本申請(qǐng)要求于2014年5月8日提交的題目為“包括鰭松弛的半導(dǎo)體裝置的制造方法及相關(guān)結(jié)構(gòu)(METHODFORFABRICATINGASEMICONDUCTORDEVICEINCLUDINGFINRELAXATION,ANDRELATEDSTRUCTURES)”的申請(qǐng)序列號(hào)為14/272,660的美國專利申請(qǐng)的申請(qǐng)日的權(quán)益。
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開的實(shí)施例涉及可用于制造在半導(dǎo)體襯底上的公共層中具有不同應(yīng)力狀態(tài)的n型場(chǎng)效應(yīng)晶體管和p型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法并涉及使用這種方法制造的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和裝置。
背景技術(shù)：
：諸如微處理器和存儲(chǔ)器裝置等半導(dǎo)體裝置采用固態(tài)晶體管作為其集成電路的基本的主要操作結(jié)構(gòu)。在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和裝置中通常采用的一種類型晶體管是場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)，其通常包括源極接觸部、漏極接觸部和一個(gè)或多個(gè)柵極接觸部。半導(dǎo)體溝道區(qū)在源極接觸部和漏極接觸部之間延伸。一個(gè)或多個(gè)pn結(jié)被限定在源極接觸部和柵極接觸部之間。柵極接觸部與溝道區(qū)的至少一部分相鄰，并且溝道區(qū)的導(dǎo)電性通過電場(chǎng)的存在來改變。因此，通過向柵極接觸部施加電壓在溝道區(qū)內(nèi)產(chǎn)生電場(chǎng)。因此，例如，當(dāng)電壓被施加到柵極接觸部時(shí)，電流可通過溝道區(qū)從源極接觸部流經(jīng)晶體管至漏極接觸部，但是在電壓沒有被施加到柵極接觸部的情況下，電流可不從源極接觸部流經(jīng)晶體管至漏極接觸部。近來，已經(jīng)開發(fā)采用被稱為“鰭(fin)”的離散、細(xì)長(zhǎng)的溝道結(jié)構(gòu)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。這種晶體管在本領(lǐng)域中經(jīng)常被稱為“finFET(鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管)”。在本領(lǐng)域中已經(jīng)提出許多不同結(jié)構(gòu)的finFET。finFET的細(xì)長(zhǎng)溝道結(jié)構(gòu)或鰭包括可以是摻雜n型或p型的半導(dǎo)體材料。還已經(jīng)證明的是，當(dāng)n型半導(dǎo)體材料處于張應(yīng)力的狀態(tài)時(shí)，n型摻雜半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性可得到提高，并且當(dāng)p型半導(dǎo)體材料處于壓應(yīng)力的狀態(tài)時(shí)，p型半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性可得到提高。貝德爾(Bedell)等人的于2012年5月1日公告的專利號(hào)為8，169，025的美國專利公開了包括在一個(gè)軸上具有應(yīng)變的應(yīng)變半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體裝置和制造方法。在半導(dǎo)體層中形成長(zhǎng)鰭和短鰭使得長(zhǎng)鰭具有沿著一個(gè)軸的應(yīng)變長(zhǎng)度。n型晶體管在長(zhǎng)鰭上形成，并且p型晶體管在至少一個(gè)短鰭上形成。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：在一些實(shí)施例中，本公開包括半導(dǎo)體裝置的制造方法。根據(jù)公開的實(shí)施例，一個(gè)或多個(gè)第一鰭可在應(yīng)變半導(dǎo)體材料的層中形成。應(yīng)變半導(dǎo)體材料的層可被設(shè)置在基礎(chǔ)襯底上的絕緣層上方。一個(gè)或多個(gè)第一鰭可具有臨界長(zhǎng)度LC以下的長(zhǎng)度。在形成一個(gè)或多個(gè)第一鰭后，可進(jìn)行熱處理使得在一個(gè)或多個(gè)第一鰭內(nèi)的應(yīng)力松弛。一個(gè)或多個(gè)第二鰭也可在應(yīng)變半導(dǎo)體材料的層中形成。根據(jù)一些實(shí)施例，一個(gè)或多個(gè)第二鰭可具有臨界長(zhǎng)度LC以上的長(zhǎng)度。根據(jù)進(jìn)一步實(shí)施例，一個(gè)或多個(gè)第二鰭可在進(jìn)行熱處理后形成。附圖說明雖然本說明書以特別指出并清楚要求保護(hù)被認(rèn)為是本發(fā)明的實(shí)施例的內(nèi)容的權(quán)利要求結(jié)束，但是當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，可以從本公開的實(shí)施例的一些示例的描述中更容易地確定本公開的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)，其中：圖1是包括在基礎(chǔ)襯底上的絕緣層上方的應(yīng)變半導(dǎo)體材料層的多層襯底的示意性說明的截面?zhèn)纫晥D；圖2是在應(yīng)變半導(dǎo)體材料層中已經(jīng)限定多個(gè)第一鰭結(jié)構(gòu)和多個(gè)第二鰭結(jié)構(gòu)后圖1的多層襯底的部分的示意性說明的俯視圖；圖3是圖2的襯底的部分的示意性說明的截面