[發(fā)明專利]壓縮SiGe〈110〉生長(zhǎng)的MOSFET器件

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200580015396.6
• 申請(qǐng)日: 2005-06-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101160664A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: K·K·陳;K·W·瓜里尼;M·耶奧;K·里姆;楊敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司
• 主分類號(hào): H01L29/04
• 分類號(hào): H01L29/04;H01L31/036;H01L29/06;H01L31/0328;H01L31/0336
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所
• 代理人: 于靜;劉瑞東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及先進(jìn)的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)晶體管器件的設(shè)計(jì)和材料工藝，更具體地說(shuō)涉及壓縮應(yīng)變SiGe材料。

背景技術(shù)

隨著CMOS晶體管器件尺寸的下降，提高電路的性能的方法變得更重要。做此事的一種方法是增強(qiáng)溝道區(qū)域中載流子的遷移率；即增強(qiáng)電子或空穴遷移率。這可以通過(guò)幾種方法實(shí)現(xiàn)：

1.在硅襯底上使用不同的Si晶格尺寸以獲得應(yīng)變。一般地，馳豫SiGe過(guò)渡層上應(yīng)變硅或SOI上應(yīng)變硅(SSDOI)在高Ge濃度SiGe合金下表現(xiàn)出N-FET上約2x的電子遷移率的增強(qiáng)和p-FET上50％的空穴遷移率的增強(qiáng)。其很大程度上是因?yàn)楣杼幵陔p軸拉伸應(yīng)變下。然而，大多數(shù)這樣的拉伸應(yīng)變Si包括高密度的缺陷。

2.在如Si<110>襯底的不同表面取向硅上制造MOSFET在P-FET中表現(xiàn)出～1.5x的空穴遷移率增強(qiáng)但是N-FET的電子遷移率卻有相當(dāng)大的下降。Min?Yang在IEDM?2003上描述了一種混合取向襯底，其將Si<110>襯底和Si<100>襯底結(jié)合在一起，以便在Si<110>襯底上制造P-FET用于增強(qiáng)空穴遷移率并且在Si<100>上制造N-FET以保持N-FET的性能。

發(fā)明內(nèi)容

需要一種在CMOS中獲得空穴和電子載流子的增強(qiáng)的解決方法。

本發(fā)明提供一種具有增強(qiáng)的載流子遷移率的半導(dǎo)體材料，其包括在雙軸壓縮應(yīng)變下的具有<110>表面晶向的SiGe合金層。雙軸壓縮應(yīng)變表示由縱向壓縮應(yīng)力和橫向壓縮應(yīng)力引起的凈應(yīng)力，其在半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)期間在SiGe合金層的平面內(nèi)引起。

可以通過(guò)在如Si或SiGe的具有較小晶格間隔的基層或襯底上形成層在SiGe層中形成雙軸壓縮應(yīng)變，其中Ge的濃度小于在其上的壓縮應(yīng)變層中的Ge濃度。

可以通過(guò)在如SiGe的具有較大晶格間隔的基層或襯底上外延形成層在SiGe層中形成雙軸拉伸應(yīng)變，其中Ge的濃度大于在其上的拉伸應(yīng)變層中的Ge濃度。

本發(fā)明的半導(dǎo)體材料包括具有雙軸壓縮應(yīng)變的<110>表面取向的SiGe合金層，為N-MOS和P-MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管提供增強(qiáng)的遷移率。

本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及形成本發(fā)明的半導(dǎo)體材料的方法，其中本發(fā)明的方法包括如下步驟：提供硅鍺合金<110>層；在此硅鍺合金含<110>層中具有雙軸壓縮應(yīng)變。

在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)包括如下步驟的方法制造具有<110>表面取向和雙軸壓縮應(yīng)變的SiGe合金層。

使用如下步驟處理Si或SiGe<110>襯底表面：23℃的DI水中10ppm的臭氧，100∶1的稀氫氟酸1min，DI水沖洗5min，在23℃的DI水中1∶100體積比的鹽酸，最后DI水沖洗5min。然后是在30℃以上在如N2的惰性氣氛中加熱，沖洗并干燥。

下一步，在Si或SiGe<110>襯底上形成外延結(jié)晶壓縮應(yīng)變SiGe合金層，其通過(guò)上述清潔工藝處理，通過(guò)使用硅烷或鍺烷氣體的快速熱化學(xué)氣相沉積(RTCVD)，在從600℃到650℃的溫度范圍內(nèi)，在等于20Torr的氣壓下生長(zhǎng)。在我們的情況下，通過(guò)使用100sccm的硅烷，40sccm的鍺烷，600℃的溫度和7torr的氣壓下134秒，壓縮應(yīng)變22％SiGe合金的厚度應(yīng)該低于20nm。此SiGe層在Si或SiGe<110>襯底上是壓縮應(yīng)變或偽晶。通過(guò)AFM測(cè)量的表面粗糙度低于0.2nm并且缺陷密度在器件的質(zhì)量范圍內(nèi)(低于5×10⁷缺陷/cm²)。

另外，在Si或SiGe<110>襯底上的外延結(jié)晶壓縮應(yīng)變SiGe合金層可以在由Applied?Material?Corporation，HTF模型的Centura平臺(tái)建立的快速熱化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)(RTCVD)中生長(zhǎng)。此系統(tǒng)包括6個(gè)室；2個(gè)進(jìn)片室，1個(gè)轉(zhuǎn)換室，1個(gè)快速熱退火(RTP)室，2個(gè)高溫多晶硅(HTP)室。在600℃到650℃范圍內(nèi)的HTP室中生長(zhǎng)壓縮應(yīng)變SiGe合金層。

另外，可以在具有淺溝槽隔離的外延結(jié)晶壓縮應(yīng)變SiGe合金區(qū)域上形成CMOS器件。

另外，可以在具有淺溝槽隔離的外延結(jié)晶壓縮應(yīng)變SiGe合金區(qū)域上形成具有如具有高于3.9的介電常數(shù)的金屬氧化物，金屬硅化物的高K柵極介質(zhì)的CMOS器件。