專利名稱：通過減少主動(dòng)區(qū)的凹陷及移除間隔體以增進(jìn)晶體管效能的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本揭示內(nèi)容大體有關(guān)于集成電路的制造領(lǐng)域，且更特別的是，有關(guān)于包含在早期制造階段形成之高k值金屬柵極的晶體管。
背景技術(shù)：
復(fù)雜集成電路的制造需要提供大量的晶體管組件，這些為復(fù)雜電路的主要電路組件。例如，在目前市售復(fù)雜集成電路中有數(shù)百萬個(gè)晶體管。一般而言，目前實(shí)施多種制程技術(shù)，其中對(duì)于復(fù)雜的電路，例如微處理器、儲(chǔ)存芯片、及類似物，鑒于在操作速度及/或耗電量及/或成本效率方面有優(yōu)異的特性，CMOS技術(shù)目前為最有前途的方法。在CMOS電路中，互補(bǔ)晶體管，亦即，P型溝道晶體管及/或η型溝道晶體管，用來形成電路組件，例如反相器及其它邏輯柵，以設(shè)計(jì)高度復(fù)雜的電路總成，例如CPU、儲(chǔ)存芯片、及類似物。MOS晶體管 或一般的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，不論是η型溝道晶體管還是P型溝道晶體管，都包含所謂的ρη結(jié)(pn-junction)，其由高度摻雜漏極和源極區(qū)與配置于漏極區(qū)、源極區(qū)間之反向或弱摻雜溝道區(qū)的接口形成。溝道區(qū)的導(dǎo)電率，亦即，導(dǎo)電溝道的驅(qū)動(dòng)電流能力，由形成于溝道區(qū)附近以及用薄絕緣層與其隔開的柵極控制。除了別的以外，溝道區(qū)在因施加適當(dāng)控制電壓至柵極而形成導(dǎo)電溝道時(shí)的導(dǎo)電率取決于摻雜物濃度、電荷載子的遷移率，以及對(duì)于在晶體管寬度方向有給定延伸部份的溝道區(qū)，也取決于源極及漏極區(qū)之間的距離，它也被稱作溝道長(zhǎng)度。因此，縮短溝道長(zhǎng)度以及減少與其相關(guān)的溝道電阻率為增加集成電路操作速度的主要設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。然而，晶體管尺寸的持續(xù)微縮(shrinkage)涉及與其相關(guān)的多種問題，必須予以解決以免不當(dāng)?shù)氐窒ㄟ^持續(xù)縮短MOS晶體管之溝道長(zhǎng)度所得到的效益。例如，漏極及源極區(qū)在垂直方向及橫向需要高度精密的摻雜物分布以便考慮到低值的片電阻率及接觸電阻率與所欲的溝道可控制性。在溝道長(zhǎng)度減少下，通常漏極及源極區(qū)需要淺摻雜物分布，然而為了提供低串聯(lián)電阻則需要中高摻雜物濃度，接著這導(dǎo)致與減少之晶體管溝道結(jié)合的所欲驅(qū)動(dòng)電流。通常用所謂的漏極及源極延伸區(qū)(可為在柵極結(jié)構(gòu)下面延伸適當(dāng)?shù)剡B接至溝道區(qū)的極淺摻雜區(qū))來實(shí)現(xiàn)與低整體漏極及源極電阻結(jié)合的淺摻雜物分布。另一方面，基于尺寸經(jīng)適當(dāng)?shù)刂谱鞯膫?cè)壁間隔體來調(diào)整離開溝道區(qū)的增加的橫向偏移(lateral offset)，相較于漏極及源極延伸區(qū)，該側(cè)壁間隔體用作植入掩膜供形成有所欲摻雜物濃度及深度增加的實(shí)際漏極及源極區(qū)。通過適當(dāng)?shù)剡x擇漏極及源極延伸區(qū)的尺寸，從而對(duì)于溝道很短的晶體管可維持溝道可控制性同時(shí)也提供漏極及源極區(qū)至溝道區(qū)的連接有想要的低整體串聯(lián)電阻。結(jié)果，對(duì)于精密晶體管組件的想要效能，使漏極及源極延伸區(qū)與柵極有某一程度的重迭以便得到低臨界電壓與高電流驅(qū)動(dòng)能力是合乎需要的。漏極及源極延伸區(qū)與柵極的重迭產(chǎn)生也被稱作密勒電容(Miller capacitance)的特殊電容稱合。通常，基于植入制程來調(diào)整所欲的密勒電容，其中可加入漏極及源極摻雜物以便形成漏極及源極延伸區(qū)的基本組構(gòu)，其中隨后可基于一序列的退火制程來調(diào)整這些區(qū)域的最終形狀，其中使植入誘發(fā)損傷再結(jié)晶以及也可能發(fā)生某一程度的摻雜物擴(kuò)散，從而最終決定所得密勒電容。當(dāng)持續(xù)地減少場(chǎng)效應(yīng)晶體管的溝道長(zhǎng)度時(shí)，通常需要增加電容耦合的程度以便維持溝道區(qū)的可控制性，這通常需要修改柵極介電材料的厚度及/或材料組合物。例如，對(duì)于約80納米的柵極長(zhǎng)度，高效能晶體管可能需要厚度2納米以下、基于二氧化硅的柵極介電材料，不過這可能導(dǎo)致由熱載子注入及電荷載子通過極薄柵極介電材料之直接穿隧(direct tunneling)造成的漏電流增加。由于進(jìn)一步減少基于二氧化娃之柵極介電材料的厚度可能變成與精密集成電路的熱功率要求越來越不兼容，尤其是設(shè)計(jì)用于低功率應(yīng)用的裝置(例如，移動(dòng)裝置及其類似者)，已有人開發(fā)其它替代方法增加溝道區(qū)的電荷載子遷移率，從而也增強(qiáng)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的整體效能。