JP2007311796A - シリコン・ナイトライド・キャップを用いて内因性の応力を加えられたシリサイドを有するcmosデバイスを形成するための構造および方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】シリコン・ナイトライド・キャップを用いて内因性応力を加えられたシリサイドを有するCMOSデバイスを形成するための構造および方法を提供する。
【解決手段】最初に、FETのS/D領域の上にシリサイド金属Mを含む金属層を形成した後、第一のアニール工程を行って第一の相の金属シリサイド(MSi)を含むS/D金属シリサイド層を形成する。次に、FETの上にシリコン・ナイトライド層を形成した後、第二のアニール工程を行う。第二のアニール工程の間に、金属シリサイドは、第一の相(MSi)から第二の相(MSi)、ここで×<y、へ変換される。金属シリサイド変換によって、FETのS/D金属シリサイド層の中で体積収縮または膨張のどちらかが引き起こされ、その結果、シリコン・ナイトライド層によって閉じ込められているS/D金属シリサイド層の中では、内因性の引張り応力または圧縮応力が発生する。
【選択図】なし

Description

本発明は、電界効果トランジスタ(FET)など、高性能相補型金属酸化物半導体(CMOS)デバイスを含む半導体デバイスに関する。より詳しくは、本発明は、内因性の応力を加えられたソースおよびドレイン金属シリサイド層を有する少なくとも一つの高性能FETを備えるCMOSデバイス、ならびに、シリコン・ナイトライド・キャップを用いてそのようなn‐FETを形成するための方法に関する。
相補型金属酸化物半導体(CMOS)デバイスが微細化されるにつれて、金属シリサイド層の中の応力、表面粗さおよび欠陥を制御することは、CMOSデバイス性能および製品歩留りに対するこれらの因子の影響の増加によって、より重大になっている。
一方、キャリア(すなわち電子または正孔のどちらか)移動度は、CMOSデバイスのサイズとともに小さくなり、その結果、デバイス性能が不満足なものとなっている。キャリア移動度の減少は、微細化されたCMOSデバイスのチャネル領域の中のドーパント濃度の増加が原因である。しかし、微細化されたCMOSデバイスの中の短チャネル効果を減少させるためには、高いドーパント濃度が必要である。
従って、ドーパント濃度を減らさずに、CMOSデバイスのチャネル領域の中のキャリア移動度を高くする必要がある。
さらに、CMOSデバイスの中に含まれる金属シリサイド層の欠陥、シート抵抗および表面粗さを小さくする必要がある。
本発明は、金属シリサイド相変換の間に、すなわち、FETの中の金属シリサイド層に含まれる金属シリサイドが金属の豊富な第一の相からシリコンの豊富な第二の相へ変換するとき、シリコン・ナイトライド・キャップ層を有利に使用してFETデバイスを選択的に閉じ込める。FETデバイスの中の金属シリサイド層に含まれる金属シリサイド材料は、相変換の間に体積収縮または膨張を行うので、閉じ込められたFETデバイスの中に、内部の電子または正孔の移動度を増加させるための所望の引張りまたは圧縮応力を発生することができる。より重要なことに、そのような引張りまたは圧縮応力がFETデバイスの金属シリサイド層に内因性であり、FETデバイスから閉じ込めが除かれた(すなわちシリコン・ナイトライド・キャップ層を除去すること)後でも残留する。
一態様では、本発明は、半導体デバイスを形成するための方法であって、
ソース領域とドレイン領域とを備える少なくとも一つの電界効果トランジスタ(FET)を形成する工程と、
少なくとも一つのFETのソース領域とドレイン領域との上に金属層を形成する工程であって、金属層は、シリコンと反応して内因性応力を加えられた金属シリサイドを形成することができるシリサイド金属Mを含む工程と、
第一のアニール工程を実行して少なくとも一つのFETのソース領域とドレイン領域との中にソースおよびドレイン金属シリサイド層をそれぞれ形成する工程であって、ソースおよびドレイン金属シリサイド層は、第一の相の金属シリサイド(MSi)を含む工程と、
少なくとも一つのFETの上にシリコン・ナイトライド層を形成する工程と、
第二のアニール工程を実行して金属シリサイドを第一の相(MSi)から第二の相(MSi)、ここでx<y、へ変換する工程であって、金属シリサイド相変換は、少なくとも一つのFETのソースおよびドレイン金属シリサイド層の中に内在性引張り応力または圧縮応力を発生させる工程と、
を含む方法に関する。
本明細書で用いられる用語「内因性応力を加えられた」または「内因性応力」は、金属シリサイド層(単数または複数)の中に、そのような層(単数または複数)の調製の後に、外力によってそのような層(単数または複数)に加えられた外因性応力を指すのではなく、そのような層(単数または複数)の調製の間に発生する圧縮または引張りの内因性応力を指す。
シリコン・ナイトライド・キャップ層は、基本的に応力がなくてもよい。この場合、閉じ込められたFETデバイスの中の引張りまたは圧縮応力は、金属シリサイドの相変換誘起体積収縮または膨張によってのみ発生する。あるいは、シリコン・ナイトライド・キャップ層は、相変換誘起体積収縮または膨張によって発生する応力の他に、閉じ込められたFETデバイスの中に追加の引張り応力または圧縮応力を発生させる、内因性引張りまたは圧縮応力を含んでもよい。
本発明の特定の実施態様では、FETはn‐チャネルFET(n‐FET)である。当然、金属層は、好ましくはコバルトを含み、その結果、金属シリサイド相変換によってn‐FETのソースおよびドレイン金属シリサイド層の中に内因性引張り応力が発生する。
本発明の代替の実施態様では、FETはp‐チャネルFET(p‐FET)である。当然、金属層は、好ましくはパラジウムを含み、その結果、金属シリサイド相変換によってp‐FETのソースおよびドレイン金属シリサイド層の中に内因性圧縮応力が発生する。
既存のFETとは相補型になる追加のFETが存在するとき、および、追加の相補型FETのシリサイド化のために、追加の相補型FETの上に同じ金属層が堆積されるとき、追加の相補型FETの上にシリコン・ナイトライド・キャップ層が存在せず、その結果、金属シリサイド相変換の間に追加の相補型FETの中に応力が発生しないことを保証することが重要である。
第二のアニール工程の後に、シリコン・ナイトライド層をFETから除去しても、またはFETの中に保持してもどちらでもよい。その後、レベル間誘電体層の体積と、ソース、ドレインおよびゲート接点の形成とを行う。
別の態様では、本発明は、半導体デバイスを形成するための方法であって、
少なくとも一つのn‐チャネル電界効果トランジスタ(n‐FET)と、少なくとも一つのp‐チャネル電界効果トランジスタ(p‐FET)とを形成し、FETのそれぞれがソース領域とドレイン領域とを備える工程と、
第一の金属層を形成してn‐FETを選択的に被覆する工程であって、第一の金属層は、シリコンと反応して引張り応力を加えられた金属シリサイドを形成することができる第一のシリサイド金属Mを含む工程と、
第二の金属層を形成してp‐FETを選択的に被覆する工程であって、第二の金属層は、シリコンと反応して圧縮応力を加えられた金属シリサイドを形成することができる第二のシリサイド金属Mを含む工程と、
第一のアニール工程を実行してn‐FETとp‐FETとのソース領域とドレイン領域との中にソースおよびドレイン金属シリサイド層をそれぞれ形成する工程であって、n‐FETのソースおよびドレイン金属シリサイド層は第一の相の第一の金属シリサイド(MSi)を含み、p‐FETのソースおよびドレイン金属シリサイド層は第一の相の第二の金属シリサイド(MSi)を含む工程と、
n‐FETとp‐FETとの上に一つ以上のシリコン・ナイトライド層を形成する工程と、
