背景技術(shù)：

包括形成于半導(dǎo)體襯底上的晶體管、二極管、電阻器、電容器及其他無(wú)源和有源電子器件的電路器件的提高的性能，通常是在這些器件的設(shè)計(jì)、制造和操作過(guò)程中考慮的主要因素。例如，在金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管半導(dǎo)體器件(例如在互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)中所使用的那些)的設(shè)計(jì)和制造或形成的過(guò)程中，常常希望增大N型MOS器件(NMOS)溝道區(qū)中電子的移動(dòng)，并增大P型MOS器件(PMOS)溝道區(qū)中帶正電荷空穴的移動(dòng)。通過(guò)減小器件電阻可以在晶體管中實(shí)現(xiàn)這種增大的驅(qū)動(dòng)電流。

減小MOS器件的整體電阻的一種方法是對(duì)源極/漏極區(qū)與溝道區(qū)之間的區(qū)域進(jìn)行摻雜，該區(qū)域稱為MOS器件的尖端區(qū)(tip region)(或者有時(shí)稱為源極/漏極延伸部)。例如，可以在源極/漏極區(qū)中注入摻雜劑，并可以實(shí)施隨后的退火，以向溝道區(qū)擴(kuò)散摻雜劑。因?yàn)槭褂昧俗⑷牒蛿U(kuò)散方法，所有限制了控制摻雜劑濃度和位置的能力。此外，諸如其偏移間隔體的厚度等的MOS器件的其他部分的尺寸也可能對(duì)尖端區(qū)的位置有很大影響。所有這些又影響尖端區(qū)使摻雜劑濃度最大化并接近溝道區(qū)的能力。相應(yīng)的，需要改進(jìn)的方法或結(jié)構(gòu)來(lái)克服傳統(tǒng)尖端區(qū)的局限。

附圖說(shuō)明

圖1A示出了傳統(tǒng)的MOS器件，其包括使用注入和擴(kuò)散形成的源極和漏極尖端區(qū)。

圖1B示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例配置的MOS器件，其包括源極和漏極外延尖端。

圖1C示出了間隔體厚度可以如何影響MOS器件的外延尖端的蝕刻。

圖1D是示出UC到UC距離與間隔體厚度的相關(guān)性的曲線圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的形成源極和漏極外延尖端的方法。

圖3A到3J示出了根據(jù)本發(fā)明多個(gè)實(shí)施例的在執(zhí)行圖2的方法時(shí)形成的結(jié)構(gòu)。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例配置的FinFET晶體管架構(gòu)的透視圖。

圖5是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例形成的MOS器件的UC到UC距離如何與間隔體厚度不太相關(guān)的曲線圖。

圖6A示出了根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的肖特基勢(shì)壘鍺化鎳(nickel germanide)(NiGe)二極管的測(cè)量值，證實(shí)了NiGe功函數(shù)的價(jià)帶邊緣約為85mV。

圖6B描繪了根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的仿真數(shù)據(jù)，其顯示了這種鍺化物材料提供了對(duì)傳統(tǒng)硅鍺源極/漏極PMOS器件的相當(dāng)大的Rext改善。

具體實(shí)施方式

公開(kāi)了用于形成具有高濃度硼摻雜鍺的源極和漏極區(qū)的晶體管器件的技術(shù)。例如，可以使用這些技術(shù)來(lái)延伸自對(duì)準(zhǔn)外延尖端(SET)晶體管，以達(dá)到極為接近單軸向應(yīng)變的理論極限。在一些實(shí)施例中，這通過(guò)使用原位硼摻雜鍺來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述原位硼摻雜鍺是由在源極和漏極區(qū)以及其對(duì)應(yīng)的尖端區(qū)中的選擇性外延沉積來(lái)提供的。在其他實(shí)施例中，選擇性外延沉積用于形成在源極/漏極及相應(yīng)的尖端區(qū)中覆蓋有重硼摻雜鍺層的硼摻雜硅鍺的雙層結(jié)構(gòu)。在這種情況下，鍺濃度例如可以在20原子％到100原子％范圍內(nèi)，硼濃度例如可以在1E20cm^-3到2E21cm^-3范圍內(nèi)(例如，鍺濃度超過(guò)50原子％，硼濃度超過(guò)2E20cm^-3)?？扇芜x的具有分級(jí)的(graded)鍺和/或硼濃度的薄緩沖部可以用作與具有硼摻雜鍺層的一種或多種下層襯底材料的分界面層。類似地，在雙層結(jié)構(gòu)中，具有分級(jí)的鍺和/或硼濃度的薄緩沖部可以用作與具有硼摻雜鍺帽層的硅鍺層的分界面層，在其他的實(shí)施例中，硼摻雜鍺或硅鍺層自身可以以類似于可任選的緩沖部的方式具有分級(jí)的鍺和/或硼濃度。在任何此類情況下，由于在鍺中抑制了硼擴(kuò)散(濃度越高，抑制越大)，可以在鍺中摻雜高濃度的硼，這又導(dǎo)致較低的寄生電阻，且不會(huì)使尖端的陡度降級(jí)。另外，由于肖特基勢(shì)壘高度的降低，減小了接觸電阻。這些技術(shù)例如可以體現(xiàn)在平面或非平面FinFET晶體管器件中。

概述

眾所周知，金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管可以包括源極與漏極尖端區(qū)，將它們?cè)O(shè)計(jì)為降低晶體管的整體電阻，同時(shí)改善短溝道效應(yīng)(SCE)。傳統(tǒng)上，這些尖端區(qū)是襯底的使用注入和擴(kuò)散技術(shù)注入了諸如硼或碳的摻雜劑的部分。在源極區(qū)與溝道區(qū)之間的區(qū)域中形成源極尖端區(qū)。類似地，在漏極區(qū)與溝道區(qū)之間的區(qū)域中形成漏極尖端區(qū)。通過(guò)這種傳統(tǒng)處理得到的尖端區(qū)最低限度地下擴(kuò)散(underdiffuse)晶體管的柵極電介質(zhì)層。

更具體地，圖1A示出了形成于襯底102上的傳統(tǒng)MOS晶體管100A。通常通過(guò)將諸如硼的摻雜劑注入襯底中，或者通過(guò)蝕刻襯底，隨后外延沉積硅或硅鍺材料(具有10到40原子％范圍中的鍺濃度)，來(lái)形成源極區(qū)110和漏極區(qū)112。在晶體管100A的溝道區(qū)120上形成柵極堆疊體122。可以進(jìn)一步看出，柵極堆疊體122包括柵極電介質(zhì)層106和柵極電極104，相鄰于柵極堆疊體122形成間隔體108。在一些實(shí)例情況下，并且取決于技術(shù)節(jié)點(diǎn)，間隔體108在柵極電介質(zhì)層106的邊緣與每一個(gè)源極區(qū)和漏極區(qū)110/112的邊緣之間產(chǎn)生約10到20納米(nm)的距離。在這個(gè)間隔內(nèi)形成源極尖端區(qū)110A和漏極尖端區(qū)112A。如圖所示，基于注入-擴(kuò)散的尖端區(qū)110A/112A與間隔體108重疊，并還可以以小于10nm的距離與柵極電介質(zhì)層106重疊或?qū)ζ溥M(jìn)行下擴(kuò)散。在形成基于注入-擴(kuò)散的尖端區(qū)110A/112A的過(guò)程中，將諸如硼或碳的摻雜劑注入源極區(qū)110和漏極區(qū)112中。隨后對(duì)晶體管100A進(jìn)行退火，以使得摻雜劑向溝道區(qū)120擴(kuò)散。成角度的離子注入技術(shù)也可以用于將摻雜劑進(jìn)一步注入在柵極電介質(zhì)層106與源極/漏極區(qū)110/112之間的那些區(qū)域中。不幸的是，諸如尖端區(qū)110A/112A的形狀、摻雜劑在間隔體108下滲透的距離、和尖端區(qū)110A/112A的濃度梯度之類的因素取決于摻雜劑在襯底材料中的擴(kuò)散特性。例如，尖端區(qū)的濃度在源極/漏極區(qū)110/112附近將較高，而在溝道區(qū)120附近將較低。盡管是非常希望的，但幾乎不可能在不驅(qū)使摻雜劑進(jìn)入溝道區(qū)120的情況下，使得摻雜劑濃度在溝道區(qū)120附近極高。而且，不能移動(dòng)源極和漏極區(qū)110/112使其更接近溝道區(qū)120，因?yàn)闀?huì)同樣驅(qū)使摻雜劑進(jìn)入溝道區(qū)120中。這限制了可以將源極和漏極區(qū)110/112形成得有多接近溝道區(qū)120，從而約束了柵極長(zhǎng)度縮放。

