JP2009503851A - 応力mosデバイスの製造方法 - Google Patents

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Abstract

応力がかけられたMOSデバイス(30)を製造する方法が提供されている。該方法は、半導体基板(36)とその上に複数の並列のMOSトランジスタを形成するステップを含む。この並列のMOSトランジスタは、共通のソース(92)領域、共通のドレイン(94)領域、および共通のゲート電極(66)を有する。第1トレンチ(82)は、共通のソース(92)領域の基板にエッチングされ、第2トレンチ(84)は共通のドレイン(94)領域の基板にエッチングされる。結晶格子が半導体基板と一致しない応力誘起半導体材料(90)は、第1トレンチ(82)および第2トレンチ(84)に選択的に成長される。応力誘起材料(90)が成長することで、PチャネルMOSトランジスタの駆動電流を増加するMOSデバイスチャネル(50)に圧縮した縦方向の応力と横方向の引張応力の両方が生じる。圧縮した応力コンポーネントがもたらすNチャネルMOSトランジスタの駆動電流の減少は、引張応力コンポーネントによってオフセットされる。

Description

概して、本発明は半導体デバイスの製造方法に関し、より詳細には、応力がかけられたMOSデバイスの製造方法に関する。
現今の集積回路(ICs)の多くは、複数の相互接続された電界効果トランジスタ(FETs)を使用して実装される。このトランジスタは、MOS電界効果トランジスタ(MOSFETs)や、単にMOSトランジスタとも呼ばれる。MOSトランジスタは、制御電極としてゲート電極を備え、また、離間され、その間を電流が流れることができるソースおよびドレイン電極を備える。ゲート電極に印加される制御電圧は、ソースおよびドレイン電極間のチャネルを介して電流の流れを制御する。
MOSトランジスタはバイポーラトランジスタとは違って、多数キャリアデバイスである。MOSトランジスタのゲインは通常、相互コンダクタンス(gm)によって定義されるものであり、トランジスタチャネル中の多数キャリアの移動度に比例する。MOSトランジスタの通電容量は、移動度×チャネル幅÷チャネル長に比例する(gmW/l)。
通常、MOSトランジスタはシリコン基板上に、(100)の結晶方向で製造される。これは、シリコン技術では通常のことである。この結晶方向および多くの別の結晶方向に対して、PチャネルMOSトランジスタ中の正孔、多数キャリアの移動度は、チャネルに対して圧縮性の縦方向の応力を加えることで増加させることができる。しかし、このような圧縮した縦方向の応力はNチャネルMOSトランジスタ中の電子、多数キャリアの移動度を低下させる。圧縮した縦方向の応力は、トランジスタチャネルの端部のシリコン基板に、疑似格子整合SiGe(pseudomorphic SiGe)などの拡張材料を埋め込むことで、MOSトランジスタのチャネルに加えることができる(例えば、IEEE Electron Device Letters,vol.25, No. 4, p.191, 2004参照)。SiGe結晶の格子定数はSi結晶の格子定数よりも大きいので、埋め込まれたSiGeがあることでSi基盤が変形してしまう。
残念なことに、拡張材料を埋め込むことによりキャリア移動度を増加するという現在の技術を、同じようにPチャネルとNチャネルMOSトランジスタの双方に適用することはできない。その理由は、正孔移動度を増加させる圧縮した縦方向の応力は、電子移動度には好ましくないからである。さらに、現在の技術は、縦方向の応力によりキャリア移動度が増加するという現象を利用しているに過ぎず、同じように移動度に影響を及ぼす横方向の応力(traverse stress)を無視している。
したがって、縦方向の応力と横方向の応力の両方を利用する応力がかけられたMOSデバイスの製造方法を提供することが望ましい。加えて、NチャネルとPチャネルデバイス両方のキャリア移動度を向上させる応力がかけれれたMOSデバイスの製造方法を提供することが望ましい。さらに、本発明のその他の望ましい特性および特徴は、添付の図面とこれまでに記載した技術分野および背景とあわせて以下の詳細な説明と添付の請求項から明らかになるであろう。
応力がかけられたMOSデバイスを半導体基板内及びそのその上に製造する方法が提供されている。該方法は、半導体基板に半導体複数の並列のMOSトランジスタを形成するステップを含む。この複数の並列のMOSトランジスタは結合されたソース領域、結合されたドレイン領域、および共通のゲート電極を備える。第1の凹部は結合されたソース領域の半導体基板にエッチングされ、第2の凹部は結合されたドレイン領域の半導体基板にエッチされる。格子定数が半導体基板の格子定数よりも大きい応力誘起半導体材料は、第1トレンチおよび第2トレンチ中に選択的に成長される。
以下に本発明を添付の図面とあわせて記載する。図面において同じ参照符号は同一の要素を示す。
