專利名稱：具混成應(yīng)變誘導(dǎo)層的應(yīng)變晶體管及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置，特別是有關(guān)于具有在閘極與源極/汲極區(qū)域上方的一混成應(yīng)變(hybrid-strained)層的裝置，且更特別是有關(guān)于具有一混成應(yīng)變接觸蝕刻停止層的MOS裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)前一直在致力于超大型集成(VLSI)電路尺寸的縮減。隨著電路變的又小又快，裝置驅(qū)動(dòng)電流的改善變的是越來越重要。裝置電流與閘極長(zhǎng)度、閘極電容與載子遷移率有密切的關(guān)系?？s短多晶硅閘極長(zhǎng)度、增加閘極電容與增加載子遷移率可以改善裝置的電流性能。一直在努力縮減閘極長(zhǎng)度為的是要縮小電路尺寸。在像是減少閘極介電層的厚度、增加閘極介電層的介電常數(shù)或是類似方面的努力以達(dá)成增加閘極電容的目的。另外并致力于增進(jìn)載子遷移率，以能更進(jìn)一步改善裝置電流。
在諸多用以增進(jìn)載子遷移率的努力中，形成一應(yīng)變(strained)硅通道是一已知的手段。應(yīng)變(strain)，有時(shí)亦指為應(yīng)力(stress)，能增進(jìn)整體的電子與電洞遷移率。可通過一應(yīng)變表面通道來增進(jìn)MOS裝置的性能。這種技術(shù)使得在固定閘極長(zhǎng)度、不增加電路制造或是設(shè)計(jì)的復(fù)雜度下得以改善MOS裝置的性能。
當(dāng)硅處在應(yīng)變狀態(tài)時(shí)，內(nèi)平面的室溫電子遷移率能呈現(xiàn)戲劇性地增加。一種發(fā)展應(yīng)變的方法是，使用一漸變(graded)的硅鍺(SiGe)磊晶層做為一基材，于其上再形成一層經(jīng)松弛(relaxed)的SiGe層。一硅層形成于此經(jīng)松弛的SiGe層上。MOS裝置隨后形成于此具有本質(zhì)應(yīng)變的硅層上。由于SiGe的晶格常數(shù)比硅的大，此硅膜是處于雙軸張力下，并因此載子群呈現(xiàn)出為應(yīng)變所促進(jìn)的遷移率。
在裝置中的應(yīng)變可以在三個(gè)方向上有分量；平行于MOS裝置通道長(zhǎng)度、平行于裝置通道寬度，與垂直于通道平面。平行于裝置通道長(zhǎng)度與寬度的應(yīng)變稱為內(nèi)平面應(yīng)變。研究顯示，雙軸、內(nèi)平面伸張應(yīng)變場(chǎng)可以改善nMOS性能，而平行于通道長(zhǎng)度方向的壓縮應(yīng)變可以改善pMOS裝置性能。
藉由在MOS裝置上形成一應(yīng)變接觸蝕刻停止(CES)層也可提供應(yīng)變。當(dāng)形成了一應(yīng)變接觸蝕刻停止層時(shí)，由于CES層與下方層間晶格常數(shù)不匹配的緣故，會(huì)發(fā)展出一內(nèi)平面應(yīng)力來配合下方層的晶格常數(shù)。圖1繪示現(xiàn)有習(xí)知的具有一應(yīng)變通道區(qū)域的nMOS裝置。CES層14具有本質(zhì)伸張應(yīng)變。在源極/汲極區(qū)域12頂部的部份CES層14a將一壓縮應(yīng)變引入了源極/汲極區(qū)域12中，因此在通道區(qū)域11中造成了一伸張應(yīng)變。據(jù)此，通道區(qū)域11中的載子遷移率可因之而增進(jìn)。然而，此CES層14是為單(uni)應(yīng)變，代表著相同的伸張應(yīng)變CES層亦帽蓋在閘極電極6與間隙壁8的頂部。帽蓋部份具有將壓縮應(yīng)變引入包含通道區(qū)域11的其下區(qū)域的效果，因而降低了整體通道的伸張應(yīng)變。
通道區(qū)域11中的應(yīng)變可由形成一未被帽蓋的CES層來改善，其中此CES層14并不形成在電極6與間隙壁8的頂部。然而，目前所需要的是一種能改善CES層的能力將理想的應(yīng)變施加于通道又不增加制程復(fù)雜度的方法。
由此可見，上述現(xiàn)有的MOS裝置在結(jié)構(gòu)、方法與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。為了解決MOS裝置存在的問題，相關(guān)廠商莫不費(fèi)盡心思來謀求解決之道，但長(zhǎng)久以來一直未見適用的設(shè)計(jì)被發(fā)展完成，而一般產(chǎn)品又沒有適切的結(jié)構(gòu)能夠解決上述問題，此顯然是相關(guān)業(yè)者急欲解決的問題。因此如何能創(chuàng)設(shè)一種新的MOS裝置，便成了當(dāng)前業(yè)界極需改進(jìn)的目標(biāo)。
