TWI228827B - Strained transistor formed by isolation material having different thermal coefficient with the substrate - Google Patents

Strained transistor formed by isolation material having different thermal coefficient with the substrate Download PDF

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Description

1228827 案號 92125700 五、發明說明(1) 發明所屬之領域 本發明係有關於一種應變電晶體,特別是有關於一、種 利用熱膨脹係數不同於基底之隔離材料形成應變之互補式 金氧半電晶體(CMOS )以及雙軸應變之雙極接面電晶體 (BJT ),藉以提昇元件之效能。 先前技術 隨著半導體積體電路之集成度(integration)的& 力° ’電晶體元件尺寸亦隨之縮小化,要使電晶體元件’例
如金氧半場效電晶體(M0SFET)及雙極接面電晶體(BJT )’能在低操作電壓下,具有高驅動電流和高速的效能是 相當困難的。 為了尋求改善的方法,有人提出利用應力引發的能帶 構變型來增加載子遷移率(easier mobility),以增 二ί Ϊ的驅動電流,進而電晶體元件之效能,且此種方 雙軸3各種元件中。已有研究指*利用梦通道處於 通道處於雙軸壓縮庫::二加電子的遷移率,&利用矽鍺 傳統上,係辟:^的情況中可增加電洞的遷移率。 層或基底上磊晶^县^鬆弛的(relaxed)矽鍺(siGe) 變的矽層。然:曰,在:i f層,以製備拉伸應變或壓縮應 之前,通常需於矽伸應變或壓縮應變的矽通道層 中錯的比例χ係自長晶格逐漸變形的叫_七層,1 _9 此種方法有 0503-8134TWFl(Nl).ptc 第8頁 1228827 ---案號92125700_年月日 修正__ 五、發明說明(2) 很多缺點,要成長不同莫耳比例的sii xGex層之製程相當難 控制’相當費時,且成本相對提高。而且當Ge的莫耳比要 ^加時’所蠢晶的S Uex層之總厚度會隨之增加,因而產 生許多的穿透性差排(threading dislocation)。 因此’有人提出將碳原子合併至矽鍺層中,以利用碳 原子來減少矽鍺的晶格常數,使得矽鍺的晶格常數更接近 石夕’藉此來減少應變,並允許成長較厚的矽鍺層,以及降 低侧的擴散。但此種方法,更增加了矽鍺缓衝層的製程困 難度。 然而,結合具有拉伸應變之矽通道之NM0S電晶體以及 具有拉伸或壓縮應變之矽鍺通道之PM0S電晶體以構成CMOS 之製程技術是難以達成的。電晶體之製造上有利用如上述 厚的緩衝層或其他複雜多層結構等許多應變層製造方法, 此些方法並不易於整合到傳統之CMOS製程中或是寄生的垂 直式雙極接面電晶體(BJT )。 因此,為了製造具有高驅動電流和高速的效能之電晶 體元件,亟待針對上述問題謀求改善之道。 Βθ 發明内容 有鑑於此,本發明之目的在於提供一種利用熱膨脹係 數不同於基底之隔離材料形成應變之電晶體,其藉由膨胀、 係數大於基底及小於基底之隔離材料使CM〇s電晶體受 軸應變’以提高CMOS電晶體之驅動電流。 本發明之另一目的在於提供一種利用熱膨脹係數不同
第9頁 0503-8134TWFl(Nl).ptc 1228827 曰 修正 _ 案號 921257f)fl 五、發明說明(3) 於基底之隔離材料形成雜盖山旛纟琴 μ ά ^ m^ Π雙軸應變之雙極接面電晶體,其藉 由膨服係數大於基底或| & 曰_ A fil # ϋ ^ ; 土 &之隔離材料使雙極接面電 日日體文到雙輔應變,以接哀德枚吐 電流。 徒间雙極接面電晶體電晶體之驅動 根據上述之目的,本發明裎板 同於基底之隔離材料形用;;脹係數不 杠· Α ^ α + 應爻之互補式金氧半電晶體,包 括·一基底’基底具有-第一及—第二 晶體及一PMOS電晶體,其閘極分別以一第一方向及一M〇S = 方向設置於第一及第二主動區中;以及第一、第二、 三、第四及第五隔離材料’帛一及第二隔離材料平行設置 區Ϊ;相對邊且第I、第四及第五隔離 材科千仃5又置於第-及第二主動區之另一相對彡,以構成 一隔離區,Μ第一及第=隔離材料之膨脹係數大於基底 之膨脹係數,且第三、第四及第五隔離材料之膨脹係數小 於基底之膨脹係數。或者,第一及第二隔離材料之膨脹係 數小於基底之膨脹係數’且第三、第四及第五隔離材料之 膨脹係數大於基底之膨脹係數。再者,當第一及第二隔離 材料之膨脹係數大於基底之膨脹係數時,NM〇s電晶體之通 道方向大體垂直第一及第二隔離材料。當第一及^二隔離 材料之膨脹係數小於基底之膨脹係數時,NM〇s電晶^之通 道方向大體平行第一及第二隔離材料。 — 根據上述之另一目的’本發明提供一種利用熱膨脹係 數不同於基底之隔離材料形成雙軸應變之雙極接面電晶 體,包括··一基底,基底具有一主動區;一垂直式口叩雙 0503-8134TWFl(Nl).ptc 第10頁 1228827
