專利名稱：具有改善的驅(qū)動(dòng)電流的半導(dǎo)體組件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于在互補(bǔ)型金屬氧化半導(dǎo)體集成電路(CMOS integratedcircuit)中制造高效能(high performance)的場(chǎng)效晶體管(field-effecttransistor)，且特別有關(guān)于整合或調(diào)制應(yīng)變誘導(dǎo)(strain-induced)程序步驟以增強(qiáng)晶體管效能。
背景技術(shù)：
極大規(guī)模集成電路(very large scale integrated circuits)中使用場(chǎng)效晶體管(FET)時(shí)常遭受組件制造時(shí)的某些程序步驟產(chǎn)生之硅以及/或硅-鍺基底的晶格失配(lattice mismatch)所引發(fā)的應(yīng)變力(strain stress)或機(jī)械應(yīng)力(mechanical stress)等問(wèn)題，而晶體管的柵極電溝道(gate electricchannel)中所引發(fā)的應(yīng)變力是可影響晶體管的電場(chǎng)強(qiáng)度(electrical fieldstrength)以及載子遷移效能(carrier mobility performance)。在互補(bǔ)型金氧半組件中，可將應(yīng)變作用(strain effect)視為一格外困難處理的問(wèn)題，因組件中是包含各種不同的晶體管類型。在一定大小以及方位的晶體管上提供不同強(qiáng)度及方向的應(yīng)變力對(duì)于不同的晶體管型態(tài)有不同的影響；例如，張應(yīng)力(tensile stress)/應(yīng)變(strain)施于平行n-溝道金氧半晶體管的柵極溝道方向上將提供改善的驅(qū)動(dòng)電流(drive current；Id)效能，而當(dāng)同樣的張力施加于一大小及方向相同的p-溝道金氧半晶體管時(shí)則將導(dǎo)致削減的驅(qū)動(dòng)電流效能。當(dāng)晶體管的大小以及距離成幾何級(jí)數(shù)縮小，其應(yīng)變/應(yīng)力(stress)對(duì)于金氧半晶體管上的影響即變?yōu)橄鄬?duì)更強(qiáng)且難以克服。
在互補(bǔ)型金氧半晶體管組件的制造流程中，有許多會(huì)導(dǎo)致應(yīng)變制程，而其中一個(gè)關(guān)鍵的制程例如為淺溝槽絕緣(shallow trench isolation；STI)的制作，其涉及于基底塊材上建立一用以隔離以及定義晶體管的有源區(qū)的構(gòu)造；而在溝槽蝕刻、溝槽填充、平坦化以及退火(anneal)等形成一完整淺溝槽絕緣結(jié)構(gòu)的制程步驟中，將導(dǎo)致晶體管遭受至少來(lái)自二個(gè)軸的方向上的應(yīng)力。而非直接修飾塊材基底的方法也可能會(huì)施加額外的應(yīng)力于晶體管上，例如產(chǎn)生如側(cè)壁間隔物(sidewall spacer)以及接觸蝕刻停止層(contact etch stoplayer；CES)等沉積或成長(zhǎng)于晶體管的柵極上方以及/或鄰近的薄膜。而其它產(chǎn)生應(yīng)變的制程例如金屬硅化程序(metal silicidation process)，其是牽涉在鄰近柵極溝道處形成一相異材料的新層的反應(yīng)。
圖1是一現(xiàn)有的場(chǎng)效晶體管100的剖面圖示，而圖中也顯示了上述中會(huì)產(chǎn)生應(yīng)變的結(jié)構(gòu)，并同時(shí)標(biāo)示一三向軸以顯示相對(duì)于場(chǎng)效晶體管100所施加的應(yīng)變場(chǎng)(strain field)的三個(gè)方向。位于淺溝槽絕緣結(jié)構(gòu)102a與102b之間的基底101范圍即為晶體管的有源區(qū)，而包含一柵極氧化層103以與柵電極104的柵極區(qū)則形成于此有源區(qū)內(nèi)，柵極側(cè)壁襯墊(gate sidewallliner)105與柵極側(cè)壁間隔物106a與106b則毗鄰于該柵極區(qū)旁。如圖1中所顯示的柵極電溝道距離g，其定義為晶體管的柵極區(qū)域下介于源極(距離s)與漏極(距離d)基底區(qū)域的基底表面，而源極s與漏極d區(qū)域則定義為由柵極溝道的末端往外延伸至淺溝槽絕緣結(jié)構(gòu)的范圍。金屬硅化電極(metal-silicided electrode)的區(qū)域是定義為形成于晶體管的柵極、源極以及漏極區(qū)域的上方，如圖1中所顯示的柵極硅化物(gate silicide)107、源極硅化物(source silicide)108以及漏極硅化物(drain silicide)109的區(qū)域，而接觸蝕刻停止層110則于形成接觸組件的圖案化及蝕刻操作前即位于整個(gè)晶體管上方。
