專利名稱：改進(jìn)的應(yīng)變硅cmos器件和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有增強(qiáng)電子和空穴遷移率的半導(dǎo)體器件，尤其涉及包括具有增強(qiáng)電子和空穴遷移率的含硅(Si)層的半導(dǎo)體器件。本發(fā)明也提供形成這種半導(dǎo)體器件的方法。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)達(dá)三十多年，硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)的連續(xù)小型化已經(jīng)驅(qū)動(dòng)世界范圍的半導(dǎo)體行業(yè)。連續(xù)尺寸縮小的各種終止者已經(jīng)被預(yù)測(cè)了幾十年，但是盡管有許多挑戰(zhàn)，創(chuàng)新的歷史已經(jīng)維持摩爾定律。但是，今天存在生長(zhǎng)的跡象，即金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管開始到達(dá)它們傳統(tǒng)的尺寸縮小極限。連續(xù)的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)尺寸縮小的短期和長(zhǎng)期挑戰(zhàn)的簡(jiǎn)明概要可以在國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)路標(biāo)(ITRS)的2002更新的“巨大挑戰(zhàn)”章節(jié)中找到。器件、材料、電路和系統(tǒng)的非常徹底的回顧可以在會(huì)議論文集IEEE，Vol.89，No.3，2001年3月(Proc.IEEE，Vol.89，No.3，March 2001)，針對(duì)半導(dǎo)體技術(shù)限制的特殊問(wèn)題中找到。
因?yàn)橥ㄟ^(guò)連續(xù)的尺寸縮小改進(jìn)MOSFET從而CMOS性能已經(jīng)變得越來(lái)越困難，因此提高性能而不縮小尺寸的方法已經(jīng)變得關(guān)鍵。這樣的一種方法是增加載流子(電子和/或空穴)遷移率。增加的載流子遷移率可以通過(guò)例如引入適當(dāng)?shù)膽?yīng)變到Si晶格中來(lái)獲得。
應(yīng)變的施加改變含硅(Si)襯底的晶格維度。通過(guò)改變晶格維度，材料的電子帶結(jié)構(gòu)同樣改變。該改變僅在本征半導(dǎo)體中是輕微的，僅導(dǎo)致小的電阻變化，但是當(dāng)摻雜半導(dǎo)體材料，也就是n型并且部分電離時(shí)，非常小的能帶變化可以引起雜質(zhì)能級(jí)與能帶邊緣之間能量差的大比例變化。這導(dǎo)致載流子運(yùn)輸性質(zhì)的變化，在某些情況下可能是驚人的。物理應(yīng)力(拉伸或壓縮)的施加可以進(jìn)一步用來(lái)增強(qiáng)在含硅襯底上制造的器件的性能。
沿著器件溝道的壓縮應(yīng)變?cè)黾觩型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(pFET)中的驅(qū)動(dòng)電流而減小n型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(nFET)中的驅(qū)動(dòng)電流。沿著器件溝道的拉伸應(yīng)變?cè)黾觧FET中的驅(qū)動(dòng)電流而減小pFET中的驅(qū)動(dòng)電流。
松弛SiGe緩沖層或松弛絕緣體上硅鍺(SGOI)上的應(yīng)變硅已經(jīng)證明對(duì)nFET[K.Rim，p.98，VLSI 2002，B.Lee，IEDM 2002]和pFET[K.Rim，et al，p.98，VLSI 2002]器件的較高驅(qū)動(dòng)電流。即使在SGOI襯底上具有應(yīng)變硅或絕緣應(yīng)變硅(SSDOI)可以減小短溝道效應(yīng)以及一些處理相關(guān)問(wèn)題例如SiGe中的增強(qiáng)As擴(kuò)散[S.Takagi，et al，p.03-57，IEDM2003；K.RIM，et al，p.3-49，IEDM 2003]，隨著器件縮小到非常短的溝道維度，驅(qū)動(dòng)電流的增強(qiáng)開始減小[Q.Xiang，et al，VLSI 2003；J.R.Hwang，et al，VLSI 2003]。術(shù)語(yǔ)“非常短溝道”表示具有小于大約50nm長(zhǎng)度的器件溝道。
應(yīng)當(dāng)相信，非常短的溝道器件中驅(qū)動(dòng)電流的減小由源極/漏極串聯(lián)電阻產(chǎn)生，并且遷移率退化因強(qiáng)暈摻雜的較高溝道摻雜、速度飽和以及自熱引起。
另外，在雙軸拉伸應(yīng)變的情況下，例如在松弛SiGe上應(yīng)變外延生長(zhǎng)的Si，pFET器件的顯著空穴遷移率增強(qiáng)僅當(dāng)器件溝道在高(＞1％)應(yīng)變下時(shí)發(fā)生，這不利地易于具有晶體缺陷。此外，由松弛SiGe上的外延生長(zhǎng)Si之間的晶格失配產(chǎn)生的應(yīng)變由中空溝槽電離區(qū)域引起的應(yīng)力減小，其中中空溝槽電離區(qū)域的效果在器件具有大約500nm或更小級(jí)別的從柵極邊緣到源極/漏極區(qū)域末端的維度的情況下特別顯著。[T.Sanuki，et al，IEDM 2003]。
半導(dǎo)體器件的進(jìn)一步尺寸縮小需要控制襯底中產(chǎn)生的應(yīng)變級(jí)別以及研制新的方法以增加可以產(chǎn)生的應(yīng)變。為了維持連續(xù)尺寸縮小的應(yīng)變硅的增強(qiáng)，應(yīng)變量必須在含硅層中維持或增加。需要進(jìn)一步的創(chuàng)新以增加pFET器件中的載流子遷移率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種應(yīng)變nFET器件，其中改進(jìn)的載流子遷移率在與器件溝道平行的方向上經(jīng)歷拉伸單軸應(yīng)變的器件溝道中提供。本發(fā)明也提供一種應(yīng)變pFET器件，其中改進(jìn)的載流子遷移率由在與器件溝道平行的方向上引入到器件的壓縮單軸應(yīng)變提供。本發(fā)明還包括一種在相同襯底上包含pFET和nFET的CMOS結(jié)構(gòu)，其中pFET器件的器件溝道在單軸壓縮應(yīng)變下，而nFET器件的器件溝道在單軸拉伸應(yīng)變下，二者都在與器件溝道平行的方向上。
前述在本發(fā)明中通過(guò)在具有雙軸拉伸應(yīng)變，其中半導(dǎo)體表面覆蓋SiGe層外延生長(zhǎng)，或雙軸壓縮應(yīng)變，其中半導(dǎo)體表面覆蓋摻碳硅層外延生長(zhǎng)的半導(dǎo)體表面上形成晶體管，然后在器件溝道上引起單軸拉伸或壓縮應(yīng)變來(lái)實(shí)現(xiàn)。單軸拉伸或壓縮應(yīng)變由位于晶體管上的應(yīng)變引發(fā)介電襯墊和/或與器件溝道鄰接的應(yīng)變引發(fā)阱產(chǎn)生。概括地，本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括襯底，包括覆蓋應(yīng)變引發(fā)層的應(yīng)變半導(dǎo)體層，其中所述應(yīng)變引發(fā)層在所述應(yīng)變半導(dǎo)體層中產(chǎn)生雙軸應(yīng)變；在所述應(yīng)變半導(dǎo)體層的器件溝道部分上包含柵極導(dǎo)體的至少一個(gè)柵極區(qū)域，所述器件溝道部分將與所述至少一個(gè)柵極導(dǎo)體相鄰的源極和漏極區(qū)域分離；以及位于所述至少一個(gè)柵極區(qū)域上的應(yīng)變引發(fā)襯墊，其中所述應(yīng)變引發(fā)襯墊產(chǎn)生單軸應(yīng)變到位于所述至少一個(gè)柵極區(qū)域下的所述應(yīng)變半導(dǎo)體層的所述器件溝道部分。
應(yīng)變引發(fā)層可以包括SiGe，其中應(yīng)變半導(dǎo)體表面中的雙軸應(yīng)變處于拉伸，或者應(yīng)變引發(fā)層可以包括摻碳硅，其中應(yīng)變半導(dǎo)體表面的雙軸應(yīng)變處于壓縮。
位于具有處于雙軸拉伸應(yīng)變的器件溝道的晶體管上的拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊在器件溝道中產(chǎn)生單軸拉伸應(yīng)變，其中單軸應(yīng)變?cè)谂c器件溝道平行的方向上，并且提供nFET器件中的載流子遷移率增強(qiáng)。位于具有處于雙軸拉伸應(yīng)變的器件溝道的晶體管上的壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊在器件溝道中產(chǎn)生單軸壓縮應(yīng)變，其中單軸應(yīng)變?cè)谂c器件溝道平行的方向上，并且提供pFET器件中的載流子遷移率增強(qiáng)。位于具有處于雙軸壓縮應(yīng)變的器件溝道的晶體管上的壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊在器件溝道中產(chǎn)生單軸應(yīng)變，其中單軸壓縮應(yīng)變?cè)谂c器件溝道平行的方向上，并且提供pFET器件中的載流子遷移率增強(qiáng)。
本發(fā)明的另一方面是一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中與雙軸應(yīng)變器件溝道相鄰的應(yīng)變引發(fā)阱產(chǎn)生與器件溝道平行的單軸壓縮應(yīng)變或單軸拉伸應(yīng)變。概括地，本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括襯底，包括覆蓋應(yīng)變引發(fā)層的應(yīng)變半導(dǎo)體層，其中所述應(yīng)變引發(fā)層在所述應(yīng)變半導(dǎo)體層中產(chǎn)生雙軸應(yīng)變；在所述襯底的所述應(yīng)變半導(dǎo)體層的器件溝道部分上包含柵極導(dǎo)體的至少一個(gè)柵極區(qū)域，所述器件溝道將源極和漏極區(qū)域分離；以及與所述至少一個(gè)柵極區(qū)域相鄰的應(yīng)變引發(fā)阱，其中與所述至少一個(gè)柵極區(qū)域相鄰的所述應(yīng)變引發(fā)阱產(chǎn)生單軸應(yīng)變到所述應(yīng)變半導(dǎo)體層的所述器件溝道部分。
位于雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層中并且與器件溝道相鄰包含摻碳硅的應(yīng)變引發(fā)阱在器件溝道內(nèi)產(chǎn)生拉伸單軸應(yīng)變，其中單軸應(yīng)變?cè)谂c器件溝道平行的方向上。拉伸單軸應(yīng)變可以提供nFET器件中的載流子遷移率增強(qiáng)。
位于雙軸壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層中并且與器件溝道相鄰包含SiGe的應(yīng)變引發(fā)阱在器件溝道內(nèi)產(chǎn)生壓縮單軸應(yīng)變，其中單軸應(yīng)變?cè)谂c器件溝道平行的方向上。壓縮單軸應(yīng)變可以提供pFET器件中的載流子遷移率增強(qiáng)。
本發(fā)明的另一方面是一種包括nFET和pFET器件的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)結(jié)構(gòu)。概括地，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)包括包含壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體表面和拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體表面的襯底，其中所述壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體表面和所述拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體表面雙軸應(yīng)變；位于所述壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層上的至少一個(gè)柵極區(qū)域，包括在所述襯底的所述壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層的器件溝道部分上的柵極導(dǎo)體；
位于所述拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層上的至少一個(gè)柵極區(qū)域，包括在所述襯底的所述拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層的器件溝道部分上的柵極導(dǎo)體；位于所述壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體表面上的所述至少一個(gè)柵極區(qū)域上的壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊，其中所述壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊在所述壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層的所述器件溝道部分中產(chǎn)生壓縮單軸應(yīng)變，其中所述壓縮單軸應(yīng)變?cè)谂c所述壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體表面的所述器件溝道部分平行的方向上；以及位于所述拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層上的所述至少一個(gè)柵極區(qū)域上的拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊，其中所述拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊在所述拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層的所述器件溝道部分中產(chǎn)生單軸應(yīng)變，其中所述拉伸單軸應(yīng)變?cè)谂c所述拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層的所述器件溝道部分平行的方向上。
