專利名稱：基于應(yīng)變的隔離材料的三維晶體管應(yīng)變工程技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本揭示內(nèi)容大體有關(guān)于包含有非平面型溝道架構(gòu)的晶體管組件的高度精密集成電路的制造。
背景技術(shù)：
先進集成電路(例如，CPU、儲存裝置、ASIC (特殊應(yīng)用集成電路)及其類似者)的制造要求根據(jù)指定的電路布局在給定的芯片區(qū)上形成大量的電路組件，其中場效應(yīng)晶體管為一種重要的電路組件，其系實質(zhì)決定集成電路的效能。一般而言，目前實施的工藝技術(shù)有多種，其中對于含有場效應(yīng)晶體管的多種復(fù)雜電路，MOS技術(shù)是目前最有前途的方法之一，因為由操作速度及/或耗電量及/或成本效率看來，它具有優(yōu)越的特性。在使用MOS技術(shù)制造復(fù)雜的集成電路期間，會在包含結(jié)晶半導(dǎo)體層的基板上形成數(shù)百萬個晶體管，例如，N型溝道晶體管與P型溝道晶體管。不論是考慮N型溝道晶體管還是P型溝道晶體管，場效應(yīng)晶體管通常包含所謂的PN接面，其是由被稱作漏極及源極區(qū)域的重度摻雜區(qū)域與輕度摻雜或無摻雜區(qū)域(例如，經(jīng)配置成與重度摻雜區(qū)域毗鄰的溝道區(qū)域)的接口形成。在場效應(yīng)晶體管中，形成于該溝道區(qū)域附近以及借由細薄絕緣層而與該溝道區(qū)隔開的柵電極可用來控制溝道區(qū)域的導(dǎo)電率，亦即，導(dǎo)電溝道的驅(qū)動電流能力。在因施加適當(dāng)?shù)目刂齐妷褐翓烹姌O而形成導(dǎo)電溝道后，除了別的以外，該溝道區(qū)域的導(dǎo)電率取決于摻雜物濃度、電荷載子的遷移率(mobility)、以及對平面型晶體管架構(gòu)而言，取決于源極區(qū)域與漏極區(qū)域的距離，此一距離也被稱作溝道長度。由于有實質(zhì)無限的可用性、已熟悉硅及相關(guān)材料和工藝的特性、以及過去50年來累積的經(jīng)驗，目前極大多數(shù)的集成電路都基于硅來形成。因此，硅可能仍為可供選擇用于經(jīng)設(shè)計成可量產(chǎn)的未來電路世代的材料。硅在制造半導(dǎo)體裝置上很重要的理由之一是硅/二氧化硅接口的優(yōu)越特性允許不同的區(qū)域有可靠的電氣絕緣。硅/二氧化硅接口在高溫很穩(wěn)定，從而允許后續(xù)高溫工藝的效能，例如像退火循環(huán)(anneal cycle)所要求的，可激活摻雜物及糾正晶體損傷而不犧牲接口的電氣特性?；谝陨纤岢龅睦碛?，二氧化硅在場效應(yīng)晶體管中最好用來作為隔開柵電極(常由多晶硅或其它含金屬材料構(gòu)成)與硅溝道區(qū)域的柵極絕緣層的基材。在穩(wěn)定地改善場效應(yīng)晶體管的裝置效能下，已持續(xù)減少溝道區(qū)域的長度以改善切換速度及驅(qū)動電流能力。由于晶體管效能除了別的以外還受控于施加至柵電極的電壓，該電壓可使溝道區(qū)域的表面反轉(zhuǎn)成有夠高的電荷密度用以對于給定的供給電壓可提供想要的驅(qū)動電流，必須維持有一定程度的電容稱合(capacitive coupling),其是由柵電極、溝道區(qū)域及配置于其間的二氧化硅所形成的電容器提供。結(jié)果，減少用于平面型晶體管組態(tài)的溝道長度要求增加電容耦合以避免在晶體管操作期間有所謂的短溝道行為。該短溝道行為可能導(dǎo)致泄露電流增加以及導(dǎo)致臨界電壓有顯著的變異。積極縮小以具有相對低的供給電壓從而減少臨界電壓的平面型晶體管裝置可能受苦于泄露電流的指數(shù)增加，因為需要增強柵電極與溝道區(qū)域的電容耦合。因此，必須對應(yīng)地減少二氧化硅層的厚度以在柵極與溝道區(qū)域之間提供必要的電容。例如，約0.08微米的溝道長度可需要由二氧化硅制成厚約1.2奈米的柵極介電層。對于這些理由，已開發(fā)出多種替代方案企圖進一步增強平面型晶體管的效能同時避免上述問題。例如，考慮換掉作為柵極絕緣層材料的二氧化硅，特別是極薄的二氧化硅柵極層。例如，可使用介電常數(shù)大幅提高的介電材料，例如氧化鉿及其類似者。因此，已開發(fā)出精密的方法以便基于優(yōu)異柵極介電材料(所謂高k介電材料)來形成柵電極結(jié)構(gòu)。除了優(yōu)異高k介電材料以外，也使用含金屬電極材料以便實現(xiàn)提高柵電極結(jié)構(gòu)的整體導(dǎo)電率以及提供用于適當(dāng)?shù)卣{(diào)整各種晶體管的功函數(shù)的有效機構(gòu)。例如，在早期制造階段可提供高k介電材料，亦即，在圖案化柵電極結(jié)構(gòu)時，或借由應(yīng)用所謂取代柵極法(replacement gateapproach)可在極先進制造階段與高度導(dǎo)電電極金屬一起提供。雖然提供精密柵電極結(jié)構(gòu)的這些方法有助于顯著增強晶體管的效能特性，然而在進一步縮放晶體管的整體尺寸時仍有顯著的問題。根據(jù)其它的策略，借由修改硅基半導(dǎo)體材料的晶格結(jié)構(gòu)可有效地提高平面型晶體管的效能。眾所周知，拉伸或壓縮應(yīng)變可顯著改變硅基半導(dǎo)體材料的電荷載子遷移率，從而使得大幅增強平面型晶體管的效能成為有可能。例如，以硅基材料的標準晶向而言，沿著平面型晶體管的溝道區(qū)域的電流流動方向產(chǎn)生拉伸應(yīng)變分量可顯著增加電子的遷移率，因而，可增加晶體管的切換速度及驅(qū)動電流能力。另一方面，以相同的標準結(jié)晶組態(tài)而言，溝道區(qū)域中的單軸壓縮應(yīng)變可增強電洞的遷移率，從而提供提高P型溝道晶體管的效能的可能性。借由提供可形成晶體管的對應(yīng)主動區(qū)域于其中的含全域應(yīng)變半導(dǎo)體材料(globallystrained semiconductor material),可得到對應(yīng)應(yīng)變分量。在其它公認有效的工藝技術(shù)中，借由實作各種應(yīng)變誘發(fā)機構(gòu)，可在晶體管的溝道區(qū)域中局部產(chǎn)生應(yīng)變，例如在N型溝道晶體管及/或P型溝道晶體管的漏極及源極區(qū)域中加入應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體材料。例如，硅/鍺合金加入漏極及源極區(qū)域，由于硅基材料與硅/鍺合金的晶格失配，可產(chǎn)生應(yīng)變組態(tài)，從而誘發(fā)實質(zhì)單軸壓縮應(yīng)變分量，因而這可提高P型溝道晶體管的效能。此外，可用極靠近晶體管的高度受應(yīng)力材料(highly stressed material)的形式應(yīng)用其它公認有效的應(yīng)變誘發(fā)機構(gòu)，從而也誘發(fā)所欲應(yīng)變分量。為此目的，在晶體管組件的接觸層級加入層間介電材料可用來誘發(fā)所欲應(yīng)變類型。圖1a的透視圖示意圖示包含平面型晶體管150的精密半導(dǎo)體裝置100，其用于復(fù)雜的邏輯電器，例如CPU及其類似者，以便得到高切換速度以及必要的驅(qū)動電流，這在精密應(yīng)用是必要的。如圖示，習(xí)知裝置100可包含基板101，例如硅基板及其類似者，有可能結(jié)合埋藏絕緣層102，借此提供絕緣層上覆硅(SOI)架構(gòu)，就切換速度及其類似者而言，這大體可提供某些優(yōu)點。此外，形成硅基半導(dǎo)體層103于埋藏絕緣層102上以及可包含側(cè)向用隔離結(jié)構(gòu)(例如，淺溝槽隔離及其類似者)刻畫的多個“主動”區(qū)域103a。應(yīng)了解，主動區(qū)域應(yīng)視為其中形成或?qū)纬蛇m當(dāng)PN接面供用于至少一晶體管組件的半導(dǎo)體區(qū)域。在圖示實施例中，主動區(qū)域103a包含源極區(qū)域152s與漏極區(qū)域153d，它們可為高度摻雜半導(dǎo)體區(qū)域以便提供中高導(dǎo)電率以及與位于源極區(qū)域152s、漏極區(qū)域153d之間的溝道區(qū)域154形成PN接面。在P溝道富集晶體管(P channel enrichment transistor)的情形下,漏極及源極區(qū)域153d、152s可受P型摻雜,而溝道區(qū)域154可受輕度N型摻雜。因此,在P型溝道晶體管的情形下，為了實現(xiàn)晶體管150的高驅(qū)動電流，溝道區(qū)域154必須富含作為電荷載子的電洞以致能由源極區(qū)域152s至漏極區(qū)域153d的P型傳導(dǎo)路徑。至于N型溝道晶體管，必須提供反向摻雜的漏極及源極區(qū)域和溝道區(qū)域。