[發明專利]增強溝道應力的晶體管結構和方法

無效

• 申請號: 200810087869.9
• 申請日: 2008-03-26
• 公開（公告）號: CN101276817A
• 公開（公告）日: 2008-10-01
• 發明（設計）人: 陳向東;駱志炯;朱慧瓏
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: H01L27/092
• 分類號: H01L27/092;H01L27/12;H01L21/8238;H01L21/84;H01L21/762
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所
• 代理人: 王茂華

技術領域

本發明的實施例提供了一種通過使用優化的淺溝隔離(STI)應力和氮化物蓋層應力來增強溝道應力的結構和方法。

背景技術

來自STI區域的應力和來自氮化物蓋層的應力可以顯著地影響金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)。更特別地，縱向MOSFET溝道區域的拉應力可以增強n型場效應晶體管(NFET)的性能但是會降低p型場效應晶體管(PFET)的性能。另外，溝道縱向中的壓應力可以增強PFET的性能但是會降低NFET的性能。

解決該問題的一種方式是使用雙應力材料，例如使用雙氮化物蓋層，即用于NFET的拉伸性蓋層和用于PFET的壓縮性蓋層；和/或雙STI(淺溝隔離)應力體。但是雙STI應力復雜且昂貴，并且因為在許多情況下NFET和PFET共享一個STI，所以其非常不實用。因此，所需要的是一種使STI局部凹陷并與雙CA蓋層結合的簡單凹陷方法，以便實現與雙STI和雙氮化物蓋層類似的效果。

發明內容

本發明的實施例提供了一種通過使用優化的淺溝隔離(STI)應力和氮化物蓋層應力來增強溝道應力的結構和方法。更特別地，提供了一種晶體管結構，其包括具有第一晶體管區域和第二晶體管區域的襯底，第二晶體管區域與第一晶體管區域不同。另外，在第一晶體管區域之上提供有第一晶體管，在第二晶體管區域之上提供有第二晶體管，第二晶體管與第一晶體管不同。第一晶體管包括NFET，第二晶體管包括PFET。

該結構進一步包括STI區域，該STI區域位于與第一晶體管和第二晶體管的側面相鄰的襯底中，其中該STI區域包括應力產生區域。凹陷位于STI區域中的至少兩個內，以使得被凹陷的STI區域的頂部位于襯底的頂部之下。

另外，第一應力襯墊位于第一晶體管之上，第二應力襯墊位于第二晶體管之上，第二應力襯墊與第一應力襯墊不同。第一應力襯墊和/或第二應力襯墊的部分定位在凹陷內。如果所有STI區域都凹陷，則第一應力襯墊的部分在凹陷內與第二應力襯墊的部分接觸。如果與第一晶體管相鄰的所有STI區域都凹陷而與第二晶體管相鄰的所有STI區域都不凹陷，則第一應力襯墊的部分定位在凹陷內，而第二應力襯墊的部分不定位在凹陷內。凹陷具有的深度可以大于第一應力襯墊和第二應力襯墊的高度，以使得位于凹陷內的第一應力襯墊和第二應力襯墊的部分可以在襯底的頂部之下。

另外，可以使所有STI區域都凹陷。備選地，可以使與第一晶體管相鄰的所有STI區域都凹陷；其中使與第二晶體管相鄰的STI區域都不凹陷。此外，可以使位于第一晶體管和第二晶體管之間的所有STI區域都凹陷。

本發明的實施例還提供了一種形成晶體管結構的方法，其中該方法首先在襯底的第一晶體管區域之上形成第一晶體管并在襯底的第二晶體管區域之上形成第二晶體管。第一晶體管包括NFET，第二晶體管包括PFET。

接著，在與第一晶體管和第二晶體管的側面相鄰的襯底中形成STI區域，以使得STI區域包括應力產生區域。然后使STI區域凹陷，使得所有STI區域都可以凹陷。備選地，可以使與第一晶體管相鄰的所有STI區域都凹陷；其中使與第二晶體管相鄰的所有STI區域都不凹陷。此外，可以使位于第一晶體管和第二晶體管之間的所有STI區域都凹陷。

在此之后，在第一晶體管之上形成第一應力襯墊，在第二晶體管之上形成第二應力襯墊，第二應力襯墊與第一應力襯墊不同。在第一應力襯墊和第二應力襯墊的形成期間，將第一應力襯墊和/或第二應力襯墊的部分定位在凹陷內。如果所有STI區域都凹陷，則第一應力襯墊和第二應力襯墊的形成包括形成第一應力襯墊和第二應力襯墊以使得第一應力襯墊的部分在凹陷內與第二應力襯墊的部分接觸。如果與第一晶體管相鄰的所有STI區域都凹陷而與第二晶體管相鄰的所有STI區域都不凹陷，則在第一應力襯墊的形成期間，將第一應力襯墊的部分定位在凹陷內。另外，在第二應力襯墊的形成期間，不將第二應力襯墊的部分定位在凹陷內。形成凹陷可以生成具有的深度大于第一應力襯墊和第二應力襯墊的高度的凹陷，以使得位于凹陷內的第一應力襯墊和第二應力襯墊的部分可以在襯底的頂部之下。

因此，本發明的實施例公開了一種通過使用優化的STI應力和氮化物蓋層來增強互補金屬氧化物半導體(CMOS)器件性能的結構和方法。此處的實施例使用與雙應力氮化物蓋層工藝相結合的STI凹陷(完全凹陷，凹陷NFET側，或者凹陷FET側)，以同時實現NFET和PFET的性能增強，這給出了雙應力STI和雙CA氮化物蓋層的效果。這些方法可以與當前工藝流程結合，這能夠同時改善NFET和PFET器件性能，并顯著增強當前雙應力CA氮化物襯墊的效果。