用于电荷载流子迁移率改进的旋转剪切应力制造技术

采用具有被隔离沟槽环绕的有源区（１１）台面结构的半导体衬底的半导体结构及其制造方法。具有第一应力的第一隔离区（１２）位于隔离沟槽中。具有不同于第一应力的第二应力的第二隔离区（１６ａ，１６ｂ）也位于隔离沟槽中。第一隔离区和第二隔离区的大小和位置使得能够向有源区台面结构施加旋转剪切应力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总的涉及半导体结构内的物理应力.更具体地，本专利技术涉 及半导体结构内物理应力诱发的电荷栽流子迁移率改进。
技术介绍
半导体器件设计和研发的最近进展已经涉足了将应用物理应力 引入半导体器件元件.应用物理应力常常导致电荷栽流子迁移率改 进.具体地，增强的电荷栽流子迁移率通常导致增强的半导体器件性 能.存在半导体器件内应力诱发性能增强的多个实例.例如，Doris 等在美国专利6，717，216中教导了 一种绝缘体上硅(SOI)场效应晶体 管(FET),其在底切区(undercut area)中具有压应力以提供器件 中的增加的电荷栽流子迁移率.此外，已知半导体结构内的各个位置中的压应力或拉应力提供电 荷栽流子迁移率改进的其它实例.典型地，n-FET和p-FET器件对压 应力和拉应力的反应不同，原因在于作为若干变量(包括例如半导体 衬底掺杂和晶体取向)的函数，压电电阻系数典型地不同.因此，n-FET 和p-FET器件内的应力分量常常需要特别设计和优化.半导体器件设计和研发的一个趋势是以较小的尺寸持续增强性能.因此，进而提供具有增强性能的半导体器件的新颍结构和方法的 需求持续存在.为此，施加了物理应力的半导体结构的使用有可能持 续.有利地使用物理应力进行半导体器件性能增强的替代半导体器件 结构和制造方法是理想的.
技术实现思路
本专利技术提供一种具有增强性能的半导体结构，以及用于制造这种 半导体结构的方法。具体地，本专利技术提供一种半导体结构和用于制造该半导体结构的方法，其中将旋转(rotational)剪切应力引入该结构 中以增强其性能.旋转剪切应力的引入适用于创造性结构和创造性方 法。根据本专利技术，半导体结构包括半导体衬底，其具有被隔离沟槽环 绕的有源区台面结构(mesa).半导体结构还包括具有笫一应力的笫 一隔离区，其位于所述隔离沟槽中.半导体结构还包括具有不同于第 一应力的第二应力的第二隔离区，其也位于所述隔离沟槽中.其中第 一隔离区和笫二隔离区的大小和位置使得能够将旋转剪切应力^P 到有源区台面结构中.用于制造创造性半导体结构的方法从半导体结构本身导出并与 其相关联.为此，该创造性方法首先提供半导体衬底，该半导体衬底 具有被隔离沟槽环绕的有源区台面结构.该方法还包括在隔离沟槽中 形成具有第一应力的第一隔离区.最后，该方法还包括在隔离沟槽中 形成具有不同于第一应力的第二应力的笫二隔离区.在本方法中，选 择所述第一隔离区和所述第二隔离区的大小和位置，以将旋转剪切应 力施加到所述有源区台面结构中.上述创造性结构和创造性方法还设定笫一隔离区和笫二隔离区 可以包括单一化学材料，例如氣化硅材料.该方法还提供一种特定的 硅氧化工艺以形成氧化硅材料.在本专利技术中，旋转剪切应力，，指的是有源区台面结构经受旋转 力，如果有源区台面结构未附接到半导体衬底，則旋转力将相对于半 导体衬底旋转有源区台面结构.所迷旋转将沿垂直穿过有源区台面结 构的露出表面的轴进行.由于有源区台面结构集成到半导体衬底并且 一般与半导体衬底不可分离，因此不能自由地旋转以释放上迷旋转 力.相反，有源区台面结构经受由未被释放的旋转力所导致的旋转剪 切应力.由于旋转力是半导体村底上的有源区台面结构的高度间隙 (height interval )的函数，因此有源区台面结构的变形能力存在差异，从而导致旋转剪切应力内的剪切.在观测到对于特定半导体衬底成分和取向而言旋转剪切应力的压电电阻系数可能特别高的基础上预期本专利技术.例如，处于x = (110 )， y- (-110),和z- (001)的正交(normal)取向的p硅对于xy平 面内的旋转剪切应力具有138.1 e-ll/Pa的特别高的压电电阻系数。因 此，对于上述半导体衬底材料和晶体取向，本专利技术提供与旋转剪切应 力相关的相当大的电荷栽流子迁移率增强.本专利技术还适用于其它半导 体衬底，但是将提供以电荷栽流子迁移率作为量度的不同程度的性能 增强。附困说明本专利技术的目的、特征和优点在如下文提出的优选实施例的描迷上下文中将得到理解.优选实施例的描述在附图上下文中进行理解，附 图构成本申请公开的材料部分，在附困中附图说明图1、图2和图3示出例示本专利技术的三个单独实施例的一系列示意平面困，图4至图8示出例示根据本专利技术第一实施例制造半导体结构中的 i^艮阶段的结果的截面示意图，具体实施方式本专利技术提供一种半导体结构和制造该半导体结构的方法.