?zhèn)纫晥D并且示出其具有不同長(zhǎng)度的兩個(gè)鰭結(jié)構(gòu)；圖4和圖5類似于圖3，但是說明在對(duì)多層襯底進(jìn)行熱處理過程之后鰭結(jié)構(gòu)的松弛；圖6類似于圖3，但是說明處于應(yīng)變狀態(tài)中的一個(gè)鰭和處于松弛狀態(tài)中的一個(gè)鰭；圖7-圖10是類似于圖6的簡(jiǎn)化的截面?zhèn)纫晥D并且說明將應(yīng)力和應(yīng)變誘導(dǎo)到圖6中示出的松弛的鰭中；圖11是在應(yīng)變半導(dǎo)體材料的層中已經(jīng)限定多個(gè)第一鰭結(jié)構(gòu)后類似于圖1的另一多層襯底的部分的示意性說明的俯視圖；圖12是圖11的襯底的部分的示意性說明的截面?zhèn)纫晥D并且示出其一個(gè)鰭結(jié)構(gòu)；圖13是說明在對(duì)圖11和圖12的結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱處理過程以松弛其鰭后的結(jié)構(gòu)的類似于圖11的俯視圖熱處理過程；圖14是圖13的襯底的部分的示意性說明的截面?zhèn)纫晥D并且示出其松弛的鰭結(jié)構(gòu)；圖15類似于圖14，并示出在將應(yīng)力和應(yīng)變誘導(dǎo)到圖14所示的鰭結(jié)構(gòu)中后的鰭。圖16是類似于圖13的俯視圖，但是其進(jìn)一步說明在其上的多個(gè)第二鰭結(jié)構(gòu)的形成，使得結(jié)構(gòu)包括具有不同的應(yīng)力/應(yīng)變狀態(tài)的鰭結(jié)構(gòu)；圖17是圖16的襯底的部分的示意性說明的截面?zhèn)纫晥D并且示出其具有不同的應(yīng)力/應(yīng)變狀態(tài)的兩個(gè)鰭結(jié)構(gòu)；以及圖18說明finFET的示例結(jié)構(gòu)。具體實(shí)施方式下面參照附圖描述本公開的實(shí)施例。本文提供的圖示并不意味著是任何特定半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)或裝置的實(shí)際視圖，而僅是用于描述本公開的實(shí)施例的理想化表示。附圖未按比例繪制。在說明書和權(quán)利要求中的術(shù)語第一和第二用于區(qū)分類似的元件。如本文所使用的術(shù)語“鰭”是指具有長(zhǎng)度、寬度和高度的細(xì)長(zhǎng)的、三維有限的和有界體積的半導(dǎo)體材料，其中長(zhǎng)度大于寬度。在一些實(shí)施例中，鰭的寬度和高度可隨著鰭的長(zhǎng)度變化。下面參照附圖描述可用于制造半導(dǎo)體裝置的方法。如下面進(jìn)一步詳細(xì)討論的，方法總體涉及至少一個(gè)第一鰭在將絕緣層覆蓋在基礎(chǔ)襯底上的應(yīng)變半導(dǎo)體材料的層中形成。在形成至少一個(gè)第一鰭之后，可進(jìn)行熱處理以使至少一個(gè)第一鰭內(nèi)的應(yīng)力松弛。至少一個(gè)第二鰭也可在應(yīng)變半導(dǎo)體材料的層中形成。至少一個(gè)第二鰭可以具有比第一鰭結(jié)構(gòu)更長(zhǎng)的長(zhǎng)度，使得第二鰭在用于松弛至少一個(gè)第一鰭的熱處理期間不松弛，或者至少一個(gè)第二鰭可在進(jìn)行熱處理后形成以避免松弛所述至少一個(gè)第二鰭。圖1說明可在本公開的實(shí)施例中采用的多層襯底100的示例。如圖1所示，多層襯底100可包括將絕緣層104覆蓋在基礎(chǔ)襯底106上的應(yīng)變半導(dǎo)體材料102的層。基礎(chǔ)襯底106可包括例如半導(dǎo)體材料(例如硅、鍺、III-V半導(dǎo)體材料等)、陶瓷材料(例如氧化硅、氧化鋁、碳化硅等)、或金屬材料(例如鉬等)的管芯或晶片。在一些實(shí)施例中，襯底106可以具有單晶或多晶微結(jié)構(gòu)。在其它實(shí)施例中，基礎(chǔ)襯底106可以是非晶的?；A(chǔ)襯底106可具有范圍從約400μm至約900μm(例如，約750μm)的厚度。絕緣層104可包括在本領(lǐng)域中通常被稱為“埋氧層”或“BOX”。例如，絕緣層104可包括氧化物、硝酸鹽或氮氧化物。絕緣層104可以是晶體的或非晶的。在一些實(shí)施例中，絕緣層104可包括玻璃，例如硼磷硅酸鹽(BPSG)玻璃。雖然在本公開的實(shí)施例中也可采用更厚或更薄的絕緣層104，但是絕緣層104可具有例如在約10nm和約50nm之間的平均層厚度。例如，應(yīng)變半導(dǎo)體材料102的層可包括應(yīng)變硅、應(yīng)變鍺或應(yīng)變III-V半導(dǎo)體材料的層。因此，如果半導(dǎo)體材料102以獨(dú)立的、塊狀(bulk)形式存在，則半導(dǎo)體材料102可具有晶體結(jié)構(gòu)，其呈現(xiàn)通常由各個(gè)半導(dǎo)體材料102的晶體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)的松弛晶格參數(shù)以上(拉伸應(yīng)變的)或以下(壓縮應(yīng)變的)的晶格參數(shù)。應(yīng)變半導(dǎo)體材料102的層可具有約50nm或更薄或甚至約35nm或更薄的平均層厚度，但是在本公開的實(shí)施例中也可采用應(yīng)變半導(dǎo)體材料102的更厚的層。雖然在本領(lǐng)域中已知用于在例如圖1所示的多層襯底100上提供半導(dǎo)體材料102的應(yīng)變層的許多方法并且可在本公開的實(shí)施例中采用，但是半導(dǎo)體材料102的應(yīng)變層可使用在本領(lǐng)域中被稱為工藝的方法被提供在多層襯底100上。在這種工藝中，半導(dǎo)體材料102的層在升高的溫度下通過在其間的絕緣層104被鍵合在基礎(chǔ)襯底106上方。半導(dǎo)體材料102的層內(nèi)的應(yīng)力和應(yīng)變?cè)诒举|(zhì)上可以拉伸或壓縮。