场效应晶体管和形成晶体管的方法技术

本发明专利技术涉及场效应晶体管和形成晶体管的方法。公开的是金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）结构的实施例及制造该结构的方法。该结构包括源极/漏极区域和在源极/漏极区域之间的沟道区域。源极/漏极区域可以包括对源极/漏极掺杂剂具有高扩散率的硅。沟道区域包括为最优化载流子迁移率和带能并且为具有低源极/漏极掺杂剂扩散率而选择的硅合金。在工艺期间，源极/漏极掺杂剂可以扩散到沟道区域的边缘部分。然而，因为硅合金向源极/漏极掺杂剂的低扩散率，掺杂剂不会深地扩散到沟道区域中。由此，硅合金沟道区域的边缘部分和源极/漏极区域可以具有基本相同的掺杂剂分布，但是与硅合金沟道区域的中心部分具有不同的掺杂剂分布。

【技术实现步骤摘要】

这里公开的实施例涉及场效应晶体管，更具体地说，涉及具有硅源极/漏极区域和为了最优化电荷载流子迁移率和能带而横向位于源极/漏极区域之间的硅合金沟道区域的场效应晶体管结构。
技术介绍
异质结P型金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)典型地包含包括硅(Si)和硅锗(SiGe)层的叠层的半导体体区(body)。在叠层的中心部分上形成栅极结构并且P型掺杂剂(例如，硼)注入到叠层的端部以便分别形成沟道区域和源极/漏极区域。在沟道区域中添加的硅锗在沟道区域中提供更大的空穴迁移率并且还允许P型MOSFET的价带能被选择性地调节(例如，高达300毫电子伏特(meV))以用于器件设计的优化。不幸的是，虽然添加的硅锗是有益的，但是硼通过硅锗的扩散率非常低，由此至今不能获得具有硅锗专属(exclusively)沟道区域的P型M0SFET。更具体地,之前制造具有娃锗专属沟道区域的可操作P型MOSFET的尝试都失败了，因为硼通过硅锗的低扩散率引入了差的源极/漏极结分布，其进而导致不期望的短沟道效应，例如漏极诱导势垒降低(DIBL)和也称为亚阈值电压摆动的阈值电压(Vt)减小。
技术实现思路
鉴于上述，这里公开的是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)结构(例如，平面MOSFET或者非平面M0SFET，例如单鳍片或者多鳍片、多栅极M0SFET)的实施例及形成该结构的方法。MOSFET结构包括源极/漏极区域和横向位于源极/漏极区域之间的沟道区域。源极/漏极区域可以由硅构成，硅具有对于P型和N型源极/漏极掺杂剂两者的高扩散率。可以仅由为最优化电荷载流子迁移率和带能以及为具有低源极/漏极掺杂剂扩散率而选择的硅合金(例如，用于P型MOS FET的硅锗或者碳化硅锗或者用于N型MOSFET的碳化硅)构成沟道区域。在工艺期间，源极/漏极掺杂剂可以扩散到硅合金沟道区域的边缘部分。然而，因为硅合金对于源极/漏极掺杂剂的低扩散率，掺杂剂不会深地向沟道区域内扩散。因此，硅合金沟道区域的边缘部分与源极/漏极区域可以具有基本相同的掺杂剂分布，但是与硅合金沟道区域的中心部分具有不同的掺杂剂分布。作为结果，MOSFET的源极/漏极结分布被增强并且降低了短沟道效应。更具体地，这里公开的是MOSFET结构的实施例。MOSFET结构可以包括半导体体区(body)。半导体体区可以包括硅源极/漏极区域和横向位于源极/漏极区域之间的硅合金沟道区域。依赖于MOSFET是P型MOSFET或者N型M0SFET，可以为了最优化载流子迁移率和带能以及具有低的源极/漏极掺杂剂扩散率而预先选择硅合金材料。例如，如果MOSFET包括P型MOSFET，硅合金沟道区域的硅合金可以包括，例如，硅锗或者碳化硅锗。可选地，如果MOSFET包括N型M0SFET，硅合金沟道区域的硅合金可以包括，例如，碳化硅。另外，为了增强源极/漏极结分布并且因此限制短沟道效应，邻近硅源极/漏极区域的硅合金沟道区域的边缘部分和横向位于边缘部分之间的硅合金沟道区域的中心部分可以具有不同导电类型和/或不同导电水平。