專利名稱：互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成電路元件及其形成方法，尤其涉及一種互補(bǔ)式金 屬氧化物半導(dǎo)體晶體管及其制造方法。
背景技術(shù)：
在集成電路元件的發(fā)展過程中，通過縮小元件的尺寸可達(dá)到高速操作 和低耗電量的目的。然而，由于目前縮小元件尺寸的技術(shù)遭受到工藝技術(shù) 瓶頸、成本昂貴等因素的限制，所以需發(fā)展其他不同于縮小元件的技術(shù)， 以改善元件的驅(qū)動電 流。
因此，業(yè)界提出一種利用應(yīng)變(strain)控制的方式，來增加元件效能的 方法，以克服元件縮小化的極限。上述的方法是，在晶體管元件上形成應(yīng) 力層，以使此元件的溝道區(qū)產(chǎn)生應(yīng)變來改變硅(Si)晶格的間距，以增加電子 或空穴的遷移率(mobility),進(jìn)而^f是高元件的驅(qū)動電流。而且，運(yùn)用所謂的 選擇性應(yīng)變技術(shù)(selective strain scheme， SSS)可同時改善P型晶體管以及N 型晶體管的驅(qū)動電流。選擇性應(yīng)變技術(shù)就是指，在N型晶體管上形成可當(dāng) 作接觸窗蝕刻終止層(contact etching stop layer, CESL)的一層高拉伸(tensile) 的氮化硅層，以使其溝道區(qū)產(chǎn)生拉伸應(yīng)變而提高電子的遷移率；而在P型 晶體管上形成可當(dāng)作CESL的一層高壓縮(compression)的氮化硅層，以使其 溝道區(qū)產(chǎn)生壓縮應(yīng)變而提高空穴的遷移率。
對集成電路元件而言，其電性表現(xiàn)是關(guān)系到元件品質(zhì)好壞的重要關(guān)鍵。 雖然，目前使用選擇性應(yīng)力技術(shù)可提高P型及N型晶體管的驅(qū)動電流，但 是隨著工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，僅是依靠提高元件集成度或者是選擇性應(yīng)力 技術(shù)并無法完全能提供元件所需的電性。所以，如何能夠更進(jìn)一步提高元 件的電性是目前業(yè)界積極努力的目標(biāo)之一。
此外，在一些美國專利上也有揭露關(guān)于上述提及的相關(guān)技術(shù)，例如US 2006/0099763、 US 7,002,209以及US 2005/0266639。以上文獻(xiàn)皆為本案的 參考資料。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的就是在提供一種互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶 體管的制造方法，能夠解決已知的僅是依靠提高元件集成度或者是選擇性 應(yīng)力技術(shù)而無法完全提供元件所需的電性的問題，而且可以以簡易的工藝 來進(jìn)一步大幅提高元件的效能。
本發(fā)明的另 一 目的是提供一種互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，能夠 使元件的效能比已知高集成度元件或應(yīng)用選擇性應(yīng)力技術(shù)元件的效能更為 大幅提高。
本發(fā)明提出一種互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制造方法。此方法 為，在基底中形成元件隔離結(jié)構(gòu)，以于基底中定義出第一有源區(qū)與第二有 源區(qū)。然后，在第一有源區(qū)的基底上形成第一導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶 體管，且同時在第二有源區(qū)的基底上形成第二導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶 體管。其中，第一導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管包括形成于基底上的第 一柵極結(jié)構(gòu)、形成于第一柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的基底中的第一摻雜區(qū)，以及形成 于第 一柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁且覆蓋部分第 一摻雜區(qū)的第 一 氮化物間隙壁。第二導(dǎo) 電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管包括形成于基底上的第二柵極結(jié)構(gòu)、形成于 第二柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的基底中的第二摻雜區(qū)，以及形成于第二柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁 且覆蓋部分第二摻雜區(qū)的第二氮化物間隙壁。接著，于基底上方順應(yīng)性地 形成一層緩沖層，以覆蓋住整個基底。隨后，于緣沖層上依序形成第一應(yīng) 力層與介電層。然后，移除第二有源區(qū)的介電層、第一應(yīng)力層、緩沖層以 及至少部分第二氮化硅間隙壁。之后，于基底上方順應(yīng)性地形成第二應(yīng)力 層，以覆蓋住整個基底。然后，移除第一有源區(qū)的第二應(yīng)力層。
依照本發(fā)明的實施例所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制造方 法，上述移除第二有源區(qū)的介電層、第一應(yīng)力層、緩沖層以及至少部分第 二氮化物間隙壁的方法例如是進(jìn)行一蝕刻工藝。上述的蝕刻工藝?yán)缡抢?用原4立方式進(jìn)行。
依照本發(fā)明的實施例所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制造方 法，上述的移除第 一有源區(qū)的第二應(yīng)力層的方法例如是進(jìn)行一蝕刻工藝。
