專利名稱：半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，尤其涉及可以提高沿著金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的溝道方向的應(yīng)力的一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在一般的半導(dǎo)體工藝中，于金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管制作完成之后，會于基底上形成一層應(yīng)力層，以增加電子或空穴在金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的溝道中的遷移率(mobility)。在線寬為65納米以下的半導(dǎo)體工藝中，對于P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管來說，可在基底上形成一層具有壓縮應(yīng)力(compressive stress)的應(yīng)力層，以在P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管中沿著溝道方向形成壓縮應(yīng)力。而對于N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管來說，可在基底上形成一層具有拉伸應(yīng)力(tensile stress)的應(yīng)力層，以在N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管中沿著溝道方向形成拉伸應(yīng)力。隨著壓縮應(yīng)力或拉伸應(yīng)力的增加，空穴或電子在溝道中的遷移率也隨之增加，進(jìn)而增加驅(qū)動電流(drive current)以提升元件效能。
圖1為現(xiàn)有一種具有應(yīng)力層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。請參照圖1，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括基底10、金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管12與應(yīng)力層24。金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管12包括具有柵極16以及柵介電層18的柵極結(jié)構(gòu)14、間隙壁20、源/漏極延伸區(qū)21與源/漏極區(qū)22。柵極16配置于基底10上。柵介電層18配置于柵極16與基底10之間。間隙壁20配置于柵極結(jié)構(gòu)14的側(cè)壁上。源/漏極延伸區(qū)21配置于柵極結(jié)構(gòu)14二側(cè)的基底10中。源/漏極區(qū)22配置于間隙壁20旁的基底10中。應(yīng)力層24配置于基底10的表面上。當(dāng)金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管12為P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管時(shí)，應(yīng)力層24為具有壓縮應(yīng)力的膜層，可在P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管中沿著溝道26方向形成壓縮應(yīng)力。當(dāng)金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管12為N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管時(shí)，應(yīng)力層24為具有拉伸應(yīng)力的膜層，可在N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管中沿著溝道26方向形成拉伸應(yīng)力。
然而，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，對于半導(dǎo)體元件效能的需求也逐漸提高，因此如何能進(jìn)一步地提高在金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管中沿著溝道方向形成的壓縮應(yīng)力或拉伸應(yīng)力，以增加電子或空穴在溝道中的遷移率，為目前十分重要且急需解決的問題。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，可以增加元件效能。
本實(shí)用新型的另一目的是提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，可以增加元件的驅(qū)動電流。
本實(shí)用新型提出一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，此半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括基底、源/漏極延伸區(qū)、源/漏極區(qū)、金屬硅化物層以及應(yīng)力層?；咨弦雅渲糜袞艠O結(jié)構(gòu)，其中柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上配置有間隙壁，且間隙壁旁的基底中具有開口。源/漏極延伸區(qū)配置于柵極結(jié)構(gòu)二側(cè)的基底中。源/漏極區(qū)配置于開口底部的基底中或基底上。金屬硅化物層配置于源/漏極區(qū)與柵極結(jié)構(gòu)上。應(yīng)力層配置于基底表面上。
