[發明專利]含鍺為主的溝道層的晶體管裝置的制作方法與微電子裝置

有效

• 申請號: 201310394909.5
• 申請日: 2013-09-03
• 公開（公告）號: CN103681353B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 萊斯柏斯·維特斯;汎斯·利塔;馬克·凡·戴爾;布蘭寇·大衛
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司;跨大學校際微電子卓越研究中心
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L21/28;H01L29/45;H01L29/78
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司72003
• 代理人: 張浴月,張志杰

技術領域

本發明涉及場效半導體裝置，還特別涉及場效晶體管(FET)。

背景技術

場效半導體裝置的大規模集成度仍面臨多種挑戰。FET晶體管柵極長度持續縮小，形成其所需的關鍵尺寸的工藝控制也越來越難。

在硅為主的FET晶體管裝置的領域中，現有的自我對準金屬硅化工藝通常用以降低源極/漏極區與硅柵極的電阻。此工藝通常包含預清潔工藝、金屬沉積工藝、與回火工藝，以形成金屬硅化物合金。接著進行濕式選擇性蝕刻，以移除未反應的金屬。在濕式蝕刻工藝中，任何露出的硅表面(比如硅溝道層)將會自動形成薄鈍化層如氧化硅于其上，以保護下方的硅不受影響。

在制作鍺為主的FET晶體管(比如形成于鍺基板上)時，本領域已發展類似的鍺化工藝。直接在鍺表面上進行鍺化工藝的主要問題為形成孔洞。上述鍺化工藝通常包括預清潔工藝、沉積金屬工藝、與回火工藝以形成金屬鍺化物合金。接著進行濕式選擇性蝕刻以移除未反應的金屬。當回火溫度最佳化時，可減少鍺化工藝中因鍺擴散至金屬(如鎳或鎳鉑合金)所產生的孔洞，如美國專利7,517,765所述。然而移除未反應金屬的濕式選擇性蝕刻仍形成孔洞，此問題仍待解決。

發明內容

當鍺接觸較貴重的金屬時，在水相溶液中極易電化腐蝕。以特定的鍺化物模塊為例，鍺作為電化反應的陽極60，而較貴重的金屬如鎳鍺合金、鎳、鎳鉑鍺合金、鎳鉑合金作為電化反應的陰極61，如圖1所示。鍺暴露于水相化學品形成小面積的孔洞62，造成高電化電流密度與高局部腐蝕速率。由于氧化鍺可溶于水，因此無法形成薄層的鈍化氧化層。這與用于硅為主的FET晶體管的公知硅化工藝完全不同，因為氧化硅不溶于水，并可在大部分的水相溶液中作為鈍化層。

本發明的目的在于提供改良的方法，以鍺化工藝制作具有鍺為主的溝道層以及鍺為主的源極與漏極的晶體管裝置，并減少形成孔洞。

完成本發明的目的的技術特征如下述。

在本發明的第一實施例中，具有鍺或鍺為主的溝道層的晶體管裝置的制作方法包括：提供柵極結構于鍺為主的溝道層上，而鍺為主的溝道層位于基板上。基板可為鍺基板、或絕緣基板上具有磊晶層的硅基板，且磊晶層包括鍺或硅鍺合金(Si_xGe_1-x，0≦x≦1)。柵極結構位于鍺為主的溝道層其相反兩側中鍺為主的源極區與鍺為主的漏極區之間。上述方法提供蓋層于鍺為主的源極區與鍺為主的漏極區上，而蓋層包括硅與鍺如硅鍺合金。上述方法沉積金屬層于蓋層上。上述方法進行溫度步驟如回火步驟，使至少部分的蓋層轉變成金屬硅鍺化合物。此金屬硅鍺化合物不會溶于用以溶解沉積的金屬層的預定蝕刻品。上述方法自基板上以預定蝕刻品選擇性地移除未消耗的金屬層。上述方法提供金屬前介電層。

在進行鍺化工藝即先形成蓋層于源極與漏極區上的好處在于，可減少甚至避免孔洞形成于鍺為主的溝道及/或源極/漏極區。如此一來，在選擇性移除(如蝕刻)未消耗的金屬層時，可避免露出溝道層、源極與漏極區、及其他鍺為主的層狀物。蓋層其較上方的部分較佳地與金屬層反應。未反應的蓋層其較下方的部分在選擇性移除(如蝕刻)未消耗的金屬層時，可作為蝕刻停止層。

在較佳實施例中，上述方法還包括圖案化金屬前介電層以形成開口區域，再將導電材料填入開口區域中，使源極與漏極連接至金屬化線路。金屬前介電層可為氧化硅、氧化硅/氧化氮的堆疊、或低介電常數的介電層。

溝道層可為鍺為主的溝道層。舉例來說，溝道層可包含超過80%、超過90%、超過95%、或超過99%的鍺，甚至是100%的鍺。

每一源極區與漏極區可為鍺為主材料。舉例來說，源極區與漏極區可包含超過80%、超過90%、超過95%、或超過99%的鍺，甚至是100%的鍺。

提供蓋層于源極及漏極區上的步驟，亦可包括形成蓋層于柵極結構與源極區之間的區域中，以及柵極結構與漏極區之間的區域中。

提供溫度步驟可包括提供150℃至450℃之間的溫度，更佳為提供200℃至400℃之間的溫度、更佳為提供250℃至400℃之間的溫度、且更佳為提供250℃至350℃之間的溫度。

在較佳實施例中的方法包括：在沉積金屬前介電層前，沉積金屬層于蓋層上、進行溫度步驟，使至少部分的蓋層轉變為金屬鍺硅化物、與自基板選擇性地移除未消耗的金屬層。

上述方法的優點在于使金屬鍺硅化物與溝道層之間的距離最小化。金屬鍺硅化物與溝道層之間的距離主要地或完全取決于間隔物寬度。