半导体器件的接触件结构的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请与2012年11月08日提交的标题为"半导体器件的接触件结构"的共同代 决和共同受让的专利申请第13/672, 258号（代理案号TSM12-0787)相关，其全部内容结合 于此作为参考。
技术领域
[0003] 本发明涉及集成电路器件，更具体地，涉及半导体器件的接触件结构。
【背景技术】
[0004] 随着半导体工业已进入到纳米技术工艺节点以追求更高的器件密度、更高的性能 和更低的成本，在诸如鳍式场效应晶体管（FinFET)的半导体器件的三维设计的发展中已 经产生了来自制造和设计问题的挑战。典型的FinFET制造为具有通过例如蚀刻掉衬底的 硅层的一部分形成的从衬底延伸的薄垂直"鳍"（或鳍结构）。在该垂直鳍中形成FinFET的 沟道。栅极提供在鳍的三侧上方（例如，包裹鳍）。在沟道的两侧均具有栅极允许栅极从两 侧对沟道进行控制。FinFET的进一步优势包括减小短沟道效应和更高的电流。
[0005] 然而，在互补金属氧化物半导体（CMOS)制造中实现这些特征和工艺还存在挑战。 例如，应变材料上的硅化物形成引起FinFET的源极/漏极区的高接触电阻，从而使器件性 能退化。
【发明内容】
[0006] 为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种半导体器件结构，包括：栅极 结构，形成在半导体衬底的表面上方；凹槽，邻近所述栅极结构，其中，所述凹槽形成在所述 半导体衬底的表面下方；应变材料堆叠件，填充所述凹槽，其中，所述应变材料堆叠件中的 材料的晶格常数与所述衬底的晶格常数不同，其中，所述应变材料堆叠件包括硼掺杂的（B 掺杂的）锗（GeB)层、金属-Ge层和金属-SiGe层；以及接触件结构，形成在层间介电（ILD) 层中，其中，所述接触件结构的底部与所述金属-SiGe层接触。
[0007] 在上述半导体器件结构中，其中，所述应变材料堆叠件还包括位于所述GeB层和 所述金属-Ge层之间的锗（Ge)层。
[0008] 在上述半导体器件结构中，其中，所述GeB层的硼浓度在从约1E20原子/cm3至约 4E20原子/cm 3的范围内。
[0009] 在上述半导体器件结构中，其中，所述应变材料堆叠件还包括SiGe层，其中，所述 SiGe层填充所述凹槽的主要部分，其中，所述SiGe层填充所述凹槽的底部。
[0010] 在上述半导体器件结构中，其中，所述应变材料堆叠件还包括SiGe层，其中，所述 SiGe层填充所述凹槽的主要部分，其中，所述SiGe层填充所述凹槽的底部，其中，所述应变 材料堆叠件还包括位于所述SiGe层上方的梯度SiGe层。
[0011] 在上述半导体器件结构中，其中，所述应变材料堆叠件还包括SiGe层，其中，所述 SiGe层填充所述凹槽的主要部分，其中，所述SiGe层填充所述凹槽的底部，其中，所述应变 材料堆叠件还包括位于所述SiGe层上方的梯度SiGe层，其中，所述梯度SiGe层的Ge浓度 从所述梯度SiGe层的底部至顶部在从约30%至约80%的范围内增大。
[0012] 在上述半导体器件结构中，其中，所述金属-Ge层和所述金属-SiGe层中的金属元 素相同。
[0013] 在上述半导体器件结构中，其中，所述金属-Ge层和所述金属-SiGe层中的金属元 素选自由 Ti、Al、Mo、Zr、Hf、Ta、In、Ni、Be、Mg、Ca、Y、Ba、Sr、Sc 或 Ga 组成的组。
[0014] 在上述半导体器件结构中，其中，所述应变材料堆叠件向上延伸至所述半导体衬 底的表面之上。
[0015] 在上述半导体器件结构中，其中，所述凹槽的深度介于约300A和约800A的范 围内。
[0016] 在上述半导体器件结构中，其中，所述栅极结构是替代栅极。
[0017] 在上述半导体器件结构中，其中，所述栅极结构形成在所述半导体衬底的鳍上方。
[0018] 在上述半导体器件结构中，其中，所述应变材料堆叠件的各个层外延地生长以填 充所述凹槽。
[0019] 根据本发明的另一方面，提供了一种半导体器件结构，包括：栅极结构，形成在半 导体衬底的表面上方；凹槽，邻近所述栅极结构，其中，所述凹槽形成在所述半导体衬底的 表面下方；应变材料堆叠件，填充所述凹槽，其中，所述应变材料堆叠件包括SiGe层、梯度 SiGe层、硼掺杂的（B掺杂的）锗（GeB)层、金属-Ge层和金属-SiGe层；以及接触件结构， 形成在层间介电（ILD)层中，其中，所述接触件结构的底部与所述金属-SiGe层接触。
[0020] 根据本发明的又一方面，提供了一种形成半导体器件结构的方法，包括：在半导体 衬底的表面上方形成栅极结构；形成邻近所述栅极结构的凹槽，其中，所述凹槽形成在所述 半导体衬底的表面下方；以及形成填充所述凹槽的应变材料堆叠件，其中，所述应变材料堆 叠件包括第一 SiGe层、梯度SiGe层、硼掺杂的（B掺杂的）锗（GeB)层、Ge层和第二SiGe 层。
[0021] 在上述方法中，其中，所述方法还包括：在层间介电（ILD)层中形成接触件结构； 在所述接触件结构上方依次沉积金属层和保护层；以及实施热退火以将所述金属层中的金 属驱入所述第二SiGe层和所述Ge层中。