依照本實(shí)用新型實(shí)施例所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，上述的應(yīng)力層的厚度例如至少足以填滿開口。
依照本實(shí)用新型實(shí)施例所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，上述的應(yīng)力層例如為壓縮應(yīng)力層或拉伸應(yīng)力層。
依照本實(shí)用新型實(shí)施例所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，上述的源/漏極區(qū)例如為離子注入?yún)^(qū)，配置于開口底部的基底中。
依照本實(shí)用新型實(shí)施例所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，上述的源/漏極區(qū)例如為摻雜外延層，配置于開口底部的基底上。
依照本實(shí)用新型實(shí)施例所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，上述的摻雜外延層的材料例如為硅化鍺或碳化硅。
本實(shí)用新型另提出一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，此半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括基底、第一導(dǎo)電型的第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管、第二導(dǎo)電型的第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管、第一應(yīng)力層以及第二應(yīng)力層。第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管配置于基底上。第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管包括第一柵極結(jié)構(gòu)、第一間隙壁、第一導(dǎo)電型的第一源/漏極延伸區(qū)以及第一導(dǎo)電型的第一源/漏極區(qū)。第一柵極結(jié)構(gòu)配置于基底上。第一間隙壁配置于第一柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上，且第一間隙壁旁的基底中具有開口。第一源/漏極延伸區(qū)配置于第一柵極結(jié)構(gòu)二側(cè)的基底中。第一源/漏極區(qū)配置于開口底部的基底中或基底上。第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管配置于基底上。第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管包括第二柵極結(jié)構(gòu)、第二間隙壁、第二導(dǎo)電型的第二源/漏極延伸區(qū)以及第二導(dǎo)電型的第二源/漏極區(qū)。第二柵極結(jié)構(gòu)配置于基底上。第二間隙壁配置于第二柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上。第二源/漏極延伸區(qū)配置于第二柵極結(jié)構(gòu)二側(cè)的基底中。第二源/漏極區(qū)配置于第二間隙壁旁的基底中。第一應(yīng)力層配置于第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的表面上。第二應(yīng)力層配置于第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的表面上。
依照本實(shí)用新型實(shí)施例所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還可以于第一源/漏極區(qū)、第二源/漏極區(qū)、第一柵極結(jié)構(gòu)與第二柵極結(jié)構(gòu)上配置有金屬硅化物層。
依照本實(shí)用新型實(shí)施例所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，上述的第一應(yīng)力層的厚度例如至少足以填滿開口。
依照本實(shí)用新型實(shí)施例所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，上述的第一源/漏極區(qū)例如為離子注入?yún)^(qū)，配置于開口底部的基底中。
依照本實(shí)用新型實(shí)施例所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，上述的第一導(dǎo)電型例如為P型，此時(shí)第二導(dǎo)電型為N型，第一應(yīng)力層為一壓縮應(yīng)力層，且第二應(yīng)力層為一拉伸應(yīng)力層。
依照本實(shí)用新型實(shí)施例所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，上述的第一導(dǎo)電型例如為N型，此時(shí)第二導(dǎo)電型為P型，第一應(yīng)力層為一拉伸應(yīng)力層，且第二應(yīng)力層為一壓縮應(yīng)力層。
