專利名稱：向溝道中引入應(yīng)變的方法和使用該方法制作的器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種向溝道中引入應(yīng)變的方法和使用該方法制作的器件。
背景技術(shù)：
理論和經(jīng)驗研究已經(jīng)證實，當(dāng)將應(yīng)力施加到晶體管的溝道中時，溝道區(qū)的半導(dǎo)體晶格產(chǎn)生應(yīng)變，晶體管的載流子遷移率會得以提高或降低；然而，還已知，電子和空穴對相同類型的應(yīng)變具有不同的響應(yīng)。例如，在電流流動的縱向上施加壓應(yīng)力從而導(dǎo)致溝道區(qū)晶格壓應(yīng)變以對提高空穴遷移率有利，但是相應(yīng)的降低了電子遷移率。在縱向上施加拉應(yīng)力從而導(dǎo)致溝道區(qū)晶格張應(yīng)變以對提高電子遷移率有利，但是相應(yīng)的降低了空穴遷移率。隨著器件特征尺寸的不斷縮小，以提高溝道載流子遷移率為目的的應(yīng)變溝道工程起到越來越重要的作用。多種單軸工藝誘致應(yīng)變被集成到器件工藝中。從單軸工藝誘致應(yīng)變的最優(yōu)引入方向方面來說，對于NMOS器件，在如圖1所示的沿溝道方向即X方向上引入張應(yīng)變以及在垂直于溝道方向即Z方向上引入壓應(yīng)變對提高其溝道中電子的遷移率最有效；另一方面，對于PMOS器件，在X方向上引入壓應(yīng)變對提高其溝道中空穴的遷移率最有效。根據(jù)這一理論，已發(fā)展了許多方法，其中一種方法是產(chǎn)生“全局應(yīng)變”，也即，施加從襯底產(chǎn)生的應(yīng)力到整體晶體管器件區(qū)域，全局應(yīng)變是利用如下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的，例如普通硅襯底上通過緩沖層外延生長不同晶格常數(shù)的SiGe、SiC等材料，在其上繼續(xù)生長低缺陷的單晶硅層以實現(xiàn)全局應(yīng)變硅層的形成；或者利用制作絕緣體上硅的方法實現(xiàn)絕緣體上的硅鍺、應(yīng)變硅結(jié)構(gòu)。另一種方法是產(chǎn)生“局部應(yīng)變”，也即，利用與器件溝道相鄰的局部結(jié)構(gòu)或者工藝方法產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力作用到溝道區(qū)產(chǎn)生應(yīng)變，局部應(yīng)變通常是例如如下結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的產(chǎn)生應(yīng)力的淺槽隔離結(jié)構(gòu)、(雙)應(yīng)力襯里、PMOS的源/漏極(S/D)區(qū)域中嵌入的SiGe (e-SiGe)結(jié)構(gòu)、PMOS的源/漏極(S/D)區(qū)域中嵌入的Σ形SiGe結(jié)構(gòu)、NMOS的源/漏極(S/D)區(qū)域中嵌入的SiC (e-SiC)結(jié)構(gòu)等。但是，上述產(chǎn)生溝道局域應(yīng)變并改變作用溝道應(yīng)力類型的方法有的需要復(fù)雜的工藝，有的容易向溝道引入缺陷，另一方面，隨著器件特征尺寸的不斷縮小，上述方法所帶來的誘致應(yīng)變效果也在不斷減弱?？紤]到上述原因，對于微小尺寸的NMOS和PMOS器件仍然存在實現(xiàn)增強應(yīng)變引入新方法和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的需求，此外還需要對所引入應(yīng)變的方法進行大小和類型方面的控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明第一方面提供一種向MOS器件的溝道中引入應(yīng)變的方法，包括提供半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底上形成溝道；在溝道上形成第一柵介電層；在所述第