專利名稱：以深碳摻雜區(qū)和摻雜施主的凸起源和漏區(qū)為特征的應(yīng)變的nmos晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例涉及一種半導(dǎo)體技術(shù)。更特別地，本發(fā)明的實施例涉及一種用于最優(yōu)化NMOS晶體管的方法和裝置。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體工藝中，晶體管可以形成在半導(dǎo)體晶片上。晶體管可以包括柵極結(jié)構(gòu)、源、漏和溝道區(qū)，可以是NMOS(N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體)或PMOS(P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管。晶體管和其它器件可以互連以形成集成電路(IC)。然后IC被封裝和焊接(sold)。IC的性能依靠晶體管的性能。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供碳摻雜區(qū)和凸起的源/漏區(qū)以在NMOS晶體管溝道中提供張應(yīng)力。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種裝置，包括在襯底上的柵結(jié)構(gòu)；在襯底上的凸起漏結(jié)構(gòu)；在襯底上的凸起源結(jié)構(gòu)；以及在襯底表面下并且在凸起漏結(jié)構(gòu)下的代位碳區(qū)，以引起在溝道區(qū)中的張應(yīng)力。
本發(fā)明還提供了其它的實施例及相對應(yīng)的方法。
通過例子的方式和不通過限于附圖來說明本發(fā)明，其中相同的標(biāo)記表示相同的元件，和其中圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例裝置的截面圖。
圖2A-2F示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例方法的截面圖。
具體實施例方式
在各個實施例中，描述了涉及應(yīng)變NMOS晶體管的裝置和方法。在以下的描述中，將描述各個實施例。然而，各個實施例可以不包括所描述的一個或多個具體細(xì)節(jié)來實施，或通過其它方法、材料或元件來實施。在其它的例子中，不詳細(xì)地顯示或描述公知的結(jié)構(gòu)、材料或操作以避免使本發(fā)明各個實施例不清楚。相似地，為了全部理解本發(fā)明，為了解釋的目的，說明了具體數(shù)字、材料和結(jié)構(gòu)。然而，本發(fā)明也可以不按所述的具體細(xì)節(jié)來實施。而且，可以理解的是，圖中所示的各個實施例是說明性的，且沒必要按比例畫出。
下面將各個操作依次描述為多個離散的操作。但是，所描述的順序并不暗示這些操作必須按所述的順序執(zhí)行。更特別地，這些操作不是必須按所述的順序執(zhí)行的。
通過提供應(yīng)力到晶體管溝道可以加強晶體管性能。例如，當(dāng)NMOS晶體管的溝道在橫向張應(yīng)力下時，可以提供NMOS(N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管性能。在NMOS溝道中的橫向張應(yīng)力可以伸長雜溝道中的硅晶格和使得電子更容易從源到漏移動，因而改善在NMOS晶體管中的驅(qū)動電流。
圖1示出了NMOS晶體管100的截面圖。NMOS晶體管100包括襯底110、柵結(jié)構(gòu)120(包括柵極和柵電介質(zhì)，以下進(jìn)一步討論)、源和漏頂區(qū)130、應(yīng)變溝道140、襯墊150、取代的碳區(qū)160、凸起的源結(jié)構(gòu)170和凸起的漏結(jié)構(gòu)180。襯底110可以包括單晶硅或如下進(jìn)一步討論的其它材料。代位的碳區(qū)160可包括主要含有硅的材料晶格，但是包括碳原子代替在晶格結(jié)構(gòu)中一些位置的硅原子。在晶格中代位的碳原子可以具有比晶格中硅原子更短的鍵長。結(jié)果，代位的碳區(qū)160對比于僅硅原子的晶格處在應(yīng)力下。代位的碳區(qū)160可以將該應(yīng)力轉(zhuǎn)移到鄰近的晶格結(jié)構(gòu)中，以及更特別地在應(yīng)變溝道140中可以引起單軸橫向張應(yīng)力。
