鳍形场效晶体管器件和形成鳍形场效晶体管器件的方法

摘要

本发明提供了一种鳍形场效晶体管器件和一种形成鳍形场效晶体管器件的方法，所述鳍形场效晶体管器件可以包括位于鳍形结构中的可以提供用于鳍形场效晶体管器件的沟道区的高迁移率半导体材料。源区/漏区凹进可以邻近于鳍形结构，包括高迁移率半导体材料的成分的渐变组分外延生长的半导体合金材料可以位于源极/漏极凹进中。

说明书

本申请涉及并要求于2013年7月30日在美国专利商标局提交的第 61/859,932号并且标题为“FINFET WITH RECESSED AND GRADED SOURCE  AND DRAIN MATERIAL FOR LOW TOTAL PARASITIC RESISTANCE”的美国临 时申请、在2013年7月30日在美国专利商标局提交的第61/859,922号并且 标题为“FINFET WITH IMPROVED SOURCE AND DRAIN FORMATION FOR  LOW TOTAL PARASITIC RESISTANCE”的美国临时申请(代理人案 号:1145-8PR)以及在2014年3月26日提交的第14/226,518号美国非临时申 请(代理人案号：1145-8)的优先权，这些申请的全部公开通过引用包含于 此。

背景技术

鳍形场效晶体管(finFET)器件的寄生串联电阻(parasitic series resistance) 在解决这些器件的性能时可能具有问题，尤其当沟道长度减小时。总寄生电 阻的两个组件是金属接触件和半导体鳍形物之间的接触电阻以及半导体鳍形 物的掺杂区域的扩展电阻。

可以根据由金属/半导体界面表示的势垒高度来确定一个或其他成分是 主要的。例如，相当高的势垒高度(例如，300meV或更大)可能导致在总寄 生电阻中接触电阻占主导地位，而在较小的势垒高度(大约100meV或更小) 的情况下，总寄生电阻的占主导地位的成分可以是扩展电阻。

例如，在美国专利公布号2006/0202266和2009/0166742中进一步讨论了 寄生电阻，这两个美国专利的公开内容通过引用全部包含于此。

发明内容

根据本发明的实施例可以提供包括高迁移率半导体材料并且在凹进的源 极/漏极区中具有渐变组分的材料的鳍形场效晶体管器件和形成该鳍形场效 晶体管器件的方法。根据这些实施例，鳍形场效晶体管器件可以在鳍形结构 中包括可以提供鳍形场效晶体管器件的沟道区的高迁移率半导体材料。源极/ 漏极凹进可以邻近于鳍形结构和位于源极/漏极凹进中的渐变组分外延生长 的半导体合金材料(包括高迁移率半导体材料)。

在根据本发明构思的一些实施例中，渐变组分外延生长的半导体合金材 料的最上面的表面在鳍形结构的最上面的表面下方凹进。在根据本发明构思 的一些实施例中，鳍形场效晶体管器件还可以包括位于渐变组分外延生长的 半导体合金材料中的源极/漏极接触凹进，其中，源极/漏极接触凹进具有局限 于预定位置的深度，在超过所述预定位置处，与水平界面相关的扩展电阻值 的递增的减少量比总电阻的递增的增加量小。

在根据本发明构思的一些实施例中，鳍形场效晶体管器件还可以包括： 金属-半导体合金，位于渐变组分外延生长的半导体合金材料的最上面的表面 上；以及金属，位于金属-半导体合金上。在根据本发明构思的一些实施例中， 渐变组分外延生长的半导体合金材料可以包括富含高迁移率半导体材料的组 分并且包括高迁移率半导体材料贫乏的组分，富含高迁移率半导体材料的组 分在沟道界面处接触鳍形结构的高迁移率半导体材料，高迁移率半导体材料 贫乏的组分在合金中距离沟道界面最远。

在根据本发明构思的一些实施例中，渐变组分外延生长的半导体合金材 料可以包括合金中的高迁移率半导体材料的量为大约2％每埃的最大减少量。 在根据本发明构思的一些实施例中，富含高迁移率半导体材料的组分的成分 等于鳍形结构中的高迁移率半导体材料的成分，高迁移率半导体材料贫乏的 组分的成分大约为零。

在根据本发明构思的一些实施例中，富含高迁移率半导体材料的组分的 成分在等于鳍形结构中的高迁移率半导体材料中的成分的+/-30％的范围内， 高迁移率半导体材料贫乏组分的成分在高迁移率半导体材料的成分的0-25％ 的范围内。

