晶體管的結(jié)構(gòu)及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種晶體管的結(jié)構(gòu)及其制作方法，首先，提供一具有第一晶體管區(qū)域的半導(dǎo)體基底，接著施行一低溫沉積制作工藝，形成一第一伸張應(yīng)力層于第一晶體管區(qū)域內(nèi)的晶體管上，其中低溫沉積制作工藝的溫度不大于攝氏300度，繼以施行一高溫退火制作工藝，其中高溫退火制作工藝的溫度高于低溫沉積制作工藝的溫度至少攝氏150度，最后于第一伸張應(yīng)力層上形成一第二伸張應(yīng)力層，其中第一伸張應(yīng)力層的伸張應(yīng)力值低于第二伸張應(yīng)力層的伸張應(yīng)力值。
【專利說明】晶體管的結(jié)構(gòu)及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種晶體管結(jié)構(gòu),特別是涉及一種具有應(yīng)變娃(strainedsilicon)的晶體管結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，半導(dǎo)體元件的切換速度(switching speed)及其操作電壓的表現(xiàn)均具有顯著的進(jìn)展。因此，業(yè)界對(duì)于金氧半場(chǎng)效晶體管元件(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, MOS FET)、雙載流子晶體管及其他晶體管元件的效能要求也日益嚴(yán)苛。對(duì)于目前的MOS晶體管而言，提升載流子遷移率以增加MOS晶體管的速度已成為目前半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】中的主要課題。
[0003]一般而言，MOS晶體管設(shè)置于一半導(dǎo)體基底之上，其至少具有一設(shè)置于半導(dǎo)體基底表面上的柵極結(jié)構(gòu)、一源極區(qū)域以及一漏極區(qū)域，分別位于柵極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)、一通道區(qū)域，設(shè)置于柵極結(jié)構(gòu)下方的半導(dǎo)體基底內(nèi)。通過施加特定的電壓于柵極結(jié)構(gòu)時(shí)所產(chǎn)生的電容效應(yīng)，通道區(qū)域的電阻值便可以被降低，而使得載流子得以在源極區(qū)域以及漏極區(qū)域間流通。理論上，由于通道區(qū)域的晶格排列會(huì)影響在其間流通的載流子速率，因此現(xiàn)行的制作工藝通常會(huì)另行在半導(dǎo)體基底上形成一層具有應(yīng)力的應(yīng)力層，覆蓋住柵極結(jié)構(gòu)、源極區(qū)域及漏極區(qū)域。通過包覆的特性，應(yīng)力層固有的應(yīng)力可以被轉(zhuǎn)移或施加至柵極結(jié)構(gòu)下方的通道區(qū)域，以便增加晶體管的運(yùn)作速度。舉例來說，對(duì)于一 N型MOS晶體管而言，應(yīng)力層可以是具有一伸張應(yīng)力的應(yīng)力層，此伸張應(yīng)力可以拉大通道區(qū)域的半導(dǎo)體基底的晶格排列間隙，進(jìn)而提升N型MOS晶體管的載流子速率。
[0004]隨著對(duì)MOS晶體管速度的要求不斷提升，上述形成應(yīng)力層的制作工藝步驟已經(jīng)面臨到其極限。對(duì)于N型MOS晶體管來說，為了進(jìn)一步增加施加于通道區(qū)域的伸張應(yīng)力，現(xiàn)行技術(shù)通過調(diào)整沉積制作工藝參數(shù)，以增加伸張應(yīng)力層的伸張應(yīng)力。然而，由于伸張應(yīng)力層的伸張應(yīng)力具有一最大極限值，例如1.52億帕(Giga pascals，Gpa)，若應(yīng)力值大于此極限值時(shí)，伸張應(yīng)力層就會(huì)產(chǎn)生斷裂，造成晶體管元件良率的降低。
[0005]因此，有必要提供一晶體管結(jié)構(gòu)和其制作工藝方法，在不致使應(yīng)力層發(fā)生斷裂的前提下，使得應(yīng)力層的應(yīng)力更有效地被轉(zhuǎn)移至通道區(qū)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一目的在于提供一晶體管結(jié)構(gòu)和其制作工藝方法，以解決上述的缺失。
[0007]為達(dá)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一較佳實(shí)施例，本發(fā)明提供一種晶體管的制作方法。首先，提供一半導(dǎo)體基底，其上定義有一第一晶體管區(qū)域。于第一晶體管區(qū)域內(nèi)形成至少一晶體管，并施行一低溫沉積制作工藝，形成一第一伸張應(yīng)力層于第一晶體管區(qū)域內(nèi)的晶體管上，其中低溫沉積制作工藝的溫度不大于攝氏300度。接著施行一高溫退火制作工藝，其中高溫退火制作工藝的溫度高于低溫沉積制作工藝的溫度至少攝氏150度。最后于第一伸張應(yīng)力層上形成一第二伸張應(yīng)力層，其中第一伸張應(yīng)力層的伸張應(yīng)力值低于第二伸張應(yīng)力層的伸張應(yīng)力值。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例，本發(fā)明提供一種晶體管的制作方法，其步驟包含提供一半導(dǎo)體基底，其上設(shè)置有至少一柵極結(jié)構(gòu)。于柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體基底內(nèi)分別形成一源極區(qū)域以及一漏極區(qū)域，以及分別形成一第一伸張應(yīng)力層及一第二伸張應(yīng)力層，且形成第一伸張應(yīng)力層的至少一參數(shù)不同于形成第二伸張應(yīng)力層的參數(shù)，其中第一伸張應(yīng)力層具有一厚度最薄的交界部，且第二伸張應(yīng)力層的應(yīng)力會(huì)集中在交界部。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的又一較佳實(shí)施例，本發(fā)明提供一種晶體管結(jié)構(gòu)。此晶體管包含一半導(dǎo)體基底，其上定義有一第一晶體管區(qū)域。至少一柵極結(jié)構(gòu)，設(shè)置于第一晶體管區(qū)域內(nèi)。一第一應(yīng)力層，其包含一包覆 柵極結(jié)構(gòu)的弧狀部、至少一位于柵極結(jié)構(gòu)側(cè)邊的半導(dǎo)體基底上的延伸部，以及一位于弧狀部和延伸部間的交界部。其中第一伸張應(yīng)力層的厚度由弧狀部及延伸部往交界部逐漸變薄。一第二伸張應(yīng)力層，設(shè)置于第一伸張應(yīng)力層之上，以及一源極區(qū)域以及一漏極區(qū)域，分別位于柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體基底內(nèi)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1至圖5繪示的是本發(fā)明的第一較佳實(shí)施例制作金氧半場(chǎng)效晶體管的方法示意圖；
[0011]圖6繪示的是本發(fā)明的第二較佳實(shí)施例的金氧半場(chǎng)效晶體管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖7是本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例的金氧半場(chǎng)效晶體管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖8至圖11繪示的是本發(fā)明不同較佳實(shí)施例的制作金氧半場(chǎng)效晶體管的方法示意圖。
[0014]主要元件符號(hào)說明
[0015]10 弧狀部12延伸部
[0016]14 交界部101第一晶體管區(qū)域
[0017]102 第二晶體管區(qū)域112柵極
[0018]114 柵極介電層116半導(dǎo)體基底
[0019]117 淺接面源極延伸118源極區(qū)域
[0020]119 淺接面漏極延伸120漏極區(qū)域
[0021]122 通道區(qū)域130襯墊層
[0022]132 間隙壁133、135柵極結(jié)構(gòu)
[0023]134、136 金氧半導(dǎo)體晶體管138、139金氧半場(chǎng)效晶體管
[0024]142 金屬硅化物層144第一伸張應(yīng)力層
[0025]146 第二伸張應(yīng)力層160襯墊層
[0026]246 第二伸張應(yīng)力層264,265氮化娃層
[0027]310 退火制作工藝410半導(dǎo)體基底
[0028]412 柵極418源極區(qū)域
[0029]420 漏極區(qū)域422通道區(qū)域
[0030]430 襯墊層432間隙壁
[0031]433 柵極結(jié)構(gòu)460襯墊層
[0032]S 間隙W寬度[0033]r寬度【具體實(shí)施方式】
[0034]下文將搭配圖示詳述本發(fā)明的具有應(yīng)變硅的晶體管結(jié)構(gòu)及其制作方法。雖然本發(fā)明以實(shí)施例揭露如下，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以附上的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。且為了簡(jiǎn)潔與清晰起見，部分現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)將不在此揭露。其中，相同或類似的元件或裝置以相同的元件符號(hào)表示，且附圖以說明為目的，并未完全依照原尺寸做圖。此外，在下述的各【具體實(shí)施方式】中，「伸張應(yīng)力層」及「壓縮應(yīng)力層」的判定以晶體管元件內(nèi)的特定區(qū)域，例如通道區(qū)域，作為判定其應(yīng)力特性的基礎(chǔ)。舉例來說，所謂的「伸張應(yīng)力層」定義為通過應(yīng)力層本身的特性， 例如收縮性，而對(duì)晶體管元件的通道區(qū)域產(chǎn)生一「伸張應(yīng)力」。然而，此「伸張應(yīng)力層」則可能對(duì)其他的非通道區(qū)域產(chǎn)生一「收縮應(yīng)力」。因此，「伸張應(yīng)力層」與「收縮應(yīng)力層」的應(yīng)力作用方式應(yīng)視內(nèi)文的敘述始可確定，亦即，「伸張、收縮應(yīng)力層」與「伸張、收縮應(yīng)力」間并非為絕對(duì)性地相對(duì)應(yīng)。