通過伸長在應(yīng)變溝道140中的硅晶格，在應(yīng)變溝道140中的張應(yīng)力可以改善NMOS晶體管100的性能，從而增加在應(yīng)變溝道140中電子的遷移率和增加驅(qū)動電流。通常，代位碳的百分比越大和代位碳區(qū)160的體積越大，提供在應(yīng)變溝道140上的應(yīng)力就越大。在一個實施例中，在代位碳區(qū)160中碳的百分比可以在大約0.1到5.0％的范圍內(nèi)。在另一個實施例中，在代位碳區(qū)160中碳的百分比可以在大約0.5到3.0％的范圍內(nèi)。
凸起源結(jié)構(gòu)170和凸起漏結(jié)構(gòu)180可以鄰接代位碳區(qū)160以及源和漏頂區(qū)130，以便在凸起源結(jié)構(gòu)170和凸起漏結(jié)構(gòu)180中的摻雜劑可以與代位碳區(qū)160分離。凸起源結(jié)構(gòu)170和凸起漏結(jié)構(gòu)180可以提供低電阻接觸或通道到應(yīng)變溝道140。
圖2A-2E示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的方法。首先參考圖2A，通過公知的方法將柵結(jié)構(gòu)120形成在襯底110上。襯底110可以是晶片或芯片以及可以包括單晶硅、絕緣體上的硅或其它適當(dāng)?shù)牟牧稀Ｒr底110也可以包括其它層或包括絕緣的、導(dǎo)電的或半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)(未示出)。在NMOS晶體管區(qū)中襯底110可以用p類型的摻雜劑(例如，硼)摻雜以便在p阱區(qū)中構(gòu)成NMOS晶體管100。
進(jìn)一步，為了清楚起見，圖2A僅示出了具有單個NMOS晶體管100的襯底100的一部分。襯底110可以包括許多額外的NMOS晶體管，PMOS(P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管(未示出)，以及其它器件(未示出)。在NMOS晶體管處理時，用公知的方法通過光致抗蝕劑或圖案化電介質(zhì)層覆蓋PMOS晶體管和其它器件。
柵結(jié)構(gòu)120可以包括柵極210和柵電介質(zhì)220。在一個實施例中，柵電介質(zhì)220可以是絕緣材料。在另一個實施例中，柵電介質(zhì)220可以包括高k材料。在一個實施例中，柵極210可以包括多晶硅。在另一個實施例中，柵極210可以包括預(yù)先摻雜的多晶硅。在還有的另一個實施例中，柵極210可以包括金屬。
在圖2B中，進(jìn)行頂注入230以形成源和漏頂區(qū)130。頂注入230可以包括任何n型摻雜劑。在某個實施例中，頂注入230可以包括磷或砷。源和漏頂區(qū)130可以相對于其它注入淺以及使用低能量注入進(jìn)行頂注入230。源和漏頂區(qū)130被注入到鄰近柵結(jié)構(gòu)120的襯底110的表面中，以便源和漏頂區(qū)130可以與柵結(jié)構(gòu)120自對準(zhǔn)。
在一個實施例中，頂注入230也可以是注入柵結(jié)構(gòu)120。在頂注入230后，摻雜劑與柵結(jié)構(gòu)120的邊緣自對準(zhǔn)。進(jìn)行退火以及源和漏頂區(qū)130可以輕微地擴散在柵結(jié)構(gòu)120下。在另一個實施例中，依一個角度進(jìn)行頂注入230，以便將注入延伸到柵結(jié)構(gòu)120下。
現(xiàn)在參考圖2C，鄰近柵結(jié)構(gòu)120可以形成襯墊150。襯墊150可以包括氧化物或氮化物以及可以通過公知的方法例如沉積和襯墊蝕刻形成。在某些實施例中，襯墊150可以是窄的襯墊，具有在大約5nm到35m范圍內(nèi)的寬度。在其它的實施例中，襯墊150不在圖2D和2E中所示的步驟前形成，但是可以在后形成或不形成，如參考圖2E進(jìn)一步的討論。
在圖2D中，可以進(jìn)行非晶體化注入240以干擾襯底110的晶格結(jié)構(gòu)。非晶體化注入240可以包括注入任何電中性的顆粒。在一個實施例中，非晶體化注入240可以包括硅。在另一個實施例中，非晶體化注入240可以包括鍺。在圖2E中，通過碳注入250將碳注入到襯底110中。在一個實施例中，碳注入250可以是以大約5keV到15keV范圍內(nèi)的能量。在另一個實施例中，碳注入250可以是以大約8keV到12keV范圍內(nèi)的能量。在還有的其它實施例中，碳注入250可以是以大約1E14/cm2到1E16/cm2范圍內(nèi)的劑量。在另一個實施例中，碳注入250可以是以大約4E15/cm2到6E15/cm2范圍內(nèi)的劑量。在其它實施例中，可以使用變化能量的多重碳注入以在襯底110中實現(xiàn)需要的碳分布。
