一种FinFET源漏外延三层结构及其形成方法技术

本发明专利技术提供一种FinFET源漏外延三层结构及其形成方法，在PMOS区的源、漏上外延生长掺杂B的SiGe的轻掺杂结构；在SiGe的轻掺杂结构上外延生长含碳薄掺杂层；在含碳薄掺杂层上外延生长掺杂B的SiGe的重掺杂结构；在PMOS区的源、漏上外延生长掺杂P的Si轻掺杂结构；在掺杂P的Si轻掺杂结构上外延生长含碳薄掺杂层；在碳薄掺杂层上外延生长掺杂P的Si重掺杂结构。本发明专利技术在两层之间引入含碳薄掺杂层，利用碳抑制掺杂物扩散的特性，增强外延在高温退火过程掺杂梯度的稳定性，从而提高器件稳定性。

A three layer structure of source drain epitaxy of FinFET and its formation method

【技术实现步骤摘要】
一种FinFET源漏外延三层结构及其形成方法
本专利技术涉及半导体制造领域，特别是涉及一种FinFET源漏外延三层结构及其形成方法。
技术介绍
随着半导体制程技术的发展，栅极宽度不断缩小，传统平面CMOS器件已经不能满足器件的需求，譬如对于短沟道效应的控制。对于sub-20nm的技术节点，鳍式场效应晶体管(FinFET)结构具有更好的电学性能。由于鳍式场效应晶体管的沟道被3D的栅极所环绕，漏极电力线终止于栅极而无法达源极。因此，沟道中的电势完全由栅极所控制，这是鳍式场效应晶体管具有良好的短沟道效应控制的原因。嵌入式SiGe源漏技术是28nm及以下技术提高PMOS器件性能的必备技术。它是通过在沟道中产生单轴压应力来增加PMOS的空穴迁移率，从而提高晶体管的电流驱动能力。其原理是通过在器件的源、漏区选择性地外延生长SiGe层，由于Ge和Si晶格失配为4.1％，在垂直沟道方向Si晶格受到拉伸产生张应力，沿沟道方向Si晶格受到压缩产生压应力，以提高载流子的迁移率，实现饱和电流(Idsat)的增加。如图1和图2所示，图1显示为现有技术中的FinFET源漏外延三维结构示意图；图2显示为现有技术中的FinFET双重结构的剖面示意图。高Ge浓度的SiGe外延主要有以下几个难点：1)由于在高温下Si的生长速度远高于Ge，因此必须采用低温外延工艺，并且Ge浓度越大，外延温度越低。但是，温度太低时SiGe的生长速率会降低，因此外延生长的温度需要精细调控。2)高Ge浓度的SiGe临界厚度降低，对于具有一定深度的源漏，SiGe薄膜容易产生位错等缺陷，使应力驰豫。目前采用种子层seedlayer+体层bulklayer的结构，降低高Ge浓度的SiGe的厚度。3)SiGe中原位的B掺杂能有效降低源漏端的电阻率，减小器件功耗，但是当B掺杂浓度过高时容易使SiGe薄膜三维生长，导致表面粗化和缺陷产生，也会导致应力驰豫。需要选取适中的B掺杂浓度。目前，14nmFinFET工艺中PMOS区采用外延生长SiGe对沟道产生压应力，同时NMOS区外延生长Si:P或SiC:P对沟道产生拉应力，从而提升载流子迁移率。源漏区通过原位掺杂的方式掺杂B/P,从而提升器件性能。但是现有FinFET外延结构，如图3和图4所示，基于器件的考虑为轻掺杂/重掺杂双层结构，潜在问题为在高温退火处理过程重掺杂层B/P等掺杂物往轻掺杂层扩散，引发器件稳定性下降。因此，需要提出一种新的结构及其形成方法来解决上述问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种FinFET源漏外延三层结构及其形成方法，用于解决现有技术中高温退火处理过程重掺杂层B和P等掺杂物往轻掺杂层扩散，引发器件稳定性下降的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种FinFET源漏外延三层结构，至少包括：PMOS区、位于所述PMOS区源、漏上的掺杂B的SiGe轻掺杂结构；位于所述SiGe轻掺杂结构上的含碳薄掺杂层；位于所述含碳薄掺杂层上的掺杂B的SiGe重掺杂结构；所述SiGe轻掺杂结构中的B的浓度低于所述SiGe重掺杂结构中B的浓度；所述SiGe轻掺杂结构中的Ge的浓度低于所述SiGe重掺杂结构中的Ge的浓度；NMOS区、位于所述NMOS区源、漏上的掺杂P的Si轻掺杂结构，位于所述Si轻掺杂结构上的含碳薄掺杂层；位于所述含碳薄掺杂层上的掺杂P的Si重掺杂结构；所述Si轻掺杂结构中的P的浓度低于所述Si重掺杂结构中P的浓度。