[0035]首先，請(qǐng)參照?qǐng)D1至圖6，其繪示的是本發(fā)明的第一較佳實(shí)施例制作金氧半場(chǎng)效晶體管的方法示意圖。其中，在圖1至圖6中對(duì)于與本發(fā)明柵極介電層114有關(guān)的光刻及蝕刻制作工藝為本【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識(shí)者所熟知，因此并未明示于圖中。又，下文以金氧半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管作為本發(fā)明的實(shí)施標(biāo)的，且其可以包含利用前柵極(Gate-First)、后柵極(Gate-Last)、后高介電(HK-Last)等制作工藝技術(shù)制備的高介電金屬柵極(HK/MG)的晶體管元件，或鰭式場(chǎng)效晶體管(FinFET)等非平面晶體管元件，但不限于此。此外，在不違背本發(fā)明的精神下，本發(fā)明應(yīng)可應(yīng)用于其他的晶體管元件，例如單載流子晶體管及其他雙載流子晶體管，但不限于此。
[0036]如圖1所示，首先提供一半導(dǎo)體基底116，例如一硅質(zhì)基底或者是一硅覆絕緣(Silicon-0n-1nsulator，S0I)基底等的各式半導(dǎo)體基底。半導(dǎo)體基底116上定義有一第一晶體管區(qū)域101，且第一晶體管區(qū)域101較佳至少包含兩個(gè)N型金氧半場(chǎng)效晶體管，但不限定于此，第一晶體管區(qū)域101內(nèi)也可以包含至少一 N型金氧半場(chǎng)效晶體管與至少一 P型金氧半場(chǎng)效晶體管以及一隔開兩晶體管的淺溝隔離(Shallow TrenchInsulatation, STI) 115等的絕緣結(jié)構(gòu)。又，在其他實(shí)施例中，半導(dǎo)體基底116另可包含一第二晶體管區(qū)域，此特征將于文末詳述之。
[0037]在制備金氧半場(chǎng)效晶體管的過程中，首先會(huì)在第一晶體管區(qū)域101的半導(dǎo)體基底116上各形成一柵極介電層114以及一位于柵極介電層114上的柵極112。各柵極介電層114與其上的柵極112可構(gòu)成一柵極結(jié)構(gòu)133，其中柵極112通常包含有摻雜多晶硅(dopedpolysilicon)、金屬娃化物等的導(dǎo)電材料，柵極介電層114則可為二氧化娃(silicondioxide, SiO2)或氮化娃(siliconnitride)或氮氧化娃等或其他具有高介電常數(shù)的金屬氧化物等的絕緣材料。接著，利用不同的掩模以及離子布植制作工藝，在各柵極112 二側(cè)的半導(dǎo)體基底116中分別形成一淺接面源極延伸117以及一淺接面漏極延伸119，而淺接面源極延伸117以及淺接面漏極延伸119之間即為金氧半場(chǎng)效晶體管134、136的通道區(qū)域122。根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例，為了使后續(xù)沉積的應(yīng)力層具有所需的形貌，兩相鄰柵極結(jié)構(gòu)133間較佳會(huì)具有一寬度W小于100納米的間隙S，且在此間隙S內(nèi)較佳不會(huì)包含有淺溝槽絕緣結(jié)構(gòu)(shallow trenchisolation, STI)。
[0038]之后，進(jìn)行多次化學(xué)氣相沉積以及蝕刻制作工藝，在各柵極112側(cè)壁上形成一襯墊層130與一間隙壁132。襯墊層130位于各柵極112的周圍側(cè)壁上，而間隙壁132則位于各襯墊層130上。其中，襯墊層130的材料可包含有氧化硅等，且通常為L(zhǎng)型；而間隙壁132的材料則可包含有氮硅化合物或氧硅化合物等單層結(jié)構(gòu)或復(fù)合層結(jié)構(gòu)。在形成間隙壁132后，接著進(jìn)行至少一離子布植制作工藝，將摻質(zhì)注入半導(dǎo)體基底116中，由此于第一晶體管區(qū)域101內(nèi)的各柵極112兩側(cè)的半導(dǎo)體基底116內(nèi)分別形成一源極區(qū)域118以及一漏極區(qū)域120。在此需注意的是，本實(shí)施例的源極區(qū)域118為一共用源極，但不限于此。也就是說，根據(jù)本發(fā)明的其他較佳實(shí)施例，第一晶體管區(qū)域內(nèi)也可以具有共用漏極的結(jié)構(gòu)。
[0039]隨后如圖2所示，為了使后續(xù)沉積的應(yīng)力層具有所需的漸縮形貌，可選擇性地對(duì)間隙壁132進(jìn)行一削薄制作工藝，使得間隙壁132的側(cè)壁表面較垂直于半導(dǎo)體基底116，甚至可完全去除間隙壁132。此削薄制作工藝可以包含干式蝕刻或濕式蝕刻，較佳而言為一干式蝕刻。接著，可以進(jìn)行一自對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物制作工藝，使第一晶體管區(qū)域101的柵極112、源極區(qū)域118與漏極區(qū)域120的部分表面形成一金屬硅化物層142。其中，自對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物制作工藝可包含沉積金屬、形成金屬硅化物及移除金屬等制作工藝步驟。又根據(jù)另一實(shí)施例，施行自對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物制作工藝的時(shí)點(diǎn)也可以優(yōu)先于施行間隙壁132消薄制作工藝的時(shí)點(diǎn)前。由于上述的步驟為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知，在此便不加贅述。
