半导体结构和测试结构的形成方法、测试方法_3

文档序号:9752750阅读:来源:国知局
述种子层202内的Ge含量较低,使得种子层202的晶格常数与鳍部110的晶格常数差距较小,由于晶格结构具有弛豫特性,而且,所述凹槽200底部的晶体层201a的表面不存在缺陷,从而使得所述种子层202与凹槽200的内壁的界面上不存在或仅存在少量缺陷,随着种子层202厚度的增加,种子层202内的缺陷数量也逐渐减少至消失。本实施例中,所述种子层202的厚度为20nm?30nm,使得所述种子层202表面没有缺陷,进而提高后续在种子层202表面形成的体层的质量。
[0069]所述种子层202内的Ge含量可以均匀分布,在本发明的其他实施例中,所述种子层202内的Ge含量也可以随着种子层202的厚度增加,Ge含量逐渐升高,从而进一步降低种子层202与凹槽200内壁的晶格常数差异,进一步减少种子层202内的缺陷。
[0070]在本发明的其他实施例中,待形成的晶体管为N型场效应晶体管,所述种子层202的材料为SiC,可以对N型场效应晶体管的沟道区域施加张应力,以提高N型场效应晶体管的沟道区域内的电子的迁移率。
[0071]形成所述SiC种子层202的选择性外延工艺采用的外延气体包括:碳源气体、石圭源气体、HCl和H2,其中,碳源气体为CH4,硅源气体包括SiH4或SiH2Cl2等含硅气体,碳源气体、娃源气体和HCl的气体流量为Isccm?lOOOsccm, H2的流量为0.1slm?50slm。所述选择性外延工艺的温度为500°C?800°C,压强为ITorr?lOOTorr。可以通过调整所述选择性外延过程中,碳源气体和硅源气体的比例,调整最终形成的种子层202内的C含量,所述C含量为C的摩尔百分比。所述种子层202内的C含量为I %?3%,所述种子层202内的C含量较低,与凹槽200内壁的晶格常数差距较小,使得所述种子层202与凹槽200内壁的界面上不存在或仅存在少量缺陷,随着种子层202厚度的增加,种子层202内的缺陷数量也逐渐减少至消失。
[0072]所述种子层202内的C含量可以均匀分布也可以随着种子层202的厚度增加C的含量逐渐升高,从而进一步降低种子层202与凹槽200内壁的晶格常数差异,进一步减少种子层202内的缺陷。
[0073]请参考图8,在所述种子层202表面形成填充满凹槽200的体层203。
[0074]本实施例中,所述体层203的材料也为SiGe,可以对P型场效应晶体管的沟道区域提供压应力,从而提高P型场效应晶体管的性能。在本发明的其他实施例中,所述体层203的材料也可以是SiC。
[0075]采用选择性外延工艺形成所述体层203,所述选择性外延工艺采用的外延气体包括:锗源气体、硅源气体、HCl和H2,其中,锗源气体为GeH4,硅源气体包括SiH4或SiH2Cl2等含硅气体,锗源气体、硅源气体和HCl的气体流量为Isccm?lOOOsccm,H2的流量为
0.1slm?50slm。所述选择性外延工艺的温度为50CTC?80CTC,压强为ITorr?lOOTorr。其中HCl作为选择性气体,用于增加沉积的选择性,使得所述体层203仅形成在种子层202表面。可以通过调整所述选择性外延过程中,锗源气体和硅源气体的比例,调整最终形成的体层203内的Ge含量,所述Ge含量为Ge的摩尔百分比。
[0076]所述体层203内的Ge含量大于种子层202的Ge含量,可以提高所述体层203与半导体衬底100之间的晶格常数差距,从而对晶体管的沟道区域施加较大的应力。本实施例中,所述体层203内的Ge含量为25 %?45 %。
[0077]由于所述种子层202与体层203之间的晶格常数差异较小,与直接在凹槽200内壁表面形成所述体层203相比,在所述种子层202上形成所述体层203可以减少所述体层203内的缺陷。
[0078]所述体层203内的Ge含量可以均匀分布,在本发明的其他实施例中,所述体层203内的Ge含量也可以随着体层203的厚度增加,逐渐升高,从而进一步降低体层203与种子层202界面上的晶格常数差异,减少体层203内的缺陷。
[0079]在本发明的其他实施例中,在接近体层203的顶部表面区域,所述Ge的含量可以逐渐下降,以降低后续在体层203表面形成的盖帽层与体层203之间的晶格差异,从而提高后续形成的盖帽层的质量。
[0080]本实施例中,所述体层203内还可以具有P型掺杂离子,所述P型掺杂离子为B、Ga或In,所述P型掺杂离子可以为P型场效应晶体管提供载流子。
[0081]可以在采用选择性外延工艺形成所述体层203的过程中,采用原位掺杂工艺,使形成的体层203内具有P型掺杂离子。本实施例中,形成体层203的选择性外延工艺的外延气体中还包括掺杂气体,所述掺杂气体包括B2H6的等含有P型掺杂离子的气体,所述掺杂气体的流量为Isccm?lOOOsccm。所述体层203内的P型掺杂离子浓度为lE19atom/cm3?lE19atom/cm3。