此外，晶體管150包含柵電極結(jié)構(gòu)151，它可包含形成于柵極介電材料151b上的電極材料151a，從而使電極材料151a與溝道區(qū)域154分離。此外，經(jīng)?？赡茉陔姌O材料151a的側(cè)壁上形成間隔體結(jié)構(gòu)151c，其中，為了便于說明，以透明方式圖示間隔體151c以免不必要地混淆晶體管150的圖解說明。溝道區(qū)域154與柵極介電材料151b的接口可實質(zhì)決定晶體管150的電氣特性，其中此接口設(shè)在單一平面內(nèi)使得晶體管150可視為平面型晶體管裝置。如先前所述，晶體管150的一個重要參數(shù)是柵電極結(jié)構(gòu)151的長度，它可視為電極材料151a的水平延伸。例如，在精密的應(yīng)用中，柵極長度約有50奈米及更小，因而可能需要電極材料151a經(jīng)由柵極介電材料151b至溝道區(qū)域154的高電容耦合。結(jié)果，必須適當(dāng)?shù)剡x擇柵極介電材料151b的厚度及/或材料組合物以便提供所欲電容耦合。此外，晶體管150的整體驅(qū)動電流也取決于晶體管寬度，因為該寬度決定可用于電荷載子傳輸?shù)目偯娣e。由于為了實現(xiàn)與高切換速度結(jié)合的必要高驅(qū)動電流能力而限制柵極介電材料的泄露電流以及圖案化柵電極結(jié)構(gòu)及主動區(qū)域有其復(fù)雜性，已有人實作額外的機構(gòu)以便在溝道區(qū)域154中建立所欲應(yīng)變類型156。例如，應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體合金155可加入可能有應(yīng)變狀態(tài)(strained state)的漏極及源極區(qū)域152s、153d,因而可誘發(fā)應(yīng)變156。除應(yīng)變誘發(fā)材料155以外或替換地,可提供間隔體結(jié)構(gòu)151c作為高度受應(yīng)力介電材料(highly stresseddielectric material)及/或另一材料可形成處于高度受應(yīng)力狀態(tài)的漏極及源極區(qū)域152s、153d上，借此也在溝道區(qū)域154中誘發(fā)一定程度的應(yīng)變。雖然這些機構(gòu)對于給定幾何組態(tài)的晶體管150可顯著增強晶體管效能，在進一步縮放裝置時，亦即，在進一步減少柵電極結(jié)構(gòu)151的長度時，該等機構(gòu)的效率可能大幅降低，從而導(dǎo)致效能增益比較不明顯。對于這些理由，已有人提出替代晶體管架構(gòu)，例如“三維”架構(gòu)，其中可以整體橫向尺寸減少的方式得到所欲溝道寬度從而晶體管寬度，同時對于通過溝道區(qū)域的電流流動可實現(xiàn)優(yōu)異的可控制性。為此目的，已有人提出所謂的FinFET，其中在半導(dǎo)體材料的薄層中可形成薄銀或硅鰭片，其中至少在鰭片的兩邊側(cè)壁，以及可能在正面上，可提供柵極介電材料及柵電極材料，借此實現(xiàn)溝道區(qū)域完全空乏的雙柵極或三柵極晶體管。在精密的應(yīng)用中，通常硅鰭片的寬度約有10至20奈米以及高度約有30至40奈米。因此，F(xiàn)inFET晶體管架構(gòu)可提供以下優(yōu)點:增加?xùn)烹姌O與各種溝道區(qū)域的有效耦合而不需要對應(yīng)地減少柵極介電材料的厚度。此外，借由提供此一非平面型晶體管架構(gòu)，也可增加有效溝道寬度，使得對于晶體管的給定整體橫向尺寸，可得到增強的電流驅(qū)動。圖1b的透視圖示意圖示包含F(xiàn)inFET晶體管120的半導(dǎo)體裝置100，它是要代表任何三維或“垂直”晶體管架構(gòu)。如圖示，該裝置包含基板101與“埋藏”絕緣層102，有多個半導(dǎo)體鰭片110形成于其上因而可為半導(dǎo)體層103(圖1a)的一部份的“殘留物”。此外，可形成柵電極結(jié)構(gòu)130于半導(dǎo)體鰭片110的中央部附近以便在其中定義對應(yīng)的溝道區(qū)域。應(yīng)了解，柵電極結(jié)構(gòu)130可包含形成于半導(dǎo)體鰭片110的側(cè)壁IlOaUlOb上以及通常也形成于鰭片110的正面IlOs上的柵極介電材料。在此情形下，側(cè)壁IlOaUlOb與正面IlOs可為用于控制通過半導(dǎo)體鰭片110的電流流動的實際控制區(qū)使得有時此一晶體管結(jié)構(gòu)被稱作三柵極組態(tài)。結(jié)果，鰭片110中的每一者可包含源極區(qū)域122與漏極區(qū)域123，兩者各自可為鰭片110的末端部份因而可能有適當(dāng)?shù)膿诫s物濃度以便與被柵電極結(jié)構(gòu)130覆蓋的溝道區(qū)域形成對應(yīng)PN接面。結(jié)果，半導(dǎo)體鰭片110可致能沿著長度方向1101的受控電流流動，其中該電流流動可用柵電極結(jié)構(gòu)130控制。為此目的，可適當(dāng)?shù)剡x擇鰭片110的高度IlOh及寬度IlOw以及柵電極結(jié)構(gòu)130的特性以便得到電流流動的可靠控制。如前述，對于給定橫向尺寸的晶體管120，可得到顯著增加的整體驅(qū)動電流，同時柵電極結(jié)構(gòu)130的圖案化可能較不重要，例如相對于柵極介電材料的厚度。通?？苫谶m當(dāng)圖案化技術(shù)來形成包含三維晶體管120的半導(dǎo)體裝置100，其中可基于精密微影及蝕刻技術(shù)來形成半導(dǎo)體鰭片110以便蝕刻穿過初始半導(dǎo)體層103 (圖1a)，同時用埋藏絕緣層102作為蝕刻終止材料，在半導(dǎo)體材料中形成有所欲深度的凹處，如果考慮塊體架構(gòu)的話。之后，形成柵電極結(jié)構(gòu)，例如，這可借由添加所欲柵極介電材料，例如基于氧化硅的材料，這可借由氧化及/或沉積，接著沉積電極材料(例如，多晶硅及其類似者)來實現(xiàn)。在提供柵極層堆棧后，可應(yīng)用適當(dāng)?shù)奈⒂凹拔g刻技術(shù)以便形成有所欲“柵極長度”(用1301表示)的柵電極結(jié)構(gòu)130。因此，可得到想要的短柵極長度，然而，其中可得到優(yōu)異的可控制性，因為與圖1a的平面型晶體管150相反，可由兩邊側(cè)壁IlOaUlOb及正面IlOs來施加?xùn)艠O控制電壓?？苫诟鶕?jù)任何適當(dāng)工藝策略的離子植入工藝及其類似者來形成漏極及源極區(qū)域122、123。為了進一步增強晶體管120的效能，已有人提出也應(yīng)用應(yīng)變誘發(fā)機構(gòu)，其與在說明圖1a的平面型晶體管150時提及的類似。不過，考慮到進一步的裝置縮放，這些應(yīng)變誘發(fā)機構(gòu)中有許多被認為效率不足，例如受應(yīng)力間隔體與受應(yīng)力上覆層。關(guān)于使用關(guān)鍵尺寸在30奈米以下的晶體管的裝置世代，特別是加入應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體材料(例如，硅/鍺合金)于漏極及源極區(qū)被認為最有前途，因為可實現(xiàn)三維晶體管架構(gòu)的效能增益。對于三維晶體管被視為潛在候選者的其它應(yīng)變誘發(fā)機構(gòu)系提供金屬柵電極結(jié)構(gòu)，其中可提供有高內(nèi)部應(yīng)力位準的金屬材料，同時，在其它情形下，含全域應(yīng)變基底半導(dǎo)體材料被視為是有前述的應(yīng)變誘發(fā)機構(gòu)。不過，應(yīng)變誘發(fā)機構(gòu)的后來候選者，亦即，含全域應(yīng)變半導(dǎo)體層及金屬柵電極結(jié)構(gòu)，目前尚未完全了解它們對于實際晶體管架構(gòu)的影響。另一方面，基于硅/鍺的應(yīng)變誘發(fā)機構(gòu)，在平面型晶體管是公認有效的，被認為只對于P型溝道晶體管可提供優(yōu)異的效能，因而只部份有助于CMOS裝置的晶體管效能。大體而言，由于應(yīng)變誘發(fā)機構(gòu)被認為是進一步增強復(fù)雜晶體管架構(gòu)的整體效能的有前途方法，有可能結(jié)合加入精密高k金屬柵電極結(jié)構(gòu)，因此本揭示內(nèi)容系有關(guān)于可增強晶體管效能的制造技術(shù)及半導(dǎo)體裝置，其系基于在包含三維晶體管架構(gòu)(有可能結(jié)合平面型晶體管)的半導(dǎo)體裝置之中的應(yīng)變誘發(fā)機構(gòu)，同時避免或至少降低上述問題中之一或更多的影響。

發(fā)明內(nèi)容
