通過使用凝聚形成局域化的弛豫襯底的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本技術(shù)涉及用于制作多層襯底的局域化的弛豫和應(yīng)變區(qū)域的方法和結(jié)構(gòu)，并且本技術(shù)可以用于形成應(yīng)變溝道FET。
【背景技術(shù)】
[0002]晶體管是現(xiàn)代數(shù)字處理器和存儲器設(shè)備的基本器件元件，并且已經(jīng)在電子工程的各種領(lǐng)域中找到各種應(yīng)用，包括數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲和高功率應(yīng)用。目前，存在可以用于不同應(yīng)用的多種晶體管類型和設(shè)計。各種晶體管類型包括例如雙極結(jié)型晶體管(BJT)、結(jié)型場效應(yīng)晶體管(JFET)、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)、垂直溝道或溝槽場效應(yīng)晶體管和超結(jié)或多漏極晶體管。
[0003]在晶體管的MOSFET家族中已經(jīng)出現(xiàn)兩種類型的晶體管，它們表現(xiàn)出按比例縮小到超高密度和納米尺度的溝道長度的希望。這些晶體管類型之一是所謂的鰭式場效應(yīng)晶體管或者“finFET”。finFET的溝道形成于可以從襯底的表面擴(kuò)展的三維鰭中。finFET具有對于互補(bǔ)MOS(CMOS)按比例縮小到更小尺寸而言有利的靜電性質(zhì)。因為鰭是三維結(jié)構(gòu)，所以可以在鰭的三個表面上形成晶體管的溝道，使得對于在襯底上占據(jù)的給定的表面面積finFET可以呈現(xiàn)高電流開關(guān)性能。由于可以從襯底表面抬升溝道和器件，因此相比于傳統(tǒng)平面型MOSFET可以存在耦合于鄰近的器件之間的降低的電場。
[0004]第二種類型的晶體管稱為完全耗盡型絕緣體上硅或者“FD-S0I”FET。在位于薄絕緣體之上的薄平面半導(dǎo)體層中形成FD-SOI FET的溝道、源極和漏極。因為半導(dǎo)體層和之下的絕緣體是薄的，所以晶體管的本體(其位于薄絕緣體之下)可以作為第二柵極。絕緣體上的半導(dǎo)體的薄層允許可以提升性能的更高的體偏置電壓。薄絕緣體還降低到晶體管本體區(qū)域的漏電流，否則該漏電流將在體FET器件中發(fā)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]所描述的技術(shù)涉及用于制作襯底的局域化的應(yīng)變區(qū)域的方法和結(jié)構(gòu)。該技術(shù)可以用于形成應(yīng)變溝道場效應(yīng)晶體管。根據(jù)一些實施例，通過將finFET器件的鰭的第一部分轉(zhuǎn)變成不同的化學(xué)成分，finFET器件的溝道區(qū)域可以被應(yīng)變，該不同的化學(xué)成分將在其中形成溝道區(qū)域的鰭的第二部分中引起應(yīng)變。第一部分的轉(zhuǎn)變可以發(fā)生在半導(dǎo)體材料中已經(jīng)形成鰭后，并且第一部分可以被形成為鰭的局域化的弛豫區(qū)域。例如，通過刻蝕溝槽以限定鰭，鰭可以被形成于半導(dǎo)體材料(例如，Si)中。其后，鰭的下部部分可以被轉(zhuǎn)變成具有不同化學(xué)成分的材料(例如，SiGe)。在轉(zhuǎn)變后，下部部分可以將應(yīng)變施加到鰭的上部部分，產(chǎn)生用于finFET的應(yīng)變溝道區(qū)域。