第二のアニール工程を実行してn‐FETの中の第一の金属シリサイドを第一の相(MSi)から第二の相(MSi)、ここで×<y、へ変換し、p‐FETの中の第二の金属シリサイドを第一の相(MSi)から第二の相(MSi)、ここでa<b、へ変換する工程であって、前記相変換は、n‐FETのソースおよびドレイン金属シリサイド層の中の内因性引張り応力と、p‐FETのソースおよびドレイン金属シリサイド層の中の内因性圧縮応力とを発生させる工程と、
を含む方法に関する。
好ましくは、内因性応力がないシリコン・ナイトライド層がn‐FETとp‐FETとの両方を被覆する。あるいは、引張り応力を加えられたシリコン・ナイトライド層がn‐FETを選択的に被覆し、および/または、圧縮応力を加えられたシリコン・ナイトライド層がp‐FETを選択的に被覆する。
好ましいが、必須ではない本発明の実施態様では、第一のシリサイド金属はコバルト(シリサイド化されると体積収縮して引張り応力を発生する)であり、第二のシリサイド金属はパラジウム(シリサイド化されると体積膨張して圧縮応力を発生する)である。
さらに別の態様では、本発明は、それぞれが内因性引張りまたは圧縮応力を有する金属シリサイド層を含むソース領域とドレイン領域とを有する少なくとも一つの電界効果トランジスタ(FET)を備える半導体デバイスであって、シリコン・ナイトライド層がまったくない半導体デバイスに関する。
特定の例では、本発明の半導体デバイスは、それぞれが内因性引張り応力を有する金属シリサイド層を含むソース領域とドレイン領域とを有するn‐チャネルFET(n‐FET)を備える。あるいは、半導体デバイスは、それぞれが内因性圧縮応力を有する金属シリサイド層を含むソース領域とドレイン領域とを有するp‐チャネルFET(p‐FET)を備える。
本発明のその他の態様、特徴および利点は、以下の開示および添付の請求項によってさらに十分に明らかとなる。
以下の説明では、本発明の完全な理解を提供するために、特定の構造、成分、材料、寸法、プロセス工程および技法など、多数の具体的な詳細が示される。しかし、本発明がこれらの具体的な詳細がなくても実践できることは当業者には明らかである。その他の場合に、本発明が曖昧になることを避けるために、公知の構造物またはプロセス工程は詳しく説明していない。
層、領域または基板のような要素が別の要素「の上に」あると称するときは、相手の要素の上に直接あってもよく、または介在する要素が存在してもよいと理解するものとする。これに対して、要素が別の要素「の上に直接」あると称するときは、介在する要素は存在しない。要素が別の要素に「接続されて」または「結合されて」いると称するときは、相手の要素に直接接続または結合されていてもよく、または介在する要素が存在してもよいと理解するものともする。これに対して、要素が別の要素に「直接接続されて」または「直接結合されて」いると称するときは、介在する要素は存在しない。
上記で述べたように、本発明は、FETデバイスのソース/ドレイン金属シリサイドが金属の豊富な第一の相からシリコンの豊富な第二の相へ変換されるとき、シリコン・ナイトライド・キャップ層を用いてFETデバイスを選択的に閉じ込める。用いられる特定のシリサイド金属に依存して、相変換により、閉じ込められたFETデバイスの金属シリサイド層の中に体積収縮または体積膨張のどちらかを引き起こすことができる。従って、閉じ込められたFETデバイスの金属シリサイド層の中に所望の内因性引張りまたは圧縮応力を発生させ、閉じ込めが除かれた後も残留させることができる。従って、結果として得られるソース/ドレイン金属シリサイド層を用いてFETデバイスのチャネル領域に所望の引張りまたは圧縮応力を加え、追加の応力誘起構造層をまったく用いずに、内部の電子または正孔の移動度を大きくすることができる。
内因性応力を加えられたソース/ドレイン金属シリサイド層は、上記で説明したように、二つのアニール工程を含むシリサイド化プロセスによって形成される。第一の工程では、相対的に金属の豊富な相の中に金属シリサイドを形成し、第二の工程では、金属シリサイドを相対的に金属の豊富な相から相対的にシリコンの豊富な相へ変換する。シリコン・ナイトライド・キャップ層による閉じ込めは第二のアニール工程の間だけ提供され、第一のアニール工程の間は提供されない。体積変化による応力は、露出されたシリサイド表面から他の方法では解放されないという事実に起因して、著しく高い引張りまたは圧縮応力を実現するためには、シリサイドを閉じ込めることが必須である。
FETを閉じ込めるためのシリコン・ナイトライド・キャップ層の使用に加えて、ソース/ドレイン金属シリサイド層の表面粗さは、金属シリサイドの相変換の間に応力を加えられたシリコン・ナイトライド・キャップ層によって容易に変調することができることも本発明の発明者らによって発見された。
さらに、金属シリサイド相変換の間に、応力を加えられたシリコン・ナイトライド・キャップ層を用いて追加の応力(引張りまたは圧縮のどちらか)をFETに加え、それによって、相変換の後に、金属シリサイド層の中により多くの引張りまたは圧縮応力を発生させることができる。さらに、内因性のナイトライド応力は、高温アニールに露ら出された後、増加する。
相補型FETがプロセス加工されるFETと同じ基板の上に配置されるとき、相変換が起こる第二のアニール工程の間に、相補型FETデバイスの上にどちらのシリコン・ナイトライド・キャップ層も存在せず、その結果、相補型FETの中に望ましくない応力が発生しないことを保証することが重要である。
あるいは、相補型FETデバイスの中で異なる種類のシリサイド金属を用い、その結果、相補型FETデバイスがシリサイド・ナイトライド・キャップ層によって閉じ込められている第二のアニール工程の間に、相補型FETデバイスの中に反対の応力を発生させることができる。
図1〜6は、本発明の一実施態様によって、内因性引張り応力を有するソースおよびドレイン金属シリサイド層を有するn‐FETと、応力がないソースおよびドレイン金属シリサイド層を有するp‐FETとを備える半導体デバイスを形成するためのプロセス工程の例を説明する断面図である。一定の比率で描かれていないこれらの図面で、同じおよび/または対応する要素は、同じ参照番号で指定される点に注意すること。さらに、図面で、単一の半導体基板の上の一つのnFETと一つのpFETとだけが示されている点に注意すること。そのような実施態様に対して例を示したが、本発明は、半導体構造の表面の上のいかなる特定の数のFETデバイスの形成にも限定されない。
まず、n‐FET2とp‐FET4とを備える半導体デバイスの断面図を示す図1を参照する。n‐FET2とp‐FET4との両方は、ソース領域22および42、チャネル領域23および43、ドレイン領域24および44、ゲート誘電体26および46、ゲート導電体28および48、および側壁スペーサ29A〜Bおよび49A〜Bを備える。より詳しくは、ソース/チャネル/ドレイン領域22、23、24、42、43および44は、好ましくあるが必らずというわけではなく、基材基板層12、埋め込み絶縁体層14、および半導体デバイス層16を有するセミコンダクタ・オン・インシュレータ(SOI)構造である半導体基板10の中にすべて配置される。
半導体基板10は、Si、SiC、SiGe、SiGeC、Ge合金、GaAs、InAs、InP、ならびに他のIII〜VまたはII〜VI化合物半導体を含むが、それらに限定されない任意の半導体材料を含んでもよい。半導体基板10は、有機半導体またはSi/SiGeなどの層状半導体、または図1に示したセミコンダクタ・オン・インシュレータ(SOI)を含んでもよい。本発明のいくつかの実施態様では、半導体基板10は、Si含有半導体材料、すなわち、シリコンを含む半導体材料で構成されることが好ましい。半導体基板10は、ドーピングされていても、ドーピングされていなくてもよく、あるいは、内部にドーピングされた領域とドーピングされていない領域とを含んでいてもよい。