在某些實施例中，通過低劑量施主注入可以實現(xiàn)非晶體化注入或碳注入以抑制pn結(jié)的泄漏。在一個實施例中，施主可以是磷。在另一個實施例中，施主注入可以是大約1E13/cm2到1E15/cm2范圍內(nèi)的劑量以及以在大約15keV到45keV的范圍內(nèi)的能量。在一個實施例中，使用大約30keV能量和大約1E14/cm2的劑量的磷施主注入。
可以進(jìn)行退火以重結(jié)晶晶格，包括主要在硅晶格中的碳，以形成代位碳區(qū)160。在一個實施例中，退火可以是在大約900℃以上溫度的尖鋒(spike)退火。在另一個實施例中，退火可以是亞融化(sub-melt)激光退火。在一個實施例中，亞融化退火可以是快速熱退火。
雖然通過顯示連續(xù)的非晶體化注入240、碳注入250和然后的退火示出了方法，但是次序不限制。更特別地，可以利用碳存在和晶格結(jié)構(gòu)在退火前被干擾的任何方法。在一個實施例中，碳注入250可以在非晶體化注入240之前進(jìn)行和接著退火?？梢岳闷渌墓に嚵鞒毯痛涡蚶缣甲⑷?、退火、非晶體化注入、退火。
如圖2C討論的，襯墊150不可以形成在圖2D和2E中示出的步驟前。在這種實施例中，由于襯墊150使代位碳區(qū)160不可以偏移柵結(jié)構(gòu)120，但是可以代替與柵結(jié)構(gòu)邊緣對準(zhǔn)。
現(xiàn)在參考圖2F，可以形成凸起源結(jié)構(gòu)170和凸起漏結(jié)構(gòu)180。凸起源結(jié)構(gòu)170和凸起漏結(jié)構(gòu)180可以包括硅。在一個實施例中，凸起源結(jié)構(gòu)170和凸起漏結(jié)構(gòu)180可以通過選擇外延形成。在一個實施例中，凸起源結(jié)構(gòu)170和凸起漏結(jié)構(gòu)180可以用化學(xué)氣相沉積(CVD)形成。凸起源結(jié)構(gòu)170和凸起漏結(jié)構(gòu)180可以包括摻雜劑例如磷或砷。在一個實施例中，在外延生長時或通過注入提供摻雜劑。摻雜劑的濃度可以在約1.0E20/cm3到8.0E20/cm3的范圍中。
接著，凸起源結(jié)構(gòu)170和凸起漏結(jié)構(gòu)180被硅化(未示出)以提供更低電阻的電連接到現(xiàn)有技術(shù)中已知的電接觸材料。更具體地，凸起源結(jié)構(gòu)170和凸起漏結(jié)構(gòu)180可以足夠的厚以便在硅化時形成金屬半導(dǎo)體合金與代位碳區(qū)160分離。
上述方法的描述順序不是限制性的，方法可以使用描述的任意順序執(zhí)行或省略或增加的操作，例如使用“犧牲的襯墊”方法。在該實施例中，首先形成的襯墊可以鄰近柵結(jié)構(gòu)和使用襯墊以在注入時偏移代位碳和凸起源和漏。然后移除襯墊和進(jìn)行頂注入。其它的變化實施例也是可以實現(xiàn)的。
參考整個說明書的“一個實施例”或“實施例”意味著特別的特征、結(jié)構(gòu)、材料或與實施例相關(guān)描述的特性包括在發(fā)明的至少一個實施例中。因此，整個說明書各個地方的“在一個實施例中”或“在實施例中”詞組的出現(xiàn)不必限定在發(fā)明的相同實施例中。而且，特別的特征、結(jié)構(gòu)、材料或特性可以以任何適合的方式結(jié)合在一個或更多實施例中。
上述描述是說明性的，不是限制性的。本領(lǐng)域技術(shù)人員參考上面的描述，很多其它實施例將顯而易見。因此本發(fā)明的范圍應(yīng)參考附加權(quán)利要求決定，同時與該權(quán)利要求相等的全部范圍被定義。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括在襯底上的柵結(jié)構(gòu)；在襯底上的凸起漏結(jié)構(gòu)；在襯底上的凸起源結(jié)構(gòu)；以及在襯底表面下并且在凸起漏結(jié)構(gòu)下的代位碳區(qū)，以引起在溝道區(qū)中的張應(yīng)力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，進(jìn)一步包括在襯底表面下和凸起源結(jié)構(gòu)下的第二代位碳區(qū)，以引起在溝道區(qū)中的張應(yīng)力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中代位碳區(qū)包括具有大約0.1到5.0％代位碳的實質(zhì)上單晶的硅晶格。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中代位碳區(qū)包括具有大約0.5到3.0％代位碳的實質(zhì)上單晶的硅晶格。