氟摻雜信道硅鍺層的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種氟摻雜信道硅鍺層，其中，所揭示的是用于在信道硅鍺(cSiGe)層具有改良型接口粗糙度的P型信道金屬氧化物半導體場效晶體管(PMOSFET)的形成方法以及所產(chǎn)生的裝置。具體實施例可包括在襯底中指定作為信道區(qū)的區(qū)域，在所指定信道區(qū)之上形成信道硅鍺層，以及將氟直接植入到信道硅鍺層內(nèi)。具體實施例或可包括將氟植入到硅襯底中被指定為信道區(qū)的區(qū)域內(nèi)，在所指定信道區(qū)之上形成信道硅鍺層，以及加熱硅襯底和信道硅鍺層以將氟擴散到信道硅鍺層內(nèi)。
【專利說明】氟摻雜信道硅鍺層

【技術領域】
[0001]本揭示涉及半導體裝置中的信道娃鍺(channel silicon-germanium,簡稱cSiGe)層。本揭示尤其適用于形成具有改良型接口粗糙度的信道硅鍺層，同時維持P信道金屬氧化物半導體場效晶體管(PM0SFET)中的臨界電壓效率。

【背景技術】
[0002]針對高k介電金屬柵極技術在PM0SFET中使用信道硅鍺層可降低臨界電壓(threshold voltage)。然而，降低臨界電壓所需的例如等于或大于100埃(A )的厚度提高信道硅鍺層與其它層(例如硅襯底及/或柵極介電層)之間的粗糙度。接口粗糙度的增加使晶體管的可靠度及效能降低。
[0003]因此，存在令具有改良型接口粗糙度的信道硅鍺層較厚又同時維持有效臨界電壓的方法、及所產(chǎn)生的裝置的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本揭示的一個態(tài)樣是用于在PM0SFET中形成氟摻雜信道硅鍺層的有效方法。
[0005]本揭示的另一個態(tài)樣是具有氟摻雜信道硅鍺層的PM0SFET。
[0006]本揭示的另外態(tài)樣及其它特征將在下文的說明中提出，并且在審閱下文后對于所屬領域的技術人員將是顯而易知或可學習自本揭示的實踐?？扇缢綑嗬髸貏e指出而實現(xiàn)并且取得本揭示的優(yōu)點。
[0007]根據(jù)本揭示，某些技術功效可藉由包括如下所述的方法而部分達成:在襯底(substrate)中指定作為信道區(qū)的區(qū)域，在所指定信道區(qū)之上形成信道硅鍺層，以及將氟直接植入到信道硅鍺層內(nèi)。
[0008]本揭示的一個態(tài)樣包括以8X 114至2X 115原子/平方公分(cm2)的劑量在信道硅鍺層中植入氟。本揭示的一個態(tài)樣是以5至10仟電子伏特(keV)的能量在信道硅鍺層中植入氟。本揭示的又一個態(tài)樣是在植入氟之后以400至650°C對信道硅鍺進行退火。本揭示另外的態(tài)樣是形成信道硅鍺層至40到80埃的厚度。本揭示的另一個態(tài)樣是在信道硅鍺層上方形成柵極介電層。本揭示另外的態(tài)樣是在柵極介電層上形成柵極。
[0009]進一步技術功效也可藉由包括如下所述的方法而部分達成:將氟植入到硅襯底中被指定為信道區(qū)的區(qū)域，在所指定信道區(qū)之上形成信道硅鍺層，以及加熱硅襯底和信道硅鍺層以使氟擴散到信道硅鍺層內(nèi)。
[0010]另一個態(tài)樣包括以I X 115至3 X 115原子/平方公分的劑量在所指定信道區(qū)中植入氟。另外的態(tài)樣包括以5至10仟電子伏特的能量在所指定信道區(qū)中植入氟。又一個態(tài)樣包括在植入氟之后以及形成信道硅鍺層之前以650至1050°C對硅襯底進行退火。進一步態(tài)樣包括形成信道硅鍺層至40到80埃的厚度。其它態(tài)樣包括在信道硅鍺層之上形成柵極介電層，其中，硅襯底和信道硅鍺層的加熱發(fā)生在形成柵極介電層期間及/或之后。進一步態(tài)樣包括在柵極介電層上形成柵極，其中，硅襯底和信道硅鍺層的加熱發(fā)生在形成柵極期間及/或之后。
[0011]本揭示的另一個態(tài)樣是裝置，其包括:襯底，襯底中的P型信道區(qū)，以及襯底上的P型信道區(qū)之上的氟摻雜信道硅鍺層，信道硅鍺層形成至40到80埃的厚度。