在此方面極具前途的一個(gè)方法是在溝道區(qū)中產(chǎn)生某一類型的應(yīng)變，由于硅中的電荷載子遷移率強(qiáng)烈取決于結(jié)晶材料的應(yīng)變狀態(tài)。例如，對(duì)于有標(biāo)準(zhǔn)晶體組構(gòu)的硅基溝道區(qū)，P型溝道晶體管中的壓縮應(yīng)變分量可產(chǎn)生優(yōu)異的電洞遷移率，從而增加P型溝道晶體管的切換速度及驅(qū)動(dòng)電流。用于誘發(fā)晶體管溝道區(qū)中之所欲應(yīng)變的有效機(jī)構(gòu)之一是沉積緊鄰晶體管的帶有高應(yīng)力材料。為此目的，經(jīng)常在裝置的接觸層級(jí)(contact level)，亦即鈍化晶體管及隔開 晶體管的層間介電材料，形成金屬化系統(tǒng)，這可提供適當(dāng)?shù)牟牧希缧问綖閹в懈邞?yīng)力的氮化硅材料及其類似者，使得內(nèi)部應(yīng)力可有效地作用于底下晶體管的溝道區(qū)。不過，在精密裝置幾何中，一般以無孔隙(void-free)方式沉積層間介電材料難以達(dá)成，因?yàn)榫o密隔開柵極結(jié)構(gòu)之間的橫向距離是在150納米及更小的范圍內(nèi)。特別是，結(jié)合上述應(yīng)變誘發(fā)機(jī)構(gòu)，在形成帶有高應(yīng)力介電材料時(shí)經(jīng)常產(chǎn)生與沉積有關(guān)之不規(guī)則性(例如，孔隙)，因?yàn)樵诖饲樾蜗?，沉積條件顯著取決于在沉積介電材料時(shí)誘發(fā)高內(nèi)部應(yīng)力程度(internal stresslevel)的要求。此外，鑒于減少低功率應(yīng)用(例如，移動(dòng)裝置及其類似者)的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)漏電流，已有人考慮適當(dāng)?shù)匦薷臇艠O介電材料的材料組合物使得對(duì)于柵極介電材料(亦即，用于得到可接受程度的柵極漏電流者)的實(shí)質(zhì)適當(dāng)厚度還是可實(shí)現(xiàn)所欲的高電容耦合。為此目的，已有人開發(fā)出材料系統(tǒng)，相較于基于二氧化硅的常用材料(例如，氮氧化硅及其類似者)，它們有明顯較高的電介質(zhì)常數(shù)。例如，包括鉿、鋯、鋁及其類似者的介電材料有明顯較高的電介質(zhì)常數(shù)，因而被稱作高k值介電材料，它們應(yīng)被理解為有10.0以上之電介質(zhì)常數(shù)的材料。這些高k值介電材料常在早期制造階段提供，亦即在形成柵極結(jié)構(gòu)時(shí)，有可能結(jié)合額外的含金屬電極材料，用來適當(dāng)?shù)卣{(diào)整功函數(shù)(work function)從而調(diào)整晶體管的臨界電壓。由于在裝置的進(jìn)一步加工期間，這些材料對(duì)于所遭遇的多種反應(yīng)制程環(huán)境可能很敏感，因此必須確保這些材料的囊封，這通常是通過在圖案化復(fù)雜柵極層堆棧后立即形成適當(dāng)?shù)牡栝g隔體組件于敏感柵極材料的側(cè)壁上來實(shí)現(xiàn)?；旧希鲜鲋瞥添樞蚧旧显试S提供設(shè)計(jì)可用于低功率應(yīng)用的潛在精密半導(dǎo)體裝置，然而個(gè)別晶體管組件展現(xiàn)或多或少的高效能，例如由于有整體減少的尺寸，例如，以及通過提供高k值介電材料來實(shí)現(xiàn)的中低柵極漏電流。然而，結(jié)果是在基于上述加工流程所形成的半導(dǎo)體裝置中可觀察到顯著的良率損失，另外整體效能也低于預(yù)期，但仍可使用精密晶體管設(shè)計(jì)及材料組成物于柵極結(jié)構(gòu)中。以下參考圖Ia及圖Ib更詳細(xì)地描述基于經(jīng)減少之關(guān)鍵尺寸(例如，40納米以下之柵極長(zhǎng)度)來形成半導(dǎo)體裝置的典型復(fù)雜制造流程。
圖Ia示意圖示處于極先進(jìn)制造階段之半導(dǎo)體裝置100的橫截面圖。如圖示，裝置100包含基板101與半導(dǎo)體層102，在嵌入絕緣材料(未圖示)形成于半導(dǎo)體層102下面時(shí)，它們可一起形成SOI (絕緣體上硅)架構(gòu)。在其它情形下，使用半導(dǎo)體層102與基板101之結(jié)晶半導(dǎo)體材料直接接觸的塊體組構(gòu)。半導(dǎo)體層102包含多個(gè)主動(dòng)區(qū)，這些主動(dòng)區(qū)應(yīng)被理解為用適當(dāng)隔離結(jié)構(gòu)(未圖示)橫向界定以及有一或更多晶體管形成于其中及上方的半導(dǎo)體區(qū)。為了便于說明，在圖la，主動(dòng)區(qū)102a被圖示成包含晶體管150a、150b。晶體管150a、150b可為P型溝道晶體管或η型溝道晶體管以及包含基于漏極及源極延伸區(qū)152e及深漏極及源極區(qū)152d來形成的漏極及源極區(qū)152。此外，為了改善整體串聯(lián)電阻，通常在漏極及源極區(qū)152中提供金屬硅化物材料153。此外，晶體管150a、150b各自包含柵極結(jié)構(gòu)160，接著它包含通常含有高k值介電材料(例如，氧化鉿及其類似者)的柵極介電材料161，如上述。