具有柵極結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件及其制造方法
【專利說明】具有柵極結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件及其制造方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2014年9月23日提交的韓國專利申請的優(yōu)先權(quán)，該申請的內(nèi)容全文以引用方式整體并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明構(gòu)思一般涉及半導(dǎo)體器件，更具體地說，涉及包括硅鍺溝道的晶體管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0004]鰭式場效應(yīng)晶體管(FinFET)可用于減小短溝道效應(yīng)。硅鍺溝道區(qū)用于提高載流子的迀移率。然而，硅鍺溝道的帶隙小于硅溝道的帶隙，因此，關(guān)斷狀態(tài)的漏電流會由于帶帶遂穿(BTBT)而增大。減小關(guān)斷狀態(tài)的漏電流同時保持載流子的高迀移率的改進(jìn)的方法是被期望的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例提供了一種半導(dǎo)體器件，其包括有源層、柵極結(jié)構(gòu)、間隔件和源極/漏極層。有源層位于襯底上并且包括鍺。有源層包括具有第一鍺濃度的第一區(qū)和位于第一區(qū)的兩側(cè)的第二區(qū)。第二區(qū)的頂表面從第二區(qū)的鄰近第一區(qū)的第一部分朝著第二區(qū)的遠(yuǎn)離第一區(qū)的第二部分變高，并且第二區(qū)具有小于第一鍺濃度的第二鍺濃度。柵極結(jié)構(gòu)形成在有源層的第一區(qū)上。間隔件形成在有源層的第二區(qū)上，并且接觸柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁。源極/漏極層鄰近有源層的第二區(qū)。
[0006]在另一些實(shí)施例中，第一鍺濃度在第一區(qū)中可實(shí)質(zhì)上恒定，并且第二鍺濃度可從第二區(qū)的第一部分朝著第二部分減小。
[0007]在另一些實(shí)施例中，源極/漏極層可具有第三鍺濃度，并且第三鍺濃度的最大值可大于第一鍺濃度。
[0008]在一些實(shí)施例中，間隔件的底表面可從間隔件的鄰近第一區(qū)的第一部分朝著間隔件的遠(yuǎn)離第一區(qū)的第二部分變高。
[0009]在另一些實(shí)施例中，間隔件在其接觸柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁的內(nèi)側(cè)壁上可具有在水平方向上的凹槽。
[0010]在另一些實(shí)施例中，間隔件可具有接觸柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁的豎直內(nèi)側(cè)壁。
[0011]在一些實(shí)施例中，柵極結(jié)構(gòu)可具有包括金屬的柵電極以及包圍柵電極的底部和側(cè)壁的高k電介質(zhì)層圖案。
[0012]在另一些實(shí)施例中，柵極結(jié)構(gòu)還可包括在有源層與高k電介質(zhì)層圖案之間的氧化硅層圖案。
[0013]在另一些實(shí)施例中，氧化硅層圖案可僅形成在有源層的第一區(qū)上。
[0014]在一些實(shí)施例中，氧化硅層圖案不僅可形成在有源層的第一區(qū)上，而且還可形成在有源層的第二區(qū)的至少一部分上。
[0015]在另一些實(shí)施例中，柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁可具有在水平方向上的突起。
[0016]在另一些實(shí)施例中，柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁可具有豎直側(cè)壁。
[0017]在一些實(shí)施例中，有源層和源極/漏極層中的每一個可包括硅鍺。
[0018]在另一些實(shí)施例中，源極/漏極層可重度摻雜有p型雜質(zhì)，并且有源層的第二區(qū)可輕度摻雜有P型雜質(zhì)。
[0019]在另一些實(shí)施例中，有源層的第一區(qū)的頂表面在一定方向上可以是平坦的，并且可不高于有源層的第二區(qū)的頂表面。
[0020]在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件還可包括襯底上的隔離層圖案，隔離層圖案包圍有源層的側(cè)壁。
[0021]在另一些實(shí)施例中，隔離層圖案的頂表面可低于有源層的頂表面。
[0022]本發(fā)明構(gòu)思的其它實(shí)施例提供了一種半導(dǎo)體器件，其包括有源層、柵極結(jié)構(gòu)、間隔件和源極/漏極層。有源層形成在襯底上并且包括鍺。有源層包括具有第一鍺濃度的第一區(qū)和位于第一區(qū)的兩側(cè)上的第二區(qū)。第二區(qū)具有第二鍺濃度，第二鍺濃度從第二區(qū)的鄰近第一區(qū)的第一部分朝著第二區(qū)的遠(yuǎn)離第一區(qū)的第二部分從第一鍺濃度減小。柵極結(jié)構(gòu)形成在有源層的第一區(qū)上。間隔件形成在有源層的第二區(qū)上，并且接觸柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁。源極/漏極層鄰近有源層的第二區(qū)。
