DE102013210624A1 - Method for producing a semiconductor structure with an implantation of ions in a channel region - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur umfasst ein Implantieren von Ionen durch eine Öffnung in einer dielektrischen Struktur in ein Kanalgebiet eines aktiven Gebiets. Das aktive Gebiet ist in einem kristallinen Halbleitermaterial gebildet und umfasst ein Sourcegebiet, ein Draingebiet und das Kanalgebiet. Die dielektrische Struktur bedeckt das Sourcegebiet und das Draingebiet. Zumindest ein Teil des Kanalgebiets wird durch die Implantation der Ionen amorphisiert. Die Öffnung wird mit einem elastisch verspannten Material gefüllt. Das Kanalgebiet wird in Anwesenheit des elastisch verspannten Materials in der Öffnung rekristallisiert.A method for manufacturing a semiconductor structure comprises implanting ions through an opening in a dielectric structure into a channel region of an active region. The active region is formed in a crystalline semiconductor material and comprises a source region, a drain region and the channel region. The dielectric structure covers the source region and the drain region. At least part of the channel region is amorphized by the implantation of the ions. The opening is filled with an elastically tensioned material. The channel region is recrystallized in the presence of the elastically strained material in the opening.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Herstellung integrierter Schaltkreise, insbesondere auf integrierte Schaltkreise, die Transistoren mit einem elastisch verspannten Kanalgebiet umfassen.The present invention relates generally to the fabrication of integrated circuits, and more particularly to integrated circuits comprising transistors having a resiliently strained channel region.
Integrierte Schaltkreise enthalten eine große Anzahl von Schaltkreiselementen, die insbesondere Feldeffekttransistoren umfassen. Ein Feldeffekttransistor enthält mindestens eine Gateelektrode, die durch eine Gateisolierschicht von einem Kanalgebiet getrennt und von diesem elektrisch isoliert ist. Neben dem Kanalgebiet befinden sich ein Sourcegebiet und ein Draingebiet. Das Kanalgebiet, das Sourcegebiet und das Draingebiet sind in einem Halbleitermaterial gebildet, wobei sich die Dotierung des Kanalgebiets von der Dotierung des Sourcegebiets und des Draingebiets unterscheidet. Zwischen dem Sourcegebiet und dem Kanalgebiet sowie zwischen dem Kanalgebiet und dem Draingebiet kann sich jeweils ein pn-Übergang befinden.Integrated circuits include a large number of circuit elements, particularly including field effect transistors. A field effect transistor includes at least one gate electrode separated from and electrically isolated from a channel region by a gate insulating layer. Next to the canal area there is a source area and a drain area. The channel region, the source region and the drain region are formed in a semiconductor material, wherein the doping of the channel region differs from the doping of the source region and the drain region. Between the source region and the channel region as well as between the channel region and the drain region, there can be a pn junction in each case.
Durch eine an die Gateelektrode angelegte elektrische Spannung kann der Transistor zwischen einem eingeschalteten Zustand, in dem eine relativ hohe elektrische Leitfähigkeit zwischen dem Sourcegebiet und dem Draingebiet vorhanden ist, und einem ausgeschalteten Zustand, in dem zwischen dem Sourcegebiet und dem Draingebiet eine relativ geringe elektrische Leitfähigkeit vorhanden ist, geschaltet werden.By an electric voltage applied to the gate electrode, the transistor between a switched-on state in which a relatively high electrical conductivity between the source region and the drain region is present, and a switched-off state in which between the source region and the drain region, a relatively low electrical conductivity exists, be switched.
Zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit zwischen dem Sourcegebiet und dem Draingebiet im eingeschalteten Zustand und zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit eines Transistors kann das Halbleitermaterial im Kanalgebiet elastisch verspannt werden. Durch die elastische Verspannung kann die Beweglichkeit der Ladungsträger im Kanalgebiet beeinflusst werden. Eine elastische Druckspannung kann die Beweglichkeit von Löchern in Silizium verbessern, während eine elastische Zugspannung die Beweglichkeit von Elektronen in Silizium verbessern kann. Deshalb ist für p-Kanaltransistoren, in denen die Leitfähigkeit des Kanalgebiets im eingeschalteten Zustand von der Beweglichkeit der Löcher abhängt, eine elastische Druckspannung im Kanalgebiet von Vorteil, während für n-Kanaltransistoren, in denen die Leitfähigkeit des Kanalgebiets im eingeschalteten Zustand von der Beweglichkeit der Elektronen abhängt, eine elastische Zugspannung vorteilhaft ist.To improve the electrical conductivity between the source region and the drain region in the on state and to increase the switching speed of a transistor, the semiconductor material in the channel region can be elastically clamped. Due to the elastic strain, the mobility of the charge carriers in the channel region can be influenced. An elastic compressive stress can improve the mobility of holes in silicon, while an elastic tensile stress can improve the mobility of electrons in silicon. Therefore, for p-channel transistors in which the conductivity of the channel region in the on state depends on the mobility of the holes, an elastic compressive stress in the channel region is advantageous, while for n-channel transistors in which the conductivity of the channel region in the on state of the mobility of the Electrons depends, an elastic tensile stress is beneficial.