圖1B示出了示例性MOS器件100B，其包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例配置的源極和漏極外延尖端(本文中通常稱為外延尖端(epi-tip))。更具體地，MOS晶體管100B使用底切蝕刻，以允許源極區(qū)110和漏極區(qū)112在間隔體108下方延伸，在一些情況下，是在柵極電介質(zhì)層106下方延伸。本文中將在間隔體108(有可能在柵極電介質(zhì)層106)下方延伸的源極/漏極區(qū)110/112的部分分別稱為源極外延尖端110B和漏極外延尖端112B。源極和漏極外延尖端110B/112B代替針對(duì)圖1A所述的基于注入/擴(kuò)散的尖端區(qū)110A/112A。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，如圖1B所示，例如可以通過(guò)：蝕刻襯底102，其包括底切間隔體108(有可能是柵極電介質(zhì)層106)；隨后使用選擇性外延沉積來(lái)提供原位硼摻雜鍺，或者覆蓋有重硼摻雜鍺的硼摻雜硅鍺(SiGe)，以填充源極/漏極區(qū)110/112和源極/漏極外延尖端110B/112B，來(lái)形成源極/漏極區(qū)110/112和源極/漏極外延尖端110B/112B。注意，外延填充可以相對(duì)于襯底102的表面隆起，如圖1B中進(jìn)一步示出的。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，取決于諸如襯底成分和將在器件結(jié)構(gòu)的不同層之間禁止失配位錯(cuò)的程度之類的因素，分級(jí)的緩沖部可以用于更多結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的更多位置。例如，襯底102可以是硅襯底，或者絕緣體上硅(SOI)的硅膜襯底，或者多層襯底，其包括硅、硅鍺、鍺、和/或III-V族化合物半導(dǎo)體。因此，示例性地，在具有硅或硅鍺襯底102，且原位硼摻雜鍺用于填充源極/漏極區(qū)110/112和源極/漏極外延尖端110B/112B的實(shí)施例中，可以在下層襯底102與上層硼摻雜鍺之間提供緩沖部。在這個(gè)實(shí)施例中，緩沖部可以是分級(jí)的硼摻雜的(或本征的)硅鍺層，其具有從與下層硅襯底或硅鍺襯底相容的基準(zhǔn)級(jí)別(base level)濃度到高達(dá)100原子％(或接近100原子％，諸如超過(guò)90原子％或95原子％或98原子％)分級(jí)的鍺成分。在一個(gè)特定的這種實(shí)施例中，鍺濃度范圍從小于等于40原子％到超過(guò)98原子％。這個(gè)緩沖部?jī)?nèi)的硼濃度例如可以固定在高級(jí)別或等級(jí)，例如從處于下層襯底的或與其相容的基準(zhǔn)濃度到預(yù)期的高濃度(例如，超過(guò)1E20cm^-3或5E20cm^-3)。注意，本文所用的相容性并非必須要求濃度級(jí)別重疊(例如，下層襯底的鍺濃度可以是0到20原子％，緩沖部的初始鍺濃度可以是30到40原子％)。另外，本文所用的相對(duì)于濃度級(jí)別的詞語(yǔ)“固定”旨在表示相對(duì)恒定的濃度級(jí)別(例如，層中最低濃度級(jí)別在該層內(nèi)最高濃度級(jí)別的10％以內(nèi))。在更普遍的意義上，固定的濃度級(jí)別旨在表示缺少有意分級(jí)的濃度級(jí)別。緩沖部的厚度可以根據(jù)諸如緩沖的濃度的范圍之類的因素而改變，但在一些實(shí)施例中，緩沖部的厚度在30到120埃的范圍中，諸如50到(例如，或)。根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容將會(huì)意識(shí)到，這種分級(jí)的緩沖部有益地降低了肖特基勢(shì)壘高度。

可替換地，不是使用在下層襯底102與上層硼摻雜鍺之間的薄緩沖部，可以以類似的方式將硼摻雜鍺層自身分級(jí)。例如，根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，可以以從與下層襯底相容的基準(zhǔn)級(jí)別濃度(例如，在30到70原子％范圍中)到高達(dá)100原子％分級(jí)的鍺濃度來(lái)配置硼摻雜鍺層。在一些這種實(shí)施例中，該硼摻雜鍺層內(nèi)的硼濃度范圍例如可以是從處于下層襯底的或與之相容的基準(zhǔn)濃度到預(yù)期的高濃度(例如，超過(guò)1E20cm^-3)。

在具有硅或硅鍺襯底102，及原位硼摻雜的SiGe與填充源極/漏極區(qū)110/112和源極/漏極外延尖端110B/112B的硼摻雜鍺帽層的雙層結(jié)構(gòu)的其他實(shí)施例中，可以在硼摻雜的SiGe層與上層硼摻雜鍺帽層之間提供緩沖部。在一個(gè)這種實(shí)施例中，硼摻雜的SiGe層具有固定的鍺濃度(例如，在30到70原子％范圍中)，緩沖部可以是薄SiGe層(例如，30到諸如50到)，其具有從與下層硼摻雜的SiGe層相容的基準(zhǔn)級(jí)別濃度到高達(dá)100原子％(或接近100原子％，諸如超過(guò)90原子％或95原子％或98原子％)分級(jí)的鍺濃度。在一些這種情況下，該緩沖部?jī)?nèi)的硼濃度例如可以固定在高級(jí)別，或者范圍例如可以是從處于下層SiGe層的或與之相容的基準(zhǔn)濃度到預(yù)期的高濃度(例如，超過(guò)1E20cm^-3、2E20cm^-3、3E20cm^-3、4E20cm^-3、或5E20cm^-3)。

可替換地，不是使用在雙層結(jié)構(gòu)的兩層之間的薄緩沖部，可以以類似的方式對(duì)硼摻雜的SiGe層自身分級(jí)。例如，根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，可以以從與下層襯底相容的基準(zhǔn)級(jí)別濃度(例如，在30到70原子％的范圍中)到高達(dá)100原子％(或者如前解釋的接近100原子％)分級(jí)的鍺濃度來(lái)配置硼摻雜的SiGe層。在該硼摻雜的SiGe層內(nèi)的硼濃度例如可以固定在高級(jí)別或者例如可以在從處于下層襯底的或與之相容的基準(zhǔn)濃度到預(yù)期的高濃度(例如，超過(guò)1E20cm^-3)的范圍中。

因此，提供了用于平面和非平面FinFET晶體管器件的SET架構(gòu)?？梢圆糠值厥褂脗鹘y(tǒng)工藝來(lái)形成器件，例如通過(guò)虛設(shè)柵極氧化物、薄間隔體、及各向同性底切蝕刻(或者氨蝕刻，以在單晶襯底中形成有小面的(faceted)鰭凹槽，或者用以形成鰭凹槽的其他適合的蝕刻)來(lái)形成器件。根據(jù)一些實(shí)施例，選擇性外延沉積隨后可以用于提供原位硼摻雜鍺，或者可替換地，覆蓋有重硼摻雜的純鍺的充分應(yīng)變的硼摻雜硅鍺層，以形成尖端和源極/漏極區(qū)?？梢匀缜八忉尩厥褂每扇芜x的緩沖部。借助這種實(shí)施例，無(wú)需P型源極和漏極(PSD)注入或基于高溫?cái)U(kuò)散的退火，因?yàn)榕鹪诔练e時(shí)是完全活性的。也可以使用任何適合的高-k置換金屬柵極(RMG)工藝流程，其中高-k電介質(zhì)代替了虛設(shè)柵極氧化物。例如，利用鎳、鎳-鉑、或者進(jìn)行了或沒(méi)有進(jìn)行鍺的預(yù)先非晶化注入的鈦的硅化(silicidation)可以用于形成低電阻鍺化物。如前解釋的，這種實(shí)施例延伸SET晶體管器件架構(gòu)，以達(dá)到(幾乎)單軸應(yīng)變的理論極限。本文提供的技術(shù)例如可應(yīng)用，以有益于任何技術(shù)節(jié)點(diǎn)(例如，90nm、65nm、45nm、32nm、22nm、14nm和10nm晶體管，及更低的)，所要求保護(hù)的本發(fā)明并非旨在局限于器件幾何尺寸的任何特定的此類節(jié)點(diǎn)或范圍。根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容，其他優(yōu)點(diǎn)會(huì)顯而易見(jiàn)。

