TWI222110B - Semiconductor device and production process thereof - Google Patents

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TWI222110B TW091134096A TW91134096A TWI222110B TW I222110 B TWI222110 B TW I222110B TW 091134096 A TW091134096 A TW 091134096A TW 91134096 A TW91134096 A TW 91134096A TW I222110 B TWI222110 B TW I222110B
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2 2 2 ο A7 ____B7 五、發明説明（1 ) 1. 發明所屬技術領域 本發明是有關於一種半導體裝置及其製程，更尤其是 一使用半導體基底之半導體裝置及其製程，其中，藉由提 供一 SiGe膜而使應變導入該半導體基底。 2. 先前技術 爲了增進通過通道區之載子（電子或電洞）移動率， 已知有一種技術，其包含在Si基底上形成一應變SiGe假晶 膜；鬆弛由於導入不當差排，因薄膜和基底間之晶格不脗 合所致之薄膜應變；並形成一 Si膜作爲覆蓋層。Si膜被具有 較大晶格常數之SiGe膜所應變，因此，改變了能帶結構並 增進載子之移動率。 爲了鬆弛SiGe膜之應變，已知有一種形成厚度數//m之 SiGe膜，以增加SiGe膜之彈性，因此鬆弛應變之SiGe膜。 例如，Y. J.米 （Mii)等人在應用物理學刊59 (13)， 1611 (1991)中，發表以形成具遞增分階Ge濃度分佈之厚 度約1 /z m之 SiGe膜，加以鬆弛應變SiGe膜。 而且，爲了鬆弛SiGe薄膜應變，已知有一種技術，在 植入如氫離子後，藉高溫退火在SiGe膜/ Si基底介面處產 生不當差排，且因此在Si基底之一瑕疵層中造成滑動之堆 疊錯誤之滑動。例如，D. M. Follstaedt等人在應用物理學 刊69 (14)，2059 ( 1 996)中發表藉He離子之植入加以鬆弛 應變，而H. Trinkaus等人在應用物理學刊76 (24)，3 5 5 2 (2000)中發表藉Η離子之植入加以鬆弛應變。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） ~ " -5- ---------裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1222110 A7 B7 五、發明説明（2 ) 至於’沒有以例如氫離子之離子佈植來鬆弛SiGe薄膜 應變的技術中，日本未審專利公開案之平成1 0 (1998) -256 1 69提出一種技術，其包含··在si基底上，形成厚度20 nm之Ge層；在其上形成厚度小或等於lnm之SiGe覆蓋層； 並在680°C下退火達10分鐘，因此使Ge層得以鬆弛。 再來，松本等人在日本科學推廣協會之第丨54委員會 ”半導體介面控制技術”第29頁之第31屆硏習會講義中發表 一種鬆弛應變之技術。根據這種技術，在低如400 °C溫度下 依序在Si基底上，形成一第一 SiGe膜和一第一 Si覆蓋膜；在 600°C下退火，在SiGe膜/ Si基底介面處，產生一低密度之 不當差排。隨後，在高如600 °C溫度下，生長一第二SiGe膜 。因此，由於SiGe膜/ Si基底介面處之不當差排所致之應 變場影響，而在生長中之SiGe膜表面上，產生起伏。藉由 在起伏之凹處施以壓力而新導入差排產生點。因此，應變 得以在生長第二SiGe膜的同時，加以鬆弛。根據這種技術 ’藉由形成弟一 Si覆盡膜’降低了在由第一 SiGe膜/ Si基 底介面處之不當差排所造成之第一 SiGe膜中之線差排。再 來，甚至即使第一 SiGe膜形成具高Ge濃度（30% )時，該 第二SiGe膜仍可被鬆弛約90% 。 在藉由形成厚SiGe膜，以增加SiGe膜彈性之以上所提 及之鬆弛技術中，因SiGe膜厚度超出獲取完美結晶之臨界 厚度，所以，在SiGe膜中產生特別大量之瑕疵。 