專利名稱：具有包含性能增進(jìn)材料成分的受應(yīng)變溝道區(qū)的晶體管的制作方法
具有包含性能增進(jìn)材料成分的受應(yīng)變溝道區(qū)的晶體管
一般而言，本發(fā)明所揭示之主題系有關(guān)集成電路的形成，且尤系 有關(guān)具有應(yīng)變溝道區(qū)的晶體管之形成，其方式為使用諸如于漏極及源 極區(qū)中之嵌入式應(yīng)變層的應(yīng)變引發(fā)來(lái)源，以便增強(qiáng)金屬氧化物半導(dǎo)體
(MOS)晶體管的溝道區(qū)中之電荷載子移動(dòng)性(mobility)。
背景技術(shù)：
集成電路的制造需要根據(jù)指定的電路布局而在特定的芯片面積上 形成大量的電路組件。 一般而言，目前實(shí)施了復(fù)數(shù)種的制程技術(shù)，其 中對(duì)于諸如微處理器及儲(chǔ)存芯片等復(fù)雜的電路而言，互補(bǔ)金屬氧化物 半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)是目前其中一種最有前途的方法，這是由于其在工 作速度及(或)電力消耗及(或)成本效率上都有較佳的特性。在使用 CMOS技術(shù)制造復(fù)雜的集成電路期間，在包含結(jié)晶半導(dǎo)體層的基材上 形成數(shù)百萬(wàn)個(gè)晶體管，亦即，N溝道晶體管及P溝道晶體管。M0S晶 體管(不論所考慮的是N溝道晶體管或P溝道晶體管)包括所謂的 PN接面(junction)，而系由高濃度摻雜的(highly doped)漏極及源極區(qū)與 配置在該漏極區(qū)與該源極區(qū)之間的電性相反摻雜的(inversely doped)溝 道區(qū)之間的界面形成PN接面。
該溝道區(qū)的導(dǎo)電率(conductivity)(亦即，導(dǎo)電溝道的驅(qū)動(dòng)電流能力) 受到在接近該溝道區(qū)處形成且被薄絕緣層隔離的柵電極之控制。在形 成導(dǎo)電溝道之后因?qū)⑦m當(dāng)?shù)目刂齐妷菏┘拥綎烹姌O而產(chǎn)生的該溝道區(qū) 之導(dǎo)電率系取決于摻雜劑濃度、多數(shù)電荷載子的移動(dòng)性，且對(duì)于該溝 道區(qū)沿著晶體管寬度方向的特定延伸區(qū)而言，又系取決于也被稱為溝 道長(zhǎng)度的源極與漏極區(qū)間之距離。因此，配合在將該控制電壓施加到 柵電極時(shí)在該絕緣層之下迅速地產(chǎn)生導(dǎo)電溝道的能力，該溝道區(qū)的整 體導(dǎo)電率實(shí)質(zhì)上決定了 MOS晶體管的性能。因此，由于溝道長(zhǎng)度的 減小系與溝道電阻系數(shù)之減小相關(guān)聯(lián)，而使該溝道長(zhǎng)度成為實(shí)現(xiàn)集成電路工作速度增加的首要設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。然而，晶體管尺寸的持續(xù)微縮(shrinkage)牽涉到與該尺寸微縮相關(guān) 聯(lián)的復(fù)數(shù)個(gè)問題，例如，牽涉到也被稱為短溝道效應(yīng)的較低之溝道控 制能力等的問題，因而必須解決該復(fù)數(shù)個(gè)問題，以便不會(huì)不當(dāng)?shù)氐窒?了因持續(xù)地減小MOS晶體管的溝道長(zhǎng)度而得到的效益。因?yàn)殛P(guān)鍵尺 寸(亦即，晶體管的柵極長(zhǎng)度)的持續(xù)尺寸微縮需要諸如調(diào)整且或許要新 開發(fā)極復(fù)雜的制程技術(shù)，以便補(bǔ)償短溝道效應(yīng)，所以已有人提議也增 加特定溝道長(zhǎng)度的溝道區(qū)中之電荷載子移動(dòng)性，而增強(qiáng)晶體管組件之 溝道導(dǎo)電率，因而提供了實(shí)現(xiàn)與未來(lái)技術(shù)節(jié)點(diǎn)的進(jìn)展可比擬的性能提 升之可能性，且同時(shí)避免或至少延遲與裝置尺寸微縮相關(guān)聯(lián)的制程調(diào) 整所遭遇之許多問題。一種用來(lái)增加電荷載子移動(dòng)性的有效率之機(jī)制是溝道區(qū)中之晶格 (lattice)結(jié)構(gòu)的修改，其方式為諸如在接近溝道區(qū)處產(chǎn)生拉伸(tensile)應(yīng) 力或壓縮(compressive)應(yīng)力，以便在溝道區(qū)中產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的應(yīng)變，因而分 別導(dǎo)致電子及電洞的修改之移動(dòng)性。例如，溝道區(qū)中之壓縮應(yīng)變可增 加電洞的移動(dòng)性，因而提供了提升P型晶體管的性能之可能性。另一 方面，在N溝道晶體管的溝道區(qū)中產(chǎn)生拉伸應(yīng)變時(shí)，可增加電子的移 動(dòng)性。將應(yīng)力或應(yīng)變工程導(dǎo)入集成電路制造是進(jìn)一步的裝置世代中極 為有前途的方法，這是因?yàn)槔缈蓪?yīng)變硅視為一種"新"類型的半導(dǎo) 體材料，可在不需要昂貴的半導(dǎo)體材料之情形下，制造快速且高性能 的半導(dǎo)體裝置，且仍然可使用許多已為大家接受的制造技術(shù)。因此，在某些方法中，在晶體管的漏極及源極區(qū)中形成應(yīng)變硅/ 鍺層，而增強(qiáng)PMOS晶體管的電洞移動(dòng)性，其中壓縮應(yīng)變漏極及源極 區(qū)產(chǎn)生了鄰接硅溝道區(qū)中之應(yīng)變。為達(dá)到此一目的，可根據(jù)離子注入 法而形成PMOS晶體管的漏極及源極延伸區(qū)，且可根據(jù)以磊晶生長(zhǎng)技 術(shù)(epitaxial growth technique)在PMOS晶體管的各別凹處中選擇性地 形成硅/鍺層而形成深漏極及源極接面。因?yàn)楣?鍺的自然晶格間距 大于硅的晶格間距，所以采用硅的晶格間距之磊晶生長(zhǎng)的硅/鍺層系 在壓縮應(yīng)變下生長(zhǎng)，且該壓縮應(yīng)變被有效地轉(zhuǎn)移到溝道區(qū)，因而壓縮 應(yīng)變了該溝道區(qū)中之硅。此種整合方案導(dǎo)致P溝道晶體管的顯著性能 提升。然而，對(duì)較高性能及提高集積密度(packing density)之持續(xù)需求仍然要求進(jìn)一步的性能提升，但是基于在晶體管的漏極及源極區(qū)內(nèi)提 供應(yīng)變半導(dǎo)體層之傳統(tǒng)方法或?qū)⑼獠繎?yīng)力導(dǎo)入溝道區(qū)的其它觀念都無(wú) 法單獨(dú)地提供此種進(jìn)一步的性能提升，這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的技術(shù)并沒考慮 到也可能顯著地影響到溝道區(qū)的電氣行為之溝道區(qū)的其它特性。本發(fā)明之揭示系有關(guān)可避免或至少減少前文所述的一或多個(gè)問題 的影響之各種裝置及方法。發(fā)明內(nèi)容下文中提供了本發(fā)明的簡(jiǎn)化概要，以便提供對(duì)本發(fā)明的某些態(tài)樣 的基本了解。該概要并不是本發(fā)明的徹底之概述。其目的并不是識(shí)別 本發(fā)明的關(guān)鍵性或緊要的組件，也不是描述本發(fā)明的范圍。其唯一目 的是以簡(jiǎn)化的形式提供某些觀念，作為將于后文中提供的更詳細(xì)的說(shuō) 明之前言。一般而言，本發(fā)明揭示的主題系有關(guān)一種用來(lái)制造增強(qiáng)型場(chǎng)效晶 體管的技術(shù)，其中可將有效率的應(yīng)變工程與可根據(jù)所需電氣及其它特性而選擇溝道區(qū)內(nèi)的材料成分(material composition)之適當(dāng)?shù)臏系涝O(shè)計(jì) 結(jié)合，因而進(jìn)一步增強(qiáng)了各別晶體管裝置的最后得到之導(dǎo)電率 (conductivity)。為達(dá)到此一目的，可在各別溝道區(qū)中局部地形成適當(dāng)?shù)?半導(dǎo)體化合物或半導(dǎo)體合金，以便在形成實(shí)際的漏極及源極區(qū)之前， 先適當(dāng)?shù)卣{(diào)整該等溝道區(qū)的材料特性，而該半導(dǎo)體化合物或半導(dǎo)體合 金在某些態(tài)樣中亦可被提供作為應(yīng)變半導(dǎo)體材料，以便獲得以下兩因 素的協(xié)力結(jié)合效果外部應(yīng)變引發(fā)來(lái)源所造成的溝道區(qū)中之電荷載子 移動(dòng)性的增強(qiáng)，以及溝道區(qū)的材料所提供的諸如減低之能帶間隙能量 以及電荷載子之散射效應(yīng)等額外的材料特性。