依照本發(fā)明的實施例所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制造方 法，上述的第一導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管為P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，第二導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管為N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶 體管，則第一應(yīng)力層為壓縮應(yīng)力層，第二應(yīng)力層為拉伸應(yīng)力層。依照本發(fā)明的實施例所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制造方 法，上述的第一、第二氮化物間隙壁的材料例如是氮化硅。依照本發(fā)明的實施例所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制造方 法，上述的第一、該第二應(yīng)力層的材料例如是氮化硅或氧化硅。依照本發(fā)明的實施例所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制造方 法，上述的第一、該第二應(yīng)力層的形成方法例如是化學(xué)氣相沉積法。依照本發(fā)明的實施例所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制造方 法，上述于緩沖層形成之前，可進(jìn)一步于第一導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶 體管的第一柵極結(jié)構(gòu)與第一氮化物間隙壁之間形成第一襯層，以及于第二導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的第二柵極結(jié)構(gòu)與第二氮化物間隙壁之間 形成第二襯層。上述的第一、第二襯層的材料例如是氧化硅。依照本發(fā)明的實施例所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制造方 法，上述于緩沖層形成之前，還包括于第一導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體 管的第 一柵極結(jié)構(gòu)表面與第 一摻雜區(qū)上形成一第 一金屬硅化物層，以及于 第二導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的第二柵極結(jié)構(gòu)表面與第二摻雜區(qū)上 形成一第二金屬硅化物層。本發(fā)明另提出一種互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其包括基底、第 一導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管、第二導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管、 緩沖層、第一應(yīng)力層以及第二應(yīng)力層。在基底中具有元件隔離結(jié)構(gòu)，將基 底定義出第一有源區(qū)與第二有源區(qū)。第一導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管 配置于第一有源區(qū)的基底上。第一導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管包括配 置于基底上的第 一柵極結(jié)構(gòu)、配置于第 一柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的基底中的第 一摻 雜區(qū)，以及配置于第 一柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁且覆蓋部分第 一摻雜區(qū)的第 一 氮化物間隙壁。第二導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管配置于第二有源區(qū)的基底上。 第二導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管包括配置于基底上的第二柵極結(jié)構(gòu)、配置于第二柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的基底中的第二摻雜區(qū)，以及配置于第二柵極結(jié) 構(gòu)側(cè)壁且覆蓋部分第二摻雜區(qū)的第二氮化物間隙壁。其中，第一氮化物間 隙壁的厚度大于第二氮化物間隙壁的厚度。另外，緩沖層順應(yīng)性地配置于 第一導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管上。第一應(yīng)力層配置于緩沖層上。第二應(yīng)力層順應(yīng)性地配置于第二導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管上。
依照本發(fā)明的實施例所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，上述的
第一導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管為P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，第
二導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管為N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，則第
一應(yīng)力層為壓縮應(yīng)力層，第二應(yīng)力層為拉伸應(yīng)力層。
