專利名稱：具有防止等離子體損害的光子吸收層的半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，以及一種用于在等離子體處理過程中防止對器件的等離子誘導(dǎo)損害的處理方法。特別是，本發(fā)明涉及一種MOSFET半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，以及一種用于在層間介電層的高密度等離子體沉積過程中防止對柵極氧化物的等離子誘導(dǎo)損害的處理方法。
背景技術(shù)：
隨著超大規(guī)模集成電路(ULSI)技術(shù)的不斷進(jìn)步，用于蝕刻和沉積的等離子體處理的應(yīng)用也不斷增加。由于較低的處理溫度，等離子體沉積提供了很好的熱平衡控制，所以等離子體沉積是一種優(yōu)選的處理過程。等離子體沉積和蝕刻提供了很高的方向性，這種很高的方向性可以在沉積過程中產(chǎn)生很高的間隙填充能力。等離子體處理固有地會產(chǎn)生光子。當(dāng)這些光子被柵極氧化物吸收時(shí)，它們會導(dǎo)致?lián)p害。這種損害被稱為等離子誘導(dǎo)損害(PID)。PID降低柵極氧化物的可靠性，并可能增加器件失效的可能性。柵極氧化物中的PID導(dǎo)致了柵極漏電流。
盡管在過去對柵極氧化物的PID被認(rèn)為是可以接受的，但近來，由于更薄的柵極氧化物的使用和高密度等離子體(HDP)沉積和蝕刻技術(shù)的使用，在柵極氧化物中產(chǎn)生了大量的PID，因此，考慮避免或?qū)艠O氧化物的PID損害減到最小是很必要的。HDP沉積和蝕刻處理與大部分光子聯(lián)系在一起，而這些光子又具有更容易穿透各層?xùn)艠O堆的可能，從而，對柵極氧化物造成更大的損害。事實(shí)上，與HDP聯(lián)系在一起的光子的量可以足夠克服對柵極堆的保護(hù)，該保護(hù)是由形成在柵極堆上的光子吸收層提供的。目前，HDP處理被廣泛地用于進(jìn)行柵極結(jié)構(gòu)上的層間介電層沉積。因此，在這個(gè)過程中對柵極氧化物層的PID需要被消除掉或被減到最小以得到高的器件性能。下面參考圖1和2更清楚地解釋柵極氧化物層的PID問題。
圖1示出了傳統(tǒng)的MOS晶體管的結(jié)構(gòu)。在一硅襯底10上形成有隔離區(qū)15、一柵極氧化物層20、一柵極導(dǎo)電層25和一柵極硬掩膜30。硬掩膜層30、柵極導(dǎo)電層25和柵極氧化物層20被形成圖案，并且這三個(gè)層一起形成一柵極結(jié)構(gòu)(G)。通過離子注入形成源極/漏極區(qū)40a和40b內(nèi)較淺的輕摻雜部分。接下來，在柵極結(jié)構(gòu)(G)上形成一柵極間隔35。然后，將雜質(zhì)注入到襯底內(nèi)以形成MOS晶體管中源極/漏極區(qū)40a和40b內(nèi)重?fù)诫s的較深的部分。接下來，在形成的結(jié)構(gòu)上形成一蝕刻停止層45。形成該蝕刻停止層45用以保護(hù)源極/漏極區(qū)40a和40b的有效表面，并通過經(jīng)過在接下來的步驟中形成的層間介電層50進(jìn)行蝕刻來形成接觸孔。
傳統(tǒng)地，蝕刻停止層45是由氮氧化硅(SiON)或氮化硅(SiN)制成的。接下來，在蝕刻停止層45上沉積一層間介電層50。利用HDP處理在相鄰柵極結(jié)構(gòu)(G)之間的一較窄的空間內(nèi)形成中間介電材料。但是HDP處理有這樣一個(gè)問題，即其在高密度程度時(shí)產(chǎn)生光子。結(jié)果，在層間介電層50的沉積處理過程中光子被吸收到柵極氧化物層20內(nèi)，并產(chǎn)生了一柵極漏電流。
參考圖2更詳細(xì)地解釋柵極漏電流問題。圖2示出了在利用HDP處理或不利用HDP處理形成層間介電層50時(shí)一柵極電流隨柵極電壓的變化，其中沒有偏壓連接到源極/漏極端。HDP沉積處理后，當(dāng)將一電壓施加到柵極導(dǎo)電層25上時(shí)，在柵極氧化物20中產(chǎn)生了一漏電流。圖2中，用標(biāo)記(a)指示的曲線示出了在沒利用HDP處理沉積層間介電層50時(shí)在柵極氧化物20中的漏電流(Ig)。用標(biāo)記(b)和(c)指示的曲線示出了在利用HDP處理沉積層間介電層50時(shí)與曲線(a)相比在柵極氧化物中更高的漏電流。對于標(biāo)記為(c)的曲線，其利用了比(b)的時(shí)間更長的HDP處理時(shí)間(因此，產(chǎn)生了更多的光子)。更長的HDP處理時(shí)間導(dǎo)致了與曲線(b)相比在曲線(c)中更高的柵極漏電流。這種隨等離子體處理增加了柵極氧化物的漏電流的現(xiàn)象就是等離子誘導(dǎo)損害(PID)。
如圖3所示，在HDP處理中產(chǎn)生的光子的波長在300-800nm的范圍內(nèi)。由SiN制成的蝕刻停止層45不容易吸收波長大于300nm的光子。對于200nm以下的波長氮化硅的消光系數(shù)k是非零的，對于100nm左右波長其峰值為1.5。對于大于200nm的波長，氮化硅的k值主要為零(0)。對于大于大約200nm的波長，SiO2的k值主要為零(0)。對于SiON，該SiON是SiO2和SiN的混合物，對于大于200nm的波長希望其k值為零。因此，當(dāng)被用于形成蝕刻停止層45時(shí)，氮化硅或SiON在吸收波長大于200nm的光子方面是無效的，在層間介電層50的HDP沉積過程中保護(hù)柵極氧化物層20不受PID方面也是無效的。由于上面的原因，希望有新的方法用來在層間介電層50的HDP沉積過程中防止或?qū)艠O氧化物層20的PID減到最小。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于在層間介電層的HDP沉積處理過程中防止或?qū)艠O氧化物的PID問題減到最小。本發(fā)明的一個(gè)主要特征包括通過插入光子吸收層提供一種用于吸收光子的裝置，該光子波長范圍為300-1200nm，其是在HDP處理過程中產(chǎn)生的，該光子吸收層是由具有比SiN或SiON更低的帶隙能量的材料制成。