在諸如氫離子植入後之高溫退火技術中，因只有第一 SiGe膜和第一 Si覆蓋膜形成異質結構，所以，在siGe膜/ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） I--------裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1222110 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 __ ___B7 五、發明説明（3 )
Si基底介面處，因不當差排造成之線差排在到達表面時呈 高密度（約1〇7 / cm2)，這在半導體裝置形成後，造成接 面漏電流之增加。再來，線差排和剩餘彈性產生所謂陰影 之突起。此外，如SiGe膜之Ge濃度變高，則由於在SiGe / Si之介面之氫離子，使大電洞傾向於冒出，並可能在SiGe 膜表面上，發生非常大之表面粗糙度。 再來，如應用日本未審查之專利公開案之平成10 (1 998) - 256 1 69技術到在Si基底上.，形成SiGe膜和Si覆蓋膜 以鬆弛SiGe膜之技術，則在應變之SiGe膜比臨界厚度薄之 處，鬆弛比即大量下降。例如，根據以上之第3 1屆硏習會 講義，如果在400°C基底溫度，30% Ge濃度和小於臨界厚度 之小或等於l〇〇nm厚度之SiGe膜，並於60(TC退火5分鐘形成 條件下，形成如日本未審查專利公開案平成10 (1998)-256 1 69所發展之相同結構，則應變之SiuGeo.3膜只鬆弛約 20% 。因此，無法充分應變上層之Si覆蓋膜，且無法使載 子之移動率提升至一標的位階 。 在鬆弛應變的同時，而在第一 Si覆蓋膜/第一 SiGe膜 / Si基底結構上，生長第二SiGe膜之技術中，由於低密度不 當差排之繃緊範圍影響和由於高溫下之膜生長，使大振幅 起伏（rms:約9nm)保持在第二SiGe膜表面上。 發明內容 本發明已鑒於以上討論之問題而加以完成。本發明之 一項目的在提供一種半導體裝置及其製程，它甚至在一具 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇X297公釐） I--------裝----^---訂----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1222110 A7 B7 五、發明説明（4 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 有高Ge濃度和厚度不大於臨界厚度之SiGe膜中，能達成高 應變鬆弛度並降低線差排密度，且關於形成在其上之一第 二SiGe膜，能抑制其間之起伏，儘可能得到完全之鬆弛並 增進其平滑度。 本發明提供一半導體裝置，該半導體裝置包含一第一 Sii — aGea膜’一第一覆蓋膜，一第二SiuGee膜（冷 ^ 1)和一第二覆蓋膜，其依這次序形成在表面是由矽所形 成之一基底上，其中，使第一 Sin Gea膜鬆弛而與水平面 上之第二Si^Ge彡膜具實質相同之晶格常數。 本發明亦提供一種半導體裝置製程，該半導體裝置包 含一第一 Sii — aGe。膜，一第一覆蓋膜，一第二Si^Ge/膜 (β <α$1)和一第二覆蓋膜，其依這次序形成在表面是 由矽所形成之一基底上，使第一 Sh—α G%膜鬆弛而與水平 面上之第二Ge彡膜具實質相同之晶格常數。 該製程包含以下步驟： (a) 在表面是由矽所形成之基底上，形成一第一 Siu Gea 膜； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (b) 在第一 SiuGe。膜上，形成一第一覆蓋膜； (c) 使所形成之基底退火，而使第一 Si^Ge。膜鬆驰 ，使得第一 Si Gea膜之晶格常數變成實質上與一要形成 在覆蓋膜上並滿足θ α $ 1之第二Si!Ge彡膜之晶格常數 相同； (d) 在第一覆蓋膜上，形成第二SiuGe彡膜；以及 (e) 在第二Si^Ge 〃膜上，形成一第二覆蓋膜。