[0022] 在上述方法中，其中，所述方法还包括：在层间介电（ILD)层中形成接触件结构； 在所述接触件结构上方依次沉积金属层和保护层；以及实施热退火以将所述金属层中的金 属驱入所述第二SiGe层和所述Ge层中，其中，所述方法还包括：实施湿蚀刻以去除所述保 护层和所述金属层的未反应金属。
[0023] 在上述方法中，其中，所述方法还包括：在层间介电（ILD)层中形成接触件结构； 在所述接触件结构上方依次沉积金属层和保护层；以及实施热退火以将所述金属层中的金 属驱入所述第二SiGe层和所述Ge层中，其中，在所述热退火之后，所述第二SiGe层变成金 属-SiGe层，并且所述Ge层的至少一部分变成金属-Ge层。
[0024] 在上述方法中，其中，所述方法还包括：在层间介电（ILD)层中形成接触件结构； 在所述接触件结构上方依次沉积金属层和保护层；以及实施热退火以将所述金属层中的金 属驱入所述第二SiGe层和所述Ge层中，其中，在所述热退火之后，所述第二SiGe层变成金 属-SiGe层，并且所述Ge层的至少一部分变成金属-Ge层，其中，所述Ge层的另一部分保 持未反应。
[0025] 在上述方法中，其中，所述方法还包括：在层间介电（ILD)层中形成接触件结构； 在所述接触件结构上方依次沉积金属层和保护层；以及实施热退火以将所述金属层中的金 属驱入所述第二SiGe层和所述Ge层中，其中，所述金属层包括Ti、Al、Mo、Zr、Hf、Ta、In、 Ni、Be、Mg、Ca、Y、Ba、Sr、Sc 或 Ga。
【附图说明】
[0026] 当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳地理解本发明的各方面。应该强 调，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制并且仅用于说明的目的。实际上，为了 清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。
[0027] 图1是根据本发明的各个方面的示出制造半导体器件的接触件结构的方法的流 程图。
[0028] 图2A至图2H是根据本发明的各个方面的处于各个制造阶段的包括接触件结构的 半导体器件的示意性截面图。
[0029] 图3示出了根据一些实施例的填充接近栅极结构的凹槽的应变材料堆叠件中的 各种应变材料。
[0030] 图4A至图4C是根据本发明的各个方面的处于各个制造阶段的接触件结构的部分 的放大的截面图。
【具体实施方式】
[0031] 应该理解，以下公开内容提供了许多用于实现本发明的不同特征的不同实施例或 实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例，而不旨在 限制本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件 和第二部件以直接接触的方式形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间 可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本发 明可在各个实例中重复参考标号和/或字母。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本 身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
[0032] 参照图1，示出了根据一些实施例的制造半导体器件的接触件结构的方法100的 流程图。方法100开始于操作102,其中，衬底包括栅极结构和位于栅极结构的每一侧上的 隔离结构。方法100继续进行操作104,其中，在栅极结构和隔离结构之间形成凹槽。在形 成凹槽之后，在操作106中外延生长应变材料以填充凹槽。应变材料包括晶格常数与衬底 的晶格常数不同的材料。
[0033] 然后方法100继续进行操作108,其中，在衬底上方形成层间介电（ILD)层以覆盖 栅极结构、填充的凹槽的表面和隔离结构的表面。方法100继续进行操作110,其中，在ILD 层中形成接触开口以暴露填充凹槽的应变材料的顶面。然后，方法100继续进行操作112， 其中，在衬底的表面上方沉积金属层和保护层。沉积金属层以用作接触开口的衬垫，并且保 护层沉积在金属层上方。
[0034] 然后方法100继续进行操作114,其中，衬底经受热工艺以在接触开口的底部和底 部周围的区域处形成金属硅化物和金属锗化物（金属-Ge)的复合物。金属硅化物和金属 锗化物的复合物由金属层和与金属层接触的应变材料的顶面附近的硅和锗形成。然后，在 操作116中，衬底经受蚀刻工艺以去除保护层和未反应的金属层。在一些实施例中，在操作 116之后实施可选择的操作118。操作118是用于优化在接触开口的底部周围形成的金属 硅化物和金属锗化物的复合物的电阻的热工艺。然后实施额外的加工顺序以完成接触件形 成并且完成集成电路的形成。
[0035] 图2A至图2H示出了根据一些实施例的处于各个制造阶段的包括接触件结构230 的半导体器件200的示意性截面图。如在本发明中采用的，术语半导体器件200指的是鳍 式场效应晶体管（FinFET)。FinFET指的是任何鳍基的、多栅极晶