專利名稱：具有模擬晶體管的半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，更具體而言，涉及一種具有改善的閃爍噪聲特性的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
目前的半導(dǎo)體制造工藝中，器件尺寸正變得越來越小。由于這種尺寸減小，正在研發(fā)提高電子和空穴的遷移率的方法。一種這樣的方法在半導(dǎo)體的溝道區(qū)域中引起應(yīng)變。然而，應(yīng)變模擬MOS晶體管(strained analog MOStransistor)易于表現(xiàn)出劣化的閃爍噪聲特性。即使應(yīng)變技術(shù)可以具有提高模擬MOS晶體管的互導(dǎo)和截止頻率特性的效能，其也不是提高電子和空穴的遷移率的最有效的方法。特別是，在包括數(shù)字和模擬MOS晶體管以提供完全集成功能的大規(guī)模集成電路(LSI)中，將應(yīng)變技術(shù)同時(shí)應(yīng)用到數(shù)字MOS晶體管和模擬MOS晶體管兩者可能是不適宜的。因此，需要能夠通過改善操作和噪聲特性兩者來實(shí)現(xiàn)協(xié)同作用的半導(dǎo)體器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的示例性實(shí)施例有關(guān)于一種半導(dǎo)體器件，該器件含有襯底，設(shè)置在所述襯底上的模擬NMOS晶體管，以及設(shè)置在所述襯底上的壓縮應(yīng)變溝道模擬PMOS晶體管。第一蝕刻停止襯層(ESL)覆蓋所述NMOS晶體管，第二ESL覆蓋所述PMOS晶體管，其中在500Hz的頻率，與參考未應(yīng)變溝道模擬NMOS和PMOS晶體管的閃爍噪聲功率相比，與所述NMOS和PMOS晶體管相關(guān)的閃爍噪聲功率的相對(duì)測(cè)量分別小于1。


圖1示出了用于評(píng)估根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的模擬MOS晶體管的噪聲功率特性的參考未應(yīng)變溝道模擬MOS晶體管的截面圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的壓縮應(yīng)變溝道模擬PMOS晶體管的截面圖；圖3-5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的模擬NMOS晶體管的截面圖；圖6示出了利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(CVD)方法形成的SiON層的應(yīng)力測(cè)量與氫濃度測(cè)量之間關(guān)系的曲線；圖7-11表示了用于確定影響閃爍噪聲的因素的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；圖12A-12E示出了用于解釋半導(dǎo)體器件的制造方法的截面圖；圖13示出了引發(fā)壓縮應(yīng)變的SiON層的氫濃度的紅外線(IR)測(cè)量與引發(fā)拉伸應(yīng)變的SiON層的氫濃度的IR測(cè)量之間關(guān)系的曲線；以及圖14示出了用于解釋根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法的截面圖，所述半導(dǎo)體器件包括具有通過壓縮應(yīng)變柵極而被拉伸性地應(yīng)變的溝道的NMOS器件。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將參照附圖更充分地描述本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以多種不同形式實(shí)施，而不應(yīng)解釋為僅限于在此描述的實(shí)施例。而且，提供這些實(shí)施例是為了使本公開透徹而完全，并將本發(fā)明的范圍充分告知本領(lǐng)域技術(shù)人員。在圖中，通篇用相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。
圖1-5示出了半導(dǎo)體器件的示意圖，所述半導(dǎo)體器件包括應(yīng)變溝道模擬PMOS晶體管2100(圖2)和應(yīng)變或未應(yīng)變溝道模擬NMOS晶體管3100、4100和5100(圖3-5)的各種組合。通過向典型的溝道施加壓縮或拉伸應(yīng)力來得到應(yīng)變溝道從而能夠改變載流子(電子或空穴)的遷移率μ。在與參考未應(yīng)變溝道模擬PMOS晶體管2000相同的頻率的閃爍噪聲功率相比，PMOS晶體管2100的500Hz頻率下的閃爍(1/f)噪聲功率(Svg(V2/Hz))的相對(duì)測(cè)量小于1。類似地，在與參考未應(yīng)變溝道模擬NMOS晶體管1000相同的頻率下與閃爍噪聲功率相比，NMOS晶體管3100、4100和5100的500Hz頻率下的閃爍噪聲功率的相對(duì)測(cè)量也小于1。因此，PMOS晶體管2100和NMOS晶體管3100、4100、5100的閃爍噪聲特性不小于參考未應(yīng)變溝道模擬PMOS晶體管200和NMOS晶體管1000的閃爍噪聲特性。