在本發(fā)明中，一硅鍺層或者硅層和硅鍺層一起被用作光子吸收層。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的特征，提供了MOSFET半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，用于防止在層間介電層的高密度等離子體沉積過程中在柵極氧化物中的等離子誘導(dǎo)損害。
本發(fā)明還提供了制造MOSFET半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的方法，目的在于防止在層間介電層的高密度等離子體沉積過程中在柵極氧化物中的等離子誘導(dǎo)損害。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括一襯底，一形成在襯底上的柵極結(jié)構(gòu)，一具有硅鍺層的光子吸收層，該硅鍺層形成在柵極結(jié)構(gòu)和襯底的上面，和一形成在光子吸收層上面的層間介電層。蝕刻停止層可以形成在柵極結(jié)構(gòu)和光子吸收層之間。蝕刻停止層可以由SiN或SiON形成。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括一襯底，一形成在襯底上的柵極結(jié)構(gòu)，一具有硅層和硅鍺層的多層光子吸收層，該硅層和硅鍺層形成在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面，和一形成在多層光子吸收層上面的層間介電層。蝕刻停止層可以形成在柵極結(jié)構(gòu)和多層光子吸收層之間。蝕刻停止層可以由SiN或SiON形成。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括一襯底，一形成在襯底上的柵極結(jié)構(gòu)，一包含至少一種雜質(zhì)并形成在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面的硅層，該雜質(zhì)具有小于硅帶隙能量的帶隙能量，和一形成在包含至少一種雜質(zhì)的硅層上面的層間介電層。蝕刻停止層可以形成在柵極結(jié)構(gòu)和包含至少一種雜質(zhì)的硅層之間。蝕刻停止層可以由SiN或SiON形成。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成一柵極結(jié)構(gòu)，在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面形成一包含至少一種雜質(zhì)的硅層，該至少一種雜質(zhì)具有小于大約1.1eV的帶隙能量，和形成一層間介電層，該層間介電層形成在包含至少一種雜質(zhì)的硅層上面。根據(jù)本發(fā)明這個(gè)實(shí)施例的特征，包含至少一種雜質(zhì)的硅層可以通過離子注入法將雜質(zhì)注入到硅層中而形成。根據(jù)本發(fā)明這個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)特征，可以將雜質(zhì)注入到硅層以達(dá)到硅層的一預(yù)定深度，或者可以將雜質(zhì)注入到硅層以達(dá)到硅層的一整個(gè)深度。根據(jù)本發(fā)明這個(gè)實(shí)施例的又一個(gè)特征，可以將雜質(zhì)注入到硅層以達(dá)到硅層的一部分深度。根據(jù)本發(fā)明這個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)特征，該方法可以包括在形成包含至少一種雜質(zhì)的硅層之前在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面形成一蝕刻停止層。根據(jù)本發(fā)明這個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)特征，蝕刻停止層可以由SiN或SiON形成。根據(jù)本發(fā)明這個(gè)實(shí)施例的再一個(gè)特征，包含在硅層中的雜質(zhì)可以是鍺。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成一柵極結(jié)構(gòu)，在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面形成一硅層，在硅層上面形成一包含至少一種雜質(zhì)的硅層，該至少一種雜質(zhì)具有小于大約1.1eV的帶隙能量，和在包含至少一種雜質(zhì)的硅層上面形成一層間介電層。根據(jù)本發(fā)明這個(gè)實(shí)施例的一個(gè)特征，包含至少一種雜質(zhì)的硅層可以通過離子注入法將雜質(zhì)注入到硅層中而形成。