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -8- 1222110 A7 _____B7 ___ 五、發明説明（5 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 從之後所提出之詳細說明，本申請案之這些和其它目 的將變得更加顯而易見了。然而，應該了解的是，只利用 圖解說明表示本發明較佳實施例之詳細說明和特定實例， 因從這詳細說明中對於那些精熟技術者而言，在本發明精 神和範圍內之各種變更和修飾將變得顯而易見。 〔實施方式〕 根據本發明一半導體裝置之製程，在步驟（a)中，一 第一 Gea膜是形成在具有矽表面之基底上。 具有矽表面之基底包含非結晶性、微結晶、單結晶和 多晶矽基底、混合兩種或多於以上所提及結晶結構之矽基 底及具有這些結晶結構之矽表面層之所謂的SOI、SOS基底 。在這些基底當中，較喜好的是一單晶矽基底和其表面層 是由單晶矽所形成之一 SOI基底。SOI基底可由如使用多孔 矽選取式鈾刻法之SIM0X法、積層法等之各種方法加以形 成。 經濟部智慧財產局W工消費合作社印製 第一 Sin Gea膜可由例如爲CVD法、濺射法、真空沈 積法、MEB等之已知各種方法所形成。在這些方法當中， 第一 Sii-aGea膜可最好是由CVD法之嘉晶方式加以生長。 在這情況下之薄膜形成條件可從技術領域中之那些已知者 加以選取，且尤其是，薄膜形成溫度（基底溫度），例如 可適當地約爲400至650 °C。在這Si Gea膜中，只要滿足 β <a ，由α所表示之Ge濃度不特別受限，但可例如 爲約10至100原子％ ，最好約爲30至50原子％ 。Sh —aGea 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐1 :~一 1222110 A7 __________B7 五、發明説明（6 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 膜之厚度最好小或等於臨界厚度。臨界厚度爲SiGe膜可在 一基底上生長保持完全應變狀態所能達到之最大厚度。更 明確地說，如在具有一矽表面之基底上形成Ge濃度是在以 上所提範圍內之SiGe膜時，依Ge濃度而定，SiGe膜厚度約 小或等於5 00nm，最好約50nm至280nm。Ge濃度可以連續或 步階式傾斜方式於膜厚方向及平面方向（一水平面方向） 中變化，但最好爲均勻的。 在步驟（b)中，在第一 Siu Ge。膜上形成一第一覆蓋 膜。第一覆蓋膜最好由一類似於矽半導體之菱形結構半導 體所形成。更明確地說，第一覆蓋膜可爲Si膜、SiC膜或具 Ge濃度小於稍後所述之第一 SiGe膜和第二SiGe膜濃度的Ge 濃度之一 SiGe膜。未特別限制SiC膜之C濃度，但例如，可 爲約0.1至7原子％ 。SiGe覆蓋膜之Ge濃度可適當地約小或 等於1〇原子％ 。第一覆蓋膜可由一類似於形成第一 SiGe膜 之方法加以形成。在這情況中，基底溫度最好約爲400至 65 0 °C。第一覆蓋膜之厚度最小不大於臨界厚度。此外，當 下層之第一 膜之Ge濃度較高及/或當在半導體裝 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 置製程之稍後步驟中，退火溫度較高時，該第一覆蓋膜最 好較薄。更明確地說，第一覆蓋膜適當約爲1至l〇〇nm，尤 其是，適當約爲5至30nm厚。 在步驟（c)中，使所形成之基底退火’使第一 膜鬆弛。持續實施此退火程序，直到第一 Sip Ge。膜之晶格常數變成實質上與稍後形成在第一覆蓋 膜上之第二S U - 〃 Ge 〃膜（/3 <a ^ I)之晶格常數相同爲止 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨OXM7公釐） Λ Γ\ ^ 1222110 A7 B7 五、發明説明θ ) 。在本發明中，除非另有定義，否則，晶格常數意爲在水 平面方向之晶格常數。除非是在第一 SiGe膜上形成覆蓋膜 之狀態中實施程序之外，可利用技術領域中已知之方法和 條件加以實施退火程序。退火程序之實施可利用一火爐、 燈管、RT A等，適當地在600至900 °C之溫度下的惰性氣體 、空氣、氮氣、氧氣或氫氣之氣氛下退火達5至3 0分鐘。 