Es gibt verschiedene Techniken, um die elastische Verspannung des Kanalgebiets zu erreichen. Beispielsweise kann über einem Transistor eine Schicht aus einem elastisch verspannten dielektrischen Material, beispielsweise eine Schicht aus elastisch verspanntem Siliziumnitrid, abgeschieden werden, oder Teile eines Transistors, beispielsweise neben der Gateelektrode angeordnete Seitenwandabstandshalter, können aus einem elastisch verspannten dielektrischen Material hergestellt werden. Die Anwesenheit des elastisch verspannten dielektrischen Materials kann sich auf das Hableitermaterial des Kanalgebiets auswirken, so dass es unter einer elastischen Spannung steht.There are several techniques to achieve the elastic strain of the channel region. For example, a layer of an elastically strained dielectric material, such as a layer of elastically strained silicon nitride, may be deposited over a transistor, or portions of a transistor, such as sidewall spacers disposed adjacent the gate electrode, may be fabricated from an elastically strained dielectric material. The presence of the elastically strained dielectric material may affect the conductor material of the channel region to be under an elastic strain.
Weitere Techniken zum Erreichen einer elastischen Verspannung verwenden das Spannungsgedächtnis von Materialien wie beispielsweise Silizium. Solche Techniken werden oft auch mit dem englischsprachigen Begriff „Stress Memorization” bezeichnet. Dabei wird das zu verspannende Material, bei dem es sich um Silizium in den Source- und Draingebieten des Transistors handeln kann, amorphisiert und in Anwesenheit einer elastisch verspannten Materialschicht, die typischerweise eine über dem Transistor abgeschiedene Schicht aus einem dielektrischen Material wie beispielsweise Siliziumnitrid ist, rekristallisiert. Bei der Rekristallisation wird die Kristallstruktur des rekristallisierten Materials durch die elastisch verspannte Materialschicht derart beeinflusst, dass man eine intrinsische elastische Verspannung erhält, die auch nach dem Entfernen der elastisch verspannten Materialschicht zumindest teilweise bestehen bleiben kann.Other techniques for achieving elastic strain use the stress memory of materials such as silicon. Such techniques are often referred to by the English term "stress memorization". In this case, the material to be clamped, which may be silicon in the source and drain regions of the transistor, is amorphized and in the presence of an elastically strained material layer, which is typically a layer deposited over the transistor of a dielectric material such as silicon nitride, recrystallized. During the recrystallization, the crystal structure of the recrystallized material is influenced by the elastically strained material layer in such a way that an intrinsic elastic strain is obtained, which can at least partially persist even after the removal of the elastically strained material layer.
Im 45-Nanometer-Technologieknoten und darunter wird oft die sogenannte High-k+Metall-Gate-Technik (HKMG-Technik) verwendet. Bei dieser Technik wird die Gateisolierschicht ganz oder teilweise aus einem Material hergestellt, das eine größere Dielektrizitätskonstante k als Siliziumdioxid hat, beispielsweise aus Hafniumoxid und/oder Hafniumsiliziumoxynitrid. Die Gateelektrode wird aus einem Metall hergestellt, wobei für p-Kanaltransistoren und n-Kanaltransistoren unterschiedliche Metalle verwendet werden können, um die Austrittsarbeit der Gateelektrode an die jeweilige Dotierung des Kanalgebiets anzupassen.In the 45 nanometer technology node and below, the so-called high-k + metal gate technique (HKMG technique) is often used. In this technique, the gate insulating layer is wholly or partly made of a material having a larger dielectric constant k than silicon dioxide, for example, hafnium oxide and / or hafnium silicon oxynitride. The gate electrode is made of a metal, wherein different metals can be used for p-channel transistors and n-channel transistors in order to adapt the work function of the gate electrode to the respective doping of the channel region.
