專利名稱：晶體管器件的改良凹槽式漏極延伸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
0001本實(shí)施例涉及電子電路制造，并更具體地涉及對(duì)晶體管器件的 凹槽式漏極延伸(drainextension)加以改進(jìn)。
背景技術(shù)：
0002半導(dǎo)體器件盛行于電子電路的所有方面，而通常用于這類電路 的元件是晶體管。因此，努力改進(jìn)晶體管的設(shè)計(jì)。目前正在實(shí)施的一種 方法包括通過利用凹槽式硅鍺(SiGe)漏極延伸，在晶體管通道中產(chǎn)生 所謂的"硅應(yīng)變(siliconstrain)"。通常，在這個(gè)背景下發(fā)生各種步驟。 首先，以相對(duì)于半導(dǎo)體襯底的固定關(guān)系形成晶體管柵棧(gate stack)。 然后，柵極側(cè)壁的部分或全部被制成。當(dāng)僅僅側(cè)壁的一部分被制成時(shí)， 該部分有時(shí)被稱作"隔離物"，并且一般包括形成于晶體管柵極的垂直 邊表面上的一層或更多層。接著，執(zhí)行刻蝕到硅襯底中，從而形成"凹 槽"，其從晶體管柵極的兩邊及其側(cè)壁或側(cè)壁隔離物向外橫向延伸。該 凹槽隨后被SiGe的外延沉積填充，而結(jié)果的SiGe區(qū)域成為"漏極延伸"。 由于SiGe與其底下的硅(Si)襯底的結(jié)構(gòu)差別，在這兩種不同的半導(dǎo)體材 料之間就產(chǎn)生了晶格失配——SiGe晶格大于下面的硅的晶格。晶格失配 形成了位于晶體管柵棧下面的晶體管通道中的"應(yīng)變"。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該應(yīng) 變可以增加晶體管通道中的遷移率，從而提高器件性能。
0003雖然針對(duì)凹槽式SiGe漏極延伸的前述方法已經(jīng)改進(jìn)了其他晶體 管技術(shù)，但是存在某些與該方法相關(guān)的缺點(diǎn)。具體而言，為了執(zhí)行如上 所述的在器件凹槽中SiGe的外延沉積，希望在凹槽位置處是高質(zhì)量表面。 然而，據(jù)觀察，凹槽的硅表面的缺陷和在凹槽的硅表面上的缺陷可能損 害外延SiGe沉積的質(zhì)量。
0004確實(shí)，現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)實(shí)施了某些方法以企圖減少該影響--
個(gè)特定方法依賴于采取該方法時(shí)所完成的側(cè)壁隔離物的程度。具體而言， 在一種采用的方法中，當(dāng)側(cè)壁隔離物的僅兩層處于適當(dāng)位置時(shí)(有吋被 稱作"偏移隔離物"，意味著形成間隔側(cè)壁的所有層整體仍沒完成)，
凹槽被形成，然后在此刻使用氫氟(HF)酸洗液，以去除凹槽中的雜質(zhì)， 隨后是外延SiGe沉積。注意，HF酸洗液此時(shí)不會(huì)很大程度上影響側(cè)壁隔 離物層，因?yàn)榈诙?cè)壁隔離物層典型地是氮化物，其是抗HF的，并因此 保護(hù)在其和晶體管柵極之間的下層。替代地，在另一采用的方法中，當(dāng) 整個(gè)間隔側(cè)壁通過在其上增加更多層來完成時(shí)，凹槽被形成并且利用具 有氟基化學(xué)性質(zhì)的遠(yuǎn)程等離子體。雖然該后一個(gè)方法在間隔側(cè)壁是完整 時(shí)是可工作的，但是由于隨后暴露的氮化物隔離物層，該方法在清洗處 于偏移隔離物層的漏極凹槽時(shí)是不可取的，該氮化物隔離物層不能適當(dāng) 抵抗氟等離子體化學(xué)物質(zhì)。
0005因此，鑒于上述的內(nèi)容，就需要解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，這由下 面所述的優(yōu)選實(shí)施例來實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
0006描述了一種形成集成電路晶體管的方法的實(shí)施例。在一個(gè)方面， 該方法在相對(duì)于第一半導(dǎo)體區(qū)域的固定位置形成柵極結(jié)構(gòu)。柵極結(jié)構(gòu)具 有第一側(cè)壁和第二側(cè)壁。至少第一層鄰近于第一側(cè)壁和第二側(cè)壁形成。 至少一個(gè)凹槽形成于第一半導(dǎo)體區(qū)域中，而凹槽從柵極結(jié)構(gòu)向外橫向延 伸。凹槽被氧化以在其中形成氧化材料，并且當(dāng)氧化材料的至少一部分 被剝離之后，第二半導(dǎo)體區(qū)域形成于所述至少一個(gè)凹槽中。
