專利名稱：具有具拉伸應(yīng)變且沿著具增加的載流子遷移率的晶體學(xué)定向的溝道的晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般而言，本發(fā)明系關(guān)于集成電路的形成，且更詳言之，系關(guān)于 通過在漏極及源極區(qū)使用應(yīng)變引發(fā)源(諸如嵌入式應(yīng)變層)而具有應(yīng)變
溝道區(qū)的晶體管的形成，以增進(jìn)在金氧半導(dǎo)體(MOS)晶體管的溝道區(qū)中 之載流子遷移率。
背景技術(shù)：
集成電路的制造需要依據(jù)特定的電路布局而在給定的芯片區(qū)域上 形成大量的電路組件。 一般而言，許多的處理技術(shù)現(xiàn)正實施中，其中， 對于復(fù)雜的電路，諸如是微處理器儲存芯片以及其相似物品，鑒于互 補(bǔ)金氧半導(dǎo)體(CMOS)之操作速度及/或功率消耗及/或成本效益之優(yōu)越 的特性，CMOS技術(shù)是目前最有前景的方法之一。在使用CMOS技術(shù) 來制造復(fù)雜集成電路時，數(shù)百萬個晶體管，亦即N溝道晶體管以及P 溝道晶體管，是形成在包括結(jié)晶半導(dǎo)體層的基板上。 一個MOS晶體， 不論其是否為N溝道晶體管或是P溝道晶體管，包括了所謂的PN接 面，該P(yáng)N接面是通過高濃度摻雜的漏極及源極區(qū)，并具有位在漏極區(qū) 及源極區(qū)之間的相反摻雜溝道區(qū)的接口而形成。
溝道區(qū)的導(dǎo)電率，即是導(dǎo)電溝道的驅(qū)動電流能力，是由形成在靠 近于溝道區(qū)以及由薄的絕緣層于該處予以分離的柵極電極加以控制 的。因為施加適切的電壓到該柵極電極而在導(dǎo)電溝道形成時，該溝道 區(qū)的導(dǎo)電率依于摻雜物的濃度、大多數(shù)載流子的遷移率，以及在晶體 管寬度方向且在該溝道區(qū)的給定范圍內(nèi)，依于源極以及漏極區(qū)之間的 距離(一般亦稱之為溝道長度)而定。因此，結(jié)合了對柵極電極施加控制 電壓，在絕緣層下方迅速建立導(dǎo)電溝道的能力，該溝道區(qū)的整體導(dǎo)電 率實質(zhì)上決定了MOS晶體管的性能。因此，溝道長度的減少，以及其 相伴隨之溝道電阻率的減少造成了成為用以達(dá)成增加集成電路操作速
5度之溝道長度之主要的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。
然而，晶體管尺寸的持續(xù)縮小，包括了許多伴隨而來的問題，譬 如對溝道減少的可控制性，其也稱之為短溝道效應(yīng)等，亦必須要加以 闡述，以免不當(dāng)?shù)氐咒N了通過持續(xù)地減少M(fèi)OS晶體管溝道長度所得到 的優(yōu)點。由于持續(xù)在臨界尺寸(亦即晶體管的柵極長度)上的尺寸縮小， 因此必須要去適應(yīng)以及高度復(fù)雜制程技術(shù)的可能新研發(fā)，例如，對短 溝道效應(yīng)的補(bǔ)償，其亦建議經(jīng)由在溝道區(qū)內(nèi)給定的溝道長度中通過增 加載流子遷移率，而亦加強(qiáng)晶體管組件的溝道導(dǎo)電率，因此提供了達(dá) 成性能改良的潛力，該性能改良可與未來先進(jìn)技術(shù)節(jié)點相比較，且又 避開或至少延緩因為器件尺寸變化所引發(fā)之許多問題。
增加載流子遷移率的一種有效的機(jī)制是在溝道區(qū)內(nèi)對晶格結(jié)構(gòu)作 的改變，例如是通過在溝道區(qū)的附近制造拉伸或是壓縮應(yīng)力，以便在 溝道區(qū)內(nèi)產(chǎn)生相對應(yīng)的應(yīng)變，如此則會分別對電子以及電洞造成改良 的遷移率。例如，在溝道區(qū)內(nèi)的壓縮應(yīng)變或可增加電洞的遷移率，由 此提供強(qiáng)化P型晶體管性能的潛力。在另一方面，在N型晶體管之溝 道區(qū)內(nèi)拉伸應(yīng)變的產(chǎn)生或可增加電子的遷移率。將應(yīng)力或是應(yīng)變工程 引入集成電路制造對于其它器件的形成而言是一種極為有效的途徑， 由于，例如，應(yīng)變硅可能會被視為是一種"新"型的半導(dǎo)體材料，其 使得在不需要昂貴的半導(dǎo)體材料下制造快速、強(qiáng)大的半導(dǎo)體器件成為 可能，而仍然可以使用著許多建立完備的制造技術(shù)。
因此，在某些方法中，PMOS晶體管的電洞遷移率則是通過在晶 體管的漏極和源極區(qū)內(nèi)形成應(yīng)變硅/鍺層而獲得強(qiáng)化，其中該壓縮的應(yīng)
變漏極以及源極區(qū)在鄰近的硅溝道區(qū)形成應(yīng)變。就此點而言，PMOS
晶體管之漏極和源極延伸區(qū)是在離子注入的基礎(chǔ)下而形成。此后，個 別的側(cè)壁間隔件當(dāng)需要時則是形成在柵極電極處，來供后續(xù)制造階段 中界定深漏極以及源極接面和金屬硅化物。在形成深漏極以及源極接
面之前，這些區(qū)域均依據(jù)側(cè)壁間隔件而選擇性地予以凹入，而該NMOS 晶體管則是予以覆罩。其后， 一種在原處之高度摻雜硅/鍺層則是通過 外延生長技術(shù)而選擇性地形成在PMOS晶體管之內(nèi)。由于硅/鍺之自然 晶格間隙大于硅的自然晶格間隙，因此外延生長的硅/鍺層，采用硅的 晶格間隙，是在壓縮應(yīng)變下而成長，其有效地轉(zhuǎn)換到溝道區(qū)，因此壓縮應(yīng)變在其內(nèi)的硅。這種整合的情況造成了 P溝道晶體管的顯著性能 增強(qiáng)。因此，通過使用與硅相比較具有較小晶格間隙的硅/碳材料，一 種類似的概念亦已引入N溝道晶體管。然而，所得到效能的增強(qiáng)并不 如預(yù)期的好。由于進(jìn)一步之減少器件尺寸也許涉及對抗短溝道效應(yīng)之 進(jìn)一步之效能減少機(jī)制，譬如增加在溝道區(qū)內(nèi)之摻雜程度、在柵極絕 緣層中之高k介電質(zhì)等，然而，對于通過使用譬如應(yīng)變硅/碳材料等之 應(yīng)變引發(fā)機(jī)制來有效地增加對于N溝道晶體管之載流子遷移率以提供 有效的技術(shù)來補(bǔ)償或是過度補(bǔ)償此類遷移率降低的方式，是相當(dāng)重要 的。
本發(fā)明是針對可解決或至少降低前述某些或是全部問題之不同的 方法和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