有鑒于上述現(xiàn)有的MOS裝置存在的缺陷，本發(fā)明人基于從事此類產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造多年豐富的實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)知識(shí)，并配合學(xué)理的運(yùn)用，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新的具混成應(yīng)變誘導(dǎo)層的應(yīng)變晶體管，能夠改進(jìn)一般現(xiàn)有的MOS裝置，使其更具有實(shí)用性。經(jīng)過不斷的研究、設(shè)計(jì)，并經(jīng)反復(fù)試作樣品及改進(jìn)后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實(shí)用價(jià)值的本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有的MOS裝置存在的缺陷，而提供一種新型結(jié)構(gòu)的具混成應(yīng)變誘導(dǎo)層的應(yīng)變晶體管，所要解決的技術(shù)問題是使其提供一種能改善CES層的能力將理想的應(yīng)變施加于通道又不增加制程復(fù)雜度的方法。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種半導(dǎo)體裝置，其至少包含一閘極介電層，在一基材之上；一閘極電極，在該閘極介電層之上；二源極/汲極區(qū)域，位在該閘極電極的兩側(cè)；一第一應(yīng)變層，位在該些源極/汲極區(qū)域上，該第一應(yīng)變層具有一第一應(yīng)力；以及一第二應(yīng)變層，位在該閘極電極上，該第二應(yīng)變層具有一第二應(yīng)力，其中該第二應(yīng)力實(shí)質(zhì)上與該第一應(yīng)力不同。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下技術(shù)措施來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的半導(dǎo)體裝置，其中所述的第一應(yīng)變層實(shí)質(zhì)上延伸至該閘極電極，部份的該第二應(yīng)變層位于該第一應(yīng)變層之上。
前述的半導(dǎo)體裝置，其中所述的第二應(yīng)變層從該閘極電極延伸至該源極/汲極區(qū)域，與其中該第一應(yīng)變層鄰接該第二應(yīng)變層的一側(cè)壁。
前述的半導(dǎo)體裝置，其中所述的第一與第二應(yīng)變層各別包含一選自本質(zhì)上由氮化、氧化、氧氮化硅、碳化硅、半導(dǎo)體材料、金屬及其組合所組成的一材料。
前述的半導(dǎo)體裝置，其中所述的第一與第二應(yīng)變層各別包含復(fù)數(shù)層。
前述的半導(dǎo)體裝置，其中所述的第一與第二應(yīng)變層各別具有介于大約20nm與大約200nm間的一厚度。
前述的半導(dǎo)體裝置，其中所述的第二應(yīng)變層的應(yīng)力形式與第一應(yīng)變層的應(yīng)力形式相反，該第二應(yīng)變層的應(yīng)力量值介于約0Gpa與約3Gpa間。
前述的半導(dǎo)體裝置，其中所述的第二應(yīng)變層的應(yīng)力形式與該第一應(yīng)變層的應(yīng)力形式相同，與其中第二應(yīng)變層的應(yīng)力量值小于約百分之50的該第一應(yīng)變層的應(yīng)力。
前述的半導(dǎo)體裝置，其中所述的第一應(yīng)變層與第二應(yīng)變層組合在一起形成一接觸蝕刻停止層。
前述的半導(dǎo)體裝置，其中所述的第一應(yīng)變層與第二應(yīng)變層具有實(shí)質(zhì)上不同的晶格常數(shù)。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其至少包含提供一基材，該基材上至少具有一閘極結(jié)構(gòu)及二源/汲極區(qū)域，該源極/汲極區(qū)域位于該閘極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)的基材上；形成一第一應(yīng)變層至少覆蓋該些源極/汲極區(qū)域；以及形成一第二應(yīng)變層至少覆蓋該閘極結(jié)構(gòu)頂面及側(cè)壁上半部，該第二應(yīng)變層具有與該第一應(yīng)變層不同的應(yīng)變。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下技術(shù)措施來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述的第一應(yīng)變層與第二應(yīng)變層具有不同的本質(zhì)應(yīng)變。
