場效應晶體管及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開場效應晶體管及其制備方法，涉及半導體制備【技術領域】。該方法為：在一襯底上以刻蝕工藝形成源漏區(qū)，并采用酸液對所述源漏區(qū)表面的自然氧化層進行清洗；在所述源漏區(qū)內(nèi)形成緩沖層，所述緩沖層厚度為所述源漏區(qū)深度的30%～70%；以外延生長工藝于所述緩沖層上形成應變材料層；以外延生長工藝于所述應變材料層上形成硅帽層。本發(fā)明通過增大緩沖層厚度，使緩沖層厚度達到源漏刻蝕深度的30%～70%，可有效地降低從界面處產(chǎn)生并延伸到應變材料內(nèi)部的缺陷，增大了源漏區(qū)外延生長條件的調(diào)節(jié)窗口。
【專利說明】場效應晶體管及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體制備【技術領域】，尤其涉及一種場效應晶體管及其制備方法。
【背景技術】
[0002]金屬氧化層半導體場效應晶體管(簡稱金氧半場效應晶體管，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)是一種可以廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路的場效應晶體管。金屬氧化物半導體場效應管依照其“溝道”極性的不同，可分為電子占多數(shù)的N溝道型與空穴占多數(shù)的P溝道型，通常被稱為N型金氧半場效應晶體管(NM0SFET)與P型金氧半場效應晶體管(PM0SFET)。隨著科技的發(fā)展MOSFET器件的特征尺寸從90nm進入到65nm及以下,純柵介質(zhì)厚度也減小到了其物理極限，通過等比例縮小來提升場效應晶體管(FET)性能逐漸陷入了瓶頸，而提高載流子遷移率則成為了一種提升性能的新方法。
[0003]因而出現(xiàn)了應變硅技術，通過提高溝道內(nèi)載流子遷移率從而提升晶體管的性能。在應變硅技術中，無論是針對PM0SFET的嵌入式SiGe源漏技術還是針對NM0SFET的嵌入式SiC源漏技術都要求采用外延生長，通過晶格參數(shù)不同引入應力到溝道處從而提高載流子遷移率。但是，外延生長薄膜要盡可能避免缺陷，防止造成應力釋放。
[0004]現(xiàn)有的技術是采用緩沖區(qū)域D (Buffer layer)如圖1所示,將摻雜濃度(SiGe中為Ge的濃度、SiC中為C的濃度、SiGeC中為Ge和C各自的濃度等)從零逐步提高到應變材料區(qū)域B所要達到的濃度，但是緩沖區(qū)域D—般限制在較薄(150埃以內(nèi))的厚度范圍內(nèi)，緩解程度不夠，容易從緩沖區(qū)域D的界面處發(fā)生延伸到應變材料區(qū)域B的缺陷A。
[0005]中國專利(CN102479812A)公開了半導體器件及其制造方法，該半導體器件，包括襯底、位于所述襯底中的溝道區(qū)、源漏區(qū)、位于所述溝道區(qū)上的柵極和柵極側墻以及位于所述源漏區(qū)上的鎳基硅化物，所述鎳基硅化物為外延生長的薄膜層。
[0006]該專利通過合理設置鎳基硅化物材質(zhì)以及處理溫度，使得鎳基硅化物可以承受為了消除DRAM電容缺陷而進行的高溫退火，從而可以降低DRAM的MOSFET源漏寄生電阻和接觸電阻，同時也可與現(xiàn)有CMOS制造技術兼容。但并沒有解決從緩沖區(qū)域的界面處發(fā)生延伸到應變材料區(qū)域存在缺陷的問題。
[0007]中國專利(CN101719472B)公開了一種垂直雙擴散MOS晶體管的制備方法，該方法首先在外延層表面水平方向位于溝道區(qū)旁側的位置與所處器件層的緩沖隔離氧化層同步生長一厚度較厚的絕緣層，再采用常規(guī)工藝方法完成垂直雙擴散MOS晶體管源、漏、柵的制備。
