專(zhuān)利名稱(chēng)：模板層形成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及半導(dǎo)體電路，尤其涉及形成應(yīng)變半導(dǎo)體層(strained semiconductor layer)。
背景技術(shù)：
對(duì)于一些應(yīng)用，例如使用絕緣體上半導(dǎo)體(semiconductor oninsulator，SOI)構(gòu)造在絕緣體上產(chǎn)生一層應(yīng)變硅是期望的。應(yīng)變硅層是其晶格間距不同于天然硅(例如弛豫硅晶體)的晶格間距(例如5.43095A)的一層硅。應(yīng)變硅間距的一個(gè)實(shí)例是對(duì)于1％的拉伸應(yīng)變5.4843A。應(yīng)變硅層可以比一層弛豫硅晶體提供更大的電子和空穴遷移率。
形成應(yīng)變硅層的一種方法是在具有比天然硅晶體的晶格間距大的晶格間距的模板層上形成一層硅。在模板層上(例如由外延沉積)形成的作為結(jié)果的硅被加壓以提供更大或更小的晶格間距。
圖1顯示SOI襯底構(gòu)造實(shí)例中的現(xiàn)有技術(shù)原片101，其包括位于絕緣層105(例如二氧化硅)上的硅鍺(SiGe)層103。絕緣層105位于層107上。
參考圖2，為了增加模板層中鍺的含量從而增加其晶格間距，層103經(jīng)歷氧化過(guò)程以增加層103下部205中鍺的量。上部被氧化以形成SiO2層203。在氧化過(guò)程期間，來(lái)自層103上部的鍺原子注入到部分205中并且遍及205而擴(kuò)散。在一個(gè)實(shí)例中，氧化過(guò)程涉及在以惰性氣體(例如氬或N2)作為稀釋氣體的包含氧氣的氣氛中加熱原片101高達(dá)1200C。
所得到的SiO2層203然后被去除(例如通過(guò)蝕刻)。一層硅然后在層205上(例如外延地)生長(zhǎng)。因?yàn)閷?05具有較大的晶格間距，上部硅層將處于拉伸雙軸應(yīng)力下，以便比使用天然生成的硅晶體提供更大的晶格間距。
該過(guò)程的一個(gè)問(wèn)題是，模板層205不完全弛豫，因?yàn)榫Ц耖g距不完全對(duì)應(yīng)于具有層205具有的鍺百分比的晶體。因此，并不是所有注入的鍺原子都在晶格位置上，該層由下面的絕緣層105加壓，并且層205的間隙鍺和硅原子易于形成缺陷。
可能因這種過(guò)程而發(fā)生的另一個(gè)問(wèn)題是，鍺可能沒(méi)有充分地?cái)U(kuò)散到硅鍺層的剩余部分。因此，相對(duì)于剩余層下部的鍺濃度，剩余層上部的鍺濃度相對(duì)較高。模板層中鍺濃度的這些差異可能引起錯(cuò)位，這可以導(dǎo)致在錯(cuò)位區(qū)域中形成的功能故障半導(dǎo)體器件。
圖3顯示比具有相同鍺含量的弛豫硅鍺晶體具有更小晶格間距的硅鍺晶體的晶格301的二維視圖。間隙鍺原子(例如305)和間隙硅原子(例如311)在圖3中顯示位于晶格位置(例如313和315)之間。這些間隙原子可能引起硅鍺模板層中以及隨后形成的應(yīng)變硅層中的擴(kuò)展缺陷。
因此，需要一種形成模板層的改進(jìn)方法。


本發(fā)明可以更好地理解，并且它的許多目的、特征和優(yōu)點(diǎn)通過(guò)參考附隨附圖變得對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)晶片的部分側(cè)視圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)晶片的部分側(cè)視圖。
圖3是現(xiàn)有技術(shù)模板層晶格的部分二維視圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案在其制造的一個(gè)階段期間晶片的部分側(cè)視圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的模板層晶格的部分二維視圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案在其制造的另一個(gè)階段期間晶片的部分側(cè)視圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方案在其制造的一個(gè)階段期間晶片的部分側(cè)視圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方案在其制造的一個(gè)階段期間晶片的部分側(cè)視圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方案在其制造的一個(gè)階段期間晶片的部分側(cè)視圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案在其制造的一個(gè)階段期間晶片的部分側(cè)視圖。
圖11是根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方案在其制造的一個(gè)階段期間晶片的部分側(cè)視圖。