具体地，硅合金沟道区域的中心部分具有与硅合金沟道区域的边缘部分和硅源极/漏极区域不同的导电类型。例如，如果MOSFET包括P型M0SFET，硅合金沟道区域的中心部分具有N型导电性并且硅合金沟道区域的边缘部分和硅源极/漏极区域可以具有P型导电性，反之，如果MOSFET包括N型M0SFET，硅合金沟道区域的中心部分具有P型导电性并且硅合金沟道区域的边缘部分和硅源极/漏极区域可以具有N型导电性。可选地，硅合金沟道区域的中心部分与硅源极/漏极区域和硅合金沟道区域的边缘部分二者相比具有相同的导电类型，但是处于更低导电水平。例如，如果MOSFET包括P型M0SFET，硅合金沟道区域的中心部分具有低水平的P型导电性(S卩，P-导电性)并且硅合金沟道区域的边缘部分和硅源极/漏极区域具有高水平P型导电性(即，P+导电性)，反之，如果MOSFET包括N型M0SFET，硅合金沟道区域的中心部分具有低水平N型导电性(SP，N-导电性)并且硅合金沟道区域的边缘部分和硅源极/漏极区域可以具有高水平N型导电性(g卩，N+导电性)。还应该注意，MOSFET结构可以包括平面MOSFET结构或者非平面MOSFET结构(例如，单或者多鳍片MOSFET结构)。具体地，在一个实施例中，平面MOSFET结构可以包括半导体体区，包括横向位于硅源极/漏极区域之间的硅合金沟道区域，如上所述。沟槽隔离区域可以横向邻近半导体体区。栅极结构可以位于半导体体区的顶表面上，在硅合金沟道区域的中心部分上。栅极侧壁间隔物可以位于半导体体区的顶表面上，邻近栅极结构并且在硅合金沟道区域的边缘部分上。在另一个实施例中，非平面MOSFET和具体地，单鳍片、双栅极或者三栅极MOSFET可以包括半导体体区。半导体体区可以包括半导体鳍片并且半导体鳍片可以包括横向位于硅源极/漏极区域之间的硅合金沟道区域，如上所述。栅极结构可以在硅合金沟道区域的中心部分上位于半导体体区的顶表面和相对侧壁上。栅极侧壁间隔物可以位于半导体体区的顶表面和相对侧壁上，邻近栅极结构并且在硅合金沟道区域的边缘部分之上。在另一个实施例中，非平面MOSFET和具体地，多鳍片、双栅极或者三栅极MOSFET结构可以与上述单鳍片、双栅极或者三栅极MOSFET基本相同的方式配置，但是可以包括多个半导体体区(即，多个半导体鳍片)。在此情况中，栅极结构和栅极侧壁间隔物可以在他们各自的硅合金沟道区域处横越多个半导体体区。仍在另一个实施例中，非平面MOSFET和具体地，多鳍片、双栅极或者三栅极MOSFET结构可以包括半导体体区，包括单个硅源极区域、平行于单个硅源极区域的单个硅漏极区域以及从源极区域到漏极区域延伸的多个鳍片型硅合金沟道区域。在此情况中，栅极结构和栅极侧壁间隔物可以横越多个鳍片形硅合金沟道区域。同样，这里公开了用于形成上述MOSFET的方法实施例。形成平面MOSFET的方法实施例可以包括提供硅合金层。依赖于MOSFET是P型MOSFET或者N型M0SFET，可以根据最优化载流子迁移率和带能以及具有低的源极/漏极掺杂剂扩散率而预先选 择硅合金材料。例如，如果MOSFET包括P型M0SFET，硅合金可以包括，例如，硅锗或者碳化硅锗。可选地，如果MOSFET包括N型M0SFET，硅合金可以包括，例如，碳化硅。在指定的沟道区域的中心部分上，在硅合金层的顶表面上形成栅极结构。下一步，在硅合金层的顶表面上形成栅极侧壁间隔物，其横向邻近所述栅极结构并且还位于沟道区域的所述边缘部分之上；在形成栅极结构和栅极侧壁间隔物之后，可以在邻近沟道区域的边缘部分的硅合金层中形成凹陷并且可以用硅填充凹陷(例如，通过外延沉积)。下一步，在凹陷中的硅以及沟道区域的边缘部分可以用掺杂剂掺杂以形成邻近沟道区域的边缘部分的硅源极/漏极区域，如上所述，其仅由硅合金制造，并且为了增强源极/漏极结分布并且从而限制短沟道效应，还确保沟道区域的边缘部分和沟道区域的中心部分具有不同导电类型和/或不同导电水平。具体地，可以进行掺杂剂注入和退火工艺，以便在掺杂后，硅合金沟道区域的中心部分具有与硅源极/漏极区域和硅合金沟道区域的边缘部分不同的导电类型。