依照本發(fā)明的實施例所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，上述的
第一、第二氮化物間隙壁的材料例如是氮化硅。
依照本發(fā)明的實施例所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，上述的 第一、第二應(yīng)力層的材料例如是氮化硅或氧化硅。
依照本發(fā)明的實施例所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，還包括 第一襯層以及第二襯層。其中，第一襯層配置于第一導(dǎo)電型金屬氧化物半 導(dǎo)體晶體管的第一柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁與第一摻雜區(qū)上。第二襯層配置于第二導(dǎo) 電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的第二柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁與第二摻雜區(qū)上。
依照本發(fā)明的實施例所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，上述的 第一、第二襯層的材料例如是氧化硅。
依照本發(fā)明的實施例所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，還包括 第一金屬硅化物層以及第二金屬硅化物層。其中，第一金屬硅化物層配置 于第一導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的第一柵極結(jié)構(gòu)表面與第一摻雜區(qū) 上。第二金屬硅化物層配置于第二導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的第二 柵極結(jié)構(gòu)表面與第二摻雜區(qū)上。
本發(fā)明在移除N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管上方的壓縮應(yīng)力層時，會 一并移除掉至少一部分的氮化物間隙壁，以降低氮化物間隙壁的厚度。而 此降低N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的氮化物間隙壁的厚度的方式，可于 N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的溝道中產(chǎn)生更大的應(yīng)力，以提高其驅(qū)動電 流增益(I加gain)。由于，本發(fā)明已運(yùn)用所謂的選擇性應(yīng)變技術(shù)(selective strain scheme, SSS)以同時改善P型及N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的效能。因 此，再加上利用降低N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的氮化物間隙壁的厚度 以提高N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的驅(qū)動電流增益的方式，可更進(jìn)一步 大幅提升整體元件的效能。而且，通過控制蝕刻工藝的時間，可準(zhǔn)確的控 制N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的氮化物間隙壁的厚度，如此可依工藝的 不同而調(diào)整所需的元件效能。另一方面，移除掉至少一部分的氮化物間隙壁的方法可例如是利用原位蝕刻工藝，如此可維持工藝的簡易性，且可節(jié) 省工藝成本。為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉 優(yōu)選實施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。


圖1至圖7為依照本發(fā)明的一實施例所繪示的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo) 體晶體管的制造方法的流程剖面示意圖；圖8為依照本發(fā)明的另一實施例所繪示的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶 體管的剖面示意圖；圖9為P型及N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的氮化物間隙壁的厚度對 元件的驅(qū)動電流增益百分比的關(guān)系圖。主要元件符號說明100:基底102:第一有源區(qū)104:第二有源區(qū)106:元件隔離結(jié)構(gòu)108、 110:斥冊才及結(jié)構(gòu)108a、 110a:對冊才及介電層108b、 110b:柵極導(dǎo)電層112、 114:源極/漏極延伸區(qū)116、 118:間隙壁116a、 118a:氧化物襯層116b、 118b:氮化物間隙壁120、 122:源才及/漏才及124、 126:金屬硅化物層128:緩沖層130:壓縮應(yīng)力層132:介電層134:光致抗蝕劑層136: -柱伸應(yīng)力層140: P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管142: P型摻雜區(qū)150: N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管152: N型摻雜區(qū)具體實施方式