此外，應(yīng)了解，習(xí)知電介質(zhì)組份或物種，例如基于氧化硅的材料、氮氧化硅及其類似者，可實(shí)現(xiàn)于柵極絕緣層161中以便提供穩(wěn)定的接口特性及其類似者。此外，電極材料162，它可包括特定功函數(shù)金屬物種或其它含金屬電極材料(例如，氮化鈦、鉭、氮化鉭及其類似者)，形成于柵極介電材料161上以及也包含大量半導(dǎo)體材料，例如硅。此外，在圖示制造階段中，提供金屬硅化物163以便增強(qiáng)柵極結(jié)構(gòu)160的電子特性。此外，如上述，形成側(cè)壁間隔 體164以便橫向圍封敏感的柵極材料，例如柵極介電材料161及電極材料162。為此目的，經(jīng)常使用密集的氮化硅材料。此外，提供間隔體165，例如由二氧化硅構(gòu)成者，以及通常有適合加入延伸區(qū)152e之漏極及源極摻雜物種的寬度。此外，提供另一間隔體166，例如氮化硅間隔體，以及在圖示制造階段中，有減少的寬度以及在進(jìn)一步加工之前增加?xùn)艠O結(jié)構(gòu)160之間的橫向距離150x?？苫谝韵碌闹瞥滩呗詠硇纬扇鐖DIa所示的半導(dǎo)體裝置100。通常利用公認(rèn)有效及復(fù)雜的微影、蝕刻、沉積及平坦化技術(shù)，通過形成隔離區(qū)(例如，溝槽隔離)，來提供主動(dòng)區(qū)102a。之后，結(jié)合硬掩膜材料，例如形式為氮化硅及其類似者，提供用于柵極介電層161及電極材料162的適當(dāng)材料。應(yīng)了解，如有必要，在提供基于半導(dǎo)體的電極材料之前，可應(yīng)用圖案化制程以及適當(dāng)?shù)某练e制程以便提供各自符合P型溝道晶體管及η型溝道晶體管之要求的功函數(shù)金屬物種。在用于圖案化材料161、162的復(fù)雜制程后，沉積間隔體組件164的內(nèi)襯材料，有可能結(jié)合間隔體165的材料，因而基于例如各向異性蝕刻策略加以圖案化，接著是圖案化間隔體165。結(jié)果，這些圖案化制程造成主動(dòng)區(qū)102a大量損失材料因而在完成基本晶體管組態(tài)后導(dǎo)致明顯的凹陷，如150y所示?；陂g隔體組件165，用離子植入形成漏極及源極延伸區(qū)152e，有可能結(jié)合加入反向摻雜物種，以便局部增加主動(dòng)區(qū)102a的井區(qū)摻雜物濃度(well dopant concentration),在形成柵極結(jié)構(gòu)160之前可能已調(diào)整它的基本摻雜物分布。接下來，例如通過沉積及圖案化氮化硅材料接著是另一植入制程，可形成間隔體166，以便加入深漏極及源極區(qū)152d的摻雜物種。應(yīng)了解，間隔體166經(jīng)裝設(shè)成可符合用以實(shí)作所欲復(fù)雜橫向及垂直摻雜物分布的要求。然后，在一或更多退火制程期間建立最終摻雜物分布，從而也活化摻雜物種以及使植入誘發(fā)損傷再結(jié)晶。在某些方法中，通過執(zhí)行適當(dāng)蝕刻制程可減少間隔體組件166的寬度以便得到增加的橫向距離，如距離150x所示，以便改善用于層間介電材料之后續(xù)沉積的條件。就此情形而言，也可能誘發(fā)主動(dòng)區(qū)102a損失一些材料，因而也導(dǎo)致最終程度的凹陷150y。之后，應(yīng)用公認(rèn)有效之硅化技術(shù)以便形成材料153及163，其中通常在任何適當(dāng)制造階段，例如在減少間隔體166及其類似者的寬度后立即移除在電極材料162上方的硬掩膜材料。圖Ib示意圖示處于更進(jìn)一步制造階段的裝置100。如圖示，形成接觸層級(jí)120的第一介電材料121于主動(dòng)區(qū)102a及柵極結(jié)構(gòu)160上方。如以上所解釋的，經(jīng)常提供形式為帶有高應(yīng)力介電材料(例如，氮化硅材料)的材料121，其基于電漿增強(qiáng)CVD(化學(xué)氣相沉積)技術(shù)來沉積，其中制程參數(shù)經(jīng)調(diào)整成可得到所欲的高內(nèi)部應(yīng)力。例如，當(dāng)晶體管150a、150b為P型溝道晶體管時(shí)，形成有高內(nèi)部壓縮應(yīng)力的材料121。一方面，材料121的沉積可提供有高內(nèi)部應(yīng)力程度的中厚層以便增強(qiáng)晶體管150a、150b的效能，因而需要特定的制程參數(shù)，不過，它可能不提供必要的間隙填充能力以便完全填滿在柵極結(jié)構(gòu)160之間的空間。所以，為了密集包裝的裝置區(qū)，即使減少間隔體166的寬度用以得到距離150x，可能因而導(dǎo)致有位于柵極結(jié)構(gòu)160之間的孔隙121v。然而，孔隙121v可能導(dǎo)致裝置在進(jìn)一步加工期間失效，例如在形成及圖案化另一層間介電材料122以便形成數(shù)個(gè)接觸開孔(contactopening) 123于其中時(shí)。就此情形而言，開口 123可連接至孔隙121v，然而它可能沿著寬度方向延伸，亦即沿著垂直于圖Iv之圖紙平面的方向，使得在填充接觸開孔123時(shí)，導(dǎo)電材料也可能沉積于孔隙121v中，從而形成可能使毗鄰接觸組件短路的嵌入“鎢溝道”而導(dǎo)致顯 著的良率損失。結(jié)果，上述制程策略在形成晶體管150a、150b的最終階段可能造成顯著的良率損失，同時(shí)顯著凹陷150y也可能導(dǎo)致晶體管效能降低。鑒于上述情況，本揭示內(nèi)容有關(guān)于數(shù)種制造技術(shù)及半導(dǎo)體裝置，其中可提供包含以40納米以下之關(guān)鍵尺寸形成之場(chǎng)效應(yīng)晶體管的半導(dǎo)體裝置，同時(shí)避免或至少減少上述問題中之一或更多者的影響。