為供基本理解本發(fā)明的一些方面，提出以下簡化的總結(jié)。此總結(jié)并非本發(fā)明的窮舉式總覽。它不是想要確認本發(fā)明的關(guān)鍵或重要組件或者是描繪本發(fā)明的范疇。唯一的目的是要以簡要的形式提出一些概念作為以下更詳細說明的前言。大體上，本揭示內(nèi)容提供制造技術(shù)及半導(dǎo)體裝置，其中有效應(yīng)變誘發(fā)機構(gòu)可實作成至少部份將會被視為三維架構(gòu)的晶體管組態(tài)。在此方面，已認識到，特別是，可提供晶體管的漏極及源極區(qū)當(dāng)作多個三維半導(dǎo)體本體以便提供可用來接受由適當(dāng)隔離材料(例如，高度受應(yīng)力介電材料)施加的應(yīng)變力的側(cè)壁表面區(qū)。在揭示于本文的一些示范方面中，可提供形式為三維組態(tài)的整個晶體管架構(gòu)，其中可提供一或更多個長形半導(dǎo)體本體當(dāng)作一連續(xù)半導(dǎo)體材料，借此提供FinFET組態(tài)或三柵極架構(gòu)，如上述，其中在一應(yīng)變誘發(fā)隔離材料中，可側(cè)向嵌入該等長形半導(dǎo)體本體(至少在漏極及源極區(qū)之中的)，借此提供優(yōu)異的應(yīng)變條件(strain condition),其中已認識到,特別是,與長形半導(dǎo)體本體的長度方向垂直以及在漏極及源極區(qū)的對應(yīng)PN接面附近的應(yīng)變分量可大幅促進優(yōu)異的晶體管特性。揭示于本文的一示范方法包括:在晶體管的半導(dǎo)體區(qū)域的漏極區(qū)及源極區(qū)中形成或更多個半導(dǎo)體鰭片，其中該漏極區(qū)及該源極區(qū)用溝道區(qū)側(cè)向隔開。此外，該等半導(dǎo)體鰭片在長度方向呈長形以及有側(cè)壁及正面。該方法更包括:形成側(cè)向毗鄰該一或更多個半導(dǎo)體鰭片的側(cè)壁的至少一部份的應(yīng)變誘發(fā)隔離材料，其中該隔離材料在漏極及源極區(qū)之中的半導(dǎo)體鰭片中誘發(fā)與該長度方向垂直的應(yīng)變。該方法另外包括:在該溝道區(qū)上形成柵電極結(jié)構(gòu)。揭示于本文的另一示范方法系有關(guān)于形成半導(dǎo)體裝置。該方法包括:在基板上方形成長形半導(dǎo)體本體，其中該長形半導(dǎo)體本體有側(cè)壁及正面。此外，該方法包括:在該長形半導(dǎo)體本體的第一部份中，形成晶體管的漏極區(qū)域。此外，在該長形半導(dǎo)體本體的第二部份中，形成該晶體管的源極區(qū)域。該方法另外包括:在該長形半導(dǎo)體本體的第三部份附近，形成該晶體管的柵電極結(jié)構(gòu)，其中該柵電極結(jié)構(gòu)經(jīng)組態(tài)成可控制在該第三部份中沿著該長度方向的電流流動。此外，該方法包括:形成側(cè)向毗鄰該第一及該第二部份的側(cè)壁的應(yīng)變誘發(fā)隔離材料以便在該漏極及源極區(qū)域中誘發(fā)應(yīng)變。揭示于本文的一示范半導(dǎo)體裝置包含第一多個長形半導(dǎo)體本體，該等第一多個長形半導(dǎo)體本體中的每一者為晶體管的漏極區(qū)域的一部份以及有側(cè)壁及正面。該半導(dǎo)體裝置更包含第二多個長形半導(dǎo)體本體，該等第二多個長形半導(dǎo)體本體中的每一者為該晶體管的源極區(qū)域的一部份以及有側(cè)壁及正面。該半導(dǎo)體裝置更包含位于該漏極區(qū)域與該源極區(qū)域之間的溝道區(qū)域。此外，形成柵電極結(jié)構(gòu)于該溝道區(qū)域附近以及將它組態(tài)成可控制通過該溝道區(qū)域的電流流動。此外，該半導(dǎo)體裝置包含側(cè)向形成于該等第一及該等第二多個長形半導(dǎo)體本體之間的應(yīng)變誘發(fā)隔離材料。


參考以下結(jié)合附圖的說明可明白本揭示內(nèi)容，其中類似的組件系以相同的組件符號表不。圖1a的透視圖示意圖示包含應(yīng)變誘發(fā)機構(gòu)的平面型晶體管；圖1b的透視圖示意圖示習(xí)知三維晶體管架構(gòu)的三維晶體管(例如，三柵極晶體管)，其包含多個半導(dǎo)體鰭片或長形半導(dǎo)體本體；圖2a的上視圖根據(jù)示范具體實施例示意圖示半導(dǎo)體裝置，其包含至少在漏極及源極區(qū)中有三維裝置架構(gòu)的晶體管以及作用于該三維裝置架構(gòu)的應(yīng)變誘發(fā)隔離材料；圖2b及圖2c的透視圖根據(jù)其它示范具體實施例示意圖示三維晶體管，其形式為有側(cè)向嵌入應(yīng)變誘發(fā)隔離材料的半導(dǎo)體鰭片的三柵極晶體管；圖2d至圖2i的上視圖及橫截面圖也各自根據(jù)其它示范具體實施例示意圖示在各種制造階段期間的半導(dǎo)體裝置，此時基于應(yīng)變誘發(fā)機構(gòu)用應(yīng)變誘發(fā)隔離材料來形成有三維架構(gòu)的晶體管；圖2j至圖21的上視圖及橫截面圖又各自根據(jù)其它示范具體實施例示意圖示在各種制造階段期間的半導(dǎo)體裝置，其中可基于相同的應(yīng)變誘發(fā)隔離材料來提供不同的晶體管；圖3a至圖3f的上視圖及橫截面圖更各自根據(jù)其它示范具體實施例示意圖示在各種制造階段期間的半導(dǎo)體裝置，此時基于取代柵極法與設(shè)于半導(dǎo)體鰭片之間的應(yīng)變誘發(fā)隔離材料來形成三維晶體管架構(gòu)；圖4的透視圖根據(jù)示范具體實施例示意圖示三維晶體管，其中可基于作用于半導(dǎo)體鰭片的側(cè)壁上的應(yīng)變誘發(fā)隔離材料來得到圖中所示的應(yīng)變條件；以及圖5及圖6根據(jù)示范具體實施例示意圖示用于評估N型溝道晶體管(圖5)及P型溝道晶體管(圖6)在接受相同類型的應(yīng)變誘發(fā)隔離材料時的靜電效能模擬數(shù)據(jù)。盡管本發(fā)明容易做成各種修改及替代形式，本文仍以附圖為例圖示幾個本發(fā)明的特定具體實施例且詳述其中的細節(jié)。不過，應(yīng)了解本文所描述的特定具體實施例不是想要把本發(fā)明限定成本文所揭示的特定形式，反而是，本發(fā)明是要涵蓋落入依照附上權(quán)利要求界定的本發(fā)明精神及范疇內(nèi)的所有修改、等價及替代性陳述。
具體實施例方式以下描述本發(fā)明的各種示范具體實施例。為了清楚說明，本專利說明書沒有描述實際具體實作的所有特征。當(dāng)然，應(yīng)了解，在開發(fā)任一此類的實際具體實施例時，必需做許多與具體實作有關(guān)的決策以達成開發(fā)人員的特定目標，例如遵循與系統(tǒng)相關(guān)及商務(wù)有關(guān)的限制，這些都會隨著每一個具體實作而有所不同。此外，應(yīng)了解，此類開發(fā)即復(fù)雜又花時間，決不是本領(lǐng)域一般技術(shù)人員在閱讀本揭示內(nèi)容后即可實作的例行工作。此時以參照附圖來描述本發(fā)明。示意圖示于附圖的各種結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)及裝置系僅供解釋以及避免本領(lǐng)域技術(shù)人員所習(xí)知的細節(jié)混淆本發(fā)明。盡管如此，仍納入附圖用來描述及解釋本揭示內(nèi)容的示范實施例。應(yīng)使用與相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉的意思一致的方式理解及解釋用于本文的字匯及片語。本文沒有特別定義的術(shù)語或片語(亦即，與本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的普通慣用意思不同的定義)是想要用術(shù)語或片語的一致用法來暗示。在這個意義上，希望術(shù)語或片語具有特定的意思時(亦即，不同于本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的意思)，則會在本專利說明書中以直接明白地提供特定定義的方式清楚地陳述用于該術(shù)語或片語的特定定義。本揭示內(nèi)容大體提供數(shù)種非平面型晶體管架構(gòu)，其中借由提供與至少設(shè)于晶體管的漏極及源極區(qū)的一部份毗鄰的長形半導(dǎo)體本體或半導(dǎo)體鰭片的應(yīng)變誘發(fā)隔離材料，可得到優(yōu)異的應(yīng)變條件。以此方式，特別是，長形半導(dǎo)體本體的暴露側(cè)壁區(qū)部份可用來與高度受應(yīng)力隔離材料相互作用，其中已認識到，在與半導(dǎo)體鰭片的長度方向?qū)嵸|(zhì)垂直的方向所得到的應(yīng)變分量可促進優(yōu)異的晶體管特性。在一些示范具體實施例中，晶體管的三維架構(gòu)可選擇性地裝設(shè)于漏極及源極區(qū)中，同時側(cè)向位于漏極區(qū)及源極區(qū)之間的溝道區(qū)不一定具有三維架構(gòu)。此外，在此情形下，漏極及源極區(qū)中與高度受應(yīng)力隔離材料相互作用有關(guān)的增加的表面區(qū)仍可提供優(yōu)異的應(yīng)變條件，因為，特別是可在對應(yīng)PN接面處及其附近產(chǎn)生效能增強應(yīng)變分量。在其它的示范具體實施例中，大體可提供三維晶體管架構(gòu)，其中可提供溝道區(qū)域以及漏極及源極區(qū)的至少一部份作為一或更多個長形半導(dǎo)體本體或半導(dǎo)體鰭片，其中，此外，在此情形下，漏極及源極區(qū)之中的應(yīng)變誘發(fā)隔離材料可提供優(yōu)異的應(yīng)變條件。