此處，第一 Sin Gea膜之晶格常數變成實質上與要形 成在第一覆蓋膜上之第二SiuGe彡膜（/3 <α$1)之晶格 常數相同，意爲第二SiyGe〃膜之/3値滿足/3 <α$1且當 第二Si u Ge彡膜實質上完全鬆弛時，第一 Si ^ Ge。膜實質 上與第二Sh^Ge〃膜之晶格常數相同。最好，使第一 Siu Gea膜鬆弛成使得它與稍後要形成之第二Ge 〃膜 有相同之晶格常數，或使得它具一有效之Si〇.7GeQ.3膜（α =0.3)之晶格常數。從另一觀點’可使第一 Sii_crGea膜鬆 弛成使得其晶格常數實質上等於第二Sh^Ge〃膜，其差異 多達 ± 0.001A、± 0.0001 人或 ± 0.00001A。另言之，第一 Sii-α： Gea膜和第二Sii — ^ Ge彡膜之晶格常數可爲相同或最好 只差小或等於± 3% ，小或等於± 2.5% ，尤其最好是小或 於土 2% ，小或等於土 1 · 5% ，還尤其是最好小或等於± 1 % ，小或等於土 〇. 5 % 。 例如，晶格常數之設定可參考要實現如第3圖中所示完 全鬆弛之第二Si卜〃 Ge〃膜所需之第一 Sin Gea膜之鬆弛率 關係。更明確地說，如果第一 Sip Gea膜之Ge濃度α爲0.9 且第二Sh^ Gee膜之Ge濃度冷爲0.3，則當使第一 Sii_a Ge。 ---------裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 .着 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1222110 A7 _ B7 五、發明説明（8 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 膜鬆弛約32%時，第一 Sii —aGea膜將實質上與第二 Si^ Ge〃膜具相同晶格常數。如α爲0.5且0爲0.2，則第一 Sin Gea膜之鬆弛率R應約爲39.4%。如α爲1且/3且0.2， 則鬆弛率R應約爲18.6% 。 在步驟（c)中，在退火程序前，上面形成有第一覆蓋 膜之基底可植入離子。利用能將結晶瑕疵導入基底之矽表 面的元素，能在離子植入後之退火程序期間在基底中形成 微洞穴之元素等加以適當地實施這種離子植入。例如，這 種元素可選自含氫，惰性氣體和IV族之元素組。更明確地 說，可提到的有氫、氦、氖、矽、碳、鍺及其它的，當中 最好爲氫。離子植入之加速能量可以依使用之離子種類、 第一 Sin Gea膜厚度及第一覆蓋膜之材料和厚度加以適當 選取。爲了抑制第一 膜中之瑕疵並防止第一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
Sin Gea膜更薄，可將加速能量設成使得植入尖峰例如是 在第一 Sh-aGe。膜 /基底介面之基底側上，更明確地說在 基底內之介面下約大或等於20nm (最好約30至70nm)。例 如，加速能量可約爲20至150KeV。更明確地說，如第一 Si^Gea膜約200nm厚並使用氫，則加速能量約爲18至 25KeV。劑量例如約爲1 X 1〇15至1 x 1〇17 cm·2，且更最好 是約1 xlO16至1 xl0i7cm-2。在其它離子種類，第一 Siα Gea膜等之其它厚度之情況中可根據以上條件適當地 加以設定條件。 在形成第一覆蓋膜後，不需立即完成離子之植入，而 可在第一 Si i — α Gea膜上方形成一保護膜後加以完成。此處 本紙張尺度適用中·國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -12- · 1222110 A7 B7 五、發明説明（9 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 之保護膜有關其材料和厚度不特別限定，而可爲一絕緣膜 或一半導體膜。更明確地說，保護膜可爲一熱氧化膜、一 低溫氧化膜（LTO膜）、一高溫氧化膜（HTOfl莫）、一由p - C VD所形成之氧化矽膜、一氮化矽膜等。其厚度例如可約 爲 20至 15 Onm。 在步驟（d)中，在第一覆蓋膜上形成第二Sil — 〃Ge 〃膜 。