根據(jù)本發(fā)明這個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)特征，可以將雜質(zhì)注入到硅層以達(dá)到硅層的一預(yù)定深度，或者可以將雜質(zhì)注入到硅層以達(dá)到硅層的一整個(gè)深度。根據(jù)本發(fā)明這個(gè)實(shí)施例的又一個(gè)特征，可以將雜質(zhì)注入到硅層以達(dá)到硅層的一部分深度。根據(jù)本發(fā)明這個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)特征，制造半導(dǎo)體器件的方法還包括在形成硅層之前在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面形成一蝕刻停止層。根據(jù)本發(fā)明這個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)特征，蝕刻停止層可以由SiN或SiON形成。根據(jù)本發(fā)明這個(gè)實(shí)施例的再一個(gè)特征，包含在硅層中的雜質(zhì)可以是鍺。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成一柵極結(jié)構(gòu)，在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面通過外延生長法形成一硅鍺層，和在硅鍺層上面形成一層間介電層。根據(jù)本發(fā)明這個(gè)實(shí)施例的一個(gè)特征，該方法可以還包括在形成硅鍺層之前在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面形成一蝕刻停止層。根據(jù)本發(fā)明這個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)特征，蝕刻停止層可以由SiN或SiON形成。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成柵極結(jié)構(gòu)，在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面形成一硅層，在硅層上面通過外延生長法形成一硅鍺層，和在硅鍺層上面形成一層間介電層。根據(jù)本發(fā)明這個(gè)實(shí)施例的一個(gè)特征，制造半導(dǎo)體器件的方法還包括在形成硅層之前在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面形成一蝕刻停止層。根據(jù)本發(fā)明這個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)特征，蝕刻停止層可以由SiN或SiON形成。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成一柵極結(jié)構(gòu)，在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面通過外延生長法形成一硅鍺層，在硅鍺層上面形成一硅層；和在硅層上面形成一層間介電層。根據(jù)本發(fā)明這個(gè)實(shí)施例的一個(gè)特征，制造半導(dǎo)體器件的方法還包括在形成硅鍺層之前在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面形成蝕刻停止層。根據(jù)本發(fā)明這個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)特征，蝕刻停止層可以由SiN或SiON形成。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成一柵極結(jié)構(gòu)，通過離子注入法將鍺離子注入到一第一硅層中以在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面形成一硅鍺層，在硅鍺層上面形成一第二硅層，和在硅層上面形成一層間介電層。根據(jù)本發(fā)明這個(gè)實(shí)施例的一個(gè)特征，制造半導(dǎo)體器件的方法還包括在形成第一硅層之前在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面形成一蝕刻停止層。根據(jù)本發(fā)明這個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)特征，蝕刻停止層可以由SiN或SiON形成。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成一柵極結(jié)構(gòu)，在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面形成一硅層，通過使用預(yù)定能量的鍺離子直接在柵極結(jié)構(gòu)和襯底的頂部在硅層的底部形成一硅鍺層，和在硅層上面形成一層間介電層。根據(jù)本發(fā)明這個(gè)實(shí)施例的一個(gè)特征，制造半導(dǎo)體器件的方法還包括在形成硅層之前在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面形成一蝕刻停止層。根據(jù)本發(fā)明這個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)特征，蝕刻停止層可以由SiN和SiON形成。
