包括鳍松弛的半导体装置的制造方法及相关结构制造方法及图纸

半导体结构的制造方法涉及具有不同应力/应变状态的finFET的鳍的形成。可采用一种应力/应变状态的鳍形成n型finFET，可采用另一种应力/应变状态的鳍形成p型finFET。具有不同应力/应变状态的鳍可通过半导体材料的公共层制造。通过使用这种方法制造半导体结构和装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2014年5月8日提交的题目为“包括鳍松弛的半导体装置的制造方法及相关结构(METHODFORFABRICATINGASEMICONDUCTORDEVICEINCLUDINGFINRELAXATION,ANDRELATEDSTRUCTURES)”的申请序列号为14/272,660的美国专利申请的申请日的权益。
本公开的实施例涉及可用于制造在半导体衬底上的公共层中具有不同应力状态的n型场效应晶体管和p型场效应晶体管的方法并涉及使用这种方法制造的半导体结构和装置。
技术介绍
诸如微处理器和存储器装置等半导体装置采用固态晶体管作为其集成电路的基本的主要操作结构。在半导体结构和装置中通常采用的一种类型晶体管是场效应晶体管(FET)，其通常包括源极接触部、漏极接触部和一个或多个栅极接触部。半导体沟道区在源极接触部和漏极接触部之间延伸。一个或多个pn结被限定在源极接触部和栅极接触部之间。栅极接触部与沟道区的至少一部分相邻，并且沟道区的导电性通过电场的存在来改变。因此，通过向栅极接触部施加电压在沟道区内产生电场。因此，例如，当电压被施加到栅极接触部时，电流可通过沟道区从源极接触部流经晶体管至漏极接触部，但是在电压没有被施加到栅极接触部的情况下，电流可不从源极接触部流经晶体管至漏极接触部。近来，已经开发采用被称为“鳍(fin)”的离散、细长的沟道结构的场效应晶体管(FET)。这种晶体管在本领域中经常被称为“finFET(鳍式场效应晶体管)”。在本领域中已经提出许多不同结构的finFET。finFET的细长沟道结构或鳍包括可以是掺杂n型或p型的半导体材料。还已经证明的是，当n型半导体材料处于张应力的状态时，n型掺杂半导体材料的导电性可得到提高，并且当p型半导体材料处于压应力的状态时，p型半导体材料的导电性可得到提高。贝德尔(Bedell)等人的于2012年5月1日公告的专利号为8，169，025的美国专利公开了包括在一个轴上具有应变的应变半导体层的半导体装置和制造方法。在半导体层中形成长鳍和短鳍使得长鳍具有沿着一个轴的应变长度。n型晶体管在长鳍上形成，并且p型晶体管在至少一个短鳍上形成。
技术实现思路
在一些实施例中，本公开包括半导体装置的制造方法。根据公开的实施例，一个或多个第一鳍可在应变半导体材料的层中形成。应变半导体材料的层可被设置在基础衬底上的绝缘层上方。一个或多个第一鳍可具有临界长度LC以下的长度。在形成一个或多个第一鳍后，可进行热处理使得在一个或多个第一鳍内的应力松弛。一个或多个第二鳍也可在应变半导体材料的层中形成。根据一些实施例，一个或多个第二鳍可具有临界长度LC以上的长度。根据进一步实施例，一个或多个第二鳍可在进行热处理后形成。附图说明虽然本说明书以特别指出并清楚要求保护被认为是本专利技术的实施例的内容的权利要求结束，但是当结合附图阅读时，可以从本公开的实施例的一些示例的描述中更容易地确定本公开的实施例的优点，其中：图1是包括在基础衬底上的绝缘层上方的应变半导体材料层的多层衬底的示意性说明的截面侧视图；图2是在应变半导体材料层中已经限定多个第一鳍结构和多个第二鳍结构后图1的多层衬底的部分的示意性说明的俯视图；图3是图2的衬底的部分的示意性说明的截面侧视图并且示出其具有不同长度的两个鳍结构；图4和图5类似于图3，但是说明在对多层衬底进行热处理过程之后鳍结构的松弛；图6类似于图3，但是说明处于应变状态中的一个鳍和处于松弛状态中的一个鳍；图7-图10是类似于图6的简化的截面侧视图并且说明将应力和应变诱导到图6中示出的松弛的鳍中；图11是在应变半导体材料的层中已经限定多个第一鳍结构后类似于图1的另一多层衬底的部分的示意性说明的俯视图；图12是图11的衬底的部分的示意性说明的截面侧视图并且示出其一个鳍结构；图13是说明在对图11和图12的结构进行热处理过程以松弛其鳍后的结构的类似于图11的俯视图热处理过程；图14是图13的衬底的部分的示意性说明的截面侧视图并且示出其松弛的鳍结构；图15类似于图14，并示出在将应力和应变诱导到图14所示的鳍结构中后的鳍。