圖12是根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方案在其制造的另一個(gè)階段期間晶片的部分側(cè)視圖。
圖13是根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方案在其制造的另一個(gè)階段期間晶片的部分側(cè)視圖。
圖14是根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方案在其制造的另一個(gè)階段期間晶片的部分側(cè)視圖。
圖15是根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方案在其制造的另一個(gè)階段期間晶片的部分側(cè)視圖。
圖16是根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方案在其制造的另一個(gè)階段期間晶片的部分側(cè)視圖。
不同附圖中相同參考符號(hào)的使用表示完全相同的零件除非另外注釋。
具體實(shí)施例方式
下面陳述實(shí)施本發(fā)明的方式的詳細(xì)描述。該描述目的在于說(shuō)明本發(fā)明而不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是限制。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，提供在絕緣層上形成的一層模板層材料中注入空位的過(guò)程允許鍺(或其他晶格間距修改種類(lèi))原子占據(jù)模板層的晶格位置，從而增加模板層的晶格的有效晶格間距。
圖4是在晶片已經(jīng)經(jīng)歷根據(jù)本發(fā)明的氮化過(guò)程之后晶片的部分側(cè)視圖。晶片401包括由例如位于層407上的氧化硅制成的絕緣層405。層407由硅鍺制成，但是可以由其他材料例如多晶硅，單晶硅，非晶硅，玻璃或石英制成。絕緣層405或許通過(guò)形成硅鍺層然后將氧注入硅鍺層中，跟著退火以形成絕緣層405來(lái)制成。圖4中所示的結(jié)構(gòu)也可以通過(guò)將包含SiGe的第二晶片粘合到層405然后切割第二晶片的一部分，保留一層硅鍺在絕緣層405上來(lái)形成。這種硅鍺層將具有比如圖4中所示層403更大的厚度。在其他實(shí)施方案中，絕緣層405可以延伸到晶片的底部。在另外其他實(shí)施方案中，包含硅的晶片可以粘合到絕緣層405然后切割以保留一層硅在層405上。一層SiGe可以使用外延附生過(guò)程在硅層上形成。
層409是通過(guò)使層405上的硅鍺層(沒(méi)有顯示)經(jīng)歷氮化過(guò)程而生長(zhǎng)的一層氮化硅。在一種實(shí)施方案中，氮化過(guò)程涉及以升高的溫度在絕緣層405上的硅鍺層上流動(dòng)氨(NH3)。銨中的氮與硅鍺層的硅反應(yīng)以生長(zhǎng)氮化硅層409，從而將硅鍺層減小到如圖4中所示硅鍺層403的厚度。在氮化過(guò)程期間，空位被注入到硅鍺層的剩余部分(層403)中并且遍及層403而擴(kuò)散?？瘴皇窃拥目站Ц裎恢弥械目臻g。而且在氮化過(guò)程期間，來(lái)自硅鍺層上部的鍺原子注入到硅鍺層的剩余部分(層403)中。這些鍺原子與層403的空位重新結(jié)合，變成置換。而且間隙鍺(以及硅)原子與空位重新結(jié)合，變成置換。
空位通過(guò)層403的晶格中的硅原子向上傳播以與氨中的氮結(jié)合以形成氮化硅層409而注入到層403中。因?yàn)殒N不與氨反應(yīng)，鍺原子通過(guò)擴(kuò)散到剩余硅鍺層403的晶格中來(lái)注入。
圖5顯示硅鍺晶格501的實(shí)例。晶格501包括空位503和505。在氮化過(guò)程期間，鍺原子(例如間隙鍺原子507)與空位(例如503)重新結(jié)合以填充晶格結(jié)構(gòu)。
返回參考圖4，氮化物層409由對(duì)硅鍺層403選擇性的蝕刻而剝離。層403用作應(yīng)變外延硅層(參看圖10的層1009)的隨后涂敷的模板層。
注入空位到模板層中可以使得現(xiàn)有間隙原子在模板層的晶格中置換。這減少模板層中間隙原子的數(shù)目，從而減小模板層的缺陷密度。而且，注入空位到模板層中也允許絕緣層405與模板層403之間分界面的重新構(gòu)建，從而允許模板層403的更高程度的弛豫。
在其他實(shí)施方案中，其他過(guò)程可以用于注入空位到模板層材料中。例如，位于層405上的硅鍺模板層材料的層可以經(jīng)歷硅化過(guò)程，其中金屬(例如鈦)沉積在模板層材料上并且(當(dāng)加熱時(shí))與模板層材料的硅反應(yīng)以形成一層硅鈦化合物(在如圖4中所示層409近似的位置)。在硅化過(guò)程期間，空位由剩余部分的硅原子向上傳播以與鈦結(jié)合以形成硅鈦層(例如在409的位置)而注入到硅鍺模板層材料的剩余部分(例如層403)中。