本發(fā)明的另一方面是一種包括nFET和pFET器件的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)結(jié)構(gòu)。概括地，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)包括襯底，包括具有pFET器件區(qū)域和nFET器件區(qū)域的拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層；所述pFET器件區(qū)域內(nèi)的至少一個(gè)柵極區(qū)域，包含位于所述拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層的pFET器件溝道部分上的柵極導(dǎo)體；所述nFET器件區(qū)域內(nèi)的至少一個(gè)柵極區(qū)域，其包含位于所述襯底的所述拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體表面的nFET器件溝道部分上的柵極導(dǎo)體；位于所述pFET器件區(qū)域中所述至少一個(gè)柵極區(qū)域上的壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊，其中所述壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊在所述pFET器件溝道中產(chǎn)生壓縮單軸應(yīng)變；以及位于所述nFET器件區(qū)域中所述至少一個(gè)柵極區(qū)域上的拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊，其中所述拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊在所述nFET器件溝道中產(chǎn)生單軸拉伸應(yīng)變。
上述結(jié)構(gòu)還可以包括nFET器件區(qū)域和pFET器件區(qū)域中與至少一個(gè)柵極區(qū)域相鄰的應(yīng)變引發(fā)阱，其中pFET器件區(qū)域中的應(yīng)變引發(fā)阱增加壓縮單軸應(yīng)變而nFET器件區(qū)域中的應(yīng)變引發(fā)阱增加拉伸單軸應(yīng)變。
本發(fā)明的另一方面是一種形成上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，其包括在襯底的器件溝道部分中提供單軸應(yīng)變的應(yīng)力引發(fā)襯墊和/或應(yīng)變引發(fā)阱。概括地，本發(fā)明的方法包括步驟提供具有至少一個(gè)應(yīng)變半導(dǎo)體表面的襯底，所述至少一個(gè)應(yīng)變半導(dǎo)體表面具有在第一方向和第二方向上具有相等幅度的內(nèi)部應(yīng)變，其中所述第一方向與所述第二方向在相同晶面內(nèi)并且與所述第二方向垂直；在所述至少一個(gè)應(yīng)變半導(dǎo)體表面上產(chǎn)生至少一個(gè)半導(dǎo)體器件，所述至少一個(gè)半導(dǎo)體器件包括位于所述半導(dǎo)體表面的器件溝道部分上的柵極導(dǎo)體，所述器件溝道將源極和漏極區(qū)域分離；以及在所述至少一個(gè)柵極區(qū)域上形成應(yīng)變引發(fā)襯墊，其中所述應(yīng)變引發(fā)襯墊在所述器件溝道中產(chǎn)生單軸應(yīng)變，其中所述至少一個(gè)應(yīng)變半導(dǎo)體表面的所述器件溝道部分內(nèi)所述第一方向上的所述應(yīng)變幅度與所述第二方向不同。
本發(fā)明的另一方面是一種增加半導(dǎo)體層內(nèi)雙軸應(yīng)變的方法。半導(dǎo)體層內(nèi)的雙軸應(yīng)變可以通過(guò)在具有固有壓縮或拉伸介電填充材料的有效器件區(qū)域周圍形成隔離區(qū)域來(lái)增加壓縮或拉伸。根據(jù)本發(fā)明的方法，單軸應(yīng)變可以通過(guò)形成與至少一個(gè)柵極區(qū)域相鄰的一組應(yīng)變引發(fā)阱，代替應(yīng)變引發(fā)襯墊，或者與應(yīng)變引發(fā)襯墊相組合來(lái)引發(fā)。
本發(fā)明也提供在松弛襯底上形成的半導(dǎo)體器件中改進(jìn)的載流子遷移率，其中與晶體管的器件溝道平行的單軸應(yīng)力由位于晶體管上的應(yīng)變引發(fā)襯墊和位置與器件溝道相鄰的應(yīng)變引發(fā)阱的組合提供。概括地，本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括松弛襯底；所述松弛襯底的器件溝道部分上包含柵極導(dǎo)體的至少一個(gè)柵極區(qū)域，所述器件溝道部分將與所述至少一個(gè)導(dǎo)體相鄰的源極和漏極區(qū)域分離；與所述至少一個(gè)柵極區(qū)域相鄰的應(yīng)變引發(fā)阱；以及位于所述至少一個(gè)柵極區(qū)域上的應(yīng)變引發(fā)襯墊，其中所述應(yīng)變引發(fā)襯墊和所述應(yīng)變引發(fā)阱產(chǎn)生單軸應(yīng)變到位于所述至少一個(gè)柵極區(qū)域下面的所述襯底的所述松弛部分的所述器件溝道部分。
本發(fā)明的另一方面是一種包括nFET和pFET器件的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)結(jié)構(gòu)，其中器件可以在具有雙軸應(yīng)變半導(dǎo)體表面和/或松弛半導(dǎo)體表面的襯底上形成。概括地，一種提供在具有松弛且雙軸應(yīng)變半導(dǎo)體表面的襯底上形成的CMOS結(jié)構(gòu)的方法包括提供具有第一器件區(qū)域和第二器件區(qū)域的襯底，在所述第一器件區(qū)域和第二器件區(qū)域中產(chǎn)生位于所述襯底的器件溝道部分上的至少一個(gè)半導(dǎo)體器件；以及在所述第一器件區(qū)域和所述第二器件區(qū)域中產(chǎn)生單軸應(yīng)變，其中所述單軸應(yīng)變與所述第一器件區(qū)域和所述第二器件區(qū)域的所述器件溝道平行的方向上。第一器件區(qū)域可以包括雙軸應(yīng)變半導(dǎo)體表面而第二器件區(qū)域可以包括松弛半導(dǎo)體表面。
根據(jù)本發(fā)明，在第一器件區(qū)域和第二器件區(qū)域中產(chǎn)生單軸應(yīng)變還包括處理第一器件區(qū)域和第二器件區(qū)域以提供應(yīng)變引發(fā)結(jié)構(gòu)的組合。第一器件區(qū)域還包括雙軸應(yīng)變半導(dǎo)體表面和至少一個(gè)半導(dǎo)體器件上的應(yīng)變引發(fā)襯墊，雙軸應(yīng)變半導(dǎo)體表面和與至少一個(gè)半導(dǎo)體器件相鄰的應(yīng)變引發(fā)阱，或其組合。第二器件區(qū)域可以包括松弛襯底，至少一個(gè)半導(dǎo)體器件上的應(yīng)變引發(fā)襯墊和與至少一個(gè)半導(dǎo)體器件相鄰的應(yīng)變引發(fā)阱。


圖1是包括具有單軸拉伸應(yīng)變的nFET器件溝道的本發(fā)明半導(dǎo)體器件一種實(shí)施方案的圖示(通過(guò)橫截面視圖)，其中單軸拉伸應(yīng)變?cè)谂c器件溝道平行的方向上。
圖2是包括位于SiGe層上具有單軸壓縮應(yīng)變的pFET器件溝道的本發(fā)明半導(dǎo)體器件另一種實(shí)施方案的圖示(通過(guò)橫截面視圖)，其中單軸壓縮應(yīng)變?cè)谂c器件溝道平行的方向上。
圖3是包括位于Si:C層上具有單軸壓縮應(yīng)變的pFET器件溝道的本發(fā)明半導(dǎo)體器件另一種實(shí)施方案的圖示(通過(guò)橫截面視圖)，其中單軸壓縮應(yīng)變?cè)谂c器件溝道平行的方向上。
圖4是本發(fā)明CMOS結(jié)構(gòu)的一種實(shí)施方案的圖示(通過(guò)橫截面視圖)，包括圖1中描繪的nFET器件和圖2中描繪的pFET器件。
圖5是本發(fā)明CMOS結(jié)構(gòu)的一種實(shí)施方案的圖示(通過(guò)橫截面視圖)，包括圖1中描繪的nFET器件和圖3中描繪的pFET器件。
圖6是本發(fā)明半導(dǎo)體器件的另一種實(shí)施方案的圖示(通過(guò)橫截面視圖)，包括在松弛半導(dǎo)體襯底上形成的具有單軸壓縮應(yīng)變的nFET器件溝道。
圖7是本發(fā)明半導(dǎo)體器件的另一種實(shí)施方案的圖示(通過(guò)橫截面視圖)，包括在松弛半導(dǎo)體襯底上形成的具有單軸拉伸應(yīng)變的pFET器件溝道。
圖8是本發(fā)明CMOS結(jié)構(gòu)的一種實(shí)施方案的圖示(通過(guò)橫截面視圖)，包括松弛襯底區(qū)域和雙軸應(yīng)變半導(dǎo)體區(qū)域。
圖9(a)-9(c)是晶格維度和與處于壓縮和拉伸的器件溝道平行的單軸應(yīng)變之間關(guān)系的圖示。
圖10是具有拉伸應(yīng)變引發(fā)和壓縮應(yīng)變引發(fā)介電層(拉伸應(yīng)變引發(fā)和壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊)的nFET器件的Ioff比Ion的線圖。
圖11是具有拉伸應(yīng)變引發(fā)和壓縮應(yīng)變引發(fā)介電層(拉伸應(yīng)變引發(fā)和壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊)的pFET器件的Ioff比Ion的線圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種包括pFET和nFET器件的CMOS結(jié)構(gòu)，其中每種器件類型的器件溝道中單位晶格的對(duì)稱可以分解成三個(gè)方向，其中每個(gè)方向的晶格維度(常數(shù))至少差.05％。器件溝道中的晶格方向包括平行于溝道平面(x方向)，垂直于溝道平面(y方向)和離開溝道平面(z方向)。
本發(fā)明還提供一種應(yīng)變硅nFET，其中與nFET器件溝道平行的晶格常數(shù)大于與nFET器件溝道垂直的晶格常數(shù)，其中晶格常數(shù)差異由與器件溝道平行的拉伸單軸應(yīng)變引起。本發(fā)明也提供一種應(yīng)變硅pFET，其中與pFET器件溝道垂直的晶格常數(shù)大于與pFET器件溝道平行的晶格常數(shù)，其中晶格常數(shù)差異由與器件溝道平行的壓縮單軸應(yīng)變引起。本發(fā)明還提供一種在松弛襯底表面上的pFET和/或nFET器件，其中應(yīng)變引發(fā)襯墊和應(yīng)變引發(fā)阱的組合產(chǎn)生與pFET和/或nFET器件的器件溝道部分平行的單軸應(yīng)變。
現(xiàn)在參考本申請(qǐng)的附圖更詳細(xì)地討論本發(fā)明。在附隨附圖中，類似和/或相應(yīng)元素由類似參考數(shù)字引用。在附圖中，顯示并描述單個(gè)柵極區(qū)域。盡管該說(shuō)明，本發(fā)明并不局限于包括單個(gè)柵極區(qū)域的結(jié)構(gòu)。代替地，考慮多個(gè)這種柵極區(qū)域。
參考圖1，在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，提供在分層棧10的器件溝道12中具有單軸拉伸應(yīng)變的n型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(nFET)20，其中單軸拉伸應(yīng)變?cè)谂c器件溝道12的長(zhǎng)度平行的方向上。器件溝道12的長(zhǎng)度將器件的源極和漏極區(qū)域13，14的延長(zhǎng)7分離。nFET 20的器件溝道12內(nèi)的單軸拉伸應(yīng)變由雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15和拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊25的組合而產(chǎn)生。柵極區(qū)域5包括柵極電介質(zhì)2上面的柵極導(dǎo)體3。
雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15通過(guò)在SiGe應(yīng)變引發(fā)層17上外延生長(zhǎng)硅形成。雙軸拉伸應(yīng)變?cè)谟善渚Ц癯?shù)大于硅的材料形成的表面上生長(zhǎng)的外延硅引發(fā)。鍺的晶格常數(shù)比硅的大大約4.2％，并且SiGe合金的晶格常數(shù)關(guān)于它的鍺濃度呈線性。結(jié)果，包含50％原子百分比鍺的SiGe合金的晶格常數(shù)比硅的晶格常數(shù)大大約2.1倍。這種SiGe應(yīng)變引發(fā)層17上的Si的外延生長(zhǎng)在雙軸拉伸應(yīng)變下產(chǎn)生Si層，底層SiGe應(yīng)變引發(fā)層17基本上完全或部分地未拉伸，或松弛。
術(shù)語(yǔ)“雙軸拉伸”表示拉伸應(yīng)變?cè)谂cnFET器件溝道12平行的第一方向上和與nFET器件溝道12垂直的第二方向上產(chǎn)生，其中第一方向上應(yīng)變的幅度與第二方向上應(yīng)變的幅度相等。
拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊25，優(yōu)選地包括Si3N4，位于柵極區(qū)域5和與柵極區(qū)域5相鄰的雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15的暴露表面上。拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊25，與雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15結(jié)合，在器件溝道12上產(chǎn)生大約100MPa～3000MPa的單軸拉伸應(yīng)變，其中器件溝道12上單軸應(yīng)變的方向與器件溝道12的長(zhǎng)度平行。
在拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊25形成之前，器件溝道12處于雙軸拉伸應(yīng)變，其中在與器件溝道12垂直的方向上產(chǎn)生的應(yīng)變的幅度等于在與器件溝道12平行的方向上產(chǎn)生的應(yīng)變。拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊25的應(yīng)用在與器件溝道12平行的方向(x方向)上產(chǎn)生單軸應(yīng)變，其中與器件溝道12平行的拉伸應(yīng)變的幅度大于與器件溝道12垂直的拉伸應(yīng)變的幅度。此外，沿著器件溝道12 nFET器件12內(nèi)的晶格常數(shù)大于跨越器件溝道12的晶格常數(shù)。
再次參考圖1，在本發(fā)明的另一種實(shí)施方案中，拉伸應(yīng)變引發(fā)阱30在各自源極和漏極區(qū)域13，14中位置與器件溝道12相鄰。拉伸應(yīng)變引發(fā)阱30包括摻碳硅(Si:C)或摻碳硅鍺(SiGe:C)。包括固有拉伸Si:C的拉伸應(yīng)變引發(fā)阱30可以在雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15的凹進(jìn)部分上外延生長(zhǎng)。術(shù)語(yǔ)“固有拉伸Si:C層”表示Si:C層在內(nèi)部拉伸應(yīng)變下，其中拉伸應(yīng)變由Si:C的較小晶格維度和Si:C外延生長(zhǎng)于其上的層的加大晶格維度之間的晶格失配而產(chǎn)生。拉伸應(yīng)變引發(fā)阱30在與nFET器件溝道12平行的方向上在器件溝道12內(nèi)產(chǎn)生單軸拉伸應(yīng)變。
在一種實(shí)施方案中，當(dāng)提供拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊25時(shí)，拉伸應(yīng)變引發(fā)阱30可以省略。在本發(fā)明的另一種實(shí)施方案中，當(dāng)提供拉伸應(yīng)變引發(fā)阱30時(shí)，拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊25可以省略。在又一種實(shí)施方案中，拉伸應(yīng)變引發(fā)阱30和拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊25都使用。形成本發(fā)明nFET 20的方法現(xiàn)在更詳細(xì)地描述。
在第一處理步驟中，提供包括雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15的分層棧10。分層棧10可以包括拉伸的SiGe上應(yīng)變Si，絕緣體上SiGe(SSGOI)上的應(yīng)變Si，或拉伸的絕緣應(yīng)變Si(SSDOI)。在優(yōu)選實(shí)施方案中，分層棧10包括SiGe應(yīng)變引發(fā)層17上具有含硅雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15的拉伸SSGOI。
在第一處理步驟中，SiGe應(yīng)變引發(fā)層17在含Si襯底9上形成。術(shù)語(yǔ)“含Si層”在這里用來(lái)表示包含硅的材料。含Si材料的說(shuō)明性實(shí)例包括，但不局限于，Si，SiGe，SiGeC，SiC，多晶硅，也就是polySi，外延硅，也就是epi-Si，非晶硅，也就是a:Si，SOI及其多層?？蛇x絕緣層可以位于SiGe應(yīng)變引發(fā)層17和含Si襯底9之間。
SiGe應(yīng)變引發(fā)層17使用外延生長(zhǎng)處理或由沉積處理例如化學(xué)汽相沉積(CVD)在整個(gè)含Si襯底10上形成。SiGe應(yīng)變引發(fā)層17的Ge含量典型地為5％～50％，根據(jù)原子量％，10％～20％甚至更典型。典型地，SiGe應(yīng)變引發(fā)層17可以生長(zhǎng)為大約10nm～100nm的厚度。
雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15然后在SiGe層17上形成。雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15包括晶格維度小于底層SiGe層17的晶格維度的外延生長(zhǎng)含Si材料。雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15可以生長(zhǎng)到小于其臨界厚度的厚度。典型地，雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15可以生長(zhǎng)至大約10nm～100nm的厚度。
作為選擇，雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15可以直接在絕緣層上形成以提供絕緣應(yīng)變硅(SSDOI)襯底。在該實(shí)施方案中，包含外延Si的雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15在具有SiGe表面的圓片上生長(zhǎng)。雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15然后使用結(jié)合方法結(jié)合到支承襯底的介電層，例如熱結(jié)合。在結(jié)合之后，具有SiGe表面的圓片和應(yīng)變Si層上的SiGe層使用包括智能切除和刻蝕的處理去除以提供直接結(jié)合到介電層的雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層26。具有至少雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15的絕緣應(yīng)變Si襯底105的形成的更詳細(xì)描述在標(biāo)題為絕緣應(yīng)變Si結(jié)構(gòu)的共同轉(zhuǎn)讓美國(guó)專利6,603,156號(hào)中提供。
在具有雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15的層疊結(jié)構(gòu)10形成之后，nFET器件20然后使用常規(guī)MOSFET處理步驟形成，包括但不局限于常規(guī)柵極氧化預(yù)清潔和柵極介電2形成；柵電極3形成和圖案形成；柵極再氧化；源極和漏極延長(zhǎng)7形成；通過(guò)沉積和刻蝕的側(cè)壁隔板4形成；以及源極和漏極13，14形成。
在下一個(gè)處理步驟中，拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊25然后至少在柵極區(qū)域5和與柵極區(qū)域5相鄰的雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15的暴露表面上沉積。拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊25結(jié)合雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15在nFET器件的器件溝道12內(nèi)產(chǎn)生具有與器件溝道12平行的方向的單軸拉伸應(yīng)變。拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊25可能包括氮化物、氧化物、摻雜氧化物例如硼磷硅酸鹽玻璃，Al2O3，HfO2，ZrO2，HfSiO，共用半導(dǎo)體處理的其他介電材料或其任何組合。拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊25可以具有大約10nm～500nm的厚度，優(yōu)選地大約50nm。拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊25可以由等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(PECVD)或快速熱化學(xué)汽相沉積(RTCVD)沉積。
優(yōu)選地，拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊25包括氮化物，例如Si3N4，其中沉積處理的處理?xiàng)l件被選擇以在沉積層中提供固有拉伸應(yīng)變。例如，等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相襯底(PECVD)可以提供具有固有拉伸應(yīng)變的氮化物應(yīng)力引發(fā)襯墊。由PECVD沉積的氮化物應(yīng)力引發(fā)襯墊的應(yīng)力狀態(tài)可以通過(guò)改變沉積條件來(lái)控制以更改沉積艙中的反應(yīng)速率。更具體地，沉積氮化物應(yīng)變引發(fā)襯墊的應(yīng)力狀態(tài)可以通過(guò)改變沉積條件，例如SiH4/N2/He氣體流動(dòng)速率，壓力，RF功率和電極間隙來(lái)設(shè)置。
在另一個(gè)實(shí)例中，快速熱化學(xué)汽相沉積(RTCVD)可以提供具有內(nèi)部拉伸應(yīng)變的氮化物拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊25。在由RTCVD沉積的氮化物拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊25中產(chǎn)生的內(nèi)部拉伸應(yīng)變的幅度可以通過(guò)改變沉積條件來(lái)控制。更具體地，氮化物拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊25內(nèi)拉伸應(yīng)變的幅度可以通過(guò)改變沉積條件例如前體沉積、前體流動(dòng)速率和溫度來(lái)設(shè)置。
在本發(fā)明的另一種實(shí)施方案中，拉伸應(yīng)變引發(fā)阱30可以在nFET器件20形成之后且拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊25沉積之前形成。在第一處理步驟中，凹進(jìn)部分在源極和漏極區(qū)域13，14位于其中的雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15的部分中形成。凹進(jìn)部分可以使用光刻和刻蝕形成。具體地，光刻掩模，優(yōu)選地包括形成圖案的光致抗蝕劑，在整個(gè)結(jié)構(gòu)的表面上形成，除了與柵極區(qū)域相鄰的雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15的部分之外。定向(各向異性)刻蝕然后使得覆蓋源極和漏極區(qū)域13，14的雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15的表面從柵極區(qū)域5位于其上的表面凹陷大約10nm～300nm的深度。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，拉伸應(yīng)變引發(fā)阱30侵占柵極區(qū)域5中與柵電極3鄰接的側(cè)壁隔板4下面。通過(guò)定位拉伸應(yīng)變引發(fā)阱30更接近器件溝道12，沿著器件溝道12產(chǎn)生的應(yīng)變?cè)黾?。拉伸?yīng)變引發(fā)阱30可以由包括第一定向(各向異性)刻蝕，繼之以非定向(各向同性)刻蝕的刻蝕步驟更接近器件溝道12而定位，其中非定向刻蝕底切側(cè)壁隔板4以提供侵占器件溝道12的凹進(jìn)部分。
在下一個(gè)處理步驟中，摻碳硅(Si:C)然后在覆蓋形成拉伸應(yīng)變引發(fā)阱30的源極和漏極區(qū)域13，14的雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15的凹進(jìn)表面上外延生長(zhǎng)。外延生長(zhǎng)的Si:C在內(nèi)部拉伸應(yīng)變(也稱作固有拉伸應(yīng)變)下，其中拉伸應(yīng)變由外延生長(zhǎng)的Si:C的較小晶格維度和Si:C外延生長(zhǎng)于其上的雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15的凹進(jìn)表面的較大晶格維度之間的晶格失配而產(chǎn)生。拉伸應(yīng)變引發(fā)阱30在nFET器件20器件溝道12內(nèi)產(chǎn)生具有與器件溝道12平行的方向的單軸拉伸應(yīng)變。雖然Si:C是優(yōu)選的，任何固有拉伸材料可以利用，例如Si，固有拉伸氮化物和氧化物，只要單軸拉伸應(yīng)變?cè)谄骷系?2內(nèi)產(chǎn)生。
在本發(fā)明的另一種實(shí)施方案中，然后形成包括固有拉伸介電填充的拉伸應(yīng)變引發(fā)隔離區(qū)域50，其中固有拉伸介電填充增加雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15中的應(yīng)變幅度大約0.05～1％。隔離區(qū)域50通過(guò)使用定向刻蝕處理例如反應(yīng)離子刻蝕首先刻蝕溝槽形成。在溝槽形成之后，溝槽然后用具有固有拉伸應(yīng)變的電介質(zhì)填充，例如由化學(xué)汽相沉積而沉積的氮化物或氧化物。產(chǎn)生固有拉伸介電填充的沉積條件與上面公開的形成拉伸應(yīng)變介電襯墊25的沉積條件類似。常規(guī)平面處理例如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)可能可選地用來(lái)提供平面結(jié)構(gòu)。