图16是类似于图13的俯视图，但是其进一步说明在其上的多个第二鳍结构的形成，使得结构包括具有不同的应力/应变状态的鳍结构；图17是图16的衬底的部分的示意性说明的截面侧视图并且示出其具有不同的应力/应变状态的两个鳍结构；以及图18说明finFET的示例结构。具体实施方式下面参照附图描述本公开的实施例。本文提供的图示并不意味着是任何特定半导体结构或装置的实际视图，而仅是用于描述本公开的实施例的理想化表示。附图未按比例绘制。在说明书和权利要求中的术语第一和第二用于区分类似的元件。如本文所使用的术语“鳍”是指具有长度、宽度和高度的细长的、三维有限的和有界体积的半导体材料，其中长度大于宽度。在一些实施例中，鳍的宽度和高度可随着鳍的长度变化。下面参照附图描述可用于制造半导体装置的方法。如下面进一步详细讨论的，方法总体涉及至少一个第一鳍在将绝缘层覆盖在基础衬底上的应变半导体材料的层中形成。在形成至少一个第一鳍之后，可进行热处理以使至少一个第一鳍内的应力松弛。至少一个第二鳍也可在应变半导体材料的层中形成。至少一个第二鳍可以具有比第一鳍结构更长的长度，使得第二鳍在用于松弛至少一个第一鳍的热处理期间不松弛，或者至少一个第二鳍可在进行热处理后形成以避免松弛所述至少一个第二鳍。图1说明可在本公开的实施例中采用的多层衬底100的示例。如图1所示，多层衬底100可包括将绝缘层104覆盖在基础衬底106上的应变半导体材料102的层。基础衬底106可包括例如半导体材料(例如硅、锗、III-V半导体材料等)、陶瓷材料(例如氧化硅、氧化铝、碳化硅等)、或金属材料(例如钼等)的管芯或晶片。在一些实施例中，衬底106可以具有单晶或多晶微结构。在其它实施例中，基础衬底106可以是非晶的。基础衬底106可具有范围从约400μm至约900μm(例如，约750μm)的厚度。绝缘层104可包括在本领域中通常被称为“埋氧层”或“BOX”。例如，绝缘层104可包括氧化物、硝酸盐或氮氧化物。绝缘层104可以是晶体的或非晶的。在一些实施例中，绝缘层104可包括玻璃，例如硼磷硅酸盐(BPSG)玻璃。虽然在本公开的实施例中也可采用更厚或更薄的绝缘层104，但是绝缘层104可具有例如在约10nm和约50nm之间的平均层厚度。例如，应变半导体材料102的层可包括应变硅、应变锗或应变III-V半导体材料的层。因此，如果半导体材料102以独立的、块状(bulk)形式存在，则半导体材料102可具有晶体结构，其呈现通常由各个半导体材料102的晶体结构呈现的松弛晶格参数以上(拉伸应变的)或以下(压缩应变的)的晶格参数。应变半导体材料102的层可具有约50nm或更薄或甚至约35nm或更薄的平均层厚度，但是在本公开的实施例中也可采用应变半导体材料102的更厚的层。虽然在本领域中已知用于在例如图1所示的多层衬底100上提供半导体材料102的应变层的许多方法并且可在本公开的实施例中采用，但是半导体材料102的应变层可使用在本领域中被称为工艺的方法被提供在多层衬底100上。在这种工艺中，半导体材料102的层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置的制造方法，其包括：在覆盖基础衬底上的绝缘层的应变半导体材料的层中形成至少一个第一鳍，所述至少一个第一鳍具有临界长度LC以下的长度；在形成所述至少一个第一鳍后，进行使得在具有临界长度LC以下的长度的所述至少一个第一鳍内的应力松弛的热处理；以及在所述应变半导体材料的层中形成至少一个第二鳍；其中所述至少一个第二鳍具有所述临界长度LC以上的长度，或者在进行所述热处理后形成所述至少一个第二鳍。