結(jié)果，借由提供側(cè)向毗鄰半導(dǎo)體鰭片(至少在漏極及源極區(qū)之中的)的側(cè)壁的應(yīng)變誘發(fā)隔離材料，已標明與用于形成三維晶體管的任何工藝技術(shù)高度兼容的適當(dāng)應(yīng)變誘發(fā)機構(gòu)。此外，取決于整體裝置及設(shè)計要求，基于受應(yīng)力隔離材料的應(yīng)變誘發(fā)機構(gòu)也可實作成必須同時提供平面型晶體管及三維晶體管的任何制造計畫(manufacturing regime)。請參考圖2a至圖21、圖3a至圖3f以及圖4至圖6，此時會更詳細地描述其它的示范具體實施例，其中必要時可參考圖1a及圖lb。圖2a示意圖示可包含晶體管220的半導(dǎo)體裝置200的上視圖，晶體管220可包含用溝道區(qū)254a側(cè)向隔開的漏極區(qū)222及源極區(qū)223。應(yīng)了解，晶體管220將會被視為三維晶體管，因為在晶體管220的主動區(qū)域203a內(nèi)至少提供形式為半導(dǎo)體區(qū)域210的部份漏極及源極區(qū)222、223而各自具有與隔離材料204s接觸或毗鄰的中間或內(nèi)部側(cè)壁表面區(qū)210a、210b，隔離材料204s可當(dāng)作高度受應(yīng)力材料以便經(jīng)由側(cè)壁表面區(qū)210a、210b來與半導(dǎo)體區(qū)域210相互作用，以及在漏極及源極區(qū)222、223內(nèi)的半導(dǎo)體區(qū)域210中誘發(fā)適當(dāng)?shù)膽?yīng)變條件從而也影響溝道區(qū)域254 (其系設(shè)于溝道區(qū)254a內(nèi))中的電流流動行為。在其它的示范具體實施例中，該三維架構(gòu)也設(shè)于溝道區(qū)254a中，其中溝道區(qū)域254可具有對應(yīng)側(cè)壁表面區(qū)及正面用以控制在漏極及源極區(qū)222、223間的溝道區(qū)254a內(nèi)的電流流動，也如以上在說明圖1b半導(dǎo)體裝置100時所述。例如，可將半導(dǎo)體區(qū)域210理解為長形半導(dǎo)體本體或半導(dǎo)體鰭片，它可由漏極區(qū)222延伸進入源極區(qū)223作為連續(xù)半導(dǎo)體鰭片，借此裝設(shè)于溝道區(qū)254a中。在其它情形下，半導(dǎo)體本體210可各自裝設(shè)于漏極及源極區(qū)222、223中而在溝道區(qū)254a中沒有“鰭片幾何”，使得溝道區(qū)域254可作為單一表面區(qū)，如以上在說明圖1a的平面型晶體管時所述。此外，晶體管220可包含至少可形成于溝道區(qū)254a上(從而于溝道區(qū)域254上)的柵電極結(jié)構(gòu)230，其中應(yīng)了解，柵電極結(jié)構(gòu)230可實際延伸超過實際溝道區(qū)254a，例如因提供任何側(cè)壁間隔體結(jié)構(gòu)(未圖示)及其類似者所致。此外，應(yīng)了解，實際溝道區(qū)域254基本上取決于在柵電極結(jié)構(gòu)230下面延伸的漏極及源極區(qū)222、223的摻質(zhì)分布，如圖1a所
/Jn ο圖2b示意圖示半導(dǎo)體裝置200的透視圖，其中三維晶體管220a經(jīng)圖示成可包含形式為連續(xù)半導(dǎo)體鰭片的多個長形半導(dǎo)體區(qū)域210，也如上述，其中柵電極結(jié)構(gòu)230系形成于半導(dǎo)體鰭片210的中央部上方，借此可覆蓋部份的正面210s與部份的側(cè)壁表面區(qū)210a、210b。在此情形下，三柵極架構(gòu)系基于半導(dǎo)體鰭片210及柵電極結(jié)構(gòu)230來提供，也如在以上說明圖1b的半導(dǎo)體裝置100時所述。此外，在漏極區(qū)及源極區(qū)222、223中，可提供應(yīng)變誘發(fā)隔離材料204s以便側(cè)向圍封半導(dǎo)體鰭片210從而作用于不被柵電極結(jié)構(gòu)230覆蓋的部份側(cè)壁區(qū)210a、210b。應(yīng)了解，為了以3D圖解說明，在源極223側(cè)，將隔離材料204s圖示成“透明”材料。在圖示于圖2b的具體實施例中，提供隔離材料204s以便在半導(dǎo)體鰭片210中誘發(fā)拉伸應(yīng)變分量256t,其中拉伸應(yīng)變的必要分量在實質(zhì)垂直于半導(dǎo)體鰭片210的長度方向(以L圖示)的方向可起作用。如以下所詳述的，應(yīng)變分量256t可產(chǎn)生優(yōu)異的晶體管特性，即使溝道區(qū)域254可能與應(yīng)變誘發(fā)隔離材料204s不直接相互作用?？商峁┬问綖槭軕?yīng)力介電材料的材料204s，例如二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、含氮碳化硅，這取決于用以提供有所欲高內(nèi)部應(yīng)力的材料204s的沉積計畫及材料資源的可利用性，盡管如此，在形成材料204s于在漏極及源極區(qū)222、223之中的半導(dǎo)體鰭片210之間時，可實現(xiàn)所欲填充行為。應(yīng)了解，在形成公認有效的介電材料(例如，氮化硅，二氧化硅及其類似者)時可實現(xiàn)中高應(yīng)力位準。此外，在一些示范具體實施例(未圖示)中，可使用其它應(yīng)變誘發(fā)材料(例如形式為氮化鈦及其類似者的含金屬材料，已知這允許沉積有高內(nèi)部應(yīng)力位準的材料，其中可建立適當(dāng)?shù)慕M態(tài)以便遵守漏極及源極區(qū)222、223的導(dǎo)電率要求。圖2c根據(jù)其它示范具體實施例示意圖示半導(dǎo)體裝置200，其中可提供第二晶體管220b，其組態(tài)也可與以上在說明晶體管220(圖2a)及晶體管220a(圖2b)時所述的相同，其中可提供隔離材料204s以便有不同數(shù)量或類型的內(nèi)部應(yīng)力位準，例如壓縮應(yīng)力256c的形式，如果認為應(yīng)力256c適合用來增強晶體管220b的效能的話。應(yīng)了解，裝置200中可同時提供如圖2b及圖2c所示的晶體管220a、220b以便允許基于有不同應(yīng)力特性的材料204s來個別調(diào)整晶體管特性?；旧?，基于任何適當(dāng)制造策略可形成如圖2a至圖2c所示的晶體管220、220a、220b，例如基于如以上在說明圖1b時所述的工藝技術(shù)，不過，其中，在任何適當(dāng)工藝階段，可提供有所欲內(nèi)部應(yīng)力位準的隔離材料204s。如果隔離材料204s需要不同的應(yīng)力特性，如以上在說明裝置220a、220b時所述，可應(yīng)用適當(dāng)?shù)难谀ぜ俺练e計畫以便提供局部有不同應(yīng)力特性的材料204s。請參考圖2d至圖21，此時描述一些示范制造策略以便結(jié)合應(yīng)變誘發(fā)隔離材料，至少在漏極及源極區(qū)提供三維晶體管架構(gòu)。圖2d的上視圖示意圖示處于早期制造階段的半導(dǎo)體裝置200，其中標明半導(dǎo)體鰭片或長形半導(dǎo)體本體210的側(cè)向尺寸及位置以及將會在早期制造階段實作。在圖示具體實施例中，半導(dǎo)體鰭片210可為連續(xù)半導(dǎo)體鰭片，其中彼之中央部可用作溝道區(qū)以及其上可接受如上述的柵電極結(jié)構(gòu)。圖2e示意圖示半導(dǎo)體裝置200沿著圖2d的截面Iie繪出的橫截面圖。如圖示，在半導(dǎo)體層203中可形成半導(dǎo)體鰭片210，接著可裝設(shè)于基板201上方，例如半導(dǎo)體基板及其類似者。應(yīng)了解，在其它的示范具體實施例(未圖示)中，層203實際上可為介電材料，例如在考慮SOI架構(gòu)時為二氧化硅材料及其類似者，如以上在說明圖1b的裝置100時所述。在此情形下，半導(dǎo)體鰭片210可為形成于埋藏絕緣材料上的半導(dǎo)體層的其余部份。應(yīng)了解，揭示于本文的原理可輕易地應(yīng)用于SOI架構(gòu)及塊體架構(gòu)，其中在進一步描述期間，它被稱作在半導(dǎo)體層203的上半部中提供半導(dǎo)體鰭片210的塊體架構(gòu)。