在另一種實(shí)施方案中，模板層材料或許經(jīng)歷氮氧過(guò)程以增加模板層中的鍺并且注入空位在模板層中。在氮氧過(guò)程的一個(gè)實(shí)例中，氨和氧流過(guò)模板層材料的表面以從模板層材料層中生長(zhǎng)一層氮氧化合物。在氮氧過(guò)程期間，空位由該部分中的硅原子向上傳播以與氨的氮以及氧結(jié)合以在與圖4的層409相對(duì)應(yīng)的位置處形成氮氧化硅層而注入到模板材料層的下部。因?yàn)殒N不與氨和氧反應(yīng)，鍺原子由擴(kuò)散到模板層材料的下部(位于圖4中層403的位置處)的硅鍺晶格中而注入。氮氧化合物層然后被去除，其中模板材料的下部(例如403)用作模板。在其他實(shí)施方案中，一氧化氮?dú)怏w(NO)或一氧化二氮?dú)怏w(N2O)可以流過(guò)模板層材料的表面以從模板層材料層中生長(zhǎng)一層氮氧化合物。
在另一種實(shí)施方案中，一層模板材料可以經(jīng)歷氧化過(guò)程，其中含氯氣體(例如氯化氫氣體(HCl)，氯氣(Cl2)，四氯化碳?xì)怏w(CCl4)，或三氯乙烷氣體(C2H3Cl3))與氧一起引入以注入鍺原子和空位到模板層中。在這種氧化過(guò)程的一個(gè)實(shí)例中，HCl和氧(并且在某種實(shí)施方案中氬或氮(N2)作為稀釋氣體)以1100C流過(guò)模板材料層以在模板材料層上生長(zhǎng)一層氧化硅。在一種實(shí)施方案中，HCl處于6％的濃度，但是在其他實(shí)施方案中可以處于其他濃度例如在其他實(shí)施方案中0.1-10％。HCl濃度取決于氧化裝備在其他實(shí)施方案中可能更高。氧化硅層位于與圖4的層409相對(duì)應(yīng)的位置。氯化物的引入被認(rèn)為增加氧化過(guò)程的氧化速率，并且空位注入在模板材料層中。
使用HCl(或其他含氯氣體)的氧化過(guò)程的使用可能出現(xiàn)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，該氧化過(guò)程可以比使用常規(guī)氧化過(guò)程以相對(duì)較低的溫度(例如在一些實(shí)施方案中1050-1100C)執(zhí)行。因?yàn)樵谘趸^(guò)程期間，模板材料層的剩余部分含有豐富的鍺，濃化的鍺層的熔點(diǎn)降低。因此，以較低溫度(相對(duì)于1200C，1050-1100C)執(zhí)行氧化的能力允許氧化過(guò)程執(zhí)行并且避免模板材料層的熔化。此外，以較低溫度執(zhí)行氧化的能力可以使得氧化過(guò)程更容易與CMOS過(guò)程整合。
此外，在氧化過(guò)程中引入HCl(或其他含氯氣體)增加氧化速率，從而減少執(zhí)行氧化所需的時(shí)間。此外，對(duì)于一些實(shí)施方案，HCl不影響生長(zhǎng)的氧化物的質(zhì)量。因此，氧化物保持在氧化物與模板材料剩余層之間的高選擇性。
在其他實(shí)施方案中，使用含氯氣體的氧化在700-1200C的溫度執(zhí)行，但是在其他實(shí)施方案中可能以其他溫度執(zhí)行。在其他實(shí)施方案中，氧化可以執(zhí)行，其中HCl或其他含氯氣體在氧化過(guò)程的至少一部分期間引入。例如，在一種實(shí)施方案中，氧化可以使用氧氣在1050C執(zhí)行長(zhǎng)達(dá)30分鐘，然后使用氧和HCl氣體在1050C執(zhí)行長(zhǎng)達(dá)三十分鐘。在其他實(shí)施方案中，HCl可能在氧化過(guò)程期間引入多次。在其他實(shí)施方案中，氧化和蝕刻循環(huán)可能在多個(gè)步驟中執(zhí)行以更有效地執(zhí)行空位注入過(guò)程并簡(jiǎn)化氧化物蝕刻過(guò)程。
在其他實(shí)施方案中，其他材料可以用作模板層材料，例如硅鍺碳(Si1-x-yGexCy，其中Ge含量＞C含量并且x＞y)，硅錫(SiSn)，硅碳(Si1-y’Cy)，硅錫鍺(SiSnGe)，以及鍺碳(GeC)。
在一些實(shí)施方案中，在氮化硅層409(氮氧化硅，硅化鈦，氧化硅層，在一些實(shí)施方案中)去除之后，后縮合步驟可以施加到晶片。在氧化過(guò)程期間，層403的硅向上傳播以與氧結(jié)合以生長(zhǎng)氧化硅層604(參看圖6)，從而消耗層403的一部分。因?yàn)殒N不與氧反應(yīng)，鍺原子由擴(kuò)散到層403的剩余部分(圖6中的層603)的晶格中而注入。層604然后被蝕刻，其中層603用作模板層。層603因后氧化過(guò)程而比層403更應(yīng)變。在其他實(shí)施方案中，后氧化過(guò)程可以在硅化或氮氧化過(guò)程之后執(zhí)行。
在其他實(shí)施方案中，空位注入過(guò)程的執(zhí)行可以在縮合過(guò)程之后(例如在模板層材料的氧化之后)執(zhí)行。
圖7是首先經(jīng)歷氧化過(guò)程然后經(jīng)歷氮化過(guò)程以注入空位到模板層中的晶片的部分橫截面視圖。層706和709由一層應(yīng)變硅鍺的氮化過(guò)程形成(例如類(lèi)似于圖2的層205)。應(yīng)變硅鍺層由氧化過(guò)程形成，其中氧化物層(例如203)在硅鍺層(例如圖1的103)上生長(zhǎng)。所得到的應(yīng)變硅鍺層(例如層205)因鍺原子從鍺層的消耗部分到結(jié)果層的擴(kuò)散而含有豐富的鍺。因?yàn)檠趸^(guò)程不是空位產(chǎn)生過(guò)程，擴(kuò)散的鍺原子的一部分變成在應(yīng)變硅鍺層(例如205)的晶格中間隙的。然后，氧化物層(例如205)被去除。在其他實(shí)施方案中，氧化物層(例如205)的僅一部分被去除。