在根据本发明构思的一些实施例中，渐变组分外延生长的半导体合金材 料可以包括随着与沟道界面的距离增大而组分减小的高迁移率半导体材料的 成分。在根据本发明构思的一些实施例中，鳍形结构中的高迁移率半导体材 料的成分包括Ge或Ga，渐变组分外延生长的半导体合金材料包括SiGe或 InGaAs。

在根据本发明构思的一些实施例中，鳍形场效晶体管器件可以是在第一 源极/漏极凹进中具有第一组分外延生长的半导体合金材料的N型鳍形场效 晶体管器件，鳍形场效晶体管器件还可以包括在第二源极/漏极凹进中具有第 二组分外延生长的半导体合金材料的P型鳍形场效晶体管器件。

在根据本发明构思的一些实施例中，一种鳍形场效晶体管器件可以包括： 位于鳍形结构中的高迁移率半导体材料，提供鳍形场效晶体管器件的沟道区。 源极/漏极凹进可以邻近于鳍形结构，渐变组分的外延生长的半导体合金材料 可以在源极/漏极凹进中包括高迁移率半导体材料的成分，其中，合金材料的 最上面的表面可以在鳍形结构的最上面的表面下方凹进，并且合金材料可以 包括接触沟道界面的富含高迁移率半导体材料的组分并且在合金材料中包括 距离沟道界面最远的高迁移率半导体材料贫乏的组分。源极/漏极接触凹进可 以位于渐变组分外延生长的半导体合金材料中，金属可以位于源极/漏极接触 凹进中。在根据本发明构思的一些实施例中，渐变组分外延生长的半导体合 金材料可以包括高迁移率半导体材料的量为大约2％每埃的最大减小量。

在根据本发明构思的一些实施例中，一种形成鳍形场效晶体管器件的方 法可以包括形成包括高迁移率半导体材料的鳍形结构，以提供鳍形场效晶体 管器件的沟道区，以及邻近于鳍形结构形成漏极/源极凹进。可以在源极/漏极 凹进中外延形成包括高迁移率半导体材料的成分的渐变组分半导体合金材 料，使得合金材料包括富含高迁移率半导体材料的组分并且包括高迁移率半 导体材料贫乏的组分，其中，富含高迁移率半导体材料的组分在沟道界面处 与高迁移率半导体材料接触，高迁移率半导体材料贫乏的组分在合金材料中 距离沟道界面最远。可以利用合金的包括高迁移率半导体材料贫乏的组分的 部分来形成金属-半导体合金，可以在金属半导体合金上形成金属。

附图说明

图1A至图1C是分别示出在根据本发明的一些实施例中的包括鳍形结构 和相邻的凹进的鳍形场效晶体管器件的平面图、剖视图和侧视图，其中，鳍 形结构包括高迁移率半导体材料，相邻的凹进包括凹至深度“D”以提供鳍 形场效晶体管器件的源极/漏极的渐变组分外延生长的半导体合金材料的剩 余部分。

图2A至图2C是示出在根据本发明的一些实施例中作为与沟道界面的距 离成函数的渐变组分外延生长的半导体合金材料的不同组分分布的曲线图。

图3至图8是示出在根据本发明的一些实施例中形成具有鳍形结构和相 邻的凹进的鳍形场效晶体管器件的方法的剖视图，其中，鳍形结构包括高迁 移率半导体材料，相邻的凹进包括渐变组分外延生长的半导体合金材料的剩 余部分。

图9A是示出在根据本发明的一些实施例中渐变组分外延生长的半导体 合金材料的有效驱动电流与凹进深度之间的关系的曲线图。

图9B是示出在根据本发明的一些实施例中渐变组分外延生长的半导体 合金材料的凹进深度与界面电阻率之间的关系的曲线图。

具体实施方式

下面参照附图描述了示例实施例。在不脱离本公开的精神和教导的情况 下，许多不同的形式和实施例是可能的，因此本公开不应被解释为局限于这 里阐述的示例实施例。相反，提供这些示例实施例使得本公开将是彻底的和 完整的，并将向本领域技术人员传递本公开的范围。在附图中，为清晰起见， 会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。同样的附图标记始终表示同样的元件。

这里参照作为理想的实施例和示例实施例的中间结构的示意性图示的剖 视图来描述本发明构思的示例实施例。这样，预计将出现例如由制造技术和/ 或公差引起的示出的形状的变化。因此，本发明构思的示例实施例不应被解 释为局限于这里示出的特定的形状，而是包括例如由制造所造成的形状上的 偏差。

除非另有定义，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语) 具有与本发明所属的领域中的普通技术人员所通常理解的意思相同的意思。 进一步将理解的是，除非这里明确这样定义，否则术语(例如在通用词典中 定义的术语)应被解释为具有与相关领域的环境中它们的意思相一致的意思， 而将不以理想的或过于正式的含义来解释它们的意思。

这里使用的术语仅出于描述具体实施例的目的，并不意图成为实施例的 限制。除非上下文另外明确指出，否则如这里所使用的单数形式也意图包括 复数形式。进一步将理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包 含”时标明存在陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不 排除存在或添加一个或更多个其他的特征、整体、步骤、操作、元件、组件 和/或它们的组。

将理解的是，当元件被称为“结合到”、“连接到”、“响应于”另一元件 或“在”另一元件“上”时，该元件可以直接结合到、连接到、响应于所述 另一元件或在所述另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被 称为“直接结合到”、“直接连接到”、“直接响应于”另一元件或“在”另一 元件“上”时，不存在中间元件。如这里所使用的术语“和/或”包括一个或 更多个相关列出项的任意和所有组合。

将理解的是，尽管这里可以使用术语第一、第二等来描述各个元件，但 是这些元件不应被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一元件区 分开。因此，在不脱离本实施例的教导的情况下，第一元件可以被命名为第 二元件。

为了便于描述，可以在这里使用诸如“在……之下”、“在……下方”、 “下”、“在……上方”、和“上”等空间相对术语，来描述如附图中示出的一 个元件或特征与其它元件或特征的关系。将理解的是，除了附图中描绘的方 位之外，空间相对术语还意在包含装置在使用或操作中的不同方位。例如， 如果将附图中的装置翻转，则被描述为“在”其它元件或特征“下方”或“之 下”的元件将随后位于其它元件或特征“上方”。因此，示例性术语“在…… 下方”可包含在……上方和在……下方两种方位。装置可被另外定位(旋转 90度或在其它方位)并相应地解释这里使用的空间相对描述符。

图1A至图1C包括示出在根据本发明的一些实施例中具有鳍形结构100 和相邻的凹进105的鳍形场效晶体管器件的视图，其中，鳍形结构100包括 高迁移率半导体材料，相邻的凹进105包括凹至深度“D”以在源区/漏区115 上提供鳍形场效晶体管器件的源极/漏极接触凹进140的渐变组分外延生长的 半导体合金材料110的其余部分。

在根据本发明的一些实施例中，金属半导体合金层125可以形成在凹进 140中的合金材料110上，金属可以沉积在其上，以提供与源区/漏区115和 鳍形结构100的沟道区的接触。栅极101可以横跨鳍形结构100并且可以用 在鳍形场效晶体管的运行中以控制电荷在沟道区中的传导。在根据本发明的 一些实施例中，在合金材料110内没有形成凹进140。

包括在鳍形结构100中的高迁移率半导体材料可以是促进沟道区中的多 数载流子的迁移率增大的任意半导体材料，其中，鳍形结构100设置了沟道 区。在根据本发明的一些实施例中，高迁移率半导体材料的成分可以是引入 到硅晶格中的锗(Ge)，以提供包括诸如SiGe的高迁移率半导体材料的鳍形 结构。在根据本发明的一些实施例中，包括在鳍形结构100中的高迁移率半 导体材料的仅有成分是Ge，以提供仅包括Ge的鳍形结构100。在根据本发 明的另一实施例中，高迁移率半导体材料的成分可以是镓(Ga)，镓可以被包 括在铟(In)和砷(As)的晶格中，以将InGaAs提供为鳍形结构100中的半 导体材料。进一步将理解的是，包括在鳍形结构100中的高迁移率半导体材 料可以是III-V族或II-VI族中的不同的半导体材料的组合。

将理解的是，在根据本发明的一些实施例中，渐变组分外延生长的半导 体合金材料(即，合金材料)110可以是包括在鳍形结构100中的高迁移率 半导体材料和至少一种其他半导体材料的成分的合金。例如，在根据本发明 的一些实施例中，在鳍形结构100中的高迁移率半导体材料的成分是Ge的情 况下，渐变组分外延生长的半导体合金材料110可以是Si和Ge的合金(即， SiGe)，在合金材料自身内合金的具体组分根据与例如渐变的SiGe合金材料 接触SiGe(或Ge)沟道所在的位置的距离而变化。更进一步地，在根据本发 明的一些实施例中，当包括在鳍形结构100中的高迁移率半导体材料的成分 是Ga时，合金材料110可以是In、As和Ga的合金(即，InGaAs)，在合金 材料自身内合金的具体组分根据与例如渐变的InGaAs合金材料接触InGaAs 沟道所在的位置的距离而变化。还可以使用其他半导体材料来提供合金。