極接面電晶體,設 設置於主動區周圍 係數大於基底。再 氧化錘、塊滑石、 群〇 置於主動區中;以及 以構成一隔離區,其 者,基底為矽基底且 氧化铭、礙化碎和氮 一隔離材料,環繞 中隔離材料之膨脹 隔離材料係擇自於 化矽所組成之族 又根據上述之另一目的,本發明提供一種利用熱膨脹 不同於基底之隔離材料形成雙軸應變之雙極接面電晶 體’包括·一基底,基底具有一主動區;一垂直式雙極接 面電晶體,設置於主動區中;以及一隔離材料,環繞設置 於主動區周圍以構成一隔離區,其中隔離材料之膨脹係數 小於基底。再者,基底為矽基底。 為讓本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂, 下文特舉較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如 下: 實施方式 第一實施例:具有單軸應變之CMOS電晶體 請參照第1圖,其繪示出具有單軸應變之互補式金氧 半電晶體(complementary MOS,CMOS )上視圖。標號200 係一基底,例如一矽基底或其他半導體基底。此處,係以 矽基底作範例。此基底2 0 0具有一第一主動區ΑΑι及一第二 主動區AA2。其中,一NM0S電晶體(未繪示)及一PM0S電 晶體(未繪示)分別設置於第一主動區AA1及第二主動區 AA2以構成一CMOS電晶體。標號201、20 2、203、204、及
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20 5分別表示第一、第二、第三、第四、及第五隔離材 料,其同樣藉由習知隔離技術,例如淺溝槽隔離法 (shallow trench isolation,STI),而環繞形成於第 一及第二主動區AA1及AA2周圍而構成一隔離區。標號210 及212分別表示NM〇S電晶體及PM0S電晶體之閘極。箭頭表 示第一及第二主動區AA1及AA2受到應變的方向。 在本實施例中,第一及第二隔離材料201及2〇2平行設 置於第一主動區AA1及第二主動區AA2的一相對邊,且第 三、第四及第五隔離材料2 03、204及2 05平行設置於第一 主動區AA1及第二主動區AA 2的另一相對邊。再者,第一及 第二隔離材料201及202係使用膨脹係數大於基底2〇〇膨脹 係數之材料,例如氧化锆(Zr〇2 )、塊滑石(Mg〇Si〇2 )、 氧化鋁(A 12 03 )、碳化矽(s i C )、氮化矽(s i N )等或其 他類似此性質者。第三、第四及第五隔離材料2〇3、204及 205係使用膨脹係數小於基底2〇〇膨脹係數之材料,例如氧 化石夕(Si〇2 )或其他類似此性質者。上述材料之性質列於 表一。此處,第一及第二隔離材料2〇1及2〇2可使用相同之 材質,且第三、第四及第五隔離材料2〇3、2〇4及2〇5亦可 使用相同之材質。上述材料之性質列於表一。 由於第一、第二、第三、第四及第五隔離材料2〇1、 202、203、204、205之膨脹係數不同於矽基底2〇〇,使其 在經過半導體製程中所需的高溫沉積或回火製程後,這些 隔離材料自高溫降溫時收縮速度不同於矽基底2 〇 〇,因此 會對第一及第二主動區AA1及AA2產生拉伸或壓縮應力而產
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Ht,如第1圖中箭頭所示。其中,離開主動區AM及 AA2的前頭(方向大體垂直第一及第二隔離材料2〇ι及
)表示主動區AA1&M2受到拉伸應變,且朝向主動區A 言、,則通道區的方向不論受到拉伸應變或壓縮應變,均對 通道區中電洞遷移率有所助益。如此一來,此CM〇s電晶體 便會同時受到拉伸及壓縮應變而提#CM〇s電晶體之驅動電 流0 的箭頭(方向大體垂直第三、第四及第五隔離材料 、204及205 )表示受到主動區AA1及AA2壓縮應變。此 種單軸式應變對於CM0S電晶體而言,可有效提升其通道區 的電子或電洞的遷移率(m〇biiity)。亦即,可提升cM〇s ,晶體之驅動電流。然而須注意的是,對於NM0S電晶體而 吕’其通道區的方向受到拉伸應變時’通道區電子遷移率 增加的效果優於其受到壓縮應變時;對於PM0S電晶體而 一些絕緣材質之熱膨脹係數及揚氏係數