一柵介電層上形成多晶硅柵極層；在所述多晶硅柵極層中摻雜或注入第一元素；去除部分第一柵介電層和多晶硅柵極層從而形成第一柵極結(jié)構(gòu)；在溝道中形成源漏極延伸區(qū)；在第一柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成側(cè)墻；在溝道中形成源漏極；以及進行退火，使得摻雜或注入有第一元素的多晶硅在高溫結(jié)晶過程中發(fā)生晶格變化，從而在所述多晶硅柵極層中產(chǎn)生包括沿溝道方向的應(yīng)變和垂直溝道方向的應(yīng)變的第一應(yīng)變，并將第一應(yīng)變透過柵介質(zhì)層引入到溝道，引起溝道區(qū)表層中半導(dǎo)體晶格大小的變化，使得所述第一應(yīng)變被保持在溝道中。本發(fā)明另一方面提供一種MOS器件，包括半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底上形成的溝道；在溝道上方的第二柵極結(jié)構(gòu)，包括第二柵介電層以及在第二柵介電層上的金屬柵極層；在溝道中形成的源漏極延伸區(qū)；在第二柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成的側(cè)墻；在溝道中形成的源漏極；在源漏極以及第二柵極結(jié)構(gòu)上形成的層間介電層；以及源漏極金屬接觸；其中所述第二柵介電層以及金屬柵極層是分別取代如權(quán)利要求1所述的步驟得到的所述第一柵介電層以及多晶硅柵極層而得到的，其中溝道區(qū)表層中半導(dǎo)體晶格大小得以改變，使得所述第一應(yīng)變被保持在溝道中。本發(fā)明僅僅通過加入摻雜/注入步驟，并借助正常步驟中的退火工藝即可向溝道中引入應(yīng)變。進一步，還可以通過改變摻雜或注入元素或其組合，或者控制摻雜或注入元素的劑量，或者控制摻雜或注入元素的分布剖面，退火條件來簡單地控制應(yīng)變大小和溝道應(yīng)變程度，因此具有較強的工藝靈活性，較簡單的工藝復(fù)雜度，并且沒有附加的工藝成本。


為了更好地理解本發(fā)明并且示出如何使其生效，現(xiàn)在將通過示例來參考附圖，其中
圖1是從單軸工藝向溝道誘致應(yīng)變的最優(yōu)引入方向的示意圖；圖加-1示出制作根據(jù)本發(fā)明一個實施例的NMOS器件的步驟。圖3a_l示出制作根據(jù)本發(fā)明一個實施例的PMOS器件的步驟。
具體實施例方式下面，參考附圖描述本發(fā)明的實施例的一個或多個方面，其中在整個附圖中一般用相同的參考標(biāo)記來指代相同的元件。在下面的描述中，為了解釋的目的，闡述了許多特定的細節(jié)以提供對本發(fā)明實施例的一個或多個方面的徹底理解。然而，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說可以說顯而易見的是，可以利用較少程度的這些特定細節(jié)來實行本發(fā)明實施例的一個或多個方面。另外，雖然就一些實施方式中的僅一個實施方式來公開實施例的特定特征或方面，但是這樣的特征或方面可以結(jié)合對于任何給定或特定應(yīng)用來說可能是期望的且有利的其它實施方式的一個或多個其它特征或方面。第一實施例
本實施例給出利用本方法制作NMOS器件的步驟。提供半導(dǎo)體襯底202，半導(dǎo)體襯底可以是電子領(lǐng)域中已知的任何類型，例如體半導(dǎo)體、絕緣層上半導(dǎo)體(S0I)。并且半導(dǎo)體襯底可以被施加應(yīng)變、未施加應(yīng)變或在其中包含應(yīng)變區(qū)或非應(yīng)變區(qū)。在提供了半導(dǎo)體襯底后，通過利用本領(lǐng)域所熟知的傳統(tǒng)技術(shù)，在所述半導(dǎo)體襯底202內(nèi)形成隔離區(qū)，隔離區(qū)例如是溝槽隔離區(qū)(STI)或場隔離區(qū)，另外隔離區(qū)材料可以是具有應(yīng)力的材料或無應(yīng)力的材料。在位于隔離區(qū)之間的有源區(qū)中的半導(dǎo)體襯底上形成溝道203，如圖加所示。