通過參考附圖對優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述將使本發(fā)明的上述和其它特征和優(yōu)點(diǎn)對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員變得更明顯，附圖中
圖1示出了傳統(tǒng)的MOS晶體管結(jié)構(gòu)的橫截面圖；圖2是示出了柵極電流隨柵極電壓變化的曲線圖，其中沒有偏壓被施加到(浮點(diǎn)型)源極和漏極端上，并且是分別在(a)沒有利用高密度等離子體處理，(b)利用了高密度等離子體處理，和(c)用比(b)更長的時(shí)間利用高密度等離子體處理沉積層間介電層時(shí)得到的曲線圖；圖3是示出了在200-800nm波長范圍內(nèi)與高密度等離子體處理有關(guān)的典型光發(fā)射光譜的圖；圖4是示出了Si和SiGe(摩爾百分比為20％Si∶80％Ge)的消光系數(shù)k隨分子波長變化的曲線圖；圖5是示出了SiGe的帶隙能量隨SiGe化合物中的Ge原子分?jǐn)?shù)變化的曲線圖；圖6A到6C通過根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的器件結(jié)構(gòu)的橫截面圖示出了工藝流程步驟；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的器件結(jié)構(gòu)的橫截面圖；和圖8示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的器件結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
在下文中將參考附圖更完整地描述本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。但是，本發(fā)明可以用不同的方式來實(shí)施，并且不應(yīng)該把本發(fā)明理解為被限定到這里提到的實(shí)施例中。相反，提供這些實(shí)施例是使得這種公開將很詳盡并完整，并且對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將完全覆蓋本發(fā)明的范圍。在附圖中，為了清楚放大了各層和各部位的厚度。
在室溫條件下硅層的帶隙能量大約為1.1eV。硅在300-80nm的波長范圍內(nèi)具有非零的消光系數(shù)k。如圖4所示，對于Si，在波長為大約430nm時(shí)峰值k的值大約為3.2，減小和增大波長時(shí)k值都會下降。在600-800nm的波長范圍內(nèi)時(shí)k值減小到小于2。
傳統(tǒng)地，如下面的等式(1)和(2)所示根據(jù)Beer-LambertLaw表示出吸收系數(shù)α和消光系數(shù)kI＝I0e-αd(1)α＝4πk/λ (2)在上面的等式中，I是在光經(jīng)過了吸收層后的光強(qiáng)度，I0是在入射時(shí)的初始光強(qiáng)度以及d是光吸收層的厚度。根據(jù)等式(2)，吸收系數(shù)α正比于消光系數(shù)k。因此，k的值越大，吸收系數(shù)α就越大。根據(jù)等式(1)，如果α增大，I就會按指數(shù)規(guī)律減小，因此就會吸收更多的光。因而，由于在300-600nm波長范圍內(nèi)k的值是非零的，在430nm附近其峰值為3.2，所以在300-600nm波長范圍內(nèi)時(shí)大部分的光子都被硅層吸收了。此外，根據(jù)等式(1)，I反比于吸收層的厚度。因此，重要的是認(rèn)識到了根據(jù)撞擊到吸收層上的光子的強(qiáng)度吸收層的厚度是固定的。
波長為300-600nm的光子很容易被硅層吸收，該硅層在300-600nm的波長范圍內(nèi)具有較高的消光系數(shù)。但是，與波長在300到600nm范圍內(nèi)的光子相比，波長大于600nm的光子不容易被硅層吸收。然而，當(dāng)將鍺注入到硅光子吸收層內(nèi)時(shí)，光子吸收層的帶隙就會隨著Ge濃度的增加而減小，因此波長大于600nm的光子就會容易地被吸收層吸收了。圖5中示出了光子吸收層的帶隙能量隨Si層中Ge濃度百分比的變化。隨著包含在Si光子吸收層中的Ge含量的增加，光子吸收層的帶隙能量從1.1eV減小到了0.7eV。隨著光子吸收層帶隙能量的減小，具有更長波長的光子就可以被吸收了。
等式(3)說明了帶隙能量和特有的光子波長之間的相互關(guān)系。
E＝hν＝hc/λ(3)在等式(3)中，E表示能量，h是普朗克常數(shù)，ν表示光頻率，c表示光速，λ表示光波長。根據(jù)等式(3)，E反比于λ。因此，隨著光子波長的增加，其能量減小了。因此為了吸收波長高于600nm的光子，光子吸收層應(yīng)該具有比Si的帶隙小的帶隙。
圖4示出了硅鍺層的吸收系數(shù)隨光子波長的變化，該硅鍺層的摩爾百分比為20％硅∶80％鍺。從圖4中可以清楚地看到，該硅鍺層可以容易地吸收波長為600-900nm的光子。因此，為了擴(kuò)展可以被光子吸收層吸收的光子的波長范圍，有利的是在Si光子吸收層內(nèi)包含有Ge。
下面參考圖6A到6C提供根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的器件結(jié)構(gòu)和制造這種器件的詳細(xì)描述。
