具有柵極結構的半導體器件及其制造方法
【專利說明】具有柵極結構的半導體器件及其制造方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2014年9月23日提交的韓國專利申請的優先權，該申請的內容全文以引用方式整體并入本文中。
技術領域
[0003]本發明構思一般涉及半導體器件，更具體地說，涉及包括硅鍺溝道的晶體管及其制造方法。
【背景技術】
[0004]鰭式場效應晶體管(FinFET)可用于減小短溝道效應。硅鍺溝道區用于提高載流子的迀移率。然而，硅鍺溝道的帶隙小于硅溝道的帶隙，因此，關斷狀態的漏電流會由于帶帶遂穿(BTBT)而增大。減小關斷狀態的漏電流同時保持載流子的高迀移率的改進的方法是被期望的。
【發明內容】
[0005]本發明構思的一些實施例提供了一種半導體器件，其包括有源層、柵極結構、間隔件和源極/漏極層。有源層位于襯底上并且包括鍺。有源層包括具有第一鍺濃度的第一區和位于第一區的兩側的第二區。第二區的頂表面從第二區的鄰近第一區的第一部分朝著第二區的遠離第一區的第二部分變高，并且第二區具有小于第一鍺濃度的第二鍺濃度。柵極結構形成在有源層的第一區上。間隔件形成在有源層的第二區上，并且接觸柵極結構的側壁。源極/漏極層鄰近有源層的第二區。
[0006]在另一些實施例中，第一鍺濃度在第一區中可實質上恒定，并且第二鍺濃度可從第二區的第一部分朝著第二部分減小。
[0007]在另一些實施例中，源極/漏極層可具有第三鍺濃度，并且第三鍺濃度的最大值可大于第一鍺濃度。
[0008]在一些實施例中，間隔件的底表面可從間隔件的鄰近第一區的第一部分朝著間隔件的遠離第一區的第二部分變高。
[0009]在另一些實施例中，間隔件在其接觸柵極結構的側壁的內側壁上可具有在水平方向上的凹槽。
[0010]在另一些實施例中，間隔件可具有接觸柵極結構的側壁的豎直內側壁。
[0011]在一些實施例中，柵極結構可具有包括金屬的柵電極以及包圍柵電極的底部和側壁的高k電介質層圖案。
[0012]在另一些實施例中，柵極結構還可包括在有源層與高k電介質層圖案之間的氧化硅層圖案。
[0013]在另一些實施例中，氧化硅層圖案可僅形成在有源層的第一區上。
[0014]在一些實施例中，氧化硅層圖案不僅可形成在有源層的第一區上，而且還可形成在有源層的第二區的至少一部分上。
[0015]在另一些實施例中，柵極結構的側壁可具有在水平方向上的突起。
[0016]在另一些實施例中，柵極結構的側壁可具有豎直側壁。
[0017]在一些實施例中，有源層和源極/漏極層中的每一個可包括硅鍺。
[0018]在另一些實施例中，源極/漏極層可重度摻雜有p型雜質，并且有源層的第二區可輕度摻雜有P型雜質。
[0019]在另一些實施例中，有源層的第一區的頂表面在一定方向上可以是平坦的，并且可不高于有源層的第二區的頂表面。
[0020]在一些實施例中，半導體器件還可包括襯底上的隔離層圖案，隔離層圖案包圍有源層的側壁。
[0021]在另一些實施例中，隔離層圖案的頂表面可低于有源層的頂表面。
[0022]本發明構思的其它實施例提供了一種半導體器件，其包括有源層、柵極結構、間隔件和源極/漏極層。有源層形成在襯底上并且包括鍺。有源層包括具有第一鍺濃度的第一區和位于第一區的兩側上的第二區。第二區具有第二鍺濃度，第二鍺濃度從第二區的鄰近第一區的第一部分朝著第二區的遠離第一區的第二部分從第一鍺濃度減小。柵極結構形成在有源層的第一區上。間隔件形成在有源層的第二區上，并且接觸柵極結構的側壁。源極/漏極層鄰近有源層的第二區。
[0023]在一些實施例中，有源層的第二區的頂表面可從第一部分朝著第二部分變高。
