專利名稱：高性能場效應(yīng)晶體管及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高性能場效應(yīng)晶體管及其形成方法。
背景技術(shù)：
目前，隨著場效應(yīng)晶體管特征尺寸的不斷縮小，在后續(xù)高溫退火的工藝中源極/ 漏極區(qū)中高濃度摻雜的雜質(zhì)將會擴(kuò)散到溝道中，從而引起晶體管性能發(fā)生惡化。因此，目前 源極/漏極區(qū)中雜質(zhì)的摻雜濃度受到限制，例如，在應(yīng)變Si的PMOS中摻雜雜質(zhì)B的濃度低 于1021cnT3。另外，如果采用摻雜的多晶Si或者多晶SiGe作為柵極，則隨著柵介質(zhì)層的厚 度越來越薄，高濃度的摻雜雜質(zhì)例如B或P等，很容易穿透柵介質(zhì)層到達(dá)溝道區(qū)域，從而加 劇器件性能的惡化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一，特別是解決現(xiàn)有技術(shù)源極/漏極 區(qū)中摻雜的雜質(zhì)向溝道擴(kuò)散的缺陷。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明一方面提出一種高性能場效應(yīng)晶體管，包括襯底；位于 所述襯底之上的柵堆疊；位于所述柵堆疊兩側(cè)及所述襯底之中的源極/漏極區(qū)；和位于所 述源極/漏極區(qū)與所述襯底之間的含碳薄層。本發(fā)明另一方面還提出了一種高性能場效應(yīng)晶體管的形成方法，包括以下步驟 提供襯底；在所述襯底之上形成柵堆疊及側(cè)墻；刻蝕所述襯底以在所述柵堆疊兩側(cè)形成源 極/漏極區(qū)凹槽；在所述源極/漏極區(qū)凹槽中形成含碳薄層；和在所述凹槽中以及所述含 碳薄層之上形成源極/漏極區(qū)。本發(fā)明通過含碳薄層，例如Si C薄層或SiGe C薄層，可以有效地抑制源極/漏極 區(qū)中雜質(zhì)向溝道及襯底的擴(kuò)散，從而改善器件性能。另外，通過本發(fā)明可以提供源極/漏極 區(qū)的摻雜濃度，從而減小源極/漏極區(qū)的串聯(lián)電阻，例如，通過本發(fā)明實(shí)施例可以將PMOS器 件源極/漏極區(qū)中B的摻雜濃度從原來的20次方提高到21次方，甚至22次方，從而顯著 提高器件性能。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，如果采用多晶Si或多晶SiGe柵，還可在柵堆疊中增加 柵極含碳薄層，從而能夠防止多晶Si或多晶SiGe柵中的摻雜雜質(zhì)向溝道擴(kuò)散，從而進(jìn)一步 改善器件性能。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對實(shí)施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中圖1-3為本發(fā)明實(shí)施例的高性能場效應(yīng)晶體管示意圖4-6為形成實(shí)施例的高性能場效應(yīng)晶體管的形成方法的中間步驟的結(jié)構(gòu)示意 圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。下文的公開提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡 化本發(fā)明的公開，下文中對特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并且 目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重 復(fù)是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此 外，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識到 其他工藝的可應(yīng)用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之 “上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實(shí)施例，也可以包括另外的特征形 成在第一和第二特征之間的實(shí)施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例的高性能場效應(yīng)晶體管示意圖。該器件結(jié)構(gòu)包括襯 底100、位于襯底100之上的柵堆疊200、位于柵堆疊200兩側(cè)及襯底100之中的源極/漏 極區(qū)400，以及位于源極/漏極區(qū)400與襯底100之間的含碳薄層300。