[0008]該專利厚絕緣層的引入，增加了晶硅柵和外延層之間的相對距離，即增加了柵-漏電容兩極板間的距離，從而在不改變多晶硅柵面積、不增大器件導通電阻的情況下，有效減小了器件的柵-漏電容，大大縮短了 MOS晶體管開關過程中對柵-漏電容的充放電時間，提聞了 MOS晶體管的開關速度，并降低其動態(tài)損耗，使器件性能有了很大提聞。但并沒有解決從緩沖區(qū)域的界面處發(fā)生延伸到應變材料區(qū)域存在缺陷的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明為解決現(xiàn)有場效應晶體管的緩沖區(qū)域一般限制在較薄的厚度范圍內(nèi)，緩解程度不夠，容易從緩沖區(qū)域的界面處發(fā)生延伸到應變材料區(qū)域存在缺陷的問題，從而提供場效應晶體管及其制備方法的技術方案。
[0010]本發(fā)明所述一種場效應晶體管，包括:襯底、位于所述襯底上的溝道區(qū)、位于所述溝道區(qū)上的柵極、位于所述柵極兩側的隔離側墻以及源漏區(qū)；
[0011]所述源漏區(qū)內(nèi)設有緩沖層，所述緩沖層上設有應變材料層，所述應變材料層上覆蓋有硅帽層，所述緩沖層的厚度為所述源漏區(qū)深度的30%?70%。
[0012]優(yōu)選的，所述應變材料層采用的材料為:SiGe、SiC、SiGeC、摻雜有硼離子的SiGe、摻雜有硼尚子的SiC、摻雜有硼尚子的SiGeC、摻雜有磷尚子的SiGe、摻雜有磷尚子的SiC或摻雜有磷離子的SiGeC的其中一種。
[0013]優(yōu)選的，所述緩沖層材料與所述應變材料層相同，所述緩沖層底部的離子摻雜濃度與所述襯底的離子摻雜濃度相同，所述緩沖層頂部的離子摻雜濃度與所述應變材料層的離子摻雜濃度相同。
[0014]優(yōu)選的，所述緩沖層的離子摻雜濃度由底部至頂部呈線性變化或者呈階梯型變化。
[0015]優(yōu)選的，所述緩沖層的厚度為所述源漏區(qū)深度的40%?60%。
[0016]一種場效應晶體管的制備方法，該制備方法包括下述步驟:
[0017]步驟1.在一襯底上以刻蝕工藝形成源漏區(qū)，并采用酸液對所述源漏區(qū)表面的自然氧化層進行清洗；
[0018]步驟2.在所述源漏區(qū)內(nèi)形成緩沖層，所述緩沖層厚度為所述源漏區(qū)深度的30%?70% ；
[0019]步驟3.以外延生長工藝于所述緩沖層上形成應變材料層；
[0020]步驟4.以外延生長工藝于所述應變材料層上形成硅帽層。
[0021]優(yōu)選的，步驟2采用外延生長工藝在所述源漏區(qū)內(nèi)形成所述緩沖層。
[0022]優(yōu)選的，所述緩沖層厚度為所述源漏區(qū)深度的40%?60%。
[0023]優(yōu)選的，所述緩沖層的材料與所述應變材料層的材料相同，所述的緩沖層的摻雜濃度由底部至頂部從零逐漸增加到所述應變材料層的摻雜濃度相同，且所述的緩沖層的摻雜濃度變化為材料為線性變化或階梯型變化。
[0024]優(yōu)選的，在步驟I與步驟2之間，采用氫氣或氫氣與氯化氫的混合氣體對所述襯底進行烘烤。
[0025]本發(fā)明的有益效果:
[0026]本發(fā)明通過增大緩沖層厚度，使緩沖層厚度達到源漏刻蝕深度的30%?70%，可有效地降低從界面處產(chǎn)生并延伸到應變材料內(nèi)部的缺陷，所述界面為緩沖層與襯底的交界處，增大了源漏區(qū)外延生長條件的調(diào)節(jié)窗口，實現(xiàn)了 65nm以下制程的半導體嵌入式源漏技術的優(yōu)質(zhì)外延生長技術。
【專利附圖】

【附圖說明】[0027]圖1為傳統(tǒng)的緩沖層在I 50人以內(nèi)的場效應晶體管的剖面示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明所述的場效應晶體管的剖面示意圖；
