專利名稱：具有平臺(tái)式隔離的應(yīng)變通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型有關(guān)于一種半導(dǎo)體組件，且特別是有關(guān)于一種具有平臺(tái)式隔離的應(yīng)變通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
背景技術(shù)：
互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體(complementary metal-oxide-semicondcutor；COMS)為目前常用于制造超大規(guī)模集成電路(ultra-large scaleintegrated；ULSI)的半導(dǎo)體制程。而隨著金氧半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(metal-oxide-semiconductor field effect transistors；MOSFET)的尺寸縮小，可改善組件的操作效能、提高組件的密度和降低制造成本。
進(jìn)一步改善CMOS晶體管的效能的方法為利用應(yīng)變引發(fā)的能帶結(jié)構(gòu)變形來(lái)增加載子的遷移率，以增加場(chǎng)效晶體管的趨動(dòng)電流。藉此可以改善在雙軸拉伸應(yīng)變下的硅層中電子和空穴的遷移率，而電子和空穴的增加可以分別改善N溝道型和P溝道型的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
傳統(tǒng)的應(yīng)變硅層的制造方法，藉由在松弛的硅鍺(relaxed SiGe)層上磊晶成長(zhǎng)硅通道層，以制備伸張應(yīng)變的硅層。而在成長(zhǎng)伸張應(yīng)變的硅通道層之前，會(huì)先于硅基底上成長(zhǎng)摩爾比例梯度變化的Si1-xGex層，以做為緩沖層，再接著于Si1-xGex緩沖層上成長(zhǎng)一層松弛的SiGe層。不過(guò)，要成長(zhǎng)不同摩爾比例的Si1-xGex層的制程相當(dāng)難控制，相當(dāng)費(fèi)時(shí)，且成本相對(duì)提高。此外，此種硅鍺基底若與CMOS制程整合會(huì)有相當(dāng)大的困難，因?yàn)镃MOS制程會(huì)需要高溫制程，特別是隔離結(jié)構(gòu)的制程，例如淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(shallowtrench isolation；STI)的制程或是利用局部熱氧化法形成場(chǎng)氧化層(filedoxide layer)的制程。
隔離結(jié)構(gòu)的制程需要超過(guò)1000℃的高溫制程，但是如此會(huì)導(dǎo)致應(yīng)變硅層的晶格結(jié)構(gòu)松弛化。由于通道區(qū)的應(yīng)力松弛，會(huì)產(chǎn)生差排(dislocation)或缺陷(defect)，而使組件的效能惡化。就淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(STI)制程而言，通常包括溝槽形成步驟、襯氧化層形成步驟、溝槽填滿步驟、以及回火步驟。另一個(gè)于硅鍺基底中形成STI的困難點(diǎn)在于，在襯氧化層形成步驟中，包含了SiGe的氧化，因此，產(chǎn)生鍺偏析的缺陷；且所成長(zhǎng)的襯氧化層是(Si，Ge)O2或SiO2-GeO2的混合物，此混合物品質(zhì)不佳導(dǎo)致漏電流變高；此外，硅鍺基底與襯氧化層的接口性質(zhì)差。如此會(huì)嚴(yán)重降低組件間電性隔離的效果。
美國(guó)專利第6,429,061號(hào)Rim揭露一種可解決STI制程的高溫使應(yīng)變硅層的晶格結(jié)構(gòu)松弛化的問(wèn)題的方法，其是于基底上形成松弛的硅鍺層后，先進(jìn)行STI制程和阱區(qū)植入制程，之后再于松弛的硅鍺層上形成應(yīng)變硅層。然而，該方法仍需要形成厚硅鍺緩沖層，硅鍺基底所衍生的問(wèn)題仍舊無(wú)法獲得解決。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，可有效避免應(yīng)變通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的應(yīng)變硅層的晶格結(jié)構(gòu)松弛化以及硅鍺基底所衍生的問(wèn)題。
本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種利用無(wú)硅鍺的基底的應(yīng)變通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