以如第一 SiGe膜之相同方法可使第二Sii — sGe/s膜形成相 同厚度。然而，第二Si i—fGe〃膜未必要有相同厚度。第二 Sii —〃Ge彡膜實質上是完全鬆弛的，那就是，第二Sil^G“ 膜之晶格常數與S i 1 — 〃 G e 〃膜之理論晶格常數相同，或最好 是第二Siu G“膜鬆弛成使得它具有一 SiuGeo.3膜（/3 = 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 〇.3)之有效晶格常數。從另一觀點，可使第二Sil-〃Ge 〃膜 鬆弛成使得其晶格常數實質上等於第二Sh_ 〃 Ge 〃膜之理論 晶格常數，其差異多達± 0.001人、± 0.0001A或± 0.00001 A。另言之，第二彡膜之晶格常數可與膜 之理論相同或最好只差異小或等於±3% 、或2.5%。更最 好是小或等於± 2% ，小或等於± 1 . 5% ，還更最好是小或 等於± 1% ，小或等於0.5% 。 在步驟（e)中，在第二SiuGe〃膜上形成一第二si覆 蓋膜。第二Si覆蓋膜可以如第一覆蓋膜之相同方法加以形 成。其厚度最好不大於臨界之膜厚，且更明確地說約1至 1 0 0 nm »更最好是約5至40nm。 在本發明之半導體裝置製程中並不永遠需要依以上所 提及之次序，來實施上述之步驟 （a)至（e)。例如，可 本纸張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -13 - 1222110 A7 ____B7_ 五、發明説明（1〇 ) 在第一覆蓋層上形成保護膜，可實施離子植入及/或退火 程序’然後可移除保護膜，且然後可實施步驟（d)。保護 膜種類和厚度係如以上說明。保護膜可藉技術領域中之一 已知方法加以移除，該方法如使用鹼性溶液之濕式蝕刻法 、乾式蝕刻法等。 另外’可在第一覆蓋膜上形成保護膜，可實施離子植 入’然後移除保護膜，且然後可實施退火程序。 在第一 SiGe膜之後，如上述，可在基底上形成，第一 覆蓋膜和第二SiGe膜和第二Si覆蓋膜，根據一種平常之半 導體製程可藉由形成一裝置隔離區，形成一閘極絕緣膜和 一閘極電極，形成一 LDD區及 /或一DDD區及 /或源極 和汲極區，形成一中介層絕緣膜，一接線層等加以完成半 導體裝置。 參考附圖，利用其實施例，現將詳細說明本發明之半 導體裝置及其製程。 實施例1 如第1圖中所示，使這實施例中之半導體裝置結構爲依 此次序形成在一矽基底1之（001)平面上之具一厚度Inm之 第一 Sio.iGeu膜2、一厚度5nm之第一 Si覆蓋膜3、一厚度 200nm之第二SiG.7Ge〇.3膜4及厚度20nm之第二Si覆蓋膜5，在 上面進而形成一閘極絕緣膜（未示出）、一閘極電極（未 示出）及源極/汲極區（未示出）。 第一 Si〇.〖Ge().9膜2鬆弛約32% ，在平行於（〇〇1)平面 本紙張尺度適用中國國家標皁（ CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------0^-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -14 - 1222110 A7 — _B7__ 五、發明説明⑴） 之一平面中之晶格常數a//爲5.49477 A。這晶格常數實質上 與第二SiQ.7Ge().3膜4相同。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 這半導體裝置可依以下方式加以形成。 首先，以沸騰過之硫酸將矽基底去灰並以RCA洗滌， 作預先處理，然後，以5%之稀釋氫氟酸，從矽基底表面 移除自然氧化之膜。接著，如第2 (a)圖中所示，使用鍺烷 (GeH4)和二矽烷（Si2H6)爲材料，以低壓化學氣相沈積 (LP — CVD)設備在500°C下，在矽基底1之（〇〇1)平面上 將具Ge濃度90%之第一假晶SinGe"膜2以磊晶方式生長 至Inm之厚度。在這些條件下所形成之第一 SiuGeo.9膜2之 厚度不大於臨界厚度。