依照本實(shí)用新型實(shí)施例所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，上述的第一源/漏極區(qū)例如為摻雜外延層，配置于開口底部的基底上。當(dāng)?shù)谝?、第二?dǎo)電型分別為P、N型時(shí)，此摻雜外延層的材料例如為硅化鍺；當(dāng)?shù)谝?、第二?dǎo)電型分別為N、P型時(shí)，此摻雜外延層的材料例如為碳化硅。
本實(shí)用新型于間隙壁旁的基底中形成開口，使得應(yīng)力層填入開口中，因此與現(xiàn)有的應(yīng)力層相較之下，可以在金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的溝道方向上提供更大的應(yīng)力，增加了電子或空穴在溝道中的遷移率，進(jìn)而提高了元件的效能。此外，于柵極結(jié)構(gòu)與源極/漏極區(qū)上形成金屬硅化物層，可以降低柵極結(jié)構(gòu)與源極/漏極區(qū)的電阻，進(jìn)一步提高了半導(dǎo)體元件的效能。
為讓本實(shí)用新型的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，以下配合附圖以及優(yōu)選實(shí)施例，以更詳細(xì)地說明本實(shí)用新型。


圖1為現(xiàn)有一種具有應(yīng)力層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；圖2A～圖2C為依照本實(shí)用新型一實(shí)施例所繪示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作流程剖面圖；圖3A～圖3B為依照本實(shí)用新型另一實(shí)施例所繪示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作流程剖面圖；圖4A～圖4C為依照本實(shí)用新型又一實(shí)施例所繪示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作流程剖面圖。
簡單符號說明10、100、400基底12、416a、416b金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管14、102、402a、402b柵極結(jié)構(gòu)16、104、404a、404b柵極18、106、406a、406b柵介電層20、108、410a、410b間隙壁21、110、408a、408b源/漏極延伸區(qū)22、114a、114b、414a、414b源/漏極區(qū)24、118、420a、420b應(yīng)力層26、120、422溝道101、401隔離結(jié)構(gòu)112、412開口116a、116b、418金屬硅化物層403a、403b井區(qū)具體實(shí)施方式
圖2A～圖2C為依照本實(shí)用新型一實(shí)施例所繪示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作流程剖面圖。首先，請參照圖2A，提供基底100?；?00中已形成有隔離結(jié)構(gòu)101，并定義出有源區(qū)。隔離結(jié)構(gòu)101的形成方法例如為一般熟知的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)工藝。此外，在有源區(qū)的基底100上已形成有柵極結(jié)構(gòu)102。柵極結(jié)構(gòu)102包括柵極104與柵介電層106。柵介電層106形成在基底100上，而柵極104形成在柵介電層106上。柵極104與柵介電層106的形成方法例如是先在基底100上依序形成介電層(未繪示)與柵極材料層(未繪示)。然后，再將介電層與柵極材料層圖案化。介電層的材料例如為氧化硅。柵極材料層的材料例如為多晶硅或金屬。
請繼續(xù)參照圖2A，柵極結(jié)構(gòu)102的側(cè)壁上已形成有間隙壁108。間隙壁108的形成方法例如是先于基底100的表面上形成一層間隙壁材料層(未繪示)，然后再進(jìn)行各向異性蝕刻工藝。間隙壁材料層的材料例如為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。此外，柵極結(jié)構(gòu)102二側(cè)的基底100中已形成有源/漏極延伸區(qū)110。源/漏極延伸區(qū)110的形成方法例如是在形成間隙壁108之前，以柵極結(jié)構(gòu)102為掩模，進(jìn)行離子注入工藝，所注入的離子例如是P型或N型離子。
接著，請參照圖2B，于間隙壁108旁的基底100中形成開口112。開口112的深度例如介于100～1000之間，可以是形成在源/漏極延伸區(qū)110中，或是超過源/漏極延伸區(qū)110的深度。開口112的形成方法例如是先于基底100上形成圖案化光致抗蝕劑層(未繪示)，圖案化光致抗蝕劑層暴露出間隙壁108旁的基底100，也就是預(yù)定形成開口112的區(qū)域。然后，以圖案化光致抗蝕劑層與間隙壁108為掩模，進(jìn)行蝕刻工藝，以移除部分基底100。蝕刻工藝?yán)鐬楦飨蛲晕g刻工藝、各向異性蝕刻工藝或斜向蝕刻工藝。之后，再移除圖案化光致抗蝕劑層。此外，當(dāng)基底100為硅基底且柵極104的材料為多晶硅時(shí)，在開口112的形成步驟中柵極104也會有部分被移除，如圖2B所示。如要避免柵極104在此步驟中被部分移除，則可預(yù)先在柵極104上形成頂蓋層以保護(hù)之。