又进一步地，将理解的是，在根据本发明的一些实施例中，外延生长的 半导体合金材料的组分根据与外延生长有半导体合金材料的表面的距离而渐 变。例如，在根据本发明的一些实施例中，合金材料110的组分随着外延生 长的进行而逐渐变化。在根据本发明的一些实施例中，高迁移率半导体材料 的包括在合金材料110中的成分的量随着从垂直界面106到鳍形结构100的 距离而减小。同样地，高迁移率半导体材料的包括在合金材料110中的成分 的量也随着水平界面107至鳍形结构100的距离而减小。

在根据本发明的一些实施例中，当鳍形结构100在Si晶格中包括作为 Ge的高迁移率半导体材料的成分(即，SiGe)时，合金材料110可以形成为 使得其在垂直界面106(或水平界面107)处的组分与设置在鳍形结构100中 的组分基本相同。然而，包括在合金材料110中的Ge的量可以随着外延生长 的进行而逐渐减小，直至Ge的量在合金材料110的最上面的表面处达到最小 值，在合金材料110的最上面的表面处可以形成金属半导体合金125。

在根据本发明的一些实施例中，当鳍形结构100在Ge晶格中包括作为 Si的高迁移率半导体材料的成分(即，SiGe)时，合金材料110可以形成为 使得其在垂直界面106(或水平界面107)处的组分与设置在鳍形结构100中 的组分基本相同。然而，包括在合金材料110中的Si的量可以随着外延生长 的进行而逐渐减小，直至Si的量在合金材料110的最上面的表面处达到最小 值，在合金材料110的最上面的表面处可以形成金属半导体合金125。

因此，将理解的是，在鳍形结构100的界面处，合金材料110的组分可 以富含高迁移率半导体材料的成分，但是在合金材料110的可以形成有金属 半导体合金125的部分处，合金材料110的组分平稳地过渡到高迁移率半导 体材料的成分贫乏的组分。

在半导体合金材料110的外延生长期间，合金材料110在沟道的界面处 的富含组分可以与鳍形结构100在沟道的界面处的富含组分相似，从而减少 缺陷的形成。合金材料110在接触部处的组分可能贫乏，从而与例如金属半 导体合金125(或者金属接触部140，如果不存在金属半导体合金125)形成 相对低的势垒高度。外延生长的半导体合金材料110的渐变组分可以避免合 金材料110的晶格结构的显著的突然变化或不连续，以促进材料缺陷低以及 与包括在鳍形结构100中的沟道的低电阻率/低势垒高度接触。

在一些实施例中，在合金材料110的晶格结构中没有产生显著突然的变 化或不连续的情况下，在外延生长期间的某个特定点，外延生长半导体合金 材料110中可以包含额外的成分(但不是高迁移率半导体材料的成分)，在外 延生长期间的另一特定点，外延生长半导体合金材料110中可能不包含额外 的成分。

图2A至图2C是示出在根据本发明的一些实施例中合金材料110的不同 的组分分布的曲线图。根据图2A，合金的分布示出为在鳍形结构100的沟道 界面(垂直界面106或水平界面107)处或靠近于沟道界面处富含高迁移率 半导体材料的成分。此外，随着与沟道界面的距离z增大，包括在合金110 中的高迁移率半导体材料的成分的量逐渐减小，直至达到目标的贫组分，此 时可以向合金材料110设置金属接触部。例如，如图2A中所示，合金110 中的高迁移率半导体材料的成分的量随着距离z增加而逐渐减小，如等级A-F 所示。将理解的是，尽管合金110中的高迁移率半导体材料的成分的浓度A-F 可以呈现离散的等级，但是这些等级之间的过渡是逐渐的，以避免在晶格结 构中的任何显著的突然变化，这可以有助于避免外延生长期间在合金材料110 中形成缺陷。将理解的是，可以利用其他类型的从高迁移率半导体材料的富 组分到贫组分的逐渐变化(包括线性渐变和非线性渐变)。