一般に、n‐FET2とp‐FET4との間の分離を提供するために、半導体基板10の中に少なくとも一つの分離領域3が形成される。分離領域3は、トレンチ・アイソレーション領域または電界酸化物分離領域であってもよい。トレンチ・アイソレーション領域は、当業者に公知の従来のトレンチ・アイソレーション・プロセスを利用して形成される。例えば、トレンチ・アイソレーション領域を形成する際に、トレンチのリソグラフィー、エッチングおよびトレンチ誘電体による充填を用いてもよい。オプションとして、トレンチ充填の前にトレンチの中にライナを形成してもよく、トレンチ充填の後に高密度化工程を実行してもよく、トレンチ充填に続いて平坦化プロセスを行ってもよい。そのようなトレンチ・アイソレーションの深さは変化してもよく、本発明にとって重要ではない。電界酸化物は、いわゆるシリコン・プロセスの局所酸化を利用して形成してもよい。
n‐FET2とp‐FET4とのゲート誘電体層26および46は、酸化物、窒化物、オキシ窒化物および/または金属シリケートおよび窒化金属シリケートを含むシリケートを含むが、それらに限定されない絶縁材料で構成される。一実施態様では、ゲート誘電体層26および46は、例えばSiO、HfO、ZrO、Al、TiO、La、SrTiO、LaAlOおよびそれらの混合物などの酸化物で構成されることが好ましい。ゲート誘電体層26および46の物理的な厚さは変化してもよいが、典型的には、ゲート誘電体層は、約0.5から約10μm、厚さを有し、約0.5から約3nmの厚さがより典型的である。
ゲート導電体28および48は、FETゲート導電体の形成に適する任意の導電材料(単数または複数)を含んでもよい。好ましいが必ずというわけではなく、ゲート導電体28および48は、ドーピングされた多結晶シリコン材料などのシリコン含有導電材料を含む。
ゲート誘電体層26および46、ならびにゲート導電体28および48は、n‐FET2とp‐FET4とのためのそれぞれのゲート・スタックを形成する。ゲート・スタックは、CMOSゲート構造の中に普通に含まれるように、追加の構造層、例えば、キャップ層および/または拡散障壁層を含んでもよい
オプションではあるが必ずというわけではなく、上記で述べたように、再酸化プロセスを実行してパターン形成されたポリシリコン・ゲート・スタックの上に共形の酸化シリコン側壁層(図に示していない)を作り出してもよい。次に、構造全体の上に共形シリコン・ナイトライド層(図に示していない)を堆積する。次に、n‐FETおよびp‐FETゲート・スタックの露出された側壁に沿って、共形二酸化シリコン側壁層およびシリコン・ナイトライド層をパターン形成し、側壁酸化物スペーサ29Aおよび49A、ならびに側壁ナイトライド・スペーサ29Bおよび49Bを形成してもよい。
側壁酸化物スペーサ29Aおよび49A、ならびに側壁ナイトライド・スペーサ29Bおよび49Bの形成の後、ドーパント注入とそれに続くアニールとによって、半導体デバイス層16の中にn‐ドープされたソース領域およびドレイン領域22および24、ならびにp‐ドープされたソース領域およびドレイン領域42および44が形成される。イオン注入およびアニール工程の条件は当業者に公知であり、従って、本明細書では詳しく説明しない。チャネル領域23および43は、ドープされたソース領域とドレイン領域22、24、42および44によって対応して定められる。
次に、図2に示すように、図1の構造全体の上に金属層(図に示していない)を堆積してから、第一のアニール工程を行って、n‐FET2のためのソース/ドレイン金属シリサイド層22A、24A、およびゲート金属シリサイド層28Aと、p‐FET4のためのソース/ドレイン金属シリサイド層42A、44Aおよびゲート金属シリサイド層48Aを形成することができる。半導体デバイス層16がシリコンを含まないとき、金属層の堆積の前に、n‐FETソース/ドレイン/ゲート22、24および28と、p‐FETソース/ドレイン/ゲート42、44および48の上に、パターン形成されたシリコン層(図に示していない)を選択的に形成することができる点に注意すること。さらに、下記で説明される特定の実施態様では、n‐FET2とp‐FET4とのゲート28と48とはシリサイド化されるが、n‐FET2とp‐FET4とのゲート28と48とは、特定の用途要件によっては、シリサイド化する必要がない点に注意することが重要である。特定の実施態様では、n‐FET2とp‐FET4とのゲート28と48とは、金属層の堆積の前に誘電体キャップ28A、48Aで被覆され、従って、その後のシリサイド化から保護されている。
金属層は、シリコンと反応して引張り応力を加えられた金属シリサイドを形成することができる任意の金属または金属合金を含んでもよい。好ましい実施態様では、金属層は、純コバルトまたはコバルト合金のどちらかを含む。金属層は、例えば、スパッタリング、化学的気相堆積法、蒸発法、化学的液相堆積法、原子層堆積法(ALD)、めっき法および類似技術を含む任意の従来の堆積プロセスを用いて堆積してもよい。好ましくは、金属層は、約1nmから約50nm、より好ましくは約2nmから約20nm、最も好ましくは約5nmから約15nmの範囲の厚さを有する。
次に、第一のアニール工程を実行して、図2に示すように、n‐FET2とp‐FET4とのソース/ドレイン/ゲート領域22、24、28、42、44および48の中の金属シリサイド層22A、24A、28A、42A、44Aおよび48Aを形成する。第一のアニール工程は、一般に、気体雰囲気、例えば、He、Ar、Nまたはフォーミング・ガスの中で、連続加熱またはさまざまな昇温加熱サイクルを用いて、約300℃から約600℃、好ましくは約350℃から約550℃の範囲の比較的低い温度で実行される。好ましいが必ずというわけではなく、第一のアニール工程は、既知の高速熱アニール(RTA)技法を用いて実行される。
第一のアニール工程によって形成された金属シリサイド層22A、24A、28A、42A、44Aおよび48Aは、相対的にシリコンの豊富な第二の相(MSi)へ後で変換することができる相対的に金属の豊富な第一の相の金属シリサイド(MSi)、ここでx<y、を含む。第一のアニール工程の間、n‐FET2とp‐FET4とはどの場合にも閉じ込められていないので、金属シリサイド層22A、24A、28A、42A、44Aおよび48Aの中に応力はほとんど、またはまったく発生しない。
次に、図3に示すように、n‐FET2とp‐FET4との両方の上にブランケット・シリコン・ナイトライド層50を堆積する。ブランケット・シリコン・ナイトライド層50は、特許文献1によって、または非特許文献1、あるいは当分野で公知の任意のその他の適当な堆積技術によって開示されているように、例えば、低圧化学的気相堆積(LPCVD)プロセスまたはプラズマ促進化学的気相堆積(PECVD)プロセスによって容易に形成することができる。ブランケット・シリコン・ナイトライド層50は、応力がなくてもよく、または内因性引張り応力を含んでもよい。ブランケット・シリコン・ナイトライド層50の物理的な厚さは、典型的には約10nmから約500nm、より典型的には約20nmから約200nm、最も典型的には約40nmから約100nmの範囲である。
続いて、パターン形成されたフォトレジスト膜52を形成してn‐FET2を選択的に被覆する。パターン形成されたフォトレジスト膜52をマスクとして用い、エッチング工程によって、好ましくは反応性イオンエッチング(RIE)などのドライ・エッチング・プロセスによって、ブランケット・シリコン・ナイトライド層50の一部を選択的に除去し、それによって、図4に示すように、p‐FET4の中の金属シリサイド層42A、44Aおよび48Aの上部表面を露出させる。パターン形成されたフォトレジスト膜52は、エッチングの後、既知のレジスト・ストリッピング技法によってn‐FET2から除去することができる。
