專利名稱：用sti的拐角應(yīng)力增強(qiáng)mosfet性能的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及用淺溝槽(STI)的拐角應(yīng)力增強(qiáng)MOSFET性能的結(jié)構(gòu)和方法。
背景技術(shù)：
理論和經(jīng)驗(yàn)研究已經(jīng)證實(shí)，當(dāng)將應(yīng)力施加到晶體管的溝道中時(shí)，晶體管的載流子遷移率會(huì)得以提高或降低。然而，還已知，電子和空穴對(duì)相同類型的應(yīng)變具有不同的響應(yīng)。例如，在電流流動(dòng)的方向上施加壓應(yīng)力對(duì)空穴遷移率有利，但是對(duì)電子遷移率有害。而施加張應(yīng)力對(duì)電子遷移率有利，但是對(duì)空穴遷移率有害。具體而言，對(duì)于NMOS器件，在沿溝道方向引入張應(yīng)力提高了其溝道中電子的遷移率；另一方面，對(duì)于PMOS器件，在沿溝道方向引入壓應(yīng)力提高了其溝道中空穴的遷移率。隨著器件特征尺寸的不斷縮小，以提高溝道載流子遷移率為目的的應(yīng)變溝道工程起到越來(lái)越重要的作用。然而，器件節(jié)距越小，越難以將強(qiáng)的應(yīng)力施加到MOSFET上。因此，仍需要一種易于增強(qiáng)溝道中應(yīng)力的新的結(jié)構(gòu)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種制作MOS器件的方法，包括如下步驟:提供半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底上形成溝槽以及由溝槽圍繞的兩個(gè)MOS區(qū)；在所述溝槽中填充應(yīng)變氮化物；至少去除與在每個(gè)MOS區(qū)上欲形成溝道的位置緊鄰的、溝槽中的應(yīng)變氮化物，以形成露出區(qū)域；在所述露出區(qū)域中填充介質(zhì)材料；以及在MOS區(qū)上形成MOS器件，其中在欲形成溝道的位置形成溝道，在溝道上方形成柵極，以及在溝道兩側(cè)形成源極和漏極；其中在溝道的長(zhǎng)度方向上每個(gè)露出區(qū)域的邊界基本上與欲形成溝道的位置的邊界對(duì)齊，或者每個(gè)露出區(qū)域的邊界沿著溝道的長(zhǎng)度方向擴(kuò)展，直到與對(duì)應(yīng)的MOS區(qū)邊界對(duì)齊。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種MOS器件,包括:半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底上形成的溝槽以及由溝槽圍繞的兩個(gè)MOS區(qū)；應(yīng)變氮化物，填充在所述溝槽中；露出區(qū)域，所述露出區(qū)域是去除了至少位于與在每個(gè)MOS區(qū)上欲形成溝道的位置緊鄰的溝槽中的應(yīng)變氮化物所得到的區(qū)域；介質(zhì)材料，填充在所述露出區(qū)域中；以及在欲形成溝道的位置形成的溝道，在溝道上方形成的柵極，以及在溝道兩側(cè)形成的源極和漏極；其中在溝道的長(zhǎng)度方向上每個(gè)露出區(qū)域的邊界基本上與欲形成溝道的位置的邊界對(duì)齊，或者每個(gè)露出區(qū)域的邊界沿著溝道的長(zhǎng)度方向擴(kuò)展，直到與對(duì)應(yīng)的MOS區(qū)邊界對(duì)齊。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種制作MOS器件的方法，包括如下步驟:提供半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底上形成溝槽以及由溝槽圍繞的兩個(gè)MOS區(qū)；在所述溝槽中填充應(yīng)變氮化物；至少去除在兩個(gè)MOS區(qū)的相互遠(yuǎn)離端外側(cè)的溝槽中的應(yīng)變氮化物，去除應(yīng)變氮化物的部分分別形成露出區(qū)域；在所述露出區(qū)域中填充介質(zhì)材料；以及在MOS區(qū)上形成MOS器件，其中在欲形成溝道的位置形成溝道，在溝道上方形成柵極，以及在溝道兩側(cè)形成源極和漏極；其中在溝道的長(zhǎng)度方向上每個(gè)露出區(qū)域的邊界基本上與MOS區(qū)邊界對(duì)齊，或者每個(gè)露出區(qū)域的邊界沿著溝道的長(zhǎng)度方向向溝道方向延伸，直到遇到欲形成溝道的位置的邊界。根據(jù)本發(fā)明的一方面，還提供了一種MOS器件，包括:半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底上形成的溝槽以及由溝槽圍繞的兩個(gè)MOS區(qū)；應(yīng)變氮化物，填充在所述溝槽(320、420)中；露出區(qū)域，所述露出區(qū)域是去除了至少在兩個(gè)MOS區(qū)的相互遠(yuǎn)離端外側(cè)的溝槽中的應(yīng)變氮化物所得到的區(qū)域；介質(zhì)材料，填充在所述露出區(qū)域中；以及在欲形成溝道的位置形成的溝道，在溝道上方形成的柵極，以及在溝道兩側(cè)形成的源極和漏極；其中在溝道的長(zhǎng)度方向上每個(gè)露出區(qū)域的邊界基本上與MOS區(qū)邊界對(duì)齊，或者每個(gè)露出區(qū)域的邊界沿著溝道的長(zhǎng)度方向向溝道方向延伸，直到遇到欲形成溝道的位置的邊界。