前述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述的第一應(yīng)變層與該第二應(yīng)變層具有相同的本質(zhì)應(yīng)變且該第二應(yīng)變層的應(yīng)變量低于該第一應(yīng)變層的應(yīng)變量的百分之五十。
前述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述的第一應(yīng)變層與第二應(yīng)變層累積形成一接觸蝕刻停止層。
前述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中形成第一應(yīng)變層的方法至少包括毯覆一材料層覆蓋該閘極結(jié)構(gòu)及該些源/汲極區(qū)域；以及以一微影蝕刻制程移除部分該材質(zhì)層以暴露出該閘極結(jié)構(gòu)的頂面和至少部分該閘極結(jié)構(gòu)的上半部側(cè)壁。
前述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中形成第一應(yīng)變層的方法至少包括形成一罩幕遮蔽該閘極結(jié)構(gòu)的頂面和至少部分該閘極結(jié)構(gòu)的上半部側(cè)壁；沉積一材料層覆蓋暴露出來的部分；以及移除該罩幕。
前述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述的第一應(yīng)變層與第二應(yīng)變層具有一介面部份。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明的主要技術(shù)內(nèi)容如下依據(jù)本發(fā)明的一情形，此半導(dǎo)體裝置包括閘極結(jié)構(gòu)及實(shí)質(zhì)上與該閘極結(jié)構(gòu)的邊緣對(duì)準(zhǔn)二源/汲極區(qū)域。閘極結(jié)構(gòu)可包括閘極介電層覆蓋在基材之上；閘極電極覆蓋在閘極介電層之上；一對(duì)間隙壁位于沿著閘極介電層與閘極電極的側(cè)壁。源極/汲極區(qū)域可實(shí)質(zhì)上與閘極電極的邊緣對(duì)準(zhǔn)；與一應(yīng)變層覆蓋在源極/汲極區(qū)域、閘極電極與間隙壁的上。應(yīng)變層具有一第一部份與一第二部份。應(yīng)變層的第一部份實(shí)質(zhì)上在源極/汲極區(qū)域上方并具有一第一本質(zhì)應(yīng)變。應(yīng)變層的第二部份的至少一部份實(shí)質(zhì)上覆蓋在閘極電極與間隙壁之上，并具有與第一應(yīng)變形式相反的一第二本質(zhì)應(yīng)變。由于應(yīng)變層的第一部份與第二部份中的應(yīng)變形式相反，由第二部份所造成的負(fù)面效應(yīng)轉(zhuǎn)成了正面效應(yīng)。在裝置通道區(qū)域中的應(yīng)變于是得以增強(qiáng)。
依據(jù)本發(fā)明的另一情形，應(yīng)變層的第二部份具有與第一部份相同形式的應(yīng)變。然而，在第二部份中的應(yīng)變量值較低，較佳為低于第一部份應(yīng)變的百分之五十。在閘極電極與間隙壁的頂部有較小應(yīng)變時(shí)，得以減少由第二部份所造成的負(fù)面效應(yīng)。
應(yīng)變是可由具有不同晶格常數(shù)的材料互相接觸來產(chǎn)生。應(yīng)變亦可由將不純物引入應(yīng)變層中來進(jìn)行調(diào)整。
借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明具混成應(yīng)變誘導(dǎo)層的應(yīng)變晶體管至少具有下列優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明能改善CES層的能力將理想的應(yīng)變施加于通道又不增加制程復(fù)雜度，降低了整體通道的伸張應(yīng)變。