以下于本發(fā)明的討論中，應(yīng)變/應(yīng)力是藉由三向軸x、y及z以具體說(shuō)明。如圖1所示，首先定義該平行基底的柵極溝道上由源極往漏極區(qū)的方向?yàn)閤方向，而垂直基底的柵極溝道的張力軸線則定義為y方向，而第三應(yīng)變方向的軸線z則定義為x、y軸基底平面的法線方向。注意圖1中所示的晶體管的不同組成構(gòu)造均將施加不同強(qiáng)度與方向的應(yīng)變力于晶體管的柵極溝道上，而在一般的互補(bǔ)型金屬氧化半導(dǎo)體技術(shù)中，其來(lái)自淺溝槽絕緣結(jié)構(gòu)x-y雙軸的應(yīng)變是占凈效應(yīng)(net effect)中的一大部分。
因此，業(yè)界極需一種可調(diào)節(jié)不同組件的制造過(guò)程與結(jié)構(gòu)中所引發(fā)的凈應(yīng)變(net strain)的方法，而本發(fā)明是提供一種工程以及設(shè)計(jì)的方法，其是利用優(yōu)先調(diào)節(jié)某些強(qiáng)度或軸向的應(yīng)變以提供n型及p型金氧半晶體管具有同步的改善。

發(fā)明內(nèi)容
一種高效能且具改善驅(qū)動(dòng)電流的半導(dǎo)體組件及其制造方法。該半導(dǎo)體組件具有建立于一有源區(qū)上的源極與漏極區(qū)，組件長(zhǎng)度是異于其寬度。制造一或一個(gè)以上的隔離區(qū)于該有源區(qū)周圍，接著將該隔離區(qū)填充以一預(yù)定的隔離材料，其體積收縮經(jīng)一退火程序后是超過(guò)0.5％，之后形成一柵電極于該有源區(qū)上，并形成一或一個(gè)以上的介電質(zhì)間隔物是于該柵電極旁，之后再將一接觸蝕刻停止層覆蓋于組件上。其中該隔離區(qū)、間隔物以及接觸蝕刻停止層對(duì)于施加于有源區(qū)上的凈應(yīng)變的調(diào)和均有貢獻(xiàn)，因此可改善驅(qū)動(dòng)電流。


圖1是闡明一藉由一般普遍方法所形成的金氧半場(chǎng)效晶體管的剖面?zhèn)纫晥D。
圖2是說(shuō)明應(yīng)變場(chǎng)于任一三個(gè)應(yīng)變軸向上的改變所造成對(duì)n型及p型金氧半場(chǎng)效晶體管柵極溝道的影響關(guān)系圖表。
圖3是闡明一金氧半場(chǎng)效晶體管之上方平面圖，其顯示晶體管有源區(qū)之長(zhǎng)度是小于其寬度。
圖4是闡明一金氧半場(chǎng)效晶體管的上方平面圖，其顯示晶體管有源區(qū)的長(zhǎng)度是大于其寬度。
圖5A及圖5B是相當(dāng)于圖3及圖4中的晶體管的樣本電路布局。
圖6A至圖6D是依照本揭露一實(shí)施例中于某些淺溝槽絕緣制造步驟中其半導(dǎo)體基底的一系列剖面?zhèn)纫晥D。
圖7A至圖7D為依照本揭露一實(shí)施例于建造淺溝槽絕緣結(jié)構(gòu)后，一金氧半場(chǎng)效晶體管經(jīng)由某些會(huì)產(chǎn)生應(yīng)變的程序步驟中的一系列剖面?zhèn)纫晥D。
圖8是顯示一依照本揭露的樣本材料的原子結(jié)構(gòu)。
符號(hào)說(shuō)明100～場(chǎng)效晶體管； 101～基底；102～淺溝槽絕緣結(jié)構(gòu)； 103～柵極氧化層；
104～柵電極；105～柵極側(cè)壁襯墊；106～柵極側(cè)壁間隔物；107～柵極硅化物；108～源極硅化物；109～漏極硅化物；110～接觸蝕刻停止層；300～場(chǎng)效晶體管；301～柵電極；302～源極區(qū)；303～漏極區(qū)；304～淺溝槽絕緣區(qū)；400～場(chǎng)效晶體管；401～柵電極區(qū)域；402～源極區(qū)域； 403～漏極區(qū)域；404～淺溝槽絕緣區(qū)域；600～場(chǎng)效晶體管；601～基底； 602～淺溝槽絕緣開(kāi)口；603～溝槽襯墊層；604～介電材料；700～場(chǎng)效晶體管；701～基底；702～淺溝槽絕緣結(jié)構(gòu)；703～柵極氧化層；704～柵電極；705～襯墊層；706～間隔層；707～柵極硅化區(qū)域；708～源極硅化區(qū)域； 709～漏極硅化區(qū)域；710～接觸蝕刻停止層；800～有源區(qū)原子結(jié)構(gòu)；802～載流方向； 804～有源區(qū)寬度方向；806～有源區(qū)長(zhǎng)度方向。