參考未應(yīng)變溝道模擬MOS晶體管1000和2000具有與PMOS晶體管2100和NMOS晶體管3100、4100、5100相同的設(shè)計(jì)規(guī)則并且由與PMOS晶體管2100和NMOS晶體管3100、4100、5100相同的材料形成。參考未應(yīng)變溝道模擬晶體管1000和2000是具有沒有引發(fā)應(yīng)變的溝道的MOS晶體管。也就是說，圖1所示的參考未應(yīng)變溝道模擬MOS晶體管1000和2000在溝道中引發(fā)了小于±|2|Gdyne/cm2的應(yīng)力或者沒有引發(fā)任何應(yīng)力。蝕刻停止襯層(etch stop liner，ELS)1152a和1152b可以是引發(fā)了小于±|2|Gdyne/cm2的應(yīng)力的中性ELS(NESL)，并且可以具有小于1×1022/cm2、特別是小于1×1021/cm2的氫濃度。
應(yīng)變溝道模擬NMOS晶體管3100(圖3)、4100(圖4)和5100(圖5)以及參考未應(yīng)變溝道模擬NMOS晶體管1000(圖1)可以包括襯底100，薄地形成在襯底100中的淺溝槽隔離(STI)102，形成在由STI 102限定的有源區(qū)中的n型源極/漏極區(qū)128a，以及形成在n型源極/漏極區(qū)128a之間的溝道區(qū)104a。NMOS晶體管還包括形成在溝道區(qū)104a上的柵極120，夾置在襯底100與柵極120之間的柵極絕緣層110，以及形成在柵極120側(cè)壁上的間隙壁123。金屬硅化物層130可以形成在柵極120上和/或分別形成在n型源極/漏極區(qū)128a中。
同樣地，應(yīng)變溝道模擬PMOS晶體管2100以及參考未應(yīng)變溝道模擬PMOS晶體管2000可以包括襯底100，薄地形成在襯底100中的STI 102，形成在由STI 102限定的有源區(qū)中的p型源極/漏極區(qū)128b，以及形成在p型源極/漏極區(qū)128b之間的溝道區(qū)104b。PMOS晶體管還包括形成在溝道區(qū)104b上的柵極120，夾置在襯底100與柵極120之間的柵極絕緣層110，以及形成在柵極120側(cè)壁上的間隙壁123。金屬硅化物層130可以形成在柵極120上和/或分別形成在n型源極/漏極區(qū)128b中。
NMOS晶體管3100、4100和5100分別包括覆蓋各個(gè)柵極120和各個(gè)間隙壁123并沿襯底100的頂表面延伸的第一ESL 152a、252a和352a。PMOS晶體管2100可以包括覆蓋各個(gè)柵極120、間隙壁123并延襯底100的頂表面延伸的第二ESL 152b或352b(如圖2所示)。隨著半導(dǎo)體器件的集成密度增大，晶體管之間的距離與相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)則顯著減小，由此減小了相關(guān)的接觸區(qū)域。為了防止在形成接觸孔時(shí)的蝕刻操作期間蝕刻裕度的減小，形成第一ESL 152a、252a和352a以及第二ESL 152b和352b?；谝韵掳l(fā)現(xiàn)來設(shè)計(jì)PMOS晶體管2100和NMOS晶體管3100、4100和5100，即1/f噪聲受到模擬NMOS晶體管中ESL的氫濃度或者在模擬PMOS晶體管的溝道中引起的壓縮應(yīng)變的水平的顯著影響，如圖6-11所示。
1/f噪聲功率Svg主要受到界面態(tài)密度和載流子散射的影響，如等式(1)所確定的Svg(f)=kTq2γfWLCox2(1+αμN)2Nt(Efn)---(1)]]>其中Svg表示噪聲功率，Nt表示界面態(tài)密度，μ表示遷移率，N表示載流子密度，α表示散射系數(shù)。圖6-11所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明應(yīng)力減小了噪聲功率；并且界面態(tài)密度的增大導(dǎo)致了噪聲功率的增大。具體而言，圖6示出了利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)方法形成的SiON層的應(yīng)力測(cè)量和氫濃度的曲線。具有1×1021/cm3的低的氫濃度的中性蝕刻停止襯層(NESL)以及具有1×1022/cm3的高的氫濃度的NESL均表現(xiàn)出約2Gdyne/cm2的應(yīng)力。這是與表現(xiàn)出約-12Gdyne/cm2應(yīng)力的具有1×1021/cm3高氫濃度的壓縮ESL(CESL)相比。