本實(shí)用新型的又一目的在于提供一種可與CMOS整合的應(yīng)變通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
本實(shí)用新型的再一目的在于提供一種具有平臺(tái)式隔離的應(yīng)變通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型并提供一種具有平臺(tái)式隔離的應(yīng)變通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括
一絕緣層；多個(gè)島狀的應(yīng)變硅主動(dòng)層，設(shè)于該絕緣層上，且該些島狀的應(yīng)變硅主動(dòng)層彼此分隔。
所述絕緣層的材質(zhì)為氧化硅、氮化硅或氧化鋁。
所述島狀應(yīng)變硅主動(dòng)層的厚度介于10埃至500埃之間。
所述島狀應(yīng)變硅主動(dòng)層的應(yīng)變?yōu)檠仄淦矫娣较虻睦鞈?yīng)變或壓縮應(yīng)變。其應(yīng)變強(qiáng)度為0.1％至2％。
所述島狀的應(yīng)變硅主動(dòng)層中，一部份具有第一厚度，另一部份具有第二厚度。
所述島狀應(yīng)變硅主動(dòng)層具有多個(gè)圓化頂角。
本實(shí)用新型的上述場(chǎng)效應(yīng)晶體管更包括一柵極介電層和一柵極電極的堆棧層，設(shè)于每一島狀的應(yīng)變硅主動(dòng)層上；以及一源極和一漏極，設(shè)于該柵極電極兩側(cè)的每一島狀的應(yīng)變硅主動(dòng)層中。


圖1A至圖1F為剖面圖，其表示本實(shí)用新型第一實(shí)施例的應(yīng)變通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造流程。
圖2A至圖2E為剖面圖，其表示本實(shí)用新型第二實(shí)施例的應(yīng)變通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造流程。
圖3A至圖3F為剖面圖，其表示本實(shí)用新型第三實(shí)施例的應(yīng)變通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造流程。
圖4A至圖4B為剖面圖，其表示本實(shí)用新型第四實(shí)施例的應(yīng)變通道場(chǎng)效晶體管的制造流程。
具體實(shí)施方式
由于應(yīng)變硅覆絕緣層型基底(strained silicon on insulatorsubstrate；SSOI substrate)為一種無(wú)硅鍺的基底，因此，制備晶體管于其上時(shí)，可以避免硅鍺所衍生出的鍺偏析的缺陷以及襯氧化層品質(zhì)不佳的問(wèn)題。此應(yīng)變硅覆絕緣層型基底10的制備方式，例如可參考美國(guó)專利第6,410,371號(hào)Yu等人所揭露的技術(shù)。
本實(shí)用新型系利用應(yīng)變硅覆絕緣層型基底來(lái)制備應(yīng)變通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其可與既有的CMOS制程相整合。以下將以四個(gè)實(shí)施例做詳細(xì)說(shuō)明。
第一實(shí)施例請(qǐng)參照?qǐng)D1A，首先提供一應(yīng)變硅覆絕緣層型基底(SSOI substrate)10，此SSOI基底10系由一基底100、一絕緣層102和一應(yīng)變硅層104所構(gòu)成。
上述的SSOI基底10中的絕緣層102的材質(zhì)可為氧化硅，其厚度較佳的是大約介于100埃和2000埃之間；其材質(zhì)亦可為氮化硅、氧化鋁等絕緣材質(zhì)。
上述的SSOI基底10中的基底100的材質(zhì)可為硅基底。
上述的SSOI基底10中的應(yīng)變硅層104具有大約介于0.1％至2％之間的應(yīng)變強(qiáng)度(strain magnitude)，在此應(yīng)變強(qiáng)度定義為應(yīng)變材料的晶格常數(shù)(lattice constant)的變化對(duì)其自然晶格常數(shù)的百分比。而此應(yīng)變可以是拉伸(tensile)或壓縮(compressive)。以共平面方向(in-planedirection)的拉伸應(yīng)變?yōu)槔?，?yīng)變硅層104的晶格常數(shù)會(huì)大于其自然晶格常數(shù)。應(yīng)變硅層104的厚度大約介于10埃至500埃之間。