In Transistoren, die mit der HKMG-Technik hergestellt werden, kann das Metall der Gateelektrode mit einer elastischen Verspannung hergestellt werden. Der elastische Spannungszustand der Gateelektrode kann die elastische Spannung des Kanalgebiets des Transistors beeinflussen. Die elastische Verspannung des Metalls der Gateelektrode kann durch die Verwendung geeigneter Parameter eines Abscheidungsprozesses, der bei der Abscheidung des Metalls der Gateelektrode verwendet wird, erreicht werden. Die Verwendung elastisch verspannter Gateelektroden aus einem Metall kann bei stark miniaturisierten Feldeffekttransistoren gemäß dem 45-Nanometer-Technologieknoten und darunter von Vorteil sein, da andere Techniken zur Erzeugung einer elastischen Verspannung des Kanalgebiets wie beispielsweise elastisch verspannte Schichten, die über dem Transistor gebildet werden, oder Spannungsgedächtnistechniken bei sehr kleinen Strukturgrößen an Wirksamkeit verlieren können.In transistors made by the HKMG technique, the metal of the gate electrode can be made with an elastic strain. The elastic voltage state of the gate electrode may affect the elastic voltage of the channel region of the transistor. The elastic strain of the metal of the gate electrode can be achieved by the use of suitable parameters of a deposition process used in the deposition of the metal of the gate electrode. The use of elastically strained metal gate electrodes may be advantageous in highly miniaturized field effect transistors according to the 45 nanometer technology node and below, as other techniques for creating elastic strain on the channel region, such as For example, elastically strained layers that are formed over the transistor or can lose voltage memory techniques at very small feature sizes.
Verfahren zum Bereitstellen elastisch verspannter Kanalgebiete von Feldeffekttransistoren nach dem Stand der Technik sind beispielsweise in
Ein Nachteil der bekannten Techniken zur Erzeugung elastisch verspannter Kanalgebiete von Transistoren mit Hilfe elastisch verspannter Gateelektroden aus Metall ist, dass die Stärke der elastischen Verspannung, die erreicht werden kann, begrenzt ist.A disadvantage of the known techniques for producing elastically strained channel regions of transistors by means of elastically strained metal gate electrodes is that the strength of the elastic strain that can be achieved is limited.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Technik bereitzustellen, mit der eine stärkere elastische Verspannung des Kanalgebiets erreicht wird.An object of the present invention is to provide a technique with which a stronger elastic strain of the channel region is achieved.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur umfasst ein Implantieren von Ionen durch eine Öffnung in einer dielektrischen Struktur in ein Kanalgebiet eines aktiven Gebiets. Das aktive Gebiet ist in einem kristallinen Halbleitermaterial gebildet und umfasst ein Sourcegebiet, ein Draingebiet und das Kanalgebiet. Die dielektrische Struktur bedeckt das Sourcegebiet und das Draingebiet. Zumindest ein Teil des Kanalgebiets wird durch die Implantation der Ionen amorphisiert. Die Öffnung wird mit einem elastisch verspannten Material gefüllt und das Kanalgebiet wird in Anwesenheit des elastisch verspannten Materials in der Öffnung rekristallisiert.A method of fabricating a semiconductor structure according to the invention comprises implanting ions through an opening in a dielectric structure into a channel region of an active region. The active region is formed in a crystalline semiconductor material and includes a source region, a drain region, and the channel region. The dielectric structure covers the source region and the drain region. At least part of the channel region is amorphized by the implantation of the ions. The opening is filled with an elastically strained material and the channel region is recrystallized in the presence of the elastically strained material in the opening.
Durch die bei der Implantation der Ionen durch die Öffnung in der dielektrischen Struktur stattfindende Amorphisierung des Kanalgebiets geht die kristalline Ordnung des Halbleitermaterials im Kanalgebiet verloren. Bei der Rekristallisation des Kanalgebiets wird die kristalline Ordnung des Halbleitermaterials im Kanalgebiet wiederhergestellt. Dabei wirkt jedoch die elastische Spannung des elastisch verspannten Materials in der Öffnung, die sich über dem Kanalgebiet befindet, auf das Halbleitermaterial ein. Dadurch kann eine intrinsische elastische Verspannung des Halbleitermaterials im Kanalgebiet bewirkt werden. Die so erreichte elastische Verspannung kann stärker sein als die elastische Verspannung, die erreicht werden kann, wenn lediglich, wie oben beschrieben, eine elastisch verspannte Gateelektrode über dem Kanalgebiet angeordnet wird, ohne dass eine Amorphisierung und eine Rekristallisation des Kanalgebiets durchgeführt werden.Due to the amorphization of the channel region occurring during the implantation of the ions through the opening in the dielectric structure, the crystalline order of the semiconductor material in the channel region is lost. Upon recrystallization of the channel region, the crystalline order of the semiconductor material in the channel region is restored. However, the elastic stress of the elastically strained material in the opening, which is located above the channel region, acts on the semiconductor material. As a result, an intrinsic elastic strain of the semiconductor material in the channel region can be effected. The elastic strain achieved in this way can be stronger than the elastic strain that can be achieved if, as described above, only one elastically strained gate electrode is arranged above the channel region without amorphization and recrystallization of the channel region being carried out.