圖7示出了包括具有低氫濃度的NESL的模擬PMOS晶體管(NESL(LH))的負(fù)偏置溫度不穩(wěn)定性(NBTI)測(cè)量、包括具有在溝道中引發(fā)壓縮應(yīng)變的高氫濃度的CESL的模擬PMOS晶體管的NBTI測(cè)量(CESL(HH))、包括具有低氫濃度的NESL和填充襯底中的凹槽并包括源極/漏極區(qū)的外延SiGe(eSiGe)層的模擬PMOS晶體管eSiGe+NESL(LH)的NBTI測(cè)量的曲線。具有高氫濃度的CESL在溝道中引發(fā)了壓縮應(yīng)變。產(chǎn)生圖7所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)的模擬PMOS晶體管由相同的材料形成并依照相同的設(shè)計(jì)規(guī)則。從曲線圖中可以看出，模擬PMOS晶體管eSiGe+NESL(LH)表現(xiàn)出與模擬PMOS晶體管NESL(LH)基本相同的NBTI特性。此外，模擬PMOS晶體管CESL(HH)表現(xiàn)出與模擬PMOS晶體管NESL(LH)不同的NBTI特性。
圖8示出了在500Hz的頻率對(duì)于各種晶體管類型的噪聲功率測(cè)量之間的曲線。具體而言，示出了對(duì)于包括具有低氫濃度的NESL的模擬PMOS晶體管NESL(LH)的噪聲功率測(cè)量以及對(duì)于包括具有高氫濃度的NESL的模擬PMOS晶體管NESL(HH)的噪聲功率測(cè)量。還示出了對(duì)于包括eSiGe層和具有低氫濃度的NESL的模擬PMOS晶體管SiGe+NESL(LH)以及對(duì)于包括eSiGe層和具有高氫濃度的NESL的模擬PMOS晶體管SiGe+NESL(HH)的噪聲功率測(cè)量。此外，示出了對(duì)于包括具有低氫濃度的CESL的模擬PMOS晶體管CESL(LH)以及對(duì)于包括具有高氫濃度的CESL的模擬PMOS晶體管CESL(HH)的噪聲功率測(cè)量。還對(duì)包括eSiGe層和具有低氫濃度的CESL的模擬PMOS晶體管SiGe+CESL(LH)和包括eSiGe層和具有高氫濃度的CESL的模擬PMOS晶體管SiGe+CESL(HH)提供了噪聲功率測(cè)量。
參照?qǐng)D8的模擬PMOS晶體管SiGe+NESL(LH)被確定為(基于圖7所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果)具有與模擬PMOS晶體管NESL(HL)基本相同的NBTI特性，但具有比模擬PMOS晶體管NESL(HL)低得多的噪聲功率水平。由于eSiGe不包括氫，所以可知由eSiGe引發(fā)的壓縮應(yīng)變正面影響PMOS晶體管的噪聲特性。也就是說，壓縮應(yīng)變通過減小載流子量(carrier mass)而減小了PMOS晶體管的噪聲功率，從而能夠減小散射系數(shù)。此外，已知模擬PMOS晶體管NESL(HH)和CESL(HH)的噪聲功率水平幾乎分別是模擬PMOS晶體管NESL(LH)和CESL(LH)的兩倍，則可知由氫引起的界面態(tài)密度的增大導(dǎo)致了噪聲功率的增大。已知模擬PMOS晶體管CESL(HH)具有比模擬PMOS晶體管NESL(LH)略微改善的噪聲特性，則可知壓縮應(yīng)變能夠補(bǔ)償由氫引起的噪聲特性的劣化并可以輕微改善噪聲特性。以這種方式，即使模擬PMOS晶體管的噪聲特性受到ESL的氫濃度的不利影響，也可以通過引發(fā)適當(dāng)水平的壓縮應(yīng)變來進(jìn)一步防止模擬PMOS晶體管噪聲特性的劣化。
圖9示出了圖8所示的模擬PMOS晶體管“NESL(HH)”、“eSiGe+NESL(LH)”、“eSiGe+NESL(HH)”、“CESL(LH)”、“CESL(HH)”、“eSiGe+CESL(HH)”和“eSiGe+CESL(LH)”的噪聲功率測(cè)量的相對(duì)測(cè)量與包括具有低氫濃度的NESL的參考模擬PMOS晶體管的噪聲功率測(cè)量之間關(guān)系的曲線圖。從圖9中可以看出，與包括具有低氫濃度的NESL的參考未應(yīng)變溝道模擬PMOS晶體管的噪聲功率相比，具有壓縮應(yīng)變溝道的應(yīng)變溝道PMOS晶體管的噪聲功率的相對(duì)測(cè)量小于1，而與應(yīng)變溝道PMOS晶體管中包括的ESL的類型和應(yīng)變溝道PMOS晶體管的ESL的氫濃度無關(guān)。
圖10示出了在500Hz的頻率對(duì)于各種晶體管類型的噪聲功率測(cè)量的曲線。具體而言，示出了對(duì)于包括具有低氫濃度的NESL的模擬NMOS晶體管NESL(LH)以及對(duì)于包括具有高氫濃度的NESL的模擬NMOS晶體管NESL(HH)的噪聲功率測(cè)量。還示出了對(duì)于包括具有低氫濃度的CESL的模擬NMOS晶體管CESL(LH)以及對(duì)于包括具有高氫濃度的CESL的模擬NMOS晶體管CESL(HH)的噪聲功率測(cè)量。在圖10中還示出了對(duì)于包括具有低氫濃度的拉伸ESL(TESL)的模擬NMOS晶體管TESL(LH)以及對(duì)于包括具有高氫濃度的TESL的模擬NMOS晶體管TESL(HH)的噪聲功率測(cè)量。模擬NMOS晶體管NESL(LH)、CESL(LH)和TESL(LH)比模擬NMOS晶體管NESL(HH)、CESL(HH)和TESL(HH)具有改善的噪聲特性。然而，模擬NMOS晶體管CESL(LH)和CESL(HH)分別具有與模擬NMOS晶體管NESL(LH)和NESL(HH)基本相同的噪聲特性。因此，可知模擬NMOS晶體管的噪聲功率受到ESL的氫濃度的影響比受到壓縮應(yīng)變的影響更大。此外，已知模擬NMOS晶體管TESL(LH)比模擬NMOS晶體管NESL(LH)具有略微改善的噪聲特性，則可知通過引發(fā)拉伸應(yīng)變可以改善模擬NMOS晶體管的噪聲特性。然而，已知模擬NMOS晶體管TESL(HH)的噪聲特性比模擬NMOS晶體管NESL(LH)的噪聲特性差，則可知模擬NMOS晶體管的噪聲功率受到ESL的氫濃度的影響比受到拉伸應(yīng)變的影響更大。