以下所呈現(xiàn)的是本發(fā)明的一個簡化的概述，以提供對本發(fā)明態(tài)樣 的一些基本認(rèn)知。此一概述并不是本發(fā)明的一份詳盡綜覽。其并不是
要辨認(rèn)本發(fā)明之主要或是關(guān)鍵的組件，或是描繪出本發(fā)明的范疇。其 唯一的目的即在于對于后文中所加以描述的詳細(xì)說明提出一份作為前 序的簡要形式的概念。
一般而言，本發(fā)明是針對一種可有效提供增進(jìn)載流子遷移率的技 術(shù)，其通過對于應(yīng)變引發(fā)機(jī)制將鑒于載流子遷移率特性的硅基半導(dǎo)體 材料的結(jié)晶差異納入考慮。在例示實施例中，某些應(yīng)力源(諸如應(yīng)變硅/ 碳材料)可于個別溝道區(qū)中沿著溝道長度方向提供實質(zhì)上拉伸應(yīng)變，而 大量的壓縮應(yīng)變可在晶體管寬度方向產(chǎn)生，如此可過度地降低具有傳
統(tǒng)晶體學(xué)定向的溝道區(qū)的N溝道晶體管之效能增益(performance gain)。 通過適當(dāng)?shù)卦u估應(yīng)變引發(fā)機(jī)制以及結(jié)晶特性，該溝道區(qū)可適當(dāng)?shù)赜枰?定向，以便獲致更為明顯的遷移率增加。在一個例示實施例中，此技 術(shù)可有效地適用在N溝道場效晶體管之漏極和源極區(qū)內(nèi)的嵌入式硅/碳 區(qū)，其中，相對于基底硅材料之晶體學(xué)定向所作之溝道定向的對應(yīng)調(diào) 整可提供由沿著晶體管長度方向的拉伸應(yīng)變所導(dǎo)致的及由作用在寬度 方向的個別壓縮應(yīng)變所導(dǎo)致的遷移率增加。因此，復(fù)數(shù)種用于在鄰近 于N溝道晶體管之溝道區(qū)形成嵌入式硅/碳區(qū)域的有效技術(shù)可在關(guān)于其對增加電子遷移率的效果予以有效地"放大"。
根據(jù)本發(fā)明的一個例示實施例， 一種半導(dǎo)體器件包括具有界定第 一溝道長度方向的第一溝道區(qū)的第一晶體管，其中，該溝道區(qū)包括具 有沿著該第一溝道長度方向的拉伸應(yīng)變分量的結(jié)晶硅材料。此外，該 第一溝道長度方向?qū)嵸|(zhì)上沿著晶體學(xué)<100>方向而定向。
根據(jù)本發(fā)明的另一例示實施例， 一種方法包括選擇溝道區(qū)之溝道 長度方向的第一定向，該溝道區(qū)具有用于將形成在硅基半導(dǎo)體層中的N 溝道晶體管的拉伸應(yīng)變，其中，該半導(dǎo)體層具有特定的表面定向，且 其中，該第一定向是基于在該溝道區(qū)中之至少兩種線性獨立的應(yīng)變分 量來加以選定的。該方法復(fù)包括形成該第一晶體管的漏極及源極區(qū)， 以界定該溝道區(qū)，其中，該溝道長度方向?qū)嵸|(zhì)上沿著該第一定向而定 向的。此外，拉伸應(yīng)變是在溝道區(qū)中沿著該第一溝道長度方向而予以 引發(fā)的。
根據(jù)本發(fā)明之再一例示實施例， 一種方法包括在靠近晶體管之溝 道區(qū)處形成應(yīng)變硅/碳材料，其中，該溝道區(qū)界定實質(zhì)上沿著硅基層之
<100>晶體學(xué)定向的長度方向。


從下列詳細(xì)說明配合所附圖式將了解到本發(fā)明，其中相似的參考 數(shù)字代表著相似的組件，其中
圖la示意地顯示依照本發(fā)明之例示實施例N溝道晶體管的透視
圖，該晶體管包括內(nèi)嵌在靠近于具有溝道長度方向的溝道區(qū)內(nèi)之漏極 以及源極區(qū)之應(yīng)變硅/碳材料，該溝道長度方向系沿著特定的晶體學(xué)方
向定向；
圖lb示意地顯示圖la之器件的頂視圖，因此展現(xiàn)了在該溝道區(qū) 內(nèi)發(fā)生之單軸拉伸應(yīng)變以及單軸壓縮應(yīng)變；
圖lc至圖lg示意地顯示N溝道晶體管在供應(yīng)個別的應(yīng)變引發(fā)源 時的剖視圖，其中，該溝道長度方向是和本發(fā)明之例示實施例所選定 的特定晶體學(xué)方向一致；以及
圖2a至圖2b示意地顯示硅基基板的平面圖，該基板具有形成在 其上之晶體管器件，其溝道長度方向是和本發(fā)明之例示實施例者一致。雖然本明易受到不同的修改和替換形式，但是特定的實施例己通 過圖標(biāo)范例來加以顯示，并于上文中加以詳細(xì)說明。然而，吾人應(yīng)了 解到，對特定實施例所作的說明并非要限制本發(fā)明于所揭露的特定形 態(tài)，相反地，其系在于涵括所有的修改、灼等物和落入由所附申請專 利范圍所界定之精神以及范疇內(nèi)的替代物。
具體實施例方式
下文中將詳細(xì)說明本發(fā)明之范例實施例。為了清晰起見，在此說 明書中，并不是所有的實際實施特征均會予以詳實的說明。應(yīng)了解的 是，在任何此等實際實施例發(fā)展時，必須作出許多特定實施的決定， 以達(dá)成發(fā)展者特定的目的，諸如是和系統(tǒng)相關(guān)以及商業(yè)相關(guān)的限制， 其與其它的實施例大不相同。此外，吾人應(yīng)了解到這類的努力或許相 當(dāng)?shù)膹?fù)雜以及耗時，但是對于那些在本領(lǐng)域具有通常知識者而言在具 有本文揭露的益處后，亦是顯得相當(dāng)?shù)钠椒矡o奇了。
現(xiàn)將參照所附圖式而詳細(xì)說明本發(fā)明。不同的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)以及器 件是在圖式中以示意方式描繪出，以僅作為解釋的目的，并避免那些 對于此行業(yè)具有通常知識者所熟知之細(xì)節(jié)造成本發(fā)明的混淆?？v然如 此，所附的圖式是在于描述以及解釋本發(fā)明的范例。在此其中所使用 的詞和句子均應(yīng)了解并解釋成和那些在本行業(yè)中具有通常知識者所了 解的詞和句子相同。對于詞或是句子沒有不同的特殊定義(例如不同 于在本行業(yè)中具有通常知識者所了解的一般以及習(xí)慣上的定義)企圖通 過對那些詞或句子一致的使用來加諸在其中。若是詞或是句子欲有其 特殊的意義，亦即不同于在熟悉此項技術(shù)者所了解的意義時，則此種 特殊的定義將會以直接以及明確的方式在詳細(xì)說明中提供對這些詞或 是句子的特殊定義。
一般而言，本發(fā)明系關(guān)于一種通過適切地選擇溝道長度方向來和
