專利名稱：具有晶格不相稱區(qū)的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是有關(guān)于一種具有晶格不相稱區(qū)的半導(dǎo)體組件，特別關(guān)于一種應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
近十幾年來，隨著金氧半場效晶體管(metal-oxide-semiconductorfield effect transistor，MOSFET)尺寸的縮小，包括柵極長度與柵極氧化層厚度的縮小，已使得持續(xù)改善速度效能、密度與每單位IC(integrated circuits)成本成為可能。
為了更進一步提升晶體管的效能，可利用在晶體管溝道的應(yīng)變(strain)來改善載子遷移率，以達到提升晶體管效能的目的，進而使組件比例縮小。以下介紹幾個使溝道區(qū)應(yīng)變的既有方法在一常見方法，如于1992年12月在加州舊金山InternationalElectron Devices Meeting所出版的J.Welser et al.中1000-1002頁的“NMOS and PMOS transistors fabricated in strainedsilicon/relaxed silicon-germanium structures”所述，一松散硅鍺(SiGe)緩沖層110用來做下方的溝道區(qū)126，如圖1A所示；在圖1B與圖1C中，利用一相異晶格常數(shù)的簡單區(qū)塊來表示在緩沖層110里的松散硅鍺層114與應(yīng)變硅層130的橫截面；在圖1B中，區(qū)塊135表示硅的自然晶格常數(shù)，該晶格常數(shù)比區(qū)塊115硅鍺的自然晶格常數(shù)?。辉趫D1C中，當(dāng)一磊晶硅薄膜(區(qū)塊135)長在松散硅鍺層114(區(qū)塊115)上時，區(qū)塊135中硅的單位晶格136會橫向延伸，產(chǎn)生一二維拉伸應(yīng)力，使該磊晶硅薄膜變成應(yīng)變硅層130，如圖1A所示。在圖1A中，一晶體管長在該應(yīng)變磊晶硅層130上，使溝道區(qū)126處于此二維拉伸應(yīng)力中，此自然晶格常數(shù)為此半導(dǎo)體于常壓室溫下的晶格常數(shù)。此法中，松散硅鍺層114是一位于溝道區(qū)126下的應(yīng)力區(qū)(stressor)，該應(yīng)力區(qū)使溝道區(qū)126產(chǎn)生應(yīng)變，受一二維拉伸應(yīng)力的硅溝道對整個晶體管中電子與電洞遷移率有很大提升。在上述方法中，磊晶硅層130在晶體管形成前就已應(yīng)變，因此，之后CMOS的高溫制程所可能產(chǎn)生的應(yīng)變松散(strain relaxation)需特別注意；另外，由于硅鍺緩沖層110的厚度是以微米的等級在成長，所以此法非常昂貴；此外，松散硅鍺層114中存在許多脫格(dislocation)現(xiàn)象，有些還會增生到應(yīng)變硅層130中，產(chǎn)生高缺陷密度，使晶體管效能受到負面影響。
在其它方法中，溝道區(qū)于晶體管形成后才應(yīng)變。在此方法中，一高應(yīng)力膜220形成于整個晶體管結(jié)構(gòu)250上，如圖2所示；作為應(yīng)力區(qū)的高應(yīng)力膜220對溝道區(qū)206產(chǎn)生重大影響，它使溝道區(qū)206晶格間隙(lattice spacing)改變且產(chǎn)生應(yīng)變；在此例中，應(yīng)力區(qū)位于整個晶體管結(jié)構(gòu)250上方，詳細的描述請參考A.Shimizu et al.，“Local mechanicalstress control(LMC)a new technique fo CMOS performanceenhancement”，pp.433-436 of the Digest of Technical Papers of the2001 Interna tional Electron Device Meeting；高應(yīng)力膜220所產(chǎn)生的應(yīng)變本質(zhì)上被認為是與源極到漏極平行的一維方向，然而，在源極到漏極的一維拉伸應(yīng)力應(yīng)變減低了電洞遷移率，且一維壓縮應(yīng)力減低了電子遷移率；鍺的離子植入被用來選擇性地減輕該應(yīng)變，使電洞或電子遷移率不會降低，但由于N與P溝道晶體管很靠近，所以此植入有困難。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的主要目的為提供一種具有應(yīng)變溝道區(qū)的晶體管結(jié)構(gòu)。
本實用新型的另一目的就是提供一種應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)靠近應(yīng)變溝道區(qū)的部分源極區(qū)與/或漏極區(qū)為晶格不相稱區(qū)，該晶格不相稱區(qū)受溝道區(qū)影響。
為達上述目的，本實用新型提供一變形溝道晶體管極結(jié)構(gòu)，包括一應(yīng)變溝道區(qū)、一柵極介電層、一柵極電極與一源極區(qū)與漏極區(qū)；該基底包含一第一自然晶格常數(shù)的第一半導(dǎo)體材料、該柵極介電層位于應(yīng)變溝道區(qū)上、柵極電極位于柵極介電層上、源極區(qū)與漏極區(qū)位于應(yīng)變溝道區(qū)的相對鄰近處，且源極區(qū)與/或漏極區(qū)包含一晶格不相稱區(qū)，此區(qū)包含一第二自然晶格常數(shù)的第二半導(dǎo)體材料，此第二自然晶格常數(shù)與第一自然晶格常數(shù)相異。