例如，注意到可以以與源極和漏極區(qū)110/112相同的工藝來(lái)形成根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例配置的源極和漏極外延尖端110B/112B，這減小了工藝時(shí)間。另外，與傳統(tǒng)的基于注入/擴(kuò)散的尖端區(qū)不同，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例配置的源極/漏極外延尖端110B/112B的晶格參數(shù)引起了溝道區(qū)120中的應(yīng)變，這增大了空穴遷移率，并因此減小了溝道中的電阻。根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例配置的SET架構(gòu)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于在源極/漏極外延尖端110B和112B與形成溝道區(qū)120的襯底材料102之間的分界面是突變的(abrupt)。例如，在分界面的一側(cè)上是外延沉積的硼摻雜鍺(B:Ge)材料(例如，具有超過(guò)2E20cm^-3或5E20cm^-3的B濃度)，在分界面的另一側(cè)上是襯底材料，其構(gòu)成溝道區(qū)120(例如，硅鍺、或其他適合的襯底材料)。這個(gè)結(jié)構(gòu)使得外延源極/漏極外延尖端110B/112B能夠使重硼摻雜的高濃度鍺材料非常接近溝道區(qū)120。外延源極/漏極外延尖端110B/112B中的硼在外延尖端內(nèi)基本上或完全保留，而不趨向于擴(kuò)散到溝道區(qū)120中。

可以用于形成源極和漏極外延尖端110B/112B的傳統(tǒng)方法會(huì)存在應(yīng)考慮的問(wèn)題。具體地，參考圖1B和1C，傳統(tǒng)底切蝕刻技術(shù)可以導(dǎo)致底切區(qū)形成子彈形輪廓。在這種情況下，在略低于柵極電介質(zhì)層106處比直接相鄰于柵極電介質(zhì)層106處蝕刻了更多的襯底材料。這樣，源極外延尖端110B和漏極外延尖端112B每一個(gè)都與該子彈形輪廓相一致，這會(huì)在溝道區(qū)120中產(chǎn)生非最佳的應(yīng)變。而且，傳統(tǒng)底切蝕刻技術(shù)中的偏差可以轉(zhuǎn)換為形成的所得到的源極和漏極外延尖端110B/112B中的偏差。使用形成源極和漏極外延尖端110B/112B的傳統(tǒng)方法的另一個(gè)問(wèn)題涉及間隔體厚度對(duì)底切蝕刻的影響，如圖1B和1C所示。參考圖1B，將MOS晶體管100B示出為具有第一厚度x₁的偏移間隔體108。執(zhí)行了襯底蝕刻，其底切間隔體108和一部分柵極電介質(zhì)層106，以實(shí)現(xiàn)源極和漏極外延尖端110B/112B的形成。底切到底切(UC到UC)距離114將源極外延尖端110B與漏極外延尖端112B分離。參考圖1C，將MOS晶體管100C示出為具有厚度x₂的偏移間隔體108。在此，厚度x₂比圖1B的間隔體108的厚度x₁大得多。結(jié)果，當(dāng)執(zhí)行襯底蝕刻時(shí)，較厚的間隔體108將底切蝕刻向外推(push out)，并導(dǎo)致源極/漏極外延尖端110B/112B被進(jìn)一步遠(yuǎn)離晶體管100C的溝道區(qū)120形成。襯底蝕刻因此底切MOS晶體管100C下方較少的表面區(qū)。因此，MOS晶體管100C的UC到UC距離116比MOS晶體管100B的UC到UC距離114大得多。以此方式改變UC到UC距離產(chǎn)生MOS晶體管的大驅(qū)動(dòng)電流變化。圖1D是示出間隔體厚度如何影響使用已知方法形成的器件中UC到UC距離的曲線圖。該曲線圖提供了由線118代表的數(shù)據(jù)，顯示了隨著間隔體厚度增大，UC到UC距離也增大，從而導(dǎo)致大驅(qū)動(dòng)電流變化。通常，間隔體厚度增大每一納米，UC到UC距離就增大約2nm。在此意義上，使用傳統(tǒng)方法形成源極/漏極外延尖端至少在一些情況下允許偏移間隔體的厚度對(duì)MOS器件的性能具有顯著影響。如根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容將會(huì)意識(shí)到的，本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了形成自對(duì)準(zhǔn)和外延沉積的源極和漏極尖端的方法，其解決了此類問(wèn)題。

架構(gòu)和方法

圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的構(gòu)造具有自對(duì)準(zhǔn)源極和漏極外延尖端的MOS晶體管的方法200。圖3A到3J示出了根據(jù)一些實(shí)施例的隨著執(zhí)行方法200而形成的示例性結(jié)構(gòu)。

如圖所示，方法200以提供202半導(dǎo)體襯底開(kāi)始，在該襯底上可以形成諸如PMOS晶體管的MOS器件。例如可以以塊硅或絕緣體上硅結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體襯底。在其他實(shí)現(xiàn)方式中，可以使用可以結(jié)合或不結(jié)合硅的替換的材料來(lái)形成半導(dǎo)體襯底，所述替換的材料諸如鍺、硅鍺、銻化銦、碲化鉛、砷化銦、磷化銦、砷化鎵或銻化鎵。在更普遍的意義上，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以使用可以充當(dāng)在其上可以構(gòu)造半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)的任何材料。

方法200繼續(xù)，在半導(dǎo)體襯底上形成204柵極堆疊體。可以如傳統(tǒng)所實(shí)施的那樣來(lái)形成柵極堆疊體，或者可以使用任何適合的定制技術(shù)來(lái)形成柵極堆疊體。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，可以通過(guò)沉積，隨后對(duì)柵極電介質(zhì)層和柵極電極層進(jìn)行構(gòu)圖來(lái)形成柵極堆疊體。例如，在一個(gè)示例性情況下，可以使用傳統(tǒng)沉積工藝在半導(dǎo)體襯底上均厚沉積柵極電介質(zhì)層，所述傳統(tǒng)沉積工藝?yán)缁瘜W(xué)氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)、旋涂沉積(SOD)、或物理氣相沉積(PVD)。也可以使用替換的沉積技術(shù)，例如，可以熱生長(zhǎng)柵極電介質(zhì)層。例如，可以由諸如氧化硅或高-k電介質(zhì)材料的材料形成柵極電介質(zhì)材料。高-k柵極電介質(zhì)材料的實(shí)例例如包括二氧化鉿、鉿硅氧化物、氧化鑭、鑭鋁氧化物、氧化鋯、鋯硅氧化物、氧化鉭、氧化鈦、鋇鍶鈦氧化物、鋇鈦氧化物、鍶鈦氧化物、氧化釔、氧化鋁、鉛鈧鉭氧化物、和鈮鋅酸鉛。在一些特定示例性實(shí)施例中，高-k柵極電介質(zhì)層的厚度可以在約到約之間(例如，到)。通常，柵極電介質(zhì)層的厚度應(yīng)足以使得柵極電極與相鄰的源極和漏極接觸部電隔離。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，可以對(duì)高-k柵極電介質(zhì)層執(zhí)行額外的處理，諸如退火處理，以改進(jìn)高-k材料的質(zhì)量。接下來(lái)，可以使用諸如ALD、CVD、或PVD的類似的沉積技術(shù)在柵極電介質(zhì)層上沉積柵極電極材料。在一些這種特定實(shí)施例中，柵極電極材料是多晶硅或金屬層，盡管也可以使用其他適合的柵極電極材料。柵極電極材料通常是犧牲材料，稍后針對(duì)置換金屬柵極(RMG)工藝將其去除，其在一些實(shí)施例中具有到范圍中(例如)的厚度。隨后可以實(shí)施傳統(tǒng)的構(gòu)圖工藝，以蝕刻掉柵極電極層和柵極電介質(zhì)層的部分，從而形成柵極堆疊體，如圖3A所示。

