通過(guò)使用離子注入引入壓縮金屬柵極應(yīng)力而在三柵極mosfet中實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電流增強(qiáng)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】通過(guò)使用離子注入引入壓縮金屬柵極應(yīng)力而在三柵極MOSFET中實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電流増強(qiáng)
[0001]本申請(qǐng)為分案申請(qǐng)，其原申請(qǐng)是2012年5月15日進(jìn)入中國(guó)國(guó)家階段、國(guó)際申請(qǐng)日為2010年11月18日的國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)PCT/US2010/057174，該原申請(qǐng)的中國(guó)國(guó)家申請(qǐng)?zhí)柺?01080051659.X，發(fā)明名稱(chēng)為“通過(guò)使用離子注入引入壓縮金屬柵極應(yīng)力而在三柵極MOSFET中實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電流增強(qiáng)”。
【背景技術(shù)】
[0002]將碳摻雜硅外延層沉積在三柵極晶體管的源區(qū)和漏區(qū)，以在晶體管的溝道中生成拉伸應(yīng)力，從而增強(qiáng)溝道的載流子迀移率和驅(qū)動(dòng)電流。但是該技術(shù)僅提供了相對(duì)較低的載流子迀移率，并且因此具有相對(duì)較低的飽和漏電流Idsat和線(xiàn)性漏電流Idlin。
【附圖說(shuō)明】
[0003]在說(shuō)明書(shū)附圖的圖示中，通過(guò)示例的方式而非通過(guò)限制的方式來(lái)說(shuō)明在這里公開(kāi)的實(shí)施例，在附圖中相似的附圖標(biāo)記指代類(lèi)似的元件，并且其中:
[0004]圖1描繪了根據(jù)在這里公開(kāi)的主題，使用離子注入來(lái)在三柵極NM0S晶體管中形成壓縮金屬柵極應(yīng)力以在晶體管的溝道中生成非平面(out-of-plane)壓縮的處理的一個(gè)示例性實(shí)施例的流程圖；
[0005]圖2A和2B描繪了根據(jù)在這里公開(kāi)的主題的處理期間的三柵極晶體管的示例性實(shí)施例的部分的截面圖；
[0006]圖3描繪了 NM0S三柵極晶體管的部分的透視圖，例示性地提供了由離子注入到晶體管的柵極中而在晶體管的溝道上生成的模擬的非平面壓縮力應(yīng)力水平；
[0007]圖4示出了曲線(xiàn)圖，例示性地描繪了作為以MPa測(cè)量的應(yīng)力的函數(shù)的長(zhǎng)溝道(LC)迀移率增益；以及
[0008]圖5和6分別例示性地示出了對(duì)具有〈110〉溝道取向和(100)上表面取向而不具有金屬柵極應(yīng)力的器件的Idsat和Idlin的模擬結(jié)果。
[0009]將理解的是，為了說(shuō)明的簡(jiǎn)化和/或清楚，在圖中例示的元件不必要按比例繪制。例如，為了清楚，可以相對(duì)于其它元件夸大某些元件的尺寸。此外，如果適當(dāng)?shù)乜紤]，在附圖中重復(fù)附圖標(biāo)記以表示對(duì)應(yīng)的和/或類(lèi)似的元件。
【具體實(shí)施方式】
[0010]在這里描述了用于通過(guò)使用離子注入產(chǎn)生壓縮金屬柵極應(yīng)力來(lái)增強(qiáng)三柵極MOSFET中的驅(qū)動(dòng)電流的實(shí)施例。在以下的說(shuō)明中，陳述了若干特定細(xì)節(jié)以提供在這里公開(kāi)的實(shí)施例的全面理解。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到能夠在沒(méi)有一個(gè)或多個(gè)特定細(xì)節(jié)，或用其它方法、部件、材料等等的情況下實(shí)踐在這里公開(kāi)的實(shí)施例。在其它示例中，沒(méi)有詳細(xì)地示出或描述公知的結(jié)構(gòu)、材料或操作，以避免使說(shuō)明書(shū)的方面難以理解。