Die dielektrische Struktur kann dafür ausgelegt sein, eine Implantation von Ionen in das Sourcegebiet und das Draingebiet zumindest soweit zu verringern, dass das Sourcegebiet und das Draingebiet unmittelbar nach der Implantation der Ionen noch eine kristalline Ordnung aufweisen. Dadurch können die Amorphisierung und die Rekristallisation selektiv im Kanalgebiet durchgeführt werden, so dass die elastische Verspannung gezielt im Kanalgebiet bereitgestellt werden kann.The dielectric structure may be configured to reduce at least an implantation of ions into the source region and the drain region such that the source region and the drain region still have a crystalline order immediately after the implantation of the ions. As a result, the amorphization and the recrystallization can be carried out selectively in the channel region, so that the elastic strain can be provided specifically in the channel region.
Die dielektrische Struktur kann einen Seitenwandabstandshalter neben der Öffnung und ein Zwischenschichtdielektrikum umfassen. Dadurch kann das Verfahren gut in einen Prozess zur Herstellung einer Halbleiterstruktur, bei dem eine Gateelektrode, die ein Metall enthält, mit einem Austauschgateverfahren hergestellt wird, integriert werden. Das elastisch verspannte Material kann ein Metall enthalten.The dielectric structure may include a sidewall spacer adjacent the opening and an interlayer dielectric. Thereby, the method can be well integrated into a process for manufacturing a semiconductor structure in which a gate electrode containing a metal is manufactured by an exchange gate method. The elastically strained material may contain a metal.
In manchen Ausführungsformen bildet das elastisch verspannte Material in der Öffnung eine Gateelektrode. Dadurch kann das Füllen der Öffnung mit dem elastisch verspannten Material bei der Herstellung einer Gateelektrode mit einem Austauschgateverfahren durchgeführt werden, so dass zum Füllen der Öffnung mit dem elastisch verspannten Material keine zusätzlichen Materialabscheidungsprozesse erforderlich sind. Vor dem Füllen der Öffnung mit dem elastisch verspannten Material kann zumindest am Boden der Öffnung eine Gateisolierschicht aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante gebildet werden.In some embodiments, the elastically strained material forms a gate electrode in the opening. Thereby, the filling of the opening with the elastically strained material in the manufacture of a gate electrode can be performed with an exchange gate method, so that no additional material deposition processes are required to fill the opening with the elastically strained material. Prior to filling the opening with the elastically strained material, a gate insulating layer of a high dielectric constant material may be formed at least at the bottom of the opening.
In anderen Ausführungsformen kann das elastisch verspannte Material nach der Rekristallisation des Kanalgebiets aus der Öffnung entfernt werden und es kann eine Gateelektrode in der Öffnung gebildet werden. Das Bilden der Gateelektrode kann ein Füllen der Öffnung mit einem Gateelektrodenmaterial nach dem Entfernen des elastisch verspannten Materials aus der Öffnung umfassen. Dadurch kann zur Erzeugung der elastischen Verspannung des Kanalgebiets, die bei der Rekristallisation des Kanalgebiets erfolgt, ein erstes Material verwendet werden, das besonders gut zur Erzeugung der elastischen Verspannung des Kanalgebiets geeignet ist, beispielsweise da es eine passende Stärke der Verspannung und/oder die richtige Art von Verspannung (Druckspannung bzw. Zugspannung) für den herzustellenden Transistortyp bereitstellt. Die Gateelektrode kann aus einem anderen Material gebildet werden, das besonders vorteilhafte Eigenschaften in Hinblick auf die Steuerung des Stromflusses durch den Transistor hat, beispielsweise eine gut passende Austrittsarbeit.In other embodiments, after recrystallization of the channel region, the elastically strained material may be removed from the opening and a gate electrode may be formed in the opening. Forming the gate electrode may include filling the opening with a gate electrode material after removing the elastically strained material from the opening. This can be used to generate the elastic strain of the channel region, which takes place in the recrystallization of the channel region, a first material which is particularly well suited for generating the elastic strain of the channel region, for example because it has a suitable strength of the strain and / or the right Type of tension (compressive stress or tensile stress) for the provides the type of transistor to be manufactured. The gate electrode may be formed of another material that has particularly advantageous properties in terms of controlling the current flow through the transistor, for example, a well-fitting work function.
Vor dem Füllen der Öffnung mit dem elastisch verspannten Material kann in solchen Ausführungsformen zumindest am Boden der Öffnung eine Gateisolierschicht gebildet werden, wobei die Gateisolierschicht beim Entfernen des elastisch verspannten Materials zumindest teilweise am Boden der Öffnung verbleibt und die Gateelektrode über der Gateisolierschicht gebildet wird. Die Gateisolierschicht kann ein Material mit hoher Dielektrizitätskonstante enthalten und das Gateelektrodenmaterial kann ein Metall enthalten.Prior to filling the opening with the elastically strained material, in such embodiments, a gate insulating layer may be formed at least at the bottom of the opening, the gate insulating layer at least partially remaining at the bottom of the opening upon removal of the elastically strained material and the gate electrode formed over the gate insulating layer. The gate insulating layer may include a high-dielectric-constant material, and the gate-electrode material may include a metal.