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 因第一 Sio.iGeo.9膜2完全與Si基底脗合，故平行於 (〇〇1)平面之平面中的晶格常數a//和Si者相同（約5.43 094 A )，且垂直於 （001)平面之平面中之晶格常數a丄約爲 5.78704 A。因完全鬆弛之Sio.iGeo.9膜之晶格數符合 a" = a丄=5.63 3943 A，故使第一 Sio.iGeo.9膜2應變而延伸於 垂直方向。至於與矽基底1完全脗合之第一 Sin Geo.9膜2， 其（004)平面之X射線繞射分析表示爲2 0=64.33967° 。 隨後，如第2 (b)圖中所示，以LP - CVD設備在500°C 下，在第一 SiGe膜2上將第一假晶Si覆蓋膜3以磊晶方式生 長至5nm之厚度，用以防止LP - CVD設備之Ge污染並增進 第一 Si覆蓋膜之平滑性。 所形成之基底是在870°C之一火爐中加以退火達1〇分鐘 且因此使第一 SiuGeo.9膜2得以鬆弛。 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -15- 1222110 經濟部智慈財產局員工消费合作社印製 A7 _B7_五、發明説明（12 ) 因完全鬆弛之第二Si〇.7Ge〇.3膜應具有a// = a丄=5·49477 A，如果一 Si〇.7Ge().3膜在第一 Si覆蓋膜3上形成第二SiGe膜 ，則爲了稍後得到完全鬆弛之第二SiQ.7Ge().3膜4，需使第~ Sio.iGeo.9膜 2鬆弛至 a// = 5.49477 A (其等於鬆弛比 R = 3 1.4% )。當第一 SiuGeu膜2之a" = 5.49477 A時，因a丄爲 5.73 890 A，故可使第一 Sio.iGeo.9膜2鬆驰直到 （004)平面 之X射線繞射分析表示爲2 0 =64.94524° 。 隨後，如第2 (c)圖中所示，使用鍺烷和二矽烷爲材料 ，以LP - CVD設備在500°C下，在第一 Si覆蓋膜3上將Ge濃 度3 0%之一第二假晶Si〇.7Ge().3膜4以磊晶方式生長至20〇nm 之厚度。因這第二SiQ.7Ge().3膜4是以假晶方式形成在第一 Si 覆蓋膜3上，該覆蓋膜3與第一 SiuGeo.9膜2完全脗合，所以 .，第二3【〇.70以.3膜4之（004)平面之X射線繞射分析表示爲 2 0 =68.2 1 547。，其中該第一 Sio.iGeo.9 膜 2 與平行於（001) 平面之平面中之第二Si〇.7Ge〇.3膜4有相同之晶格常數a//。這 確定爲100%鬆弛。因第二SiQ.7Ge().3膜4完全鬆弛，所以薄 膜中之殘餘應變能量爲小，且因此，表面非常平滑。以一 原子力顯微鏡觀察第二Si〇.7Ge〇.3膜4之表面顯示第二 Si〇.7Ge〇.3膜4和矽基底一般平滑，展示平均粗糙度rms爲 〇.4nm。由於表面散落，這小粗糙度在防止載子移動率之下 降非常有效。再來，第二Si〇.7GeQ.3膜4是低瑕疵密度（線差 排密度約1 X 1 〇3 / c m2 )。 隨後，如第2 (d)圖中所示，以LP - CVD設備在5 00°C 下，在鬆弛之平滑第二SiGe膜4上，將一第二假晶Si覆蓋膜 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事 4 項再填- 裝— :寫本頁) 訂 壤 -16- 1222110 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（13 ) 5以磊晶方式生長至20nm之厚度。因第二Si覆蓋膜5與完全 鬆弛之第二SiQ.7Ge().3膜4完全脗合，故可充分得到目標之拉 伸應變。 然後，根據一平常之半導體製程，藉由形成一閘極絕 緣膜、一閘極電極、源極/汲極區、一中介層絕緣膜、一 接觸孔、一接觸插頭和一接線層加以完成一半導體裝置。 實施例2 除了厚度lOOnm之第一 Si〇.5Ge().5膜形成爲第一 SiGe膜且 第一 Si覆蓋膜厚度爲10nm外，以如實施例1中之相同方式形 成一半導體裝置。 首先，如第4 (a)圖中所示，在一矽基底1上形成一第 一 SiGe膜2，且如第4 (b)圖中所示，在上面形成一第一 Si 覆蓋膜3。 