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D1B，于SSOI基底10上形成一蝕刻掩模層14，此蝕刻掩模層14具有有源區(qū)的圖案。此蝕刻掩模層14的材質(zhì)可為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氮化硅/氮氧化硅的迭層。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D1C，以蝕刻掩模層14做阻擋，對(duì)SSOI基底10的應(yīng)變硅層104進(jìn)行蝕刻，以形成島狀的應(yīng)變硅主動(dòng)層104a。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D1D，移除蝕刻掩模層14。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D1E，分別進(jìn)行NMOS和PMOS晶體管的制程，以于每一島狀的應(yīng)變硅主動(dòng)層104a上形成柵極介電層15、柵極電極16和其側(cè)壁18，并于應(yīng)變硅主動(dòng)層104a中形成源極S和漏極D。其中對(duì)應(yīng)于柵極電極16下方，源極S和漏極D之間的應(yīng)變硅主動(dòng)層104a，系為通道區(qū)19。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D1F，于NMOS和PMOS晶體管后，覆蓋一層內(nèi)層絕緣層22，例如硼磷硅玻璃(BPSG)。此內(nèi)層絕緣層22系用以隔離相鄰的晶體管，例如圖式中的NMOS晶體管和PMOS晶體管，并用以隔離晶體管與將形成的導(dǎo)線。
在此較佳實(shí)施例所述的場(chǎng)效晶體管平臺(tái)式隔離結(jié)構(gòu)中，NMOS及PMOS晶體管各自具有一應(yīng)變硅主動(dòng)層104a，且該等應(yīng)變硅主動(dòng)層104a形成于該絕緣層102上。而每一應(yīng)變硅主動(dòng)層104a以該內(nèi)層絕緣層22與另一應(yīng)變硅主動(dòng)層104a相分隔，請(qǐng)參照?qǐng)D1F。
第二實(shí)施例圖2A至圖2C為剖面圖，其表示本實(shí)用新型第二實(shí)施例的主動(dòng)通道區(qū)的制造流程。
接繼上述的第一實(shí)施例于SSOI基底10上形成一蝕刻掩模層14，并以蝕刻掩模層14做阻擋，對(duì)SSOI基底10的應(yīng)變硅層進(jìn)行蝕刻，以形成島狀的應(yīng)變硅主動(dòng)層104a，如圖1C所示。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D2A，將蝕刻掩模層14的尺寸縮小成如圖的蝕刻掩模層14a，以裸露出島狀的應(yīng)變硅主動(dòng)層104a的頂角。其縮小化的方法例如是濕蝕刻法。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D2B，進(jìn)行角落圓化制程(corner rounding process)，使島狀的應(yīng)變硅主動(dòng)層104a頂角圓化(如圖中的標(biāo)號(hào)R處)成圓角型島狀的應(yīng)變硅主動(dòng)層104b。
上述的角落圓化制程例如是依序進(jìn)行氧化制程和移除氧化物的制程。其中，氧化制程例如是大約在550℃和850℃之間，于氧的環(huán)境中進(jìn)行熱氧化。其中，移除氧化物的制程例如是在稀釋的氫氟酸中進(jìn)行濕蝕刻。
上述的角落圓化制程亦可以是進(jìn)行蝕刻制程、氧化制程和回火制程的組合制程?；蛘呤沁x擇進(jìn)行蝕刻制程和回火制程。就回火制程而言，例如是大約在500℃和850℃之間，于惰性氣體的環(huán)境中，進(jìn)行回火。其中，惰性氣體可以是氫(H2)、氮?dú)?N2)、氬氣(Ar)或其混合。
在上述的角落圓化制程中，所使用的溫度并不會(huì)使應(yīng)變硅主動(dòng)層104b的晶格結(jié)構(gòu)松弛化。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D2C，移除蝕刻掩模層14a。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D2D，分別進(jìn)行NMOS和PMOS晶體管的制程，以于每一圓角型島狀的應(yīng)變硅主動(dòng)層104b上形成柵極介電層15、柵極電極16和其側(cè)壁18，并于應(yīng)變硅主動(dòng)層104b中形成源極S和漏極D。其中對(duì)應(yīng)于柵極電極16下方，源極S和漏極D之間的應(yīng)變硅主動(dòng)層104b，為通道區(qū)19。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D2E，于NMOS和PMOS晶體管后，覆蓋一層內(nèi)層絕緣層22，例如硼磷硅玻璃(BPSG)。此內(nèi)層絕緣層22用以隔離相鄰的晶體管，例如圖中的NMOS晶體管和PMOS晶體管，并用以隔離晶體管與將形成的導(dǎo)線。