在根据本发明的一些实施例中，包括在合金110中的高迁移率半导体材 料的成分的量的最大变化为大约1％每在根据本发明的一些实施例中，包 括在合金110中的高迁移率半导体材料的成分的量的最大变化小于2％每在根据本发明的一些实施例中，富含高迁移率半导体材料的成分的组分在等 于包括在鳍形结构100中的高迁移率半导体材料的成分的组分的大约30％内， 而高迁移率半导体材料贫的成分的组分可以在包括在鳍形结构100中的高迁 移率半导体材料的成分的组分的大约0-25％的范围内。换言之，在根据本发 明的一些实施例中，富组分可以被设置为在合金110中具有比包括在鳍形结 构100中的高迁移率半导体材料的成分稍微多或稍微少的高迁移率半导体材 料的成分，而贫组分可以为零，但是不必等于零，并且仍然提供根据本发明 的其他实施例的许多相同的优点。

图2B和图2C示出了在根据本发明的与图2A中示出的合金材料的渐变 组分的分布不同的一些实施例中合金材料110的渐变组分的不同分布。如图 2B中所示，对于用于形成源极/漏极115的不同类型的掺杂剂，渐变组分外延 生长的半导体合金材料110的分布可以不同。包括在具有掺杂有第一电活性 物质(即，n型或p型)的源极/漏极115的装置中的合金材料110可以具有 随着与沟道界面的距离而恒定的组分。在一些实施例中，恒定的组分具有合 金110中的高迁移率半导体材料的成分，所述成分在等于包括在鳍形结构100 中的高迁移率半导体材料的成分的组分的大约30％内。然而，相比之下，具 有掺杂有第二电活性物质(即，n型或p型)的源极/漏极115的装置中的半 导体合金材料110可以具有如例如结合图2A所述的渐变的组分。

如图2C中所示，在根据本发明的一些实施例中，具有不同类型的掺杂 剂的源极/漏极115可以具有形成在其上的不同的合金材料110，其中，每种 合金材料110具有不同渐变的组分分布。例如，第二掺杂的物质可以形成有 线性渐变的组分分布，而第一掺杂的物质可以具有非线性的渐变的分布。其 他类型的渐变的分布也可以用在图2A至图2C中描述的每个实施例中。

图3至图8是示出在根据本发明的一些实施例中在其源极/漏极上形成包 括渐变组分外延生长的半导体合金材料的鳍形场效晶体管器件的剖视图。根 据图3，鳍形结构100由可以包括高迁移率半导体材料的成分(例如，Ge、 Ga或包括在II族、III族、IV族、V族或VI族中的其他元素)的鳍形材料形 成。具体地，鳍形结构100可以由与Ge(作为高迁移率半导体材料)结合的 Si形成，以提供SiGe的鳍形结构100。在根据本发明的其他实施例中，包括 在鳍形结构100中的半导体材料可以是InGaAs，其中，Ga是包括在其中的 高迁移率半导体材料的成分，高迁移率半导体材料可以通过使用任何工艺形 成在鳍形结构100中，以利用向鳍形场效晶体管器件提供高迁移率材料的任 何组分在鳍形结构中提供半导体材料。

鳍形结构100形成为提供邻近于鳍形结构100的凹进105，凹进105部 分地被垂直沟道界面106和水平沟道界面107限定。还将理解的是，可以限 定其他类型的几何结构的鳍形结构100，使得凹进105的形状与图3中示出 的形状不同。例如，在图4A和图4B中，当形成鳍形结构100时，将凹进105 设置为其他形状。具体地，图4A示出了包括锥形的垂直界面106的鳍形结 构100，图4B示出了鳍形结构100的基本弯曲的界面106。还可以将作为鳍 形结构100的一部分的垂直界面106和水平界面107设置为其他形状。

根据图5，在凹进105中生长渐变组分外延生长的半导体合金材料110。 为了简洁起见，在图5中仅示出了在凹进105中生长的外延生长的半导体合 金材料110的一部分。具体地，合金材料110具有包括在鳍形结构100中的 高迁移率半导体材料的成分。更具体地讲，在一些实施例中，外延生长在界 面106和界面107处的合金材料110的组分与鳍形结构100中的组分相同或 者相近。例如，在界面106处，合金材料110的组分可以富含高迁移率半导 体材料的成分，使得其可以与包括在鳍形结构100中的高迁移率半导体材料 的成分相似，或者在包括在鳍形结构100中的高迁移率半导体材料的成分的 30％内，从而当包括在鳍形结构100中的半导体材料是SiGe时，相对于包括 在鳍形结构100中的组分来构造合金110的组分，以减小在界面106和界面 107处形成缺陷。