發(fā)明內(nèi)容
一般而言，本揭示內(nèi)容大體提供數(shù)種制造技術(shù)及半導(dǎo)體裝置，可實(shí)現(xiàn)適于給定晶體管組構(gòu)的優(yōu)異晶體管效能，對(duì)于其它給定晶體管組構(gòu)則通過修改沉積層間介電材料時(shí)的條件同時(shí)也減少晶體管之主動(dòng)區(qū)的不當(dāng)凹陷。為此目的，基于保護(hù)內(nèi)襯材料(protectiveliner material)可形成漏極及源極延伸區(qū)，有可能結(jié)合反向摻雜區(qū)或暈圈區(qū)域(haloregion)，在進(jìn)一步加工期間也可使用該保護(hù)內(nèi)襯材料用以形成用來加入深漏極及源極區(qū)之漏極及源極摻雜物種的間隔體組件。以此方式，可減少主動(dòng)區(qū)在柵極結(jié)構(gòu)附近的凹陷程度，從而提供優(yōu)異的晶體管特性，因?yàn)?，例如減少植入進(jìn)入點(diǎn)的橫向偏移使得施加的植入劑量可減少，盡管如此柵極與延伸區(qū)之間仍可得到想要的重迭。此外，由于主動(dòng)區(qū)的材料損失減少，因此通過增加對(duì)應(yīng)金屬硅化物區(qū)的尺寸，可實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的整體串聯(lián)電阻。此外，由于有帶圖案的內(nèi)襯材料，可有效移除用于調(diào)整深漏極及源極區(qū)之橫向分布的附加間隔體組件，從而增加緊密隔開柵極結(jié)構(gòu)之間的空間，接著這可致能例如形式為帶有高應(yīng)力材料之層間介電材料的沉積，而對(duì)于其它給定晶體管尺寸不會(huì)誘發(fā)與沉積有關(guān)之不規(guī)則性。揭示于本文之一示范方法是有關(guān)于一種形成半導(dǎo)體裝置的方法。該方法包括形成保護(hù)內(nèi)襯于主動(dòng)區(qū)上方以及在該主動(dòng)區(qū)上形成柵極結(jié)構(gòu)，該柵極包含電介質(zhì)覆蓋層。該方法更包括在該保護(hù)內(nèi)襯存在的情況下，形成漏極及源極延伸區(qū)于該主動(dòng)區(qū)中。此外，形成間隔體結(jié)構(gòu)于該保護(hù)內(nèi)襯上。該方法更包括用該間隔體結(jié)構(gòu)作為蝕刻掩膜來移除該保護(hù)內(nèi)襯之暴露部份。另外，該方法包括在該間隔體結(jié)構(gòu)存在的情況下，通過在該主動(dòng)區(qū)中形成深漏極及源極區(qū)來形成漏極及源極區(qū)。揭示于本文之另一示范方法包括形成保護(hù)內(nèi)襯于晶體管之主動(dòng)區(qū)上方，其中該保護(hù)內(nèi)襯覆蓋形成于該主動(dòng)區(qū)上的柵極結(jié)構(gòu)。該方法更包括利用通過該保護(hù)內(nèi)襯來加入漏極及源極摻雜物種于該主動(dòng)區(qū)中來形成漏極及源極延伸區(qū)。該方法更包括在該柵極結(jié)構(gòu)之側(cè)壁上形成間隔體組件，以及用該間隔體組件作為植入掩膜來形成漏極及源極區(qū)于該主動(dòng)區(qū)中。此外，該方法包括在形成該漏極及源極區(qū)后，移除該間隔體組件與該柵極結(jié)構(gòu)之電介質(zhì)覆蓋層。揭示于本文之一示范半導(dǎo)體裝置包含形成于基板上方的主動(dòng)區(qū)與形成于該主動(dòng)區(qū)上的柵極結(jié)構(gòu)。該柵極結(jié)構(gòu)包含電極材料與含有高k值介電材料的柵極介電層。該半導(dǎo)體裝置更包含保護(hù)內(nèi)襯，其具有形成于該電極材料之側(cè)壁及該柵極介電材料上的第一部份，其中該保護(hù)內(nèi)襯有形成于該主動(dòng)區(qū)上的第二部份。此外，形成漏極及源極區(qū)于該主動(dòng)區(qū)中以及形成于該保護(hù)內(nèi)襯附近并與其接觸的應(yīng)變誘發(fā)介電材料。


本揭示內(nèi)容的各種具體實(shí)施例皆定義于隨附權(quán)利要求中，閱讀以下參考附圖的詳細(xì)說明可更加明白這些具體實(shí)施例。圖Ia及圖Ib示意圖示半導(dǎo)體裝置在各種制造階段期間的橫截面圖，其根據(jù)習(xí)知策略，在形成層間介電材料時(shí)，主動(dòng)區(qū)的顯著凹陷及與沉積有關(guān)之不規(guī)則性可能導(dǎo)致裝置效能降低；以及圖2a至圖2h示意圖示半導(dǎo)體裝置在各種制造階段期間的橫截面圖，其系根據(jù)示范具體實(shí)施例，藉由避免與沉積有關(guān)之不規(guī)則性，可形成有優(yōu)異效能的一或更多晶體管以及有較高的生產(chǎn)良率。
