包含具有应力产生材料层的晶体管的半导体结构及其形成方法技术

本发明专利技术涉及包含具有应力产生材料层的晶体管的半导体结构及其形成方法，公开一种半导体结构，其包括晶体管，该晶体管包括一个或多个伸长型半导体区，各该一个或多个伸长型半导体区包括信道区；栅极电极，其中，该栅极电极至少是在该一个或多个伸长型半导体区的每一个的两个相对侧所提供；以及应力产生材料层，该应力产生材料层提供可变应力，其中，该应力产生材料层经设置而至少在该一个或多个伸长型半导体区的每一个的信道区中提供应力，在该一个或多个伸长型半导体区的每一个的信道区中所提供的该应力是可变化的。

【技术实现步骤摘要】
包含具有应力产生材料层的晶体管的半导体结构及其形成 方法
一般而言，本揭露是关于集成电路的领域，尤其是，关于包含具有应力产生材料的 晶体管及/或其它电路组件的集成电路。
技术介绍
集成电路包含大量电路组件，尤其包含场效应晶体管。在场效应晶体管中，栅极电 极可以通过在该栅极电极和信道区之间提供电性绝缘而从该信道区中分离而出。源极区和 漏极区可形成在邻近该信道区处。除了平面晶体管，用在集成电路中的晶体管可包含其中 信道区形成在一个或多个伸长型半导体区（例如鳍片）中的晶体管。信道区形成在一个或 多个伸长型半导体区中的晶体管类型包含鳍式场效应晶体管晶体管和三栅极晶体管。 该信道区、源极区和漏极区可被形成在半导体材料之中，其中，该信道区的掺杂与 该源极区和漏极区的掺杂不同。因此，在不同掺杂的半导体材料之间有过渡（transition)， 例如，p-n过度或是在p型或η型掺杂半导体材料和本质上未掺杂的半导体材料之间、在该 源极区和该信道区之间、以及在该信道区和漏极区之间的过渡。 在η型晶体管中，该源极和漏极区是以η型掺杂物所掺杂，而该信道区可被ρ型掺 杂或本质上不被掺杂。在Ρ型晶体管中，该源极和漏极区是被Ρ型掺杂，而该信道区可被η 型掺杂或本质上不被掺杂。 依照施加在该栅极电极和该源极区之间的电压，该场效应晶体管可在导通状态和 截止状态之间切换，其中，在该导通状态时，该源极区和漏极区之间有相对较高的电传导 性；而在该截止状态时，该源极区和漏极区之间有相对较低的电传导性。该场效应晶体管在 导通状态中的信道区电传导性可依据该信道区中的掺杂浓度、该信道区中的电荷载子迁移 率、该信道区在该晶体管的宽度方向上的延伸、以及该源极区和漏极区之间的距离（其通 常又被称作「信道长度」）而定。 为了增加该晶体管的信道区在该导通状态中的传导性，已知可通过改变该信道区 形成在其中的半导体材料的晶格结构，而在该信道区中提升电荷载子。其可通过在该信道 区中产生拉伸或压缩应力而达成。在该信道区中的压缩应力可增加空穴的迁移率，使得该ρ 型晶体管的信道区的导电性增加。相反地，在该信道区中的拉伸应力可增加电子的迁移率， 使得该η型晶体管的信道区的导电性增加。 为了在该信道区中提供应力，具有内应力的材料层可形成在该晶体管上方。该材 料层可包含例如氮化硅，并可被例如等离子增强化学气相沉积制程的方式所形成。基于所 述离子增强化学气相沉积制程的参数，例如反应物气体的组成、压力和/或温度、在该反应 物气体中产生的无线电频率电气放电的电力和/或施加在其上设置有晶体管的衬底的偏 压，可提供该材料层的拉伸或压缩内应力。并且，可通过改变所述离子增强化学气相沉积制 程的参数而控制该拉伸或压缩内应力。 然而，通过具有内应力的传统材料层所产生的晶体管的信道区之中的应力在该材 料的沉积之后通常本质上是固定的，而无法在之后调整。因此，该晶体管的效能，尤其是该 晶体管的信道区在导通状态中的电传导性，由于和通过该受到内应力的材料所提供的信道 区之中的应力相关联，因此本质上也是固定的。 基于上述情形，本揭露是关于可在晶体管的信道区之中提供应力的技术，尤其是 关于一种晶体管，其中该信道区被提供在一个或多个伸长型半导体区中，其可在该晶体管 的制程之后被改变。