圖1A至圖1C為一系列常見的應(yīng)變硅晶體管剖面圖，該晶體管具有一松弛硅鍺層作為應(yīng)力區(qū)，使磊晶硅層上方產(chǎn)生應(yīng)變；圖2為另一常見的應(yīng)變硅晶體管剖面圖，用以說明利用一高應(yīng)力膜的應(yīng)力區(qū)使溝道應(yīng)變；圖3A與圖3B為一系列使用本實用新型實施例一的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖4A至圖4D為一系列使用本實用新型實施例二的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖5為本實用新型應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)實施例三的詳細流程圖；圖6A至圖6F為一系列使用本實用新型實施例三的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)的制程步驟剖面圖；圖7為本實用新型應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)實施例四的詳細流程圖；
圖8A至圖8D為一系列使用本實用新型實施例四的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)的制程步驟剖面圖；圖9為本實用新型變形溝道晶體管結(jié)構(gòu)實施例五的詳細流程圖；圖10A至圖10G為一系列使用本實用新型實施例五的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)的制程步驟剖面圖；圖11A至圖11D為一系列使用本實用新型實施例六的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)的制程步驟剖面圖。
符號說明100、200、300a、300b、400、500、600、700、800基底110硅化鍺緩沖層112硅化鍺緩沖層下方114硅化鍺緩沖層上方115硅化鍺區(qū)塊122、202漏極124、204源極126、206、506、606、706、806溝道區(qū)130應(yīng)變硅層135硅區(qū)塊136硅的單位晶格142、214、314a、314b、414、514、614、714、814柵極電極T張力212、312a、312b、412、512、612、712、812柵極介電層216、316a、316b、416、516、616、715、716、816間隙壁220高應(yīng)力膜250晶體管結(jié)構(gòu)3a、3b、4a、4b、4c、4d、5、6、7、8應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)
301a、301b、401、501、601、701、801漏極延伸區(qū)302a、302b、402、502、602、702、802深漏極區(qū)303a、303b、403、503、603、703、803源極延伸區(qū)304a、304b、404、504、604、704、804深源極區(qū)305a、305b、405a、405b、405c、405d、505、605、705、805晶格不相稱區(qū)306a、306b、406a、406b、406c、406d、506’、606’、706’、806’應(yīng)變溝道區(qū)307a、307b、407、507、607、707、807漏極區(qū)308a、308b、408、508、608、708、808源極區(qū)C1源極至漏極方向的壓縮應(yīng)力T1垂直方向的拉伸應(yīng)力C2垂直方向的壓縮應(yīng)力T2源極至漏極方向的拉伸應(yīng)力420、520、620、720、820傳導(dǎo)層509、609、709凹蝕處d凹蝕處的深度622、722硅蓋層830植入離子具體實施方式
為讓本實用新型的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下實施例一在本實用新型的實施例一中，將討論運用于應(yīng)變溝道區(qū)的兩種應(yīng)力型式。
在圖3A中，一應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)3a剖面圖表示本實用新型實施例一基底300a表面有一應(yīng)變溝道區(qū)306a，該基底包含一半導(dǎo)體材料；柵極介電層312a位于應(yīng)變溝道區(qū)306a上，此層最好的厚度約為3至100埃；柵極電極314a位于柵極介電層312a上；間隙壁316a位于柵極電極314a側(cè)壁，且覆蓋一部分基底300a表面；漏極區(qū)307a包括漏極延伸區(qū)301a與深漏極區(qū)302a、源極區(qū)308a包括源極延伸區(qū)303a與深源極區(qū)304a，漏極區(qū)與源極區(qū)位于應(yīng)變溝道區(qū)306a的相對鄰近處；晶格不相稱區(qū)305a包含另一種半導(dǎo)體材料，此半導(dǎo)體材料的自然晶格常數(shù)與基底300a的自然晶格常數(shù)相異，且位于深漏極區(qū)302a與/或深源極區(qū)304a，因此，應(yīng)變溝道區(qū)306a會被不同晶格常數(shù)的應(yīng)變溝道區(qū)306a與晶格不相稱區(qū)305a所應(yīng)變。
在本實用新型實施例一中，在應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)3a里，基底300a最好包含自然晶格常數(shù)約為5.431埃的硅，且晶格不相稱區(qū)305a最好包含一自然晶格常數(shù)最好約在5.431至5.657埃間的合金半導(dǎo)體材料，如硅鍺合金，此常數(shù)與鍺在硅鍺合金中的濃度相關(guān)，且大于基底300a的自然晶格常數(shù)；在本實用新型實施例一中，晶格不相稱區(qū)的鍺在硅鍺合金中的莫耳比(mole fraction)最好約為0.1至0.9，使晶格不相稱區(qū)305a成為一應(yīng)力區(qū)，于應(yīng)變溝道區(qū)306a中產(chǎn)生一源極至漏極方向的壓縮應(yīng)力C1與一垂直方向的拉伸應(yīng)力T1，使變形溝道區(qū)306a處于一源極至漏極方向的壓縮應(yīng)力與垂直方向的拉伸應(yīng)力中。當(dāng)此應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)3a為P溝道時，應(yīng)變溝道區(qū)306a的電洞遷移率顯著增加，而使驅(qū)動電流(drivecurrent)提升。