具體實(shí)施例方式盡管用如以下詳細(xì)說明及附圖所圖解說明的具體實(shí)施例來描述本揭示內(nèi)容，然而應(yīng)了解，以下詳細(xì)說明及附圖并非旨在限定本揭示內(nèi)容為所揭示的特定示范具體實(shí)施例，而是所描述的具體實(shí)施例只是用來舉例說明本揭示內(nèi)容的各種方面，本發(fā)明的范疇是由隨附的權(quán)利要求定義。本揭示內(nèi)容大體提供數(shù)種基于優(yōu)異制造策略可形成晶體管的制造技術(shù)及半導(dǎo)體裝置，對(duì)于其它給定設(shè)計(jì)要求，可導(dǎo)致優(yōu)異的晶體管效能及較高的生產(chǎn)良率。例如，尤其是在低功率應(yīng)用中，在考量場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極長(zhǎng)度時(shí)，必須基于小關(guān)鍵尺寸(例如，40納米及更小)來提供半導(dǎo)體裝置的晶體管組件，同時(shí)通常柵極結(jié)構(gòu)必須加入精密的柵極材料，例如高k值介電材料。此外，在有高“晶體管密度”的裝置區(qū)中，在形成裝置之接觸層級(jí)后立即形成用作蝕刻中止材料及/或應(yīng)變誘發(fā)機(jī)構(gòu)的介電層時(shí)，可通過省略習(xí)知用來加入漏極及源極延伸物種的間隔體組件來增加?xùn)艠O結(jié)構(gòu)之間的橫向距離。此外，也可以高效的方式移除用來決定深漏極及源極區(qū)之橫向摻雜物分布的間隔體，藉此對(duì)于半導(dǎo)體裝置的其它給定幾何約束可導(dǎo)致優(yōu)異的沉積條件。此時(shí)參考圖2a至圖2h更詳細(xì)地描述其它示范具體實(shí)施例,其中必要時(shí)也可能參考圖Ia及圖lb。
圖2a的橫截面圖示意圖示包含基板201及半導(dǎo)體層202的半導(dǎo)體裝置200。如先前說明裝置100時(shí)所述，基板201與半導(dǎo)體層202可按照裝置200之整體概念所要求的來形成SOI組構(gòu)或塊體組構(gòu)。此外，可用以淺溝槽隔離及其類似者之形式提供的隔離區(qū)202c把半導(dǎo)體層202分成多個(gè)主動(dòng)區(qū)。為了便于說明，圖2a圖示單一主動(dòng)區(qū)202a。此外，在此制造階段中，主動(dòng)區(qū)202a上可形成數(shù)個(gè)柵極結(jié)構(gòu)260。在此制造階段中，柵極結(jié)構(gòu)260可包含柵極介電層261,在一些不范具體實(shí)施例中，它可包含高k值介電材料,也如以上所述者，接著是一或更多電極材料262 (例如，含金屬電極材料，未圖示)與基于半導(dǎo)體之材料。此夕卜，電介質(zhì)覆蓋層267,例如由二氧化娃構(gòu)成者,可形成于電極材料262上方。應(yīng)了解,介電層261與電極材料262可具有任何適當(dāng)組構(gòu)按需要用以實(shí)現(xiàn)所欲功函數(shù)以及因而形成于主動(dòng)區(qū)202a中及上方之晶體管的臨界電壓。同樣，若認(rèn)為適當(dāng)或必要時(shí)，主動(dòng)區(qū)202a的表面可包含適當(dāng)半導(dǎo)體合金(未圖示)用以調(diào)整對(duì)應(yīng)晶體管特性。例如，可只針對(duì)一些晶體管提供任何此類半導(dǎo)體合金，例如硅/鍺合金，如果任何此類晶體管要求特定的臨界電壓值時(shí)。如圖2a所示的半導(dǎo)體裝置200可基于以下制程來形成。在形成隔離區(qū)202c (可 用微影、蝕刻、沉積、退火及平坦化技術(shù)實(shí)現(xiàn))后，根據(jù)要形成于主動(dòng)區(qū)202a中及上方之一或更多晶體管的特性，可形成主動(dòng)區(qū)202a的基本摻雜物濃度。為此目的，可應(yīng)用公認(rèn)有效的植入技術(shù)及掩膜方案。之后，柵極結(jié)構(gòu)260的形成可通過沉積或大體形成用于層261及至少一部份材料262的適當(dāng)材料，如有必要可予以圖案化，以便適當(dāng)?shù)卣{(diào)整柵極結(jié)構(gòu)260對(duì)于其它裝置區(qū)之其它柵極結(jié)構(gòu)的功函數(shù)。在其它情形下，單一電極材料262可能適合用來得到想要的晶體管特性。因此，在沉積材料262及覆蓋材料267后，有可能結(jié)合其它材料，例如ARC(抗反射涂層)材料及其類似者，可應(yīng)用復(fù)雜圖案化制程以便形成有所欲橫向尺寸的柵極結(jié)構(gòu)260。例如，在精密應(yīng)用中，柵極結(jié)構(gòu)260的長(zhǎng)度，亦即電極材料262的水平延伸，可等于40納米及更小。應(yīng)了解，在一些示范具體實(shí)施例中，可提供形式與間隔體結(jié)構(gòu)之蝕刻特性實(shí)質(zhì)相同的覆蓋材料267，該間隔體結(jié)構(gòu)可在后期制造階段提供以便形成深漏極及源極區(qū)于主動(dòng)區(qū)202a中。圖2b示意圖示有保護(hù)內(nèi)襯2641形式于主動(dòng)區(qū)202a之任何暴露部份及柵極結(jié)構(gòu)260之表面區(qū)上的裝置200。為此目的，可應(yīng)用公認(rèn)有效之沉積技術(shù)，例如多層沉積制程、低壓CVD(LPCVD)或上述任何組合，以便提供有I至數(shù)納米厚的氮化硅材料。應(yīng)了解，用于形成高度共形氮化硅材料的任何此類沉積技術(shù)在本技藝皆公認(rèn)有效。圖2c示意圖示在一或更多植入制程203、204期間的裝置200。例如，在植入制程203期間，漏極及源極摻雜物種可加入主動(dòng)區(qū)202a，從而形成源極及漏極延伸區(qū)252e。