綜上所述，本發(fā)明特殊的具混成應(yīng)變誘導(dǎo)層的應(yīng)變晶體管，其具有上述諸多的優(yōu)點(diǎn)及實(shí)用價(jià)值，并在同類產(chǎn)品及方法中未見有類似的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及方法公開發(fā)表或使用而確屬創(chuàng)新，其不論在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、制造方法或功能上皆有較大的改進(jìn)，在技術(shù)上有較大的進(jìn)步，并產(chǎn)生了好用及實(shí)用的效果，且較現(xiàn)有的MOS裝置具有增進(jìn)的多項(xiàng)功效，從而更加適于實(shí)用，而具有產(chǎn)業(yè)的廣泛利用價(jià)值，誠(chéng)為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用的新設(shè)計(jì)。
上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。


圖1示出了一現(xiàn)有習(xí)知的單應(yīng)變MOS裝置，一CES層形成在源極/汲極區(qū)域與一閘極結(jié)構(gòu)兩者上；圖2至圖4D為截面圖，示出了在制造一混成應(yīng)變MOS晶體管實(shí)施例的中間階段；圖5示出了較佳實(shí)施例的結(jié)果，將應(yīng)變表示為通道區(qū)域中深度的函數(shù)。
2基材6閘極電極10淺溝渠隔離 12源極/汲極區(qū)域14a第一應(yīng)變層4閘極介電層8間隙壁 11通道區(qū)域14應(yīng)變層/CES層 14b第二應(yīng)變層具體實(shí)施方式
為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的具混成應(yīng)變誘導(dǎo)層的應(yīng)變晶體管其具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、制造方法、步驟、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。
茲提出具有一混成應(yīng)變誘導(dǎo)層的一新穎半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與其形成方法。制造本發(fā)明較佳實(shí)施例中間階段亦繪示出來。各種較佳實(shí)施例的變化亦被討論。在本發(fā)明從頭到尾的多種概觀與例示性實(shí)施例中，類似的元件符號(hào)用作代表類似的元件。
圖2繪示淺溝渠隔離(STI)的形成。在較佳實(shí)施例中，基材2為硅基材。在其他的實(shí)施例中，基材2為一虛擬基材，其中經(jīng)松弛的一SiGe層形成于漸變SiGe層之上，而一應(yīng)變硅層形成于經(jīng)松弛的SiGe層上。此結(jié)構(gòu)將一伸張應(yīng)力提供至此裝置的通道而增進(jìn)了載子遷移率。又在其他的實(shí)施例中，整體(bulk)半導(dǎo)體、應(yīng)變半導(dǎo)體、化合物半導(dǎo)體、多層半導(dǎo)體或絕緣體上硅(SOI)、應(yīng)變絕緣體上硅(SSOI)、應(yīng)變絕緣體上硅鎵(S-SiGeOI)、絕緣體上硅鎵(SiGeOI)、絕緣體上鎵(GeOI)與之類似者，可用做為基材2。將淺溝渠隔離10形成于基材2中。較佳者，藉由蝕刻在基材2中以形成淺溝渠，再以一絕緣體，如氧化硅，填滿淺溝渠以形成淺溝渠結(jié)構(gòu)10。
將一閘極介電層4形成于基材2的表面上。閘極介電層4較佳為氧化物。此形成法可為任何已知的方法，例如熱氧化法、區(qū)域硅氧化法(LOCOS)、化學(xué)氣相沉積法(CVD)等等。因?yàn)榈杩勺鰹殡s質(zhì)擴(kuò)散時(shí)的有效屏障，故亦可使用氮化硅。氮化硅膜較佳由硅的熱氮化法來形成。亦可由使用氮-氫的電漿陽極氮化法來制備。此氮化硅膜亦可由二氧化硅的熱氮化法來形成。此閘極介電層也可為氧氮化物、含氧的介電物、高k材料或任何的組合。
閘極電極6形成于閘極介電層4之上。此閘極電極6較佳為多晶硅、雖然亦可由金屬、或一包括金屬、半導(dǎo)體、金屬氧化物及/或金屬硅化物的化合物結(jié)構(gòu)所形成。較佳的形成方法為CVD法。多晶硅具有做為達(dá)成最小閘極對(duì)源極/汲極重達(dá)的遮罩能力。這又更增進(jìn)了裝置性能。然后對(duì)多晶硅摻雜以減低片電阻(sheet resistance)。其他的實(shí)施例可使用非晶硅、會(huì)導(dǎo)電的元素金屬、會(huì)導(dǎo)電的元素金屬合金、會(huì)導(dǎo)電的元素金屬的硅化物或氮化物或任何的組合。典型地，閘極電極6與閘極介電層4沉積成層后，會(huì)被圖案化以形成閘極。