0007還公開并要求保護(hù)其他方面。


0008圖la和lb (現(xiàn)有技術(shù))是現(xiàn)有技術(shù)集成電路半導(dǎo)體器件在不同 處理步驟的橫斷面視圖。
0009圖2a-2c是根據(jù)本發(fā)明示例優(yōu)選實(shí)施例的集成電路半導(dǎo)體器件在 不同處理步驟的橫斷面視圖。
0010圖3是形成如2a-2c所示器件的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
0011圖la-lb圖解說明了現(xiàn)有技術(shù)的集成電路半導(dǎo)體器件10，與該半 導(dǎo)體器件結(jié)合了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)形成的凹槽式漏極延伸。如圖la所示，器 件10結(jié)合硅半導(dǎo)體襯底12而形成。疊加在襯底12上的是三個(gè)柵極導(dǎo)體1化 142和143，其中每個(gè)柵極導(dǎo)體1《典型地是用諸如多晶硅的材料并且同時(shí) 形成的。每個(gè)柵極導(dǎo)體l《通過各自的柵極絕緣體16p 162和163與襯底12 隔離，并且導(dǎo)體和各自柵極絕緣體的結(jié)合體有時(shí)被稱為"柵棧"。沿著 每個(gè)柵極導(dǎo)體l《的每個(gè)側(cè)壁19x形成的是第一側(cè)壁層18x，其典型地是由 氧化物構(gòu)成，其中該氧化物通常生長(zhǎng)在對(duì)應(yīng)多晶硅柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁19J:。 例如，對(duì)于柵極14p其具有鄰近其兩個(gè)側(cè)壁19,形成的第一側(cè)壁層18。 另外， 一般形成為氮化物的第二側(cè)壁隔離物層2(V沿著每個(gè)第一側(cè)壁層18x 形成。例如，對(duì)于柵極14p其具有沿著兩個(gè)第一側(cè)壁層18,中的每一個(gè)形 成的第二側(cè)壁隔離物層20,。典型地，該氮化物是通過在器件10上沉積氮 化物層并刻蝕該氮化物層以形成如圖la所示的結(jié)果層20x而形成的。注意， 側(cè)壁隔離物18x和20x在本技術(shù)領(lǐng)域中有時(shí)被稱為"偏移隔離物"，并且它 們結(jié)合另外后來形成的隔離物(未示出)，以便在整體上形成有時(shí)通常 所稱的"側(cè)壁"或"間隔側(cè)壁"。
0012圖lb圖解說明了經(jīng)過額外處理步驟之后的圖la的現(xiàn)有技術(shù)器件 10。首先，凹槽22p 222， 223和224是鄰近柵極導(dǎo)體/側(cè)壁隔離物的每個(gè)結(jié) 合體并從其向外橫向延伸而形成的，結(jié)合體是結(jié)合圖la而形成的。凹槽 是將構(gòu)成襯底12的硅的某些部分去除，并且其在器件10中位于每對(duì)接連 的柵極結(jié)構(gòu)之間。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，當(dāng)所有凹槽22x生成之后，執(zhí)行清洗步 驟以在這些凹槽中制備襯底12的上表面。鑒于以側(cè)壁隔離物層20x形式的 氮化物目前是保護(hù)每個(gè)柵極導(dǎo)體14x的側(cè)壁19x的最外層這一事實(shí)，對(duì)此清 洗步驟的化學(xué)物質(zhì)加以選擇。因此，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在所有凹槽22,-224 生成之后，氫氟(HF)酸洗液被施加到器件10上，并因而施加在每個(gè)凹 槽22x中。然后，外延SiGe沉積被執(zhí)行，以便在凹槽22^lj224的各自區(qū)域 中生長(zhǎng)SiGe區(qū)域24t到244。如圖lb所示，每個(gè)SiGe區(qū)域趨于在其中心向上 彎曲。SiGe區(qū)域有時(shí)被稱作"漏極延伸"，因?yàn)樗鼈儗⒚總€(gè)晶體管的漏 極(或源極)有效延伸超出常規(guī)區(qū)域(和/或摻雜劑)，該常規(guī)區(qū)域位于
底部襯底中并橫向處在相應(yīng)晶體管柵極的側(cè)壁19x之外。當(dāng)形成SiGe區(qū)域 后，在SiGe材料和相鄰的襯底12硅之間存在晶格失配。這個(gè)失配使處于 每個(gè)柵極l《和各自絕緣體16x之下的晶體管通道中產(chǎn)生"應(yīng)變"。如上所 述，己經(jīng)發(fā)現(xiàn)應(yīng)變可以提高遷移率，并因此改善晶體管運(yùn)行。其后一般 對(duì)器件10采取各種額外的處理步驟(未示出)，以便生成附加的器件方 面，從而使器件相互連接或用于其他目的。
