專(zhuān)利名稱(chēng)：包含硅和碳的外延層的形成和處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方式主要涉及含硅和碳(Si: C)外延層的形成和處理。特
定實(shí)施方式關(guān)于在例如金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)器件的半 導(dǎo)體器件中外延層的形成和處理。
背景技術(shù)：
金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管通常包括半導(dǎo)體襯底、源極、漏極以 及設(shè)置在襯底上的源極與極之間的溝道，襯底通常由硅制成。 一般地，柵疊層 設(shè)置在溝道上方，柵疊層由直接設(shè)置在溝道上方的柵氧化層或柵極、柵氧化層 上方的柵極導(dǎo)體材料，以及側(cè)壁間隔墊組成。側(cè)壁間隔墊保護(hù)柵極導(dǎo)體的側(cè)壁。 柵極一般由摻雜多晶硅(Si)形成而柵介電材料可包含高介電常數(shù)材料(例如， 大于4.0的介電常數(shù))諸如二氧化硅(Si02)或氮摻雜的二氧化硅等的薄層(例 如，<20A)。
流經(jīng)MOS晶體管的溝道的電流與溝道中載流子的遷移率成正比，并且使 用高遷移率MOS晶體管能使更多的電流流過(guò)并因此致使更快的電流性能。 MOS晶體管溝道中載流子的遷移率可以通過(guò)在溝道中產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力而增加。 在壓縮應(yīng)變下的溝道，例如，在硅上生長(zhǎng)的硅-鍺溝道層具有顯著增強(qiáng)的空穴 遷移率以提供pMOS晶體管。在拉伸應(yīng)變下的溝道，例如，在松弛的(relaxed) 硅-鍺上生長(zhǎng)的薄硅溝道層實(shí)現(xiàn)顯著增強(qiáng)的電子遷移率以提供nMOS晶體管。
在拉伸應(yīng)變下的nMOS晶體管溝道還能通過(guò)在源極和漏極區(qū)域中形成一 個(gè)或多個(gè)碳摻雜的硅外延層來(lái)提供，該硅外延層可補(bǔ)償通過(guò)pMOS晶體管中 SiGe源極和漏極形成的壓縮應(yīng)變。因此，碳摻雜的硅和硅-鍺外延層可分別沉 積在nMOS和pMOS晶體管的源/漏極上。源極區(qū)域和漏極區(qū)域可通過(guò)選擇性 Si干蝕刻呈平面或凹形。當(dāng)適當(dāng)?shù)匦纬蓵r(shí)，由碳摻雜的硅外延層覆蓋的nMOS 源極和漏極在溝道中施加拉伸應(yīng)變并增加nMOS驅(qū)動(dòng)電流。
為了使用碳摻雜的硅外延層實(shí)現(xiàn)具有凹形源極/漏極的nMOS晶體管的溝 道中的增強(qiáng)的電子遷移率，需要通過(guò)選擇性的沉積或通過(guò)后沉積處理在源極/ 漏極上選擇性地形成碳摻雜的硅外延層。另外，需要碳摻雜的硅外延層包含替 代的C原子以在溝道中引起拉伸應(yīng)變。較高的溝道拉伸應(yīng)變可利用碳摻雜的 硅源極和漏極中增加的替代C含量來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，通過(guò)典型選擇的Sh C外 延工藝(例如在〉70(TC的工藝溫度下)結(jié)合的大部分C原子占據(jù)Si晶格的非 替代(即，空隙)位置。通過(guò)降低生長(zhǎng)溫度，可實(shí)現(xiàn)較高分?jǐn)?shù)的替代原子含量 (例如，在50(TC生長(zhǎng)溫度下接近100%)，然而，在這些較低溫度下的慢生長(zhǎng) 速度對(duì)于器件應(yīng)用是不合需要的，因此不可以在較低溫度下進(jìn)行所述選擇性處 理。
因此，需要提供一些方法以改善碳摻雜硅外延層中替代碳含量。該方法將 有益于晶體管器件的制造。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式涉及形成并處理包含硅和碳的外延層的方法。其它 實(shí)施方式涉及制造包括含硅和碳的外延層的晶體管器件的形成方法。在特定實(shí) 施方式中，提供用于形成包含具有高替代碳含量的n-摻雜Si: C的nMOS晶 體管的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，提供一種處理在襯底上包含硅和碳的外延層
的方法，該方法包含提供具有外延層的襯底，該外延層包含沉積在所述襯底
上的碳和硅，該碳包括間隙碳；以及在從約80(TC到約135(TC的溫度下退火所 述襯底和外延層，以將所述外延層中的至少部分間隙碳轉(zhuǎn)化為替代碳。根據(jù)一 個(gè)實(shí)施方式，替代碳(如果初始存在)和間隙碳的總量高于約0.5原子％，以 及在特定實(shí)施方式中，高于約1原子％，并且更尤其，高于約2原子％。
根據(jù)特定實(shí)施方式，該方法進(jìn)一步包含離子注入外延層。離子注入可導(dǎo)致 至少部分外延層的無(wú)定形化。無(wú)定形化可通過(guò)典型的無(wú)定形化工藝實(shí)現(xiàn)，包括 預(yù)無(wú)定形(例如，使用Si)注入。如在此使用的，無(wú)定形化注入指使至少部分
外延層無(wú)定形化的注入工藝。在另一實(shí)施方式中，外延層形成于器件的源區(qū)和 漏區(qū)中。在包括源極和漏極的器件實(shí)施方式中，離子注入包括與預(yù)無(wú)定形化注 入相同的用于形成深源極和漏極結(jié)或深源極和漏極注入的條件，以增加外延層 中的替代碳。在包括無(wú)定形化的實(shí)施方式中，退火可通過(guò)一個(gè)或多個(gè)動(dòng)態(tài)表面 退火、激光退火、毫秒退火、快速退火或瞬間退火來(lái)執(zhí)行。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施 方式中，執(zhí)行退火小于IO毫秒的時(shí)間。在其它實(shí)施方式中，執(zhí)行退火小于900 毫秒的時(shí)間。例如，退火可通過(guò)激光退火或毫秒退火小于900毫秒，例如小于
10毫秒的時(shí)間來(lái)執(zhí)行。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，選擇總工序、注入條件和
退火條件以最大化外延層中的替代碳。
在其它實(shí)施方式中，退火通過(guò)激光退火或毫秒退火小于900毫秒的時(shí)間以 及接著為快速熱退火小于IO秒的時(shí)間來(lái)執(zhí)行。在又一其它實(shí)施方式中，退火 可通過(guò)快速熱退火小于10秒的時(shí)間以及接著為激光退火或毫秒退火小于10 秒的時(shí)間來(lái)執(zhí)行。
形成Si: C外延膜的方法可在晶體管制造工藝的形成步驟期間使用。本發(fā) 明的實(shí)施方式涉及一種制造晶體管的方法，該方法包含在襯底上形成柵電介 質(zhì)；在所述柵電介質(zhì)上形成柵極；在該柵極的相對(duì)側(cè)上在具有第二導(dǎo)電率的襯 底上形成源/漏區(qū)并在源/漏區(qū)之間限定溝道區(qū)；在源/漏區(qū)正上方沉積包含硅和 碳的外延層，部分碳為替代碳，其余碳為間隙碳；以及在從約80(TC到約1350 。C之間的溫度下退火襯底和外延層以將外延層中的至少部分間隙碳轉(zhuǎn)換為替 代碳。在特定實(shí)施方式中，替代碳和間隙碳的總量高于約0.5原子％，以及在 特定實(shí)施方式中，高于約1原子％,并且在更特定實(shí)施方式中，高于約2原子 %。間隙碳和替代碳的量可在約0.5和2原子％之間的范圍中。