[0029]圖3為本發(fā)明所述場效應晶體管的制備的方法流程圖。
[0030]附圖中:1.隔離側墻；2.硅帽層；3.柵極；4.應變材料層；5.緩沖層；6.溝道區(qū)；
7.襯底；E.緩沖層與襯底的交界處產(chǎn)生并延伸到應變材料層內(nèi)的缺陷。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不作為本發(fā)明的限定。
[0032]如圖2所示，本發(fā)明提供一種場效應晶體管，包括:襯底7、位于襯底7上的溝道區(qū)
6、位于溝道區(qū)6上的柵極3、位于柵極3兩側的隔離側墻I以及源漏區(qū)；
[0033]源漏區(qū)內(nèi)設有緩沖層5，緩沖層5上設有應變材料層4，應變材料層4上覆蓋有硅帽層2，其特征在于，緩沖層5的厚度為源漏區(qū)深度的30%?70%。
[0034]在本實施例中，通過增大緩沖層5厚度，使緩沖層5的厚度達到源漏區(qū)深度的30%?70%，極大地緩沖了應變材料層4與襯底7材料的摻雜濃度差異，有效地降低了由界面處(緩沖層5與襯底7的交界處)產(chǎn)生并延伸到應變材料層4內(nèi)的缺陷E，且具有較大的工藝條件調(diào)整空間；另外，源漏區(qū)(刻蝕區(qū)域)的底面和側面因晶向不同生長速率不同，使得緩沖層5在側面厚度較薄，在保證了應變材料的摻雜濃度不變的情況下，溝道區(qū)6的工程應力不變，因而不會影響到載流子遷移率的增加效果。
[0035]在優(yōu)選的實施例中，應變材料層4采用的材料為:SiGe、SiC、SiGeC、摻雜有硼離子的SiGe、摻雜有硼尚子的SiC、摻雜有硼尚子的SiGeC、摻雜有磷尚子的SiGe、摻雜有磷尚子的SiC或摻雜有磷離子的SiGeC的其中一種。
[0036]在優(yōu)選的實施例中，緩沖層5材料與應變材料層4相同，緩沖層5底部的離子摻雜濃度與襯底7的離子摻雜濃度相同，緩沖層5頂部的離子摻雜濃度與應變材料層4的離子摻雜濃度相同。
[0037]在優(yōu)選的實施例中，緩沖層5的離子摻雜濃度由底部至頂部呈線性變化或者呈階梯型變化；具體的緩沖層5的離子摻雜濃度可由底部至頂部呈線性增大或者呈階梯形增大。
[0038]在本實施方式中，在保證了應變材料的摻雜濃度不變的情況下，溝道區(qū)6的工程應力不變，因而不會影響到載流子遷移率的增加效果。
[0039]在優(yōu)選的實施例中，緩沖層5的厚度為源漏區(qū)深度的40%?60%，可以更好的降低了由界面處(緩沖層5與襯底7的交界處)產(chǎn)生并延伸到應變材料層4內(nèi)的缺陷E問題。
[0040]基于上述實施例的場效應晶體管的制備方法如圖3所示，在40納米的工藝中，該方法包括下述步驟:
[0041]步驟1.在一襯底7上以刻蝕工藝形成源漏區(qū)，并采用酸液(如稀釋后的氫氟酸溶液等)對源漏區(qū)表面的自然氧化層(native oxide)進行清洗；
[0042]步驟2.在源漏區(qū)內(nèi)形成緩沖層5，緩沖層5厚度為源漏區(qū)深度的30%?70% ；
[0043]步驟3.以外延生長工藝于緩沖層5上形成應變材料層4 ；
[0044]步驟4.以外延生長工藝于應變材料層4上形成硅帽層2。
[0045]本實施方式中，形成溝道區(qū)6、柵極3以及柵極兩側的隔離側墻I均為現(xiàn)有技術，故在本發(fā)明中沒有贅述。本實施方式通過增大源漏區(qū)外延生長的梯度性緩沖層5材料的厚度窗口，極大地緩沖了體應變材料與襯底7材料的摻雜濃度差異，可有效地降低界面處(緩沖層5與襯底7的交界處)產(chǎn)生并延伸到應變材料內(nèi)的缺陷E，同時增大了外延生長條件的調(diào)節(jié)窗口 ；另外，隧道處工程應力的大小主要來源于隧道最窄處體應變材料的摻雜濃度，由于沒有改變體應變材料的摻雜濃度，因而不會影響到載流子遷移率增加的效果，沒有降低場效應晶體管的性能。