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí) 施例中，該含碳薄層300包括Si C薄層或SiGe C薄層，其中C含量約為0. 1 %至10%，其 厚度約為0. 5nm至lOnm，優(yōu)選為Inm至5nm。該含碳薄層300可以有效地抑制源極/漏極 區(qū)中雜質(zhì)向溝道及襯底的擴(kuò)散，從而改善器件性能。另外，通過本發(fā)明可以提供源極/漏極 區(qū)的摻雜濃度，從而減小源極/漏極區(qū)的串聯(lián)電阻，例如，通過本發(fā)明實(shí)施例可以將PMOS器 件源極/漏極區(qū)中B的摻雜濃度從原來的20次方提高到21次方，甚至22次方，從而顯著 提高器件性能。另外，含碳薄層300的存在還不會破壞緊接下來外延層的晶格結(jié)構(gòu)。其中， 在本發(fā)明的實(shí)施例中，源極/漏極區(qū)400為Si、SiGe或Ge源極/漏極區(qū)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，如圖2所示，柵堆疊200包括柵介質(zhì)層210、位于柵介質(zhì) 層210之上的柵極含碳薄層220、和位于柵極含碳薄層220之上的多晶Si柵極或多晶SiGe 柵極230，以及覆蓋多晶Si柵極或多晶SiGe柵極230的覆蓋層240。通過增加的柵極含碳 薄層220，從而能夠防止多晶Si或多晶SiGe柵中的摻雜雜質(zhì)向溝道擴(kuò)散，從而進(jìn)一步改善 器件性能。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，如圖3所示，源極/漏極區(qū)400可具有抬高結(jié)構(gòu)。為了更清楚的理解本發(fā)明實(shí)施例提出的上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，本發(fā)明還提出了形成上 述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法的實(shí)施例，需要注意的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠根據(jù)上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 選擇多種工藝進(jìn)行制造，例如不同類型的產(chǎn)品線，不同的工藝流程等等，但是這些工藝制造 的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)如果采用與本發(fā)明上述結(jié)構(gòu)基本相同的結(jié)構(gòu)，達(dá)到基本相同的效果，那么也 應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。為了能夠更清楚的理解本發(fā)明，以下將具體描述形成本 發(fā)明上述結(jié)構(gòu)的方法及工藝，還需要說明的是，以下步驟僅是示意性的，并不是對本發(fā)明的 限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可通過其他工藝實(shí)現(xiàn)。如圖4-6所示，為形成實(shí)施例的高性能場效應(yīng)晶體管的形成方法的中間步驟的結(jié)構(gòu)示意圖，該方法包括以下步驟S11，提供襯底100。在本發(fā)明的實(shí)施例中，襯底100為Si襯底。S12，在襯底100之上形成柵堆疊200以及一層或多層側(cè)墻，如圖4所示。具體 地，先在Si襯底上形成柵介質(zhì)層，接著淀積多晶硅柵(可以原位摻雜，或淀積完后進(jìn)行多 晶硅注入)，然后淀積一層四乙氧寄硅烷(TEOS)。利用光刻并結(jié)合刻蝕方法，定義出柵堆 疊圖樣。其中，利用干法刻蝕將氧化層去掉，并且在多晶硅的刻蝕過程中，該氧化層還可以 充當(dāng)硬掩模的作用。在此基礎(chǔ)上，再淀積一層TEOS或者SiN層，然后利用反應(yīng)離子刻蝕 (reactive ion etching)形成柵堆疊結(jié)構(gòu)的側(cè)墻。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，可在柵介質(zhì)層之上形成柵極含碳薄層。在本發(fā)明的實(shí) 施例中，柵極含碳薄層可通過原子層沉積(ALD)、化學(xué)處理、減壓化學(xué)氣相沉積(RPCVD)或 者超高真空化學(xué)氣相沉積(UHVCVD)形成。其中，優(yōu)選地，采用化學(xué)處理形成。具體地，如果采用化學(xué)處理過程方法，則需要對 硅表面進(jìn)行氫鈍化。其中，氫鈍化的涵義是硅層外表面含有氫原子，即形成-Si-H鍵。這種 可以導(dǎo)致氫鈍化的方法可以采用稀釋的氫氟酸或者任何相似的能夠提供氫鈍化的溶液。