請繼續(xù)參照圖2B，形成開口112之后，于開口112底部的基底100中形成源/漏極區(qū)114a。源/漏極區(qū)114a的形成方法例如是以間隙壁108與柵極結(jié)構(gòu)102為掩模，進(jìn)行離子注入工藝，其摻雜型態(tài)與源/漏極延伸區(qū)110的摻雜型態(tài)相同。
然后，請參照圖2C，于源/漏極區(qū)114a與柵極結(jié)構(gòu)102上形成金屬硅化物層116a。金屬硅化物層116a的材料例如為硅化鎢、硅化鈦、硅化鈷、硅化鉬、硅化鎳、硅化鈀或硅化鉑，形成方法例如為自對準(zhǔn)金屬硅化物工藝。之后，于基底100表面形成應(yīng)力層118。應(yīng)力層118的材料例如為氮化硅，形成方法例如為化學(xué)氣相沉積法。值得注意的是，應(yīng)力層118至少需要將開口112填滿，才能夠在溝道120的方向上提供比現(xiàn)有應(yīng)力層所提供的更大的應(yīng)力，以增加電子或空穴在溝道120中的遷移率。
特別一提的是，在上述實(shí)施例中，除了可以使用離子注入工藝來形成源/漏極區(qū)114a(如圖2B所示)之外，還可以使用外延生長的方式來形成源/漏極區(qū)。
圖3A～圖3B為依照本實(shí)用新型另一實(shí)施例所繪示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作流程剖面圖。首先，請參照圖3A，在本實(shí)施例中，與圖2B的差異在于于形成開口112之后，于開口112底部的基底100上形成源/漏極區(qū)114b。源/漏極區(qū)114b的形成方法例如為原位摻雜(in-situ doping)式外延生長工藝，也就是在開口112底部的基底100上，以外延生長并同時(shí)摻雜的方式，形成摻雜外延層。此摻雜外延層的材料例如為硅化鍺或碳化硅。值得注意的是，在形成摻雜外延層后，開口112必須留有足夠的空間，使后續(xù)填入開口112的應(yīng)力層在開口112中具有足夠的厚度，以在溝道120方向提供比現(xiàn)有應(yīng)力層所提供的更大的應(yīng)力。
然后，請參照圖3B，于源/漏極區(qū)114b與柵極結(jié)構(gòu)102上形成金屬硅化物層116b。金屬硅化物層116b的材料例如為硅化鎢、硅化鈦、硅化鈷、硅化鉬、硅化鎳、硅化鈀或硅化鉑，形成方法例如為自對準(zhǔn)金屬硅化物工藝。之后，再于基底100表面形成應(yīng)力層118。
以下將參照圖2C與3B，對以上實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)作說明。
請參照圖2C，此實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括基底100、源/漏極延伸區(qū)110、源/漏極區(qū)114a、金屬硅化物層116a以及應(yīng)力層118?；?00上已配置有柵極結(jié)構(gòu)102，其中柵極結(jié)構(gòu)102的側(cè)壁上配置有間隙壁108，且間隙壁108旁的基底100中具有開口112。柵極結(jié)構(gòu)102包括柵極104與柵介電層106。柵極104配置在基底100上，而柵介電層106配置在柵極104與基底100之間。源/漏極延伸區(qū)110配置于柵極結(jié)構(gòu)102二側(cè)的基底100中。源/漏極區(qū)114a配置于開口112底部的基底100中。金屬硅化物層116a配置于源/漏極區(qū)114a與柵極結(jié)構(gòu)102上。金屬硅化物層116a可以增加導(dǎo)電性，以降低源/漏極區(qū)114a與柵極結(jié)構(gòu)102的電阻。應(yīng)力層118配置于基底100表面上。在本實(shí)施例中，應(yīng)力層118至少需要填滿開口112，以在溝道120的方向提供比現(xiàn)有應(yīng)力層所提供的更大的應(yīng)力，使電子或空穴在溝道120中的遷移率增加。
此外，在圖2C的實(shí)施例中，源/漏極區(qū)114a例如為配置于開口112底部的基底100中的離子注入?yún)^(qū)。而在圖3B的實(shí)施例中，源/漏極區(qū)114b例如是配置于開口112底部的基底100上的摻雜外延層，其材料例如為硅化鍺或碳化硅。
圖4A～圖4C為依照本實(shí)用新型又一實(shí)施例所繪示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作流程剖面圖。首先，請參照圖4A，提供基底400，基底400中已形成有第一導(dǎo)電型的井區(qū)403b與第二導(dǎo)電型的井區(qū)403a。此外，基底400上已形成有柵極結(jié)構(gòu)402a、402b與隔離結(jié)構(gòu)401。柵極結(jié)構(gòu)402a形成在井區(qū)403a上，而柵極結(jié)構(gòu)402b形成在井區(qū)403b上，且隔離結(jié)構(gòu)401定義出各元件的有源區(qū)。隔離結(jié)構(gòu)401例如為淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。柵極結(jié)構(gòu)402a包括柵極404a與柵介電層406a，而柵極結(jié)構(gòu)402b包括柵極404b與柵介電層406b。柵介電層406a、406b形成在基底400上，而柵極404a、404b分別形成在柵介電層406a、406b上。柵極與柵介電層的形成方法已于上述實(shí)施例中說明，于此不再贅述。