圖3A示出了襯底300，在其上形成柵極堆疊體。如可以借助這個(gè)示例性實(shí)施例看出的，柵極堆疊體包括柵極電介質(zhì)層302(其可以是高-k柵極電介質(zhì)材料)和犧牲柵極電極304。在一個(gè)特定示例性情況下，柵極堆疊體包括氧化硅柵極電介質(zhì)層302和多晶硅柵極電極304。柵極堆疊體還可以包括柵極硬掩模層306，其在處理過(guò)程中提供某些益處或用途，諸如保護(hù)柵極電極304使其免于隨后的離子注入工藝?？梢允褂弥T如氧化硅、氮化硅、和/或常規(guī)電介質(zhì)材料等典型的硬掩模材料來(lái)形成硬掩模層306。

進(jìn)一步參考圖2，在形成柵極堆疊體后，方法200繼續(xù)進(jìn)行離子注入工藝，以通過(guò)將摻雜劑注入206到襯底中來(lái)高度摻雜相鄰于柵極堆疊體的襯底部分。例如可以基于摻雜劑增大其所注入的襯底材料的蝕刻速率的能力來(lái)選擇用于離子注入工藝中的摻雜劑，并且為離子注入工藝所選擇的特定摻雜劑可以基于襯底材料和隨后蝕刻工藝中所使用的蝕刻劑而改變。可以選擇以增大襯底的蝕刻速率的特定摻雜劑例如包括碳、磷和砷。例如，可以以1×10¹⁴到1×10¹⁶原子/cm³范圍的劑量，使用在5到15千電子伏(keV)之間的注入能量來(lái)使用碳?？梢砸?×10¹⁴到5×10¹⁵原子/cm³范圍的劑量，使用在1到5keV之間的注入能量來(lái)使用磷?？梢砸?×10¹⁴到5×10¹⁵原子/cm³范圍的劑量，使用在2到5keV之間的注入能量來(lái)使用砷。根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容，其他適合的摻雜劑和劑量方案會(huì)是顯而易見(jiàn)的。在一些實(shí)施例中，離子注入基本上在垂直方向上進(jìn)行(即，垂直于襯底的方向)；而在其他實(shí)施例中，至少一部分離子注入工藝在成角度的方向上進(jìn)行，以在柵極堆疊體下注入離子。注意，硬掩模306可以用于防止柵極電極304材料的摻雜。

接下來(lái)，方法200繼續(xù)對(duì)襯底進(jìn)行退火207，以驅(qū)使摻雜劑進(jìn)一步進(jìn)入襯底中，并減小在離子注入工藝過(guò)程中襯底所經(jīng)受的任何損害。在一些實(shí)施例中，注入206和隨后的退火207可以驅(qū)使離子到達(dá)例如2nm到20nm之間的襯底深度?？梢岳缭?0秒或更少的(例如5秒)持續(xù)時(shí)間中在700℃到1100℃之間的溫度下來(lái)實(shí)施退火207。將會(huì)理解的是，退火溫度和持續(xù)時(shí)間在一個(gè)實(shí)施例與下一個(gè)實(shí)施例之間可以變化，這取決于諸如擴(kuò)散速率、襯底材料、所用的摻雜劑及預(yù)期的最終摻雜劑濃度之類的因素。

圖3B示出了離子注入和擴(kuò)散工藝后的襯底300。如在這個(gè)示例性實(shí)施例中所示的，離子注入工藝為形成的MOS晶體管產(chǎn)生了相鄰于柵極電介質(zhì)層302的兩個(gè)摻雜區(qū)308。在暴露于適當(dāng)?shù)奈g刻劑時(shí)，摻雜區(qū)308的蝕刻速率會(huì)高于周?chē)r底材料的蝕刻速率。一個(gè)摻雜區(qū)308會(huì)充當(dāng)源極區(qū)的一部分，包括其自對(duì)準(zhǔn)外延尖端。另一個(gè)摻雜區(qū)308會(huì)充當(dāng)漏極區(qū)的一部分，包括其自對(duì)準(zhǔn)外延尖端。在所示的示例性實(shí)施例中，摻雜區(qū)308的部分位于柵極電介質(zhì)層302以下。注意，包括其深度的摻雜區(qū)308的尺寸可以基于對(duì)形成的MOS晶體管的要求而改變。

接下來(lái)，方法200繼續(xù)，在柵極堆疊體的任一側(cè)上形成208間隔體。例如可以使用諸如氧化硅、氮化硅或其他適合的間隔體材料等常規(guī)材料來(lái)形成間隔體。通常可以基于對(duì)所形成的MOS晶體管的設(shè)計(jì)要求來(lái)選擇間隔體的寬度。然而根據(jù)一些實(shí)施例，間隔體的寬度不受形成源極和漏極外延尖端所施加的設(shè)計(jì)約束的支配。圖3C示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的襯底300，其具有形成于柵極電極層304和柵極電介質(zhì)層302的任一側(cè)上的間隔體310。

進(jìn)一步參考圖2，方法200繼續(xù)，干法蝕刻210襯底的摻雜區(qū)，以形成空腔，在其中可以形成包括其相應(yīng)的外延尖端的源極/漏極區(qū)。參考圖3D可以最好地了解到，蝕刻的空腔通常相鄰于柵極堆疊體，外延尖端區(qū)實(shí)際上是源極/漏極空腔區(qū)的延伸。在一些示例性實(shí)施例中，可以將蝕刻的空腔形成為深度在50nm到1500nm之間，其可以比摻雜區(qū)更深。在更普遍的意義上，可以基于預(yù)期的MOS器件性能，根據(jù)需要設(shè)定蝕刻深度。在一些實(shí)施例中，干法蝕刻工藝可以使用是用于離子注入工藝中的摻雜劑的補(bǔ)充的蝕刻劑配方，以增大摻雜區(qū)的蝕刻速率，從而使得蝕刻工藝能夠以快于襯底300的剩余部分的速率從摻雜區(qū)去除襯底材料。在一些實(shí)施例中，這包括底切間隔體310和柵極電介質(zhì)層302的摻雜區(qū)的部分，由此定義了具體限定了晶體管的自對(duì)準(zhǔn)尖端架構(gòu)。增大摻雜區(qū)的蝕刻速率實(shí)現(xiàn)了在UC到UC距離基本上不受諸如間隔體厚度、干法蝕刻工藝中的偏差及其他工藝偏差等因素影響的情況下，蝕刻的源極和漏極尖端空腔能夠底切間隔體310和柵極電介質(zhì)層302。

根據(jù)一些實(shí)施例，干法蝕刻工藝可以使用在等離子體反應(yīng)器中進(jìn)行的氯化化學(xué)反應(yīng)。在一些特定的這種實(shí)施例中，蝕刻劑配方可以包括NF₃與Cl₂的組合，其中將氬或氦用作緩沖氣體或載運(yùn)氣體。根據(jù)一些這種實(shí)施例，活性蝕刻劑品種的流速例如可以在每分鐘50到200標(biāo)準(zhǔn)立方厘米(SCCM)之間變化，而載運(yùn)氣體的流速例如可以在150到400SCCM之間變化。根據(jù)一些這種實(shí)施例，可以例如以700W到1100W范圍的功率，以小于100W的低RF偏置來(lái)使用高能等離子體。根據(jù)一些這種實(shí)施例，反應(yīng)器壓力可以在約1帕斯卡(Pa)到約2Pa的范圍。在另一個(gè)特定示例性實(shí)施例中，蝕刻劑化學(xué)試劑可以包括HBr與Cl₂的組合。在一些這種實(shí)施例中，蝕刻劑品種的流速例如可以在40SCCM到100SCCM之間變化。根據(jù)一些這種實(shí)施例，可以例如以約600W到約1000W范圍的功率，以小于100W的低RF偏置來(lái)使用高能等離子體，反應(yīng)器壓力可以在約0.3Pa到約0.8Pa的范圍。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，蝕刻劑化學(xué)試劑可以包括Ar與Cl₂的組合。在一些這種實(shí)施例中，蝕刻劑品種的流速例如可以在40SCCM到80SCCM之間變化。根據(jù)一些這種實(shí)施例，可以例如以約400W到約800W范圍的功率，以在約100W到200W之間的高RF偏置來(lái)使用中等能量等離子體，反應(yīng)器壓力可以在約1Pa到約2Pa的范圍。對(duì)于這些示例性實(shí)施例中的每一個(gè)，干法蝕刻工藝的時(shí)間例如可以高達(dá)每襯底60秒，但可以根據(jù)諸如預(yù)期的蝕刻深度和蝕刻劑等因素變化。如將會(huì)理解的那樣，這種蝕刻工藝參數(shù)可以改變。