在圖3B中，3b為本實用新型實施例一的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)的剖面圖。基底300b表面有一應(yīng)變溝道區(qū)306b，此基底包含一半導(dǎo)體材料；柵極介電層312b位于應(yīng)變溝道區(qū)306b上，該層厚度最好約為3至100埃；柵極電極314b位于柵極介電層312b上；間隙壁316b位于柵極電極314b側(cè)壁，覆蓋一部分基底300b表面；漏極區(qū)307b包含漏極延伸區(qū)301b與深漏極區(qū)302b、源極區(qū)308b包含源極延伸區(qū)303b與深源極區(qū)304b，該漏極區(qū)與源極區(qū)位于應(yīng)變溝道區(qū)306b的相對鄰近處；晶格不相稱區(qū)305b位于深漏極區(qū)與/或深源極區(qū)，此區(qū)包括另一種半導(dǎo)體材料，其自然晶格常數(shù)與基底300b的相異，因此，應(yīng)變溝道區(qū)306b會被不同晶格系數(shù)的應(yīng)變溝道區(qū)306b與晶格不相稱區(qū)305b所應(yīng)變。
在本實用新型實施例一的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)3b中，基底300b最好包含硅與晶格不相稱區(qū)305b，該區(qū)最好包含一合金半導(dǎo)體材料，如一碳硅合金，且該半導(dǎo)體材料的自然晶格常數(shù)比基底300b小。在本實用新型實施例一中，晶格不相稱區(qū)的碳在硅碳合金中的莫耳比(mole fraction)最好約為0.01至0.04，使晶格不相稱區(qū)305b成為一應(yīng)力區(qū)，于變形溝道區(qū)306b中產(chǎn)生一源極至漏極方向的拉伸應(yīng)力C2與一垂直方向的壓縮應(yīng)力T2，使變形溝道區(qū)306b處于一源極至漏極方向的拉伸應(yīng)力與垂直方向的壓縮應(yīng)力中。當(dāng)此變形溝道晶體管結(jié)構(gòu)3b為N溝道時，變形溝道區(qū)306b的電子遷移率顯著增加，而使驅(qū)動電流提升，再者，晶格不相稱區(qū)可能包含鍺，成為一硅鍺碳合金，其中碳的莫耳比要大于十倍的鍺。
另外，在圖3A的應(yīng)變溝道區(qū)306a與圖3B的應(yīng)變溝道區(qū)306b中，其壓縮應(yīng)變與張力應(yīng)變約為0.1％至4％，最好約為1％至4％；圖3A的晶格不相稱區(qū)305a與圖3B的晶格不相稱區(qū)305b的厚度約為10至1000埃；在圖3A的應(yīng)變溝道區(qū)306a與圖3B的應(yīng)變溝道區(qū)306b中，其壓縮應(yīng)變與張力應(yīng)變是與晶格不相稱區(qū)306a與306b的晶格常數(shù)、厚度及在漏極區(qū)307a與/或源極區(qū)308a中的位置，且晶格不相稱區(qū)306b位于漏極區(qū)307b與/或源極區(qū)308b中。
實施例二在本實用新型實施例二中，將討論位于漏極區(qū)與/或源極區(qū)不同位置的晶格不相稱區(qū)。在圖4A至圖4D中，基底400上方有應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)4a至4d、漏極延伸區(qū)401、深漏極區(qū)402、漏極區(qū)407、源極延伸區(qū)403、深源極區(qū)404、源極區(qū)408、晶格不相稱區(qū)405a/405b/405c/405d、應(yīng)變溝道區(qū)406a/406b/406c/406d、柵極介電層412、柵極電極414與間隙壁416。若敘述與本實用新型實施例一相同者則省略。
在圖4A中，晶格不相稱區(qū)405a位于靠近漏極區(qū)407與/或源極區(qū)408表面，并未延伸到漏極延伸區(qū)401與/或源極延伸區(qū)403；在圖4B中，晶格不相稱區(qū)405b凸出漏極區(qū)407與/或源極區(qū)408表面，形成一凸起的漏極區(qū)407b與凸起的源極區(qū)408b；在圖4C中，晶格不相稱區(qū)405c位于靠近漏極區(qū)407與/或源極區(qū)408表面，且進一步延伸到漏極延伸區(qū)401與/或源極延伸區(qū)403；在圖4D中，晶格不相稱區(qū)405d位于漏極區(qū)407與/或源極區(qū)408表面更深處，且更延伸到應(yīng)變溝道區(qū)406d、漏極延伸區(qū)401與/或源極延伸區(qū)403下方。另外，位于漏極區(qū)與/或源極區(qū)的晶格不相稱區(qū)的位置與本實用新型實施例一相符，并非意謂對此限制，熟習(xí)此技藝者，可視需要根據(jù)本實用新型進一步調(diào)整晶格不相稱區(qū)的位置。
在圖4A至圖4D中，一傳導(dǎo)層420，如硅、金屬、金屬硅化物或前述的組合，在應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)4a、4c與4d的漏極區(qū)與/或源極區(qū)與應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)4b的凸出漏極區(qū)與/或凸出源極區(qū)表面隨意地形成。
此外在圖4C中，由于晶格不相稱區(qū)405c更靠近應(yīng)變溝道區(qū)406c，使晶格不相稱區(qū)405c施加更多應(yīng)變于應(yīng)變溝道區(qū)406c，改善了應(yīng)變溝道結(jié)構(gòu)4c中的電子或電洞遷移率。