請繼續(xù)參照圖4A，于柵極結(jié)構(gòu)402a二側(cè)的井區(qū)403a中形成第一導(dǎo)電型的源/漏極延伸區(qū)408a，且于柵極結(jié)構(gòu)402b二側(cè)的井區(qū)403b中形成第二導(dǎo)電型的源/漏極延伸區(qū)408b。源/漏極延伸區(qū)408a與源/漏極延伸區(qū)408b的形成方法例如是先于基底400上形成圖案化光致抗蝕劑層(未繪示)，此圖案化光致抗蝕劑層暴露出柵極結(jié)構(gòu)402a與其兩側(cè)預(yù)定形成源/漏極延伸區(qū)408a的區(qū)域。然后，以此圖案化光致抗蝕劑層與柵極結(jié)構(gòu)402a為掩模，進(jìn)行離子注入工藝，將第一導(dǎo)電型的摻雜物注入基底400中。接著，移除此圖案化光致抗蝕劑層，并于基底400上形成另一層圖案化光致抗蝕劑層(未繪示)，暴露出柵極結(jié)構(gòu)402b與其兩側(cè)預(yù)定形成源/漏極延伸區(qū)408b的區(qū)域。之后，以此圖案化光致抗蝕劑層與柵極結(jié)構(gòu)402b為掩模，進(jìn)行離子注入工藝，將第二導(dǎo)電型的摻雜物注入基底400中。然后，再移除此圖案化光致抗蝕劑層。
請繼續(xù)參照圖4A，于柵極結(jié)構(gòu)402a的側(cè)壁上形成間隙壁410a，且于柵極結(jié)構(gòu)402b的側(cè)壁上形成間隙壁410b。同樣地，間隙壁410a、410b的形成方法已于上述實(shí)施例中說明，于此不再贅述。
接著，請參照圖4B，于間隙壁410a旁的基底400中形成開口412。開口412的深度例如介于100～1000之間，可以是形成在源/漏極延伸區(qū)408a中，或是超過源/漏極延伸區(qū)408a的深度。開口412的形成方法例如是先于基底400上形成圖案化光致抗蝕劑層(未繪示)，此圖案化光致抗蝕劑層暴露出間隙壁410a旁的基底400，也就是預(yù)定形成開口412的區(qū)域。然后，以此圖案化光致抗蝕劑層與間隙壁410a為掩模，進(jìn)行蝕刻工藝，以移除部分基底400。蝕刻工藝?yán)鐬楦飨蛲晕g刻工藝、各向異性蝕刻工藝或斜向蝕刻工藝。之后，移除此圖案化光致抗蝕劑層。此外，當(dāng)基底400為硅基底且柵極404a的材料為多晶硅時(shí)，在開口412的形成步驟中柵極404a也會有部分被移除，如圖4B所示。如要避免柵極404a在此步驟中被部分移除，則可預(yù)先在柵極404a上形成頂蓋層以保護(hù)之。
請繼續(xù)參照圖4B，形成開口412之后，于開口412底部的基底400中形成第一導(dǎo)電型的源/漏極區(qū)414a，以形成第一導(dǎo)電型的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管416a，且于間隙壁410b旁的基底400中形成第二導(dǎo)電型的源/漏極區(qū)414b，以形成第二導(dǎo)電型的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管416b。源/漏極區(qū)414a與源/漏極區(qū)414b的形成方法例如是先于基底400上形成圖案化光致抗蝕劑層(未繪示)，此圖案化光致抗蝕劑層暴露出間隙壁410a、柵極結(jié)構(gòu)402a與開口412底部的基底400。然后，以此圖案化光致抗蝕劑層、間隙壁410a與柵極結(jié)構(gòu)402a為掩模，進(jìn)行離子注入工藝，將第一導(dǎo)電型的摻雜物注入基底400中。接著，移除此圖案化光致抗蝕劑層，并于基底400上形成另一層圖案化光致抗蝕劑層(未繪示)，暴露出柵極結(jié)構(gòu)402b、間隙壁410b與其兩側(cè)預(yù)定形成源/漏極區(qū)414b的區(qū)域。之后，以此圖案化光致抗蝕劑層、柵極結(jié)構(gòu)402b與間隙壁410b為掩模，進(jìn)行離子注入工藝，將第二導(dǎo)電型的摻雜物注入基底400中。然后，再移除此圖案化光致抗蝕劑層。
然后，請參照圖4C，選擇性地于源/漏極區(qū)414a、源/漏極區(qū)414b、柵極結(jié)構(gòu)402a與柵極結(jié)構(gòu)402b上形成金屬硅化物層418。金屬硅化物層418的材料例如為硅化鎢、硅化鈦、硅化鈷、硅化鉬、硅化鎳、硅化鈀或硅化鉑，形成方法例如為自對準(zhǔn)金屬硅化物工藝。
請繼續(xù)參照圖4C，在形成金屬硅化物層418之后，于金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管416a的表面形成應(yīng)力層420a，且于金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管416b的表面形成應(yīng)力層420b。應(yīng)力層420a與應(yīng)力層420b的形成方法例如是先于基底400上形成應(yīng)力層420a，其形成方法例如為化學(xué)氣相沉積法。然后，移除金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管416b上的應(yīng)力層420a，再于金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管416b上形成應(yīng)力層420b，其形成方法亦例如為化學(xué)氣相沉積法。值得注意的是，應(yīng)力層420a至少需要將開口412填滿，才能夠在溝道422的方向上提供比現(xiàn)有應(yīng)力層所提供的更大的應(yīng)力，以增加電子或空穴在溝道422中的遷移率。再者，應(yīng)力層420a與420b的材料例如皆為氮化硅，不過二者的沉積配方(deposition recipe)并不相同，使得一者為壓縮應(yīng)力層，另一者為拉伸應(yīng)力層。