圖1至圖7為依照本發(fā)明實施例所繪示的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶 體管的制造方法的流程剖面示意圖。首先，請參照圖1,在基底100中形成一元件隔離結(jié)構(gòu)106,以定義出 第一有源區(qū)102以及第二有源區(qū)104。元件隔離結(jié)構(gòu)106例如是淺溝渠隔離 結(jié)構(gòu)，其形成方法例如是先于基底100中蝕刻出溝渠，再以介電材料填滿 此溝渠而形成。在本實施例中，是以在第一有源區(qū)102形成P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶 體管以及在第二有源區(qū)104形成N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管為例，做詳 細(xì)的"i兌明。然后，請繼續(xù)參照圖1,于第一有源區(qū)102的基底IOO上形成柵極結(jié)構(gòu) 108，以及于第二有源區(qū)104的基底100上形成柵極結(jié)構(gòu)110。上述，柵極 結(jié)構(gòu)108例如是由柵極介電層108a與柵極導(dǎo)電層108b所構(gòu)成，柵極結(jié)構(gòu) IIO例如是由柵極介電層110a與柵極導(dǎo)電層110b所構(gòu)成。柵極結(jié)構(gòu)108、 IIO的形成方法例如是，于基底IOO上形成一層介電層(未繪示)。此介電層 通常以高溫來氧化基底100而形成。之后，在介電層上形成一導(dǎo)電層(未繪 示)，其材料例如是多晶硅，其形成方法例如為化學(xué)氣相沉積法。然后，定 義導(dǎo)電層和介電層，以形成柵極結(jié)構(gòu)108、 110。接著，進(jìn)行一 離子注入工藝，以于柵極結(jié)構(gòu)108 、 110兩側(cè)的基底100 中形成源極/漏極延伸區(qū)(source/drain extension, SDE)112、 114。隨后，請參照圖2，分別在柵極結(jié)構(gòu)108、 110側(cè)壁形成間隙壁116、 118。上述，間隙壁116例如是由氧化物襯層116a與氮化物間隙壁116b所 構(gòu)成，而間隙壁118例如是由氧化物村層118a與氮化物間隙壁118b所構(gòu)成。 間隙壁116、 118的形成方法例如是，于基底100上方依序形成一層氧化硅 層(未繪示)與一層氮化硅層(未繪示)，順應(yīng)性地覆蓋柵極結(jié)構(gòu)108、 110與源 極/漏極延伸區(qū)112、 114。之后，利用蝕刻技術(shù)，蝕刻氮化硅層與氧化硅層，而在柵極結(jié)構(gòu)108側(cè)壁形成氧化物村層U6a與氮化物間隙壁116b,以及在 柵極結(jié)構(gòu)IIO側(cè)壁形成氧化物襯層118a與氮化物間隙壁118b。此外，在其他實施例中，在柵極結(jié)構(gòu)108與間隙壁116之間，以及在 柵極結(jié)構(gòu)110與間隙壁118之間，還可各包括一偏移間隙壁(offset spacer)(未 繪示)。此偏移間隙壁可例如是氧化層或氮化層。于圖2中，將氮化物間隙壁116b、 118b繪示成一層L形(L-shape)，但 其亦可為弧形(arc-shape),本發(fā)明并不對間隙壁的形狀及層數(shù)做特別的限 定。接著，請參照圖3,進(jìn)行一離子注入工藝，以于柵極結(jié)構(gòu)108、 110兩 側(cè)的基底100中形成源才及/漏極120、 122。然后，于柵極結(jié)構(gòu)108表面與棵露的源極/漏極120上形成金屬硅化物 層124,以及于柵極結(jié)構(gòu)110表面與棵露的源極/漏極122上形成金屬硅化 物層126。上述，金屬硅化物層124、 126的形成方法例如是，先形成一層 金屬層(未繪示)，順應(yīng)地覆蓋整個基底100，其中金屬層的材料例如是鈦(Ti)、 鈷(Co)、鎳(Ni)或是其他合適的材料。接著，對金屬層進(jìn)行一熱處理，以使 金屬層與所接觸的膜層產(chǎn)生反應(yīng)，而此熱處理例如是快速熱退火工藝。之 后，利用一各向同性蝕刻法，去除未反應(yīng)的金屬層，而留下金屬硅化物層 124、 126。承上述，在金屬硅化物層124形成之后，即可在第一有源區(qū)102形成P 型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管140,而在第二有源區(qū)104形成N型金屬氧化 物半導(dǎo)體晶體管150。其中，源極/漏極延伸區(qū)112與源極/漏極區(qū)120做為 P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管140的摻雜區(qū)142;源極/漏極延伸區(qū)114與源 極/漏極區(qū)122做為N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管150的摻雜區(qū)152。然后，請參照圖4,形成一層緩沖層128,順應(yīng)性地覆蓋住整個基底100。 緩沖層128例如是氧化層，其材料例如是氧化硅或其他合適的材料。緩沖 層128的形成方法例如是化學(xué)氣相沉積法或其他合適的方法。然后，于緩沖層128上形成一層壓縮應(yīng)力層130。壓縮應(yīng)力層130的材料例如是氮化硅，其形成方法例如是低壓化學(xué)氣相沉積法。當(dāng)然，壓縮應(yīng)力層130的材料還可例如是氧化硅。另外，可通過對壓縮應(yīng)力層130進(jìn)行一摻雜步驟或一退火步驟，以調(diào)整其應(yīng)力值。隨后，在壓縮應(yīng)力層130形成之后，接著于壓縮應(yīng)力層130上形成一層介電層132。介電層132的材料例如是氧化硅或氮化硅，其形成方法例如是化學(xué)氣相沉積法。接著，請參照圖5,形成一層光致抗蝕劑層134，覆蓋住第一有源區(qū)102 的介電層132。然后，以光致抗蝕劑層134為掩模，進(jìn)行一蝕刻工藝，以移 除第二有源區(qū)104的介電層132、壓縮應(yīng)力層130、緩沖層128以及至少部 分的氮化硅間隙壁118b。上述的蝕刻工藝?yán)缡且栽?in-situ)方式進(jìn)行。 詳言之，上述移除第二有源區(qū)104的介電層132、壓縮應(yīng)力層130、緩沖層 128以及至少部分的氮化硅間隙壁118b的各蝕刻步驟可例如是，在同一反 應(yīng)室(reactionchamber)中或在同一機(jī)臺上進(jìn)行，如此可維持工藝的簡易性， 且可節(jié)省工藝成本。