[发明专利]用于具有应变含锗层的器件的UV辅助电介质形成

说明书

技术领域

本发明涉及半导体处理，更具体而言涉及形成半导体器件，该半导体 器件包含覆盖应变含锗层的含硅电介质层。

背景技术

在半导体器件中，应变锗(s-Ge)、应变硅(s-Si)和应变硅锗(s- SiGe)层是非常有希望作为未来的晶体管沟道材料的。与使用传统(无应 变)硅衬底制作的器件相比，使用应变衬底的器件(例如，金属氧化物半 导体场效应晶体管(MOSFET))已经在实验上证明表现出增强的器件性 能。潜在的性能改善包括器件驱动电流和跨导增大，以及在不牺牲电路速 度的前提下缩放操作电压的能力增强，以降低功耗。

通常，应变层的形成是当这些层被生长在由晶态材料形成的衬底上时 在这些层中引入应变的结果，其中晶态材料的晶格常数大于或小于应变层 的晶格常数。Ge的晶格常数大约比Si的晶格常数大4.2％，并且SiGe合 金的晶格常数相对于其Ge浓度是线性的。在一个示例中，包含50％原子 的Ge的SiGe合金的晶格常数为约Si的晶格常数的1.02倍。

在MOSFET中覆盖沟道材料的是栅极电介质材料，并且栅极电极材料 上覆于栅极电介质材料。当前用于形成电介质层(例如，栅极电介质材 料)的方法一般需要高温氧化工艺以实现期望的电气属性。当前，需要超 过700℃的衬底温度，典型的是800℃或者更高的衬底温度。或者，等离 子体氧化可以用于在较低温度下形成电介质层。然而，本发明的发明人观 察到，以上传统电介质形成工艺在应用于应变含Ge层时产生了一些缺 陷。

发明内容

因此，本发明的实施例针对最小化上述问题和/或与使用应变含Ge层 的方法和器件有关的其他问题中的任何一个。

这些和/或其他目的可以由本发明的实施例实现，本发明的实施例提供 了一种低温紫外(UV)辐射暴露工艺，用于为包含应变含Ge材料的器件 形成含Si电介质层，例如SiO₂、SiON或SiN电介质层。含Ge材料可包 括Ge和SiGe层。该工艺使用UV辐射和处理气体(包含含氧气体、含氮 气体或者含氧氮气体)以及低于700℃的衬底温度，以在最小化下层的应 变含Ge层中的氧化和应变松弛的同时，形成具有优异的电介质属性的高 度均匀的、超薄的含Si电介质层。在器件中，含Si电介质层或者可以单 独用作栅极电介质层，或者可以用作界面层与高k电介质材料组合使用。

因而，根据本发明的一个实施例，该方法包括：在真空处理工具中提 供衬底，该衬底具有在衬底上的应变含Ge层和在应变含Ge层上的含Si 层；将衬底维持在低于700℃的温度下；以及在UV辅助氧化工艺中将含 Si层暴露于氧化基，以在最小化下层的应变含Ge层中的氧化和应变松弛 的同时形成含Si电介质层。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种半导体器件，包括衬底、衬 底上的应变含Ge层、形成在应变含Ge层上的含Si电介质层，其中含Si 电介质层是通过以下方式形成的：在低于700℃的衬底温度下、在UV辅 助氧化工艺中将覆盖应变含Ge层的含Si层暴露于氧化基，以在最小化下 层的应变含Ge层中的氧化和应变松弛的同时形成含Si电介质层。该半导 体器件还可包含在含Si电介质层上的栅极电极层或者在含Si电介质层上 的高k层和在高k层上的栅极电极层。

附图说明

在附图中：

图1A-1E示意性地示出了对应于用于形成根据本发明实施例的包含应 变含Ge层的半导体器件的处理步骤的器件剖视图；

图2A和2B示意性地示出了根据本发明实施例的包含应变含Ge层的 半导体器件的剖视图；

图3是用于形成根据本发明实施例的包含应变含Ge层的半导体器件 的工艺流程图；

图4示意性地示出了用于形成根据本发明实施例的半导体器件的真空 处理工具；以及

图5是根据本发明实施例的用于处理半导体器件的包含紫外(UV)辐 射源的处理系统的简化框图。

具体实施方式