在特定實(shí)施方式中，制造晶體管的方法可進(jìn)一步包含離子注入到外延層 中，且之后為退火。退火可通過(guò)一個(gè)或多個(gè)毫秒退火(諸如動(dòng)態(tài)表面退火、激 光表面退火或快速退火)或快速熱退火(諸如瞬間退火)來(lái)執(zhí)行。以上所述的 各種退火可用于制造晶體管。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，選擇總工序、注入條件 和退火條件以最大化外延層中的替代碳。
前述寬泛地概括了本發(fā)明的特定特征和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 應(yīng)該理解所公開(kāi)的特定實(shí)施方式易于用作在本發(fā)明的范圍內(nèi)修改或設(shè)計(jì)其它 結(jié)構(gòu)或工藝的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員還應(yīng)該認(rèn)識(shí)到該等效結(jié)構(gòu)不脫離在
所附的權(quán)利要求書(shū)中陳述的本發(fā)明的精神和范圍。


為了獲得并能詳細(xì)理解本發(fā)明的以上概述實(shí)施方式，以下將參照附圖中示 出的其實(shí)施方式對(duì)以上的概述進(jìn)行更具體的描述。然而，應(yīng)該理解，附圖僅示 出了本發(fā)明的典型實(shí)施方式，并因此不應(yīng)考慮為對(duì)本發(fā)明范圍的限制，因?yàn)楸?發(fā)明承認(rèn)其它等效實(shí)施方式。
圖1是示出在無(wú)定形化之后包含硅和碳的外延層的結(jié)構(gòu)變化的HRXRD譜
圖2是示出在無(wú)定形化和在IIO(TC和130(TC之間溫度下表面退火后含硅 和碳的外延層的結(jié)構(gòu)變化的HRXRD譜圖3是示出在無(wú)定形化和在IIO(TC和130(TC之間溫度下表面退火并進(jìn)一 歩進(jìn)行瞬間退火處理之后含硅和碳的外延層的結(jié)構(gòu)變化的HRXRD譜圖4示出了在P12keV， 4xl0"/cn^注入，以及在1050'C瞬間退火后起始 外延層的HRXRD譜圖5示出了起始外延層以及在P12keV， 4xl0"/cm"主入之后且通過(guò)在 IIO(TC、 120(TC和1300。C下通過(guò)毫秒激光退火的動(dòng)態(tài)表面退火處理的HRXRD 譜圖6示出了僅由P在各種能量級(jí)別下注入和As與P組合注入以及進(jìn)一歩 通過(guò)在IIO(TC和130(TC之間的動(dòng)態(tài)表面退火處理的樣品的歸一化比較替代C 數(shù)據(jù)；
圖7是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的場(chǎng)效應(yīng)晶體管對(duì)的橫截面視圖；以及 圖8是在具有形成于器件上的額外層的圖1中示出的NMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體 管的橫截面視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施方式主要提供一種形成并處理包含硅和碳的外延層的方法。 其它實(shí)施方式涉及制造晶體管的方法。
在特定實(shí)施方式中，提供在nMOS晶體管的源區(qū)域和漏區(qū)域中形成Si: C 的方法。在特定實(shí)施方式中，為了高溝道應(yīng)力保持高替代C而對(duì)于nMOS晶
體管Si: C由n-摻雜劑(例如，P、 As或其組合)高摻雜。后外延離子注入過(guò) 程造成注入引起的損壞并降低Si: C外延層質(zhì)量。注入引起的損壞導(dǎo)致注入結(jié) 晶缺陷以及替代C損失，這直接涉及溝道應(yīng)力或溝道遷移率，并因此，涉及 器件性能。期望提供最小化替代C損失的方法，或者可選地，通過(guò)后注入工
藝恢復(fù)丟失的替代C，例如，增強(qiáng)的退火諸如毫秒退火如動(dòng)態(tài)表面退火(DSA)、
激光表面退火或表面退火。實(shí)驗(yàn)表明用于摻雜劑活化的傳統(tǒng)瞬間退火并不單獨(dú)
地恢復(fù)替代C，但是毫秒激光退火，特別地，DSA，在恢復(fù)丟失的替代C，甚 至在注入工藝之前增加替代C至大于起始外延層中的替代C含量方面非常有 效。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，來(lái)自所沉積的含量或來(lái)自注入含量之 后的替代C含量得到增加。
形成并處理外延層的方法包含提供具有外延層的襯底，該外延層包含沉
積在襯底上的碳和硅，該碳包括間隙碳；以及在從約80(TC到約130(TC的溫度 下退火襯底和外延層，以將外延層中的至少一部分間隙碳轉(zhuǎn)換為替代碳。在一 個(gè)實(shí)施方式中，制造晶體管的方法包含在襯底上形成柵電介質(zhì)層；在柵電介 質(zhì)層上形成柵極；在該柵極相對(duì)側(cè)上具有第二電導(dǎo)率的襯底上形成源區(qū)/漏區(qū) 并限定在源區(qū)/漏區(qū)之間的溝道區(qū)域；直接在源區(qū)/漏區(qū)上沉積包含硅和碳的外 延層，該碳包括間隙碳；以及在從約800。C到約135(TC的溫度下退火襯底和外 延層，以將外延層中的至少一部分間隙碳轉(zhuǎn)換為替代碳。外延層與體襯底和多 晶硅層不同。
如在此使用的，外延沉積指在襯底上單晶層的沉積，使得所沉積層的晶體 結(jié)構(gòu)與襯底的晶體結(jié)構(gòu)匹配。因此，外延層或膜是單晶層或具有與襯底的晶體 結(jié)構(gòu)匹配的晶體結(jié)構(gòu)的膜。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，包含碳和硅的外延膜的處理增加膜的替代C含 量。Si:C層中的替代C含量可通過(guò)將所沉積的未替代C原子轉(zhuǎn)化到替代Si晶 格位置而增加。盡管本發(fā)明不意欲由特定理論限制，但是一般認(rèn)為未替代(或 間隙)C原子到替代位置的該轉(zhuǎn)換可涉及點(diǎn)缺陷諸如空位、自占間隙和其它外 部占間隙以及缺陷簇。通過(guò)將初始(所沉積的)缺陷分布和Si晶格改變?yōu)橛?利于更多C原子的結(jié)構(gòu)以占據(jù)替代位置，可增加替代C含量。將理解參考增 加替代碳量不意欲將本發(fā)明限制于包含替代碳的所沉積膜。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施 方式，初始沉積的外延膜可以不包含替代碳，并且根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，處