[0040]仍如圖2所示，為了增進(jìn)半導(dǎo)體基底116與后續(xù)形成的應(yīng)力層的附著特性，本發(fā)明也可選擇性地于應(yīng)力層形成之前先在半導(dǎo)體基底116表面順向性地形成一層襯墊層160，例如氧化硅層，以包覆柵極結(jié)構(gòu)133 (包含柵極112及柵極間隙壁132)及覆蓋柵極間隙壁132側(cè)邊的半導(dǎo)體基底116。其中襯墊層160的形成方式可以通過化學(xué)沉積制作工藝或高溫氧化制作工藝，但不限于此。需注意的是，襯墊層160并非本發(fā)明的必要元件，故本發(fā)明也可省略制作襯墊層160。
[0041]繼以如圖3所示，在預(yù)定的溫度、壓力以及氣流流速的情況下施行一低溫沉積制作工藝，于第一晶體管區(qū)域內(nèi)101內(nèi)的半導(dǎo)體基底116上形成一第一伸張應(yīng)力層144，以包覆各柵極結(jié)構(gòu)133 (包含間隙壁132與金屬硅化物層142表面)并覆蓋柵極結(jié)構(gòu)133周圍的半導(dǎo)體基底116。由于兩相鄰柵極結(jié)構(gòu)133間的間隙寬度W較佳小于100納米，因此第一伸張應(yīng)力層144較佳不會(huì)具有完全均勻的厚度。舉例來說，在各柵極結(jié)構(gòu)133側(cè)邊與半導(dǎo)體基底116交界處的第一伸張應(yīng)力層144厚度會(huì)薄于各柵極結(jié)構(gòu)133正上方的第一伸張應(yīng)力層144的厚度。在此需注意的是，第一伸張應(yīng)力層144較佳為對(duì)相對(duì)應(yīng)通道區(qū)域122施加伸張應(yīng)力的一應(yīng)力層，例如一氮化硅層，因此可以增加通道區(qū)域122內(nèi)載流子的遷移率。根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例，此時(shí)第一伸張應(yīng)力層144的厚度較佳約介于5埃至90埃之間，更佳為5埃至20埃。此外，上述低溫沉積制作工藝的溫度較佳不大于攝氏300度，更佳介于攝氏200度至300度之間，以形成一松散的應(yīng)力層，且其沉積方式可以是等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)制作工藝、次常壓化學(xué)氣相沉積(Sub-Atmospheric pressure Chemical Vapor Deposition, SACVD)制作工藝或高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(High-Densityplasma Chemical Vapor Deposition, HDCVD)制作工藝等沉積制作工藝。
[0042]在低溫沉積制作工藝之后，根據(jù)本發(fā)明的第一較佳實(shí)施例，施行一高溫退火制作工藝，以去除第一伸張應(yīng)力層144內(nèi)的氫鍵(hydrogen bonds)而致密化原本松散的第一伸張應(yīng)力層144。根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例，上述的低溫沉積制作工藝與高溫退火制作工藝間會(huì)具有一預(yù)定的溫度差。舉例來說，當(dāng)?shù)蜏爻练e制作工藝的溫度介于攝氏200度至300度之間時(shí)，高溫退火制作工藝的溫度較佳高于低溫沉積制作工藝至少攝氏150度，更佳為大約攝氏150度。如此，通過攝氏350度至450度之間的高溫退火制作工藝，第一伸張應(yīng)力層144的厚度可以更進(jìn)一步致密化而變薄，因而強(qiáng)化本發(fā)明所需的漸縮特征。
[0043]舉例來說，如圖4所示，根據(jù)本發(fā)明的一較佳實(shí)施例，高溫退火制作工藝后的第一伸張應(yīng)力層144包含一包覆柵極結(jié)構(gòu)133的弧狀部10、至少一位于柵極結(jié)構(gòu)133側(cè)邊的半導(dǎo)體基底116上的延伸部12，以及一位于弧狀部10和延伸部12間的交界部14，其中第一伸張應(yīng)力層144的厚度會(huì)由各弧狀部10及各延伸部12往對(duì)應(yīng)的交界部14逐漸變薄。本發(fā)明的一特征在于通過低溫沉積制作工藝與高溫退火制作工藝間的溫度差，使得交界部14具有較薄的厚度，亦即，第一伸張應(yīng)力層144為一厚度不均的薄層。在后續(xù)制作工藝中，若進(jìn)一步在第一伸張應(yīng)力層144之上覆蓋具有伸張應(yīng)力的其他層，則伸張應(yīng)力可以被集中在第一伸張應(yīng)力層144的交界部14，或稱為應(yīng)力集中區(qū)。又由于交界部14位于通道區(qū)域122的兩側(cè)，因此伸張應(yīng)力的指向可近乎平行于通道區(qū)域122，使得通道區(qū)域122內(nèi)的晶格能被有效地拉伸。比起現(xiàn)有技術(shù)中厚度均勻的應(yīng)力層，本發(fā)明應(yīng)力層的伸張應(yīng)力可以被更有效地被施加至通道區(qū)域122。
[0044]接著，如圖5所示，可相繼進(jìn)行至少一沉積制作工藝以及至少一退火制作工藝，在第一伸張應(yīng)力層144上形成至少一第二伸張應(yīng)力層146，例如可為一氮化硅單層結(jié)構(gòu)，其中第二伸張應(yīng)力層146同樣可以將伸張應(yīng)力施加于通道區(qū)域122，以增進(jìn)載流子的遷移率。根據(jù)本發(fā)明的一較佳實(shí)施例，形成第一伸張應(yīng)力層144的沉積制作工藝與形成第二伸張應(yīng)力層146的沉積制作工藝至少有一參數(shù)互不相同，例如溫度、壓力、氣體濃度、沉積功率等參數(shù)，但較佳不會(huì)包含沉積時(shí)間。且第二伸張應(yīng)力層146的平均厚度及伸張應(yīng)力較佳大于第一伸張應(yīng)力層144的平均厚度及伸張應(yīng)力。