0503-8134TWFl(Nl).ptc 第13頁 1228827 _ 案號92125700_年月日 修正 五、發明說明(7) 熱膨脹係數 α (K·1) 揚氏係數 E (GPa) 氡4匕錯(zirconiumoxide〕 l.llxlO5 200 塊滑石(steatite ;MgOSi〇2) S.OxlO-6 一 氡4匕招(aluminum oxide〕 7.7xl〇-6 390 II化紹(aluminumnitride) S.lxlO-6 380 礙化梦(siliconcarbide) 4·3χ10·6 400 II化梦〔siliconnitride) 2.8xl〇-6 ~ 3.6xl〇-6 306 梦(silicon) 2-OxlO-6 156 氡化梦〔silicon oxide) 5-OxlO·7 — 在第1圖中,NMOS閘極210及PMOS閘極212分別以一第 一方向及一第二方向設置於第一及第二主動區AA1及AA2 中,其中第一方向相同於第二方向且大體平行第一及第二 隔離材料201及2 02,使NMOS電晶體及PMOS電晶體之通道方 向大體垂直第一及第二隔離材料201及202。亦即,NMOS及 PMOS電晶體之通道區方向皆受到拉伸應變以增加NMOS通道 區中電子遷移率及PMOS通道區中電洞遷移率。 接下來,請參照第2圖’其繪示出具有單轴應變之 CMOS另一配置之上視圖。其中與第1圖相同之部件係使用 相同之標號並省略其說明。其不同於第1圖之處在於PMOS 閘極212的配置,NMOS閘極2 10及PM OS閘極212分別以一第 一方向及一第二方向設置於第一及第二主動區AA1及AA2 中,其中第一方向大體平行第一及第二隔離材料201及
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202,且第二方向大體垂直第一及第二隔離材料2〇ι及 20 2 ’使NMOS電晶體之通道方向大體垂直第一及第二隔離 材料201及202及PMOS電晶體之通道方向大體平行第一及第 二隔離材料201及202。其表示PM0S電晶體的通道區方向受 到壓縮應變。由於PMOS電晶體的通道區方向可受到拉伸^ 壓縮應變,所以,同樣可提升PM0S通道區中電洞遷移率二 接下來,請參照第3圖,其繪示出具有單軸應變之 CMOS又另一配置之上視圖。其中與第i圖相同之部件係使 用相同之標號並省略其說明。其不同於第1圖之處在於隔 離材料的配置。標號301、302、30 3、304及305分別表示 第一、第二、第三、第四、及第五隔離材料,且第一及第 二隔離材料301及302係使用膨脹係數小於基底2〇〇膨脹係 數之材料’例如氧化石夕(S i 〇2 )或其他類似此性質者。第 二、第四及第五隔離材料303、304及305係使用膨脹係數 大於基底200膨脹係數之材料,例如氧化鍅(Zr〇2 )、塊滑 石(Mg0Si02 )、氧化鋁(Al2〇3 )、碳化矽(Sic )、氮化 石夕(SiN )等或其他類似此性質者。在第3圖中,nM〇s閘極 210分別以一第一方向及一第二方向設置於第一及第二主 動區AA1及AA2中’其中第一方向相同於第二方向且大體垂 直第一及第二隔離材料301及302,使NM0S電晶體及PM0S電 晶體之通道方向大體平行第一及第二隔離材料3〇1及3〇2。 其表示NM0S電晶體之通道區方向受到來自第三及第四隔離 材料303及304之拉伸應變,且pmos閘極212之配置係表示 PM0S電晶體之通道區方向受到來自第四及第五隔離材料
0503-8134TWFl(Nl).ptc 第15頁 1228827 _案號921257Π0 年月日 條正__ 五、發明說明(9) 304及305之拉伸應變。如同第1圖所述,此種配置方式可 &升CMOS電晶體之驅動電流。此處,第一及第二隔離材料 301及3 02可使用相同之材質。同樣地,第三及第四及第五 隔離材料303、304及305亦可使用相同之材質。 接下來,請參照第4圖,其繪示出具有單軸應變之 CMOS再另一配置之上視圖。其中與第3圖相同之部件係使 用相同之標號並省略其說明。其不同於第4圖之處在於 PM0S閘極212的配置。NM0S閘極210及PM0S閘極212分別以 一第一方向及一第二方向設置於第一及第二主動區^1及 AA2中’其中第一方向大體垂直第一及第二隔離材料及 302,且第二方向大體平行第一及第二隔離材料3〇1及 302 ’使NM0S電晶體之通道方向大體平行第一及第二隔離 材料3 01及3 0 2及PM0S電晶體之通道方向大體垂直第一及第 二隔離材料3 01及302。其表示PM0S電晶體的通道區方向受 到壓縮應變。如同第2圖所述,此種配置方式亦可提升 CMOS電晶體之驅動電流。 第二實施例··具有雙轴應變之雙極接面電晶體 請參照第5圖,其緣示出具有雙軸應變之pnp雙極接面 電晶體(bipolar junction transistor, BJT)上視圖。 標號4 0 0係一基底,例如一石夕基底或其他半導體基底。此 處,係以p型矽基底作範例。此基底40 0具有一主動區,主 動區中設置有一 p型摻雜區401、一η型井區403而構成一垂 直式ρηρ雙極接面電晶體。標號4 02表示一隔離材料,其藉