Die Rekristallisation des Kanalgebiets kann ein Durchführen einer Wärmebehandlung umfassen. Die Wärmebehandlung kann eine Bestrahlung der Halbleiterstruktur mit elektromagnetischer Strahlung umfassen. Eine Dauer der Wärmebehandlung kann kürzer als 100 ms sein und/oder die Wärmebehandlung kann bei einer Temperatur von 1000°C oder mehr durchgeführt werden. Durch eine kurzzeitige Wärmebehandlung bei relativ hoher Temperatur kann eine unerwünschte Diffusion von Dotierstoffen, insbesondere von Dotierstoffen im Sourcegebiet und im Draingebiet des aktiven Gebiets, im Wesentlichen vermieden oder zumindest verringert werden. Dadurch kann eine Veränderung von Dotierprofilen, insbesondere im Übergangsbereich zwischen dem Sourcegebiet und dem Kanalgebiet und im Übergangsbereich zwischen dem Draingebiet und dem Kanalgebiet, die Auswirkungen auf die elektrischen Eigenschaften des Transistors haben könnte, im Wesentlichen vermieden oder zumindest verringert werden.The recrystallization of the channel region may include performing a heat treatment. The heat treatment may include irradiation of the semiconductor structure with electromagnetic radiation. A duration of the heat treatment may be shorter than 100 ms and / or the heat treatment may be performed at a temperature of 1000 ° C or more. By a short-term heat treatment at a relatively high temperature, undesired diffusion of dopants, in particular dopants in the source region and in the drain region of the active region, can be substantially avoided or at least reduced. As a result, a change in doping profiles, in particular in the transition region between the source region and the channel region and in the transition region between the drain region and the channel region, which could have effects on the electrical properties of the transistor, can be substantially avoided or at least reduced.
In das Kanalgebiet können durch die Öffnung in der dielektrischen Struktur Ionen eines Halbleitermaterials, insbesondere Siliziumionen, oder Ionen eines Edelgases, insbesondere Xenonionen, implantiert werden. Durch die Implantation derartiger Ionen kann eine effektive Amorphisierung des Kanalgebiets erreicht werden, ohne dass die elektrischen Eigenschaften des Kanalgebiets, insbesondere seine Dotierung, wesentlich verändert werden.In the channel region, ions of a semiconductor material, in particular silicon ions, or ions of a noble gas, in particular xenon ions, can be implanted through the opening in the dielectric structure. By implanting such ions, an effective amorphization of the channel region can be achieved without substantially changing the electrical properties of the channel region, in particular its doping.
Das Verfahren kann ein Bilden einer Sourcekontaktstruktur, die das Sourcegebiet elektrisch kontaktiert, einer Drainkontaktstruktur, die das Draingebiet elektrisch kontaktiert und einer Gatekontaktstruktur, die die Gateelektrode elektrisch kontaktiert, umfassen. Dadurch kann der Transistor, der bei dem Verfahren hergestellt wird, mit anderen Schaltkreiselementen verbunden werden.The method may include forming a source contact structure that electrically contacts the source region, a drain contact structure that electrically contacts the drain region, and a gate contact structure that electrically contacts the gate electrode. Thereby, the transistor produced in the process can be connected to other circuit elements.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur kann ein Bereitstellen einer Halbleiterstruktur mit einem ersten aktiven Gebiet, einem zweiten aktiven Gebiet und einer dielektrischen Struktur umfassen. Die aktiven Gebiete sind in einem Halbleitersubstrat gebildet und weisen eine kristalline Ordnung auf. Jedes der aktiven Gebiete umfasst ein Sourcegebiet, ein Kanalgebiet und ein Draingebiet. Das Sourcegebiet und das Draingebiet des ersten aktiven Gebiets sind p-dotiert und das Sourcegebiet und das Draingebiet des zweiten aktiven Gebiets sind n-dotiert. Die dielektrische Struktur weist eine erste Öffnung über dem Kanalgebiet des ersten aktiven Gebiets und eine zweite Öffnung über dem Kanalgebiet des zweiten aktiven Gebiets auf. An dem ersten aktiven Gebiet und an dem zweiten aktiven Gebiet wird ein Verfahren mit einigen oder allen der oben beschriebenen Merkmale durchgeführt. Dadurch können geeignete elastische Verspannungen des Kanalgebiets in einem p-Kanaltransistor, der auf Grundlage des ersten Kanalgebiets gebildet wird, und in einem n-Kanaltransistor, der auf Grundlage des zweiten Kanalgebiets gebildet wird, bereitgestellt werden.A method of fabricating a semiconductor structure according to the present invention may include providing a semiconductor structure having a first active region, a second active region, and a dielectric structure. The active regions are formed in a semiconductor substrate and have a crystalline order. Each of the active regions includes a source region, a channel region, and a drain region. The source region and the drain region of the first active region are p-doped, and the source region and the drain region of the second active region are n-doped. The dielectric structure has a first opening over the channel region of the first active region and a second opening over the channel region of the second active region. At the first active area and at the second active area, a method is performed with some or all of the features described above. Thereby, suitable elastic strains of the channel region can be provided in a p-channel transistor formed on the basis of the first channel region and in an n-channel transistor formed on the basis of the second channel region.