特別要說明的是,上述移除至少部分的氮化硅間隙壁118b的步驟是指， 可部分移除氮化硅間隙壁118b，或者是完全移除氮化硅間隙壁118b，以降 低氮化物間隙壁118b的厚度。在圖5中，繪示出一部分的氮化硅間隙壁118b 被移除的圖示，而完全將氮化硅間隙壁118b移除的圖示為熟知本發(fā)明領(lǐng)域 的技術(shù)人員可明了，于此不繪示出來。隨后，請參照圖6，于基底IOO上方順應(yīng)性地形成一拉伸應(yīng)力層136, 以覆蓋住整個基底100。拉伸應(yīng)力層136的材料例如是氮化硅，其形成方法 例如是低壓化學(xué)氣相沉積法。當(dāng)然，拉伸應(yīng)力層136的材料還可例如是氧 化硅。另外，可通過對拉伸應(yīng)力層136進(jìn)行一摻雜步驟或一退火步驟，以 調(diào)整其應(yīng)力值。接著，請參照圖7，移除第一有源區(qū)102的拉伸應(yīng)力層136,而留下第 二有源區(qū)104的拉伸應(yīng)力層136。移除第一有源區(qū)102的拉伸應(yīng)力層136的 方法例如是，形成一層光致抗蝕劑層(未繪示)，覆蓋住第二有源區(qū)104的拉 伸應(yīng)力層136,然后以光致抗蝕劑層為掩模，進(jìn)行一蝕刻工藝，以形成之。值得注意的是，在上述實施例中，移除N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管 上方的壓縮應(yīng)力層時， 一并會移除掉至少一部分的氮化物間隙壁，以降低 氮化物間隙壁的厚度。而本實施例的降低N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的 氮化物間隙壁的厚度的方法，可于N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的溝道中 產(chǎn)生更大的應(yīng)力，以提高其驅(qū)動電流增益(I。n gain)。特別是，本發(fā)明是在運(yùn)用所謂的選擇性應(yīng)變技術(shù)(selective strain scheme, SSS)以同時改善P型及N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的效能的情 況下，利用降低N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的氮化物間隙壁的厚度而于溝道中產(chǎn)生更大的應(yīng)力，來更加提高N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的驅(qū)動 電流增益。如此一來，本發(fā)明的方法可更進(jìn)一步大幅提升整體元件的效能。 而且，通過控制蝕刻工藝的時間，可準(zhǔn)確的控制N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶 體管的氮化物間隙壁的厚度，如此可依工藝的不同而調(diào)整所需的元件效能。接著，以圖7詳細(xì)說明利用本發(fā)明的方法所制造的互補(bǔ)式金屬氧化物 半導(dǎo)體晶體管的結(jié)構(gòu)。在以下的敘述中省略關(guān)于各構(gòu)件的材料與形狀的重復(fù)說明。請再次參照圖7，互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管包括基底100、 P型 金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管140、 N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管150、緩沖層 128、壓縮應(yīng)力層130以及拉伸應(yīng)力層136。其中，在基底100中配置有元 件隔離結(jié)構(gòu)106，將基底IOO定義出第一有源區(qū)102與第二有源區(qū)104。緩 沖層128順應(yīng)性地配置于P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管140上。壓縮應(yīng)力 層130配置于緩沖層128上，而拉伸應(yīng)力層136順應(yīng)性地配置于N型金屬 氧化物半導(dǎo)體晶體管150上?；パa(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管140 配置于第一有源區(qū)102中。P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管140主要包括柵極 結(jié)構(gòu)108、氮化物間隙壁116b以及P型摻雜區(qū)142。其中，柵極結(jié)構(gòu)108 例如是由柵極介電層108a與柵極導(dǎo)電層108b所構(gòu)成。P型摻雜區(qū)142例如 是由源極/漏極延伸區(qū)112與源極/漏極120所構(gòu)成。另外，在柵極結(jié)構(gòu)108 側(cè)壁與P型#^雜區(qū)142上還可配置有氧化物襯層116a。在柵極結(jié)構(gòu)108表 面與棵露的源極/漏極120上可進(jìn)一步配置有金屬硅化物層124?；パa(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管150 配置于第二有源區(qū)104中。N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管150主要包括柵 極結(jié)構(gòu)110、氮化物間隙壁118b以及N型摻雜區(qū)152。其中，柵極結(jié)構(gòu)110 例如是由柵極介電層110a與柵極導(dǎo)電層110b所構(gòu)成。N型摻雜區(qū)152例如 是由源極/漏極延伸區(qū)114與源極/漏極122所構(gòu)成。另外，在柵極結(jié)構(gòu)110 側(cè)壁與N型摻雜區(qū)152上還可配置有氧化物襯層118a。在柵極結(jié)構(gòu)110表 面與棵露的源極/漏極122上可進(jìn)一步配置有金屬硅化物層126。