次に、気体雰囲気、例えば、He、Ar、Nまたはフォーミング・ガスの中で約400℃から約800℃、好ましくは約650℃から約750℃の範囲の比較的高い温度(第一のアニール工程と比較して)で、連続加熱またはさまざまな昇温加熱サイクルを用いて、第二のアニール工程を実行する。好ましいが必ずというわけではなく、第二のアニール工程も既知の高速熱アニール(RTA)技法を用いて実行される。第二の高温アニール工程は、相対的に金属の豊富な相(MSi)の金属シリサイドを含むn‐FET2とp‐FET4との金属シリサイド層22A、24A、28A、42A、44Aおよび48Aを、図5に示すように、相対的にシリコンの豊富な相(MSi、ここでx<y)の金属シリサイドを含む金属シリサイド層22B、24B、28B、42B、44Bおよび48Bへ変換する。
第二のアニール工程の間に、n‐FET2はシリコン・ナイトライド層50によって被覆され、閉じ込められ、それによって、金属シリサイドが相対的に金属の豊富な相(MSi)から相対的にシリコンの豊富な相(MSi、ここでx<y)へ変換されるとき、金属シリサイドの体積収縮に起因して、n‐FET2の中の金属シリサイド層22B、24Bおよび28Bの中に内因性引張り応力が発生する。これに対して、p‐FET4はどの場合にも被覆されず、閉じ込められもせず、従って、p‐FET4の中の金属シリサイド層42B、44Bおよび48Bの中に内因性応力はほとんどまたはまったく発生しない。
さらに、n‐FET2を閉じ込めるために用いられたシリコン・ナイトライド層50が内因性引張り応力を含むなら、金属シリサイド層22B、24Bおよび28Bは、シリコン・ナイトライド層50の中に含まれる応力を保存する、すなわち「記憶する」ことができるので、体積収縮によって発生する応力の他に、n‐FET2の中の金属シリサイド層22B、24Bおよび28Bの中に追加の内因性引張り応力を形成することができる。従って、本発明の好ましいが必須ではない実施態様では、n‐FET2の上に選択的に形成されるシリコン・ナイトライド層50は内因性引張り応力を含む。
第二のアニール工程の間にn‐FET2の金属シリサイド層22B、24Bおよび28Bの中に発生する内因性引張り応力は、n‐FET2から閉じ込め(すなわちシリコン・ナイトライド層50)が除かれた後もそのまま残留する。従って、シリコン・ナイトライド層はまったくないが、引張り応力を加えられたソース/ドレイン金属シリサイド層22Bおよび24Bを有するn‐FET2を含むCMOSデバイス構造が形成され、引張り応力を加えられたソース/ドレイン金属シリサイド層22Bおよび24Bは、図6に示すように、所望の引張り応力をn‐FET2のチャネル領域23に加えて、内部の電子移動度を大きくする。
図4に示すように、p‐FET4からのシリコン・ナイトライドの選択的除去は、p‐FET4の中の金属シリサイド層42A、44Aおよび48Aに含まれる相対的に金属の豊富な相(MSi)の金属シリサイドの中に顕著な損傷(それが今度は顕著な抵抗増加をもたらす)を引き起こすが、一方、第二のアニール工程は、金属シリサイド層の相対的に金属の豊富な相(MSi)から相対的にシリコンの豊富な相(MSi)への変換の間に、損傷を受けた金属シリサイドを回復させ、金属シリサイド層のシート抵抗を小さくするように機能する点に注意することも重要である。このとき、シリサイドのシート抵抗は、シリサイド欠陥の除去に起因して、約11Ω/□から約8.7Ω/□へ小さくなる。(20%改善)
本発明の代替の実施態様では、電界効果トランジスタ2はp‐FETであってもよく、一方、電界効果トランジスタ4はn‐FETであってもよい。このとき、p‐FET2とn‐FET4との中の金属シリサイドを形成するために用いられる金属層は、シリコンと反応して圧縮応力を加えられた金属シリサイドを形成することができる金属または金属合金を含むことが好ましい。例えば、金属層は、シリサイド化されると体積膨張する純パラジウムまたはパラジウム合金のどちらを含んでもよい。このように、第二のアニール工程の間に、p‐FET2はシリコン・ナイトライド層50によって被覆され、閉じ込められ、それによって、金属シリサイドが相対的に金属の豊富な相(MSi)から相対的にシリコンの豊富な相(MSi、ここでx<y)へ変換されるとき、金属シリサイドの体積膨張によってp‐FET2の中の金属シリサイド層22B、24Bおよび28Bの中に内因性圧縮応力が発生する。これに対して、n‐FET4は、どの場合にも被覆されず、閉じ込められもせず、従って、n‐FET4の中の金属シリサイド層42B、44Bおよび48Bの中に内因性応力はほとんどまたはまったく発生しない。
本発明の別の特定の実施態様では、n‐FETとp‐FETとのシリサイド化のために異なるシリサイド金属が用いられる。例えば、n‐FETのシリサイド化のためにコバルトまたはコバルト合金を用いることができ、p‐FETのシリサイド化のためにパラジウムまたはパラジウム合金を用いることができる。こうすると、第二のアニール工程の間に、n‐FETとp‐FETとの両方をともに閉じ込め、その結果、コバルト・シリサイドが金属の豊富な相からシリコンの豊富な相へ変換されるとき、コバルト・シリサイドの体積収縮によって、n‐FETの中に内因性引張り応力を発生させることができる、一方、パラジウム・シリサイドが金属の豊富な相からシリコンの豊富な相へ変換されるときの体積膨張によって、p‐FETの中に内因性圧縮応力を発生させることができる。異なるシリサイド金属によるn‐FETとp‐FETとの閉じ込めは、応力のない単一のシリコン・ナイトライド層、または、一方は引張り応力を含み、n‐FETを選択的に被覆し、他方は圧縮応力を含み、p‐FETを選択的に被覆する、二つの異なるシリコン・ナイトライド層のどちらかによって実現することができる。
詳しくは、図7は、第一のアニール工程の後であり、n‐FET2の上の第一のパターン形成されたシリコン・ナイトライド層50の形成の後であるが、第二のアニール工程の前に、ソース、ドレインおよびゲート領域22A、24A、28A、42A、44Aおよび48Aの中に異なる金属シリサイドを含むn‐FET2とp‐FET4を示す。第一のパターン形成されたシリコン・ナイトライド層50は、引張り応力を含む。次に、n‐FET2とp‐FET4との両方の上に第二のブランケット・シリコン・ナイトライド層54を堆積する。そのような第二のブランケット・シリコン・ナイトライド層54は、好ましくは、内因性圧縮応力を含む。シリコン・ナイトライド層54は、特許文献1によって、または非特許文献1によって開示されるように、または高密度プラズマ(HDP)堆積法などの任意のその他の当分野で公知の適当な堆積技術によって、例えば、プラズマ促進化学的気相堆積(PECVD)プロセスによって形成することができる。好ましくは、シリコン・ナイトライド層54は、約10nmから約500nm、より好ましくは約20nmから約200nm、最も好ましくは約30nmから約150nmの範囲の厚さを有する。
続いて、第二のパターン形成されたフォトレジスト膜56を形成してp‐FET4を選択的に被覆する。パターン形成されたフォトレジスト膜56をマスクとして用い、エッチング工程、好ましくは反応性イオンエッチング(RIE)などのドライ・エッチング・プロセスによって第二のブランケット・シリコン・ナイトライド層54の一部を選択的に除去し、それによって、図8に示すように、n‐FET2の上に配置された第一のシリコン・ナイトライド層50の上部表面を露出させる。パターン形成されたフォトレジスト膜56は、エッチングの後で、既知のレジスト−ストリッピング技法によってp‐FET4から除去することができる。
次に、上記で説明したように、第二のアニール工程を実行して、相対的に金属の豊富な相のコバルト・シリサイドおよびパラジウム・シリサイドをそれぞれ含むn‐FET2とp‐FET4との金属シリサイド層22A、24A、28A、42A、44Aおよび48Aを、図9に示すように、相対的にシリコンの豊富な相にあるコバルト・シリサイドおよびパラジウム・シリサイドを含む金属シリサイド層22B、24B、28B、42B、44Bおよび48Bへ変換する。