[0046]在優(yōu)選的實施例中，步驟2采用外延生長工藝在源漏區(qū)內(nèi)形成緩沖層5。
[0047]在優(yōu)選的實施例中，緩沖層5厚度為源漏區(qū)深度的40%?60%。
[0048]在優(yōu)選的實施例中，緩沖層5的材料與應變材料層4的材料相同，緩沖層5的摻雜濃度由底部至頂部從零逐漸增加到應變材料層4的摻雜濃度相同，且緩沖層5的摻雜濃度變化為線性變化或階梯型變化。
[0049]在優(yōu)選的實施例中，在步驟I與步驟2之間，采用高溫的氫氣(H2)或高溫的氫氣與氯化氫(HCl)的混合氣體對襯底進行烘烤。
[0050]以上所述僅為本發(fā)明較佳的實施例，并非因此限制本發(fā)明的實施方式及保護范圍，對于本領域技術人員而言，應當能夠意識到凡運用本發(fā)明說明書及圖示內(nèi)容所作出的等同替換和顯而易見的變化所得到的方案，均應當包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種場效應晶體管，包括:襯底、位于所述襯底上的溝道區(qū)、位于所述溝道區(qū)上的柵極、位于所述柵極兩側的隔離側墻以及源漏區(qū)； 所述源漏區(qū)內(nèi)設有緩沖層，所述緩沖層上設有應變材料層，所述應變材料層上覆蓋有硅帽層，其特征在于，所述緩沖層的厚度為所述源漏區(qū)深度的30%?70%。
2.如權利要求1所述的場效應晶體管，其特征在于，所述應變材料層采用的材料為:SiGe、SiC、SiGeC、摻雜有硼離子的SiGe、摻雜有硼離子的SiC、摻雜有硼離子的SiGeC、摻雜有磷離子的SiGe、摻雜有磷離子的SiC或摻雜有磷離子的SiGeC的其中一種。
3.如權利要求2所述的場效應晶體管，其特征在于，所述緩沖層材料與所述應變材料層相同，所述緩沖層底部的離子摻雜濃度與所述襯底的離子摻雜濃度相同，所述緩沖層頂部的離子摻雜濃度與所述應變材料層的離子摻雜濃度相同。
4.如權利要求3所述的場效應晶體管，其特征在于，所述緩沖層的離子摻雜濃度由底部至頂部呈線性變化或者呈階梯型變化。
5.如權利要求1所述半導體器件，其特征在于，所述緩沖層的厚度為所述源漏區(qū)深度的 40% ?60%ο
6.一種場效應晶體管的制備方法，其特征在于，該制備方法包括下述步驟: 步驟1.在一襯底上以刻蝕工藝形成源漏區(qū)，并采用酸液對所述源漏區(qū)表面的自然氧化層進行清洗； 步驟2.在所述源漏區(qū)內(nèi)形成緩沖層，所述緩沖層厚度為所述源漏區(qū)深度的30%?70% ； 步驟3.以外延生長工藝于所述緩沖層上形成應變材料層； 步驟4.以外延生長工藝于所述應變材料層上形成硅帽層。
7.如權利要求6所述的場效應晶體管的制備方法，其特征在于，步驟2采用外延生長工藝在所述源漏區(qū)內(nèi)形成所述緩沖層。
8.如權利要求6所述的場效應晶體管的制備方法，其特征在于，所述緩沖層厚度為所述源漏區(qū)深度的40%?60%。
9.如權利要求6所述的場效應晶體管的制備方法，其特征在于，所述緩沖層的材料與所述應變材料層的材料相同，所述的緩沖層的摻雜濃度由底部至頂部從零逐漸增加到所述應變材料層的摻雜濃度相同，且所述的緩沖層的摻雜濃度變化為線性變化或階梯型變化。
10.如權利要求6所述的場效應晶體管的制備方法，其特征在于，在步驟I與步驟2之間，采用氫氣或氫氣與氯化氫的混合氣體對所述襯底進行烘烤。
【文檔編號】H01L29/06GK103872118SQ201410060125
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年2月21日 優(yōu)先權日:2014年2月21日
【發(fā)明者】高劍琴, 周海鋒, 譚俊 申請人:上海華力微電子有限公司