在隨后的氮化過(guò)程期間，氮化硅層709從應(yīng)變硅鍺層(例如205)生長(zhǎng)?？瘴挥蓪?06的晶格中的硅原子向上傳播以與氮結(jié)合以形成氮化硅層709而注入到剩余硅鍺層706中。這些空位與鍺豐富的應(yīng)變硅鍺層706的間隙鍺重新結(jié)合以減少間隙鍺的數(shù)目。而且，應(yīng)變硅鍺(例如205)的消耗部分的鍺原子由擴(kuò)散到層706的晶格中而注入。層709被去除，并且層706用作模板層。因?yàn)榭瘴坏淖⑷?，所得到的?06比先前的應(yīng)變硅鍺層(例如205)較不應(yīng)變。
圖8和9顯示另一種空位注入過(guò)程的階段期間的晶片。在圖8中，氮(809)注入到位于絕緣層805上面的一層模板材料803(例如SiGe)的上部811中。在一些實(shí)施方案中，氮以大于10^13原子/cm2的劑量以及10-50keV的能量注入。晶片801然后經(jīng)歷氧化過(guò)程，其中一層氮氧化合物905生長(zhǎng)，并且空位和鍺原子注入到層803的下部907的晶格中(參看圖9)。然后，層905被蝕刻，其中部分907用作模板層。
在其他實(shí)施方案中，一層模板材料可以經(jīng)歷氧化過(guò)程以及隨后的惰性氣體二次加熱(退火)過(guò)程。在一種實(shí)施方案中，氫二次加熱過(guò)程以T＝900-1100C執(zhí)行長(zhǎng)達(dá)1-100分鐘，隨著H2氣體以PH2＝1-100Torr的壓力在SiO2層上流動(dòng)。空位在惰性氣體二次加熱過(guò)程期間注入到模板材料的剩余層中。在其他實(shí)施方案中，其他惰性氣體例如氬可以低的氧氣壓力(PO2)使用。
在其他實(shí)施方案中，二次加熱過(guò)程可以使用含氯氣體執(zhí)行。在一種實(shí)施方案中，在縮合過(guò)程(例如氧化，氮化)之后，晶片在1050C加熱長(zhǎng)達(dá)30分鐘，隨著HCl(例如6％的濃度)以例如PH2＝1-100Torr的壓力在晶片上流動(dòng)。在其他實(shí)施方案中，其他氣體(例如惰性氣體例如氬，N2和氦)可以在二次加熱過(guò)程期間與HCl一起(例如以6％的濃度)流動(dòng)。在其他實(shí)施方案中，晶片可以在二次加熱過(guò)程期間以其他溫度加熱(例如700-1200C或以其他溫度)，二次加熱可以在其他氣體存在的情況下執(zhí)行，二次加熱可以使用其他氣體濃度(例如0.1-10％的HCl濃度)執(zhí)行，二次加熱可以其他氣體壓力(1-100Torr)執(zhí)行，和/或執(zhí)行長(zhǎng)達(dá)其他持續(xù)時(shí)間(例如在一些實(shí)施方案中1-1200分鐘)。
使用含氯氣體執(zhí)行二次加熱在硅鍺層的剩余部分中注入空位。這也可以因增強(qiáng)應(yīng)變感生擴(kuò)散而提高擴(kuò)散，其可以產(chǎn)生更均勻的鍺輪廓(較少的鍺堆積)以及更弛豫的硅鍺層。
參考圖10，在絕緣層1005上的模板層1003形成之后(例如由與上述過(guò)程的任何一個(gè)類(lèi)似的過(guò)程)，一層應(yīng)變硅1009在模板層1003上形成(例如外延地生長(zhǎng))。然后，器件例如晶體管在應(yīng)變硅和模板層中形成。在一種實(shí)施方案中，晶體管的溝道區(qū)在應(yīng)變硅層1009中形成。
在其他實(shí)施方案中，一層單晶硅在絕緣層(例如405)上形成。一層硅鍺(或其他模板材料)然后將在硅材料層上形成。在空位注入過(guò)程和氧化過(guò)程(在一些實(shí)施方案中)期間，鍺原子和空位將注入到硅層中，其中硅層將用作模板層的一部分。
圖11-16顯示在半導(dǎo)體器件制造中的各個(gè)階段期間晶片1101的橫截面視圖。圖11-16的視圖中陳述的方法包括另一種空位注入過(guò)程。
參考圖11，晶片1101具有SOI構(gòu)造，絕緣體1105位于硅襯底1103上。硅層1106位于絕緣體1105上。一層硅鍺1107位于層1105上。
在所示實(shí)施方案中，P溝道區(qū)1113用光刻膠1109掩蔽。硅鍺層1107然后選擇性地用離子1111注入以在N溝道區(qū)1115中形成注入?yún)^(qū)1203(參看圖12)。這些注入將空位注入，并且在區(qū)域1203中形成其他類(lèi)型的點(diǎn)缺陷。在其他實(shí)施方案中，P溝道區(qū)1113用電介質(zhì)或硬質(zhì)材料，例如頂上具有光刻膠的氮化物或氧化物掩蔽。
在一種實(shí)施方案中，硅罩層(200A)(沒(méi)有顯示)可能在區(qū)域1113被掩蔽之前形成在層1107上。