圖11示出了圖10所示的模擬NMOS晶體管NESL(HH)、CESL(LH)、CESL(HH)、TESL(LH)和TESL(LH)的噪聲功率測(cè)量的相對(duì)測(cè)量與包括具有低氫濃度的NESL的參考模擬NMOS晶體管的噪聲功率測(cè)量之間的曲線圖。為了將對(duì)于包括具有低氫濃度的NESL的參考模擬NMOS晶體管的噪聲功率的模擬NMOS晶體管的噪聲功率保持為小于1，ESL的氫濃度必須保持相對(duì)低(小于1×1021/cm3)。因此，包括了圖2的PMOS晶體管2100之一與圖3、4、5的NMOS晶體管3100、4100和5100之一的組合的半導(dǎo)體器件是基于圖6-11所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。預(yù)期該半導(dǎo)體器件能通過改善操作和噪聲特性兩者來實(shí)現(xiàn)協(xié)同作用。
再次參考圖2，應(yīng)變溝道模擬PMOS晶體管2100不受第二ESL 152b和352b的氫濃度水平影響。然而，應(yīng)變溝道模擬PMOS晶體管2100可以在其各個(gè)溝道中引發(fā)壓縮應(yīng)變從而通過改善操作和噪聲特性兩者來實(shí)現(xiàn)協(xié)同作用。特別是，圖2的PMOS晶體管2100a是應(yīng)變溝道PMOS晶體管，其包括不在溝道104b中引起壓縮應(yīng)變的NESL 152b以及填充襯底100中的凹槽的壓縮外延半導(dǎo)體層124b(例如SiGe層)，和源極/漏極區(qū)128b，其在溝道104b中引發(fā)壓縮應(yīng)變。圖2的PMOS晶體管2100b是應(yīng)變溝道PMOS晶體管，其包括在溝道104b中引起壓縮應(yīng)變的CESL 352b。圖2的PMOS晶體管2100c是應(yīng)變溝道PMOS晶體管，其包括CESL 152b以及與CESL152b一起在溝道104中引起壓縮應(yīng)變的壓縮外延半導(dǎo)體層124b。
再次參照?qǐng)D3-5以及NMOS晶體管3100、4100和5100，第一ESL 152a、252a和352a的氫濃度保持較低，例如小于1×1022/cm3、特別是小于1×1021/cm3。這被保持而與第一ESL 152a、252a和352a是否在各個(gè)相應(yīng)的溝道中引起應(yīng)變無關(guān)。當(dāng)向與PMOS晶體管2100一起的半導(dǎo)體器件的制造應(yīng)用這些參數(shù)時(shí)，NMOS晶體管3100、4100和5100能夠通過改善操作和噪聲特性兩者來實(shí)現(xiàn)協(xié)同作用。
圖3所示的NMOS晶體管3100a、3100b和3100c均包括具有低氫濃度的NESL 152a。更具體而言，NMOS晶體管3100a是包括NESL 152a的未應(yīng)變溝道NMOS晶體管，NMOS晶體管3100b是應(yīng)變溝道NMOS晶體管，其包括填充襯底100中的凹槽的拉伸外延半導(dǎo)體層124a(例如SiC層)、源極/漏極區(qū)128a，并在溝道104a中引起拉伸應(yīng)變。NMOS晶體管3100c是應(yīng)變溝道NMOS晶體管，其包括在溝道104a中引起拉伸應(yīng)變的壓縮應(yīng)變柵極120’。包括拉伸外延半導(dǎo)體層124a和壓縮應(yīng)變柵極120’兩者的應(yīng)變溝道NMOS晶體管(未示出)源于NMOS晶體管3100b和3100c的區(qū)別特征的組合并在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
圖4所示的NMOS晶體管4100a、4100b和4100c均包括具有低氫濃度的TESL 252a。更具體而言，NMOS晶體管4100a是包括在溝道104a中引起拉伸應(yīng)變的TESL 252a的應(yīng)變溝道NMOS晶體管。NMOS晶體管4100b是應(yīng)變溝道NMOS晶體管，其包括TESL 252a和填充襯底100中的凹槽的拉伸外延半導(dǎo)體層124a(例如SiC層)、源極/漏極區(qū)128b，并與TESL 252a一起在溝道104a中引起拉伸應(yīng)變。NMOS晶體管4100c是包括TESL 252a以及與TESL 252a一起在溝道104a中引起拉伸應(yīng)變的壓縮應(yīng)變柵極120’的應(yīng)變溝道NMOS晶體管。包括TESL 252a、拉伸外延半導(dǎo)體層124a和壓縮應(yīng)變柵極120’的應(yīng)變溝道NMOS晶體管(未示出)源于NMOS晶體管4100b和4100c的區(qū)別特征的組合并在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