以下の詳細な説明は、本来例示的なものに過ぎず、本発明または本発明の用途および利用を限定することを意図したものではな。更に、上記の技術分野、背景技術、発明の開示、あるいは以下の詳細な説明に明示または暗示した理論により拘束されることを意図するものではない。
典型的な相補型MOS(CMOS)集積回路では、高性能のPチャネルMOSトランジスタとNチャネルMOSトランジスタはそれぞれ、十分な駆動電流を供給するように、相対的に広いチャネル幅を有する。このようなトランジスタのチャネル幅は、1μmのオーダーであり、一方では、ソースおよびドレイン領域のチャネル長および深度は約0.1μm以下である。厚みがソースおよびドレイン領域と同じ大きさのオーダーの応力誘起材料がチャネルの端部に埋め込まれていれば、このような応力誘起材料によりチャネル沿いに縦方向の応力を加えることができるが、チャネルに横方向の応力を加えることは相対的に非効率的である。ある程度大きな横方向の応力はチャネルの端部だけに誘起される。
また、このような応力は、応力誘起材料の厚みと同じ大きさのオーダーの距離しかチャネル内に広がらない。結果的に、高い横方向の応力はチャネルのごく一部だけに誘起され、デバイスのパフォーマンスには殆ど影響を及ぼさない。本発明の実施形態によれば、このような問題は、チャネル幅の広いMOSトランジスタを、並列に結合された複数の幅の狭いチャネルMOSトランジスタに置き換えることで克服することができる。チャネルの端部に埋め込まれた応力誘起材料を有する狭いチャネルトランジスタは、チャネル領域全体にわたって圧縮した縦方向の応力と横方向の引張り応力の両方を受ける。圧縮した縦方向の応力はチャネル中の正孔移動度を増加させ、電子移動度を低下させる。一方で、横方向の引張応力は、チャネル中の正孔移動度と電子移動度の両方を増加させる。
図1〜8に、本発明の各種実施形態に従う応力がかけられたMOSデバイス30と、このようなMOSデバイスを製造するための方法ステップと、を示す。この例示の実施形態では、例示している応力がかけられたMOSデバイス30のごく一部は、1つのPチャネルMOSトランジスタ32と、1つのNチャネルMOSトランジスタ34である。デバイス30などの応力がかけられたMOSデバイスから形成される集積回路は、多くのこのようなトランジスタを備えることができる。相補型MOSトランジスタが示されているが、本発明はさらに、PチャネルMOSトランジスタだけを備えたデバイスにも適用できる。
MOSトランジスタの製造においては様々なステップが周知であるので、簡潔を期するために、多くの従来のステップは本文においてごく簡単に述べるものとするか、周知の処理の詳細を説明しないで全体として省くことにする。「MOSデバイス」という用語は、金属ゲート電極と酸化物ゲート絶縁膜とを備えたデバイスを適切に指すが、この用語は本明細書においては、半導体基板上に位置決めされた(酸化物であろうとその他の絶縁膜であろうと)ゲート絶縁膜上に位置決めされた(金属であろうとその他の導電材料であろうと)導電性のゲート電極を含む半導体デバイスのことを指す。
図1に示すように、本発明の一実施形態に従う応力がかけられたMOSデバイス30の製造は、半導体基板36を準備することから開始する。好ましくは、この半導体基板は、単結晶のシリコン基板である。ここでは、「シリコン基板」という用語は、半導体産業で使用される相対的に純粋なシリコン材料を包含するように使用される。シリコン基板36は、バルクシリコンウェハや絶縁層上のシリコンの薄膜層(シリコン−オン−インシュレータあるいはSOIとして一般に知られている)であってもよく、シリコンキャリアウェハによってサポートされる。しかし、本文では、バルクシリコンウェハとして例示しているが、これに限定されるものではない。好ましくは、シリコンウェハの方向は(100)か(110)のいずれかである。シリコンウェハの一部分38がN型の不純物ドーパント(Nウェル)でドープされ、もう一方の部分40がP型の不純物ドーパント(Pウェル)でドープされる。このNウェルおよびPウェルは、例えばイオン注入によって適切な導電率までドープすることができる。NウェルとPウェル間を電気的に絶縁し、かつ、電気的に絶縁する必要のある周辺の個々のデバイスを絶縁するためにシャロートレンチアイソレーション(STI)42が形成される。STIは、PチャネルMOSトランジスタ32を形成するためにアクティブエリア44を画定し、NチャネルMOSトランジスタ34を形成するためにアクティブエリア46を画定する。STIを形成するために使用できる多くのプロセスがあり、このようなプロセスは本明細書では詳細に説明するまでもなく周知である。概して、STIは、半導体基板の表面にエッチングされ、次に、絶縁材料で充填されるシャロートレンチを含む。トレンチが絶縁材料で充填されると、表面は通常、化学機械平坦化(CMP)などによって平坦化される。この2つのウェルとSTIを、図1では断面図で、図2では上面図で示す。