實施例三在本實用新型實施例三中，將描述一應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法，圖5為此實施例的流程圖，之后本實施例的描述會依圖5的順序進行。
在圖6A中，一半導(dǎo)體基底如一硅基底500被提供，硅基底500包括一事先形成的多重隔離區(qū)(未表示于圖上)，以及事先定義的多重組件區(qū)(未表示于圖上)。例如，此隔離區(qū)可能為淺溝隔離區(qū)(shallow trenchisolation)。圖6A至圖6F提供一系列單一組件區(qū)的剖面圖，使描述更加容易。硅基底500于一主動區(qū)表面包含一溝道區(qū)506。當(dāng)圖6E中的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)5為P溝道晶體管結(jié)構(gòu)時，硅基底500即為N型摻雜；若應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)5為N溝道晶體管結(jié)構(gòu)，硅基底500即為P型摻雜。
在圖6B中，一柵極介電層512形成于溝道區(qū)506上，而后一柵極電極514形成于此柵極介電層512上，柵極介電層是由熱氧化法、熱氧化法再經(jīng)氮化處理法、化學(xué)氣相沉積法、物理氣相沉積法如濺鍍或其它已知技術(shù)所形成；柵極介電層512可以是二氧化硅、氮氧化硅(siliconoxynitride)或前述組合物，其厚度約在3至100埃間，最好約為10?；蚋?；柵極介電層512可能為一高介電常數(shù)(high-k)物質(zhì)，如氧化鋁(Al2O3)、氧化鉿(HfO2)、氧化鋯(ZrO2)、氮氧化鉿(HfON)、硅酸鉿(HfSiO4)、硅酸鋯(ZrSiO4)、氧化鑭(La2O3)或前述的組合，此柵極介電層的厚度相當(dāng)于約3埃至100埃的氧化物。柵極電極514為多晶硅、多晶硅鍺、耐火金屬如鉬或鎢、化合物如氮化鈦、前述的組合物或其它傳導(dǎo)性物質(zhì)；植入被用以改變柵極電極514的功函數(shù)，被認為是種功函數(shù)的植入；柵極電極514是借沉積柵極電極材料層(未表示于圖上)于基底500上，再沉積一柵極罩(gate mask)(未表示于圖上)于柵極電極材料層上，而后按柵極罩來定義柵極電極514，并蝕刻此柵極電極材料層來形成柵極電極514且將柵極罩去除；在電性上，柵極電極514與溝道區(qū)506用柵極介電層512區(qū)隔；在本實用新型實施例三中，柵極介電層512最好為氮氧化硅、柵極電極514最好為多晶硅，則用氯與溴化學(xué)法蝕刻可得高蝕刻選擇比。
在圖6C中，于基底500的主動區(qū)表面，一漏極延伸區(qū)501與源極延伸區(qū)503形成于溝道區(qū)506相對鄰近處，且間隙壁516形成于柵極電極514側(cè)壁，此間隙壁覆蓋一部分漏極延伸區(qū)501與源極延伸區(qū)503，此漏極延伸區(qū)501與源極延伸區(qū)503是借由離子植入、電漿浸入式離子植入(PIII)或其它已知的技術(shù)所形成；間隙壁516的形成，最好是借沉積一間隙壁材料層(未表示于圖上)如氮化硅或氧化硅及選擇性地蝕刻此間隙壁材料層來形成；在本實用新型實施例三中，間隙壁材料為氮化硅。
在圖6D中，在一部分或全部未被柵極介電層512與間隙壁516覆蓋的基底500的主動區(qū)表面上，借由氯與溴化學(xué)法電漿蝕刻凹蝕，使形成一深度至少為d的凹蝕處509，此深度d約為50埃至1000埃。為了一之后的磊晶制程，可利用一非必須的回火步驟來促進硅的遷移率，修補因蝕刻而造成凹蝕處509的缺陷，使此凹蝕處509平滑，此回火步驟所使用的氣體包含氮、氬、氖、氦、氫、氧與上述的組合物。
在圖6E中，凹蝕處509被填充一半導(dǎo)體材料，如硅鍺合金或碳硅合金，形成一晶格不相稱區(qū)505，而后一深漏極區(qū)502形成于漏極延伸區(qū)501的鄰近處、一深源極區(qū)504形成于源極延伸區(qū)503的鄰近處，深漏極區(qū)502與漏極延伸區(qū)501結(jié)合形成漏極區(qū)507、深源極區(qū)504與源極延伸區(qū)503結(jié)合形成源極區(qū)508，漏極區(qū)507與/或源極區(qū)508包含晶格不相稱區(qū)505；當(dāng)晶格不相稱區(qū)505形成時，溝道區(qū)506被應(yīng)變，形成一應(yīng)變溝道區(qū)506’；至此，本實用新型實施例三的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)5基本上已形成。晶格不相稱區(qū)505是借磊晶制程所形成，如化學(xué)氣相沉積、超高真空化學(xué)氣相沉積或分子束磊晶。當(dāng)應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)5為P溝道晶體管結(jié)構(gòu)時，此晶格不相稱區(qū)505為硅鍺合金，其中鍺在此合金所占的莫耳比約為0.1至0.9；當(dāng)應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)5為N溝道晶體管結(jié)構(gòu)時，此晶格不相稱區(qū)505為碳硅合金，其中碳在此合金所占的莫耳比約為0.0 1至0.04，且可能更進一步包含鍺，形成碳硅鍺合金，此合金鍺的莫耳比小于十倍的碳。利用磊晶制程，一硅蓋層522可隨意地于晶格不相稱區(qū)505形成，如化學(xué)氣相沉積、超高真空化學(xué)氣相沉積或分子束磊晶；在此磊晶制程中，晶格不相稱區(qū)505與非必須的硅蓋層522可能同時摻雜或未摻雜，當(dāng)未摻雜時，之后它們摻雜可利用快速熱回火制程(rapid thermal annealing process)來摻雜活化的摻質(zhì)(dopants)。深漏極區(qū)502與深源極區(qū)504借離子植入、電漿浸入式離子植入、氣相或固相源擴散或其它已知技術(shù)形成。當(dāng)形成晶格不相稱區(qū)505、硅蓋層522、深漏極區(qū)502與深源極區(qū)504時，一回火步驟可進一步使植入缺陷與非結(jié)晶化(amorphization)恢復(fù)，此回火步驟所使用的氣體包含氮、氬、氖、氦、氫、氧與上述的組合物。