第三實(shí)施例請(qǐng)參照?qǐng)D3A，首先提供一應(yīng)變硅覆絕緣層型基底(SSOI substrate)30，此SSOI基底30由一基底300、一絕緣層302和一應(yīng)變硅層304所構(gòu)成。其中，SSOI基底30中的絕緣層302、基底300和應(yīng)變硅層304的材質(zhì)和厚度如第一實(shí)施例所述，在此不多贅述。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D3B，于SSOI基底30上形成一蝕刻掩模層32，此蝕刻掩模層32大致覆蓋欲形成厚度較厚的應(yīng)變硅層304的區(qū)塊；接著，以蝕刻掩模層32保護(hù)應(yīng)變硅層304的該部份區(qū)塊，對(duì)暴露出的應(yīng)變硅層304進(jìn)行部份蝕刻，使其變薄。因此，形成具有第一厚度的應(yīng)變硅層304’和具有第二厚度的應(yīng)變硅層304”。之后，移除蝕刻掩模層32。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D3C，于具有第一厚度的應(yīng)變硅層304’和具有第二厚度的應(yīng)變硅層304”的SSOI基底30上形成一蝕刻掩模層34，此蝕刻掩模層34具有有源區(qū)的圖案。此蝕刻掩模層34的材質(zhì)可為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氮化硅/氮氧化硅的迭層。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D3D，以蝕刻掩模層34做阻擋，對(duì)具有第一厚度的應(yīng)變硅層304’和具有第二厚度的應(yīng)變硅層304”進(jìn)行蝕刻，以形成具有第一厚度的島狀的應(yīng)變硅主動(dòng)層304a’和具有第二厚度的島狀的應(yīng)變硅主動(dòng)層304a”。之后，移除蝕刻掩模層34。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D3E，分別進(jìn)行NMOS和PMOS晶體管的制程，以于每一島狀的應(yīng)變硅主動(dòng)層304a’和304a”上形成柵極介電層35、柵極電極36和其側(cè)壁38，并于應(yīng)變硅主動(dòng)層304a’和304a”中形成源極S和漏極D。其中對(duì)應(yīng)于柵極電極36下方，源極S和漏極D之間的應(yīng)變硅主動(dòng)層304a’和304a”，為通道區(qū)39。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D3F，于NMOS和PMOS晶體管后，覆蓋一層內(nèi)層絕緣層42，例如硼磷硅玻璃(BPSG)。此內(nèi)層絕緣層42用以隔離相鄰的晶體管，例如圖中的NMOS晶體管和PMOS晶體管，并用以隔離晶體管與將形成的導(dǎo)線。
第四實(shí)施例圖4A至圖4B為剖面圖，其表示本實(shí)用新型第四實(shí)施例的主動(dòng)通道區(qū)的制造流程。
接繼上述的第三實(shí)施例于SSOI基底30上形成一蝕刻掩模層34，并以蝕刻掩模層34做阻擋，對(duì)SSOI基底30的應(yīng)變硅層進(jìn)行蝕刻，以形成具有第一厚度的島狀的應(yīng)變硅主動(dòng)層304a’和具有第二厚度的島狀的應(yīng)變硅主動(dòng)層304a”，如圖3C所示。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D4A，將蝕刻掩模層34的尺寸縮小成如圖的蝕刻掩模層34a，以裸露出島狀的應(yīng)變硅主動(dòng)層304a’和304a”的頂角。其縮小化的方法例如是濕蝕刻法。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D4B，進(jìn)行角落圓化制程，使島狀的應(yīng)變硅主動(dòng)層304a’和304a”頂角圓化(如圖中的標(biāo)號(hào)R處)成圓角型島狀的應(yīng)變硅主動(dòng)層304b’和304b”。角落圓化制程如第二實(shí)施例所述，在此不多贅述。之后，移除蝕刻掩模層34a，并繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)的晶體管制程。
