具有用于有效应力转移的MOS晶体管的半导体装置制造方法及图纸

本申请案涉及一种具有用于有效应力转移的MOS晶体管的半导体装置。本文公开一种方法，所述方法包含：在由STI区围绕的半导体衬底的作用区上形成栅极电极；通过使用所述栅极电极作为掩模将第一掺杂剂植入到所述作用区中以形成LDD区；在所述栅极电极、所述STI区和所述LDD区的顶表面和侧表面上形成衬层膜；在所述栅极电极的所述侧表面上形成侧壁间隔件，其中所述衬层膜插入所述侧表面与所述侧壁间隔件之间；凭借用所述衬层膜覆盖所述STI区和所述LDD区，通过使用所述栅极电极、形成在所述栅极电极的所述侧表面上的所述衬层膜和所述侧壁间隔件作为掩模来植入第二掺杂剂，以形成源极/漏极区；以及移除所述侧壁间隔件。以及移除所述侧壁间隔件。以及移除所述侧壁间隔件。

Semiconductor device with MOS transistor for effective stress transfer

【技术实现步骤摘要】
具有用于有效应力转移的MOS晶体管的半导体装置


[0001]本申请案涉及一种具有用于有效应力转移的MOS晶体管的半导体装置。

技术介绍

[0002]将物理应力施加到沟道区以增加载流子迁移率的方法被公知为用于增加MOS晶体管的切换速率的方法。向沟道区施加物理应力的方法的实例包含用接触蚀刻停止衬层(CESL)覆盖MOS晶体管的方法和在源极/漏极区中嵌入外延层的方法。这些方法在相邻MOS晶体管的栅极电极之间的间隔足够宽的情况下是有效的。然而，当相邻MOS晶体管的栅极电极之间的距离较窄时，这些方法具有对沟道区施加较小的物理应力和载流子迁移率没有充分增加的问题。

