞。為了防止熱載流子效應(yīng)，提供形成具有輕摻雜漏極(LDD)結(jié)構(gòu)的源極/漏極區(qū)的方法。然而，在形成LDD結(jié)構(gòu)的過程中，當(dāng)熱處理雜質(zhì)形成源極/漏極區(qū)時(shí)，雜質(zhì)可能擴(kuò)散到襯底中，由此減小了溝道區(qū)的寬度。隨著半導(dǎo)體器件的高度集成，溝道區(qū)的寬度又縮小了。這稱為短溝道效應(yīng)。當(dāng)溝道區(qū)的寬度減小時(shí)，靠近源極區(qū)的耗盡層可能電連接到靠近漏極區(qū)的耗盡層，從而在晶體管中可能出現(xiàn)穿通現(xiàn)象。穿通是這樣的現(xiàn)象，其中雖然閾電壓沒有加到導(dǎo)電層圖形上，但是載流子穿過溝道區(qū)在源極區(qū)與漏極區(qū)之間移動(dòng)的現(xiàn)象。當(dāng)在晶體管中出現(xiàn)穿通現(xiàn)象時(shí)，晶體管可能完全失效。
為了防止在LDD結(jié)構(gòu)中的短溝道效應(yīng)，在美國專利第6,599,803號(hào)和美國專利第6,605,498號(hào)中公開了形成具有單個(gè)漏極單元結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的方法。根據(jù)在上述美國專利中公開的方法，在柵極電極兩側(cè)形成凹槽。在凹槽中生長包括硅-鍺的外延層，以形成單個(gè)漏極單元結(jié)構(gòu)。另外，在韓國專利延遲公開第2003-82820號(hào)中公開了形成半導(dǎo)體器件的方法。根據(jù)在上述韓國專利延遲公開中公開的方法，在柵極電極兩側(cè)形成溝槽。在柵極電極側(cè)壁下面的溝槽中形成包括絕緣材料的隔離物。
上述形成具有單個(gè)漏極單元結(jié)構(gòu)的晶體管的常規(guī)方法可能具有一些優(yōu)點(diǎn)，例如，較低的電阻、陡峭的(steep)PN結(jié)、減小的熱預(yù)算等。由此，對(duì)于具有大約100nm以下的柵極寬度的晶體管可以采用該形成晶體管的常規(guī)方法。
然而，通過該常規(guī)方法形成的晶體管仍然具有可以改進(jìn)的特性，例如，更低的電阻、更陡峭的PN結(jié)等。因此，對(duì)于具有大約10nm以下的柵極寬度的高度集成的晶體管可能并不容易采用該常規(guī)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供包括改進(jìn)結(jié)構(gòu)并具有優(yōu)異電特性的高度集成的晶體管。
本發(fā)明還提供形成該晶體管的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供包括半導(dǎo)體襯底的晶體管，半導(dǎo)體襯底具有{100}晶面的第一表面、具有低于第一表面高度的{100}晶面的第二表面和將第一表面連接到第二表面的{111}晶面的第三表面。在第一表面上形成柵極結(jié)構(gòu)。在第二表面和第三表面上形成外延層?？拷鼥艠O結(jié)構(gòu)的兩側(cè)形成雜質(zhì)區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，雜質(zhì)區(qū)具有基本上對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體襯底的第三表面的側(cè)面?；蛘?，每個(gè)雜質(zhì)區(qū)可以具有布置在柵極結(jié)構(gòu)的中心部分與半導(dǎo)體襯底的第三表面之間的側(cè)面。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，在與半導(dǎo)體襯底的第三表面接觸的半導(dǎo)體襯底的一部分形成暈輪注入?yún)^(qū)。暈輪注入?yún)^(qū)防止摻雜到雜質(zhì)區(qū)中的雜質(zhì)擴(kuò)散到半導(dǎo)體襯底中。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供包括半導(dǎo)體襯底的晶體管，半導(dǎo)體襯底具有{100}晶面的第一表面、位于第一表面兩側(cè)的兩個(gè){100}晶面的第二表面和分別將第一表面連接到第二表面的兩個(gè){111}晶面的第三表面。第二表面的高度低于第一表面。在第一表面上形成柵極結(jié)構(gòu)。在第二表面和第三表面上分別形成兩個(gè)外延層。在外延層中分別形成兩個(gè)雜質(zhì)區(qū)。
在一個(gè)實(shí)施例中，在柵極圖形的側(cè)壁上分別形成間隔部件。在一個(gè)實(shí)施例中，第三表面在間隔部件下面。外延層包括硅-鍺。
在一個(gè)實(shí)施例中，雜質(zhì)區(qū)包括側(cè)面，并且雜質(zhì)區(qū)包括在半導(dǎo)體襯底的第三表面與柵極結(jié)構(gòu)的中心部分之間的側(cè)面?？梢杂锰肌⑴鸹蛄讚诫s該雜質(zhì)區(qū)。
晶體管還可以包括分別在與半導(dǎo)體襯底的第三表面接觸的半導(dǎo)體襯底部分形成的暈輪注入?yún)^(qū)，暈輪注入?yún)^(qū)防止在雜質(zhì)區(qū)中的雜質(zhì)擴(kuò)散到半導(dǎo)體襯底中。暈輪注入?yún)^(qū)包括基本上不同于雜質(zhì)區(qū)的導(dǎo)電類型。
在一個(gè)實(shí)施例中，外延層包括沿[111]方向從{111}晶面的第三表面生長的第一晶體結(jié)構(gòu)，以及沿[100]方向從{100}晶面的第二表面生長的第二晶體結(jié)構(gòu)。
外延層可以包括高于半導(dǎo)體襯底的第一表面的表面。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供一種制造晶體管的方法。在制造晶體管的方法中，提供包括{100}晶面的第一表面、具有低于第一表面高度的{100}晶面的第二表面和將第一表面連接到第二表面的{111}晶面的第三表面的半導(dǎo)體襯底。在第一表面上形成柵極結(jié)構(gòu)。在第二表面和第三表面上生長外延層。雜質(zhì)注入到外延層中，以形成雜質(zhì)區(qū)。
在一個(gè)實(shí)施例中，形成柵極結(jié)構(gòu)包括在第一表面上形成柵極絕緣層圖形；以及在柵極絕緣層圖形上形成導(dǎo)電圖形。
該方法還包括在導(dǎo)電層圖形上形成硬掩模層圖形。
該方法還包括在導(dǎo)電層圖形的側(cè)壁上形成間隔部件。第三表面定位在間隔部件下面。形成間隔部件包括在導(dǎo)電層圖形的側(cè)壁上形成第一隔離物，以及在第一隔離物上形成第二隔離物。第一和第二隔離物可以包括基本上相同的材料。第一和第二隔離物包括氮化物。
在一個(gè)實(shí)施例中，通過部分蝕刻半導(dǎo)體襯底形成第二表面和第三表面?？梢允褂冒℉Cl以及GeH4、SiH4和SiH2Cl2中的至少一個(gè)的蝕刻氣體部分蝕刻半導(dǎo)體襯底?？梢栽诖蠹s500到大約700℃的溫度下部分蝕刻半導(dǎo)體襯底。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括在部分蝕刻半導(dǎo)體襯底之前將暈輪摻雜劑注入到半導(dǎo)體襯底中，以形成初步的暈輪注入?yún)^(qū)，并且當(dāng)部分蝕刻半導(dǎo)體襯底時(shí)部分除去初步的暈輪注入?yún)^(qū)，以形成與半導(dǎo)體襯底的第三表面接觸的暈輪注入?yún)^(qū)，暈輪注入?yún)^(qū)防止雜質(zhì)擴(kuò)散到半導(dǎo)體襯底中。在一個(gè)實(shí)施例中，暈輪摻雜劑包括基本上不同于雜質(zhì)區(qū)的導(dǎo)電類型。
在一個(gè)實(shí)施例中，外延層包括硅-鍺。
在一個(gè)實(shí)施例中，外延層包括沿[111]方向從{111}晶面的第三表面生長的第一晶體結(jié)構(gòu)，以及沿[100]方向從{100}晶面的第二表面生長的第二晶體結(jié)構(gòu)。
在一個(gè)實(shí)施例中，外延層包括高于半導(dǎo)體襯底的第一表面的表面。
在一個(gè)實(shí)施例中，注入雜質(zhì)與生長外延層同時(shí)進(jìn)行。
在一個(gè)實(shí)施例中，雜質(zhì)包括碳、硼或磷。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在蝕刻半導(dǎo)體襯底形成第二表面和第三表面以前，將暈輪摻雜劑注入到半導(dǎo)體襯底中，形成初步的暈輪注入?yún)^(qū)。在刻蝕工藝期間部分除去初步的暈輪注入?yún)^(qū)，形成與側(cè)面接觸的暈輪注入?yún)^(qū)，由此防止雜質(zhì)擴(kuò)散到半導(dǎo)體襯底中。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)外延層生長時(shí)雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底中。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供一種制造晶體管的方法。在制造晶體管的方法中，在半導(dǎo)體襯底的{100}晶面的表面上形成柵極圖形。在柵極圖形的側(cè)壁上形成第一隔離物。在第一隔離物上形成第二隔離物。部分蝕刻靠近柵極圖形兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底部分，形成露出柵極圖形以及第一和第二隔離物的一部分的凹槽。凹槽具有高度低于表面的{100}晶面的底面，和連接表面與底面的{111}晶面的側(cè)面。生長外延層填滿凹槽。然后雜質(zhì)注入到外延層中，形成雜質(zhì)區(qū)。
在一個(gè)實(shí)施例中，側(cè)面定位在第一和第二隔離物的下面。
在一個(gè)實(shí)施例中，方法還包括在形成第二隔離物之前使用第一隔離物作為離子注入掩模，將暈輪摻雜劑注入到半導(dǎo)體襯底中，形成初步的暈輪注入?yún)^(qū)，并且當(dāng)形成凹槽時(shí)部分除去初步的暈輪注入?yún)^(qū)，形成與側(cè)面接觸的暈輪注入?yún)^(qū)，暈輪注入?yún)^(qū)防止雜質(zhì)擴(kuò)散到半導(dǎo)體襯底中。
在一個(gè)實(shí)施例中，使用包括HCl以及GeH4、SiH4和SiH2Cl2中的至少一種的蝕刻氣體進(jìn)行半導(dǎo)體襯底部分的蝕刻。
在一個(gè)實(shí)施例中，在大約500到大約700℃的溫度下進(jìn)行半導(dǎo)體襯底部分蝕刻。
在一個(gè)實(shí)施例中，外延層包括高于半導(dǎo)體襯底的表面的表面。
在一個(gè)實(shí)施例中，外延層包括硅-鍺。
在一個(gè)實(shí)施例中，注入雜質(zhì)與生長外延層同時(shí)進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供一種制造晶體管的方法。在制造晶體管的方法中，在半導(dǎo)體襯底的{100}晶面的表面上形成柵極圖形。在柵極圖形的側(cè)壁上形成第一隔離物。部分蝕刻靠近柵極圖形兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底部分，形成露出柵極圖形和第一隔離物的一部分的凹槽。凹槽具有低于表面高度的{100}晶面的底面，和連接表面與底面的{111}晶面的側(cè)面。生長外延層填滿凹槽。在第一隔離物和外延層上形成第二隔離物。然后雜質(zhì)注入到外延層中，形成雜質(zhì)區(qū)。
在一個(gè)實(shí)施例中，方法還包括在蝕刻半導(dǎo)體襯底部分之前使用第一隔離物作為離子注入掩模，將暈輪摻雜劑注入到半導(dǎo)體襯底中，形成初步的暈輪注入?yún)^(qū)，并且當(dāng)形成凹槽時(shí)部分除去初步的暈輪注入?yún)^(qū)，形成與凹槽的側(cè)面接觸的暈輪注入?yún)^(qū)，暈輪注入?yún)^(qū)防止雜質(zhì)擴(kuò)散到半導(dǎo)體襯底中。在一個(gè)實(shí)施例中，外延層包括高于半導(dǎo)體襯底的表面的表面。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供包括半導(dǎo)體襯底的晶體管，半導(dǎo)體襯底具有{100}晶面的第一表面、低于第一表面高度的{100}晶面的第二表面和將第一表面連接到第二表面的{111}晶面的第三表面。在第二表面下面形成第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)。在第一表面上形成柵極結(jié)構(gòu)。在第二表面和第三表面上形成外延層。在柵極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)形成第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供包括半導(dǎo)體襯底的晶體管，半導(dǎo)體襯底具有{100}晶面的第一表面、低于第一表面高度的{100}晶面的第二表面和將第一表面連接到第二表面的{111}晶面的第三表面。在第一表面上形成柵極結(jié)構(gòu)。柵極結(jié)構(gòu)包括在第一表面上形成的柵極絕緣層、在柵極絕緣層上形成的導(dǎo)電層圖形和在導(dǎo)電層圖形上形成的外延?xùn)艠O層。在第二表面和第三表面上形成外延層。在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成雜質(zhì)區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供一種制造晶體管的方法。在制造晶體管的方法中，提供包括{100}晶面的第一表面、低于第一表面高度的{100}晶面的第二表面和將第一表面連接到第二表面的{111}晶面的第三表面的半導(dǎo)體襯底。在第一表面上形成柵極結(jié)構(gòu)。使用柵極作為注入掩模將第一雜質(zhì)注入到第二表面中，形成第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)。在第二表面和第三表面上生長外延層。將第二雜質(zhì)注入到外延層中，形成第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供一種制造晶體管的方法。在制造晶體管的方法中，提供包括{100}晶面的第一表面、具有低于第一表面高度的{100}晶面的第二表面和將第一表面連接到第二表面的{111}晶面的第三表面的半導(dǎo)體襯底。在第一表面上形成柵極圖形。柵極圖形包括依次層疊的柵極絕緣層、導(dǎo)電層圖形和外延?xùn)艠O層。在第二表面和第三表面上生長外延層。將雜質(zhì)注入到外延層中，形成重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供一種制造晶體管的方法。在制造晶體管的方法中，在半導(dǎo)體襯底的{100}晶面的表面上依次形成柵極絕緣層和導(dǎo)電層圖形。在導(dǎo)電層圖形的側(cè)壁上形成第一隔離物。在第一隔離物上形成第二隔離物。部分蝕刻靠近導(dǎo)電層圖形兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底部分，形成露出導(dǎo)電層圖形以及第一和第二隔離物的一部分的凹槽。凹槽具有低于表面高度的{100}晶面的底面，和連接表面與底面的{111}晶面的側(cè)面。將第一雜質(zhì)注入到凹槽的底面中，形成第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)。生長外延層填滿凹槽。同時(shí)，從導(dǎo)電層圖形的表面生長外延?xùn)艠O層。然后，將第二雜質(zhì)注入到外延層中，形成第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供一種制造晶體管的方法。在制造晶體管的方法中，在半導(dǎo)體襯底的{100}晶面的表面上依次形成柵極絕緣層和導(dǎo)電層圖形。在導(dǎo)電層圖形的側(cè)壁上形成第一隔離物。部分蝕刻靠近導(dǎo)電層圖形兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底部分，形成露出導(dǎo)電層圖形以及第一隔離物和第二隔離物的一部分的凹槽。凹槽具有低于表面高度的{100}晶面的底面，和連接表面與底面的{111}晶面的側(cè)面。將第一雜質(zhì)注入到凹槽的底面中，形成第一重重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)。生長外延層填滿凹槽。同時(shí)，從導(dǎo)電層圖形的表面生長外延?xùn)艠O層。在第一隔離物和外延層上形成第二隔離物。然后，將第二雜質(zhì)注入到外延層中，形成第二重重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)殡s質(zhì)區(qū)具有{111}晶面的側(cè)面，所以可以陡峭地形成PN結(jié)。由此，可以防止在雜質(zhì)區(qū)之間產(chǎn)生短溝道效應(yīng)，從而得到具有改進(jìn)的電特性的晶體管。


