關(guān)于外延溝道器件的錯(cuò)位應(yīng)力記憶技術(shù)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地，涉及關(guān)于外延溝道器件的錯(cuò)位應(yīng)力記憶技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代集成電路包括數(shù)以百計(jì)或數(shù)以億計(jì)的晶體管器件。晶體管器件用作開(kāi)關(guān)，其在打開(kāi)時(shí)允許電荷載子(如，電子)流動(dòng)，且在關(guān)閉時(shí)防止電荷載子流動(dòng)。晶體管的性能受制成晶體管的材料的電荷載子遷移率的影響。電荷載子遷移率是在電場(chǎng)情況下電荷載子如何快速地穿過(guò)材料的衡量手段。電荷載子遷移率的增強(qiáng)可在相同開(kāi)關(guān)速度的固定電壓或較低電壓提供較快的晶體管開(kāi)關(guān)速度。
[0003]近幾年，應(yīng)變工程已成為一種廣泛使用的用于提高晶體管器件的性能的方法。應(yīng)變工程將壓力引誘到晶體管器件的溝道區(qū)和/或源極和漏極區(qū)。壓力拉伸了區(qū)的晶格以增大其標(biāo)準(zhǔn)原子間距離以外的原子之間的距離。通過(guò)拉伸晶格，應(yīng)變工程增強(qiáng)了電荷載子遷移率，因此提高了器件性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種晶體管器件，包括:外延堆疊件，設(shè)置在半導(dǎo)體襯底的上方；柵極結(jié)構(gòu)，設(shè)置在外延堆疊件的上方；溝道區(qū)，延伸至外延源極區(qū)和外延漏極區(qū)之間的柵極結(jié)構(gòu)的下方，其中，外延源極區(qū)和外延漏極區(qū)設(shè)置在柵極結(jié)構(gòu)的相對(duì)側(cè)上的外延堆疊件和半導(dǎo)體襯底內(nèi)；以及第一和第二錯(cuò)位應(yīng)力記憶(DSM)區(qū)，其包括被配置為在溝道區(qū)內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力的應(yīng)力晶格，且分別從外延源極區(qū)的下方和外延漏極區(qū)的下方延伸至外延源極區(qū)內(nèi)的第一位置和外延漏極區(qū)內(nèi)的第二位置。
[0005]其中，外延堆疊件的高度低于錯(cuò)位應(yīng)力記憶(DSM)區(qū)的高度。
[0006]其中，第一和第二 DSM區(qū)與柵極結(jié)構(gòu)橫向分隔開(kāi)。
[0007]其中，第一和第二 DSM與柵極結(jié)構(gòu)橫向分隔開(kāi)一段小于約1nm的距離。
[0008]該晶體管器件還包括:開(kāi)槽的源極接觸件，從外延源極區(qū)的頂面延伸至第一 DSM區(qū)內(nèi)的位置；以及開(kāi)槽的漏極接觸件，從外延漏極區(qū)的頂面延伸至第二 DSM區(qū)內(nèi)的位置。
[0009]其中，第一和第二 DSM區(qū)分別延伸至距離外延源極區(qū)和外延漏極區(qū)約2nm的下方。
[0010]其中，外延源極區(qū)和外延漏極區(qū)包括磷酸硅(SiP)。
[0011]其中，外延堆疊件包括:碳化硅外延層，設(shè)置在半導(dǎo)體襯底的上方；以及輕摻雜硅外延層，設(shè)置在碳化硅外延層的上方。
[0012]其中，碳化硅外延層具有約1%的碳含量。
[0013]此外，還提供了一種晶體管器件，包括:外延堆疊件，具有設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上方的碳化娃外延層，以及設(shè)置在碳化娃層上方的輕摻雜娃外延層；柵極結(jié)構(gòu)，設(shè)置在輕摻雜娃外延層的上方；溝道區(qū)，延伸至外延源極區(qū)和外延漏極區(qū)之間的柵極結(jié)構(gòu)下方，外延源極區(qū)和外延漏極區(qū)設(shè)置在柵極結(jié)構(gòu)的相對(duì)側(cè)上的外延堆疊件和半導(dǎo)體襯底內(nèi)；以及第一和第二錯(cuò)位應(yīng)力記憶(DSM)區(qū)，其包括外延源極和漏極區(qū)以及半導(dǎo)體襯底的材料，并且具有被配置為在溝道區(qū)內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力的應(yīng)力晶格，以及分別從外延源極區(qū)的下方和從外延漏極區(qū)的下方延伸至外延源極區(qū)內(nèi)的第一位置和外延漏極區(qū)內(nèi)的第二位置。