本發(fā)明中的應(yīng)變氮化物與其下方的半導(dǎo)體襯底之間具有相同的應(yīng)力，但由于襯底的厚度很大，因此產(chǎn)生的單位應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于應(yīng)變氮化物所在處的單位應(yīng)力。在去除應(yīng)變氮化物時(shí)，應(yīng)變氮化物上較大作用力作用到未去除的應(yīng)變氮化物的邊界上，“拐角效應(yīng)(Corner Effect)”由此產(chǎn)生。在本發(fā)明的實(shí)施例中，在去除應(yīng)變氮化物后，由于保留下的應(yīng)變氮化物邊緣與相接觸的襯底之間能夠產(chǎn)生更大的作用力，因此能夠在MOSFET的溝道中生成更大的應(yīng)力，從而能夠更容易地增強(qiáng)MOSFET的性能。


通過(guò)參考以下描述和用于示出各個(gè)實(shí)施例的附圖可以最好地理解實(shí)施例。在附圖中:
圖 la-lb、2、3a-3b、4a-4d、5a-5c、6a-6b、7a-7b、8a_8b、9、10a-10b、lla_llb、12a_12b、13、14a-14b、15a-15d、16a-16c、17a-17b、18a-18b 以及 19a_19b 分別示出了本發(fā)明各步驟對(duì)應(yīng)的器件的截面圖。
具體實(shí)施例方式下面，參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)方面，其中在整個(gè)附圖中一般用相同的參考標(biāo)記來(lái)指代相同的元件。在下面的描述中，為了解釋的目的，闡述了許多特定的細(xì)節(jié)以提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)方面的徹底理解。然而，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)可以說(shuō)顯而易見(jiàn)的是，可以利用較少程度的這些特定細(xì)節(jié)來(lái)實(shí)行本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)方面。〈第一實(shí)施例〉
首先提供半導(dǎo)體襯底100，其可以是電子領(lǐng)域中已知的任何類型，例如體半導(dǎo)體、絕緣層上半導(dǎo)體(SOI)。材料可以為單晶硅、砷化鎵或磷化銦等。在一個(gè)具體實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底100是(100)晶向或(110)晶向的硅襯底。晶向的選擇取決于成品器件性能的要求，(100)晶向的襯底有利于增加器件中電子的遷移率；(110)晶向的襯底有利于增加器件中空穴的遷移率，而由于自身的性質(zhì)，電子的遷移率大于空穴的遷移率。所以例如在CMOS器件中，若期望其中的PMOS器件和NMOS器件性能盡可能接近，則優(yōu)選(110)晶向的襯底；若追求更高的NMOS器件的性能，優(yōu)選(100)晶向的襯底。另外，所提供的半導(dǎo)體襯底可以是P型的、N型的或未摻雜的。
接下執(zhí)行在半導(dǎo)體襯底上形成溝槽以及由溝槽圍繞的MOS區(qū)的步驟。為此，在一個(gè)實(shí)施例中首先形成硬掩膜。在一個(gè)具體實(shí)施例中，首先在半導(dǎo)體襯底100上形成氧化物105。所述氧化物包括但不限于SiO2，厚度例如在大約5-20nm的范圍內(nèi)。形成所述氧化物的方法包括但不限于化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子輔助CVD、原子層沉積(ALD)、蒸鍍、反應(yīng)濺射、化學(xué)溶液沉積或其他類似沉積工藝。作為替代，所述氧化物還可以利用熱氧化工藝或熱氧化工藝與沉積工藝的組合形成。例如在襯底為Si的情況下，在硅襯底熱氧化形成薄的SiO2，再利用沉積工藝沉積其余的SiO2達(dá)預(yù)定的高度。接著，在氧化物105上形成氮化物110。所述氮化物包括但不限于SiN、Si3N4，厚度例如在大約50-150nm的范圍內(nèi)。