在某些實(shí)施例中，可以 常見的制程形成溝道區(qū)中之該應(yīng)變半導(dǎo)體材料及該半導(dǎo)體合金，其中 可根據(jù)該半導(dǎo)體合金本身可提供的應(yīng)變引發(fā)能力以及額外的電氣特 性，而選擇材料成分。因此，可實(shí)現(xiàn)更高程度的靈活性(flexibility)，這 是因?yàn)殡m然因考慮到與其它半導(dǎo)體裝置有關(guān)的基料(base material)之結(jié) 晶方位(crystalline orientation)而可能造成與應(yīng)變引發(fā)機(jī)構(gòu)有關(guān)的特定 妥協(xié)，但是適當(dāng)?shù)牟牧铣煞挚梢蚱浔旧淼碾姎馓匦远鰪?qiáng)溝道區(qū)中之 電氣行為(behavior)，因而可有效率地過度補(bǔ)償該特定妥協(xié)。在其它的6例子中，可在溝道區(qū)中額外地提供適當(dāng)?shù)牟牧铣煞郑M(jìn)一歩增強(qiáng)高 效率應(yīng)變引發(fā)機(jī)構(gòu)本身之優(yōu)點(diǎn)。此外，所揭示的制程技術(shù)提供了與目 前被成功實(shí)施的制造策略高程度的兼容性，且亦提供了局部地增強(qiáng)不 同類型的場(chǎng)效晶體管的電氣特性之可能性。根據(jù)本發(fā)明所揭示的一個(gè)實(shí)施例， 一種半導(dǎo)體裝置包括第一應(yīng)變 溝道區(qū)，該第一應(yīng)變溝道區(qū)包含第一非硅物種以及至少一第一溝道摻 雜劑物種，其中該第一非硅物種的濃度高于該至少一第一溝道摻雜劑 物種的濃度。此外，該半導(dǎo)體裝置包括第一應(yīng)變漏極及源極區(qū)，該第 一應(yīng)變漏極及源極區(qū)包含第一摻雜劑物種以及第二非硅物種，該第二 非硅物種與硅結(jié)合而形成第一應(yīng)變半導(dǎo)體材料。根據(jù)本發(fā)明所揭示的另一實(shí)施例， 一種方法包括下列步驟在第 一主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)中形成第一半導(dǎo)體合金；以及在包括該第一半導(dǎo)體合金的該第一主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)之上形成柵電極(gate electrode)。最后，該方法包括下列步驟在該第一主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)中形成第一晶體管的漏極及源極區(qū)。根據(jù)本發(fā)明所揭示的又一實(shí)施例， 一種方法包括下列歩驟在場(chǎng) 效晶體管的漏極及源極區(qū)以及溝道區(qū)中局部地形成應(yīng)變半導(dǎo)體材料。 此外，在該應(yīng)變半導(dǎo)體材料之上形成柵電極，且在該漏極及源極區(qū)與該應(yīng)變溝道區(qū)之間的界面處形成PN接面(junction)。


參照前文中之說(shuō)明，并配合各附圖，將可了解本發(fā)明之揭示，而在該等附圖中，類似的組件符號(hào)識(shí)別類似的組件，這些附圖有圖la至圖ld是根據(jù)本發(fā)明所揭示的實(shí)施例而在各制造階段期間的場(chǎng)效晶體管之剖面示意圖，其中溝道區(qū)和漏極及源極區(qū)接收基于硅之組構(gòu)中的適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體合金；圖le以示意圖標(biāo)出在主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)以注入制程形成半導(dǎo)體合金 之進(jìn)一步的實(shí)施例；圖lf是根據(jù)本發(fā)明所揭示的其它實(shí)施例的在其各別的溝道區(qū)以及 漏極及源極區(qū)中包括有不同特性的兩種晶體管類型的半導(dǎo)體裝置之剖 面示意圖；圖2a至圖2e是根據(jù)本發(fā)明所揭示的進(jìn)一步實(shí)施例而在漏極及源 極區(qū)中形成應(yīng)變半導(dǎo)體材料同時(shí)個(gè)別地調(diào)整溝道區(qū)的材料特性時(shí)的各 種制造階段期間的晶體管組件之剖面示意圖；以及圖3a及圖3b是根據(jù)本發(fā)明所揭示的其它實(shí)施例而在先前形成的 半導(dǎo)體合金的過量部分內(nèi)形成柵極絕緣層期間的半導(dǎo)體裝置之剖面示 意圖。雖然本發(fā)明所揭示之主題易于作出各種修改及替代形式，但是該 等圖式中系以舉例方式示出本發(fā)明的一些特定實(shí)施例，且已在本說(shuō)明 書中詳細(xì)說(shuō)明了這些特定實(shí)施例。然而，當(dāng)了解，本說(shuō)明書對(duì)這些特 定實(shí)施例的說(shuō)明之用意并非將本發(fā)明限制在所揭示的該等特定形式， 相反地，本發(fā)明將涵蓋最后的申請(qǐng)專利范圍所界定的本發(fā)明的精神及 范圍內(nèi)之所有修改、等效物、及替代。
具體實(shí)施方式
下文中將說(shuō)明本發(fā)明之各實(shí)施例。為了顧及說(shuō)明的清晰，本說(shuō)明 書中將不說(shuō)明真實(shí)實(shí)施之所有特征。當(dāng)然，我們當(dāng)了解，于開發(fā)任何 此類真實(shí)的實(shí)施例時(shí)，必須作出許多與實(shí)施例相關(guān)的決定，以便達(dá)到 開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如符合與系統(tǒng)相關(guān)的及與業(yè)務(wù)相關(guān)的限制條件， 而這些限制條件將隨著不同的實(shí)施例而改變。此外，我們當(dāng)了解，此 種開發(fā)工作可能是復(fù)雜且耗時(shí)的，但對(duì)已從本發(fā)明的揭示獲益的擁有 此項(xiàng)技術(shù)的一般知識(shí)者而言，仍然將是一種例行的工作。現(xiàn)在將參照各附圖而說(shuō)明本發(fā)明的主題。只為了解說(shuō)之用，而在 該等圖式中以示意圖之方式示出各種結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、及裝置，以便不會(huì) 以熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者習(xí)知的細(xì)節(jié)模糊了本發(fā)明的揭示。然而，加入該等 附圖以便描述并解說(shuō)本發(fā)明的揭示之各例子。應(yīng)將本說(shuō)明書所用的字 及詞匯了解及詮釋為具有與熟習(xí)相關(guān)技術(shù)者對(duì)這些字及詞匯所了解的 一致之意義。不會(huì)因持續(xù)地在本說(shuō)明書中使用一術(shù)語(yǔ)或詞匯，即意味 著該術(shù)語(yǔ)或詞匯有特殊的定義(亦即與熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者所了解的一般及 慣常的定義不同之定義)。如果想要使一術(shù)語(yǔ)或詞匯有特殊的意義(亦即 與熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者所了解的意義不同之意義)，則會(huì)將在本說(shuō)明書中以 一種直接且毫不含糊地提供該術(shù)語(yǔ)或詞匯的特殊定義之下定義之方式明確地述及該特殊的定義。
一般而言，本發(fā)明所揭示的主題系有關(guān)在應(yīng)用先進(jìn)應(yīng)變引發(fā)機(jī)構(gòu) 以便得到更增強(qiáng)的裝置性能時(shí)考慮到場(chǎng)效晶體管中之各別溝道區(qū)的材 料特性之半導(dǎo)體裝置及制造技術(shù)。如前文所述，目前實(shí)施了復(fù)數(shù)種應(yīng) 變引發(fā)機(jī)構(gòu)，以便增強(qiáng)基于硅的晶體管組件的各別溝道區(qū)中之電荷載 子移動(dòng)性。然而，當(dāng)在溝道區(qū)內(nèi)提供與應(yīng)變引發(fā)機(jī)構(gòu)配合的各別半導(dǎo) 體合金的材料時(shí)，該等半導(dǎo)體合金的材料特性也提供了晶體管性能的 顯著提高。此外，可在經(jīng)過適當(dāng)選擇的半導(dǎo)體合金內(nèi)實(shí)質(zhì)上完全地形 成各別的PN接面，而實(shí)現(xiàn)額外的優(yōu)點(diǎn)。例如，可配合P型晶體管而 成功地使用硅/鍺合金，其中當(dāng)也在溝道區(qū)中提供各別材料時(shí)，該硅 /鍺合金的減低之能帶間隙能量可額外地提供溝道區(qū)中之增強(qiáng)的導(dǎo)電 率。此外，可在溝道區(qū)內(nèi)額外地"直接"產(chǎn)生應(yīng)變，因而也對(duì)所形成 的晶體管裝置的增強(qiáng)之導(dǎo)電率有顯著的貢獻(xiàn)。由于在溝道區(qū)內(nèi)額外地 提供了半導(dǎo)體合金，所以可獲致與適當(dāng)材料的選擇有關(guān)之更高程度的 靈活性，這是因?yàn)榭v然比目前實(shí)施的應(yīng)變引發(fā)技術(shù)產(chǎn)生了減低量的應(yīng) 變，但是其它額外的材料特性及各別應(yīng)變的高效率之產(chǎn)生可輕易地補(bǔ) 償了減低的應(yīng)變產(chǎn)生效應(yīng)。