盡管由于絕緣層104和/或基礎(chǔ)襯底106的組合厚度顯著大于應(yīng)變半導(dǎo)體材料102的層的厚度的事實(shí)，絕緣層104和/或基礎(chǔ)襯底106內(nèi)的抵消的應(yīng)力和應(yīng)變的大小可顯著小于半導(dǎo)體材料102內(nèi)的應(yīng)力和應(yīng)變的大小，但是抵消的應(yīng)力和應(yīng)變還可在絕緣層104和/或基礎(chǔ)襯底106內(nèi)產(chǎn)生。作為非限制性示例，當(dāng)半導(dǎo)體材料102的層中的應(yīng)力水平約為1.0GPa時(shí)，絕緣層104和/或基礎(chǔ)襯底106中的應(yīng)力可約為0.1MPa的量級(jí)。如圖2所示，一個(gè)或多個(gè)第一鰭108可在半導(dǎo)體材料102的層中形成。第一鰭108可通過使用諸如工業(yè)中通常采用的工藝諸如掩模和蝕刻工藝在半導(dǎo)體材料102的層中形成。雖然第一鰭108中的每一個(gè)可以旨在具有相同的類型(即，n型或p型)，但是第一鰭108可包括旨在成為n型finFET和p型finFET中的一個(gè)的鰭的鰭。第一鰭108可具有臨界長(zhǎng)度LC以下的長(zhǎng)度L1。如下面進(jìn)一步具體討論的，臨界長(zhǎng)度LC是在隨后的熱處理過程期間鰭108中的半導(dǎo)體材料102將松弛的長(zhǎng)度。換言之，隨后的熱處理可在半導(dǎo)體材料102的晶格內(nèi)的應(yīng)力和應(yīng)變通常不會(huì)松弛的條件下執(zhí)行。然而，應(yīng)力和應(yīng)變可在具有臨界長(zhǎng)度LC以下的長(zhǎng)度L1的第一鰭108中的離散體積內(nèi)的半導(dǎo)體材料102中的隨后的熱處理過程期間松弛。如圖2所示，可選地，一個(gè)或多個(gè)第二鰭110也可在半導(dǎo)體材料102的層中形成。一個(gè)或多個(gè)第二鰭110可通過使用掩模和蝕刻工藝在半導(dǎo)體材料102的層中形成。在一些實(shí)施例中，第一鰭108和第二鰭110可以在公共掩模和蝕刻工藝中一起形成。雖然第二鰭110中的每一個(gè)可以旨在是相同類型(即，n型或p型)，但是第二鰭110可以包括旨在成為n型finFET和p型finFET中的一個(gè)的鰭的鰭。第二鰭110還可旨在是相對(duì)于第一鰭108的相反類型。換言之，如果第一鰭108是n型鰭，則第二鰭110可以是p型鰭。如果第一鰭108是p型鰭，則第二鰭110可以是n型鰭。第二鰭110可具有在鰭108、110中的半導(dǎo)體材料102將在隨后的熱處理過程期間松弛的臨界長(zhǎng)度LC以上的長(zhǎng)度L2。因此，在第一鰭108的晶格內(nèi)的應(yīng)力和應(yīng)變將松弛的條件(例如時(shí)間、溫度和壓力)下執(zhí)行的隨后的熱處理中，雖然在第二鰭110內(nèi)的區(qū)域中可能存在至少一些可測(cè)量的松弛，但是第二鰭110的晶格內(nèi)的應(yīng)力和應(yīng)變將不會(huì)完全松弛。圖3是沿圖2的剖面線3-3截取的多層襯底100的部分的剖視圖，并且說明一個(gè)第一鰭108的長(zhǎng)度L1和一個(gè)第二鰭110的長(zhǎng)度L2。第一鰭108和第二鰭110可具有比第一鰭108的長(zhǎng)度L1和一個(gè)第二鰭110的長(zhǎng)度L2小得多的高度和寬度。作為非限制性示例，鰭108、110可具有小于約0.1μm，小于約0.065μm或甚至小于約0.045μm的寬度和高度。例如，第一鰭108和第二鰭110的高度和寬度可分別在約30nm和約10nm之間。然而，在熱處理期間第二鰭110在平行于長(zhǎng)度L2的縱向方向上不會(huì)完全松弛，而在相同的熱處理期間第一鰭108在平行于長(zhǎng)度L1的縱向方向上確實(shí)至少基本上完全松弛。作為非限制性示例，應(yīng)變半導(dǎo)體材料102的層可包括拉伸應(yīng)變硅層，絕緣層104可以包括氧化硅層。例如，氧化硅的絕緣層104上的拉伸應(yīng)變硅可呈現(xiàn)大約1GPa和大約3GPa之間的應(yīng)力。在這種實(shí)施例中，例如，臨界長(zhǎng)度LC可以是約1.0μm。在這種情況下，作為示例，第一鰭108的長(zhǎng)度L1可小于約1μm、小于約0.5μm或者甚至小于約0.3μm，第二鰭110的長(zhǎng)度L2可大于約1.0μm、大于約1.5μm或甚至約2.0μm。如圖4所示，當(dāng)在應(yīng)變半導(dǎo)體材料102的層中切割預(yù)定長(zhǎng)度L的鰭108、110時(shí)，應(yīng)變集中在位于預(yù)定長(zhǎng)度L的鰭108、110的相對(duì)縱向端部下方的絕緣層104的部分114(虛線內(nèi)的區(qū)域)中被觀察到。這種應(yīng)變集中可足以通過在適度升高的溫度下進(jìn)行可導(dǎo)致鰭108、110在平行于長(zhǎng)度L的縱向方向上松弛的熱處理來誘發(fā)絕緣層104的局部變形(例如粘性流動(dòng)、蠕變)。例如，當(dāng)具有約0.5μm的長(zhǎng)度L的鰭108、110內(nèi)的應(yīng)變半導(dǎo)體材料102內(nèi)的應(yīng)力約為1GPa時(shí)，在位于鰭108、110的縱向端部下面的絕緣層104的部分114中誘發(fā)的應(yīng)力的大小可在約100MPa以上。這種絕緣層104的部分114內(nèi)應(yīng)力的增加的大小可足以在熱處理過程期間在絕緣層104中誘發(fā)粘性流動(dòng)、蠕變或其它形式的局部變形，該熱處理過程可使得鰭108、110的覆蓋部分松弛。例如，圖5說明在熱處理期間的中間階段處的圖4的鰭108、110。如圖5所示，鰭108、110的縱向端部112已松弛(如由較不密集的點(diǎn)畫所示)，而鰭108、110的縱向中間部分113仍然處于應(yīng)變狀態(tài)。其中應(yīng)變集中在松弛鰭108、110下方的絕緣層104的區(qū)域部分114已經(jīng)在保持在應(yīng)變狀態(tài)的鰭108、110的中間部分113下方朝鰭108、110的中心向內(nèi)遷移。