硅基半導(dǎo)體材料的結(jié)晶特性一致而可更有效地在N溝道晶體管內(nèi)加強(qiáng) 載流子遷移率的技術(shù)。如同前面所解釋的，內(nèi)嵌式硅/碳材料的形成由 于已成功地運(yùn)用在P溝道晶體管，故而依據(jù)類似的整合計劃，其被視 為是一種用以強(qiáng)化N溝道晶體管效能之有前景的技術(shù)，其中應(yīng)變硅/碳 材料或可內(nèi)嵌到漏極以及源極區(qū)之內(nèi)，由此可以在個別的溝道區(qū)內(nèi)顯著地增強(qiáng)電洞遷移率。然而，實際上，包括在漏極和源極區(qū)內(nèi)之內(nèi)嵌 式硅/碳材料的習(xí)知N溝道晶體的效能或可能出現(xiàn)一種顯著地少于預(yù) 期，并或許在未來技術(shù)節(jié)點會有需要的效能增進(jìn)。在不限制本發(fā)明于 下列的說明下，吾人相信具有內(nèi)嵌式硅/碳材料之傳統(tǒng)N溝道晶體管在 效能上獲得較少有效的改善可歸因于在對應(yīng)溝道內(nèi)之二維應(yīng)變效果。 具有少于結(jié)晶硅材料之自然晶格常數(shù)之內(nèi)嵌式硅/碳材料是形成在硅模 板上，因此接受了一定程度之雙軸應(yīng)變，亦即一種二維拉伸應(yīng)變，該 應(yīng)變作用為對于鄰近的溝道區(qū)之對應(yīng)的應(yīng)力源。結(jié)果，在溝道區(qū)內(nèi)的 硅材料或許會遭到應(yīng)力，然而，其可導(dǎo)致沿著溝道長度方向的實質(zhì)張 力應(yīng)變，但在另一方面而言，沿著溝道寬度方向則是引發(fā)出某一程度 的壓縮應(yīng)變。結(jié)果則是載流子遷移率之整體修改，亦即在溝道區(qū)內(nèi)電 子的遷移率，可以視為是兩種不同類型應(yīng)變的重疊，其中，在傳統(tǒng)的 方法中，對于傳統(tǒng)具有{100}表面定向的半導(dǎo)體層而言，該溝道典型地
是朝向結(jié)晶<110>的晶格結(jié)構(gòu)方向。然而， 一種對應(yīng)之N溝道晶體管的
傳統(tǒng)設(shè)計可顯著地減少遷移率的增加，因為不同型態(tài)的應(yīng)變或許會至 少部分地在載子的遷移率上抵消彼此的效果，因此造成具有應(yīng)變的內(nèi) 嵌式硅/碳區(qū)之傳統(tǒng)晶體管組件所遭遇到的狀況。
因此，根據(jù)本發(fā)明，該溝道長度方向的定向是基于一種應(yīng)變引發(fā) 機(jī)制之二維效果的考慮而予以選定，以便顯著地減少對電子遷移率的 負(fù)面的影響，或是甚至是提供晶體管組件的適當(dāng)定向，以便獲致不同 應(yīng)變分量之協(xié)同效果。
參看圖la至圖lf和圖2a至圖2b，現(xiàn)將更詳細(xì)的說明本發(fā)明之另 一例示實施例，因此也會提供一種在溝道區(qū)內(nèi)用以決定二維應(yīng)變分布 之有效的技術(shù)。
圖la示意地顯示范例N溝道晶體管100的透視圖，其可視為是一 種典型的具有內(nèi)嵌式硅/碳材料之晶體管組件，其亦可在當(dāng)使用內(nèi)嵌式 應(yīng)變硅/碳以強(qiáng)化晶體管100之驅(qū)動電流能力時，用以描述傳統(tǒng)晶體管 組件的任何不足。在例示實施例中之該器件100可包括一個適切的基 板101，，其可代表一大塊具有形成在其上部之實質(zhì)結(jié)晶的硅基層102 的硅基板，其中，應(yīng)了解的是硅基半導(dǎo)體材料為一種具有諸如是大約 50原子百分比或更多硅之大量硅的半導(dǎo)體，其中其它諸如是摻雜的種
10類以及類似對象之非硅材料亦可出現(xiàn)在該層102之內(nèi)。在其它的例示
實施例中，該基板101在和半導(dǎo)體層102結(jié)合時可代表著一種絕緣體 上覆硅(SOI)結(jié)構(gòu)，其中埋藏式絕緣層(未顯示)亦可出現(xiàn)在基板101與 半導(dǎo)體層102之間。
此外，器件100可包括柵極電極104，其在此制造階段可包括有高 度摻雜的多晶硅材料，該多晶硅材料可形成在包括二氧化硅、氮化硅、 高k介電材料、上述各項之組合以及類似物之柵極絕層105上。例如， 在先進(jìn)的應(yīng)用上，該柵極絕緣層105可由二氧化硅制成，該二氧化硅 之厚度是lnm或是少于數(shù)nm，其全賴標(biāo)示為104L之柵極電極的長度 而定。例如，該柵極長度104L可以是100nm或少許多，例如對高度 精密的器件而言可以是50nm或更少。典型地，該溝道長度104L的減 少可需要柵極絕緣層105厚度之對應(yīng)的減少，以便提供形成在半導(dǎo)體 層102內(nèi)，且在柵極絕緣層105之下之高度可控制性的溝道區(qū)103。然 而對于溝道長度少于50nm而言，當(dāng)由已建立完備之二氧化硅材料制成 的柵極絕緣層105之減少可能即不再縮小其尺寸，以便提供所需之溝 道可控制性。結(jié)果，諸如是增加溝道區(qū)103之摻雜及/或使用高k介電 材料來作為柵極絕緣層105等之各種方法均建議用來作為對短溝道效 應(yīng)的反制措施，然而其亦可能會帶給在溝道區(qū)103內(nèi)載流子遷移率的 負(fù)面沖擊。為了此一原因以及上述所解釋的原因，高度地需要額外地 增加在溝道區(qū)103內(nèi)之載流子的遷移率，其中提供應(yīng)變硅/碳材料是最 為有希望的方法。
該器件100依據(jù)制程策略尚可具有個別的側(cè)壁間隔件結(jié)構(gòu)106，其 包括例如是二氧化硅、氮化硅以及類似之對象。此外，深漏極和源極 區(qū)107，以及連接到該處的個別延伸區(qū)108均可界定在靠近于柵極電極 104和溝道區(qū)103的半導(dǎo)體層102內(nèi)。延伸區(qū)108和深漏極和源極107 之垂直以及側(cè)面摻雜分布均加以調(diào)適以和器件的需求一致，其中一般 而言，該延伸區(qū)108可具有淺的位置以及適切的摻雜分布，因此亦可 在減少短溝道效應(yīng)上加以協(xié)助。再者，應(yīng)變硅/碳材料109可形成在靠 近于溝道區(qū)103的半導(dǎo)體層102之內(nèi)，其中，在如圖所示的實施例中， 該材料109實質(zhì)上是位在漏極和源極區(qū)107之內(nèi)，而沒有延伸到溝道 區(qū)103之內(nèi)，所以相對應(yīng)的PN接面IIO實質(zhì)上是形成在硅材料之內(nèi)。在參考圖lb下將會有更為詳盡的說明，該溝道長度方向，亦即對應(yīng)于
