[發(fā)明專利]帶應(yīng)變?cè)鰪?qiáng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體應(yīng)變MOS器件及制備工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110308925.9
• 申請(qǐng)日: 2011-10-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102339865A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 嚴(yán)利人;周衛(wèi);付軍;王玉東;劉志弘;張偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/78
• 分類號(hào): H01L29/78;H01L29/06;H01L21/336
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 史雙元

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件范圍，特別涉及一種帶有應(yīng)變?cè)鰪?qiáng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體應(yīng)變MOS器件及制備工藝。

背景技術(shù)

隨著集成電路中MOS器件尺寸不斷縮小，載流子在MOS器件溝道中的漂移速度逐步達(dá)到飽和，無(wú)法再進(jìn)一步地得到提高，這樣就限制了器件的開(kāi)關(guān)速度，無(wú)法得到更高頻率工作的MOS器件。

針對(duì)MOS器件所遇到的問(wèn)題，已經(jīng)提出了一些提升載流子，特別是空穴載流子遷移率的技術(shù)方案，其中采用應(yīng)變硅材料技術(shù)成為一種很好的選擇。應(yīng)變硅材料可分為兩種，一種是在整個(gè)硅晶圓片的表面都要形成應(yīng)變層，這被稱為是全局應(yīng)變，另一種是隨著制造工藝一步一步地進(jìn)行，在工藝過(guò)程中引入的應(yīng)變硅，它只涉及晶圓片表面的局部區(qū)域，被稱為是局部應(yīng)變。

無(wú)論是全局應(yīng)變還是局部應(yīng)變，在MOS器件的溝道區(qū)中，硅晶格都響應(yīng)外部應(yīng)力而伸展或者壓縮，因而造成載流子遷移率發(fā)生變化，能夠進(jìn)一步提高器件的工作速度，得到性能改善的MOS器件。一般，對(duì)于NMOS器件，希望晶格尺寸有所伸長(zhǎng)，電子載流子在這樣的晶格中，遷移率能夠得到提升；而在PMOS器件中，希望晶格尺寸有所壓縮，空穴載流子在這樣的晶格中，遷移率同樣會(huì)得到改善。

常見(jiàn)的形成局部應(yīng)變的方法有兩種，一種是在MOS器件的源漏區(qū)引入SiGe這樣的異質(zhì)材料，利用SiGe從源漏兩端向中央溝道區(qū)的壓應(yīng)力作用來(lái)使得溝道區(qū)中的硅產(chǎn)生一定的形變，即形成應(yīng)變硅；另一種是在整個(gè)器件完成后，在MOS器件柵極之上生長(zhǎng)SiN(氮化硅)之類的較大應(yīng)力的薄膜，這種材料薄膜也稱作帽層，通過(guò)工藝控制，可以調(diào)整應(yīng)力的性質(zhì)，使其成為壓應(yīng)力性質(zhì)的，或者張應(yīng)力性質(zhì)的，通過(guò)帽層的作用，同樣可以在溝道區(qū)造成晶格壓縮或伸展的應(yīng)變硅。

對(duì)于帽層應(yīng)變方案來(lái)說(shuō)，器件溝道區(qū)是一個(gè)重點(diǎn)。該區(qū)域既受到上方帽層的應(yīng)力作用，又受到器件源漏兩側(cè)的其他的半導(dǎo)體材料原子的作用，應(yīng)變是多個(gè)相互作用的綜合的效應(yīng)。對(duì)此，本發(fā)明提出，可以采用特定的工藝步驟，在MOS器件中引入附加的溝槽結(jié)構(gòu)，去阻斷或者減弱來(lái)自源漏兩側(cè)的作用，而令器件的溝道區(qū)，主要地，僅受帽層應(yīng)力的作用，這樣就可以排除其他影響，使得應(yīng)力作用的效果最大化，器件性能的提升最大化。由此，得到一種帶有應(yīng)變?cè)鰪?qiáng)結(jié)構(gòu)，也就是附加的溝槽結(jié)構(gòu)的應(yīng)變MOS器件。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種帶有應(yīng)變?cè)鰪?qiáng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體應(yīng)變MOS器件及制備工藝，在MOS器件中央為溝道區(qū)6，兩邊為源漏淺結(jié)區(qū)5，與源漏淺結(jié)區(qū)5相連接的是源漏接觸區(qū)7；在溝道區(qū)6上面依次為柵介質(zhì)層3及柵電極2，柵介質(zhì)層3及柵電極2兩邊為側(cè)墻4，在柵介質(zhì)層3、柵電極2和側(cè)墻4的外面包裹應(yīng)變帽層1；其特征在于，在MOS器件源漏接觸區(qū)7兩側(cè)制作開(kāi)槽結(jié)構(gòu)8，阻斷或者減弱來(lái)自源漏兩側(cè)的對(duì)溝道區(qū)6的作用，從而使得器件溝道區(qū)6只受應(yīng)變帽層的應(yīng)力作用，使得應(yīng)力作用的效果做到最大化，而提升器件的性能。

所述開(kāi)槽結(jié)構(gòu)8不需要用多晶硅或二氧化硅介質(zhì)材料填充。

所述開(kāi)槽結(jié)構(gòu)8制作于MOS器件的源漏接觸區(qū)的外側(cè)，或制作于與源漏區(qū)連線相平行的方向上，或制作成圍繞MOS器件四周的封閉、半封閉的槽環(huán)；所述開(kāi)槽結(jié)構(gòu)8既適用于需要壓應(yīng)力的MOS器件，也適用于需要張應(yīng)力的MOS器件。

所述帶有應(yīng)變?cè)鰪?qiáng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體應(yīng)變MOS器件制備工藝，其特征在于，具體制作步驟如下：

(1)準(zhǔn)備襯底半導(dǎo)體晶圓片，晶圓片采用加工制造或通過(guò)購(gòu)買方式獲得；

(2)制作必要的N阱或P阱隔離結(jié)構(gòu)，并在調(diào)節(jié)溝道區(qū)摻雜濃度后，進(jìn)入常規(guī)MOS器件制造環(huán)節(jié)，生長(zhǎng)器件的柵介質(zhì)層，柵介質(zhì)層采用二氧化硅或采用氧化鉿的高介電常數(shù)材料；

(3)生長(zhǎng)制作柵電極，柵電極采用多晶材料或采用金屬柵材料；

(4)通過(guò)光刻和干法刻蝕的方法得到柵結(jié)構(gòu)圖形；

(5)對(duì)器件的源漏淺結(jié)區(qū)5注入摻雜，如果是NMOS管，則進(jìn)行N型摻雜，如果是PMOS管則進(jìn)行P型摻雜；摻雜及隨后的退火激活工藝中需要控制結(jié)深值在5-50納米范圍內(nèi)；

(6)通過(guò)薄膜淀積和干法刻蝕，在MOS器件的柵的兩側(cè)形成側(cè)墻4；

(7)對(duì)器件的源漏接觸區(qū)7進(jìn)行摻雜，制作出MOS器件源漏；

(8)淀積應(yīng)力薄膜層并進(jìn)行圖形化刻蝕，得到應(yīng)力帽層1；此應(yīng)力帽層1對(duì)于MOS器件的溝道6產(chǎn)生應(yīng)力作用，造成溝道6發(fā)生應(yīng)變，應(yīng)力薄膜層則成為應(yīng)變的半導(dǎo)體的應(yīng)力帽薄膜；