換言之，半導(dǎo)體鰭片210的定義可基于形成于半導(dǎo)體層203中以及有適當(dāng)深度及寬度的凹處203v，以便適當(dāng)?shù)囟x半導(dǎo)體鰭片210的側(cè)向及垂直尺寸。此外，在此工藝階段，可提供掩膜240，例如包含第一掩膜材料240a及第二掩膜材料240b者，以及可用來圖案化半導(dǎo)體層203?；诎ň艹练e及微影技術(shù)的工藝策略，可形成如圖2e所示的半導(dǎo)體裝置200以提供及圖案化掩膜材料240以便得到有適當(dāng)橫向尺寸的掩膜特征借此定義凹處203v從而半導(dǎo)體鰭片210。之后，基于公認有效的蝕刻技術(shù)，可基于掩膜240來形成凹處203v，例如用在形成淺溝槽隔離時也適用的蝕刻技術(shù)，這在本領(lǐng)域是公認有效的。之后，凹處203v可填滿介電材料，其中可以高度受應(yīng)力材料的形式提供至少彼之一部份以便在半導(dǎo)體鰭片210中誘發(fā)所欲應(yīng)變類型。為此目的，可應(yīng)用任何公認有效的沉積處方，其中如上述，可利用許多工藝技術(shù)，其中在沉積時及/或在沉積態(tài)材料(material as deposited)的后續(xù)處理期間，可得到高應(yīng)力位準。例如，基于電漿增強沉積處方，可沉積有高內(nèi)部應(yīng)力位準的氮化硅，其中在選擇適當(dāng)沉積參數(shù)時，可輕易地調(diào)整拉伸或壓縮應(yīng)變位準。同樣，基于工藝參數(shù)，可沉積有高內(nèi)部壓縮應(yīng)力的二氧化硅，然而在其它情形下，借由后處理(post-treat) 二氧化硅材料可得到高拉伸應(yīng)力，例如移除在沉積氧化硅材料期間可有意地加入的水分及其類似者。圖2f示意圖示下一個制造階段的半導(dǎo)體裝置200。如圖示，可提供應(yīng)變誘發(fā)隔離材料204s以便連接至半導(dǎo)體鰭片210的側(cè)壁表面區(qū)210a、210b，從而在此工藝階段在半導(dǎo)體鰭片210中誘發(fā)所欲應(yīng)變類型。在圖示具體實施例中，可提供有適合使用拉伸應(yīng)變分量256t于半導(dǎo)體鰭片210的內(nèi)部應(yīng)力位準的隔離材料204s。在其它情形下(未圖示)，可提供材料204s以便誘發(fā)壓縮應(yīng)變分量。在圖示具體實施例中，隔離材料204s沿著半導(dǎo)體鰭片210的整個高度延伸，然而在其它情形下，在提供柵電極結(jié)構(gòu)之前或之后，可實作有任何其它適當(dāng)高度位準的材料204s或在較晚期的工藝階段例如可局部或全域調(diào)整它的高度位準?？苫谏鲜龉に図樞騺硇纬扇鐖D2f所示的裝置200，其中，在提供隔離材料204s后，可移除任何多余部份，例如借由蝕刻、化學(xué)機械研磨法(CMP)及其類似者，其中，例如，掩膜材料240b (圖2e)可用作終止材料。在此工藝階段，可調(diào)整材料204s的所欲高度位準，例如，借由基于蝕刻工藝來選擇性地移除它的材料，同時也用該掩膜材料作為蝕刻掩膜。接下來，可移除掩膜層240 (圖2e)以便得到如圖2f所示的組態(tài)。應(yīng)了解，借由沉積該材料的另一部份可補償任何表面不均勻度，例如隔離材料204s的凹陷轉(zhuǎn)角區(qū)(它有可能在先前的加工期間產(chǎn)生)以及用平坦化技術(shù)移除任何多余部份，以便得到想要的平坦表面拓樸。圖2g示意圖示處于以下工藝階段的裝置200:溝道區(qū)254a可應(yīng)用隔離材料204s的局部凹陷，例如，這可借由提供形式為任何適當(dāng)硬掩膜材料及其類似者的適當(dāng)掩膜231來實現(xiàn)。結(jié)果，掩膜231基本上可定義待形成于溝道區(qū)254a上或中的柵電極結(jié)構(gòu)的側(cè)向位置及尺寸。為此目的，由于在較晚期的工藝階段可形成任何側(cè)壁間隔體結(jié)構(gòu)，例如，可沉積及圖案化任何適當(dāng)材料或數(shù)種材料以便提供有對應(yīng)至柵電極結(jié)構(gòu)(或至少彼之一部份)的側(cè)向位置及尺寸的開口的掩 膜231。應(yīng)了解，掩膜開口 231的側(cè)向尺寸最終可取決于與各向異性蝕刻工藝結(jié)合的沉積工藝，借此可擴充目前可用微影技術(shù)的性能。圖2h示意圖示裝置200沿著圖2g的截面Iib繪出的橫截面圖。如圖示,基于蝕刻掩膜231，可執(zhí)行蝕刻工藝以便移除至少一部份的隔離材料204s，這可借由應(yīng)用高度選擇性蝕刻處方來達成。例如，基于多個公認有效的濕化學(xué)及及電漿輔助蝕刻處方，對于硅材料，可選擇性地移除二氧化硅材料。同樣，基于公認有效的電漿輔助或濕化學(xué)蝕刻處方，對于硅，可選擇性地有效移除氮化硅材料。在此情形下，基于允許選擇性地移除材料204s的一部份的任何適當(dāng)材料，也可提供掩膜231。在圖示具體實施例中，借由適當(dāng)?shù)乜刂茖?yīng)蝕刻工藝，可重新調(diào)整凹處2041■的深度從而半導(dǎo)體鰭片210在溝道區(qū)中的電氣有效高度，然而在其它情形下，可實質(zhì)完全移除材料204s中與半導(dǎo)體鰭片210側(cè)向毗鄰的暴露部份，如果認為對于半導(dǎo)體裝置200的整體組態(tài)適當(dāng)?shù)脑??；趫D示裝置組態(tài)，在一些示范具體實施例中，可沉積適當(dāng)?shù)臇艠O材料，其中掩膜231也可用作有效的沉積掩膜。亦即，可沉積適當(dāng)?shù)慕殡姴牧希缍趸?、氮氧化硅及其類似者，或可基于任何適當(dāng)工藝策略來形成，例如用氧化及/或任何其它表面處理，接著沉積一或更多個電極材料，例如硅、硅/鍺及其類似者。應(yīng)了解，在一些示范具體實施例中，柵極材料的沉積也包括沉積精密介電材料，例如高k介電材料，如上述，有可能結(jié)合習(xí)知介電材料，這取決于整體裝置要求。在此情形下，也可提供適當(dāng)帽蓋材料，例如形式為氮化鈦及其類似者的含金屬材料，當(dāng)在此工藝階段需要調(diào)整柵電極結(jié)構(gòu)的整體電氣特性時，有可能結(jié)合功函數(shù)金屬物種。圖2i的橫截面圖示意圖示基于先前已予調(diào)整的凹處204r而有柵電極結(jié)構(gòu)230形成于半導(dǎo)體鰭片210的中央部上方的裝置200。柵電極結(jié)構(gòu)230因而可包含柵極介電材料233與至少一電極材料232。此外，柵電極結(jié)構(gòu)230的高度及橫向尺寸實質(zhì)可由基于任何適當(dāng)選擇性蝕刻處方可移除的掩膜231 (圖2h)決定。結(jié)果，柵電極結(jié)構(gòu)230可形成具有半導(dǎo)體鰭片210的中央部的三柵極架構(gòu)，因為經(jīng)由側(cè)壁表面區(qū)210a、210b及正面210s可控制半導(dǎo)體鰭片210內(nèi)的電流流動在對應(yīng)至溝道區(qū)域的部份中的控制。應(yīng)了解，凹陷204r的程度可影響半導(dǎo)體鰭片210在溝道區(qū)域254中的電氣有效高度以及在漏極及源極區(qū)域內(nèi)的半導(dǎo)體區(qū)域210中仍可提供摻質(zhì)分布。此外，隔離材料204s在半導(dǎo)體鰭片210可提供所欲應(yīng)變，至少在溝道區(qū)域254外，然而，借此也可有效地促進優(yōu)異的晶體管特性，這隨后會加以描述。圖2j的上視圖示意圖示根據(jù)示范具體實施例的半導(dǎo)體裝置200，其中可提供第一晶體管220a及第二晶體管220b以便有不同的導(dǎo)電型，同時對于這兩個晶體管可應(yīng)用相同類型的隔離材料204s。如圖示，第一晶體管220a可包含有任何適當(dāng)數(shù)目的半導(dǎo)體鰭片210以便調(diào)整整體電流驅(qū)動性能，其中組態(tài)可能與以上在說明柵電極結(jié)構(gòu)230(圖2i)時所述相同的對應(yīng)柵電極結(jié)構(gòu)230a提供按照要求的電流流動控制。此外，至少側(cè)向在柵電極結(jié)構(gòu)230a外，可提供應(yīng)變誘發(fā)隔離材料204s以及可誘發(fā)某一類型的應(yīng)變256t，在一示范具體實施例中，可為拉伸應(yīng)變。同樣，第二晶體管220b可包含有適當(dāng)橫向尺寸及數(shù)目的半導(dǎo)體鰭片210以遵守要求的電流驅(qū)動性能。此外，可提供基本上組態(tài)與柵電極結(jié)構(gòu)230(圖2i)相同的柵電極結(jié)構(gòu)230b以便提供晶體管220b所要求的電流流動特性。