參考圖6A，淺溝槽隔離105形成在半導(dǎo)體襯底100內(nèi)。柵極氧化物110、柵極導(dǎo)電層115和硬掩模120以這種規(guī)定的順序形成在襯底100上，并形成圖案以形成柵極結(jié)構(gòu)(g)。接下來，利用作為掩模的柵極結(jié)構(gòu)(g)將雜質(zhì)注入到襯底內(nèi)以形成源極/漏極區(qū)130a、130b內(nèi)淺的輕摻雜部分(LDD)。接下來，將絕緣層(未示出)沉積到柵極結(jié)構(gòu)上。該絕緣層可以由氮化硅形成。通過各向異性蝕刻處理蝕刻該絕緣層，以形成柵極間隔125。接下來，通過利用一起作為注入掩模的柵極結(jié)構(gòu)(g)和墊片125可以注入高劑量雜質(zhì)，以形成源極/漏極區(qū)130a和130b內(nèi)更深的重?fù)诫s部分。
在上述成形的結(jié)構(gòu)上沉積中間介電(ILD)層以及形成接觸孔以通過ILD層連接源極/漏極區(qū)130a、130b是接下來的工藝步驟。此時(shí)，在沉積并蝕刻ILD層以形成接觸孔之前，必須要保護(hù)源極/漏極區(qū)的表面以避免在對層間介電層150進(jìn)行蝕刻以形成接觸孔的過程中被損壞。還需要保護(hù)柵極結(jié)構(gòu)(g)，以將在ILD層高密度等離子體(HDP)沉積處理步驟中柵極氧化層110的等離子誘導(dǎo)損害(PID)減到最小。從而，蝕刻停止層140形成在了上述成形的結(jié)構(gòu)上。通常，與層間介電層150相比具有高蝕刻選擇性的材料被用作蝕刻停止層140。例如，氮化硅層(SiN)或氮氧化硅層(SiON)可以被用作蝕刻停止層140。然后，為了將在沉積層間介電層150的過程中由HDP處理產(chǎn)生的PID減到最小，在蝕刻停止層140上形成一光子吸收層145。最初，光子吸收層145是完全由Si形成的。硅層的厚度從10到200埃。可以根據(jù)層間介電層150的厚度或HDP處理的時(shí)間來調(diào)整硅層的厚度。例如，在層間介電層150的厚度為4000-5000埃的情況下，光子吸收層145的厚度為50-70埃。在HDP處理過程中產(chǎn)生的光子中的大約50％被具有這種厚度的光子吸收層吸收。等離子體增強(qiáng)化學(xué)蒸氣沉積(PECVD)處理可以被用于沉積光子吸收層145。因?yàn)镻ECVD處理具有很好的臺階覆蓋性，所以光子吸收層145均勻地形成在蝕刻停止層140上。此外，因?yàn)楣庾游諏?45相對較薄，并且其處理時(shí)間只有1-10秒，所以在PECVD處理過程中不會產(chǎn)生可對柵極氧化層110帶來任何損害的足夠的光子。
接下來，如圖6B中所示，利用離子注入處理來將鍺注入到光子吸收層145中，該光子吸收層145最初是由Si形成的。注入硅層的鍺離子具有比硅的帶隙能量更低的帶隙能量。結(jié)果，形成了鍺化硅(SiGe)光子吸收層146。這意味著，Si光子吸收層145通過Ge注入被轉(zhuǎn)換成了SiGe光子吸收層146。通常，鍺具有大約0.7eV的帶隙。從而，根據(jù)注入到最初Si層145中的鍺離子的量控制了光子吸收層146的帶隙能量。圖5示出了SiGe光子吸收層146的帶隙能量隨SiGe層146中被注入的Ge的原子百分比的變化。當(dāng)注入硅層145中的鍺的量增加時(shí)，光子吸收層146的帶隙能量從大約1.1eV減小到0.7eV。如上所述，由于光子吸收層146的帶隙能量減小了，所以具有更長波長的光子也可以被光子吸收層146吸收。波長在300-600nm之間的光子很容易被硅層145吸收。但是，波長大于600nm的光子就很難被吸收到硅層145中。但是，當(dāng)將鍺注入到硅層145后，光子吸收層146的帶隙減小了，波長大于600nm的光子就很容易被吸收了。圖4示出了硅和硅鍺(摩爾百分比為20％Si∶80％Ge)層的吸收系數(shù)隨光子波長的變化。參考圖4，很明顯的是，硅鍺(摩爾百分比為20％Si∶80％Ge)層可以很容易地吸收波長在大約600-900nm范圍內(nèi)的光子?？商鎿Q地，由SiGe合金制成的光子吸收層146可以通過外延生長法來形成，取代了通過將Ge離子注入Si層145的方法。還可以使用其帶隙小于Si帶隙(1.1eV)的其它任何一種元素來取代Ge。
在完成光子吸收層146的形成后，如圖6C所示利用HDP處理形成層間介電層150。利用HDP處理形成的層間介電層150具有柵極結(jié)構(gòu)(g)之間很好的填充沉積。在HDP處理過程中形成的大部分光子都被光子吸收層146吸收了。這樣，上面就提供了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的器件結(jié)構(gòu)和該器件結(jié)構(gòu)制造過程的詳細(xì)描述。
現(xiàn)在將分別參考圖7和圖8描述根據(jù)本發(fā)明第二和第三實(shí)施例的器件結(jié)構(gòu)和制造該器件的方法。直到蝕刻停止層140的形成，第二和第三實(shí)施例中制造該器件的方法都與用于第一實(shí)施例的描述相同。因此，這里將不再重復(fù)直到該步驟的過程描述。