申請(qǐng)人已經(jīng)觀察到用于至少基本上完全地并且均勻地松弛鰭108、110的熱處理的處理參數(shù)取決于鰭長(zhǎng)度L。鰭108、110的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，在熱處理期間完全松弛鰭108、110所需的熱預(yù)算越高。作為結(jié)果，申請(qǐng)人已經(jīng)獲得相對(duì)于已知現(xiàn)有技術(shù)具有更長(zhǎng)長(zhǎng)度的至少基本上完全和均勻松弛的鰭。松弛應(yīng)力區(qū)所需的熱處理持續(xù)時(shí)間可通過大致Δt～5.η.Δσ/(σ.Y)來估算，其中η是粘度，σ是初始應(yīng)力，Δσ是應(yīng)力損失以及Y是楊氏模量(～100GPa)。由于目標(biāo)是完全松弛，所以Δσ＝σ，則松弛時(shí)間為Δt～5.η/Y。以下表格描述了對(duì)于致密SiO2的不同T°松弛50nm區(qū)和1μm長(zhǎng)的鰭的典型時(shí)間。從該表中清楚地看出，在1000℃以下的T°下松弛1μm的鰭需要不太適合于工業(yè)制造的處理時(shí)間。使用降低BOX粘度的技術(shù)能夠在維持相似的處理時(shí)間的同時(shí)每降低η10倍將退火T°減少100℃。另外，有可能調(diào)整熱處理過程的參數(shù)以便在不需要完全松弛具有臨界長(zhǎng)度LC以上的長(zhǎng)度L2的相對(duì)較長(zhǎng)的第二鰭110的情況下，至少基本上完全地和均勻地松弛具有臨界長(zhǎng)度LC以下的長(zhǎng)度L1的相對(duì)較短的第一鰭108。因此，在整個(gè)熱處理過程中，拉伸或壓應(yīng)力和應(yīng)變可在第二鰭110的至少大部分中獲得壓應(yīng)力。作為結(jié)果，在進(jìn)行熱處理后，第一鰭108可具有第一晶格常數(shù)，并且第二鰭110可具有與在熱處理后的第一鰭108的第一晶格常數(shù)不同的晶格常數(shù)。本領(lǐng)域中已知用于調(diào)整絕緣層104以促進(jìn)在熱處理過程期間覆蓋的第一鰭108的松弛的各種技術(shù)。例如，在一些實(shí)施例中，絕緣層104可能不完全致密，并且可在熱處理過程期間經(jīng)歷致密化。在熱處理過程之前，絕緣層104可具有低于可通過在高于750℃的溫度下熱退火絕緣層104獲得的密度的密度。非致密材料可具有基本上較低的粘度并且絕緣層104在其中的集中應(yīng)力區(qū)域中在熱退火工藝期間經(jīng)歷致密化的能力可促進(jìn)在熱處理過程期間覆蓋的第一鰭108的松弛。在一些實(shí)施例中，原子種類可在熱處理過程之前被注入絕緣層104中，并且注入的原子種類的組成和濃度可被選擇以降低絕緣層104的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和/或降低其粘度以促進(jìn)在熱處理過程期間絕緣層104的局部重新分布和覆蓋的第一鰭108的松弛。作為非限制性示例，在熱處理過程之前注入絕緣層104中的原子種類可包括硼和磷中的一種或兩種。因此，在熱處理過程的溫度下其中具有注入元素的絕緣層104的粘度可相對(duì)于在沒有注入的原子種類的情況下的絕緣層104的粘度降低。因此，第一鰭108在熱處理過程期間的松弛可通過使用具有注入的原子種類的這種絕緣層104在相對(duì)較低的溫度下來實(shí)現(xiàn)。通過提高絕緣層104在熱處理過程期間經(jīng)歷局部變形的能力，用于松弛鰭108中的縱向應(yīng)力的熱處理溫度可被降低，和/或相對(duì)較長(zhǎng)的鰭108可在給定的熱處理溫度下至少基本上完全松弛。參照?qǐng)D6，熱處理過程可在溫度、壓力和選定的時(shí)間下執(zhí)行使得第一鰭108將至少基本上完全松弛，而第二鰭110的每一個(gè)的至少縱向部分(例如中間部分113)仍然處于應(yīng)變狀態(tài)。在整個(gè)熱處理過程中，應(yīng)變半導(dǎo)體材料102的層的未圖案化區(qū)域也仍然處于應(yīng)變狀態(tài)。作為非限制性示例，在應(yīng)變半導(dǎo)體材料102的層包括拉伸應(yīng)變硅層并且絕緣層104包括氧化硅層的實(shí)施例中，熱處理可在約950℃至約1250℃之間的溫度下在惰性氣氛中進(jìn)行約十小時(shí)(10小時(shí))和約一分鐘(1分鐘)之間的時(shí)間。作為非限制性具體示例，熱處理過程可以在約1050℃在惰性氣氛中進(jìn)行約一小時(shí)(1小時(shí))或在約1150℃在惰性氣氛中進(jìn)行約五分鐘(5分鐘)。當(dāng)熱處理在高達(dá)約1250℃的溫度下執(zhí)行時(shí)，第二鰭110內(nèi)的應(yīng)力和應(yīng)變可以是可維持的。當(dāng)熱處理在大約950℃和大約1250℃之間的溫度下執(zhí)行時(shí)，第一鰭108內(nèi)的應(yīng)力和應(yīng)變可被松弛，該溫度與互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)處理兼容。長(zhǎng)度小于約0.5μm的第一鰭108可在低至約600℃的熱處理溫度下松弛。當(dāng)熱處理在這種低溫下進(jìn)行時(shí)，只要第二鰭110的長(zhǎng)度L2為大約1μm或更長(zhǎng)，可保持第二鰭110的至少一部分內(nèi)的應(yīng)力和應(yīng)變?？紤]到25nm厚的氧化硅絕緣層104和包括拉伸應(yīng)變硅(Si)的35nm厚的應(yīng)變半導(dǎo)體材料層102，作為第一鰭108的長(zhǎng)度L1的函數(shù)的熱處理工藝條件可如下表1所示：表1第一鰭長(zhǎng)度(μm)熱處理溫度(℃)處理持續(xù)時(shí)間(mn)111001小時(shí)0.5110030分鐘0.3110015分鐘如前所述，半導(dǎo)體材料102的應(yīng)變層還可包括壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層，諸如壓縮應(yīng)變硅鍺(SiGe)層。