CN103377897B - 一种硅锗源/漏结构的形成方法 - Google Patents

一种硅锗源/漏结构的形成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种硅锗源/漏结构的形成方法。在本发明提供的硅锗源/漏结构的形成方法中，在体层和上覆层之间新增了缓冲结构(即两层或一层过渡层)，使得锗的含量逐渐降低，如此大大降低了晶格失配，同时使得温度逐渐变化，避免了热失配，从而使得硅锗层的压应力得到保证，使得器件的性能得到提升。

Description

一种硅锗源/漏结构的形成方法
技术领域
本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种硅锗源/漏结构的形成方法。
背景技术
在先进的互补金属氧化物半导体(CMOS)产业中，为了提高PMOS的性能，源/漏极区域通常采用的材料为硅锗(SiGe)，源/漏区主要包括三层：种子层(seed)，体层(bulk)和上覆层(cap)。
如图1a所示，其为现有工艺形成的硅锗源/漏结构的示意图，在衬底1上形成栅极结构2和隔离结构3，在栅极结构2两侧形成源/漏区4，具体的，所述源/漏区4包括种子层5，体层6和上覆层7。体层6通常为硅锗(硼)层，上覆层7通常为硅层。由图1b中可见锗的含量(即图中C1，C2)出现了突变，由于硅和锗晶格不同，这种成分上的较大差异将会导致体层和上覆层出现晶格失配(latticemismatch)；另一方面，形成体层时的温度T1要比形成上覆层T2时低，则二者之间还会出现热失配(thermalmismatch)。上述两种失配会引起硅锗层产生不到应有的应压力，从而影响器件的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅锗源/漏结构的形成方法的形成方法，以解决现有技术中晶格失配和/或热失配所导致器件性能变差的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种硅锗源/漏结构的形成方法，包括：
提供衬底；
在所述衬底上形成栅极结构；
在所述衬底中刻蚀形成位于栅极结构两侧的凹陷，
在所述凹陷内形成源/漏区，包括：
在所述凹陷内形成种子层；
在所述种子层上形成体层；
在所述体层上形成第一过渡层，所述第一过渡层生长过程中所使用的温度为线性变化；
在所述第一过渡层上形成第二过渡层，所述第二过渡层中锗的含量线性降低；
在所述第二过渡层上形成上覆层。
进一步的，对于所述的硅锗源/漏结构的形成方法，所述第一过渡层生长所使用的温度开始时为体层温度。
进一步的，对于所述的硅锗源/漏结构的形成方法，所述第一过渡层生长所使用的温度结束时为形成上覆层时所需温度。
进一步的，对于所述的硅锗源/漏结构的形成方法，所述第二过渡层中锗的含量为从30％～40％降低至0。
进一步的，对于所述的硅锗源/漏结构的形成方法，所述种子层为硅锗层，所述体层为硅锗层或硅锗硼层，所述上覆层为硅层。
进一步的，对于所述的硅锗源/漏结构的形成方法，所述第一过渡层和第二过渡层经化学气相沉积工艺形成。
进一步的，对于所述的硅锗源/漏结构的形成方法，所述化学气相沉积工艺的反应气体包括硅烷，锗烷，氯化氢，乙硼烷和氢气。
进一步的，对于所述的硅锗源/漏结构的形成方法，所述硅烷，锗烷，氯化氢和乙硼烷流量皆为1sccm～1000sccm。
进一步的，对于所述的硅锗源/漏结构的形成方法，所述氢气流量为0.1slm～50slm。
进一步的，对于所述的硅锗源/漏结构的形成方法，所述化学气相沉积工艺的温度为500℃～800℃。
进一步的，对于所述的硅锗源/漏结构的形成方法，所述化学气相沉积工艺的压强为1torr～100torr。
本发明提供一种硅锗源/漏结构的形成方法，包括：
提供衬底；
在所述衬底上形成栅极结构；
在所述衬底中刻蚀形成位于栅极结构两侧的凹陷，
在所述凹陷内形成源/漏区，包括：
在所述凹陷内形成种子层；
在所述种子层上形成体层；
在所述体层上形成过渡层，所述过渡层生长过程中所使用的温度为线性变换，所述过渡层中锗的含量线性降低；
在所述过渡层上形成上覆层。
进一步的，对于所述的硅锗源/漏结构的形成方法，所述过渡层生长所使用的温度开始时为体层温度。
进一步的，对于所述的硅锗源/漏结构的形成方法，所述过渡层生长所使用的温度结束时为形成上覆层时所需温度。
进一步的，对于所述的硅锗源/漏结构的形成方法，所述过渡层中锗的含量为从30％～40％降低至0。