通過附圖所示的本發(fā)明優(yōu)選方面的更詳細(xì)的介紹，本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，在所有不同的視圖中同樣的參考標(biāo)記指代相同的部分。附圖不一定是按比例的，重點(diǎn)放在說明本發(fā)明的原理上。在附圖中，為了清楚起見，夸大了層的厚度。
圖1是說明根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的晶體管的剖面圖；圖2到5是說明形成圖1中的晶體管的方法的剖面圖；
圖6和7是說明形成根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的晶體管的方法的剖面圖；圖8到12是說明形成根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的晶體管的方法的剖面圖；圖13是說明根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的晶體管的剖面圖；圖14到18是說明形成圖13中的晶體管的方法的剖面圖；圖19和20是說明形成根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的晶體管的方法的剖面圖；圖21到26是說明形成根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的晶體管的方法的剖面圖；圖27是說明根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的晶體管的剖面圖；圖28是說明根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例的晶體管的剖面圖；圖29到34是說明形成圖28中的晶體管的方法的剖面圖；圖35和36是說明形成根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施例的晶體管的方法的剖面圖；圖37到43是說明形成根據(jù)本發(fā)明第十實(shí)施例的晶體管的方法的剖面圖；圖44是說明根據(jù)本發(fā)明第十一實(shí)施例的晶體管的剖面圖；圖45到51是說明形成圖44中的晶體管的方法的剖面圖；圖52和53是說明形成根據(jù)本發(fā)明第十二實(shí)施例的晶體管的方法的剖面圖；圖54到61是說明形成根據(jù)本發(fā)明第十三實(shí)施例的晶體管的方法的剖面圖；圖62是說明根據(jù)本發(fā)明第十四實(shí)施例的晶體管的剖面圖；圖63是說明根據(jù)本發(fā)明第十五實(shí)施例的晶體管的剖面圖；圖64到69是說明形成圖63中的晶體管的方法的剖面圖；圖70是說明根據(jù)比較例1的晶體管的剖面圖；圖71是說明根據(jù)比較例2的晶體管的剖面圖；圖72是分別說明實(shí)施例15以及比較例1和2的結(jié)漏電流的圖；圖73是分別說明實(shí)施例15以及比較例1和2的導(dǎo)通電流和斷開電流的圖；以及圖74是分別說明實(shí)施例15以及比較例1和2的閾值電壓的圖。
具體實(shí)施例方式
在下文中，參考示出了本發(fā)明的實(shí)施例的附圖更完全地介紹本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以以許多不同形式來實(shí)施，并且不應(yīng)該將本發(fā)明限于在此說明的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例，從而使本公開徹底而完全，并且將向本領(lǐng)域的技術(shù)人員充分地傳達(dá)本發(fā)明的范圍。在附圖中，為了清楚夸大了層和區(qū)的尺寸和相對(duì)尺寸。
應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)元件或?qū)颖徽J(rèn)為是在另一個(gè)元件或?qū)印吧稀?、“連接到”或“耦合到”另一個(gè)元件或?qū)訒r(shí)，它可以直接位于其它元件或?qū)由?、連接到或耦合到其它元件或?qū)?，或者可以存在插入元件或?qū)?。相反，?dāng)元件被認(rèn)為是“直接”在另一個(gè)元件或?qū)印吧稀?、“直接連接到”或“直接耦合到”另一個(gè)元件或?qū)訒r(shí)，則不存在插入元件或?qū)印Ｏ嗤臄?shù)字在全文指代相同的元件。如在此使用的，術(shù)語“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)列出項(xiàng)目的任何或所有組合。
應(yīng)當(dāng)理解，雖然可以在此使用術(shù)語第一、第二等介紹各種成分、元件、區(qū)、層和/或部分，但是這些成分、元件、區(qū)、層和/或部分不應(yīng)該受到這些術(shù)語的限制。這些術(shù)語僅用來將一個(gè)成分、元件、區(qū)、層或部分與另一個(gè)區(qū)、層或部分相區(qū)分。由此，以下討論的第一成分、元件、區(qū)、層或部分可以稱為第二成分、元件、區(qū)、層或部分而不脫離本發(fā)明的教導(dǎo)。
在此可以使用空間關(guān)系術(shù)語，例如，“在...之下”、“在...下面”、“較低的”、“在...之上”、“上面的”等等，便于介紹如圖所示的一個(gè)元件或部件與另一個(gè)(些)元件或部件的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解，空間關(guān)系術(shù)語試圖包含除了圖中所示排列方向之外在使用或操作中器件的不同排列方向。例如，如果翻轉(zhuǎn)圖中的器件，則所述“在其它元件或部件下面”或“之下”的元件將“在其它元件或部件之上”。由此，示例性的術(shù)語“在...下面”可以包含在上方或下面兩個(gè)排列方向。因此，器件可以是另外排列的(旋轉(zhuǎn)90度或在其它排列方向上)，并且因此對(duì)這里所使用的空間相對(duì)描述符進(jìn)行解釋。
在此使用的術(shù)語學(xué)僅是為了介紹特定的實(shí)施例，并且不打算來限定本發(fā)明。如在此所用的，單數(shù)形式的不定冠詞和定冠詞也試圖包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚地表明外。還應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包括”時(shí)，表示所述部件、整體、步驟、操作、成分和/或元件的存在，但不排除一種或多種其它部件、整體、步驟、操作、成分、元件和/或其組的存在或加入。
除非另外的定義，在此使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)和科學(xué)名詞)與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常的理解具有相同的意思。還應(yīng)當(dāng)理解，例如在通常使用的詞典中定義的術(shù)語的意思應(yīng)該解釋為符合在相關(guān)技術(shù)的上下文中的意思，并且不會(huì)以理想化或過分形式意義的方式解釋，除非在此明確地這樣定義外。
實(shí)施例1圖1是說明根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的晶體管的剖面圖。
參考圖1，本實(shí)施例的晶體管100包括例如硅(Si)襯底或硅-鍺(Si-Ge)襯底的半導(dǎo)體襯底110、在半導(dǎo)體襯底110上形成的柵極結(jié)構(gòu)120、在靠近柵極結(jié)構(gòu)120的半導(dǎo)體襯底110部分形成的兩個(gè)外延層150、以及分別在外延層150中形成的雜質(zhì)區(qū)。
半導(dǎo)體襯底110具有包括沿{100}晶面取向的硅的第一表面118、沿{100}晶面取向的第二表面116、以及沿{111}晶面取向的第三表面114。在襯底110的第一表面118上形成柵極結(jié)構(gòu)120。
在靠近柵極結(jié)構(gòu)120的第一表面118部分分別形成兩個(gè)凹槽112，以形成第二表面116和第三表面114。凹槽112分別包括底面116和側(cè)面114。底面116包括沿{100}晶面取向的硅，而側(cè)面114包括沿{111}晶面取向的硅。即，凹槽112的底面116對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體襯底110的第二表面，側(cè)面114對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體襯底110的第三表面。每個(gè)底面116具有基本上小于襯底110的表面118的高度。每個(gè)側(cè)面114在底面116與表面118之間，連接底面116與表面118。因?yàn)檠貃111}晶面定位側(cè)面114，所以側(cè)面114與底面116之間的角度是大約54.7°。例如，在形成晶體管100的過程中，該角度不小于大約50°或大約54.7°。當(dāng)側(cè)面114與底面116之間的角度最好在大約50°到大約65°的范圍中時(shí)，最好大約54.7°到大約65°，側(cè)面114被認(rèn)為包括基本上沿{111}晶面取向的硅。
柵極結(jié)構(gòu)120包括在襯底110的表面118上形成的柵極圖形130，和在柵極圖形130的側(cè)壁上形成的間隔部件。
柵極圖形130包括在襯底110的表面118上形成的柵極絕緣層圖形132、在柵極絕緣層圖形132上形成的導(dǎo)電層圖形134、和在導(dǎo)電層圖形134上形成的硬掩模層圖形136。
在柵極絕緣層圖形132下面的襯底110的表面118的一部分作為有選擇地電連接一個(gè)雜質(zhì)區(qū)與另一個(gè)雜質(zhì)區(qū)的溝道層。
柵極絕緣層圖形132包括氧化硅、氮氧化硅、金屬氧化物、金屬氮氧化合物等。導(dǎo)電層圖形134包括金屬，例如，鎢(W)、銅(Cu)、鋁(Al)、金屬氮化物等。另外，硬掩模層圖形136包括氮化硅。
每個(gè)間隔部件可以具有雙隔離物結(jié)構(gòu)。即，每個(gè)間隔部件包括第一隔離物142和第二隔離物144。在柵極圖形130的側(cè)壁上形成第一隔離物142，在第一隔離物142上設(shè)置第二隔離物144。因?yàn)殚g隔部件保證了晶體管100足夠的溝道長度，所以可以防止在晶體管100中產(chǎn)生短溝道效應(yīng)。具體地，凹槽112的側(cè)面114在柵極圖形130與第二隔離物144之間。第一和第二隔離物142和144可以包括基本上相同的材料，例如，氮化硅?；蛘撸谝缓偷诙綦x物142和144可以包括彼此不同的材料。例如，第一隔離物142可以包括氧化物，而第二隔離物144可以包括氮化物。此外，每個(gè)間隔部件還可以具有單個(gè)隔離物結(jié)構(gòu)。
分別在凹槽112中形成外延層150。外延層150可以包括硅鍺。硅鍺膜從凹槽112的側(cè)面114和底面116生長，由此形成填滿凹槽112的外延層150。結(jié)果，每個(gè)外延層150具有{111}晶面的側(cè)面和{100}晶面的底面，從而外延層150具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
雜質(zhì)注入到外延層150中，以在外延層150中形成雜質(zhì)區(qū)。雜質(zhì)包括碳(C)、硼(B)、磷(P)等。根據(jù)本實(shí)施例，每個(gè)雜質(zhì)區(qū)具有基本上與外延層150相同的區(qū)域。由此，每個(gè)雜質(zhì)區(qū)具有基本上對(duì)應(yīng)于外延層150的側(cè)面的側(cè)面。
在下文中，將參考附圖詳細(xì)介紹制造圖1中的晶體管的方法。
圖2到5是說明制造圖1中的晶體管的方法的剖面圖。
參考圖2，在{100}晶面的表面118上形成柵極圖形130。襯底110對(duì)應(yīng)于硅襯底或硅-鍺襯底。具體地，在襯底110的表面118上形成絕緣層(未示出)。絕緣層可以包括氧化物。在絕緣層上形成導(dǎo)電層(未示出)。導(dǎo)電層可以包括金屬，例如，鎢。在導(dǎo)電層上形成硬掩模層(未示出)。硬掩模層可以包括氮化物，例如，氮化硅。在硬掩模層上形成光致抗蝕劑圖形(未示出)。使用光致抗蝕劑圖形作為蝕刻掩模，部分地蝕刻硬掩模層、導(dǎo)電層和絕緣層，由此在襯底110的表面118上形成柵極圖形130。柵極圖形130包括絕緣層圖形132、導(dǎo)電層圖形134和硬掩模層圖形136。然后，通過灰化工藝和/或剝離工藝除去柵極圖形上的光致抗蝕劑圖形。
參考圖3，在襯底110上形成第一氮化物層(未示出)，覆蓋柵極圖形130。部分蝕刻第一氮化物層，在柵極圖形130的側(cè)壁上形成第一隔離物142。例如，第一氮化物層包括氮化硅。
然后，在襯底110上形成第二氮化物層(未示出)，覆蓋柵極圖形130和第一隔離物142。例如，第二氮化物層包括氮化硅。部分蝕刻第二氮化物層，在第一隔離物142上分別形成第二隔離物144。由此，在柵極圖形130的側(cè)壁上形成包括第一和第二隔離物142和144的間隔部件。結(jié)果，在襯底110上形成包括柵極圖形130和間隔部件的柵極結(jié)構(gòu)120。
參考圖4，部分蝕刻靠近柵極結(jié)構(gòu)120兩側(cè)的襯底110部分，形成具有{111}晶面的側(cè)面114和{100}晶面的底面116的凹槽112?？梢允褂冒然瘹?HCl)的蝕刻氣體，通過干蝕刻工藝蝕刻襯底110的部分。當(dāng)形成凹槽112時(shí)，通過凹槽112露出第一和第二隔離物142和144的底面。
通常，已經(jīng)廣泛采用在淀積室中使用HCl氣體蝕刻硅基材料的方法。在本實(shí)施例中，HCl氣體在淀積室中不是蝕刻硅基材料而是蝕刻包括硅的襯底110的部分。因此，本實(shí)施例的刻蝕工藝可以不必要求除淀積室之外的任何額外的蝕刻室。另外，HCl氣體可以大規(guī)模生產(chǎn)和廣泛地使用，從而可以穩(wěn)定和簡單地進(jìn)行部分蝕刻襯底110的刻蝕工藝。此外，因?yàn)檫B續(xù)的刻蝕工藝和淀積工藝可以就地進(jìn)行，所以可以省略例如清洗過程的中間工藝，由此大大減少制造晶體管120所需要的時(shí)間。
在本實(shí)施例中，可以在大約850℃的溫度下，在大約10Torr的HCl氣體分壓力下蝕刻襯底110部分。另外，蝕刻氣體還包括含氫的其它氣體，例如，GeH4、SiH4、SiH2Cl2(二氯甲硅烷DCS)等。當(dāng)蝕刻氣體包括含氫的其它氣體時(shí)，包含氫的其它氣體根據(jù)氣體之間的熱平衡作為針對(duì)HCl氣體的催化劑。因此，由于蝕刻反應(yīng)氣體之間的熱平衡，HCl氣體可以在襯底110的部分迅速地蝕刻硅。當(dāng)蝕刻氣體包括預(yù)定體積比的HCl氣體和含氫的輔助氣體時(shí)，在大約730℃的溫度下，蝕刻氣體可以以大約1nm/秒的蝕刻速度蝕刻硅。由此，當(dāng)刻蝕工藝進(jìn)行大約一分鐘時(shí)，每個(gè)凹槽112具有大約50nm以上的深度。
可以在大約500到大約850℃的溫度下進(jìn)行蝕刻襯底110的部分的刻蝕工藝，優(yōu)選大約500到大約700℃的溫度，使用包括HCl氣體和例如GeH4、SiH4、SiH2Cl2氣體等的含氫的氣體的蝕刻氣體。
參考圖5，將包含硅-鍺的源氣體，例如，GeH4、SiH4或SiH2Cl2，引入到凹槽112上。在源氣體中的硅-鍺從凹槽112的側(cè)面114和底面116外延生長，由此形成分別填滿凹槽112的外延層150，如圖5中的虛線所示。例如，通過化學(xué)氣相淀積(CVD)工藝形成外延層150，以填充凹槽112。這里，因?yàn)槊總€(gè)凹槽112具有{111}晶面的側(cè)面114和{100}晶面的底面116，所以每個(gè)外延層150至此具有不同晶體結(jié)構(gòu)，其中第一晶體結(jié)構(gòu)150a沿[111]方向從側(cè)面114生長，第二晶體結(jié)構(gòu)150b沿[100]方向從底面116生長。
或者，包含硅-鍺的源氣體和包括碳、硼或磷的雜質(zhì)可以同時(shí)引入到凹槽112上，由此形成用雜質(zhì)摻雜的外延層150。
結(jié)果，在襯底110上形成包括雜質(zhì)區(qū)的晶體管120，每個(gè)雜質(zhì)區(qū)具有與外延層150的區(qū)域基本上相同的區(qū)域。即，每個(gè)雜質(zhì)區(qū)具有基本上對(duì)應(yīng)于外延層150的側(cè)面的側(cè)邊界。
實(shí)施例2本發(fā)明第二實(shí)施例的晶體管，具有與圖1中的晶體管基本上相同的元件，除雜質(zhì)區(qū)170的側(cè)面基本上不同于外延層150的側(cè)面之外，如圖7所示。雜質(zhì)區(qū)170的側(cè)面分別設(shè)置在柵極圖形130的中心部分與外延層150的側(cè)面之間。由此，不再重復(fù)與本實(shí)施例的晶體管有關(guān)的更進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
圖6和圖7是說明根據(jù)本實(shí)施例制造晶體管的方法的剖面圖。在本實(shí)施例中，制造晶體管的工藝除形成雜質(zhì)區(qū)170的工藝之外，基本上與參考圖2到5介紹的相同。
參考圖6，包括碳、硼、磷等的雜質(zhì)通過離子注入工藝注入到外延層150中，如圖中箭頭所示。在實(shí)施例1中，在凹槽112中同時(shí)提供源氣體和雜質(zhì)，以在實(shí)施例1中形成用雜質(zhì)摻雜的外延層150。然而，根據(jù)本實(shí)施例，在未摻雜的外延層150生長以填滿凹槽112之后，雜質(zhì)另外注入到未摻雜的外延層150中。
參考圖7，熱處理具有外延層150的襯底110，從而使外延層150中的雜質(zhì)擴(kuò)散來形成雜質(zhì)區(qū)170。雜質(zhì)區(qū)170對(duì)應(yīng)于晶體管的源極/漏極區(qū)。源極/漏極區(qū)靠近柵極結(jié)構(gòu)120的兩側(cè)。由此，在襯底110上形成包括柵極結(jié)構(gòu)120和雜質(zhì)區(qū)170的晶體管。
如上所述，雜質(zhì)區(qū)170的側(cè)面基本上不同于外延層150的側(cè)面。雜質(zhì)區(qū)170的每個(gè)側(cè)面分別設(shè)置在柵極圖形130的中心部分與外延層150的側(cè)面之間。通過退火襯底110的熱處理工藝將雜質(zhì)擴(kuò)散到襯底110中形成具有這種側(cè)面的雜質(zhì)區(qū)170?；蛘?，雜質(zhì)區(qū)170具有與外延層150的側(cè)面基本上相同的側(cè)面，如上所述。
實(shí)施例3本發(fā)明第三實(shí)施例的晶體管具有與圖1中的晶體管基本上相同的結(jié)構(gòu)。由此，參考圖8到12介紹制造本實(shí)施例的晶體管的方法。
圖8到12是說明制造根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的晶體管的方法的剖面圖。在本實(shí)施例中，在柵極圖形130的側(cè)壁上形成第一隔離物142之后，在第一隔離物142上形成第二隔離物144以前，在凹槽112中形成外延層150。
參考圖8，在半導(dǎo)體襯底110的表面118上形成包括絕緣層圖形132、導(dǎo)電層圖形134和硬掩模層圖形136的柵極圖形130。表面118包括沿{100}晶面取向的硅。
參考圖9，分別在柵極圖形130的側(cè)壁上形成包括氮化物的第一隔離物142。例如，第一隔離物142包括氮化硅。
參考圖10，蝕刻靠近柵極圖形130兩側(cè)的表面118部分，由此在表面118部分形成凹槽112。通過使用蝕刻氣體的干蝕刻工藝形成凹槽112。蝕刻氣體包括HCl以及GeH4、SiH4和SiH2Cl2中的一種。在與實(shí)施例1中介紹的基本相同的蝕刻條件下進(jìn)行形成凹槽112的干蝕刻工藝。凹槽112具有{111}晶面的側(cè)面114和{100}晶面的底面116。當(dāng)通過部分蝕刻襯底110形成凹槽112時(shí)，通過凹槽112露出第一隔離物142的底面。
參考圖11，將含有硅-鍺的源氣體引入到凹槽112上。硅-鍺從凹槽112的側(cè)面114和底面116外延生長，由此分別在凹槽112中形成外延層150。因?yàn)槊總€(gè)凹槽112具有{111}晶面的側(cè)面114和{100}晶面的底面116，所以每個(gè)外延層150至此具有不同結(jié)構(gòu)，其中第一晶體結(jié)構(gòu)150a沿[111]方向從側(cè)面114生長，第二晶體結(jié)構(gòu)150b沿[100]方向從底面116生長?；蛘?，包含硅-鍺的源氣體和包括碳、硼或磷的雜質(zhì)可以同時(shí)引入到凹槽112上，形成用雜質(zhì)摻雜的外延層150。
參考圖12，在第一隔離物上分別形成包括氮化物的第二隔離物144，以在柵極圖形130的側(cè)壁上形成間隔部件。間隔部件包括第一隔離物142和第二隔離物144。由此，在襯底110上形成包括柵極圖形130和間隔部件的柵極結(jié)構(gòu)120。例如，第二隔離物144包括氮化硅。第二隔離物144的底部分別設(shè)置在外延層150上。因此，晶體管的雜質(zhì)區(qū)具有基本上與外延層150相同的邊界。具體地，每個(gè)雜質(zhì)區(qū)具有基本上對(duì)應(yīng)于外延層150的側(cè)面的側(cè)面。
或者，包括碳、硼或磷的雜質(zhì)可以注入到外延層150中，形成具有不同于外延層150的側(cè)面的雜質(zhì)區(qū)。雜質(zhì)區(qū)的每個(gè)側(cè)面設(shè)置在柵極圖形130的中心部分與外延層150的側(cè)面之間。
實(shí)施例4圖13是說明根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的晶體管的剖面圖。
參考圖13，本發(fā)明第四實(shí)施例的晶體管200包括半導(dǎo)體襯底210、在半導(dǎo)體襯底210上形成的柵極結(jié)構(gòu)220、靠近柵極結(jié)構(gòu)220兩側(cè)形成的兩個(gè)外延層250、在外延層250中形成的雜質(zhì)區(qū)、以及暈輪注入?yún)^(qū)260。
半導(dǎo)體襯底210具有{100}晶面的表面218。在靠近柵極結(jié)構(gòu)220的側(cè)壁的表面218部分形成兩個(gè)凹槽212。每個(gè)凹槽212包括{100}晶面的底面216和{111}晶面的側(cè)面214。底面216具有基本上小于表面218的高度。側(cè)面214連接底面216與表面218。
柵極結(jié)構(gòu)220包括在表面218上形成的柵極圖形230，和在柵極圖形230的側(cè)壁上形成的間隔部件。柵極圖形230包括在表面218上形成的柵極絕緣層圖形232、在柵極絕緣層圖形232上形成的導(dǎo)電層圖形234和在導(dǎo)電層圖形234上形成的硬掩模層圖形236。間隔部件可以具有雙隔離物結(jié)構(gòu)，包括在柵極圖形230的側(cè)壁上形成的第一隔離物242和在第一隔離物242上形成的第二隔離物244。凹槽212的每個(gè)側(cè)面214設(shè)置在柵極圖形230的中心部分與第二隔離物244之間。
在凹槽212中形成包括硅-鍺的外延層250。外延層250分別具有{111}晶面的側(cè)面和{100}晶面的底面。
雜質(zhì)注入到外延層250中，在外延層250中形成雜質(zhì)區(qū)。本實(shí)施例的雜質(zhì)區(qū)具有基本上對(duì)應(yīng)于外延層150的側(cè)面的側(cè)面。
在靠近凹槽212的側(cè)面214的半導(dǎo)體襯底210的部分中形成暈輪注入?yún)^(qū)260。由此，暈輪注入?yún)^(qū)260部分與外延層250的側(cè)面接觸。暈輪注入?yún)^(qū)260具有基本上不同于雜質(zhì)區(qū)的導(dǎo)電類型，由此防止雜質(zhì)區(qū)中的雜質(zhì)擴(kuò)散到半導(dǎo)體襯底210中。
在下文中，將參考圖14到圖19詳細(xì)介紹形成圖13中的晶體管的方法。
圖14到圖19是說明制造根據(jù)本實(shí)施例的晶體管的方法的剖面圖。
參考圖14，在包括沿{100}晶面排列的硅的表面218上形成包括柵極絕緣層圖形232、導(dǎo)電層圖形234和硬掩模層圖形236的柵極圖形230，如上所述。
參考圖15，將暈輪摻雜劑注入到靠近柵極圖形230兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底210的部分中，從而在襯底210的部分形成初步的暈輪注入?yún)^(qū)262。初步的暈輪注入?yún)^(qū)262具有基本上對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體襯底210的導(dǎo)電類型。在形成初步的暈輪注入?yún)^(qū)262以前，以較低濃度在半導(dǎo)體襯底210的部分中注入雜質(zhì)，由此在襯底210的部分形成輕摻雜漏極(LDD)區(qū)(未示出)。
參考圖16，在柵極圖形230的側(cè)壁上形成第一隔離物242。然后，在第一隔離物242上形成第二隔離物244，以在柵極圖形230的側(cè)壁上形成間隔部件。第一和第二隔離物242和244包括氮化物，例如，氮化硅。由此，在襯底210上形成包括柵極圖形230以及第一和第二隔離物242和244的柵極結(jié)構(gòu)220。
參考圖17，部分蝕刻初步的暈輪注入?yún)^(qū)262，以形成具有{111}晶面的側(cè)面214和{100}晶面的底面216的凹槽212。這里，靠近凹槽212的側(cè)面214形成暈輪注入?yún)^(qū)260。即，剩余的初步暈輪注入?yún)^(qū)262分別對(duì)應(yīng)于暈輪注入?yún)^(qū)260。當(dāng)形成凹槽212時(shí)，通過凹槽212露出第一和第二隔離物242和244的底面。暈輪注入?yún)^(qū)260與凹槽212的側(cè)面214接觸?？梢允褂冒℉Cl以及GeH4、SiH4和SiH2Cl2中的至少一種的蝕刻氣體部分蝕刻初步的暈輪注入?yún)^(qū)262。在與根據(jù)實(shí)施例1的蝕刻工藝基本相同的蝕刻條件下進(jìn)行蝕刻初步的暈輪注入?yún)^(qū)262的蝕刻工藝。
在本實(shí)施例中，與不存在暈輪摻雜劑的半導(dǎo)體襯底210的其它部分相比，在初步的暈輪注入?yún)^(qū)262中的硅與HCl之間可能發(fā)生更活躍的化學(xué)反應(yīng)。可以沿垂直方向相對(duì)于襯底210快速地蝕刻初步的暈輪注入?yún)^(qū)262，從而可以縮短沿垂直方向在初步的暈輪注入?yún)^(qū)262中形成凹槽212的時(shí)間。結(jié)果，容易在間隔部件下面形成{111}晶面的側(cè)面214。
參考圖18，將包括硅-鍺的源氣體引入到凹槽212上。硅-鍺從凹槽212的側(cè)面214和底面216外延生長，由此分別在凹槽212中形成外延層250。因?yàn)榘疾?12具有{111}晶面的側(cè)面214和{100}晶面的底面216，所以外延層250至此具有不同結(jié)構(gòu)，其中第一晶體結(jié)構(gòu)250a沿[111]方向從側(cè)面214生長，第二晶體結(jié)構(gòu)250b沿[100]方向從底面216生長。包含硅-鍺的源氣體和包括碳、硼或磷的雜質(zhì)可以同時(shí)引入到凹槽212上，由此形成用雜質(zhì)摻雜的外延層250。
結(jié)果，晶體管200的雜質(zhì)區(qū)具有基本上對(duì)應(yīng)于外延層250的側(cè)面的邊界。
每個(gè)雜質(zhì)區(qū)具有基本上不同于暈輪注入?yún)^(qū)260的導(dǎo)電類型。例如，當(dāng)暈輪注入?yún)^(qū)260為P型時(shí)，雜質(zhì)區(qū)為N型，反之亦然。因?yàn)闀炤喿⑷雲(yún)^(qū)260具有不同于雜質(zhì)區(qū)的導(dǎo)電類型，所以暈輪注入?yún)^(qū)260抑制了雜質(zhì)擴(kuò)散到半導(dǎo)體襯底210中。由此，可以有效地防止由相鄰布置晶體管200的源極區(qū)與漏極區(qū)所產(chǎn)生的晶體管200的短溝道效應(yīng)。
實(shí)施例5本發(fā)明第五實(shí)施例的晶體管具有與圖13中的晶體管基本上相同的元件，除雜質(zhì)區(qū)270具有不同于外延層250的側(cè)面之外。雜質(zhì)區(qū)270的每個(gè)側(cè)面設(shè)置在柵極圖形230的中心部分與外延層250的側(cè)面之間。由此，不再重復(fù)本實(shí)施例的晶體管更進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
圖19和20是說明制造根據(jù)本實(shí)施例的晶體管的方法的剖面圖。在本實(shí)施例中，除形成雜質(zhì)區(qū)270的工藝(參見圖20)之外，形成晶體管的工藝基本上與參考圖14到18說明的第四實(shí)施例相同。因此，將詳細(xì)介紹形成外延層250之后的工藝。
參考圖19，通過離子注入工藝將包括碳、硼或磷的雜質(zhì)注入到外延層250中。在實(shí)施例4中，源氣體和雜質(zhì)同時(shí)提供到凹槽212上，形成摻雜的外延層250。然而，根據(jù)本實(shí)施例，在未摻雜的外延層250生長以填滿凹槽212之后，將雜質(zhì)注入到未摻雜的外延層250中。
參考圖20，熱處理具有摻雜的外延層250的襯底210，以分別在外延層250中形成雜質(zhì)區(qū)270。雜質(zhì)區(qū)270對(duì)應(yīng)于晶體管的源極/漏極區(qū)。當(dāng)靠近柵極結(jié)構(gòu)220的兩側(cè)形成雜質(zhì)區(qū)270時(shí)，在襯底210上完成了晶體管。
在本實(shí)施例中，雜質(zhì)區(qū)270具有不同于如上所述外延層250的側(cè)面。即，雜質(zhì)區(qū)270的每個(gè)側(cè)面設(shè)置在柵極圖形230的中心部分與外延層250的側(cè)面之間。通過熱處理襯底210的退火工藝將雜質(zhì)擴(kuò)散到半導(dǎo)體襯底210中形成具有這種側(cè)面的雜質(zhì)區(qū)270?；蛘?，雜質(zhì)區(qū)270具有基本上對(duì)應(yīng)于外延層250的側(cè)面的側(cè)面。
實(shí)施例6本發(fā)明第六實(shí)施例的晶體管具有與圖13中的晶體管基本上相同的結(jié)構(gòu)。由此，不再重復(fù)關(guān)于晶體管結(jié)構(gòu)的更進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
圖21到26是說明制造根據(jù)本實(shí)施例的晶體管的方法的剖面圖。在本實(shí)施例中，在柵極圖形230的側(cè)壁上形成第一隔離物242之后，在第一隔離物242上形成第二隔離物244以前，形成外延層250。
參考圖21，在半導(dǎo)體襯底210的表面218上形成包括柵極絕緣層圖形232、導(dǎo)電層圖形234和硬掩模層圖形236的柵極圖形230。表面218包括沿{100}晶面取向的硅。
參考圖22，在柵極圖形230的側(cè)壁上分別形成第一隔離物242。例如，使用例如氮化硅的氮化物形成第一隔離物242。
參考圖23，使用第一隔離物242作為離子注入掩模，將暈輪摻雜劑注入到靠近柵極圖形230兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底210的部分中，由此在襯底210的部分形成初步的暈輪注入?yún)^(qū)262。初步的暈輪注入?yún)^(qū)262具有基本上與半導(dǎo)體襯底210相同的導(dǎo)電類型。在形成初步的暈輪注入?yún)^(qū)262以前，以較低濃度將雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底210的部分中，由此在襯底210的部分形成LDD區(qū)(未示出)。
參考圖24，使用蝕刻氣體，部分地蝕刻初步的暈輪注入?yún)^(qū)262，形成具有{111}晶面的側(cè)面214和{100}晶面的底面216的凹槽212。同時(shí)，靠近凹槽212的側(cè)面214形成暈輪注入?yún)^(qū)260。通過凹槽212露出第一隔離物242的底面。暈輪注入?yún)^(qū)260與凹槽212的側(cè)面214接觸。蝕刻氣體包括HCl以及GeH4、SiH4和SiH2Cl2中的至少一種。在與實(shí)施例1基本相同的蝕刻條件下進(jìn)行蝕刻初步的暈輪注入?yún)^(qū)262的蝕刻工藝。
參考圖25，包含硅-鍺的源氣體引入到凹槽212上，從而硅-鍺從凹槽212的側(cè)面214和底面216外延生長。因此，形成外延層250填滿凹槽212。因?yàn)榘疾?12具有{111}晶面的側(cè)面214和{100}晶面的底面216，所以外延層250分別至此具有不同結(jié)構(gòu)，其中第一晶體結(jié)構(gòu)250a沿[111]方向從側(cè)面214生長，第二晶體結(jié)構(gòu)250b沿[100]方向從底面216生長。
包含硅-鍺的源氣體和包括碳、硼或磷的雜質(zhì)可以同時(shí)引入到凹槽212上，由此形成用雜質(zhì)摻雜的外延層250。外延層250的邊界基本上對(duì)應(yīng)于雜質(zhì)區(qū)的邊界。
或者，可以將包括碳、硼或磷的雜質(zhì)注入到外延層250中以形成雜質(zhì)區(qū)270，雜質(zhì)區(qū)270的側(cè)面基本上不同于外延層250的側(cè)面。雜質(zhì)區(qū)270的每個(gè)側(cè)面設(shè)置在柵極圖形230的中心部分與外延層250的側(cè)面之間。
參考圖26，在第一隔離物242上形成第二隔離物244，以在柵極圖形230的側(cè)壁上形成間隔部件。使用例如氮化硅的氮化物形成每個(gè)第二隔離物244。由此，在襯底210上形具有間隔部件和柵極圖形230的柵極結(jié)構(gòu)220。第二隔離物244分別設(shè)置在外延層250上。然后，形成第二隔離物244，由此在襯底210上完成本實(shí)施例的晶體管。
實(shí)施例7本發(fā)明第七實(shí)施例的晶體管100b除升高的外延層之外，包括與實(shí)施例1中的晶體管基本上相同的元件。由此，不再重復(fù)與本實(shí)施例的晶體管有關(guān)的更進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
圖27是說明根據(jù)本實(shí)施例的晶體管100b的剖面圖。
參考圖27，雖然在實(shí)施例1中外延層150具有與半導(dǎo)體襯底110的表面118基本上相同的表面，但是升高的外延層155具有高于半導(dǎo)體襯底110的表面118的表面。
在本實(shí)施例中，制造晶體管的工藝除形成升高的外延層155的工藝之外，基本上與參考圖2介紹的上述方法相同。
現(xiàn)在參考圖27，將包含硅-鍺的源氣體，例如，包括GeH4、SiH4和SiH2Cl2的氣體，在與實(shí)施例1相比較長時(shí)間內(nèi)引入到凹槽112上。硅-鍺從凹槽112的側(cè)面114和底面116外延生長，從而形成升高的外延層155填滿凹槽112并向上延伸。每個(gè)升高的外延層155至此具有不同的結(jié)構(gòu)，其中第一晶體結(jié)構(gòu)155a沿[111]方向從側(cè)面114生長，第二晶體結(jié)構(gòu)155b沿[100]方向從底面116生長。并且，升高的外延層155具有高于半導(dǎo)體襯底110的表面118的表面。
或者，包含硅-鍺的源氣體和包括碳、硼或磷的雜質(zhì)可以同時(shí)引入到凹槽112上，由此形成用雜質(zhì)摻雜的升高的外延層155。
結(jié)果，在襯底110上形成晶體管100b，包括具有基本上對(duì)應(yīng)于升高的外延層155的側(cè)面的邊界的雜質(zhì)區(qū)。雜質(zhì)區(qū)對(duì)應(yīng)于晶體管100b的源極/漏極區(qū)。
或者，在其中如上所述不摻雜雜質(zhì)形成升高的外延層155之后，雜質(zhì)注入到升高的外延層155中，由此形成對(duì)應(yīng)于源極/漏極區(qū)的升高的雜質(zhì)區(qū)。
實(shí)施例8圖28是說明根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例的晶體管的剖面圖。
參考圖28，本實(shí)施例的晶體管300包括例如硅(Si)襯底或硅-鍺(Si-Ge)襯底的半導(dǎo)體襯底310、在半導(dǎo)體襯底310上形成的柵極結(jié)構(gòu)320、在靠近柵極結(jié)構(gòu)320的半導(dǎo)體襯底310的部分形成的兩個(gè)外延層350、在外延層350的側(cè)面部分形成的輕摻雜的雜質(zhì)區(qū)385、在外延層350下面形成的第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)380和分別在外延層350中形成的第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)。
半導(dǎo)體襯底310具有沿{100}晶面取向的第一表面318、沿{100}晶面取向的第二表面316以及沿{111}晶面取向的第三表面314。在襯底310的第一表面318上形成柵極結(jié)構(gòu)320。
在靠近柵極結(jié)構(gòu)320的第一表面318部分分別形成兩個(gè)凹槽312，以形成第二表面316和第三表面314。凹槽312分別包括底面和側(cè)面。即，凹槽312的底面對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體襯底310的第二表面316，側(cè)面對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體襯底310的第三表面314。每個(gè)底面316具有基本上小于半導(dǎo)體襯底310的第一表面318的高度。每個(gè)側(cè)面314在底面316與第一表面318之間，將底面316連接到第一表面318。因?yàn)檠貃111}晶面定位側(cè)面314，所以側(cè)面314與底面316之間的角度是大約54.7°。例如，在形成晶體管300的過程中，角度不小于大約50°或大約54.7°。當(dāng)側(cè)面314與底面316之間的角度最好在大約50°到大約65°，優(yōu)選大約54.7°到大約65°的范圍中時(shí)，側(cè)面314被認(rèn)為包括基本上沿{111}晶面取向的硅。
柵極結(jié)構(gòu)320包括在襯底310的第一表面318上形成的柵極圖形330，和在柵極圖形330的側(cè)壁上形成的間隔部件。
柵極圖形330包括在襯底310的第一表面318上形成的柵極絕緣層圖形332、在柵極絕緣層圖形332上形成的導(dǎo)電層圖形334和在導(dǎo)電層圖形334上形成的硬掩模層圖形336。
在柵極絕緣層圖形332下面的襯底310的第一表面318的部分作為有選擇地電連接一個(gè)雜質(zhì)區(qū)與另一個(gè)雜質(zhì)區(qū)的溝道層。
柵極絕緣層圖形332可以包括氧化硅、氮氧化硅、金屬氧化物、金屬氮氧化合物等。導(dǎo)電層圖形334可以包括金屬，例如，鎢(W)、銅(Cu)、鋁(Al)、金屬氮化物等。另外，硬掩模層圖形336可以包括氮化硅。
每個(gè)間隔部件可以具有雙隔離物結(jié)構(gòu)。即，每個(gè)間隔部件包括第一隔離物342和第二隔離物344。在柵極圖形330的側(cè)壁上形成第一隔離物342，在第一隔離物342上設(shè)置第二隔離物344。因?yàn)殚g隔部件保證了晶體管300足夠的溝道長度，所以可以防止在晶體管300中產(chǎn)生短溝道效應(yīng)。具體地，凹槽312的側(cè)面314在柵極圖形330與第二隔離物344之間。第一和第二隔離物342和344可以包括基本上相同的材料，例如，氮化硅?；蛘撸谝缓偷诙綦x物342和344可以包括彼此不同的材料。例如，第一隔離物342可以包括氧化物，而第二隔離物344可以包括氮化物。此外，每個(gè)間隔部件可以具有單個(gè)隔離物結(jié)構(gòu)。
輕摻雜雜質(zhì)區(qū)385具有第一濃度。輕摻雜雜質(zhì)區(qū)385設(shè)置在半導(dǎo)體襯底310的第三表面314以下。這里，第一雜質(zhì)可以注入到第三表面314中，形成輕摻雜雜質(zhì)區(qū)385。第一雜質(zhì)的例子包括碳、硼、磷等。
在半導(dǎo)體襯底310的第二表面316下面形成第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)380。第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)380具有高于輕摻雜雜質(zhì)區(qū)385的第一濃度的第二濃度。這里，第二雜質(zhì)可以注入到第二表面316中，以形成第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)380。第二雜質(zhì)的例子包括碳、硼、磷等。
分別在凹槽312中形成外延層350。外延層350分別設(shè)置在第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)380上。即，外延層350與第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)380具有第二表面316作為界面。外延層350可以包括硅鍺。硅鍺膜從凹槽312的側(cè)面314和底面316生長，由此形成填滿凹槽312的外延層350。結(jié)果，每個(gè)外延層350具有{111}晶面的側(cè)面和{100}晶面的底面，從而外延層350具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
第三雜質(zhì)注入到外延層350中，在外延層350中形成具有第三濃度的第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)。第三雜質(zhì)包括碳(C)、硼(B)、磷(P)等。并且，第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)的第三濃度高于輕摻雜雜質(zhì)區(qū)385的第一濃度，并且基本上與第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)380的第二濃度相同。此外，第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)380和第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)組合形成單個(gè)源極/漏極區(qū)。根據(jù)本實(shí)施例，每個(gè)第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)具有基本上與外延層350相同的區(qū)域。由此，每個(gè)第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)具有基本上對(duì)應(yīng)于外延層350的側(cè)面的側(cè)面。
在下文中，將參考附圖詳細(xì)介紹制造圖28中的晶體管的方法。
圖29到34是說明制造圖28中的晶體管的方法的剖面圖。
參考圖29，在{100}晶面的表面318上形成柵極圖形330。襯底310可以對(duì)應(yīng)于硅襯底或硅-鍺襯底。具體地，在襯底310的表面318上形成絕緣層(未示出)。絕緣層可以包括氧化物。在絕緣層上形成導(dǎo)電層(未示出)。導(dǎo)電層可以包括金屬，例如，鎢。在導(dǎo)電層上形成硬掩模層(未示出)。硬掩模層可以包括氮化物，例如，氮化硅。在硬掩模層上形成光致抗蝕劑圖形(未示出)。使用光致抗蝕劑圖形作為蝕刻掩模來部分蝕刻硬掩模層、導(dǎo)電層和絕緣層，由此在襯底310的表面318上形成柵極圖形330。柵極圖形330包括絕緣層圖形332、導(dǎo)電層圖形334和硬掩模層圖形336。