在某些實(shí)施例中，在圖案化柵電極與門極絕緣層之前，可先將選 擇性磊晶生長(zhǎng)技術(shù)用來(lái)在各別主動(dòng)區(qū)中局部地形成適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體合 金。然后，可根據(jù)已為大家接受的制造技術(shù)繼續(xù)執(zhí)行進(jìn)一歩的制程， 因而提供了與現(xiàn)有的應(yīng)變工程技術(shù)更高之兼容性。
在其它實(shí)施例中，可在各別的主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)中形成不同類型的應(yīng) 變引發(fā)材料，以便個(gè)別地增強(qiáng)晶體管特性。例如，為達(dá)到此一目的，
可將適當(dāng)?shù)钠帘螜C(jī)制(masking regime)用來(lái)在個(gè)別的主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)中形 成適當(dāng)?shù)陌继帲缓罂蓪⒏鲃e的磊晶生長(zhǎng)技術(shù)用來(lái)在未被覆蓋的凹處 中形成不同類型的半導(dǎo)體合金。在其它的例子中，可將注入技術(shù)用來(lái) 導(dǎo)入所需的原子物種，以便形成具有所需特性之適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體合金。 此外，當(dāng)注入制程因所需的高濃度而無(wú)法有效率地提供其中一個(gè)組成 部分(component)時(shí)，可將選擇性磊晶生長(zhǎng)技術(shù)與注入技術(shù)有效率地結(jié) 合，以便提供不同類型的應(yīng)變半導(dǎo)體材料。例如，可根據(jù)結(jié)合的制造 機(jī)制而有效率地提供硅/碳及硅/鍺，該結(jié)合的制造機(jī)制包括選擇性磊晶生長(zhǎng)制程，用以提供為了得到所需的應(yīng)變程度而通常需要之高鍺 濃度，同時(shí)可根據(jù)經(jīng)過適當(dāng)設(shè)計(jì)的注入制程而有效率地將碳加入各別 的基于硅的材料。
在其它實(shí)施例中，可提供更高程度的靈活性，這是因?yàn)榭梢耘c關(guān) 于在溝道區(qū)中提供之半導(dǎo)體合金分離之方式，形成漏極及源極區(qū)中之 應(yīng)變半導(dǎo)體材料，以便能夠個(gè)別地調(diào)整與較優(yōu)的能帶間隙特性有關(guān)之 溝道特性，且仍然可在漏極及源極區(qū)中提供適當(dāng)?shù)膽?yīng)變半導(dǎo)體材料， 而實(shí)現(xiàn)高效率的應(yīng)變引發(fā)機(jī)構(gòu)。
當(dāng)了解，本發(fā)明之原理極有利于具有等于或遠(yuǎn)小于100奈米的柵
極長(zhǎng)度之先進(jìn)晶體管組件的背景(context)，這是因?yàn)楸景l(fā)明可獲得與驅(qū)
動(dòng)電流能力有關(guān)的顯著改良，且仍可使用已為大家接受的晶體管結(jié)構(gòu) 及制程技術(shù)。因此，可顯著地增強(qiáng)根據(jù)目前實(shí)施的技術(shù)節(jié)點(diǎn)而形成的 晶體管組件之性能，且亦可提供對(duì)目前實(shí)施的制造技術(shù)之可測(cè)量性。
圖la是半導(dǎo)體裝置(100)之剖面示意圖，該半導(dǎo)體裝置(100)可包含 基材(IOI)，基材(101)代表可用來(lái)在其上形成主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)(103)之任何 適當(dāng)?shù)妮d體材料。例如，半導(dǎo)體基材(101)可代表在其上形成有適當(dāng)?shù)?結(jié)晶半導(dǎo)體層之結(jié)晶半導(dǎo)體材料，且可諸如以各別的隔離結(jié)構(gòu)(102)在 基材(101)中界定主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)(103)。在一個(gè)實(shí)施例中，基材(101)可代 表可以基體硅(bulk silicon)基材或絕緣層上覆硅(Silicon On Insulator;簡(jiǎn) 稱SOI)基材(亦即可在埋入絕緣層(圖中未示出)上形成基于硅之半導(dǎo) 體層的基材)之形式提供的基于硅之基材。當(dāng)了解，基于硅之半導(dǎo)體材 料被理解為一種包含諸如等于或大于50原子百分率(atomic percent) 的硅等的大量的硅的材料，而也可能存在有其它的非硅物種，但是該 物種的濃度比硅小。如前文所述，目前及可預(yù)見的未來(lái)系根據(jù)硅而形 成諸如微處理器及高密度儲(chǔ)存裝置等的復(fù)雜集成電路，這是因?yàn)楣璧?充分供應(yīng)以及與硅處理等有關(guān)的大量實(shí)際知識(shí)等的因素，其中局部地 提供諸如鍺、碳、砷化鎵(gallium arsenic)、或任何其它適當(dāng)之物種等的 其它半導(dǎo)體材料時(shí)，可容許局部地調(diào)整諸如應(yīng)變及能帶間隙等的各別 特性。
在本發(fā)明的揭示中，在柵極圖案化制程之前，可先將對(duì)各別材料 特性的局部修改應(yīng)用于主動(dòng)區(qū)(103)的大部分，以便也得到仍待在主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)(103)中形成的溝道區(qū)中之經(jīng)過修改的特性。請(qǐng)注意，術(shù)語(yǔ)"主 動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)"意指可接受適當(dāng)?shù)膿诫s劑分布以便在其中界定各別的 PN接面之半導(dǎo)體區(qū)。例如，主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)(103)可包括基于硅之半導(dǎo) 體材料，可在該材料中或該材料上形成至少一個(gè)晶體管組件，且可由
隔離結(jié)構(gòu)(102)將該至少一個(gè)晶體管組件與鄰近的電路組件橫向地隔 離。對(duì)于選擇性地修改主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)(103)中的材料特性而言，在一個(gè) 實(shí)施例中，可提供適當(dāng)?shù)奈g刻及生長(zhǎng)屏蔽(104)，該屏蔽(104)可根據(jù)裝 置及制程要求而露出主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)(103)的特定部分。通?？捎扇魏芜m 當(dāng)?shù)牟牧闲纬善帘?104)，該材料可耐受蝕刻氣體(105)，且可耐受在去 除半導(dǎo)體區(qū)(103)的特定部分之后用來(lái)以磊晶法生長(zhǎng)適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體材料 的后續(xù)之沉積氣體。當(dāng)了解，雖然隔離結(jié)構(gòu)(102)亦可被用來(lái)作為蝕刻 及生長(zhǎng)屏蔽，但是屏蔽(104)通?？赡鼙仨毟采w諸如不同晶體管類型的 主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)等其它的裝置區(qū)，以便可以可靠地避免半導(dǎo)體材料的對(duì) 應(yīng)之沉積。此外，蝕刻及生長(zhǎng)屏蔽(104)可界定適當(dāng)?shù)拈_孔(104C)，以 便露出半導(dǎo)體區(qū)(103)的所需部分。例如，如果需要某一量的被橫向設(shè) 置之"樣板(template)"材料，則可形成各別的開孔(104C)，以便露出該 區(qū)(103)的橫向部分(lateral portion),且同時(shí)覆蓋各別的邊緣部分，而蝕 刻制程(105)的特性亦可決定開孔(104C)的最后得到之尺寸。亦即，視 蝕刻制程(105)的等向性程度而定，可能實(shí)現(xiàn)較多或較少顯著程度的蝕 刻不足(under-etching)。蝕刻及生長(zhǎng)屏蔽(104)可包括蝕刻終止層(104B) 以及實(shí)際屏蔽層(104A)，以便在后來(lái)的制造階段中協(xié)助對(duì)屏蔽(104)的 后續(xù)去除。例如，可由氮化硅構(gòu)成屏蔽層(104A)，而可以二氧化硅的 形式提供蝕刻終止層(104B)。然而，當(dāng)了解，可將任何其它適當(dāng)?shù)牟牧?用于屏蔽(104)，只要相對(duì)于主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)(103)內(nèi)仍待形成的半導(dǎo)體材 料可選擇性地去除屏蔽(104)即可。