一對(duì)間隙壁8沿著閘極介電層4與閘極電極6的側(cè)壁而形成。如業(yè)界中所知，間隙壁8較佳是將一介電層毯覆沉積在一整個(gè)區(qū)域上來形成，然后，再將此介電層自水平表面進(jìn)行非等向性地蝕刻，于是留下了間隙壁8。圖2繪示矩形間隙壁。在另一實(shí)施例中，間隙壁8亦可為L(zhǎng)形，其形成法已為業(yè)界所知悉。
圖3繪示源極/汲極區(qū)域12的形成。源極/汲極區(qū)域12可凹入或是凸出于基材2(使用如磊晶所成長(zhǎng)的區(qū)域)，這樣一來，后續(xù)所形成的應(yīng)變誘導(dǎo)層亦會(huì)跟著凹入或是凸出。在一較佳實(shí)施例中，源極/汲極區(qū)域12藉由將不純物植入半導(dǎo)體基材2中而形成。間隙壁8用做為遮罩，使得源極/汲極區(qū)域12的邊緣實(shí)質(zhì)上與間隙壁8對(duì)準(zhǔn)。閘極電極6較佳亦被摻雜以減低片電阻。在其他的實(shí)施例中，源極/汲極區(qū)域12的形成方式是，先將源極/汲極區(qū)域凹入，再于凹口中以磊晶方式來成長(zhǎng)所需摻雜的硅、SiGe或SiC。又于其他的實(shí)施例中，源極/汲極區(qū)域12的形成是，將具有所需摻質(zhì)的硅、SiGe、SiC磊晶地成長(zhǎng)在基材2的上表面上。較佳為，先于不形成源極與汲極的區(qū)域上形成一層二氧化硅。則后續(xù)沉積形成磊晶膜時(shí)，位在二氧化硅膜上者將為多晶硅將在后續(xù)制程中被移除；而在源極/汲極區(qū)域12(即暴露出基材2)上則成長(zhǎng)成單晶硅磊晶層。
一組硅化金屬區(qū)域(此處未示)，可選擇性的由硅化金屬制程形成在源極/汲極區(qū)域12上。此硅化金屬較佳為NiSi2、CoSi2、TiSi2或其類似者。要形成一硅化金屬層，較佳先在裝置上沉積一金屬薄層，例如鈷、鎳、鈦或其類似者，以形成一金屬層。然后再將裝置回火，在沉積的金屬與位于其下暴露出的硅區(qū)域間形成硅化金屬。再移除未反應(yīng)的金屬。
接著，如圖4A、圖4B、圖4C與圖4D所示，形成一應(yīng)變層14(有時(shí)亦稱為應(yīng)變誘導(dǎo)層)。雖然此層較佳為一CES層，而且CES層14可為單層或是復(fù)數(shù)層的結(jié)構(gòu)，即使有些層不作為蝕刻停止層之用，但是在本發(fā)明整份說明書中仍稱之為CES層14。應(yīng)變層14亦可為包括一CES層與其他層的一復(fù)合層。如前所述，此應(yīng)變層可以增進(jìn)裝置性能。應(yīng)變，有時(shí)亦指為應(yīng)力，應(yīng)力的種類與強(qiáng)度是由沉積制程與所使用的材料來決定。一般說來，若應(yīng)變材料比位于其下材料具有較小的晶格常數(shù)，此應(yīng)變材料會(huì)具有本質(zhì)壓縮應(yīng)變而位于其下的材料在松弛后會(huì)有本質(zhì)伸張應(yīng)變。相反地，若應(yīng)變材料比起位于其下的材料具有較大的晶格常數(shù)時(shí)，此應(yīng)變材料會(huì)具有本質(zhì)伸張應(yīng)變，而位于其下的材料在松弛后會(huì)有本質(zhì)壓縮應(yīng)變。
伸張應(yīng)變較佳形成于由碳化硅、氮化、氧化、氮氧化硅等材料所形成的應(yīng)變層14與位于其下的材料(即基材2)之間。壓縮應(yīng)變較佳形成于由硅化鍺、氮化、氧化、氮氧化硅等材料所形成的應(yīng)變層14與位于其下的材料(即基材2)之間。應(yīng)變的種類與量值取決于應(yīng)變層14與位于其下的材料的相對(duì)性質(zhì)。應(yīng)變可藉由位于其下的材料中不純物的種類與濃度來調(diào)整。例如，將如鍺的不純物引入硅化鍺或碳化硅中，典型地會(huì)增加材料的晶格常數(shù)(因?yàn)殒N的晶格常數(shù)比較大)，而將如碳的不純物引入硅化鍺或碳化硅中，典型地會(huì)減小其晶格常數(shù)(因?yàn)樘嫉木Ц癯?shù)比較小)。在較佳的實(shí)施例中，CES層14包括一介電層。在替代的實(shí)施例中，應(yīng)變層14包括半導(dǎo)體、金屬、及其組合。應(yīng)變層14亦可為單層或是復(fù)合層的形式。這樣的材料的有利處在于材料在沉積時(shí)即具有本質(zhì)應(yīng)力，可對(duì)誘導(dǎo)位于其下方的材料產(chǎn)生應(yīng)力或是應(yīng)變。