參考圖30，使用柵極圖形330作為離子注入掩模，將第一雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底310的表面318中，形成具有第一濃度的初步的輕摻雜雜質(zhì)區(qū)387。這里，第一雜質(zhì)的例子包括碳、硼、磷等。
參考圖31，在襯底310上形成第一氮化物層(未示出)，以覆蓋柵極圖形330。部分蝕刻第一氮化物層，在柵極圖形330的側(cè)壁上形成第一隔離物342。然后，在襯底310上形成第二氮化物層(未示出)，以覆蓋柵極圖形330和第一隔離物342。部分蝕刻第二氮化物層，以分別在第一隔離物342上形成第二隔離物344。結(jié)果，在半導(dǎo)體襯底310上形成包括柵極圖形330和間隔部件的柵極結(jié)構(gòu)320。
參考圖32，部分蝕刻靠近柵極結(jié)構(gòu)320兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底310部分，形成具有{111}晶面的側(cè)面314和{100}晶面的底面316的凹槽312?？梢允褂冒然瘹?HCl)的蝕刻氣體，通過干蝕刻工藝蝕刻半導(dǎo)體襯底310的部分。當(dāng)形成凹槽312時(shí)，通過凹槽312露出第一和第二隔離物342和344的底面。并且，通過蝕刻工藝部分除去初步的輕摻雜雜質(zhì)區(qū)387，以在柵極結(jié)構(gòu)320下面形成輕摻雜雜質(zhì)區(qū)385。通過凹槽312的側(cè)面314部分露出輕摻雜雜質(zhì)區(qū)385。
可以在大約500到大約850℃的溫度下，優(yōu)選大約500到大約700℃的溫度下，使用包括HCL氣體和例如GeH4、SiH4和SiH2Cl2氣體等的含氫氣體的蝕刻氣體進(jìn)行蝕刻襯底310部分的蝕刻工藝。
參考圖33，然后將第二雜質(zhì)注入到凹槽312的底面318中，形成具有高于第一濃度的第二濃度的第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)380。第二雜質(zhì)的例子包括碳、硼、磷等。
參考圖34，將包含硅-鍺的源氣體，例如，GeH4、SiH4和SiH2Cl2，引入到凹槽312上。在源氣體中的硅-鍺從凹槽312的側(cè)面314和底面316外延生長，由此形成分別填滿凹槽312的外延層350。例如，通過化學(xué)汽相淀積(CVD)工藝形成外延層350，以填滿凹槽312。這里，因?yàn)槊總€(gè)凹槽312具有{111}晶面的側(cè)面314和{100}晶面的底面316，所以每個(gè)外延層350至此具有不同晶體結(jié)構(gòu)，其中第一晶體結(jié)構(gòu)350a沿[111]方向從側(cè)面314生長，第二晶體結(jié)構(gòu)350b沿[100]方向從底面316生長。
或者，包含硅-鍺的源氣體和包括碳、硼或磷的雜質(zhì)可以同時(shí)引入到凹槽312上，由此形成用雜質(zhì)摻雜的外延層350。
結(jié)果，在柵極結(jié)構(gòu)320的兩側(cè)形成包括第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)380和第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)的源極/漏極區(qū)，由此完成圖28中包括具有基本上相同的側(cè)面邊界的第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)和外延層350的晶體管300。
實(shí)施例9本發(fā)明第九實(shí)施例的晶體管除雜質(zhì)區(qū)370具有基本上不同于如圖28所示的外延層350的側(cè)面之外，具有基本上與圖28中的晶體管相同的元件。雜質(zhì)區(qū)370的側(cè)面分別設(shè)置在柵極圖形330的中心部分與外延層350的側(cè)面之間。由此，不再重復(fù)與本實(shí)施例的晶體管有關(guān)的更進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
圖35和圖36是說明制造根據(jù)本實(shí)施例的晶體管的方法的剖面圖。在本實(shí)施例中，制造晶體管的工藝除形成雜質(zhì)區(qū)370的工藝之外，基本上與參考圖29到圖34介紹的相同。
參考圖35，包括碳、硼、磷等的第三雜質(zhì)通過離子注入工藝注入到外延層350中，如圖中箭頭所示。在實(shí)施例8中，在凹槽312中同時(shí)提供源氣體和雜質(zhì)，以在實(shí)施例8中形成用雜質(zhì)摻雜的外延層350。然而，根據(jù)本實(shí)施例，在未摻雜的外延層350生長到填滿凹槽312之后，將雜質(zhì)另外注入到未摻雜的外延層350中。
參考圖36，退火具有外延層350的襯底310，從而在外延層350中的雜質(zhì)擴(kuò)散，以形成第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)370，由此完成本實(shí)施例的晶體管。
如上所述，第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)370的側(cè)面基本上不同于外延層350的側(cè)面。雜質(zhì)區(qū)370的每個(gè)側(cè)面設(shè)置在柵極圖形330的中心部分與外延層350的側(cè)面之間。通過退火襯底310的熱處理工藝將雜質(zhì)擴(kuò)散到襯底310中形成具有這種側(cè)面的第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)370。或者，第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)370具有與外延層350基本上相同的側(cè)面，如上所述。
實(shí)施例10本發(fā)明第十實(shí)施例的晶體管具有與圖8中的晶體管基本上相同的結(jié)構(gòu)。因此，參考圖37到圖43介紹制造本實(shí)施例的晶體管的方法。
圖37到圖43是說明制造根據(jù)本發(fā)明第十實(shí)施例的晶體管的方法的剖面圖。在本實(shí)施例中，在柵極圖形330的側(cè)壁上形成第一隔離物342之后，在第一隔離物342上形成第二隔離物344以前，在凹槽312中形成外延層350。
參考圖37，在半導(dǎo)體襯底310的表面318上形成包括絕緣層圖形332、導(dǎo)電層圖形334和硬掩模層圖形336的柵極圖形330。
參考圖38，使用柵極圖形330作為離子注入掩模，將第一雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底310的表面318中，形成初步的輕摻雜雜質(zhì)區(qū)387。
參考圖39，分別在柵極圖形330的側(cè)壁上形成包括氮化物的第一隔離物342。
參考圖40，蝕刻靠近柵極圖形330兩側(cè)的表面318部分，由此在表面318部分形成凹槽312。通過使用蝕刻氣體的干蝕刻工藝形成凹槽312。蝕刻氣體包括HCl以及GeH4、SiH4和SiH2Cl2中的一個(gè)。在與實(shí)施例8中介紹的基本相同的蝕刻條件下進(jìn)行形成凹槽312的干蝕刻工藝。凹槽312具有{111}晶面的側(cè)面314和{100}晶面的底面316。當(dāng)通過部分蝕刻襯底310形成凹槽312時(shí)，部分除去初步的輕摻雜雜質(zhì)區(qū)387，在柵極圖形330下面形成輕摻雜雜質(zhì)區(qū)385。這里，通過凹槽312露出第一隔離物342的底面。并且，通過凹槽312的側(cè)面314部分露出輕摻雜雜質(zhì)區(qū)385。
參考圖41，將第二雜質(zhì)注入到凹槽312的底面316中，形成具有高于第一濃度的第二濃度的第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)380。第二雜質(zhì)的例子包括碳、硼、磷等。
參考圖42，將含有硅-鍺的源氣體引入到凹槽312上。硅-鍺從凹槽312的側(cè)面314和底面316外延生長，由此分別在凹槽312中形成外延層350。因?yàn)槊總€(gè)凹槽312具有{111}晶面的側(cè)面314和{100}晶面的底面316，所以每個(gè)外延層350至此具有不同結(jié)構(gòu)，其中第一晶體結(jié)構(gòu)350a沿[111]方向從側(cè)面314生長，第二晶體結(jié)構(gòu)350b沿[100]方向從底面316生長?；蛘?，包含硅-鍺的源氣體和包括碳、硼或磷的雜質(zhì)可以同時(shí)引入到凹槽312上，形成用雜質(zhì)摻雜的外延層350。
參考圖43，在第一隔離物342上分別形成包括氮化物的第二隔離物344，以在柵極圖形330的側(cè)壁上形成間隔部件。間隔部件包括第一隔離物342和第二隔離物344。由此，在半導(dǎo)體襯底310上形成包括柵極圖形330和間隔部件的柵極結(jié)構(gòu)320。第二隔離物344的底部分別設(shè)置在外延層350上。因此，晶體管的雜質(zhì)區(qū)具有基本上與外延層350相同的邊界。具體地，每個(gè)雜質(zhì)區(qū)具有基本上對(duì)應(yīng)于外延層350的側(cè)面的側(cè)面。
或者，包括碳、硼或磷的雜質(zhì)可以注入到外延層350中，形成具有不同于外延層350的側(cè)面的雜質(zhì)區(qū)。雜質(zhì)區(qū)的每個(gè)側(cè)面設(shè)置在柵極圖形330的中心部分與外延層350的側(cè)面之間。
實(shí)施例11圖44是說明根據(jù)本發(fā)明第十一實(shí)施例的晶體管的剖面圖。
參考圖44，本發(fā)明第十一實(shí)施例的晶體管400包括半導(dǎo)體襯底410、在半導(dǎo)體襯底410上形成的柵極結(jié)構(gòu)420、靠近柵極結(jié)構(gòu)420兩側(cè)形成的兩個(gè)外延層450、在外延層450的側(cè)面部分形成的輕摻雜雜質(zhì)區(qū)485、在外延層450下面形成的第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)480、在外延層450中形成的第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)、和暈輪注入?yún)^(qū)460。
半導(dǎo)體襯底410具有{100}晶面的第一表面418、高度低于第一表面418的{100}晶面的第二表面416和連接第一表面418與第二表面416的{111}晶面的第三表面414。在靠近柵極結(jié)構(gòu)420的側(cè)壁的第一表面418部分形成兩個(gè)凹槽412。每個(gè)凹槽412包括對(duì)應(yīng)于第二表面416的底面416和對(duì)應(yīng)于第三表面414的側(cè)面414。由此，底面416具有基本上小于第一表面418的高度。
柵極結(jié)構(gòu)420包括在表面418上形成的柵極圖形430，和在柵極圖形430的側(cè)壁上形成的間隔部件。柵極圖形430包括在表面418上形成的柵極絕緣層圖形432、在柵極絕緣層圖形432上形成的導(dǎo)電層圖形434和在導(dǎo)電層圖形434上形成的硬掩模層圖形436。間隔部件具有雙隔離物結(jié)構(gòu)，包括在柵極圖形430的側(cè)壁上形成的第一隔離物442和在第一隔離物442上形成的第二隔離物444。凹槽412的每個(gè)側(cè)面414設(shè)置在柵極圖形430的中心部分與第二隔離物444之間。
在半導(dǎo)體襯底410的第三表面414下面形成輕摻雜雜質(zhì)區(qū)485。輕摻雜雜質(zhì)區(qū)485具有第一濃度。這里，第一雜質(zhì)可以注入到第三表面414中，形成輕摻雜雜質(zhì)區(qū)485。第一雜質(zhì)的例子包括碳、硼、磷等。
在半導(dǎo)體襯底410的第二表面416下面形成第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)480。第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)480具有高于第一濃度的第二濃度。這里，第二雜質(zhì)可以注入到第二表面416中，形成第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)480。第二雜質(zhì)的例子包括碳、硼、磷等。
在凹槽412中形成包括硅-鍺的外延層450。外延層450分別具有{111}晶面的側(cè)面和{100}晶面的底面。
第三雜質(zhì)注入到外延層450中，在外延層450中形成第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)。本實(shí)施例的第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)具有基本上對(duì)應(yīng)于外延層450的側(cè)面的側(cè)面。
在靠近凹槽412側(cè)面414的半導(dǎo)體襯底410部分中形成暈輪注入?yún)^(qū)460。由此，暈輪注入?yún)^(qū)460部分與外延層450的側(cè)面接觸。暈輪注入?yún)^(qū)460具有基本上不同于雜質(zhì)區(qū)的導(dǎo)電類型，由此防止雜質(zhì)區(qū)中的雜質(zhì)擴(kuò)散到半導(dǎo)體襯底410中。
在下文中，將參考圖45到圖51詳細(xì)介紹形成圖44中的晶體管的方法。
圖45到圖51是說明制造根據(jù)本實(shí)施例的晶體管的方法的剖面圖。
參考圖45，在包括沿{100}晶面排列的硅的表面418上形成包括柵極絕緣層圖形432、導(dǎo)電層圖形434和硬掩模層圖形436的柵極圖形430，如上所述。
參考圖46，將暈輪摻雜劑注入到靠近柵極圖形430兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底410的部分中，從而在襯底410的部分形成初步的暈輪注入?yún)^(qū)462。初步的暈輪注入?yún)^(qū)462具有基本上對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體襯底410的導(dǎo)電類型。
參考圖47，使用柵極圖形430作為離子注入掩模，將第一雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底410的表面418中，形成具有第一濃度的初步的輕摻雜雜質(zhì)區(qū)487。初步的輕摻雜雜質(zhì)區(qū)487位于初步的暈輪注入?yún)^(qū)462中。
參考圖48，在柵極圖形430的側(cè)壁上形成第一隔離物442。然后，在第一隔離物442上形成第二隔離物444，以在柵極圖形430的側(cè)壁上形成間隔部件。第一和第二隔離物442和444包括氮化物，例如，氮化硅。由此，在襯底410上形成包括柵極圖形430以及第一和第二隔離物442和444的柵極結(jié)構(gòu)420。