如圖7所示，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，硅層145和硅鍺層146形成在蝕刻停止層140上。在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，首先形成Si層145，該Si層145的厚度大于在第一實(shí)施例中形成的Si層145的厚度。形成該硅層145的過程與第一實(shí)施例的過程相似。在第二實(shí)施例中，為了形成多層光子吸收層147，在形成硅層145之后，整個(gè)Si層145的上面部分通過Ge離子注入被轉(zhuǎn)換成SiGe層146。這樣，圖7中的多層光子吸收層147是由在底部的硅層145和SiGe層146形成的，其中在底部的硅層145直接在蝕刻停止層140上面，而SiGe層146直接在Si層145上面。可以通過調(diào)節(jié)Ge離子能量控制SiGe層的厚度，并且可以通過調(diào)節(jié)Ge離子注入劑量控制SiGe層中Ge濃度的百分比。SiGe層中Ge濃度的百分比可以是零(0)和100之間的任意一個(gè)值?？商鎿Q地，多層光子吸收層147中的SiGe層146還可以通過在硅層145上利用外延生長法來形成，取代了通過將Ge離子注入到Si層145中的方法。圖7中的多層光子吸收層吸收波長在300-1200nm范圍內(nèi)的光子，這種光子是在層間介電層150的HDP沉積處理過程中產(chǎn)生的。頂部的SiGe(摩爾百分比為20％Si∶80％Ge)層146吸收波長在500-1200nm范圍內(nèi)的光子，底部的Si層145吸收波長在300-800nm范圍內(nèi)的光子?？梢允褂闷鋷缎∮赟i帶隙(1.1eV)的其它任何一種元素以取代Ge。形成層間介電層的過程與第一實(shí)施例的相似。圖7中沒有示出層間介電層150。
根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例在圖8中示出的器件結(jié)構(gòu)除了顛倒了多層光子吸收層147中Si層145和SiGe層146的順序外，與圖7中示出的相同。這樣，首先直接在蝕刻停止層140的上面形成SiGe層146，然后直接在SiGe層146的上面形成Si層145。可以通過首先形成Si層，然后將Ge離子注入到Si層中以將其轉(zhuǎn)換成SiGe層而形成SiGe層146。然后在完成層146的Ge離子注入過程之后在SiGe層146的上面形成Si層145。還可以通過將預(yù)定高能量的Ge注入到較厚的Si層中而形成SiGe層146。第三實(shí)施例中形成Si層145的過程可以與第一實(shí)施例的相似。預(yù)定高能量的Ge離子在遠(yuǎn)離Si層上面部分的地方停住，以在Si層145的底部形成浸入的SiGe層146，在上面部分上留下一Si層145?？商鎿Q地，可以通過外延生長技術(shù)形成SiGe層146和Si層145。圖8中的多層光子吸收層147在吸收波長在300-1200nm范圍內(nèi)的光子方面也是很有效的(對于SiGe的摩爾百分比為20％Si∶80％Ge)，這種光子是在層間介電層150的HDP沉積過程中產(chǎn)生的。可以使用其帶隙小于Si帶隙(1.1eV)的其它任何一種元素以取代Ge。形成層間介電層的過程與第一實(shí)施例的相似。圖8中沒有示出層間介電層150。
這里已經(jīng)公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，盡管使用了特定的條件，但僅是用普通的并且是描述性的意義來使用它們并進(jìn)行解釋，而并不是用于限定的目的。因此，對于本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將能夠理解的是，在不脫離接下來的權(quán)利要求中提到的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，在形式和細(xì)節(jié)上可以做出各種改變。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括一襯底；一形成在襯底上的柵極結(jié)構(gòu)；一具有一硅鍺層的光子吸收層，該硅鍺層形成在柵極結(jié)構(gòu)和襯底的上面；和一形成在光子吸收層上面的層間介電層。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，還包括一形成在柵極結(jié)構(gòu)和光子吸收層之間的蝕刻停止層。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中蝕刻停止層是由SiN或SiON形成的。
4.一種半導(dǎo)體器件，包括一襯底；一形成在襯底上的柵極結(jié)構(gòu)；一具有一硅層和一硅鍺層的多層光子吸收層，該硅層和硅鍺層形成在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面；和一形成在多層光子吸收層上面的層間介電層。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其中硅層在硅鍺層下面。
6.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其中硅層在硅鍺層上面。
7.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，還包括一形成在柵極結(jié)構(gòu)和多層光子吸收層之間的蝕刻停止層。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其中蝕刻停止層是由SiN或SiON形成的。