Die Implantation von Ionen durch die erste Öffnung und die Implantation von Ionen durch die zweite Öffnung können bei einem gemeinsamen Ionenimplantationsprozess durchgeführt werden. Somit ist nur ein Ionenimplantationsprozess zur Amorphisierung der Kanalgebiete des ersten aktiven Gebiets und des zweiten aktiven Gebiets erforderlich, der insbesondere eine Bestrahlung der gesamten Halbleitestruktur mit Ionen umfassen kann.The implantation of ions through the first opening and the implantation of ions through the second opening may be performed in a common ion implantation process. Thus, only one ion implantation process is required for amorphizing the channel regions of the first active region and the second active region, which may in particular comprise irradiation of the entire semiconductor structure with ions.
Die Rekristallisation des Kanalgebiets des ersten aktiven Gebiets und die Rekristallisation des Kanalgebiets des zweiten aktiven Gebiets können bei einer gemeinsamen Wärmebehandlung durchgeführt werden, so dass zur Rekristallisation des Kanalgebiets des ersten aktiven Gebiets und des Kanalgebiets des zweiten aktiven Gebiets nur eine Wärmebehandlung erforderlich ist, die insbesondere eine Wärmebehandlung der gesamten Halbleiterstruktur sein kann.The recrystallization of the channel region of the first active region and the recrystallization of the channel region of the second active region can be carried out in a common heat treatment, so that only one heat treatment is required for recrystallization of the channel region of the first active region and the channel region of the second active region, in particular may be a heat treatment of the entire semiconductor structure.
Das elastisch verspannte Material, mit dem die erste Öffnung gefüllt wird, kann eine elastische Zugspannung aufweisen und das elastisch verspannte Material, mit dem die zweite Öffnung gefüllt wird, kann eine elastische Druckspannung aufweisen. Durch die elastische Zugspannung des Materials, mit dem die erste Öffnung gefüllt wird, kann eine elastische Druckspannung im Kanalgebiet des ersten aktiven Gebiets erreicht werden, und durch die elastische Druckspannung des elastisch verspannten Materials in der zweiten Öffnung kann eine elastische Zugspannung im Kanalgebiet des zweiten aktiven Gebiets erreicht werden. Somit kann für einen p-Kanaltransistor, der auf Grundlage des ersten aktiven Gebiets hergestellt wird, und für einen n-Kanaltransistor, der auf Grundlage des zweiten aktiven Gebiets hergestellt wird, jeweils eine zur Verbesserung der Beweglichkeit der jeweiligen Majoritätsladungsträger im Kanalgebiet geeignete elastische Verspannung bereitgestellt werden.The elastically strained material with which the first opening is filled may have an elastic tensile stress, and the elastically strained material with which the second opening is filled may have an elastic compressive stress. Due to the elastic tensile stress of the material with which the first opening is filled, an elastic compressive stress in the channel region of the first active region can be achieved, and by the elastic compressive stress of the elastically strained material in the second opening, an elastic tensile stress in the channel region of the second active Area can be achieved. Thus, for a p-channel transistor based on the first for an n-channel transistor which is fabricated based on the second active region, one respective elastic strain suitable for improving the mobility of the respective majority carriers in the channel region is provided.