由于第一伸張應(yīng)力層144的厚度會(huì)由各弧狀部10及各延伸部12往對(duì)應(yīng)的交界部14逐漸變薄，而致使第二伸張應(yīng)力層146的應(yīng)力便會(huì)集中在此交界部14，因此可視為是一應(yīng)力集中區(qū)，且此集中區(qū)位于各柵極結(jié)構(gòu)133兩側(cè)的下部。此外，在第二伸張應(yīng)力層146的應(yīng)力不變的狀況下，由于第一伸張應(yīng)力層144的厚度會(huì)由各弧狀部10及各延伸部12往對(duì)應(yīng)的交界部14逐漸變薄，故第二伸張應(yīng)力層146的應(yīng)力于交界部14的可作用面積也相對(duì)變小，根據(jù)力學(xué)的通常性質(zhì)，可得到更大的伸張壓力。其中，上述第二伸張應(yīng)力層146的厚度較佳約介于20埃至600埃之間。此外，上述形成第二應(yīng)力層146的沉積制作工藝可以包含一等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制作工藝、一次常壓化學(xué)氣相沉積制作工藝或一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積制作工藝等沉積制作工藝。且第一伸張應(yīng)力層144與第二伸張應(yīng)力層146可于同一制作工藝機(jī)臺(tái)內(nèi)所形成，也可由不同的制作工藝機(jī)臺(tái)所制作，端視制作工藝需求。此外，根據(jù)其他實(shí)施例，第二伸張應(yīng)力層146與第一伸張應(yīng)力層144間另可以存在有緩沖層或粘著層，例如氧化硅，用于增加第二伸張應(yīng)力層146和第一伸張應(yīng)力層144間的附著性，但不限于此。其中，上述的緩沖層或粘著層可能會(huì)部分抵消施加于交界部14的應(yīng)力。
[0045]根據(jù)上述的第一較佳實(shí)施例，第一伸張應(yīng)力層144由各弧狀部10及各延伸部12往對(duì)應(yīng)的交界部14逐漸變薄，且交界部14為一連續(xù)層。然而，根據(jù)本發(fā)明的第二較佳實(shí)施例，第一伸張應(yīng)力層144也可以是一在交界部14斷開的非連續(xù)層，使得第二伸張應(yīng)力層146可以和第一伸張應(yīng)力層144下方的部分他層直接接觸。本發(fā)明的第二較佳實(shí)施例的細(xì)節(jié)舉例如下。如圖6所示，第二實(shí)施例的第一伸張應(yīng)力層144同樣會(huì)經(jīng)過一低溫沉積制作工藝及高溫退火制作工藝。在高溫退火制作工藝之前，第一伸張應(yīng)力層144為一厚度不均的薄層，其厚度由各弧狀部10及各延伸部12往對(duì)應(yīng)的交界部14逐漸變薄。然而，在高溫退火制作工藝之后，由于材料特性，例如氫鍵含量，或制作工藝參數(shù)，例如溫度，等因素，使得本實(shí)施例的第一伸張應(yīng)力層144會(huì)在交界部14斷開。因此，后續(xù)形成的第二伸張應(yīng)力層146便可以和第一伸張應(yīng)力層144下方的襯墊層160部分直接接觸。又根據(jù)其他的實(shí)施例，若第一伸張應(yīng)力層144下方不具襯墊層160，則第二伸張應(yīng)力層146便可以直接和柵極間隙壁132部分接觸。更甚者，在不具柵極間隙壁132的條件下，第二伸張應(yīng)力層146更可以與襯墊層130或柵極112直接接觸，端視產(chǎn)品需求。由于第一較佳實(shí)施例與第二較佳實(shí)施例的其他制作工藝步驟與結(jié)構(gòu)大體相同，為了簡(jiǎn)潔起見在此便不加贅述。
[0046]此外，本發(fā)明的第二伸張應(yīng)力層146不限于是單層結(jié)構(gòu)，其也可為一復(fù)合層結(jié)構(gòu)(mult1-layered structure)。請(qǐng)參考圖7,本較佳實(shí)施例與上述實(shí)施例主要不同處在于，本實(shí)施例的第二伸張應(yīng)力層246同時(shí)包含有多個(gè)次應(yīng)力層，例如由氮化硅層264與氮化硅層265堆疊而成。較佳來說，第二伸張應(yīng)力層246內(nèi)的各次應(yīng)力層的伸張應(yīng)力值會(huì)由下層往上層遞增，但不限于此。此外，類似如上述實(shí)施例，第二伸張應(yīng)力層246與第一伸張應(yīng)力層144間也可以存在有緩沖層或粘著層(不過緩沖層會(huì)抵消應(yīng)力集中區(qū)的應(yīng)力)，例如氧化硅，用于增加第二伸張應(yīng)力層246和第一伸張應(yīng)力層144間的附著性，但不限于此。上述氮化硅層264與氮化硅層265皆可以由一化學(xué)氣相沉積制作工藝所形成，例如一等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制作工藝、一次常壓化學(xué)氣相沉積制作工藝或一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積制作工藝，并于沉積氮化硅層264與氮化硅層265之后皆可進(jìn)行一活化制作工藝。