因此，在植入制程203期間，保護(hù)內(nèi)襯2641存在并且實(shí)質(zhì)決定制程203進(jìn)入點(diǎn)對(duì)于電極材料262的橫向偏移。由于高度共形地沉積材料2641，該偏移實(shí)質(zhì)取決于I至數(shù)納米的初始層厚，藉此基于減少之植入劑量，漏極及源極延伸區(qū)252e與電極材料262能有想要的重迭。結(jié)果，與基于專屬偏移間隔體(如圖Ia及圖Ib所示之間隔體165)來形成的習(xí)知晶體管相比，延伸區(qū)252e的所得ρη結(jié)有減少的濃度梯度，因而可減少柵極誘發(fā)的漏極泄露。應(yīng)了解，在內(nèi)襯2641存在下，可立即調(diào)整其它植入?yún)?shù)，例如植入能量，以便得到想要的穿透深度。之后，如有必要，可應(yīng)用另一植入制程204以便加入反向摻雜物種來形成反向摻雜或暈圈區(qū)域254，其中應(yīng)了解，術(shù)語反向摻雜是關(guān)于漏極及源極延伸區(qū)252e的導(dǎo)電類型。此外，就此情形而言，由保護(hù)內(nèi)襯2641提供的減少橫向偏移可導(dǎo)致制程204期間的植入能量減少，因而也有助于優(yōu)異的制程條件。在植入制程203、204之后，通過沉積間隔體層可繼續(xù)該加工，在一些示范具體實(shí)施例中，該間隔體層可基于與覆蓋層267有極類似之蝕刻特性的介電材料來形成。例如，用二氧化硅材料的形式，可提供該間隔體層，其可基于公認(rèn)有效之沉積技術(shù)來沉積。之后，可執(zhí)行圖案化制程，其中保護(hù)內(nèi)襯2641可有效地用作蝕刻中止層以便得到側(cè)壁間隔體組件。圖2d示意圖示有間隔體266形成于內(nèi)襯2641上的半導(dǎo)體裝置200。為此目的，如上述，可應(yīng)用制程順序。結(jié)果，可實(shí)現(xiàn)漏極及源極延伸區(qū)252e相對(duì)于柵極結(jié)構(gòu)260的定位與間隔體組件266的圖案化而不會(huì)不當(dāng)?shù)卦斐芍鲃?dòng)區(qū)202a的材料腐蝕。在一些示范具體實(shí)施例中，可執(zhí)行另一植入制程205a以便加入深漏極及源極區(qū)252d的摻雜物種，這可在內(nèi)襯2641存在下達(dá)成，如圖2d所示。另一方面，間隔體組件266可定義深漏極及源極區(qū)252d的橫向分布。在其它示范具體實(shí)施例中，在此制造階段可省略植入制程205a。圖2e示意圖示處于更進(jìn)一步制造階段的半導(dǎo)體裝置200。如圖示，可圖案化內(nèi)襯 2641 (參考圖2d)以便移除它的任何暴露部份，藉此形成有第一部份264b形成于柵極結(jié)構(gòu)260之側(cè)壁上的保護(hù)內(nèi)襯或間隔體264而因此局限材料261、262。此外，間隔體或內(nèi)襯264包含形成于主動(dòng)區(qū)202a上的第二部份264a，亦即延伸區(qū)252e，其中部份264a的橫向延伸實(shí)質(zhì)取決于間隔體266的寬度?；凇皽睾偷摹蔽g刻制程可實(shí)現(xiàn)內(nèi)襯2641的圖案化(參考圖2d)，例如基于濕化學(xué)蝕刻化學(xué)方法或電漿輔助蝕刻配方，其中有多種選擇性蝕刻配方可用來對(duì)于二氧化硅及硅材料有選擇性地蝕刻氮化硅。在對(duì)應(yīng)蝕刻制程期間，可產(chǎn)生某一程度的凹陷，如250y所示，不過,這明顯小于如圖Ia及圖Ib所示之半導(dǎo)體裝置100主動(dòng)區(qū)102a的顯著凹陷。此外，應(yīng)了解，凹陷250y是通過間隔體266而與柵極材料262橫向偏移。如以上在說明圖2d時(shí)所述，在加入深漏極及源極區(qū)252d后，可執(zhí)行內(nèi)襯2641的圖案化使得在執(zhí)行數(shù)個(gè)掩膜步驟及阻劑移除制程時(shí)，該內(nèi)襯仍可用作有效的蝕刻中止材料，按典型需要供加入用于不同導(dǎo)電型之晶體管的漏極及源極摻雜物。在其它情形下，如圖2e所示，在形成保護(hù)內(nèi)襯或間隔體264后，可應(yīng)用用于形成深漏極及源極區(qū)252d的植入制程205b。之后，可應(yīng)用一或更多退火制程以便調(diào)整最終垂直及橫向摻雜物分布以及也使植入誘發(fā)損傷再結(jié)晶。就此情形而言，由于用于形成延伸區(qū)252e的植入劑量減少，在摻雜物活化及再結(jié)晶方面，可得到優(yōu)異的效率，尤其是在溝道區(qū)251附近。圖2f示意圖示處于更進(jìn)一步制造階段的裝置200，其中可應(yīng)用蝕刻制程206以便移除間隔體266，其中，如前述，同時(shí)可移除電介質(zhì)覆蓋層267。例如，如果組件266、267實(shí)質(zhì)由二氧化硅構(gòu)成的話，可執(zhí)行基于氟化氫(HF)的蝕刻制程。就此情形而言，間隔體264可用作有效的蝕刻中止材料，同時(shí)對(duì)于主動(dòng)區(qū)202a及電極材料262可實(shí)現(xiàn)高度的選擇性以避免這些組件的不當(dāng)材料腐蝕。另一方面，在一些示范具體實(shí)施例中，蝕刻制程206可同時(shí)制備主動(dòng)區(qū)202a的任何暴露表面區(qū)以及材料262供后續(xù)制程用來形成金屬硅化物從而有助于高效的整體制造流程。