0013圖2a-2c和圖3圖解說明了根據(jù)示例優(yōu)選實(shí)施例制造半導(dǎo)體器件 50的各種處理步驟。圖2a-2c和圖3不是意欲窮盡所有的處理步驟，而 是僅對(duì)一些步驟進(jìn)行描述，以關(guān)注示例實(shí)施例的特定方面。如圖3的實(shí) 例方法100所示，步驟U0被執(zhí)行，以便在相對(duì)于器件襯底(或襯底內(nèi) 的井區(qū)或其他區(qū)域)的固定位置上形成柵極結(jié)構(gòu)和側(cè)壁隔離物層。這可 以和結(jié)合圖la所述的現(xiàn)有技術(shù)器件的相同方式發(fā)生。圖2a示出了具有 硅半導(dǎo)體襯底52的器件50。疊加在襯底52上的是三個(gè)柵極導(dǎo)體54,， 542 和543，它們優(yōu)選是同時(shí)并用諸如多晶硅的材料形成的。每個(gè)柵極導(dǎo)體54x 通過各自的柵極絕緣體56p 562和563與襯底12隔離。第一側(cè)壁層58x 沿著每個(gè)柵極導(dǎo)體54x的每個(gè)側(cè)壁59x優(yōu)選由氧化物構(gòu)成。該氧化物可以 生長(zhǎng)在相應(yīng)多晶硅柵極結(jié)構(gòu)的每個(gè)相鄰側(cè)壁59x上。另外，第二側(cè)壁隔離 物6(V沿著每個(gè)第一側(cè)壁層58x優(yōu)選作為氮化物形成。該氮化物優(yōu)選是通 過在器件50上沉積氮化物層并將其刻蝕以形成如圖2a所示的結(jié)果層60x 而形成的。繼續(xù)圖3，方法100的流程從步驟110繼續(xù)到步驟120，其中 凹槽形成于晶體管源極(多個(gè))/漏極(多個(gè))所在的半導(dǎo)體區(qū)域中。對(duì) 于圖2a的實(shí)例，該區(qū)域是襯底52。因此，圖2a圖解說明凹槽62p 622， 623和624，其通過在鄰近柵極導(dǎo)體/側(cè)壁隔離物的每個(gè)結(jié)合體的區(qū)域中將 構(gòu)成襯底52的一些硅去除而形成。凹槽62,-624可利用本領(lǐng)域技術(shù)人員 所確定的眾多技術(shù)中的任何一種技術(shù)而形成，并且這個(gè)工藝可以在去膠 機(jī)(asher)中執(zhí)行。對(duì)于每個(gè)凹槽62x，在后續(xù)步驟中材料可以形成于其 中，以便鄰近處在每個(gè)柵棧下的晶體管通道，這將在后面詳細(xì)敘述。
0014繼續(xù)圖2a和圖3，在步驟120后，執(zhí)行步驟130。然而，這里不像 現(xiàn)有技術(shù)那樣進(jìn)行立即清洗，在優(yōu)選實(shí)施例步驟130中凹槽62r624被氧 化。這優(yōu)選是通過利用去膠機(jī)將器件50暴露于氧化環(huán)境而實(shí)現(xiàn)的。去膠
機(jī)的使用是有利的，因?yàn)樗前雽?dǎo)體處理中的常用設(shè)備，因此對(duì)于除步
驟130之外的其他處理步驟應(yīng)該是容易可用到的。確實(shí)，如上所述，這種 去膠機(jī)可用于執(zhí)行步驟120以形成凹槽62r624。這樣，器件50可以保持在 同一去膠機(jī)設(shè)備中，以便之后執(zhí)行步驟130，而無需在不同設(shè)備之間移動(dòng) 集成電路50以完成這些不同步驟。無論如何，步驟130的氧化透入到凹槽 62r624的表面中，從而去除任何表面污染物，同時(shí)還消耗在襯底52中的 嵌入污染物或硅損傷，這些污染物中的一些或全部可能是由于步驟120的 凹槽刻蝕而出現(xiàn)的。由步驟130產(chǎn)生的各自被氧化區(qū)域通過所示的位于圖 2a中的每個(gè)凹槽62,-624之下的虛線加以表示。在優(yōu)選實(shí)施例中，被氧化 區(qū)域的深度是在15到20埃的量級(jí)，盡管該深度在不同實(shí)施方式中可能不 同。確實(shí)，優(yōu)選在開發(fā)與方法100—致的一組特定處理步驟期間，這些被 氧化區(qū)域的期望深度可以通過以不同深度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以及一旦完成其他步 驟就對(duì)結(jié)果器件的性能進(jìn)行測(cè)量而實(shí)驗(yàn)式地確定，其中這些性能可以是 在每個(gè)凹槽和后續(xù)形成于其中的Si-Ge之間的界面的質(zhì)量，并且這將在下 面進(jìn)一步被理解。