參考圖2并且在本發(fā)明的另一種實(shí)施方案中，提供在襯底10的器件溝道12中具有單軸壓縮應(yīng)變的n型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(pFET)45，其中單軸壓縮應(yīng)變?cè)谂c器件溝道12的長(zhǎng)度平行的方向上。在該實(shí)施方案中，單軸壓縮應(yīng)變由雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15和壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊55的組合而產(chǎn)生。
雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15與參考圖1上述的雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15類似地，在SiGe應(yīng)變引發(fā)層17之上外延生長(zhǎng)Si。雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15，可以包括SiGe應(yīng)變引發(fā)層17上的外延硅生長(zhǎng)，其中SiGe應(yīng)變引發(fā)層17的Ge濃度大于5％。
返回參考圖2，壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊55，優(yōu)選地包括Si3N4，并且位于柵極區(qū)域5和與柵極區(qū)域5相鄰的雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15的暴露表面上。壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊55結(jié)合雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15在器件溝道12上產(chǎn)生大約100MPa～2000MPa的單軸壓縮應(yīng)變，其中單軸應(yīng)變的方向與器件溝道12的長(zhǎng)度平行。
在壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊55形成之前，器件溝道12處于雙軸拉伸應(yīng)變，其中在與器件溝道12垂直的方向上產(chǎn)生的拉伸應(yīng)變的幅度等于與器件溝道12平行的方向上產(chǎn)生的拉伸應(yīng)變。壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊55的應(yīng)用在與器件溝道12平行的方向上產(chǎn)生單軸壓縮應(yīng)變。因此，跨越器件溝道12 pFET器件45中晶格常數(shù)大于沿著器件溝道12的晶格常數(shù)。
仍然參考圖2，并且在本發(fā)明另一種實(shí)施方案中，壓縮應(yīng)變引發(fā)阱60位置與各自源極和漏極區(qū)域13，14中器件溝道相鄰。包括固有壓縮SiGe的壓縮應(yīng)變引發(fā)阱60可以在雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15的凹進(jìn)部分上外延生長(zhǎng)。術(shù)語(yǔ)“固有壓縮SiGe層”表示SiGe層在固有壓縮應(yīng)變之下(也稱作固有壓縮應(yīng)變)，其中壓縮應(yīng)變由SiGe的較大晶格維度和SiGe外延生長(zhǎng)于其上的較小晶格維度之間的晶格失配而產(chǎn)生。壓縮應(yīng)變引發(fā)阱60在器件溝道12中產(chǎn)生單軸壓縮應(yīng)變。器件溝道12中的單軸壓縮應(yīng)變可以通過(guò)將壓縮應(yīng)變引發(fā)阱60接近器件溝道而增加。在一種優(yōu)選實(shí)施方案中，壓縮應(yīng)變引發(fā)阱60進(jìn)展在柵極區(qū)域5中鄰接?xùn)烹姌O3的側(cè)壁隔板4之下。
現(xiàn)在描述形成本發(fā)明nFET 45的方法。在第一處理步驟中，提供具有雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層的分層結(jié)構(gòu)10。在一種實(shí)施方案中，分層結(jié)構(gòu)10包括覆蓋SiGe應(yīng)變引發(fā)層17的雙軸拉伸引發(fā)半導(dǎo)體層15，其中SiGe應(yīng)變引發(fā)層17在含Si襯底9上形成。含Si襯底9和SiGe層17類似于上面參考圖1描述的含Si襯底9和SiGe層17。
在分層結(jié)構(gòu)10形成之后，pFET器件45然后使用常規(guī)處理形成。pFET器件45使用與產(chǎn)生nFET器件20的那些類似的MOSFET處理形成，如參考圖1描述的，除了源極和漏極區(qū)域13，14是p型摻雜。
返回參考圖2，在下一個(gè)處理步驟中，壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊55然后在至少柵極區(qū)域5和與柵極區(qū)域5相鄰的雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15的暴露表面上沉積。壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊55可以包括氮化物、氧化物、摻雜氧化物例如硼磷硅酸鹽玻璃，Al2O3，HfO2，ZrO2，HfSiO，共同地半導(dǎo)體處理的其他介電材料或其任何組合。壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊55可以具有大約10nm～100nm的厚度，優(yōu)選地為大于50nm。壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊55可以由等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(PECVD)沉積。
優(yōu)選地，壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊55包括氮化物，例如Si3N4，其中沉積處理的處理?xiàng)l件被選擇以提供沉積層中的固有壓縮應(yīng)變。例如，等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(PECVD)可以提供包含具有壓縮內(nèi)部應(yīng)變的氮化物應(yīng)變引發(fā)襯墊。沉積氮化物應(yīng)變引發(fā)襯墊的應(yīng)力狀態(tài)可以通過(guò)改變沉積艙中的條件從而更改反應(yīng)速率來(lái)設(shè)置，其中沉積條件包括SiH4/N2/He氣體流動(dòng)速率，壓力，RF功率和電極間隙。
在本發(fā)明另一種實(shí)施方案中，SiGe壓縮應(yīng)變引發(fā)阱60可以在pFET器件45形成之后以及在壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊55的沉積之前形成。在第一處理步驟中，凹進(jìn)部分在與柵極區(qū)域5相鄰的雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15的部分內(nèi)形成，其中源極和漏極區(qū)域13，14位于其中。凹進(jìn)部分可以使用光刻和刻蝕形成。具體地，刻蝕掩模，優(yōu)選地包括形成圖案的光致抗蝕劑，在整個(gè)結(jié)構(gòu)的表面上形成，除了與柵極區(qū)域相鄰的雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15的部分之外。定向刻蝕處理然后使得覆蓋源極和漏極區(qū)域13，14的雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15的表面從柵極區(qū)域5位于其上的表面陷入大約10nm～300nm的深度。在優(yōu)選實(shí)施方案中，壓縮應(yīng)變引發(fā)阱60可以通過(guò)包括第一定向(各向異性)刻蝕，繼之以非定向(各向同性)刻蝕的刻蝕處理更接近器件溝道而定位，其中非定向刻蝕底切側(cè)壁隔板4以提供侵入器件溝道12的凹進(jìn)部分。通過(guò)將壓縮應(yīng)變引發(fā)阱60定位更接近器件溝道12，沿著器件溝道12產(chǎn)生的應(yīng)變?cè)黾印?br> 在下一個(gè)處理步驟中，SiGe然后在覆蓋形成壓縮應(yīng)變引發(fā)阱60的源極和漏極區(qū)域13，14的雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15的凹進(jìn)表面上外延生長(zhǎng)。外延生長(zhǎng)SiGe在內(nèi)部壓縮應(yīng)變下(也稱作固有壓縮應(yīng)變)，其中壓縮應(yīng)變由外延生長(zhǎng)SiGe的較大晶格維度和SiGe外延生長(zhǎng)于其上的雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15的較小晶格維度之間的晶格失配而產(chǎn)生。壓縮應(yīng)變引發(fā)阱60在pFET器件45的器件溝道12中產(chǎn)生具有與器件溝道12平行的方向的單軸壓縮應(yīng)變。
在一種實(shí)施方案中，當(dāng)提供壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊55時(shí)，壓縮應(yīng)變引發(fā)阱60可以省略。在本發(fā)明的另一種實(shí)施方案中，當(dāng)提供壓縮應(yīng)變引發(fā)阱60時(shí)，壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊55可以使用。
在本發(fā)明的另一種實(shí)施方案中，形成包含固有壓縮介電填充的壓縮應(yīng)變引發(fā)隔離區(qū)域65，其中固有壓縮介電填充增加雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15中應(yīng)變幅度大約0.05～1％。壓縮應(yīng)變引發(fā)隔離區(qū)域65通過(guò)使用定向刻蝕處理首先刻蝕溝槽形成，例如反應(yīng)離子刻蝕。在溝槽形成之后，溝槽使用具有固有壓縮應(yīng)變的電介質(zhì)填充，例如通過(guò)化學(xué)汽相沉積而沉積的氮化物或氧化物。產(chǎn)生壓縮應(yīng)變引發(fā)介電填充的沉積條件類似于上面公開的用于形成壓縮應(yīng)變介電襯墊55的沉積條件。
參考圖3，在本發(fā)明的另一種實(shí)施方案中，提供在襯底10(a)的器件溝道12中具有單軸壓縮應(yīng)變的pFET 75，其中壓縮單軸應(yīng)變?cè)谂c器件溝道12平行的方向上。在該實(shí)施方案中單軸壓縮應(yīng)變由雙軸壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層25與壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊55的組合產(chǎn)生。
雙軸壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層26是在摻碳硅(Si:C)應(yīng)變引發(fā)層18上生長(zhǎng)的外延硅。雙軸壓縮應(yīng)變?cè)谟删Ц癯?shù)小于硅的晶格常數(shù)的材料形成的表面上生長(zhǎng)的外延硅中引起。碳的晶格常數(shù)小于硅的晶格常數(shù)。這種Si:C應(yīng)變引發(fā)層18上Si的外延生長(zhǎng)在雙軸壓縮應(yīng)變下產(chǎn)生Si層，底層Si:C硅引發(fā)層18基本上未應(yīng)變，或松弛。術(shù)語(yǔ)“雙軸壓縮”表示壓縮應(yīng)變?cè)谂c器件溝道12平行的第一方向上和與器件溝道12垂直的第二方向上產(chǎn)生，其中第一方向上應(yīng)變的幅度等于第二方向上應(yīng)變的幅度。
壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊55類似于上面參考圖2描述的壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊，并且優(yōu)選地包括Si3N4。返回參考圖3，壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊55位于柵極區(qū)域5和與柵極區(qū)域5相鄰的雙軸壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層26的暴露表面上。
壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊55在器件溝道12上產(chǎn)生大約100MPa～2000MPa的單軸壓縮應(yīng)變，其中單軸應(yīng)變的方向與器件溝道12的長(zhǎng)度平行。
在壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊44形成之前，器件溝道12處于雙軸壓縮應(yīng)變中；因?yàn)榕c器件溝道12垂直的方向上產(chǎn)生的應(yīng)變的幅度等于在與器件溝道12平行的方向上產(chǎn)生的應(yīng)變。壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊55的應(yīng)用在與器件溝道12平行的方向上產(chǎn)生單軸應(yīng)變，其中與器件溝道12垂直的壓縮應(yīng)變的幅度小于與器件溝道12平行的壓縮應(yīng)變的幅度。此外，與器件溝道12垂直的pFET器件中的晶格常數(shù)大約沿著器件溝道12的晶格常數(shù)。
再次參考圖3，在本發(fā)明的另一種實(shí)施方案中，SiGe壓縮應(yīng)變引發(fā)阱60位置與器件溝道12相鄰。包含固有壓縮SiGe的壓縮應(yīng)變引發(fā)阱60可以在雙軸壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層26的凹進(jìn)部分上外延生長(zhǎng)并且類似于參考圖2描述的SiGe壓縮應(yīng)變引發(fā)阱60。優(yōu)選地，SiGe壓縮應(yīng)變引發(fā)阱60侵入在柵極區(qū)域5中與柵電極3鄰接的側(cè)壁隔板4下面。