絕緣體層104上的壓縮應(yīng)變SiGe可呈現(xiàn)出約0GPa至約-4GPa的應(yīng)力。考慮到包括氧化硅的25nm厚的絕緣體層104和30nm厚的壓縮應(yīng)變Si0.25Ge0.75層，作為長(zhǎng)度L1的函數(shù)的熱處理工藝條件可如下表2所示：表2第一鰭長(zhǎng)度(μm)熱處理溫度(℃)處理持續(xù)時(shí)間(mn)111001小時(shí)0.5110030分鐘0.3110015分鐘如上表1和表2所示，對(duì)于具有較短長(zhǎng)度L1的鰭108，第一鰭108的完全縱向應(yīng)力松弛可在較低溫度下獲得。在退火后，雖然應(yīng)變可能保留在第二鰭110的每一個(gè)的至少一部分下方的絕緣層104中，但是在第一鰭108下方的絕緣層104內(nèi)的應(yīng)變也可至少基本上被減少或消除。如果半導(dǎo)體材料102的層是拉伸應(yīng)變層，則在熱處理后第一鰭108可具有比第二鰭110小的晶格常數(shù)。在這種實(shí)施例中，例如，第一鰭108可用于形成p型finFET，第二鰭110可用于形成n型finFET。如果半導(dǎo)體材料102的層是壓縮應(yīng)變層，則在熱處理后第一鰭108可具有比第二鰭110大的晶格常數(shù)。在這種實(shí)施例中，例如，第一鰭108可用于形成n型finFET，第二鰭110可用于形成p型finFET?？赡苄枰纬删哂刑幱趶垜?yīng)力狀態(tài)的鰭的n型finFET，并且形成具有處于松弛狀態(tài)或處于壓應(yīng)力狀態(tài)的鰭的p型finFET。因此，在一些實(shí)施例中，第一鰭108和第二鰭110中具有最高晶格常數(shù)的任何一個(gè)可被選擇并用于形成n型finFET的鰭，并且第一鰭108和第二鰭110中具有最低晶格常數(shù)的任何一個(gè)可被選擇并用于形成p型finFET的鰭。在其中應(yīng)變半導(dǎo)體材料102的層包括拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層的實(shí)施例中，第一鰭108的晶格可經(jīng)歷松弛，其特征在于第一鰭108內(nèi)的半導(dǎo)體材料102的晶格常數(shù)減小。因此，第一鰭108內(nèi)的晶格常數(shù)將低于第二鰭110內(nèi)的晶格常數(shù)。在這種實(shí)施例中，p型finFET可通過使用第一鰭108形成，并且n型finFET可通過使用第二鰭110形成。n型finFET的性能可通過在其第二鰭110內(nèi)存在拉伸應(yīng)變得到提高，并且不會(huì)觀察到通過使用第一鰭108制造的p型finFET的性能的劣化。另外，因?yàn)槊恳粋€(gè)第一鰭108的松弛可在第一鰭108的整個(gè)長(zhǎng)度上至少基本上均勻，所以通過使用第一鰭108形成的p型finFET內(nèi)的電子空穴的遷移率相對(duì)于已知的現(xiàn)有技術(shù)可能不會(huì)減小，并且?guī)缀跤^察不到閾值電壓(Vt)變化。相反地，在應(yīng)變半導(dǎo)體材料102的層包括壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層的實(shí)施例中，第一鰭108的晶格可經(jīng)歷松弛，其特征在于第一鰭108內(nèi)的半導(dǎo)體材料102的晶格常數(shù)增加。因此，在熱處理后第一鰭108的晶格常數(shù)將高于第二鰭110的晶格常數(shù)，并且p型finFET可通過使用第二鰭110形成，而n型finFET可通過使用第一鰭108形成。p型finFET的性能可通過在其第二鰭110內(nèi)存在壓縮應(yīng)變得到提高，并且觀察不到通過使用第一鰭108形成的n型finFET的性能的劣化。另外，因?yàn)榈谝祸?08的松弛可在第一鰭108的整個(gè)長(zhǎng)度上至少基本上均勻，所以通過使用第一鰭108形成的n型finFET內(nèi)的電子空穴的遷移率相對(duì)于已知的現(xiàn)有技術(shù)可能不會(huì)減小，并且不會(huì)觀察到閾值電壓(Vt)變化。如前所述，在一些實(shí)施例中，應(yīng)變半導(dǎo)體材料102的層可包括拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層，諸如拉伸應(yīng)變硅(Si)層。這種拉伸應(yīng)變硅層可在其中呈現(xiàn)約1.3GPa以上的張應(yīng)力。通過使用其中具有約1.3GPa的張應(yīng)力的拉伸應(yīng)變硅鰭形成的n型finFET內(nèi)的電子遷移率可以比通過使用松弛硅鰭形成的n型finFET內(nèi)的電子遷移率高約60％。在本公開的一些實(shí)施例中，在進(jìn)行熱處理過程并松弛第一鰭108后，應(yīng)力或應(yīng)變可在第一鰭108內(nèi)再次產(chǎn)生。在熱處理過程后在第一鰭108內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力或應(yīng)變?cè)诒举|(zhì)上可與在熱處理過程后保留在第二鰭110內(nèi)的應(yīng)力和應(yīng)變相反。例如，如果第二鰭110在熱處理后處于張應(yīng)力和應(yīng)變的狀態(tài)，則壓應(yīng)力和應(yīng)變可在第一鰭108內(nèi)誘發(fā)(同時(shí)保持第二鰭110內(nèi)的張應(yīng)力和應(yīng)變)。作為另一示例，如果第二鰭110在熱處理后處于壓應(yīng)力和應(yīng)變的狀態(tài)，則張應(yīng)力和應(yīng)變可在第一鰭108內(nèi)誘發(fā)(同時(shí)保持第二鰭110內(nèi)的壓應(yīng)力和應(yīng)變)。