圖5所示的NMOS晶體管5100a、5100b和5100c均包括具有低氫濃度的CESL 352a。更具體而言，NMOS晶體管5100a是包括在溝道104a中引起壓縮應(yīng)變的CESL 352a的應(yīng)變溝道NMOS晶體管。NMOS晶體管5100b是應(yīng)變溝道NMOS晶體管，其包括CESL 352a和填充襯底100中的凹槽的拉伸外延半導(dǎo)體層124a(例如SiC層)、源極/漏極區(qū)128a，并與CESL 352a一起在溝道104a中引起壓縮應(yīng)變。NMOS晶體管5100c是包括CESL 352a以及與CESL 352a引起壓縮應(yīng)變的壓縮應(yīng)變柵極120’的應(yīng)變溝道NMOS晶體管。包括CESL 352a、拉伸外延半導(dǎo)體層124a和壓縮應(yīng)變柵極120’的應(yīng)變溝道NMOS晶體管(未示出)源于NMOS晶體管5100b和5100c的區(qū)別特征的組合并在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
如果根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件是為了提供單一完整系統(tǒng)而在單一芯片上安裝數(shù)字電路和模擬電路兩者而制造的系統(tǒng)LSI器件，則所述半導(dǎo)體器件可以包括模擬電路區(qū)域和數(shù)字電路區(qū)域兩者。這樣，模擬電路區(qū)域可以包括圖2所示的PMOS晶體管2100、圖3所示的NMOS晶體管3100、圖4所示的NMOS晶體管4100和圖5所示的NMOS晶體管5100。數(shù)字電路區(qū)域根據(jù)系統(tǒng)LSI所需的性能水平而可以包括應(yīng)變或未應(yīng)變溝道數(shù)字NMOS晶體管和/或應(yīng)變或未應(yīng)變溝道數(shù)字PMOS晶體管。
此處參照?qǐng)D12A-12E描述圖2所示的PMOS晶體管2100c和圖4所示的NMOS晶體管4100b的制造方法。參照?qǐng)D12A，在例如硅襯底的半導(dǎo)體襯底100的數(shù)字和模擬電路區(qū)域中形成STI 102。對(duì)于在每個(gè)區(qū)域中將要形成的晶體管的類型，利用適當(dāng)?shù)碾x子在半導(dǎo)體襯底100上執(zhí)行溝道離子注入。然后在半導(dǎo)體襯底100上形成絕緣層和導(dǎo)電層并將其圖案化為柵極絕緣層110和柵極120。之后，形成限定溝道104a和104b的源極/漏極延伸區(qū)122。在每個(gè)柵極120的側(cè)壁上形成絕緣間隙壁123。
參照?qǐng)D12B，通過局部蝕刻半導(dǎo)體襯底100，形成凹槽G，凹槽G將被分別在溝道104a和104b中引起應(yīng)變的外延半導(dǎo)體層124a和124b填充。在凹槽G的形成期間，可以局部蝕刻?hào)艠O120。
參照?qǐng)D12C，形成外延半導(dǎo)體層124a和124b，使得每個(gè)凹槽G被外延半導(dǎo)體層124a和124b之一填充?？梢栽贜MOS區(qū)域中形成在溝道104b中引起拉伸應(yīng)變的SiC層?？梢栽赑MOS區(qū)域中形成在溝道104b中引起壓縮應(yīng)變的SiGe層?？梢岳美邕x擇性外延生長(zhǎng)(SEG)方法、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)方法或超高真空化學(xué)氣相沉積(UHC CVD)方法來形成外延半導(dǎo)體層124a和124b。在外延半導(dǎo)體層124a和124b的形成期間，可以利用用于形成深源極/漏極區(qū)126的摻雜劑來執(zhí)行原位摻雜操作。可以利用例如Si2H6、SiH4、SiH2Cl2、SiHCl3或SiCl4作為Si源，GeH4作為Ge源以及C2H6或CH3SiH3作為C源，來形成外延半導(dǎo)體層124a和124b。為了提高外延半導(dǎo)體層124a和124b的選擇特性，可以向所述源添加HCl或Cl2氣體。也可以向所述源添加B2H6、PH3或AsH3氣體以摻雜外延半導(dǎo)體層124a和124b。通過添加HCl氣體，可以僅在利用SEG方法暴露Si的區(qū)域中選擇性的形成外延半導(dǎo)體層124a和124b，同時(shí)避免在STI 102中外延半導(dǎo)體層124a和124b的生長(zhǎng)。
在形成外延半導(dǎo)體層124a和124b之后，形成深源極/漏極區(qū)126。結(jié)果，完成了n型源極/漏極區(qū)128a和p型源極/漏極區(qū)128b的形成。如果在用于形成外延半導(dǎo)體層124a和124b的外延生長(zhǎng)操作期間執(zhí)行了摻雜操作，則可以不形成深源極/漏極區(qū)126b。之后，利用硅化物工藝在柵極120上以及在源極/漏極區(qū)128a和128b上形成硅化物層130。
