SRB弹性松弛的方法及结构与流程

本发明涉及具有应变松弛缓冲层(strainrelaxedbuffer；srb)的半导体装置制造方法。本发明尤其适用于鳍式场效应晶体管(fin-typefieldeffecttransistor；finfet)的鳍片的形成。

背景技术：

通过早期硅锗(sige)外延(epi)切口制程形成finfet装置，提供实现无缺陷弹性松弛的机会。一种选择是使用伪切口。不过，伪切口需要额外的掩膜并引入若干设计限制，以防止沟道落入切口区域。第二种选择是首先使用平行于鳍片方向(findirection；fh)的切口掩膜并接着使用垂直于鳍片方向(fc)的切口掩膜。不过，以该fh切口掩膜开始可因蚀刻负载效应而损伤鳍片的端部。因此，位于阵列的端部的鳍片相对于朝向阵列的中心的鳍片会具有不同的关键尺寸(criticaldimension；cd)或轮廓。

因此，需要支持均匀的鳍片关键尺寸及轮廓而无需额外掩膜或引入显着设计限制的方法及所得装置。

技术实现要素：

本发明的一个方面是一种首先用垂直于后续鳍片方向的切口掩膜并接着用平行于该鳍片方向的切口掩膜形成srbfinfet鳍片的方法。

本发明的另一个方面是一种具有无缺陷弹性松弛及均匀鳍片关键尺寸及轮廓的srbfinfet装置。

本发明的额外方面以及其它特征将在下面的说明中阐述，且本领域的普通技术人员在检查下文以后将在某种程度上清楚该些额外方面以及其它特征，或者该些额外方面以及其它特征可自本发明的实施中获知。本发明的优点可如所附权利要求中所特别指出的那样来实现和获得。

依据本发明，一些技术效果可通过一种方法在某种程度上实现。该方法包括：在硅(si)衬底上形成sigesrb；在该sigesrb上方形成si层；在该si层中彼此相邻形成n型场效应晶体管(nfet)沟道与sigep型fet(pfet)沟道；在该nfet及pfet沟道上方形成氮化硅(sin)层；向下穿过该sin层、各别该nfet及pfet沟道以及该sigesrb至该si衬底形成第一及第二切口，该第一及第二切口形成于该si衬底的相对端部上并垂直于该nfet及pfet沟道；穿过该sin层及该nfet及pfet沟道在该sigesrb中形成鳍片，该些鳍片垂直于该第一及第二切口形成；在该些鳍片之间形成第一氧化物层；在该nfet与pfet沟道之间向下至该sigesrb中形成第三切口，该第三切口平行于该些鳍片形成，并用第二氧化物层填充该第三切口；向下凹入该第一及第二氧化物层至该sigesrb；以及移除该sin层。

本发明的方面包括形成具有10％至30％的锗(ge)浓度的该sigesrb。其它方面包括形成该sigesrb至1000埃至2500埃的厚度。另外的方面包括形成该si层至25纳米(nm)至45纳米的厚度。另一个方面包括通过以下方式形成该nfet及pfet沟道：在该si层中执行阱注入；掩蔽该si层的部分，该掩蔽部分形成该nfet沟道；向下蚀刻该si层的其余部分至该sigesrb；以及邻近该nfet沟道在该sigesrb上形成sige层，该sige层形成该pfet沟道。额外的方面包括形成具有30％至60％的锗浓度的该sigepfet沟道。其它方面包括通过以下方式形成该多个鳍片：在该sin层上方形成第三氧化物层，该第三氧化物层填充该第一及第二切口；向下平坦化该第三氧化物层至该sin层；向下凹入该第三氧化物层至该nfet及pfet沟道的上表面；移除该sin层；在该第三氧化物层以及nfet及pfet沟道上方形成第二sin层；执行光刻及蚀刻制程以在该第二sin层中定义鳍片图案；以及蚀刻该鳍片图案之间的该nfet及pfet沟道以及该sigesrb的部分。另外的方面包括：在形成该第三切口之前向下平坦化该第一氧化物层至该sin层；以及在凹入该第一及第二氧化物层之前向下平坦化该第二氧化物层至该sin层。额外的方面包括该第三切口移除单个nfet鳍片及单个pfet鳍片，该单个nfet与pfet鳍片彼此相邻。

本发明的另一个方面是一种方法，其包括：在si衬底上形成sigesrb；在该sigesrb上方形成第一sin层；穿过该sin层及sigesrb形成第一及第二切口，该第一及第二切口形成于该si衬底的相对端部上；用第一氧化物层填充该第一及第二切口；移除该第一sin层；在该sigesrb上形成si层；在该si层中彼此相邻形成nfet沟道与sigepfet沟道；在该nfet及pfet沟道以及第一氧化物层上方形成第二sin层；穿过该第二sin层及该nfet及pfet沟道在该sigesrb中形成鳍片，该些鳍片垂直于该第一及第二切口形成；在该些鳍片之间形成第二氧化物层；在该nfet与pfet沟道之间向下至该sigesrb中形成第三切口，该第三切口平行于该些鳍片形成，并用第二氧化物填充该第三切口；以及向下凹入该第二及第三氧化物层至该sigesrb。