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，進(jìn)一步包括在襯底表面下和在凸起漏結(jié)構(gòu)下的頂注入?yún)^(qū)，其中代位碳區(qū)的底部低于頂注入?yún)^(qū)底部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其中頂注入?yún)^(qū)包括磷或砷中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，進(jìn)一步包括在襯底上的襯墊，襯墊鄰接?xùn)沤Y(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其中凸起漏結(jié)構(gòu)鄰接襯墊。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其中頂注入?yún)^(qū)在襯墊的至少一部分下延伸。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其中頂注入?yún)^(qū)在柵結(jié)構(gòu)的一部分下延伸。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其中代位碳區(qū)實質(zhì)上與柵結(jié)構(gòu)相對的襯墊的表面對準(zhǔn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其中代位碳區(qū)在襯墊一部分的下面延伸。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中凸起源結(jié)構(gòu)和凸起漏結(jié)構(gòu)包括磷或砷的至少一種。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中凸起源結(jié)構(gòu)和凸起漏結(jié)構(gòu)包括具有在大約1.0E20/cm3到8.0E20/cm3范圍內(nèi)的濃度的摻雜劑。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中柵結(jié)構(gòu)包括柵極和柵電介質(zhì)，柵極包括多晶硅或金屬的至少一種。
16.一種裝置，包括代位碳區(qū)，在襯底表面下引起在溝道區(qū)中的張應(yīng)力；以及凸起漏結(jié)構(gòu)，在襯底表面上和在代位碳區(qū)上。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，進(jìn)一步包括第二代位碳區(qū)，在襯底表面下引起在溝道區(qū)中的張應(yīng)力；以及凸起源結(jié)構(gòu)，在襯底表面上和在第二代位碳區(qū)上。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，進(jìn)一步包括柵，在襯底表面上；頂注入?yún)^(qū)，在襯底表面下和在凸起漏結(jié)構(gòu)下；第二頂注入?yún)^(qū)，在襯底表面下和在凸起源結(jié)構(gòu)下；以及第一襯墊和第二襯墊，第一和第二襯墊鄰接?xùn)拧?br>
19.根據(jù)權(quán)利要求18的裝置，其中第一襯墊和第二襯墊是大約5到35nm寬。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，其中代位碳區(qū)包括具有大約0.5到3.0％碳的實質(zhì)上單晶的硅晶格。
21.根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，其中凸起漏結(jié)構(gòu)包括摻雜劑，摻雜劑包括磷或砷中的至少一種。
22.一種裝置，包括在襯底上的柵結(jié)構(gòu)；在襯底上并鄰接?xùn)沤Y(jié)構(gòu)的第一襯墊；在襯底上并鄰接第一襯墊的凸起源結(jié)構(gòu)；在襯底上并鄰接?xùn)沤Y(jié)構(gòu)的第二襯墊；在襯底上并鄰接第二襯墊的凸起漏結(jié)構(gòu)；第一頂注入?yún)^(qū)，在襯底表面下和在凸起源結(jié)構(gòu)下；第二頂注入?yún)^(qū)，在襯底表面下和在凸起漏結(jié)構(gòu)下；在襯底表面下和在凸起源結(jié)構(gòu)下的第一代位碳區(qū)，以引起在溝道中的應(yīng)力；以及在襯底表面下和在凸起漏結(jié)構(gòu)下的第二代位碳區(qū)，以引起在溝道中的應(yīng)力，其中第一代位碳區(qū)的底部低于第一頂注入?yún)^(qū)的底部，第二代位碳區(qū)的底部低于第二頂注入?yún)^(qū)的底部。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的裝置，其中代位碳區(qū)包括具有大約0.1到5.0％代位碳的實質(zhì)上單晶的硅晶格。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的裝置，其中代位碳區(qū)包括具有大約0.5到3.0％代位碳的實質(zhì)上單晶的硅晶格。