應(yīng)了解，柵電極結(jié)構(gòu)230a、230b的特性可不同，例如功函數(shù)金屬物種及其類似者，如果是要實作精密高k金屬柵電極結(jié)構(gòu)的話，隔離材料204s因而在半導(dǎo)體鰭片210中也可誘發(fā)相同類型及大小實質(zhì)相同的應(yīng)變，如256t所示。因此，在此具體實施例中，與長度方向L垂直地起實質(zhì)作用的類型相同應(yīng)變256t產(chǎn)生晶體管220a及晶體管220b的優(yōu)異效能，然而這些晶體管有不同的導(dǎo)電型。例如，晶體管220a可為N型溝道晶體管，而晶體管220b可為P型溝道晶體管，盡管如此，基于相同的應(yīng)變分量256t仍可得到優(yōu)異的效能特性，如以下在說明圖4至圖6時所述。圖2k示意圖示裝置200沿著圖2j的剖面線Iik繪出的橫截面圖。如圖示,柵電極結(jié)構(gòu)230a可形成于晶體管220a中的半導(dǎo)體鰭片210上因而經(jīng)由被柵電極結(jié)構(gòu)230a覆蓋的表面210s可作用于溝道區(qū)域254上。同樣，柵電極結(jié)構(gòu)230b可形成于半導(dǎo)體鰭片210的中央部上方因而通過表面210s也可控制溝道區(qū)域254內(nèi)的電流流動，同時由半導(dǎo)體鰭片210的側(cè)壁表面區(qū)也可得到溝道區(qū)域254的有效電流控制，如虛線所示，也如上述。圖21示意圖示半導(dǎo)體裝置200沿著圖2j的剖面線Iil繪出的橫截面圖。結(jié)果，在此剖面中，柵電極結(jié)構(gòu)230a、230b系形成于應(yīng)變誘發(fā)隔離材料204s中，其中，在圖示具體實施例中，柵電極結(jié)構(gòu)230a、230b可實質(zhì)延伸穿過整個材料204s，然而在其它情形下，如前述，可保留材料204s在柵電極結(jié)構(gòu)230a、230b下面的部份，如果認為適當(dāng)?shù)脑?。例如，圖2i圖示對應(yīng)組態(tài)。因此，在此組態(tài)中，用材料204s可在與圖21的圖面垂直的方向誘發(fā)有效的應(yīng)變分量，從而有助于不同導(dǎo)電型的晶體管220a、220b的優(yōu)異效能特性。應(yīng)了解，基于如圖21所示的裝置組態(tài)，可用公認有效的工藝策略繼續(xù)進一步的加工，例如加入漏極及源極摻雜物物種，形成側(cè)壁間隔體結(jié)構(gòu)于柵電極結(jié)構(gòu)230a、230b上，執(zhí)行退火工藝及其類似者，如在說明習(xí)知平面型晶體管組態(tài)時所述。結(jié)果，描述于本文的工藝技術(shù)對于習(xí)知工藝技術(shù)可提供高度的兼容性，以及也使得必需實作平面型晶體管及三維晶體管于同一半導(dǎo)體裝置的混合組態(tài)成為有可能。此外，在上述工藝技術(shù)中，在早期制造階段可提供柵電極結(jié)構(gòu)以便實質(zhì)具有最終電氣特性，借此在有實質(zhì)最終組態(tài)的柵電極結(jié)構(gòu)存在下，可施加進一步加工，亦即，提供漏極及源極區(qū)域，有可能結(jié)合加入應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體合金，例如硅/鍺材料及其類似者。在其它的示范具體實施例中，如在說明圖3a至圖3f時所述，可提供形式為初級結(jié)構(gòu)的柵電極結(jié)構(gòu)，以及在較晚期的工藝階段基于所謂取代柵極法，可調(diào)整其最終特性。圖3a的上視圖示意圖示包含有三維組態(tài)的晶體管320的半導(dǎo)體裝置300?？蓤D示處于極先進制造階段的裝置300，其中有非最終組態(tài)的柵電極結(jié)構(gòu)330可形成于可實作漏極區(qū)域322及源極區(qū)域323于其中的一或更多個長形半導(dǎo)體本體或半導(dǎo)體鰭片310上方。此外，可提供至少側(cè)向毗鄰漏極及源極區(qū)域322、323的應(yīng)變誘發(fā)隔離材料304s以便誘發(fā)特定類型的應(yīng)變，如上述。圖3b示意圖示半導(dǎo)體裝置300沿著圖3a的剖面線IIIb繪出的橫截面圖。如圖示，裝置300可包含基板301與半導(dǎo)體層303，其中系形成半導(dǎo)體鰭片310以便有適當(dāng)?shù)臋M向尺寸及適當(dāng)?shù)母叨龋踩缫陨显谡f明半導(dǎo)體裝置200時所述。關(guān)于層303及基板301，由于是SOI架構(gòu)、塊體架構(gòu)及其類似者，可應(yīng)用如先前在說明裝置200時所述的相同準則。此外，半導(dǎo)體鰭片310皆側(cè)向嵌入應(yīng)變誘發(fā)隔離材料304s而至少作用于半導(dǎo)體鰭片310的側(cè)壁區(qū)的一部份，也如以上在說明半導(dǎo)體裝置200時所述。此外，可提供柵電極結(jié)構(gòu)330于半導(dǎo)體鰭片310的一部份上方以及可包含介電材料333，例如二氧化硅材料及其類似者，接著是材料332，其中至少將材料332視為將在較晚期工藝階段要移除的占位材料(placeholdermaterial)。由以上說明可明白，在一些示范具體實施例中，也移除材料333因而被視為占位材料的一部份。此外，可提供側(cè)壁間隔體結(jié)構(gòu)334于柵電極結(jié)構(gòu)330的側(cè)壁上。為此目的，可使用任何公認有效的介電材料。此外，基于一或更多個介電材料362，至少部份地可提供接觸層級360而側(cè)向圍封柵電極結(jié)構(gòu)330以及也使其它裝置區(qū)鈍化，例如漏極及源極區(qū)域322、323(圖3a)。在一些示范具體實施例中，可提供形式為對于進一步加工有適當(dāng)蝕刻終止性能的材料的介電材料362，然而在其它情形下，至少可提供表面層361以便允許在下一個制造階段選擇性地移除材料304s。例如，可提供形式為基于二氧化硅的材料的表面層361，在提供形式為二氧化硅材料的隔離材料304s時，考慮到移除二氧化硅材料，其中已加入氮物種以便增強抗蝕性(etch resistivity) 0此外，可形成掩膜層311 (例如，氮化硅材料及其類似者)于半導(dǎo)體鰭片310上，因而在較晚期的工藝階段，可賦予鰭片310在使材料304s凹陷時的優(yōu)異抗蝕性。形成如圖3a及圖3b所示的半導(dǎo)體裝置可基于任何適當(dāng)工藝策略，也如以上在說明半導(dǎo)體裝置200時所述，以便形成半導(dǎo)體鰭片310及柵電極結(jié)構(gòu)330。不過，應(yīng)了解，在圖案化半導(dǎo)體鰭片310時已使用掩膜層311，如先前在解釋掩膜材料240 (圖2e)時所述，然而在其它情形下，可提供專用的掩膜材料。此外，在形成柵電極結(jié)構(gòu)330后，可應(yīng)用任何額外工藝步驟以便形成漏極及源極區(qū)域322、323(圖3a)，這可包括適當(dāng)植入工藝、選擇性磊晶成長技術(shù)及其類似者，有可能結(jié)合適當(dāng)退火技術(shù)，其中，如有必要，漏極及源極區(qū)可加入金屬硅化物。之后，例如用任何適當(dāng)沉積技術(shù)可形成介電層362，其中例如用CMP及其類似者可有效移除任何多余材料。如有必要，例如借由表面處理(例如，熱或電漿輔助氮化工藝及其類似者)可形成表面層361。應(yīng)了解，在移除接觸層級360的任何多余材料時，也可能暴露占位材料332的表面，其中可應(yīng)用任何適當(dāng)工藝策略。圖3c示意圖示下一個制造階段的半導(dǎo)體裝置300。如圖示，借由移除占位材料332(圖3b)可形成柵極開口 330ο，有可能結(jié)合介電材料333。為此目的，可應(yīng)用公認有效的電漿輔助或濕化學(xué)蝕刻處方以便移除圖3b的材料332，其中材料333可用作蝕刻終止層。之后，應(yīng)用任何公認有效的濕化學(xué)蝕刻處方可移除材料333，同時掩膜層311可保留半導(dǎo)體鰭片310的完整性。之后，可應(yīng)用另一蝕刻工藝，例如電漿輔助蝕刻處方，以便使隔離材料304s的暴露部份凹陷以便在半導(dǎo)體鰭片310的暴露部份得到三維組態(tài)，同時用層311作為有效的蝕刻掩膜。此外，材料361可保留材料362的完整性，如果此材料對于用以移除材料304s的蝕刻處方不提供高度抗蝕性的話，如上述。圖3d示意圖示有凹處304r形成于隔離材料304s (可用任何公認有效的蝕刻技術(shù)實現(xiàn))的裝置300。之后，可移除掩膜層311，這也可用濕化學(xué)蝕刻處方及其類似者實現(xiàn)。因此，半導(dǎo)體鰭片310因而可具有暴露正面310s與暴露側(cè)壁表面區(qū)310a、310b，從而在半導(dǎo)體鰭片310中可定義溝道區(qū)域354的三維組態(tài)。