在溝道上形成柵介電層204，如圖2b所示，所述柵介電層204的材料可以包括高K介電常數(shù)材料或低K介電常數(shù)材料，例如Si02、SiON, ZrO2, HfO2, A1203、HfSiO、HfAlO,HfSiON、HfAlSiO、HfTaSiO等或其混合物、或其多層結(jié)構(gòu)。柵介電層204可以通過熱生長工藝形成，例如氧化、氮化、或氧氮化。作為替代，柵極介電層可以通過沉積工藝形成，例如化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子輔助CVD、原子層沉積(ALD)、蒸鍍、反應(yīng)濺射、化學(xué)溶液沉積或其他類似沉積工藝，柵介電層204還可以利用任何上述工藝的組合而形成。在形成柵介電層204之后，在柵介電層204上形成多晶硅柵極層206，如圖2c所
7J\ ο對多晶硅柵極層206摻雜或注入能夠向溝道中引入張應(yīng)變的元素，例如鍺、銻、銦、砷、鎵、錫之一或其組合，如2d所示。通過選擇不同的摻雜或注入元素或其組合，或者控制摻雜或注入元素的劑量，或者控制摻雜或注入元素的分布剖面，來調(diào)整多晶硅薄膜中的材料成分比，由此可以影響后續(xù)高溫退火過程中的結(jié)晶過程，改變晶粒中晶格的大小，從而可以控制向溝道中引入的張應(yīng)變的大小和張應(yīng)變的強弱。隨后例如通過蝕刻工藝，去除部分多晶硅柵極層和柵介電層，從而形成第一柵極結(jié)構(gòu)，如圖加所示。接著在源漏極區(qū)域中注入形成源漏極延伸區(qū)212，形成側(cè)墻207后，再注入形成源極與漏極214，如圖2f所示。隨后進行源漏摻雜退火，此工藝可為源漏延伸區(qū)與接觸區(qū)(即源漏延伸區(qū)外的源漏摻雜區(qū))一次退火，也可為源漏延伸區(qū)一次退火與接觸區(qū)一次退火的結(jié)合。退火的工藝方式可為爐溫退火(FA)，快速退火(RTA)，尖峰RTA (Spike RTA)，激光退火(ELA)等。以RTA為例，溫度500 1100度，時間0. 1 100秒之間。在上述退火過程中，所述經(jīng)過摻雜/注入的柵極結(jié)構(gòu)能夠向溝道施加如圖2g中空心箭頭所示方向的應(yīng)變，從而在沿溝道方向即X方向上弓丨入張應(yīng)變以及在垂直于溝道方向即Z方向上引入壓應(yīng)變，這增強了其溝道中電子的遷移率。這是因為高摻雜的多晶硅薄膜在高溫結(jié)晶過程中發(fā)生晶格變化，晶格大小得到增加，從而在薄膜中產(chǎn)生張應(yīng)變，并同時在退火過程中將張應(yīng)變透過超薄柵介質(zhì)層204傳導(dǎo)到其下的溝道區(qū)203，從而溝道區(qū)表層中半導(dǎo)體晶格在沿溝道方向上大小增加，在垂直溝道方向上大小減小，從而使得通過上述步驟在柵電極中產(chǎn)生的應(yīng)變得以保持在溝道中。并且，通過控制退火條件，可以控制向溝道中引入的應(yīng)變的大小，一般來說快速退火的溫度越高，退火時間越長越有利于應(yīng)變晶格的產(chǎn)生，應(yīng)力的傳導(dǎo)，但過強的退火條件會適當(dāng)?shù)尼尫艖?yīng)力并且破化源漏摻雜的分布情況。在根據(jù)后柵工藝制作MOS器件的情況下，還需要下述步驟。在器件表面形成層間介電層(ILD)，并平整化到柵極結(jié)構(gòu)高度，如圖池所示。例如利用干法或濕法蝕刻工藝去除所述多晶硅柵極206和柵介質(zhì)層204，用金屬柵極導(dǎo)體206’和新柵介質(zhì)層204’代替，如圖2i-2j所示。可選的另外一種方法，在此步驟中也可以僅去除所述多晶硅柵極206而保留柵介質(zhì)層204，這種情況下只需沉積金屬柵極導(dǎo)體206’。NMOS金屬柵材料是利用原子層淀積(ALD)或濺射工藝順序形成功函數(shù)合適的材料以及金屬填充材料(圖中未分層示出)，更優(yōu)選的，功函數(shù)合適的材料為TiN、TaN、TiAlN或者MoAIN，金屬填充材料為TiAl、Al或W。