此外，在其他實施例中，在片冊極結(jié)構(gòu)108與間隙壁116之間，以及在 柵極結(jié)構(gòu)IIO與間隙壁118之間，還可分別配置一偏移間隙壁(未繪示)。要注意的是，本實施例的P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管140的氮化物間隙壁116b的厚度大于N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管150的氮化物間隙壁 118b的厚度。更詳細(xì)而言，如圖7所示，P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管140 的氮化物間隙壁116b的厚度是維持工藝設(shè)計準(zhǔn)則的厚度，而N型金屬氧化 物半導(dǎo)體晶體管150的氮化物間隙壁118b的厚度則小于工藝設(shè)計準(zhǔn)則的厚 度?；蛘呤牵琍型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管140的氮化物間隙壁116b的厚 度是維持工藝設(shè)計準(zhǔn)則的厚度，而在N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管150上 未配置有氮化物間隙壁(如圖8所示)。由于，本實施例的P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的氮化物間隙壁的厚 度維持工藝設(shè)計準(zhǔn)則的厚度，而N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的氮化物間 隙壁的厚度小于P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的氮化物間隙壁的厚度，因 此可于N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的溝道中產(chǎn)生更大的應(yīng)力，以提高N 型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的驅(qū)動電流增益。另外，在本實施例中已運(yùn)用所謂的選擇性應(yīng)變技術(shù)，以同時改善P型 及N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的效能。再加上，使N型金屬氧化物半導(dǎo) 體晶體管的氮化物間隙壁的厚度小于P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的氮化 物間隙壁的厚度，可提高N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的效能，如此一來 可更進(jìn)一步提升整體元件的效能。而且，通過控制N型金屬氧化物半導(dǎo)體 晶體管的氮化物間隙壁的厚度，可依工藝的不同而調(diào)整所需的元件效能。接下來，以圖9來說明本發(fā)明確實可達(dá)到提升元件效能的目的。請參照圖9，其為P型及N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的間隙壁的厚 度(A)對元件的驅(qū)動電流增益百分比(。/。)的關(guān)系圖。其中，A表示P型金屬氧 化物半導(dǎo)體晶體管在覆蓋有壓縮應(yīng)力層時，于不同間隙壁的厚度的條件下 所測得的元件的驅(qū)動電流增益百分比。A表示N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體 管在覆蓋有拉伸應(yīng)力層時，于不同間隙壁的厚度的條件下所測得的元件的 驅(qū)動電流增益百分比。在圖9中，是以金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的間隙壁(包 括氧化物襯層與氮化物間隙壁)的工藝設(shè)計準(zhǔn)則厚度為500A,以及間隙壁的 厚度降低為300A與180A的條件，來進(jìn)行電性測試。由圖9中可知，降低P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的間隙壁的厚度， 會使其驅(qū)動電流增益下降。然而，降低N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的間 隙壁的厚度，則會使提升其驅(qū)動電流增益。因此，在本發(fā)明中可運(yùn)用所謂 的選擇性應(yīng)變技術(shù)以同時改善P型及N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的效能，并且利用降低N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的氮化物間隙壁的厚度，來更加進(jìn)一步提升整體元件的效能。而且，通過控制N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的氮化物間隙壁的厚度，可依工藝的不同而調(diào)整所需的元件效能。雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任 何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可作些許的 