形成所述氮化物的方法包括但不限于化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子輔助CVD、原子層沉積(ALD)、蒸鍍、反應(yīng)濺射、化學(xué)溶液沉積或其他類似沉積工藝。接著，圖案化所述氧化物和氮化物，以形成圖案化的硬掩膜，并借助圖案化的硬掩膜去除部分襯底從而在襯底中形成溝槽，未被去除的襯底對(duì)應(yīng)MOS區(qū)。在一個(gè)具體實(shí)施例中，圖案化氮化物110，氧化物105，并去除部分半導(dǎo)體襯底100，以形成溝槽120以及由溝槽圍繞的MOS區(qū)115a和115b，其中MOS區(qū)115a和115b之間也存在溝槽。圖1a是所得到結(jié)構(gòu)的頂視圖，圖1b是其沿圖1a中線AA’截取的平面圖。圖中示出了兩個(gè)MOS區(qū)，但這只是示意性的，可以在襯底上形成多于兩個(gè)的MOS區(qū)。圖案化以及去除的方法包括但不限于干法刻蝕和濕法刻蝕，優(yōu)選反應(yīng)離子刻蝕(RIE)。形成溝槽的方法包括但不限于上述方法，在又一實(shí)施例中，還可以通過(guò)切割工藝直接對(duì)襯底進(jìn)行切割而形成溝槽。更一般地，可以利用本領(lǐng)域任何合適的方法形成溝槽。接著執(zhí)行在溝槽中填充應(yīng)變氮化物的步驟。為此，在一個(gè)具體實(shí)施例中，在溝槽120中形成應(yīng)變氮化物130以填充溝槽，如圖3所示。圖3a是所得到結(jié)構(gòu)的頂視圖，圖3b是其沿圖3a中線AA’截取的平面圖。從圖3a中可以看出應(yīng)變氮化物130從四周完全包圍MOS區(qū)。在要制作的MOS為NMOS的情況下，所述氮化物應(yīng)當(dāng)具有張應(yīng)力，而在要制作的MOS為PMOS的情況下，所述氮化物應(yīng)當(dāng)具有壓應(yīng)力。具體地，可以通過(guò)沉積應(yīng)變氮化物130并通過(guò)對(duì)氮化物進(jìn)行回蝕或化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)來(lái)形成所述結(jié)構(gòu)。在通過(guò)直接切割襯底形成溝槽的具體實(shí)施例中，可以通過(guò)沉積應(yīng)變氮化物130并通過(guò)對(duì)氮化物進(jìn)行回蝕或CMP以露出MOS區(qū)中的襯底來(lái)形成所述結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，在填充應(yīng)變氮化物之前，在溝槽中形成一層氧化物125。形成所述氧化物的方法包括但不限于化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子輔助CVD、原子層沉積(ALD)、蒸鍍、反應(yīng)濺射、化學(xué)溶液沉積或其他類似沉積工藝。該氧化物用作應(yīng)變氮化物和襯底之間的緩沖層。在使用硬掩膜的具體實(shí)施例中，MOS區(qū)上也存在所述氧化物125，如圖2所示。在通過(guò)直接切割襯底形成溝槽的具體實(shí)施例中，MOS區(qū)中露出的襯底表面上不存在氧化物125。 接著執(zhí)行去除溝槽中的部分應(yīng)變氮化物的步驟。為此，至少去除與在每個(gè)MOS區(qū)(115a、115b)上欲形成溝道的位置(圖4a中虛線所包圍的區(qū)域)緊鄰的、溝槽中的應(yīng)變氮化物130，去除應(yīng)變氮化物的部分分別形成露出區(qū)域1251、1252、1253和1254，在溝道的長(zhǎng)度方向上，每個(gè)露出區(qū)域的邊界基本上與欲形成溝道的位置的邊界對(duì)齊。這里所述的“基本上”是指露出區(qū)域的邊界與欲形成溝道的位置的邊界在工藝誤差的范圍內(nèi)對(duì)齊。圖4c和4d分別為沿圖4a中AA’和BB’線所截取的截面圖。圖中位置C、S和D分別對(duì)應(yīng)于欲形成的溝道、源極以及漏極。在另一實(shí)施例中，露出區(qū)域1251、1252、1253和1254的邊界可以沿著欲形成的溝道的長(zhǎng)度方向(圖4b中雙箭頭所指的方向)擴(kuò)展，直到與對(duì)應(yīng)的MOS區(qū)邊界對(duì)齊。去除應(yīng)變氮化物的方法包括但不限于相對(duì)于下面的材料具有選擇性的RIE刻蝕。在MOS器件為NMOS器件的情況中，在去除了與MOS區(qū)的欲形成溝道的位置對(duì)應(yīng)的溝槽中的張應(yīng)變氮化物后，由于拐角效應(yīng)，位于MOS區(qū)外圍的張應(yīng)變氮化物130具有的張應(yīng)力更集中于所述溝道，從而得到了更大的應(yīng)力。