新柵介質(zhì)層204’形成方法與204的工藝類同，材料為高 K 介電常數(shù)材料，例如 SiON、ZrO2, HfO2, A1203、HfSiO、HfAlO、HfSiON、HfAlSiO、HfTaSiO等或其混合物、或其多層結(jié)構(gòu)。在源極與柵極的頂面形成又一層間介電層(ILD) 216以用于接觸、形成源漏極金屬接觸218從而形成如圖業(yè)所示的器件。本發(fā)明還可以結(jié)合其他應(yīng)變引入方法。例如，可選地，可以在柵極導(dǎo)體相鄰的源極和漏極區(qū)域中嵌入應(yīng)力源208，包括嵌入的SiC，或可由任何未來技術(shù)形成的任何類型的應(yīng)力源，如圖21中所示?？蛇x地，可以在NMOS 200的頂部上形成應(yīng)力襯里210，如圖21中所示。該襯里可對柵極導(dǎo)體下方的溝道區(qū)域施加應(yīng)力。其中通過在例如等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝中的沉積，將應(yīng)力襯里形成在NMOS的頂部上。也可以使用PECVD以外的其他公知方法來形成應(yīng)力襯里。應(yīng)力襯里可以為氮化物或氧化物襯里。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，應(yīng)力襯里不限于氮化物或氧化物襯里，也可使用其它的應(yīng)力襯里材料。上述應(yīng)力源和應(yīng)力襯里可以向所述溝道引入張應(yīng)變?？傊啾扔诂F(xiàn)有技術(shù)中采用的產(chǎn)生溝道應(yīng)變的方法，本方法僅僅通過加入摻雜/注入步驟，并借助正常步驟中的退火工藝即可向溝道中引入較強應(yīng)變并永久記憶。進一步，可以通過改變摻雜或注入元素或其組合，或者控制摻雜或注入元素的劑量，或者控制摻雜或注入元素的分布剖面，退火條件來簡單地控制張應(yīng)變大小。甚至，若僅僅為了控制溝道中應(yīng)變效果，還可以向多晶硅柵極層中摻雜或注入能夠向溝道中引入壓應(yīng)變的材料，比如碳、硫、鋁、硼、磷、氮、氧、氫之一或其組合，這實際上減弱了 NMOS溝道中的張應(yīng)變，但在某些應(yīng)用中，比如由于其他應(yīng)力源所提供給溝道的張應(yīng)變過強，這時能夠減弱溝道中的張應(yīng)變的上述摻雜/注入是期望的。綜合上述描述，本方法具有較強的工藝靈活性，較簡單的工藝復(fù)雜度，并且沒有附加的工藝成本。第二實施例
本實施例給出利用本方法制作PMOS器件的步驟。提供半導(dǎo)體襯底302，半導(dǎo)體襯底可以是電子領(lǐng)域中已知的任何類型，例如體半導(dǎo)體、絕緣層上半導(dǎo)體(S0I)。并且半導(dǎo)體襯底可以被施加應(yīng)變、未施加應(yīng)變或在其中包含應(yīng)變區(qū)或非應(yīng)變區(qū)。在提供了半導(dǎo)體襯底后，通過利用本領(lǐng)域所熟知的傳統(tǒng)技術(shù)，在所述半導(dǎo)體襯底302內(nèi)形成隔離區(qū)，隔離區(qū)例如是溝槽隔離區(qū)(STI)或場隔離區(qū)，另外隔離區(qū)材料可以是具有應(yīng)力的材料或無應(yīng)力的材料。在位于隔離區(qū)之間的有源區(qū)中的半導(dǎo)體襯底上形成溝道303，如圖3a所示。在溝道上形成柵介電層304，如圖北所示，所述柵介電層304的材料可以包括高K介電常數(shù)材料和低K介電常數(shù)材料，例如Si02、SiON, ZrO2, HfO2, A1203、HfSiO、HfAlO,HfSiON、HfAlSiO、HfTaSiO等和/或其混合物、和/或多層結(jié)構(gòu)。柵介電層304可以通過熱生長工藝形成，例如氧化、氮化、或氧氮化。作為替代，柵極介電層可以通過沉積工藝形成，例如化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子輔助CVD、原子層沉積(ALD)、蒸鍍、反應(yīng)濺射、化學(xué)溶液沉積或其他類似沉積工藝，柵介電層304還可以利用任何上述工藝的組合而形成。在形成柵介電層304之后，在柵介電層304上形成多晶硅柵極層306，如圖3c所示。