在一種實(shí)施方案中，離子在小于層1107總厚度的深度注入。在層1107為1000A的一種實(shí)施方案中，離子1111注入到100～900A的深度。在其他實(shí)施方案中，離子1111注入到硅層1106上大約100A。在一種實(shí)施方案中，離子1111注入層1106中。
在一種實(shí)施方案中，離子1111包括鍺。在其他實(shí)施方案中，離子1111包括硅，硼，砷，磷或其組合。在一些實(shí)施方案中，不同類(lèi)型的離子在不同的深度注入。在一些實(shí)施方案中，不同類(lèi)型和深度的離子在不同的時(shí)間注入。在一種實(shí)施方案中，硅離子可能注入到硅鍺層1107中而鍺離子可能注入到硅層1106中。
在注入離子包括硼，磷，或砷的一些實(shí)施方案中，這些離子也可以用來(lái)?yè)诫s阱到期望的傳導(dǎo)率，除了注入空位之外。在一種實(shí)施方案中，離子1111包括硼以提供N溝道區(qū)1115，在該區(qū)域中具有隨后形成的晶體管的摻雜阱區(qū)。在一種實(shí)施方案中，離子1111包括以5e12原子每平方厘米的劑量以10KeV的能量注入的硼。
在其他實(shí)施方案中，離子1111包括以3e15原子每平方厘米的劑量以3KeV的能量注入的硼。在其他實(shí)施方案中，離子1111包括以1e13原子每平方厘米的劑量以40KeV的能量注入的鍺。在另一種實(shí)施方案中，離子1111可以其他劑量和/或以其他能量注入。
圖12顯示光刻膠1109去除之后的晶片1101。在其他實(shí)施方案中，區(qū)域1115可以隨后掩蔽，其中離子可以注入到用于注入空位在層1107中的區(qū)域1113中。對(duì)于這種實(shí)施方案，空位注入的量可以在N溝道區(qū)與P溝道區(qū)而不同。這種差異可以用來(lái)區(qū)別地控制在P溝道區(qū)和N溝道區(qū)中隨后形成的硅層(例如1503)的應(yīng)變。
圖13顯示縮合操作在晶片1101上執(zhí)行之后的晶片1101。在一種實(shí)施方案中，縮合操作包括消耗層1107的一部分并且在硅鍺層1107的剩余部分上形成氧化物1305的氧化過(guò)程。在所示實(shí)施方案中，氧化過(guò)程之后硅鍺層1107的剩余部分由層1307表示。在氧化過(guò)程期間，層1107的消耗部分中的鍺原子擴(kuò)散到層1107的剩余部分以增加剩余部分的鍺濃度。而且，層1107的鍺原子擴(kuò)散到層1106中。圖13中的層1307表示氧化過(guò)程之后的層1106以及層1107的剩余部分。
離子1111到層1107中的注入將空位注入到該層中，這使得鍺能夠在縮合過(guò)程期間在層的剩余部分中更快速且均勻地?cái)U(kuò)散。因此，與沒(méi)有先前注入的氧化過(guò)程(或其他縮合過(guò)程)相比較，鍺堆積可以減少。
在一種實(shí)施方案中，縮合過(guò)程涉及使氧氣和HCl氣體(例如6％)或其他含氯氣體(以及在一些實(shí)施方案中，氬或氮(N2)作為稀釋氣體)以例如1050度的溫度流過(guò)晶片1101長(zhǎng)達(dá)例如30-60分鐘。在其他實(shí)施方案中，其他氧化過(guò)程可以利用。在其他實(shí)施方案中，其他縮合過(guò)程(例如氮化，氮氧化)可以利用。
在所示實(shí)施方案中，離子1111(例如鍺離子)到區(qū)域1115中的層1107中的注入，引起沒(méi)有預(yù)先縮合注入的區(qū)域上氧化速率的增加。因此，對(duì)于給定的氧化時(shí)間，在區(qū)域1115中，氧化硅1305比對(duì)于區(qū)域1113厚并且層1107中更多因增加的氧化速率而消耗。因此，層1307在區(qū)域1113中比在區(qū)域1115中厚。
圖14顯示氧化物1305去除之后的晶片1101。在一些實(shí)施方案中，晶片的二次加熱(例如使用HCl氣體)可以在縮合操作之后執(zhí)行。
圖15顯示一層應(yīng)變硅1503以層1307用作模板層在層1307上外延生長(zhǎng)(例如200A)之后的晶片1101。
在一些實(shí)施方案中，由離子1111注入的空位在區(qū)域1115中比在區(qū)域1113中提供更弛豫的硅鍺層。例如，區(qū)域1115中層1307的部分比P溝道區(qū)1113中層1307的部分相對(duì)更弛豫。在鍺原子以1e13每平方厘米的劑量以40KeV的能量注入的一種實(shí)施方案中，注入?yún)^(qū)的弛豫度從32％(沒(méi)有注入)增加到52％(使用注入)。
因此，區(qū)域1115的應(yīng)變硅層1503具有比區(qū)域1113中層1503的應(yīng)變相對(duì)更多的拉伸應(yīng)變，因?yàn)閷?307在區(qū)域1115中比在區(qū)域1113中相對(duì)更弛豫。區(qū)別應(yīng)變的能力可以提供因那些器件的溝道區(qū)拉伸應(yīng)變的差異而具有N溝道器件和P溝道器件的更好性能的電路。