用來(lái)形成圖la所示的半導(dǎo)體裝置(100)之典型流程可包含下列程 序。在提供了其上形成有諸如基于硅之半導(dǎo)體層等的各別半導(dǎo)體層的 基材(101)之后，在某些實(shí)施例中，可形成隔離結(jié)構(gòu)(102)，且可根據(jù)己 為大家接受的涉及先進(jìn)光微影(photolithography)、蝕刻、沉積、及平坦 化(planarization)制程之溝槽隔離技術(shù)，而實(shí)現(xiàn)隔離結(jié)構(gòu)(102)的形成。 例如，當(dāng)考慮SOI架構(gòu)時(shí)，可在各別的半導(dǎo)體層中以向延伸下到埋入
ii絕緣層之方式形成各別的隔離溝槽，因而界定了主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)(103)的 尺寸。在代表基體晶體管結(jié)構(gòu)之實(shí)施例中，各別的隔離溝槽可向下延 伸到指定的深度，以便界定該區(qū)(103)。在形成了各別的隔離溝槽之后， 可在溝槽開孔中形成諸如二氧化硅或氮化硅等的適當(dāng)?shù)牟牧?，其中隨
后可根據(jù)諸如化學(xué)機(jī)械研磨(Chemical Mechanical Polishing;簡(jiǎn)稱CMP)
等的已為大家接受的平坦化技術(shù)去除任何過量的材料。
然后可諸如根據(jù)用來(lái)形成蝕刻終止層(104B)之已為大家接受的沉 積技術(shù)以及(在有需要的情形下)接續(xù)的屏蔽層(104A)之沉積，而形成屏 蔽(104)。例如，電漿增強(qiáng)式化學(xué)氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition;簡(jiǎn)稱PECVD)是用于諸如二氧化硅及氮化硅等的復(fù) 數(shù)種適當(dāng)?shù)慕殡姴牧现夹g(shù)中已為大家接受的沉積技術(shù)。當(dāng)了解，如 果要提供蝕刻終止層(104B)，則亦可以氧化制程形成蝕刻終止層 (104B)。然后，可執(zhí)行對(duì)應(yīng)的微影制程，以便形成用來(lái)圖案化屏蔽層 (104A)以容納開孔(104C)之諸如光阻屏蔽等的蝕刻屏蔽。在此制造階段 中提供蝕刻終止層(104B)對(duì)下列狀況可能是有利的適當(dāng)?shù)乜刂茖?duì)應(yīng)的 蝕刻制程，以便可實(shí)質(zhì)上避免在屏蔽層(104A)的圖案化期間不受控制 地去除了主動(dòng)區(qū)(103)中的材料。因此，在將蝕刻終止層(104B)中產(chǎn)生 開孔及建立了蝕刻氣體(105)之后，可在整個(gè)基材(101)上得到該制程 (105)的高度一致性?？筛鶕?jù)已為大家接受的與屏蔽(104)有關(guān)的高選擇 性之蝕刻化學(xué)法而執(zhí)行蝕刻制程(105)，以便有效率地自主動(dòng)區(qū)(103)去 除材料。
圖lb以示意圖標(biāo)出在完成了蝕刻制程(105)之后的半導(dǎo)體裝置 (100)。因此，在主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)(103)中形成了各別的開孔(103A)，其中 如前文所述，可根據(jù)開孔(104C)的尺寸及蝕刻制程(105)的特性而控制 開孔(103A)的各別形狀及尺寸。例如，如果可能需要各別的橫向部分 (103L)以供進(jìn)一步地處理裝置(100)，則可使用高度非等向性蝕刻配方 (highly anisotropic etch recipe)。在其它實(shí)施例中，當(dāng)該區(qū)(103)的實(shí)質(zhì)上 整個(gè)表面將要被去除時(shí)，可在制程(105)中選擇適度高的等向性，其中 輕微的對(duì)準(zhǔn)不正確可能不是關(guān)系重大的，這是因?yàn)榈认蛐孕袨槿匀豢?去除橫向部分(103L)，而另一方面，隔離結(jié)構(gòu)(102)的任何露出部分亦 可具有相當(dāng)高的蝕刻選擇性，因而實(shí)質(zhì)上避免隔離結(jié)構(gòu)(102)的大量材
12料被去除。尤其在考慮SOI結(jié)構(gòu)時(shí)，可調(diào)整開孔(103A)的深度(103D)， 使主動(dòng)區(qū)(103)內(nèi)仍可保持足夠量的樣板材料(103T)。例如，在復(fù)雜的 SOI應(yīng)用中，開孔(103A)的底部上的樣板材料的殘余厚度之范圍可自 大約1奈米至數(shù)奈米。在此種情形中，可諸如將蝕刻終止層(104B)用 來(lái)界定蝕刻制程(105)的一致之起始點(diǎn)，而實(shí)現(xiàn)蝕刻制程(105)的高度之 一致性，因而在保持該材料(103T)上提供了對(duì)應(yīng)的可靠性。然后，可準(zhǔn) 備圖lb所示之裝置(100)，以供后續(xù)的選擇性磊晶生長(zhǎng)制程。例如，可 根據(jù)己為大家接受的清洗制程而去除因先前蝕刻制程而產(chǎn)生的污染。
圖lc以示意圖標(biāo)出在選擇性磊晶生長(zhǎng)制程(106)期間之半導(dǎo)體 (100)，在該期間中，當(dāng)材料(103T)代表基于硅的材料時(shí)，可以半導(dǎo)體 合金之方式提供之適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體材料將開孔(103A)填充到所需的高 度。在一個(gè)實(shí)施例中，可將半導(dǎo)體材料(107)形成為具有所需的混合比 例以便提供所需的材料特性之硅/鍺合金。例如，高達(dá)大約30原子 百分率的鍺濃度可提供高內(nèi)應(yīng)變，這是因?yàn)榭稍跇影宀牧?103T)上生長(zhǎng) 材料(107)，因而實(shí)質(zhì)上適應(yīng)該材料(103T)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。在硅/鍺材料 的例子中，材料(107)的對(duì)應(yīng)之晶格間距可小于硅/鍺的自然晶格間距， 因而形成了壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體合金。 一般而言，因?yàn)楣?鍺材料可具有 比硅小的能帶間隙，所以可得到增強(qiáng)之導(dǎo)電率，仍在主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)(103) 中形成的具有磊晶生長(zhǎng)材料(107)之溝道區(qū)中亦可提供該增強(qiáng)的導(dǎo)電 率。此外，因?yàn)楣?鍺材料中之諸如散射事件可比硅材料中減少，所 以硅/鍺溝道區(qū)可得到比傳統(tǒng)的先進(jìn)晶體管之硅溝道區(qū)又更增強(qiáng)之導(dǎo) 電率。
因?yàn)閺?fù)數(shù)個(gè)不同的材料特性可同時(shí)影響仍待形成的溝道區(qū)之整體 導(dǎo)電率，所以材料(107)所提供的應(yīng)變量無(wú)法如傳統(tǒng)方法中只為了引發(fā) 鄰近硅溝道區(qū)中之應(yīng)變而提供應(yīng)變硅/鍺材料之情形一樣地代表最主 要的態(tài)樣。更確切地說(shuō)，應(yīng)變的量可能是復(fù)數(shù)個(gè)因素中之一個(gè)因素， 而該復(fù)數(shù)個(gè)因素合而提供了所需的性能提高。例如，可使用較低的鍺 濃度，但因經(jīng)過修改的溝道區(qū)而仍然得到較高的晶體管性能，因而也 提供了與對(duì)裝置(100)的進(jìn)一步處理有關(guān)之更高程度的靈活性。例如， 在諸如有關(guān)完成了晶體管之后形成金屬硅化物、以及形成適當(dāng)?shù)臇艠O 絕緣層等的對(duì)裝置(100)之進(jìn)一步處理期間，極高的鍺濃度可能造成可靠性問題。
