专利名称：晶体管器件的改良凹槽式漏极延伸的制作方法
技术领域：
0001本实施例涉及电子电路制造，并更具体地涉及对晶体管器件的 凹槽式漏极延伸(drainextension)加以改进。
背景技术：
0002半导体器件盛行于电子电路的所有方面，而通常用于这类电路 的元件是晶体管。因此，努力改进晶体管的设计。目前正在实施的一种 方法包括通过利用凹槽式硅锗(SiGe)漏极延伸，在晶体管通道中产生 所谓的"硅应变(siliconstrain)"。通常，在这个背景下发生各种步骤。 首先，以相对于半导体衬底的固定关系形成晶体管栅栈(gate stack)。 然后，栅极侧壁的部分或全部被制成。当仅仅侧壁的一部分被制成时， 该部分有时被称作"隔离物"，并且一般包括形成于晶体管栅极的垂直 边表面上的一层或更多层。接着，执行刻蚀到硅衬底中，从而形成"凹 槽"，其从晶体管栅极的两边及其侧壁或侧壁隔离物向外横向延伸。该 凹槽随后被SiGe的外延沉积填充，而结果的SiGe区域成为"漏极延伸"。 由于SiGe与其底下的硅(Si)衬底的结构差别，在这两种不同的半导体材 料之间就产生了晶格失配——SiGe晶格大于下面的硅的晶格。晶格失配 形成了位于晶体管栅栈下面的晶体管通道中的"应变"。已经发现该应 变可以增加晶体管通道中的迁移率，从而提高器件性能。
0003虽然针对凹槽式SiGe漏极延伸的前述方法已经改进了其他晶体 管技术，但是存在某些与该方法相关的缺点。具体而言，为了执行如上 所述的在器件凹槽中SiGe的外延沉积，希望在凹槽位置处是高质量表面。 然而，据观察，凹槽的硅表面的缺陷和在凹槽的硅表面上的缺陷可能损 害外延SiGe沉积的质量。
0004确实，现有技术已经实施了某些方法以企图减少该影响--
个特定方法依赖于采取该方法时所完成的侧壁隔离物的程度。具体而言， 在一种采用的方法中，当侧壁隔离物的仅两层处于适当位置时(有吋被 称作"偏移隔离物"，意味着形成间隔侧壁的所有层整体仍没完成)，
凹槽被形成，然后在此刻使用氢氟(HF)酸洗液，以去除凹槽中的杂质， 随后是外延SiGe沉积。注意，HF酸洗液此时不会很大程度上影响侧壁隔 离物层，因为第二侧壁隔离物层典型地是氮化物，其是抗HF的，并因此 保护在其和晶体管栅极之间的下层。替代地，在另一采用的方法中，当 整个间隔侧壁通过在其上增加更多层来完成时，凹槽被形成并且利用具 有氟基化学性质的远程等离子体。虽然该后一个方法在间隔侧壁是完整 时是可工作的，但是由于随后暴露的氮化物隔离物层，该方法在清洗处 于偏移隔离物层的漏极凹槽时是不可取的，该氮化物隔离物层不能适当 抵抗氟等离子体化学物质。
0005因此，鉴于上述的内容，就需要解决现有技术的缺点，这由下 面所述的优选实施例来实现。
发明内容
0006描述了一种形成集成电路晶体管的方法的实施例。在一个方面， 该方法在相对于第一半导体区域的固定位置形成栅极结构。栅极结构具 有第一侧壁和第二侧壁。至少第一层邻近于第一侧壁和第二侧壁形成。 至少一个凹槽形成于第一半导体区域中，而凹槽从栅极结构向外横向延 伸。凹槽被氧化以在其中形成氧化材料，并且当氧化材料的至少一部分 被剥离之后，第二半导体区域形成于所述至少一个凹槽中。
0007还公开并要求保护其他方面。
0008图la和lb (现有技术)是现有技术集成电路半导体器件在不同 处理步骤的横断面视图。
0009图2a-2c是根据本发明示例优选实施例的集成电路半导体器件在 不同处理步骤的横断面视图。
0010图3是形成如2a-2c所示器件的方法的流程图。
具体实施例方式
