具有晶格不相称区的变形沟道晶体管结构及其制造方法技术

一种具有晶格不相称区的变形沟道晶体管结构，其特征在于所述变形沟道晶体管结构包括：　　　　一变形沟道区，包括具有第一自然晶格常数的第一半导体材料；　　　　一覆盖该变形沟道区的栅极介电质层；　　　　一覆盖该栅极介电质层的栅极电极；以及　　　　一源极区与漏极区位于该变形沟道区相对相邻处，该源极与／或漏极包含一晶格不相称区，该晶格不相称区包括具有第二自然晶格常数的第二半导体材料，该第二自然晶格常数与该第一自然晶格常数相异。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种具有晶格不相称区的半导体组件及其制造方法，特别关于一种变形沟道晶体管结构及其制造方法。
技术介绍
近十几年来，随着金氧半场效晶体管(metal-oxide-semiconductorfield effect transistor，MOSFET)尺寸的缩小，包括栅极长度与栅极氧化层厚度的缩小，已使得持续改善速度效能、密度与每单位IC(integrated circuits)成本成为可能。为了更进一步提升晶体管的效能，可利用在晶体管沟道的应变(strain)来改善载子迁移率，以达到提升晶体管效能的目的，进而使组件比例缩小。以下介绍几个使沟道区应变的既有方法在一常见方法，如于1992年12月在加州旧金山InternationalElectron Devices Meeting所出版的J.Welser et al.中1000-1002页的“NMOS and PMOS transistors fabricated in strainedsilicon/relaxed silicon-germanium structures”所述，一松散硅锗(SiGe)缓冲层110用来做下方的沟道区126，如图1A所示；在图1B与图1C中，利用一相异晶格常数的简单区块来表示在缓冲层110里的松散硅锗层114与应变硅层130的横截面；在图1B中，区块135表示硅的自然晶格常数，该晶格常数比区块115硅锗的自然晶格常数小；在图1C中，当一磊晶硅薄膜(区块135)长在松散硅锗层114(区块115)上时，区块135中硅的单位晶格136会横向延伸，产生一二维拉伸应力，使该磊晶硅薄膜变成应变硅层130，如图1A所示。在图1A中，一晶体管长在该应变磊晶硅层130上，使沟道区126处于此二维拉伸应力中，此自然晶格常数为此半导体于常压室温下的晶格常数。此法中，松散硅锗层114是一位于沟道区126下的应力区(stressor)，该应力区使沟道区126产生应变，受一二维拉伸应力的硅沟道对整个晶体管中电子与电洞迁移率有很大提升。在上述方法中，磊晶硅层130在晶体管形成前就已应变，因此，之后CMOS的高温制程所可能产生的应变松散(strain relaxation)需特别注意；另外，由于硅锗缓冲层110的厚度是以微米的等级在成长，所以此法非常昂贵；此外，松散硅锗层114中存在许多脱格(dislocation)现象，有些还会增生到应变硅层130中，产生高缺陷密度，使晶体管效能受到负面影响。在其它方法中，沟道区于晶体管形成后才应变。在此方法中，一高应力膜220形成于整个晶体管结构250上，如图2所示；作为应力区的高应力膜220对沟道区206产生重大影响，它使沟道区206晶格间隙(lattice spacing)改变且产生应变；在此例中，应力区位于整个晶体管结构250上方，详细的描述请参考A.Shimizu et al.，“Local mechanicalstress control(LMC)a new technique for CMOS performanceenhancement”，pp.433-436 of the Digest of Technical Papers of the2001 International Electron Device Meeting；高应力膜220所产生的应变本质上被认为是与源极到漏极平行的一维方向，然而，在源极到漏极的一维拉伸应力应变减低了电洞迁移率，且一维压缩应力减低了电子迁移率；锗的离子植入被用来选择性地减轻该应变，使电洞或电子迁移率不会降低，但由于N与P沟道晶体管很靠近，所以此植入有困难。