圖4A繪示一第一應(yīng)變層14a選擇性地形成在源極/汲極區(qū)域12之上。雖然第一應(yīng)變層14a與后續(xù)要說明的第二應(yīng)變層14b雖如圖顯示為一層，但也可以為不同的膜層。在一較佳實(shí)施例中，一罩幕是在沉積第一應(yīng)變層14a沉積時(shí)，用以覆蓋閘極電極6與間隙壁8。在另一可替換的實(shí)施例中，將一應(yīng)變誘導(dǎo)材料以坦覆方式沉積，然后再將閘極電極6與間隙壁8上的應(yīng)變誘導(dǎo)材料移除。第一應(yīng)變層14a可用一般的方法來形成，如化學(xué)氣相沉積法(CVD)、選擇性磊晶法、原子層沉積法(ALD)、物理氣相沉積法(PVD)或其類似者。第一應(yīng)變層14a的厚度，較佳者約大于50。更佳者，介于約200與2000之間。
隨后將第二應(yīng)變層14b形成在閘極結(jié)構(gòu)上方。也許需要微影與蝕刻以形成所需的圖案。第二應(yīng)變層14b較佳由CVD法來形成，但亦可使用其他常見的方法，如ALD、PVD與其類似者。類似于第一應(yīng)變層14a，第二應(yīng)變層14b的材料較佳為介電材料。然而，亦可使用半導(dǎo)體、金屬、其組合與復(fù)合結(jié)構(gòu)。第二應(yīng)變層14b的厚度，較佳者約大于50。更佳者，介于約200與2000之間。第二應(yīng)變層14b之應(yīng)力較佳介于約0Gpa與約3Gpa之間。如圖所示者，應(yīng)變層14a與14b較佳以共形地方式沉積覆蓋位于其下的材料之上(即，分別在閘極電極6與源極/汲極區(qū)域12上方)。
如果第二應(yīng)變層14b具有與第一應(yīng)變層14a相同形式的應(yīng)變，應(yīng)變層14a與14b將如前所述，在通道區(qū)域11中產(chǎn)生相反形式的應(yīng)變。這會(huì)降低通道區(qū)域11中的應(yīng)變程度。為了要減少這樣的負(fù)面效應(yīng)，第二應(yīng)變層14b較佳為具有較小的本質(zhì)應(yīng)變，較佳為低于第一應(yīng)變層14a中應(yīng)變的百分之五十。為了進(jìn)一步增進(jìn)通道區(qū)域11中的應(yīng)變，應(yīng)變層14a與14b較佳為在通道區(qū)域11中產(chǎn)生相同形式的應(yīng)變。因此，更佳的是，第二應(yīng)變層14b具有對(duì)第一應(yīng)變層14a相反形式的應(yīng)變。甚至更佳的是，在第二應(yīng)變層14b中(相反形式之)應(yīng)變的量值，大于第一應(yīng)變層14a中應(yīng)變量值的百分之五十。
如圖4A中所繪示的較佳實(shí)施例，第二應(yīng)變層14b形成在第一應(yīng)變層14a之上。在其他的實(shí)施例中，如圖4B中所繪示，第二應(yīng)變層14b覆蓋閘極電極6、閘極間隙壁8，并延伸至源極/汲極區(qū)域12。較佳地，例如繪示于圖4B中的一實(shí)施例，先形成第二應(yīng)變層14b，隨后再形成第一應(yīng)變層14a。
又在其他的實(shí)施例中，應(yīng)變層14a與14b可具有不規(guī)則的形狀，其一實(shí)例如圖4C中所例示者。不管應(yīng)變層14a與14b的不規(guī)則形狀為何，第二應(yīng)變層14b實(shí)質(zhì)上覆蓋在閘極電極6與閘極間隙壁8之上，而第一應(yīng)變層14a實(shí)質(zhì)上覆蓋在源極/汲極區(qū)域12之上。然而，應(yīng)變層14a與14b累積在一起在通道區(qū)域11中造成相同形式的應(yīng)變(假設(shè)，如同本實(shí)施例的情況者，應(yīng)變層14a與14b兩部份是產(chǎn)生相反形式的應(yīng)變)。
圖4D中繪示一凸出的應(yīng)變層14。在此實(shí)施例中，源極/汲極區(qū)域12磊晶地成長(zhǎng)于基材2上，并因此而高起。因而，應(yīng)變層14因此而高起。通道應(yīng)力調(diào)節(jié)效應(yīng)在此的實(shí)施例中多少會(huì)變低。相反地，當(dāng)源極/汲極區(qū)域12凹入時(shí)(此處未繪示)，位于其上的第一應(yīng)變層14a也會(huì)是凹入。典型地，此通道應(yīng)力調(diào)節(jié)效應(yīng)為凹入的源/汲極結(jié)構(gòu)所強(qiáng)化。如果將硅化金屬形成于源極/汲極區(qū)域12上時(shí)，硅化金屬的上表面可比晶片的表面更高，于是其上的CES層14a亦凸出，于是通道區(qū)域中的應(yīng)力調(diào)節(jié)再次因凸出的源/汲極結(jié)構(gòu)而些微地減低。因此，源極/汲極區(qū)域12較佳為凹入。應(yīng)變層14可實(shí)質(zhì)上與源極/汲極區(qū)域12相接而形成。要不然，其可延伸至淺溝渠隔離10之上，如圖4D中所繪示。