溝道長度104L的方向，在圖la中亦指示為X方向，因為在該溝道區(qū) 103內(nèi)可由應(yīng)變硅/碳材料109所產(chǎn)生之應(yīng)變，所以是相關(guān)于半導(dǎo)體層 102之結(jié)晶特性來加以選擇的，以提供加強(qiáng)的載流子遷移率。在一個例 示實施例中，該X方向?qū)嵸|(zhì)上是朝向〈10O晶體學(xué)方向，其中，在此實 施例中，該半導(dǎo)體層102或可具有(100)的表面定向。對于這種的結(jié)晶 層102之結(jié)構(gòu)，在圖la中顯示為Y方方之該溝道寬度方向亦對應(yīng)著晶 體學(xué)<100>方向。
如圖la所示之該半導(dǎo)體器件100可依據(jù)下列的制程來加以形成。 在提供了可能有半導(dǎo)體層102形成于其上的基板101，或是在將該半導(dǎo) 體層102依據(jù)外延生長技術(shù)而形成在基板101之后，包括晶體管100 之個別集成電路的設(shè)計則可加以選定，以便對應(yīng)于所需要的溝道區(qū)103 的定向。也就是說，在真正進(jìn)行任何的制造程序之前，該層102的結(jié) 晶特性可相對于沿著X方向產(chǎn)生之拉伸應(yīng)變和通過考慮對應(yīng)的應(yīng)變引 發(fā)機(jī)制之二維效果來加以決定。
對應(yīng)的圖lb示意地顯示了對應(yīng)設(shè)計或是該器件100的實際平面 圖，其中，所顯示的狀況是當(dāng)應(yīng)變的硅/碳材料109作用在溝道區(qū)103 時。如圖所示，內(nèi)嵌式硅/碳材料109可在該溝道區(qū)103內(nèi)產(chǎn)生長軸方 向的拉伸應(yīng)力，其在圖lb則顯示為Sxx，亦即，在柵極電極104下方 的區(qū)域。該對應(yīng)之長軸方向的拉伸應(yīng)力亦可是對應(yīng)拉伸應(yīng)變的來源， 其可對在溝道區(qū)103內(nèi)的載流子遷移率具有個別的效果。同一時間， 該應(yīng)變硅/碳材料109可產(chǎn)生橫向的應(yīng)力分量，亦即沿著該溝道寬度方 向(亦即，Y方向)作用的應(yīng)力分量Syy，其中，對應(yīng)的應(yīng)力分量是可壓 縮的。也就是說，由于沿著可作為應(yīng)力交互作用之晶體管寬度方向的 面積在和晶體管長度方向內(nèi)可用的面積相比較下大的很多，因此實質(zhì) 上了解為雙軸應(yīng)變之對應(yīng)應(yīng)變區(qū)域109則沿著溝道區(qū)103的長度而作 用的更為密集，以提供拉伸應(yīng)力以及應(yīng)變Sxx，因此亦沿著該溝道區(qū) 103的寬度方向，并在該硅材料內(nèi)產(chǎn)生個別的壓縮應(yīng)力。換句話說，區(qū) 域109的自然壓縮則會在沿著溝道長度上對該溝道103產(chǎn)生一種"拉 力"(pulling)效果，以及在該溝道長度上，于橫向方向上產(chǎn)生"收縮" 的效果。結(jié)果，對應(yīng)的拉伸分量Sxx以及壓縮分量Syy均是在該溝道
12區(qū)103內(nèi)形成的。根據(jù)個別的應(yīng)力計算，Syy的數(shù)值大小是依賴著晶體 管的寬度，并在許多情況，可由大約是0.3Sxx到1.3Sxx。對于電子遷 移率之Sxx和Syy應(yīng)力分量的合并效果可通過使用硅的壓電系數(shù) (piezoelectriccoefficient)來加以推估。例如，對于一個典型的傳統(tǒng)設(shè)計 之MOSFET晶體管而言，即對于一個形成在具有(100)表面定向的硅層 的MOSFET晶體管，該器件典型地是朝向晶體學(xué)方向<110>來加以定 向。對于這種傳統(tǒng)的定向，個別的壓電系數(shù)可產(chǎn)生
▽ "U =0.31 Sxx十0.18Syy (1)
其中，當(dāng)個別的應(yīng)力分量是以單位Gpa來表示時，即獲得了電子遷移 率Vu/y之相對修改來作為上述特定的系數(shù)。由上述的方程式l，很 明顯地該長軸方向的拉伸(正向)應(yīng)力分量Sxx在該溝道區(qū)103內(nèi)以因子 0.31加強(qiáng)了電子遷移率。然而，該橫向壓縮(負(fù)向)應(yīng)力分量Syy則有系 數(shù)0.18，并且因為負(fù)符號，該應(yīng)力分量Syy降低了電子遷移率。結(jié)果， 在傳統(tǒng)的配置里，對于電子遷移率的合并應(yīng)力效果對于某些器件結(jié)構(gòu) 而言是明顯的加以，或是可加以補(bǔ)償，也就是說，對于減少的晶體管 寬度而言，其甚至可以是負(fù)的。結(jié)果則是基于對硅/碳之已建立之選擇 性的外延生長技術(shù)，在外延生長硅材料內(nèi)提供相當(dāng)?shù)偷奶紦诫s，則或 可得到相當(dāng)微量效能增進(jìn)，或是可獲得一種減少驅(qū)動電流能力。根據(jù) 本發(fā)明，基于壓電系數(shù)和二維應(yīng)力計算的相同分析顯示了若是層102 有在其表面(100)的晶體學(xué)方向，并該晶體管溝道長度是沿著晶體學(xué)方 向[100]而朝向該層102，則長軸應(yīng)力分量Sxx和壓縮應(yīng)力分量Syy在 電子遷移率上或可有著下列的效果
▽ u/ii=1.02Sxx-0.53Syy (2) 也就是說，當(dāng)橫向壓縮，也就是負(fù)向的應(yīng)力分量Syy是關(guān)聯(lián)于負(fù)系數(shù) 0.53時，則關(guān)于拉伸應(yīng)力分量之電子遷移率的相對增加V u 可關(guān)聯(lián) 于系數(shù)1.02。因此，兩者應(yīng)力分量Sxx和Syy均可正向的貢獻(xiàn)遷移率 的增加，以致于明顯地提升了整體的效能，而不論關(guān)乎晶體管長度以 及晶體管寬度的晶體管配置。
再次參看圖la，基于上述的考慮，具有半導(dǎo)體層102形成于其上 之該基板101在制造程序中應(yīng)予以適當(dāng)?shù)亩ㄎ?，以便獲致提供電子遷 移率所需增強(qiáng)的溝道區(qū)103的方位。例如，在上述特定的情況中，該溝道長度方向X的方位可以選擇，以對溝道區(qū)103獲得最大的電子遷 移率增加。然而吾人亦應(yīng)了解的是，其它的X方位可和結(jié)晶特性相關(guān) 來加以選擇，其全賴其它電路組件之所需，諸如是P溝道晶體管和相 似之對象。例如，個別的二維應(yīng)變計算可針對許多不同的方位加以實 施，以便對任何欲形成在上述基板101上的晶體管獲得所需之遷移率 增加方位，而不需要實質(zhì)上對不同的晶體管態(tài)樣要求不同的方位。在 其它的例示實施例中，所有或至少是為該器件IOO態(tài)樣之絕大部分的