在圖6F中，一傳導(dǎo)層520隨意地形成于晶格不相稱區(qū)505與/或漏極區(qū)507/源極區(qū)508上，使漏極區(qū)507與源極區(qū)508的電阻值降低；傳導(dǎo)層520是利用自行對準(zhǔn)金屬硅化物(self-aligned silicide)或其它金屬沉積制程所形成。護層(passivation layers)和組件接觸窗(contacts)隨后形成，使本實用新型實施例三的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)5的組件完成。
實施例四在本實用新型實施例四中，將描述一應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法，此晶體管的晶格不相稱區(qū)不會延伸到漏極延伸區(qū)與/或源極延伸區(qū)。圖7為此實施例的流程圖，之后的描述會依圖7的順序進行。
在圖8A中，一半導(dǎo)體基底如一硅基底600被提供，硅基底600包括一事先形成的多重隔離區(qū)(未表示于圖上)及事先定義的多重組件區(qū)(未表示于圖上)，例如此隔離區(qū)可能為淺溝隔離區(qū)。圖8A至圖8D提供一系列單一組件區(qū)的剖面圖，使描述更加容易。硅基底600包含一常見的晶體管結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)于基底600的主動區(qū)表面包含一溝道區(qū)606、一位于溝道區(qū)606上的柵極介電層612、一位于柵極介電層612上的柵極電極614、一位于溝道區(qū)606相對鄰近處的源極區(qū)608與漏極區(qū)607，且一位于柵極電極614側(cè)壁的間隙壁616，且此間隙壁覆蓋部分基底600的主動區(qū)表面。漏極區(qū)607包含一漏極延伸區(qū)601與一深漏極區(qū)602、源極區(qū)608包含一源極延伸區(qū)603與一深源極區(qū)604。在圖8C中，當(dāng)應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)6為P溝道晶體管結(jié)構(gòu)時，硅基底600即為N型摻雜；當(dāng)應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)6為N溝道晶體管結(jié)構(gòu)時，則為P型摻雜。
在圖8B中，在一部分或全部未被柵極介電層612與間隙壁616覆蓋的基底600的主動區(qū)表面，借由氯與溴化學(xué)法電漿蝕刻凹蝕，使形成一深度至少為d的凹蝕處609，此深度d約為50埃至1000埃。為了一之后的磊晶制程，可利用一非必須的回火步驟來促進硅的遷移率，修補因蝕刻而造成凹蝕處609的缺陷，使此凹蝕處609平滑，此回火步驟所使用的氣體包含氮、氬、氖、氦、氫、氧與上述的組合物。
在圖8C中，凹蝕處609被填充一半導(dǎo)體材料，如硅鍺合金或碳硅合金，形成一晶格不相稱區(qū)605；漏極區(qū)607與/或源極區(qū)608包含晶格不相稱區(qū)605；當(dāng)晶格不相稱區(qū)605形成時，溝道區(qū)606被應(yīng)變，形成一應(yīng)變溝道區(qū)606’；至此，本實用新型實施例四的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)6基本上已形成。晶格不相稱區(qū)605會凸出漏極區(qū)607與/或源極區(qū)608表面，形成一凸起的漏極區(qū)與凸起的源極區(qū)；晶格不相稱區(qū)605是借磊晶制程所形成，如化學(xué)氣相沉積、超高真空化學(xué)氣相沉積或分子束磊晶。當(dāng)應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)6為P溝道晶體管結(jié)構(gòu)時，此晶格不相稱區(qū)605為硅鍺合金，其中鍺在此合金所占的莫耳比約為0.1至0.9；當(dāng)應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)6為N溝道晶體管結(jié)構(gòu)時，此晶格不相稱區(qū)605為碳硅合金，其中碳在此合金所占的莫耳比約為0.01至0.04，且可能更進一步包含鍺，形成碳硅鍺合金，此合金鍺的莫耳比小于十倍的碳。利用磊晶制程，如化學(xué)氣相沉積、超高真空化學(xué)氣相沉積或分子束磊晶，一硅蓋層622可隨意地于晶格不相稱區(qū)605形成。晶格不相稱區(qū)605與非必須的硅蓋層622在此磊晶制程中同時摻雜。
在圖8D中，一傳導(dǎo)層620隨意地形成于晶格不相稱區(qū)605與/或漏極區(qū)607/源極區(qū)608上，使漏極區(qū)607與源極區(qū)608的電阻值降低，傳導(dǎo)層620是利用自行對準(zhǔn)金屬硅化物或其它金屬沉積制程所形成。護層和組件接觸窗隨后形成，使本實用新型實施例四的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)6的組件完成。
實施例五在本實用新型實施例五中，將描述一應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法。此晶體管的晶格不相稱區(qū)會延伸到漏極延伸區(qū)與/或源極延伸區(qū)。圖9為此實施例的流程圖，之后的描述會依圖9的順序進行。