9.一種半導(dǎo)體器件，包括一襯底；一形成在襯底上的柵極結(jié)構(gòu)；一包含至少一種雜質(zhì)并形成在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面的硅層，該雜質(zhì)具有小于硅帶隙能量的帶隙能量；和一形成在包含至少一種雜質(zhì)的硅層上面的層間介電層。
10.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，還包括一形成在柵極結(jié)構(gòu)和包含至少一種雜質(zhì)的硅層之間的蝕刻停止層。
11.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件，其中蝕刻停止層是由SiN或SiON形成的。
12.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成一柵極結(jié)構(gòu)；在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面形成一包含至少一種雜質(zhì)的硅層，該至少一種雜質(zhì)具有一小于大約1.1eV的帶隙能量；和形成一層間介電層，該層間介電層形成在包含所述至少一種雜質(zhì)的硅層上面。
13.如權(quán)利要求12所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中包含所述至少一種雜質(zhì)的硅層是通過離子注入法將雜質(zhì)注入到硅層中而形成的。
14.如權(quán)利要求13所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中將雜質(zhì)注入到硅層以達(dá)到硅層的一預(yù)定深度。
15.如權(quán)利要求14所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中將雜質(zhì)注入到硅層以達(dá)到硅層的一整個(gè)深度。
16.如權(quán)利要求14所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中將雜質(zhì)注入到硅層以達(dá)到硅層的一部分深度。
17.如權(quán)利要求12所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，還包括在形成包含所述至少一種雜質(zhì)的硅層之前在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面形成蝕刻停止層。
18.如權(quán)利要求17所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中蝕刻停止層是由SiN或SiON形成的。
19.如權(quán)利要求12所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中雜質(zhì)是鍺。
20.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成一柵極結(jié)構(gòu)；在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面形成一硅層；在硅層上面形成一包含至少一種雜質(zhì)的硅層，該至少一種雜質(zhì)具有小于大約1.1eV的帶隙能量；和在包含所述至少一種雜質(zhì)的硅層上面形成一層間介電層。
21.如權(quán)利要求20所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中包含所述至少一種雜質(zhì)的硅層是通過離子注入法將雜質(zhì)注入到硅層中而形成的。
22.如權(quán)利要求21所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中將雜質(zhì)注入到硅層以達(dá)到硅層的一預(yù)定深度。
23.如權(quán)利要求22所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中將雜質(zhì)注入到硅層以達(dá)到硅層的一整個(gè)深度。
24.如權(quán)利要求22所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中將雜質(zhì)注入到硅層以達(dá)到硅層的一部分深度。
25.如權(quán)利要求20所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，還包括在形成硅層之前在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面形成一蝕刻停止層。
26.如權(quán)利要求25所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中蝕刻停止層是由SiN或SiON形成的。
27.如權(quán)利要求20所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中雜質(zhì)是鍺。
28.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成一柵極結(jié)構(gòu)；在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面通過外延生長法形成一硅鍺層；和在硅鍺層上面形成一層間介電層。