參照?qǐng)D12D，形成拉伸應(yīng)變襯層252和壓縮應(yīng)變襯層352。拉伸應(yīng)變襯層252覆蓋NMOS晶體管，并且壓縮應(yīng)變襯層352覆蓋PMOS晶體管。拉伸應(yīng)變襯層252和壓縮應(yīng)變襯層352可以由不同的材料形成或者可以由相同的材料形成，但在不同的如本領(lǐng)域所知工藝條件下。如果拉伸應(yīng)變襯層252利用SiON層形成，拉伸應(yīng)變襯層252的氫濃度可以超過1×1021/cm3，如圖3所示。拉伸應(yīng)變襯層252的氫濃度可以高于壓縮應(yīng)變襯層352的氫濃度。為了改善模擬NMOS晶體管的閃爍噪聲特性，必須通過例如利用輻射1至10分鐘的紫外線(UV)來減小拉伸應(yīng)變襯層252的氫濃度。由于UV輻射，也可以減小壓縮應(yīng)變襯層352的氫濃度。通過利用圖12A至12D所示的方法，能夠得到圖12E所示的包括具有改善的操作和閃爍噪聲特性的NMOS和PMOS晶體管的半導(dǎo)體器件。
在形成NMOS晶體管和PMOS晶體管之后，圖12A-12E所示的方法還可以包括形成互連從而能夠從NMOS和PMOS晶體管輸入和輸出電信號(hào)，在襯底100上形成鈍化層以及相關(guān)的封裝基板?？梢岳靡陨蠀⒄?qǐng)D12A-12E描述的方法來制造半導(dǎo)體器件，其中形成外延半導(dǎo)體層124a和124b可以是可選的。此外，可以通過在以上參照?qǐng)D2-5所述的NMOS和PMOS晶體管上形成具有預(yù)期的應(yīng)變引發(fā)特性的第一和第二ESL來制造模擬晶體管的各種組合。
圖14示出了截面圖，以說明在NMOS晶體管的溝道104a中引起拉伸應(yīng)變的壓縮應(yīng)變柵極120’的形成方法。在半導(dǎo)體襯底100中形成源極/漏極區(qū)128a和128b，并在半導(dǎo)體襯底100的整個(gè)表面上形成柵極轉(zhuǎn)變層124。在半導(dǎo)體襯底100上執(zhí)行退火從而將壓縮應(yīng)變施加到由多晶硅形成的柵極120。結(jié)果，在NMOS區(qū)域中形成具有轉(zhuǎn)變的上部的壓縮應(yīng)變柵極120’。在K.Ota等人的“Novel Locally Strained Channel Technique for High performance55nm CMOS”International Electron Devices Meeting，2.2.1，IEEE，F(xiàn)eb.2002以及Chien-Hao Chen等人的“Stress Memorization Technique(SMT)bySelectively Strained-Nitride Capping for Sub-65nm High performanceStrained-Si Device Application”，VLSI Technology，2004中公開了柵極轉(zhuǎn)變層124的類型以及壓縮應(yīng)變柵極120’的形成，其全部?jī)?nèi)容在此引入作為參考。在形成壓縮應(yīng)變柵極120’之后，去除柵極轉(zhuǎn)變層124并執(zhí)行以上參照?qǐng)D12B-12D所述的工藝，從而完成半導(dǎo)體器件的制造。
盡管已經(jīng)結(jié)合在附圖中示出的本發(fā)明的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于此。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的前提下，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種替換、修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括襯底；設(shè)置在所述襯底上的模擬NMOS晶體管；設(shè)置在所述襯底上的壓縮應(yīng)變溝道模擬PMOS晶體管；第一蝕刻停止襯層(ESL)，其覆蓋所述NMOS晶體管；以及第二ESL，其覆蓋所述PMOS晶體管，其中在500Hz的頻率，與參考未應(yīng)變溝道模擬NMOS和PMOS晶體管的閃爍噪聲功率相比，與所述NMOS和PMOS晶體管相關(guān)的閃爍噪聲功率的相對(duì)測(cè)量分別小于1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一ESL具有小于1×1021/cm3的氫濃度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第二ESL是中性ESL，所述器件還包括與所述PMOS晶體管相關(guān)的溝道；填充形成在所述襯底中的凹槽的壓縮外延半導(dǎo)體層；以及形成在所述壓縮外延半導(dǎo)體層中的源極/漏極區(qū)，其中在所述PMOS晶體管的所述溝道中引起壓縮應(yīng)變。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第二ESL是壓縮應(yīng)變襯層，并且通過所述第二ESL在所述PMOS晶體管的溝道中引起壓縮應(yīng)力。