本発明の実施形態によれば、Pチャネルトランジスタ32とNチャネルトランジスタ34とは両方とも幅広のチャネルMOSトランジスタであり、また両方とも並列に結合された複数の狭いチャネルMOSトランジスタとして実装される。以下にさらに十分に説明するように、PチャネルMOSトランジスタ32とNチャネルMOSトランジスタ34とはそれぞれ、共通のソース、共通のドレイン、共通のゲート、および、共通のゲート下方の、ソースからドレインまで延びる複数の並列チャネルを備える。図3に示すように、PチャネルMOSトランジスタ32の複数の並列チャネル50は、アクティブエリア44の表面に形成される複数のSTI領域52によって画定される。さらに図3に示すように、NチャネルMOSトランジスタ34の複数の並列チャネル54は、アクティブエリア46の表面に形成される複数のSTI領域56によって画定される。各STI領域はSTI領域42と同時に、あるいは別々に形成することができる。図2と同様、図3に応力がかけられたMOSデバイス30を上面図で示す。好ましくは、複数の並列チャネルはそれぞれ、幅は額0.1μmである。図面では、トランジスタの各々に対して3つの並列チャネルだけを示しているが、NチャネルMOSトランジスタ34とPチャネルトランジスタ32の各々の並列チャネルの総数は、各々が置換できるように設計された単一の広いチャネルトランジスタのチャネル幅と等価となるように選択される。好ましくは、チャネルは、<110>結晶方向に沿って方向づけられる。
ゲート絶縁層60は、図4に示すように、アクティブエリア44および46の表面を含む、シリコン基板36の表面に形成される。このゲート絶縁層は、酸化環境でシリコン基板を加熱することで熱的に成長した二酸化シリコン層であってもよく、あるいは、酸化シリコン、窒化シリコンなどの蒸着絶縁膜、HfSiOなどの高誘電定数絶縁膜であってもよい。蒸着絶縁膜は、化学気相蒸着(CVD)、低圧化学気相蒸着(LPCVD)、あるいは、プラズマエンハンスト化学気相蒸着(PECVD)によって蒸着することができる。図示した実施形態では、ゲート層、絶縁膜は、STIとシリコン基板上に均一に蒸着する蒸着絶縁膜である。ゲート絶縁材料は、典型的に厚みが1〜10ナノメータ(nm)である。本発明の一実施形態によれば、多結晶シリコン62の層は、ゲート絶縁膜の層に蒸着される。好ましくは、多結晶シリコンの層は、ドープされない多結晶シリコンとして蒸着され、次にイオン注入によって不純物ドープされる。酸化シリコン、窒化シリコン、あるいは酸窒化シリコンなどのハードマスク材料の層64は、多結晶シリコンの表面上に蒸着される。多結晶材料は、シランの水素還元により、LPCVDによって、約100nmの厚みにまで蒸着される。さらに、ハードマスク材料は、LPCVDによって、約50nmの厚みにまで蒸着される。
図5に示すように、ハードマスク層64と、多結晶シリコン62の下層は、アクティブエリア44上にPチャネルMOSトランジスタゲート電極66を形成し、アクティブエリア46上にNチャネルMOSトランジスタゲート電極68を形成するように、フォトリソグラフィカルパターニングされる。ゲート電極66は、PチャネルMOSトランジスタ32の複数の並列チャネル50の上に重なり、ゲート電極68はNチャネルMOSトランジスタ34の複数の並列チャネル54上に重なる。さらに、ゲート電極66および68を図3の破線で示す。多結晶シリコンは、例えば、ClやHBr/O化学物質でプラズマエッチングすることで所望のパターンにエッチングされ、また、例えば、CHF、CF、あるいはSF化学物質でプラズマエッチングすることでハードマスクがエッチングされ得る。本発明の一実施形態に従いゲート電極をパターニングすると、酸化環境で多結晶シリコンを加熱することにより、酸化シリコンの薄膜層70がゲート電極66の互いに対向する側壁72上に熱的に成長し、酸化シリコンの薄膜層74がゲート電極68の対向側壁76に熱的に成長する。各層70および74は、約2〜5nmの厚みにまで成長し得る。ゲート電極66および68、層70および74は、一方の、あるいは両方のMOSトランジスタにソースおよびドレイン拡張部(図示せず)を形成するために、イオン注入マスクとして使用され得る。多数のソースおよびドレイン領域を形成するために予想される必要性および方法は周知であるが、本発明と密接な関係はないので、本明細書に説明する必要はない。
本発明の一実施形態では、図6に示すように、側壁スペーサ80はゲート電極66および68の対向側壁72および76にそれぞれ形成される。この側壁スペーサは、スペーサ材料の層をゲート電極に蒸着し、続いて反応性イオンエッチングなどで層を異方性エッチングすることで、窒化シリコン、酸化シリコンなどから形成され得る。側壁スペーサ80、ゲート電極66および68、各ゲート電極上のハードマスク、およびSTI42は、Pチャネルゲート電極66に対して、離間してそのまま位置合せされた状態で、シリコン基板中のトレンチ82および84をエッチするように、また、Nチャネルゲート電極68に対して、離間してそのまま位置合せされた状態で、トレンチ86および88をエッチするように、エッチマスクとして使用される。トレンチは狭い並列チャネル50および54の端部を交差する。トレンチは、HBr/OおよびCl化学物質などを使用してプラズマエッチングによってエッチングされ得る。好ましくは、トレンチの各々の深度は、狭い並列チャネル50および54の幅と同じ大きさのオーダーである。
図7に示すように、トレンチは応力誘起材料層90で充填される。この応力誘起材料は、シリコンの格子定数とは異なる格子定数を有するシリコン基板上に成長可能な仮像材料であり得る。この2つの並列する材料の格子定数の差異によって、ホスト材料に応力が生じる。応力誘起材料は、例えば、約10〜30の原子百分率のゲルマニウムを有する単結晶シリコンゲルマニウム(SiGe)であり得る。好ましくは、応力誘起材料は、狭い並列チャネル50および54の幅と同じ大きさのオーダーの厚みにまで選択的成長プロセスによってエピタキシャル成長される。選択的な方法でシリコンホスト上のこれらの材料にエピタキシャル成長させる方法は周知であるので、本明細書で説明する必要はない。
例えば、SiGeの場合、SiGeの格子定数はシリコンよりも大きく、また、トランジスタチャネルに圧縮した縦方向の応力を有する。圧縮した縦方向の応力は、それだけでチャネル中の正孔移動度を増加させ、これによりPチャネルMOSトランジスタのパフォーマンスを向上させる。しかし、圧縮した縦方向の応力は、NチャネルMOSトランジスタのチャネル中の電子移動度を低下させる。本発明の実施形態に従ってPチャネルMOSトランジスタ32およびNチャネルトランジスタ34の両方のチャネル幅を縮小することで、トランジスタのチャネルに横方向の引張応力が加えられ、また、このような応力は正孔および電子双方の移動度を増加させる。PチャネルMOSトランジスタに対しては、圧縮した縦方向の応力によって正孔移動度が増加することに加えて、横方向の引張応力によって多数キャリア正孔の移動度が増加する。NチャネルMOSトランジスタに対しては、横方向の引張応力がもたらす電子移動度の増加により、圧縮した縦方向の応力が引き起こす電子移動度の低下をオフセットするように支援する。埋め込まれた応力誘起材料によって生じる引張応力によって電子移動度が増加するので、同様のプロセスをPチャネルトランジスタとNチャネルトランジスタの両方に適用することができる。両トランジスタに同様のプロセスを適用するので、Nチャネルトランジスタはエッチングおよび選択成長ステップにおいてマスクされずに済み、その結果、全体のプロセスがより簡単で信頼できるものとなり、これにより低価格になる。
MOSトランジスタのソースおよびドレイン領域は、選択性エピタキシャル成長プロセスにおいて、導電性を決定する不純物で一部あるいは完全にイン−シツ(in-situ)ドープされる。あるいは、トレンチ82、84、86、および88で応力誘起材料が成長すると、図8に示すように、P型の導電性を決定するイオンがトレンチ82および84中の応力誘起材料に注入され、PチャネルMOSトランジスタ32のソース領域92およびドレイン領域94が形成される。同様に、N型の導電性を決定するイオンがトレンチ86および88中の応力誘起材料中に注入され、NチャネルMOSトランジスタ34のソース領域96およびドレイン領域98が形成される。
応力MOSデバイス30は、周知のステップ(図示せず)によって完成され得る。そのようなステップとしては、誘電材料層を蒸着するステップ、ソースおよびドレイン領域の一部を露出するように、誘電材料によって開口部をエッチングするステップ、および、ソースおよびドレイン領域と電気的に接触するように、開口部を通じて延びるメタライゼーションを形成するステップ、が挙げられる。層間絶縁材料のさらなる層、相互接続メタライゼーション層の付加的な層などは、実装される集積回路の適切な回路機能を実現するために適用され、パターニングされる。
これまでの詳細な説明では、少なくとも1つの例示的実施形態を示してきたが、当然、数多くのバリエーションが存在する。さらに、例示的実施形態は単なる例であり、いかなる方法においても本発明の範囲、応用あるいは構造を制限することを意図していない。むしろ、これまでの詳細な説明は、例示的実施形態を実装するための便利な指針を当業者に提供することになるであろう。添付の請求項およびその法的等価物に説明されているように、本発明の範囲から逸脱することなく、機能および要素の配置において様々に変更できることを理解されたい。
本発明の各種実施形態による応力がかけられたMOSデバイスとその製造方法を示した断面図である。 製造段階における応力がかけられたMOSデバイスの一部の概略的平面図である。 製造段階における応力がかけられたMOSデバイスの一部の概略的平面図である。 本発明の各種実施形態による応力がかけられたMOSデバイスとその製造方法を示した断面図である。 本発明の各種実施形態による応力がかけられたMOSデバイスとその製造方法を示した断面図である。 本発明の各種実施形態による応力がかけられたMOSデバイスとその製造方法を示した断面図である。 本発明の各種実施形態による応力がかけられたMOSデバイスとその製造方法を示した断面図である。 本発明の各種実施形態による応力がかけられたMOSデバイスとその製造方法を示した断面図である。

Claims (10)

  1. 応力がかけられたMOSデバイス(30)をシリコン基板(36)に製造する方法であって、
    前記シリコン基板(36)上にゲート絶縁層(60)を形成するステップと、