同時(shí)，間隔體結(jié)構(gòu)266的移除可導(dǎo)致柵極結(jié)構(gòu)260之間的距離增加。另一方面，L形間隔體264還可提供高效的硅化掩膜以便決定要形成于漏極及源極區(qū)252之金屬娃化物材料的橫向偏移。圖2g示意圖示處于更進(jìn)一步制造階段的裝置200。如圖示，完成晶體管250a、250b的基本組構(gòu)，亦即形成金屬硅化物253于漏極及源極區(qū)252以及也形成金屬硅化物263于柵極結(jié)構(gòu)260中。為此目的，可應(yīng)用任何適當(dāng)硅化技術(shù)。如上述，金屬硅化物區(qū)253的橫向偏移實(shí)質(zhì)取決于內(nèi)襯或間隔體264的部份264a。此外，對(duì)于給定幾何組構(gòu)的裝置200，可增加?xùn)艠O結(jié)構(gòu)260之間的橫向空間，如橫向距離250x所示，這是因?yàn)橥耆瞥g隔體組件266(參考圖2e)以及沒有任何其它間隔體組件，例如用于習(xí)知方法形式為間隔體組件165的偏移間隔體(參考圖la、圖lb)。結(jié)果，在后續(xù)沉積制程期間，會(huì)遭遇明顯較不關(guān)鍵的表面狀態(tài)，這可導(dǎo)致產(chǎn)生與沉積有關(guān)之不規(guī)則性的機(jī)率顯著減少。此外，如圖示，相較于習(xí)知策略，凹陷250y也明顯地較不顯著，藉此能夠提供厚度增加的金屬硅化物區(qū)253，接著這可產(chǎn)生優(yōu)異的接觸電阻率。
圖2h示意圖示處于更進(jìn)一步制造階段的裝置200。如圖示，接觸層級(jí)220的第一介電層221可形成于主動(dòng)區(qū)202a及柵極結(jié)構(gòu)260上方。由于距離250x增加，可提供有所欲層厚的層221以及產(chǎn)生任何孔隙的機(jī)率明顯減少，如上述，習(xí)知這會(huì)因嵌入鎢溝道而造成顯著的良率損失。因此，基于材料層221能可靠地圖案化另一介電材料222以及接著可形成接觸開孔，也如以上在說明裝置100時(shí)所述。應(yīng)了解，在一些示范具體實(shí)施例中，至少可提供有高內(nèi)部應(yīng)力程度的材料層221以便進(jìn)一步增強(qiáng)晶體管250a、250b的效能，其中由于距離250x增加而可提供數(shù)量增加的帶應(yīng)力材料，或其中對(duì)于給定層厚，可顯著減少產(chǎn)生與沉積有關(guān)之孔隙的機(jī)率。結(jié)果，本揭示內(nèi)容可提供數(shù)種制造技術(shù)及半導(dǎo)體裝置，其中省略用于描繪漏極及源極延伸區(qū)之外形的偏移間隔體以及有效地移除用于形成深漏極及源極區(qū)的間隔體可產(chǎn)生最終晶體管幾何而大幅放寬用于沉積層間介電材料(例如，帶有高應(yīng)力介電材料)的任何限制。同時(shí)，主動(dòng)區(qū)的硅損失明顯較低以及更加偏離溝道區(qū)，因而也有助于增強(qiáng)電子裝置特性。最后，由于可省略例如沉積及圖案化偏移間隔體材料的制程步驟，可提高整體制程的總生產(chǎn)量。因此，對(duì)于低功率應(yīng)用，可提供有優(yōu)異特性和有較高生產(chǎn)良率及總生產(chǎn)量的高效能晶體管。本領(lǐng)域技術(shù)人員基于本說明可明白本揭示內(nèi)容的其它修改及變體。因此，本說明應(yīng)被視為僅供圖解說明而且目的是用來教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)施本文提供之教導(dǎo)的一般方式。應(yīng)了解，應(yīng)將圖示及描述于本文的形式應(yīng)視為目前為較佳的具體實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.ー種形成半導(dǎo)體裝置的方法，該方法包含下列步驟 形成保護(hù)內(nèi)襯于主動(dòng)區(qū)上方以及在該主動(dòng)區(qū)上形成柵極結(jié)構(gòu)，該柵極包含電介質(zhì)覆蓋層； 在該保護(hù)內(nèi)襯存在的情況下，在該主動(dòng)區(qū)中形成漏極及源極延伸區(qū)； 形成間隔體結(jié)構(gòu)于該保護(hù)內(nèi)襯上； 用該間隔體結(jié)構(gòu)作為蝕刻掩膜來移除該保護(hù)內(nèi)襯的暴露部份；以及在該間隔體結(jié)構(gòu)存在的情況下，通過在該主動(dòng)區(qū)中形成深漏極及源極區(qū)來形成漏極及源極區(qū)。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，還包含下列步驟用該保護(hù)內(nèi)襯的未移除部份作為蝕刻中止材料來移除該間隔體結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，還包含下列步驟移除該電介質(zhì)覆蓋層，其中在同一蝕刻制程中移除該電介質(zhì)覆蓋層及該間隔體結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，還包含下列步驟在該柵極結(jié)構(gòu)及該漏極及源極區(qū)中形成金屬娃化物。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，還包含下列步驟形成應(yīng)變誘發(fā)介電材料于該漏極及源極區(qū)上方及該柵極結(jié)構(gòu)上方。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，還包含下列步驟執(zhí)行植入制程以便在該保護(hù)內(nèi)襯存在的情況下加入反向摻雜物種。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，形成該間隔體結(jié)構(gòu)的步驟包括沉積氧化硅材料及圖案化該氧化硅材料以便形成間隔體組件。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，還包含下列步驟由氧化硅材料形成該電介質(zhì)覆蓋層。
