具有改善的电荷迁移率的电结构的结构及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种增加电荷载流子迁移率的电结构及其制造方法。所述方法包括在半导体衬底上形成Ｎ型场效应晶体管器件和Ｐ型场效应晶体管器件；在所述Ｎ型场效应晶体管上方形成压应力膜，以便在与所述Ｎ型场效应晶体管器件相关的第一沟道中施加拉应力；并且在所述Ｐ型场效应晶体管器件上方形成拉应力膜，以便在与所述Ｐ型场效应晶体管制造相关的第二沟道中施加压应力。所述方法还包括在与所述Ｎ型场效应晶体管相关的第一栅极和与所述Ｐ型场效应晶体管相关的第二栅极之间形成至少一浅区，以便在所述第一和第二沟道中产生传导应力。

【技术实现步骤摘要】

本公开通常涉及场效应晶体管和互补金属氧化物半导体器件。具体地， 本公开涉及，以便增加 驱动电流容量。
技术介绍
在电子工业中广泛应用例如互补金属氧化物半导体(以下称为CMOS) 的场效应晶体管(以下称为FET) 。 FET应用于几乎每种电路应用，例如， 信号处理、计算和无线通信。对于改善的FET的性能，例如，开关速度、导 通状态电流容量、导通状态与断开状态的电流比，存在持续的需求。这些性 能规格通过增加FET的电荷迁移率而趋向于改善。因而，研究者已经寻找新 的技术以增加FET的电荷载流子的迁移率。已经发现，施加至FET的电流沟道的机械应力可以增加电荷载流子的迁 移率。例长口， Hamada等在IEEE Transactions on Electronic Devices, Vol. 38, No.4, April 1991中的 A New Aspect of Mechanical Stress Effects in Scaled MOS Devices中描述了试验结果，其中作为机械应力的函数测量了 P型 FET(pFET)和N型FET(nFET)晶体管的性能特性。据报道，在pFET器件内 的纵向(即在电流流动方向上)压应力增加了空穴迁移率，而在nFET器件 内的纵向拉应力增加了电子迁移率。通常，应力越大则迁移率越大。但是，已经证明难于将强机械应力引入微制造的FET和CMOS器件中。 一个主要挑战在于在器件中产生应力的技术必须与目前的器件制造实践和 封装技术相容。增加FET中的电荷载流子迁移率的一种众所周知的方法包括 在pFET中引入压应力并且在nFET中引入拉应力。例如，在FET的沟道区 内产生希望的应力的一种通常的方法是通过用应力膜，例如氮化物膜覆盖 FET。因而，压应力氮化物覆盖pFET并且拉应力氮化物覆盖nFET。为了减 小在FET的栅极部的交叠电容，必须减小栅极部的高度。但是，栅极高度的减小引起由应力膜在FET的沟道内产生的应力的减小。因而，具有短栅极的 FET的沟道迁移率恶化。因而，存在对于具有改善的电荷载流子迁移率的改善的FET器件的需 求。本公开的 一个方面是提供一种具有改善的电荷载流子迁移率的场效应晶 体管的新和改善的结构以及制造方法，以便增加驱动电流容量。
技术实现思路
本公开涉及一种新和改善的电结构的制造方法，所述电结构具有改善的 电荷迁移率，并且具有在半导体衬底上形成的N型场效应晶体管器件(nFET ) 和P型场效应晶体管器件(pFET)器件。在一实施例中，描述了一种方法， 所述方法包括在nFET器件上方形成压应力膜，从而在与nFET器件相关的 第一沟道内施加拉应力；并且在pFET器件上方形成拉应力膜，从而在与 pFET器件相关的第二沟道内施加压应力。所述方法还包括在与nFET相 关的第 一栅极和与pFET相关的第二栅极之间形成至少 一 浅区；并且蚀刻在 至少一浅区上方形成的衬垫氮化物层的一部分，从而在第一和第二沟道内产 生传导应力(conductive stress )。此外，所述方法还包括缩短至少一第一和 第二栅极，从而减小第 一 和第二栅极的寄生电容。在 一 实施例中，拉应力膜的形成包括在形成拉应力膜之前蚀刻部分所述 压应力膜。另外，压应力介电层通过在沉积多晶硅之后氧化该多晶硅而形成。 此外，压应力介电层的形成包括硅氧化物緩沖层的毯式沉积。该浅区通过蚀 刻部分拉应力膜而形成。在又一实施例中，增加具有半导体衬底上形成的N型场效应晶体管器件 (nFET)和P型场效应晶体管器件(pFET)器件的电结构中的电荷载流子 迁移率的方法包括在与nFET器件相关的第一栅极上形成压应力膜，从而 在nFET器件的沟道内产生的纵向拉应力；形成至少一相邻于第一栅极和第 二栅极的浅区；并且在与pFET器件相关的第二栅极上形成拉应力膜，从而 在pFET器件的沟道内产生纵向压应力。在该具体实施例中，所述方法还包 括蚀刻在至少一浅区上方形成的部分焊垫氮化物层，以便在第一和第二沟道 内产生传导应力；并且缩短第一栅极和第二栅极，从而减小在第一和第二栅 极内的寄生电容。另外，缩短的第一和第二栅极在尺寸上小于约30nm。此 外，至少 一浅区位于距离第 一栅极和第二栅极约50nm至约400nm处；并且至少一浅区是浅沟槽隔离结构。此外，压应力膜选自由氮化硅和氧氮化硅组成的组；并且拉应力膜选自由氮化硅和氧氮化硅组成的组。在又一实施例中，描述了 一种具有半导体衬底上形成的N型场效应晶体 管器件(nFET)和P型场效应晶体管器件(pFET)器件的电结构。所述电 结构包括覆盖与nFET相关的栅极的压应力膜，其中压应力膜在nFET的沟 道区内产生纵向拉应力；和覆盖与pFET相关的栅极的拉应力膜，其中拉应 力膜在pFET的沟道区内产生压应力。所述电结构还包括位于nFET和pFET 之间的浅区，其中浅区是浅沟槽隔离结构。在一实施例中，浅区位于距离所 述第一和第二栅极约50nm至约400nm处。结合通过实例示出本公开的结构和方法的附图，从下列详细描述，本公 开具有改善的电荷载流子迁移率从而增加驱动电流容量的场效应晶体管的 结构和制造方法的其它特征将变得明显。附图说明以下将参考附图描述本公开的具有改善的电荷载流子迁移率从而增加驱动电流容量的场效应晶体管的结构和制造方法的特征，其中图1示出了具有半导体衬底上形成的nFET和pFET的传统电结构的一部分的简化截面图；图2示出了缩短nFET和pFET的栅极之后的图1的电结构；图3示出了根据本公开的压应力氮化物膜沉积之后的图2的电结构；图4示出了光致抗蚀剂构图之后的图3的电结构；图5示出了部分去除第一介电应力层之后的图4的电结构；图6示出了拉应力氮化物膜沉积和光致抗蚀剂构图之后的图5的电结构；图7示出了界定浅区的蚀刻工艺之后的图6的电结构； 图8示出了衬垫氮化物层沉积之后的图7的电结构；以及 图9是示出根据本公开的在具有在半导体衬底上形成的pFET和nFET 的电结构内增加电荷载流子迁移率的方法的典型工艺流程图。具体实施方式现将参考附图，详细描述本公开的结构的实施例和在电结构中增加电荷载流子迁移率的方法，在附图中相似的参考标号指示相同或对应的元件。在 下列描述中，所提供的各种具体细节，例如具体的结构、组件、材料、尺寸、 工艺步骤和技术，被阐述以有利于透彻地理解本公开。但是，本领域的普通节。在另外的例子中，未详细描述众所周知的结构和工艺步骤，以便避免使 本公开模糊。应当理解当一层被称为在另一层上，，或上方，，时，其可以直接在其 它元件上，或者也可以存在居间层。与此相反，当一层被称为在另一层直 接上，，或者直接上方时，则不存在居间层。应当理解，当一层被称为连 接或耦合，，至另一层时，其可以直接连接至或耦合至另一层或者还可以 存在居间层。与此相反，当一层被称为直接连接或者直接耦合至另 一层时，则不存在居间层。尽管本^^开参考典型的nFET和pFET器件(例如CMOS )进行了描述，图1 - 9示出了具有在半导体衬底上形成的nFET和pFET器件的电结构 的典型制造方法。具体地，本公开提供了具有应力沟道区的nFET和pFET 器件，以便提高电荷载流子的迁移率。更具体地，在半导体衬底上方形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有改善的电荷迁移率且具有形成于半导体衬底上的Ｎ型场效应晶体管器件和Ｐ型场效应晶体管器件的电结构的制造方法，所述方法包括：在所述Ｎ型场效应晶体管器件上方形成压应力膜，从而在与所述Ｎ型场效应晶体管器件相关的第一沟道中施加拉应力；并 且在所述Ｐ型场效应晶体管器件上方形成拉应力膜，从而在与所述Ｐ型场效应晶体管器件相关的第二沟道中施加压应力。