29.如權(quán)利要求28所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，還包括在形成硅鍺層之前在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面形成一蝕刻停止層。
30.如權(quán)利要求29所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中蝕刻停止層是由SiN或SiON形成的。
31.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成一柵極結(jié)構(gòu)；在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面形成一硅層；在硅層上面通過外延生長法形成一硅鍺層；和在硅鍺層上面形成一層間介電層。
32.如權(quán)利要求31所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，還包括在形成硅層之前在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面形成一蝕刻停止層。
33.如權(quán)利要求32所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中蝕刻停止層是由SiN或SiON形成的。
34.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成一柵極結(jié)構(gòu)；在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面通過外延生長法形成一硅鍺層；在硅鍺層上面形成一硅層；和在硅層上面形成一層間介電層。
35.如權(quán)利要求34所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，還包括在形成硅鍺層之前在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面形成一蝕刻停止層。
36.如權(quán)利要求35所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中蝕刻停止層是由SiN或SiON形成的。
37.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成一柵極結(jié)構(gòu)；通過離子注入法將鍺離子注入到一第一硅層中以在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面形成一硅鍺層；在硅鍺層上面形成一第二硅層；和在硅層上面形成一層間介電層。
38.如權(quán)利要求37所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，還包括在形成第一硅層之前在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面形成一蝕刻停止層。
39.如權(quán)利要求38所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中蝕刻停止層是由SiN或SiON形成的。
40.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成一柵極結(jié)構(gòu)；在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面形成一硅層；通過使用預(yù)定能量的鍺離子直接在柵極結(jié)構(gòu)和襯底的頂部在硅層的底部形成一硅鍺層；和在硅層上面形成一層間介電層。
41.如權(quán)利要求40所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，還包括在形成硅層之前在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面形成一蝕刻停止層。
42.如權(quán)利要求41所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中蝕刻停止層是由SiN和SiON形成的。
全文摘要
一種MOSFET器件結(jié)構(gòu)和制造該器件結(jié)構(gòu)的方法，其中，為了避免在層間介電層的高密度等離子體沉積過程中對柵極氧化物的等離子誘導(dǎo)損害，在柵極結(jié)構(gòu)和襯底上面形成一光子吸收層。該器件結(jié)構(gòu)可以包括在光子吸收層下面的蝕刻停止層。該光子吸收層整體上都由硅鍺形成，或者它可以是由硅層和硅鍺層形成的多層。在多層結(jié)構(gòu)中，硅鍺層可以形成在硅層的頂部，或者反之亦然。硅鍺層可以通過將鍺離子注入到硅層中來形成，或者通過硅鍺合金層的外延生長法來形成。在光子吸收層中，鍺可以由帶隙能量小于硅帶隙能量的其它元素來取代。
文檔編號H01L21/336GK1542985SQ20041005953
公開日2004年11月3日 申請日期2004年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月12日
發(fā)明者宋升 , 宋升喆 申請人:三星電子株式會社