技术实现思路
在此所揭露的示意性半导体结构包含一种晶体管，该晶体管包含：一个或多个伸 长型半导体区，该一个或多个伸长型半导体区各自包含信道区；栅极电极，其中，该栅极电 极至少是在该一个或多个伸长型半导体区的每一个的两个相对侧所提供；以及应力产生材 料层，该应力产生材料层提供可变应力，其中，该应力产生材料层经设置而至少在该一个或 多个伸长型半导体区的每一个的信道区中提供应力，在一个或多个伸长型半导体区的每一 个的信道区中所提供的该应力是可变化的。 本揭露的示意性方法包含：提供包含晶体管的半导体结构，该晶体管包括：一个 或多个伸长型半导体区，该一个或多个伸长型半导体区各自包括信道区；以及栅极电极，其 中，该栅极电极至少是在该一个或多个伸长型半导体区的每一个的两个相对侧所提供；该 方法还包括：在该晶体管上方形成应力产生材料层，该应力产生材料层提供可变应力，其 中，该应力产生材料层经设置而至少在该一个或多个伸长型半导体区的每一个的信道区中 提供应力，在该一个或多个伸长型半导体区的每一个的信道区中所提供的该应力是可变化 的。 【附图说明】 本揭露的进一步实施例已在所附的权利要求书中定义，并在配合附图而参照以下 的详细叙述会变得更加清楚明白，其中： 图la至le示意性地说明根据本揭露的方法在一个阶段中的实施例的一种半导体 结构的剖面图； 图2说明一种用在图la至le的半导体结构中所提供根据本揭露实施例的晶体管 的电路符号； 图3a和3b示意性地说明一种根据本揭露实施例的半导体结构的剖面图； 图4说明一种用在图3a和3b的半导体结构中所提供根据本揭露实施例的晶体管 的电路符号； 图5显示说明晶体管的输出电流和对于其信道区中不同的应力的漏极-源极电压 之间依附关系的示意图； 图6示意性地说明应力滞后现象； 图7示意性地说明根据本揭露实施例的一种电路； 图8示意性地说明根据本揭露实施例的一种传感器； 图9示意性地说明根据本揭露实施例的一种反相器； 图10示意性地说明根据本揭露实施例的一种反相器； 图11示意性地说明根据本揭露实施例的存储单元和支持电路的一部分； 图12示意性地说明根据图11的该存储单元的操作； 图13示意性地说明根据本揭露实施例的存储单元的电路图； 图14示意性地说明根据图13的该存储单元的操作； 图15示意性地说明根据本揭露实施例的半导体结构的剖面图； 图16示意性地说明根据本揭露实施例的方法在一个阶段中的实施例的一种半导 体结构的立体图； 图17a示意性地说明根据本揭露实施例的方法在之后的阶段中图16的该半导体 结构； 图17b和17c示意性地说明在图17a所示的该半导体结构的剖面图； 图18示意性地说明压电效应； 图19a和19b分别示意性地说明由该晶体管的信道区上的应力增加区所产生的应 力的影响的立体图和剖面图； 图20a和20b分别示意性地说明由该晶体管的信道区上的应力增加区所产生的应 力的影响的立体图和剖面图；以及 图21示意性地说明根据本揭露实施例的包含晶体管的半导体结构。 【具体实施方式】 虽然本揭露是参照以下详细说明以及图式中的说明性实施例而叙述，需明白的 是，以下详细说明以及图式并无将本揭露限制于所揭露特定实施例的意图，反之，所描述的 实施例仅用于阐明在此所揭露标的的各种方面，其范围是由附加的权利要求书所定义。 