    前記ゲート絶縁層(60)上にゲート電極材料62を堆積し、対向側面(72)を有するゲート電極を形成するために、前記ゲート電極(66)の層をパターニングするステップと、
    互いに離間されて前記ゲート電極の前記対向側面に対して自己整合される前記シリコン基板の第1トレンチ(82)と、第2トレンチ(84)と、をエッチングするステップと、
    前記第1トレンチ(82)および前記第2トレンチ(84)に応力誘起材料(90)の層を選択的に成長させるステップと、
    ソース領域(92)を形成するために前記第1トレンチ(82)の前記応力誘起材料(90)に導電性を決定する不純物をイオン注入し、ドレイン領域(94)を形成するために前記第2トレンチ(84)の前記応力誘起材料(90)に導電性を決定する不純物をイオン注入するステップと、
    前記ゲート電極(66)の下方の前記ソース領域(92)と前記ドレイン領域(94)との間に延びる前記シリコン基板に複数の並列チャネル領域(50)を画定するステップと、を含む方法。
  2. 前記選択的に成長させるステップは、格子定数がシリコンの格子定数よりも大きい半導体材料を含む層をエピタキシャル成長させるステップを含む、請求項1記載の方法。
  3. 前記複数の並列チャネル領域(50)を形成するステップは、前記ソース領域(92)から前記ドレイン領域(94)にまで延びる複数の互いに離間したシャロートレンチアイソレーション領域(52)を形成するステップを含む、請求項1記載の方法。
  4. 応力がかけられたMOSデバイス(30)をシリコン基板(36)に形成する方法であって、
    前記第1領域(44)と第2領域(46)を画定するために前記シリコン基板に絶縁構造(42)を形成するステップと、
    複数のPチャネル(50)を画定するために、前記第1領域(44)の前記シリコン基板に第1の複数の並列の絶縁構造(52)を形成するステップと、
    複数のNチャネル(54)を画定するために、前記第4領域(46)の前記シリコン基板に第2の複数の並列の絶縁構造56を形成するステップと、
    前記複数のPチャネル上に第1に対向面(72)を有する第1ゲート電極(66)を形成し、前記第2の複数のNチャネル上に第2の対向面(96)を有する第2ゲート電極(68)を形成するステップと、
    前記複数のPチャネル(50)を横断する第1トレンチ(82)および第2トレンチ(84)を、前記第1ゲート電極(66)の前記第1の対向面(72)から離間した前記シリコン基板にエッチングするステップと、
    前記複数のNチャネル(54)を横断する第3トレンチ(86)および第4トレンチ(88)を、前記ゲート電極(68)の前記対向面(76)から離間したシリコン表面にエッチングするステップと、
    前記第1トレンチ(82)と第2トレンチ(84)および前記第3トレンチ(86)と第4トレンチ(88)に応力誘起材料(90)を選択的に成長させるステップと、
    P型の導電性を決定する不純物イオンを、P型のソース領域(92)を形成するために前記第1トレンチ(82)の前記応力誘起材料(90)にイオン注入するとともに、P型のドレイン領域(94)を形成するために前記第2トレンチ(84)の前記応力誘起材料(90)にイオン注入するステップと、
    N型の導電性を決定する不純物イオンを、N型のソース領域(96)を形成するために前記第3トレンチ(86)の前記応力誘起材料(90)にイオン注入するとともに、N型のドレイン領域(98)を形成するために前記第4トレンチ(88)の前記応力誘起材料にイオン注入するステップと、を含む方法。
  5. 前記選択的に応力誘起材料90を成長させるステップは、SiGe層をエピタキシャル成長させるステップを含む、請求項4記載の方法。
  6. 応力がかけられたMOSデバイス(30)を半導体基板に製造する方法であって、
    前記半導体基板に、共通のソース領域(92)、共通のドレイン領域(94)および共通のゲート電極(66)を有する複数の並列MOSトランジスタを形成するステップと、
    第1トレンチ(82)を前記半導体基板の前記共通のソース領域(92)に、かつ、第2トレンチ(84)を前記共通のドレイン領域(94)にエッチングするステップと、
    前記第1トレンチおよび前記第2トレンチに、前記半導体基板と格子が一致しない応力誘起半導体材料(90)を選択的に成長させるステップと、を含む方法。
  7. 複数の並列MOSトランジスタを形成する前記ステップは、各々が所定の幅のチャネルを有する複数の並列のMOSトランジスタを形成するステップを含む、請求項6記載の方法。
  8. 前記選択的に成長させるステップは、前記所定の幅と同じ大きさのオーダーの厚みを有する半導体材料(90)の層を選択的に成長させるステップを含む、請求項7記載の方法。
  9. 前記選択的に成長させるステップは、SiGeから構成される層を選択的に成長させるステップを含む、請求項6記載の方法。
  10. 前記複数の並列のMOSトランジスタを形成するステップは、
    アクティブエリア(44)を画定するためにシャロートレンチアイソレーション構造(42)を形成するステップと、
