[發(fā)明專利]半導(dǎo)體器件及半導(dǎo)體器件的制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910152346.2
• 申請日: 2009-06-30
• 公開（公告）號: CN101621073A
• 公開（公告）日: 2010-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 山川真彌
• 申請（專利權(quán)）人: 索尼株式會社
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06;H01L29/423;H01L29/51;H01L29/49;H01L21/336;H01L21/28
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 彭久云

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法。更具體地，本發(fā)明涉及場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件及其制造方法，該半導(dǎo)體器件因施加到半導(dǎo)體基板中的溝道部分的應(yīng)力而具有改善的載流子遷移率。

背景技術(shù)

隨著追求高速度、低功耗、低成本和小尺寸的優(yōu)勢，帶有場效應(yīng)晶體管的集成電路變得不斷地小型化。現(xiàn)在，小型化已經(jīng)達(dá)到技術(shù)上能夠制造柵極長度小于100nm的晶體管的程度。而且，ITRS的路線圖(半導(dǎo)體的國際技術(shù)路線圖)設(shè)想，稱為32nm結(jié)點(diǎn)的晶體管的柵極長度將小于20nm。

柵極長度的減少也伴隨著器件結(jié)構(gòu)自身的縮小(按比例縮小)。然而，從抑制柵極泄漏電流的角度看，柵極長度從亞微米級減小到100nm級或者更小受到常規(guī)用作柵極絕緣膜的氧化硅(SiO₂)絕緣膜的物理厚度的阻礙。

正在研究的減少柵極絕緣膜的有效厚度的可能途徑有：用高介電常數(shù)(高K)的氧化鉿制作柵極絕緣膜，由此提高柵極絕緣膜的介電常數(shù)；或者用金屬材料制作柵極絕緣膜，由此防止柵極電極耗盡。

正在研究用諸如鎢(W)、鈦(Ti)、鉿(Hf)、釕(Ru)和銥(Ir)的金屬材料制作柵極電極來防止柵極電極耗盡的方法。遺憾的是，這些金屬材料在高溫下熱處理時(shí)與柵極絕緣膜反應(yīng)，因此使柵極絕緣膜變壞，且使閾值電壓波動。在現(xiàn)有技術(shù)形成柵極電極并形成諸如源極-漏極區(qū)域的雜質(zhì)擴(kuò)散層的工藝中進(jìn)行的用于雜質(zhì)激活的熱處理會涉及這樣的問題。

迄今針對解決金屬材料的柵極電極問題提出的一個(gè)途徑是鑲嵌柵極工藝(damascene?gate?process)，其旨在形成源極-漏極區(qū)域、然后形成柵極電極(見日本專利申請公開No.2000-315789和No.2005-26707)。根據(jù)鑲嵌柵極工藝，用預(yù)先形成的虛設(shè)柵極形成源極-漏極區(qū)域。然后，形成覆蓋虛設(shè)柵極的層間絕緣膜，并且隨后拋光而暴露虛設(shè)柵極。通過蝕刻去除虛設(shè)柵極，并且在去除的部分中形成新的柵極絕緣膜和柵極電極。該工藝保護(hù)柵極電極不受形成源極-漏極區(qū)域中激活雜質(zhì)的熱處理的影響。

另一方面，還有一些積極采用的技術(shù)，通過給硅基板中的溝道部分施加應(yīng)力來增加溝道部分中的載流子遷移率。

這些技術(shù)之一由以下步驟組成，在硅基板中相鄰于具有側(cè)壁的柵極電極形成溝槽，并且在該溝槽中通過外延生長形成晶格常數(shù)與硅(Si)不同的半導(dǎo)體層的源極-漏極。構(gòu)成以這樣方式形成的源極-漏極的半導(dǎo)體層給溝道部分施加應(yīng)力(見日本專利申請公開No.2006-186240)。

迄今還提出了另一技術(shù)。涉及形成在基板101的表面上的MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管Tr，如圖11所示。晶體管Tr在其源極-漏極(S/D)上具有硅化物層103，并且晶體管Tr和基板101覆蓋有施加應(yīng)力的應(yīng)力襯層膜105。應(yīng)力襯層膜105為拉應(yīng)力型或者壓應(yīng)力型，分別取決于MOS晶體管(Tr)是n溝道型還是p溝道型。該結(jié)構(gòu)允許硅化物層103和應(yīng)力襯層膜105給晶體管(Tr)的溝道部分(ch)施加應(yīng)力(見日本專利申請公開Nos.2002-198368、2005-57301、2006-165335和2006-269768)。

發(fā)明內(nèi)容

上述給溝道部分施加應(yīng)力的技術(shù)具有這樣的缺點(diǎn)，從形成為溝槽中的源極-漏極的半導(dǎo)體層或者從硅化物層和應(yīng)力施加膜給溝道部分施加的應(yīng)力因來自形成在溝道部分上面的柵極電極的抵抗而減弱。因此，從半導(dǎo)體層、硅化物層或者應(yīng)力施加膜施加給溝道部分的應(yīng)力不能有效實(shí)現(xiàn)，并且因此而不能獲得載流子遷移率的改善。

本發(fā)明鑒于前述缺點(diǎn)而完成。所希望的是本發(fā)明提供半導(dǎo)體器件及其制造方法，該半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)為使得應(yīng)力有效施加給溝道部分，以實(shí)現(xiàn)改善載流子遷移率和高性能。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，半導(dǎo)體器件組成如下：半導(dǎo)體基板；柵極電極，隔著柵極絕緣膜形成在半導(dǎo)體基板上；以及源極-漏極擴(kuò)散層，形成在半導(dǎo)體基板相鄰于柵極電極的表面上。在這些部件中，柵極電極隔著柵極絕緣膜形成在通過下挖半導(dǎo)體基板的表面形成的凹槽(recess)中。源極-漏極擴(kuò)散層覆蓋有應(yīng)力施加層，該應(yīng)力施加層形成為深入半導(dǎo)體基板的表面。

如上所述構(gòu)造的半導(dǎo)體器件具有填充通過下挖半導(dǎo)體基板的表面形成的凹槽的柵極絕緣膜和柵極電極，從而溝道部分位于深入半導(dǎo)體基板的相鄰于柵極電極兩側(cè)的表面。結(jié)果，溝道部分接收來自于形成在深入半導(dǎo)體基板相鄰于柵極電極兩側(cè)的表面的位置的應(yīng)力施加層的集中的應(yīng)力。結(jié)果，從應(yīng)力施加層施加給溝道部分的應(yīng)力可以比現(xiàn)有技術(shù)中溝道部分與半導(dǎo)體基板表面的高度近似相同的結(jié)構(gòu)更加有效。