作為具體的非限制性示例，在應(yīng)變半導(dǎo)體材料102的層包括拉伸應(yīng)變硅層的實(shí)施例中，在熱處理過程后的第一鰭108中的松弛硅可通過使用本領(lǐng)域已知的如下面參照?qǐng)D7至圖11所述的諸如氧化冷凝工藝或熱混合工藝等工藝被轉(zhuǎn)變?yōu)閴嚎s應(yīng)變硅鍺(SiGe)。例如，S.拿卡哈瑞(Nakaharai)等人在應(yīng)用物理學(xué)雜志(J.Appl.Phys.105:024515(2009))中公開的氧化冷凝工藝，其全部?jī)?nèi)容通過引用并入本文，可用于將第一鰭108中的拉伸應(yīng)變硅轉(zhuǎn)變成壓縮應(yīng)變硅鍺(SiGe)。如圖7所示，第一鰭108或第二鰭110可用掩模材料116掩蔽，并且第一鰭108和第二鰭110中的另一個(gè)可通過掩模材料116暴露。在圖7至圖10所示的實(shí)施例中，第二鰭110已經(jīng)用掩模材料116掩蔽，而第一鰭108通過掩模材料116保持暴露。掩模材料116還可覆蓋應(yīng)變半導(dǎo)體材料102的層的其它部分。例如，掩模材料116可包括二氧化硅層、氮化硅層或氮氧化硅層，并且可通過使用沉積工藝沉積在多層襯底100上方。然后常規(guī)的光刻工藝可被執(zhí)行以選擇性地蝕刻穿過掩模材料116的選定部分以在其中形成開口。在一些實(shí)施例中，掩模材料116可在形成鰭108、110前在應(yīng)變半導(dǎo)體材料102的層上方沉積，并且單一蝕刻工藝可用于蝕刻穿過掩模材料116和半導(dǎo)體材料102的層以圖案化掩模材料116并同時(shí)形成第一鰭108。例如，掩模材料116和應(yīng)變半導(dǎo)體材料102的層的蝕刻可通過等離子體蝕刻來執(zhí)行。如前所述，第一鰭108在熱處理過程后可以包括松弛硅(Si)，而第二鰭110在熱處理過程后包括拉伸應(yīng)變硅(Si)。如圖8所示，硅鍺合金118的外延層可被外延地沉積在通過掩模材料116暴露的鰭108、110的任意一個(gè)上方。在圖7至圖10所示的實(shí)施例中，外延硅鍺合金被示出沉積在第一鰭108上方。掩模材料116防止硅鍺合金沉積在第二鰭110上。在將硅鍺合金沉積在第一鰭108上后，氧化冷凝工藝或熱混合工藝可被執(zhí)行以將鍺原子引入第一鰭108中并且將在圖8中用點(diǎn)畫表示的第一鰭108的松弛硅轉(zhuǎn)變?yōu)樵趫D9中用交叉陰影表示的應(yīng)變SiGe合金。在氧化冷凝工藝或熱混合工藝后，氧化硅層可在第一鰭108的表面處存在，并且任何這種氧化硅層和掩模材料116可被去除以形成包括壓縮應(yīng)變SiGe第一鰭108和拉伸應(yīng)變硅(Si)第二鰭110的如圖10所示的結(jié)構(gòu)。因此，如上參照?qǐng)D7至圖10所述，雖然第二鰭110處于張應(yīng)力和應(yīng)變，但是壓應(yīng)力和應(yīng)變可在進(jìn)行松弛第一鰭108的熱處理過程后被誘導(dǎo)到第一鰭108中。在第一鰭108中存在壓縮應(yīng)變可提高可使用第一鰭108形成的p型finFET的性能。如上所述，在一些實(shí)施例中，應(yīng)變半導(dǎo)體材料102的層可包括壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層，諸如壓縮應(yīng)變硅鍺(Si0.75Ge0.25)層。這種壓縮應(yīng)變硅層可在其中呈現(xiàn)約-1.6GPa以上的壓應(yīng)力。通過使用其中具有約-1.6GPa的壓應(yīng)力的壓縮應(yīng)變SiGe鰭形成的p型finFET內(nèi)的空穴遷移率可比通過使用松弛SiGe鰭形成的p型finFET內(nèi)的空穴遷移率高約100％。對(duì)于Si0.8Ge0.2，遷移率增加約60％完全應(yīng)變(RefKhakifirooz，EDL2013)。在本公開的一些實(shí)施例中，雖然第一鰭108和第二鰭110的尺寸和/或形狀可在熱處理過程后被改變，但是以這種方式以便保持其中的各個(gè)應(yīng)力和應(yīng)變。例如，可選地，第二鰭110的長(zhǎng)度L2可在使用掩模和蝕刻工藝后被減小。例如，第二鰭110的長(zhǎng)度L2可被減小到與熱處理過程后的第一鰭108的長(zhǎng)度L1基本相似的水平。在以上討論的實(shí)施例中，至少初始地形成一個(gè)或多個(gè)第二鰭110使得它們?cè)跓崽幚磉^程期間具有臨界長(zhǎng)度LC以上的長(zhǎng)度L2從而熱處理將不會(huì)消除第二鰭110內(nèi)的縱向應(yīng)力。在這種實(shí)施例中，第二鰭110可在進(jìn)行熱處理之前或之后形成。因此，第二鰭110可有利地與第一鰭108一起同時(shí)形成。在另外的實(shí)施例中，可初始地形成臨界長(zhǎng)度LC以下的長(zhǎng)度L2的一個(gè)或多個(gè)第二鰭110，但是在首先形成第一鰭108并且進(jìn)行熱處理過程后，使得第二鰭110不被暴露于熱處理過程。在圖11至圖17中示出這種方法。在這種實(shí)施例中，由于直到在進(jìn)行松弛第一鰭108的熱處理后才形成第二鰭110，因此第二鰭110的縱向應(yīng)力和應(yīng)變被保持。如圖11和圖12所示，例如，第一鰭108可通過使用本文先前所述的掩模和蝕刻工藝被限定在應(yīng)變半導(dǎo)體材料102的層中。第一鰭108可具有也如前所述的臨界長(zhǎng)度LC以下的長(zhǎng)度L1。參照?qǐng)D13和圖14，在形成第一鰭108后和在形成任何第二鰭110之前，熱處理過程可如本文先前所述被進(jìn)行以便至少基本上松弛第一鰭108內(nèi)的應(yīng)變半導(dǎo)體材料102(由較低密度的點(diǎn)畫表示)且不松弛應(yīng)變半導(dǎo)體材料102的層的剩余部分。如圖15所示，在松弛第一鰭108內(nèi)的應(yīng)變半導(dǎo)體材料后，應(yīng)力和/或應(yīng)變可在第一鰭108的半導(dǎo)體材料中誘導(dǎo)(在圖15中通過交叉陰影表示)。