[0012]態(tài)樣包括以5至1keV的能量植入的氟。另外的態(tài)樣包括以I X 115至3 X 115原子/平方公分的劑量植入并且以650至1050°C進行退火的氟。進一步態(tài)樣包括以8X 114至2 X 115原子/平方公分的劑量植入并且以400至650°C進行退火的氟。又一個態(tài)樣包括信道娃鍺層之上的柵極介電層。另一個態(tài)樣包括柵極介電層之上的高k介電質(zhì)金屬柵極。
[0013]本揭示另外的態(tài)樣及技術功效經(jīng)由下文所述實施方式對所屬領域的技術人員而言將顯而易見，其中，本揭示的具體實施例單純地藉由描述經(jīng)考慮用以實施本揭示的最佳模式予以說明。將了解的是，本揭示能有其它及不同的具體實施例，并且其細節(jié)能以各種明顯方式改進，全部都不脫離本揭示內(nèi)容。因此，圖式及說明本質(zhì)上視為描述性而非限制性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]本揭示藉由實施例而非經(jīng)由限制予以在所附圖式的圖標中描述，并且相同的組件符號意指類似組件，以及其中:
[0015]圖1至圖4為根據(jù)一個示例性具體實施例示意性描述用于在PM0SFET中形成氟摻雜信道硅鍺層的方法；以及
[0016]圖5至圖7為根據(jù)替代的示例性具體實施例示意性描述用于在PM0SFET中形成氟摻雜信道硅鍺層的方法。
[0017]主要組件符號說明
[0018]101 襯底
[0019]103 區(qū)域
[0020]201 信道硅鍺層
[0021]301 氟摻雜信道硅鍺層
[0022]401 柵極介電層
[0023]403 柵極
[0024]405 間隔件
[0025]407 源極/漏極區(qū)
[0026]409 信道
[0027]411 氟摻雜信道硅鍺層
[0028]501 氟摻雜層
[0029]701 氟摻雜信道硅鍺層。

【具體實施方式】
[0030]在下文的說明中，為了解釋，提出許多特定細節(jié)以便透徹理解示例性具體實施例。然而，應該顯而易知的是，可無需這些特定細節(jié)或利用等效配置來實踐示例性具體實施例。在其它實例中，方塊圖中顯示眾所周知的結構和裝置以防示例性具體實施例受到不必要的混淆。另外，除非另有所指，說明書及權利要求書中用來表達數(shù)量、比率、以及成分的數(shù)值特性、反應條件等等的所有數(shù)字在所有實例中都應理解為藉由術語「大約」修飾。
[0031]本揭示處理并且解決了目前為了降低PM0SFET中的臨界電壓將信道硅鍺層形成至足夠厚度所伴隨而來的效能及可靠度不良的問題。根據(jù)本揭示的具體實施例，氟摻雜信道硅鍺層在PM0SFET內(nèi)縮減厚度形成，以改良裝置可靠度及效能同時維持足夠的臨界電壓。
[0032]根據(jù)本揭示一個具體實施例的方法包括在襯底中指定區(qū)域作為信道區(qū)。其次，在所指定信道區(qū)之上形成信道硅鍺層。可將信道硅鍺層形成至40到80埃的厚度。接著，將氟直接植入到信道硅鍺層內(nèi)。后續(xù)步驟可包括在信道硅鍺層上方形成柵極介電層與柵極。
[0033]根據(jù)本揭示另一個具體實施例的方法包括將氟植入到硅襯底中被指定為信道區(qū)的區(qū)域內(nèi)。其次，在所指定信道區(qū)之上形成信道硅鍺層?？蓪⑿诺拦桄N層形成至40到80埃的厚度。隨后，加熱硅襯底及信道硅鍺層以使氟擴散到信道硅鍺層內(nèi)。
[0034]請參閱圖1，根據(jù)一個示例性具體實施例，用于在PM0SFET中形成氟摻雜信道硅鍺層的方法始于襯底101。如圖所示，襯底101可為塊體硅(Si)晶圓。或者，襯底101可為絕緣體上覆硅(SOI)晶圓。在下文所述后續(xù)處理后，襯底可包括將變成信道區(qū)的區(qū)域103。
[0035]其次，如圖2所示，在襯底101上方形成信道硅鍺層201。信道硅鍺層201可形成至40到80埃的厚度并且可根據(jù)諸如藉由外延生長等習知處理技術形成。