[0082]在本发明的其他实施例中,所述体层203的材料也可以是SiC,可以采用选择性外延工艺形成所述体层203,将上述形成体层203的外延工艺中的锗源气体替换为碳源气体,所述碳源气体包括CH4,所述碳源气体的流量为Isccm?lOOOsccm。所述体层203内的C含量3%?10%,可以提高所述体层203与鳍部110之间的晶格常数差距,从而对晶体管的沟道区域施加较大的张应力,提高形成的NMOS晶体管的性能。
[0083]所述体层203内的C含量可以均匀分布,在本发明的其他实施例中,所述体层203内的C含量也可以随着体层203的厚度增加,逐渐升高,从而进一步降低体层203与种子层202界面上的晶格常数差异,减少体层203内的缺陷。在本发明的其他实施例中,在接近体层203的顶部表面区域,所述C的含量可以逐渐下降,以降低后续在体层203表面形成的盖帽层与体层203之间的晶格差异,从而提高后续形成的盖帽层的质量。所述体层203内还可以具有N型掺杂离子,所述N型掺杂离子为P、As或Sb,所述N型掺杂离子可以为P型场效应晶体管提供载流子。可以在形成所述体层203的过程中,在外延气体中加入N型掺杂气体,例如PH3,以形成具有N型掺杂离子的体层203。所述PH3流量可以是Isccm?lOOOsccm。
[0084]由于之前步骤中,将凹槽200底部的非晶层201(请参考图5)通过退火处理,转变为晶体层201a,从而提高了在所述凹槽200内壁表面形成的种子层202的沉积质量,降低了所述种子层202内的缺陷;从而可以提高在所述种子层202表面形成的体层203的沉积质量,降低所述体层203内的缺陷,进而可以提高后续在所述体层203表面形成的盖帽层的沉积质量。
[0085]请参考图9,在所述种子层202和体层203表面形成盖帽层204。
[0086]所述盖帽层204的材料也为应力材料,可以对晶体管的沟道区域施加一定的应力。并且,所述盖帽层204的表面高于半导体衬底100的表面,可以使得后续在源极和漏极表面形成的金属娃化物层也高于半导体衬底100表面。
[0087]本实施例中,所述盖帽层204的材料为SiGe。采用选择性外延工艺形成所述盖帽层204,所述选择性外延工艺采用的外延气体包括:锗源气体、硅源气体、HCl和H2,其中,锗源气体为GeH4,硅源气体包括SiH4或SiH2Cl2等含硅气体,锗源气体、硅源气体和HCl的气体流量为Isccm?lOOOsccm,H2的流量为0.1slm?50slm。所述选择性外延工艺的温度为500°C?800°C,压强为ITorr?lOOTorr。其中HCl作为选择性气体,用于增加沉积的选择性,使得所述盖帽层204仅形成种子层202以及体层203表面。可以通过调整所述选择性外延过程中,锗源气体和硅源气体的比例,调整最终形成的盖帽层204内的Ge含量,所述Ge含量为Ge的摩尔百分比。
[0088]所述盖帽层的厚度为1nm?20nm。所述盖帽层204内的Ge含量可以均匀分布,在本发明的其他实施例中,所述盖帽层204内的Ge含量也可以随着盖帽层204的厚度增力口,逐渐升高,从而降低盖帽层204与种子层202、体层203界面上的晶格常数差异,减少盖帽层204内的缺陷。
[0089]本实施例中,所述盖帽层204内还可以具有P型掺杂离子,所述P型掺杂离子为B、Ga或In,所述P型掺杂离子可以降低所述盖帽层204的电阻,从而降低晶体管的源极和漏极的电阻。所述P型掺杂离子也可以为源极和漏极提供载流子。
[0090]可以在采用选择性外延工艺形成所述盖帽层204的过程中,采用原位掺杂工艺,使形成的盖帽层204内具有P型掺杂离子。本实施例中,形成盖帽层204的选择性外延工艺的外延气体中还包括掺杂气体,所述掺杂气体包括B2H6的等含有P型掺杂离子的气体,所述掺杂气体的流量为Isccm?lOOOsccm。所述盖帽层204内的P型掺杂离子浓度为lE19atom/cm3 ?lE19atom/cm3。
[0091]在本发明的其他实施例中,所述盖帽层204的材料可以是SiC。可以采用选择性外延工艺形成所述盖帽层204,所述选择性外延工艺采用的外延气体包括:锗源气体、硅源气体、HCl和H2,其中,碳源气体为CH4,硅源气体包括SiH4或SiH2Cl2等含硅气体,碳源气体、硅源气体和HCl的气体流量为Isccm?lOOOsccm, H2的流量为0.1slm?50slm。所述选择性外延工艺的温度为500°C?800°C,压强为ITorr?10Torr。可以通过调整所述选择性外延过程中,碳源气体和硅源气体的比例,调整最终形成的盖帽层204内的C含量,所述C含量为C的摩尔百分比。
[0092]所述盖帽层204内的C含量小于体层202内的C含量,所述盖帽层204内的C含量为0.5%?2%,所述盖帽层204内的C含量可以均匀分布,也可以随着盖帽层204的厚度增加,逐渐升高。
[0093]所述盖帽层204内还可以具有N型掺杂
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