[0014]其中，第一和第二 DSM區(qū)與柵極結(jié)構(gòu)橫向分隔開(kāi)一段小于1nm的距離。
[0015]該晶體管器件還包括:開(kāi)槽的源極接觸件，從外延源極區(qū)的頂面延伸至第一 DSM區(qū)內(nèi)的位置；以及開(kāi)槽的漏極接觸件，從外延漏極區(qū)的頂面延伸至第二 DSM區(qū)內(nèi)的位置。
[0016]其中，第一和第二 DSM區(qū)分別延伸至距離外延源極區(qū)和外延漏極區(qū)約2nm的下方。
[0017]其中，外延源極區(qū)和外延漏極區(qū)包括磷酸硅(SiP)。
[0018]其中，碳化硅外延層具有約1%的碳含量。
[0019]此外，還提供了一種形成晶體管器件的方法，包括:選擇地蝕刻半導(dǎo)體襯底，以沿著半導(dǎo)體襯底的頂面形成凹槽；進(jìn)行外延生長(zhǎng)工藝，以在凹槽內(nèi)形成具有一個(gè)或多個(gè)外延層的外延堆疊件；進(jìn)行錯(cuò)位應(yīng)力記憶技術(shù)(DSMT)，以形成具有應(yīng)力晶格的第一和第二錯(cuò)位應(yīng)力記憶(DSM)區(qū)；以及在鄰近第一 DSM區(qū)的第一位置處形成位于外延堆疊件和半導(dǎo)體襯底內(nèi)的源極區(qū)，以及在鄰近第二 DSM區(qū)的第二位置處形成位于外延堆疊件和半導(dǎo)體襯底內(nèi)的漏極區(qū)；其中，第一 DSM區(qū)從外延源極區(qū)的下方延伸至外延源極區(qū)內(nèi)的第一位置，并且其中，第二 DSM區(qū)從外延漏極區(qū)的下方延伸至外延漏極區(qū)內(nèi)的第二位置。
[0020]其中，進(jìn)行DSMT包括:將應(yīng)力誘導(dǎo)摻雜劑選擇地注入一個(gè)或多個(gè)外延層和半導(dǎo)體襯底內(nèi)，以形成非晶區(qū)；在非晶區(qū)的上方形成DSMT覆蓋層；進(jìn)行高溫退火，其中，DSMT覆蓋層在高溫退火中誘導(dǎo)應(yīng)力，這樣導(dǎo)致重結(jié)晶非晶區(qū)的晶格；以及去除DSMT覆蓋層。
[0021]其中，形成源極和漏極區(qū)包括:選擇地蝕刻一個(gè)或多個(gè)外延才和半導(dǎo)體襯底，以形成鄰近第一和第二 DSM區(qū)的源極和漏極空腔；以及在源極和漏極空腔內(nèi)沉積外延材料。
[0022]其中，外延堆疊件的高度低于第一和第二 DSM區(qū)的高度。
[0023]其中，外延堆疊件包括:碳化硅外延層，具有約I %的碳含量且設(shè)置在半導(dǎo)體襯底的上方；以及輕摻雜娃外延層，設(shè)置在碳化娃層的上方。
【附圖說(shuō)明】
[0024]當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以更好地理解本發(fā)明的各方面。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，沒(méi)有按比例繪制各種部件。實(shí)際上，為了清楚地討論，各種部件的數(shù)量和尺寸可以被任意增加或減少。
[0025]圖1示出了具有包括被配置為向外延溝道區(qū)提供應(yīng)力的錯(cuò)位應(yīng)力記憶(DSM)區(qū)的外延源極和漏極區(qū)的晶體管器件的一些實(shí)施例。
[0026]圖2示出了具有包括被配置為向外延溝道區(qū)提供應(yīng)力的DSM區(qū)的外延源極和漏極區(qū)的晶體管器件的一些附加實(shí)施例。
[0027]圖3示出了形成具有包括被配置為向外延溝道區(qū)提供應(yīng)力的DSM區(qū)的外延源極和漏極區(qū)的晶體管器件的方法的一些實(shí)施例的流程圖。
[0028]圖4示出了形成具有包括被配置為向外延溝道區(qū)提供應(yīng)力的DSM區(qū)的外延源極和漏極區(qū)的晶體管器件的方法的一些附加實(shí)施例的流程圖。