現(xiàn)在將更詳細(xì)描述形成本發(fā)明pFET75的方法。在第一處理步驟中，提供具有覆蓋Si:C應(yīng)變引發(fā)層的雙軸壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層26的分層結(jié)構(gòu)10(a)，其中Si:C應(yīng)變引發(fā)層18在含Si襯底9上形成。圖3中描繪的含Si襯底9類似于上面參考圖1描述的含Si襯底9。
Si:C應(yīng)變引發(fā)層18使用外延生長(zhǎng)處理在整個(gè)含Si襯底9上形成，其中Si:C應(yīng)變引發(fā)層18的C含量小于大約6％，根據(jù)原子百分比，優(yōu)選地0.5％～4％。典型地，Si:C應(yīng)變引發(fā)層18可以生長(zhǎng)到大約10nm～100nm范圍的厚度。
雙軸壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層26然后在Si:C應(yīng)變引發(fā)層18上形成。雙軸壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層26包括晶格維度大于底層Si:C層18的晶格維度的外延生長(zhǎng)含Si材料。雙軸壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層26可以生長(zhǎng)為小于其臨界厚度的厚度。典型地，雙軸壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層26可以生長(zhǎng)為大約10nm～100nm范圍的厚度。
作為選擇，雙軸壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層26可以直接在絕緣層上形成以提供絕緣應(yīng)變硅(SSDOI)襯底。在該實(shí)施方案中，包含外延Si的壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層26在具有Si:C表面的處理圓片上上漲。壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層26然后使用結(jié)合方法，例如熱結(jié)合而結(jié)合到支承襯底的介電層。在結(jié)合之后，具有Si:C表面的結(jié)合圓片使用智能切除和刻蝕去除以提供直接結(jié)合到介電層的雙軸壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層26。
在分層結(jié)構(gòu)10(a)形成之后，pFET器件75在雙軸壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層26上形成，如參考圖2描述的。
返回參考圖3，在下一個(gè)處理步驟中，壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊55然后至少在柵極區(qū)域5和與柵極區(qū)域5相鄰的雙向壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層26的暴露表面上沉淀。壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊55類似于上面參考圖2描述的壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊。
優(yōu)選地，壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊55包括氮化物，例如Si3N4，其中沉積處理的處理?xiàng)l件被選擇以在沉積層中提供固有壓縮應(yīng)變。例如，等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相沉淀(PECVD)可以提供具有壓縮內(nèi)部應(yīng)力的氮化物應(yīng)力引發(fā)襯墊。沉積的氮化物應(yīng)力引發(fā)襯墊的應(yīng)力狀態(tài)可以通過(guò)改變沉積艙中的沉積條件從而更改反應(yīng)速率來(lái)設(shè)置，其中沉積條件包括SiH4/N2/He氣體流動(dòng)速率、壓力、RF功率和電極間隙。
與圖2中描繪的實(shí)施方案類似，壓縮應(yīng)變引發(fā)阱60，優(yōu)選地包含固有壓縮SiGe，以及壓縮應(yīng)變引發(fā)隔離區(qū)域65，優(yōu)選地包含固有壓縮介電填充，然后可以如圖3中描繪地形成。優(yōu)選地，壓縮應(yīng)變引發(fā)阱60嵌入柵極區(qū)域5中與柵電極3鄰接的側(cè)壁隔板4下面。
參考圖4，在本發(fā)明的另一種實(shí)施方案中，提供在相同襯底100上包含圖1中描繪的本發(fā)明的nFET器件20和圖2中描繪的本發(fā)明的pFET器件45的CMOS結(jié)構(gòu)。每個(gè)nFET器件20具有在與nFET器件溝道12平行的方向上的晶格常數(shù)大于與nFET器件溝道21垂直的方向上的晶格常數(shù)的器件溝道12，其中晶格常數(shù)差異由拉伸單軸應(yīng)變引起。每個(gè)pFET45具有與pFEt器件溝道12垂直的方向上的晶格常數(shù)大于與pFET器件溝道12平行的晶格常數(shù)的器件溝道12，其中晶格常數(shù)差異由壓縮單軸應(yīng)變引起。圖4中描繪的CMOS結(jié)構(gòu)使用產(chǎn)生nFET器件20和pFET器件45的上述方法形成。
更具體地，首先提供包含覆蓋SiGe應(yīng)變引發(fā)層17而形成的單軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15，如上面參考圖1描述的。nFET器件20然后在襯底100的nFET器件區(qū)域120中形成，且pFET器件45在襯底100的pFET器件區(qū)域140中形成，其中nFET器件區(qū)域120由隔離區(qū)域70與pFET器件區(qū)域分離。與前述實(shí)施方案類似，在pFET器件區(qū)域140和nFET器件區(qū)域120中產(chǎn)生的單軸應(yīng)變可以通過(guò)使用固有壓縮或固有拉伸介電填充來(lái)填充隔離區(qū)域70而增加。
nFET器件區(qū)域140和pFET器件區(qū)域120然后使用常規(guī)塊掩模選擇性地處理。例如，第一塊掩模在pFET器件區(qū)域140上形成，留下nFET器件區(qū)域120暴露。nFET器件區(qū)域120然后被處理以產(chǎn)生nFET器件20，拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊25和拉伸應(yīng)變引發(fā)阱30，如上面參考圖1描述的。nFET器件區(qū)域120和pFET器件區(qū)域140由隔離區(qū)域70分離，其中固有拉伸或固有壓縮介電填充材料可以增加nFET或pFET器件區(qū)域120，140中的雙軸應(yīng)變。
第一塊掩模然后去除并且第二塊掩模在nFET器件區(qū)域120上形成，留下pFET器件區(qū)域140暴露。pFET器件區(qū)域140被處理以產(chǎn)生pFET器件45，壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊55和壓縮應(yīng)變引發(fā)阱60，如上面參考圖2描述的。第二塊掩模然后去除。
參考圖5，在本發(fā)明的另一種實(shí)施方案中，提供在相同襯底上包含圖1中描繪的nFET器件20和圖3中描繪的pFET器件75的CMOS結(jié)構(gòu)。圖5中描繪的CMOS結(jié)構(gòu)提供相同襯底105上nFET電流區(qū)域的進(jìn)一步增強(qiáng)以及pFET電流驅(qū)動(dòng)的改進(jìn)。
圖5中描繪的CMOS結(jié)構(gòu)使用產(chǎn)生圖1中描繪的nFET器件20和圖3中描繪的pFET器件75的上述方法形成，其中使用塊掩模來(lái)選擇性地處理CMOS結(jié)構(gòu)的部分，其中nFET器件20和pFET器件75形成于其中。
首先，提供具有覆蓋pFET器件區(qū)域140中Si:C應(yīng)變引發(fā)層18的至少雙軸壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層26以及覆蓋nFET器件區(qū)域120中的SiGE應(yīng)變引發(fā)層17的雙軸拉伸應(yīng)變壓縮層15的應(yīng)變Si襯底105。應(yīng)變Si襯底105可以使用沉積、外延生長(zhǎng)、光刻和刻蝕來(lái)形成。包含壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層26和拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15的雙軸應(yīng)變Si襯底105形成的更詳細(xì)描述在2004年6月3日提交的、標(biāo)題為“整體或SOI襯底的多材料上的應(yīng)變Si”的共同轉(zhuǎn)讓美國(guó)專利申請(qǐng)10/859,736號(hào)中提供。
在下一個(gè)處理步驟中，第一塊掩模在pFET器件區(qū)域140上形成，留下nFET器件區(qū)域120中的雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15暴露。雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15被處理以提供包含拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊25和拉伸應(yīng)變引發(fā)阱30的nFET器件20，其中拉伸單軸應(yīng)變?cè)趎FET器件溝道12中產(chǎn)生。nFET器件20根據(jù)上面參考圖1描述的方法處理。
在nFET器件20形成之后，第一塊掩模被剝?nèi)ヒ员┞峨p軸壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層26并且第二塊掩模形成在位于雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層15中的nFET器件20上面。雙軸壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層26被處理以提供包含壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊55和壓縮應(yīng)變引發(fā)阱60的pFET器件75，其中單軸壓縮應(yīng)變?cè)趐FET器件75的器件溝道12中產(chǎn)生。pFET器件75根據(jù)上面參考圖3描述的方法處理。
參考圖6，在本發(fā)明的另一種實(shí)施方案中，提供在松弛襯底85的器件溝道12部分中具有單軸拉伸應(yīng)變的n型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(nFET)20，其中單軸拉伸應(yīng)變?cè)谂c器件溝道12的長(zhǎng)度平行的方向上。言責(zé)nFET器件20的器件溝道12的單軸拉伸應(yīng)變由拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊25和拉伸應(yīng)變引發(fā)阱30的組合產(chǎn)生。
術(shù)語(yǔ)“松弛襯底”表示不具有內(nèi)部應(yīng)力的襯底，其中與溝道平面平行的方向(x方向)、與溝道平面垂直的方向(y方向)和離開溝道平面的方向(z方向)上的晶格維度相同。松弛襯底85可能包括任何半導(dǎo)體材料，包括但不局限于Si，應(yīng)變Si，Si1-yCy，Si1-x-yGexCy，Si1-xGex，Si合金，Ge，Ge合金，GaAs，InAs，InP以及其他III-V和II-VI半導(dǎo)體。松弛襯底85也可能是絕緣體硅襯底(SOI)或絕緣體上SiGe(SGOI)襯底。松弛襯底85的厚度對(duì)于本發(fā)明不重要。優(yōu)選地，松弛襯底85包括含Si材料。
拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊25，優(yōu)選地包括Si3N4，并且位于柵極區(qū)域5和與柵極區(qū)域5相鄰的松弛襯底85的暴露表面上。拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊25可以包括氮化物、氧化物例如硼磷硅酸鹽玻璃、Al2O3、HfO2、ZrO2、HfSiO、共同地半導(dǎo)體處理的其他介電材料或其任何組合。拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊25可以具有大約10nm～500nm范圍的厚度，優(yōu)選地是大約50nm。拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊25可以由等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(PECVD)或快速熱化學(xué)汽相沉積(RTCVD)沉淀。
優(yōu)選地，拉伸應(yīng)變襯墊25包括氮化物，例如Si3N4，其中沉積處理的處理?xiàng)l件被選擇以在沉積層中提供固有拉伸應(yīng)變。例如，等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(PECVD)可以提供具有固有拉伸應(yīng)變的氮化物應(yīng)力引發(fā)襯墊。由PECVD沉積的氮化物應(yīng)力引發(fā)襯墊的應(yīng)力狀態(tài)可以通過(guò)改變沉積艙內(nèi)的沉積條件從而更改反應(yīng)速率來(lái)控制。更具體地，沉積的氮化物應(yīng)變引發(fā)襯墊的應(yīng)力狀態(tài)可以通過(guò)改變沉積條件例如SiH4/N2/He氣體流動(dòng)速率，壓力，RF功率和電極間隙來(lái)設(shè)置。在另一個(gè)實(shí)例中，快速熱化學(xué)汽相沉積(RTCVD)可以提供具有內(nèi)部拉伸應(yīng)力的氮化物拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊25。由RTCVD沉積的氮化物拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊25中產(chǎn)生的內(nèi)部拉伸應(yīng)變的幅度可以通過(guò)改變沉積條件來(lái)控制。更具體地，氮化物拉伸應(yīng)變引發(fā)層25內(nèi)拉伸應(yīng)變的幅度可以通過(guò)改變沉積條件例如前體成分、前體流動(dòng)速率和溫度來(lái)設(shè)置。