技术实现思路
本专利技术的主要目的为提供一种具有变形沟道区的晶体管结构。本专利技术的另一目的就是提供一种变形沟道晶体管结构，该结构靠近变形沟道区的部分源极区与/或漏极区为晶格不相称区，该晶格不相称区受沟道区影响。本专利技术的另一目的就是提供一种变形沟道晶体管的制造方法。为达上述目的，本专利技术提供一变形沟道晶体管极结构，包括一变形沟道区、一栅极介电层、一栅极电极与一源极区与漏极区；该基底包含一第一自然晶格常数的第一半导体材料、该栅极介电层位于变形沟道区上、栅极电极位于栅极介电层上、源极区与漏极区位于变形沟道区的相对邻近处，且源极区与/或漏极区包含一晶格不相称区，此区包含一第二自然晶格常数的第二半导体材料，此第二自然晶格常数与第一自然晶格常数相异。本专利技术进一步提供一制造变形沟道晶体管的方法首先一基底具有一沟道区，此基底包含一第一自然晶格常数的第一半导体材料；在一表面，栅极介电层位于此沟道区上，且一栅极电极位于此栅极介电层上，然后一第一源极区与漏极区形成于沟道区相对邻近处，接着一间隙壁形成于栅极电极侧壁，此间隙壁覆盖一部分基底表面，接着凹蚀掉未被间隙壁与栅极电极覆盖的基底表面，再将此凹蚀处以具有第二自然晶格常数的第二半导体材料填充，此第二自然晶格常数与第一自然晶格常数相异，形成一晶格不相称区，该区会使沟道区应变。最后，一第二源极区形成于第一源极区邻近处、一第二漏极区形成于第一漏极区邻近处，第二源极区与/或第二漏极区包含晶格不相称区。本专利技术进一步提供另一种制造变形沟道晶体管的方法首先一基底具有一沟道区，此基底包含一第一自然晶格常数的第一半导体材料；在一表面，栅极介电层位于此沟道区上、一栅极电极位于此栅极介电层上、一源极区与漏极区位于沟道区相对邻近处，且一间隙壁位于栅极电极侧壁，此间隙壁覆盖一部分基底表面，然后凹蚀源极区与/或漏极区，最后，以具第二自然晶格常数的第二半导体材料填充此凹蚀处，此第二自然晶格常数与第一自然晶格常数相异，形成一晶格不相称区，该区会使沟道区应变。本专利技术进一步再提供另一种制造变形沟道晶体管的方法首先一基底具有一沟道区，此基底包含一第一自然晶格常数的第一半导体材料；在一表面，栅极介电层位于此沟道区上、一栅极电极位于该栅极介电层上，且一间隙壁位于栅极电极侧壁，此间隙壁覆盖一部分基底表面，然后凹蚀未被间隙壁与栅极电极覆盖的基底表面，形成一凹蚀处，最后，一源极区与漏极区形成于沟道区相对邻近处，源极区与/或漏极区包含晶格不相称区。本专利技术最后再进一步提供另一种制造变形沟道晶体管的方法首先一基底具有一沟道区，此基底包含一半导体材料，在一表面，一栅极介电层位于该沟道区上、一栅极电极位于栅极介电层上、一源极区与漏极区位于沟道区相对邻近处，且一间隙壁位于栅极电极侧壁，该间隙壁覆盖一部分基底表面。最后，于源极区与/或漏极区植入一元素，该元素具有与此半导体材料相异的原子尺寸，形成一晶格不相称区，该区会使沟道应变。本专利技术利用一种非常简单的结构与制造方法来增进在晶体管中沟道区的变形，进而增进晶体管中载子的迁移率；如此可增进晶体管的驱动电流，进而改进电路速度。附图说明图1A至图1C为一系列常见的应变硅晶体管剖面图，该晶体管具有一松弛硅锗层作为应力区，使磊晶硅层上方产生应变；图2为另一常见的应变硅晶体管剖面图，用以说明利用一高应力膜的应力区使沟道应变；图3A与图3B为一系列使用本专利技术实施例一的变形沟道晶体管结构的剖面图；图4A至图4D为一系列使用本专利技术实施例二的变形沟道晶体管结构的剖面图；图5为本专利技术变形沟道晶体管结构实施例三的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有晶格不相称区的变形沟道晶体管结构，其特征在于所述变形沟道晶体管结构包括一变形沟道区，包括具有第一自然晶格常数的第一半导体材料；一覆盖该变形沟道区的栅极介电质层；一覆盖该栅极介电质层的栅极电极；以及一源极区与漏极区位于该变形沟道区相对相邻处，该源极与/或漏极包含一晶格不相称区，该晶格不相称区包括具有第二自然晶格常数的第二半导体材料，该第二自然晶格常数与该第一自然晶格常数相异。