0011图la-lb图解说明了现有技术的集成电路半导体器件10，与该半 导体器件结合了根据现有技术形成的凹槽式漏极延伸。如图la所示，器 件10结合硅半导体衬底12而形成。叠加在衬底12上的是三个栅极导体1化 142和143，其中每个栅极导体1《典型地是用诸如多晶硅的材料并且同时 形成的。每个栅极导体l《通过各自的栅极绝缘体16p 162和163与衬底12 隔离，并且导体和各自栅极绝缘体的结合体有时被称为"栅栈"。沿着 每个栅极导体l《的每个侧壁19x形成的是第一侧壁层18x，其典型地是由 氧化物构成，其中该氧化物通常生长在对应多晶硅栅极结构的侧壁19J:。 例如，对于栅极14p其具有邻近其两个侧壁19,形成的第一侧壁层18。 另外， 一般形成为氮化物的第二侧壁隔离物层2(V沿着每个第一侧壁层18x 形成。例如，对于栅极14p其具有沿着两个第一侧壁层18,中的每一个形 成的第二侧壁隔离物层20,。典型地，该氮化物是通过在器件10上沉积氮 化物层并刻蚀该氮化物层以形成如图la所示的结果层20x而形成的。注意， 侧壁隔离物18x和20x在本技术领域中有时被称为"偏移隔离物"，并且它 们结合另外后来形成的隔离物(未示出)，以便在整体上形成有时通常 所称的"侧壁"或"间隔侧壁"。
0012图lb图解说明了经过额外处理步骤之后的图la的现有技术器件 10。首先，凹槽22p 222， 223和224是邻近栅极导体/侧壁隔离物的每个结 合体并从其向外横向延伸而形成的，结合体是结合图la而形成的。凹槽 是将构成衬底12的硅的某些部分去除，并且其在器件10中位于每对接连 的栅极结构之间。根据现有技术，当所有凹槽22x生成之后，执行清洗步 骤以在这些凹槽中制备衬底12的上表面。鉴于以侧壁隔离物层20x形式的 氮化物目前是保护每个栅极导体14x的侧壁19x的最外层这一事实，对此清 洗步骤的化学物质加以选择。因此，根据现有技术，在所有凹槽22,-224 生成之后，氢氟(HF)酸洗液被施加到器件10上，并因而施加在每个凹 槽22x中。然后，外延SiGe沉积被执行，以便在凹槽22^lj224的各自区域 中生长SiGe区域24t到244。如图lb所示，每个SiGe区域趋于在其中心向上 弯曲。SiGe区域有时被称作"漏极延伸"，因为它们将每个晶体管的漏 极(或源极)有效延伸超出常规区域(和/或掺杂剂)，该常规区域位于
底部衬底中并横向处在相应晶体管栅极的侧壁19x之外。当形成SiGe区域 后，在SiGe材料和相邻的衬底12硅之间存在晶格失配。这个失配使处于 每个栅极l《和各自绝缘体16x之下的晶体管通道中产生"应变"。如上所 述，己经发现应变可以提高迁移率，并因此改善晶体管运行。其后一般 对器件10采取各种额外的处理步骤(未示出)，以便生成附加的器件方 面，从而使器件相互连接或用于其他目的。
0013图2a-2c和图3图解说明了根据示例优选实施例制造半导体器件 50的各种处理步骤。图2a-2c和图3不是意欲穷尽所有的处理步骤，而 是仅对一些步骤进行描述，以关注示例实施例的特定方面。如图3的实 例方法100所示，步骤U0被执行，以便在相对于器件衬底(或衬底内 的井区或其他区域)的固定位置上形成栅极结构和侧壁隔离物层。这可 以和结合图la所述的现有技术器件的相同方式发生。图2a示出了具有 硅半导体衬底52的器件50。叠加在衬底52上的是三个栅极导体54,， 542 和543，它们优选是同时并用诸如多晶硅的材料形成的。每个栅极导体54x 通过各自的栅极绝缘体56p 562和563与衬底12隔离。第一侧壁层58x 沿着每个栅极导体54x的每个侧壁59x优选由氧化物构成。该氧化物可以 生长在相应多晶硅栅极结构的每个相邻侧壁59x上。另外，第二侧壁隔离 物6(V沿着每个第一侧壁层58x优选作为氮化物形成。该氮化物优选是通 过在器件50上沉积氮化物层并将其刻蚀以形成如图2a所示的结果层60x 而形成的。继续图3，方法100的流程从步骤110继续到步骤120，其中 凹槽形成于晶体管源极(多个)/漏极(多个)所在的半导体区域中。对 于图2a的实例，该区域是衬底52。因此，图2a图解说明凹槽62p 622， 623和624，其通过在邻近栅极导体/侧壁隔离物的每个结合体的区域中将 构成衬底52的一些硅去除而形成。凹槽62,-624可利用本领域技术人员 所确定的众多技术中的任何一种技术而形成，并且这个工艺可以在去胶 机(asher)中执行。对于每个凹槽62x，在后续步骤中材料可以形成于其 中，以便邻近处在每个栅栈下的晶体管通道，这将在后面详细叙述。