在熱處理過程后在第一鰭108內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力或應(yīng)變?cè)诒举|(zhì)上可與在熱處理過程之后保留在應(yīng)變半導(dǎo)體材料102的剩余部分內(nèi)的應(yīng)力和應(yīng)變相反。例如，如果應(yīng)變半導(dǎo)體材料102的剩余部分在熱處理后處于張應(yīng)力和應(yīng)變的狀態(tài)，則壓應(yīng)力和應(yīng)變可在第一鰭108內(nèi)誘發(fā)(同時(shí)保持半導(dǎo)體材料102的其余部分內(nèi)的張應(yīng)力和應(yīng)變)。作為另一個(gè)示例，如果應(yīng)變半導(dǎo)體材料102的剩余部分在熱處理后處于壓應(yīng)力和應(yīng)變的狀態(tài)，則張應(yīng)力和應(yīng)變可在第一鰭108內(nèi)誘發(fā)張應(yīng)力(同時(shí)保持半導(dǎo)體材料102的其余部分內(nèi)的壓應(yīng)力和應(yīng)變)。作為非限制性示例，先前參考圖7至圖10描述的方法可用于將第一鰭108內(nèi)的松弛硅轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝祸?08內(nèi)的應(yīng)變SiGe。如圖16和圖17所示，在執(zhí)行松弛第一鰭108的熱處理過程后，第二鰭110可在應(yīng)變半導(dǎo)體材料102的層中形成。第二鰭110可通過使用如前所述的掩模和蝕刻工藝形成并且可具有長(zhǎng)度L2。如前所述，在進(jìn)行如參考如圖11至圖17所述的熱處理過程后形成第二鰭110的實(shí)施例中，第二鰭110可以具有大于、等于或小于臨界長(zhǎng)度LC的長(zhǎng)度L2。此外，在這種實(shí)施例中，可選地，第二鰭110可具有等于第一鰭108的長(zhǎng)度L1的長(zhǎng)度L2。在如本文以上所述形成第一鰭108和第二鰭110后，n型finFET和p型finFET中的一個(gè)可通過使用第一鰭108或第二鰭110中的任意一個(gè)形成，并且n型finFET和p型finFET中的另一個(gè)可通過使用第一鰭108或第二鰭110中的另一個(gè)形成。例如，n型finFET可通過使用第一鰭108形成，并且p型finFET可通過使用第二鰭110中形成。作為另一個(gè)示例，p型finFET可通過使用第一鰭108形成，并且n型finFET可通過使用第二鰭110中形成。在一些實(shí)施例中，n型finFET可通過使用處于拉伸應(yīng)變的狀態(tài)的第一鰭108和第二鰭110的任何一個(gè)來形成，并且p型finFET可通過使用處于松弛狀態(tài)或壓縮應(yīng)變狀態(tài)的第一鰭108和第二鰭110的任何一個(gè)來形成。在一些實(shí)施例中，p型finFET可通過使用處于壓縮應(yīng)變的狀態(tài)的第一鰭108和第二鰭110的任何一個(gè)來形成，并且n型finFET可通過使用處于松弛狀態(tài)或壓縮應(yīng)變狀態(tài)的第一鰭108和第二鰭110的任何一個(gè)來形成。圖18說明根據(jù)本公開的實(shí)施例的可通過使用第一鰭108和/或第二鰭110制造的finFET結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化示例性實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)注意的是，在本領(lǐng)域中已知許多不同的finFET結(jié)構(gòu)并可根據(jù)本公開的實(shí)施例被采用，并且在圖18中說明的finFET結(jié)構(gòu)僅被闡述為這種finFET結(jié)構(gòu)的示例。如圖18所示，finFET120包括源極區(qū)122、漏極區(qū)124和在源極區(qū)122和漏極區(qū)124之間延伸的溝道。溝道通過諸如第一鰭108或第二鰭110的鰭限定并且包括鰭，諸如第一鰭108或第二鰭110。在一些實(shí)施例中，源極區(qū)122和漏極區(qū)124可包括鰭108、110的縱向端部或通過鰭108、110的縱向端部限定。導(dǎo)電柵極126在在源極區(qū)122和漏極區(qū)124之間的鰭108、110的至少一部分上方延伸并鄰近在源極區(qū)122和漏極區(qū)124之間的鰭108、110的至少一部分。柵極126可以通過介電材料128與鰭108、110分離。柵極126可包括多層結(jié)構(gòu)，并且可包括半導(dǎo)體和/或?qū)щ妼印０ㄖT如導(dǎo)電硅化物的金屬、金屬化合物或兩者的低電阻層可被沉積在源極區(qū)122和/或漏極區(qū)124上方以與其形成電接觸。因此有利地，溝道中的張應(yīng)力可增大nFET性能并減小閾值電壓，而溝道中的壓應(yīng)力可增大pFET性能并減小閾值電壓。對(duì)于一些功能，因?yàn)樾枰咝阅芩詰?yīng)變裝置是有益的，而且對(duì)于一些其它功能，性能不那么重要，但高閾值電壓是有益的。利用本發(fā)明，用戶可以選擇哪個(gè)裝置是應(yīng)變的而哪個(gè)不是。例如，本發(fā)明可有利地被用于并入同一電路中：-具有拉伸應(yīng)變nFET和壓縮應(yīng)變pFET的超快邏輯邏輯部件-具有松弛nFET和pFET的SRAM部件(較低漏電)。在下面闡述本公開的另外的非限制性示例實(shí)施例。實(shí)施例1：一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其包括：在覆蓋基礎(chǔ)襯底上的絕緣層的應(yīng)變半導(dǎo)體材料的層中形成至少一個(gè)第一鰭，至少一個(gè)第一鰭具有臨界長(zhǎng)度LC以下的長(zhǎng)度；在形成至少一個(gè)第一鰭后，進(jìn)行使得在具有臨界長(zhǎng)度LC以下的長(zhǎng)度的至少一個(gè)第一鰭內(nèi)的應(yīng)力松弛的熱處理；以及在應(yīng)變半導(dǎo)體材料的層中形成至少一個(gè)第二鰭；其中至少一個(gè)第二鰭具有臨界長(zhǎng)度LC以上的長(zhǎng)度，或者在進(jìn)行熱處理后形成至少一個(gè)第二鰭。