圖3D示出了根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的實(shí)施干法蝕刻工藝后的襯底300。如圖所示，形成源極區(qū)空腔312和漏極區(qū)空腔314。另外，通過(guò)如前所述的摻雜區(qū)的蝕刻210分別作為空腔312和314的延伸形成源極尖端空腔312A和漏極尖端空腔314A。注意，由于在蝕刻210過(guò)程中使用增大了摻雜區(qū)的蝕刻速率的摻雜劑和蝕刻劑配方，間隔體310的厚度對(duì)源極尖端空腔312A和漏極尖端空腔314A的蝕刻具有最低限度的影響。

在完成干法蝕刻工藝后，進(jìn)一步參考圖2，這個(gè)示例性實(shí)施例的方法繼續(xù)進(jìn)行濕法蝕刻212，以清潔并進(jìn)一步蝕刻源極區(qū)空腔312及其源極外延尖端空腔312A，以及漏極區(qū)空腔314及其漏極外延尖端空腔314A?？梢允褂脗鹘y(tǒng)或定制的濕法蝕刻化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)施濕法蝕刻212，濕法蝕刻212可以用于去除諸如碳、氟、含氯氟烴及氧化物(諸如氧化硅)之類的污染物，以提供清潔的表面，在其上可以實(shí)施隨后的工藝。另外，假定是單晶硅襯底，濕法蝕刻212還可以用于沿<111>和<001>晶面去除襯底的薄部分，以提供光滑表面，在其上可以進(jìn)行高質(zhì)量的外延沉積。在一些示例性情況下，蝕刻掉的襯底的薄部分例如可以高達(dá)5nm厚，還可以去除殘留的污染物。如圖3E中最佳示出的，濕法蝕刻212導(dǎo)致源極區(qū)空腔312及其外延區(qū)312A，以及漏極區(qū)空腔314及其外延尖端區(qū)314A的邊緣遵循<111>和<001>晶面。此外注意，源極和漏極外延尖端區(qū)312A和314A不具有在傳統(tǒng)處理中出現(xiàn)的子彈形輪廓。

在完成濕法蝕刻工藝后，進(jìn)一步參考圖2，方法200繼續(xù)進(jìn)行在源極/漏極及相應(yīng)的尖端空腔中外延沉積214原位硼摻雜鍺(在一些情況下具有居間的薄緩沖部)，或者覆蓋有重硼摻雜鍺層的硼摻雜硅鍺。根據(jù)一些實(shí)施例，在一個(gè)工藝中該外延沉積填充包括其相應(yīng)的外延尖端區(qū)的源極和漏極空腔。CVD工藝或其他適合的沉積技術(shù)可以用于沉積214。例如，可以在CVD反應(yīng)器、LPCVD反應(yīng)器或超高真空CVD(UHVCVD)中實(shí)施沉積214。在一些示例性情況下，反應(yīng)器溫度例如可以在600℃到800℃之間，反應(yīng)器壓力例如可以在1到760Torr之間。載運(yùn)氣體例如可以包括在諸如10到50SLM之間的適當(dāng)流速的氫或氦。在一些特定實(shí)施例中，可以使用諸如GeH₄的鍺源前驅(qū)氣體來(lái)實(shí)施沉積，其在H₂中被稀釋(例如，可以將GeH₄稀釋為1-5％)。例如，可以以1％的濃度和50到300SCCM范圍的流速來(lái)使用稀釋的GeH₄。對(duì)于硼的原位摻雜，可以使用稀釋的B₂H₆(例如，可以在H₂中將B₂H₆稀釋為1-5％)。例如，可以以3％的濃度和10到100SCCM范圍的流速來(lái)使用稀釋的B₂H₆。在一些示例性情況下，可以增加蝕刻劑，以增大沉積的選擇性。例如，可以以50到300SCCM范圍的流速添加HCl或Cl₂。

根據(jù)本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例，并如圖3F最佳示出的，以原位硼摻雜鍺填充源極和漏極區(qū)空腔312/314連同其相應(yīng)的尖端區(qū)312A/314A，從而在襯底300中形成MOS晶體管316的源極區(qū)318(連同外延尖端318A)和漏極區(qū)320(連同漏極外延尖端320A)。在一些這種實(shí)施例中，硼摻雜鍺具有超過(guò)5E20cm^-3的硼濃度，例如2E21cm^-3或者更高。根據(jù)一些特定實(shí)施例，硼摻雜鍺沉積層的厚度例如范圍可以在50到500nm之間(例如，120nm)，盡管根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容，其他層厚度會(huì)是顯而易見(jiàn)的。如前解釋的，一些這種實(shí)施例可以包括在純鍺層與襯底之間具有薄緩沖部。例如，可以進(jìn)一步在圖3F所示的示例性實(shí)施例中見(jiàn)到，在沉積原位硼摻雜鍺之前沉積源極緩沖部313和漏極緩沖部315。在一些這種實(shí)施例中，緩沖部313和315可以是分級(jí)的硼摻雜硅鍺層，其中鍺成分從與下層襯底300材料相容的基準(zhǔn)級(jí)別濃度到高達(dá)100原子％(或如前所述的接近100原子％)分級(jí)。緩沖部313和315的厚度將根據(jù)諸如緩沖部過(guò)渡的濃度范圍和下層襯底300的組成之類的因素而變化。在具有硅鍺襯底的一個(gè)示例性實(shí)施例中，緩沖部厚度的范圍從2nm到10nm，盡管也可以使用其他適合的厚度。在一個(gè)特定的這種實(shí)施例中，緩沖部313和315內(nèi)的硼濃度的范圍例如從與下層硅鍺襯底相容的基準(zhǔn)濃度到預(yù)期濃度(例如，超過(guò)1E20cm^-3，一直到2E21cm^-3)，兩個(gè)特定實(shí)施例超過(guò)2E20cm^-3或超過(guò)5E20cm^-3。在更普遍的意義上，必要時(shí)可以調(diào)整硼濃度，以提供預(yù)期程度的導(dǎo)電性，如根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容會(huì)意識(shí)到的。

根據(jù)本發(fā)明的其他示例性實(shí)施例，及在圖3G中最佳示出的，以原位硼摻雜硅鍺填充源極與漏極區(qū)空腔312/314連同其相應(yīng)的尖端區(qū)312A/314A，以在襯底300中形成MOS晶體管316的源極區(qū)318(連同外延尖端318A)和漏極區(qū)320(連同漏極外延尖端320A)。隨后以重硼摻雜鍺層覆蓋硼摻雜硅鍺填料，以提供源極帽層317和漏極帽層319。在一些這種雙層結(jié)構(gòu)實(shí)施例中，可以外延沉積在一個(gè)或多個(gè)層中的硼摻雜硅鍺填料具有范圍在30到70原子％或者更高的鍺濃度。如前所解釋的，SiGe填料的該鍺濃度可以是固定的或者分級(jí)的，以便從基準(zhǔn)級(jí)別(接近襯底300)增大到高級(jí)別(例如，超過(guò)50原子％，接近純鍺帽層317/319)。在一些這種實(shí)施例中，硼濃度可以超過(guò)1E20cm^-3，諸如高于5E20cm^-3或2E21cm^-3，并且也可以分級(jí)，以便從接近襯底300的基準(zhǔn)級(jí)別增大到高級(jí)別(例如超過(guò)1E20cm^-3或2E20cm^-3或3E20cm^-3等，接近帽層317/319。在硼摻雜SiGe層的鍺濃度固定的實(shí)施例中，薄分級(jí)緩沖部可以用于更好地連接硼摻雜SiGe層與硼摻雜Ge帽層，如前所解釋的。根據(jù)一些特定實(shí)施例，硼摻雜SiGe沉積層(或?qū)拥募?的厚度318/320例如可以在50到250nm(例如60nm)范圍中，純鍺帽層317/319可以具有例如50到250nm(例如50nm)范圍中的厚度，盡管可替換的實(shí)施例可以具有其他層和帽層厚度，如根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容將顯而易見(jiàn)的。在一些實(shí)施例中，注意可以在循環(huán)沉積-蝕刻處理過(guò)程中，在間隔體下方產(chǎn)生空腔，這些空腔也可以由外延帽層回填(其例如可以具有與硼摻雜鍺帽層317/319相同的成分)。