在其它實(shí)施例中，可根據(jù)任何適當(dāng)?shù)那膀?qū)物(precursor)材料而執(zhí)行 磊晶生長(zhǎng)(106)，以便提供具有所需混合比例的材料(107)。例如，如果 硅/碳混合物被認(rèn)為對(duì)所考慮的裝置是適當(dāng)?shù)模瑒t可形成具有拉伸應(yīng) 變的各別之半導(dǎo)體材料(107)。我們當(dāng)了解，考慮到對(duì)該裝置的進(jìn)一步 處理，可提供具有適當(dāng)?shù)奶畛涓叨鹊牟牧?107)，而該填充高度在某些 實(shí)施例中代表至少相當(dāng)于隔離結(jié)構(gòu)(102)的高度之高度。因此，與傳統(tǒng) 的方法相反，可提供具有高達(dá)隔離結(jié)構(gòu)(102)的高度的材料(107)，而補(bǔ) 償或至少減少圖la所示的主動(dòng)區(qū)(103)與隔離結(jié)構(gòu)(102)間之任何高度 差。在某些情況中，甚至可提供某些過量的材料，且可在以后去除該 過量的材料，以便得到較佳平坦性。在磊晶生長(zhǎng)制程(106)之后，可去 除屏蔽(104)，其中可使用具有與材料(107)有關(guān)的所需程度的蝕刻選擇 性之適當(dāng)?shù)奈g刻化學(xué)劑(chemistry)。例如，如果考慮到硅/鍺，則各別 的選擇性蝕刻配方是嵌入式硅/鍺材料的傳統(tǒng)技術(shù)中已為大家接受的 配方。在其它實(shí)施例中，當(dāng)無(wú)法使用可提供所需高程度的選擇性之對(duì) 應(yīng)的蝕刻化學(xué)劑時(shí)，可形成犧牲材料(圖中未示出)，以便覆蓋該材料 (107)。例如，可沈積諸如聚合物材料等的各別材料，并去除該聚合物 材料的過量材料，以便可靠地露出屏蔽(104)，同時(shí)仍然覆蓋該材料 (107)，而完成上述形成犧牲材料之步驟。然后，可執(zhí)行各別的蝕刻制 程，以便去除屏蔽(104)，其中覆蓋的犧牲材料可以可靠地保護(hù)該材料 (107)。在此種情形中，該犧牲材料與蝕刻屏蔽(104)間之顯著的選擇性 可能不是必要的，只要這些材料在所考慮的制程期間有可供比較的蝕 刻率即可。在去除了蝕刻屏蔽(104)之后，可以前文所述之方式執(zhí)行適 當(dāng)?shù)钠教够瞥蹋渲锌筛鶕?jù)CMP制程等的制程而完成該平坦化制 程。因此，可在實(shí)質(zhì)上平坦的表面上執(zhí)行諸如柵極圖案化制程等的進(jìn) 一步制程。
圖ld以示意圖標(biāo)出在進(jìn)一歩的先進(jìn)制造階段中之半導(dǎo)體裝置 (100)。在包含半導(dǎo)體材料(107)之主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)(103)中及之上形成晶體 管(150)。晶體管(150)可包括柵極絕緣層(109)上形成之柵電極(108)，該 柵極絕緣層(109)將柵電極(108)與各別的溝道區(qū)(110)隔離。此外，可在 柵電極(108)的側(cè)壁上形成間隔物結(jié)構(gòu)(112)，且可在主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)(103)
14形成具有各別的垂直及橫向摻雜劑分
布(dopant profile)之各別的漏極及源極區(qū)(l 11)。
可根據(jù)下文所述之制程而形成圖ld所示之半導(dǎo)體裝置(100)。在去 除蝕刻屏蔽(104)之前或之后，可因調(diào)整溝道摻雜劑濃度所需，而在主 動(dòng)區(qū)(103)中(且因而在磊晶生長(zhǎng)的半導(dǎo)體材料(107)內(nèi))建立各別的垂直 摻雜劑分布。例如，在磊晶生長(zhǎng)制程(106)期間，如有需要，可將某些 必須的基本慘雜劑濃度加入該材料(107)中，以便提供特定井區(qū)摻雜 (well doping),其中可根據(jù)經(jīng)過適當(dāng)設(shè)計(jì)的注入制程而建立對(duì)應(yīng)的溝道 摻雜劑濃度。在其它的情形中，可執(zhí)行任何適當(dāng)?shù)淖⑷胫瞥绦蛄?，?便在主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)(103)內(nèi)建立必須的垂直摻雜劑濃度。當(dāng)了解，在某 些實(shí)施例中，可在去除蝕刻屏蔽(104)之前，先執(zhí)行該各別的注入制程， 因而可將蝕刻屏蔽(104)用來(lái)作為有效率的注入屏蔽，以便保護(hù)諸如可 能需要不同類型的溝道摻雜劑之其它晶體管區(qū)等的其它的裝置區(qū)。然 后，可以前文所述之方式去除蝕刻屏蔽(104)，或者可根據(jù)傳統(tǒng)CMOS 策略中尤其適用于形成各別溝道摻雜劑的屏蔽機(jī)制，而繼續(xù)執(zhí)行進(jìn)一 步的制程。然后，可形成柵極絕緣層(109)，其中在某些實(shí)施例中，諸 如當(dāng)該材料(107)無(wú)法形成通常可被用于傳統(tǒng)基于硅之CMOS技術(shù)之 適當(dāng)?shù)脑趸?native oxide)時(shí)，可使用任何適當(dāng)?shù)某练e技術(shù)。
例如，可以諸如高k值材料等的任何適當(dāng)?shù)牟牧闲纬蓶艠O絕緣層 (109)，其中可將適當(dāng)?shù)募挤ㄓ糜谠跓o(wú)法形成原生氧化物的材料上形成 柵極絕緣層(109)之先前技術(shù)，且亦可將這些技法應(yīng)用于本發(fā)明之實(shí)施 例。同樣地，如果可使用諸如氮化硅等的其它的介電材料，則對(duì)應(yīng)的 制造序列可根據(jù)用來(lái)在基于硅之溝道區(qū)上形成介電材料之已為大家接 受的技法，以便最后可得到溝道區(qū)(110)與柵極絕緣層(109)間之穩(wěn)定的 界面。在其它實(shí)施例中，可形成基于氧化物的材料，其中該材料(107) 可形成穩(wěn)定的原生氧化物。在其它實(shí)施例中，如將于下文中參照?qǐng)D3a 至圖3b而更詳細(xì)說(shuō)明的，可形成基于二氧化硅之柵極絕緣層(109)。然 后，可根據(jù)已為大家接受的技術(shù)(這些技術(shù)包括諸如沈積諸如多晶硅等 的適當(dāng)之柵電極材料、以及接續(xù)的包含先進(jìn)微影及蝕刻技術(shù)的適當(dāng)之 圖案化制程)而形成柵電極(108)。然后，可注入適當(dāng)?shù)膿诫s劑物種，而 界定漏極/源極區(qū)(lll)，其中根據(jù)該等區(qū)(lll)的垂直及橫向摻雜劑分
15布之所需復(fù)雜度，側(cè)壁間隔物結(jié)構(gòu)(112)可提供適當(dāng)?shù)钠帘螜C(jī)制。又請(qǐng) 注意，亦可視需要而執(zhí)行諸如暈圈注入(halo implantation)以及非晶化注 入(amorphization implantation)等的任何其它注入制程序列，以便得到漏 極及源極區(qū)(lll)的所需特性。此外，可執(zhí)行諸如基于雷射的或基于閃 光的退火制程(flash-based anneal process)、或任何其它類似的快速退火 制程等適當(dāng)?shù)耐嘶鹬瞥?，以便活化漏極及源極區(qū)(lll)中之摻雜劑，且 亦使注入誘發(fā)的晶格損傷再結(jié)晶。此外，如果漏極及源極區(qū)(lll)以與 門電極(108)中需要有增強(qiáng)之導(dǎo)電率的各別硅化物區(qū)，則可執(zhí)行適當(dāng)?shù)?硅化制程。
因此，晶體管(150)可包括半導(dǎo)體材料(107)，而半導(dǎo)體材料(107)可 代表諸如硅/鍺、鎵/砷、硅/硼等的任何適當(dāng)材料，該等材料可提 供溝道區(qū)(110)中之適當(dāng)?shù)膽?yīng)變，同時(shí)也提供了與電荷載子散射以及能 帶間隙能量等的因素有關(guān)的各別特性。例如，各別的PN接面(111P) 可具有在該材料(107)內(nèi)形成的相當(dāng)大的部分，因而可通過選擇材料 (107)的成分，而有效率地設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)的接面特性。