利用位 于隔离沟槽内的最小的两元件隔离区，可以制造具有针对电荷栽流子 迁移率的增强性能的半导体结构，其中该隔离沟槽环绕半导体结构内的有源区台面结构(mesa).两元件隔离区包括笫一隔离区，其具 有笫一应力；和笫二隔离区，其具有不同于笫一应力的第二应力.笫 一隔离区和笫二隔离区的大小和位置使得能够向有源区台面结构施 加旋转剪切应力.旋转剪切应力影响有源区台面结构内的电荷栽流子 迁移率.困l示出根据本专利技术笫一实施例的半导体结构的示意平面困.图1示出有源区台面结构11.有源区台面结构ll被第一隔离区12完全环绕， 一对笫二隔离区16a和16b在有源区台面结构11的相 对角处与有源区台面结构11邻接.笫二隔离区16a和16b并不像笫 一隔离区12那样完全环绕有源区台面结构11.典型地，有源区台面 结构11的面积大小能够容纳亚微米器件，尽管这并不是本专利技术的要 求或限制.典型地，这对笫二隔离区16a和16b的面积或体积大小为 笫一隔离区12的面积或体积的约5%至约10%.本专利技术并不限于此. 隔离区(例如笫一隔离区12和该对第二隔离区16a和16b)的更大的 面积或体积比率也落在本专利技术的范围内。当笫二隔离区16a和16b包括具有压应力的隔离材料时，这些隔 离区将顺时针方向的旋转剪切应力施加到有源区台面结构11中.由 具有拉应力的材料构成的第二隔离区16a和16b将逆时针方向的旋转 剪切应力施加到有源区台面结构11中.在第一实施例中，优选顺时 针方向的旋转剪切应力.进而，当有源区台面结构包含具有如上所述 晶体取向的p硅材料时，上迷应力提供增强的空穴栽流子迁移率.增 强的空穴栽流子迁移率是理想的，因为它进而提供了 p沟道器件(例 如p-FET)的增强的性能.如在以下进一步细节中所例示的(参见例如图7和图8)，垂直 地位于如图1所示的有源区台面结构11内的中心的沟道区进一步从 顺时针旋转剪切应力中受益，因为顺时针旋转剪切应力还施加纵向压 应力和横向拉应力到沟道区中.这些附加的应力也都对于p - FET器 件内的电荷栽流子迁移率增强有益.困2示出本专利技术的笫二实施例的平面示意困.笫二实施例也示出 完全被笫一隔离区12，环绕的有源区台面结构11.笫一隔离区12，与 困1所示的笫一隔离区12的尺寸稍有不同. 一对笫二隔离区16c和 16d的位置与有源区台面结构ll接触，但是与困l所示的笫二隔离区 16a和16b相比位于不同的位置，并且具有不同的偏移量(offset).在第二实施例中， 一对笫二隔离区16c和16d也由具有拉应力或 压应力的笫二隔离材料构成.优选拉应力.这在有源区台面结构11内产生了优选的顺时针旋转剪切应力。因此，当有源区台面结构11 包含上述晶体取向的P硅材料时，在第二实施例中也实现了增强的空 穴栽流子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体结构，包括：半导体衬底，具有被隔离沟槽环绕的有源区台面结构；具有第一应力的至少一个第一隔离区，位于所述隔离沟槽中；以及具有不同于所述第一应力的第二应力的至少一个第二隔离区，也位于所述隔离沟槽中，其中所述第一隔离区和所述第二隔离区的大小和位置使得能够向所述有源区台面结构施加旋转剪切应力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-11-14 11/164,1791.一种半导体结构，包括半导体衬底，具有被隔离沟槽环绕的有源区台面结构；具有第一应力的至少一个第一隔离区，位于所述隔离沟槽中；以及具有不同于所述第一应力的第二应力的至少一个第二隔离区，也位于所述隔离沟槽中，其中所述第一隔离区和所述第二隔离区的大小和位置使得能够向所述有源区台面结构施加旋转剪切应力。2. 如权利要求l的半导体结构，其中所迷笫一隔离区和所述笫 二隔离区接触所述有源区台面结构.3. 如权利要求l的半导体结构，其中所述笫一隔离区和所迷第 二隔离区仅其中之一接触所述有源区台面结构.4. 如权利要求1的半导体结构，其中所述隔离沟槽为浅隔离沟槽.5. 如权利要求1的半导体结构，其中所述旋转剪切应力是顺时 针方向的.6. 如权利要求l的半导体结构，其中所述旋转剪切应力是逆时 针方向的.7. 如权利要求1的半导体结构，还包括位于所述有源区台面 结构上的半导体器件.8. 如权利要求7的半导体结构，其中所迷半导体器件为场效应 晶体管.9. 一种半导体结构，包括半导体衬底，具有被隔离沟槽环绕的有源区台面结构； 具有笫一应力的至少一个第一隔离区，位于所述隔离沟槽中；以及具有不同于所述笫一应力的笫二应力的至少一个第二隔离区，也 位于所述隔离沟槽中，其中所述第一隔离区和所述第二隔离区的大小和位置使得能够向所述有源区台面结构施加旋转剪切应力，以及；所述第一隔离区和所述笫二隔离区由相同的化学成分构成...

【专利技术属性】
技术研发人员：D齐达姆巴劳，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]