綜上所述，上述的應(yīng)變通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制程是以蝕刻制程切斷相鄰的有源區(qū)，可避免隔離結(jié)構(gòu)所需的高溫制程；且因使用應(yīng)變硅覆絕緣層型(SSOI)基底，還可避免硅鍺所衍生的問(wèn)題。
此外，本實(shí)用新型的應(yīng)變通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制程可與CMOS制程整合。
以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種具有平臺(tái)式隔離的應(yīng)變通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于包括一絕緣層；以及多個(gè)島狀的應(yīng)變硅主動(dòng)層，設(shè)于該絕緣層上，且該些島狀的應(yīng)變硅主動(dòng)層彼此分隔。
2.如權(quán)利要求1所述的具有平臺(tái)式隔離的應(yīng)變通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于所述絕緣層的材質(zhì)為氧化硅、氮化硅或氧化鋁。
3.如權(quán)利要求1所述的具有平臺(tái)式隔離的應(yīng)變通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于所述島狀應(yīng)變硅主動(dòng)層的厚度介于10埃至500埃之間。
4.如權(quán)利要求1所述的具有平臺(tái)式隔離的應(yīng)變通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于所述島狀應(yīng)變硅主動(dòng)層的應(yīng)變?yōu)檠仄淦矫娣较虻睦鞈?yīng)變。
5.如權(quán)利要求4所述的具有平臺(tái)式隔離的應(yīng)變通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于所述應(yīng)變的應(yīng)變強(qiáng)度為0.1％至2％。
6.如權(quán)利要求1所述的具有平臺(tái)式隔離的應(yīng)變通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于所述島狀應(yīng)變硅主動(dòng)層的應(yīng)變?yōu)檠仄淦矫娣较虻膲嚎s應(yīng)變。
7.如權(quán)利要求6所述的具有平臺(tái)式隔離的應(yīng)變通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于所述應(yīng)變的應(yīng)變強(qiáng)度為0.1％至2％。
8.如權(quán)利要求1所述的具有平臺(tái)式隔離的應(yīng)變通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于其中更包括一柵極介電層和一柵極電極的堆棧層，設(shè)于每一島狀的應(yīng)變硅主動(dòng)層上；以及一源極和一漏極，設(shè)于該柵極電極兩側(cè)的每一島狀的應(yīng)變硅主動(dòng)層中。
9.如權(quán)利要求1所述的具有平臺(tái)式隔離的應(yīng)變通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于所述島狀的應(yīng)變硅主動(dòng)層中，一部份具有第一厚度，另一部份具有第二厚度。
10.如權(quán)利要求1所述的具有平臺(tái)式隔離的應(yīng)變通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于所述島狀應(yīng)變硅主動(dòng)層具有多個(gè)圓化頂角。
專利摘要本實(shí)用新型提出一種具有平臺(tái)式隔離的應(yīng)變通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其包括一絕緣層和多個(gè)島狀的應(yīng)變硅主動(dòng)層。其中，島狀的應(yīng)變硅主動(dòng)層設(shè)于絕緣層之上，且島狀的應(yīng)變硅主動(dòng)層彼此分隔。
文檔編號(hào)H01L29/66GK2704928SQ200420048379
公開日2005年6月15日 申請(qǐng)日期2004年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月23日
發(fā)明者楊育佳, 胡正明 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司