[發(fā)明專利]用于制備應(yīng)變溝道CMOS的等效應(yīng)變記憶方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010251286.2
• 申請日: 2010-08-12
• 公開（公告）號: CN101969047A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于奇;寧寧;王向展;杜江峰;楊洪東;李競春
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L21/8238
• 分類號: H01L21/8238
• 代理公司: 成都科海專利事務(wù)有限責(zé)任公司 51202
• 代理人: 盛明潔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明有關(guān)于集成電路的制作，特別是通過等效應(yīng)變記憶方法引入的應(yīng)變技術(shù)，分別為互補金屬氧化物半導(dǎo)體場效用晶體管CMOS中的NFET與PFET器件提供張應(yīng)變與壓應(yīng)變，從而提高器件與電路的頻率特性。

背景技術(shù)：

金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)是集成電路最重要的基本有源器件。以N型MOSFET與P型MOSFET互補形成的CMOS是深亞微米超大集成電路的組成單元。眾所周知，提高MOSFET器件速度并降低產(chǎn)品成本的主要手段是等比例縮小特征尺寸。但隨著器件尺寸進入深亞微米領(lǐng)域，進一步縮小尺寸將受到諸如材料、工藝和各種物理因素的潛在限制，且終究會達到其物理極限。如短溝道效應(yīng)(SCE)、漏感應(yīng)源勢壘下降效應(yīng)(DIBL)、熱載流子效應(yīng)(HCE)等，這將使器件性能和可靠性退化，限制特征尺寸的進一步縮小。

研究學(xué)者們發(fā)現(xiàn)在溝道區(qū)域引入應(yīng)變工程，可通過改變溝道材料的能帶結(jié)構(gòu)而提高載流子遷移率，解決上述難題。此方法可提高器件速度，且可與未來技術(shù)節(jié)點相匹配。目前已有多種應(yīng)變引入技術(shù)被開發(fā)出來，且部分方法已應(yīng)用在商業(yè)化生產(chǎn)中。

如通過在弛豫鍺硅(SiGe)虛擬襯底上異質(zhì)外延生長雙軸張應(yīng)變硅(Si)，以及在此基礎(chǔ)上發(fā)展出來的SGOI(Silicon?Germanium?On?Insulator)結(jié)構(gòu)與SSOI(Strained?Silicon?On?Insulator)結(jié)構(gòu)。此方法可引入全局雙軸應(yīng)變，該技術(shù)形成的應(yīng)變量與鍺(Ge)含量有關(guān)，不受尺寸的限制；但提供的應(yīng)變類型單一，且成本相對較高，限制了其在實際產(chǎn)品中的實用化。而研究相對較晚的局部應(yīng)變技術(shù)由于其工藝簡單、設(shè)計靈活，首先實現(xiàn)了商業(yè)化。現(xiàn)已采用的局部應(yīng)變技術(shù)有源漏外延SiGe技術(shù)、氮化硅(SiN)應(yīng)力層(SiN?Stress?Liner)技術(shù)及淺槽隔離(STI)技術(shù)等。但是，這些局部應(yīng)變技術(shù)受器件尺寸的制約，隨溝道尺寸增加，應(yīng)變量迅速減小，器件性能增強效果迅速減弱，通常在特征尺寸大于100nm以上的器件中，器件性能增強已不明顯。

另外，還開發(fā)了一種應(yīng)力記憶技術(shù)(stress?memorization?technology，SMT)。如圖1所示，該方法關(guān)鍵步驟如下：首先，在淀積柵電極多晶硅104時，多晶硅組織結(jié)構(gòu)為非晶結(jié)構(gòu)；然后，在晶體管表面淀積一層具有高本征應(yīng)力的氮化物蓋帽層105，可根據(jù)晶體管類型形成不同的應(yīng)變類型；最后，進行退火工藝，使柵電極非晶硅轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч杞M織，并去掉應(yīng)力層(故也叫犧牲層)。雖去掉了應(yīng)力源，但在溝道區(qū)仍有部分應(yīng)力可保留下來。此技術(shù)在溝道區(qū)引入的應(yīng)變更加均勻，可降低柵泄漏電流，還可與其他應(yīng)變技術(shù)相結(jié)合(如源漏外延SiGe技術(shù)等)，以更大地增強器件性能。但是，此方法只能實現(xiàn)平面內(nèi)張應(yīng)變的記憶，且也受到特征尺寸的限制。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是針對目前已采用的常規(guī)局部應(yīng)變技術(shù)受特征尺寸制約，應(yīng)變對大尺寸器件性能改善不明顯的缺點，且SMT技術(shù)只能提供一種記憶面內(nèi)張應(yīng)變的不足，特提出一種不受尺寸限制，并可分別為CMOS器件提供兩種不同類型應(yīng)變溝道的等效應(yīng)變記憶方法，用來制備具有應(yīng)變溝道的先進晶體管，以提高CMOS器件的輸出性能，改善器件的頻率性能。

本發(fā)明系為一種經(jīng)特殊結(jié)構(gòu)與處理，可使溝道區(qū)域中的應(yīng)變在應(yīng)力源去掉后仍可記憶下來制備具有應(yīng)變溝道晶體管的技術(shù)。其思想是，首先，通過應(yīng)力大小不受面內(nèi)尺寸限制的表面剪切應(yīng)力源在襯底表面引入適當(dāng)?shù)膽?yīng)變；例如本文實施例所采用的具有不同熱膨脹系數(shù)材料形成的熱失配應(yīng)力，通過在襯底表面局部淀積具有高本征應(yīng)力的介質(zhì)層，可在襯底材料表面層引入應(yīng)變。然后，在垂直于表面的縱向方向進行限制，或通過加強而進行應(yīng)變轉(zhuǎn)換，且同時消除或減弱原應(yīng)變恢復(fù)力的作用；例如本文實施例所使用的淺槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)，不僅實現(xiàn)了等效應(yīng)變的應(yīng)力轉(zhuǎn)換，且減弱了原應(yīng)變引入的恢復(fù)力。最后，對應(yīng)變材料以及應(yīng)力限制材料進行退火穩(wěn)定化處理，使材料表面所施加的等效應(yīng)變保留下來，及實現(xiàn)等效應(yīng)變的記憶，使去掉最初不受表面尺寸限制的表面剪切應(yīng)力源后，所制備的器件溝道仍具有相應(yīng)的等效應(yīng)變。

本發(fā)明最終目的是提供一種等效應(yīng)變記憶思想，即通過表面施加剪切應(yīng)力在襯底表面引入剪切應(yīng)變，然后經(jīng)過側(cè)壁限制與消除或減弱恢復(fù)力，并經(jīng)穩(wěn)定化處理后，而保留沿溝道方向上所期望的應(yīng)變。此方法的特點是應(yīng)變大小隨縱向深度而變化，但不隨表面內(nèi)橫向尺寸的改變而變化，克服了現(xiàn)有應(yīng)變引入方法所具有的溝道應(yīng)變隨器件特征尺寸而急劇變化的缺點，可適用于特征尺寸為幾微米的CMOS技術(shù)。