    共通のソース領域(82)、共通のドレイン領域(84)および複数の並列のチャネル領域(50)に前記アクティブエリア(44)を分割するステップと、を含む請求項6記載の方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102117773A (zh) * 2010-01-04 2011-07-06 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 半导体器件和使用应力记忆技术工艺制造半导体器件的方法
JP2011222770A (ja) * 2010-04-09 2011-11-04 Fujitsu Semiconductor Ltd 半導体装置の製造方法

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6921913B2 (en) * 2003-03-04 2005-07-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Strained-channel transistor structure with lattice-mismatched zone
US8407634B1 (en) * 2005-12-01 2013-03-26 Synopsys Inc. Analysis of stress impact on transistor performance
US7473623B2 (en) * 2006-06-30 2009-01-06 Advanced Micro Devices, Inc. Providing stress uniformity in a semiconductor device
JP2008117848A (ja) * 2006-11-01 2008-05-22 Nec Electronics Corp 半導体装置の製造方法
US8344447B2 (en) * 2007-04-05 2013-01-01 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Silicon layer for stopping dislocation propagation
US8877576B2 (en) * 2007-08-23 2014-11-04 Infineon Technologies Ag Integrated circuit including a first channel and a second channel
US20090072312A1 (en) * 2007-09-14 2009-03-19 Leland Chang Metal High-K (MHK) Dual Gate Stress Engineering Using Hybrid Orientation (HOT) CMOS
US7892932B2 (en) 2008-03-25 2011-02-22 International Business Machines Corporation Semiconductor devices having tensile and/or compressive strain and methods of manufacturing and design structure
US7838372B2 (en) * 2008-05-22 2010-11-23 Infineon Technologies Ag Methods of manufacturing semiconductor devices and structures thereof
KR101120174B1 (ko) * 2010-02-10 2012-02-27 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 제조 방법
US8236660B2 (en) 2010-04-21 2012-08-07 International Business Machines Corporation Monolayer dopant embedded stressor for advanced CMOS
DE102010029532B4 (de) * 2010-05-31 2012-01-26 Globalfoundries Dresden Module One Limited Liability Company & Co. Kg Transistor mit eingebettetem verformungsinduzierenden Material, das in diamantförmigen Aussparungen auf der Grundlage einer Voramorphisierung hergestellt ist
US8426278B2 (en) 2010-06-09 2013-04-23 GlobalFoundries, Inc. Semiconductor devices having stressor regions and related fabrication methods
US8299535B2 (en) 2010-06-25 2012-10-30 International Business Machines Corporation Delta monolayer dopants epitaxy for embedded source/drain silicide
CN102800700B (zh) * 2011-05-26 2015-04-29 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 晶体管及其形成方法
US9153690B2 (en) * 2012-03-01 2015-10-06 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. MOS devices with modulated performance and methods for forming the same
US9190346B2 (en) 2012-08-31 2015-11-17 Synopsys, Inc. Latch-up suppression and substrate noise coupling reduction through a substrate back-tie for 3D integrated circuits
US9817928B2 (en) 2012-08-31 2017-11-14 Synopsys, Inc. Latch-up suppression and substrate noise coupling reduction through a substrate back-tie for 3D integrated circuits
US9379018B2 (en) 2012-12-17 2016-06-28 Synopsys, Inc. Increasing Ion/Ioff ratio in FinFETs and nano-wires
US8847324B2 (en) 2012-12-17 2014-09-30 Synopsys, Inc. Increasing ION /IOFF ratio in FinFETs and nano-wires
CN103928383B (zh) * 2013-01-10 2017-05-24 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 半导体结构的形成方法和半导体结构
DE102021200720B4 (de) * 2021-01-27 2023-08-03 Infineon Technologies Ag Transistorbasierter stress-sensor und verfahren zum ermitteln einer gradienten-kompensierten mechanischen spannungskomponente
CN113892169A (zh) * 2021-08-31 2022-01-04 长江存储科技有限责任公司 半导体器件的制作方法及半导体器件

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001185721A (ja) * 1999-12-22 2001-07-06 Nec Corp 半導体装置
US20030080361A1 (en) * 2001-11-01 2003-05-01 Anand Murthy Semiconductor transistor having a stressed channel
JP2003174159A (ja) * 2001-12-03 2003-06-20 Hynix Semiconductor Inc 半導体装置の製造方法
JP2007528593A (ja) * 2003-10-20 2007-10-11 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション Si:CおよびSiGeエピタキシャル成長ソース/ドレインを用いた高性能で応力が向上されたMOSFETおよび製造方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3702985A (en) * 1969-04-30 1972-11-14 Texas Instruments Inc Mos transistor integrated matrix
US4698900A (en) * 1986-03-27 1987-10-13 Texas Instruments Incorporated Method of making a non-volatile memory having dielectric filled trenches
KR0161403B1 (ko) * 1995-03-31 1998-12-01 김광호 반도체 메모리장치 및 그 제조방법
JP4103968B2 (ja) * 1996-09-18 2008-06-18 株式会社半導体エネルギー研究所 絶縁ゲイト型半導体装置