如根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容會(huì)進(jìn)一步理解的，諸如針對(duì)圖3F和3G中所示的實(shí)施例論述的高鍺濃度(例如，超過(guò)50原子％，一直到純鍺)和高硼濃度(例如，超過(guò)1E20cm^-3)的組合可以用于在PMOS SET晶體管器件的源極和漏極區(qū)以及它們相應(yīng)的尖端區(qū)中實(shí)現(xiàn)高得多的傳導(dǎo)性。此外，如前所解釋的，由于硼擴(kuò)散受到純鍺的充分抑制，所以盡管沉積的壓力膜(stressor film)中的硼較高，隨后的退火也沒(méi)有獲得不利的SCE降級(jí)。由在接觸面的較高鍺濃度也實(shí)現(xiàn)了勢(shì)壘高度的降低。在一些示例性實(shí)施例中，超過(guò)95原子％到高達(dá)純鍺(100原子％)的鍺濃度可以用于獲得這種益處。

如圖3F與3G進(jìn)一步示出的，與通過(guò)注入和擴(kuò)散技術(shù)形成的，并因此在尖端區(qū)與溝道區(qū)之間不具有清晰的邊界的傳統(tǒng)源極和漏極尖端區(qū)不同，MOS晶體管316的自對(duì)準(zhǔn)源極和漏極外延尖端具有突變的邊界。換句話說(shuō)，在源極/漏極外延尖端與溝道區(qū)之間的分界面清晰且明確。在分界面的一側(cè)上是重硼摻雜鍺層(圖3F的層318/320，或者圖3G的帽層317/319)，在分界面的另一側(cè)上是襯底300材料，其構(gòu)成溝道區(qū)。源極/漏極外延尖端318A/320A中的硼基本上或者完全保留在外延尖端內(nèi)，而不趨向于擴(kuò)散到溝道區(qū)中，從而使得重硼摻雜鍺材料相對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)能夠極為接近溝道區(qū)。例如，在一些特定實(shí)施例中，源極/漏極外延尖端318A/328A可以底切柵極電介質(zhì)層302超過(guò)10nm。這又使得能夠在不必須縮短溝道區(qū)的情況下縮減柵極長(zhǎng)度。

相對(duì)接近溝道區(qū)形成源極和漏極外延尖端還給溝道施加了較大的流體靜應(yīng)力。該應(yīng)力增大了溝道內(nèi)的應(yīng)變，從而增大了溝道中的遷移率并增大了驅(qū)動(dòng)電流。通過(guò)增大源極和漏極外延尖端的鍺濃度可以進(jìn)一步放大該應(yīng)力。這是對(duì)尖端區(qū)通常不在溝道區(qū)上引起應(yīng)變的基于擴(kuò)散的工藝的改進(jìn)。

一旦根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例填充了源極和漏極區(qū)，就可以實(shí)施多種傳統(tǒng)MOS處理，以完成MOS晶體管316的構(gòu)造，例如置換柵極氧化物的工藝、置換金屬柵極的工藝、退火和自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化(salicidation)工藝，它們可以進(jìn)一步修改晶體管316和/或提供必要的電連接。例如，在源極/漏極區(qū)連同其相應(yīng)的尖端的外延沉積后，進(jìn)一步參考圖2，方法200可以繼續(xù)進(jìn)行在晶體管316上沉積216層間電介質(zhì)(ILD)，隨后按照通常所實(shí)施的那樣對(duì)ILD層進(jìn)行平坦化。可以使用已知的適用于集成電路結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)層中的材料來(lái)形成ILD層，例如低-k電介質(zhì)材料。這種電介質(zhì)材料例如包括諸如氧化硅(SiO₂)和碳摻雜氧化物(CDO)之類的氧化物、氮化硅、諸如八氟環(huán)丁烷或聚四氟乙烯之類的有機(jī)聚合物、氟硅酸鹽玻璃(FSG)、和諸如倍半硅氧烷、硅氧烷或有機(jī)硅酸鹽玻璃之類的有機(jī)硅酸鹽。在一些示例性結(jié)構(gòu)中，ILD層可以包括小孔或其他孔隙，以進(jìn)一步減小其介電常數(shù)。圖3H示出了示例性ILD層322，已經(jīng)對(duì)其進(jìn)行了沉積，并隨后向下平坦化到硬掩模306。

接下來(lái)，在使用了置換金屬柵極工藝的本發(fā)明的一些實(shí)施例中，方法200繼續(xù)使用如傳統(tǒng)所實(shí)施的蝕刻工藝，去除218柵極堆疊體(包括高-k柵極電介質(zhì)層302、犧牲柵極電極304和硬掩模層306)。在替換的實(shí)現(xiàn)方式中，僅去除犧牲柵極304。圖3I示出了根據(jù)一個(gè)這種實(shí)施例的在蝕刻掉柵極堆疊體時(shí)形成的溝槽開(kāi)口。如果去除柵極電介質(zhì)層，該方法就可以繼續(xù)進(jìn)行在溝槽開(kāi)口中沉積220新的柵極電介質(zhì)層。在此可以使用如前所述的任何適合的高-k電介質(zhì)材料，例如二氧化鉿。也可以使用相同的沉積處理。柵極電介質(zhì)層的置換例如可以用于應(yīng)對(duì)在干法和濕法蝕刻工藝實(shí)施過(guò)程中會(huì)對(duì)原始柵極電介質(zhì)層造成的任何損害，和/或以高-k或其他預(yù)期的柵極電介質(zhì)材料來(lái)代替低-k或犧牲電介質(zhì)材料。

方法200隨后可以繼續(xù)進(jìn)行將金屬柵極電極層沉積222到溝槽中和柵極電介質(zhì)層上。傳統(tǒng)金屬沉積工藝可以用于形成金屬柵極電極層，例如CVD、ALD、PVD、無(wú)電鍍或電鍍。金屬柵極電極層例如可以包括P型功函數(shù)金屬，例如釕、鈀、鉑、鈷、鎳，和導(dǎo)電金屬氧化物，例如氧化釕。在一些示例性結(jié)構(gòu)中，可以沉積兩個(gè)或更多個(gè)金屬柵極電極層。例如，可以沉積功函數(shù)金屬，之后是諸如鋁的適合的金屬柵極電極填料金屬。圖3J示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的，已經(jīng)沉積到溝槽開(kāi)口中的示例性高-k電介質(zhì)層324和金屬柵極電極326。

使用硅化工藝(通常沉積接觸部金屬并隨后進(jìn)行退火)來(lái)實(shí)施源極和漏極接觸部的金屬化。例如，以鎳、鋁、鎳-鉑或鎳-鋁或鎳和鋁的其他合金、或者進(jìn)行或沒(méi)有進(jìn)行鍺的預(yù)先非晶化注入的鈦進(jìn)行的硅化可以用于形成低電阻鍺化物。硼摻雜鍺外延層允許金屬-鍺化物形成(例如，鎳-鍺)。鍺化物允許比傳統(tǒng)金屬硅化物系統(tǒng)低得多的肖特基勢(shì)壘高度及改善的接觸電阻(包括Rext)。例如，傳統(tǒng)晶體管通常使用源極/漏極SiGe外延工藝，其中鍺濃度在30-40原子％范圍中。受到外延/硅化物分界面電阻的限制，這種傳統(tǒng)系統(tǒng)呈現(xiàn)了約140Ohm*um的Rext值，其較高并且將來(lái)會(huì)阻礙柵極間距縮放。本發(fā)明的一些實(shí)施例允許PMOS器件中Rext相當(dāng)大的改善(例如，約2倍的改善，或者約70Ohm*um的Rext)，這可以更好地支持PMOS器件縮放。因此，具有以根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的重硼摻雜鍺配置的源極/漏極的晶體管可以呈現(xiàn)出小于100Ohm*um的Rext值，在一些情況下小于90Ohm*um，在一些情況下小于80Ohm*um，在一些情況下小于75Ohm*um或者更低，其中在源極/漏極外延尖端與溝道區(qū)之間的分界面具有超過(guò)1E20cm^-3的硼濃度、超過(guò)50原子％并高達(dá)或者接近純鍺(100原子％)的鍺濃度。