[0023]在一些實(shí)施例中，有源層的第二區(qū)的頂表面可從第一部分朝著第二部分變高。
[0024]在另一些實(shí)施例中，間隔件的底表面可從間隔件的鄰近第一區(qū)的第一部分朝著間隔件的遠(yuǎn)離第一區(qū)的第二部分變高。
[0025]在另一些實(shí)施例中，柵極結(jié)構(gòu)可包括有源層上的氧化硅層圖案、氧化硅層圖案和間隔件的內(nèi)側(cè)壁上的高k電介質(zhì)層圖案以及包括金屬的柵電極。高k電介質(zhì)層圖案可包圍柵電極的底部和側(cè)壁。
[0026]在一些實(shí)施例中，源極/漏極層可重度摻雜有p型雜質(zhì)，并且有源層的第二區(qū)可輕度摻雜有P型雜質(zhì)。
[0027]本發(fā)明構(gòu)思的其它實(shí)施例提供了制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括在襯底上形成包括硅鍺的有源層。將有源層部分地氧化，以在有源層上形成氧化硅層，以使得氧化硅層下方的有源層的第一區(qū)具有第一鍺濃度，并且使得有源層的第二區(qū)具有小于第一鍺濃度的第二鍺濃度，有源層的第二區(qū)鄰近氧化硅層下方的第一區(qū)。去除氧化硅層以暴露出有源層的第一區(qū)和第二區(qū)。將源極/漏極層形成在鄰近有源層的第二區(qū)的有源層上。將柵極結(jié)構(gòu)形成在有源層的暴露的第一區(qū)上。
[0028]在另一些實(shí)施例中，當(dāng)將有源層部分地氧化以在有源層上形成氧化硅層時，可形成掩模以部分地覆蓋有源層，并且可氧化有源層。
[0029]在一些實(shí)施例中，可通過氧化有源層的步驟對有源層的未被掩模覆蓋的一部分和有源層的被有源層覆蓋的一部分進(jìn)行氧化。
[0030]在另一些實(shí)施例中，有源層的第二區(qū)可與掩模豎直地重疊，并且有源層的第一區(qū)可不與掩模豎直地重疊。
[0031]在另一些實(shí)施例中，在去除氧化硅層以暴露出有源層的第一區(qū)和第二區(qū)之后，可在有源層的暴露的第一區(qū)和第二區(qū)和掩模上形成偽柵極絕緣層。可在偽柵極絕緣層上形成偽柵電極層以充分覆蓋掩模?？蓪螙烹姌O層和偽柵極絕緣層平面化直至可暴露出掩模的頂表面為止，以分別形成偽柵電極和偽柵極絕緣層圖案?？蓪⒀谀Ｈコ员┞冻鲇性磳?。
[0032]在一些實(shí)施例中，當(dāng)將掩模去除以暴露出有源層時，可至少部分地去除偽柵電極的側(cè)壁上的偽柵極絕緣層圖案的一部分，并且有源層上的偽柵極絕緣層圖案的其余部分和偽柵電極可形成偽柵極結(jié)構(gòu)。
[0033]在另一些實(shí)施例中，可形成覆蓋偽柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁的間隔件。
[0034]在另一些實(shí)施例中，當(dāng)去除掩模以暴露出有源層時，可暴露出有源層的第二區(qū)，并且在形成覆蓋偽柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁的間隔件之前，可用雜質(zhì)摻雜暴露的有源層的第二區(qū)。
[0035]在一些實(shí)施例中，可在有源層的第一區(qū)上形成偽柵極結(jié)構(gòu)，并且可在有源層的第二區(qū)上形成間隔件。
[0036]在另一些實(shí)施例中，當(dāng)柵極結(jié)構(gòu)形成在暴露的有源層的第一區(qū)上時，可在襯底上形成絕緣隔層以覆蓋偽柵極結(jié)構(gòu)和間隔件?？蓪⒔^緣隔層平面化直至可暴露出偽柵極結(jié)構(gòu)的頂表面為止，以形成絕緣隔層圖案?？扇コ┞兜膫螙艠O結(jié)構(gòu)，以形成暴露出有源層的第一區(qū)的開口?？尚纬蓶艠O結(jié)構(gòu)以填充開口。
[0037]在另一些實(shí)施例中，當(dāng)形成柵極結(jié)構(gòu)時，可在開口的底部和側(cè)壁以及絕緣隔層圖案上形成高k電介質(zhì)層?？稍诟遦電介質(zhì)層上形成柵電極層，以充分填充開口?？蓪烹姌O層和高k電介質(zhì)層平面化直至可暴露出絕緣隔層圖案的頂表面為止，以形成包括柵電極和包圍柵電極的底部和側(cè)壁的高k電介質(zhì)層圖案的柵極結(jié)構(gòu)。
[0038]在一些實(shí)施例中，在開口的底部和側(cè)壁以及絕緣隔層圖案上形成高k電介質(zhì)層之前，可在有源層的暴露的第一區(qū)上形成氧化硅層圖案?？稍谘趸鑼訄D案的頂表面、開口的側(cè)壁以及絕緣隔層圖案上形成高k電介質(zhì)層。
[0039]在另一些實(shí)施例中，當(dāng)在鄰近有源層的第二區(qū)的有源層上形成源極/漏極層時，可去除有源層的未被偽柵極結(jié)構(gòu)和間隔件覆蓋的上部，以形成凹槽?？蓤?zhí)行外延層生長工藝以形成填充凹槽的硅鍺層。
[0040]在另一些實(shí)施例中，當(dāng)形成硅鍺層時，可形成摻有p型雜質(zhì)的硅鍺層。
[0041]在一些實(shí)施例中，在襯底上形成包括硅鍺的有源層之后，可形成至少部分地覆蓋有源層的側(cè)壁的隔離層圖案。