优选地，所述FinFET源漏外延三层结构还包括：分别位于所述SiGe重掺杂结构和所述Si重掺杂结构上的盖帽层，所述盖帽层的材料为Si。优选地，所述SiGe轻掺杂结构中的B的浓度为1E17～1E20atoms/cm3。优选地，所述SiGe轻掺杂结构中的Ge的浓度百分比为0～25％。优选地，所述SiGe重掺杂结构中的B的浓度为1E21～1E22atoms/cm3。优选地，所述SiGe重掺杂结构中的Ge的浓度百分比为25～45％。优选地，所述Si轻掺杂结构中P的浓度为1E17～1E20atoms/cm3。优选地，所述Si重掺杂结构中P的浓度为1E21～1E22atoms/cm3。本专利技术还提供所述FinFET源漏外延三层结构的形成方法，该方法至少包括以下步骤：步骤一、在PMOS区的源、漏上外延生长掺杂B的SiGe的轻掺杂结构；步骤二、在所述SiGe的轻掺杂结构上外延生长含碳薄掺杂层；步骤三、在所述含碳薄掺杂层上外延生长掺杂B的SiGe的重掺杂结构；步骤四、在PMOS区的源、漏上外延生长掺杂P的Si轻掺杂结构；步骤五、在所述掺杂P的Si轻掺杂结构上外延生长含碳薄掺杂层；步骤六、在所述碳薄掺杂层上外延生长掺杂P的Si重掺杂结构。优选地，在进行步骤一前对晶圆表面用HF进行预清洗，并在H2氛围下进行烘烤。优选地，步骤一外延生长所述掺杂B的SiGe的轻掺杂结构的反应物包括SiCl2H2、Si3H8、GeH4、HCl、H2、B2H6。优选地，步骤一中外延生长所述掺杂B的SiGe的轻掺杂结构的反应温度为200-1200℃。优选地，步骤一是在压强为1.33E2～1.01E5Pa的条件下外延生长所述掺杂B的SiGe的轻掺杂结构。优选地，步骤二中在所述SiGe的轻掺杂结构上外延生长所述含碳薄掺杂层的反应物包括SiCl2H2、Si3H8、CH4、GeH4、HCl、H2。优选地，步骤二中在所述SiGe的轻掺杂结构上外延生长所述含碳薄掺杂层的反应温度200-1200℃。优选地，步骤二中是在压强为1.33E2～1.01E5Pa的条件下外延生长所述含碳薄掺杂层。优选地，步骤三中在所述含碳薄掺杂层上外延生长所述掺杂B的SiGe的重掺杂结构的反应物包括SiCl2H2、Si3H8、GeH4、HCl、H2、B2H6。优选地，步骤三中在所述含碳薄掺杂层上外延生长所述掺杂B的SiGe的重掺杂结构的反应温度为200-1200℃。优选地，步骤三中是在压强为1.33E2～1.01E5Pa的条件下外延生长所述掺杂B的SiGe的重掺杂结构。优选地，进行步骤三后在所述SiGe的重掺杂结构上外延生长盖帽层。优选地，在进行步骤四前对晶圆表面用HF进行预清洗，并在H2氛围下进行烘烤。优选地，步骤四在PMOS区的源、漏上外延生长掺杂P所述Si轻掺杂结构的反应物包括：SiCl2H2、Si3H8、PH3、CH4。优选地，步骤四在PMOS区的源、漏上外延生长掺杂P所述Si轻掺杂结构的反应温度为200-1200℃。优选地，步骤四在压强为1.33E2～1.01E5Pa的条件下外延生长所述掺杂P的Si轻掺杂结构。优选地，步骤五中在所述掺杂P的Si轻掺杂结构上外延生长含碳薄掺杂层的反应物包括：SiCl2H2、Si3H8、CH4。优选地，步骤五中在所述掺杂P的Si轻掺杂结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种FinFET源漏外延三层结构，其特征在于，至少包括：/nPMOS区、位于所述PMOS区源、漏上的掺杂B的SiGe轻掺杂结构；位于所述SiGe轻掺杂结构上的含碳薄掺杂层；位于所述含碳薄掺杂层上的掺杂B的SiGe重掺杂结构；/n所述SiGe轻掺杂结构中的B的浓度低于所述SiGe重掺杂结构中B的浓度；所述SiGe轻掺杂结构中的Ge的浓度低于所述SiGe重掺杂结构中的Ge的浓度；/nNMOS区、位于所述NMOS区源、漏上的掺杂P的Si轻掺杂结构，位于所述Si轻掺杂结构上的含碳薄掺杂层；位于所述含碳薄掺杂层上的掺杂P的Si重掺杂结构；所述Si轻掺杂结构中的P的浓度低于所述Si重掺杂结构中P的浓度。/n