第二のアニール工程の間に、n‐FET2は、シリコン・ナイトライド層50によって被覆され、閉じ込められ、それによって、コバルト・シリサイドが相対的に金属の豊富な相から相対的にシリコンの豊富な相へ変換されるとき、コバルト・シリサイドの体積収縮に起因して、n‐FET2の中の金属シリサイド層22B、24Bおよび28Bの中に内因性引張り応力が発生する。シリコン・ナイトライド層50が内因性引張り応力を含むとき、n‐FET2の中の金属シリサイド層22B、24Bおよび28Bの中に、コバルト・シリサイドの体積収縮によって発生する引張り応力の他に追加の引張り応力を発生させることができる。
これに対して、p‐FET4は、第二のアニール工程の間にシリコン・ナイトライド層54によって被覆され、閉じ込められ、それによって、パラジウム・シリサイドが相対的に金属の豊富な相から相対的にシリコンの豊富な相へ変換されるとき、パラジウム・シリサイドの体積膨張に起因して、p‐FET4の中の金属シリサイド層42B、44Bおよび48Bの中に内因性圧縮応力が発生する。シリコン・ナイトライド層54が内因性圧縮応力を含むとき、p‐FET4の中の金属シリサイド層42B、44Bおよび48Bの中に、パラジウム・シリサイドの体積膨張によって発生する圧縮応力の他に、追加の圧縮応力を発生させることができる。
第二のアニール工程の間にn‐FET2の金属シリサイド層22B、24Bおよび28Bの中に発生する内因性引張り応力と、p‐FET4の金属シリサイド層42B、44Bおよび48Bの中に発生する内因性圧縮応力とは、閉じ込め(すなわちシリコン・ナイトライド層50および54)がn‐FET2およびp‐FET4から除かれた後でもそのまま残留する。
従って、シリコン・ナイトライド層をまったく有しないが、引張り応力を加えられたソース/ドレイン金属シリサイド層22Bおよび24Bを有するn‐FET2と、圧縮応力を加えられたソース/ドレイン金属シリサイド層42Bおよび44Bとを有するp‐FETとを含むCMOSデバイス構造が形成される。図10に示すように、引張り応力を加えられたソース/ドレイン金属シリサイド層22Bおよび24Bは、所望の引張り応力をn‐FET2のチャネル領域23に加えて内部の電子移動度を大きくし、圧縮応力を加えられたソース/ドレイン金属シリサイド層42Bおよび44Bは、所望の圧縮応力をp‐FET4のチャネル領域43に加えて内部の正孔移動度を大きくする。
続いて、本明細書では詳しく説明しないが、従来のバック・エンド・オブ・ライン・プロセス工程を実行して、n‐FET2とp‐FET4とを含む完全な半導体デバイスを形成することができる。
上記で説明したプロセス工程では、圧縮応力を加えられたシリコン・ナイトライド層の前に、引張り応力を加えられたシリコン層を形成する例を示したが、本発明は、そのような特定の順序に限定されない点に注意すべきである。言い換えると、本発明の実行においては、引張り応力を加えられたシリコン層の析出の前に、圧縮応力を加えられたシリコン層を容易に形成することができる。
さらに、上記で説明したFET構造物は持ち上げられたソース/ドレイン領域を備えないが、本発明は、FET構造の中の持ち上げられたソース/ドレイン領域の存在も意図する。持ち上げられたソース/ドレイン領域は、当業者に公知の従来の技法を利用して形成される。詳しくは、持ち上げられたソース/ドレイン領域は、エピタキシャルSi、非晶質Si、SiGeおよび類似物などの任意のSi含有層を注入前に半導体基板10の上に堆積することによって形成される。
本発明の方法は、相補型金属酸化膜半導体(CMOS)トランジスタ、ならびにそのようなCMOSトランジスタを備える集積回路、マイクロプロセッサおよびその他の電子デバイスを含むがそれらに限定されないさまざまな半導体デバイス構造物を作製するために広く用いることができる。これらの半導体デバイスは、当業者に公知であり、容易に改造して本発明の歪みセミコンダクタ・オン・インシュレータ構造を組み込むことができ、従ってそれらの作製に関する詳細は本明細書に提供することはしない。
本明細書では、特定の実施態様、特徴および態様を参照して本発明を説明してきたが、本発明はそれらの説明に限定されず、利用する場合、他の変更形、変化形、用途および実施態様に拡張され、従ってそのような他の変更形、変化形、用途および実施態様はすべて本発明の技術思想および範囲に属するとみなされることは明らかである。
米国特許出願公開第2003/0040158号 Tarrafら,"Stress Investigation of PECVD Dielectric Layers for Advanced Optical MEMES,"J.MICROMECH.MICROENG.,Vol.14,317−323(2004)
本発明の一実施態様によって、内因性引張り応力を有するソースおよびドレイン金属シリサイド層を有するn‐FETと、応力のないソースおよびドレイン金属シリサイド層を有するp‐FETとを備える半導体デバイスを形成するためのプロセス工程の例を説明する断面図である。 本発明の一実施態様によって、内因性引張り応力を有するソースおよびドレイン金属シリサイド層を有するn‐FETと、応力のないソースおよびドレイン金属シリサイド層を有するp‐FETとを備える半導体デバイスを形成するためのプロセス工程の例を説明する断面図である。 本発明の一実施態様によって、内因性引張り応力を有するソースおよびドレイン金属シリサイド層を有するn‐FETと、応力のないソースおよびドレイン金属シリサイド層を有するp‐FETとを備える半導体デバイスを形成するためのプロセス工程の例を説明する断面図である。 本発明の一実施態様によって、内因性引張り応力を有するソースおよびドレイン金属シリサイド層を有するn‐FETと、応力のないソースおよびドレイン金属シリサイド層を有するp‐FETとを備える半導体デバイスを形成するためのプロセス工程の例を説明する断面図である。 本発明の一実施態様によって、内因性引張り応力を有するソースおよびドレイン金属シリサイド層を有するn‐FETと、応力のないソースおよびドレイン金属シリサイド層を有するp‐FETとを備える半導体デバイスを形成するためのプロセス工程の例を説明する断面図である。 本発明の一実施態様によって、内因性引張り応力を有するソースおよびドレイン金属シリサイド層を有するn‐FETと、応力のないソースおよびドレイン金属シリサイド層を有するp‐FETとを備える半導体デバイスを形成するためのプロセス工程の例を説明する断面図である。 本発明の一実施態様によって、内因性引張り応力を有するソースおよびドレイン金属シリサイド層を有するn‐FETと、内因性圧縮応力を有するソースおよびドレイン金属シリサイド層を有するp‐FETとを備える半導体デバイスを形成するためのプロセス工程の例を説明する断面図である。 本発明の一実施態様によって、内因性引張り応力を有するソースおよびドレイン金属シリサイド層を有するn‐FETと、内因性圧縮応力を有するソースおよびドレイン金属シリサイド層を有するp‐FETとを備える半導体デバイスを形成するためのプロセス工程の例を説明する断面図である。 本発明の一実施態様によって、内因性引張り応力を有するソースおよびドレイン金属シリサイド層を有するn‐FETと、内因性圧縮応力を有するソースおよびドレイン金属シリサイド層を有するp‐FETとを備える半導体デバイスを形成するためのプロセス工程の例を説明する断面図である。 本発明の一実施態様によって、内因性引張り応力を有するソースおよびドレイン金属シリサイド層を有するn‐FETと、内因性圧縮応力を有するソースおよびドレイン金属シリサイド層を有するp‐FETとを備える半導体デバイスを形成するためのプロセス工程の例を説明する断面図である。

Claims (18)

  1. 半導体デバイスを形成する方法であって、
    ソース領域とドレイン領域とを備える少なくとも一つの電界効果トランジスタ(FET)を形成する工程と、