理包含間隙碳的膜以降低間隙碳量并在所沉積膜中從零增加替代碳。該結(jié)構(gòu)變 化和替代C含量增加可通過(guò)在此所述的工藝次序?qū)崿F(xiàn)。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，如以下進(jìn)一步所述，通過(guò)注入和退火形成并處 理包含硅和碳的外延膜。通過(guò)選擇或未選擇外延層沉積可形成外延膜。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，替代C含量的增加可通過(guò)以下示例性工藝次 序中注入和退火的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)(l)通過(guò)選擇性或未選擇性沉積工藝，沉積包 含具有高的總C濃度例如大于約0.5原子％，或高于約1原子％的硅和碳的外
延層；(2)包含硅和碳的外延層的無(wú)定形化，例如，通過(guò)諸如Si的離子注入。 一般期望能量和劑量是使得至少部分外延層無(wú)定形化而不在注入之后結(jié)晶；以 及(3)對(duì)動(dòng)態(tài)表面退火(DSA)腔退火少于60秒，例如，動(dòng)態(tài)表面退火、毫 秒退火或激光退火。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，退火溫度可以在IOO(TC以上， 并具有在10s和100s mm/s范圍中的各種掃描速度(或停留時(shí)間)。根據(jù)一個(gè) 或多個(gè)實(shí)施方式，方法遵循連續(xù)次序，然而，該工藝不限于以上所述的精確步 驟。例如，其它工藝步驟可夾在步驟之間，只要保持工藝順序的次序?，F(xiàn)在將 根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式描述該工藝的各個(gè)步驟。
襯底
襯底通常為硅襯底，并且可以是已構(gòu)圖的襯底。已構(gòu)圖的襯底為包括形成 于襯底表面中或之上的電子部件的襯底。構(gòu)圖的襯底可包含單晶表面以及至少 一個(gè)非晶的次要表面，諸如多晶或無(wú)定形表面。單晶表面包括裸結(jié)晶襯底或通 常由諸如硅、硅鍺或硅碳的材料制成的所沉積的單晶層。多晶或無(wú)定形表面可 包括電介質(zhì)材料，諸如氧化物或氮化物，特別為硅氧化物或硅氮化物，以及無(wú) 定形硅表面。 外延沉積
硅碳層可使用外延工藝在諸如都可從加利福尼亞的Santa Clara的應(yīng)用材 料購(gòu)得的Epi RP或Centura的適宜處理腔中沉積。工藝腔一般在整個(gè)外延工藝 中保持一致的溫度。然而， 一些步驟可在變化溫度下執(zhí)行。工藝腔室可保持在 從約250"C到約IOO(TC的范圍中的溫度下，例如從約50(TC到約90(TC。執(zhí)行 外延工藝的適宜溫度取決于用于沉積和/或蝕刻含硅和碳材料的特定前驅(qū)物， 并可通過(guò)本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員確定。工藝腔室通?？杀３衷趶募s0.1 Torr到約200Torr的壓力下，該壓力在沉積步驟期間以及沉積步驟之間可能波動(dòng)， 但是一般恒定。
在外延沉積工藝期間，襯底暴露于沉積氣體以在單晶表面上形成外延層同 時(shí)在次要表面上形成多晶層。沉積工藝的特定暴露時(shí)間關(guān)于在蝕刻工藝期間的 暴露時(shí)間以及在工藝中使用的特定前驅(qū)物和溫度來(lái)確定。 一般地，襯底暴露于 沉積氣體足夠長(zhǎng)的時(shí)間以形成最大厚度的外延層同時(shí)形成在沉積期間易于蝕 刻掉的最小厚度的多晶層。
沉積氣體至少包含硅源、載氣和碳源。在可選實(shí)施方式中，沉積氣體可包 括至少一種蝕刻劑，諸如氯化氫或氯氣。
通常以在從約5 sccm到約500sccm范圍內(nèi)，例如，從約10sccm到約 300sccm的速度，并特別地從約50sccm到約200sccm，更特別地約100sccm 的速度將硅源提供到工藝腔室中。在沉積含硅和碳化合物的沉積氣體中有用的 硅源包括，但是不限于，硅烷、鹵化硅烷和有機(jī)硅烷。硅烷包括甲硅烷(SiH4) 和具有經(jīng)驗(yàn)式SixH(2x+2)的較高級(jí)硅垸，諸如乙硅烷(Si2H6)、丙硅烷(Si3H8) 和丁硅垸(Si4H1Q)等。鹵化硅烷包括具有經(jīng)驗(yàn)式X， ySixH(2x+2.y)，其中X，= F 、 CI 、 Br或I ，諸如六氯乙硅烷(Si2Cl6)、四氯硅烷(SiCl4) 、 二氯硅烷(Cl2SiH2) 和三氯硅垸(Cl3SiH)。有機(jī)硅烷包括具有經(jīng)驗(yàn)式RySixH(2x+2.y)的化合物，其 中R-甲基、乙基、丙基或丁基，諸如甲基硅烷((CH3) SiH3)、 二甲基硅烷 ((CH3) SiH3)、乙基硅烷((CH3CH2) SiH3)、甲基乙硅烷((CH3) Si2H5)、 二甲基乙硅烷((CH3) 2Si2H4)和六甲基乙硅烷((CH3) 6Si2)。
硅源通常與載氣一起輸送到工藝腔室中。載氣具有從約lslm (公升/分鐘) 到約100 slm的流速，例如從約5 slm到約75 slm，以及特別地從約10 slm到 約50slm，例如約25slm。載氣可包括氮?dú)?N2)、氫氣(H2)、氬、氦及其組 合。惰性載氣是優(yōu)選的并包括氮?dú)?、氬、氦及其組合。載氣可基于在外延工藝 120期間所使用的前驅(qū)物和/或工藝溫度來(lái)選擇。通常，載氣在整個(gè)蝕刻歩驟期 間相同。然而，部分實(shí)施方式可在特定步驟中使用不同的載氣。
在步驟120期間與硅源和載氣一起提供到工藝腔室以形成諸如硅碳材料 的含硅和碳化合物的碳源，通常以在約0.1 sccm到約20 sccm范圍內(nèi)，例如， 從約0.5 sccm到約10 sccm，以及更尤其是從約1 sccm到約5 sccm，例如約2 sccm的速度提供到工藝腔室中。用于沉積含硅和碳化合物的碳源包括，但是
不限于，有機(jī)硅烷、烷基、烯烴，以及乙基、丙基和丁基的炔。該碳源包括甲
基硅烷((CH3) SiH3)、 二甲基硅烷((CH3) SiH3)、乙基硅烷((CH3CH2) SiH3)、甲垸(CH4)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)、丙垸(C3H8)、丙烯(C3H6)、 丁炔(C4H6)等。外延層的碳濃度在從約200ppm到約5原子。/。的范圍內(nèi)，例 如從約1原子％到約3原子％，更特別為至少約2原子％或至少約1.5原子％。 在一個(gè)實(shí)施方式中，碳濃度在外延層內(nèi)可以成梯度分布，優(yōu)選具有梯度為在外 延層下部分中的碳濃度比外延層上部分中的濃度高?？蛇x地，鍺源和碳源可以 都與硅源和載氣一起添加到工藝腔室中以形成含硅和碳的化合物，諸如硅鍺碳 材料。
沉積工藝停止。在一個(gè)實(shí)施例中，工藝腔室由清洗氣體或載氣沖洗和/或 工藝腔室可由真空泵排空。清洗和/或排氣工藝去除過(guò)剩的沉積氣體、反應(yīng)副 產(chǎn)物和其它污染物。在另一實(shí)施例中， 一旦沉積工藝停止，蝕刻工藝立即開(kāi)始 而不清洗和/或排空工藝腔室。 蝕刻
可執(zhí)行可選的蝕刻工藝。蝕刻工藝去除在襯底表面上的部分外延層。蝕刻 工藝都去除外延或單晶材料以及不定形或多晶材料。沉積在襯底表面上的多晶 層，如果存在，則以比外延層更快的速度去除。蝕刻工藝的時(shí)間周期與沉積工 藝的時(shí)間周期協(xié)調(diào)以導(dǎo)致選擇性地形成于所需襯底區(qū)域上的外延層的凈沉積。 因此，沉積工藝和蝕刻工藝的凈結(jié)果形成選擇性且外延生長(zhǎng)的含硅和碳材料同 時(shí)如果有的話(huà)，最小化多晶材料的生長(zhǎng)。
在蝕刻工藝期間，襯底暴露于蝕刻氣體在從約10秒到約卯秒范圍內(nèi)的時(shí) 間周期，例如從約20秒到約60秒，以及更特別從約30秒到約45秒。蝕刻氣 體包括至少一種蝕刻劑和載氣。蝕刻劑通常以在從約10 sccm到約700 sccm范 圍中的速度，例如從約50 sccm到約500 sccm范圍中的速度提供到工藝腔室中。 在蝕刻氣體中使用的蝕刻劑可包括氯氣(Cl2)、氯化氫(HC1)、三氯化硼(BC13)、 一氯甲烷(CH3C1)、四氯化碳(CCU)、三氟化氯(C1F3)及其組合。優(yōu)選地， 氯或氯化氫用作蝕刻劑。
蝕刻劑通常與載氣一起提供到工藝腔室中。載氣具有在從約1 slm到約100 slm范圍中，例如從約5 slm大約75 slm，以及更特別從約10 slm到約50 slm， 例如約25slm的流速。載氣可包括氮?dú)?N2)、氫氣(H2)、氬、氦及其組合。在一些實(shí)施方式中，惰性載氣是優(yōu)選的并且包括氮?dú)?、氬、氦及其組合。載氣 可基于在外延工藝期間的特定前驅(qū)物和/所使用的溫度來(lái)選擇。
蝕刻工藝終止。在一個(gè)實(shí)施例中，工藝腔室由清洗氣體或載氣沖洗和/或 工藝腔室可由真空泵排空。清洗和/或排氣工藝去除過(guò)剩的蝕刻氣體、反應(yīng)副 產(chǎn)物和其它污染物。在另一實(shí)施例中， 一旦蝕刻工藝停止，則外延層的沉積工 藝立即開(kāi)始而不清洗和/或排空工藝腔室。
可確定外延層和多晶層的厚度。如果達(dá)到預(yù)定厚度，則外延工藝終止。然 而，如果沒(méi)有達(dá)到預(yù)定厚度，則沉積工藝循環(huán)重復(fù)直到達(dá)到所需厚度。外延層 通常生長(zhǎng)以具有在從約IOA到約200A范圍的厚度，例如從約100A到約
1500A，以及更特別為從約400A到約1200A，例如約800A的厚度。多晶層 通常沉積在，如果存在，從原子層到約500A的范圍中的厚度。含硅和碳外延
層或含硅和碳多晶層的所需或預(yù)定厚度可專(zhuān)門(mén)用特定的制造工藝。在一個(gè)實(shí)施 例中，外延層可達(dá)到預(yù)定厚度同時(shí)多晶層特別厚。
在沉積期間的摻雜劑暴露(或原位摻雜)
在外延沉積期間，外延層可選地可以暴露于摻雜劑。典型的摻雜劑可包括 至少一種摻雜劑化合物以提供摻雜元素源，諸如硼、砷、磷、鎵或鋁。摻雜劑 提供具有各種導(dǎo)電屬性摻雜的含硅和碳化合物，諸如在電子器件所需的可控和 所需路徑中的方向電子流動(dòng)。含硅和碳化合物的膜可由特定摻雜劑摻雜以達(dá)到 所需的導(dǎo)電屬性。在一個(gè)實(shí)施例中，含硅和碳化合物為p型摻雜，諸如通過(guò)使
用乙硼烷以從約10"原子/cr^到約1021原子/^113范圍中濃度添加硼。在一個(gè)實(shí) 施例中，p型摻雜劑具有至少5xlO"原子/cmS的濃度。在另一實(shí)施例中，p型 摻雜劑在從約1 x 102Q原子/cm3到約2.5x1021原子/cm3范圍中。在另一實(shí)施例中， 含硅和碳化合物為n型摻雜，諸如由磷和/或砷n-型摻雜至從約5x 1019原子/cm3 到約5x 1021原子/cm3范圍中的濃度。
摻雜劑源通常在沉積期間提供到工藝腔室中。用作摻雜劑源的含硼摻雜劑 包括硼烷類(lèi)和有機(jī)硼烷類(lèi)。硼烷類(lèi)包括硼烷、乙硼烷(B2H6)、三硼垸、四硼 垸和戊硼烷，而垸基硼烷包括具有經(jīng)驗(yàn)式RxBH(3^的化合物，其中11=甲基、 乙基、丙基或丁基以及x^， 2或3。垸基硼烷包括三甲基硼烷((CH3) 3B)、 二甲基硼垸((CH3)2BH)、三乙基硼烷((CH3CH2)3B)和二乙基硼烷((CH3CH2)
2BH)。慘雜劑還可包括砷化氫(AsH3)、磷化氫(PH3)和烷基膦，諸如具有 經(jīng)驗(yàn)式RxPH(k)，其中11=甲基、乙基、丙基或丁基以及x二l、 2或3。烷基膦 包括三甲基膦((CH3) 3P)、 二甲基膦((CH3) 2PH)、三乙膦((CH3CH2) 3P) 和二乙基膦((CH3CH2) 2PH)。
離子注入
執(zhí)行外延層的離子注入，將導(dǎo)致至少部分外延層的無(wú)定形化。離子注入可 用于形成摻雜區(qū)域諸如源極和漏極，其將導(dǎo)致外延層的無(wú)定形化。例如，這可 在輕和重?fù)诫s的漏區(qū)或源區(qū)延伸部以及深源極和漏極的形成期間發(fā)生，作為部 分晶體管的制造工藝。對(duì)于含Si: C源極/漏極晶體管的n-型摻雜，摻雜區(qū)域 的厚度將由所需的源/漏結(jié)深度來(lái)決定，該厚度典型地小于IOOOA。磷、砷及 其二者的結(jié)合的諸如通常用于nMOS晶體管的Si: C源/漏。峰摻雜劑雜質(zhì)濃 度可大于lxl(^原子/cn^或更高，并且摻雜劑量可等于或大于2xl0"原子/cm2。 一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，已知為預(yù)無(wú)定形化的額外無(wú)定形化步驟可由Si、 Ge或 As離子注入來(lái)執(zhí)行，然而，也可使用其它方法。該無(wú)定形化深度由注入物質(zhì) 的離子能量來(lái)確定。如在本領(lǐng)域中眾所周知的，需要最小劑量使結(jié)晶Si無(wú)定 形，例如，1E15cm2的Si注入。
含硅和碳的外延層的無(wú)定形注入和摻雜劑注入可以由可從加利福尼亞的 圣克拉拉(Santa Clara)的應(yīng)用材料公司購(gòu)得的Quantum X注入器來(lái)實(shí)現(xiàn)。通 過(guò)將替代Si和C原子置換到非替代位置，離子注入無(wú)定形化至少部分起始Si: C外延層(結(jié)晶結(jié)構(gòu))。
退火
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，退火外延層。在特定實(shí)施方式中，退 火發(fā)生在相對(duì)短的時(shí)間周期內(nèi)諸如在快速熱退火或快速熱處理腔室中。如在此 使用的，快速熱退火(RTA)和快速熱處理(RTP)都指使樣品經(jīng)歷非常短然 而高度受控的熱循環(huán)，其將樣品從室溫加熱到高溫，例如與120(TC—樣高。 在RTP或RTA工藝期間的熱循環(huán)周期通常少于約60秒，以及通常少于約30 秒。在特定實(shí)施方式中，RTP或RTA的周期少于約20秒、15秒、10秒或5 秒。瞬間退火指其中樣品暴露于高溫短于約10秒或5秒時(shí)間周期的工藝。
例如，瞬間退火可在短于約5秒的時(shí)間周期內(nèi)在約800攝氏度到1200攝氏度 之間的高溫下發(fā)生。毫秒退火指使樣品經(jīng)歷在短于約900毫秒以及更典型地小 于約500毫秒的時(shí)間內(nèi)將樣品從室溫加熱至高溫，例如與135(TC—樣高。毫 秒退火可通過(guò)激光退火(諸如應(yīng)用材料的Dynamic Surface Anneal (動(dòng)態(tài)表面 退火))或快速退火來(lái)實(shí)現(xiàn)。顧名思義，激光退火使用激光器加熱樣品。
退火工藝包括快速熱處理諸如快速熱退火、快速熱處理、毫秒退火和/或 瞬間退火及其組合。退火溫度可取決于所使用的工藝。例如，瞬間退火可具有 在約IOO(TC和約IIO(TC之間變化的溫度，優(yōu)選地約105(TC，而固相外延在500 'C或更高溫度下執(zhí)行。
退火工藝可包括瞬間退火、具有氣體氛圍諸如氧氣、氮?dú)?、氫氣、氬、?及其組合的快速熱處理(RTP)型。退火工藝可在從約80(TC到約1200°C，優(yōu) 選為從約105(TC到約IIOO"C的溫度下執(zhí)行。退火工藝可在含硅和碳層沉積之 后或在襯底將經(jīng)歷各種其它工藝步驟之后立即發(fā)生。
在一個(gè)實(shí)施方式中，瞬間退火在能保持退火環(huán)境中氣壓顯著低于大氣壓值 的RTP系統(tǒng)中執(zhí)行。該RTP系統(tǒng)的實(shí)施例為可從加利福尼亞的圣克拉拉的應(yīng) 用材料有限公司市售購(gòu)得的RADIANCE CENTURA 。瞬間退火在2005年5 月24日授權(quán)的題目為"ADVANCES IN SPIKE ANNEAL 20 PROCESSES FOR ULTRA SHALLOW JUNCTIONS"的共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專(zhuān)利No.6， 897， 131和 在2004年10月12日授權(quán)的題目為"OPTIMAL SPIKE ANNEAL AMBIENT" 的共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專(zhuān)利No.6， 803， 297中進(jìn)行了進(jìn)一步描述，在此引入它們 不與現(xiàn)有說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)相沖突的內(nèi)容而作為參考。
己經(jīng)觀(guān)察到在應(yīng)用材料DSA腔室/系統(tǒng)中在100(TC以上的毫秒退火或激 光退火提供優(yōu)良結(jié)果毫秒退火或激光退火提供充足的能量以使非替代C原 子回到替代位置以增加外延層的替代碳含量。在美國(guó)專(zhuān)利No.6， 987， 240、 No.7， 005， 601和No.7， 078， 651中公開(kāi)了適宜的DSA系統(tǒng)的實(shí)施例，在 此引入其全部?jī)?nèi)容作為參考。
本發(fā)明的工藝可在本領(lǐng)域中公知的設(shè)備中實(shí)施。設(shè)備可包含多條氣體管道 以在進(jìn)入工藝腔室之前保持沉積氣體和其它工藝氣體。之后，使氣體與其上生 長(zhǎng)含硅和碳化合物薄膜的熱襯底接觸?？捎糜诔练e含硅和碳薄膜的五金件包括 可從位于加利福尼亞的圣克拉拉的應(yīng)用材料有限公司市售購(gòu)得的Epi Centura 系統(tǒng)和Poly Get^系統(tǒng)。其他設(shè)備包括本領(lǐng)域中公知的批處理的高溫爐。
實(shí)施例
實(shí)施例1
將300mm裸硅晶圓放置在可從加利福尼亞的圣克拉拉的應(yīng)用材料有限公 司市售購(gòu)得的300mm Epi Centura減壓腔室中。在第一處理步驟期間，500A 厚未摻雜的Si: C外延膜沉積在300mm裸硅晶圓上。所沉積的Si: C膜包含 2.3。/。總C，而1.04。/。C替代，如在圖1中高分辨X射線(xiàn)衍射儀(HR-XRD)測(cè) 量中由1200弧秒周?chē)哪し逦恢帽硎?。在第二處理步驟期間，該膜隨后經(jīng)歷 應(yīng)用材料的Quantum X注入器中的25keV離子能量以及1.5xl015cm2劑量的Si 離子注入。雖然所沉積的Si: C膜示出1200弧秒周?chē)腍RXRD峰對(duì)應(yīng)于膜 中的1.04。/。替代C， Si: C膜峰在Si注入之后消失。這是結(jié)晶損失或無(wú)定形化 的指示。替代碳在該實(shí)施例和利用P. C. Kelires， Phys. Rev. B 55 25 (14) ， 8784 (1997)中描述的Kelires模型的其它實(shí)施例中確定，在此結(jié)合這兩個(gè)實(shí)施例 的內(nèi)容作為參考。
圖1示出了在Si注入不產(chǎn)生薄膜峰之后高分辨x-射線(xiàn)衍射(HR-XRD) 掃描譜圖，但是僅示出離子對(duì)應(yīng)于Si襯底的0弧秒處Si峰參考，說(shuō)明不存在 起始結(jié)晶Si: C外延層。然后在應(yīng)用材料的動(dòng)態(tài)表面退火系統(tǒng)(Dynamic Surface Anneal System)中在1100-130(TC之間的溫度范圍中以150mm/s或50mm/s(對(duì) 應(yīng)于0.5ms或1.5ms的保壓時(shí)間)的掃描速度退火無(wú)定形化的結(jié)構(gòu)。在圖2中 示出得到的HRXRD圖譜，其示出了 2000周?chē)霈F(xiàn)峰，說(shuō)明在DSA之后約 1.75%的替代C的結(jié)晶層形成。樣品Si晶圓在105(TC下在10% 02和90% N2 氣氛中使用CenturaRTP進(jìn)行瞬間退火的進(jìn)一步處理。如在圖3中示出，退火 (DSA+瞬間退火)樣品的替代C含量與1.04%的所沉積含量相比較為約 1.32%。 實(shí)施例2
圖2示出在110(TC和130(TC之間的溫度下以及50-150mm/s的掃描速度下 動(dòng)態(tài)表面退火之后的相同Si: C樣品的XRD。在對(duì)應(yīng)于1.56-1.75%替代C的 1800-2000弧秒下的新薄膜峰在DSA之后出現(xiàn)。觀(guān)察到的1.56-1.75%替代C 高于圖1中示出的在所沉積Si: C層中的初始1.04%替代C含量。
實(shí)施例3
圖3示出了在所提出的3歩工序并且之后為105(TC瞬間退火之后Si: C 層的HRXRD。在1500弧秒的峰位置表示1.32%的替代C含量，高于圖1中 所示出的1.04%的所沉積含量。通過(guò)以上工序而不動(dòng)態(tài)表面退火處理的樣品標(biāo) 記為"RTA"并示出表示低于0.88%替代C的1000弧秒以下的薄膜峰位置。 所接收的替代C從所注入的Sh C外延膜增加，但是所增加的替代C不單獨(dú) 通過(guò)傳統(tǒng)瞬間退火實(shí)現(xiàn)。所增加的替代C由動(dòng)態(tài)表面退火或表面退火之后瞬 間退火而實(shí)現(xiàn)。
因此，該實(shí)施例表明即使在活化退火前的以上工藝順序之后的高達(dá)1050 'C的傳統(tǒng)摻雜劑活化退火后，在Si: C中增加的替代C含量保持在所沉積替 代C含量以上的級(jí)別。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，所提出的保持增加的替代C 的總工藝順序?yàn)镾i: C外延層沉積，之后通過(guò)注入無(wú)定形化，并之后通過(guò)動(dòng)態(tài) 表面退火，或者高達(dá)105(TC動(dòng)態(tài)表面退火和瞬間退火的組合。 實(shí)施例4
將300mm裸硅晶圓放置在可從加利福尼亞的Santa Clara的應(yīng)用材料有限 公司市售購(gòu)得的300mm Epi Centura減壓腔室中。IOOOA厚的未摻雜Si: C外 延膜沉積在300mm裸硅晶圓上。所沉積Si: C膜包含約1.5原子％總C，而 1.5原子。/。C替代，如在圖4中的高分辨X-射線(xiàn)衍射儀(HR-XRD)測(cè)量中由 1740弧秒周?chē)谋∧し逦恢盟尽Ｔ谒苽涞耐庋颖∧ぶ械木C合替代C劑量 對(duì)應(yīng)于7.5xl0"/cm2。然后，薄膜經(jīng)歷應(yīng)用材料的Quantum X注射器中12keV 離子能量和4xl0"/cn^劑量下的磷離子注入。選擇注入條件以用適當(dāng)?shù)脑礃O和 漏極結(jié)深度來(lái)?yè)诫sSi: C。在注入之后，頂層(在該情形中為 400A)被破壞 并且替代C在被破壞層中減少。條紋消失以及薄膜峰加寬表示薄膜的物理變 化。在注入之后綜合替代C劑量為約4xlO"/cm2。然后，樣品經(jīng)歷用于CMOS 晶體管制造中的傳統(tǒng)退火，特別地，經(jīng)歷在應(yīng)用材料的Radiance Plus中10% 02/90°/(^2環(huán)境中105(TC下的瞬間退火。在Si襯底峰附近出現(xiàn)的峰表示少量損 失的替代C通過(guò)瞬間退火在頂層中恢復(fù)。在1500弧秒以上(在注入和瞬間退 火之后)出現(xiàn)的條紋表示頂層上損失的替代C和晶體破壞。對(duì)應(yīng)的綜合替代C 大于4xl0"/cm2，但是不大于5x1015/0112。
起始Si: C外延層以與實(shí)施例4中的相同方法準(zhǔn)備。所沉積的Si: C薄膜
包含1.42%的總C，而1.35%C替代，如通過(guò)圖5中的高分辨衍射儀(HR-XRD) 中1500弧秒周?chē)谋∧し逦恢盟?。在所制備的外延膜中的綜合替代C劑量 對(duì)應(yīng)于約7xl015/cm2。然后，薄膜經(jīng)歷與實(shí)施例4中的樣品相同的注入條件(在 應(yīng)用材料的Quantum X注射器中在12keV離子能量和4xl015/cm2劑量下磷離 子注入)。在注入之后，頂層(在該情形下為 400A)被破壞并且替代C在破 壞層中減少，類(lèi)似與實(shí)施例4。然后，樣品使用應(yīng)用材料的Dynamic Surface Anneal (動(dòng)態(tài)表面退火)系統(tǒng)經(jīng)歷150mm/s掃描速度下1100和1300。C之間溫 度下的毫秒退火。圖5中的HRXRD示出強(qiáng)條紋，特別在毫秒退火之后在1500 弧秒下薄膜峰以上處，表明高替代C的存在。在毫秒退火之后對(duì)應(yīng)的替代C 劑量為約7xl0 cm2，可與在注入和退火之前起始Si: C外延層中的替代C劑 量相比。 實(shí)施例6
圖6示出了在替代碳含量上數(shù)個(gè)樣品的動(dòng)態(tài)表面退火的效應(yīng)。樣品以各種 注入條件制備并在從1100。C至130(TC之間變化的溫度下以DSA退火。圖6將 注入之后和3步工藝順序之后的替代碳含量與在300裸硅晶圓上所沉積的外延 層的替代碳含量相比較。為了比較，每個(gè)薄膜中的替代C在外延層上方綜合 并表示為劑量且歸一化為所沉積Si: C外延膜(Epi)中的替代C劑量，從而 設(shè)定起始Si: C外延膜為歸一化替代C劑量中的100% (在圖6中的y軸)。 將每個(gè)晶圓放置在300mm可從加利福尼亞的圣克拉拉的應(yīng)用材料有限公司 購(gòu)得的Epi Centura減壓腔室中。IOOOA厚的未摻雜Si: C外延膜沉積在300mm 裸硅晶圓上。測(cè)量初始替代碳含量。每個(gè)制備的Si: C外延膜經(jīng)歷以下四個(gè)注 入(IMP)條件的其中之一(i)在9keV下P的4xl0"/cm2劑量，(ii)在12keV 下P的4xl0"/cm2劑量，(iii)在15keV下P的4xl0"/cm2劑量，或(iv)在 8keV下P的2xl0。/cm2劑量與25keV下As的2xl015/cm2劑量的組合。在制 造nMOS晶體管中，可選擇注入條件以滿(mǎn)足目標(biāo)源極和漏極結(jié)位置。例如， 在Si:C中12keV注入條件下P將在距離表面約600A處產(chǎn)生具有在2><1018/cm2 和2xl0,cn^之間濃度的P結(jié)。較低的能量將產(chǎn)生較淺的結(jié)而高能量能產(chǎn)生較 深的結(jié)。因此，選擇這四個(gè)注入條件以仿效HDD形成。然后，以這四個(gè)條件 的其中之一注入的每個(gè)樣品在不同溫度下(iiO(TC， 1200°C,或130(TC)利
用DSA以對(duì)應(yīng)于0.5毫秒停留時(shí)間的150mm/s掃描速度處理。對(duì)于所有的注 入條件，在HDD注入后替代C劑量降低到所沉積劑量的45-65%，但是在DSA 處理后增加回到94%或更高，表明在Si: C層中通過(guò)DSA替代C的有效恢復(fù)。 本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式提供特別有效于形成互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo) 體(CMOS)集成電路器件的方法并將在以下文中描述。其它器件和應(yīng)用也在 本發(fā)明的范圍內(nèi)。圖7示出了典型CMOS器件中FET對(duì)的部分橫截面視圖。 在形成阱后器件100包含半導(dǎo)體襯底以提供源/漏區(qū)、柵電介質(zhì)和NMOS器件 與PMOS器件的柵極。器件100可使用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝，諸如生長(zhǎng)單晶硅 和通過(guò)溝道蝕刻并在溝道開(kāi)口中生長(zhǎng)或沉積電介質(zhì)形成淺槽隔離結(jié)構(gòu)，來(lái)形 成。用于形成這些各種結(jié)構(gòu)的詳細(xì)工序在本領(lǐng)域中是公知的并且在此不再進(jìn)一 步描述。