D～由柵電極沿x應(yīng)變方向至源極或漏極區(qū)最外端的距離；LOD～沿柵極溝道與x應(yīng)變軸方向排列的有源區(qū)長(zhǎng)度；W～垂直柵極溝道與y應(yīng)變軸方向排列的有源區(qū)寬度；LC～柵極溝道與x應(yīng)變方向成直線的距離。
具體實(shí)施例方式
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說(shuō)明如下本揭露是敘述一種可于互補(bǔ)型金氧半電路中同步改善n型及p型金氧半晶體管效能的方法，其是藉由調(diào)節(jié)來(lái)自于現(xiàn)有的集成電路制造過(guò)程中所產(chǎn)生的應(yīng)變。
圖2為說(shuō)明應(yīng)變場(chǎng)于任一三個(gè)應(yīng)變軸向上的改變所造成對(duì)n型及p型金氧半場(chǎng)效晶體管柵極溝道的影響作用的表格，符號(hào)“+”或“-”代表在一所給予的方向上，其所需用以改善任一晶體管型態(tài)的驅(qū)動(dòng)電流效能的應(yīng)變改變。該“+”符號(hào)是表示該張應(yīng)變(tensile strain)/應(yīng)力增加(壓縮應(yīng)變(compressive strain)較小)較佳于驅(qū)動(dòng)電流Id的改善，當(dāng)符號(hào)為“-”時(shí)則說(shuō)明一張應(yīng)變的削減(較大的壓縮應(yīng)變)較佳；此表中所顯示的應(yīng)變強(qiáng)度與方向間的相互關(guān)系概略說(shuō)明了欲同時(shí)改善n溝道與p溝道金氧半晶體管的效能的復(fù)雜度與困難度。藉由增加x-y雙軸上的平面的張應(yīng)變可改善n型金氧半場(chǎng)效晶體管的效能，而p型金氧半場(chǎng)效晶體管的同步改善則可藉由增加法線z方向的張應(yīng)變場(chǎng)(tensile strain field)而達(dá)成。所增加于雙軸平面上的第三應(yīng)變即為一增加于全晶體管柵極溝道上的平面非等向性(anisotropic)的張應(yīng)變，其將可用以改善p型金氧半晶體管的效能，并付出相對(duì)于n型金氧半晶體管所獲得的凈效能增益較小的代價(jià)。
圖3顯示一般金氧半場(chǎng)效晶體管300于完成晶體管的金屬硅化程序后的上方平面圖標(biāo)，其闡述一藉由定義淺溝槽絕緣結(jié)構(gòu)的方向以調(diào)和應(yīng)變的范例。晶體管的柵電極301是與毗鄰柵極的源極302與漏極區(qū)303一同顯示，而用以局限晶體管有源區(qū)的淺溝槽絕緣區(qū)304則位于晶體管周圍。圖3中受淺溝槽絕緣結(jié)構(gòu)所局限的晶體管有源區(qū)的尺寸是藉由距離LOD、W、D以及LC來(lái)定義。LOD是定義為沿柵極溝道的x應(yīng)變軸方向的區(qū)域長(zhǎng)度，即由源極的外端延伸至漏極范圍的最末外端。距離W為有源區(qū)上垂直柵極溝道的y應(yīng)變軸方向的寬度，其自源極或漏極的一外端延伸至源極或漏極的另一末端。距離D則定義為由晶體管柵電極沿該x應(yīng)變方向至源極或漏極區(qū)的最外端的距離。距離LC則相當(dāng)以及于晶體管的柵極溝道與x應(yīng)變方向成直線的距離。此晶體管范例的有源區(qū)為矩形，淺溝槽絕緣所束縛的區(qū)域?qū)挾萕大于該區(qū)域的長(zhǎng)度LOD，提供一由淺溝槽絕緣所誘導(dǎo)的雙軸應(yīng)變，其y軸的應(yīng)變強(qiáng)度大于x軸的應(yīng)變強(qiáng)度；而參照?qǐng)D2的圖表，此種受淺溝槽絕緣結(jié)構(gòu)所束縛的有源區(qū)設(shè)計(jì)對(duì)于n型金氧半組件是最有利的，并且不會(huì)損害p型金氧半組件的效能。
圖4顯示另一金氧半場(chǎng)效晶體管400的上方平面圖示，該晶體管與圖3的晶體管的制造用途相仿。晶體管400具有與圖3的同樣組成，其具有一柵電極401、源極402、漏極403以及淺溝槽絕緣404等區(qū)域，但上述組成的陳列方式有異，因此淺溝槽絕緣結(jié)構(gòu)所束縛的晶體管有源區(qū)相對(duì)于圖3的矩形是呈現(xiàn)如字母“H”的外型。圖4的晶體管范例中，該晶體管的有源區(qū)寬度W(y應(yīng)變方向)是小于長(zhǎng)度LOD(x應(yīng)變方向)，然而注意該毗鄰晶體管溝道的淺溝槽結(jié)構(gòu)已被源極與漏極電極自該“H”型左側(cè)及右側(cè)的延伸所限制，且該受限的淺溝槽絕緣結(jié)構(gòu)可有效將LOD降低至一適當(dāng)與D對(duì)應(yīng)的更小距離，而x應(yīng)變的強(qiáng)度也隨之下降。此“H”變型是提供柵極溝道一強(qiáng)度較小的x應(yīng)變，因此較有利于p型金氧半晶體管。
