嵌入式源漏選擇性外延（Embedded Source and Drain Selective Epitaxy）

嵌入式源漏選擇性外延是指在 MOS 晶體管的源漏區(qū)域，選擇性地外延生長一層原位摻雜的半導(dǎo)體單晶層（如摻雜的單晶硅或鍺硅）。這也是單軸應(yīng)變（Uniaxial Strain） 的應(yīng)用實例。因為使用嵌入式源漏工藝可以使得 MOS 場效應(yīng)晶體管性能顯著提升，包括開態(tài)電流的增大和開關(guān)速度的增加，故被廣泛用于邏輯集成電路 65nm 以下技術(shù)節(jié)點。目前在集成電路工業(yè)中，對于p-MOS 場效應(yīng)晶體管，嵌入式源漏工藝一般是指在源漏區(qū)域外延生長一層p型摻雜（如硼等）的單晶鍺硅 SiGe；而對于 n-MoS 場效應(yīng)晶體管，一般是指指在源漏區(qū)域外延生長一層n型摻雜（如磷、砷等）的單晶硅 Si 或碳化硅 SiC。

通常，選擇性外延是在低溫下進行的。降低外延生長溫度的一個方法是降低工藝過程中的壓力，目前減壓的外延生長是在 40~100Torr 壓力下操作的，所需的工藝溫度約為 1000℃。當工藝壓力進一步降低到 0.01-0.02Torr 時，操作的溫度可以降低到 750~800°C。產(chǎn)生的應(yīng)力大小除了與工藝參數(shù)和鍺等雜質(zhì)濃度的分布有關(guān)，還與鍺硅與溝道不同的相對位置密切相關(guān)。

源漏選擇性外延一般采用氮化硅或二氧化硅作為硬掩模遮蔽層，利用刻蝕氣體抑制遮蔽層上的外延生長，僅在曝露出硅的源漏極區(qū)域?qū)崿F(xiàn)外延生長。源漏選擇性外延工藝一般包括外延前預(yù)清洗、外延 SiCoNi 清洗、原位氫氣烘焙、選擇性外延生長4個步驟。外延前預(yù)清洗一般在酸槽中進行，采用氫氟酸 （HF）和 RCA 清洗表面氧化層和雜質(zhì)；外延 SiCoNi 清洗用于去除自然氧化層；原位氫氣烘焙進一步降低硅片表面的氧原子、碳原子含量；選擇性外延生長，即利用化學氣相外延方法，通入反應(yīng)氣體源，包括硅源（如 SiH4、SiH2CL2、Si2H6等）、鍺源（GeH4）、刻蝕氣體 （HCl、Cl2）、載流氣體（H2、N2）等，在硅片表面通過氣相化學反應(yīng)生長外延層。

對于 p-MOS 器件的嵌入式鍺硅工藝，利用鍺、硅晶格常數(shù)的不同，在源漏區(qū)域外延生長鍺硅（晶格常數(shù)大于硅）后，在MOS 器件的溝道區(qū)會產(chǎn)生單軸壓應(yīng)力，可以提升p-MOS 器件的空穴遷移率。在嵌入式鍺硅外延工藝開發(fā)中，一方面應(yīng)通過外延工藝的優(yōu)化提高鍺硅的鍺含量和增大原位摻雜濃度，以獲得更高器件性能；另一方面還需要注意控制外延生長過程中產(chǎn)生的各種缺陷，如生長不均、晶格缺陷（如位錯、堆疊缺陷）等。另外，隨著技術(shù)的發(fā)展，器件結(jié)構(gòu)的變化，嵌入式鍺硅外延工藝也發(fā)生著相應(yīng)的變化。早期平面 MOS 器件中嵌入式鍺硅外延傾向于采用∑形狀的結(jié)構(gòu)，而隨著三維器件 FinFET 的出現(xiàn)，鍺硅外延更傾向于采用“U”形結(jié)構(gòu)的源漏。

對于n-MOS 器件，源漏選擇性外延技術(shù)主要包括在源漏區(qū)域摻雜硅外延生長和摻雜碳化硅外延生長兩種技術(shù)。在n-MOs 器件中，通過摻雜硅在源漏區(qū)域的外延生長，可以提升源漏區(qū)域的硅表面水平位置，從而降低寄生電阻和后續(xù)硅化物產(chǎn)生的穿刺缺陷。為了進一步提升器件的性能，源漏外延 SiC 技術(shù)被提出，即在n-MOs 器件的源漏區(qū)選擇性外延 SiC。 由于 SiC 晶格常數(shù)小于硅，將在n-MOS溝道區(qū)產(chǎn)生單軸張應(yīng)變，從而可以提高溝道電子的遷移率。但在實際工藝中，由于碳和硅的晶格常數(shù)相差較大，源漏外延 SiC 會導(dǎo)致出現(xiàn)外延缺陷過多、應(yīng)力釋放等問題，因此該技術(shù)尚需進一步研發(fā)。

審核編輯 ：李倩