器件100包含半導(dǎo)體襯底155，例如，硅襯底，由p型材料摻雜、在襯底 155上的p型外延硅層165、在外延層165中限定的p型阱區(qū)120和n型阱區(qū) 150、在p-阱120中限定的n型晶體管(NMOS FET) 110和在n-阱150中限 定的p型晶體管(PMOS FET) 140。第一隔離區(qū)158電性隔離NMOS IIO和 PMOS 140晶體管，并且第二隔離區(qū)160將第一晶體管110和140與襯底155 上的其它半導(dǎo)體器件電性隔離。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，NMOS晶體管110包含柵極122、第 一源區(qū)114和漏區(qū)116。 NMOS柵極122的厚度可伸縮的(scalable)并可根據(jù) 對(duì)器件性能的考慮來(lái)調(diào)整。NMOS柵極122具有對(duì)應(yīng)于N型器件功函數(shù)的功 函數(shù)。源區(qū)和漏區(qū)是在柵極122相對(duì)側(cè)上的n型區(qū)。溝道區(qū)118夾在源區(qū)114 和漏區(qū)116之間。柵電介質(zhì)層112將溝道區(qū)118和柵極122分離。用于形成 NMOS柵極122和電介質(zhì)層的工藝在本領(lǐng)域中是公知的并且在此不再進(jìn)一步 討論。應(yīng)該理解根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式Si: C外延層將填充部分或整個(gè)源/漏區(qū) 114或116。
根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，PMOS晶體管140包含柵極152、源區(qū)144和 漏區(qū)146。 PMOS柵極152的厚度是可伸縮的并且可根據(jù)對(duì)器件性能的考慮來(lái) 調(diào)整。PMOS柵極152具有對(duì)應(yīng)于N型器件功函數(shù)的功函數(shù)。源區(qū)和漏區(qū)是 在柵極152相對(duì)側(cè)上的P型區(qū)。溝道區(qū)148夾在源區(qū)144和漏區(qū)146之間。柵 電介質(zhì)層142將溝道區(qū)148和柵極152分離。電介質(zhì)142電性絕緣柵極152
與溝道區(qū)148。將理解在圖4中示出并在以上描述的晶體管110和140都只是
示例性的，并且材料、層等中的各種變化都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D8，其示出了在形成間隔墊、在源/漏區(qū)上形成層，例如硅化物 層以及蝕刻停止形成后圖7的NMOS器件110的額外細(xì)節(jié)的視圖。將理解在 圖4中示出的PMOS器件可包含可變化尺寸和/或成分的類(lèi)似間隔墊和層以影 響NMOS器件溝道中產(chǎn)生的應(yīng)力，如在以下進(jìn)一步所述。然后，為了示意性 目的，僅示出NMOS器件并僅對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)描述。
圖8示出了由在柵極119周?chē)Y(jié)合的適宜電介質(zhì)材料形成的間隔墊175。 還可提供偏移間隔墊177，其圍繞每個(gè)間隔墊175。用于形成間隔墊175和177 的形狀、尺寸和厚度的工藝在本領(lǐng)域中是公知的并在此不再進(jìn)一步描述。金屬 硅化物層179可形成于源區(qū)114和漏區(qū)116上方。硅化物層179可通過(guò)適宜的 工藝諸如濺射或PVD (物理氣相沉積)由適宜的材料諸如鎳、鈦或鈷形成。 硅化物層179可擴(kuò)散到部分下層表面中。漏區(qū)116的高度(elevation)由箭頭 181示出，其示為從襯底表面180到硅化物層179頂部的距離。源漏區(qū)的琢面 (facet) 183示為傾斜表面。將本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所能理解的，可修改在 此描述的示例性器件以包括可根據(jù)在此描述的方法進(jìn)一步變型的源/漏區(qū)或具 有Si: C外延層的源/漏區(qū)。因此，本發(fā)明的實(shí)施方式提供通過(guò)在注入之后的 恢復(fù)替代C的以下工序最大化Si: C層中的替代C的方法。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方 式的工藝工序包括Si: C外延沉積，之后為HDD或深S/D注入，之后為毫秒 退火。在特定實(shí)施方式中，起始外延層包含等于或高于約1原子。/。的替代C。 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，退火之后在最終外延層中的綜合C劑量為起始外 延層的至少約90%。
注入可包含形成nMOS深源/漏極，其還已知為"HDD"高摻雜漏。示例 性注入條件包括僅P、 As/P聯(lián)合注入或僅As注入。特定實(shí)施例為僅P注入 6-15keV; As: 25keV/P: 8keV，僅As注入25keV及更高?？倓┝考s4xl015/cm2。 在晶體管制造流程中N型注入可以伴隨額外的預(yù)無(wú)定形化注入(例如，Si)(這 可在HDD步驟期間或之前)，其導(dǎo)致至少部分外延層的無(wú)定形化。雖然本發(fā) 明不意欲通過(guò)特定理論限定，但是注入導(dǎo)致外延膜破壞并降低至少部分外延膜 中的替代C。因此，在注入之后，所沉積膜中的綜合替代C超過(guò)替代C。
在注入之后退火外延膜時(shí)，例如，通過(guò)毫秒退火，替代C從注入后含量
增加，導(dǎo)致最終替代C可小于、可相比于，或高于所沉積替代C含量。如以 上所述，可改變退火工序。例如，低溫瞬間退火可插入在諸如在以下順序的工 序之間，但是該順序不限于Si: C外延沉積中，之后為HDD或深S/D注入， 之后為低溫退火，并接著為毫秒退火。在另一實(shí)施例中，瞬間退火可在毫秒退 火之后以這樣的順序添加Si: C外延沉積，之后為HDD或S/D注入，接著
為DSA，然后為瞬間退火。
整個(gè)說(shuō)明書(shū)中的參照"一個(gè)實(shí)施方式"、"特定實(shí)施方式"、"一個(gè)或多個(gè)實(shí) 施方式"或"實(shí)施方式"指特定部件、結(jié)構(gòu)、材料或結(jié)合實(shí)施方式描述的屬性 包括于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式中。因此，在整個(gè)說(shuō)明書(shū)各處所出現(xiàn)的術(shù)語(yǔ) 諸如"在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中"、"在特定實(shí)施方式中"、"在一個(gè)實(shí)施方式 中"或"在實(shí)施方式中"不必參照本發(fā)明的相同實(shí)施方式。另外，特定部件、 結(jié)構(gòu)、材料或?qū)傩钥梢匀魏芜m當(dāng)?shù)姆绞浇Y(jié)合在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中。以上方 法的描述順序不應(yīng)該考慮為限定，并且方法可次序顛倒或忽略或添加步驟來(lái)使 用描述的操作。
應(yīng)該理解以上說(shuō)明意欲示意性的，并且不是限制性的。對(duì)于本領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在査看以上說(shuō)明時(shí)，多種其它實(shí)施方式是顯而易見(jiàn)的。因此， 本發(fā)明的范圍應(yīng)該參照附加的權(quán)利要求書(shū)以及該權(quán)利要求書(shū)授權(quán)的等效物的 范圍來(lái)確定。