圖16是P溝道晶體管1603在P溝道區(qū)1113中形成且N溝道晶體管1605在區(qū)域1115中形成之后晶片1101的部分側(cè)視圖。晶體管1603包括柵極1611，側(cè)壁隔板1613，柵極氧化物1612，以及在層1503和1307中形成的源極/漏極區(qū)1617和1619。晶體管1603也包括位于層1503中柵極1611下面的溝道區(qū)。晶體管1605包括柵極1625，側(cè)壁隔板1627，柵極氧化物1622，以及在層1503和1307中形成的源極/漏極區(qū)1621和1623。晶體管1605也包括位于層1503中柵極1625下面的溝道區(qū)1620。隔離槽絕緣體1607位于區(qū)域1113和區(qū)域1115之間。晶片101包括沒(méi)有顯示的其他N溝道和P溝道晶體管。其他實(shí)施方案的晶體管可能具有其他構(gòu)造。
在其他實(shí)施方案中，N溝道區(qū)或P溝道區(qū)的一個(gè)可能在縮合過(guò)程期間被掩蔽。因此，層1107的僅選擇的部件在縮合過(guò)程期間被消耗(未掩蔽區(qū)域中的部件)。在其他實(shí)施方案中，最初被掩蔽的其他區(qū)域(例如1113或1115)然后暴露，而最初未掩蔽的區(qū)域(例如1113或1115)被掩蔽。第二縮合操作然后在隨后未掩蔽區(qū)域上執(zhí)行。因此，區(qū)域1113中層1503的應(yīng)變和區(qū)域1115中層1503的應(yīng)變可以進(jìn)一步使用對(duì)每個(gè)區(qū)域的各自縮合過(guò)程來(lái)區(qū)分。
在本發(fā)明的一個(gè)方面，一種方法包括提供晶片。該晶片具有絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)構(gòu)造。該晶片包括包含鍺和硅的第一半導(dǎo)體層。該方法包括在晶片上流動(dòng)含氯氣體同時(shí)加熱晶片，以及在流動(dòng)之后在第一半導(dǎo)體層上形成包含硅的第二半導(dǎo)體層。
在本發(fā)明的另一方面，一種方法包括提供包含第一半導(dǎo)體層的晶片。第一半導(dǎo)體層包括第一類(lèi)型和第二類(lèi)型的原子。該方法包括在晶片上執(zhí)行縮合過(guò)程。執(zhí)行縮合過(guò)程消耗第一半導(dǎo)體層的一部分。執(zhí)行縮合過(guò)程包括在晶片上流動(dòng)含氯氣體。執(zhí)行縮合過(guò)程在第一半導(dǎo)體層的剩余部分上形成包含第二類(lèi)型原子的層。該方法還包括去除包含第二類(lèi)型原子的層，以及在去除之后在剩余部分上形成第二半導(dǎo)體層。第二半導(dǎo)體層包含第二類(lèi)型的原子。
在本發(fā)明的另一方面，一種方法包括提供晶片。該晶片具有絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)構(gòu)造。該晶片包括包含硅和鍺的第一半導(dǎo)體層。該方法還包括執(zhí)行縮合過(guò)程。執(zhí)行縮合過(guò)程消耗第一半導(dǎo)體層的一部分。該方法也包括在執(zhí)行縮合過(guò)程之后在晶片上流動(dòng)含氯氣體同時(shí)加熱晶片。該方法還包括在流動(dòng)之后在第一半導(dǎo)體層的剩余部分上形成第二半導(dǎo)體層。
雖然本發(fā)明的特定實(shí)施方案已經(jīng)顯示和描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，基于這里的講授，更多改變和修改可以進(jìn)行而不背離本發(fā)明及其更廣泛的方面，因此，附加權(quán)利要求將在其范圍內(nèi)包括所有這種改變和修改，如在本發(fā)明的真實(shí)本質(zhì)和范圍內(nèi)一樣。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括提供晶片，該晶片具有絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)構(gòu)造，該晶片包括包含鍺和硅的第一半導(dǎo)體層；在晶片上流動(dòng)含氯氣體，同時(shí)加熱晶片；在流動(dòng)之后在第一半導(dǎo)體層上形成包含硅的第二半導(dǎo)體層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在晶片上流動(dòng)含氯氣體同時(shí)加熱晶片包括以至少700C的溫度加熱晶片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中流動(dòng)含氯氣體在縮合過(guò)程期間執(zhí)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中縮合過(guò)程消耗第一半導(dǎo)體層的一部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中縮合過(guò)程包括氧化過(guò)程，其中氧化過(guò)程包括在第一半導(dǎo)體層上形成氧化物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，還包括在形成第二半導(dǎo)體層之前去除氧化物。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中縮合過(guò)程消耗第一半導(dǎo)體層的一部分，其中形成第二半導(dǎo)體層包括使用第一半導(dǎo)體層的剩余部分作為模板層。