實(shí)施例2：根據(jù)實(shí)施例1所述的方法，其中在進(jìn)行熱處理后至少一個(gè)第一鰭具有第一晶格常數(shù)，并且至少一個(gè)第二鰭具有不同于第一晶格常數(shù)的第二晶格常數(shù)，并且其中方法進(jìn)一步包括：形成n型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其包括從至少一個(gè)第一鰭和至少一個(gè)第二鰭中選擇的一個(gè)鰭，該一個(gè)鰭具有最高晶格常數(shù)；以及形成p型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其包括從至少一個(gè)第一鰭和至少一個(gè)第二鰭中選擇的另一個(gè)鰭，該另一個(gè)鰭具有最低晶格常數(shù)。實(shí)施例3：根據(jù)實(shí)施例1或2所述的方法，其中應(yīng)變半導(dǎo)體材料的層處于張應(yīng)力的狀態(tài)。實(shí)施例4：根據(jù)實(shí)施例1至實(shí)施例3中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中應(yīng)變半導(dǎo)體材料的層包括拉伸應(yīng)變硅層。實(shí)施例5：根據(jù)實(shí)施例1至實(shí)施例4中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中其進(jìn)一步包括形成具有至少1μm的長(zhǎng)度的至少一個(gè)第二鰭。實(shí)施例6：根據(jù)實(shí)施例1至實(shí)施例4中的任意一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括形成具有小于1μm長(zhǎng)度的至少一個(gè)第一鰭。實(shí)施例7：根據(jù)實(shí)施例1至實(shí)施例4中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中進(jìn)行熱處理包括在惰性氣氛中在950℃和1250℃之間的溫度下執(zhí)行5分鐘至10小時(shí)的熱處理。實(shí)施例8：根據(jù)實(shí)施例2所述的方法，其進(jìn)一步包括在進(jìn)行熱處理后且在形成包括至少一個(gè)第一鰭和至少一個(gè)第二鰭的另一個(gè)的p型場(chǎng)效應(yīng)晶體管前執(zhí)行以下操作：在至少一個(gè)第一鰭和至少一個(gè)第二鰭的另一個(gè)上沉積外延硅鍺合金；執(zhí)行氧化冷凝工藝以將鍺原子引入到至少一個(gè)第一鰭和至少一個(gè)第二鰭的另一個(gè)中并且在至少一個(gè)第一鰭和至少一個(gè)第二鰭的另一個(gè)的表面上形成氧化硅層；和去除氧化硅層。實(shí)施例9：根據(jù)實(shí)施例8所述的方法，其進(jìn)一步包括在將外延硅鍺合金沉積在至少一個(gè)第一鰭和至少一個(gè)第二鰭的另一個(gè)上方前，掩模至少一個(gè)第一鰭和至少一個(gè)第二鰭的一個(gè)。實(shí)施例10：根據(jù)實(shí)施例1或2所述的方法，其中應(yīng)變半導(dǎo)體材料的層處于壓應(yīng)力的狀態(tài)。實(shí)施例11：根據(jù)實(shí)施例10所述的方法，其中應(yīng)變半導(dǎo)體材料的層包括壓縮應(yīng)變硅-鍺層。實(shí)施例12：根據(jù)實(shí)施例10或11所述的方法，其進(jìn)一步包括形成至少1μm的長(zhǎng)度的至少一個(gè)第二鰭。實(shí)施例13：根據(jù)實(shí)施例10至實(shí)施例12中的任意一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括形成小于1μm的長(zhǎng)度的至少一個(gè)第一鰭。實(shí)施例14：根據(jù)實(shí)施例10至實(shí)施例13中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中進(jìn)行熱處理包括在惰性氣氛中在950℃和1250℃之間的溫度下執(zhí)行1分鐘至10小時(shí)的熱處理。實(shí)施例15：根據(jù)實(shí)施例1至實(shí)施例14中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中進(jìn)行熱處理進(jìn)一步包括增加絕緣層的密度實(shí)施例16：根據(jù)實(shí)施例1至實(shí)施例15中的任意一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括在形成至少一個(gè)第一鰭前將離子注入到絕緣層中并且通過使用注入的離子來降低絕緣層的粘度。因?yàn)樯鲜霰竟_的示例實(shí)施例僅是通過權(quán)利要求及其法律等同物的范圍限定的本發(fā)明的實(shí)施例的示例，所以這些實(shí)施例不限制本發(fā)明的范圍。任何等同的實(shí)施例旨在本發(fā)明的范圍內(nèi)。實(shí)際上，除了本文所示和所述的元件之外，諸如所述元件的可選有用組合，本發(fā)明的各種變型，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將從該描述中變得顯而易見。換言之，本文描述的一個(gè)示例實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)特征可以與本文描述的另一示例實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)特征組合以提供本發(fā)明的另外實(shí)施例。這種變型和實(shí)施例也旨在落入所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3