0503-8134TWFl(Nl).ptc 第16頁 1228827 五、發明說明(10) .由習知隔離技術’例如淺溝槽隔離法(shallow trench :。區I'uw STI) ’而環繞形成於主動區周圍而構成一隔 在本實施例中,隔離材料402可使用膨脹係數大於基 ,00膨服係數之材料,例如氧化銼(Zr02 )、塊滑石 Mg〇SiO#2 )、、氧化銘(Μ〗% )、碳化矽(以)、氮化矽 S、i N )等或其他類似此性質者。使叩p雙極接面電晶體於 上視面之面内(ln〜plane)方向受到雙軸拉伸應變(如實 線箭頭方向所示),而在面外(〇ut-〇f —plane)方向受 到壓縮應變。另外,隔離材料4〇2亦可使用膨服係數小於 基底4 0 0膨脹係數之材料,例如氧化矽(§丨A )或其他類似 此性質者。使pnp雙極接面電晶體於上視面之面内 (in-plane)方向受到雙轴壓縮應變(如虛線箭頭方向所 不),而在面外(out — of —plane)方向受到拉伸應變。 由於主動區中的電洞無論受到拉伸或壓縮應變均可增 加其遷移率。因此,作為pnp雙極接面電晶體基極(base )的η型井區40 3中,少數載子(電洞)的遷移率可增加 而提升pnp雙極接面電晶體之驅動電流。 接下來,請參照第6圖,其繪示出具有雙軸應變之npn 雙極接面電晶體上視圖。標號500係一基底,例如一矽基 底或其他半導體基底。此處,係以p型矽基底作範例。此 基底500具有一主動區,主動區中設置有一 n型摻雜區 501、一ρ型井區50 3及一 η型深井區5〇5而構成一垂直\ηρη 雙極接面電晶體。標號502表示一隔離材料,其藉由習知 0503-8134TWFl(Nl).ptc 第17頁 921257nn 1228827 修正 年 月 曰 五、發明說明(11) 隔離技術’例如淺溝槽隔離法(shaU〇w trench isolation,STI),而環繞形成於主動區周圍而構成一 離區。 在本實施例中’隔離材料5 02係使用膨脹係數小於基 底5 00膨脹係數之材料,例如氧化矽(Si〇2 )或其他類似此 性質者。使ηρη雙極接面電晶體於上視面之面内 (in-plane )方向受到雙軸壓縮應變(如箭頭方向所示 ,而在面外(out-〇f -plane )方向受到拉伸應變。 •率由的電子受到拉伸應變均可有效增加其遷 型ί區二Ληρη雙極接面電晶體基極(base)的p
乂載子(電子)的遷移率可增加而提升 ηρη雙極接面電晶體之驅動電流。 * V 根據本發明之熱膨脹择I _ 應變之電晶體之方②,可二==之隔離材料形成 程成本。另-方面;;ί:::易施行,可有效降低製 ”、能應用於關。S電石夕,產生應變 晶體而言,本發明可進一牛軟 日曰體及ηρη雙極接面電 用於㈣雙極接面電晶體/製整作5 W刪電晶體之製作及應 雖然本發明已以較佳實施例 限定本發明,任何熟習此項技蓺 ’、然其並非用以 神和範圍内,當可作更動盥:职不脫離本發明之精 當視後附之申請專利範圍;斤界定者本發明之保護範圍 0503-81341Wl(Nl).ptc 1228827
▲ 第1圖係繪示出根據本發明第一實施例之具有單軸應 變之互補式金氧半電晶體上視圖。 第2圖係緣示出根據本發明第一實施例之具有單轴應 變之CMOS另一配置之上視圖。 第3圖係繪示出根據本發明第一實施例之具有單轴應 變之CMOS又另一配置之上視圖。 第4圖係繪示出根據本發明第一實施例之具有單軸應 變之CMOS再另一配置之上視圖。 ▲ 第5圖係繪示出根據本發明第二實施例之具有雙軸應 變之pnp雙極接面電晶體上視圖。 第6圖係繪示出根據本發明第二實施例之具有雙轴應 變之npn雙極接面電晶體上視圖。 符號說明 200、 400、500 〜基底; 201、 301〜第一隔離材料; 202、 302〜第二隔離材料; 203、 303〜第三隔離材料; 204、 304〜第四隔離材料; 205、 305〜第五隔離材料; 212〜PM0S閘極; 4〇2、502〜隔離材料; 501〜 505〜 21 0〜NM0S閘極; 401〜P型摻雜區 403〜N型井區; 50 3〜P型井區; 501〜N型摻雜區; 505〜N型深井區’·
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Claims (1)

1228827 案號 92125700_-—-隻正__f · 六、申請專利範圍 於基底之隔離材料形成應變之彡補式金氧半電晶體,其中 該隔離區係一淺溝槽隔離區。 5 ·如申請專利範圍第1項所述之利用熱膨脹係數不同 於基底之隔離材料形成應變之彡補式金氧半電晶體,其中 該基底為石夕基底。 6 ·如申請專利範圍第1項所述之利用熱膨脹係數不同 於基底之隔離材料形成應變之彡補式金氧半電晶體,其中 該第一隔離材料係擇自於氧化锆、塊滑石、氧化鋁、碳化 矽和氮化矽所組成之族群。