如圖4A、圖4B、圖4C與圖4D中所示的結(jié)構(gòu)，均可用于pMOS與nMOS等兩種裝置。對(duì)于pMOS而言，第一應(yīng)變層14a較佳為具有壓縮應(yīng)變，而第二應(yīng)變層14b較佳具有伸張應(yīng)變，于是通道區(qū)域11具有所得的壓縮應(yīng)變。相反地，對(duì)于nMOS而言，第一應(yīng)變層14a較佳具有伸張應(yīng)變，而第二應(yīng)變層14b較佳具有壓縮應(yīng)變，于是通道區(qū)域11具有所得的伸張應(yīng)變。
圖5為模擬在nMOS裝置上使用應(yīng)變層的結(jié)果所得的結(jié)果。線20、22與24繪示使用一傳統(tǒng)具有約1.3Gpa的伸張應(yīng)變的氮化硅單應(yīng)變接觸蝕刻停止層的模擬所得的結(jié)果。線20例示一大約300的接觸蝕刻停止(CES)層的模擬結(jié)果；線22例示一600層的模擬結(jié)果；線24例示一900層的模擬結(jié)果。所顯示的應(yīng)變數(shù)據(jù)為通道區(qū)域11深度的函數(shù)。值得注意的是，線26繪示一模擬狀況，其中閘極電極屬未帽蓋者(代表應(yīng)變層并不形成在閘極電極上，或后續(xù)已被移除)。如所示者，未經(jīng)帽蓋的裝置在通道區(qū)域中，具有比其他的模擬(線20、22與24)明顯較高的應(yīng)變。這是因?yàn)槲唇?jīng)帽蓋的實(shí)施例不具有如前所述的在閘極上的應(yīng)變層所導(dǎo)致的負(fù)面效應(yīng)。線30例示一混成應(yīng)變(hybrid-strained)層的結(jié)果，例如一混成CES層。圖4A(如線30的模擬結(jié)果所示)中所例示的混成應(yīng)變結(jié)構(gòu)，比圖4B中(如線28所示的模擬結(jié)果)所例示的混成應(yīng)變結(jié)構(gòu)在通道區(qū)域中具有較高的應(yīng)變。于是，圖4A中所例示的實(shí)施例為較佳的實(shí)施例。圖5中指出，當(dāng)CES層的厚度增加時(shí)(如線20、22與24所示)，應(yīng)變也隨之增加。然而，如果此結(jié)構(gòu)與相同CES厚度相比，比起未帽蓋的CES層(線26)與混成CES層(線30)，單應(yīng)變的CES層(線20)提供較少的應(yīng)變。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的方法及技術(shù)內(nèi)容作出些許的更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于該半導(dǎo)體裝置至少包含一閘極介電層，在一基材之上；一閘極電極，在該閘極介電層之上；二源極/汲極區(qū)域，位在該閘極電極的兩側(cè)；一第一應(yīng)變層，位在該些源極/汲極區(qū)域上，第一應(yīng)變層具有一第一應(yīng)力；以及一第二應(yīng)變層，位在該閘極電極上，第二應(yīng)變層具有一第二應(yīng)力，其中第二應(yīng)力實(shí)質(zhì)上與第一應(yīng)力不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于其中所述的第一應(yīng)變層實(shí)質(zhì)上延伸至該閘極電極，部份的該第二應(yīng)變層位于該第一應(yīng)變層之上。
3.根據(jù)權(quán)利要求第1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于其中所述的第二應(yīng)變層從該閘極電極延伸至該源極/汲極區(qū)域，與其中該第一應(yīng)變層鄰接該第二應(yīng)變層的一側(cè)壁。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于其中所述的第一與第二應(yīng)變層各別包含一選自本質(zhì)上由氮化、氧化、氧氮化硅、碳化硅、半導(dǎo)體材料、金屬及其組合所組成的一材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于其中所述的第一與第二應(yīng)變層各別包含復(fù)數(shù)層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于其中所述的第一與第二應(yīng)變層各別具有介于大約20nm與大約200nm間的一厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于其中所述的第二應(yīng)變層的應(yīng)力形式與該第一應(yīng)變層的應(yīng)力形式相反，該第二應(yīng)變層的應(yīng)力量值介于約0Gpa與約3Gpa間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于其中所述的第二應(yīng)變層的應(yīng)力形式與該第一應(yīng)變層的應(yīng)力形式相同，與其中該第二應(yīng)變層的應(yīng)力量值小于約百分之50的該第一應(yīng)變層的應(yīng)力。