拉伸應(yīng)變引發(fā)阱30在各自源極和漏極區(qū)域13，14中相鄰器件溝道12放置。拉伸應(yīng)變引發(fā)阱30可以包括摻碳硅(Si:C)或摻碳硅鍺(SiGe:C)。包含固有Si:C的拉伸應(yīng)變引發(fā)阱30可以在松弛襯底85的凹進(jìn)部分上外延生長(zhǎng)。
拉伸應(yīng)變引發(fā)阱30與拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊25結(jié)合在器件溝道12中與nFET器件溝道12平行的方向上產(chǎn)生單軸拉伸應(yīng)變。拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊25和應(yīng)變引發(fā)阱30的組合在器件溝道12上產(chǎn)生從大約100MPa～2000MPa范圍的單軸壓縮應(yīng)變，其中單軸應(yīng)變的方向平行于器件溝道12的長(zhǎng)度。形成圖1中所描繪的結(jié)構(gòu)的方法適合于提供圖6中描繪的結(jié)構(gòu)，除了形成圖6中描繪的結(jié)構(gòu)的方法包括松弛襯底85，與先前實(shí)施方案的應(yīng)變襯底相反。
參考圖7，在本發(fā)明的另一種實(shí)施方案中，提供在松弛襯底85的器件溝道12部分中具有單軸壓縮應(yīng)變的p型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(pFET)45，其中單軸壓縮應(yīng)變?cè)谂c器件溝道12的長(zhǎng)度平行的方向上。壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊55與壓縮應(yīng)變引發(fā)阱60結(jié)合產(chǎn)生沿著松弛襯底85的器件溝道12部分的壓縮單軸應(yīng)變，其中與器件溝道平行的單軸壓縮應(yīng)變提供pFET器件45中的載流子遷移率增強(qiáng)。
松弛襯底85類似于在圖6中描繪的松弛襯底。壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊55結(jié)合壓縮應(yīng)變引發(fā)阱60的應(yīng)用在與器件溝道12平行的方向上產(chǎn)生單軸壓縮應(yīng)變。因此，pFET器件45中跨越器件溝道12的晶格常數(shù)大于沿著器件溝道12的晶格常數(shù)。
壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊55可以包括氮化物、氧化物、摻雜氧化物例如硼磷硅酸鹽玻璃，Al2O3，HfO2，ZrO2，HfSiO，共同地半導(dǎo)體處理的其他介電材料或其任何組合。壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊55可以具有大約10nm至大約100nm的厚度，優(yōu)選地為大于50nm。壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊55可以由等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(PECVD)沉積。
壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊55包括氮化物，例如Si3N4，其中沉積處理的處理?xiàng)l件被選擇以在沉積層中提供固有壓縮應(yīng)變。例如，等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相沉淀(PECVD)可以提供具有壓縮內(nèi)部應(yīng)力的氮化物應(yīng)力引發(fā)襯墊。沉積的氮化物應(yīng)力引發(fā)襯墊的應(yīng)力狀態(tài)可以通過(guò)改變沉積艙中的沉積條件從而更改反應(yīng)速率來(lái)設(shè)置，其中沉積條件包括SiH4/N2/He氣體流動(dòng)速率、壓力、RF功率和電極間隙。
壓縮應(yīng)變引發(fā)阱60位置與各自源極和漏極區(qū)域13，14中的器件溝道12相鄰。壓縮應(yīng)變引發(fā)阱60可以包括SiGe。包括固有壓縮SiGe的壓縮應(yīng)變引發(fā)阱60可以在松弛襯底85的凹進(jìn)部分上外延生長(zhǎng)。
壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊55和壓縮應(yīng)變引發(fā)阱60的組合在器件溝道12上產(chǎn)生大約100MPa～2000MPa范圍的單軸壓縮應(yīng)力，其中單軸壓縮應(yīng)力的方向與器件溝道12的長(zhǎng)度平行。形成圖2中描繪的結(jié)構(gòu)的方法適用于提供圖7中描繪的結(jié)構(gòu)，除了形成圖7中描繪的結(jié)構(gòu)的方法包括松弛襯底85。
參考圖8，在本發(fā)明的另一種實(shí)施方案中，提供包含具有沿著松弛襯底區(qū)域150的器件溝道12的單軸應(yīng)變的至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)151和具有沿著雙軸應(yīng)變襯底區(qū)域160的器件溝道12的單軸應(yīng)變的至少一個(gè)FET 149的CMOS結(jié)構(gòu)。
松弛襯底區(qū)域150中的單軸應(yīng)變由FET 151上的應(yīng)變引發(fā)襯墊152和與FET 151相鄰的應(yīng)變引發(fā)阱153結(jié)合提供。應(yīng)變引發(fā)襯墊152和應(yīng)變引發(fā)阱153可以被處理以引起松弛半導(dǎo)體表面85的器件溝道12上的拉伸應(yīng)變，如上面參考圖6描述的，或者引起在松弛半導(dǎo)體表面85的器件溝道12上的壓縮應(yīng)變，如上面參考圖7描述的。
雙軸應(yīng)變襯底區(qū)域160中的單軸應(yīng)變由器件溝道12下面的應(yīng)變引發(fā)層155和應(yīng)變引發(fā)襯墊161和/或應(yīng)變引發(fā)阱154的組合提供。雙軸應(yīng)變襯底區(qū)域160中的應(yīng)變引發(fā)層155可以包括摻碳硅(Si:C)或摻碳硅鍺(SiGe:C)并且提供壓縮雙軸應(yīng)變半導(dǎo)體表面，如上面參考圖3描繪的，或者硅鍺(SiGE)并且提供拉伸雙軸應(yīng)變半導(dǎo)體表面，如上面參考圖1和2描述的。包含固有拉伸應(yīng)變或固有壓縮應(yīng)變介電填充的隔離區(qū)域170可以增加在雙軸應(yīng)變襯墊區(qū)域160中產(chǎn)生的雙軸應(yīng)變。
雙軸應(yīng)變襯底區(qū)域160中的應(yīng)變引發(fā)阱154可以包括硅鍺(SiGe)，從而提供壓縮單軸應(yīng)變到雙軸應(yīng)變襯底區(qū)域160的器件溝道12，如上面參考圖2和3描述的。應(yīng)變引發(fā)阱154也可以包括摻碳硅(Si:C)或摻碳硅鍺(SiGe:C)，因此提供拉伸單軸應(yīng)變到雙軸應(yīng)變襯底區(qū)域160的器件溝道12，如上面參考圖1描述的。應(yīng)變引發(fā)層161可以在雙軸應(yīng)變襯底區(qū)域160中FET 149上形成，以提供拉伸或壓縮單軸應(yīng)變到雙軸應(yīng)變襯底區(qū)域160的器件溝道12，如上面參考圖1-3描述的。
圖8中描繪的CMOS器件可以使用與用于提供圖7中描繪的CMOS結(jié)構(gòu)的方法類似的方法形成，除了應(yīng)變引發(fā)層在松弛襯底區(qū)域150中不存在。作為選擇，應(yīng)變引發(fā)層可以在松弛襯底區(qū)域150中存在，只要覆蓋應(yīng)變引發(fā)層的半導(dǎo)體表面生長(zhǎng)為大于其臨界厚度的厚度。
下面的實(shí)例已經(jīng)提供以進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明并例證可以從其中產(chǎn)生的一些優(yōu)點(diǎn)。實(shí)例已經(jīng)僅為了說(shuō)明性目的而提供，因此本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)局限于下面描繪的實(shí)例。
實(shí)例1雙軸應(yīng)變SGOI襯底上的壓縮或拉伸介電防護(hù)層的形成在本實(shí)例中，介電防護(hù)層(壓縮或拉伸應(yīng)變引發(fā)層)用來(lái)通過(guò)沿著FET溝道引入單軸應(yīng)變而增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)電流。當(dāng)這種介電防護(hù)層沉積在SGOI FET上時(shí)，晶格結(jié)構(gòu)響應(yīng)雙軸拉伸應(yīng)變和較小的單軸拉伸或壓縮應(yīng)力的組合而扭曲。圖9(a)描繪雙軸拉伸應(yīng)變Si的示意描繪，其中縱向晶格維度(x方向，與溝道平行)等于橫向晶格維度(y方向，與器件溝道相同的平面并且與器件溝道垂直)和垂直晶格維度(z方向，離開溝道平面)。圖9(b)描繪在圖9(a)中描繪的雙軸拉伸應(yīng)變Si襯底的晶格對(duì)稱，沿著溝道的重疊單軸拉伸應(yīng)變產(chǎn)生比橫向金鉻維度和垂直晶格維度大的縱向晶格維度。圖9(c)描繪圖9(a)中描繪的雙軸拉伸應(yīng)變Si襯底的晶格對(duì)稱，沿著溝道的重疊單軸壓縮應(yīng)變產(chǎn)生比縱向晶格維度和垂直晶格維度大的橫向晶格維度。
器件使用熱混合超薄SGOI襯底的300mm直徑上的應(yīng)力引發(fā)介電防護(hù)層(應(yīng)變引發(fā)層)制造。襯底顯示出色的Ge摩爾分?jǐn)?shù)的均勻度(Ge)和跨越圓片的厚度([Ge]的標(biāo)準(zhǔn)方差是跨越300mm直徑襯底的0.18％，并且襯底厚度的標(biāo)準(zhǔn)方差是跨越300mm直徑襯底的.85nm)。FET(n型和p型)提供在具有55nm溝道長(zhǎng)度的襯底上。拉伸和壓縮介電防護(hù)層(應(yīng)變引發(fā)層)然后在FET上形成。
圖10顯示具有拉伸縱向應(yīng)變(平行于器件溝道)的nFET器件200的Ion比Ioff測(cè)量，由拉伸應(yīng)變引發(fā)介電防護(hù)層超級(jí)施壓，以及具有壓縮縱向應(yīng)變(平行于器件溝道)的nFET器件200，由壓縮應(yīng)變引發(fā)介電防護(hù)層超級(jí)施壓。1.0V的電源電壓施加到nFET器件，假設(shè)圖10中描述的Ion比Ioff數(shù)據(jù)。單軸拉伸還增強(qiáng)應(yīng)變Si nFET器件的電流驅(qū)動(dòng)。圖10描繪SGOI nFET可以獲得驅(qū)動(dòng)電流中大約10％的增強(qiáng)，介電防護(hù)層從壓縮應(yīng)變引發(fā)介電防護(hù)層變成拉伸應(yīng)變引發(fā)介電防護(hù)層。
參考圖11，Ion比Ioff然后對(duì)于具有拉伸縱向應(yīng)變(平行于器件溝道)的pFET器件300測(cè)量，由拉伸應(yīng)變引發(fā)介電防護(hù)層超級(jí)施壓，以及具有壓縮縱向應(yīng)變(平行于器件溝道)的pFET器件300，由壓縮應(yīng)變引發(fā)介電防護(hù)層超級(jí)施壓。0.0V的電源電壓施加到pFET器件，假設(shè)圖11中描述的Ion比Ioff數(shù)據(jù)。單軸壓縮還增強(qiáng)應(yīng)變Si pFET器件的電流驅(qū)動(dòng)。圖11描繪SGOI pFET可以獲得驅(qū)動(dòng)電流中大約5％的增強(qiáng)，介電防護(hù)層從拉伸應(yīng)變引發(fā)介電防護(hù)層變成壓縮應(yīng)變引發(fā)介電防護(hù)層。
雖然本發(fā)明已經(jīng)關(guān)于其優(yōu)選實(shí)施方案而特別顯示和描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，前述和其他的形式和細(xì)節(jié)的改變可以進(jìn)行，而不背離本發(fā)明的本質(zhì)和范圍。因此，本發(fā)明不打算局限于描述和說(shuō)明的確切形式和細(xì)節(jié)，但是落入附加權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括襯底，包括應(yīng)變引發(fā)層上面的應(yīng)變半導(dǎo)體層，其中所述應(yīng)變引發(fā)層在所述應(yīng)變半導(dǎo)體層中產(chǎn)生雙軸應(yīng)變；在所述應(yīng)變半導(dǎo)體層的器件溝道部分上包含柵極導(dǎo)體的至少一個(gè)柵極區(qū)域，所述器件溝道部分將與所述至少一個(gè)柵極導(dǎo)體相鄰的源極和漏極區(qū)域分離；以及位于所述至少一個(gè)柵極區(qū)域上的應(yīng)變引發(fā)襯墊，其中所述應(yīng)變引發(fā)襯墊產(chǎn)生單軸應(yīng)變到位于所述至少一個(gè)柵極區(qū)域下面的所述應(yīng)變半導(dǎo)體層的器件溝道部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述應(yīng)變引發(fā)襯墊包括氧化物、摻雜氧化物、氮化物、Al2O3、HfO2、ZrO2、HfSiO或其組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體器件，其中所述應(yīng)變引發(fā)層包括具有以大約5％～50％原子量百分比范圍的濃度存在的Ge的SiGe，并且在處于拉伸的所述應(yīng)變半導(dǎo)體層中產(chǎn)生所述雙軸應(yīng)變，并且所述應(yīng)變引發(fā)襯墊處于拉伸，其中所述應(yīng)變引發(fā)襯墊結(jié)合所述應(yīng)變引發(fā)層在平行于所述器件溝道的方向上提供處于拉伸的所述單軸應(yīng)變。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體器件，其中所述應(yīng)變引發(fā)層包括摻碳硅，所述碳以大約1％～6％原子量百分比范圍的濃度存在，并且在處于壓縮的所述應(yīng)變半導(dǎo)體層中產(chǎn)生所述雙軸應(yīng)變，并且所述應(yīng)變引發(fā)襯墊處于壓縮，其中所述應(yīng)變引發(fā)襯墊結(jié)合所述應(yīng)變引發(fā)層在平行于所述器件溝道的方向上提供處于壓縮的所述單軸應(yīng)變。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的半導(dǎo)體器件，還包括包含固有拉伸應(yīng)變介電材料的隔離區(qū)域，其中所述固有拉伸應(yīng)變介電材料增加處于拉伸的所述應(yīng)變半導(dǎo)體層中的所述雙軸應(yīng)變。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的半導(dǎo)體器件，還包括包含固有壓縮應(yīng)變介電材料的隔離區(qū)域，其中所述固有壓縮應(yīng)變介電材料增加處于壓縮的所述應(yīng)變半導(dǎo)體層中的所述雙軸應(yīng)變。