25.根據(jù)權(quán)利要求22的裝置，其中第一頂注入?yún)^(qū)在柵結(jié)構(gòu)的至少一部分下延伸。
26.根據(jù)權(quán)利要求22的裝置，其中第一代替碳區(qū)在第一襯墊的至少一部分下延伸。
27.一種方法，包括在襯底上形成柵結(jié)構(gòu)；在襯底上進(jìn)行非晶體化注入；將碳注入到襯底中；退火襯底以形成代位碳區(qū)；以及在襯底上形成凸起源結(jié)構(gòu)和凸起漏結(jié)構(gòu)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中襯底包括單晶硅。
29.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中注入碳包括以在大約5keV和大約15keV之間的能量和大約1E14/cm2和1E16/cm2之間的劑量注入碳。
30.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中注入碳包括不同能量的多重碳注入。
31.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中進(jìn)行非晶體化注入包括注入硅或鍺中的至少一種。
32.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，進(jìn)一步包括注入摻雜劑以形成頂注入?yún)^(qū)，其中代位碳區(qū)的底部低于頂注入?yún)^(qū)的底部。
33.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中退火襯底包括在大約900℃以上的溫度下的尖峰退火。
34.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中退火襯底包括亞融化激光退火。
35.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中形成凸起源結(jié)構(gòu)和凸起漏結(jié)構(gòu)包括外延生長摻雜有磷或砷中至少一種的單晶硅。
36.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中形成凸起源結(jié)構(gòu)和凸起漏結(jié)構(gòu)包括化學(xué)氣相沉積。
37.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，進(jìn)一步包括將凸起結(jié)構(gòu)的摻雜劑注入到凸起源結(jié)構(gòu)和凸起漏結(jié)構(gòu)。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其中凸起結(jié)構(gòu)的摻雜劑包括磷或砷中的至少一種。
39.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中柵結(jié)構(gòu)包括具有金屬的柵極。
40.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，進(jìn)一步包括形成鄰接?xùn)沤Y(jié)構(gòu)的襯墊。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的方法，進(jìn)一步包括移除襯墊。
42.根據(jù)權(quán)利要求40的方法，其中注入碳包括與柵結(jié)構(gòu)相對的襯墊表面自對準(zhǔn)的注入。
全文摘要
本發(fā)明的一些實施例包括提供碳摻雜區(qū)和凸起的源/漏區(qū)以在NMOS晶體管溝道中提供張應(yīng)力。
文檔編號H01L21/24GK1828934SQ20051004839
公開日2006年9月6日 申請日期2005年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月17日
發(fā)明者M·哈滕多夫, J·黃, A·穆蒂, A·維斯特邁爾 申請人:英特爾公司