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其中所述PMOS晶體管包括在所述PMOS晶體管的所述溝道中引起壓縮應(yīng)變并填充形成在所述襯底中的凹槽的壓縮外延半導(dǎo)體層，并包括形成在所述壓縮外延半導(dǎo)體層中的源極/漏極區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一ESL是中性ESL，并且所述NMOS晶體管是應(yīng)變溝道晶體管，其包括填充形成在所述襯底中的凹槽的拉伸外延半導(dǎo)體層；以及形成在所述拉伸外延半導(dǎo)體層中的源極/漏極區(qū)；所述拉伸外延半導(dǎo)體層和所述源極/漏極區(qū)在所述NMOS晶體管的溝道中引起拉伸應(yīng)變。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一ESL是中性ESL，所述NMOS晶體管是應(yīng)變溝道晶體管，其包括在所述NMOS晶體管的溝道中引起拉伸應(yīng)變的壓縮應(yīng)變柵極。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一ESL是拉伸應(yīng)變襯層，所述NMOS晶體管是應(yīng)變溝道晶體管，其包括通過所述拉伸應(yīng)變襯層而應(yīng)變的溝道。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件，其中所述NMOS晶體管還包括填充形成在所述襯底中的凹槽的拉伸外延半導(dǎo)體層；以及形成在所述拉伸外延半導(dǎo)體層中的源極/漏極區(qū)；所述拉伸外延半導(dǎo)體層和所述源極/漏極區(qū)在所述NMOS晶體管的溝道中引起拉伸應(yīng)變。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件，其中所述NMOS晶體管還包括壓縮應(yīng)變柵極以在所述NMOS晶體管的溝道中引起拉伸應(yīng)變。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一ESL是壓縮應(yīng)變襯層，所述NMOS晶體管是應(yīng)變溝道晶體管，其包括通過所述壓縮應(yīng)變襯層而壓縮應(yīng)變的溝道。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件，其中所述NMOS晶體管是應(yīng)變溝道晶體管，其包括填充形成在所述襯底中的凹槽的拉伸外延半導(dǎo)體層；以及形成在所述拉伸外延半導(dǎo)體層中的源極/漏極區(qū)；所述拉伸外延半導(dǎo)體層和所述源極/漏極區(qū)在所述NMOS晶體管的溝道中引起拉伸應(yīng)變。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件，其中所述NMOS晶體管是應(yīng)變溝道晶體管，其包括壓縮應(yīng)變柵極以在所述NMOS晶體管的溝道中引起拉伸應(yīng)變。
14.一種半導(dǎo)體器件，包括襯底；設(shè)置在所述襯底上的模擬NMOS晶體管；設(shè)置在所述襯底上的模擬PMOS晶體管；第一ESL，其覆蓋所述NMOS晶體管并具有小于1×1021/cm3的氫濃度；以及第二ESL，其覆蓋所述PMOS晶體管并在所述PMOS晶體管的溝道中引起壓縮應(yīng)變。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一ESL在所述NMOS晶體管的溝道中引起拉伸應(yīng)變。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件，其中所述PMOS晶體管包括在所述PMOS晶體管的所述溝道中引起壓縮應(yīng)變并填充形成在所述襯底中的凹槽的壓縮外延半導(dǎo)體層，并包括源極/漏極區(qū)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體器件，其中所述NMOS晶體管是應(yīng)變溝道晶體管，其包括填充形成在所述襯底中的凹槽的拉伸外延半導(dǎo)體層和形成在所述拉伸外延半導(dǎo)體層中的源極/漏極區(qū)，以在所述NMOS晶體管的溝道中引起拉伸應(yīng)變。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體器件，其中所述NMOS晶體管是應(yīng)變溝道晶體管，其包括壓縮應(yīng)變柵極以在所述NMOS晶體管的溝道中引起拉伸應(yīng)變。