    前記少なくとも一つのFETの前記ソース領域とドレイン領域との上に金属層を形成する工程であって、前記金属層は、シリコンと反応して内因性応力を加えられた金属シリサイドを形成することができるシリサイド金属Mを含む工程と、
    第一のアニール工程を実行して前記少なくとも一つのFETの前記ソース領域とドレイン領域との中にソースおよびドレイン金属シリサイド層をそれぞれ形成する工程であって、前記ソースおよびドレイン金属シリサイド層は、第一の相の金属シリサイド(MSi)を含む工程と、
    前記少なくとも一つのFETの上にシリコン・ナイトライド層を形成する工程と、
    第二のアニール工程を実行して前記金属シリサイドを前記第一の相(MSi)から第二の相(MSi)、ここでx<y、へ変換する工程であって、前記金属シリサイドの相変換は、前記少なくとも一つのFETの前記ソースおよびドレイン金属シリサイド層の中に内因性引張り応力または圧縮応力を発生させる工程と、
    を含む方法。
  2. 前記形成されたシリコン・ナイトライド層は内因性応力がない、請求項1に記載の方法。
  3. 前記FETはn‐チャネルFET(n‐FET)であり、前記金属層はコバルトを含み、前記金属シリサイド相変換によって前記n‐FETの前記ソースおよびドレイン金属シリサイド層の中に内因性引張り応力が発生する、請求項1に記載の方法。
  4. 前記形成されたシリコン・ナイトライド層は内因性引張り応力を含む、請求項3に記載の方法。
  5. 前記FETはp‐チャネルFET(p‐FET)であり、前記金属層はパラジウムを含み、前記金属シリサイド相変換によって前記FETの前記ソースおよびドレイン金属シリサイド層の中に内因性圧縮応力が発生する、請求項1に記載の方法。
  6. 前記形成されたシリコン・ナイトライド層は内因性圧縮応力を含む、請求項5に記載の方法。
  7. 前記第二のアニール工程の後に、前記形成されたシリコン・ナイトライド層を前記FETから除去してから、レベル間誘電体層の析出と、ソース、ドレインおよびゲート接点の形成と行う工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
  8. 前記第二のアニール工程の後に、前記形成されたシリコン・ナイトライド層を前記n‐FETの中に保持しておいて、レベル間誘電体層の析出と、ソース、ドレインおよびゲート接点の形成とを行う、請求項1に記載の方法。
  9. 請求項1に記載の方法であって、同様にソース領域とドレイン領域とを備え、前記少なくとも一つのFETと相補型の追加のFETが形成され、前記金属層は前記少なくとも一つのFETと前記追加のFETとの両方の前記ソースとドレイン領域との上に形成され、前記シリコン・ナイトライド層は前記少なくとも一つのFETの上に選択的に形成されるが、前記追加のFETの上に形成されず、その結果、前記金属シリサイド相変換は、前記追加のFETの前記ソース領域とドレイン領域との中に応力を発生させない方法。
  10. 半導体デバイスを形成するための方法であって、
    少なくとも一つのn‐チャネル電界効果トランジスタ(n‐FET)と、少なくとも一つのp‐チャネル電界効果トランジスタ(p‐FET)とを形成し、FETのそれぞれがソース領域とドレイン領域とを備える工程と、
    第一の金属層を形成して前記n‐FETを選択的に被覆する工程であって、前記第一の金属層は、シリコンと反応して引張り応力を加えられた金属シリサイドを形成することができる第一のシリサイド金属Mを含む工程と、
    第二の金属層を形成して前記p‐FETを選択的に被覆する工程であって、前記第二の金属層は、シリコンと反応して圧縮応力を加えられた金属シリサイドを形成することができる第二のシリサイド金属Mを含む工程と、
    第一のアニール工程を実行して前記n‐FETと前記p‐FETとの前記ソース領域とドレイン領域との中にソースおよびドレイン金属シリサイド層をそれぞれ形成する工程であって、前記n‐FETの前記ソースおよびドレイン金属シリサイド層は第一の相の第一の金属シリサイド(MSi)を含み、前記p‐FETの前記ソースおよびドレイン金属シリサイド層は第一の相の第二の金属シリサイド(MSi)を含む工程と、
    前記n‐FETと前記p‐FETとの上に一つ以上のシリコン・ナイトライド層を形成する工程と、
    第二のアニール工程を実行して前記n‐FETの中の前記第一の金属シリサイドを第一の相(MSi)から第二の相(MSi)、ここでx<y、へ変換し、前記p‐FETの中の前記第二の金属シリサイドを第一の相(MSi)から第二の相(MSi)、ここでa<b、へ変換する工程であって、前記相変換は、前記n‐FETの前記ソースおよびドレイン金属シリサイド層の中に内因性引張り応力、前記p‐FETの前記ソースおよびドレイン金属シリサイド層の中に内因性圧縮応力を発生させる工程と、
    を含む方法。
  11. 前記一つ以上のシリコン・ナイトライド層は、内因性応力がなく、前記n‐FETと前記p‐FETとの両方を被覆するシリコン・ナイトライド層を含む、請求項10に記載の方法。
  12. 前記一つ以上のシリコン・ナイトライド層は、前記n‐FETを選択的に被覆する、引張り応力を加えられたシリコン・ナイトライド層を含む、請求項10に記載の方法。
  13. 前記一つ以上のシリコン・ナイトライド層は、前記p‐FETを選択的に被覆する、圧縮応力を加えられたシリコン・ナイトライド層を含む、請求項10に記載の方法。
  14. 前記第二のアニール工程の後に、前記一つ以上のシリコン・ナイトライド層を前記n‐FETとp‐FETとから除去してから、前記n‐FETと前記p‐FETとの両方の上でのレベル間誘電体層の析出と、前記n‐FETと前記p‐FETとのためのソース、ドレインおよびゲート接点の形成とを行う工程をさらに含む、請求項10に記載の方法。
  15. 前記第二のアニール工程の後に、前記一つ以上のシリコン・ナイトライド層を前記n‐FETとp‐FETとの上に保持しておいて、前記n‐FETと前記p‐FETとの両方の上でのレベル間誘電体層の析出と、前記n‐FETと前記p‐FETとのためのソース、ドレインおよびゲート接点の形成とを行う、請求項10に記載の方法。
  16. それぞれが内因性引張り応力または圧縮応力を有する金属シリサイド層を含むソース領域とドレイン領域とを有する少なくとも一つの電界効果トランジスタ(FET)を備える半導体デバイスであって、シリコン・ナイトライド層がまったくない半導体デバイス。
  17. それぞれが内因性引張り応力を有する金属シリサイド層を含むソース領域とドレイン領域とを有するn‐チャネルFET(n‐FET)を備える、請求項16に記載の半導体デバイス。
  18. それぞれが内因性圧縮応力を有する金属シリサイド層を含むソース領域とドレイン領域とを有するp‐チャネルFET(p‐FET)を備える、請求項16に記載の半導体デバイス。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009177151A (ja) * 2008-01-25 2009-08-06 Toshiba Corp スタティックランダムアクセスメモリの製造方法
US7741220B2 (en) * 2005-09-16 2010-06-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device and manufacturing method thereof
US7955925B2 (en) * 2007-07-03 2011-06-07 Renesas Electronics Corporation Method of manufacturing semiconductor device
WO2021146025A1 (en) * 2020-01-14 2021-07-22 Tokyo Electron Limited Method of making a continuous channel between 3d cmos