回到圖2的圖表中，不同場(chǎng)效晶體管類型的不同晶體管區(qū)域外型將由于所施加的應(yīng)變力不同而提供不同驅(qū)動(dòng)電流的效能。任一場(chǎng)效晶體管型態(tài)的淺溝槽絕緣構(gòu)造，其有目的提供設(shè)計(jì)布局(design layout)尺寸的大小將有助于晶體管效能的同步改善以及/或最佳協(xié)調(diào)。新的晶體管方向參量(parameter)LOD以及D可于一般組件仿真工具例如為SPICE仿真程序中作為如額外的設(shè)計(jì)決定參數(shù)，而藉由此方法，增強(qiáng)n型及p型金氧半晶體管的效能可藉由淺溝槽結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度、寬度方向設(shè)計(jì)而優(yōu)先調(diào)節(jié)施于柵極溝道上的x-y雙軸應(yīng)變。
圖5A及圖5B是分別顯示如圖3及圖4中所述的晶體管電路布局(circuitlayout)的范例。圖5A為相對(duì)圖3的矩形有源區(qū)的晶體管上方平面圖示，其中所顯示的組件具有一大于0.60微米之寬度W與0.35微米的距離D。圖5B為相對(duì)圖4的“H”型有源區(qū)的晶體管上方平面圖示，其顯示一小于或等于0.60微米的寬度W與0.69微米的距離D。本實(shí)施例所提出的設(shè)計(jì)指導(dǎo)方針即對(duì)矩形有源區(qū)的用途較傾向于寬度距離W大于0.60微米，而對(duì)“H”型有源區(qū)的用途則傾向于寬度W小于或等于0.60微米，故設(shè)計(jì)指導(dǎo)方針是可根據(jù)一種特別技術(shù)方法的需求而有所變更。
現(xiàn)參照?qǐng)D6A至圖6E，其顯示一場(chǎng)效晶體管600在某些淺溝槽絕緣制造的制程步驟中的剖面?zhèn)纫晥D。圖6A是顯示一半導(dǎo)體硅基底601與數(shù)個(gè)隔離區(qū)域/自基底的上方表面開(kāi)口的溝槽(trench)602a-b?；撞牧峡蔀榈湫陀糜谏a(chǎn)集成電路的任何半導(dǎo)體，而基底的光阻遮蔽(photoresist masking)以及電漿蝕刻(plasma etching)等一般步驟則可用以建立淺溝槽絕緣的開(kāi)口602a及602b。一種薄、熱成長(zhǎng)的氧化硅(silicon oxide)溝槽襯墊層(trench linerlayer)603可如圖6B所示成長(zhǎng)于該暴露的基底以及開(kāi)口的溝槽上。
之后將該已開(kāi)口的溝槽以一絕緣材料(isolation material)例如某些介電材料(dielectrical material)填充，而由該已完成的(即已填充、回火及平坦化)溝槽所產(chǎn)生的應(yīng)變即定義為來(lái)自淺溝槽絕緣構(gòu)造施加于晶體管有源區(qū)的凈應(yīng)變。根據(jù)本發(fā)明的揭露，該填充的溝槽應(yīng)具備一種材料特征，即在相當(dāng)?shù)母邷叵戮哂幸幌鄬?duì)大的體積，并且當(dāng)該組件冷卻后其體積收縮(volumeshrinkage)至少達(dá)至0.5％；而在一些實(shí)施例中，其體積收縮較佳為大于5％，或甚至到8％。體積收縮是決定由淺溝槽絕緣構(gòu)造施加于晶體管有源區(qū)的凈應(yīng)變。
一范例中，藉由一高密度電漿(high-density plasma；HDP)為基礎(chǔ)的制程沉積一結(jié)構(gòu)性松散且具多孔性的氧化硅介電材料于基底上以及溝槽中，圖6C為晶體管剛于高密度電漿多孔性氧化硅604沉積填充后的圖示，該多孔性介電質(zhì)是可決定更高程度于晶體管有源區(qū)上的淺溝槽絕緣張應(yīng)變；而所附加的多孔性雜質(zhì)可為大原子材料例如鍺。于淺溝槽填充后，該結(jié)構(gòu)是于爐管(furnace)中高溫退火，其溫度通常大于攝氏900度以穩(wěn)定淺溝槽絕緣所沉積的介電質(zhì)。貫穿退火程序的始末，當(dāng)溫度升高并且回復(fù)，氧化硅是歷經(jīng)了體積的膨脹以及收縮，使用該變異的多孔性以高密度電漿為基礎(chǔ)的氧化硅是較一般填充材料可容許一較大量的收縮。
此多孔性氧化物自沉積后至熱退火(thermal anneal)后其體積收縮一般將大于0.5％，而較高的收縮程度是產(chǎn)生一較高程度的內(nèi)張應(yīng)變(intrinsictensile strain)于填充材料(fill material)上，并反過(guò)來(lái)施加于晶體管的有源區(qū)上。