[0029]圖5至圖12是半導(dǎo)體襯底的截面圖的一些實(shí)施例，其示出了形成具有包括被配置為向外延溝道區(qū)提供應(yīng)力的DSM區(qū)的外延源極和漏極區(qū)的晶體管器件的方法。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下公開(kāi)提供了多種不同實(shí)施例或?qū)嵗?，用于?shí)現(xiàn)本主題的不同特征。以下將描述組件和布置的特定實(shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅是實(shí)例并不旨在限制本發(fā)明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接觸的實(shí)施例，也可以包括其他部件可以形成在第一部件和第二部件之間使得第一部件和第二部件不直接接觸的實(shí)施例。另外，本發(fā)明可以在多個(gè)實(shí)例中重復(fù)參考符號(hào)和/或字符。這種重復(fù)用于簡(jiǎn)化和清楚，并且其本身不表示所述多個(gè)實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系。
[0031]此外，在此可使用諸如“在…之下”、“在…下面”、“下面的”、“在…上面”、以及“上面的”等的空間關(guān)系術(shù)語(yǔ)，以容易的描述如圖中所示的一個(gè)元件或部件與另一元件或部件的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解，除圖中所示的方位之外，空間關(guān)系術(shù)語(yǔ)將包括使用或操作中的裝置的各種不同的方位。裝置可以以其他方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位)，并且通過(guò)在此使用的空間關(guān)系描述符進(jìn)行相應(yīng)地解釋。
[0032]在過(guò)去的幾十年里，半導(dǎo)體行業(yè)在制造技術(shù)方面已有持續(xù)的發(fā)展，其運(yùn)行穩(wěn)定地降低晶體管器件的尺寸和不斷地提高晶體管器件的性能。然而，在近幾年，由于縮放比例已開(kāi)始達(dá)到材料的物理限制，所以縮放比例已開(kāi)始使晶體管器件出現(xiàn)許多問(wèn)題。例如，由于晶體管柵極長(zhǎng)度持續(xù)減小，晶體管閾值電壓的局部和全局變化也已變得很糟。例如，在制造集成芯片期間，使用多個(gè)單獨(dú)的處理操作形成晶體管器件的結(jié)構(gòu)部件。這樣的處理操作可將摻雜劑雜質(zhì)引入晶體管溝道，這樣可導(dǎo)致晶體管器件的閾值電壓的變化，由此導(dǎo)致性能退化。此外，為了增強(qiáng)晶體管器件的短溝道控制，增加用于凹坑注入的劑量使閾值電壓變化更為嚴(yán)重。
[0033]因此，本發(fā)明涉及具有包括被配置為向外延溝道區(qū)提供應(yīng)力的錯(cuò)外應(yīng)力記憶(DSM)區(qū)的外延源極和漏極區(qū)的晶體管器件，以提高晶體管器件性能(包括晶體管器件的短溝道控制)，及其形成方法。晶體管器件包括設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上方的外延堆疊件、以及設(shè)置在外延堆疊件上方的柵極結(jié)構(gòu)。外延源極區(qū)和外延漏極區(qū)設(shè)置在柵極結(jié)構(gòu)的相對(duì)側(cè)上的外延堆疊件以及半導(dǎo)體襯底內(nèi)。溝道區(qū)延伸至外延源極區(qū)和外延漏極區(qū)之間的柵極結(jié)構(gòu)的下面。第一和第二錯(cuò)位應(yīng)力記憶(DSM)區(qū)分別從外延源極區(qū)的下面和外延漏極區(qū)的下面延伸至外延源極區(qū)內(nèi)的第一地位和外延漏極區(qū)的第二位置。第一和第二 DSM區(qū)包括外延源極和漏極區(qū)以及半導(dǎo)體襯底的材料，并且具有被配置為在溝道區(qū)內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力的應(yīng)力晶格，以提高器件形成。
[0034]圖1示出了具有包括被配置為向外延溝道區(qū)提供應(yīng)力的錯(cuò)位應(yīng)力記憶(DSM)區(qū)的外延源極和漏極區(qū)的晶體管器件100的一些實(shí)施例。
[0035]晶體管器件100包括半導(dǎo)體