圖le以示意圖標(biāo)出根據(jù)進(jìn)一歩的實(shí)施例之半導(dǎo)體裝置(IOO)，其中 可根據(jù)注入制程(113)而形成半導(dǎo)體材料(107)。在某些實(shí)施例中，當(dāng)要 形成不同類型的半導(dǎo)體合金時(shí)，可將注入制程(113)與選擇性磊晶生長(zhǎng) 制程有效率地結(jié)合。在圖le中，裝置(100)可包括屏蔽(104)，該屏蔽(104) 可露出整個(gè)主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)(103)的所需部分。因?yàn)榭蓪?shí)質(zhì)上在室溫下執(zhí) 行注入制程(113)，所以可以光阻屏蔽之形式提供注入屏蔽(104)，因而 顯著地減少了用來(lái)形成半導(dǎo)體合金(107)的制程復(fù)雜性。例如，如果適 度低濃度的非硅物種己可提供所需的應(yīng)變及其它特性，則可易于根據(jù) 仿真及工程經(jīng)驗(yàn)而得到制程(113)之適當(dāng)?shù)淖⑷雲(yún)?shù)，以便提供半導(dǎo)體 區(qū)(103)內(nèi)的材料(107)。例如，如果硅/碳材料被認(rèn)為適用于半導(dǎo)體合 金(107)，則可由制程(113)導(dǎo)入各別的碳濃度，此外，其中可在實(shí)際加 入該碳物種之前，先執(zhí)行前非晶化注入(pre-amorphization implantation)。 在其它實(shí)施例中，可由注入制程加入具有比鍺的共價(jià)半徑大的共價(jià)半 徑的材料，其中以注入制程得到的濃度可足以獲致所需的特性。在注 入制程(113)之前或之后，且在各別的退火制程之前，在某些實(shí)施例中， 亦可將所需的溝道摻雜劑導(dǎo)入主動(dòng)區(qū)(103)中，其中一或有的前非晶化200780035184.3
說(shuō)明書第14/19頁(yè)
注入制程可導(dǎo)致較高的注入一致性。當(dāng)了解，可執(zhí)行對(duì)應(yīng)的前非晶化 注入步驟，以便可將半導(dǎo)體區(qū)(103)的被指定部分保持在其結(jié)晶狀態(tài)。
在根據(jù)注入制程(113)形成了半導(dǎo)體合金(107)之后，可去除屏蔽(104)，
且亦可如參照?qǐng)Dld所述之方式繼續(xù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理。
圖if以示意圖標(biāo)出根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例之半導(dǎo)體裝置(IOO)。在該 例子中，半導(dǎo)體裝置(100)可包括第一晶體管(150A)以及第二晶體管 (150B),且可根據(jù)前文中參照晶體管(150)所述之制造技術(shù)中之一種制 造技術(shù)而形成每一晶體管。因此，每一晶體管(150A)、 (150B)可分別包 括各別的半導(dǎo)體合金(107A)、 (107B)，且選擇該等半導(dǎo)體合金，以便個(gè) 別地增強(qiáng)晶體管(150A)及(150B)之性能。例如，半導(dǎo)體合金(107A)可代 表用來(lái)增強(qiáng)P溝道晶體管的性能之應(yīng)變半導(dǎo)體材料，而半導(dǎo)體合金 (107B)可代表N溝道晶體管的材料。在其它的例子中，材料(107A)、 (107B)可以是實(shí)質(zhì)上相同的類型，然而，其中可以不同的方式調(diào)整濃度 比率，以便得到晶體管(150A)、 (150B)的不同程度之性能提升。例如， 當(dāng)根據(jù)選擇性磊晶生長(zhǎng)制程而形成各別的材料(107A)、 (107B)時(shí)，可共 同地或個(gè)別地形成諸如開孔(103A)(圖lb)的各別凹處，其中在各別的選 擇性磊晶生長(zhǎng)制程之前，可覆蓋晶體管(150A)、 (150B)其中之一晶體管 的開孔，而可以所需的材料(107A)、 (107B)填充另一開孔。然后，可將 另外的適當(dāng)之屏蔽機(jī)制用來(lái)填充未被填充的凹處，且同時(shí)覆蓋先前被 填充的主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)。在其它實(shí)施例中，當(dāng)可根據(jù)離子注入制程而形 成各別的材料(107A)、 (107B)時(shí)，可使用適當(dāng)?shù)钠帘螜C(jī)制。在另外的某 些實(shí)施例中，可根據(jù)選擇性磊晶生長(zhǎng)制程而形成半導(dǎo)體合金(107A)、 (107B)中之一半導(dǎo)體合金，且可根據(jù)諸如前文所述的制程G13)等的注 入制程而形成材料(107A)、 (107B)其中之另一材料。因此，可實(shí)現(xiàn)各別 調(diào)整各晶體管組件的性能之高程度的靈活性。
如圖所示，在某些實(shí)施例中，當(dāng)需要額外地增加導(dǎo)電率時(shí)，可在 晶體管(150A)、 (150B)中形成各別的金屬硅化物區(qū)(114)。在另外的其它 實(shí)施例中，視晶體管(150A)、 (150B)的導(dǎo)電性類型而定，可提供可具有 相同或不同類型的固有應(yīng)力(intrinsic stress)之各別的應(yīng)力被覆層 (overlayer)(116A)及(116B)。因此，可將各別溝道區(qū)中之諸如合金 (107A)、(107B)等的適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體合金之提供與其它的應(yīng)變引發(fā)機(jī)構(gòu)有效率地結(jié)合，以便進(jìn)一步提高各別晶體管的性能。
請(qǐng)參閱圖2a至圖2d，現(xiàn)在將更詳細(xì)地說(shuō)明進(jìn)一步的實(shí)施例，其中 可個(gè)別地調(diào)整溝道區(qū)以及漏極及源極區(qū)內(nèi)的材料成分，以便在設(shè)計(jì)晶 體管特性時(shí)提供更高程度的靈活性。
在圖2a中，半導(dǎo)體裝置(200)可包含基材(201)，可根據(jù)各別的隔離 結(jié)構(gòu)(202)而在基材(201)之上界定主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)(203)。可將前文中參照 裝置(100)所述之相同的準(zhǔn)則應(yīng)用于組成部分(201)、 (202)、及(203)。此 外，半導(dǎo)體(200)被暴露于蝕刻環(huán)境(205)，以便如虛線所示自主動(dòng)半導(dǎo) 體區(qū)(203)選擇性地去除某些量的材料。當(dāng)了解，可如同圖la中參照屏 蔽(104)所述之方式，在不希望各別的材料去除的其它裝置區(qū)之上提供 各別的蝕刻屏蔽。如圖2a所示，當(dāng)蝕刻制程(205)可包括與隔離結(jié)構(gòu)(202) 有關(guān)的足夠之選擇性時(shí)，各別的蝕刻屏蔽亦可露出隔離結(jié)構(gòu)(202)。當(dāng) 了解，在某些實(shí)施例中，可先在適當(dāng)?shù)难b置區(qū)中形成所需的半導(dǎo)體合 金，然后形成隔離結(jié)構(gòu)(202)，而在稍后的制造階段中界定主動(dòng)半導(dǎo)體 區(qū)(203)。無(wú)論特定的制造策略為何，制程(205)都可將該區(qū)(203)的材料 向下去除到指定的深度，然后可執(zhí)行磊晶制程。
圖2b以示意圖標(biāo)出在完成了蝕刻制程(205)之后且在磊晶生長(zhǎng)制 程(206)期間之半導(dǎo)體裝置(200)，而在該制程(206)中，可將所需的半導(dǎo) 體合金選擇性地沉積到先前蝕刻制程(205)期間形成的開孔(203A;)中。 例如，如果需要用來(lái)調(diào)整溝道導(dǎo)電率的各別特性之特定半導(dǎo)體合金， 同時(shí)需要漏極及源極區(qū)中用來(lái)得到所需應(yīng)變特性之不同的材料，則可 執(zhí)行生長(zhǎng)制程(206)，以便沉積針對(duì)溝道特性而修改的材料成分。例如， 在某些實(shí)施例中，提供具有適度低鍺濃度的硅/鍺合金可能是有利的， 而在各別的溝道區(qū)中可能仍然需要較高程度的拉伸應(yīng)變或壓縮應(yīng)變。 在此種情形中，可在制程(206)期間沉積具有適當(dāng)濃度比率的硅/鍺材 料，其中一般而言，可以前文中參照裝置(100)所述之方式執(zhí)行制程 (206)。