然而，随着外延生长进行，包括在合金110中的高迁移率半导体材料的 成分的量随着(相对于界面106和相对于界面107测量的)距离Z逐渐变化。 外延生长的半导体合金材料110中的高迁移率半导体材料的渐变组分逐渐地 变化，以改变其中高迁移率半导体材料的成分的量，从而避免组分的任何显 著的突然变化，否则可能使电阻率增加或导致在合金材料110中形成缺陷。 又进一步地，合金材料110的目标端组分(即，贫乏组分)是这样的，包括 在合金材料110的高迁移率半导体材料的距离界面106和107最远的部分中 的成分的量被配置成减小由合金材料110和形成在其上的金属半导体合金/金 属接触部界定的势垒高度。

例如，在根据本发明的一些实施例中，当高迁移率半导体材料的成分是 Ge，并且包括在鳍形结构100中的材料是SiGe时，合金材料110中的组分是 这样的，即，使得在界面106和界面107处在漏极/源极中主要外延生长SiGe 材料。然而，随着远离界面106和107的距离Z增加，包括在合金材料110 中的Ge的量逐渐减小，以在距离每个界面最远的位置和将形成金属半导体合 金的位置处接近纯Si的量，以促进与鳍形结构100中的沟道较低的电阻接触。

可以利用作为Si的来源的二氯甲硅烷(SiH₂Cl₂)和作为Ge的来源的稀 释(例如，H₂为2％)的甲锗烷(GeH₄)来生长掺杂的外延SiGe。出于选择 性，可以添加气态的盐酸(HCl)。在H₂中稀释的乙硼烷(B₂H₆)和磷化氢(PH₃) 可以分别用作B和P的来源。生长温度可以处于450℃至550℃的范围内。 通过沉积，可以通过改变不同气体的流动速率以及特别通过改变二氯甲硅烷 和稀释的甲锗烷的流动速率来改变SiGe合金的组分。

进一步将理解的是，在根据本发明的一些实施例中，在合金材料110的 外延生长期间，可以利用原位掺杂来提供对外延生长半导体合金材料110的 掺杂。因此，如果将形成n型鳍形场效半导体器件，则n型掺杂剂可以用于 源极/漏极半导体材料的原位掺杂，然而，如果将形成p型鳍形场效半导体器 件，则可以使用p型掺杂剂。在根据本发明的一些实施例中，在合金材料110 的外延生长之前，利用掺杂剂注入鳍形材料。在根据本发明的一些实施例中， 可以在合金材料110的外延生长之后发生掺杂剂的植入。

根据图6，在根据本发明的一些实施例中，蚀刻渐变组分外延生长的半 导体合金材料110，以在形成源极/漏极接触凹进的预定深度“D”处设置其 的剩余部分。在一些实施例中，渐变组分外延生长的半导体合金材料110仅 从界面106和107生长，以在形成源极/漏极接触凹进的预定深度“D”处设 置一部分。基于鳍形场效晶体管器件的预定的势垒高度值来预先确定深度D， 以使鳍形场效晶体管器件的总电阻最小。例如，可以基于下述的组合来确定 预定的势垒高度值：使用的渐变组分外延生长的半导体合金材料110(例如， SiGe)、用于渐变组分外延生长的半导体合金材料110上的接触部的特定金属 (例如，镍)以及用于源区/漏区的掺杂剂的类型(即，n型或p型)和具体 的掺杂浓度。

将理解的是，术语“接触部”可以包括形成在渐变组分外延生长的半导 体合金材料110的最上面的表面上的凹进中的金属材料，以及利用反应工艺 由渐变组分外延生长的半导体合金材料110产生的金属半导体合金。因此， 具有相关接触(界面)电阻率的界面可以是指金属材料接触渐变组分外延生 长的半导体合金材料110的剩余部分的边界。

预定的势垒高度值可以与预定的势垒高度阈值进行比较，以表明鳍形场 效晶体管器件的预定的势垒高度值是否能够为鳍形场效晶体管器件提供相对 高的势垒高度或相对低的势垒高度。如果确定出预定的势垒高度值相对高(例 如，大于大约300meV)，则可以减小渐变组分外延生长的半导体合金材料110 的剩余部分的高度D，以期望利用较小的D值来实现鳍形场效晶体管的最低 的总电阻。在根据本发明的一些实施例中，相对高的预定的势垒高度值可以 大于大约200meV。在根据本发明的其他实施例中，相对高的预定的势垒高度 值可以大于大约100meV。