Das Bereitstellen der Halbleiterstruktur kann ein Bilden einer ersten Gatestruktur über dem ersten aktiven Gebiet und einer zweiten Gatestruktur über dem zweiten aktiven Gebiet umfassen. Jede der Gatestrukturen kann eine Dummy-Gateelektrode und einen Seitenwandabstandshalter, der sich neben der Dummy-Gateelektrode befindet, umfassen. Das Sourcegebiet und das Draingebiet des ersten aktiven Gebiets werden neben der ersten Gatestruktur gebildet und das Sourcegebiet und das Draingebiet des zweiten aktiven Gebiets werden neben der zweiten Gatestruktur gebildet. Ein Zwischenschichtdielektrikum wird abgeschieden und ein Polierprozess wird durchgeführt. Bei dem Polierprozess wird eine Oberfläche des Zwischenschichtdielektrikums planarisiert und die Dummy-Gateelektroden der ersten und der zweiten Gatestruktur werden freigelegt. Die erste und die zweite Öffnung werden durch Entfernen der freigelegten Dummy-Gateelektroden gebildet.Providing the semiconductor structure may include forming a first gate structure over the first active region and a second gate structure over the second active region. Each of the gate structures may include a dummy gate electrode and a sidewall spacer located adjacent to the dummy gate electrode. The source region and the drain region of the first active region are formed adjacent to the first gate structure, and the source region and the drain region of the second active region are formed adjacent to the second gate structure. An interlayer dielectric is deposited and a polishing process is performed. In the polishing process, a surface of the interlayer dielectric is planarized and the dummy gate electrodes of the first and second gate structures are exposed. The first and second openings are formed by removing the exposed dummy gate electrodes.
Ausführungsformen der Erfindung werden mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Es zeigen:Embodiments of the invention will be described with reference to the figures. Show it:
Die Halbleiterstruktur
Das Substrat
Das erste aktive Gebiet
Über dem aktiven Gebiet
Ähnlich wie das aktive Gebiet
Über dem Kanalgebiet
Über den aktiven Gebieten
In dem in
Die aktiven Gebiete
Im aktiven Gebiet
Die in
Das Substrat
Danach können die Gatestrukturen
Die Seitenwandabstandshalter
Danach können Ionenimplantationsprozesse zum Dotieren der Sourcegebiete
In Ausführungsformen, in denen sich, wie oben beschrieben, unter den Seitenwandabstandshaltern
Nach der Implantation von Dotierstoffen in die Sourcegebiete
Danach können die Silizidgebiete
In manchen Ausführungsformen können die Aktivierung der Dotierstoffe in den Sourcegebieten
Nach der Bildung der Silizidgebiete
Nach der Abscheidung des Zwischenschichtdielektrikums
Bei dem Polierprozess kann eine Oberfläche des Zwischenschichtdielektrikums
Nach dem Polierprozess können die freigelegten Dummy-Gateelektroden
Durch das Entfernen der Dummy-Gateelektroden
Nach dem Entfernen der Dummy-Gateelektroden
Durch die Öffnungen
Bei dem Ionenimplantationsprozess
Die Energie der beim Ionenimplantationsprozess
Ionen, die durch die Öffnungen
In manchen Ausführungsformen kann das amorphe Gebiet
Ionen, die bei dem Ionenimplantationsprozess
Nach dem Ionenimplantationsprozess
Die Gateisolierschichten
Die Gateelektroden
Die Gateelektrode
Die Metalle der Gateelektroden
Zur Herstellung der Gateisolierschichten
Nach der Abscheidung einer Schicht aus dem Material der Gateisolierschichten
Die elastische Verspannung des Metalls der Gateelektrode
Bei einer Abscheidung durch ein chemisches Dampfabscheidungsverfahren kann die elastische Verspannung des Metalls durch Anpassung der Zusammensetzung des Reaktionsgases, sowie weiterer Parameter des Reaktionsgases, beispielsweise Druck und Temperatur, gesteuert werden. Bei einer Abscheidung mithilfe eines plasmaverstärkten chemischen Dampfabscheidungsverfahrens können neben den zuvor in Zusammenhang mit der chemischen Dampfabscheidung genannten Parametern Parameter wie beispielsweise die Stärke einer angelegten Gleichspannung sowie einer Wechselspannung mit Radiofrequenz, durch die das Plasma erzeugt wird, gesteuert werden.In a deposition by a chemical vapor deposition method, the elastic strain of the metal by adjusting the composition of the reaction gas, as well as other parameters of the reaction gas, for example Pressure and temperature, to be controlled. In a plasma enhanced chemical vapor deposition process deposition, parameters such as the magnitude of an applied DC voltage and a radio frequency AC voltage through which the plasma is generated may be controlled in addition to the parameters previously associated with chemical vapor deposition.
Bei einer Abscheidung mit Hilfe der Atomlagenabscheidung können Parameter des Abscheidungsprozesses wie Gasflüsse, Drücke, Temperatur und Dauer der Phasen des Abscheidungsprozesses gesteuert werden, um die elastische Verspannung des Metalls einzustellen.In deposition by atomic layer deposition, parameters of the deposition process such as gas flows, pressures, temperature and duration of the phases of the deposition process can be controlled to adjust the elastic strain of the metal.