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.08 US 14/272,6601.一种半导体装置的制造方法，其包括：在覆盖基础衬底上的绝缘层的应变半导体材料的层中形成至少一个第一鳍，所述至少一个第一鳍具有临界长度LC以下的长度；在形成所述至少一个第一鳍后，进行使得在具有临界长度LC以下的长度的所述至少一个第一鳍内的应力松弛的热处理；以及在所述应变半导体材料的层中形成至少一个第二鳍；其中所述至少一个第二鳍具有所述临界长度LC以上的长度，或者在进行所述热处理后形成所述至少一个第二鳍。2.根据权利要求1所述的方法，其中在进行所述热处理后所述至少一个第一鳍具有第一晶格常数，并且所述至少一个第二鳍具有不同于所述第一晶格常数的第二晶格常数，并且其中所述方法进一步包括：形成n型场效应晶体管，其包括从所述至少一个第一鳍和所述至少一个第二鳍中选择的一个鳍，所述一个鳍具有最高晶格常数；以及形成p型场效应晶体管，其包括从所述至少一个第一鳍和所述至少一个第二鳍中选择的另一个鳍，所述另一个鳍具有最低晶格常数。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述应变半导体材料的层处于张应力的状态。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述应变半导体材料的层包括拉伸应变硅层。5.根据权利要求1至权利要求4中的任意一项所述的方法，其进一步包括形成具有至少1μm的长度的所述至少一个第二鳍，以及形成具有小于1μm的长度的所述至少一个第一鳍。6.根据权利要求1至权利要求4中的任意一项所述的方法，其中进行所述热处理包括在惰性气氛中在950℃和1250℃之间的温度下执行所述热处理1分钟至10小时的时间。7.根据权利要求2至权利要求4中的任意一项所述的方法，其进一步包括在进行所述热处理后并且在形成包括所述至少一个第一鳍和所述至少一个第二鳍的所述另一个的所述p型场效应晶体管前执行以下操作：在所述至少一个第一鳍和所述至少一个第二鳍的所述另一个上沉积外延硅锗合金；执行氧化冷凝工艺以将锗原子引入到所述至少一个第一鳍和所述至少一个第二鳍的所述另一个中并且以在所述至少一个第一鳍和所述至少一个第二鳍的所述另一个的表面上形成氧化硅层；以及去除所述氧化硅层。8.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括在将所述外延硅锗合金沉积在所述至少一个第一鳍和所述至少一个第二鳍的所述另一个上之前，掩模所述至少一个第一鳍和所述至少一个第二鳍的所述一个。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述应变半导体材料的层处于压应力的状态。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述应变半导体材料的层包括压缩应变硅-锗层。11.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括形成具有至少1μm的长度的所述至少一个第二鳍，以及形成具有小于1μm的长度的所述至少一个第一鳍。12.根据权利要求9至权利要求11中的任意一项所述的方法，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗雷德里克·阿利贝尔，皮埃尔·莫林，
申请(专利权)人：索泰克公司，意法半导体公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR