專利名稱：一種記憶淺槽隔離局部應(yīng)力的mos器件柵的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，尤其涉及關(guān)于MOS器件柵的形成方法來記憶淺槽隔離區(qū)(Shallow Trench Isolation，縮寫為STI)引入到半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSFET)溝道區(qū)的應(yīng)力。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體集成電路自誕生以來，一直按照摩爾定律飛速的發(fā)展，器件的特征尺寸已經(jīng)進(jìn)入到納米數(shù)量級，隨之而來的短溝道效應(yīng)限制了器件性能的進(jìn)一步提高。采用應(yīng)變硅技術(shù)可以通過提高半導(dǎo)體器件的載流子遷移率來提高器件的電流驅(qū)動能力，而且與現(xiàn)有的工藝技術(shù)有良好的兼容性。在應(yīng)變硅技術(shù)中，金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(M0SFET，也就是M0S)溝道區(qū)的張應(yīng)力能夠提升電子的遷移率，壓應(yīng)力能夠提升空穴的遷移率。一般而言，在N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(NM0SFET，也就是NM0S)的溝道區(qū)引入張應(yīng)力來提升NMOS器件的性能，在 P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(PM0SFET，也就是PM0S)的溝道區(qū)引入壓應(yīng)力來提升PMOS 器件的性能。目前，已經(jīng)報道了多種應(yīng)力引入技術(shù)，按照應(yīng)力引入的方式，應(yīng)變硅技術(shù)主要分為全局應(yīng)變和局部應(yīng)變。全局應(yīng)變，是指在整個晶圓表面外延一層具有不同晶格常數(shù)的贗晶層，如鍺硅虛擬襯底(SiGe Virtual Substrate)，絕緣層上的鍺硅(SiGe On Insulator, 縮寫為SG0I)等；局部應(yīng)變，是指僅在半導(dǎo)體器件的溝道區(qū)域內(nèi)引入應(yīng)變，如刻蝕停止阻擋層(Contact Etch Stop Liners，縮寫為 CESL)，淺槽隔離(Shallow Trench Isolation，縮寫為STI)和應(yīng)變記憶(Stress Memorization Technique，縮寫為SMT)等。相比制造復(fù)雜，成本較高的全局應(yīng)變技術(shù)而言，局部應(yīng)變技術(shù)與現(xiàn)有的互補金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管 (Complementary Metal Oxide Semiconductor Transistor，縮寫為CMOS)工藝技術(shù)具有良好的兼容性，且制造方法簡單，成本較低，受到業(yè)界的廣泛青睞。但是目前的局部應(yīng)力引入技術(shù)仍然存在著一些不足。當(dāng)前半導(dǎo)體器件的摻雜工藝不可避免的要采用離子注入工藝來完成。以STI應(yīng)力引入技術(shù)為例，它作為MOS器件的隔離區(qū)域在器件摻雜工藝之前形成，對器件的源/漏(S/D) 18/20區(qū)域進(jìn)行離子注入時，會弛豫掉部分來自STI區(qū)的應(yīng)力，使得傳遞到MOS器件溝道區(qū)的應(yīng)力降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了減少由STI區(qū)傳遞到溝道區(qū)的應(yīng)力在后續(xù)工藝中產(chǎn)生的應(yīng)力弛豫，特提供了一種能夠記憶STI區(qū)引入到MOS器件柵下面溝道區(qū)應(yīng)力的柵的形成方法。 它具有在對MOS器件源/漏區(qū)進(jìn)行離子注入摻雜工藝后，甚至撤去STI區(qū)的應(yīng)力源之后，仍保持STI引入到溝道區(qū)的初始應(yīng)力值的能力。因此，與常規(guī)的STI應(yīng)力引入方法相比，采用本發(fā)明可獲得更大的溝道應(yīng)力。

本發(fā)明的STI應(yīng)力記憶的MOS器件結(jié)構(gòu)(以PM0SFET，也就是PMOS為例)如附圖2 該MOS器件包括有制作PMOS器件的半導(dǎo)體襯底10，源漏區(qū)20，PMOS器件的溝道區(qū)M，柵極32，柵氧化層28，側(cè)墻36，覆蓋層40以及淺槽隔離(STI) 12。與已知STI應(yīng)力引入技術(shù)的不同之處在于，在形成PMOS器件的柵極時，分兩步制作來完成，第一步在柵氧化層形成之后，在柵氧化層之上淀積具有流性性質(zhì)的柵材料(如非晶硅，α -Si，無定形硅)，并刻蝕形成柵極，然后在側(cè)墻形成之后，在柵上淀積一層覆蓋層 (如Si02材料)；第二步將淀積了覆蓋層的器件采用高溫退火、或快速熱退火、或激光退火、 或是快速熱退火與激光退火相結(jié)合處理，使流性性質(zhì)的柵材料變成剛性性質(zhì)的柵材料(如非晶硅變?yōu)槎嗑Ч?。本發(fā)明的應(yīng)力記憶原理為流性性質(zhì)材料與剛性性質(zhì)材料粘性的差異，流性性質(zhì)的材料粘度較小，在外力作用下能引起較大的應(yīng)變，而剛性性質(zhì)的材料粘度較大，在外力作用下不會發(fā)生應(yīng)變。在本發(fā)明中，STI區(qū)12引入的到溝道區(qū)M中的應(yīng)力，通過柵氧化層觀對柵極材料32產(chǎn)生力的作用，使得粘度較小的流性性質(zhì)的柵電極材料產(chǎn)生較大的應(yīng)變，在對MOS器件進(jìn)行高溫退火或是激光退火處理之后，粘度較小的流性性質(zhì)的柵電極變?yōu)檎扯容^大的剛性性質(zhì)的柵電極，從而保持或記憶了原有的應(yīng)變。由上述可見，本發(fā)明提供的具有應(yīng)力記憶的MOS器件柵的形成方法，即使在去掉 STI應(yīng)力源之后，仍能很好的保留STI區(qū)傳遞溝道區(qū)的應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)變，即記憶了 STI區(qū)傳遞到溝道的應(yīng)力，因而避免了在器件制作工藝步驟中對溝道應(yīng)力產(chǎn)生的部分弛豫。


圖1，是使用了現(xiàn)有的對N0MSFET采用源漏嵌入式碳化硅技術(shù)(SiC S/D)在溝道區(qū)引入張應(yīng)力，PM0SFET采用STI技術(shù)在溝道區(qū)引入壓應(yīng)力的 CMOS器件的基本結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。其中，1——源漏嵌入式碳化硅(輕摻雜的LDD結(jié)構(gòu)未畫出)，2PM0S源漏區(qū)，3——淺槽隔離區(qū)，4——CMOS器件的鈍化層。圖2，圖3是本發(fā)明的兩個實施例的剖面圖。圖2是柵記憶STI引入壓應(yīng)力的PMOS 器件的剖面結(jié)構(gòu)圖。圖3，是柵記憶STI引入壓應(yīng)力的CMOS器件結(jié)構(gòu)的剖面圖。下表是本發(fā)明的對照圖2、圖3的注序號的含義說明。
序號含義說明序號含義說明10半導(dǎo)體襯底26NM0SFET柵氧化層12淺槽隔離區(qū)28PM0SFET柵氧化層14NM0SFET 阱區(qū)30NM0SFET 柵極16PM0SFET 阱區(qū)32PM0SFET 柵極18NM0SFET源漏區(qū)34NM0SFET 側(cè)墻20PM0SFET源漏區(qū)36PM0SFET 側(cè)墻
權(quán)利要求
1.一種記憶淺槽隔離局部應(yīng)力的MOS器件柵的形成方法，其特征在于在形成MOSFET 器件的柵極時，首先在MOSFET器件的柵極區(qū)域淀積具有流體性質(zhì)的柵材料，然后再在柵上淀積一層覆蓋層，之后，將該器件采用高溫退火、或快速熱退火、或激光退火、或是快速熱退火與激光退火相結(jié)合處理，使流性性質(zhì)的柵材料變成剛性性質(zhì)的柵材料，其主要制作步驟如下①應(yīng)力的引入在半導(dǎo)體襯底(10)上形成隔離MOS器件的STI區(qū)(12)，并在該區(qū)填充能對溝道區(qū)產(chǎn)生應(yīng)力的材料；②柵材料的淀積柵氧化層08)形成之后，在該區(qū)域之上淀積流性性質(zhì)的柵材料并刻蝕形成柵極(32)；③覆蓋層的淀積在側(cè)墻形成之后，淀積一層用于固定柵形狀的覆蓋層；④退火處理將淀積了覆蓋層的器件進(jìn)行退火，使柵極材料由粘度較小的流性性質(zhì)的材料轉(zhuǎn)變?yōu)檎扯容^大的剛性性質(zhì)的材料，從而記憶溝道區(qū)在STI應(yīng)力作用下產(chǎn)生的應(yīng)變；⑤在掩模下通過離子注入工藝對MOS器件的源漏區(qū)進(jìn)行摻雜，在對源漏區(qū)進(jìn)行退火之后按照傳統(tǒng)的MOS器件制作工藝完成整個器件的制作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種記憶淺槽隔離局部應(yīng)力的MOS器件柵的形成方法，其特征在于淀積的流性性質(zhì)的柵材料，可采用非晶硅、或α-Si、或無定形硅、或非晶鍺硅、或非晶錯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種記憶淺槽隔離局部應(yīng)力的MOS器件柵的形成方法，其特征在于流性性質(zhì)的柵材料可以采用淀積方法直接形成，也可以采用大劑量的重離子注入剛性性質(zhì)的材料來形成。
全文摘要
一種記憶淺槽隔離局部應(yīng)力的MOS器件柵的形成方法，屬于半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，尤其涉及關(guān)于柵的形成方法來記憶淺槽隔離區(qū)(STI)引入到金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSFET)溝道區(qū)的應(yīng)力。它的特征是先在MOSFET的柵電極區(qū)淀積流體性質(zhì)的柵材料，之后，采用高溫退火，或快速熱退火，或激光退火或是快速熱退火與激光退火相結(jié)合處理，使流體性質(zhì)的柵材料變?yōu)閯傮w性質(zhì)的柵材料，記憶由STI(Shallow Trench Isolation)引入到MOS器件溝道區(qū)域的應(yīng)力。本發(fā)明工藝簡單，與傳統(tǒng)的MOS工藝兼容，成本較低，不僅適用于90納米工藝節(jié)點以下的小尺寸器件，還可以推至0.13微米以上的較大尺寸的器件。
文檔編號H01L21/762GK102214598SQ20111014549
公開日2011年10月12日 申請日期2011年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月1日
發(fā)明者寧寧, 李競春, 王向展, 秦桂霞 申請人:電子科技大學(xué)