參考圖49，部分蝕刻初步的暈輪注入?yún)^(qū)462和初步的輕摻雜雜質(zhì)區(qū)487，形成具有{111}晶面的側(cè)面414和{100}晶面的底面416的凹槽412、暈輪注入?yún)^(qū)460和輕摻雜雜質(zhì)區(qū)485。這里，靠近凹槽412的側(cè)面414形成暈輪注入?yún)^(qū)460。即，剩余的初步暈輪注入?yún)^(qū)462分別對(duì)應(yīng)于暈輪注入?yún)^(qū)460。當(dāng)形成凹槽412時(shí)，通過凹槽412露出第一和第二隔離物442和444的底面。并且，通過凹槽412露出暈輪注入?yún)^(qū)460和輕摻雜雜質(zhì)區(qū)485。輕摻雜雜質(zhì)區(qū)485位于暈輪注入?yún)^(qū)460中。
這里，使用包括HCl以及GeH4、SiH4和SiH2Cl2中的至少一種的蝕刻氣體蝕刻初步的暈輪注入?yún)^(qū)462。在與根據(jù)實(shí)施例8的蝕刻工藝基本相同的蝕刻條件下進(jìn)行蝕刻初步的暈輪注入?yún)^(qū)462的蝕刻工藝。
在本實(shí)施例中，與不存在暈輪摻雜劑的半導(dǎo)體襯底410的其它部分相比，在初步的暈輪注入?yún)^(qū)462中的硅與HCl之間可能發(fā)生更活躍的化學(xué)反應(yīng)。可以沿垂直方向相對(duì)于襯底410快速地蝕刻初步的暈輪注入?yún)^(qū)462，從而可以縮短沿垂直方向在初步的暈輪注入?yún)^(qū)462中形成凹槽412的時(shí)間。結(jié)果，容易在間隔部件下面形成{111}晶面的側(cè)面414。
參考圖50，將第二雜質(zhì)注入到凹槽412的底面416中，形成具有高于第一濃度的第二濃度的第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)480。第二雜質(zhì)的例子包括碳、硼、磷等。
參考圖51，將包括硅-鍺的源氣體引入到凹槽412上。硅-鍺從凹槽412的側(cè)面414和底面416外延生長，由此分別在凹槽412中形成外延層450。因?yàn)榘疾?12具有{111}晶面的側(cè)面414和{100}晶面的底面416，所以外延層450至此具有不同結(jié)構(gòu)，其中第一晶體結(jié)構(gòu)450a沿[111]方向從側(cè)面414生長，第二晶體結(jié)構(gòu)450b沿[100]方向從底面416生長。包含硅-鍺的源氣體和包括碳、硼或磷的雜質(zhì)可以同時(shí)引入到凹槽412上，由此形成用雜質(zhì)摻雜的外延層450。
結(jié)果，晶體管400的第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)具有基本上對(duì)應(yīng)于外延層450的側(cè)面的邊界。
每個(gè)第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)具有基本上不同于暈輪注入?yún)^(qū)460的導(dǎo)電類型。例如，當(dāng)暈輪注入?yún)^(qū)460為P型時(shí)，第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)為N型，反之亦然。因?yàn)闀炤喿⑷雲(yún)^(qū)460具有不同于第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)的導(dǎo)電類型，所以暈輪注入?yún)^(qū)460抑制了第三雜質(zhì)擴(kuò)散到半導(dǎo)體襯底410中。由此，可以有效地防止由相鄰布置晶體管400的源極區(qū)與漏極區(qū)產(chǎn)生的晶體管400的短溝道效應(yīng)。
實(shí)施例12本發(fā)明第十二實(shí)施例的晶體管除雜質(zhì)區(qū)470具有不同于外延層450的側(cè)面之外，具有與圖44中的晶體管基本上相同的元件。雜質(zhì)區(qū)470的每個(gè)側(cè)面設(shè)置在柵極圖形430的中心部分與外延層450的側(cè)面之間。由此，不再重復(fù)本實(shí)施例的晶體管更進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
圖52和圖53是說明制造根據(jù)本實(shí)施例的晶體管的方法的剖面圖。在本實(shí)施例中，除形成雜質(zhì)區(qū)470的工藝之外，形成晶體管的工藝基本上與參考圖45到圖51說明的第十一實(shí)施例相同。因此，將詳細(xì)介紹形成外延層450之后的工藝。
參考圖52，通過離子注入工藝將包括碳、硼或磷的第三雜質(zhì)注入到外延層450中。在實(shí)施例11中，源氣體和雜質(zhì)同時(shí)提供到凹槽412上，以形成摻雜的外延層450。然而，根據(jù)本實(shí)施例，在未摻雜的外延層450生長以填滿凹槽412之后，將雜質(zhì)注入到未摻雜的外延層450中。
參考圖53，熱處理具有摻雜的外延層450的襯底410，以分別在外延層450中形成第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)470。第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)470對(duì)應(yīng)于晶體管的源極/漏極區(qū)。當(dāng)靠近柵極結(jié)構(gòu)420的兩側(cè)形成第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)470時(shí)，在襯底410上完成晶體管。
在本實(shí)施例中，第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)470具有基本上不同于外延層450的側(cè)面的側(cè)面，如上所述。即，第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)470的每個(gè)側(cè)面設(shè)置在柵極圖形430的中心部分與外延層450的側(cè)面之間。通過熱處理襯底410的退火工藝將雜質(zhì)擴(kuò)散到半導(dǎo)體襯底410中，以形成具有這種側(cè)面的第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)470?；蛘?，第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)470具有的側(cè)面基本上對(duì)應(yīng)于外延層450的側(cè)面。
實(shí)施例13本發(fā)明第十三實(shí)施例的晶體管具有與圖44中的晶體管基本上相同的結(jié)構(gòu)。由此，不再重復(fù)關(guān)于晶體管結(jié)構(gòu)的更進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
圖54到61是說明制造根據(jù)本實(shí)施例的晶體管的方法的剖面圖。在本實(shí)施例中，在柵極圖形430的側(cè)壁上形成第一隔離物442之后，在第一隔離物442上形成第二隔離物444以前，形成外延層450。
參考圖54，在半導(dǎo)體襯底410的表面418上形成包括柵極絕緣層圖形432、導(dǎo)電層圖形434和硬掩模層圖形436的柵極圖形430。表面418包括沿{100}晶面取向的硅。
參考圖55，分別在柵極圖形430的側(cè)壁上形成包括氮化硅的第一隔離物442。
參考圖56，使用第一隔離物442作為離子注入掩模，將暈輪摻雜劑注入到靠近柵極圖形430兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底410的部分中，由此在襯底410的部分形成初步的暈輪注入?yún)^(qū)462。初步的暈輪注入?yún)^(qū)462基本上與半導(dǎo)體襯底410具有相同的導(dǎo)電類型。
參考圖57，使用柵極圖形430作為離子注入掩模，將第一雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底410的表面418中，形成具有第一濃度的初步的輕摻雜雜質(zhì)區(qū)487。這里，初步的輕摻雜雜質(zhì)區(qū)487分別位于初步的暈輪注入?yún)^(qū)462中。
參考圖58，使用蝕刻氣體部分地蝕刻初步的暈輪注入?yún)^(qū)462和初步的輕摻雜雜質(zhì)區(qū)487，形成具有{111}晶面的側(cè)面414和{100}晶面的底面416的凹槽412。同時(shí)，靠近凹槽412的側(cè)面414形成暈輪注入?yún)^(qū)460，并且在暈輪注入?yún)^(qū)460中形成輕摻雜雜質(zhì)區(qū)485。這里，通過凹槽412露出第一隔離物442的底面。暈輪注入?yún)^(qū)460和輕摻雜雜質(zhì)區(qū)485與凹槽412的側(cè)面414接觸。蝕刻氣體包括HCl以及GeH4、SiH4和SiH2Cl2中的至少一種。在與實(shí)施例8基本相同的蝕刻條件下進(jìn)行蝕刻初步的暈輪注入?yún)^(qū)462和初步的輕摻雜雜質(zhì)區(qū)487的蝕刻工藝。
參考圖59，將第二雜質(zhì)注入到凹槽412的底面416中，形成具有高于第一濃度的第二濃度的第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)480。第二雜質(zhì)的例子包括碳、硼、磷等。
參考圖60，將包含硅-鍺的源氣體引入到凹槽412上，從而硅-鍺從凹槽412的側(cè)面414和底面416外延生長。因此，形成外延層450以填滿凹槽412。因?yàn)榘疾?12具有{111}晶面的側(cè)面414和{100}晶面的底面416，所以外延層450分別至此具有不同結(jié)構(gòu)，其中第一晶體結(jié)構(gòu)450a沿[111]方向從側(cè)面414生長，第二晶體結(jié)構(gòu)450b沿[100]方向從底面416生長。
包含硅-鍺的源氣體和包括碳、硼或磷的雜質(zhì)可以同時(shí)引入到凹槽412上，由此形成用第三雜質(zhì)摻雜的外延層450。外延層450具有基本上對(duì)應(yīng)于第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)的邊界。
或者，包括碳、硼或磷的第三雜質(zhì)可以注入到外延層450中，形成具有不同于外延層450的側(cè)面的第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)470。第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)470的每個(gè)側(cè)面設(shè)置在柵極圖形430的中心部分與外延層450的側(cè)面之間。
參考圖61，在第一隔離物442上形成第二隔離物444，在柵極圖形430的側(cè)壁上形成間隔部件。使用例如氮化硅的氮化物形成每個(gè)第二隔離物444。由此，在襯底410上形具有間隔部件和括柵極圖形430的柵極結(jié)構(gòu)420。第二隔離物444分別設(shè)置在外延層450上。然后，形成第二隔離物444，由此在襯底410上完成本實(shí)施例的晶體管。
實(shí)施例14本發(fā)明第十四實(shí)施例的晶體管300a除升高的外延層之外，包括與實(shí)施例8中的晶體管基本上相同的元件。由此，不再重復(fù)與本實(shí)施例的晶體管300a有關(guān)的更進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
圖62是說明根據(jù)本實(shí)施例的晶體管的剖面圖。
參考圖62，與實(shí)施例8相反，升高的外延層355具有高于半導(dǎo)體襯底310的表面318的表面，其中外延層350具有基本上與半導(dǎo)體襯底310的表面318相同的表面。
在本實(shí)施例中，制造晶體管300a的方法除形成升高的外延層355的工藝之外，基本上與參考圖29到33介紹的上述方法相同。
現(xiàn)在參考圖62，將包含硅-鍺的源氣體，例如，包括GeH4、SiH4或SiH2Cl2的氣體，在與實(shí)施例8相比較長時(shí)間引入到凹槽312上。硅-鍺從凹槽312的側(cè)面314和底面316外延生長，從而形成升高的外延層355填滿凹槽312并向上擴(kuò)張。每個(gè)升高的外延層355至此具有不同的結(jié)構(gòu)，其中第一晶體結(jié)構(gòu)355a沿[111]方向從側(cè)面314生長，第二晶體結(jié)構(gòu)355b沿[100]方向從底面316生長。并且，升高的外延層355具有高于半導(dǎo)體襯底310的表面318的表面。
或者，包含硅-鍺的源氣體和包括碳、硼或磷的第三雜質(zhì)可以同時(shí)引入到凹槽312上，由此形成用第三雜質(zhì)摻雜的升高的外延層355。
結(jié)果，在襯底310上形成晶體管300a，以包括具有基本上對(duì)應(yīng)于升高的外延層355的側(cè)面的邊界的第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)。第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)對(duì)應(yīng)于晶體管300a的源極/漏極區(qū)。
或者，在其中如上所述不摻雜第三雜質(zhì)形成升高的外延層355之后，將第三雜質(zhì)注入到升高的外延層355中，由此形成對(duì)應(yīng)于源極/漏極區(qū)的升高的雜質(zhì)區(qū)。
實(shí)施例15本發(fā)明第十五實(shí)施例的晶體管300b除柵極結(jié)構(gòu)320b之外，包括與實(shí)施例8中的晶體管300基本上相同的元件。由此，不再重復(fù)與本實(shí)施例的晶體管有關(guān)的更進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
圖63是說明根據(jù)本實(shí)施例的晶體管300b的剖面圖。
參考圖63，本實(shí)施例的晶體管300b包括半導(dǎo)體襯底310、在半導(dǎo)體襯底310上形成的柵極結(jié)構(gòu)320b、在柵極結(jié)構(gòu)320b兩側(cè)形成的兩個(gè)外延層350、在外延層350的側(cè)面部分形成的輕摻雜雜質(zhì)區(qū)385、在外延層350下面形成的第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)380和在外延層350中形成的第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)。
柵極結(jié)構(gòu)320b包括在半導(dǎo)體襯底310的第一表面318上形成的柵極圖形330b，和在柵極圖形330b的側(cè)壁上形成的間隔部件。柵極圖形330b包括在半導(dǎo)體襯底310的第一表面318上形成的柵極絕緣層圖形332、在柵極絕緣層圖形332上形成的導(dǎo)電層圖形334和在導(dǎo)電層圖形334上形成的外延?xùn)艠O層338。
