[發(fā)明專(zhuān)利]用于形成外延層的工藝

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210101667.1
• 申請(qǐng)日: 2012-04-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102738004A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: D·迪塔特;Y·康皮德利;D·佩利謝爾-塔農(nóng);N·盧貝
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 意法半導(dǎo)體(克洛爾2)公司;意法半導(dǎo)體有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L21/336
• 分類(lèi)號(hào): H01L21/336;H01L21/20
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 王茂華;邊海梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微電子學(xué)，并且尤其涉及形成半導(dǎo)體材料的外延層，尤其是形成諸如在絕緣體上硅(SOI)襯底上制作的全耗盡型晶體管之類(lèi)的晶體管的源極區(qū)和漏極區(qū)的外延層。

背景技術(shù)

可以使用外延生長(zhǎng)步驟來(lái)控制絕緣柵極晶體管的源極區(qū)和漏極區(qū)的電特性。可以通過(guò)將摻雜劑引入到外延硅層中來(lái)具體控制存在于這些單晶區(qū)域內(nèi)的摻雜劑水平。還可以引入鍺原子或碳原子，以便修改外延層中的機(jī)械應(yīng)變并且以便增加源極區(qū)和漏極區(qū)中的電荷載流子的遷移率。

此外，傳統(tǒng)上，晶體管的柵極包括可能沉積在金屬層上的至少一個(gè)多晶硅層。

如果通過(guò)外延形成源極區(qū)和漏極區(qū)，則外延層還可以出現(xiàn)在晶體管的包含多晶硅的柵極上。柵極上的外延生長(zhǎng)因多晶結(jié)構(gòu)而進(jìn)一步提升，該多晶結(jié)構(gòu)包括單晶硅晶粒和這些晶粒之間的類(lèi)似于非晶材料的邊界。可以繼而在柵極上形成菇型突起(mushroom-shaped?protuberance)，該突起的厚度可以大于在源極區(qū)和漏極區(qū)上外延地生長(zhǎng)的厚度。

如果以例如柵極長(zhǎng)度小于32納米之類(lèi)的先進(jìn)技術(shù)制作晶體管，則在晶體管的柵極上的該外延地生長(zhǎng)的突起的存在可以導(dǎo)致鄰近柵極之間的短路或在源極/漏極接觸焊盤(pán)和晶體管柵極之間的短路。

此外，包括在絕緣體上硅(SOI)襯底上的全耗盡型晶體管的集成電路的制造可以包括半導(dǎo)體材料的外延生長(zhǎng)，所述外延生長(zhǎng)旨在加厚源極區(qū)和漏極區(qū)。該加厚可以尤其使得著眼于創(chuàng)建接觸焊盤(pán)而在所述區(qū)上形成金屬硅化物更為容易。全耗盡型晶體管的源極區(qū)和漏極區(qū)在該外延生長(zhǎng)之前具有約2納米至3納米的厚度。為了獲得允許形成接觸的硅厚度，可以執(zhí)行約20納米材料的外延生長(zhǎng)。該外延生長(zhǎng)可以因此使得厚外延突起出現(xiàn)在全耗盡型晶體管的柵極上，從而具有前述缺陷。

已經(jīng)提出在晶體管的柵極上使用硬掩模以便防止形成硅突起。

雖然如此，但是使用硬掩模昂貴且難于實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式，提出了改進(jìn)半導(dǎo)體材料的外延生長(zhǎng)以便獲得在單晶結(jié)構(gòu)上的期望厚度的外延材料和在多晶結(jié)構(gòu)上的零厚度。

根據(jù)一個(gè)方面，提出了一種工藝，其包括：

(a)在單晶半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和多晶半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上外延地生長(zhǎng)半導(dǎo)體材料層；

(b)刻蝕所述外延層以便在單晶結(jié)構(gòu)上保留非零厚度的所述材料而在多晶結(jié)構(gòu)上保留零厚度；以及

(c)利用相同材料或不同材料、分別通過(guò)之前的步驟(b)獲得所述單晶結(jié)構(gòu)和所述多晶結(jié)構(gòu)，將步驟(a)重復(fù)至少一次，并且將步驟(b)重復(fù)至少一次，直至在所述單晶結(jié)構(gòu)上的外延層的層疊到達(dá)期望厚度。

外延生長(zhǎng)步驟的速率和刻蝕步驟的速率依賴(lài)于待刻蝕的材料的結(jié)構(gòu)。更準(zhǔn)確而言，在多晶材料上的外延生長(zhǎng)快于在單晶材料上的外延生長(zhǎng)，并且可能外延的多晶材料比單晶材料刻蝕得快。

通過(guò)示例，如果在例如晶體管的源極或漏極的單晶硅上和在例如晶體管的柵極的多晶上外延地生長(zhǎng)硅層，則可以在單晶結(jié)構(gòu)上獲得每分鐘約5納米的生長(zhǎng)速率而在多晶結(jié)構(gòu)上獲得每分鐘約10納米的生長(zhǎng)速率。在刻蝕步驟中，可以在單晶結(jié)構(gòu)上獲得每分鐘約1納米的刻蝕速率而在多晶結(jié)構(gòu)上獲得每分鐘約10納米的刻蝕速率。

因此，通過(guò)重復(fù)在單晶結(jié)構(gòu)和多晶結(jié)構(gòu)上的外延生長(zhǎng)和刻蝕，可以在單晶結(jié)構(gòu)上獲得受控厚度的外延材料而在多晶結(jié)構(gòu)上獲得零厚度。

有利地，該工藝進(jìn)一步包括在初始單晶結(jié)構(gòu)和初始多晶結(jié)構(gòu)(例如初始地SOI襯底內(nèi)的薄源極/漏極區(qū)和全耗盡型晶體管的柵極區(qū))上的初始半導(dǎo)體材料的初始外延生長(zhǎng)，以便獲得所述單晶結(jié)構(gòu)和所述多晶結(jié)構(gòu)，在所述單晶結(jié)構(gòu)和所述多晶結(jié)構(gòu)上將執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)外延生長(zhǎng)/刻蝕循環(huán)，所述初始外延生長(zhǎng)在低于步驟(a)的外延生長(zhǎng)溫度的溫度下執(zhí)行。

初始外延生長(zhǎng)尤其固化和制備單晶結(jié)構(gòu)的表面。

在低于步驟(a)的外延生長(zhǎng)溫度的溫度下實(shí)現(xiàn)該初始外延生長(zhǎng)尤其可應(yīng)用于最薄的硅層，例如全耗盡型晶體管的源極和漏極。

還可以在溫度上升和穩(wěn)定階段期間實(shí)現(xiàn)初始外延生長(zhǎng)，并且可能一將材料加載進(jìn)入外延反應(yīng)器內(nèi)就開(kāi)始實(shí)現(xiàn)。

例如具有小于10納米的厚度的這些薄層在高溫下不穩(wěn)定。

在這些薄單晶結(jié)構(gòu)將保持穩(wěn)定的溫度下的初始外延生長(zhǎng)使得可以獲得可能足以提供步驟(a)和步驟(b)所需穩(wěn)定性的單晶結(jié)構(gòu)的小的厚度增加。

此外，步驟(a)和步驟(b)在較高的溫度下實(shí)現(xiàn)，以便獲得較高的速率。

薄層可能被可能的之前刻蝕步驟損傷。因此，如果晶體結(jié)構(gòu)已被損傷，則單晶層可能是部分非晶的。

執(zhí)行初始外延生長(zhǎng)的溫度可以允許單晶結(jié)構(gòu)重結(jié)晶。