然後，爲了防止離子植入期間之雜質污染，在第一 Si 覆蓋膜3上形成厚度20nm之氧化膜（未示出），且如第4 (c) 圖中所示，在植入能量12KeV，劑量3 X l〇16/cm2及傾角 7°之條件下，經由氧化膜將氫離子6植入矽基底1。 隨後，所形成之矽基底以RC A法加以洗滌並在800 °C下 退火達1〇分鐘，如第4(d)圖中所示形成一瑕疵層7。然後 ，以5%之稀釋氫氟酸加以蝕刻掉氧化膜並以RC A法加以洗 滌所形成之基底。因此，使第一 Si〇.5Ge〇.5膜2實質上鬆弛爲 59.2% 〇 然後，如實施例1中，如第4 (e)圖中所示形成一第二 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 項再填」 裝· 訂 ·線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -17- 1222110 A7 ___B7 ___ 五、發明説明（14 )
SiGe膜4並如第4 (f)圖中所示形成第二Si覆蓋膜5。然後以 一平常製程完成半導體裝置。 實施例3 除了第一 S i覆蓋膜非由S i所形成而是由一菱形結構之
SiC所形成外，以如實施例1之相同方式產製一半導體裝置 〇 利用由SiC所形成之第一覆蓋膜可更能抑制表面粗糙度 ，其中之S i C晶格常數小於S i。 實施例4 除了第一 Si覆蓋膜非由Si所形成而是由低Ge濃度（小 或等於10% )之一 SiGe膜所形成外，以如實施例1之相同方 式產製一半導體裝置。 那就是’當第一 Sii-aGea膜2之（2爲大時’第一^Si覆盡 膜之彈性變高且使第一 Si覆蓋膜有時部份鬆弛。這部份鬆 弛是利用低Ge濃度之SiGe膜作爲覆蓋膜加以防止的。 實施例5 除了使用表面層由單晶政所形成之s 01基底，而非使用 矽基底外，以如實施例1之相同方式產製一半導體裝置。 因此，防止寄生電容量之增加並降低浮動電容量。 根據本'發明，因使第一 s i i α Ge α膜鬆弛而在非應變狀 態下與第二Si Ge 〃膜具有實質相同之晶格常數，故不管 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） --------j^-批衣-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消f·合作社印製 -18- 1222110 A7 _B7_ 五、發明説明（15) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第一 Sin Gea膜之厚度和Ge濃度，可形成不具任何應變並 具平滑表面之第二Sh—p Gee膜。因此，第二Si覆蓋膜在裡 面具有充份之應變，並能得到提供顯著增進載子移動率之 一半導體裝置。 甚至假如第一 Sin Gea膜爲厚時（例如，比臨界厚度 厚），該膜彈性爲高或第一和第二SiGe膜具非常不同之Ge 濃度，藉由使第一 Sin Gea膜退火所得之鬆驰允許形成於 其上之之第二Si Ge 〃膜無應變並具一良好平滑性之表面 〇 而且，如第一 Sin Ge«膜爲薄時（例如，比臨界厚度 薄）或第一和第二SiGe膜具稍微不同之Ge濃度，則在離子 植入後之第一 Sin Gea膜之退火允許形成完全鬆弛之第二 Sii j Gw 膜。 因第二Si 〃膜已在其形成步驟中完全鬆弛，它在 裡面不具過度彈性，且因此，第二Si Ge〃膜可形成具有 非常平滑之表面。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 再來，因第二膜不需形成真正鬆弛，故它儘 可能在低溫度下形成，且因此，能顯著降低第二 Sh j Ge彡膜之瑕疵密度。 〔圖式簡單說明〕 第1圖爲根據本發明一實施例之半導體裝置主要部位之 示意切面圖； 第2 A至2D圖爲說明根據本發明一實施例之半導體裝置 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) -19 - 1222110 A7 B7 五、發明説明（16) 製程之主要部位的示意切面圖； 第3圖表示要得到一完全鬆弛之第二Sin G“膜所需之 一第一 S i 1 — α Ge α膜鬆驰比的代表圖； 第4 Α至4F圖說明根據本發明另一實施例之半導體裝置 製程之主要部位的示意切面圖。 主要元件對照表 1 矽基底 2 SiG.iGe〇.9 膜 3 Si覆蓋膜 4 Si〇.7Ge〇_3 膜 5 Si覆蓋膜 6 氫離子 7 瑕疵層 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -20-