In weiteren Ausführungsformen kann die elastische Verspannung des Metalls durch Steuern der Dicke der abgeschiedenen Metallschicht beeinflusst werden. Wenn die Dicke der Metallschicht kleiner als die Tiefe der Vertiefung
Nach der Abscheidung des Metalls der Gateelektrode
Danach können Teile der Schicht aus dem Metall der Gateelektrode
In anderen Ausführungsformen kann zuerst eine Schicht aus dem Metall der Gateelektrode
In manchen Ausführungsformen können die Schicht aus dem Metall der Gateelektrode
Nach dem Bilden der Gateelektroden
Die Rekristallisation der Kanalgebiete
Bei der Wärmebehandlung
In manchen Ausführungsformen kann die Wärmebehandlung
In manchen Ausführungsformen ist die Dauer der Wärmebehandlung, insbesondere die Länge des Zeitraums, während dessen die Halbleiterstruktur
Bei der Rekristallisation der Kanalgebiete
Während der Rekristallisation wird das Halbleitermaterial des Kanalgebiets
Entsprechend wird das Kanalgebiet
Das aktive Gebiet
Nach der Rekristallisation der Kanalgebiete
Nach der Abscheidung des Zwischenschichtdielektrikums
Die Erfindung ist nicht auf Ausführungsformen beschränkt, in denen, wie oben beschrieben, eine elastische Verspannung der Kanalgebiete
Die Halbleiterstruktur
Über den aktiven Gebieten
Die elastisch verspannten Materialien
Beispielsweise können in manchen Ausführungsformen eines oder beide der elastisch verspannten Materialien
Generell können zur Abscheidung der elastisch verspannten Materialien
Um die elastisch verspannten Materialien
Nach dem Füllen der Öffnungen
Beim Rekristallisieren der Kanalgebiete
Nach der Rekristallisation der Kanalgebiete
Nach dem Entfernen der elastisch verspannten Materialien
Da die intrinsische elastische Spannung der Kanalgebiete
Nach dem Bilden der Gateelektroden
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- C. Y. Kang, et. al., „A Novel Electrode-Induced Strain Engineering for High Performance SOI FinFET utilizing Si (110) Channel for Both N and PMOSFETs”, Proceedings of the Electron Devices Meeting, 2006, IEDM '06 International, S. 1–4 [0009] CY Kang, et. al., "A Novel Electrode-Induced Strain Engineering for High Performance SOI FinFETs Utilizing Si (110) Channel for Both N and PMOSFETs", Proceedings of the Electron Devices Meeting, 2006, IEDM '06 International, pp. 1-4 [0009 ]
- C. Y. Kang et. al, „Effects of Film Stress Modulation Using TiN Metal Gate an Stress Engineering and Its Impact an Device Characteristics in Metal Gate/High-k Dielectric SOI FinFETs”, IEEE Electron Devices Letters, Vol. 29, No. 5, Mai 2008, S. 487–490 [0009] CY Kang et. al., "Effects of Film Stress Modulation Using TiN Metal Gate on Stress Engineering and Its Impact on Device Characteristics in Metal Gate / High-k Dielectric SOI FinFETs", IEEE Electron Devices Letters, Vol. 5, May 2008, pp. 487-490 [0009]
- K.-M. Tan, „Diamond-Like Carbon (DLC) Liner: A New Stressor for P-Channel Multiple-Gate Field-Effect Transistors”, IEEE Electron Device Letters, Vol. 29, No. 7, Juli 2008, S. 750–752 [0009] K.-M. Tan, "Diamond-Like Carbon (DLC) Liner: A New Stressor for P-Channel Multiple-Gate Field-Effect Transistor", IEEE Electron Device Letters, Vol. 7, July 2008, p. 750-752 [0009]
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CN107644911A (en) * | 2016-07-20 | 2018-01-30 | 格罗方德半导体公司 | Fin formula field effect transistor with strained-channel |
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US20090174003A1 (en) * | 2007-11-13 | 2009-07-09 | Interuniversitair Microelektronica Centrum Vzw (Imec) | Dual work function device with stressor layer and method for manufacturing the same |
US20130105907A1 (en) * | 2011-10-26 | 2013-05-02 | Huaxiang Yin | Mos device and method of manufacturing the same |
-
2013
- 2013-06-07 DE DE102013210624.6A patent/DE102013210624B4/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
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C. Y. Kang, et. al., "A Novel Electrode-Induced Strain Engineering for High Performance SOI FinFET utilizing Si (110) Channel for Both N and PMOSFETs", Proceedings of the Electron Devices Meeting, 2006, IEDM '06 International, S. 1-4 |
K.-M. Tan, "Diamond-Like Carbon (DLC) Liner: A New Stressor for P-Channel Multiple-Gate Field-Effect Transistors", IEEE Electron Device Letters, Vol. 29, No. 7, Juli 2008, S. 750-752 |
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