更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制造方法，包括在基底中形成元件隔離結(jié)構(gòu)，以于該基底中定義出第一有源區(qū)與第二有源區(qū)；在該第一有源區(qū)的該基底上形成第一導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，且同時在該第二有源區(qū)的該基底上形成第二導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其中，該第一導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管包括形成于該基底上的第一柵極結(jié)構(gòu)、形成于該第一柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的該基底中的第一摻雜區(qū)，以及形成于該第一柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁且覆蓋部分該第一摻雜區(qū)的第一氮化物間隙壁，該第二導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管包括形成于該基底上的第二柵極結(jié)構(gòu)、形成于該第二柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的該基底中的第二摻雜區(qū)，以及形成于該第二柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁且覆蓋部分該第二摻雜區(qū)的第二氮化物間隙壁；于該基底上方順應(yīng)性地形成緩沖層，以覆蓋住整個該基底；于該緩沖層上依序形成第一應(yīng)力層與介電層；移除該第二有源區(qū)的該介電層、該第一應(yīng)力層、該緩沖層以及至少部分該第二氮化硅間隙壁；于該基底上方順應(yīng)性地形成第二應(yīng)力層，以覆蓋住整個該基底；以及移除該第一有源區(qū)的該第二應(yīng)力層。
2. 如權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制造方法，其 中移除該第二有源區(qū)的該介電層、該第一應(yīng)力層、該緩沖層以及至少部分 該第二氮化物間隙壁的方法，包括進(jìn)行蝕刻工藝。
3. 如權(quán)利要求2所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制造方法，其 中該蝕刻工藝包括利用原位方式進(jìn)行。
4. 如權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制造方法，其 中移除該第一有源區(qū)的該第二應(yīng)力層的方法包括進(jìn)行蝕刻工藝。
5. 如權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制造方法，其 中該第一導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管為P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管， 該第二導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管為N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，則該第一應(yīng)力層為壓縮應(yīng)力層，該第二應(yīng)力層為拉伸應(yīng)力層。
6. 如權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制造方法，其 中該第 一 、該第二氮化物間隙壁的材料包括氮化硅。
7. 如權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制造方法，其 中該第一、該第二應(yīng)力層的材料包括氮化硅或氧化硅。
8. 如權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制造方法，其 中該第一、該第二應(yīng)力層的形成方法包括化學(xué)氣相沉積法。
9. 如權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制造方法，其 中于該緩沖層形成之前，還包括于該第一導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管 的該第 一 柵極結(jié)構(gòu)與該第 一 氮化物間隙壁之間形成第 一 襯層，以及于該第 二導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的該第二柵極結(jié)構(gòu)與該第二氮化物間隙 壁之間形成第二襯層。
10. 如權(quán)利要求9所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制造方法， 其中該第一、該第二襯層的材料包括氧化硅。
11. 如權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制造方法， 其中于該緩沖層形成之前，還包括于該第一導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體 管的該第 一柵極結(jié)構(gòu)表面與該第 一摻雜區(qū)上形成第 一金屬硅化物層，以及 于該第二導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的該第二柵極結(jié)構(gòu)表面與該第二摻雜區(qū)上形成第二金屬硅化物層。
12. —種互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，包括基底，該基底中具有元件隔離結(jié)構(gòu)，將該基底定義出第一有源區(qū)與第 二有源區(qū)；第一導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，配置于該第一有源區(qū)的該基底 上，該第一導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管包括配置于該基底上的第一柵 極結(jié)構(gòu)、配置于該第一柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的該基底中的第一摻雜區(qū)，以及配置 于該第 一柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁且覆蓋部分該第 一摻雜區(qū)的第 