這里，外延?xùn)艠O層338與外延層350一起生長。由此，外延?xùn)艠O層338包括與外延層350基本上相同的材料。
在本實(shí)施例中，本實(shí)施例的晶體管300b包括輕摻雜雜質(zhì)區(qū)385和第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)380?；蛘?，在本實(shí)施例的晶體管300b中可以不采用輕摻雜雜質(zhì)區(qū)385和第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)380。
圖64到69是說明制造圖63中的晶體管300b的方法的剖面圖。
參考圖64，在半導(dǎo)體襯底310上的第一表面318上形成絕緣層(未示出)，例如，氧化層。在絕緣層上形成導(dǎo)電層(未示出)，例如鎢的金屬。在導(dǎo)電層上形成光致抗蝕劑圖形(未示出)。使用光致抗蝕劑圖形作為蝕刻掩模部分蝕刻導(dǎo)電層和絕緣層，形成柵極絕緣層圖形332和導(dǎo)電層圖形334。
參考圖65，使用導(dǎo)電層圖形334作為離子注入掩模，將第一雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底310的表面318中，形成具有第一濃度的初步的輕摻雜雜質(zhì)區(qū)387。
參考圖66，在柵極絕緣層圖形332、導(dǎo)電層圖形334和半導(dǎo)體襯底310上形成第一氮化硅層(未示出)。部分蝕刻第一氮化硅層，以在導(dǎo)電層圖形334的側(cè)壁上形成第一隔離物342。在導(dǎo)電層圖形334、第一隔離物342和半導(dǎo)體襯底310上形成第二氮化硅層(未示出)。部分蝕刻第二氮化硅層，分別在第一隔離物342上形成第二隔離物344。
參考圖67，蝕刻靠近導(dǎo)電層圖形334兩側(cè)的表面318部分，在表面318部分形成凹槽312。通過使用蝕刻氣體的干蝕刻工藝形成凹槽312。蝕刻氣體包括HCl以及GeH4、SiH4和SiH2Cl2中的一種。在與實(shí)施例8中介紹的基本相同的蝕刻條件下進(jìn)行形成凹槽312的干蝕刻工藝。凹槽312具有{111}晶面的側(cè)面314和{100}晶面的底面316。當(dāng)通過部分蝕刻襯底310形成凹槽312時(shí)，部分除去初步的輕摻雜雜質(zhì)區(qū)387，形成輕摻雜雜質(zhì)區(qū)385。這里，通過凹槽312露出第一和第二隔離物342和344的底面。
參考圖68，將第二雜質(zhì)注入到凹槽312的底面316中，形成具有高于第一濃度的第二濃度的第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)380。第二雜質(zhì)的例子包括碳、硼、磷等。
參考圖69，將含有硅-鍺的源氣體引入到凹槽312上。硅-鍺從凹槽312的側(cè)面314和底面316外延生長，由此分別在凹槽312中形成外延層350。同時(shí)，從導(dǎo)電層圖形334的表面生長硅-鍺，在導(dǎo)電層圖形334上形成外延?xùn)艠O層338，由此完成包括依次層疊的柵極絕緣層圖形332、導(dǎo)電層圖形334和外延?xùn)艠O層338的柵極圖形330b。結(jié)果，完成了包括柵極圖形330b以及第一和第二隔離物342和344的柵極結(jié)構(gòu)320b。
包含硅-鍺的源氣體和包括碳、硼或磷的雜質(zhì)可以同時(shí)引入到凹槽312上，由此形成用第三雜質(zhì)摻雜的外延層350。由此，在柵極結(jié)構(gòu)320b的兩側(cè)形成對(duì)應(yīng)于第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)380和第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)的源極/漏極區(qū)。結(jié)果，在襯底310上形成晶體管300b，包括具有基本上對(duì)應(yīng)于升高的外延層355的側(cè)面的邊界的第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)。
制造晶體管制造根據(jù)實(shí)施例15的晶體管根據(jù)參考圖64到68說明的方法制造在圖63中所示的晶體管300b。具體地，在半導(dǎo)體襯底310的{100}晶面的第一表面上依次形成柵極絕緣層332和導(dǎo)電層。部分蝕刻導(dǎo)電層形成導(dǎo)電層圖形334。使用導(dǎo)電層圖形334作為離子注入掩模將第一雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底310中，形成初步的輕摻雜雜質(zhì)區(qū)387。在導(dǎo)電層圖形334的側(cè)壁上依次形成第一和第二隔離物342和344。部分蝕刻在導(dǎo)電層圖形334兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底310部分，形成具有{111}晶面的側(cè)面314和{100}晶面的底面316的凹槽312。同時(shí)，部分除去初步的輕摻雜雜質(zhì)區(qū)387，形成輕摻雜雜質(zhì)區(qū)385。將第二雜質(zhì)注入到凹槽312的底面316中，形成第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)380。硅-鍺引入到半導(dǎo)體襯底310上。硅-鍺從凹槽312的側(cè)面314和底面316以及導(dǎo)電層圖形334的表面外延生長，形成外延層350和外延?xùn)艠O層338。第三雜質(zhì)注入到外延層350中，以形成第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)。
比較例1圖70是說明根據(jù)比較例1的晶體管500的剖面圖。參考圖70，晶體管500包括半導(dǎo)體襯底510、在半導(dǎo)體襯底510上形成的柵極結(jié)構(gòu)520、在柵極結(jié)構(gòu)520兩側(cè)形成的重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)570和在重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)570的側(cè)面部分形成的輕摻雜雜質(zhì)區(qū)585。
制造圖70中的晶體管500作為比較例1。具體地，在半導(dǎo)體襯底510上依次形成柵極絕緣層532、導(dǎo)電層和硬掩模層。部分蝕刻導(dǎo)電層和硬掩模層，形成包括依次層疊的柵極絕緣層532、導(dǎo)電層圖形534和硬掩模層圖形536的柵極圖形530。使用柵極圖形530作為離子注入掩模將第一雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底510中，形成初步的輕摻雜雜質(zhì)區(qū)585。在柵極圖形530的側(cè)壁上依次形成第一和第二隔離物542和544，形成柵極結(jié)構(gòu)520。將第二雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底510中，形成重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)570，由此完成比較例1的晶體管500。
比較例2圖71是說明根據(jù)比較例2的晶體管600的剖面圖。晶體管600除制造晶體管600的方法與圖63中的晶體管不同之外，包括與圖63中的晶體管基本上相同的元件。由此，在此省略關(guān)于圖71中的晶體管600的更進(jìn)一步的說明。
制造圖71中的晶體管600作為比較例2。具體地，在半導(dǎo)體襯底610的{100}晶面的第一表面618上依次形成柵極絕緣層632和導(dǎo)電層。部分蝕刻導(dǎo)電層形成導(dǎo)電層圖形634。使用導(dǎo)電層圖形634作為離子注入掩模將第一雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底610中，形成初步的輕摻雜雜質(zhì)區(qū)。在導(dǎo)電層圖形634的側(cè)壁上依次形成第一和第二隔離物642和644。將第二雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底610中，形成第一初步的重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)。部分蝕刻在導(dǎo)電層圖形634兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底610部分，以形成具有{111}晶面的側(cè)面614和{100}晶面的底面616的凹槽612。同時(shí)，部分除去初步的輕摻雜雜質(zhì)區(qū)和第一初步的重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)，形成輕摻雜雜質(zhì)區(qū)685和第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)680。硅-鍺引入到半導(dǎo)體襯底610上。硅-鍺從凹槽612的側(cè)面614和底面616以及導(dǎo)電層圖形634的表面外延生長，形成外延層650和外延?xùn)艠O層638。將第三雜質(zhì)注入到外延層650中，形成第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)。
測(cè)量結(jié)漏電流和驅(qū)動(dòng)電流增益測(cè)量關(guān)于實(shí)施例15以及比較例1和2的晶體管的結(jié)漏電流和驅(qū)動(dòng)電流增益。在圖72中示出了測(cè)得的結(jié)漏電流和驅(qū)動(dòng)電流增益。在圖72中，橫軸表示實(shí)施例15以及比較例1和2，左邊的縱軸表示結(jié)漏電流(任意單位)，右邊的縱軸表示驅(qū)動(dòng)電流增益(％)。并且，畫出水平分界線的較大的矩形表示結(jié)漏電流，圖■表示驅(qū)動(dòng)電流增益。
測(cè)量幾個(gè)結(jié)漏電流。在結(jié)漏電流中，矩形的水平上部的線和水平下部的線分別表示25％值和75％值。并且，分界線表示中間值。此外，位于矩形上和下面的每個(gè)*分別表示最大值和最小值。每個(gè)*附近的兩個(gè)細(xì)線分別表示5％值和95％值。矩形小方塊□表示平均值。
驅(qū)動(dòng)電流增益表示通過測(cè)量電流的量得到的改進(jìn)結(jié)果。具體的，根據(jù)比較例1的晶體管的驅(qū)動(dòng)電流增益作為0％的參考值，示出了驅(qū)動(dòng)電流增益。驅(qū)動(dòng)電流增益增加越大，電流的數(shù)量增加就越大。這意味著優(yōu)異的離子注入效應(yīng)。
如圖72所示，實(shí)施例15和比較例1的每個(gè)晶體管都具有至多10-16的結(jié)漏電流。相反，比較例2的晶體管具有不小于10-16的結(jié)漏電流。即，在包括在形成第一雜質(zhì)區(qū)之后形成凹槽的比較例2的晶體管中產(chǎn)生了較大的結(jié)漏電流。相反，在包括在形成第一雜質(zhì)區(qū)以前形成凹槽的實(shí)施例15的晶體管中產(chǎn)生了小于比較例2中的晶體管的結(jié)漏電流。由此，應(yīng)當(dāng)注意，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例15的晶體管具有減小的結(jié)漏電流。
并且，由驅(qū)動(dòng)電流增益看來，比較例2的晶體管與比較例1中的晶體管相比具有大約15％的驅(qū)動(dòng)電流增益。相反，實(shí)施例15的晶體管與比較例1中的晶體管相比具有大約20％的驅(qū)動(dòng)電流增益。
因此，雖然比較例2的晶體管與比較例1中的晶體管相比具有改進(jìn)的驅(qū)動(dòng)電流增益，但是比較例2的晶體管具有較大的結(jié)漏電流。雖然實(shí)施例15的晶體管具有基本上類似于比較例1中的晶體管的結(jié)漏電流，但是實(shí)施例15的晶體管與比較例1和2中的晶體管相比具有改進(jìn)的驅(qū)動(dòng)電流增益。
測(cè)量導(dǎo)通電流和關(guān)斷電流測(cè)量了關(guān)于實(shí)施例15以及比較例1和2的晶體管的導(dǎo)通電流和關(guān)斷電流。在圖73中示出了測(cè)得的導(dǎo)通電流和關(guān)斷電流。在圖73中，橫軸表示導(dǎo)通電流，縱軸表示關(guān)斷電流。并且，□表示根據(jù)比較例1的晶體管的電流，△表示根據(jù)比較例2的晶體管的電流，■表示根據(jù)實(shí)施例15的晶體管的電流。
如圖73所示，導(dǎo)通電流相對(duì)于關(guān)斷電流的比值越高，晶體管的工作可靠性就越高。當(dāng)基本上同樣的關(guān)斷電流加到晶體管上時(shí)，實(shí)施例15的晶體管具有最高的導(dǎo)通電流，比較例1的晶體管具有最低的導(dǎo)通電流。由此，注意到，本發(fā)明的晶體管改進(jìn)了工作可靠性。
測(cè)量閾值電壓測(cè)量了關(guān)于實(shí)施例15以及比較例1和2的晶體管的閾值電壓。在圖74中示出了測(cè)得的閾值電壓。在圖74中，橫軸表示柵極長度，縱軸表示閾值電壓。此外，線‘a(chǎn)’表示實(shí)施例15中的晶體管的閾值電壓，線‘b’表示比較例1中的晶體管的閾值電壓，線‘c’表示比較例2中的晶體管的閾值電壓。
如圖74所示，可以看到，對(duì)于基本上相同的柵極長度，實(shí)施例15的晶體管具有高于比較例1和2的閾值電壓。因此，因?yàn)楸景l(fā)明的晶體管與較例1和2中的晶體管相比具有較高的閾值電壓，所以本發(fā)明的晶體管具有改進(jìn)的工作可靠性。
根據(jù)本發(fā)明，外延層具有不同結(jié)構(gòu)，其中第一晶體結(jié)構(gòu)沿[111]方向從{111}晶面的側(cè)面生長，第二晶體結(jié)構(gòu)沿[100]方向從{100}晶面的底面生長。因此，晶體管的雜質(zhì)區(qū)具有{111}晶面的側(cè)面，從而防止在雜質(zhì)區(qū)之間產(chǎn)生的短溝道效應(yīng)。
并且，本發(fā)明的晶體管具有較低的結(jié)漏電流、較高的導(dǎo)通電流相對(duì)于關(guān)斷電流的比值、較高的閾值電壓，從而本發(fā)明的晶體管具有改進(jìn)的電特性。
雖然參考本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)地顯示和介紹了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在此可以在形式和細(xì)節(jié)上做出各種改變而不脫離權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種晶體管，包括半導(dǎo)體襯底，具有{100}晶面的第一表面、高度低于所述第一表面的{100}晶面的第二表面和將所述第一表面連接到所述第二表面的{111}晶面的第三表面；在所述第二表面下面形成的第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)；在所述第一表面上形成的柵極結(jié)構(gòu)；在所述第二表面和所述第三表面上形成的外延層；以及靠近所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成的第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)。