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于其中所述的第一應(yīng)變層與該第二應(yīng)變層組合在一起形成一接觸蝕刻停止層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于其中所述的第一應(yīng)變層與該第二應(yīng)變層具有實(shí)質(zhì)上不同的晶格常數(shù)。
11.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于其至少包含提供一基材，該基材上至少具有一閘極結(jié)構(gòu)及二源/汲極區(qū)域，該源極/汲極區(qū)域位于該閘極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)的基材上；形成一第一應(yīng)變層至少覆蓋該些源極/汲極區(qū)域；以及形成一第二應(yīng)變層至少覆蓋該閘極結(jié)構(gòu)頂面及側(cè)壁上半部，該第二應(yīng)變層具有與該第一應(yīng)變層不同的應(yīng)變。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于其中所述的第一應(yīng)變層與第二應(yīng)變層具有不同的本質(zhì)應(yīng)變。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于其中所述的第一應(yīng)變層與該第二應(yīng)變層具有相同的本質(zhì)應(yīng)變且該第二應(yīng)變層的應(yīng)變量低于第一應(yīng)變層的應(yīng)變量的百分之五十。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于其中所述的第一應(yīng)變層與第二應(yīng)變層累積形成一接觸蝕刻停止層。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于其中形成第一應(yīng)變層的方法至少包括毯覆一材料層覆蓋該閘極結(jié)構(gòu)及該些源/汲極區(qū)域；以及以一微影蝕刻制程移除部分該材質(zhì)層以暴露出該閘極結(jié)構(gòu)的頂面和至少部分該閘極結(jié)構(gòu)的上半部側(cè)壁。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于其中形成第一應(yīng)變層的方法至少包括形成一罩幕遮蔽該閘極結(jié)構(gòu)的頂面和至少部分該閘極結(jié)構(gòu)的上半部側(cè)壁；沉積一材料層覆蓋暴露出來的部分；以及移除該罩幕。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于其中所述的第一應(yīng)變層與第二應(yīng)變層具有一介面部份。
全文摘要
一種具混成應(yīng)變(hybrid－strained)層的半導(dǎo)體裝置，及其形成方法。此半導(dǎo)體裝置包括閘極介電層位在基材之上閘極介電層；閘極電極位在閘極介電層之上；一選擇性的間隙壁對(duì)位于沿著閘極介電層與閘極電極的側(cè)壁之上；實(shí)質(zhì)上與閘極電極的一邊緣對(duì)準(zhǔn)的源極/汲極區(qū)域；與應(yīng)變層覆蓋源極/汲極區(qū)域、閘極電極與間隙壁，其中此應(yīng)變層具有一第一部份與一第二部份。應(yīng)變層的第一部份實(shí)質(zhì)上覆蓋源極/汲極區(qū)域并具有一第一本質(zhì)應(yīng)變。應(yīng)變層的第二部份的至少一部分實(shí)質(zhì)上覆蓋閘極電極與間隙壁并具有與第一本質(zhì)應(yīng)變形式相反的一第二本質(zhì)應(yīng)變。
文檔編號(hào)H01L21/336GK1825625SQ20051008413
公開日2006年8月30日 申請(qǐng)日期2005年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月22日
發(fā)明者陳建豪, 李資良 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司