19.一種半導(dǎo)體器件，包括襯底；第一ESL，其具有小于1×1021/cm3的氫濃度；以及設(shè)置在所述第一ESL與所述襯底之間的應(yīng)變溝道模擬NMOS晶體管。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一ESL是中性ESL，并且所述NMOS晶體管是應(yīng)變溝道晶體管，其包括填充形成在所述襯底中的凹槽的拉伸外延半導(dǎo)體層；以及形成在所述拉伸外延半導(dǎo)體層中的源極/漏極區(qū)；所述拉伸外延半導(dǎo)體層和所述源極/漏極區(qū)在所述NMOS晶體管的溝道中引起拉伸應(yīng)變。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一ESL是中性ESL，所述NMOS晶體管是應(yīng)變溝道晶體管，其包括壓縮應(yīng)變柵極以在所述NMOS晶體管的溝道中引起拉伸應(yīng)變。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一ESL是拉伸應(yīng)變襯層，所述NMOS晶體管是應(yīng)變溝道晶體管，其包括通過所述拉伸應(yīng)變襯層而拉伸應(yīng)變的溝道。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體器件，其中所述NMOS晶體管是應(yīng)變溝道晶體管，其包括填充形成在所述襯底中的凹槽的拉伸外延半導(dǎo)體層；以及形成在所述拉伸外延半導(dǎo)體層中的源極/漏極區(qū)；所述拉伸外延半導(dǎo)體層和所述源極/漏極區(qū)在所述NMOS晶體管的溝道中引起拉伸應(yīng)變。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體器件，其中所述NMOS晶體管是應(yīng)變溝道晶體管，其包括壓縮應(yīng)變柵極以在所述NMOS晶體管的溝道中引起拉伸應(yīng)變。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一ESL是壓縮應(yīng)變襯層，所述NMOS晶體管是應(yīng)變溝道晶體管，其包括通過所述壓縮應(yīng)變襯層而壓縮應(yīng)變的溝道。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的半導(dǎo)體器件，其中所述NMOS晶體管是應(yīng)變溝道晶體管，其包括填充形成在所述襯底中的凹槽的拉伸外延半導(dǎo)體層；以及形成在所述拉伸外延半導(dǎo)體層中的源極/漏極區(qū)；所述拉伸外延半導(dǎo)體層和所述源極/漏極區(qū)在所述NMOS晶體管的溝道中引起拉伸應(yīng)變。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的半導(dǎo)體器件，其中所述NMOS晶體管是應(yīng)變溝道晶體管，其包括壓縮應(yīng)變柵極以在所述NMOS晶體管的溝道中引起拉伸應(yīng)變。
28.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括在襯底上形成模擬NMOS晶體管和模擬PMOS晶體管；形成第一ESL以覆蓋所述NMOS晶體管，所述第一ESL具有小于1×1021/cm3的氫濃度；以及形成第二ESL以覆蓋所述PMOS晶體管，所述第二ESL在所述PMOS晶體管的溝道中引起壓縮應(yīng)變。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中形成所述第一ESL和所述第二ESL還包括形成拉伸應(yīng)變ESL以覆蓋所述NMOS晶體管；形成壓縮應(yīng)變襯層以覆蓋所述PMOS晶體管；以及將紫外線輻射到所述襯底的整個(gè)表面上。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中形成所述PMOS晶體管還包括在所述襯底中形成凹槽；形成填充所述凹槽的壓縮外延半導(dǎo)體層；以及在所述壓縮外延半導(dǎo)體層中形成源極/漏極區(qū)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中形成所述NMOS晶體管還包括在所述襯底中形成凹槽；形成填充所述凹槽的拉伸外延半導(dǎo)體層；以及在所述拉伸外延半導(dǎo)體層中形成源極/漏極區(qū)。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中形成所述NMOS晶體管還包括形成包括有壓縮應(yīng)變柵極的NMOS晶體管。
全文摘要
提供了一種具有改善的晶體管操作特性和閃爍噪聲特性的半導(dǎo)體器件及其制造方法。該半導(dǎo)體器件包括襯底，設(shè)置在所述襯底上的模擬NMOS晶體管和壓縮應(yīng)變溝道模擬PMOS晶體管。所述器件還包括分別覆蓋所述NMOS晶體管和所述PMOS晶體管的第一蝕刻停止襯層(ESL)和第二ESL。在500Hz的頻率，對(duì)于參考未應(yīng)變溝道模擬NMOS和PMOS晶體管的閃爍噪聲功率的所述NMOS和PMOS晶體管的閃爍噪聲功率的相對(duì)測(cè)量小于1。
文檔編號(hào)H01L27/12GK101079422SQ20071010505
公開日2007年11月28日 申請(qǐng)日期2007年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月22日
發(fā)明者上野哲嗣, 李化成, 李 浩 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社