[發(fā)明專利]具有凹陷溝道結(jié)構(gòu)的半導體器件及其制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710196447.0
• 申請日: 2007-12-03
• 公開（公告）號: CN101211912A
• 公開（公告）日: 2008-07-02
• 發(fā)明（設計）人: 崔康植
• 申請（專利權(quán)）人: 海力士半導體有限公司
• 主分類號: H01L27/04
• 分類號: H01L27/04;H01L27/088;H01L21/8234;H01L21/762
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 彭久云

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有應力源或應力施加層的半導體器件及其制造方法。

背景技術(shù)

當半導體存儲器件越做越小時，現(xiàn)存的金屬氧化物半導體場效應晶體管結(jié)構(gòu)已經(jīng)不適合于提供足夠的閾值電壓限度與更新恢復的特性。因此，各種各樣的研究正被進行以確保半導體器件能具備有足夠的閾值電壓和足夠的更新恢復的特性，亦即為抵抗短溝道效應。

一種半導體器件的類型利用一凹陷溝道結(jié)構(gòu)作為解決常規(guī)橫向半導體器件具有的短溝道效應的方案。此凹陷的溝道結(jié)構(gòu)是其中溝道區(qū)域凹陷為U-型以延長有效溝道長度的結(jié)構(gòu)。此種結(jié)構(gòu)能夠使器件的短溝道效應減到最小。因此，此凹陷溝道結(jié)構(gòu)可被使用于多種最近的半導體器件上。

尤其，在提出凹陷溝道結(jié)構(gòu)之前，已經(jīng)提出通過形成淺結(jié)來確保由溝道長度減少引起的漏極引發(fā)的勢壘降低(Drain?Induced?Barrier?Lowering)的限度。當然，即使在此情況下，采用離子注入工藝在源極和漏極下面形成通過停止層的穿孔可被應用而作為一基本的工藝，用于切斷源極和漏極之間的強電場所導致的漂移電流。

然而，因為必須通過淺結(jié)以減少源極與漏極的耗盡區(qū)，從而形成納米范圍的溝道長度，所以具有例如凹陷溝道結(jié)構(gòu)的三維形狀的晶體管得以在最近被開始實行。

在凹陷溝道結(jié)構(gòu)中，電流在多個表面上沿多個方向流動，而不是像傳統(tǒng)晶體管一樣在單個表面上沿單個方向流動。一種有關(guān)于凹陷溝道結(jié)構(gòu)的爭論為電子遷移率可能因此會彼此不一致。

具體而言，圖1為描述一常規(guī)的具有凹陷溝道結(jié)構(gòu)的金屬氧化物半導體場效應晶體管器件的截面圖，圖2為說明晶體平面和電流的圖，且圖3為根據(jù)晶體平面說明電子遷移率的曲線圖。參考附圖，將描述具有凹陷溝道結(jié)構(gòu)的常規(guī)金屬氧化物半導體場效應晶體管器件。

參考圖1，在半導體襯底100上形成定義有源區(qū)域102的隔離層104，凹陷R形成在有源區(qū)102內(nèi)，柵極120形成在凹陷R上，且源極/漏極區(qū)域122形成在柵極120兩側(cè)的有源區(qū)域102的表面中。

在圖1中，參考標號108代表閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)域，110代表柵極絕緣層，112代表多晶硅層，114代表金屬基層，116代表硬掩模層，118代表柵極間隙壁。

具有這樣溝道結(jié)構(gòu)的金屬氧化物半導體場效應晶體管器件通常形成在半導體襯底100上，而該襯底由硅晶格以(110)表面為基礎構(gòu)成。此外，如圖2所示，與平面型金屬氧化物半導體場效應晶體管器件中在(100)表面上的單一方向<110>的電流不同，在具有形成在以(100)表面為基礎的半導體襯底100上的凹陷溝道結(jié)構(gòu)的金屬氧化物半導體場效應晶體管器件內(nèi)，至少有兩種類型的電流，即，在凹陷底部沿(100)表面在<110>方向上流動的電流A，和在凹陷側(cè)表面沿(110)表面在<100>方向上流動的電流B。此時，在具有凹陷溝道的金屬氧化物半導體場效應晶體管器件內(nèi)的電流為按照如下的順序流動(110)/<100>，(100)/<110>，和(110)/<100>。

如圖3所示，比較發(fā)生在具有凹陷溝道的金屬氧化物半導體場效應晶體管器件內(nèi)的兩種電流，可以理解在沿著凹陷底部水平流動即沿著(100)表面在<110>方向流動的電流的電子遷移率大于沿著凹陷側(cè)表面垂直流動即沿著(110)表面在<100>方向流動的電流的電子遷移率。

因此，在具有凹陷溝道的金屬氧化物半導體場效應晶體管器件內(nèi)的電子遷移率通常由沿著凹陷溝道底部水平流動即沿著(100)表面在<110>方向流動的電流的電子遷移率來決定。

但是，在具有凹陷溝道的金屬氧化物半導體場效應晶體管器件內(nèi)，在沿著凹陷側(cè)表面垂直流動即沿(110)表面在<<100>方向流動的電流中的低電子遷移率引起緩慢的操作速度，尤其是緩慢的寫入時間。因此，沿著(110)表面在<100>方向流動的電流中的電子遷移率應該被增加用以改善具有凹陷溝道的金屬氧化物半導體場效應晶體管器件的操作速度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的實施例提出一應力源，其施加第一類型的應力用以抵消在襯底上已經(jīng)施加的第二類型的應力。

在一個實施例中，本發(fā)明的半導體器件為金屬氧化物半導體場效應晶體管器件。該金屬氧化物半導體場效應晶體管器件可被實施為具有凹陷溝道結(jié)構(gòu)。