對多晶硅柵極306摻雜摻雜或注入能夠向溝道中引入壓應(yīng)變的元素，例如碳、硫、鋁、硼、磷、氮、氧、氫之一或其組合，如3d所示。通過選擇不同的摻雜或注入元素或其組合，或者控制摻雜或注入元素的劑量，或者控制摻雜或注入元素的分布剖面，來調(diào)整多晶硅薄膜中的材料成分比，由此可以影響后續(xù)高溫退火過程中的結(jié)晶過程，改變晶粒中晶格的大小，從而可以控制向溝道中引入的壓應(yīng)變的大小和壓應(yīng)變的強弱。隨后例如通過蝕刻工藝，去除部分多晶硅柵極層和柵介電層，從而形成第一柵極結(jié)構(gòu)，如圖:3e所示。接著在源漏極區(qū)域中注入形成源漏極延伸區(qū)312，形成側(cè)墻307后，再注入形成源極與漏極314，如圖3f所示。隨后進行源漏摻雜退火，此工藝可為源漏延伸區(qū)與接觸區(qū)一次退火，也可為源漏延伸區(qū)一次退火與接觸區(qū)一次退火的結(jié)合。退火的工藝方式可為爐溫退火(FA)，快速退火(RTA)，Spike RTA，激光退火(ELA)等。在上述退火過程中，所述經(jīng)過摻雜/注入的柵極結(jié)構(gòu)能夠向溝道施加如圖3g中空心箭頭所示方向的應(yīng)變，從而在沿溝道方向即X方向上引入壓應(yīng)變以及在垂直于溝道方向即Z方向引入壓應(yīng)變，注意，盡管此時所引入的在Z方向上的壓應(yīng)變不是希望看到的，但在X方向上引入的壓應(yīng)變在大小上遠大于在Z方向上的壓應(yīng)變，這總體上仍增強了其溝道中空穴的遷移率。這是因為高摻雜的多晶硅薄膜在高溫結(jié)晶過程中發(fā)生晶格變化，晶格大小得到減少，從而在薄膜中產(chǎn)生壓應(yīng)變，并同時在退火過程中將壓應(yīng)變透過超薄柵介質(zhì)層304傳導(dǎo)到溝道區(qū)303，從而溝道區(qū)表層中半導(dǎo)體晶格在沿溝道方向上大小減小，在垂直溝道方向上大小也減小，從而使得通過上述步驟在溝道中引入的應(yīng)變被記憶在溝道中。并且，通過控制退火條件，可以控制向溝道中引入的應(yīng)變的大小一般來說快速退火的溫度越高，退火時間越長越有利于應(yīng)變晶格的產(chǎn)生，應(yīng)力的傳導(dǎo)，但過強的退火條件會適當(dāng)?shù)尼尫艖?yīng)力并且破化源漏摻雜的發(fā)布情況。在根據(jù)后柵工藝制作MOS器件的情況下，還需要下述步驟。在器件表面形成層間介電層(ILD)，并平整化到柵極結(jié)構(gòu)高度，如圖池所示。例如利用干法或濕法蝕刻工藝去除所述多晶硅柵極306和柵介質(zhì)層304，用金屬柵極導(dǎo)體306’和新柵介質(zhì)層304’代替。如圖3i-3j所示?？蛇x的另外一種方法，在此步驟中也可以僅去除所述多晶硅柵極306而保留柵介質(zhì)層304，這種情況下只需沉積金屬柵極導(dǎo)體306’。PMOS金屬柵材料是利用原子層淀積(ALD)或濺射工藝順序形成功函數(shù)合適的材料以及金屬填充材料(圖中未分層示出)，更優(yōu)選的，功函數(shù)合適的材料為TiN、TaN、TiAlN或者MoAIN，金屬填充材料為TiAl、Al或W。新柵介質(zhì)層304’形成方法與304的工藝類同，材料為高 K 介電常數(shù)材料例如 SiON、ZrO2, HfO2, A1203、HfSiO、HfAlO、HfSiON、HfAlSiO、HfTaSiO等或其混合物、或其多層結(jié)構(gòu)。在源極與柵極的頂面形成又一層間介電層(ILD) 316以用于接觸、形成源漏極金屬接觸318從而形成如圖3k所示的器件。本發(fā)明還可以結(jié)合其他應(yīng)變引入方法。例如，可選地，可以在柵極導(dǎo)體相鄰的源極和漏極區(qū)域中嵌入應(yīng)力源308，包括嵌入的SiGe，或可由任何未來技術(shù)形成的任何類型的應(yīng)力源，如圖31中所示。可選地，可以在PMOS 300的頂部上形成應(yīng)力襯里310，如圖31中所示.