而在MOS器件為PMOS器件的情況中，在去除了與MOS區(qū)的欲形成溝道的位置對(duì)應(yīng)的溝槽中的壓應(yīng)變氮化物后，由于拐角效應(yīng)，位于MOS區(qū)外圍的壓應(yīng)變氮化物130具有的壓應(yīng)力更集中于所述溝道，從而得到了更大的應(yīng)力。關(guān)于這里所述的“拐角效應(yīng)”的詳細(xì)解釋請(qǐng)參見(jiàn)已公開(kāi)的相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。下面仍接著圖4a所示的情形進(jìn)行描述。在露出區(qū)域中填充介質(zhì)材料135，例如氧化物。在利用硬掩膜的具體實(shí)施例中，該步驟是通過(guò)沉積介質(zhì)材料135并利用回蝕或CMP工藝平坦化至露出MOS區(qū)上的硬掩膜實(shí)現(xiàn)的，如圖5所示，其中圖5a為該步驟后的頂視圖，圖5b和5c分別為沿圖5a中AAjP BB’線所截取的截面圖。在通過(guò)直接切割襯底形成溝槽的具體實(shí)施例中，可以通過(guò)沉積所述介質(zhì)材料135并通過(guò)對(duì)介質(zhì)材料135進(jìn)行回蝕或CMP以露出MOS區(qū)中的襯底來(lái)形成所述結(jié)構(gòu)。在利用硬掩膜的具體實(shí)施例中，之后還包括如下步驟:去除氮化物110，如圖6a、b所示，其中圖6a和6b分別為沿AA’和BB’線所截取的截面圖。去除氮化物110的方法包括但不限于相對(duì)于介質(zhì)材料135具有選擇性的RIE刻蝕。在此步驟中，應(yīng)變氮化物130被介質(zhì)材料135覆蓋，故不受影響。接著，去除MOS區(qū)上的氧化物105，以露出MOS區(qū)上的襯底100。此時(shí)，一定厚度的介質(zhì)材料135也被去除。接下來(lái)使用常規(guī)MOS工藝形成MOS器件，其中在欲形成溝道的位置(對(duì)應(yīng)于圖4中的位置C)形成溝道，在溝道上方形成柵極，以及在溝道兩側(cè)(對(duì)應(yīng)于圖4中的位置S和D)形成源極和漏極，如圖7所示，其中圖7a為該步驟后的頂視圖，圖7b為沿圖7a中AA’所截取的截面圖。<第二實(shí)施例>
第二實(shí)施例與第一實(shí)施例基本相同，以下對(duì)與第一實(shí)施例相同的部分不再詳述，重點(diǎn)描述不同之處。提供與第一實(shí)施例相似的襯底。形成MOS區(qū)215a和215b以及圍繞MOS區(qū)215a和215b的溝槽220，與第一實(shí)施例不同的是MOS區(qū)215a和215b 二者直接相鄰，之間不存在溝槽。圖8a是所得到結(jié)構(gòu)的頂視圖，圖8b是其沿圖1a中線AA’截取的平面圖。接著執(zhí)行與第一實(shí)施例中類似的步驟，在溝槽220中形成應(yīng)變氮化物230以填充溝槽，如圖9所示。至少去除與在每個(gè)MOS區(qū)(215a、215b)上欲形成溝道的位置(圖1Oa中虛線所包圍的區(qū)域)緊鄰的、溝槽中的應(yīng)變氮化物230，去除應(yīng)變氮化物的部分分別形成露出區(qū)域2251、2252,2253和2254，在溝道的長(zhǎng)度方向上，每個(gè)露出區(qū)域的邊界基本上與欲形成溝道的位置的邊界對(duì)齊。這里所述的“基本上”是指露出區(qū)域的邊界與欲形成溝道的位置的邊界在工藝誤差的范圍內(nèi)對(duì)齊。圖中位置C、S和D分別對(duì)應(yīng)于欲形成的溝道、源極以及漏極。在另一實(shí)施例中，露出區(qū)域2251、2252、2253和2254的邊界可以沿著欲形成的溝道的長(zhǎng)度方向(圖1Ob中雙箭頭所指的方向)擴(kuò)展，直到與對(duì)應(yīng)的MOS區(qū)邊界對(duì)齊。去除應(yīng)變氮化物的方法包括但不限于相對(duì)于下面的材料具有選擇性的RIE刻蝕。在MOS器件為NMOS器件的情況中，在去除了與MOS區(qū)的欲形成溝道的位置對(duì)應(yīng)的溝槽中的張應(yīng)變氮化物后，由于拐角效應(yīng)，位于MOS區(qū)外圍的張應(yīng)變氮化物230具有的張應(yīng)力更集中于所述溝道，從而得到了更大的應(yīng)力。而在MOS器件為PMOS器件的情況中，在去除了與MOS區(qū)的欲形成溝道的位置對(duì)應(yīng)的溝槽中的壓應(yīng)變氮化物后，由于拐角效應(yīng)，位于MOS區(qū)外圍的壓應(yīng)變氮化物230具有的壓應(yīng)力更集中于所述溝道，從而得到了更大的應(yīng)力。以圖1Oa所示的情形為例繼續(xù)與第一實(shí)施例中相似的步驟，形成MOS器件，其中在欲形成溝道的位置(對(duì)應(yīng)于圖10中的位置C)形成溝道，在溝道上方形成柵極，以及在溝道兩側(cè)(對(duì)應(yīng)于圖10中的位置S和D)形成源極和漏極，如圖11所示，其中圖1la為該步驟后的頂視圖，圖1lb為沿圖1la中AA’所截取的截面圖。<第三實(shí)施例>