[0006]根據(jù)一些實施例，一種用于使FET的溝道區(qū)域應(yīng)變的方法包括:在襯底的第一半導(dǎo)體材料中形成溝槽，以限定包括FET的溝道區(qū)域的FET的第一區(qū)域。該方法進(jìn)一步包括:在溝槽形成后，將第一區(qū)域的第一部分轉(zhuǎn)變成不同的化學(xué)成分，使得經(jīng)轉(zhuǎn)變的第一部分將應(yīng)變施加到溝道區(qū)域。該轉(zhuǎn)變可以包括將襯底加熱到如下這樣的溫度，在該溫度下來自轉(zhuǎn)變材料的化學(xué)成分凝聚到第一部分中以便在第一部分中形成應(yīng)力。在材料轉(zhuǎn)變期間的加熱可以允許經(jīng)轉(zhuǎn)變的第一部分的塑性弛豫。
[0007]在一些方面，F(xiàn)ET是FD-SOI FETo在一些方面，F(xiàn)ET是finFET。在一些實施方式中，第一區(qū)域包括finFET的鰭并且具有在約Inm和約25nm之間的寬度。根據(jù)一些方面，形成溝槽可以包括在第一半導(dǎo)體襯底中刻蝕溝槽以限定用于至少一個finFET的至少一個鰭。
[0008]在一些實施方式中，一種用于使FET的溝道區(qū)域應(yīng)變的方法可以包括:覆蓋第一區(qū)域的第二部分、在溝槽中沉積轉(zhuǎn)變材料以及將襯底加熱到如下這樣的溫度，在該溫度下轉(zhuǎn)變材料的至少一些成分進(jìn)入第一區(qū)域的第一部分。轉(zhuǎn)變材料可以包括與第一半導(dǎo)體材料不同的化學(xué)成分的第二半導(dǎo)體材料。在一些方面，轉(zhuǎn)變材料是SiGe或SiC并且第一半導(dǎo)體材料是Si。在一些實施方式中，加熱包括使轉(zhuǎn)變材料氧化。在一些方面，沉積包括外延生長轉(zhuǎn)變材料。在一些實施方式中，沉積包括沉積轉(zhuǎn)變材料的非晶成分。
[0009]用于使FET的溝道區(qū)域應(yīng)變的方法可以進(jìn)一步包括:在加熱襯底前沉積填充材料以填充溝槽。在一些實施方式中，填充材料是氧化物。在一些實施方式中，方法可以包括將轉(zhuǎn)變材料的部分轉(zhuǎn)換成氧化物。根據(jù)一些方面，用于使FET的溝道區(qū)域應(yīng)變的方法可以包括:去除填充材料的部分以暴露溝道區(qū)域，以及在溝道區(qū)域處形成柵極結(jié)構(gòu)。
[0010]動作的前述方面和實施方式可以以任何合適的組合被包括在用于使FET的溝道區(qū)域應(yīng)變的方法中。
[0011]根據(jù)一些實施例，一種應(yīng)變溝道finFET包括具有由第一半導(dǎo)體材料形成的溝道區(qū)域的鰭。第一半導(dǎo)體材料可以具有第一化學(xué)成分。finFET可以進(jìn)一步包括形成于鰭中的應(yīng)變引起部分，該應(yīng)變引起部分在鰭的溝道區(qū)域中引起應(yīng)變，其中應(yīng)變引起部分包括已經(jīng)被轉(zhuǎn)變成第二半導(dǎo)體材料的第一半導(dǎo)體材料，該第二半導(dǎo)體材料具有不同于第一化學(xué)成分的第二化學(xué)成分。
[0012]在一些實施方式中，相比于第一半導(dǎo)體材料，第二半導(dǎo)體材料包括化學(xué)添加劑，并且化學(xué)添加劑的濃度跨鰭變化。在一些方面，化學(xué)添加劑在鰭的邊緣區(qū)域處的濃度高于在鰭的中心處的濃度。在一些實施方式中，化學(xué)添加劑是鍺或碳并且第一半導(dǎo)體是硅。
