專利名稱：一種提高pmos器件中空穴遷移率的多晶硅柵附加樣本填充方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高PMOS器件中空穴遷移率的多晶硅柵附加樣本填充方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體相關(guān)制造工藝的發(fā)展以及集成電路芯片按照比例尺寸縮小的趨勢，應(yīng)力工程在半導(dǎo)體工藝和半導(dǎo)體器件性能方面所起的作用越來越明顯，應(yīng)力工程廣泛適應(yīng)于改進晶體管空穴遷移率的半導(dǎo)體器件上，尤其在一些特殊的芯片類型上，如互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS，Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)器件上應(yīng)用則更加普遍。很多應(yīng)力對器件的性能是有益的，但不同方向、不同種類的應(yīng)力對器件中的載流子(即電子和空穴)遷移率有著不同的影響，載流子的遷移率所受到的應(yīng)力層影響在當(dāng)前的半導(dǎo)體器件的應(yīng)力領(lǐng)域已經(jīng)有所披露；如圖1所示，既在CMOS器件溝道方向上，對P型MOS (PMOS)器件而言，如果在PMOS器件的溝道方向X上施加壓應(yīng)力，則會對PMOS器件中的空穴遷移率有較大的提高，而在PMOS溝道寬度方向Y上的張應(yīng)力，也會對PMOS器件中空穴遷移率有很大的提高，既在PMOS溝道寬度方向上的壓應(yīng)力，會減小PMOS器件中空穴遷移率。在半導(dǎo)體具體制備工藝中，在淺溝槽工藝之后的熱過程中，由于硅和二氧化硅的熱膨脹系數(shù)不同(硅熱膨脹系數(shù)約為2. 5X10_6/K，二氧化硅熱膨脹系數(shù)約為0. 5X10_6/K)， 既在高溫情況下的膨脹程度不同，所以當(dāng)溫度回到室溫的時候，在界面處就會產(chǎn)生應(yīng)力。如圖2和圖3所示，由于硅的熱膨脹系數(shù)比二氧化硅大，所以在降溫過程中淺溝槽(STI)邊緣 7的硅會比淺溝槽(STI)之中的二氧化硅收縮得更多，會對淺溝槽(STI)中的二氧化硅造成擠壓，所以在降溫之后，淺溝槽(STI)中的二氧化硅會對周圍的有源區(qū)的硅造成壓應(yīng)力，壓應(yīng)力傳導(dǎo)到溝道之中，會對器件溝道方向以及溝道寬度方向都形成壓應(yīng)力，而溝道寬度方向的壓應(yīng)力會造成PMOS器件空穴遷移率的降低；在器件設(shè)計及工藝流程中，如果能夠減小上述溝道寬度方向上的壓應(yīng)力，就能夠提高PMOS器件的空穴遷移率，從而提高PMOS器件的性能。因此，在使整個制備半導(dǎo)體器件的過程中，在保持不復(fù)雜化程序的前提下，利用應(yīng)力工程來改善半導(dǎo)體器件的性能是我們所面臨的一個問題，尤其是利用應(yīng)力因素以施加 PMOS器件的溝道方向上的壓應(yīng)力，減小淺溝槽之后的熱過程中由于硅和二氧化硅的熱膨脹系數(shù)不同產(chǎn)生的PMOS器件溝道寬度方向的壓應(yīng)力，以提高PMOS器件中的空穴遷移率。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明提供一種提高PMOS器件中空穴遷移率的多晶硅柵附加樣本填充方法，包括，于一襯底上設(shè)置半導(dǎo)體器件，其中，在所述半導(dǎo)體器件上平行其溝道方向制備至少一附加多晶硅樣本柵，所述多晶硅樣本柵位于隔離半導(dǎo)體器件有源區(qū)的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)上。