[0024]在另一些實施例中，間隔件的底表面可從間隔件的鄰近第一區的第一部分朝著間隔件的遠離第一區的第二部分變高。
[0025]在另一些實施例中，柵極結構可包括有源層上的氧化硅層圖案、氧化硅層圖案和間隔件的內側壁上的高k電介質層圖案以及包括金屬的柵電極。高k電介質層圖案可包圍柵電極的底部和側壁。
[0026]在一些實施例中，源極/漏極層可重度摻雜有p型雜質，并且有源層的第二區可輕度摻雜有P型雜質。
[0027]本發明構思的其它實施例提供了制造半導體器件的方法，該方法包括在襯底上形成包括硅鍺的有源層。將有源層部分地氧化，以在有源層上形成氧化硅層，以使得氧化硅層下方的有源層的第一區具有第一鍺濃度，并且使得有源層的第二區具有小于第一鍺濃度的第二鍺濃度，有源層的第二區鄰近氧化硅層下方的第一區。去除氧化硅層以暴露出有源層的第一區和第二區。將源極/漏極層形成在鄰近有源層的第二區的有源層上。將柵極結構形成在有源層的暴露的第一區上。
[0028]在另一些實施例中，當將有源層部分地氧化以在有源層上形成氧化硅層時，可形成掩模以部分地覆蓋有源層，并且可氧化有源層。
[0029]在一些實施例中，可通過氧化有源層的步驟對有源層的未被掩模覆蓋的一部分和有源層的被有源層覆蓋的一部分進行氧化。
[0030]在另一些實施例中，有源層的第二區可與掩模豎直地重疊，并且有源層的第一區可不與掩模豎直地重疊。
[0031]在另一些實施例中，在去除氧化硅層以暴露出有源層的第一區和第二區之后，可在有源層的暴露的第一區和第二區和掩模上形成偽柵極絕緣層。可在偽柵極絕緣層上形成偽柵電極層以充分覆蓋掩模。可將偽柵電極層和偽柵極絕緣層平面化直至可暴露出掩模的頂表面為止，以分別形成偽柵電極和偽柵極絕緣層圖案。可將掩模去除，以暴露出有源層。
[0032]在一些實施例中，當將掩模去除以暴露出有源層時，可至少部分地去除偽柵電極的側壁上的偽柵極絕緣層圖案的一部分，并且有源層上的偽柵極絕緣層圖案的其余部分和偽柵電極可形成偽柵極結構。
[0033]在另一些實施例中，可形成覆蓋偽柵極結構的側壁的間隔件。
[0034]在另一些實施例中，當去除掩模以暴露出有源層時，可暴露出有源層的第二區，并且在形成覆蓋偽柵極結構的側壁的間隔件之前，可用雜質摻雜暴露的有源層的第二區。
[0035]在一些實施例中，可在有源層的第一區上形成偽柵極結構，并且可在有源層的第二區上形成間隔件。
[0036]在另一些實施例中，當柵極結構形成在暴露的有源層的第一區上時，可在襯底上形成絕緣隔層以覆蓋偽柵極結構和間隔件。可將絕緣隔層平面化直至可暴露出偽柵極結構的頂表面為止，以形成絕緣隔層圖案。可去除暴露的偽柵極結構，以形成暴露出有源層的第一區的開口。可形成柵極結構以填充開口。
[0037]在另一些實施例中，當形成柵極結構時，可在開口的底部和側壁以及絕緣隔層圖案上形成高k電介質層。可在高k電介質層上形成柵電極層，以充分填充開口。可將柵電極層和高k電介質層平面化直至可暴露出絕緣隔層圖案的頂表面為止，以形成包括柵電極和包圍柵電極的底部和側壁的高k電介質層圖案的柵極結構。
[0038]在一些實施例中，在開口的底部和側壁以及絕緣隔層圖案上形成高k電介質層之前，可在有源層的暴露的第一區上形成氧化硅層圖案。可在氧化硅層圖案的頂表面、開口的側壁以及絕緣隔層圖案上形成高k電介質層。
[0039]在另一些實施例中，當在鄰近有源層的第二區的有源層上形成源極/漏極層時，可去除有源層的未被偽柵極結構和間隔件覆蓋的上部，以形成凹槽。可執行外延層生長工藝以形成填充凹槽的硅鍺層。
[0040]在另一些實施例中，當形成硅鍺層時，可形成摻有p型雜質的硅鍺層。