0015圖2b圖解說明了在圖3中由步驟140所示的后續(xù)處理步驟期間的 器件50。在步驟140中，被氧化區(qū)域(在圖2a中凹槽62r624之下的虛線區(qū) 域)從器件50中剝離。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，這個(gè)剝離是用稀釋氫氟(HF) 酸溶液完成的。在另一實(shí)施例中，該剝離可用所謂的"標(biāo)準(zhǔn)清洗l (SC-1) 工藝"執(zhí)行，其中過氧化氫和氫氧化銨和水用作清洗劑。雖然沒按比例 繪制，但為了說明該效果，圖2b闡明了該剝離將消耗硅并去除二氧化硅， 從而使硅凹槽變得稍微更深。無論如何， 一旦已經(jīng)完成有關(guān)被氧化區(qū)域 64r644的剝離時(shí)，方法100從步驟140繼續(xù)到步驟150。
0016步驟150表示一個(gè)選項(xiàng)如果需要，將重復(fù)氧化步驟130和剝離 步驟140。因此，如果例如要從凹槽62,-624中去除更多污染物或損傷，則 所示步驟150為引起循環(huán)返回的決定步驟。在實(shí)際實(shí)施中，這個(gè)決定歩驟 可以通過計(jì)數(shù)器或者類似的東西被建立，計(jì)數(shù)器向下計(jì)數(shù)以造成步驟130 和140的期望次數(shù)重復(fù)。如圖3所示，如果步驟150被肯定地回答("是")， 那么該流程返回到步驟130和140。對(duì)重復(fù)的需求或重復(fù)的次數(shù)可能是基 于凹槽形成步驟120所造成的污染物的預(yù)期深度和損傷程度。就是說，如
果污染物被察覺到是存在于襯底52內(nèi)的特定深度之下，那么處理這個(gè)的
一種方式可以是首次執(zhí)行步驟130和140以補(bǔ)救那些污染物的第一部分， 然后重復(fù)步驟130和140—次或更多次，以去除那些污染物的剩余部分。 當(dāng)然，額外重復(fù)的成本應(yīng)當(dāng)與利用將集成電路從去膠器移到另一件設(shè)備 所需的最少步驟數(shù)和任何額外時(shí)間來處理襯底52中的污染物和/或損傷的 充分性權(quán)衡比較。無論如何，在某個(gè)點(diǎn)沒有出現(xiàn)進(jìn)一步的重復(fù)，貝i」工藝 過程從步驟150前進(jìn)到步驟160。圖2b示出了氧化區(qū)域已去除的器件50。
0017圖2c圖解說明了下一步驟160之后的器件50，其中SiGe區(qū)域 66r664分別形成在凹槽62r624中。在優(yōu)選實(shí)施例中，SiGe區(qū)域可以以和 現(xiàn)有技術(shù)相同的方式進(jìn)行生長(zhǎng)，諸如通過外延SiGe沉積。所完成的區(qū)域 將在每個(gè)各自中心中再次趨于向上彎曲。然而，由于上述的改進(jìn)步驟， 在每個(gè)SiGe區(qū)域66x和與該區(qū)域相接觸的硅襯底52之間存在改善的界面。 利用這個(gè)改善的界面，SiGe沉積獲得了改善，導(dǎo)致應(yīng)變?cè)谕ǖ绤^(qū)域產(chǎn)生， 通道區(qū)域示為通道區(qū)域68,， 682和683，其在每個(gè)各自柵極絕緣體56p 562 和563以及其相關(guān)柵極導(dǎo)體5+， 542和543。因而，器件性能得到了改善。
0018完成圖2c中的器件50，在SiGe漏極延伸區(qū)域在步驟160中被形成 之后，方法100繼續(xù)到步驟170。步驟170通常指示迸行其他器件處理步驟， 并且那些步驟可由本領(lǐng)域技術(shù)人員容易地加以選擇。例如，鄰近側(cè)壁隔 離物層58x和60x可以形成附加層，以便形成完整的側(cè)壁，可以執(zhí)行摻雜， 并可以獲得器件之間的連接性。因此最終，為每個(gè)柵極導(dǎo)體5《生成一個(gè) 工作晶體管，并且由于上述的發(fā)明教示，與現(xiàn)有技術(shù)相比，該器件的性 能將被改善。
0019根據(jù)上述內(nèi)容，可以明白所述示例實(shí)施例提供了晶體管器件中 的改進(jìn)凹槽式漏極延伸。與該發(fā)明有關(guān)的本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白在不 偏離本發(fā)明范圍的情況下，可以對(duì)所述實(shí)施例做各種替代、替換、修改 和/或添加。
權(quán)利要求