在圖10A中，一半導(dǎo)體基底如一硅基底700被提供，硅基底700包括一事先形成的多重隔離區(qū)(未表示于圖上)及事先定義的多重組件區(qū)(未表示于圖上)，例如此隔離區(qū)可能為淺溝隔離區(qū)。圖10A至圖10G提供一系列單一組件區(qū)的剖面圖，使描述更加容易。硅基底700包含一于主動區(qū)表面的溝道區(qū)706。圖10D中，當(dāng)應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)7為P溝道晶體管結(jié)構(gòu)時，硅基底700即為N型摻雜；當(dāng)應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)7為N溝道晶體管結(jié)構(gòu)時，則為P型摻雜。
在圖10B中，首先一柵極介電層712形成于溝道區(qū)706上，且一柵極電極714形成于柵極介電層712上，最后間隙壁715形成于柵極電極714側(cè)壁，且此間隙壁覆蓋部分基底700的主動區(qū)表面。柵極介電層712是由熱氧化法、熱氧化法再經(jīng)氮化處理法、化學(xué)氣相沉積法、物理氣相沉積法如濺鍍或其它已知技術(shù)所形成；柵極介電層712可以是二氧化硅、氮氧化硅或前述組合物，其厚度約在3至100埃間，最好約為10?；蚋伲粬艠O介電層712可能為一高介電常數(shù)物質(zhì)，如氧化鋁、氧化鉿、氧化鋯、氮氧化鉿、硅酸鉿、硅酸鋯、氧化鑭或前述的組合，此柵極介電層的厚度相當(dāng)于約3埃至100埃的氧化物。柵極電極714為多晶硅、多晶硅鍺、耐火金屬如鉬或鎢、化合物如氮化鈦、前述的組合物或其它傳導(dǎo)性物質(zhì)；植入被用以改變柵極電極714的功函數(shù)，被認為是種功函數(shù)的植入；柵極電極714是借沉積柵極電極材料層(未表示于圖上)于基底700上，再沉積一柵極罩(未表示于圖上)于柵極電極材料層上，而后按柵極罩來定義柵極電極714，并蝕刻此柵極電極材料層來形成柵極電極714且將柵極罩去除；在電性上，柵極電極714與溝道區(qū)706用柵極介電層712區(qū)隔；在本實用新型實施例五中，柵極介電層712最好為氮氧化硅、柵極電極714為多晶硅，則用氯與溴化學(xué)法蝕刻可得高蝕刻選擇比。為了保護之后磊晶步驟柵極電極714的側(cè)壁，間隙壁715是利用沉積與非等向性蝕刻技術(shù)形成。
在圖10C中，在一部分或全部未被柵極介電層712與間隙壁715覆蓋的基底700的主動區(qū)表面上，借由氯與溴化學(xué)法電漿蝕刻凹蝕，使形成一深度為d的凹蝕處，此深度d約為50埃至1000埃。為了一之后的磊晶制程，可利用一非必須的回火步驟來促進硅的遷移率，修補因蝕刻而造成凹蝕處709的缺陷，使此凹蝕處709平滑，此回火步驟所使用的氣體包含氮、氬、氖、氦、氫、氧與上述的組合物。
在圖10D中，凹蝕處709被填充一半導(dǎo)體材料，如硅鍺合金或碳硅合金，形成一晶格不相稱區(qū)705，之后一漏極延伸區(qū)701與源極延伸區(qū)703于應(yīng)變溝道區(qū)706’相對鄰近處形成，至此，本實用新型實施例五的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)7基本上已形成。晶格不相稱區(qū)705是借磊晶制程所形成，如化學(xué)氣相沉積、超高真空化學(xué)氣相沉積或分子束磊晶。當(dāng)晶格不相稱區(qū)705形成時，溝道區(qū)706被應(yīng)變，形成一應(yīng)變溝道區(qū)706’。當(dāng)應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)7為P溝道晶體管結(jié)構(gòu)時，此晶格不相稱區(qū)705為硅鍺合金，其中鍺在此合金所占的莫耳比約為0.1至0.9；當(dāng)應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)7為N溝道晶體管結(jié)構(gòu)時，此晶格不相稱區(qū)705為碳硅合金，其中碳在此合金所占的莫耳比約為0.01至0.04，且可能更進一步包含鍺，形成碳硅鍺合金，此合金鍺的莫耳比小于十倍的碳。利用磊晶制程，如化學(xué)氣相沉積、超高真空化學(xué)氣相沉積或分子束磊晶，一硅蓋層722可隨意地于晶格不相稱區(qū)705形成。當(dāng)在磊晶制程中，晶格不相稱區(qū)705與非必須的硅蓋層722未摻雜，但之后的摻雜可用快速熱回火制程活化摻質(zhì)。漏極延伸區(qū)701與/或源極延伸區(qū)703包含晶格不相稱區(qū)705與非必須的硅蓋層722。
在圖10E中，一間隙壁716覆蓋形成于原間隙壁715上，間隙壁716是借沉積與選擇性蝕刻一間隙壁材料(未表示于圖上)所形成，此間隙壁材料為氮化硅或二氧化硅；在本實用新型實施例五中，間隙壁716為氮化硅。
在圖10F中，一深漏極區(qū)702形成于漏極延伸區(qū)701的鄰近處，且深源極區(qū)704形成于源極延伸區(qū)703的鄰近處。當(dāng)晶格不相稱區(qū)705有效時，深漏極區(qū)702會與漏極延伸區(qū)701結(jié)合，且不必須的蓋層722有效時，會形成漏極區(qū)707；當(dāng)晶格不相稱區(qū)705有效時，深源極區(qū)704會與源極延伸區(qū)703結(jié)合，且不必須的蓋層722有效時，會形成源極區(qū)708。深漏極區(qū)702與深源極區(qū)704借離子植入、電漿浸入式離子植入、氣相或固相源擴散或其它已知技術(shù)形成。
在圖10G中，一傳導(dǎo)層720隨意地形成于漏極區(qū)707與源極區(qū)708上，使漏極區(qū)707與源極區(qū)708的電阻值降低；傳導(dǎo)層720是利用自行對準(zhǔn)金屬硅化物或其它金屬沉積制程所形成。護層和組件接觸窗隨后形成，使本實用新型實施例五的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)7的組件完成。
實施例六在本實用新型實施例六中，將描述一利用離子植入制程來形成應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)中晶格不相稱區(qū)的制造方法。