2.根据权利要求1所述的具有晶格不相称区的变形沟道晶体管结构，其特征在于该晶格不相称区域的厚度为10至1000埃。3.根据权利要求1所述的具有晶格不相称区的变形沟道晶体管结构，其特征在于该第一半导体材料包括硅。4.根据权利要求1所述的具有晶格不相称区的变形沟道晶体管结构，其特征在于该第二半导体材料包括硅与锗。5.根据权利要求1所述的具有晶格不相称区的变形沟道晶体管结构，其特征在于该第二半导体材料包括硅与碳。6.根据权利要求4所述的具有晶格不相称区的变形沟道晶体管结构，其特征在于锗在该第二半导体材料中所占的莫耳比为0.1至0.9。7.根据权利要求5所述的具有晶格不相称区的变形沟道晶体管结构，其特征在于碳在该第二半导体材料中所占的莫耳比为0.01至0.04。8.根据权利要求5所述的具有晶格不相称区的变形沟道晶体管结构，其特征在于该第二半导体材料尚包括锗，且在该第二半导体中，锗的莫耳比小于十倍的碳。9.根据权利要求1所述的具有晶格不相称区的变形沟道晶体管结构，其特征在于该变形沟道区受一源极至漏极方向的拉伸应力与一垂直方向的压缩应力作用。10.根据权利要求9所述的具有晶格不相称区的变形沟道晶体管结构，其特征在于该拉伸应力为0.1％至4％且压缩应力为0.1％至4％。11.根据权利要求1所述的具有晶格不相称区的变形沟道晶体管结构，其特征在于该变形沟道区受源极至漏极方向的压缩应力与垂直方向的拉伸应力作用。12.根据权利要求11所述的具有晶格不相称区的变形沟道晶体管结构，其特征在于该压缩应力为0.1％至4％且拉伸应力为0.1％至4％。13.根据权利要求1所述的具有晶格不相称区的变形沟道晶体管结构，其特征在于尚包含一位于该晶格不相称区的覆盖层。14.根据权利要求13所述的具有晶格不相称区的变形沟道晶体管结构，其特征在于该覆盖层包含该第一半导体材料。15.根据权利要求1所述的具有晶格不相称区的变形沟道晶体管结构，其特征在于该源极区包含一源极延伸区与一深源极区，且漏极区包含一漏极延伸区与一深漏极区。16.根据权利要求15所述的具有晶格不相称区的变形沟道晶体管结构，其特征在于该晶格不相称区域横向延伸至源极延伸区与/或漏极延伸区。17.根据权利要求1所述的具有晶格不相称区的变形沟道晶体管结构，其特征在于该晶格不相称区域进一步延伸超过该源极延伸区与/或漏极延伸区。18.根据权利要求1所述的具有晶格不相称区的变形沟道晶体管结构，其特征在于该栅极介电质层的相对介电常数大于5。19.根据权利要求1所述的具有晶格不相称区的变形沟道晶体管结构，其特征在于该栅极介电质层的厚度为3至100埃。20.根据权利要求1所述的具有晶格不相称区的变形沟道晶体管结构，其特征在于该栅极电极包括多晶硅或多晶硅锗。21.根据权利要求1所述的具有晶格不相称区的变形沟道晶体管结构，其特征在于该源极区与漏极区表面尚包括一层导电物质。22.一种具有晶格不相称区的变形沟道晶体管的制造方法，包括提供一基底，该基底具有第一自然晶格常数的第一半导体材料、一栅极介电层位于该基底上、一栅极电极位于该栅极介电层上、一源极区与漏极区位于该栅极介电层相对相邻处以及一间隙壁位于该栅极电极侧壁；凹蚀该源极区与/或漏极区，形成一凹蚀处；以及以一具有第二自然晶格常数的第二半导体材料填充该凹蚀处，形成一晶格不相称区，该第二自然晶格常数与该第一自然晶格常数相异。23.根据权利要求22所述的具有晶格不相称区的变形沟道晶体管的制造方法，其中该源极区包括源极延伸区与/或深源极区。24....

【专利技术属性】
技术研发人员：杨育佳，林俊杰，李文钦，胡正明，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：