在對硅層表面進(jìn)行氫鈍化處理之后，再經(jīng)過一個(gè)碘/醇類溶液(iodine/alcohol) 處理工藝，以在硅層表面形成含碳薄層，該含碳薄層的厚度為一個(gè)原子單層或者幾個(gè)原子 單層，并且該薄層也可能含有少量的氧。具體地，該處理工藝采用了一種由碘和醇類組成的 溶液，該溶液的制備方法是將兩者添加在一起然后再完全混合。其中，碘/醇類溶液的使用 方法包括浸沒、刷涂、浸塑、噴涂、或者任一種類似的涂覆工藝。此外，該溶液也可以被蒸發(fā) 變成氣相混合體。通常在室溫下(20°C)應(yīng)用碘/醇類溶液，當(dāng)然也可以在稍高的溫度下進(jìn) 行。該溶液與硅表面的處理時(shí)間取決于碘和醇類在溶液中的含量。典型地，處理時(shí)間約為 5分鐘至90分鐘，優(yōu)選15分鐘至45分鐘。碘在溶液中的含量約為在1 X 10_5至1 X 10_2摩 爾，優(yōu)選5 X 10_4摩爾。在硅表面經(jīng)過碘/醇類溶液處理之后，被處理完畢的結(jié)構(gòu)采用醇類溶液沖洗并干 燥，其中用于沖洗的醇類含量不局限于碘/醇類溶液的含量，可以采用通常的干燥工藝包 括典型的表面張力干燥方法，即采用一種由異丙醇(isopropanol)和水構(gòu)成的薄霧。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，還可以采用化學(xué)氣相沉積方法，例如UHCVD的方法 在柵介質(zhì)上沉淀柵極含碳薄層，在該實(shí)施例中，柵介質(zhì)既可以是常用的SiO2,也可以采用高 k介電常數(shù)的柵介質(zhì)材料，例如，Hf02ai203>Ta2O5等，或者任意其他類似的柵介質(zhì)層。在柵 介質(zhì)上沉積的很薄且具有器件級質(zhì)量的多晶Si:C或SiGe:C層，其C的含量約為0. 至 10%。該多晶Si:C或SiGe:C層的厚度約為0. 5nm至10nm，優(yōu)選Inm至5nm。該柵極含碳 薄層既可以有效地防止多晶硅柵中的N型雜質(zhì)(例如P)，也可以有效地防止P型雜質(zhì)(例 如B)，穿透柵介質(zhì)進(jìn)入到溝道，從而使得器件的性能發(fā)生惡化。S13，刻蝕襯底100以在柵堆疊200兩側(cè)形成源極/漏極區(qū)凹槽1100，如圖5所示。 在本發(fā)明的實(shí)施例中，源極/漏極區(qū)凹槽1100的形成可以采用對襯底100和側(cè)墻材料具有 很高選擇比的刻蝕方法，例如HCl，它對硅的刻蝕速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對SiO2的刻蝕速率。具體地， 在本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例中，刻蝕工藝是在900°c下刻蝕500秒，在H2氣氛中HCl的分壓 為 50mTorr。S14，將源極/漏極區(qū)凹槽1100表面的Cl原子去除。在本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例中，采用高溫烘焙去除Cl原子，例如90(TC烘焙2分鐘。S15，在源極/漏極區(qū)凹槽1100中形成含碳薄層300，如圖6所示。同樣，可通過原 子層沉積(ALD)、化學(xué)處理、或者超高真空化學(xué)氣相沉積(UHVCVD)形成。S16，在含碳薄層300之上選擇性地外延源極/漏極區(qū)400，例如SiGe源極/漏極 區(qū)400，同時(shí)進(jìn)行原位摻雜，如圖1所示。例如對于PMOS晶體管來說，可原位摻雜B，其濃度 可以從 IX IO18 至 IX IO22cm"30本發(fā)明通過含碳薄層，例如Si C薄層或SiGe C薄層，可以有效地抑制源極/漏極 區(qū)中雜質(zhì)向溝道及襯底的擴(kuò)散，從而改善器件性能。另外，通過本發(fā)明可以提供源極/漏極 區(qū)的摻雜濃度，從而減小源極/漏極區(qū)的串聯(lián)電阻，例如，通過本發(fā)明實(shí)施例可以將PMOS器 件源極/漏極區(qū)中B的摻雜濃度從原來的20次方提高到21次方，甚至22次方，從而顯著 提高器件性能。 在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，如果采用多晶Si或多晶SiGe柵，還可在柵堆疊中增加 柵極含碳薄層，從而能夠防止多晶Si或多晶SiGe柵中的摻雜雜質(zhì)向溝道擴(kuò)散，從而進(jìn)一步 改善器件性能。 盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以 理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換 和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