晶體管的X方位可基于前述的二維計算來加以選擇，而其它的晶體管
組件則可朝向不同的方向。
其次，基于已建立完備的光學(xué)微影術(shù)、蝕刻、沉積以及平面化技
術(shù)可執(zhí)行對應(yīng)的制造程序，以在半導(dǎo)體層102內(nèi)依諸如是溝槽隔離以
及相類似之對象的相對應(yīng)隔離結(jié)構(gòu)(未顯示)來界定出個別的硅基區(qū)。此 后，則可執(zhí)行相對應(yīng)的注入程序，以便可在分別界定的硅區(qū)基于建立 完備的技術(shù)來提供所需要的摻雜濃度。例如，可執(zhí)行個別的臨界電壓
注入程序以及相類似的程序。其次，用于柵極絕緣層105以與門極電 極104之適切的材料則可通過氧化及/或沉積來加以形成，并且亦可在 后續(xù)的制程中基于先進(jìn)的光學(xué)微影術(shù)以及蝕刻技術(shù)來加以圖案化，其 中，為了在后續(xù)的階段里形成應(yīng)變硅/碳材料109，對應(yīng)的覆蓋層亦可 供應(yīng)在柵極電極104之上。依據(jù)制程策略，可形成適切的間隔件結(jié)構(gòu)(未 顯示)，以覆蓋柵極電極104，并且可執(zhí)行分別的蝕刻程序，以便在層 102內(nèi)形成適當(dāng)形狀的凹槽，其可在日后以應(yīng)變硅/碳材料109基于選 擇性的外延生長技術(shù)來予以填滿。應(yīng)了解的是當(dāng)形成材料109時，可 接著執(zhí)行復(fù)數(shù)種不同的制程策略，其中材料109的尺寸以及形狀，連 同由溝道區(qū)103及其類似之對象的補(bǔ)償，對于對應(yīng)地選擇以及控制個 別制造程序，可代表個別的器件參數(shù)。
例如，在所示的實施例中，該硅/碳材料109對于溝道區(qū)103具有 適度的高補(bǔ)償，因此可將硅/碳材料109完全的定位在漏極和源極區(qū)107 內(nèi)，而在其它的實施例中，該材料109可定位在靠近于溝道103的附 近，以強(qiáng)化應(yīng)力傳遞機(jī)制。尚應(yīng)了解的是在其它器件區(qū)內(nèi)之前、之后 或間歇地可執(zhí)行個別的制程系列，以分別地形成長成的硅/鍺材料，以 便強(qiáng)化P溝道晶體管的效能。此外，在某些示范性的實施例中，用以形成材料109之選擇性的外延生長制程可設(shè)計成用以提供在原處的摻
雜材料，因此提供了用以形成區(qū)108和107之減少注入制程的可能性， 以便在應(yīng)變材料109內(nèi)減少注入引發(fā)傷害。例如，延伸區(qū)108可在材 料109選擇性的生長之前形成。在材料109之選擇性的外延生長之后， 可執(zhí)行對應(yīng)設(shè)計的退火程序，以將摻雜物由硅/碳材料109處擴(kuò)散到層 102里面，以便形成深漏極和源極區(qū)107。在其它示范性的實施例中， 深漏極和源極區(qū)107，連同著延伸區(qū)108，可基于注入制程而形成，該 注入制程可在材料109形成后再執(zhí)行，或在材料109選擇性的生長之 前來執(zhí)行。為此，該間隔件結(jié)構(gòu)106在形成時可具有適當(dāng)?shù)某叽?，?便作為一種有效的注入罩，例如是基于建立完備之注入技術(shù)的深漏極 和源極區(qū)107的形成。此后，器件100之其它的程序可通過，例如， 在柵極電極104及漏極和源極區(qū)107內(nèi)基于間隔件結(jié)構(gòu)106，根據(jù)任何 適切的硅化作用技術(shù)來形成金屬硅化物區(qū)而得以繼續(xù)，在這段時期， 適切的耐火金屬，諸如是鎳、白金、鈷或其組合物可轉(zhuǎn)變成為一種高 度導(dǎo)電性的的金屬硅化物。
結(jié)果，在該器件100完成之后，該溝道區(qū)103會遭受到在X方向 上的拉伸應(yīng)變，其可朝向結(jié)晶的方向，以致產(chǎn)生顯著的電子遷移率增 加，而在另一方面，沿著Y方向的個別的壓縮應(yīng)力不會顯著地減少電 子的遷移率，甚而會顯著地強(qiáng)化遷移率，其就好比是在方程式2所作 的解釋一般。
圖lc示意地描述根據(jù)其它示范性實施例的晶體管100，其中應(yīng)變 硅/碳材料是定位在相當(dāng)靠近于溝道區(qū)103，因此可更有效地在溝道區(qū) 103內(nèi)產(chǎn)生拉伸以及壓縮應(yīng)變。在如圖lc所示之制造階段中，晶體管 100可包括覆蓋層112，例如含有氮化硅，其是形成在柵極電極104的 上方。此外，側(cè)壁間隔件113，例如包含氮化硅或其它適合的材料，可 形成在柵極電極104的側(cè)壁，其中，在需要時，諸如是二氧化硅襯里 (liner)之適切的襯里111形成在柵極電極104和間隔件113之間。間隔 件113的寬度，標(biāo)示為113W，依據(jù)器件特定的需求來加以選定，以便 將應(yīng)變硅/碳材料定位在更近于溝道區(qū)103。為了此一目的，該晶體管 IOO可在適切設(shè)計選擇的蝕刻制程中予以暴露出來，在此時期，該覆蓋 層112以及間隔件113能夠可靠地保護(hù)著柵極電極104，而在其它的器件區(qū)中，當(dāng)個別的凹處蝕刻程序在這些器件區(qū)中不需要時，則可提供 適切的覆蓋層。此外，對應(yīng)蝕刻制程之非結(jié)晶性的程度可依器件需求
而加以選擇，其中，對于大約是5nm或更小之適度短的間隔件寬度 113W，蝕刻制程之實質(zhì)非結(jié)晶性的特征可予以選擇，以便避免在柵極 絕緣層105的附近造成過度蝕刻損害。在一些示范性的實施例中，于 選擇性的蝕刻程序之前，該延伸區(qū)108可基于適切設(shè)計的補(bǔ)償間隔件 (未顯示)或甚至是基于該間隔件113而早已形成。其次，可執(zhí)行選擇性 的取向附生的生長程序114,以便生長材料109，其中，如同之前所解 釋者，材料109可具有高摻雜濃度，或著，若在深漏極以及源極區(qū)是 基于注入制程而形成時，其可作為一種實質(zhì)內(nèi)在的硅/碳材料。