應(yīng)了解，基于用以移除部份材料304s的蝕刻工藝的工藝參數(shù)，可輕易決定有所欲程度的凹陷304r。例如，若需要，可沿著半導(dǎo)體鰭片310的整個高度移除材料304s的暴露部份，如果認為適當(dāng)?shù)脑?。圖3e示意圖示下一個制造階段的裝置300。如圖示，此時可提供形式為包含柵極介電材料337的高k金屬柵電極結(jié)構(gòu)的柵電極結(jié)構(gòu)330，有可能結(jié)合用于調(diào)整功函數(shù)的含金屬材料336，接著是例如形式為鋁、鋁合金及其類似者的高度導(dǎo)電電極金屬335。材料337、336及335的提供，對于材料337及/或336，可基于任何適當(dāng)沉積技術(shù)(例如，化學(xué)氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)及其類似者)，而材料335通常可用CVD、電化學(xué)沉積技術(shù)及其類似者提供。之后，該加工可繼續(xù)以下步驟:移除彼等的多余部份，這可用CMP及其類似者實現(xiàn)。圖3f示意圖示半導(dǎo)體裝置300沿著圖3a的剖面線IIIf繪出的橫截面圖。如圖示，半導(dǎo)體鰭片310 (亦即，對應(yīng)至漏極及源極區(qū)域322、323的部份)皆側(cè)向嵌入應(yīng)變誘發(fā)隔離材料304s，借此在其中誘發(fā)所欲應(yīng)變類型，在圖示具體實施例中，用拉伸應(yīng)變分量365k表示。不過，應(yīng)了解，在其它情形下，壓縮應(yīng)變分量的誘發(fā)可借由適當(dāng)?shù)靥峁└綦x材料304s。應(yīng)了解，對應(yīng)至漏極及源極區(qū)域322、323的半導(dǎo)體鰭片310已加入有所欲摻質(zhì)分布的適當(dāng)摻雜物物種以便與裝置300的整體晶體管特性兼容。為了便于說明，圖3f未圖示任何此類摻雜物物種。此外，也如以上所示，漏極及源極區(qū)域322、323可包含應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體合金，如先前在說明圖1a的半導(dǎo)體裝置100時所述。在一些示范具體實施例中，如圖3f所示，用將會在進一步加工期間形成于接觸層級360的接觸結(jié)構(gòu)365，可使半導(dǎo)體鰭片中分別對應(yīng)至漏極區(qū)域322及源極區(qū)域323的個別部份電氣連接。在其它情形下，半導(dǎo)體鰭片310的末端部份可借由半導(dǎo)體材料(未圖示)連接。結(jié)果，提供應(yīng)變誘發(fā)隔離材料304s也可與取代柵極法兼容，其中，也如以上在說明裝置200時所述，相同類型的應(yīng)變誘發(fā)隔離材料可用于不同導(dǎo)電型的晶體管，然而在其它情形下，取決于整體裝置要求與基底半導(dǎo)體材料的基本結(jié)晶組態(tài)，對于不同的晶體管，可提供有不同應(yīng)變特性的隔離材料304s。圖4的透視圖示意圖示包含三維晶體管420的半導(dǎo)體裝置400，它的組態(tài)可與以上在說明半導(dǎo)體裝置200及300時提及的晶體管實質(zhì)相同。如圖示，晶體管420可包含多個半導(dǎo)體鰭片410或長形半導(dǎo)體本體，其中，為了便于說明，圖4只圖示半導(dǎo)體鰭片中的一個。此外，柵電極結(jié)構(gòu)430可形成于半導(dǎo)體鰭片410的中央部處方及四周以便允許控制電流流動通過在源極區(qū)域423、漏極區(qū)域(未圖示)之間的溝道區(qū)域454，也如上述。為了便于說明，圖4不圖示柵電極結(jié)構(gòu)430的對應(yīng)電極材料。此外，柵電極結(jié)構(gòu)430可包含側(cè)壁間隔體結(jié)構(gòu)434與柵極介電材料433，例如以習(xí)知介電材料的形式，然而在其它情形下，可提供高k介電材料437，也如上述。此外，該柵電極結(jié)構(gòu)可側(cè)向嵌入接觸層級460，如以上在說明半導(dǎo)體裝置300時所述。此外，可提供應(yīng)變誘發(fā)隔離材料404s以便至少側(cè)向作用于漏極及源極區(qū)域中的半導(dǎo)體鰭片410上，也如以上所解釋的。應(yīng)了解，為了便于說明，附圖省略半導(dǎo)體鰭片410中對應(yīng)至源極區(qū)域423及部份溝道區(qū)域454的部份以便展示半導(dǎo)體鰭片410中基于應(yīng)變誘發(fā)隔離材料404s得到的應(yīng)變條件。如圖示，圖4定量圖示方向與長度方向L垂直的應(yīng)變分量。亦即，認為應(yīng)變分量是沿著寬度方向W延伸，它漏極及源極區(qū)中實質(zhì)存在，同時在PN接面423p處及其附近也可觀察到顯著程度的應(yīng)變。例如，如圖示，應(yīng)變分量456t因此也可出現(xiàn)于半導(dǎo)體鰭片410的表面層410s以及可伸入溝道區(qū)域454，借此在溝道區(qū)域454處及其附近提供優(yōu)異的應(yīng)變條件，特別是在正面410s處。結(jié)果，雖然應(yīng)變分量456t不一定在溝道區(qū)域454處及其附近沿著深度方向D深深地延伸，然而仍可實現(xiàn)優(yōu)異的晶體管效能。如上述，在一些示范具體實施例中，相同類型的受應(yīng)力隔離材料可應(yīng)用于不同導(dǎo)電型的晶體管(亦即，有三維組態(tài)的P型溝道晶體管及N型溝道晶體管)，同時這兩種晶體管仍可得到優(yōu)異的效能。例如，在一些示范具體實施例中，可選擇半導(dǎo)體材料的基本結(jié)晶組態(tài)，使得，結(jié)合晶體管裝置的取向，對應(yīng)至長度方向或電流流動方向的晶軸不與對應(yīng)至半導(dǎo)體鰭片410的正面410s的晶向不同。例如，在一示范具體實施例中，電流流動方向可對應(yīng)至晶軸(110)或物理等效取向，同時正面410s可為對應(yīng)至與其垂直的晶軸(其系(100)軸或物理等效軸)的(100)晶面。例如，在此情形下，該晶向可為沿著深度方向D的(100)取向。不過，應(yīng)了解，晶體管420的幾何可使用任何其它結(jié)晶組態(tài)，例如借由提供不同類型的應(yīng)變誘發(fā)隔離材料或選擇任何適當(dāng)其它結(jié)晶組態(tài)，其中P型溝道晶體管與N型溝道晶體管可同時得到效能增強。圖5示意圖示三維晶體管(例如，圖4的晶體管420)的靜電行為的結(jié)果，其中曲線A表示N型溝道晶體管的關(guān)閉電流(off current)與飽和電流,其中提供有約IGpa的壓縮應(yīng)力的應(yīng)變誘發(fā)隔離材料。曲線B表示有實質(zhì)應(yīng)力中性隔離材料的相同晶體管，同時曲線C顯示受拉伸應(yīng)力隔離材料的晶體管特性。如圖示，可得到與有中性應(yīng)力條件(neutralstress conditions)的隔離材料有關(guān)的顯著改善。圖6示意圖示P型溝道晶體管的結(jié)果，其中在對應(yīng)至圖5的晶體管中提供相同的應(yīng)變誘發(fā)隔離材料。如圖示，相比于中性應(yīng)力條件的隔離材料(用曲線B表示)，隔離材料中對應(yīng)至曲線A的壓縮應(yīng)力可能造成晶體管特性劣化。另一方面，基于受拉伸應(yīng)力隔離材料，可得到晶體管特性的顯著改善。應(yīng)了解，以上所得結(jié)果系針對對應(yīng)至晶體管420(圖4所示)的晶體管的結(jié)晶組態(tài)及幾何取向。因此，基于有高內(nèi)部拉伸應(yīng)力位準的隔離材料所提供的單一應(yīng)變誘發(fā)機構(gòu)可能造成N型溝道晶體管及P型溝道晶體管的晶體管特性顯著改
盡
口 ο結(jié)果，本揭示內(nèi)容提供可實作三維晶體管架構(gòu)于其中的制造技術(shù)及半導(dǎo)體裝置，其中多個長形半導(dǎo)體本體可具有可與受應(yīng)力隔離材料接觸的暴露側(cè)壁表面區(qū)。以此方式，可誘發(fā)與半導(dǎo)體本體的長度方向垂直的顯著應(yīng)變分量，然而，這對整體晶體管特性有顯著影響。在一些示范具體實施例中，相同的內(nèi)部受應(yīng)力隔離材料可增強P型溝道晶體管及N型溝道晶體管的晶體管效能。以上所揭示的特定具體實施例均僅供圖解說明，因為本領(lǐng)域技術(shù)人員在受益于本文的教導(dǎo)后顯然可以不同但等價的方式來修改及實施本發(fā)明。例如，可用不同的順序完成以上所提出的工藝步驟。此外，除非在以下權(quán)利要求有提及，不希望本發(fā)明受限于本文所示的構(gòu)造或設(shè)計的細節(jié)。因此，顯然可改變或修改以上所揭示的特定具體實施例而所有此類變體都被認為仍然是在本發(fā)明的范疇與精神內(nèi)。因此，本文提出以下的權(quán)利要求尋求保護。