[0013]根據(jù)一些方面，鰭可以具有在約Inm和約25nm之間的寬度。在一些實施方式中，應(yīng)變溝道finFET可以包括覆蓋鰭的溝道區(qū)域但并不覆蓋鰭的應(yīng)變引起部分的覆蓋材料層。在一些方面，該覆蓋材料包括氧化物或者氮化物。
[0014]在一些實施方式中，應(yīng)變溝道finFET可以包括在鰭的溝道區(qū)域處形成的柵極結(jié)構(gòu)。在一些方面，應(yīng)變溝道finFET可以包括在鰭和其上形成鰭的襯底的體區(qū)域之間的絕緣材料連續(xù)層。在一些實施方式中，應(yīng)變溝道finFET的應(yīng)變引起部分具有高于15缺陷/cm2的缺陷密度。
[0015]前述方面和實施方式可以以任何合適的組合被包括在應(yīng)變溝道finFET的一個或者多個實施例中。
[0016]根據(jù)一些實施例，襯底上的finFET結(jié)構(gòu)可以包括形成于第一化學(xué)成分的第一半導(dǎo)體材料中的鰭。鰭可以具有平行于襯底的表面延伸的長度和垂直于襯底的表面延伸的高度。襯底可以進(jìn)一步包括覆蓋鰭的第一部分并且不覆蓋鰭的第二部分的覆蓋層，其中在第一部分和第二部分之間的邊界沿著鰭的長度延伸。finFET結(jié)構(gòu)還可以包括與鰭的第二部分直接接觸的轉(zhuǎn)變材料。轉(zhuǎn)變材料可以包含如下這樣的化學(xué)成分，當(dāng)該化學(xué)成分被引入鰭的第二部分中時，沿著它被引入的區(qū)域的長度產(chǎn)生壓應(yīng)力或張應(yīng)力。
[0017]在一些方面，鰭具有在約Inm和約25nm之間的寬度。在一些方面，第一半導(dǎo)體材料是硅。在一些實施方式中，化學(xué)成分是鍺或碳。根據(jù)一些方面，轉(zhuǎn)變材料包括外延SiGe或SiC。根據(jù)其他方面，轉(zhuǎn)變材料包括非晶SiGe或SiC。在一些實施方式中，覆蓋層包括氧化物或氮化物。
[0018]前述關(guān)于finFET結(jié)構(gòu)的實施方式和方面可以以任何合適的組合被包括用于finFET結(jié)構(gòu)的一個或者多個實施例。上述方法實施例中的任何實施例可以用于制備finFET結(jié)構(gòu)或者應(yīng)變溝道finFET的任何實施例。
[0019]從下面的描述結(jié)合附圖可以更充分地理解本教導(dǎo)的前述和其他方面、實施方式、實施例和特征。
【附圖說明】
[0020]技術(shù)人員將理解本文所描述的附圖僅作為圖示的目的。應(yīng)當(dāng)理解在一些實例中，可以夸大或者放大地示出實施例的各種方面以促進(jìn)實施例的理解。在附圖中，貫穿各個圖，相同附圖標(biāo)記通常指相似的特征、功能上相似和/或結(jié)構(gòu)上相似的元件。附圖不一定成比例，相反重點應(yīng)該放在圖示教導(dǎo)的原理。在附圖涉及集成器件的微制造的地方，可以并行地制備的多個器件中只有一個器件被示出。附圖并不旨在以任何方式限制本教導(dǎo)的范圍。
[0021]圖1是描繪了根據(jù)一些實施例的FD-SOI FET的正視圖；
[0022]圖2A是描繪了根據(jù)一些實施例的finFET的透視圖；
[0023]圖2B至圖2E描繪了根據(jù)一些實施例的finFET鰭的截面視圖；
[0024]圖3A至圖30描繪了根據(jù)一些實施例的用于形成應(yīng)變溝道finFET的工藝步驟；
[0025]圖4描繪了結(jié)合用于根據(jù)一些實施例的finFET的兩種應(yīng)變引起技術(shù)的實施例；
[0026]