圖ld示意地以更進(jìn)一步的先進(jìn)制造階段來說明圖lc的器件100， 其中形成了深漏極和源極區(qū)107，連同著延伸區(qū)108和側(cè)壁間隔件結(jié)構(gòu) 106，其中，在所示的實施例中，該深漏極和源極區(qū)107可基于在材料 109內(nèi)之高摻雜濃度而以擴(kuò)散形成，因此避免了，或至少是顯著地減少 在材料109內(nèi)的注入引發(fā)傷害。此外，個別的金屬硅化物區(qū)115可基 于間隔件106而在材料109以與門極電極104內(nèi)形成。因此，標(biāo)示為 109A之應(yīng)變硅/碳材料可位于靠近溝道區(qū)103的附近，因此可提供高應(yīng) 力傳遞機(jī)制。此外，當(dāng)延伸區(qū)108在選擇性的外延生長制程114之前 即已形成，并且該深漏極以及源極區(qū)107亦可基于擴(kuò)散而形成時，材 料區(qū)109A可具有明顯減少的缺陷率，因此在其內(nèi)部維持了高度的拉伸 應(yīng)變。因此，任何可由金屬硅化物區(qū)115所造成的應(yīng)變解除在整體應(yīng) 力引發(fā)機(jī)制上具有較不明顯的效果。所以，如在圖ld中所示的晶體管 IOO包括了高度有效的應(yīng)變引發(fā)機(jī)制，其中該溝道長度，亦即X方向， 可延沿著晶體學(xué)方向來定向，以在區(qū)域103內(nèi)對電子遷移率提供高度 正向效果。在如圖所示的實施例中，X方向可朝向〈0O的方向，其中， 對于層102的(100)表面定向，該溝道寬度亦是朝向<100>的方向，因此 提供了如同在參考方程式2所描述之高度有效之遷移率增加機(jī)制。
圖le示意地解釋著根據(jù)再一示范性實施例的電昌體100，其中， 提供了另種形成應(yīng)變硅/碳材料109的制程策略。在此實施例中，該晶 體管100可包括深漏極和源極區(qū)107以及延伸區(qū)108，而在另一實施例 中，這些區(qū)域仍然要基于適當(dāng)?shù)淖⑷爰夹g(shù)來形成。此外，在一個范例性的實施例中，器件100或會經(jīng)歷適當(dāng)退火程序，如此在區(qū)域108和
107的摻雜物則或許會擴(kuò)散到在層102內(nèi)的預(yù)定位置，以便界定出具有 適當(dāng)摻雜分布的PN接面。同理，在其它器件區(qū)的晶體管組件，譬如是 P溝道晶體管等，或是任何其它的晶體管，在和如圖le所示的配置比 較下是處在相當(dāng)先進(jìn)的制造階段。在此階段，可執(zhí)行適當(dāng)?shù)闹瞥檀涡?116以便將所需程度之碳濃度通過注入方式來并入到漏極和源極區(qū) 107。在一個示范性的實施例中，該制程次序116可包括非結(jié)晶化注入 (amorphizationimplantation)(例如基于硅)，以便在漏極和源極區(qū)107內(nèi) 提供實質(zhì)上為非結(jié)晶化部分，其中，關(guān)于柵極電極104之個別非結(jié)晶 性的部分所需要的補(bǔ)償可基于適當(dāng)設(shè)計的襯里材料117來建立，例如 包括了二氧化硅。例如，襯里117可結(jié)合諸如間隔件106之適當(dāng)?shù)拈g 隔件結(jié)構(gòu)基于可通過離子注入已形成深漏極和源極區(qū)107而一起形成。 此后，對應(yīng)的間隔件則予以移除，例如基于高度選擇性的濕或干化學(xué) 蝕刻制程，且可執(zhí)行對應(yīng)的非結(jié)晶性注入。若是并不需要其它器件面 積之對應(yīng)的非結(jié)晶性，則對應(yīng)的注入罩，譬如光阻罩，可輕易地基于 已建立完備的技術(shù)而加以形成。
其次，可執(zhí)行適切架構(gòu)好的注入制程，以將所需要的碳原子濃度 加入到實質(zhì)上為非結(jié)晶的部分，其中，例如，大約是5X10"至5X1016 離子/公分、ion/cm、注入劑量對于合并濃度為1.5至4.0原子百分比碳 可以是適當(dāng)?shù)摹Ｔ谧⑷胫?，包含著普通高碳濃度之實質(zhì)上為非結(jié)晶 的部分可基于先進(jìn)的退火技術(shù)，其可包括基于雷射(laser-based)或是基 于快閃(flash-based)之退火方法，而再次的結(jié)晶。在基于快閃或基于雷 射的退火程序中，脈沖的輻射可導(dǎo)向到該器件100上，因此沉積了足 夠的能量來起動再結(jié)晶，并有效激化碳原子，同時實質(zhì)上抑制了或是 避免了延伸區(qū)108之摻雜物種類、以及深漏極和源極區(qū)107、還有其它 器件的摻雜物的向外擴(kuò)散，因此實質(zhì)上維持了PN接面的摻雜分布。此 外，額外的退火程序可強(qiáng)化在晶體管100內(nèi)的漏極和源極區(qū)107和延 伸區(qū)108，還有在其它裝區(qū)內(nèi)的其它晶體管組件的激化，其可能尚未接 受碳注入。
圖lf示意地顯示了晶體管IOO在更先進(jìn)的制造階段，其中該金屬 硅化物區(qū)115系根據(jù)另一間隔件組件118而形成在區(qū)109和柵極電極
17104之內(nèi)，該間隔件組件118可形成在襯里117上或是在移除了襯里
117后，根據(jù)任何適當(dāng)?shù)牟牧隙纬伞＠?，間隔件118或可由具有減
少介電常數(shù)的材料所制成，因此減少了寄生電容。結(jié)果是在圖lf中所
示的器件100在靠近溝道區(qū)103處可包括應(yīng)變硅/碳材料109，其中， 如同先前所解釋者，該金屬硅化物區(qū)115或許不會在材料109內(nèi)產(chǎn)生 過度的應(yīng)變松弛。尤有甚者，由于材料109可以高度空間選擇性的方 式，在整個制程順序內(nèi)于許多不同的點來形成，因此基于離子注入而 不是選擇性的外延生長制程所形成的材料109提供了高度的彈性以及 和傳統(tǒng)的CMOS技術(shù)間的兼容性。例如，制程116在結(jié)合基于外延生 長硅/鍺材料而形成P溝道晶體管時提供了高度的彈性，這是因為制程 116可在晶體管制造程序的最后階段來執(zhí)行，而不會影響到P溝道晶體 管的效能或是制造流程。更明確地說，通過提供額外的退火程序且僅 有少量的擴(kuò)散，并通過提供個別具有減少的相關(guān)介電常數(shù)(permitivity) 的間隔件118，可在P溝道器件或是未接收應(yīng)變硅/碳材料之其它組件 內(nèi)完成一種更加強(qiáng)化了的晶體管效能。有關(guān)于在溝道區(qū)103內(nèi)電子遷 移率強(qiáng)化適用于前述的基準(zhǔn)。