其它的氧化硅的沉積方法或可用于產(chǎn)生退火后欲表現(xiàn)出0.5％的體積收縮的多孔性氧化物，如利用四乙氧基硅烷(tetraethyl orthosilicate；TEOS)或硅烷(silane)為來(lái)源材料的低壓化學(xué)氣相沉積法(low pressure chemicalvapor deposition；LPCVD)或常壓化學(xué)氣相沉積法(atmospheric pressurechemical vapor deposition；APCVD)等方法可轉(zhuǎn)用以生產(chǎn)具松散結(jié)構(gòu)(loosestructure)多孔性氧化硅的溝槽填充介電質(zhì)，而其它類似的方法例如次常壓化學(xué)氣相沉積法(semi-atmosphere chemical vapor deposition；SACVD)或旋涂式玻璃法(spin-on-glass；SOG)也可適用于產(chǎn)生所欲的結(jié)果。藉此方法所產(chǎn)生的沉積材料于高溫時(shí)將具有一相對(duì)松散以及較大的體積，但當(dāng)溫度降低時(shí)，該氧化物例如為二氧化硅的體積將會(huì)收縮。
而任何其它介電材料、多孔性或非多孔性或具有至少每平方公分2.0E8達(dá)因的內(nèi)張應(yīng)力(intrinsic tensile stress)的材料均可作為另一選擇使用；而氮化硅(silicon nitride)、摻雜的氮化硅(doped silicon nitride)以及氮氧化硅(silicon oxynitride)則為此類材料的范例。產(chǎn)生此類介電薄膜的制程可轉(zhuǎn)為提供所欲的內(nèi)應(yīng)力程度，而該些制程可以是以電漿為基礎(chǔ)、或低壓化學(xué)氣相沉積法與常壓化學(xué)氣相沉積法；上述方法可調(diào)節(jié)施加于有源區(qū)上的x-y平面應(yīng)變，因此可與一凈平面應(yīng)變(net planar strain)的調(diào)節(jié)相關(guān)聯(lián)。
退火步驟后，淺溝槽絕緣構(gòu)造是經(jīng)由整體平坦化以移除過(guò)量的淺溝槽絕緣填充物，如此半導(dǎo)體基底的表面除該淺溝槽是中已由該平坦的介電質(zhì)填充外，并無(wú)任何淺溝槽絕緣的填充物殘留?；瘜W(xué)機(jī)械研磨(chemical-mechanicalpolishing；CMP)的濕蝕刻(wet etch)化學(xué)以及/或干式電漿蝕刻(dry plasmaetch)化學(xué)可用于溝槽的平坦化。圖6D是闡述基底及淺溝槽絕緣結(jié)構(gòu)于平坦化后的圖示，此時(shí)，該基底是預(yù)備好形成場(chǎng)效晶體管于該已完成淺溝槽絕緣構(gòu)造所限制的有源區(qū)中。
圖7A至圖7D為顯示一場(chǎng)效晶體管700于形成淺溝槽絕緣結(jié)構(gòu)后在某些導(dǎo)致應(yīng)變的程序步驟中的一系列側(cè)面剖視圖。x-y雙軸的應(yīng)力調(diào)節(jié)的方法是如前所述，而某些其它則可藉由調(diào)節(jié)來(lái)自第三應(yīng)變軸的應(yīng)力以獲得額外晶體管效能的提升。圖7A顯示一半導(dǎo)體硅基底701、已完成的淺溝槽絕緣結(jié)構(gòu)702a與702b，以及具有柵極氧化層703與柵電極704的柵極，晶體管的側(cè)壁襯墊層隨后是沉積于晶體管上，接著再沉積間隔層(spacer layer)。
一用于間隔層706a-b的具有高內(nèi)張力薄膜的較佳規(guī)格將導(dǎo)致一較佳的高張應(yīng)變于柵極溝道上，一般間隔層706a-b是包含例如此實(shí)施例的氮化硅，但可為任何的介電材料；此實(shí)施例中，該間隔物的內(nèi)應(yīng)力程度是大于每平方公分1.20E8達(dá)因。襯墊層705一般是包含氧化硅，但可為任何介電材料。在沉積晶體管側(cè)壁襯墊層以及間隔物薄膜之后，該兩層別之后是經(jīng)一光阻圖案遮蔽與蝕刻以形成直接毗連于柵極區(qū)側(cè)壁之間隔物的結(jié)構(gòu)。圖7B是闡述側(cè)壁襯墊705以及側(cè)壁間隔物706a與706b于遮蔽以及蝕刻制程完成后的圖示。