相反，如果确定出预定的势垒高度值相对低(例如，小于或等于大约 100meV)，则渐变组分外延生长的半导体材料110的剩余部分的深度D可以 较大，以期望利用较大的D值来实现鳍形场效晶体管的最低的总电阻。

作为预定的n型和p型势垒高度的第一示例，对于NMOS而言，利用 NiSi形成的n型Si的接触部具有大约0.6eV的势垒高度，对于PMOS而言， 利用NiSi形成的p型Si的接触部具有大约0.5eV的势垒高度，并且具有近似 10^-8Ω-cm²的界面电阻率。作为预定的p型势垒高度的第二示例，由任意金属 形成的p型Ge的接触部具有大约0.1eV的势垒高度，并且具有10^-9Ω-cm²级 别的界面电阻率。

然而，如本发明人进一步理解的是，在预定势垒高度相对低的情况下， 简单地增加渐变组分外延生长的半导体合金材料110凹进的深度D可以实际 地增加鳍形场效晶体管器件的总电阻，除非深度D被局限为不超过某一位置， 其中，在所述某一位置处通过增加深度所提供的凹进中的源极/漏极接触部的 水平部分的扩展电阻值的递增的减少量可以比由于源极/漏极接触部的垂直 部分增加而导致的总电阻的递增的增加量小。因此，在根据本发明的一些实 施例中，深度可以被局限于总电阻因源极/漏极接触部的垂直部分的增加而没 有递增地增加的值。

可以通过论述不同组件的总电阻与鳍形结构100的接触部的不同部分的 关系来描述上述效果。参照图1B，例如，当在渐变组分外延生长的半导体合 金材料110的剩余部分上在凹进105中形成金属时，接触部可以包括面对鳍 形结构100的垂直部分130和水平部分135。可以基于用于接触部的垂直部 分130的接触电阻组件来初步确定传导到鳍形结构100中的电流。

垂直部分130由于接触部形成为具有相对窄的横截面积的事实而可以具 有相对小的面积，其中，由鳍形结构100的垂直部分130面对的面来界定相 对窄的横截面积。因此，即使垂直部分130可以具有垂直尺寸“D”，但是图 1C中示出的宽度“W”示出了整个横截面积可能因鳍形结构100的宽度窄而 变小。

相比之下，可以基于用于接触部的水平部分135的扩展电阻组件来初步 确定从接触部的水平部分135引导到鳍形结构100中的电流122。

通过注意到，当渐变组分外延生长的半导体合金材料110的剩余部分进 一步凹进，使得D增大时，电流121穿过其流动的表面130的面积增加，来 进一步描述上述效果。同样地，当H减小时，高度H的并在与表面130相同 的平面内的电流122穿过其流动的表面的面积减小。对于接触(界面)电阻 率ρ_C非常高(>>1E-9Ω-cm²)的情况，穿过垂直表面130的电流121小，在 这种情况下，总电流将主要是电流122，其主要通过扩展电阻来确定，而不 通过接触电阻来确定。因此，对于ρ_C非常大的情况，当D增大且H减小时， 主要由电流122组成的总电流随着D增加而减小。对于接触(界面)电阻率 ρ_C非常低(<<1E-11Ω-cm²)的情况，穿过垂直表面130的电流121可能大， 在这种情况下，总电流将主要是主要通过接触电阻而不是通过扩展电阻确定 的电流121。因此，对于ρ_C非常低的情况，当D增大且H减小时，主要由电 流121组成的总电流随着D增大而增大。

如本发明人所理解的，由于接触(界面)电阻率(ρ_C)的值，因此可以 将凹进的深度D定制到某一位置，在所述某一位置处任何进一步的凹进可能 导致总电流减小，而不是增大。对于仅通过接触电阻率(ρ_C)来确定电流121 和仅通过扩展电阻率(ρ_SP)来确定电流122的简单示例，由下式给出示出可 如何确定该深度D的数学关系：

${\sigma }_{\mathrm{tot}}=\frac{D}{{\rho }_{\mathrm{ch}}+{\rho }_c}+\frac{H-D}{{\rho }_{\mathrm{ch}}+{\rho }_{\mathrm{sp}}{(H-D)}^2}$

其中，D是凹进深度，H是高度的表面，ρ_ch是鳍形结构100的沟道电阻 率，ρ_c是接触(界面)电阻率值，ρ_cp是扩展电阻值，σ_tot是鳍形场效晶体管 器件的总电导率，总电流与σ_tot成比例。