在本實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電型為P型、第二導(dǎo)電型為N型時(shí)，則應(yīng)力層420a為壓縮應(yīng)力層、應(yīng)力層420b為拉伸應(yīng)力層；而當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電型為N型、第二導(dǎo)電型為P型時(shí)，則應(yīng)力層420a為拉伸應(yīng)力層、應(yīng)力層420b為壓縮應(yīng)力層。
特別一提的是，在上述實(shí)施例中，除了可以使用離子注入工藝來形成源/漏極區(qū)414a(如圖4B所示)之外，還可以使用外延生長的方式來形成源/漏極區(qū)414a。
在外延形成源/漏極區(qū)414a的另一實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電型為P型、第二導(dǎo)電型為N型時(shí)，可利用原位P摻雜外延生長的方式在開口412底部的基底400上形成硅化鍺材料的P摻雜外延層，以作為金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管416a的源/漏極區(qū)414a?；蛘?，當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電型為N型、第二導(dǎo)電型為P型時(shí)，可利用原位N摻雜外延生長的方式在開口412底部的基底400上形成碳化硅材料的N摻雜外延層，以作為金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管416a的源/漏極區(qū)414a。
以下將參照圖4C，對本實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)作說明。
本實(shí)用新型的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括基底400、第一導(dǎo)電型的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管416a、第二導(dǎo)電型的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管416b、應(yīng)力層420a、420b以及隔離結(jié)構(gòu)401?；?00中具有第一導(dǎo)電型的井區(qū)403b與第二導(dǎo)電型的井區(qū)403a，且隔離結(jié)構(gòu)401定義出各元件的有源區(qū)。隔離結(jié)構(gòu)401例如為淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管416a配置于井區(qū)403a上。金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管416a包括柵極結(jié)構(gòu)402a、間隙壁410a、第一導(dǎo)電型的源/漏極延伸區(qū)408a以及第一導(dǎo)電型的源/漏極區(qū)414a。柵極結(jié)構(gòu)402a配置于井區(qū)403a上。間隙壁410a配置于柵極結(jié)構(gòu)402a的側(cè)壁上，且間隙壁410a旁的基底400中具有開口412。源/漏極延伸區(qū)408a配置于柵極結(jié)構(gòu)402a二側(cè)的基底400中。源/漏極區(qū)414a配置于開口412底部的基底400中。金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管416b配置于井區(qū)403b上。金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管416b包括柵極結(jié)構(gòu)402b、間隙壁410b、第二導(dǎo)電型的源/漏極延伸區(qū)408b以及第二導(dǎo)電型的源/漏極區(qū)414b。柵極結(jié)構(gòu)402b配置于井區(qū)403b上。間隙壁410b配置于柵極結(jié)構(gòu)402b的側(cè)壁上。源/漏極延伸區(qū)408b配置于柵極結(jié)構(gòu)402b二側(cè)的基底400中。源/漏極區(qū)414b配置于間隙壁410b旁的基底400中。
請繼續(xù)參照圖4C，應(yīng)力層420a配置于金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管416a的表面上。應(yīng)力層420b配置于金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管416b的表面上。在本實(shí)施例中，應(yīng)力層420a至少需要填滿開口412，以在溝道422的方向提供比現(xiàn)有應(yīng)力層所提供的更大的應(yīng)力，使電子或空穴在溝道422中的遷移率增加。再者，還可以選擇性地于源/漏極區(qū)414a、源/漏極區(qū)414b、柵極結(jié)構(gòu)402a與柵極結(jié)構(gòu)402b上配置金屬硅化物層418來增加導(dǎo)電性，以降低其的電阻。