9.如權(quán)利要求I所述的方法，還包含下列步驟形成有40納米或更短的柵極長(zhǎng)度的該柵極結(jié)構(gòu)。
10.ー種方法，包含下列步驟 形成保護(hù)內(nèi)襯在晶體管的主動(dòng)區(qū)上方，該保護(hù)內(nèi)襯覆蓋形成在該主動(dòng)區(qū)上的柵極結(jié)構(gòu)； 利用通過該保護(hù)內(nèi)襯來加入漏極及源極摻雜物種于該主動(dòng)區(qū)中來形成漏極及源極延伸區(qū)； 在該柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上形成間隔體組件； 用該間隔體組件作為植入掩膜來形成漏極及源極區(qū)于該主動(dòng)區(qū)中；以及 在形成該漏極及源極區(qū)后，移除該間隔體組件與該柵極結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)覆蓋層。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，通過執(zhí)行共享蝕刻制程來移除該間隔體組件與該電介質(zhì)覆蓋層。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，執(zhí)行該共享蝕刻制程的步驟更包括制備該漏極及源極區(qū)的暴露表面區(qū)用以形成金屬硅化物于其中。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，形成該間隔體組件的步驟包括沉積氧化硅材料于該保護(hù)內(nèi)襯上以及用該保護(hù)內(nèi)襯作為蝕刻中止層來圖案化該氧化硅材料。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，還包含下列步驟形成該柵極結(jié)構(gòu)以便包含高k值介電材料。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，還包含下列步驟用該間隔體組件作為蝕刻掩膜來圖案化該保護(hù)內(nèi)村。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，在形成該漏極及源極區(qū)之前，圖案化該保護(hù)內(nèi)襯。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，在形成該漏極及源極區(qū)之后，圖案化該保護(hù)內(nèi)襯。
18.如權(quán)利要求10所述的方法，還包含下列步驟在移除該間隔體組件之后，形成應(yīng)變誘發(fā)介電層于該主動(dòng)區(qū)及該柵極結(jié)構(gòu)上方。
19.一種半導(dǎo)體裝置，其包含 主動(dòng)區(qū)，其形成于基板上方的； 柵極結(jié)構(gòu)，其形成于該主動(dòng)區(qū)上該柵極結(jié)構(gòu)包含電極材料與含有高k值介電材料的柵極介電層； 保護(hù)內(nèi)襯，其具有形成于該電極材料的側(cè)壁及該柵極介電層上的第一部份，該保護(hù)內(nèi)村有形成于該主動(dòng)區(qū)上的第二部份； 漏極及源極區(qū)，其形成于該主動(dòng)區(qū)中；以及 應(yīng)變誘發(fā)介電材料，其形成于該保護(hù)內(nèi)襯附近及與該保護(hù)內(nèi)襯接觸。
20.如權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體裝置，還包含形成于該漏極及源極區(qū)中的金屬硅化物，其中該金屬硅化物與該電極材料的橫向偏移實(shí)質(zhì)取決于該保護(hù)內(nèi)襯的該第二部份。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過減少主動(dòng)區(qū)的凹陷及移除間隔體以增進(jìn)晶體管效能，基于優(yōu)異的制程順序可形成半導(dǎo)體裝置的精密晶體管，其中可獲得增加緊密隔開柵極結(jié)構(gòu)之間的空間以及減少主動(dòng)區(qū)的材料損失。結(jié)果，可省略習(xí)知用于描述漏極及源極延伸區(qū)之橫向外形的偏移間隔體以及可完全移除用于深漏極及源極區(qū)的間隔體。
文檔編號(hào)H01L27/092GK102820265SQ20121006938
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月16日
發(fā)明者S·弗拉克郝斯基, J·亨治爾 申請(qǐng)人:格羅方德半導(dǎo)體公司, 格羅方德半導(dǎo)體德累斯頓第一模數(shù)有限責(zé)任及兩合公司