1.一種形成集成電路晶體管的方法，其包含提供第一半導(dǎo)體區(qū)域；在相對(duì)于所述第一半導(dǎo)體區(qū)域的固定位置上形成柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)具有第一側(cè)壁和第二側(cè)壁；形成鄰近所述第一側(cè)壁和第二側(cè)壁的至少第一層；在所述第一半導(dǎo)體區(qū)域中形成至少一個(gè)凹槽并從所述柵極結(jié)構(gòu)橫向地向外延伸；對(duì)所述至少一個(gè)凹槽進(jìn)行氧化，以致氧化材料形成于其中；將所述氧化材料的至少一部分剝離；以及剝離后在所述至少一個(gè)凹槽中形成第二半導(dǎo)體區(qū)域。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一半導(dǎo)體區(qū)域包含硅；而 其中所述第二半導(dǎo)體區(qū)域包含硅鍺。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，進(jìn)一步包含在形成所述第二半導(dǎo) 體區(qū)域之前重復(fù)所述氧化和剝離步驟至少一次。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的方法，其中形成所述至少 一個(gè)凹槽的步驟和所述氧化步驟都被執(zhí)行，同時(shí)保持在同件設(shè)備中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述剝離步驟 包含利用化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行剝離，該化學(xué)物質(zhì)從由氫氟酸和標(biāo)準(zhǔn)清洗1 (SC-1) 工藝組成的群中加以選擇。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述氧化歩驟 形成深度為15到20埃的量級(jí)的氧化材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一權(quán)利要求所述的方法，其中形成鄰近所述第一側(cè)壁和第二側(cè)壁的至少第一層的所述步驟包含形成鄰近所述第一側(cè)壁和鄰近第二側(cè)壁的第一層；并形成鄰近所述第一層的第二層；所述第一層 包含氧化物，而所述第二層包含氮化物。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一權(quán)利要求所述的方法 其中所述柵極結(jié)構(gòu)包含第一柵極結(jié)構(gòu)； 其中所述方法形成多個(gè)集成電路晶體管；其中形成柵極結(jié)構(gòu)的所述步驟在相對(duì)于所述第一半導(dǎo)體區(qū)域的固定位 置上進(jìn)一步形成第二柵極結(jié)構(gòu)；所述第二柵極結(jié)構(gòu)具有第一側(cè)壁和第二側(cè) 壁；其中形成至少第一層的所述步驟進(jìn)一步形成鄰近所述第二柵極結(jié)構(gòu)的 所述第一側(cè)壁和第二側(cè)壁的至少第一層；以及其中形成至少一個(gè)凹槽的所述步驟包含在所述第一半導(dǎo)體區(qū)域中形成 所述至少一個(gè)凹槽并從所述第一柵極結(jié)構(gòu)橫向向外延伸到所述第二柵極結(jié) 構(gòu)。
9. 一種集成電路晶體管，其通過包含如權(quán)利要求1-8中任一權(quán)利要求 限定的所述方法的步驟而形成。
全文摘要
提供了一種形成集成電路晶體管(50)的方法。具有側(cè)壁(59_x)的柵極結(jié)構(gòu)(54_x)形成于相對(duì)襯底的第一半導(dǎo)體區(qū)域(52)的固定位置。至少第一層(58_x，60_x)鄰近所述側(cè)壁形成。至少一個(gè)凹槽(62_x)形成于所述第一半導(dǎo)體區(qū)域中，并且從所述柵極結(jié)構(gòu)向外橫向延伸。所述第一半導(dǎo)體區(qū)域的材料被氧化，以便在凹槽中形成氧化材料。所述氧化材料的至少一部分被從所述凹槽剝離，并且第二半導(dǎo)體區(qū)域(66_x)形成于該凹槽中。
文檔編號(hào)H01L21/3205GK101194346SQ200580043603
公開日2008年6月4日 申請(qǐng)日期2005年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月18日
發(fā)明者L·H·霍爾 申請(qǐng)人:德克薩斯儀器股份有限公司