US5801083A (en) * 1997-10-20 1998-09-01 Chartered Semiconductor Manufacturing, Ltd. Use of polymer spacers for the fabrication of shallow trench isolation regions with rounded top corners
JP3129264B2 (ja) * 1997-12-04 2001-01-29 日本電気株式会社 化合物半導体電界効果トランジスタ
CN1131557C (zh) * 2001-08-24 2003-12-17 清华大学 硅基单面加工悬浮结构微机械电感的制作方法
JP3997089B2 (ja) * 2002-01-10 2007-10-24 株式会社ルネサステクノロジ 半導体装置
TWI261358B (en) * 2002-01-28 2006-09-01 Semiconductor Energy Lab Semiconductor device and method of manufacturing the same
CN101110437B (zh) * 2002-01-28 2011-07-06 株式会社半导体能源研究所 半导体装置和制造半导体装置的方法
CN1245760C (zh) * 2002-11-04 2006-03-15 台湾积体电路制造股份有限公司 Cmos元件及其制造方法
WO2004073044A2 (en) * 2003-02-13 2004-08-26 Massachusetts Institute Of Technology Finfet device and method to make same
US6870179B2 (en) * 2003-03-31 2005-03-22 Intel Corporation Increasing stress-enhanced drive current in a MOS transistor
US7208362B2 (en) * 2003-06-25 2007-04-24 Texas Instruments Incorporated Transistor device containing carbon doped silicon in a recess next to MDD to create strain in channel
JP4444027B2 (ja) * 2004-07-08 2010-03-31 富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 nチャネルMOSトランジスタおよびCMOS集積回路装置
US7169659B2 (en) * 2004-08-31 2007-01-30 Texas Instruments Incorporated Method to selectively recess ETCH regions on a wafer surface using capoly as a mask
US7462524B1 (en) * 2005-08-16 2008-12-09 Advanced Micro Devices, Inc. Methods for fabricating a stressed MOS device
JP5063640B2 (ja) * 2009-04-27 2012-10-31 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001185721A (ja) * 1999-12-22 2001-07-06 Nec Corp 半導体装置
US20030080361A1 (en) * 2001-11-01 2003-05-01 Anand Murthy Semiconductor transistor having a stressed channel
JP2003174159A (ja) * 2001-12-03 2003-06-20 Hynix Semiconductor Inc 半導体装置の製造方法
JP2007528593A (ja) * 2003-10-20 2007-10-11 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション Si:CおよびSiGeエピタキシャル成長ソース/ドレインを用いた高性能で応力が向上されたMOSFETおよび製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102117773A (zh) * 2010-01-04 2011-07-06 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 半导体器件和使用应力记忆技术工艺制造半导体器件的方法
JP2011222770A (ja) * 2010-04-09 2011-11-04 Fujitsu Semiconductor Ltd 半導体装置の製造方法

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