相應(yīng)地，公開(kāi)了自對(duì)準(zhǔn)源極和漏極外延尖端，其由于增大的硼摻雜鍺的量(例如，硼摻雜鍺或具有鍺帽層的硼摻雜硅鍺的量)而減小了MOS晶體管的整體電阻，增大了溝道應(yīng)變。在一些這種實(shí)施例中，源極和漏極外延尖端不具有子彈形輪廓，在溝道區(qū)與源極和漏極區(qū)之間形成突變的邊界，和/或具有更易于控制的摻雜濃度，從而產(chǎn)生了更優(yōu)化的源-漏剖面。此外，根據(jù)一些實(shí)施例，通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)膿诫s劑和蝕刻劑配方的組合，可以在基本上不受間隔體厚度影響的情況下蝕刻源極和漏極外延尖端。該自對(duì)準(zhǔn)工藝因此可以用于在需要時(shí)提高性能，同時(shí)使得工藝偏差最小化。

FinFET結(jié)構(gòu)

眾所周知，F(xiàn)inFET是圍繞半導(dǎo)體材料的薄帶(通常稱為鰭)構(gòu)造的晶體管。晶體管包括標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)節(jié)點(diǎn)，包括柵極、柵極電介質(zhì)、源極區(qū)和漏極區(qū)。器件的導(dǎo)電溝道位于柵極電介質(zhì)下方鰭的外側(cè)上。具體地，電流沿鰭的兩個(gè)側(cè)壁(垂直于襯底表面的側(cè)面)以及鰭的頂部(平行于襯底表面的側(cè)面)流動(dòng)。因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電溝道的位置基本上沿著鰭的三個(gè)不同的外部平面區(qū)，這種FinFET設(shè)計(jì)有時(shí)稱為三柵極FinFET。其他類型的FinFET結(jié)構(gòu)也是可用的，諸如所謂的雙柵極FinFET，在其中導(dǎo)電溝道的位置主要僅沿著鰭的兩個(gè)側(cè)壁(而不沿鰭的頂部)。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例配置的示例性三柵極架構(gòu)的透視圖。如圖所示，三柵極器件包括具有半導(dǎo)體主體或鰭260(由虛線表示)的襯底400，半導(dǎo)體主體或鰭260從襯底400通過(guò)隔離區(qū)710、720延伸。在鰭260的3個(gè)表面上形成柵極電極340以形成3個(gè)柵極。在柵極電極340的頂部上形成硬掩模410。在柵極電極340的相反側(cè)壁上形成柵極間隔體460、470。源極區(qū)包括形成于凹陷的源極分界面266和一個(gè)鰭260的側(cè)壁上的外延區(qū)531，漏極區(qū)包括形成于凹陷的源極分界面266和相反的鰭260的側(cè)壁(未示出)上的外延區(qū)531。帽層541沉積在外延區(qū)531上。在一個(gè)實(shí)施例中，隔離區(qū)710、720是通過(guò)常用技術(shù)形成的淺槽隔離(STI)區(qū)，諸如蝕刻襯底200以形成溝槽，隨后將氧化物材料沉積在溝槽上，以形成STI區(qū)。隔離區(qū)710、720可以由諸如SiO₂的公知的絕緣材料制成。先前針對(duì)襯底102的論述在此也是同樣適用的(例如，襯底400可以是硅襯底，或SOI襯底，或多層襯底)。

如根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容會(huì)理解的，傳統(tǒng)工藝和形成技術(shù)可以用于制造三柵極晶體管結(jié)構(gòu)。但根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例，可以使用以重硼摻雜鍺覆蓋的原位硼摻雜硅鍺來(lái)實(shí)現(xiàn)外延區(qū)531和帽層541的雙層結(jié)構(gòu)，在兩個(gè)雙層之間具有可任選的鍺和/或硼的分級(jí)的緩沖部。如前解釋的，這種緩沖部可以用于從與在凹陷的源極分界面266中為外延區(qū)531沉積的硼摻雜SiGe相容的基準(zhǔn)級(jí)別鍺/硼濃度過(guò)渡到重硼摻雜的鍺帽層541。可替換地，可以直接在外延區(qū)531中，而不是在居間的分級(jí)緩沖部布置中實(shí)現(xiàn)鍺和/或硼濃度的分級(jí)。如會(huì)進(jìn)一步理解的，注意到三柵極結(jié)構(gòu)的可替換方式是雙柵極架構(gòu)，其包括在鰭260頂部上的電介質(zhì)/隔離層。

圖5是示出通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例配置的自對(duì)準(zhǔn)源極和漏極外延尖端可獲得的改進(jìn)的曲線圖。線500表示為使用本文提供的技術(shù)構(gòu)造的MOS器件收集的數(shù)據(jù)。如圖所示，UC到UC距離受到間隔體厚度的影響比使用傳統(tǒng)工藝形成的器件小得多，后者的數(shù)據(jù)同樣由線118表示。圖6A和6B進(jìn)一步展示了通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例配置的自對(duì)準(zhǔn)源極和漏極外延尖端實(shí)現(xiàn)的改進(jìn)。具體地，圖6A示出了肖特基勢(shì)壘NiGe二極管測(cè)量值(泄露相對(duì)于電壓)，證實(shí)了鎳鍺功函數(shù)是極為p型的(大致高于Ge價(jià)帶85mV)。圖6B描繪了根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的仿真數(shù)據(jù)，其顯示了這種鍺化物材料和肖特基勢(shì)壘高度的改進(jìn)相對(duì)于傳統(tǒng)SiGe源極/漏極PMOS器件實(shí)現(xiàn)了2倍的Rext改善。眾所周知，肖特基勢(shì)壘高度是橫跨半導(dǎo)體-金屬結(jié)的電傳導(dǎo)的整流勢(shì)壘。肖特基勢(shì)壘高度的量值反應(yīng)了金屬的費(fèi)米能級(jí)的勢(shì)能與橫跨半導(dǎo)體-金屬分界面的半導(dǎo)體的多數(shù)載流子能帶邊緣的不匹配。對(duì)于p型半導(dǎo)體-金屬分界面，肖特基勢(shì)壘高度是金屬費(fèi)米能級(jí)與半導(dǎo)體的價(jià)帶最大值之間的差。

這樣，如根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容會(huì)理解的，本文提供的本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例可以用于應(yīng)對(duì)幾個(gè)晶體管尺寸調(diào)節(jié)問(wèn)題，諸如利用間距和電源(Vcc)大小調(diào)整提供較高的溝道遷移率，提供減小的源極/漏極和接觸電阻，提供改進(jìn)的溝道突變，提供在自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物與源極/漏極之間的減小的勢(shì)壘高度以使得總寄生電阻最小化，尤其是在平面與非平面架構(gòu)中。根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容，多個(gè)實(shí)施例將是顯而易見(jiàn)的。