2.如權(quán)利要求1的晶體管，還包括在所述第三表面下面形成的輕摻雜雜質(zhì)區(qū)。
3.如權(quán)利要求1的晶體管，其中所述柵極結(jié)構(gòu)包括在所述第一表面上形成的柵極絕緣層圖形；以及在所述柵極絕緣層圖形上形成的導(dǎo)電圖形。
4.如權(quán)利要求3的晶體管，還包括在所述導(dǎo)電層圖形上形成的硬掩模層圖形。
5.如權(quán)利要求3的晶體管，還包括在所述導(dǎo)電層圖形上形成的外延?xùn)艠O層。
6.如權(quán)利要求5的晶體管，其中所述外延?xùn)艠O層包括硅-鍺。
7.如權(quán)利要求3的晶體管，還包括在所述導(dǎo)電層圖形的側(cè)壁上依次形成的第一隔離物和第二隔離物。
8.如權(quán)利要求7的晶體管，其中所述第三表面設(shè)置在所述第一隔離物和所述第二隔離物下面。
9.如權(quán)利要求1的晶體管，其中所述外延層包括硅-鍺。
10.如權(quán)利要求1的晶體管，其中所述第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)包括基本上對(duì)應(yīng)于所述半導(dǎo)體襯底的第三表面的側(cè)面。
11.如權(quán)利要求1的晶體管，其中所述第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)包括在所述半導(dǎo)體襯底的第三表面與所述柵極結(jié)構(gòu)的中心部分之間的側(cè)面。
12.如權(quán)利要求1的晶體管，還包括在靠近所述半導(dǎo)體襯底的第三表面的半導(dǎo)體襯底的部分形成的暈輪注入?yún)^(qū)，所述暈輪注入?yún)^(qū)防止在所述第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)中的雜質(zhì)擴(kuò)散到所述半導(dǎo)體襯底中，并且所述暈輪注入?yún)^(qū)具有不同于所述第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)的導(dǎo)電類型。
13.如權(quán)利要求1的晶體管，其中所述外延層包括沿[111]方向從所述{111}晶面的第三表面生長的第一晶體結(jié)構(gòu)，和沿[100]方向從所述{100}晶面的第二表面生長的第二晶體結(jié)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求1的晶體管，其中所述外延層包括高于所述半導(dǎo)體襯底的第一表面的表面。
15.一種晶體管，包括半導(dǎo)體襯底，具有{100}晶面的第一表面、高度低于所述第一表面的{100}晶面的第二表面和將所述第一表面連接到所述第二表面的{111}晶面的第三表面；在所述第一表面上形成的柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)包括在第一表面上形成的柵極絕緣層、在所述柵極絕緣層上形成的導(dǎo)電層圖形和在所述導(dǎo)電層圖形上形成的外延?xùn)艠O層；在所述第二表面和第三表面上形成的外延層；以及靠近所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成的雜質(zhì)區(qū)。
16.如權(quán)利要求15的晶體管，其中所述柵極結(jié)構(gòu)還包括在導(dǎo)電層圖形的側(cè)壁上依次形成的第一隔離物和第二隔離物。
17.如權(quán)利要求16的晶體管，其中所述第三表面設(shè)置在所述第一隔離物和所述第二隔離物下面。
18.如權(quán)利要求15的晶體管，其中所述外延層包括硅-鍺。
19.如權(quán)利要求15的晶體管，其中所述雜質(zhì)區(qū)包括基本上對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體襯底的第三表面的側(cè)面。
20.如權(quán)利要求15的晶體管，其中所述雜質(zhì)區(qū)包括在所述半導(dǎo)體襯底的第三表面與所述柵極結(jié)構(gòu)的中心部分之間的側(cè)面。
21.如權(quán)利要求15的晶體管，還包括在靠近所述半導(dǎo)體襯底第三表面的半導(dǎo)體襯底部分形成的暈輪注入?yún)^(qū)，所述暈輪注入?yún)^(qū)防止在所述雜質(zhì)區(qū)中的雜質(zhì)擴(kuò)散到半導(dǎo)體襯底中，并且所述暈輪注入?yún)^(qū)具有不同于所述雜質(zhì)區(qū)的導(dǎo)電類型。
22.如權(quán)利要求15的晶體管，其中所述外延層包括沿[111]方向從所述{111}晶面的第三表面生長的第一晶體結(jié)構(gòu)，和沿[100]方向從所述{100}晶面的第二表面生長的第二晶體結(jié)構(gòu)。
23.如權(quán)利要求15的晶體管，其中所述外延層包括高于所述半導(dǎo)體襯底的第一表面的表面。
24.一種制造晶體管的方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有{100}晶面的第一表面、高度低于所述第一表面的{100}晶面的第二表面和將所述第一表面連接到所述第二表面的{111}晶面的第三表面；在所述第一表面上形成柵極結(jié)構(gòu)；使用所述柵極結(jié)構(gòu)作為離子注入掩模將第一雜質(zhì)離子注入到所述第二表面中，以形成第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)；在所述第二表面和所述第三表面上生長外延層；以及將第二雜質(zhì)注入到所述外延層中，以形成第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)。
25.如權(quán)利要求24的方法，在形成所述第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)以前，還包括使用所述柵極結(jié)構(gòu)作為離子注入掩模將第三雜質(zhì)注入到所述第二表面中，形成輕摻雜雜質(zhì)區(qū)。
26.如權(quán)利要求24的方法，其中形成所述柵極結(jié)構(gòu)包括在所述第一表面上形成柵極絕緣層圖形；以及在所述柵極絕緣層圖形上形成導(dǎo)電圖形。
27.如權(quán)利要求26的方法，還包括在所述導(dǎo)電層圖形上形成硬掩模層圖形。
28.如權(quán)利要求26的方法，還包括在所述導(dǎo)電層圖形上生長外延?xùn)艠O層。
29.如權(quán)利要求28的方法，其中所述外延?xùn)艠O層與所述外延層同時(shí)生長。
30.如權(quán)利要求26的方法，還包括在所述導(dǎo)電層圖形的側(cè)壁上依次形成第一隔離物和第二隔離物，其中所述第三表面設(shè)置在所述第一隔離物和所述第二隔離物下面。
31.如權(quán)利要求26的方法，其中在大約500到大約700℃的溫度下使用包括HCl以及GeH4、SiH4和SiH2Cl2中的至少一種的蝕刻氣體，通過部分蝕刻所述半導(dǎo)體襯底形成所述第二表面和第三表面。
32.如權(quán)利要求31的方法，在部分蝕刻所述半導(dǎo)體襯底之前，還包括將暈輪摻雜劑注入到所述半導(dǎo)體襯底中，形成初步的暈輪注入?yún)^(qū)，并且當(dāng)部分蝕刻所述半導(dǎo)體襯底時(shí)部分除去初步的暈輪注入?yún)^(qū)，以形成與所述半導(dǎo)體襯底的第三表面接觸的暈輪注入?yún)^(qū)，所述暈輪注入?yún)^(qū)防止所述第二雜質(zhì)擴(kuò)散到所述半導(dǎo)體襯底中。
33.如權(quán)利要求24的方法，其中所述外延層包括硅-鍺。
34.如權(quán)利要求24的方法，其中所述第二雜質(zhì)注入到所述外延層中，同時(shí)進(jìn)行外延層生長。
35.一種制造晶體管的方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有{100}晶面的第一表面、高度低于所述第一表面的{100}晶面的第二表面和將所述第一表面連接到所述第二表面的{111}晶面的第三表面；在所述第一表面上形成柵極圖形，所述柵極圖形包括依次在所述第一表面上形成的柵極絕緣層、導(dǎo)電層圖形和外延?xùn)艠O層；在所述第二表面和第三表面上生長外延層；以及將第一雜質(zhì)注入到所述外延層中，形成第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)。
36.如權(quán)利要求35的方法，在生長外延層以前，還包括使用所述柵極結(jié)構(gòu)作為離子注入掩模將第二雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底中，以形成輕摻雜雜質(zhì)區(qū)。
37.如權(quán)利要求35的方法，其中所述外延層的生長與所述外延?xùn)艠O層從導(dǎo)電層圖形的生長同時(shí)進(jìn)行。
38.如權(quán)利要求35的方法，其中通過部分蝕刻所述半導(dǎo)體襯底形成所述第二表面和第三表面。
39.如權(quán)利要求38的方法，在部分蝕刻所述半導(dǎo)體襯底之前，還包括將暈輪摻雜劑注入到所述半導(dǎo)體襯底中形成初步的暈輪注入?yún)^(qū)，并且當(dāng)部分蝕刻所述半導(dǎo)體襯底時(shí)部分除去所述初步的暈輪注入?yún)^(qū)，以形成與所述半導(dǎo)體襯底的第三表面接觸的暈輪注入?yún)^(qū)，所述暈輪注入?yún)^(qū)防止所述第一雜質(zhì)擴(kuò)散到半導(dǎo)體襯底中。
40.一種制造晶體管的方法，包括在半導(dǎo)體襯底的{100}晶面的表面上形成絕緣層和導(dǎo)電層圖形；在所述導(dǎo)電層圖形的側(cè)壁上形成第一隔離物；在所述第一隔離物上形成第二隔離物；蝕刻靠近所述導(dǎo)電層圖形兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底部分，以形成包括高度低于所述表面的{100}晶面底面和連接所述表面與底面的{111}晶面的側(cè)面的凹槽，所述凹槽露出導(dǎo)電層圖形、第一隔離物和第二隔離物的一部分；將第一雜質(zhì)注入到所述凹槽的底面中，形成第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)；在所述凹槽中生長外延層與從所述導(dǎo)電層圖形生長外延?xùn)艠O層同時(shí)進(jìn)行；以及將第二雜質(zhì)注入到外延層中，形成第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)。
41.如權(quán)利要求40的方法，在形成所述第一隔離物以前，還包括使用所述導(dǎo)電層圖形作為離子注入掩模，將第三雜質(zhì)注入到所述半導(dǎo)體襯底中，形成輕摻雜雜質(zhì)區(qū)。
42.如權(quán)利要求40的方法，在形成所述第二隔離物之前，還包括將暈輪摻雜劑注入到所述半導(dǎo)體襯底中形成初步的暈輪注入?yún)^(qū)，并且當(dāng)部分蝕刻所述半導(dǎo)體襯底時(shí)部分除去所述初步的暈輪注入?yún)^(qū)，以形成與所述半導(dǎo)體襯底的第三表面接觸的暈輪注入?yún)^(qū)，所述暈輪注入?yún)^(qū)防止所述第二雜質(zhì)擴(kuò)散到所述半導(dǎo)體襯底中。
43.如權(quán)利要求40的方法，其中所述第二雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底中，同時(shí)進(jìn)行半導(dǎo)體襯底的生長。
44.一種制造晶體管的方法，包括在半導(dǎo)體襯底的{100}晶面的表面上形成絕緣層和導(dǎo)電層圖形；在所述導(dǎo)電層圖形的側(cè)壁上形成第一隔離物；蝕刻靠近所述柵極圖形兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底部分，以形成包括高度低于所述表面的{100}晶面底面和連接所述表面與底面的{111}晶面的側(cè)面的凹槽，所述凹槽露出柵極圖形、第一隔離物和第二隔離物的一部分；將第一雜質(zhì)注入到所述凹槽的底面中，形成第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)；在所述凹槽中生長外延層與從所述導(dǎo)電層圖形生長外延?xùn)艠O層同時(shí)進(jìn)行；在所述第一隔離物和所述外延層上形成第二隔離物；以及將第二雜質(zhì)注入到所述外延層中，形成第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)。
45.如權(quán)利要求44的方法，在形成所述第一隔離物以前，還包括使用所述導(dǎo)電層圖形作為離子注入掩模，將第三雜質(zhì)注入到所述半導(dǎo)體襯底中，形成輕摻雜雜質(zhì)區(qū)。
46.如權(quán)利要求44的方法，在形成所述第二隔離物之前，還包括將暈輪摻雜劑注入到所述半導(dǎo)體襯底中形成初步的暈輪注入?yún)^(qū)，并且當(dāng)部分蝕刻所述半導(dǎo)體襯底時(shí)部分除去所述初步的暈輪注入?yún)^(qū)，以形成與所述半導(dǎo)體襯底的第三表面接觸的暈輪注入?yún)^(qū)，所述暈輪注入?yún)^(qū)防止所述第二雜質(zhì)擴(kuò)散到所述半導(dǎo)體襯底中。
全文摘要
本發(fā)明的晶體管包括具有{100}晶面的第一表面、高度低于第一表面的{100}晶面的第二表面和將第一表面連接到第二表面的{111}晶面的第三表面的半導(dǎo)體襯底。在第二表面下面形成第一重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)。在第一表面上形成柵極結(jié)構(gòu)。在第二表面和第三表面上形成外延層。在柵極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)形成第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)。第二重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)具有{111}晶面的側(cè)面，從而防止在雜質(zhì)區(qū)之間產(chǎn)生短溝道效應(yīng)。
文檔編號(hào)H01L29/38GK1790743SQ200510119980
公開日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2005年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月20日
發(fā)明者上野哲嗣, 李化成, 李 浩, 申東石, 李承換 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社