圖lg示意地解釋了根據(jù)另一例示實施例的晶體管100。在這些實 施例中，該晶體管100可具有或是不具有該應(yīng)變硅/碳材料109，且可 額外地或是替換地具有形成在其上的應(yīng)力覆蓋層119，其則譬如是一種 接觸蝕刻終止層，該終止層可具有內(nèi)含高本質(zhì)拉伸應(yīng)力的氮化硅。在 如圖lg所示的實施例中，該晶體管IOO可能不會有形成在其內(nèi)部的材 料109，其中，或許和間隔件106合并之該層119可作用為類似于應(yīng)變 材料109的應(yīng)力源。例如，在層119內(nèi)的雙軸應(yīng)力或可傳遞對應(yīng)應(yīng)力 到區(qū)115，并因此進(jìn)入漏極和源極區(qū)107，其同時亦可透過該間隔件106 而作用在該溝道區(qū)103。結(jié)果，該對應(yīng)的應(yīng)力亦可在溝道區(qū)103的長度 方向提供實質(zhì)上拉伸分量，而同時在溝道寬度方向，亦即Y方向，造 成對應(yīng)的壓縮分量。雖然這些對應(yīng)分量在和透過適當(dāng)選取該溝道長度 方向的定向，例如對(100)的表面定向的<100〉晶體學(xué)方向的應(yīng)變材料 109之更為直接的作用相比較下顯得較少，但是在和傳統(tǒng)應(yīng)力覆蓋層相 比較下，可得到顯著的改良。因此，可獲得明顯的電子遷移率增加， 而不會需要應(yīng)變硅/碳材料的形成。此外，在和應(yīng)變材料109結(jié)合時，應(yīng)力覆蓋層U9提供了更為增加的機(jī)制。
如前面說明，該溝道長度方向可依二維應(yīng)變計算來選取，其中該 晶體管，諸如是P溝道晶體管和N溝道晶體管則可加以定向，以便在 N溝道晶體管內(nèi)獲得如前所述之所需要的電子遷移率。在其它的實施 例中，僅有小部分的個別N溝道晶體管可相關(guān)于特定的晶體學(xué)方向來 加以定向，同時，其它的晶體管組件可不同地加以定位，以便可不明 顯地減少或是甚至強(qiáng)化(然而較不顯著地)強(qiáng)化其效能。因此，設(shè)計基于 考慮下的電路布局或可恰當(dāng)?shù)卣{(diào)適個別應(yīng)力源的二維應(yīng)變特征，其可 包括沿著溝道長度方向的拉伸應(yīng)變以及沿著溝道寬度方向的壓縮應(yīng) 變。
圖2a示意地顯示具有形成在其上之個別的硅基層202的基板250， 該硅基層202可具有表面定向(100)。相反于傳統(tǒng)的技術(shù)，該基板250 的備制是可讓對應(yīng)的缺口 251表示著<100>晶體學(xué)方向，而不是<110> 方向，因此可適用于傳統(tǒng)的電路設(shè)計以及制程技術(shù)，其中晶體管組件 之對應(yīng)的溝道區(qū)是沿著<100>方向而自動地定向。結(jié)果，或可實質(zhì)上得 到在N溝道晶體管內(nèi)電子遷移率個別的增加，而不需對現(xiàn)存的電路布 局以及制造程序作出任何的修正。在其它的例示實施例中，具有類似 于參照圖la至圖lg中所描述之結(jié)構(gòu)的第一晶體管組件200或許具有 如圖2a中指示之個別溝道長度方向的定向，而其它的晶體管230，例 如是p溝道晶體管，或許會在不同的晶體學(xué)方向內(nèi)朝向其個別的溝道 長度方向，例如是沿著<110>的方向。在這種狀況下，或許需要執(zhí)行電 路布局和特定制程之對應(yīng)的重新設(shè)計。應(yīng)了解到的是第一和第二晶體 管200和230的各自導(dǎo)向僅是作為范例而己，而其它溝道長度方向的 個別導(dǎo)向、提供增強(qiáng)的電子遷移率可如前所述之依據(jù)二維應(yīng)變考量來 加以選定。
圖2b示意地顯示根據(jù)另一個例示實施例的基板250，其中該面導(dǎo) 向是(IIO)，以致于對應(yīng)的晶體學(xué)方向<110>和<100>有90度的角度補(bǔ) 償。結(jié)果，第一和第二晶體管200和230可具有90度的角度補(bǔ)償?shù)亩?向，其在和其它諸如45度等之角度補(bǔ)償相比較可形成更有效的電路布 局。例如，當(dāng)?shù)谝痪w管200代表著含有如同在參考圖la至圖lg所 描述例子之應(yīng)力引發(fā)機(jī)制之N溝道晶體管時，拉伸應(yīng)力分量實質(zhì)上是沿著<100>晶體學(xué)方向而導(dǎo)向，而個別的壓縮應(yīng)力可沿著<100>方向?qū)?向。在這種狀況下，可達(dá)成電子遷移率之較無效率的增強(qiáng)來作為完成 較為有效的電路布局，然而，其中電子遷移率之整體的強(qiáng)化在和傳統(tǒng)
的方法來比仍然是顯著地提升了。同樣狀況，當(dāng)晶體管230代表著N 溝道晶體管時，對應(yīng)所產(chǎn)生沿著<110>晶體學(xué)方向的壓縮應(yīng)力可有效地 貢獻(xiàn)于整體遷移率的增加，其則如在方程式2所描述例子之一般。結(jié) 果，使用含有表面導(dǎo)向(100)之基板250在溝道長度方向上選擇適切的 晶體學(xué)方向提供了高度的彈性，其中其它晶體管型態(tài)亦可恰當(dāng)?shù)爻?相同方向或是不同方向來予以定向，其中對于方向<110>和<100>的補(bǔ) 償可提供較不復(fù)雜的電路布局。此外，在這些狀況中，當(dāng)特定晶體管 組件有著應(yīng)變硅/碳材料時，可達(dá)成高度的彈性，例如在圖2a至圖2b 中群組200、 230中之一，如前所述之和個別的N溝道晶體管合并下，
由于復(fù)數(shù)個不同導(dǎo)向的合并在不需要額外設(shè)計的復(fù)雜性下是可能的。 因此，本發(fā)明提供了一種用以形成N溝道晶體管之改良的技術(shù)， 以便通過適當(dāng)?shù)剡x擇和硅基半導(dǎo)體材料之結(jié)晶特性有關(guān)之溝道長度方 向來強(qiáng)化其內(nèi)部之電子遷移率。藉考慮二維應(yīng)變行為，可使用個別的 壓電系數(shù)，并基于個別的應(yīng)變引發(fā)源來決定適當(dāng)?shù)腘溝道晶體管的導(dǎo) 向。在范例實施例中，該應(yīng)變引發(fā)源可以是一種以外延生長技術(shù)、注 入技術(shù)等而形成的應(yīng)變硅/碳材料，其中，該溝道長度方向是在溝道區(qū) 內(nèi)朝向更有效增進(jìn)拉伸和壓縮應(yīng)變的合并效果。因此，不同于習(xí)用技 術(shù)，其中N型晶體管的溝道是朝向〈110晶體學(xué)方向，通過使用<100> 方向而可達(dá)成顯著的增進(jìn)，該<100>方向在和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較后，可視為 是電子遷移率增強(qiáng)四分之一或是更大的因子。