8.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，還包括在縮合過(guò)程之后且在形成第二半導(dǎo)體層之前，在晶片上流動(dòng)含氯氣體長(zhǎng)達(dá)第二時(shí)間，同時(shí)加熱晶片。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第二半導(dǎo)體層特征為應(yīng)變層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中含氯氣體的流動(dòng)作為晶片的二次加熱的部分執(zhí)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括在形成第二半導(dǎo)體層之前在晶片上執(zhí)行縮合過(guò)程；其中流動(dòng)含氯氣體在執(zhí)行縮合過(guò)程之后執(zhí)行。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在晶片上流動(dòng)含氯氣體同時(shí)加熱晶片包括以1100C或更低的溫度加熱晶片。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中執(zhí)行縮合過(guò)程增加第一半導(dǎo)體層的剩余部分中的鍺。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括形成具有溝道區(qū)的晶體管，其中溝道區(qū)的至少一部分位于第二半導(dǎo)體層中。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中流動(dòng)含氯氣體包括流動(dòng)近似6％濃度的含氯氣體。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括與含氯氣體一起流動(dòng)惰性氣體。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中含氯氣體包括氯化氫、氯氣、四氯化碳、或三氯乙烷中至少一種。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中流動(dòng)含氯氣體包括流動(dòng)0.1-10％濃度的含氯氣體。
19.一種方法，包括提供包含第一半導(dǎo)體層的晶片，該第一半導(dǎo)體層包含第一類(lèi)型和第二類(lèi)型的原子；在晶片上執(zhí)行縮合過(guò)程，執(zhí)行縮合過(guò)程消耗第一半導(dǎo)體層的一部分，其中執(zhí)行縮合過(guò)程包括在晶片上流動(dòng)含氯氣體，執(zhí)行縮合過(guò)程在第一半導(dǎo)體層的剩余部分上形成包含第二類(lèi)型原子的層；去除包含第二類(lèi)型原子的層；在去除之后在剩余部分上形成第二半導(dǎo)體層，該第二半導(dǎo)體層包括第二類(lèi)型的原子。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中執(zhí)行縮合過(guò)程包括以至少900C的溫度加熱晶片。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中執(zhí)行縮合過(guò)程包括以低于1100C的溫度加熱晶片。
22.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中第一類(lèi)型的原子是鍺原子且第二類(lèi)型的原子是硅原子。
23.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中晶片具有絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)構(gòu)造。
24.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中縮合過(guò)程包括氧化過(guò)程；包含第二類(lèi)型原子的層是氧化物。
25.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中形成第二半導(dǎo)體層包括使用剩余部分作為模板層。
26.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中流動(dòng)含氯氣體包括流動(dòng)近似6％濃度的含氯氣體。
27.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中流動(dòng)含氯氣體包括流動(dòng)0.1-10％濃度的含氯氣體。
28.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中含氯氣體包括氯化氫、氯氣、四氯化碳、或三氯乙烷中至少一種。