圖7C顯示一具有源極708、漏極709以與柵極707的完整硅化區(qū)域的晶體管。間隔物706a-b形成后，基底的晶體管源極與漏極區(qū)708-709也已然形成，這些區(qū)域之后是經(jīng)金屬硅化以達(dá)減阻(resistance reduction)的作用，并于之后可進(jìn)行接觸連接(contact connection)。耐火的金屬(refractorymetal)可于一般硅化程序中作為源極金屬，而該金屬材料可為一單一層別、單一元素、摻雜的金屬(doped metal)或?yàn)橐徊煌饘俚膹?fù)合迭(compositestack)。該完整的硅化程序是經(jīng)由一些步驟執(zhí)行，首先金屬層沉積于晶體管上，接著通常(metal silicide)于一爐管或快速熱處理反應(yīng)室(rapid thermalprocess chamber)中高溫退火以形成金屬硅化物，而未反應(yīng)的金屬則之后利用一濕式蝕刻化學(xué)蝕刻該晶體管及其周圍區(qū)域，僅留下該金屬硅化層(metalsilicided layer)。
金屬(或復(fù)合金屬層)的體積收縮在硅化前以及退火后至少需為10％以提供源極與漏極區(qū)已形成與退火的硅化層(silicided layer)具有一大于每平方公分2.0E8達(dá)因的內(nèi)應(yīng)力；而介于源極與漏極基底區(qū)域以及源極與漏極金屬硅化區(qū)域的熱膨脹失配(thermal expansion mismatch)于硅化物退火的操作下將大于0.5％以上。經(jīng)使用一種方法可提供沉積的金屬所欲的內(nèi)應(yīng)力，施加于柵極溝道的張應(yīng)變程度可經(jīng)調(diào)節(jié)至晶體管驅(qū)動(dòng)電流效能增強(qiáng)所需的程度。
圖7D是顯示接觸蝕刻停止層710于圖案遮蔽(pattern masking)以及蝕刻該層以產(chǎn)生接觸開(kāi)口(contact opening)前即沉積于整個(gè)晶體管的上方，而該接觸蝕刻停止層是藉由一化學(xué)氣相沉積步驟所生成。接觸蝕刻停止層具有經(jīng)修飾的內(nèi)應(yīng)力以施加一影響有源區(qū)凈應(yīng)變的應(yīng)力，舉例來(lái)說(shuō)，如使用本發(fā)明前述的實(shí)施例的方法，經(jīng)調(diào)節(jié)由此接觸蝕刻停止層所引發(fā)的z方向的應(yīng)力可改變施加于晶體管有源區(qū)與柵極溝道上的凈應(yīng)變，而調(diào)整層別的沉積步驟以修飾內(nèi)應(yīng)力以及/或使用額外的操作例如鍺離子的植入(Germanium ionimplantation)以修飾該層別于法線z方向上的內(nèi)應(yīng)變可用以調(diào)節(jié)晶體管有源區(qū)的凈應(yīng)變。
間隔物及接觸蝕刻停止層依不同程度可修飾該垂直于x-y平面方向上的應(yīng)力，其可歸類如一凈垂直應(yīng)力(net vertical strain)；垂直與平面的凈應(yīng)力的結(jié)合稱為全凈應(yīng)變(overall net strain)，其最終是影響驅(qū)動(dòng)電流的效能。晶體管的凈應(yīng)變調(diào)節(jié)可藉由對(duì)于產(chǎn)生應(yīng)變的制程的選擇設(shè)計(jì)的方法完成，透過(guò)對(duì)某單位過(guò)程的內(nèi)應(yīng)力程度的規(guī)格與變動(dòng)，可調(diào)節(jié)應(yīng)變修飾的累積效應(yīng)(cumulative effect)所欲的許多方向軸上達(dá)到該所合適的應(yīng)變強(qiáng)度以增強(qiáng)晶體管效能至所需量及程度。
圖8為說(shuō)明一樣本材料(sample material)的有源區(qū)原子結(jié)構(gòu)800，除利用多種不同辦法控制如上述中的應(yīng)變，該應(yīng)變也可藉由有源區(qū)中不同方向的原子距離(atomic distance)而控制。無(wú)論是n型或p型組件，其有源區(qū)中具有一為電洞或電子移動(dòng)的載流(carrier flow)，如圖8所示，該載流是被視為具有一方向802。為將改善的驅(qū)動(dòng)電流超越應(yīng)力控制，一具有改善的驅(qū)動(dòng)電流的p型半導(dǎo)體組件，其平行有源區(qū)寬度方向804的原子距離是大于平行有源區(qū)的長(zhǎng)度方向806或平行于載流方向的原子距離；而相反地，一n型半導(dǎo)體組件，其有源區(qū)上較佳具有一平行載流方向或有源區(qū)長(zhǎng)度方向806的原子距離大于垂直載流方向或平行有源區(qū)寬度方向的原子距離。有多種不同的方法可用以決定原子距離，例如，原子距離可藉由抽樣一些晶格像(latticeimage)于一高分辨率穿透式電子顯微鏡(high resolution TransparentElecron Microscope)或經(jīng)由繞射圖案(diffraction pattern)的計(jì)算所決定。