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080057636A1 (en) * 2006-08-31 2008-03-06 Richard Lindsay Strained semiconductor device and method of making same
US7704823B2 (en) 2006-08-31 2010-04-27 Infineon Technologies Ag Strained semiconductor device and method of making same
US20080142897A1 (en) * 2006-12-19 2008-06-19 Chartered Semiconductor Manufacturing Ltd. Integrated circuit system having strained transistor
US9183973B2 (en) 2009-05-28 2015-11-10 Thin Film Electronics Asa Diffusion barrier coated substrates and methods of making the same
KR101716655B1 (ko) * 2009-05-28 2017-03-15 씬 필름 일렉트로닉스 에이에스에이 확산 방지 코팅된 기판상에 형성된 반도체 장치 및 그 제조방법
US8236709B2 (en) * 2009-07-29 2012-08-07 International Business Machines Corporation Method of fabricating a device using low temperature anneal processes, a device and design structure
CN102074479B (zh) * 2009-11-24 2012-08-29 中国科学院微电子研究所 半导体器件及其制造方法
CN105185801B (zh) * 2009-12-26 2020-07-24 佳能株式会社 固态图像拾取装置和图像拾取系统
EP3955303A3 (en) 2009-12-26 2022-05-11 Canon Kabushiki Kaisha Solid-state image pickup apparatus and image pickup system
CN102832243B (zh) * 2011-06-14 2016-03-30 中国科学院微电子研究所 半导体器件及其制造方法
FR2979480B1 (fr) * 2011-08-25 2013-09-27 Commissariat Energie Atomique Procede de realisation d'un dispositif a transistors contraints par siliciuration des zones de source et de drain
US8558290B2 (en) * 2011-08-25 2013-10-15 Globalfoundries Inc. Semiconductor device with dual metal silicide regions and methods of making same
CN103094113B (zh) * 2011-10-31 2015-12-16 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Nmos形成方法、cmos形成方法
CN103311294B (zh) * 2012-03-14 2016-09-21 中国科学院微电子研究所 鳍式场效应晶体管及其制造方法
US20140048888A1 (en) * 2012-08-17 2014-02-20 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Strained Structure of a Semiconductor Device
US8796099B2 (en) * 2012-12-05 2014-08-05 International Business Machines Corporation Inducing channel strain via encapsulated silicide formation
US20140248749A1 (en) * 2013-03-04 2014-09-04 Globalfoundries Inc. Stress memorization technique
US8999799B2 (en) 2013-08-29 2015-04-07 International Business Machines Corporation Maskless dual silicide contact formation
FR3020500B1 (fr) * 2014-04-24 2017-09-01 Commissariat Energie Atomique Procede de fabrication d'un transistor a effet de champ ameliore
US9627410B2 (en) 2015-05-21 2017-04-18 International Business Machines Corporation Metallized junction FinFET structures
US9865466B2 (en) * 2015-09-25 2018-01-09 Applied Materials, Inc. Silicide phase control by confinement
CN106981427B (zh) * 2017-04-11 2019-09-27 枣庄学院 一种高载流子迁移率mosfet的制造方法
US10734489B2 (en) * 2018-07-31 2020-08-04 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method for forming semiconductor device structure with metal silicide layer
CN110911276B (zh) * 2018-09-18 2022-10-25 长鑫存储技术有限公司 半导体器件及其制造方法
WO2020086532A1 (en) 2018-10-22 2020-04-30 Thin Film Electronics Asa Barrier stacks for printed and/or thin film electronics methods of manufacturing the same, and method of controlling a threshold voltage of a thin film transistor
CN116666500B (zh) * 2023-07-24 2023-11-03 上海铭锟半导体有限公司 锗光电探测器及通过热失配应力提高其长波响应的方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4923822A (en) 1989-05-22 1990-05-08 Hewlett-Packard Company Method of fabricating a semiconductor device by capping a conductive layer with a nitride layer
US6127249A (en) 1997-02-20 2000-10-03 Micron Technology, Inc. Metal silicidation methods and methods for using same