7·如申請專利範圍第1項所述之利用熱膨脹係數不同 於基底之隔離材料形成應變之立補式金氧半電晶體,其中 該第二隔離材料係擇自於氧化错、塊滑石、氧化鋁、碳化 矽和氮化矽所組成之族群。 8· 於基底 該第三 9· 於基底 該第四 10 於基底 該第五 11 應變之 如申請專利範圍第1項所述之利用熱膨脹係數不同 之隔離材料形成應變之互補式金氧半電晶體,其^ 隔離材料係由氧化石夕所組成。 如申睛專利範圍第1項所述之利用熱膨脹係數不同 之隔離材料形成應變之互補式金氧半苴 隔離材料係由氧化矽所組成。
•如/明專利範圍第1項所述之利用熱膨脹係數不戸 :::材料形成應變之互補式金氧半電晶體,其4 隔離材料係由氧化矽所組成。 ·$、±種/>]2用熱膨脹係數不同於基底之隔離材料形成 互補式金氧半電晶體,包括:
0503-8134TWFl(Nl).ptc 第22頁 1228827 _案號92125700 A 月曰_ 六、申請專利範圍 一基底,該基底具有一第一及一第二主動區; 一NMOS電晶體及一PMOS電晶體,其閘極分別以一第一 方向及一第二方向設置於該第〆及該第二主動區中;以及 第一、第二、第三、第四及第五隔離材料,該第一及 該第二隔離材料平行設置於該第一及該第二主動區之一相 對邊且該第二、該第四及該第五隔離材料平行設置於該第 一及該第^一主動區之另一相對邊’以構成一隔離區,其中 該第一及該第二隔離材料之膨脹係數小於該基底之膨脹係 數’且該第三、該第四及該第五隔離材料之膨脹係數大於 該基底之膨脹係數。 1 2.如申請專利範圍第丨丨項所述之利用熱膨脹係數不 同於基底之隔離材料形成應變之互補式金氧半電晶體,其 中該第一方向相同於該第二方向且大體垂直該第一及該第 二隔離材料,使該NM0S電晶體及該pM〇s電晶體之通道方向 大體平行該第一及該第二隔離材料。 1 3 ·如申請專利範圍第i i項所述之利用熱膨脹係數不 同於基底之隔離材料形成應變之互補式金氧半電晶體,豆 ^該第一方向大體垂直該第一及該第二隔離材料,且該^ : = 體平仃該第一及該第二隔離材料,使該NM0S電晶 = 向大體平行該第一及該第二隔離材料,且該 p:s電曰曰體之通道方向大體垂直該第一及該第二隔離材
1228827 ------裝號 92125700 $ 日 j 你 π:_ · 六、申請專職目 "" ' 〜— 中該隔離區係一淺溝槽隔離區。 • 1 5·如申請專利範圍第丨丨項所述之利用熱膨脹係數不 同於基底之隔離材料形成應變之立補式金氧半電晶體,其 中該基底為石夕基底。 一 16·如申請專利範圍第11項所述之利用熱膨脹係數不 同於基底之隔離材料形成應變之立補式金氧半電晶體,其 中該第一隔離材料係由氧化矽所組成。 1 7.如申請專利範圍第丨丨項所述之利用熱膨脹係數不 同於基底之隔離材料形成應變之互補式金氧半電晶體,其 中該第二隔離材料係由氧化石夕所組成。 _ 1 8·如申請專利範圍第11項所述之利用熱膨脹係數不 同於基底之隔離材料形成應變之互補式金氧半電晶體,其 中該第二隔離材料係擇自於氧化锆、塊滑石、氧化鋁、碳 化矽和氮化矽所組成之族群。 一 19 ·如申請專利範圍第11項所述之利用熱膨脹係數不 同於基底之隔離材料形成應變之互補式金氧半電晶體,其 中該第四隔離材料係擇自於氧化锆、塊滑石、氧化鋁、碳 化矽和氮化矽所組成之族群。 2 0 ·如申叫專利範圍第11項所述之利用熱膨脹係數不 同於基底之隔離材料形成應變之互補式金氧半電晶體,其 中該第五隔離材料係擇自於氧化锆、塊滑石、 化石夕和氮化矽所組成之族群。 氧化紹反 21. —種利用熱膨脹係數不同於基底之隔離材料形成 雙轴應變之雙極接面電晶體,包括:
0503-8134TWFl(Nl).ptc 第24頁 1228827 --— 案號 9212B700___年月日__修正___# 六、申請專利範圍 一基底,該基底具有一主動區; 一垂直式pnp雙極接面電晶體,設置於該主動區中; 以及 一隔離材料,環繞設置於該主動區周圍以構成一隔離 區’其中該隔離材料之膨脹係數大於該基底。 22·如申請專利範圍第2 1項所述之利用熱膨脹係數不 同於基底之隔離材料形成雙軸應變之雙極接面電晶體,其 中該隔離區係一淺溝槽隔離區。 一 23·如申請專利範圍第2 1項所述之利用熱膨脹係數不 同於基底之隔離材料形成雙軸應變之雙極接面電晶體,其 中該基底為矽基底。 一 24·如申請專利範圍第21項所述之利用熱膨脹係數不 同於基底之隔離材料形成雙軸應變之雙極操面電晶體,其 中該隔離材料係擇自於氧化銼、塊滑石、氧化鋁、碳化矽 和氮化矽所組成之族群。 2 5·種利用熱膨脹係數不同於基底之隔離材料形成 雙轴應變之雙極接面電晶體,包括: 一基底,該基底具有一主動區; -垂直式雙極接面電晶體,言史置於該主動區中;以及 :隔離材料,環繞設置於該主動區周圍以構成一隔離 ,、中該隔離材料之膨脹係數小於該基底。 η於m請Λ利範圍第25項所述之利用熱膨服係數不 料形成雙軸應變之雙極接面電晶體,其 中該隔離&係一淺溝槽隔離區。