權(quán)利要求
1.一種方法，其包含下列步驟: 在晶體管的半導(dǎo)體區(qū)域的漏極區(qū)及源極區(qū)中形成一或更多個半導(dǎo)體鰭片，利用溝道區(qū)側(cè)向隔開該漏極區(qū)與該源極區(qū)，該等半導(dǎo)體鰭片在長度方向呈長形以及有側(cè)壁及正面； 形成與該一或更多個半導(dǎo)體鰭片的側(cè)壁的至少一部份側(cè)向毗鄰的應(yīng)變誘發(fā)隔離材料，該隔離材料在該漏極及源極區(qū)之中的該等半導(dǎo)體鰭片中誘發(fā)與該長度方向垂直的應(yīng)變；以及 在該溝道區(qū)上形成柵電極結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成該一或更多個半導(dǎo)體鰭片的步驟包括:形成該等半導(dǎo)體鰭片以便延伸穿過該溝道區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成該柵電極結(jié)構(gòu)的步驟包括:形成該隔離材料以便延伸穿過該溝道區(qū)側(cè)向圍封該一或更多個半導(dǎo)體鰭片，以及使該應(yīng)變誘發(fā)隔離材料的一部份凹陷以便暴露該一或更多個半導(dǎo)體鰭片中的溝道區(qū)域的數(shù)個表面區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中形成該柵電極結(jié)構(gòu)的步驟更包括:在該凹陷部中形成介電材料及柵電極材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成該柵電極結(jié)構(gòu)的步驟包括:在該柵電極結(jié)構(gòu)中提供占位材料以及至少用高度導(dǎo)電電極材料取代該占位材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中取代該占位材料的步驟包括:在形成該高度導(dǎo)電電極材料之前，在該溝道區(qū)中形成凹處。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中形成該凹處的步驟包括:移除該應(yīng)變誘發(fā)隔離材料的一部份。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中形成該凹處的步驟包括:移除半導(dǎo)體材料以便在該溝道區(qū)中形成溝道鰭片。
9.一種形成半導(dǎo)體裝置的方法，該方法包括下列步驟: 形成長形半導(dǎo)體本體于基板上方，該長形半導(dǎo)體本體有側(cè)壁及正面； 在該長形半導(dǎo)體本體的第一部份中形成晶體管的漏極區(qū)域； 在該長形半導(dǎo)體本體的第二部份中形成該晶體管的源極區(qū)域； 形成該晶體管中與該長形半導(dǎo)體本體的第三部份毗鄰的柵電極結(jié)構(gòu)，該柵電極結(jié)構(gòu)經(jīng)組態(tài)成可控制在該第三部份中沿著該長度方向的電流流動；以及 形成與該第一及該第二部份的該等側(cè)壁側(cè)向毗鄰的應(yīng)變誘發(fā)隔離材料以便在該漏極及源極區(qū)域中誘發(fā)應(yīng)變。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其更包含下列步驟:形成第二晶體管以便包含第二長形半導(dǎo)體本體以及提供與該第二晶體管的第二漏極及源極區(qū)域側(cè)向毗鄰的該應(yīng)變誘發(fā)隔離材料，其中該晶體管與該第二晶體管有不同的導(dǎo)電型。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其更包含下列步驟:形成第二晶體管以便包含第二長形半導(dǎo)體本體以及提供與該第二晶體管的第二漏極及源極區(qū)域側(cè)向毗鄰的第二應(yīng)變誘發(fā)隔離材料，其中該應(yīng)變誘發(fā)隔離材料誘發(fā)與該第二應(yīng)變誘發(fā)隔離材料不同類型及數(shù)量的應(yīng)變的至少一者。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中形成該柵電極結(jié)構(gòu)的步驟包括:在形成該柵電極結(jié)構(gòu)的電極材料之前，使該應(yīng)變誘發(fā)隔離材料凹陷。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中使該應(yīng)變誘發(fā)隔離材料的凹陷的步驟包括:在對于該柵電極結(jié)構(gòu)的自對準圖案化工藝中，移除該應(yīng)變誘發(fā)隔離材料的一部份。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中形成該電極材料的步驟包括:移除占位材料。
15.一種半導(dǎo)體裝置，其包括: 第一多個長形半導(dǎo)體本體，該等第一多個長形半導(dǎo)體本體中的每一者為晶體管的漏極區(qū)域的一部份，該等第一多個長形半導(dǎo)體本體中的每一者有側(cè)壁與正面； 第二多個長形半導(dǎo)體本體，該等第二多個長形半導(dǎo)體本體中的每一者為該晶體管的源極區(qū)域的一部份，該等第二多個長形半導(dǎo)體本體中的每一者有側(cè)壁與正面； 位于該漏極區(qū)域與該源極區(qū)域之 間的溝道區(qū)域； 柵電極結(jié)構(gòu)，形成于該溝道區(qū)域附近以及經(jīng)組態(tài)成可控制通過該溝道區(qū)域的電流流動；以及 側(cè)向形成于該等第一多個及該等第二多個長形半導(dǎo)體本體之間的應(yīng)變誘發(fā)隔離材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體裝置，其中該等第一多個長形半導(dǎo)體本體中的每一者利用其側(cè)壁與該柵電極結(jié)構(gòu)接觸的中間半導(dǎo)體本體而各自連接至該等第二多個長形半導(dǎo)體本體中的一個。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體裝置，其更包括含有形式為多個長形半導(dǎo)體本體的第二漏極及源極區(qū)域的第二晶體管，其中該等多個長形半導(dǎo)體本體被第二應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體材料側(cè)向圍封，該第二應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體材料誘發(fā)與該晶體管的該應(yīng)變誘發(fā)隔離材料不同類型及數(shù)量的應(yīng)變的至少一者。
18.根據(jù)權(quán)利要求15項所述的導(dǎo)體裝置，其更包括含有形式為多個長形半導(dǎo)體本體的第二漏極及源極區(qū)域的第二晶體管，其中該等多個長形半導(dǎo)體本體被該應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體材料側(cè)向圍封，以及其中該晶體管與該第二晶體管有不同的導(dǎo)電型。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體裝置，其中沿著該等第一多個及該等第二多個長形半導(dǎo)體本體的長度方向的晶向與該正面的法線的晶向不同。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體裝置，其中該柵電極結(jié)構(gòu)包括高k介電材料與電極金屬。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于應(yīng)變的隔離材料的三維晶體管應(yīng)變工程技術(shù)，在三維晶體管組態(tài)中，至少在漏極及源極區(qū)中提供一應(yīng)變誘發(fā)隔離材料，借此誘發(fā)一應(yīng)變，特別是在三維晶體管的PN接面處或其附近。在此情形下，可實現(xiàn)優(yōu)異的晶體管效能，然而在一些示范具體實施例中，甚至相同類型的內(nèi)部受應(yīng)力隔離材料可導(dǎo)致P型溝道晶體管與N型溝道晶體管有優(yōu)異的晶體管效能。
文檔編號H01L21/336GK103208423SQ201310011190
公開日2013年7月17日 申請日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者T·巴利道夫, A·魏, T·赫爾曼, S·弗萊克豪斯基, R·伊爾根 申請人:格羅方德半導(dǎo)體公司