上述特定實施例的揭露僅在于解釋的目的，此是因為本發(fā)明可以 使用對那些在本行業(yè)中具有通常知識者在看了本發(fā)明的教示后，而以 不同但均等的方式來加以改良以及實施。例如，前述的實施歩驟可以 不同的順序來加以實施。此外，關(guān)于在此所顯示之結(jié)構(gòu)或設(shè)計均沒有 任何限制的意圖，除了在下列的申請專利范圍之外。因此吾人可明白 的是上述所揭露的特定實施例可予以修改或改良，而這類的變動均應(yīng) 視為是本發(fā)明的范疇以及精神之內(nèi)。因此在此所尋求的保護(hù)就如同于 下列所示的申請專利范圍一般。
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權(quán)利要求
1、一種半導(dǎo)體器件，包括第一晶體管(100、200)，具有界定第一溝道長度方向的第一溝道區(qū)(103)，該第一溝道區(qū)(103)包括具有沿著該第一溝道長度方向定向的拉伸應(yīng)變分量的結(jié)晶硅材料，該第一溝道長度方向是實質(zhì)上沿著晶體學(xué)<100>方向而定向。
2、 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件(IOO),其中，在該第一溝道區(qū)(103)中的該硅材料進(jìn)一步展現(xiàn)沿著第一溝道寬度方向作用的壓縮應(yīng)變。
3、 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括靠近于該第一溝道區(qū) (103)形成的漏極和源極區(qū)(107、 108)，該漏極和源極區(qū)(107、08)包括 應(yīng)變半導(dǎo)體材料(109)。
4、 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一歩包括具有界定第二溝道長 度方向的第二溝道區(qū)的第二晶體管(230)，該第二溝道長度方向相對于 該第一溝道長度方向具有不同定向，其中，該第二溝道區(qū)包括具有沿 著該第二溝道長度方向的壓縮應(yīng)變的應(yīng)變硅材料。
5、 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括形成在該第一晶體管 (100、 200)之上的第一應(yīng)力介電層(119)，該第一應(yīng)力介電層(119)具有 拉伸應(yīng)力。
6、 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括具有第二溝道區(qū)的第 二晶體管(230)，該第二溝道區(qū)的長度沿著該第一溝道長度方向而定向， 該第二溝道區(qū)包括硅，該硅具有沿著不同于該<100>方向的該第一溝道 長度方向的晶體學(xué)方向。
7、 一種方法，包括選擇溝道區(qū)(103)的溝道長度方向的第一定向，該溝道區(qū)具有用于N溝道晶體管(100、 200)的拉伸應(yīng)變，該N溝道晶體管將形成在具有基 于在該溝道區(qū)(103)中的至少兩個線性獨立的應(yīng)變分量的特定表面定向的硅基半導(dǎo)體層(102)中；形成該第一晶體管(IOO、 200)的漏極和源極區(qū)(107、 108)，以界定 該溝道區(qū)(103)，該溝道長度方向?qū)嵸|(zhì)上沿著該第一定向而定向；以及 引發(fā)在該溝道區(qū)(103)內(nèi)沿著該第一溝道長度方向的拉伸應(yīng)變。
8、 如權(quán)利要求7所述的方法，其中，選擇該第一定向包括決定該半 導(dǎo)體層(102)的晶體學(xué)定向，該半導(dǎo)體層在該溝道長度方向提供最大電 子遷移率，以及選擇該決定的晶體學(xué)定向作為該第一定向。
9、 如權(quán)利要求7所述的方法，其中，該第一定向?qū)嵸|(zhì)上對應(yīng)于該半 導(dǎo)體層中的<100〉定向。
10、 如權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括引發(fā)沿著溝道寬度方向的 壓縮應(yīng)變。
11、 如權(quán)利要求7所述的方法，其中，該拉伸應(yīng)變通過至少在該漏極 和源極區(qū)(107、 108)的一部分中形成應(yīng)變硅/碳材料(109)而引發(fā)。
12、 如權(quán)利要求ll所述的方法，其中，形成該應(yīng)變硅/碳材料(109)進(jìn) 一步包括將該半導(dǎo)體層(102)的一部分予以實質(zhì)上非結(jié)晶化；以及 將該碳注入于該實質(zhì)上非結(jié)晶化的部分。
13、 一種方法，包括 在靠近晶體管(100、200)的溝道區(qū)(103)處形成應(yīng)變硅/碳材料(109)，該溝道區(qū)(103)界定實質(zhì)上沿著硅基層(102)的<100>晶體學(xué)定向的長度方向。
14、 如權(quán)利要求11或13所述的方法，其中，形成該應(yīng)變硅/碳材料(109) 包括執(zhí)行選擇性外延生長制程(114)，以在硅模板上生長該硅/碳材料(109)。
15、如權(quán)利要求11或13所述的方法，其中，形成該應(yīng)變硅/碳材料(109) 包括將碳(116)注入于該硅基半導(dǎo)體層(102)中，以及活化該碳。
全文摘要
通過適當(dāng)?shù)叵鄬τ诠鑼?102)之結(jié)晶特性(crystallographic characteristic)而定向溝道長度方向，應(yīng)變硅/碳材料(109)之應(yīng)力引發(fā)效果在與傳統(tǒng)的技術(shù)相比較可有明顯的增進(jìn)。在一個例示實施例中，該溝道(103)可沿著<100>方向予以定向以用于(100)表面定向，因此提供了大約1/4的電子遷移率的增加。
文檔編號H01L29/24GK101432882SQ200780014864
公開日2009年5月13日 申請日期2007年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月28日
發(fā)明者A·魏, I·佩多斯, T·卡姆勒 申請人:先進(jìn)微裝置公司