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Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6828211B2 (en) * 2002-10-01 2004-12-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Shallow trench filled with two or more dielectrics for isolation and coupling or for stress control
US7220656B2 (en) * 2003-04-29 2007-05-22 Micron Technology, Inc. Strained semiconductor by wafer bonding with misorientation
US7115480B2 (en) * 2003-05-07 2006-10-03 Micron Technology, Inc. Micromechanical strained semiconductor by wafer bonding
US7439158B2 (en) * 2003-07-21 2008-10-21 Micron Technology, Inc. Strained semiconductor by full wafer bonding
US7078742B2 (en) * 2003-07-25 2006-07-18 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Strained-channel semiconductor structure and method of fabricating the same
US7112495B2 (en) * 2003-08-15 2006-09-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Structure and method of a strained channel transistor and a second semiconductor component in an integrated circuit
US7888201B2 (en) 2003-11-04 2011-02-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor-on-insulator SRAM configured using partially-depleted and fully-depleted transistors
US7528051B2 (en) * 2004-05-14 2009-05-05 Applied Materials, Inc. Method of inducing stresses in the channel region of a transistor
US8158488B2 (en) 2004-08-31 2012-04-17 Micron Technology, Inc. Method of increasing deposition rate of silicon dioxide on a catalyst
JP2006120953A (ja) * 2004-10-22 2006-05-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
US7262484B2 (en) * 2005-05-09 2007-08-28 International Business Machines Corporation Structure and method for performance improvement in vertical bipolar transistors
US7488670B2 (en) * 2005-07-13 2009-02-10 Infineon Technologies Ag Direct channel stress
US20070023795A1 (en) * 2005-07-15 2007-02-01 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device and method of fabricating the same
WO2007035660A1 (en) * 2005-09-20 2007-03-29 Applied Materials, Inc. Method to form a device on a soi substrate
KR100977487B1 (ko) * 2005-12-19 2010-08-23 후지쯔 가부시끼가이샤 반도체 장치 및 그 반도체 장치의 제조 방법