[0011]貫穿本說(shuō)明書(shū)提到的“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”表示結(jié)合實(shí)施例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，在整個(gè)本說(shuō)明書(shū)不同位置處出現(xiàn)的詞組“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在實(shí)施例中”未必全部指代相同的實(shí)施例。此外，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中可以以任何適合的方式組合具體的特征、結(jié)構(gòu)或特性。在這里使用的詞語(yǔ)“示例性”表示“用作范例、實(shí)例或示例”。在這里描述為“示例性的”任何實(shí)施例不應(yīng)理解為一定比其它實(shí)施例優(yōu)選或有利。
[0012]在這里公開(kāi)的主題提供了一種技術(shù)，該技術(shù)用于通過(guò)將離子注入到金屬柵極中而在晶體管的溝道中生成非平面的壓縮來(lái)形成壓縮金屬柵極應(yīng)力，從而進(jìn)一步增強(qiáng)載流子迀移率和驅(qū)動(dòng)電流。
[0013]隨著每種新一代的晶體管的發(fā)展，晶體管的臨界尺寸變得越來(lái)越小，為了避免在柵極金屬中形成空隙，相比于濺射，柵極金屬沉積的處理趨向于是化學(xué)氣相沉積(CVD)處理，諸如原子層沉積(ALD)處理。已知這種ALD沉積的金屬具有本征拉伸應(yīng)變，而非通常在濺射材料中所看到的壓縮應(yīng)變。在這里公開(kāi)的主題通過(guò)在金屬柵極中注入離子來(lái)在ALD沉積的柵極金屬層中形成壓縮應(yīng)力，所述離子諸如但不限于氮、氙、氬、氖、氪、氡、碳、鋁或鈦或其組合。
[0014]在這里公開(kāi)的主題涉及使用離子注入來(lái)在三柵極NM0S晶體管或finFET NM0S晶體管中形成壓縮金屬柵極應(yīng)力，并且由此在晶體管的溝道中生成非平面的壓縮，這增強(qiáng)了溝道的載流子迀移率和驅(qū)動(dòng)電流。由離子注入形成的壓縮柵極應(yīng)變轉(zhuǎn)移到溝道，作為三柵極晶體管的支配側(cè)壁(dominate sidewall)晶體管的壓縮應(yīng)變行的端部(compressivestrain end of line)。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，通過(guò)在具有上表面(110)晶格的晶片上形成的〈110〉方向上取向的溝道上施加非平面壓縮，顯著地增強(qiáng)了載流子迀移率和驅(qū)動(dòng)電流，其中溝道的側(cè)壁具有(100)晶格取向。在具有上表面(100)晶格的晶片上形成的〈100〉方向上取向的溝道也呈現(xiàn)了類(lèi)似的來(lái)自非平面壓縮的載流子迀移率和驅(qū)動(dòng)電流增強(qiáng)，其中溝道的側(cè)壁具有(100)取向。
[0015]根據(jù)在這里公開(kāi)的主題，將離子注入到三柵極NM0S晶體管的金屬柵極中以在以〈110〉方向取向并在具有(100)晶格取向的晶片的上表面上形成的溝道中生成壓縮應(yīng)力?；蛘?，通過(guò)將離子注入到三柵極晶體管的金屬柵極中能夠在溝道中生成壓縮應(yīng)力，使得溝道在具有(100)晶格取向的晶片的上表面上形成的〈100〉方向上取向。在這里公開(kāi)的主題的技術(shù)可以不比需要多個(gè)步驟形成溝道應(yīng)變的常規(guī)EPI生長(zhǎng)技術(shù)復(fù)雜。另外，由于常規(guī)技術(shù)所使用的間距與柵極比例(scale)、EPI區(qū)域收縮得比柵極(或溝道長(zhǎng)度Lg)快得多，這使得在這里公開(kāi)的技術(shù)在更窄的間距方面有吸引力。