US6130132A (en) 1998-04-06 2000-10-10 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Clean process for manufacturing of split-gate flash memory device having floating gate electrode with sharp peak
KR100271948B1 (ko) * 1998-12-01 2000-11-15 윤종용 반도체 장치의 셀프-얼라인 실리사이드 형성방법
US6281102B1 (en) 2000-01-13 2001-08-28 Integrated Device Technology, Inc. Cobalt silicide structure for improving gate oxide integrity and method for fabricating same
AU2001267880A1 (en) * 2000-11-22 2002-06-03 Hitachi Ltd. Semiconductor device and method for fabricating the same
JP2003060076A (ja) 2001-08-21 2003-02-28 Nec Corp 半導体装置及びその製造方法
US6573172B1 (en) 2002-09-16 2003-06-03 Advanced Micro Devices, Inc. Methods for improving carrier mobility of PMOS and NMOS devices
US6844258B1 (en) 2003-05-09 2005-01-18 Novellus Systems, Inc. Selective refractory metal and nitride capping
JP4557508B2 (ja) 2003-06-16 2010-10-06 パナソニック株式会社 半導体装置
US7279746B2 (en) 2003-06-30 2007-10-09 International Business Machines Corporation High performance CMOS device structures and method of manufacture
US6890808B2 (en) 2003-09-10 2005-05-10 International Business Machines Corporation Method and structure for improved MOSFETs using poly/silicide gate height control
US6977194B2 (en) 2003-10-30 2005-12-20 International Business Machines Corporation Structure and method to improve channel mobility by gate electrode stress modification
US8008724B2 (en) 2003-10-30 2011-08-30 International Business Machines Corporation Structure and method to enhance both nFET and pFET performance using different kinds of stressed layers
US20050116360A1 (en) 2003-12-01 2005-06-02 Chien-Chao Huang Complementary field-effect transistors and methods of manufacture
DE10360000B4 (de) 2003-12-19 2009-12-10 Advanced Micro Devices, Inc., Sunnyvale Abstandselement für eine Gateelektrode mit Zugspannung eines Transistorelements und ein Verfahren zur Herstellung
US7052946B2 (en) 2004-03-10 2006-05-30 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. Ltd. Method for selectively stressing MOSFETs to improve charge carrier mobility
DE102004052578B4 (de) * 2004-10-29 2009-11-26 Advanced Micro Devices, Inc., Sunnyvale Verfahren zum Erzeugen einer unterschiedlichen mechanischen Verformung in unterschiedlichen Kanalgebieten durch Bilden eines Ätzstoppschichtstapels mit unterschiedlich modifizierter innerer Spannung
US7223647B2 (en) 2004-11-05 2007-05-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Method for forming integrated advanced semiconductor device using sacrificial stress layer
US20070018252A1 (en) 2005-07-21 2007-01-25 International Business Machines Corporation Semiconductor device containing high performance p-mosfet and/or n-mosfet and method of fabricating the same

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7741220B2 (en) * 2005-09-16 2010-06-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device and manufacturing method thereof
US7955925B2 (en) * 2007-07-03 2011-06-07 Renesas Electronics Corporation Method of manufacturing semiconductor device
JP2009177151A (ja) * 2008-01-25 2009-08-06 Toshiba Corp スタティックランダムアクセスメモリの製造方法
WO2021146025A1 (en) * 2020-01-14 2021-07-22 Tokyo Electron Limited Method of making a continuous channel between 3d cmos
US11508625B2 (en) 2020-01-14 2022-11-22 Tokyo Electron Limited Method of making a continuous channel between 3D CMOS

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