技术实现思路

[0003]一方面，本申请案涉及一种设备，其包括：半导体衬底，其具有多个作用区，每个作用区由包括第一绝缘材料的STI区围绕；多个MOS晶体管，其形成在所述多个作用区中，所述多个MOS晶体管中的每一者包含源极/漏极区、在所述源极/漏极区之间的沟道区、以及覆盖所述沟道区的栅极电极，其中栅极绝缘膜插入在所述栅极电极与所述沟道区之间；衬层膜，其连续覆盖所述多个MOS晶体管中的每一者的所述栅极电极和所述源极/漏极区以及所述STI区，所述衬层膜包括不同于所述第一绝缘材料的第二绝缘材料；和拉伸/压缩膜，其覆盖所述衬层膜使得所述拉伸/压缩膜覆盖所述多个MOS晶体管中的每一者的所述源极/漏极区和所述STI区，其中所述衬层膜插入它们之间。
[0004]另一方面，本申请案涉及一种方法，其包括：在由STI区围绕的半导体衬底的作用区上形成栅极电极；通过使用所述栅极电极作为掩模来将第一掺杂剂植入到所述作用区中以形成LDD区；在所述栅极电极、所述STI区和所述LDD区的顶表面和侧表面上形成衬层膜；在所述栅极电极的所述侧表面上形成侧壁间隔件，其中所述衬层膜插入所述侧表面与所述侧壁间隔件之间；凭借覆盖所述STI区和所述LDD区的所述衬层膜，通过使用所述栅极电极、形成在所述栅极电极的所述侧表面上的所述衬层膜和所述侧壁间隔件作为掩模来植入第二掺杂剂，以形成源极/漏极区；以及移除所述侧壁间隔件。
[0005]另一方面，本申请案涉及一种方法，其包括：分别在半导体衬底的第一和第二作用区上形成第一和第二栅极电极；通过使用所述第一和第二栅极电极作为掩模来将第一掺杂剂植入到所述第一和第二作用区中以形成LDD区；在所述第一和第二栅极电极的至少侧表面上形成衬层膜；在所述第一和第二栅极电极的所述侧表面上形成第一侧壁间隔件，其中所述衬层膜插入所述侧表面与所述第一侧壁间隔件之间；移除所述第一栅极电极的所述侧表面上的所述第一侧壁间隔件，使得所述第二栅极电极的所述侧表面上的所述第一侧壁间隔件保留；在所述第一栅极电极的所述侧表面上形成第二侧壁间隔件，其中所述衬层膜插入所述侧表面与所述第二侧壁间隔件之间，且在所述第二栅极电极的所述侧表面上形成第二侧壁间隔件，其中所述衬层膜和所述第一侧壁间隔件插入所述侧表面与所述第二侧壁间
隔件之间；通过使用所述第一和第二栅极电极、所述衬层膜、所述第一侧壁间隔件和所述第二侧壁间隔件作为掩模来植入第二掺杂剂以形成源极/漏极区；以及移除所述第一和第二侧壁间隔件。
附图说明
[0006]图1是根据本公开的半导体装置的框图；
[0007]图2是MOS晶体管的示意性平面图；
[0008]图3A是沿图2中所展示的线A
‑
B的示意性横截面，并且展示构成外围装置的MOS晶体管的配置；
[0009]图3B是沿图2中所展示的线A
‑
B的示意性横截面，并且展示构成间距装置的MOS晶体管的配置；
[0010]图4到9是用于解释根据本公开的半导体装置的制造工艺的工艺图，并且展示构成外围装置的MOS晶体管和构成间距装置的MOS晶体管所共用的制造工艺；
[0011]分别表示为“A”的图10到16是用于解释根据本公开的半导体装置的制造工艺的工艺图，并且展示构成外围装置的MOS晶体管的制造工艺；和
[0012]分别表示为“B”的图10到16是用于解释根据本公开的半导体装置的制造工艺的工艺图，并且展示构成间距装置的MOS晶体管的制造工艺。
具体实施方式
[0013]下文将参考附图详细地解释本专利技术的各种实施例。以下详细描述参考附图，所述附图通过说明的方式展示其中可实践本专利技术的特定方面及实施例。足够详细地描述这些实施例以使所属领域的技术人员能够实践本专利技术。可利用其它实施例，且可在不背离本专利技术的范围的情况下进行结构、逻辑及电改变。本文中所公开的各种实施例不一定是互斥的，因为一些所公开实施例可与一或多个其它所公开实施例组合以形成新实施例。
[0014]图1中所展示的半导体装置例如是DRAM(动态随机存取存储器)，并且包含含有多个存储器单元的存储器单元阵列1、连接到存储器单元阵列1的外围电路(间距装置)2、连接到外围电路(间距装置)2的外围电路(外围装置)3、以及连接到外围装置3的外部端子4。间距装置2是直接连接到存储器单元阵列1的电路，并且包含感测放大器、位线均衡器、列开关、子字驱动器、用于本地I/O线的上拉电路、用于感测放大器的激活电路等。外围装置3是包含在半导体装置中的其它外围电路，并且包含解码器、计数器、时钟控制电路、FIFO(先进先出)电路、输入/输出电路等。存储器单元阵列1中的存储器单元以最小间距布置。由于间距装置2是直接连接到存储器单元阵列1的电路，所以构成间距装置2的MOS晶体管也以与存储器单元的间距相同的间距布置。相反，构成外围装置3的MOS晶体管以比构成间距装置2的MOS晶体管的间距更大的间距布置。因此，构成间距装置2的MOS晶体管的间距小于构成外围装置3的MOS晶体管的间距。