該襯里可對柵極導(dǎo)體下方的溝道區(qū)域施加應(yīng)力。其中通過在例如等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝中的沉積，將應(yīng)力襯里形成在PMOS的頂部上。也可以使用PECVD以外的其他公知方法來形成應(yīng)力襯里。應(yīng)力襯里可以為氮化物或氧化物襯里。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，應(yīng)力襯里不限于氮化物或氧化物襯里，也可使用其它的應(yīng)力襯里材料。上述應(yīng)力源和應(yīng)力襯里可以向所述溝道引入壓應(yīng)變?？傊?，相比于現(xiàn)有技術(shù)中采用的增強溝道中應(yīng)變的方法，本方法僅僅通過加入摻雜/注入步驟，并借助正常步驟中的退火工藝即可向溝道中引入較強應(yīng)變并永久記憶。進一步，還可以通過改變摻雜或注入元素或其組合，或者控制摻雜或注入元素的劑量，或者控制摻雜或注入元素的分布剖面，退火條件來簡單地控制應(yīng)變大小。甚至，若僅僅為了控制溝道中應(yīng)變效果，還可以向多晶硅柵極層中摻雜或注入能夠向溝道中引入張應(yīng)變的材料，比如鍺、銻、銦、砷、鎵、錫之一或其組合，這實際上減弱了 PMOS溝道中的壓應(yīng)變，但在某些應(yīng)用中，比如由于其他應(yīng)力源所提供給溝道的壓應(yīng)變過強，這時能夠減弱溝道中的壓應(yīng)變的上述摻雜/注入是期望的。綜合上述描述，本方法具有較強的工藝靈活性，較簡單的工藝復(fù)雜度，并且沒有附加的工藝成本。
權(quán)利要求
1.一種向MOS器件的溝道中引入應(yīng)變的方法，包括提供半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底上形成溝道；在溝道上形成第一柵介電層；在所述第一柵介電層上形成多晶硅柵極層；在所述多晶硅柵極層中摻雜或注入第一元素；去除部分第一柵介電層和多晶硅柵極層從而形成第一柵極結(jié)構(gòu)；在溝道中形成源漏極延伸區(qū)；在第一柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成側(cè)墻；在溝道中形成源漏極；以及進行退火，使得摻雜或注入有第一元素的多晶硅在高溫結(jié)晶過程中發(fā)生晶格變化，從而在所述多晶硅柵極層中產(chǎn)生包括沿溝道方向的應(yīng)變和垂直溝道方向的應(yīng)變的第一應(yīng)變，并將第一應(yīng)變透過柵介質(zhì)層引入到溝道，引起溝道區(qū)表層中半導(dǎo)體晶格大小的變化，使得所述第一應(yīng)變被保持在溝道中。
2.如權(quán)利要求1所述的向MOS器件的溝道中引入應(yīng)變的方法，其中所述第一元素為鍺、銻、銦、砷、鎵、錫之一或其組合，從而所述沿溝道方向的應(yīng)變?yōu)閺垜?yīng)變并且所述垂直溝道方向的應(yīng)變?yōu)閴簯?yīng)變。
3.如權(quán)利要求1所述的向MOS器件的溝道中引入應(yīng)變的方法，其中所述第一元素為碳、硫、鋁、硼、磷、氮、氧、氫之一或其組合，從而所述沿溝道方向的應(yīng)變?yōu)閴簯?yīng)變并且垂直溝道方向的應(yīng)變?yōu)閴簯?yīng)變。
4.如權(quán)利要求2或3所述的向MOS器件的溝道中引入應(yīng)變的方法，其中，還包括改變摻雜或注入元素的劑量，或者改變摻雜或注入元素的分布剖面，來調(diào)整多晶硅中的材料成分比，由此改變晶格大小，從而控制向溝道中引入的應(yīng)變的大小的步驟。
5.如權(quán)利要求1所述的向MOS器件的溝道中引入應(yīng)變的方法，其中退火為爐溫退火(FA)，快速退火(RTA)，尖峰RTA或激光退火(ELA)。
6.如權(quán)利要求5所述的向MOS器件的溝道中引入應(yīng)變的方法，其中，還包括改變退火溫度或時間，控制向溝道中引入的應(yīng)變的大小的步驟。