值得一提的是，在本實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電型為P型、第二導(dǎo)電型為N型時(shí)，則應(yīng)力層420a為壓縮應(yīng)力層、應(yīng)力層420b為拉伸應(yīng)力層；而當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電型為N型、第二導(dǎo)電型為P型時(shí)，則應(yīng)力層420a為拉伸應(yīng)力層、應(yīng)力層420b為壓縮應(yīng)力層。
此外，在本實(shí)施例中，源/漏極區(qū)414a為配置于開口412底部的基底400中的離子注入?yún)^(qū)。而在另一實(shí)施例中，源/漏極區(qū)也可以是配置于開口412底部的基底400上的摻雜外延層。舉例來說，當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電型為P型、第二導(dǎo)電型為N型時(shí)，可以在開口412底部的基底400上配置硅化鍺材料的P摻雜外延層來作為金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管416a的源/漏極區(qū)?；蛘?，當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電型為N型、第二導(dǎo)電型為P型時(shí)，可以在開口412底部的基底400上配置碳化硅材料的N摻雜外延層來作為金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管416a的源/漏極區(qū)。
為了證明本實(shí)用新型的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制作方法所能達(dá)到的功效，以下將以N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管與P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管為例，將半導(dǎo)體元件在以圖1所示方式配置應(yīng)力層以及基底具有開口且配置應(yīng)力層的兩種情況下的元件效能做比較，請參照表1，其中效能增加率是與未配置應(yīng)力層的N型或P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的元件效能比較而得的值。
表1

由表1可得知，N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管與P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管在基底具有開口且配置有應(yīng)力層的情況之下，元件效能的增加率明顯高于以圖1所示方式配置應(yīng)力層的情況。
綜上所述，本實(shí)用新型的實(shí)施例于間隙壁旁的基底中形成開口，并將應(yīng)力層形成在開口中且至少將開口填滿，使應(yīng)力層的高度與基底表面相同或高于基底表面，因此與現(xiàn)有應(yīng)力層相較之下，能夠在金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的溝道方向上提供更大的應(yīng)力，以增加電子或空穴在溝道中的遷移率，進(jìn)而增進(jìn)元件的效能。
另外，于柵極結(jié)構(gòu)與源極/漏極區(qū)上形成金屬硅化物層，可以降低柵極結(jié)構(gòu)與源極/漏極區(qū)的電阻，更加提高了半導(dǎo)體元件的效能。
雖然本實(shí)用新型以優(yōu)選實(shí)施例揭露如上，然而其并非用以限定本實(shí)用新型，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的前提下，可作些許的更動與潤飾，因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以所附權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括基底，該基底上已配置有柵極結(jié)構(gòu)，其中該柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上配置有間隙壁，且該間隙壁旁的該基底中具有開口；源/漏極延伸區(qū)，配置于該柵極結(jié)構(gòu)二側(cè)的該基底中；源/漏極區(qū)，配置于該開口底部的該基底中或該基底上；金屬硅化物層，配置于該源/漏極區(qū)與該柵極結(jié)構(gòu)上；以及應(yīng)力層，配置于該基底表面上。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，該應(yīng)力層的厚度至少足以填滿該開口。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，該應(yīng)力層為壓縮應(yīng)力層或拉伸應(yīng)力層。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，該源/漏極區(qū)包括離子注入?yún)^(qū)，配置于該開口底部的該基底中。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，該源/漏極區(qū)包括摻雜外延層，配置于該開口底部的該基底上。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，該摻雜外延層的材料包括硅化鍺或碳化硅。