上述的提高PMOS器件中空穴遷移率的多晶硅柵附加樣本填充方法，其中，所述半導(dǎo)體器件為一金屬氧化物半導(dǎo)體PMOS器件。上述的提高PMOS器件中空穴遷移率的多晶硅柵附加樣本填充方法，其中，所述淺溝槽位于所述半導(dǎo)體器件有源區(qū)周圍。上述的提高PMOS器件中空穴遷移率的多晶硅柵附加樣本填充方法，其中，所述淺溝槽與所述半導(dǎo)體器件柵極垂直。上述的提高PMOS器件中空穴遷移率的多晶硅柵附加樣本填充方法，其中，所述淺溝槽材質(zhì)為二氧化硅。上述的提高PMOS器件中空穴遷移率的多晶硅柵附加樣本填充方法，其中，所述半導(dǎo)體器件的柵極與所述半導(dǎo)體器件溝道寬度方向平行。上述的提高PMOS器件中空穴遷移率的多晶硅柵附加樣本填充方法，其中，所述多晶硅的熱膨脹系數(shù)大于二氧化硅的熱膨脹系數(shù)。上述的提高PMOS器件中空穴遷移率的多晶硅柵附加樣本填充方法，其中，所述樣本柵垂直于所述半導(dǎo)體器件的柵極。上述的提高PMOS器件中空穴遷移率的多晶硅柵附加樣本填充方法，其中，制備所述樣本柵與所述半導(dǎo)體器件制備工藝同時進行。本發(fā)明通過在PMOS器件上平行其溝道寬度方向上設(shè)置多晶硅樣本柵，利用其淺溝槽中的二氧化硅襯和樣本柵中多晶硅的熱膨脹系統(tǒng)的不同，在淺溝槽熱工藝之后降至常溫的過程中，由于收縮程度的不同而形成的應(yīng)力來改善半導(dǎo)體器件溝道中的應(yīng)力，以提高其性能。本領(lǐng)域的技術(shù)人員閱讀以下較佳實施例的詳細說明，并參照附圖之后，本發(fā)明的這些和其他方面的優(yōu)勢無疑將顯而易見。


參考所附附圖，以更加充分的描述本發(fā)明的實施例。然而，所附附圖僅用于說明和闡述，并不構(gòu)成對本發(fā)明范圍的限制。圖1是本發(fā)明的背景技術(shù)中應(yīng)力對PMOS器件載流子遷移率影響示意圖； 圖2是本發(fā)明的背景技術(shù)中PMOS器件溝道方向截面圖3是本發(fā)明的背景技術(shù)中PMOS器件溝道寬度方向截面圖； 圖4是本發(fā)明的實施后PMOS器件溝道寬度方向截面圖； 圖5是本發(fā)明實施前PMOS器件的版圖； 圖6是本發(fā)明實施后PMOS器件的版圖。
具體實施例方式參照圖4、圖5和圖6所示，在65nm CMOS工藝中，于一 P型硅片襯底1上設(shè)置PMOS 器件的同時，臨近其源區(qū)設(shè)置有淺溝槽2和3，且與PMOS器件的溝道寬度方向垂直；淺溝槽2和3的材質(zhì)為二氧化硅(SiO2),于淺溝槽2和3上通過沉積多晶硅工藝和刻蝕工藝及后續(xù)的工藝制備成多晶硅附加樣本5和6，其所采用的多晶硅及硅襯底的熱膨脹系數(shù)均為 2. 5X 10—7K，柵極4位于多晶硅附加樣本5和6的中垂線上。
當(dāng)進行熱工藝之后恢復(fù)到室溫的過程中，由于二氧化硅熱膨脹系數(shù)約為 0.5Χ10_6/Κ小于多晶硅的熱膨脹系數(shù)，既降溫過程中淺溝槽(STI)邊緣的硅會比淺溝槽 (STI)之中的二氧化硅收縮得更多，會對淺溝槽(STI)中的二氧化硅造成擠壓，所以在降溫之后，淺溝槽(STI)中的二氧化硅會對周圍的有源區(qū)的硅造成壓應(yīng)力，壓應(yīng)力傳導(dǎo)到溝道之中，會對器件溝道方向以及溝道寬度方向都形成壓應(yīng)力，雖然沿溝道方向會有益于PMOS 器件空穴遷移率，但溝道寬度方向的壓應(yīng)力會造成PMOS器件空穴遷移率的降低。而附加多晶硅柵樣本5和6由于分別設(shè)置在淺溝槽2和3上，且與溝道方向平行， 垂直并臨近柵極4的兩端，當(dāng)進行熱工藝之后恢復(fù)到室溫時，由于多晶硅熱膨脹系數(shù)大于二氧化硅熱膨脹系數(shù)，既淺溝槽(STI) 2和3中的二氧化硅由于變形相較于多晶硅柵樣本5 和6較小，會對多晶硅柵樣本5和6產(chǎn)生張應(yīng)力，于是多晶硅柵樣本5和6的內(nèi)部會產(chǎn)生張應(yīng)力，而淺溝槽(STI)2和3的內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，由于淺溝槽(STI)2和3與PMOS器件溝道的方向平行，其內(nèi)部產(chǎn)生的壓應(yīng)力傳導(dǎo)至溝道轉(zhuǎn)變?yōu)闇系缹挾确较蛏蠌垜?yīng)力，從而消減了 PMOS器件溝道寬度方向上的壓應(yīng)力，提高PMOS器件的空穴遷移率。通過說明和附圖，給出了具體實施方式