首先提供半導(dǎo)體襯底300，其可以是電子領(lǐng)域中已知的任何類型，例如體半導(dǎo)體、絕緣層上半導(dǎo)體(SOI)。材料可以為單晶硅、砷化鎵或磷化銦等。在一個(gè)具體實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底300是(100)晶向或(110)晶向的硅襯底。晶向的選擇取決于成品器件性能的要求，
(100)晶向的襯底有利于增加器件中電子的遷移率；(110)晶向的襯底有利于增加器件中空穴的遷移率，而由于自身的性質(zhì)，電子的遷移率大于空穴的遷移率。所以例如在CMOS器件中，若期望其中的PMOS器件和NMOS器件性能盡可能接近，則優(yōu)選(110)晶向的襯底；若追求更高的NMOS器件的性能，優(yōu)選(100)晶向的襯底。另外，所提供的半導(dǎo)體襯底可以是P型的、N型的或未摻雜的。接下執(zhí)行在半導(dǎo)體襯底上形成溝槽以及由溝槽圍繞的MOS區(qū)的步驟。為此，在一個(gè)實(shí)施例中首先形成硬掩膜。在一個(gè)具體實(shí)施例中，首先在半導(dǎo)體襯底300上形成氧化物305。所述氧化物包括但不限于SiO2,厚度例如在大約5-20nm的范圍內(nèi)。形成所述氧化物的方法包括但不限于化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子輔助CVD、原子層沉積(ALD)、蒸鍍、反應(yīng)濺射、化學(xué)溶液沉積或其他類似沉積工藝。作為替代，所述氧化物還可以利用熱氧化工藝或熱氧化工藝與沉積工藝的組合形成。例如在襯底為Si的情況下，在硅襯底熱氧化形成薄的SiO2，再利用沉積工藝沉積其余的SiO2達(dá)預(yù)定的高度。接著，在氧化物305上形成氮化物310。所述氮化物包括但不限于SiN、Si3N4,厚度例如在大約50-150nm的范圍內(nèi)。形成所述氮化物的方法包括但不限于化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子輔助CVD、原子層沉積(ALD)、蒸鍍、反應(yīng)濺射、化學(xué)溶液沉積或其他類似沉積工藝。接著，圖案化所述氧化物和氮化物，以形成圖案化的硬掩膜，并借助圖案化的硬掩膜去除部分襯底從而在襯底中形成溝槽，未被去除的襯底對(duì)應(yīng)MOS區(qū)。在一個(gè)具體實(shí)施例中，圖案化氮化物310，氧化物305，并去除部分半導(dǎo)體襯底300，以形成溝槽320以及由溝槽圍繞的MOS區(qū)315a和315b，其中MOS區(qū)315a和315b之間也存在溝槽。圖12a是所得到結(jié)構(gòu)的頂視圖，圖12b是其沿圖12a中線AA’截取的平面圖。圖中示出了兩個(gè)MOS區(qū)，但這只是示意性的，可以在襯底上形成多于兩個(gè)的MOS區(qū)圖案化以及去除的方法包括但不限于干法刻蝕和濕法刻蝕，優(yōu)選反應(yīng)離子刻蝕(RIE)。形成溝槽的方法包括但不限于上述方法，在又一實(shí)施例中，還可以通過(guò)切割工藝直接對(duì)襯底進(jìn)行切割而形成溝槽。更一般地，可以利用本領(lǐng)域任何合適的方法形成溝槽。
接著執(zhí)行在溝槽中填充應(yīng)變氮化物的步驟。為此，在一個(gè)具體實(shí)施例中，在溝槽320中形成應(yīng)變氮化物330以填充溝槽，如圖14所示。圖14a是所得到結(jié)構(gòu)的頂視圖，圖14b是其沿圖14a中線AA’截取的平面圖。從圖14a中可以看出應(yīng)變氮化物330從四周完全包圍MOS區(qū)。在要制作的MOS為NMOS的情況下，所述氮化物應(yīng)當(dāng)具有壓應(yīng)力，而在要制作的MOS為PMOS的情況下，所述氮化物應(yīng)當(dāng)具有張應(yīng)力。具體地，可以通過(guò)沉積應(yīng)變氮化物330并通過(guò)對(duì)氮化物進(jìn)行回蝕或化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)來(lái)形成所述結(jié)構(gòu)。在一個(gè)具體實(shí)施例中，可以通過(guò)沉積應(yīng)變氮化物330并通過(guò)對(duì)氮化物進(jìn)行回蝕或化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)來(lái)形成所述結(jié)構(gòu)。在通過(guò)直接切割襯底形成溝槽的具體實(shí)施例中，可以通過(guò)沉積應(yīng)變氮化物330并通過(guò)對(duì)氮化物進(jìn)行回蝕或CMP以露出MOS區(qū)中的襯底來(lái)形成所述結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，在填充應(yīng)變氮化物之前，在溝槽中形成一層氧化物325。