在圖11A中，一半導(dǎo)體基底如一硅基底800被提供，硅基底800包括一事先形成的多重隔離區(qū)(未表示于圖上)及事先定義的多重組件區(qū)(未表示于圖上)，例如此隔離區(qū)可能為淺溝隔離區(qū)。圖11A至圖11D提供一系列單一組件區(qū)的剖面圖，使描述更加容易。硅基底800包含一常見的晶體管結(jié)構(gòu)，該晶體管結(jié)構(gòu)包含一溝道區(qū)806，該區(qū)位于基底800的主動區(qū)表面；一柵極介電層812位于溝道區(qū)806上、一柵極電極814位于柵極介電層812上、一源極808與漏極807位于溝道區(qū)806相對鄰近處，且一間隙壁816位于柵極電極814側(cè)壁，且此間隙壁覆蓋部分基底800的主動區(qū)表面。漏極區(qū)807包含一漏極延伸區(qū)801與深漏極區(qū)802、源極區(qū)808包含一源極延伸區(qū)803與深源極區(qū)804。在圖11C中，當(dāng)應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)8為P溝道晶體管結(jié)構(gòu)時，硅基底700即為N型摻雜；當(dāng)應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)8為N溝道晶體管結(jié)構(gòu)時，則為P型摻雜。
在圖11B中，一離子植入制程用來將離子830植入漏極區(qū)807與/或源極區(qū)808中，此被植入離子為一種或多種原子，此原子的半徑與基底800不同；在此離子植入制程進行時，柵極電極814與間隙壁816可作為一植入罩(implantation mask)，間隙壁816的厚度可視晶格不相稱區(qū)805是否延伸入漏極延伸區(qū)801與/或源極延伸區(qū)803來做調(diào)整。
在圖11C中，對基底800做回火，使晶格不相稱區(qū)形成于漏極區(qū)807與/或源極區(qū)808，故漏極區(qū)807與/或源極區(qū)808包括晶格不相稱區(qū)。當(dāng)晶格不相稱區(qū)805形成時，溝道區(qū)806被應(yīng)變，形成一應(yīng)變溝道區(qū)806’。至此，本實用新型實施例六的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)8基本上已形成。當(dāng)應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)8為P溝道晶體管結(jié)構(gòu)時，此晶格不相稱區(qū)805為硅鍺合金，其中鍺在此合金所占的莫耳比約為0.1至0.9；當(dāng)應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)8為N溝道晶體管結(jié)構(gòu)時，此晶格不相稱區(qū)805為碳硅合金，其中碳在此合金所占的莫耳比約為0.01至0.04，且可能更進一步包含鍺，形成碳硅鍺合金，此合金鍺的莫耳比小于十倍的碳。
在圖11D中，一傳導(dǎo)層820隨意地形成于漏極區(qū)807與源極區(qū)808上，使漏極區(qū)807與源極區(qū)808的電阻值降低；傳導(dǎo)層820是利用自行對準(zhǔn)金屬硅化物或其它金屬沉積制程所形成。護層和組件接觸窗隨后形成，使本實用新型實施例六的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)8的組件完成。
權(quán)利要求1.一種具有晶格不相稱區(qū)的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于所述應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)包括一應(yīng)變溝道區(qū)，包括具有第一自然晶格常數(shù)的第一半導(dǎo)體材料；一覆蓋該變形溝道區(qū)的柵極介電質(zhì)層；一覆蓋該柵極介電質(zhì)層的柵極電極；以及一源極區(qū)與漏極區(qū)位于該變形溝道區(qū)相對相鄰處，該源極與/或漏極包含一晶格不相稱區(qū)，該晶格不相稱區(qū)包括具有第二自然晶格常數(shù)的第二半導(dǎo)體材料，該第二自然晶格常數(shù)與該第一自然晶格常數(shù)相異。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有晶格不相稱區(qū)的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于該晶格不相稱區(qū)域的厚度為10至1000埃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有晶格不相稱區(qū)的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于該第一半導(dǎo)體材料包括硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有晶格不相稱區(qū)的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于該第二半導(dǎo)體材料包括硅與鍺或硅與碳。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有晶格不相稱區(qū)的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于鍺在該第二半導(dǎo)體材料中所占的莫耳比為0.1至0.9。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有晶格不相稱區(qū)的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于碳在該第二半導(dǎo)體材料中所占的莫耳比為0.01至0.04。