本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例提供了一種晶體管器件。該器件包括具有溝道區(qū)的襯底。器件進(jìn)一步包括在溝道區(qū)上的柵極電極，其中，在柵極電極與溝道區(qū)之間提供了柵極電介質(zhì)層，在柵極電極的側(cè)面上提供了間隔體。器件進(jìn)一步包括形成于襯底中并與溝道區(qū)相鄰的源極和漏極區(qū)，源極與漏極區(qū)中的每一個(gè)都包括尖端區(qū)，其在柵極電介質(zhì)層和/或?qū)?yīng)的一個(gè)間隔體下方延伸，其中，源極和漏極區(qū)包括硼摻雜鍺層，該硼摻雜鍺層具有超過(guò)50原子％的鍺濃度和超過(guò)1E20cm^-3的硼濃度。在一個(gè)此類情況下，器件是平面或FinFET PMOS晶體管中的一個(gè)。在另一個(gè)此類情況下，器件可以包括金屬－鍺化物源極和漏極接觸部。在另一個(gè)此類情況下，器件可以包括在源極和漏極區(qū)上的間層電介質(zhì)。在另一個(gè)此類情況下，器件可以包括在襯底與硼摻雜鍺層之間的緩沖部。在一個(gè)此類特定情況下，緩沖部具有從與襯底相容的基準(zhǔn)級(jí)別濃度到超過(guò)95原子％的高濃度分級(jí)的鍺濃度。在另一個(gè)此類特定情況下，緩沖部具有從與襯底相容的基準(zhǔn)級(jí)別濃度到超過(guò)1E20cm^-3的高濃度分級(jí)的硼濃度。在另一個(gè)特定實(shí)施例中，硼摻雜鍺層具有雙層結(jié)構(gòu)，包括硼摻雜硅鍺部分和在其上的硼摻雜鍺帽層。在一個(gè)此類特定情況下，硼摻雜硅鍺部分具有從與襯底相容的基準(zhǔn)級(jí)別濃度到超過(guò)50原子％的高濃度分級(jí)的鍺濃度，硼摻雜鍺帽層具有超過(guò)95原子％的鍺濃度。在另一個(gè)此類特定情況下，硼摻雜硅鍺部分具有從與襯底相容的基準(zhǔn)級(jí)別濃度到超過(guò)1E20cm^-3的高濃度分級(jí)的硼濃度。在另一個(gè)此類特定情況下，硼摻雜硅鍺部分具有固定的鍺濃度，器件進(jìn)一步包括在硼摻雜硅鍺部分與硼摻雜鍺帽層之間的緩沖部，緩沖部具有從與硼摻雜硅鍺部分相容的基準(zhǔn)級(jí)別濃度到超過(guò)50原子％的高濃度分級(jí)的鍺濃度，和從與硼摻雜硅鍺部分相容的基準(zhǔn)級(jí)別濃度到超過(guò)1E20cm^-3的高濃度分級(jí)的硼濃度。在另一個(gè)特定情況下，晶體管具有小于100Ohm*um的Rext值(諸如Rext＝70Ohm*um，+/-10％)。如會(huì)理解的，可以基于諸如預(yù)期電導(dǎo)率之類的因素將硼濃度設(shè)定得較高，在一些此類示例性情況下，超過(guò)2E20cm^-3或3E20cm^-3或4E20cm^-3或5E20cm^-3或2E21cm^-3。

本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提供了一種晶體管器件，在這個(gè)示例性情況下，器件包括具有溝道區(qū)的襯底，和在溝道區(qū)上的柵極電極，其中在柵極電極與溝道區(qū)之間提供了柵極電介質(zhì)層，在柵極電極的側(cè)面上提供了間隔體。器件進(jìn)一步包括形成于襯底中并與溝道區(qū)相鄰的源極和漏極區(qū)，源極和漏極區(qū)中的每一個(gè)都包括尖端區(qū)，所述尖端區(qū)在柵極電介質(zhì)層和/或?qū)?yīng)的一個(gè)間隔體下方延伸，其中，源極和漏極區(qū)包括硼摻雜鍺層，該硼摻雜鍺層具有超過(guò)50原子％的鍺濃度和超過(guò)2E20cm^-3的硼濃度。器件進(jìn)一步包括金屬-鍺化物源極和漏極接觸部。在一些此類情況下，器件可以進(jìn)一步包括在襯底和硼摻雜鍺層之間的緩沖部，其中，緩沖部具有從與襯底相容的基準(zhǔn)級(jí)別濃度到超過(guò)95原子％的高濃度分級(jí)的鍺濃度，和從與襯底相容的基準(zhǔn)級(jí)別濃度到超過(guò)2E20cm^-3的高濃度分級(jí)的硼濃度。在其他示例性情況下，硼摻雜鍺層具有雙層結(jié)構(gòu)，包括硼摻雜硅鍺部分和在其上的硼摻雜鍺帽層。在某些此類特定情況下，硼摻雜硅鍺部分具有從與襯底相容的基準(zhǔn)級(jí)別濃度到超過(guò)50原子％的高濃度分級(jí)的鍺濃度，硼摻雜鍺帽層具有超過(guò)95原子％的鍺濃度。在一些此類特定實(shí)施例中，硼摻雜硅鍺部分具有從與襯底相容的基準(zhǔn)級(jí)別濃度到超過(guò)2E20cm^-3的高濃度分級(jí)的硼濃度。在其他特定情況下，硼摻雜硅鍺部分具有固定的鍺濃度，器件進(jìn)一步包括在硼摻雜硅鍺部分與硼摻雜鍺帽層之間的薄緩沖部，緩沖部具有從與硼摻雜硅鍺部分相容的基準(zhǔn)級(jí)別濃度到超過(guò)50原子％的高濃度分級(jí)的鍺濃度，和從與硼摻雜硅鍺部分相容的基準(zhǔn)級(jí)別濃度到超過(guò)2E20cm^-3的高濃度分級(jí)的硼濃度，緩沖部具有小于100埃的厚度。

本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提供了一種用于形成晶體管器件的方法。該方法包括提供具有溝道區(qū)的襯底，及在溝道區(qū)上提供柵極電極，其中，在柵極電極與溝道區(qū)之間提供柵極電介質(zhì)層，在柵極電極的側(cè)面上提供間隔體。該方法繼續(xù)，在襯底中并與溝道區(qū)相鄰地形成源極和漏極區(qū)，源極與漏極區(qū)中的每一個(gè)都包括尖端區(qū)，所述尖端區(qū)在柵極電介質(zhì)層和/或?qū)?yīng)的一個(gè)間隔體下方延伸，其中，源極和漏極區(qū)包括硼摻雜鍺層，該硼摻雜鍺層具有超過(guò)50原子％的鍺濃度和超過(guò)1E20cm^-3的硼濃度。在某些此類實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包括在襯底與硼摻雜鍺層之間提供緩沖部，其中，緩沖部具有從與襯底相容的基準(zhǔn)級(jí)別濃度到超過(guò)95原子％的高濃度分級(jí)的鍺濃度，和從與襯底相容的基準(zhǔn)級(jí)別濃度到超過(guò)1E20cm^-3的高濃度分級(jí)的硼濃度。在其他實(shí)施例中，硼摻雜鍺層具有雙層結(jié)構(gòu)，包括硼摻雜硅鍺部分和在其上的硼摻雜鍺帽層。在一個(gè)此類情況下，硼摻雜硅鍺部分具有從與襯底相容的基準(zhǔn)級(jí)別濃度到超過(guò)50原子％的高濃度分級(jí)的鍺濃度，硼摻雜鍺帽層具有超過(guò)95原子％的鍺濃度。在另一個(gè)此類情況下，硼摻雜硅鍺部分具有固定的鍺濃度，該方法進(jìn)一步包括在硼摻雜硅鍺部分與硼摻雜鍺帽層之間提供緩沖部，緩沖部具有從與硼摻雜硅鍺部分相容的基準(zhǔn)級(jí)別濃度到超過(guò)50原子％的高濃度分級(jí)的鍺濃度，和從與硼摻雜硅鍺部分相容的基準(zhǔn)級(jí)別濃度到超過(guò)1E20cm^-3的高濃度分級(jí)的硼濃度。在某些此類情況下，硼摻雜硅鍺部分具有從與襯底相容的基準(zhǔn)級(jí)別濃度到超過(guò)1E20cm^-3的高濃度分級(jí)的硼濃度。

出于圖示和說(shuō)明的目的提供了對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的前述說(shuō)明。其并非旨在是窮舉性的或?qū)⒈景l(fā)明限制于所公開(kāi)的準(zhǔn)確形式。根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容，許多修改和變化是可能的。例如，本發(fā)明的一些實(shí)施例利用鍺的原位硼摻雜，而其他實(shí)施例可以使用本征鍺，在其沉積之后，隨后對(duì)其進(jìn)行硼注入和退火工藝，以提供預(yù)期的硼摻雜濃度。此外，一些實(shí)施例可以包括如本文所述構(gòu)造的源極和漏極區(qū)(例如，具有超過(guò)50原子％的鍺濃度和超過(guò)1E20cm^-3的硼濃度)，但仍使用傳統(tǒng)處理(例如，注入和退火)來(lái)形成源極和漏極區(qū)的尖端。在此類實(shí)施例中，尖端可以具有低于主源極/漏極區(qū)的鍺和/或硼濃度，這在一些應(yīng)用中是可接受的。在其他的實(shí)施例中，可以僅以高鍺和硼濃度配置源極與漏極區(qū)的尖端，源極和漏極區(qū)的主要部分可以具有常規(guī)的，或者較低的鍺/硼濃度。其意圖是本發(fā)明的范圍不局限于該具體實(shí)施方式部分，而是由所附的權(quán)利要求限定。