本發(fā)明所揭露的實(shí)施例可適用于任何建造于半導(dǎo)體基底上的場(chǎng)效晶體管，藉由沉積或成長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力的薄膜于晶體管上。
因此由以上可知根據(jù)本發(fā)明所揭露的組件構(gòu)造及其制造方法是提供一可用以實(shí)現(xiàn)及解決改善互補(bǔ)型金氧半組件的載子遷移以及驅(qū)動(dòng)電流等問(wèn)題的方法，甚至可同時(shí)改善互補(bǔ)型金屬氧化半導(dǎo)體電路中的n型以及p型金氧半晶體管。注意本發(fā)明的揭露是同樣提供一種利用現(xiàn)有制程方法所制造的場(chǎng)效晶體管的大小及密度進(jìn)一步收縮的解決辦法，并且提供更簡(jiǎn)單的修飾凈機(jī)械應(yīng)力以及在柵極溝道上受到晶體管的淺溝槽結(jié)構(gòu)、間隔層、硅化層以及接觸蝕刻停止層的外型與性質(zhì)所誘導(dǎo)的應(yīng)變的方法，而依照本發(fā)明所揭露的組件制造方法是容易合并于當(dāng)前現(xiàn)有的系統(tǒng)。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求范圍所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種制造具有改善的驅(qū)動(dòng)電流的半導(dǎo)體組件的方法，該半導(dǎo)體組件具有形成于一有源區(qū)上的源極與漏極區(qū)，而該有源區(qū)的長(zhǎng)度是不同于其寬度，其是包括下列步驟制造一或一個(gè)以上的以一隔離材料填滿的隔離區(qū)圍繞于該有源區(qū)；以及將該隔離區(qū)退火；其中該隔離材料于退火后至少具有0.5％的體積收縮，以及其中由該隔離材料的收縮所導(dǎo)致位于該有源區(qū)長(zhǎng)的方向的應(yīng)力是異于位于該有源區(qū)寬的方向由隔離材料收縮所導(dǎo)致的應(yīng)力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造具有改善的驅(qū)動(dòng)電流的半導(dǎo)體組件的方法，其中尚包括以一多孔性隔離材料填充該隔離區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造具有改善的驅(qū)動(dòng)電流的半導(dǎo)體組件的方法，其中該多孔性隔離材料是含鍺材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造具有改善的驅(qū)動(dòng)電流的半導(dǎo)體組件的方法，其中該隔離材料具有一至少每平方公分2.0E8達(dá)因的內(nèi)張應(yīng)力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造具有改善的驅(qū)動(dòng)電流的半導(dǎo)體組件的方法，其中該隔離材料于退火程序后具有至少8％的體積收縮。
6.一種制造具有改善的驅(qū)動(dòng)電流的半導(dǎo)體組件的方法，該半導(dǎo)體組件具有形成于一有源區(qū)上的源極與漏極區(qū)，而該有源區(qū)的長(zhǎng)度是不同于其寬度，其包括形成一金屬層覆蓋于該源極或漏極區(qū)；以及將覆蓋于源極與漏極區(qū)的該金屬層施以一退火程序以形成一硅化物，其中該硅化物具有一大于每平方公分2.0E8達(dá)因的內(nèi)應(yīng)力。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造具有改善的驅(qū)動(dòng)電流的半導(dǎo)體組件的方法，其中該硅化物具有一大于10％的體積收縮。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造具有改善的驅(qū)動(dòng)電流的半導(dǎo)體組件的方法，其中介于該源極或漏極區(qū)與該硅化物間的一熱膨脹失配于退火冷卻后是大于0.5％。
9.一種制造具有改善的驅(qū)動(dòng)電流的半導(dǎo)體組件的方法，該半導(dǎo)體組件具有形成于一有源區(qū)上的源極與漏極區(qū)，而該有源區(qū)的長(zhǎng)度是不同于其寬度，其包括形成一柵電極覆蓋于該有源區(qū)；以及形成至少一介電質(zhì)間隔物毗鄰于該柵電極旁，其中該介電質(zhì)間隔物是具有一大于每平方公分1.2E8達(dá)因的內(nèi)應(yīng)力。
10.一種制造具有改善的驅(qū)動(dòng)電流的半導(dǎo)體組件的方法，該半導(dǎo)體組件具有形成于一有源區(qū)上的源極與漏極區(qū)，而該有源區(qū)的長(zhǎng)度是不同于其寬度，其包括形成一接觸蝕刻停止層于組件上，其中該接觸蝕刻停止層具有經(jīng)修飾的內(nèi)應(yīng)力以施加一影響有源區(qū)凈應(yīng)變的應(yīng)力。