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有晶格不相稱區(qū)的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于該第二半導(dǎo)體材料尚包括鍺，且在該第二半導(dǎo)體中，鍺的莫耳比小于十倍的碳。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有晶格不相稱區(qū)的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于該應(yīng)變溝道區(qū)受一源極至漏極方向的拉伸應(yīng)力與一垂直方向的壓縮應(yīng)力作用。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的具有晶格不相稱區(qū)的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于該拉伸應(yīng)力為0.1％至4％且壓縮應(yīng)力為0.1％至4％。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有晶格不相稱區(qū)的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于該應(yīng)變溝道區(qū)受源極至漏極方向的壓縮應(yīng)力與垂直方向的拉伸應(yīng)力作用。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的具有晶格不相稱區(qū)的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于該壓縮應(yīng)力為0.1％至4％且拉伸應(yīng)力為0.1％至4％。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有晶格不相稱區(qū)的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于尚包含一位于該晶格不相稱區(qū)的覆蓋層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的具有晶格不相稱區(qū)的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于該覆蓋層包含該第一半導(dǎo)體材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有晶格不相稱區(qū)的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于該源極區(qū)包含一源極延伸區(qū)與一深源極區(qū)，且漏極區(qū)包含一漏極延伸區(qū)與一深漏極區(qū)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的具有晶格不相稱區(qū)的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于該晶格不相稱區(qū)域橫向延伸至源極延伸區(qū)與/或漏極延伸區(qū)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有晶格不相稱區(qū)的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于該晶格不相稱區(qū)域進一步延伸超過該源極延伸區(qū)與/或漏極延伸區(qū)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有晶格不相稱區(qū)的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于該柵極介電質(zhì)層的相對介電常數(shù)大于5。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有晶格不相稱區(qū)的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于該柵極介電質(zhì)層的厚度為3至100埃。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有晶格不相稱區(qū)的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于該柵極電極包括多晶硅或多晶硅鍺。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有晶格不相稱區(qū)的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于該源極區(qū)與漏極區(qū)表面尚包括一層導(dǎo)電物質(zhì)。
專利摘要本實用新型提供一種具有晶格不相稱區(qū)的應(yīng)變溝道晶體管結(jié)構(gòu)。此晶體管結(jié)構(gòu)包括一具有應(yīng)變溝道區(qū)的基底，該基底包含第一自然晶格常數(shù)的第一半導(dǎo)體材料，于一表面，一柵極介電層覆蓋此應(yīng)變溝道區(qū)，一柵極電極覆蓋此柵極介電層，且一源極區(qū)與漏極區(qū)位于此應(yīng)變溝道區(qū)的相對鄰近處，此源極區(qū)與/或漏極區(qū)包含一晶格不相稱區(qū)，該晶格不相稱區(qū)包含第二自然晶格常數(shù)的第二半導(dǎo)體材料，此第二自然晶格常數(shù)與第一自然晶格常數(shù)相異。
文檔編號H01L29/78GK2720640SQ200420049930
公開日2005年8月24日 申請日期2004年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月26日
發(fā)明者楊育佳, 林俊杰, 李文欽, 胡正明 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司