0014继续图2a和图3，在步骤120后，执行步骤130。然而，这里不像 现有技术那样进行立即清洗，在优选实施例步骤130中凹槽62r624被氧 化。这优选是通过利用去胶机将器件50暴露于氧化环境而实现的。去胶
机的使用是有利的，因为它是半导体处理中的常用设备，因此对于除步
骤130之外的其他处理步骤应该是容易可用到的。确实，如上所述，这种 去胶机可用于执行步骤120以形成凹槽62r624。这样，器件50可以保持在 同一去胶机设备中，以便之后执行步骤130，而无需在不同设备之间移动 集成电路50以完成这些不同步骤。无论如何，步骤130的氧化透入到凹槽 62r624的表面中，从而去除任何表面污染物，同时还消耗在衬底52中的 嵌入污染物或硅损伤，这些污染物中的一些或全部可能是由于步骤120的 凹槽刻蚀而出现的。由步骤130产生的各自被氧化区域通过所示的位于图 2a中的每个凹槽62,-624之下的虚线加以表示。在优选实施例中，被氧化 区域的深度是在15到20埃的量级，尽管该深度在不同实施方式中可能不 同。确实，优选在开发与方法100—致的一组特定处理步骤期间，这些被 氧化区域的期望深度可以通过以不同深度进行实验以及一旦完成其他步 骤就对结果器件的性能进行测量而实验式地确定，其中这些性能可以是 在每个凹槽和后续形成于其中的Si-Ge之间的界面的质量，并且这将在下 面进一步被理解。
0015图2b图解说明了在图3中由步骤140所示的后续处理步骤期间的 器件50。在步骤140中，被氧化区域(在图2a中凹槽62r624之下的虚线区 域)从器件50中剥离。在一个优选实施例中，这个剥离是用稀释氢氟(HF) 酸溶液完成的。在另一实施例中，该剥离可用所谓的"标准清洗l (SC-1) 工艺"执行，其中过氧化氢和氢氧化铵和水用作清洗剂。虽然没按比例 绘制，但为了说明该效果，图2b阐明了该剥离将消耗硅并去除二氧化硅， 从而使硅凹槽变得稍微更深。无论如何， 一旦已经完成有关被氧化区域 64r644的剥离时，方法100从步骤140继续到步骤150。
0016步骤150表示一个选项如果需要，将重复氧化步骤130和剥离 步骤140。因此，如果例如要从凹槽62,-624中去除更多污染物或损伤，则 所示步骤150为引起循环返回的决定步骤。在实际实施中，这个决定歩骤 可以通过计数器或者类似的东西被建立，计数器向下计数以造成步骤130 和140的期望次数重复。如图3所示，如果步骤150被肯定地回答("是")， 那么该流程返回到步骤130和140。对重复的需求或重复的次数可能是基 于凹槽形成步骤120所造成的污染物的预期深度和损伤程度。就是说，如
果污染物被察觉到是存在于衬底52内的特定深度之下，那么处理这个的
一种方式可以是首次执行步骤130和140以补救那些污染物的第一部分， 然后重复步骤130和140—次或更多次，以去除那些污染物的剩余部分。 当然，额外重复的成本应当与利用将集成电路从去胶器移到另一件设备 所需的最少步骤数和任何额外时间来处理衬底52中的污染物和/或损伤的 充分性权衡比较。无论如何，在某个点没有出现进一步的重复，贝i」工艺 过程从步骤150前进到步骤160。图2b示出了氧化区域已去除的器件50。
0017图2c图解说明了下一步骤160之后的器件50，其中SiGe区域 66r664分别形成在凹槽62r624中。在优选实施例中，SiGe区域可以以和 现有技术相同的方式进行生长，诸如通过外延SiGe沉积。所完成的区域 将在每个各自中心中再次趋于向上弯曲。然而，由于上述的改进步骤， 在每个SiGe区域66x和与该区域相接触的硅衬底52之间存在改善的界面。 利用这个改善的界面，SiGe沉积获得了改善，导致应变在通道区域产生， 通道区域示为通道区域68,， 682和683，其在每个各自栅极绝缘体56p 562 和563以及其相关栅极导体5+， 542和543。因而，器件性能得到了改善。