进一步的，对于所述的硅锗源/漏结构的形成方法，所述种子层为硅锗层，所述体层为硅锗层或硅锗硼层，所述上覆层为硅层。
进一步的，对于所述的硅锗源/漏结构的形成方法，所述过渡层经化学气相沉积工艺形成。
进一步的，对于所述的硅锗源/漏结构的形成方法，所述化学气相沉积工艺的反应气体包括硅烷，锗烷，氯化氢，乙硼烷和氢气。
进一步的，对于所述的硅锗源/漏结构的形成方法，所述硅烷，锗烷，氯化氢和乙硼烷流量皆为1sccm～1000sccm。
进一步的，对于所述的硅锗源/漏结构的形成方法，所述氢气流量为0.1slm～50slm。
进一步的，对于所述的硅锗源/漏结构的形成方法，所述化学气相沉积工艺的温度为500℃～800℃。
进一步的，对于所述的硅锗源/漏结构的形成方法，所述化学气相沉积工艺的压强为1torr～100torr。
与现有技术相比，在本发明提供的硅锗源/漏结构的形成方法中，在体层和上覆层之间新增了缓冲结构(即两层或一层过渡层)，使得锗的含量逐渐降低，如此大大降低了晶格失配，同时使得温度逐渐变化，避免了热失配，从而使得硅锗层的压应力得到保证，使得器件的性能得到提升。
附图说明
图1a、图1b为现有工艺形成的硅锗源/漏结构及源/漏区各层参数关系的示意图；
图2a、图2b为本发明实施例形成的硅锗源/漏结构及源/漏区各层参数关系的示意图；
图3a、图3b为本发明另一实施例形成的硅锗源/漏结构及源/漏区各层参数关系的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提供的硅锗源/漏结构的形成方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
请参考图2a，一种硅锗源/漏结构的形成过程，提供衬底1，例如硅衬底等，在所述衬底1上形成栅极结构2，在所述衬底中形成隔离结构3，刻蚀所述衬底1在栅极结构2两侧形成凹陷，在所述凹陷内形成源/漏区4，其中，所述形成源/漏区4包括：形成种子层5，所述种子层5为硅锗层，在种子层5上形成体层6，所述体层6为硅锗层或硅锗硼层，在所述体层上形成第一过渡层8，在所述第一过渡层8上形成第二过渡层9，在所述第二过渡层9上形成上覆层7。
具体的，请结合图2b，所述第一过渡层8生长过程中锗的含量与体层相同，皆为C1，所使用的温度为线性变化，所述第一过渡层8生长所使用的温度开始时为体层6所具有的温度T1，结束时的温度为形成上覆层7时所需温度T2，从而避免了温度差异较大所导致的热失配。在第一过渡层8的温度达到形成上覆层7所需温度T2时，进行第二过渡层9的生长。所述第二过渡层9生长过程中保持温度T2不变，锗的含量线性降低，从C1(约30％～40％)线性降低至C2(0)，从而避免了锗含量的巨变所导致的晶格失配。所述第一过渡层8和第二过渡层9经化学气相沉积工艺形成，其中反应气体包括硅烷(SiH4)和/或二氯硅烷(SiH-2Cl2，即DCS)，锗烷(GeH4)，氯化氢(HCl)，乙硼烷(B2H6)和氢气(H2)。所述硅烷和/或DCS，锗烷，氯化氢，乙硼烷流量皆为1sccm～1000sccm，所述氢气流量为0.1slm～50slm，其中锗烷的含量在生长第二过渡层9时逐渐减少，以达到第二过渡层9锗含量降低的目的。所述化学气相沉积工艺在温度为500℃～800℃，压强为ltorr～100torr的条件下进行。
实施例二
请参考图3a，一种硅锗源/漏结构的形成过程，提供衬底1，例如硅衬底等，在所述衬底1上形成栅极结构2，在所述衬底中形成隔离结构3，刻蚀所述衬底1在栅极结构2两侧形成凹陷，在所述凹陷内形成源/漏区4，其中，所述形成源/漏区4包括：形成种子层5，所述种子层5为硅锗层，在种子层5上形成体层6，所述体层6为硅锗层或硅锗硼层，在所述体层6上形成过渡层10，在所述过渡层10上形成上覆层7。
具体的，请结合图3b，所述过渡层10满足如下两个条件：一、生长过程中锗的含量线性降低，即从与体层3相同的锗含量C1，约30％～40％，逐渐降低至C2(0)。二、生长过程中所使用的温度为线性变化，所述过渡层10生长所使用的温度开始时为体层6所具有的温度T1，结束时的温度为形成上覆层7时所需温度T2。所述过渡层10经化学气相沉积工艺形成，其中反应气体包括硅烷(SiH4)和/或二氯硅烷(SiH2Cl2，即DCS)，锗烷(GeH4)，氯化氢(HCl)，乙硼烷(B2H6)和氢气(H2)。所述硅烷和/或DCS，锗烷，氯化氢，乙硼烷流量皆为1sccm～1000sccm，所述氢气流量为0.1slm～50slm，其中锗烷的含量在生长过渡层10时逐渐减少，以达到过渡层10锗含量降低的目的。所述化学气相沉积工艺在温度为500℃～800℃，压强为1torr～100torr的条件下进行。上述条件一能够避免锗含量的巨变所导致的晶格失配，条件二能够避免温度差异较大所导致的热失配。