【技术特征摘要】
US 2007-1-18 11/624,3751.一种具有改善的电荷迁移率且具有形成于半导体衬底上的N型场效应晶体管器件和P型场效应晶体管器件的电结构的制造方法，所述方法包括在所述N型场效应晶体管器件上方形成压应力膜，从而在与所述N型场效应晶体管器件相关的第一沟道中施加拉应力；并且在所述P型场效应晶体管器件上方形成拉应力膜，从而在与所述P型场效应晶体管器件相关的第二沟道中施加压应力。2. 根据权利要求1的电结构的制造方法，还包括在与所述N型场效应晶体管相关的第 一栅极和与所述P型场效应晶体管 相关的第二栅极之间形成至少一浅区；并且在所述至少一浅区上方蚀刻衬垫氮化物层部分，从而在所述第一和第二 沟道中产生传导应力。3. 根据权利要求1的电结构的制造方法，还包括缩短所述第一和第二 栅极的至少之一，从而减小所述第一和第二栅极的寄生电容。4. 根据权利要求1的电结构的制造方法，其中所述形成拉应力膜包括 在形成所述拉应力膜之前蚀刻部分所述压应力膜。5. 根据权利要求1的电结构的制造方法，其中所述压应力介电层通过 在沉积多晶硅之后氧化所述多晶硅而形成。6. 根据权利要求1的电结构的制造方法，其中所述压应力介电层的形 成包括毯式沉积硅氧化物緩沖层。7. 根据权利要求1的电结构的制造方法，其中所述浅区通过蚀刻部分 所述拉应力力莫而形成。8. —种增加具有在半导体衬底上形成的N型场效应晶体管器件和P型 场效应晶体管器件的电结构的电荷载流子迁移率的方法，所述方法包括在与所述N型场效应晶体管器件相关的第 一栅极上形成压应力膜，从而在所述N型场效应晶体管器件的沟道内产生纵向拉应力； 相邻于所述第 一栅极和第二栅极形成至少 一浅区；并且 在与所述P型场效应晶体管器件相关的第二栅极上形成拉应力膜，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱慧珑，王敬，
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]