【技术特征摘要】
1.一种FinFET源漏外延三层结构，其特征在于，至少包括：
PMOS区、位于所述PMOS区源、漏上的掺杂B的SiGe轻掺杂结构；位于所述SiGe轻掺杂结构上的含碳薄掺杂层；位于所述含碳薄掺杂层上的掺杂B的SiGe重掺杂结构；
所述SiGe轻掺杂结构中的B的浓度低于所述SiGe重掺杂结构中B的浓度；所述SiGe轻掺杂结构中的Ge的浓度低于所述SiGe重掺杂结构中的Ge的浓度；
NMOS区、位于所述NMOS区源、漏上的掺杂P的Si轻掺杂结构，位于所述Si轻掺杂结构上的含碳薄掺杂层；位于所述含碳薄掺杂层上的掺杂P的Si重掺杂结构；所述Si轻掺杂结构中的P的浓度低于所述Si重掺杂结构中P的浓度。


2.根据权利要求1所述的FinFET源漏外延三层结构，其特征在于：所述FinFET源漏外延三层结构还包括：分别位于所述SiGe重掺杂结构和所述Si重掺杂结构上的盖帽层，所述盖帽层的材料为Si。


3.根据权利要求1所述的FinFET源漏外延三层结构，其特征在于：所述SiGe轻掺杂结构中的B的浓度为1E17～1E20atoms/cm3。


4.根据权利要求1所述的FinFET源漏外延三层结构，其特征在于：所述SiGe轻掺杂结构中的Ge的浓度百分比为0～25％。


5.根据权利要求1所述的FinFET源漏外延三层结构，其特征在于：所述SiGe重掺杂结构中的B的浓度为1E21～1E22atoms/cm3。


6.根据权利要求1所述的FinFET源漏外延三层结构，其特征在于：所述SiGe重掺杂结构中的Ge的浓度百分比为25～45％。


7.根据权利要求1所述的FinFET源漏外延三层结构，其特征在于：所述Si轻掺杂结构中P的浓度为1E17～1E20atoms/cm3。


8.根据权利要求1所述的FinFET源漏外延三层结构，其特征在于：所述Si重掺杂结构中P的浓度为1E21～1E22atoms/cm3。


9.根据权利要求1至8中任意一项所述的FinFET源漏外延三层结构的形成方法，其特征在于，该方法至少包括以下步骤：
步骤一、在PMOS区的源、漏上外延生长掺杂B的SiGe的轻掺杂结构；
步骤二、在所述SiGe的轻掺杂结构上外延生长含碳薄掺杂层；
步骤三、在所述含碳薄掺杂层上外延生长掺杂B的SiGe的重掺杂结构；
步骤四、在PMOS区的源、漏上外延生长掺杂P的Si轻掺杂结构；
步骤五、在所述掺杂P的Si轻掺杂结构上外延生长含碳薄掺杂层；
步骤六、在所述碳薄掺杂层上外延生长掺杂P的Si重掺杂结构。


10.根据权利要求9所述的FinFET源漏外延三层结构的形成方法，其特征在于：在进行步骤一前对晶圆表面用HF进行预清洗，并在H2氛围下进行烘烤。


11.根据权利要求9所述的FinFET源漏外延三层结构的形成方法，其特征在于：步骤一外延生长所述掺杂B的SiGe的轻掺杂结构的反应物包括SiCl2H2、Si3H8、GeH4、HCl、H2、B2H6。


12.根据权利要求11所述的FinFET源漏外延三层结构的形成方法，其特征在于：步骤一中外延生长所述掺杂B的SiGe的轻掺杂结构的反应温度为200-1200℃。


13.根据权利要求9所述的FinFET源漏外延三层结构的形成方法，其特征在于：步骤一是在压强为1.33E2～1.01E5Pa的条件下外延生长所述掺杂B的SiGe的轻掺杂结构。


14.根据权利要求9所述的FinFET源漏外延三层结构的形成方法，其特征在于：步骤二中在所述SiGe的轻掺杂结构上外延生长所述含碳薄掺杂层的反应物包括SiCl2H2、Si3H8、CH4、GeH4、HCl、H2。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷海波，田明，宋洋，廖端泉，
申请(专利权)人：上海华力集成电路制造有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31