上述两个实施例提供的硅锗源/漏结构的形成方法及其形成方法中，采用缓冲结构(即实施例一中的两个过渡层和实施例二中的过渡层)，使得体层和上覆层之间的温度和晶格的较大差异平缓的降低，如此将热失配和晶格失配所造成的影响大大的降低，保证了硅锗层的压应力，从而大大提高了器件的性能。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (18)

1.一种硅锗源/漏结构的形成方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
在所述衬底上形成栅极结构；
在所述衬底中刻蚀形成位于栅极结构两侧的凹陷，
在所述凹陷内形成源/漏区，包括：
在所述凹陷内形成种子层；
在所述种子层上形成体层；
在所述体层上形成第一过渡层，所述第一过渡层生长过程中所使用的温度为线性变化，所述第一过渡层生长所使用的温度开始时为体层温度，结束时为形成上覆层时所需温度，所述第一过渡层生长过程中锗的含量与体层相同且保持不变；
在所述第一过渡层上形成第二过渡层，所述第二过渡层中锗的含量线性降低，所述第二过渡层生长所使用的温度为形成上覆层时所需温度且保持不变；
在所述第二过渡层上形成上覆层。
2.如权利要求1所述的硅锗源/漏结构的形成方法，其特征在于，所述第二过渡层中锗的含量为从30％～40％降低至0。
3.如权利要求1所述的硅锗源/漏结构的形成方法，其特征在于，所述种子层为硅锗层，所述体层为硅锗层或硅锗硼层，所述上覆层为硅层。
4.如权利要求1所述的硅锗源/漏结构的形成方法，其特征在于，所述第一过渡层和第二过渡层经化学气相沉积工艺形成。
5.如权利要求4所述的硅锗源/漏结构的形成方法，其特征在于，所述化学气相沉积工艺的反应气体包括硅烷，锗烷，氯化氢，乙硼烷和氢气。
6.如权利要求5所述的硅锗源/漏结构的形成方法，其特征在于，所述硅烷，锗烷，氯化氢和乙硼烷流量皆为1sccm～1000sccm。
7.如权利要求5所述的硅锗源/漏结构的形成方法，其特征在于，所述氢气流量为0.1slm～50slm。
8.如权利要求4所述的硅锗源/漏结构的形成方法，其特征在于，所述化学气相沉积工艺的温度为500℃～800℃。
9.如权利要求4所述的硅锗源/漏结构的形成方法，其特征在于，所述化学气相沉积工艺的压强为1torr～100torr。
10.一种硅锗源/漏结构的形成方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
在所述衬底上形成栅极结构；
在所述衬底中刻蚀形成位于栅极结构两侧的凹陷，
在所述凹陷内形成源/漏区，包括：
在所述凹陷内形成种子层；
在所述种子层上形成体层；
在所述体层上形成过渡层，所述过渡层生长过程中所使用的温度为线性增大，所述过渡层生长所使用的温度开始时为体层温度，结束时为形成上覆层时所需温度，所述过渡层中锗的含量线性降低；
在所述过渡层上形成上覆层。
11.如权利要求10所述的硅锗源/漏结构的形成方法，其特征在于，所述过渡层中锗的含量为从30％～40％降低至0。
12.如权利要求10所述的硅锗源/漏结构的形成方法，其特征在于，所述种子层为硅锗层，所述体层为硅锗层或硅锗硼层，所述上覆层为硅层。
13.如权利要求10所述的硅锗源/漏结构的形成方法，其特征在于，所述过渡层经化学气相沉积工艺形成。
14.如权利要求13所述的硅锗源/漏结构的形成方法，其特征在于，所述化学气相沉积工艺的反应气体包括硅烷，锗烷，氯化氢，乙硼烷和氢气。
15.如权利要求14所述的硅锗源/漏结构的形成方法，其特征在于，所述硅烷，锗烷，氯化氢和乙硼烷流量皆为1sccm～1000sccm。
16.如权利要求14所述的硅锗源/漏结构的形成方法，其特征在于，所述氢气流量为0.1slm～50slm。
17.如权利要求13所述的硅锗源/漏结构的形成方法，其特征在于，所述化学气相沉积工艺的温度为500℃～800℃。
18.如权利要求13所述的硅锗源/漏结构的形成方法，其特征在于，所述化学气相沉积工艺的压强为1torr～100torr。
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