[0047]根據(jù)上述的各實(shí)施例，便完成至少一晶體管結(jié)構(gòu)，且各晶體管結(jié)構(gòu)上方會(huì)覆蓋有第一伸張應(yīng)力層144和第二伸張應(yīng)力層146、246。在之后的制作工藝步驟中，便可以續(xù)行沉積介電層、形成接觸洞于介電層內(nèi)、制做導(dǎo)電插塞等制作工藝步驟，使得柵極112、源極區(qū)域118與漏極區(qū)域120能和接觸洞中的導(dǎo)電材料電連接。其中，在蝕刻介電層以形成接觸洞的過程中，可以利用第二伸張應(yīng)力層146、246作為一接觸洞蝕刻停止層(Contact Etch StopLayer, CESL) 0當(dāng)蝕刻制作工藝進(jìn)行至第二伸張應(yīng)力層146、246表面時(shí)，可再調(diào)整制作工藝參數(shù)，以于介電層中形成接觸洞。此外，上述的各金屬硅化物層142也可以在接觸洞形成后才被形成于柵極112、源極區(qū)域118以及漏極區(qū)域120內(nèi)，端視制作工藝需求。且如圖7所示，接觸洞720形成于介電層710內(nèi)，且相對(duì)應(yīng)于柵極112、源極區(qū)域118以及漏極區(qū)域120所設(shè)置。由于上述的制作工藝應(yīng)為一般現(xiàn)有本技藝者能理解，在此便不詳加敘述。
[0048]根據(jù)上述實(shí)施例，本發(fā)明的一特征在于第一伸張應(yīng)力層144會(huì)包含一包覆柵極結(jié)構(gòu)133的弧狀部10、至少一位于柵極結(jié)構(gòu)133側(cè)邊的半導(dǎo)體基底116上的延伸部12，以及一位于弧狀部10和延伸部12間的交界部14，其中第一應(yīng)力層144的厚度由弧狀部10及延伸部12往交界部14逐漸變薄。且第一伸張應(yīng)力層144可以是連續(xù)層或非連續(xù)層，端視產(chǎn)品需求。
[0049]又，本發(fā)明可以搭配其他的制作工藝步驟，以使本技術(shù)可以更全面性地被運(yùn)用于半導(dǎo)體制作工藝中。舉例來說，本發(fā)明也可以搭配應(yīng)力記憶技術(shù)(stress memorizationtechnique, SMT)。以下就此技術(shù)加以介紹。
[0050]首先，如圖8所示，圖8可以視為是接續(xù)圖1的制作工藝步驟，且為了簡(jiǎn)潔起見，下文取自第一晶體管區(qū)域101內(nèi)的一金氧半場(chǎng)效晶體管134作為本實(shí)施例的范例。根據(jù)本較佳實(shí)施例，在形成漏極區(qū)域420與源極區(qū)域418之后，可以對(duì)半導(dǎo)體基底410進(jìn)行一預(yù)非晶化(Pre-Amorphization Implant, PAI)制作工藝，以在漏極區(qū)域420與源極區(qū)域418內(nèi)形成非晶化層。且根據(jù)本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例，預(yù)非晶化制作工藝也可以在形成漏極區(qū)域420與源極區(qū)域418之前進(jìn)行，或利用形成漏極區(qū)域420與源極區(qū)域418的注入制作工藝來達(dá)到非晶化的目的。繼以，先后進(jìn)行化學(xué)氣相沉積制作工藝及退火制作工藝310，先后形成一第一伸張應(yīng)力層144以及至少一第二伸張應(yīng)力層146以覆蓋于漏極區(qū)域420、源極區(qū)域418與柵極結(jié)構(gòu)433 (包含柵極412、柵極介電層414、襯墊層430以及間隙壁432)上。通過退火制作工藝310所提供的高溫，例如攝氏1000度，以使半導(dǎo)體基底410內(nèi)的非晶化層記憶第一伸張應(yīng)力層144及第二伸張應(yīng)力層146加諸其上的應(yīng)力。類似如上述各實(shí)施例，通過第一伸張應(yīng)力層144漸縮的特殊形貌，其可以更有效地拉大通道區(qū)域422內(nèi)的晶格間距。此時(shí)，經(jīng)過退火制作工藝310處理過的半導(dǎo)體基底420已經(jīng)記憶第一伸張應(yīng)力層144及第二伸張應(yīng)力層146所產(chǎn)生的應(yīng)力。根據(jù)產(chǎn)品需求，后續(xù)制作工藝可以選擇性地再完全去除第一伸張應(yīng)力層144及第二伸張應(yīng)力層146，并重復(fù)上述實(shí)施例中圖2至圖7的步驟，在此便不加贅述。
[0051]又，根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，第一伸張應(yīng)力層下方不限定一定要有襯墊層或間隙壁，亦即，本發(fā)明上述的第一伸張應(yīng)力層或位于第一伸張應(yīng)力層下的襯墊層也可以直接覆蓋于一不具間隙壁的柵極結(jié)構(gòu)上。請(qǐng)參考圖9與圖10，圖9與圖10分別繪示的是本發(fā)明的第三與第四較佳實(shí)施例的金氧半場(chǎng)效晶體管的剖面示意圖，其中相同的元件或部位沿用相同的符號(hào)來表示。且為了簡(jiǎn)潔起見，下文取自第一晶體管區(qū)域101內(nèi)的一金氧半場(chǎng)效晶體管134作為本實(shí)施例的范例。
[0052]如圖9所不,根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例，于沉積第一伸張應(yīng)力層144或襯墊層460之前，本發(fā)明可選擇性地去除間隙壁432，在柵極412側(cè)壁上留下約略呈L型的襯墊層430，再利用圖2至圖5所示各步驟形成襯墊層460、形成一具有漸縮結(jié)構(gòu)的第一伸張應(yīng)力層144及形成第二伸張應(yīng)力層146等步驟，以完成本發(fā)明的第三較佳實(shí)施例。其中，襯墊層460可以直接覆蓋于不具間隙壁的柵極結(jié)構(gòu)433表面，使得第二伸張應(yīng)力層146的應(yīng)力可以更有效地作用于金氧半場(chǎng)效晶體管134。另外，又根據(jù)本發(fā)明的第四較佳實(shí)施例，如圖10所示，間隙壁432與襯墊層430可以被完全去除，而留下不具間隙壁與襯墊層的柵極412。
