[發(fā)明專利]具有局部的極薄絕緣體上硅溝道區(qū)的半導體器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110259130.3
• 申請日: 2011-09-05
• 公開（公告）號: CN102456579A
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發(fā)明（設計）人: 阿姆蘭·瑪尤姆達;羅伯特·J·米勒;M·拉馬昌德蘭
• 申請（專利權(quán)）人: 國際商業(yè)機器公司;高級微型器件公司;飛思卡爾半導體公司
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L29/78;H01L29/06
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 高青

技術領域

本發(fā)明涉及半導體器件制造，更具體地說，涉及具有局部的極薄絕緣體上硅溝道區(qū)的半導體器件。

背景技術

與更常規(guī)的半導體器件相比，絕緣體上半導體(SOI，Semiconductor-on-insulator)器件，比如絕緣體上硅器件(本領域中也簡寫為SOI)帶來若干優(yōu)點。例如，與執(zhí)行相似任務的其它各種器件相比，SOI器件具有較低的功耗要求。SOI器件還具有比非SOI器件低的寄生電容。這轉(zhuǎn)化為最終得到的電路的更快開關時間。另外，當利用SOI制備工藝來制造電路器件時，可避免互補金屬氧化物半導體(CMOS)器件經(jīng)常表現(xiàn)出的閂鎖現(xiàn)象。另外，SOI器件對電離輻射的有害影響不太敏感，并因此在電離輻射會導致操作失誤的應用中往往會更可靠。

通常由跨導(g_m)限定的MOS晶體管的增益與晶體管溝道中的多數(shù)載流子的遷移率(μ)成比例。載流能力，從而MOS晶體管的性能與溝道中的載流子的遷移率成比例。通過對溝道施加適當?shù)膽Γ梢栽鰪娮鳛镻溝道場效應(PFET)晶體管中的載流子的空穴的遷移率和作為N溝道場效應(NFET)晶體管中的載流子的電子的遷移率。現(xiàn)有的應力工程方法在不增大器件尺寸和器件電容的情況下，通過增大器件驅(qū)動電流來極大地增強電路性能。例如，應用于NFET晶體管的張應力內(nèi)襯和/或嵌入式SiC源極/漏極區(qū)在溝道中引入了縱向張應力并增強了電子遷移率，而應用于PFET晶體管的壓應力內(nèi)襯和/或嵌入式SiGe源極/漏極區(qū)在溝道中引入了縱向壓應力并增強了空穴遷移率。

形成雙應力膜的工藝整合方法有幾種。基本思想是均勻沉積第一應力層圖案，隨后利用光刻掩蔽和保護該第一應力層圖案，蝕刻除去不需要的第一應力層圖案，隨后沉積第二應力層圖案。作為結(jié)果得到的增強的載流子遷移率又導致更高的驅(qū)動電流，從而導致更高的電路級性能。

超薄體硅MOSFET，比如ETSOI(極薄SOI)或者FinFET被認為是關于22納米(nm)節(jié)點和超過22納米(nm)節(jié)點定標的CMOS的可行選擇。然而，諸如ETSOI晶體管的薄體SOI晶體管需要外延生長的凸起的源極/漏極區(qū)來實現(xiàn)足夠低的晶體管串聯(lián)電阻。此外，由于ETSOI層極薄(例如，約6nm或更小)，按照常規(guī)方法形成的嵌入式源極/漏極應力源不是引入溝道應力的可行手段，因為用于形成嵌入式應力源的溝槽深入SOI層中約60～80nm。因此，把常規(guī)的應力層技術并入這種超薄薄膜器件中是一項重大挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

在一個方面，一種形成晶體管器件的方法包括：在絕緣體上硅(SOI)起始襯底上形成虛擬柵極疊層結(jié)構(gòu)，所述SOI襯底包括本體層、本體層上的全局BOX層、和全局BOX層上的SOI層，SOI層具有初始厚度；形成完全穿過SOI層和全局BOX層的對應于源極和漏極區(qū)的位置處的部分的自對準溝槽；在源極和漏極區(qū)中外延再生硅；與全局BOX層相鄰，在外延再生的硅中重建局部BOX層，其中，局部BOX層的頂面低于全局BOX層的頂面；與對應于溝道區(qū)的一部分SOI層相鄰，在源極和漏極區(qū)中形成嵌入式源極和漏極應力源；在源極和漏極區(qū)上形成硅化物觸點；除去虛擬柵極疊層結(jié)構(gòu)；以及形成最終的柵極疊層結(jié)構(gòu)。

在另一方面，一種形成晶體管器件的方法包括：在絕緣體上硅(SOI)起始襯底上形成虛擬柵極疊層結(jié)構(gòu)，所述SOI襯底包括本體層、本體層上的全局BOX層、和全局BOX層上的SOI層，所述SOI層具有初始厚度；在虛擬柵極疊層結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上形成可棄式隔離物；形成完全穿過SOI層和全局BOX層的對應于源極和漏極區(qū)的位置處的部分的自對準溝槽；在源極和漏極區(qū)中外延再生硅；與全局BOX層相鄰，在外延再生的硅中重建局部BOX層，其中，局部BOX層的頂面低于全局BOX層的頂面；與對應于溝道區(qū)的一部分SOI層相鄰，在源極和漏極區(qū)中形成嵌入式源極和漏極應力源；在可棄式隔離物就位的情況下進行第一摻雜物注入，以建立輕微摻雜的源極/漏極區(qū)；除去可棄式隔離物并進行第二摻雜物注入，以形成源極/漏極擴展區(qū)；形成最終的側(cè)壁隔離物并進行第三摻雜物注入，以建立深的源極/漏極區(qū)，并進行退火以驅(qū)動注入的摻雜物材料；在源極/漏極區(qū)上形成硅化物觸點；除去虛擬柵極疊層結(jié)構(gòu)；把SOI層從初始厚度減薄到最終厚度；以及形成最終的柵極疊層結(jié)構(gòu)。