11.一種具有改善的驅(qū)動(dòng)電流的半導(dǎo)體組件，其具有一有源區(qū)，且該有源區(qū)的長(zhǎng)度是不同于其寬度，其包括一或一個(gè)以上以一預(yù)定隔離材料所填充的隔離區(qū)圍繞于有源區(qū)旁；其中該隔離材料于退火后至少具有0.5％的體積收縮，以及其中由該隔離材料的收縮所導(dǎo)致位于該有源區(qū)長(zhǎng)的方向的應(yīng)力是異于位于該有源區(qū)寬的方向由隔離材料收縮所導(dǎo)致的應(yīng)力。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的具有改善的驅(qū)動(dòng)電流的半導(dǎo)體組件，其中該隔離材料具有一至少每平方公分2.0E8達(dá)因的內(nèi)張應(yīng)力。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的具有改善的驅(qū)動(dòng)電流的半導(dǎo)體組件，其中該隔離材料于退火程序后具有至少8％的體積收縮。
14.一種具有改善的驅(qū)動(dòng)電流的半導(dǎo)體組件，其具有一有源區(qū)，且該有源區(qū)的長(zhǎng)度是不同于其寬度，其包括建立于有源區(qū)上的源極與漏極區(qū)；以及一金屬層，其覆蓋于源極與漏極區(qū)上以形成一硅化物。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的具有改善的驅(qū)動(dòng)電流的半導(dǎo)體組件，其中該硅化物具有一大于每平方公分2.0E8達(dá)因的內(nèi)應(yīng)力。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的具有改善的驅(qū)動(dòng)電流的半導(dǎo)體組件，其中該硅化物具有一大于10％的體積收縮。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的具有改善的驅(qū)動(dòng)電流的半導(dǎo)體組件，其中介于源極或漏極區(qū)與硅化物間的一熱膨脹失配于退火程序中是大于0.5％。
18.一種具有改善的驅(qū)動(dòng)電流的半導(dǎo)體組件，其具有一有源區(qū)，且該有源區(qū)的長(zhǎng)度是不同于其寬度，其包括一柵電極，覆蓋于有源區(qū)上；以及至少一介電質(zhì)間隔物于毗鄰于該柵電極旁；其中該間隔物具有調(diào)和平面垂直凈應(yīng)變的貢獻(xiàn)以改善驅(qū)動(dòng)電流。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的具有改善的驅(qū)動(dòng)電流的半導(dǎo)體組件，其中該介電層間隔物具有一每平方公分大于1.2E8達(dá)因的內(nèi)應(yīng)力。
20.一種具有改善的驅(qū)動(dòng)電流的半導(dǎo)體組件，其具有一有源區(qū)，且該有源區(qū)的長(zhǎng)度是不同于其寬度，其包括一接觸蝕刻停止層覆蓋于組件之上；其中該接觸蝕刻停止層具有調(diào)和平面垂直凈應(yīng)變的貢獻(xiàn)以改善驅(qū)動(dòng)電流。
全文摘要
一種高效能且具改善驅(qū)動(dòng)電流的半導(dǎo)體組件及其制造方法。該半導(dǎo)體組件具有建立于一有源區(qū)上的源極與漏極區(qū)，組件長(zhǎng)度是異于其寬度。制造一或一個(gè)以上的隔離區(qū)于該有源區(qū)周圍，接著將該隔離區(qū)填充以一預(yù)定的隔離材料，其體積收縮經(jīng)一退火程序后是超過(guò)0.5％，之后形成一柵電極于該有源區(qū)上，并形成一或一個(gè)以上的介電質(zhì)間隔物是于該柵電極旁，之后再將一接觸蝕刻停止層覆蓋于組件上。其中該隔離區(qū)、間隔物以及接觸蝕刻停止層對(duì)于施加于有源區(qū)上的凈應(yīng)變的調(diào)和均有貢獻(xiàn)，因此可改善驅(qū)動(dòng)電流。
文檔編號(hào)H01L29/76GK1607659SQ20041008082
公開(kāi)日2005年4月20日 申請(qǐng)日期2004年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月10日
發(fā)明者葛崇祜, 李文欽, 楊育佳, 柯志欣, 胡正明 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司