[0036]隨后，將氟直接植入到信道硅鍺層201內(nèi)以形成氟摻雜信道硅鍺層301，如圖3所示?？梢? X 114至2 X 115原子/平方公分(atoms/cm2)的劑量及5至10仟電子伏特(keV)的能量植入氟。所植入的氟使產(chǎn)生的PM0SFET的臨界電壓降低并且使信道硅鍺層更薄。植入氟之后，信道硅鍺層301于400至650°C進行退火4分鐘以修復將氟直接植入到信道硅鍺層201內(nèi)所造成的任何植入損壞。
[0037]隨后，如圖5所示，在氟摻雜信道硅鍺層301上方形成柵極介電層401、柵極403、以及間隔件405。接著形成源極/漏極區(qū)407，信道409則在先前置于柵極403下面并且介于源極/漏極區(qū)407之間的區(qū)域103處形成，從而形成PM0SFET?？蓪⒎鷵诫s信道硅鍺層301蝕刻至與柵極403的寬度一樣，如所蝕刻的氟摻雜信道硅鍺層411所示。柵極介電層401可為諸如氮化硅酸鉿(HfS1N)的高k介電質(zhì)，并且柵極403可為金屬柵極。
[0038]較薄的氟摻雜信道硅鍺層301/411導致比提供等效臨界電壓的習知、較厚(例如，等于或大于100埃)、非氟摻雜信道硅鍺層更小的接口粗糙度。較薄的氟摻雜信道硅鍺層301/411也使接口電荷捕捉(trapping)與去陷(de-trapping)更少以及裝置遷移率更高。而且，在襯底101的表面上控制氟植入比控制SiGe生長更容易。信道硅鍺層的厚度縮減再加上諸如SiGe(例如SixGeyOz)頂部上所形成的氧化層中或后續(xù)所形成的高k介電層中的氟消耗型帶電氧空位(fluorine consuming charged oxygen vacancies)的特性改良了所產(chǎn)生的PM0SFET的可靠度及效能。例如，氟摻雜信道硅鍺層301/411比習知、非氟摻雜信道硅鍺層改良了 25至70毫伏(mV)的最大電壓供給(Vddmax)以及20至40mV的時變性介電質(zhì)崩潰電壓(TDDB)。
[0039]請參閱圖5，根據(jù)另一個示例性具體實施例用于在PM0SFET層中形成氟摻雜信道硅鍺層的方法始于圖1中具有區(qū)域103的襯底101。其次，將氟植入到形成氟摻雜層501的區(qū)域103內(nèi)的襯底101的頂部表面內(nèi)，如圖5所示?？蓪⒎訧X 115至3X 11Vcm2的劑量及5至1keV的能量植入到襯底101內(nèi)。氟以此劑量使產(chǎn)生的PM0SFET的臨界電壓降低并且使信道硅鍺層更薄。在植入氟之后，視溫度而定，以650至1050°C退火襯底5至240秒以修復任何由氟植入造成的損壞。
[0040]其次，如圖6所示，在襯底101之上形成信道硅鍺層201。信道硅鍺層201可形成至40到80埃的厚度并且可根據(jù)諸如藉由外延生長的習知處理技術形成。襯底101內(nèi)植入的氟也降低SiGe生長率，使得信道硅鍺層201更薄。
[0041]隨后，如圖7所示，可進行諸如在信道硅鍺層201之上形成柵極介電層401、柵極403、以及間隔件405等額外處理步驟?？蛇M行其它處理步驟以形成源極/漏極區(qū)407，其中，在區(qū)域103先前置于柵極403下面并且介于源極/漏極區(qū)407之間處形成信道區(qū)409，從而形成PM0SFET。任何含括加熱襯底101的后續(xù)處理步驟將造成氟摻雜層501中的氟擴散到信道硅鍺層201內(nèi)以產(chǎn)生氟摻雜信道硅鍺層，其可進一步予以屏蔽并且蝕刻以形成寬度更窄的氟摻雜信道硅鍺層701，如圖7所示。任何后續(xù)加熱也將進一步修復氟植入所造成的襯底101的接口損壞。
[0042]本揭示的具體實施例達到許多技術功效，包括維持有效臨界電壓同時降低PM0SFET中信道硅鍺層與附加層(例如，Si襯底和柵極介電層)之間的接口粗糙度，從而改良晶體管的效能和可靠度。本揭示的具體實施例享有各種工業(yè)應用的用途，舉例如微處理器、智能型手機、行動電話、蜂巢式手機、機上盒、DVD記錄器與播放器、汽車導航、打印機與周邊裝置、網(wǎng)絡與電信設備、游戲系統(tǒng)、以及數(shù)字相機。本揭示因而在各類高整合度半導體裝置中享有產(chǎn)業(yè)利用性。