形成所述氧化物的方法包括但不限于化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子輔助CVD、原子層沉積(ALD)、蒸鍍、反應(yīng)濺射、化學(xué)溶液沉積或其他類似沉積工藝。該氧化物用作應(yīng)變氮化物和襯底之間的緩沖層。在使用硬掩膜的具體實(shí)施例中，MOS區(qū)上也存在所述氧化物325，如圖13所示。在通過(guò)直接切割襯底形成溝槽的具體實(shí)施例中，MOS區(qū)中露出的襯底表面上不存在氧化物325。接著執(zhí)行去除溝槽中的部分應(yīng)變氮化物的步驟。為此，至少去除在兩個(gè)MOS區(qū)(315a、315b)的相互遠(yuǎn)離端外側(cè)的溝槽中的應(yīng)變氮化物330，去除應(yīng)變氮化物的部分分別形成露出區(qū)域3251、3252。其中在溝道的長(zhǎng)度方向上每個(gè)露出區(qū)域的邊界基本上與MOS區(qū)邊界對(duì)齊。這里所述的“基本上”是指露出區(qū)域的邊界與MOS區(qū)邊界在工藝誤差的范圍內(nèi)對(duì)齊。在另一實(shí)施例中，露出區(qū)域3251、3252可以沿著欲形成的溝道的長(zhǎng)度方向(圖15b中雙箭頭所指的方向)向溝道方向延伸，直到遇到欲形成溝道的位置的邊界。圖15b中位置C、S和D分別對(duì)應(yīng)于欲形成的溝道、源極以及漏極。圖15c和15d分別為沿圖15b中AA’和BB’線所截取的截面圖。去除應(yīng)變氮化物的方法包括但不限于相對(duì)于下面的材料具有選擇性的RIE刻蝕。在MOS器件為NMOS器件的情況中，在去除了外圍的壓應(yīng)變氮化物后，由于拐角效應(yīng)，剩余壓應(yīng)變氮化物330具有的壓應(yīng)力更集中于所述溝道，從而得到了更大的應(yīng)力。而在MOS器件為PMOS器件的情況中，在去除了外圍的張應(yīng)變氮化物后，由于拐角效應(yīng)，剩余張應(yīng)變氮化物330具有的張應(yīng)力更集中于所述溝道，從而得到了更大的應(yīng)力。下面仍接著圖15b所示的情形進(jìn)行描述。在露出區(qū)域中填充介質(zhì)材料335，例如氧化物。在利用硬掩膜的具體實(shí)施例中，該步驟是通過(guò)沉積介質(zhì)材料335并利用回蝕或CMP工藝平坦化至露出MOS區(qū)上的硬掩膜實(shí)現(xiàn)的，如圖16所示，其中圖16a為該步驟后的頂視圖，圖16b和16c分別為沿圖16a中AAjPBB’線所截取的截面圖。在通過(guò)直接切割襯底形成溝槽的具體實(shí)施例中，可以通過(guò)沉積所述介質(zhì)材料335并通過(guò)對(duì)介質(zhì)材料335進(jìn)行回蝕或CMP以露出MOS區(qū)中的襯底來(lái)形成所述結(jié)構(gòu)。
在利用硬掩膜的具體實(shí)施例中，之后還包括如下步驟:去除氮化物310，如圖17a、b所示，其中圖17a和17b分別為沿AA’和BB’線所截取的截面圖。去除氮化物310的方法包括但不限于相對(duì)于介質(zhì)材料335具有選擇性的RIE刻蝕。在此步驟中，應(yīng)變氮化物330被介質(zhì)材料335覆蓋，故不受影響。接著，去除MOS區(qū)上的氧化物305，以露出MOS區(qū)上的襯底300。此時(shí)，一定厚度的介質(zhì)材料335也被去除。接下來(lái)使用常規(guī)MOS工藝形成MOS器件，其中在欲形成溝道的位置(對(duì)應(yīng)于圖15中的位置C)形成溝道，在溝道上方形成柵極，以及在溝道兩側(cè)(對(duì)應(yīng)于圖15中的位置S和D)形成源極和漏極，如圖18所示,其中圖18a為該步驟后的頂視圖，圖18b為沿圖18a中AA’所截取的截面圖?！吹谒膶?shí)施例〉
第四實(shí)施例與第三實(shí)施例基本相同，以下對(duì)與第三實(shí)施例相同的部分不再詳述，重點(diǎn)描述不同之處。提供與第三實(shí)施例相似的襯底。形成兩個(gè)MOS區(qū)以及圍繞MOS區(qū)的溝槽，與第三實(shí)施例不同的是兩個(gè)MOS區(qū)直接相鄰，之間不存在溝槽，類似于圖8所示的情形。接著執(zhí)行與第一實(shí)施例中類似的步驟，在溝槽中形成應(yīng)變氮化物以填充溝槽，類似于圖9所示的情形。至少去除在兩個(gè)MOS區(qū)的相互遠(yuǎn)離端外側(cè)的溝槽中的應(yīng)變氮化物，去除應(yīng)變氮化物的部分分別形成露出區(qū)域4251、4252。其中在溝道的長(zhǎng)度方向上每個(gè)露出區(qū)域的邊界基本上與MOS區(qū)邊界對(duì)齊。這里所述的“基本上”是指露出區(qū)域的邊界與MOS區(qū)邊界在工藝誤差的范圍內(nèi)對(duì)齊。