的特定結(jié)構(gòu)的典型實施例，例如，本案是以 PMOS器件進行闡述，基于本發(fā)明精神，芯片還可作其他類型的轉(zhuǎn)換。因此，盡管上述發(fā)明提出了現(xiàn)有的較佳實施例，然而，這些內(nèi)容并不作為局限。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，閱讀上述說明后，各種變化和修正無疑將顯而易見。 因此，所附的權(quán)利要求書應(yīng)看作是涵蓋本發(fā)明的真實意圖和范圍的全部變化和修正。在權(quán)利要求書范圍內(nèi)任何和所有等價的范圍與內(nèi)容，都應(yīng)認為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種提高PMOS器件中空穴遷移率的多晶硅柵附加樣本填充方法，包括，于一襯底上設(shè)置半導(dǎo)體器件，其特征在于，在所述半導(dǎo)體器件上平行其溝道方向制備至少一附加多晶硅樣本柵，所述多晶硅樣本柵位于隔離半導(dǎo)體器件有源區(qū)的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)上。
2.如權(quán)利要求1所述的提高PMOS器件中空穴遷移率的多晶硅柵附加樣本填充方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件為一金屬氧化物半導(dǎo)體PMOS器件。
3.如權(quán)利要求1所述的提高PMOS器件中空穴遷移率的多晶硅柵附加樣本填充方法，其特征在于，所述淺溝槽位于所述半導(dǎo)體器件有源區(qū)周圍。
4.如權(quán)利要求1所述的提高PMOS器件中空穴遷移率的多晶硅柵附加樣本填充方法，其特征在于，所述淺溝槽與所述半導(dǎo)體器件柵極垂直。
5.如權(quán)利要求1所述的提高PMOS器件中空穴遷移率的多晶硅柵附加樣本填充方法，其特征在于，所述淺溝槽材質(zhì)為二氧化硅。
6.如權(quán)利要求1所述的提高PMOS器件中空穴遷移率的多晶硅柵附加樣本填充方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件的柵極與所述半導(dǎo)體器件溝道寬度方向平行。
7.如權(quán)利要求1所述的提高PMOS器件中空穴遷移率的多晶硅柵附加樣本填充方法，其特征在于，所述多晶硅的熱膨脹系數(shù)大于二氧化硅的熱膨脹系數(shù)。
8.如權(quán)利要求1所述的提高PMOS器件中空穴遷移率的多晶硅柵附加樣本填充方法，其特征在于，所述樣本柵垂直于所述半導(dǎo)體器件的柵極。
9.如權(quán)利要求1所述的提高PMOS器件中空穴遷移率的多晶硅柵附加樣本填充方法，其特征在于，制備所述樣本柵與所述半導(dǎo)體器件制備工藝同時進行。
全文摘要
本發(fā)明提供一種提高PMOS器件中空穴遷移率的多晶硅柵附加樣本填充方法，包括，于一襯底上設(shè)置半導(dǎo)體器件，其中，在所述半導(dǎo)體器件上平行其溝道方向制備至少一附加多晶硅樣本柵，所述多晶硅樣本柵位于隔離半導(dǎo)體器件有源區(qū)的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)上。本發(fā)明提供一種提高PMOS器件中空穴遷移率的多晶硅柵附加樣本填充方法通過在PMOS器件上平行其溝道方向上設(shè)置多晶硅樣本柵，利用其淺溝槽中的二氧化硅襯和樣本柵中多晶硅的熱膨脹系統(tǒng)的不同，在淺溝槽熱工藝之后降至常溫過程中，由于收縮程度的不同而形成的應(yīng)力來改善半導(dǎo)體器件溝道中的應(yīng)力，以提高其性能。
文檔編號H01L21/336GK102412156SQ201110110369
公開日2012年4月11日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者俞柳江 申請人:上海華力微電子有限公司