US7678630B2 (en) * 2006-02-15 2010-03-16 Infineon Technologies Ag Strained semiconductor device and method of making same
US7544584B2 (en) 2006-02-16 2009-06-09 Micron Technology, Inc. Localized compressive strained semiconductor
US8294224B2 (en) * 2006-04-06 2012-10-23 Micron Technology, Inc. Devices and methods to improve carrier mobility
US20070281432A1 (en) * 2006-05-30 2007-12-06 Matthias Goldbach Transistor and method of providing interlocking strained silicon on a silicon substrate
US7485544B2 (en) * 2006-08-02 2009-02-03 Micron Technology, Inc. Strained semiconductor, devices and systems and methods of formation
US7968960B2 (en) * 2006-08-18 2011-06-28 Micron Technology, Inc. Methods of forming strained semiconductor channels
US8558278B2 (en) 2007-01-16 2013-10-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Strained transistor with optimized drive current and method of forming
US7466008B2 (en) * 2007-03-13 2008-12-16 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. BiCMOS performance enhancement by mechanical uniaxial strain and methods of manufacture
JP2008262954A (ja) * 2007-04-10 2008-10-30 Toshiba Corp 半導体装置
US7745847B2 (en) * 2007-08-09 2010-06-29 United Microelectronics Corp. Metal oxide semiconductor transistor
JP2009123890A (ja) * 2007-11-14 2009-06-04 Sharp Corp 半導体装置及びその製造方法
US7943961B2 (en) 2008-03-13 2011-05-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Strain bars in stressed layers of MOS devices
US7808051B2 (en) 2008-09-29 2010-10-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Standard cell without OD space effect in Y-direction
US8390079B2 (en) 2010-10-28 2013-03-05 International Business Machines Corporation Sealed air gap for semiconductor chip
CN102456576B (zh) * 2010-10-29 2015-07-22 中国科学院微电子研究所 应力隔离沟槽半导体器件及其形成方法
US20120199886A1 (en) * 2011-02-03 2012-08-09 International Business Machines Corporation Sealed air gap for semiconductor chip
US10056395B2 (en) * 2016-03-29 2018-08-21 Macronix International Co., Ltd. Method of improving localized wafer shape changes