一氮化物間隙壁；第二導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，配置于該第二有源區(qū)的該基底 上，該第二導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管包括配置于該基底上的第二柵 極結(jié)構(gòu)、配置于該第二柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的該基底中的第二摻雜區(qū)，以及配置 于該第二柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁且覆蓋部分該第二摻雜區(qū)的第二氮化物間隙壁，其中該第 一 氮化物間隙壁的厚度大于該第二氮化物間隙壁的厚度；緩沖層，順應(yīng)性地配置于該第一導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管上； 第一應(yīng)力層，配置于該緩沖層上；以及第二應(yīng)力層，順應(yīng)性地配置于該第二導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管上。
13. 如權(quán)利要求12所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其中該第一 導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管為P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，該第二 導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管為N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，則該第 一應(yīng)力層為壓縮應(yīng)力層，該第二應(yīng)力層為4i伸應(yīng)力層。
14. 如權(quán)利要求12所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其中該第 一、該第二氮化物間隙壁的材料包括氮化硅。
15. 如權(quán)利要求12所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其中該第 一、該第二應(yīng)力層的材料包括氮化硅或氧化硅。
16. 如權(quán)利要求12所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，還包括于 該第一導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的該第一柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁與該第一摻 雜區(qū)上配置第一襯層，以及于該第二導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的該 第二柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁與該第二摻雜區(qū)上配置第二襯層。
17. 如權(quán)利要求16所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其中該第 一、該第二襯層的材料包括氧化硅。
18. 如權(quán)利要求12所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，還包括于 該第 一導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的該第 一柵極結(jié)構(gòu)表面與該第 一摻 雜區(qū)上配置第一金屬硅化物層，以及于該第二導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶 體管的該第二柵極結(jié)構(gòu)表面與該第二摻雜區(qū)上配置第二金屬硅化物層。
全文摘要
一種互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其包括基底、第一導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管、第二導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管、緩沖層、第一應(yīng)力層以及第二應(yīng)力層。其中，基底中具有一元件隔離結(jié)構(gòu)，將基底定義出第一有源區(qū)與第二有源區(qū)。第一、第二導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管分別配置于第一、第二有源區(qū)的基底上。而且，第一導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的第一氮化物間隙壁的厚度大于第二導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的第二氮化物間隙壁的厚度。緩沖層順應(yīng)性地配置于第一導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管上。第一應(yīng)力層配置于緩沖層上。第二應(yīng)力層順應(yīng)性地配置于第二導(dǎo)電型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管上。
文檔編號H01L21/70GK101286478SQ20071009651
公開日2008年10月15日 申請日期2007年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月11日
發(fā)明者丁世汎, 吳孟益, 李坤憲, 梁佳文, 洪文瀚, 石忠民, 鄭子銘, 鄭禮賢, 黃正同 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司