[0053]在此須注意的是，在本發(fā)明的各實(shí)施例中，半導(dǎo)體基底上可以另外包含一第二晶體管區(qū)域。如圖11所示，半導(dǎo)體基底116另包含一第二晶體管區(qū)域102，且其內(nèi)設(shè)置有至少二晶體管結(jié)構(gòu)，例如兩金氧半場(chǎng)效晶體管138、139。在本實(shí)施例中，第二晶體管區(qū)域102與第一晶體管區(qū)域101的差別在于第二晶體管區(qū)域102內(nèi)的兩相鄰柵極結(jié)構(gòu)135間會(huì)具有較寬之間隙寬度W’，舉例來說，間隙寬度W’大于100納米。由于上述各實(shí)施例的第一伸張應(yīng)力層144全面性地沉積于半導(dǎo)體基底116之上，因此第二晶體管區(qū)域102內(nèi)的第一伸張應(yīng)力層144也會(huì)包覆住相對(duì)應(yīng)的柵極結(jié)構(gòu)135和覆蓋源極、漏極區(qū)域118、120。然而，由于第二晶體管區(qū)域102內(nèi)的兩相鄰柵極結(jié)構(gòu)135間具有較寬的間隙寬度W’，因此在第二晶體管區(qū)域102內(nèi)的第一伸張應(yīng)力層144具有一均勻的厚度，而不會(huì)有漸縮的輪廓產(chǎn)生。亦即，SP便通過相同的制作工藝參數(shù)和退火制作工藝同時(shí)于第一晶體管區(qū)域101和第二晶體管區(qū)域102形成第一伸張應(yīng)力層144，第二晶體管區(qū)域102內(nèi)的第一伸張應(yīng)力層144也不會(huì)具有漸縮或斷開的交界部。如此，本發(fā)明便能由此任兩相鄰柵極結(jié)構(gòu)135間的不同間隙，形成相同應(yīng)力層，但可使相同電性的晶體管具有不同應(yīng)力的結(jié)構(gòu)變化。本實(shí)施例可搭配前述的任意實(shí)施例，例如選擇性地去除間隙壁與襯墊層、先不形成硅化物而在接觸洞形成后才進(jìn)行硅化物制作工藝等。
[0054]綜上所述，本發(fā)明的一特征在于位于第一晶體管區(qū)域101內(nèi)的第一伸張應(yīng)力層144會(huì)包含一包覆柵極結(jié)構(gòu)133的弧狀部10、至少一位于柵極結(jié)構(gòu)133側(cè)邊的半導(dǎo)體基底116上的延伸部12，以及一位于弧狀部10和延伸部12間的交界部14，其中第一伸張應(yīng)力層144的厚度會(huì)由各弧狀部10及各延伸部12往對(duì)應(yīng)的交界部14逐漸變薄，使得交界部14可以是連續(xù)或不連續(xù)(或斷開)的薄層。若在第一伸張應(yīng)力層144上繼續(xù)形成具有伸張應(yīng)力的其他層時(shí)(例如第二伸張應(yīng)力層146)，基于力學(xué)的通常性質(zhì)，伸張應(yīng)力便容易集中作用于較薄的交界部14 ;又由于交界部14位于通道區(qū)域122的兩側(cè)，使得此伸張應(yīng)力的指向可近乎平行于通道區(qū)域122，進(jìn)而可以更有效地將伸張應(yīng)力施加于通道區(qū)域122。受益于本發(fā)明的漸縮結(jié)構(gòu)，技術(shù)人員便不必采用具有過高應(yīng)力的應(yīng)力層，例如伸張應(yīng)力大于1.52GPa的應(yīng)力層，因而可以避免應(yīng)力層發(fā)生斷裂的情況。
[0055]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種晶體管的制作方法，包含: 提供一半導(dǎo)體基底，其上定義有一第一晶體管區(qū)域； 在該第一晶體管區(qū)域內(nèi)形成至少一晶體管； 施行一低溫沉積制作工藝，形成一第一伸張應(yīng)力層于該晶體管上，其中該低溫沉積制作工藝的溫度小于攝氏300度； 在施行該低溫沉積制作工藝之后，施行一高溫退火制作工藝，其中該高溫退火制作工藝的溫度高于該低溫沉積制作工藝的溫度至少攝氏150度；以及 在該第一伸張應(yīng)力層上形成一第二伸張應(yīng)力層，其中該第一伸張應(yīng)力層的伸張應(yīng)力值低于該第二伸張應(yīng)力層的伸張應(yīng)力值。
2.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其中該晶體管包含一位于該半導(dǎo)體基底上的柵極結(jié)構(gòu)，且該第一伸張應(yīng)力層會(huì)分別包覆住該柵極結(jié)構(gòu)以及覆蓋該柵極結(jié)構(gòu)周圍的該半導(dǎo)體基
。
3.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其中在進(jìn)行該高溫退火制作工藝之前，該第一伸張應(yīng)力層為一連續(xù)層。
4.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其中在該高溫退火制作工藝之后，該第一伸張應(yīng)力層為一非連續(xù)層。
5.如權(quán)利要求4所述的制作方法，其中該第二伸張應(yīng)力層與該柵極結(jié)構(gòu)的下部?jī)蓚?cè)面直接接觸。
6.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其中該半導(dǎo)體基底另包含第二晶體管區(qū)域，且該制作方法另包含: 在該第二晶體管區(qū)域內(nèi)設(shè)置至少二柵極結(jié)構(gòu)，其中兩相鄰的該些柵極結(jié)構(gòu)之間具有一寬度大于100納米的間隙；以及 形成該第一伸張應(yīng)力層，順向性地包覆該些柵極結(jié)構(gòu)及填入該間隙，其中該第二晶體管區(qū)域內(nèi)的該第一應(yīng)力層為一連續(xù)層。