本揭露提供其中设置有应力产生材料层的晶体管，该应力产生材料层可提供响 应作用在该应力产生材料层的信号而变化的应力。该应力产生材料层可被设置成至少在 信道区中提供应力，并且选择性地，在晶体管的源极区和/或漏极区中提供应力。由应 力产生材料层所提供的应力响应作用在该应力产生材料层的信号而变化。在实施例中， 应力产生材料可包含本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体结构，其包括：晶体管，该晶体管包括：一个或多个伸长型半导体区，该一个或多个伸长型半导体区各自包括信道区；栅极电极，其中，该栅极电极至少是在该一个或多个伸长型半导体区的每一个的两个相对侧所提供；以及应力产生材料层，该应力产生材料层提供可变应力；其中，该应力产生材料层经设置而至少在该一个或多个伸长型半导体区的每一个的信道区中提供应力，在该一个或多个伸长型半导体区的每一个的信道区中所提供的该应力是可变化的。

【技术特征摘要】
2013.03.18 US 61/802,865;2014.01.29 US 14/167,0011. 一种半导体结构，其包括： 晶体管，该晶体管包括： 一个或多个伸长型半导体区，该一个或多个伸长型半导体区各自包括信道区； 栅极电极，其中，该栅极电极至少是在该一个或多个伸长型半导体区的每一个的两个 相对侧所提供；以及 应力产生材料层，该应力产生材料层提供可变应力； 其中，该应力产生材料层经设置而至少在该一个或多个伸长型半导体区的每一个的信 道区中提供应力，在该一个或多个伸长型半导体区的每一个的信道区中所提供的该应力是 可变化的。2. 如权利要求1所述的半导体结构，其中，通过该一个或多个伸长型半导体区的每一 个的信道区中的应力产生材料层所提供的该应力是响应作用在该应力产生材料层的信号 而变化。3. 如权利要求2所述的半导体结构，其中，作用在该应力产生材料层的该信号包括电 场。4. 如权利要求3所述的半导体结构，还包括至少一个邻近该应力产生材料层的应力控 制电极，该应力控制电极是用来施加该电场到该应力产生材料层。5. 如权利要求4所述的半导体结构，其中，该应力产生材料层包括压电材料和电致伸 缩材料的至少其中之一。6. 如权利要求5所述的半导体结构，还包括具有厚度方向的衬底，其中，该一个或多个 伸长型半导体区的每一个具有本质上沿着与该厚度方向垂直的第一水平方向延伸的长度 方向，且该一个或多个伸长型半导体线的每一个的两个相对侧是沿着与该厚度方向和该第 一水平方向垂直的第二水平方向而隔开。7. 如权利要求6所述的半导体结构，其中，该栅极电极还被设置在该一个或多个伸长 型半导体线的每一个相对于该衬底的第三侧上。8. 如权利要求6所述的半导体结构，其中，该栅极电极包括多晶硅。9. 如权利要求6所述的半导体结构，其中，该栅极电极包括金属和金属合金的至少其 中之一。10. 如权利要求6所述的半导体结构，还包括栅极绝缘层，其被提供在该一个或多个伸 长型半导体线的每一个和该栅极电极之间。11. 如权利要求10所述的半导体结构，其中，该栅极绝缘层包括二氧化硅和具有介电 常数比硅还高的高k材料的其中之一。12. 如权利要求11所述的半导体结构，其中，该晶体管是鳍式场效应晶体管（FinFET) 晶体管，并且该一个或多个伸长型半导体区的每一个包括该鳍式场效应晶体管晶体管的鳍 片。13. 如权利要求11所述的半导体结构，其中，该...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·里克特，J·亨治尔，P·扎沃卡，
申请(专利权)人：格罗方德半导体公司，
类型：发明
国别省市：开曼群岛;KY