29.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，還包括形成具有溝道區(qū)的晶體管，其中溝道區(qū)的至少一部分在第二半導(dǎo)體層中。
30.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，還包括在執(zhí)行縮合過(guò)程之后且在形成第二半導(dǎo)體層之前，使用含氯氣體執(zhí)行二次加熱過(guò)程。
31.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中執(zhí)行縮合過(guò)程消耗晶片選擇區(qū)域中第一半導(dǎo)體層的一部分。
32.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中第二半導(dǎo)體層特征為應(yīng)變。
33.一種方法，包括提供晶片，該晶片具有絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)構(gòu)造，該晶片包括包含硅和鍺的第一半導(dǎo)體層；執(zhí)行縮合過(guò)程，執(zhí)行縮合過(guò)程消耗第一半導(dǎo)體層的一部分；在執(zhí)行縮合過(guò)程之后，在晶片上流動(dòng)含氯氣體同時(shí)加熱晶片；在流動(dòng)之后在第一半導(dǎo)體層的剩余部分上形成第二半導(dǎo)體層。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中執(zhí)行縮合過(guò)程還包括在剩余部分上形成包含硅的一層，該方法還包括在形成第二半導(dǎo)體層之前去除包含硅的層。
35.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中流動(dòng)含氯氣體還包括以1100C或更低的溫度加熱晶片。
36.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中流動(dòng)含氯氣體還包括以700C或更高的溫度加熱晶片。
37.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中形成第二半導(dǎo)體層包括使用剩余部分作為模板層。
38.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中流動(dòng)含氯氣體包括流動(dòng)近似6％濃度的含氯氣體。
39.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中流動(dòng)含氯氣體包括流動(dòng)0.1-10％濃度的含氯氣體。
40.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中含氯氣體包括氯化氫、氯氣、四氯化碳、或三氯乙烷中至少一種。
41.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，還包括形成具有溝道區(qū)的晶體管，其中溝道區(qū)的至少一部分在第二半導(dǎo)體層中。
42.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中第二半導(dǎo)體層特征為應(yīng)變。
43.一種方法，包括在絕緣層上提供包含硅和鍺并且具有晶體結(jié)構(gòu)的第一半導(dǎo)體層；在晶體結(jié)構(gòu)上形成氮氧化合物層，其中形成包括使用消耗第一半導(dǎo)體層一部分的過(guò)程；去除氮氧化合物層；在去除氧化物層之后在晶體結(jié)構(gòu)上形成包含硅的第二半導(dǎo)體層。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種形成應(yīng)變半導(dǎo)體層的過(guò)程。該過(guò)程包括在晶片上流動(dòng)含氯氣體(例如氯化氫、氯氣、四氯化碳和三氯乙烷)同時(shí)加熱晶片。在一個(gè)實(shí)例中，含氯氣體在縮合過(guò)程期間在用作用于形成應(yīng)變半導(dǎo)體層(例如應(yīng)變硅)的模板層的半導(dǎo)體層上流動(dòng)。在其他實(shí)例中，含氯氣體在縮合操作之后在晶片的二次加熱期間流動(dòng)。
文檔編號(hào)H01LGK1926660SQ200480024106
公開(kāi)日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2004年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月25日
發(fā)明者劉純利, 瑪利安·G.·薩達(dá)克, 亞歷山大·L.·巴爾, 彼切-耶·尼古耶, 沃恩-于·西恩, 肖恩·G.·托馬斯, 特德·R.·懷特, 謝強(qiáng)華 申請(qǐng)人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司