7.如權(quán)利要求6所述的向MOS器件的溝道中引入應(yīng)變的方法，其中快速退火(RTA)的溫度在500 1100度之間，時間在0. 1 100秒之間。
8.如權(quán)利要求1所述的MOS器件，其中所述第一柵介電層為Si02、SiON,ZrO2, HfO2,A1203、HfSiO、HfAlO、HfSiON、HfAlSiO、HfTaSiO 之一或其混合物、或其多層結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求1所述的向MOS器件的溝道中引入應(yīng)變的方法，還包括以下步驟中的至少一個在源極和漏極區(qū)域中嵌入應(yīng)力源；在所述MOS器件上形成應(yīng)力襯里，從而向所述溝道引入第二應(yīng)力。
10.一種MOS器件，包括半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底上形成的溝道；在溝道上方的第二柵極結(jié)構(gòu)，包括第二柵介電層以及在第二柵介電層上的金屬柵極層；在溝道中形成的源漏極延伸區(qū)；在第二柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成的側(cè)墻；在溝道中形成的源漏極；在源漏極以及第二柵極結(jié)構(gòu)上形成的層間介電層；以及源漏極金屬接觸；其中所述第二柵介電層以及金屬柵極層是分別取代如權(quán)利要求1所述的步驟得到的所述第一柵介電層以及多晶硅柵極層而得到的，其中溝道區(qū)表層中半導(dǎo)體晶格大小得以改變，使得所述第一應(yīng)變被保持在溝道中。
11.如權(quán)利要求10所述的MOS器件，還包括以下中的至少一個在源極和漏極區(qū)域中嵌入的應(yīng)力源；在所述MOS器件上形成的應(yīng)力襯里。
12.如權(quán)利要求11所述的MOS器件，其中所述MOS器件為NM0S，并且所述應(yīng)力源、應(yīng)力襯里均具有張應(yīng)力。
13.如權(quán)利要求11所述的MOS器件，其中所述MOS器件為PM0S，并且所述應(yīng)力源、應(yīng)力襯里均具有壓應(yīng)力。
14.如權(quán)利要求10-13中任一項所述的MOS器件，其中所述第二柵介電層為SiON、Zr02、Hf02、Al203、HfSi0、HfA10、HfSi0N、HfAlSi0、HfTaSi0 之一或其混合物、或其多層結(jié)構(gòu)。
15.如權(quán)利要求10-13中任一項所述的MOS器件，其中所述金屬柵極層包括兩層，分別為對于所述MOS器件來說功函數(shù)合適的TiN、TaN、TiAlN或者MoAlN以及在其上的TiAl、Al或W。
全文摘要
本發(fā)明涉及向MOS器件的溝道中引入應(yīng)力的方法及使用該方法制作的器件。所述方法包括提供半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底上形成溝道；在溝道上形成第一柵介電層；在所述第一柵介電層上形成多晶硅柵極層；在所述多晶硅柵極層中摻雜或注入第一元素；去除部分第一柵介電層和多晶硅柵極層從而形成第一柵極結(jié)構(gòu)；在溝道中形成源漏極延伸區(qū)；在第一柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成側(cè)墻；在溝道中形成源漏極；以及進行退火，使得摻雜或注入有第一元素的多晶硅在高溫結(jié)晶過程中發(fā)生晶格變化，從而在所述多晶硅柵極層中產(chǎn)生第一應(yīng)力，并將第一應(yīng)力透過柵介質(zhì)層引入到溝道。本方法具有較強的工藝靈活性，較簡單的工藝復(fù)雜度，并且沒有附加的工藝成本。
文檔編號H01L29/51GK102593001SQ201110007408
公開日2012年7月18日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者徐秋霞, 殷華湘, 陳大鵬 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所