例如，如果本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种场效应晶体管，包括：半导体体区，包括：硅源极/漏极区域；以及硅合金沟道区域，横向位于所述硅源极/漏极区域之间，所述硅合金沟道区域包括邻近所述硅源极/漏极区域的边缘部分和在所述边缘部分之间的中心部分，所述边缘部分和所述中心部分具有不同导电类型和不同导电水平中的任一种；栅极结构，在所述半导体体区上，邻近所述硅合金沟道区域的所述中心部分；以及栅极侧壁间隔物，在所述半导体体区上，横向邻近所述栅极结构并且还邻近所述硅合金沟道区域的所述边缘部分。

【技术特征摘要】
2012.01.27 US 13/359,6151.一种场效应晶体管,包括: 半导体体区，包括: 硅源极/漏极区域；以及 硅合金沟道区域，横向位于所述硅源极/漏极区域之间，所述硅合金沟道区域包括邻近所述硅源极/漏极区域的边缘部分和在所述边缘部分之间的中心部分，所述边缘部分和所述中心部分具有不同导电类型和不同导电水平中的任一种； 栅极结构，在所述半导体体区上，邻近所述硅合金沟道区域的所述中心部分；以及栅极侧壁间隔物，在所述半导体体区上，横向邻近所述栅极结构并且还邻近所述硅合金沟道区域的所述边缘部分。2.根据权利要求1的场效应晶体管，所述硅合金沟道区域的所述边缘部分具有与所述源极/漏极区域相同的导电类型并且还具有与所述硅合金沟道区域的所述中心部分不同的导电类型。3.根据权利要求1的场效应晶体管，所述硅合金沟道区域的所述边缘部分具有与所述硅源极/漏极区域和所述硅合金沟道区域的所述中心部分相同的导电类型并且还具有比所述硅合金沟道区域的所述中心部分更高的导电水平。4.根据权利要求1的场效 应晶体管，所述场效应晶体管包括P型场效应晶体管以及所述硅合金沟道区域包括硅锗和碳化硅锗中的任一种。5.根据权利要求1的场效应晶体管，所述场效应晶体管包括N型场效应晶体管以及所述硅合金沟道区域包括碳化硅。6.根据权利要求1的场效应晶体管，所述栅极侧壁间隔物具有在所述硅源极/漏极区域和所述硅合金沟道区域的所述边缘部分之间的界面之上对准的外部表面。7.根据权利要求1的场效应晶体管，所述硅源极/漏极区域包括在邻近所述硅合金沟道区域的所述边缘部分的凹陷内的外延硅层。8.—种场效应晶体管,包括: 半导体鳍片，包括: 硅源极/漏极区域；以及 硅合金沟道区域，横向位于所述硅源极/漏极区域之间，所述硅合金沟道区域包括邻近所述硅源极/漏极区域的边缘部分和在所述边缘部分之间的中心部分，所述边缘部分和所述中心部分具有不同导电类型和不同导电水平中的任一种； 栅极结构，在所述半导体鳍片的相对侧壁上，邻近所述硅合金沟道区域的所述中心部分；以及 栅极侧壁间隔物，在所述相对侧壁上，横向邻近所述栅极结构并且还邻近所述硅合金沟道区域的所述边缘部分。9.根据权利要求8的场效应晶体管，所述硅合金沟道区域的所述边缘部分具有与所述源极漏极区域相同的导电类型并且还具有与所述硅合金沟道区域的所述中心部分不同的导电类型。10.根据权利要求8的场效应晶体管，所述硅合金沟道区域的所述边缘部分具有与所述硅源极/漏极区域和所述硅合金沟道区域的所述中心部分相同的导电类型并且还具有比所述硅合金沟道区域的所述中心部分更高的导电水平。11.根据权利要求8的场效应晶体管，所述场效应晶体管包括P型场效应晶体管以及所述硅合金沟道区域包括硅锗和碳化硅锗中的任一种。12.根据权利要求8的场效应晶体管，所述场效应晶体管包括N型场效应晶体管以及所述硅合金沟道区域包括碳化硅。13.根据权利要求8的场效应晶体管，所述栅极侧壁间隔物具有在所述硅源极/漏极区域和所述硅合金沟道区域的所述边缘部分之间的界面之上对准的外部表面。14.根据权利要求8的场效应晶体管，所述硅源极/漏极区域包括横向沉积在所述硅合金沟道区域的所述边缘部分的垂直...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·布赖恩特，E·J·诺瓦克，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：