7.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括基底；第一導(dǎo)電型的第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，配置于該基底上，該第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管包括第一柵極結(jié)構(gòu)，配置于該基底上；第一間隙壁，配置于該第一柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上，且該第一間隙壁旁的該基底中具有開口；第一導(dǎo)電型的第一源/漏極延伸區(qū)，配置于該第一柵極結(jié)構(gòu)二側(cè)的該基底中；以及第一導(dǎo)電型的第一源/漏極區(qū)，配置于該開口底部的該基底中或該基底上；第二導(dǎo)電型的第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，配置于該基底上，該第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管包括第二柵極結(jié)構(gòu)，配置于該基底上；第二間隙壁，配置于該第二柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上；第二導(dǎo)電型的第二源/漏極延伸區(qū)，配置于該第二柵極結(jié)構(gòu)二側(cè)的該基底中；以及第二導(dǎo)電型的第二源/漏極區(qū)，配置于該第二間隙壁旁的該基底中；第一應(yīng)力層，配置于該第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的表面上；以及第二應(yīng)力層，配置于該第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的表面上。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括金屬硅化物層，配置于該第一源/漏極區(qū)、該第二源/漏極區(qū)、該第一柵極結(jié)構(gòu)與該第二柵極結(jié)構(gòu)上。
9.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一應(yīng)力層的厚度至少足以填滿該開口。
10.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一源/漏極區(qū)包括離子注入?yún)^(qū)，配置于該開口底部的該基底中。
11.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一導(dǎo)電型為P型，該第二導(dǎo)電型為N型，該第一應(yīng)力層為壓縮應(yīng)力層，且該第二應(yīng)力層為拉伸應(yīng)力層。
12.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一源/漏極區(qū)包括摻雜外延層，配置于該開口底部的該基底上，該摻雜外延層的材料包括硅化鍺。
13.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一導(dǎo)電型為N型，該第二導(dǎo)電型為P型，該第一應(yīng)力層為拉伸應(yīng)力層，且該第二應(yīng)力層為壓縮應(yīng)力層。
14.如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一源/漏極區(qū)包括摻雜外延層，配置于該開口底部的該基底上，該摻雜外延層的材料包括碳化硅。
專利摘要一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，此半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括基底、源/漏極延伸區(qū)、源/漏極區(qū)、金屬硅化物層以及應(yīng)力層?；咨弦雅渲糜袞艠O結(jié)構(gòu)，其中柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上配置有間隙壁，且間隙壁旁的基底中具有開口。源/漏極延伸區(qū)配置于柵極結(jié)構(gòu)二側(cè)的基底中。源/漏極區(qū)配置于開口底部的基底中或基底上。金屬硅化物層配置于源/漏極區(qū)與柵極結(jié)構(gòu)上。應(yīng)力層配置于基底表面上。
文檔編號H01L27/085GK2899115SQ20062011255
公開日2007年5月9日 申請日期2006年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月20日
發(fā)明者丁世汎, 黃正同, 洪文翰, 鄭禮賢, 鄭子銘 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司