權(quán)利要求
1、一種處理在襯底上的Si:C外延層的方法，包含提供具有外延層的襯底，該外延層包含沉積在所述襯底上的碳和硅，所述碳包含高于約0.5原子％的間隙碳和替代碳；以及離子注入所述外延層；以及在從約800℃到約1350℃的溫度下退火所述襯底和外延層，以將所述外延層中的至少部分間隙碳轉(zhuǎn)化為替代碳，從而增加所述替代碳含量至高于約0.5原子％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在離子注入之前所述層中 的替代碳和間隙碳的總量在約0.5原子％和2原子％的范圍內(nèi)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在離子注入前所述外延層 中的替代碳量高于約1原子％。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述離子注入包括在至少 約1.5xl0"cm2劑量下選自P、 As、 Si及其組合的元素。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述離子注入導(dǎo)致至少部 分外延層的無(wú)定形化。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述退火通過(guò)一個(gè)或多個(gè) 動(dòng)態(tài)表面退火、激光退火、毫秒退火、快速退火或瞬間退火來(lái)執(zhí)行。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述退火發(fā)生短于10秒。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述退火發(fā)生短于900毫秒。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述退火通過(guò)毫秒退火的 激光退火發(fā)生短于900毫秒來(lái)執(zhí)行。
10、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述退火通過(guò)毫秒退火的 激光退火發(fā)生短于900毫秒，之后為短于10秒的快速熱退火來(lái)執(zhí)行。
11、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述退火通過(guò)短于10秒 的快速熱退火，之后為短于900毫秒的激光退火或毫秒退火來(lái)執(zhí)行。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述Si: C外延膜在晶體 管制造工藝的形成步驟期間形成，并且所述方法進(jìn)一步包含在襯底上形成柵電介質(zhì)； 在所述柵電介質(zhì)上形成柵極；在所述襯底上與所述柵極相對(duì)側(cè)上形成源/漏區(qū)并在所述源/漏區(qū)之間限定 溝道區(qū)；以及在源/漏區(qū)正上方沉積包含硅和碳的所述外延層。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述替代碳和間隙碳的 總量高于約1原子％。
14、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在注入之前在所述外延 層中所述替代碳的量高于約1原子％。
15、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述離子注入包括在至 少約1.5xl0。ci^劑量下選自P、 As、 Si及其組合的元素。
16、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述離子注入導(dǎo)致至少 部分外延層的無(wú)定形化。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述退火通過(guò)一個(gè)或多 個(gè)動(dòng)態(tài)表面退火、激光退火、毫秒退火、表面退火或瞬間退火來(lái)執(zhí)行。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述退火發(fā)生短于10秒。
19、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述退火通過(guò)毫秒退火 的激光退火發(fā)生短于900毫秒來(lái)執(zhí)行。
20、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述退火通過(guò)毫秒退火 的激光退火發(fā)生短于900毫秒，之后為短于10秒的快速熱退火來(lái)執(zhí)行。
21、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述退火通過(guò)快速熱退 火發(fā)生短于10秒，之后為短于900毫秒的激光退火或毫秒退火來(lái)執(zhí)行。
22、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在注入和退火之后在所 述層中的替代碳的量高于約0.5原子％。
23、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述離子注入使用在至 少約1.5><1015(^2劑量下選自P、 As、 Si及其組合的元素來(lái)執(zhí)行以形成重?fù)诫s 漏極。
24、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述晶體管包括具有溝 道的nMOS晶體管以及所述方法增加所述nMOS晶體管溝道中的拉伸應(yīng)變。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于形成并處理包含硅和碳的外延層的方法。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，處理將外延層中的間隙碳轉(zhuǎn)換為替代碳。特定的實(shí)施方式涉及在半導(dǎo)體器件中，例如金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)器件中外延層的形成和處理。在特定實(shí)施方式中，外延層的處理包含退火短時(shí)間周期，例如，通過(guò)激光退火、毫秒退火、快速熱退火、瞬間退火及其組合。實(shí)施方式包括包含硅和碳的至少部分外延層的無(wú)定形化。
文檔編號(hào)H01L21/18GK101192516SQ20071019548
公開(kāi)日2008年6月4日 申請(qǐng)日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月1日
發(fā)明者邱永男, 金以寬 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司