[0042]在本發(fā)明構(gòu)思的另一些實(shí)施例中，由于有源層形成為包括硅鍺，因此包括該有源層的半導(dǎo)體器件可具有高載流子迀移率。具體地說，用作溝道的有源層的第一區(qū)可具有高鍺濃度，因此可提高載流子迀移率。用作LDD區(qū)的有源層的第二區(qū)的鍺濃度可小于第一鍺濃度，因此可減小關(guān)斷狀態(tài)下的漏電流。
【附圖說明】
[0043]通過以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，將更清楚地理解示例實(shí)施例。圖1至圖49表示本文所述的非限制性示例實(shí)施例。
[0044]圖1和圖2是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的剖視圖。
[0045]圖3是示出圖1的半導(dǎo)體器件的平面圖。
[0046]圖4是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的剖視圖。
[0047]圖5至圖32是示出在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造中的工藝步驟的平面圖和剖視圖。
[0048]圖33至圖34是示出在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造中的工藝步驟的平面圖。
[0049]圖35是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的剖視圖。
[0050]圖36至圖38是示出在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造中的工藝步驟的剖視圖。
[0051]圖39是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的剖視圖。
[0052]圖40至圖42是示出在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造中的工藝步驟的剖視圖。
[0053]圖43是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的剖視圖。
[0054]圖44至圖49是在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造中的工藝步驟的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0055]下文中，將參照其中示出了一些示例實(shí)施例的附圖更完全地描述各個示例實(shí)施例。然而，本發(fā)明構(gòu)思可按照許多不同形式實(shí)現(xiàn)，并且不應(yīng)理解為限于本文闡述的示例實(shí)施例。相反，提供這些示例實(shí)施例以使得本說明書將是徹底和完整的，并且將把本發(fā)明構(gòu)思的范圍完全傳遞給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚起見，可夸大層和區(qū)的大小和相對大小。
[0056]應(yīng)該理解，當(dāng)一個元件或?qū)颖环Q作“位于”另一元件或?qū)印吧稀?、“連接至”或“結(jié)合至”另一元件或?qū)訒r，所述一個元件或?qū)涌芍苯游挥谠摿硪辉驅(qū)由?、連接至或結(jié)合至該另一元件或?qū)樱蛘呖纱嬖谥虚g元件或?qū)?。相反，?dāng)一個元件被稱作“直接位于”另一元件或?qū)印吧稀?、“直接連接至”或“直接結(jié)合至”另一元件或?qū)訒r，不存在中間元件或?qū)?。相同的附圖標(biāo)記始終指代相同元件。如本文所用，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)所列項(xiàng)之一或多個的任何和所有組合。
[0057]應(yīng)該理解，雖然本文中可使用術(shù)語例如第一、第二、第三、第四來描述多個元件、組件、區(qū)、層和/或部分，但是這些元件、組件、區(qū)、層和/或部分不應(yīng)被這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅用于將一個元件、組件、區(qū)、層或部分與另一區(qū)、層或部分區(qū)分開。因此，下面討論的第一元件、第一組件、第一區(qū)、第一層或第一部分可被稱作第二元件、第二組件、第二區(qū)、第二層或第二部分，而不脫離本發(fā)明構(gòu)思的教導(dǎo)。
[0058]為了方便描述，本文中可使用諸如“在……下方”、“在……之下”、“下”、“在……之上”、“上”等的空間相對術(shù)語，以描述附圖中所示的一個元件或特征與另一元件或特征的關(guān)系。應(yīng)該理解，空間相對術(shù)語旨在涵蓋使用或操作中的裝置的除圖中所示的取向之外的不同取向。例如，如果圖中的裝置顛倒，則被描述為“在其它元件或特征之下”或“在其它元件或特征下方”的元件將因此被取向?yàn)椤霸谄渌蛱卣髦稀?。因此，示例性術(shù)語“在……之下”可涵蓋“在……之上”和“在……之下”這兩個取向。裝置可按照其它方式取向(旋轉(zhuǎn)90度或位于其它取向