US9882051B1 (en) 2016-09-15 2018-01-30 Qualcomm Incorporated Fin field effect transistors (FETs) (FinFETs) employing dielectric material layers to apply stress to channel regions
WO2020127041A1 (en) * 2018-12-21 2020-06-25 Abb Power Grids Switzerland Ag Silicon carbide power device with mos structure and stressor

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3258210B2 (ja) * 1995-08-31 2002-02-18 株式会社東芝 埋込素子分離基板およびその製造方法
US5773329A (en) 1996-07-24 1998-06-30 International Business Machines Corporation Polysilicon grown by pulsed rapid thermal annealing
KR100230431B1 (ko) 1997-07-25 1999-11-15 윤종용 2 종류의 산화막을 사용하는 트렌치 소자 분리 방법
US6297128B1 (en) 1999-01-29 2001-10-02 Vantis Corporation Process for manufacturing shallow trenches filled with dielectric material having low mechanical stress
JP2000243854A (ja) 1999-02-22 2000-09-08 Toshiba Corp 半導体装置及びその製造方法
KR100382728B1 (ko) * 2000-12-09 2003-05-09 삼성전자주식회사 얕은 트렌치 아이솔레이션 구조를 갖는 반도체 디바이스및 그 제조방법
KR100346845B1 (ko) * 2000-12-16 2002-08-03 삼성전자 주식회사 반도체 장치의 얕은 트렌치 아이솔레이션 형성방법
US6653200B2 (en) * 2001-01-26 2003-11-25 Applied Materials, Inc. Trench fill process for reducing stress in shallow trench isolation
US6657276B1 (en) * 2001-12-10 2003-12-02 Advanced Micro Devices, Inc. Shallow trench isolation (STI) region with high-K liner and method of formation
US6680240B1 (en) * 2002-06-25 2004-01-20 Advanced Micro Devices, Inc. Silicon-on-insulator device with strained device film and method for making the same with partial replacement of isolation oxide
US6828211B2 (en) * 2002-10-01 2004-12-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Shallow trench filled with two or more dielectrics for isolation and coupling or for stress control
US6717216B1 (en) * 2002-12-12 2004-04-06 International Business Machines Corporation SOI based field effect transistor having a compressive film in undercut area under the channel and a method of making the device
US6882025B2 (en) * 2003-04-25 2005-04-19 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Strained-channel transistor and methods of manufacture

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