[0041]在一些實施例中，在襯底上形成包括硅鍺的有源層之后，可形成至少部分地覆蓋有源層的側壁的隔離層圖案。
[0042]在本發明構思的另一些實施例中，由于有源層形成為包括硅鍺，因此包括該有源層的半導體器件可具有高載流子迀移率。具體地說，用作溝道的有源層的第一區可具有高鍺濃度，因此可提高載流子迀移率。用作LDD區的有源層的第二區的鍺濃度可小于第一鍺濃度，因此可減小關斷狀態下的漏電流。
【附圖說明】
[0043]通過以下結合附圖的詳細描述，將更清楚地理解示例實施例。圖1至圖49表示本文所述的非限制性示例實施例。
[0044]圖1和圖2是示出根據本發明構思的一些實施例的半導體器件的剖視圖。
[0045]圖3是示出圖1的半導體器件的平面圖。
[0046]圖4是示出根據本發明構思的一些實施例的半導體器件的剖視圖。
[0047]圖5至圖32是示出在根據本發明構思的一些實施例的半導體器件的制造中的工藝步驟的平面圖和剖視圖。
[0048]圖33至圖34是示出在根據本發明構思的一些實施例的半導體器件的制造中的工藝步驟的平面圖。
[0049]圖35是示出根據本發明構思的一些實施例的半導體器件的剖視圖。
[0050]圖36至圖38是示出在根據本發明構思的一些實施例的半導體器件的制造中的工藝步驟的剖視圖。
[0051]圖39是示出根據本發明構思的一些實施例的半導體器件的剖視圖。
[0052]圖40至圖42是示出在根據本發明構思的一些實施例的半導體器件的制造中的工藝步驟的剖視圖。
[0053]圖43是示出根據本發明構思的一些實施例的半導體器件的剖視圖。
[0054]圖44至圖49是在根據本發明構思的一些實施例的半導體器件的制造中的工藝步驟的剖視圖。
【具體實施方式】
[0055]下文中，將參照其中示出了一些示例實施例的附圖更完全地描述各個示例實施例。然而，本發明構思可按照許多不同形式實現，并且不應理解為限于本文闡述的示例實施例。相反，提供這些示例實施例以使得本說明書將是徹底和完整的，并且將把本發明構思的范圍完全傳遞給本領域技術人員。在附圖中，為了清楚起見，可夸大層和區的大小和相對大小。
[0056]應該理解，當一個元件或層被稱作“位于”另一元件或層“上”、“連接至”或“結合至”另一元件或層時，所述一個元件或層可直接位于該另一元件或層上、連接至或結合至該另一元件或層，或者可存在中間元件或層。相反，當一個元件被稱作“直接位于”另一元件或層“上”、“直接連接至”或“直接結合至”另一元件或層時，不存在中間元件或層。相同的附圖標記始終指代相同元件。如本文所用，術語“和/或”包括相關所列項之一或多個的任何和所有組合。
[0057]應該理解，雖然本文中可使用術語例如第一、第二、第三、第四來描述多個元件、組件、區、層和/或部分，但是這些元件、組件、區、層和/或部分不應被這些術語限制。這些術語僅用于將一個元件、組件、區、層或部分與另一區、層或部分區分開。因此，下面討論的第一元件、第一組件、第一區、第一層或第一部分可被稱作第二元件、第二組件、第二區、第二層或第二部分，而不脫離本發明構思的教導。
[0058]為了方便描述，本文中可使用諸如“在……下方”、“在……之下”、“下”、“在……之上”、“上”等的空間相對術語，以描述附圖中所示的一個元件或特征與另一元件或特征的關系。應該理解，空間相對術語旨在涵蓋使用或操作中的裝置的除圖中所示的取向之外的不同取向。例如，如果圖中的裝置顛倒，則被描述為“在其它元件或特征之下”或“在其它元件或特征下方”的元件將因此被取向為“在其它元件或特征之上”。因此，示例性術語“在……之下”可涵蓋“在……之上”和“在……之下”這兩個取向。裝置可按照其它方式取向(旋轉90度或位于其它取向