0018完成图2c中的器件50，在SiGe漏极延伸区域在步骤160中被形成 之后，方法100继续到步骤170。步骤170通常指示迸行其他器件处理步骤， 并且那些步骤可由本领域技术人员容易地加以选择。例如，邻近侧壁隔 离物层58x和60x可以形成附加层，以便形成完整的侧壁，可以执行掺杂， 并可以获得器件之间的连接性。因此最终，为每个栅极导体5《生成一个 工作晶体管，并且由于上述的发明教示，与现有技术相比，该器件的性 能将被改善。
0019根据上述内容，可以明白所述示例实施例提供了晶体管器件中 的改进凹槽式漏极延伸。与该发明有关的本领域技术人员将明白在不 偏离本发明范围的情况下，可以对所述实施例做各种替代、替换、修改 和/或添加。
权利要求
1.一种形成集成电路晶体管的方法，其包含提供第一半导体区域；在相对于所述第一半导体区域的固定位置上形成栅极结构，所述栅极结构具有第一侧壁和第二侧壁；形成邻近所述第一侧壁和第二侧壁的至少第一层；在所述第一半导体区域中形成至少一个凹槽并从所述栅极结构横向地向外延伸；对所述至少一个凹槽进行氧化，以致氧化材料形成于其中；将所述氧化材料的至少一部分剥离；以及剥离后在所述至少一个凹槽中形成第二半导体区域。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一半导体区域包含硅；而 其中所述第二半导体区域包含硅锗。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，进一步包含在形成所述第二半导 体区域之前重复所述氧化和剥离步骤至少一次。
4. 根据权利要求1-3中任一权利要求所述的方法，其中形成所述至少 一个凹槽的步骤和所述氧化步骤都被执行，同时保持在同件设备中。
5. 根据权利要求1-4中任一权利要求所述的方法，其中所述剥离步骤 包含利用化学物质进行剥离，该化学物质从由氢氟酸和标准清洗1 (SC-1) 工艺组成的群中加以选择。
6. 根据权利要求1-5中任一权利要求所述的方法，其中所述氧化歩骤 形成深度为15到20埃的量级的氧化材料。
7. 根据权利要求1-6中任一权利要求所述的方法，其中形成邻近所述第一侧壁和第二侧壁的至少第一层的所述步骤包含形成邻近所述第一侧壁和邻近第二侧壁的第一层；并形成邻近所述第一层的第二层；所述第一层 包含氧化物，而所述第二层包含氮化物。
8. 根据权利要求1-7中任一权利要求所述的方法 其中所述栅极结构包含第一栅极结构； 其中所述方法形成多个集成电路晶体管；其中形成栅极结构的所述步骤在相对于所述第一半导体区域的固定位 置上进一步形成第二栅极结构；所述第二栅极结构具有第一侧壁和第二侧 壁；其中形成至少第一层的所述步骤进一步形成邻近所述第二栅极结构的 所述第一侧壁和第二侧壁的至少第一层；以及其中形成至少一个凹槽的所述步骤包含在所述第一半导体区域中形成 所述至少一个凹槽并从所述第一栅极结构横向向外延伸到所述第二栅极结 构。
9. 一种集成电路晶体管，其通过包含如权利要求1-8中任一权利要求 限定的所述方法的步骤而形成。
全文摘要
提供了一种形成集成电路晶体管(50)的方法。具有侧壁(59<sub>x</sub>)的栅极结构(54<sub>x</sub>)形成于相对衬底的第一半导体区域(52)的固定位置。至少第一层(58<sub>x</sub>，60<sub>x</sub>)邻近所述侧壁形成。至少一个凹槽(62<sub>x</sub>)形成于所述第一半导体区域中，并且从所述栅极结构向外横向延伸。所述第一半导体区域的材料被氧化，以便在凹槽中形成氧化材料。所述氧化材料的至少一部分被从所述凹槽剥离，并且第二半导体区域(66<sub>x</sub>)形成于该凹槽中。
文档编号H01L21/3205GK101194346SQ200580043603
公开日2008年6月4日 申请日期2005年10月18日 优先权日2004年10月18日
发明者L·H·霍尔 申请人:德克萨斯仪器股份有限公司