图9A是示出在根据本发明的一些实施例中有效电流(与上面的总电流 相似)与凹进深度之间的关系的曲线图。具体地，对于三个不同的接触(界 面)电阻率((A)1×10^-11Ω-cm²、(B)1×10^-10Ω-cm²、(C)1×10^-9Ω-cm²)，在 凹进深度的范围绘出了有效的鳍形场效晶体管器件电流。如图9A中所示， 通常从左侧的浅凹进深度开始，有效的电流随着凹进深度增大而增大。例如， 器件(A)的Ieff基本上从浅部分向25nm之外持续增大，这表明，在这样的低 电阻率的情况下，主要由电流121组成的Ieff随着D增大而基本持续地增大。

相比之下，器件(B)和器件(C)均表明有效电流从左侧的浅凹进深度开始 增大，但是当进一步蚀刻凹进时有效电流实际上稳定并减小。例如，装置(C) 的数据示出了，在大约13nm凹进的深度处，有效电流达到最大值，然后随 着深度继续增加而减小。此外，器件(B)的数据示出了，在大约17nm凹进的 深度处，有效电流达到最大值，然后随着进一步蚀刻凹进而减小。因此，对 于器件(B)和器件(C)，可以通过给出的具体界面电阻率来确定器件的具体凹进 深度，为了避免使有效电流降低，而不应进一步蚀刻超过所述具体凹进深度 的凹进。

进一步将理解的是，尽管图9A示出了在凹进深度的示出范围内仅用于 三个器件的数据，但是可以利用这些关系来预测或增添具有预定的界面电阻 率(这里描述的界面电阻率可以与预定的势垒高度有关)的鳍形场效晶体管 器件的合适的凹进深度。例如，可以绘出在凹进深度导致有效电流达到最大 的位置附近处与每个不同曲线的部分交叉的线段225。

还将理解的是，如图9A中所示，可以在有效电流达到最大值的任一侧 将有效电流达到最大值的位置有效地定义为包括值230的范围，使得可以将 具有预定的电阻率的任何其他鳍形场效晶体管器件标绘成与线段225交叉， 从而指出凹进深度导致最大值的大致位置。在根据本发明的一些实施例中， 在最大位置的任一侧的值的范围可以是提供最大值的凹进深度的大约±10％。

图9B是示出在根据本发明的一些实施例中凹进深度与界面电阻率之间 的关系的曲线图。具体地，图9B描绘了在图9A中示出的相同的数据，但是 表达了界面电阻率与凹进深度之间的关系。例如，图9B示出了凹进深度与界 面电阻率之间的成反比的关系，从而当界面电阻率减小时，可以形成凹进以 提供增加的Ieff的深度增加。

如图7中所示，在根据本发明的一些实施例中，可以对图6中示出的合 金材料110的剩余部分进行自对准(self-aligned)的金属-半导体合金工艺， 以在剩余的半导体材料110的垂直部分和水平部分上形成金属-半导体合金 725，从而设置鳍形场效晶体管器件的接触部。因此，垂直部分和水平部分将 被理解为在金属-半导体合金725和半导体合金材料110的剩余部分之间的界 面处界定接触部的势垒高度。换言之，在根据本发明的一些实施例中，金属- 半导体合金和形成在金属-半导体合金上的金属被一起考虑来向鳍形场效晶 体管提供接触部。根据图8，可以利用金属填充工艺来在金属-半导体合金725 上沉积金属810，以形成鳍形场效晶体管器件的接触部810。

如这里所描述的，外延生长的半导体合金材料的组分可以根据与其上生 长有半导体合金材料的表面的距离而渐变。例如，在根据本发明的一些实施 例中，合金材料110的组分随着外延生长的进行而逐渐变化，使得包括在合 金材料110中的高迁移率半导体材料的成分的量随着从垂直界面106到鳍形 结构100的距离而减小。同样地，包括在合金材料110中的高迁移率半导体 材料的成分的量也可以随着从水平界面107到鳍形结构100的距离而减小。

上面公开的主题被认为是示例性的，而不是限制性的，并且权利要求意 图覆盖落入本发明构思的真实精神和范围内的所有这样的修改、改进和其他 实施例。因此，为了获得法律所认可的最大范围，通过权利要求和它们的等 同物的最广泛的可允许的解释来确定范围，并且前面的详细描述不应限制或 局限所述范围。