圖2c以示意圖方式示出在進(jìn)一歩的先進(jìn)制造階段中之半導(dǎo)體裝置 (200)，其中可以具有仍待形成的溝道區(qū)所需的材料成分之半導(dǎo)體合金 (207A)填充各別的開孔(203A)。此外，在該制造階段中，裝置(200)可 包括柵電極(208)，且可在用來(lái)將柵電極(208)與溝道區(qū)(210)隔離的柵極
18絕緣層(209)上形成該柵電極(208)。此外，雖然圖中未示出，但是可根
據(jù)裝置的要求而在半導(dǎo)體區(qū)(203)及溝道區(qū)(210)中形成對(duì)應(yīng)的垂直摻雜 劑分布。此外，可在柵電極(208)的側(cè)壁上形成間隔物結(jié)構(gòu)(212)，且可 提供覆蓋層(217)，使間隔物(212)及覆蓋層(217)可包封(encapsulate)柵電 極(20S)。此外，可使裝置(200)暴露于孔穴(cavity)蝕刻制程(218)的蝕刻 環(huán)境(etch ambient)中，以便在該被包封的柵電極(208)之鄰接處形成各 別的凹處。我們當(dāng)了解，對(duì)應(yīng)的蝕刻屏蔽(圖中未示出)可以可靠地覆蓋 其它的裝置區(qū)，以便使這些裝置區(qū)不會(huì)接觸到蝕刻環(huán)境(218)。在蝕刻 制程(218)期間，可去除材料(207A)的露出部分，且可在必要時(shí)去除其 余半導(dǎo)體區(qū)(203)的材料。
圖2d以示意圖標(biāo)出在完成了蝕刻制程(218)之后的半導(dǎo)體裝置 (200)。因此，可在材料(207A)及半導(dǎo)體區(qū)(203)內(nèi)形成各別的凹處或孔 穴(219)。當(dāng)了解，可以獨(dú)立于材料(207A)的厚度之方式選擇凹處(219) 的深度，因而于調(diào)整溝道區(qū)(210)以及仍待形成的漏極及源極區(qū)之垂直 組構(gòu)(configuration)時(shí)，提供了更高程度的靈活性。例如，當(dāng)可根據(jù)選 擇性磊晶生長(zhǎng)制程(206)而形成溝道區(qū)(210)內(nèi)之垂直摻雜劑分布時(shí)，可 在制程(206)期間加入適當(dāng)?shù)膽K雜劑濃度，其中可根據(jù)蝕刻深度及沉積 特性而控制摻雜劑濃度的垂直進(jìn)展。例如，如果需要在延伸的高度中 逐漸減少的各別之逆增式摻雜劑濃度(retrograde dopant concentration), 則可提供對(duì)應(yīng)的凹處(203A)有各別增加的高度，且在形成半導(dǎo)體合金 (207A)期間之摻雜劑濃度可于沉積制程期間以一種適當(dāng)?shù)姆绞娇刂啤?同樣地，如果需要特定的臨界摻雜劑，則可于沉積制程期間于特定高 度上加入所需的摻雜劑濃度。我們當(dāng)了解，亦可實(shí)現(xiàn)裝置(100)的溝道 摻雜劑濃度之對(duì)應(yīng)的調(diào)整，因而需要用來(lái)界定漏極及源極區(qū)之后續(xù)的 注入制程。在形成了凹處(219)之后，可針對(duì)進(jìn)一步的選擇性磊晶生長(zhǎng) 制程而準(zhǔn)備裝置(200)，以便形成可提供必須的應(yīng)變特性之所需的半導(dǎo) 體合金。
圖2e以示意圖標(biāo)出在完成了該選擇性磊晶生長(zhǎng)制程之后因而在半 導(dǎo)體區(qū)(203)中形成了第二半導(dǎo)體合金(207B)之半導(dǎo)體裝置(200)。例如， 可利用提供所需應(yīng)變特性的材料成分形成半導(dǎo)體合金(207B)。因此，可 以一種實(shí)質(zhì)上獨(dú)立之方式實(shí)現(xiàn)溝道特性及應(yīng)變引發(fā)機(jī)構(gòu)。我們當(dāng)了解，可定位可能具有較大量的晶格缺陷之界面(207S),使主動(dòng)區(qū)(203)中仍 待形成的各別之PN接面不會(huì)受到界面(207S)顯著的影響?？蛇m當(dāng)?shù)?選擇界面(207S)與柵電極(208)有關(guān)之橫向偏移(offset)，而實(shí)現(xiàn)上述的定 位。例如，如果提供材料(207A)作為硅/鍺材料，且提供材料(207B) 作為硅/碳混合物，則可得到與能帶間隙以及溝道區(qū)(210)的散射特性 有關(guān)之有利特性，同時(shí)材料(207B)提供了溝道區(qū)(210)中有效率的拉伸 應(yīng)變或壓縮應(yīng)變，因而可導(dǎo)致對(duì)溝道區(qū)(210)中之硅/鍺材料的"過度 補(bǔ)償"。當(dāng)了解，當(dāng)可使用一個(gè)或多個(gè)注入制程以取代一個(gè)或多個(gè)選擇 性磊晶生長(zhǎng)制程時(shí)，可以類似之方式執(zhí)行上述之制造序列。例如，可 根據(jù)如上述選擇性磊晶生長(zhǎng)制程而形成材料(207A)，且可根據(jù)類似于 前文中參照制程(113)所述的注入制程序列而形成材料(207B)。
請(qǐng)參閱圖3a至圖3b，現(xiàn)在將說(shuō)明進(jìn)一步之實(shí)施例，其中可根據(jù)已 為大家接受的技術(shù)而在半導(dǎo)體合金的頂部上形成柵極絕緣層。
在圖3a中，半導(dǎo)體裝置(300)可包括基材(301)，該基材(301)中形 成有可被隔離結(jié)構(gòu)(302)界定之主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)(303)。此外，可在主動(dòng)半 導(dǎo)體區(qū)(303)內(nèi)形成半導(dǎo)體合金(307)，其中可根據(jù)裝置要求而選擇半導(dǎo) 體合金(307)之尺寸及材料成分?？蓪⑶拔闹袇⒄昭b置(100)及(200)所述 之相同準(zhǔn)則應(yīng)用于組成部分(301)、 (302)、及(303)。此外，在半導(dǎo)體合 金(307)之上形成過量材料部分(307E)，且該部分(307E)具有不同的材料 成分，以便能夠形成適當(dāng)?shù)臇艠O絕緣層，而得到與熱穩(wěn)定性等的特性 有關(guān)之較佳特性。在一個(gè)實(shí)施例中，可由硅構(gòu)成過量部分(307E)，以便 能夠應(yīng)用已為大家接受的技術(shù)，而在過量部分(307E)中形成極一致的絕 緣層。
可根據(jù)前文中參照裝置(100)及(200)所述之制程而形成裝置(300)。 例如，可根據(jù)前文所述之任何制程而形成半導(dǎo)體合金(307)。然后，可 根據(jù)選擇性磊晶生長(zhǎng)制程或任何其它適當(dāng)?shù)某练e技術(shù)而形成過量部分 (307E)，其中可根據(jù)被沉積材料的晶性(crystallinity)，而執(zhí)行后續(xù)的再 結(jié)晶制程。例如，在以磊晶或注入等的制程形成了半導(dǎo)體合金(307)之 后，且在去除了諸如蝕刻及生長(zhǎng)屏蔽或注入屏蔽等的任何屏蔽之后， 可根據(jù)磊晶生長(zhǎng)制程而形成過量部分(307E)，其中或者可在生長(zhǎng)制程之 前，先執(zhí)行表面平坦化制程。然后，可使裝置(300)暴露于氧化環(huán)境(320)，以便形成基礎(chǔ)氧化物材料，然后可諸如加入氮而以任何適當(dāng)?shù)姆绞教?理該基礎(chǔ)氧化物材料，以便得到所需的材料特性。在某些實(shí)施例中，
過量部分(307E)可提供柵極絕緣層(309)在該氧化制程(320)之后的所需 厚度，而在其它實(shí)施例中，可執(zhí)行進(jìn)一步的處理，以便得到柵極絕緣 層(309)的所需最終厚度。
圖3b以示意圖標(biāo)出半導(dǎo)體裝置(300)，其中可以諸如可精密控制的 原子層蝕刻制程等的制程減少該層(309)的起始厚度，而在該制程中， 可實(shí)現(xiàn)可精密控制的材料去除，以便最后調(diào)整柵極絕緣層(309)之目標(biāo) 厚度(307T)。當(dāng)了解，在該制程(320)期間，并不必然可將過量部分(307E) 的整個(gè)材料轉(zhuǎn)換為絕緣材料，可能在各別之柵極絕緣層(309)之下提供 起始過量部分(307E)的極小量的材料，然而，該極小量的材料對(duì)半導(dǎo)體 合金(307)中將要形成的各別溝道區(qū)之整體特性可能不會(huì)有顯著的影 響。在某些實(shí)施例中，可在形成柵極絕緣層(309)的期間有意地維持諸 如硅層等的薄半導(dǎo)體層，因而提供了較高的表面穩(wěn)定性，同時(shí)仍然提 供半導(dǎo)體合金(307)中將要形成的溝道區(qū)之增強(qiáng)的導(dǎo)電率特性。當(dāng)了解， 可應(yīng)用或者可與可精密控制的去除制程結(jié)合之諸如氧化制程C320)等的 可精密控制之制程，因而提供了高程度的可控制性、以及與目前被執(zhí) 行的制程技術(shù)有關(guān)之兼容性。因此，在此種方式下，可將根據(jù)已為大 家接受的方法之用來(lái)形成可靠的柵極絕緣層之已為大家接受的技術(shù)與 根據(jù)具有前文所述的所需特性的半導(dǎo)體合金之形成溝道區(qū)的技術(shù)結(jié)合。