7.一種半導(dǎo)體器件，包括襯底，包括應(yīng)變引發(fā)層上面的應(yīng)變半導(dǎo)體層，其中所述應(yīng)變引發(fā)層在所述應(yīng)變半導(dǎo)體層中產(chǎn)生雙軸應(yīng)變；在所述襯底的所述應(yīng)變半導(dǎo)體層的器件溝道部分上包含柵極導(dǎo)體的至少一個(gè)柵極區(qū)域，所述器件溝道將源極和漏極區(qū)域分離；以及與所述至少一個(gè)柵極區(qū)域相鄰的應(yīng)變引發(fā)阱，其中與至少一個(gè)柵極區(qū)域相鄰的所述應(yīng)變引發(fā)阱產(chǎn)生單軸應(yīng)變到所述應(yīng)變半導(dǎo)體層的所述器件溝道部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的半導(dǎo)體器件，其中所述應(yīng)變引發(fā)層包括具有以大約5％～50％范圍的濃度存在的Ge的SiGe，并且在處于拉伸的所述應(yīng)變半導(dǎo)體層中產(chǎn)生所述雙軸應(yīng)變，其中所述應(yīng)變引發(fā)阱包括摻碳硅或摻碳硅鍺并處于壓縮，其中所述應(yīng)變引發(fā)阱結(jié)合所述應(yīng)變引發(fā)層在平行于所述器件溝道的方向上提供處于拉伸的所述單軸應(yīng)變。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的半導(dǎo)體器件，其中應(yīng)變引發(fā)層包括摻碳硅，所述碳以大約1％～6％百分比范圍的濃度存在，并且在處于壓縮的所述應(yīng)變半導(dǎo)體層中產(chǎn)生所述雙軸應(yīng)變，并且所述應(yīng)變引發(fā)阱包括SiGe，其中所述應(yīng)變引發(fā)阱結(jié)合所述應(yīng)變引發(fā)層在平行于所述器件溝道的方向上提供處于壓縮的所述單軸應(yīng)變。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的半導(dǎo)體器件，還包括包含固有拉伸應(yīng)變介電材料的隔離區(qū)域，其中所述固有拉伸應(yīng)變介電材料增加處于拉伸的所述應(yīng)變半導(dǎo)體層中的所述雙軸應(yīng)變。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的半導(dǎo)體器件，還包括包含固有壓縮應(yīng)變介電材料的隔離區(qū)域，其中所述固有壓縮應(yīng)變介電材料增加處于壓縮的所述應(yīng)變半導(dǎo)體層中的所述雙軸應(yīng)變。
12.一種半導(dǎo)體器件，包括襯底，包括壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體表面和拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體表面，其中所述壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體表面和拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體表面雙軸應(yīng)變；位于所述雙軸壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層上的至少一個(gè)柵極區(qū)域，包括在所述襯底的所述壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層的器件溝道部分上的柵極導(dǎo)體；位于所述拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層上的至少一個(gè)柵極區(qū)域，包括在所述襯底的所述拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層的器件溝道部分上的柵極導(dǎo)體；位于所述壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體表面上的所述至少一個(gè)柵極區(qū)域上的壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊，其中所述壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊在所述壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層中在所述壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體表面的所述器件溝道部分平行的方向上產(chǎn)生壓縮單軸應(yīng)變；以及位于所述拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層上的所述至少一個(gè)柵極區(qū)域上的拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊，其中所述拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊在所述拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層中在與所述拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層的所述器件溝道部分平行的方向上產(chǎn)生拉伸單軸應(yīng)變。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的半導(dǎo)體器件，其中所述壓縮應(yīng)變引發(fā)襯墊和所述拉伸應(yīng)變引發(fā)襯墊包括氧化物、摻雜氧化物、氮化物、Al2O3、HfO2、ZrO2、HfSiO或其組合。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的半導(dǎo)體器件，其中所述襯底的所述拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層覆蓋包含具有以大約5％～30％原子量百分比范圍的濃度存在的Ge的SiGe的壓縮應(yīng)變引發(fā)層，并且所述襯底的所述壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層覆蓋包含摻碳硅的拉伸應(yīng)變引發(fā)層，所述碳以大約0.5％～6范圍的濃度存在。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的半導(dǎo)體器件，還包括鄰接包含固有壓縮應(yīng)變介電材料的所述壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體表面的隔離區(qū)域，其中鄰接所述壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體表面的所述隔離區(qū)域雙軸增加所述壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體表面中的壓縮應(yīng)變；以及鄰接包含固有壓縮應(yīng)變介電材料的所述雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體表面的隔離區(qū)域，其中鄰接所述雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體表面的所述隔離區(qū)域增加處于壓縮的雙軸應(yīng)變。
16.一種半導(dǎo)體器件，包括襯底，包括壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體表面和拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體表面，其中所述壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體表面和拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體表面雙軸應(yīng)變；位于所述壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層上的至少一個(gè)柵極區(qū)域，包括在所述襯底的所述壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層的所述器件溝道部分上的所述柵極導(dǎo)體；位于所述雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層上的至少一個(gè)柵極區(qū)域，包括在所述襯底的所述雙軸拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層的器件溝道部分上的柵極導(dǎo)體；與所述雙軸壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體表面上的所述至少一個(gè)柵極區(qū)域相鄰的壓縮應(yīng)變引發(fā)阱，其中所述壓縮應(yīng)變引發(fā)阱在所述壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層中產(chǎn)生壓縮單軸應(yīng)變，其中所述壓縮單軸應(yīng)變?cè)谂c所述壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體表面的所述器件溝道部分平行的方向上；以及與所述拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層上的所述至少一個(gè)柵極區(qū)域相鄰的拉伸應(yīng)變引發(fā)阱，其中所述拉伸應(yīng)變引發(fā)阱產(chǎn)生所述拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層的拉伸單軸應(yīng)變，其中所述拉伸單軸應(yīng)變?cè)谂c所述拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層的所述器件溝道部分平行的方向上。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的半導(dǎo)體器件，其中所述襯底的所述拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體層覆蓋包含具有以大約5％～30％原子量百分比范圍的濃度存在的Ge的SiGe的壓縮應(yīng)變引發(fā)層，并且所述襯底的所述壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體層覆蓋包含摻碳硅的拉伸應(yīng)變引發(fā)層，所述碳以大約0.5％～6范圍的濃度存在。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的半導(dǎo)體器件，其中所述壓縮應(yīng)變引發(fā)阱包括SiGe，并且所述拉伸應(yīng)變引發(fā)阱包括摻碳硅或摻碳硅鍺。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的半導(dǎo)體器件，還包括鄰接包含固有拉伸應(yīng)變介電材料的所述壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體表面的隔離區(qū)域，其中鄰接所述壓縮應(yīng)變半導(dǎo)體表面的所述隔離區(qū)域增加處于拉伸的拉伸雙軸應(yīng)變；以及鄰接包含固有壓縮應(yīng)變介電材料的所述拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體表面的隔離區(qū)域，其中鄰接所述拉伸應(yīng)變半導(dǎo)體表面的所述隔離區(qū)域增加處于拉伸的雙軸應(yīng)變。
