[发明专利]场效应晶体管和形成晶体管的方法

说明书

技术领域

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。 

背景技术

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MOSFET。更具体地，之前制造具有硅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。 

发明内容

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MOSFET，例如单鳍片或者多鳍片、多栅极MOSFET）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MOSFET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MOSFET，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MOSFET，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MOSFET，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MOSFET，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MOSFET，硅合金沟道区域的中心部分具有低水平的P型导电性（即，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MOSFET，硅合金沟道区域的中心部分具有低水平N型导电性（即，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（即，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）。