權(quán)利要求
一種高性能場效應(yīng)晶體管，其特征在于，包括襯底；位于所述襯底之上的柵堆疊；位于所述柵堆疊兩側(cè)及所述襯底之中的源極/漏極區(qū)；和位于所述源極/漏極區(qū)與所述襯底之間的含碳薄層。
2.如權(quán)利要求1所述的高性能場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述含碳薄層包括Si:C薄 層或SiGe: C薄層。
3.如權(quán)利要求2所述的高性能場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述含碳薄層的厚度為 0. 5nm_10nmo
4.如權(quán)利要求1所述的高性能場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述柵堆疊包括 柵介質(zhì)層；位于所述柵介質(zhì)層之上的柵極含碳薄層；和位于所述柵極含碳薄層之上的多晶Si柵極或多晶SiGe柵極。
5.如權(quán)利要求1或4所述的高性能場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述源極/漏極區(qū)具有 抬高結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1或4所述的高性能場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述源極/漏極區(qū)為 Si、SiGe或Ge源極/漏極區(qū)。
7.一種高性能場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，包括以下步驟 提供襯底；在所述襯底之上形成柵堆疊及側(cè)墻； 刻蝕所述襯底以在所述柵堆疊兩側(cè)形成源極/漏極區(qū)凹槽； 在所述源極/漏極區(qū)凹槽中形成含碳薄層；和 在所述凹槽中以及所述含碳薄層之上形成源極/漏極區(qū)。
8.如權(quán)利要求7所述的高性能場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，所述含碳薄層 包括Si C薄層或SiGe C薄層。
9.如權(quán)利要求8所述的高性能場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，所述含碳薄層 的厚度為0. 5nm-10nm。
10.如權(quán)利要求7所述的高性能場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，所述形成柵堆 疊進(jìn)一步包括在所述襯底之上形成柵介質(zhì)層； 在所述柵介質(zhì)層之上形成柵極含碳薄層；和在所述柵極含碳薄層之上形成多晶Si柵極或多晶SiGe柵極，并對所述多晶Si柵極或 多晶SiGe柵極進(jìn)行摻雜。
11.如權(quán)利要求10所述的高性能場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，所述含碳薄 層和所述柵極含碳薄層通過原子層沉積ALD、化學(xué)處理、減壓化學(xué)氣相沉積RPCVD、或者超 高真空化學(xué)氣相沉積UHVCVD形成。
12.如權(quán)利要求11所述的高性能場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，所述化學(xué)處 理進(jìn)一步包括進(jìn)行表面氫鈍化；在表面涂覆碘/醇類溶液；和 在5-90分鐘之后，采用醇類溶液進(jìn)行清洗并干燥。
13.如權(quán)利要求11所述的高性能場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，所述源極/漏 極區(qū)為Si、SiGe或Ge源極/漏極區(qū)。
14.如權(quán)利要求7所述的高性能場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，所述源極/漏 極區(qū)通過選擇性外延形成。
全文摘要
本發(fā)明提出一種高性能場效應(yīng)晶體管，包括襯底；位于所述襯底之上的柵堆疊；位于所述柵堆疊兩側(cè)及所述襯底之中的源極/漏極區(qū)；和位于所述源極/漏極區(qū)與所述襯底之間的含碳薄層。本發(fā)明通過含碳薄層，例如Si:C薄層或SiGe:C薄層，可以有效地抑制源極/漏極區(qū)中雜質(zhì)向溝道及襯底的擴(kuò)散，從而改善器件性能。
文檔編號H01L29/78GK101937931SQ20101026863
公開日2011年1月5日 申請日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者梁仁榮, 王敬, 許軍 申請人:清華大學(xué)