20.一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底；位于所述半導(dǎo)體襯底的器件溝道部分上包括柵極導(dǎo)體的至少一個(gè)柵極區(qū)域，所述器件溝道部分將源極和漏極區(qū)域分離；與所述至少一個(gè)柵極區(qū)域相鄰的應(yīng)變引發(fā)阱；以及位于所述至少一個(gè)柵極區(qū)域上的應(yīng)變引發(fā)阱，其中所述半導(dǎo)體襯底中的所述應(yīng)變引發(fā)襯墊和所述應(yīng)變引發(fā)阱在與所述器件溝道平行的方向上。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的半導(dǎo)體器件，其中所述應(yīng)變引發(fā)襯墊包括氧化物、摻雜氧化物、氮化物、Al2O3、HfO2、ZrO2，或HfSiO。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的半導(dǎo)體器件，其中所述半導(dǎo)體襯底包括由底層應(yīng)變引發(fā)層引起的雙軸拉伸應(yīng)變，其包含具有以大約5％～50％范圍濃度存在的Ge的SiGe，所述應(yīng)變引發(fā)阱包含摻碳硅或摻碳硅，其中所述單軸應(yīng)變處于拉伸。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的半導(dǎo)體器件，其中所述半導(dǎo)體襯底包含由包含摻碳硅的底層應(yīng)變引發(fā)襯墊引起的雙軸壓縮應(yīng)變，所述碳以大約1％～6％范圍的濃度存在，所述應(yīng)變引發(fā)阱包括SiGe，其中所述單軸應(yīng)變處于壓縮。
24.根據(jù)權(quán)利要求20的半導(dǎo)體器件，其中所述半導(dǎo)體襯底具有松弛晶體結(jié)構(gòu)，包含Si、應(yīng)變Si、Si1-yCy、Si1-x-yGexCy、Si1-xGex、Si合金、Ge、Ge合金、GaAs、InAs、InP、絕緣體上硅襯底(SOI)或絕緣體上SiGe(SGOI)襯底。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的半導(dǎo)體器件，其中所述應(yīng)變引發(fā)襯墊和所述應(yīng)變引發(fā)阱具有內(nèi)部拉伸應(yīng)變，所述應(yīng)變引發(fā)阱包含摻碳硅或摻碳硅鍺，其中所述應(yīng)變引發(fā)襯墊結(jié)合所述應(yīng)變引發(fā)阱產(chǎn)生與所述半導(dǎo)體襯底的所述器件溝道部分平行的拉伸單軸應(yīng)變。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的半導(dǎo)體器件，其中所述應(yīng)變引發(fā)襯墊和所述應(yīng)變引發(fā)阱包括內(nèi)部壓縮應(yīng)變，所述應(yīng)變引發(fā)阱包括SiGe，其中所述單軸應(yīng)變處于壓縮。
27.一種半導(dǎo)體器件，包括襯底，包含具有雙軸應(yīng)變半導(dǎo)體表面的第一器件區(qū)域和具有松弛半導(dǎo)體表面的第二器件區(qū)域；所述雙軸應(yīng)變半導(dǎo)體表面上的至少一個(gè)柵極區(qū)域，其在所述雙軸應(yīng)變半導(dǎo)體表面的器件溝道部分上包含柵極導(dǎo)體；所述松弛半導(dǎo)體表面上的至少一個(gè)柵極區(qū)域，其在所述松弛半導(dǎo)體表面的器件溝道部分上包含柵極導(dǎo)體；應(yīng)變引發(fā)襯墊，位于所述松弛半導(dǎo)體表面上所述至少一個(gè)柵極區(qū)域上和所述雙軸應(yīng)變半導(dǎo)體表面上所述至少一個(gè)柵極區(qū)域上；以及與所述松弛半導(dǎo)體表面上所述至少一個(gè)柵極區(qū)域相鄰的應(yīng)變引發(fā)阱，其中所述應(yīng)變引發(fā)阱結(jié)合所述應(yīng)變引發(fā)襯墊在與所述松弛半導(dǎo)體表面的所述器件溝道部分平行的方向上在所述第二器件區(qū)域中產(chǎn)生單軸應(yīng)變，并且所述雙軸應(yīng)變半導(dǎo)體表面結(jié)合所述應(yīng)變引發(fā)襯墊在與所述雙軸半導(dǎo)體表面的所述器件溝道部分平行的方向上在所述第一器件區(qū)域中產(chǎn)生單軸應(yīng)變。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的半導(dǎo)體器件，其中所述應(yīng)變引發(fā)阱存在于所述第一器件區(qū)域和所述第二器件區(qū)域中。
29.一種半導(dǎo)體器件，包括襯底，包含具有雙軸應(yīng)變半導(dǎo)體表面的第一器件區(qū)域和具有松弛半導(dǎo)體表面的第二器件區(qū)域；所述雙軸應(yīng)變半導(dǎo)體表面上的至少一個(gè)柵極區(qū)域，其在所述雙軸應(yīng)變半導(dǎo)體表面的器件溝道部分上包含柵極導(dǎo)體；所述松弛半導(dǎo)體表面的至少一個(gè)柵極區(qū)域，其在所述松弛半導(dǎo)體表面的器件溝道部分上包含柵極導(dǎo)體；與所述松弛半導(dǎo)體表面上的所述至少一個(gè)柵極區(qū)域相鄰以及與所述雙軸應(yīng)變半導(dǎo)體表面上的所述至少一個(gè)柵極區(qū)域相鄰的應(yīng)變引發(fā)阱；以及位于所述松弛半導(dǎo)體表面上的所述至少一個(gè)柵極區(qū)域上的應(yīng)變引發(fā)襯墊，其中所述應(yīng)變引發(fā)襯墊結(jié)合所述應(yīng)變引發(fā)阱在與所述松弛半導(dǎo)體表面的所述器件溝道部分平行的方向上在所述第二器件區(qū)域中產(chǎn)生單軸應(yīng)變，以及所述雙軸應(yīng)變半導(dǎo)體表面結(jié)合所述應(yīng)變引發(fā)阱在與所述雙軸半導(dǎo)體表面的所述器件溝道部分平行的所述方向上在所述第一器件區(qū)域中產(chǎn)生單軸應(yīng)變。
30.一種提供半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括提供具有至少一個(gè)應(yīng)變半導(dǎo)體表面的襯底，所述至少一個(gè)應(yīng)變半導(dǎo)體表面具有在第一方向和第二方向上具有相等幅度的內(nèi)部應(yīng)變，其中所述第一方向與所述第二方向在相同平面內(nèi)并且垂直于所述第二方向；在所述至少一個(gè)應(yīng)變半導(dǎo)體表面上產(chǎn)生至少一個(gè)半導(dǎo)體器件，所述至少一個(gè)半導(dǎo)體器件包括位于所述半導(dǎo)體表面的器件溝道部分上的柵極導(dǎo)體，所述器件溝道將源極和漏極區(qū)域分離；以及在所述至少一個(gè)柵極區(qū)域上形成應(yīng)變引發(fā)襯墊，其中所述應(yīng)變引發(fā)襯墊在平行于所述至少一個(gè)半導(dǎo)體表面中所述器件溝道的方向上產(chǎn)生單軸應(yīng)變，其中所述第一方向上的所述應(yīng)變幅度與所述第二方向不同。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中提供具有所述至少一個(gè)應(yīng)變半導(dǎo)體層的所述襯底包括提供覆蓋SiGe層的拉伸應(yīng)變外延生長(zhǎng)半導(dǎo)體層，所述SiGe層具有以大約5％～30％范圍濃度存在的Ge；以及所述應(yīng)變引發(fā)襯墊包括在產(chǎn)生壓縮應(yīng)力或拉伸應(yīng)力的條件下使用化學(xué)汽相沉積而沉積的氧化物、氮化物、摻雜氧化物、或其組合。
32.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中提供具有所述至少一個(gè)應(yīng)變半導(dǎo)體層的所述襯底包括提供覆蓋摻碳硅層的壓縮應(yīng)變外延生長(zhǎng)半導(dǎo)體層，所述摻碳硅層具有以大約0.5％～6％范圍濃度存在的碳；以及所述應(yīng)變引發(fā)襯墊包括在產(chǎn)生壓縮應(yīng)力或拉伸應(yīng)力的條件下使用化學(xué)汽相沉積而沉積的氧化物、氮化物、摻雜氧化物、或其組合。
33.一種提供半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括提供具有至少一個(gè)應(yīng)變半導(dǎo)體表面的襯底，所述至少一個(gè)應(yīng)變半導(dǎo)體表面具有在第一方向和第二方向上具有相等幅度的內(nèi)部應(yīng)變，其中所述第一方向與所述第二方向在相同平面內(nèi)并且垂直于所述第二方向；在所述至少一個(gè)應(yīng)變半導(dǎo)體表面上產(chǎn)生至少一個(gè)半導(dǎo)體器件，所述至少一個(gè)半導(dǎo)體器件包括位于所述半導(dǎo)體表面的器件溝道部分上的柵極導(dǎo)體，所述器件溝道將源極和漏極區(qū)域分離；以及形成與所述至少一個(gè)柵極區(qū)域相鄰的應(yīng)變引發(fā)阱，其中所述應(yīng)變引發(fā)阱在與所述器件溝道平行的方向上在所述至少一個(gè)應(yīng)變半導(dǎo)體表面中產(chǎn)生單軸應(yīng)變，其中所述第一方向上所述應(yīng)變幅度與所述第二方向不同。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中形成所述應(yīng)變引發(fā)阱包括刻蝕所述應(yīng)變生長(zhǎng)半導(dǎo)體表面的表面以提供凹進(jìn)部分，并且在所述凹進(jìn)部分中外延生長(zhǎng)含硅應(yīng)變引發(fā)材料，其中所述凹進(jìn)部分中以大約0.5％～6％范圍的濃度摻雜碳的硅提供拉伸應(yīng)變引發(fā)阱，以及所述凹進(jìn)部分中Ge以大約5％～50％范圍的濃度存在的硅鍺提供壓縮應(yīng)變引發(fā)阱。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中形成所述刻蝕包括包含定向和非定向刻蝕的刻蝕處理，其中所述凹進(jìn)部分底切與所述至少一個(gè)柵極區(qū)域相鄰的隔板。
36.一種提供半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括提供松弛襯底；在所述松弛襯底上面產(chǎn)生至少一個(gè)半導(dǎo)體器件，所述至少一個(gè)半導(dǎo)體器件包括在所述半導(dǎo)體表面的器件溝道部分上的柵極導(dǎo)體，所述器件溝道將源極和漏極區(qū)域分離；形成與所述器件溝道相鄰的應(yīng)變引發(fā)阱；以及在所述至少一個(gè)柵極區(qū)域上形成應(yīng)變引發(fā)襯墊，其中所述應(yīng)變引發(fā)襯墊和所述應(yīng)變引發(fā)阱在所述器件溝道中提供單軸應(yīng)變。
37.一種提供半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括提供具有第一器件區(qū)域和第二器件區(qū)域的襯底，在所述第一器件區(qū)域和所述第二器件區(qū)域中在所述襯底的器件溝道部分上產(chǎn)生至少一個(gè)半導(dǎo)體器件；以及在所述第一器件區(qū)域和第二器件中產(chǎn)生單軸應(yīng)變，其中所述單軸應(yīng)變?cè)谂c所述第一器件區(qū)域和所述第二器件區(qū)域的所述器件溝道平行的方向上。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其中所述第一器件區(qū)域和所述第二器件區(qū)域中的所述單軸應(yīng)變處于拉伸或處于壓縮，其中所述第一器件區(qū)域中所述單軸應(yīng)變與所述第二器件區(qū)域相同或不同。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中在所述第一器件區(qū)域和所述第二器件區(qū)域中產(chǎn)生單軸應(yīng)變還包括處理所述第一器件區(qū)域和所述第二器件區(qū)域以提供應(yīng)變引發(fā)結(jié)構(gòu)的組合，包括所述至少一個(gè)半導(dǎo)體器件下的雙軸應(yīng)變半導(dǎo)體表面和所述至少一個(gè)半導(dǎo)體器件上的應(yīng)變引發(fā)襯墊的第一組合，包括所述至少一個(gè)半導(dǎo)體器件下的所述雙軸應(yīng)變半導(dǎo)體表面和與所述至少一個(gè)半導(dǎo)體器件相鄰的應(yīng)變引發(fā)阱的第二組合，包括所述至少一個(gè)半導(dǎo)體器件下的所述雙軸應(yīng)變半導(dǎo)體表面，所述至少一個(gè)半導(dǎo)體器件上的應(yīng)變引發(fā)襯墊，以及與所述至少一個(gè)半導(dǎo)體器件相鄰的應(yīng)變引發(fā)阱的第三組合，或者包括所述至少一個(gè)半導(dǎo)體器件下的松弛襯底，松弛表面上所述至少一個(gè)半導(dǎo)體器件上的所述應(yīng)變引發(fā)襯墊，以及與所述至少一個(gè)半導(dǎo)體器件相鄰的所述應(yīng)變引發(fā)阱的第四組合，其中所述第一器件區(qū)域中應(yīng)變引發(fā)結(jié)構(gòu)的所述組合與所述第二器件區(qū)域中應(yīng)變引發(fā)結(jié)構(gòu)的所述組合相同或不同。
40.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其中所述第一器件區(qū)域中所述單軸應(yīng)變處于拉伸并且包括至少一個(gè)nFET，以及所述第二器件區(qū)域處于壓縮并且包括至少一個(gè)pFET。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件及其形成方法，其中單軸應(yīng)變?cè)诎雽?dǎo)體器件的器件溝道中產(chǎn)生。單軸應(yīng)變可能處于拉伸或處于壓縮并且在與器件溝道平行的方向上。單軸應(yīng)變可以由應(yīng)變引發(fā)襯墊、應(yīng)變引發(fā)阱或其組合在雙軸應(yīng)變襯底表面中產(chǎn)生。單軸應(yīng)變可以由應(yīng)變引發(fā)阱和應(yīng)變引發(fā)襯墊的組合在減小的襯底中產(chǎn)生。本發(fā)明也提供一種使用應(yīng)變引發(fā)隔離區(qū)域增加雙軸應(yīng)變的方法。本發(fā)明還提供CMOS襯底的器件區(qū)域可以獨(dú)立處理以提供處于壓縮或拉伸的單軸應(yīng)變半導(dǎo)體表面的CMOS器件。
文檔編號(hào)H01L29/24GK1985374SQ200580013028
公開日2007年6月20日 申請(qǐng)日期2005年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月24日
發(fā)明者安德列斯·布爾揚(yáng)特, 歐陽(yáng)齊慶, 科恩·利姆 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司