在另一實(shí)施例中，露出區(qū)域4251、4252可以沿著欲形成的溝道的長(zhǎng)度方向(圖19b中雙箭頭所指的方向)向溝道方向延伸，直到遇到欲形成溝道的位置的邊界。圖19b中位置C、S和D分別對(duì)應(yīng)于欲形成的溝道、源極以及漏極。去除應(yīng)變氮化物的方法包括但不限于相對(duì)于下面的材料具有選擇性的RIE刻蝕。在MOS器件為NMOS器件的情況中，在去除了外圍的壓應(yīng)變氮化物后，由于拐角效應(yīng)，剩余壓應(yīng)變氮化物430具有的壓應(yīng)力更集中于所述溝道，從而得到了更大的應(yīng)力。而在MOS器件為PMOS器件的情況中，在去除了外圍的張應(yīng)變氮化物后，由于拐角效應(yīng)，剩余張應(yīng)變氮化物430具有的張應(yīng)力更集中于所述溝道，從而得到了更大的應(yīng)力。接著形成MOS器件，其中在欲形成溝道的位置形成溝道，在溝道上方形成柵極，以及在溝道兩側(cè)形成源極和漏極。。以上所述四個(gè)實(shí)施例僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制。因此，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方法的原理和隨附權(quán)利要求書(shū)所保護(hù)范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明做出各種修改、變化。
權(quán)利要求
1.一種制作MOS器件的方法，包括如下步驟: 提供半導(dǎo)體襯底； 在半導(dǎo)體襯底上形成溝槽以及由溝槽圍繞的兩個(gè)MOS區(qū)； 在所述溝槽中填充應(yīng)變氮化物； 至少去除與在每個(gè)MOS區(qū)上欲形成溝道的位置緊鄰的、溝槽中的應(yīng)變氮化物，以形成露出區(qū)域； 在所述露出區(qū)域中填充介質(zhì)材料；以及 在MOS區(qū)上形成MOS器件，其中在欲形成溝道的位置形成溝道，在溝道上方形成柵極，以及在溝道兩側(cè)形成源極和漏極； 其中在溝道的長(zhǎng)度方向上每個(gè)露出區(qū)域的邊界基本上與欲形成溝道的位置的邊界對(duì)齊，或者每個(gè)露出區(qū)域的邊界沿著溝道的長(zhǎng)度方向擴(kuò)展，直到與對(duì)應(yīng)的MOS區(qū)邊界對(duì)齊。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述兩個(gè)MOS區(qū)形成為使得二者直接相鄰，之間不存在溝槽。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其中所述MOS器件為NMOS器件，并且所述應(yīng)變氮化物具有張應(yīng)力。
4.權(quán)利要求1或2的方法，其中所述MOS器件為PMOS器件，并且所述應(yīng)變氮化物具有壓應(yīng)力。
5.權(quán)利要求1或2的方法，其中形成溝槽的步驟進(jìn)一步包括: 在所述半導(dǎo)體襯底上依次形成第一氧化物和第一氮化物；以及 圖案化所述第一氧化物、第一氮化物以形成圖案化的硬掩膜，并借助所述圖案化的硬掩膜去除部分襯底從而在襯底中形成所述溝槽。
6.權(quán)利要求1或2的方法，其中形成溝槽的步驟進(jìn)一步包括: 通過(guò)切割工藝直接對(duì)所述襯底進(jìn)行切割而形成所述溝槽。
7.權(quán)利要求1或2的方法，還包括在填充應(yīng)變氮化物的步驟之前在所述溝槽中形成第二氧化物的步驟。
8.權(quán)利要求5的方法，其中在填充介質(zhì)材料的步驟之后還包括去除所述硬掩膜的步驟。
9.一種MOS器件，包括: 半導(dǎo)體襯底； 在半導(dǎo)體襯底上形成的溝槽以及由溝槽圍繞的兩個(gè)MOS區(qū)； 應(yīng)變氮化物，填充在所述溝槽中； 露出區(qū)域，所述露出區(qū)域是去除了至少位于與在每個(gè)MOS區(qū)上欲形成溝道的位置緊鄰的溝槽中的應(yīng)變氮化物所得到的區(qū)域； 介質(zhì)材料，填充在所述露出區(qū)域中；以及 在欲形成溝道的位置形成的溝道，在溝道上方形成的柵極，以及在溝道兩側(cè)形成的源極和漏極； 其中在溝道的長(zhǎng)度方向上每個(gè)露出區(qū)域的邊界基本上與欲形成溝道的位置的邊界對(duì)齊，或者每個(gè)露出區(qū)域的邊界沿著溝道的長(zhǎng)度方向擴(kuò)展，直到與對(duì)應(yīng)的MOS區(qū)邊界對(duì)齊。
10.權(quán)利要求9的器件，其中所述兩個(gè)MOS區(qū)二者直接相鄰，之間不存在溝槽。
11.權(quán)利要求9或10的器件，其中所述MOS器件為NMOS器件，并且所述應(yīng)變氮化物具有張應(yīng)力。