Claims (1)

1222110 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 _____ D8六、申請專利範圍 1 1. 一種半導體裝置，包含一第一 SiuGh膜，一第一 覆蓋膜、一第二Sil — /jGee膜（0 <α$1)和一第二覆蓋膜 ’其依這次序形成在表面是由矽所形成之一基底上， 其中，使第一 Si^Gea膜鬆弛而與第二SiuGe彡膜在 水平面中具實質相同之晶格常數。 2. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中，第一 覆蓋膜爲一矽膜、一 SiC膜或一 Ge濃度小於第一和第二SiGe 膜Ge濃度之SiGe膜。 3 .如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中，表面 由矽所形成之基底爲一 SOI基底。 4. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中，第一 和第二SiGe膜厚度小或等於臨界厚度。 5. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中，第二 Si u Gw膜實質上爲完全鬆弛。 6. —種半導體裝置製程，該半導體裝置包含一第一 SipGea膜、一第一覆蓋膜、一第二Si^Gee膜（冷 <α S 1)和一第二覆蓋膜，其依這次序形成在表面是由矽所形 成之一基底上，使第一SiuGe。膜鬆弛而與第二SiljGee 膜在水平面中具實質相同之晶格常數， 該製程包含以下步驟： (a) 在表面是由矽所形成之一基底上，形成一第一 S i 1 - a G e α 膜； (b) 在第一 Sii_aGea膜上’形成第一覆蓋膜； (c) 使所形成之基底退火，而使第一Sii—α Gea膜鬆驰 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 ，項再填· 裝- 訂 .费 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -21 - 1222110 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 2 ，使得第一 Sin Gea膜之晶格常數變得實質上與要形成在 覆蓋膜上之第二SiGo膜之晶格常數相同並滿足沒 < α ^ 1； (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁 (d) 在第一覆蓋膜上，形成第二Si^Ge彡膜；以及 (e) 在第二Siu Gee膜上，形成一第二覆蓋膜。 7. 如申請專利範圍第6項之製程，其中，在步驟 （c) 中，在基底退火前，將具有形成第一覆蓋膜形成於其上之 基底進行離子植入。 8. 如申請專利範圍第7項之製程，其中，該基底係使 用選自含氫、惰氣氣體和IV族元素組之一元素，以進行離 子植入。 9. 如申請專利範圍第7項之製程，其中，該基底被離 子植入，使得植入尖峰位於第一 Gh膜和基底之間一 介面之基底側上。 10. 如申請專利範圍第6項之製程，其中，該第一覆蓋 膜爲一砂膜，一 S i C膜或一 G e濃度小於第一和第二S i G e膜G e 濃度之SiGe膜。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 11. 如申請專利範圍第6項之製程，其中，該表面由矽 所形成之基底爲一 SOI基底。 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -22-
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