因此，本發(fā)明所揭示的主題提供了一種用來(lái)形成先進(jìn)場(chǎng)效晶體管 之技術(shù)，其中各別溝道區(qū)可利用半導(dǎo)體合金的材料特性，因而與諸如 應(yīng)變半導(dǎo)體材料等的額外之應(yīng)變引發(fā)機(jī)構(gòu)結(jié)合時(shí)，可實(shí)現(xiàn)較高之整體 性能。為達(dá)到此一目的，在柵電極的圖案化之前，可先在主動(dòng)半導(dǎo)體 區(qū)中形成適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體合金，其中在各實(shí)施例中，該半導(dǎo)體區(qū)包括基 于硅的材料。因此，可在溝道區(qū)中得到與能帶間隙特性及散射特性等 的特性有關(guān)之優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)仍然可在各別的漏極及源極區(qū)中提供應(yīng)變半 導(dǎo)體材料。
前文所揭示的特定實(shí)施例只是供舉例之用，這是因?yàn)槭煜ご隧?xiàng)技 術(shù)者在受益于本發(fā)明的揭示之后，將可易于以不同但等效之方式修改及實(shí)施本發(fā)明。例如，可按照不同的順序執(zhí)行前文所述之制程步驟。 此外，除了在最后的申請(qǐng)專利范圍中所述者之外，本發(fā)明將不受本說(shuō) 明書中示出的結(jié)構(gòu)或設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)之限制。因而顯然可改變或修改前文揭 示的特定實(shí)施例，且將所有此類的變化視為在本發(fā)明的范圍及精神內(nèi)。 因此，最后的申請(qǐng)專利范圍將述及本發(fā)明所尋求的保護(hù)。
權(quán)利要求
1、一種半導(dǎo)體裝置(100、200、300)，包括第一應(yīng)變溝道區(qū)(107、107A、207A、307)，該第一應(yīng)變溝道區(qū)包含第一非硅物種以及至少一第一溝道摻雜劑物種，該第一非硅物種的濃度高于該至少一第一溝道摻雜劑物種的濃度；以及第一應(yīng)變漏極及源極區(qū)(107、107A、207B)，該第一應(yīng)變漏極及源極區(qū)包含第一摻雜劑物種以及第二非硅物種，該第二非硅物種與硅結(jié)合而形成第一應(yīng)變半導(dǎo)體材料。
2、 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置(IOO、 200、 300)，其中，該第一及第二非硅物種是相同的物種。
3、 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置(IOO、 200、 300)，進(jìn)一步包括第二應(yīng)變溝道區(qū)(107B)，該第二應(yīng)變溝道區(qū)包含第三非硅物種以 及至少一第二溝道摻雜劑物種，該第三非硅物種的濃度高于該至少 一第二溝道摻雜劑物種的濃度；以及第二應(yīng)變漏極及源極區(qū)(107B)，該第二應(yīng)變漏極及源極區(qū)包含第 二摻雜劑物種以及第四非硅物種，該第四非硅物種與硅結(jié)合而形成 第二應(yīng)變半導(dǎo)體材料，其中，至少該第四非硅物種不同于該第二非 硅物種。
4、 一種方法，包括下列步驟在第一主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)(103、 203、 303)中形成第一半導(dǎo)體合金 (107、 107A、 207A、 307);在包括該第一半導(dǎo)體合金(107、 107A、 207A)的該第一主動(dòng)半導(dǎo) 體區(qū)之上形成柵電極(108、 208);以及在該第一主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)(103、 203、 303)中形成第一晶體管(150、 150A、 200)的漏極及源極區(qū)(107、 107A、 207B)。
5、 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，形成該漏極及源極區(qū)(107、 107A、 207B)的該步驟包括下列步驟在該第一主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)(103、 203、 303)中形成應(yīng)變半導(dǎo)體材料(107、 107A、 107B、 207B、 307)。
6、 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，形成該第一半導(dǎo)體合金(107、107A、 207A、 307)的該步驟包括下列步驟在該第一主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)(103、 203、 303)中形成凹處(103A、 203A);以及將該第一半導(dǎo)體合金(107、 107A、 207A、 307)填入該凹處(103A、 203A)。
7、 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，形成該第一半導(dǎo)體合金(107、 107A、 207A、 307)的該步驟包括下列步驟將至少一物種注入該第一主動(dòng)半 導(dǎo)體區(qū)(103、 203、 303)中。
8、 如權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)一步包括下列步驟將第一溝道摻 雜劑導(dǎo)入該第一半導(dǎo)體合金(107、 107A、 207A、 307)中。
9、 如權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)一步包括下列步驟 在該第一半導(dǎo)體合金(307)之上形成過量部分(307E)，該過量部分(307E)具有與該第一半導(dǎo)體合金(307)的材料成分不同的材料成分；以 及在該過量部分(307E)中形成柵極絕緣層(309)。
10、 如權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)一步包括下列步驟在形成該第一 晶體管(150A)的該柵電極(108)之前，先在第二主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)(103)中形 成第二半導(dǎo)體合金(107B)，該第二半導(dǎo)體合金(107A)不同于該第一半導(dǎo) 體合金(107B)。
11、 一種方法，包括下列步驟在場(chǎng)效晶體管(150、 150A、 150B、 200)的漏極及源極區(qū)以及溝 道區(qū)(l 10、 210)中局部地形成應(yīng)變半導(dǎo)體材料(107、 207、 207A、 207B);在該應(yīng)變半導(dǎo)體材料(107、 207、 207A、 207B)之上形成柵電極 (108、 208);以及在該漏極及源極區(qū)與該溝道區(qū)(IIO、 120)之間的界面處形成PN 接面(111P)。
全文摘要
在柵極圖案化(patterning)之前，先在基于硅之主動(dòng)半導(dǎo)體區(qū)中形成半導(dǎo)體合金(107，107A，107B，207A，207B，307)，因而除了該半導(dǎo)體合金的應(yīng)變引發(fā)效應(yīng)(strain-inducing effect)之外，亦可利用該半導(dǎo)體合金本身的材料特性。因此，可比在漏極及源極區(qū)中使用應(yīng)變半導(dǎo)體合金的傳統(tǒng)方法更進(jìn)一步增強(qiáng)先進(jìn)場(chǎng)效晶體管之裝置性能。
文檔編號(hào)H01L29/10GK101517741SQ200780035184
公開日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2007年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月31日
發(fā)明者A·魏, F·維爾貝萊特, R·博施克 申請(qǐng)人:先進(jìn)微裝置公司