[0015]如图2中所展示，包含在间距装置2和外围装置3中的每个MOS晶体管具有一对源极/漏极区50，以及在平面图中定位于源极/漏极区50之间的栅极电极30。虚设栅极电极30d分别放置在源极/漏极区50与栅极电极30相对的侧上。在图3A中展示构成外围装置3的MOS晶体管的结构，且在图3B中展示构成间距装置2的MOS晶体管的结构。如图3A和3B中所展示，
包含在间距装置2和外围装置3中的每个MOS晶体管形成在包含半导体衬底的作用区10中。作用区10由STI(浅沟槽隔离)区20围绕。STI区20包含含有氧化硅的SOD膜21、氮化硅膜22和氧化硅膜23。在作用区10中提供LDD(轻掺杂漏极)区51和源极/漏极区52。LDD区51可具有包含HALO区的LDD/HALO结构。一对源极/漏极区52之间的区是沟道区53。用栅极绝缘膜31覆盖沟道区53。在栅极绝缘膜31上提供包含多晶硅膜32和钨膜33的栅极电极30。可在栅极绝缘膜31与多晶硅膜32之间提供金属栅极。用包含氮化硅的栅极盖34覆盖栅极电极30的顶部部分。用包含氮化硅的侧壁膜41覆盖栅极电极30和栅极盖34的侧表面。此外，用包含氮化硅的衬层膜42覆盖侧壁膜41和栅极盖34。衬层膜42不仅覆盖栅极电极30的侧表面和顶表面，而且连续地覆盖源极/漏极区52本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种设备，其包括：半导体衬底，其具有多个作用区，每个作用区由包括第一绝缘材料的STI区围绕；多个MOS晶体管，其形成在所述多个作用区中，所述多个MOS晶体管中的每一者包含源极/漏极区、在所述源极/漏极区之间的沟道区、以及覆盖所述沟道区的栅极电极，其中栅极绝缘膜插入在所述栅极电极与所述沟道区之间；衬层膜，其连续覆盖所述多个MOS晶体管中的每一者的所述栅极电极和所述源极/漏极区以及所述STI区，所述衬层膜包括不同于所述第一绝缘材料的第二绝缘材料；和拉伸/压缩膜，其覆盖所述衬层膜使得所述拉伸/压缩膜覆盖所述多个MOS晶体管中的每一者的所述源极/漏极区和所述STI区，其中所述衬层膜插入它们之间。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述衬层膜包含覆盖所述栅极电极的侧表面的侧壁区段，以及其中所述拉伸/压缩膜包含覆盖所述衬层膜的所述侧壁区段的侧壁区段，而在它们之间并未插入有包括所述第一绝缘材料的绝缘膜。3.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个作用区包含第一作用区及第二作用区，其中所述多个MOS晶体管中的所述每一者进一步包含在所述源极/漏极区中的每一者与所述沟道区之间的LDD区，及其中所述第一作用区中的所述多个MOS晶体管中的一者的所述LDD区的长度短于所述第二作用区中的所述多个MOS晶体管中的另一者的所述LDD区的长度。4.根据权利要求3所述的设备，其中所述多个MOS晶体管中的每一者形成在所述第一和第二作用区中的任一者中，以及其中所述第一作用区中的所述多个MOS晶体管的所述栅极电极的间距小于所述第二作用区中的所述多个MOS晶体管的所述栅极电极的间距。5.根据权利要求4所述的设备，其进一步包括存储器单元阵列，所述存储器单元阵列包含以预定间距布置的多个存储器单元，其中所述第一作用区中的所述多个MOS晶体管的所述栅极电极的所述间距大体上与所述预定间距相同。6.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一绝缘材料包含氧化硅。7.根据权利要求6所述的设备，其中所述第二绝缘材料包含氮化硅。8.一种方法，其包括：在由STI区围绕的半导体衬底的作用区上形成栅极电极；通过使用所述栅极电极作为掩模来将第一掺杂剂植入到所述作用区中以形成LDD区；在所述栅极电极、所述STI区和所述LDD区的顶表面和侧表面上形成衬层膜；在所述栅极电极的所述侧表面上形成侧壁间隔件，其中所述衬层膜插入所述侧表面与所述侧壁间隔件之间；凭借覆盖所述STI区和所述LDD区的所述衬层膜，通过使用所述栅极...

【专利技术属性】
技术研发人员：今本拓也，
申请(专利权)人：美光科技公司，
类型：发明
国别省市：