7.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其中于形成該第一伸張應(yīng)力層之前另包含有: 形成一氧化硅層，以包覆該柵極結(jié)構(gòu)及覆蓋該柵極結(jié)構(gòu)側(cè)邊的該半導(dǎo)體基底。
8.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其中該晶體管為一N型金氧半場(chǎng)效晶體管。
9.一種晶體管的制作方法，包含: 提供一半導(dǎo)體基底，其上設(shè)置有至少一柵極結(jié)構(gòu)； 在該柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的該半導(dǎo)體基底內(nèi)分別形成一源極區(qū)域以及一漏極區(qū)域；以及 分別形成一第一伸張應(yīng)力層及一第二伸張應(yīng)力層，且形成該第一伸張應(yīng)力層的至少一參數(shù)不同于形成該第二伸張應(yīng)力層的參數(shù)，且該制作工藝參數(shù)不包含制作工藝時(shí)間，其中該第一伸張應(yīng)力層具有一厚度最薄的交界部，且該第二伸張應(yīng)力層的應(yīng)力會(huì)集中在該交界部。
10.如權(quán)利要求9所述的制作方法,其中該第二伸張應(yīng)力層的伸張應(yīng)力值大于該第一伸張應(yīng)力層的伸張應(yīng)力值。
11.如權(quán)利要求9所述的制作方法，其中該交界部于該柵極結(jié)構(gòu)的下部?jī)蓚?cè)。
12.如權(quán)利要求9所述的制作方法，其中該參數(shù)包含壓力、溫度、氣體濃度或沉積功率。
13.如權(quán)利要求9所述的制作方法，其中該第一伸張應(yīng)力層另包含一包覆該柵極結(jié)構(gòu)的弧狀部以及至少一位于該柵極結(jié)構(gòu)側(cè)邊的該半導(dǎo)體基底上的延伸部，該交界部位于該弧狀部和該延伸部之間，且該第一伸張應(yīng)力層的厚度由該弧狀部及該延伸部往該交界部逐漸變薄。
14.一種晶體管,包含: 半導(dǎo)體基底，其上定義有一第一晶體管區(qū)域； 至少一柵極結(jié)構(gòu)，設(shè)置于該第一晶體管區(qū)域內(nèi)； 第一伸張應(yīng)力層，包含一包覆該柵極結(jié)構(gòu)的弧狀部、至少一位于該柵極結(jié)構(gòu)側(cè)邊的該半導(dǎo)體基底上的延伸部，以及一位于該弧狀部和該延伸部間的交界部，其中該第一伸張應(yīng)力層的厚度由該弧狀部及該延伸部往該交界部逐漸變?。? 第二伸張應(yīng)力層，設(shè)置于該第一伸張應(yīng)力層之上；以及 源極區(qū)域以及一漏極區(qū)域，分別位于該柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的該半導(dǎo)體基底內(nèi)。
15.如權(quán)利要求14所述的晶體管，其中該交界部鄰近于該柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)與該半導(dǎo)體基底的交界處。
16.如權(quán)利要求14所述的晶體管，其中該交界部為一非連續(xù)層。
17.如權(quán)利要求16所述的晶體管，其中該第二應(yīng)力層與該柵極結(jié)構(gòu)的下部?jī)蓚?cè)面直接接觸。
18.如權(quán)利要求14所述的晶體管,其中該第二伸張應(yīng)力層的伸張應(yīng)力值大于該第一伸張應(yīng)力層的伸張應(yīng)力值。
19.如權(quán)利要求14所述的晶體管，其中該第二伸張應(yīng)力層直接接觸該第一伸張應(yīng)力層。
20.如權(quán)利要求14所述的晶體管，其中該第二伸張應(yīng)力層包含一復(fù)合層結(jié)構(gòu)(mult1-layered structure)。
21.如權(quán)利要求14所述的晶體管，其中該柵極結(jié)構(gòu)包含有: 柵極介電層，位于該半導(dǎo)體基底上； 柵極，位于該柵極介電層上；以及 間隙壁，位于該柵極的至少一側(cè)壁上。
22.如權(quán)利要求21所述的晶體管，其中該間隙壁的部分表面直接接觸該第二應(yīng)力層。
23.如權(quán)利要求14所述的晶體管，其中該半導(dǎo)體基底另包含第二晶體管區(qū)域，且該第二晶體管區(qū)域內(nèi)設(shè)置有至少二柵極結(jié)構(gòu)，其中兩相鄰的該些柵極結(jié)構(gòu)之間具有一寬度大于100納米的間隙。
24.如權(quán)利要求23所述的晶體管，其中該第一伸張應(yīng)力層會(huì)包覆住位于該第二晶體管區(qū)域內(nèi)的該些柵極結(jié)構(gòu)并填入該間隙，且該第二晶體管區(qū)域內(nèi)的兩相鄰的該些柵極結(jié)構(gòu)間的該第一伸張應(yīng)力層為一連續(xù)層。
【文檔編號(hào)】H01L21/336GK103730365SQ201210390802
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2012年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月15日
【發(fā)明者】劉志建, 吳姿錦, 林鈺書, 陳哲明, 鄧文儀 申請(qǐng)人:聯(lián)華電子股份有限公司