[0043]在前述說明中，本揭示參照其特定示例性具體實施例予以說明。然而，顯而易見的是，可對其進行各種改進及變更而不脫離本揭示更廣泛的精神與范疇，如權利要求書所述者。說明書及圖式因而視為描述性而非限制性。要理解的是，本揭示能夠使用各種其它組合與具體實施例并且能夠在如本文所表達發(fā)明概念的范疇內(nèi)進行任何變更或改進。
【權利要求】
1.一種方法，包含: 在襯底中指定作為信道區(qū)的區(qū)域； 在該指定信道區(qū)之上形成信道硅鍺層；以及 將氟直接植入到該信道硅鍺層中。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，包含以8X114至2X 115原子/平方公分的劑量植入該氟到該信道硅鍺層中。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，包含以5至10仟電子伏特的能量植入該氟到該信道硅鍺層中。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，進一步包含在植入該氟之后，以400至650°C對該信道硅鍺層進行退火。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，進一步包含形成該信道硅鍺層至40到80埃的厚度。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，進一步包含在該信道硅鍺層上方形成柵極介電層。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，進一步包含在該柵極介電層上形成柵極。
8.一種方法， 包含: 將氟植入到硅襯底中被指定為信道區(qū)的區(qū)域； 在該指定信道區(qū)之上形成信道硅鍺層；以及 加熱該硅襯底和該信道硅鍺層，以使該氟擴散到該信道硅鍺層中。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，包含以IX 115至3X 115原子/平方公分的劑量在該指定信道區(qū)中植入該氟。
10.根據(jù)權利要求8所述的方法，包含以5至10仟電子伏特的能量在該指定信道區(qū)中植入該氟。
11.根據(jù)權利要求8所述的方法，進一步包含在植入該氟之后以及形成該信道硅鍺層之前，以650至1050°C對該硅襯底進行退火。
12.根據(jù)權利要求8所述的方法，包含形成該信道硅鍺層至40到80埃的厚度。
13.根據(jù)權利要求8所述的方法，進一步包含: 在該信道硅鍺層上方形成柵極介電層， 其中，該硅襯底和該信道硅鍺層的該加熱發(fā)生在形成該柵極介電層期間及/或之后。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，進一步包含: 在該柵極介電層上形成柵極， 其中，該硅襯底和該信道硅鍺層的該加熱發(fā)生在形成該柵極期間及/或之后。
15.一種裝置，包含: 襯底； 該襯底中的P型信道區(qū)；以及 該襯底上的該P型信道區(qū)之上的氟摻雜信道硅鍺層，該信道硅鍺層形成至40到80埃的厚度。
16.根據(jù)權利要求15所述的裝置，其中，該氟以5至10仟電子伏特的能量植入。
17.根據(jù)權利要求16所述的裝置，其中，該氟以IX 115至3X 115原子/平方公分的劑量植入，并且以650至1050°C進行退火。
18.根據(jù)權利要求16所述的裝置，其中，該氟以8X114至2X 115原子/平方公分的劑量植入，并且以400至650°C進行退火。
19.根據(jù)權利要求15所述的裝置，進一步包含該信道硅鍺層之上的柵極介電層。
20.根據(jù)權利要求19所述的裝置，進一步包含該柵極介電層之上的金屬柵極。
【文檔編號】H01L21/336GK104051506SQ201410097863
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月17日 優(yōu)先權日:2013年3月15日
【發(fā)明者】N·薩賽特, R·嚴, J·亨治爾, S·Y·翁 申請人:新加坡商格羅方德半導體私人有限公司