12.權(quán)利要求9或10的器件，其中所述MOS器件為PMOS器件，并且所述應(yīng)變氮化物具有壓應(yīng)力。
13.一種制作MOS器件的方法，包括如下步驟: 提供半導(dǎo)體襯底； 在半導(dǎo)體襯底上形成溝槽以及由溝槽圍繞的兩個(gè)MOS區(qū)； 在所述溝槽中填充應(yīng)變氮化物； 至少去除在兩個(gè)MOS區(qū)的相互遠(yuǎn)離端外側(cè)的溝槽中的應(yīng)變氮化物，去除應(yīng)變氮化物的部分分別形成露出區(qū)域； 在所述露出區(qū)域中填充介質(zhì)材料；以及 在MOS區(qū)上形成MOS器件，其中在欲形成溝道的位置形成溝道，在溝道上方形成柵極，以及在溝道兩側(cè)形成源極和漏極； 其中在溝道的長(zhǎng)度 方向上每個(gè)露出區(qū)域的邊界基本上與MOS區(qū)邊界對(duì)齊，或者每個(gè)露出區(qū)域的邊界沿著溝道的長(zhǎng)度方向向溝道方向延伸，直到遇到欲形成溝道的位置的邊界。
14.權(quán)利要求13的方法，其中所述兩個(gè)MOS區(qū)形成為使得二者直接相鄰，之間不存在溝槽。
15.權(quán)利要求13或14的方法，其中所述MOS器件為NMOS器件，并且所述應(yīng)變氮化物具有壓應(yīng)力。
16.權(quán)利要求13或14的方法，其中所述MOS器件為PMOS器件，并且所述應(yīng)變氮化物具有張應(yīng)力。
17.權(quán)利要求13或14的方法，其中形成溝槽的步驟進(jìn)一步包括: 在所述半導(dǎo)體襯底上依次形成第一氧化物和第一氮化物；以及 圖案化所述第一氧化物、第一氮化物以形成圖案化的硬掩膜，并借助所述圖案化的硬掩膜去除部分襯底從而在襯底中形成所述溝槽。
18.權(quán)利要求13或14的方法，其中形成溝槽的步驟進(jìn)一步包括: 通過(guò)切割工藝直接對(duì)所述襯底進(jìn)行切割而形成所述溝槽。
19.權(quán)利要求13或14的方法，還包括在填充應(yīng)變氮化物的步驟之前在所述溝槽中形成第二氧化物的步驟。
20.權(quán)利要求17的方法，其中在填充介質(zhì)材料的步驟之后還包括去除所述硬掩膜的步驟。
21.—種MOS器件，包括: 半導(dǎo)體襯底； 在半導(dǎo)體襯底上形成的溝槽以及由溝槽圍繞的兩個(gè)MOS區(qū)； 應(yīng)變氮化物，填充在所述溝槽中； 露出區(qū)域，所述露出區(qū)域是去除了至少在兩個(gè)MOS區(qū)的相互遠(yuǎn)離端外側(cè)的溝槽中的應(yīng)變氮化物所得到的區(qū)域； 介質(zhì)材料，填充在所述露出區(qū)域中；以及 在欲形成溝道的位置形成的溝道，在溝道上方形成的柵極，以及在溝道兩側(cè)形成的源極和漏極； 其中在溝道的長(zhǎng)度方向上每個(gè)露出區(qū)域的邊界基本上與MOS區(qū)邊界對(duì)齊，或者每個(gè)露出區(qū)域的邊界沿著溝道的長(zhǎng)度方向向溝道方向延伸，直到遇到欲形成溝道的位置的邊界。
22.權(quán)利要求21的器件，其中所述兩個(gè)MOS區(qū)二者直接相鄰，之間不存在溝槽。
23.權(quán)利要求21或22的器件，其中所述MOS器件為NMOS器件，并且所述應(yīng)變氮化物具有壓應(yīng)力。
24.權(quán)利要求21或22的 器件，其中所述MOS器件為PMOS器件，并且所述應(yīng)變氮化物具有張應(yīng)力。
全文摘要
本發(fā)明涉及用STI的拐角應(yīng)力增強(qiáng)MOSFET性能。制作MOS器件的方法包括步驟提供半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底上形成溝槽以及由溝槽圍繞的兩個(gè)MOS區(qū)；在所述溝槽中填充應(yīng)變氮化物；至少去除與在每個(gè)MOS區(qū)上欲形成溝道的位置緊鄰的、溝槽中的應(yīng)變氮化物，以形成露出區(qū)域；在所述露出區(qū)域中填充介質(zhì)材料；以及在MOS區(qū)上形成MOS器件，其中在欲形成溝道的位置形成溝道，在溝道上方形成柵極，以及在溝道兩側(cè)形成源極和漏極；其中在溝道的長(zhǎng)度方向上每個(gè)露出區(qū)域的邊界基本上與欲形成溝道的位置的邊界對(duì)齊，或者每個(gè)露出區(qū)域的邊界沿著溝道的長(zhǎng)度方向擴(kuò)展，直到與對(duì)應(yīng)的MOS區(qū)邊界對(duì)齊。
文檔編號(hào)H01L21/28GK103165456SQ201110417139
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者朱慧瓏, 駱志炯, 尹海洲 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所