[0016]圖1描繪了根據(jù)在這里公開(kāi)的主題，使用離子注入在三柵極NM0S晶體管中形成壓縮金屬柵極應(yīng)力以在晶體管的溝道中生成非平面的壓縮的處理100的一個(gè)示例性實(shí)施例的流程圖。在圖1中描繪的示例性實(shí)施例包括兩個(gè)階段，其中在第一階段期間，如步驟101所示，沉積了厚度在大約2nm與大約lOOnm之間的薄金屬共形膜。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，薄共形膜的厚度大約為10nm。能夠用于薄金屬共形膜的適合的金屬包括但不限于鋁、鋇、絡(luò)、鈷、給、銥、鐵、鑭和其它鑭系元素、鉬、銀、鋨、鈀、鈾、錸、舒、銘、鈧、鎖、鉭、鈦、媽、銀、釔、鋅、或鋯、或其組合。在步驟102，使用公知的離子注入技術(shù)將諸如但不限于鋁、鋇、鉻、鈷、給、銥、鐵、鑭和其它鑭系元素、鉬、銀、鋨、鈀、鈾、錸、舒、銘、鈧、鎖、鉭、鈦、媽、|凡、.乙、鋅、鋯、氮、氙、氬、氖、氪、氡、或碳、或其組合等離子注入到柵極金屬中。注入劑量能夠在大約1 x 1015/cm2與大約1 X 10 17/cm2之間，并且注入能量能夠在大約0.1keV與大約500keV之間變化。
[0017]圖2A描繪了三柵極晶體管200的示例性實(shí)施例的部分的截面圖，其中示出了鰭201和柵極金屬膜202。鰭201設(shè)置在氧化物203之間。如圖2A中所示，在第一階段，使用原子層沉積(ALD)或化學(xué)氣相沉積(CVD)沉積技術(shù)來(lái)沉積柵極金屬膜202，以形成薄金屬共形膜(步驟101)。在圖1中的步驟102期間，使用公知的離子注入技術(shù)將諸如但不限于鋁、鋇、絡(luò)、鈷、給、銥、鐵、鑭和其它鑭系元素、鉬、銀、鋨、鈀、鈾、錸、舒、銘、鈧、鎖、鉭、鈦、媽、銀、釔、鋅、鋯、氮、氙、氬、氖、氪、氡、或碳、或其組合等離子104注入到柵極金屬膜202中。應(yīng)當(dāng)理解，幾乎能夠?qū)⑷魏蝸?lái)自元素周期表的離子注入到柵極金屬膜202中。此外，應(yīng)當(dāng)理解，重量較輕的離子可能起到污染物的作用，并且因此不如其它離子優(yōu)選。
[0018]在離子注入步驟102之后的處理的第二階段，流程繼續(xù)至步驟103，在該步驟103，通過(guò)使用公知的ALD處理來(lái)完成諸如低電阻金屬等柵極填充物(gate fill) 205，并且緊接著進(jìn)行拋光。圖2B描繪了步驟103之后的晶體管200。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，以大約45°的注入角，大約1.2X1016的氮離子注入劑量而在柵極金屬中實(shí)現(xiàn)大約1%的壓縮應(yīng)變。
[0019]在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，能夠在步驟104的柵極填充(gate fill)和拋光之后進(jìn)行步驟103的離子注入。
[0020]圖3-6描繪了測(cè)試和/或模擬的結(jié)果，并且圖3-6僅出于例示性的目的而被提供并且不應(yīng)當(dāng)將其理解或解釋為在這里公開(kāi)的主題的限制或期望。圖3描繪了提供例示性的由離子注入到晶體管的柵極中而在晶體管的溝道上生成的模擬的非平面壓縮力應(yīng)力水平的NM0S三柵極晶體管300的部分的透視圖。更具體地，圖3更具體地描繪了其中注入(模擬)了氮離子的溝道301和柵極302?；疑年幱氨硎疽詃ynes/cm2測(cè)量的非平面應(yīng)力的水平。在圖3的右上方示出了圖3中所描繪的壓縮力的范圍。如在圖3中所示，當(dāng)大約
2.lXK^dynes/cm2的壓縮應(yīng)力形成在303處的柵極302中時(shí)，在304處的溝道301中生成