方面包括形成具有10％至30％的锗(ge)浓度的该sigesrb。其它方面包括形成该sigesrb至1000埃至2500埃的厚度。另外的方面包括形成该第一sin层至10纳米至50纳米的厚度。额外的方面包括：向下平坦化该第一氧化物层至该第一sin层；向下凹入该氧化物层至该sigesrb的上表面；以及在形成该si层之前移除该sin层。另一个方面包括通过以下方式形成该nfet及pfet沟道：在该si及氧化物层上方形成第三sin层；掩蔽该第三sin层及该si层的部分，该si层的该部分形成该nfet沟道；向下蚀刻该第三sin层及该si层的其余部分至该sigesrb；与该si层相邻并共面在该sigesrb上形成sige层，该sige层形成该pfet沟道；以及移除该第三sin层。其它方面包括通过以下方式形成该些鳍片：在该第二sin层上方形成第三氧化物层；向下平坦化该第三氧化物层至该第二sin层；执行光刻及蚀刻制程以在该第二sin层中定义鳍片图案；以及蚀刻该鳍片图案之间的该nfet及pfet沟道以及该sigesrb的部分。另外的方面包括：在形成该第三切口之前平坦化该第二氧化物层；以及在凹入该第二及第三氧化物层以后移除该第二sin层。额外的方面包括该第三切口移除单个nfet鳍片及单个pfet鳍片，该单个nfet与pfet鳍片彼此相邻。

本发明的另一个方面是一种finfet装置，其包括：形成于si衬底上的sigesrb；形成于该sigesrb的部分上的sinfet沟道；形成于该sigesrb的其余部分上的sigepfet沟道，该sinfet沟道与该sigepfet沟道横向隔开；相应由该sigesrb及该sinfet沟道与sigepfet沟道形成的多个nfet及pfet鳍片；以及形成于该些鳍片周围及该些鳍片之间向上至该sinfet及sigepfet沟道的氧化物层。该装置的方面包括该sigesrb具有10％至30％的锗(ge)浓度，且该sigepfet沟道具有30％至60％的ge浓度。

本领域的技术人员从下面的详细说明中将很容易了解额外的方面以及技术效果，在该详细说明中，通过示例拟执行本发明的最佳模式来简单说明本发明的实施例。本领域的技术人员将意识到，本发明支持其它及不同的实施例，且其数个细节支持在各种显而易见的方面的修改，所有这些都不背离本发明。相应地，附图及说明将被看作说明性质而非限制性质。

附图说明

附图中的图形示例显示(而非限制)本发明，附图中类似的附图标记表示类似的元件，且其中：

图1a、1b及1c至9a、9b及9c分别示意显示依据一个示例实施例用以形成具有无缺陷弹性松弛以及均匀鳍片关键尺寸及轮廓的srbfinfet装置的流程的两个剖视图及一个顶视图；以及

图10a、10b及10c至21a、21b及21c分别示意显示依据另一个示例实施例用以形成具有无缺陷弹性松弛以及均匀鳍片关键尺寸及轮廓的srbfinfet装置的流程的两个剖视图及一个顶视图。

具体实施方式

在下面的说明中，出于解释目的，阐述许多具体细节来提供有关示例实施例的充分理解。不过，应当很清楚，可在不具有这些具体细节或者具有等同布置的情况下实施示例实施例。在其它例子中，以方块图形式显示已知的结构及装置，以避免不必要地模糊示例实施例。此外，除非另外指出，否则说明书及权利要求中所使用的表示组分的量、比例及数值属性，反应条件等的所有数字将被理解为通过术语“大约”在所有情况下被修饰。

本发明处理并解决当前利用早期sige外延切口制程形成finfet装置所伴随的额外掩膜及显着设计限制以及/或者不均匀鳍片关键尺寸或分布的问题。本发明通过使用垂直于后续鳍片方向的切口掩膜并接着使用平行于该鳍片方向的切口掩膜来解决此类问题。

依据本发明的实施例的方法包括在si衬底上形成sigesrb。在该sigesrb上方形成si层，以及在该si层中彼此相邻形成nfet沟道及sigepfet沟道。在该nfet及pfet沟道上方形成sin层。向下穿过该sin层、各别该nfet及pfet沟道以及该sigesrb至该si衬底形成第一及第二切口，该第一及第二切口形成于该si衬底的相对端部上并垂直于该nfet及pfet沟道。接着，穿过该sin层及该nfet及pfet沟道在该sigesrb中形成鳍片，该些鳍片垂直于该第一及第二切口形成。在该些鳍片之间形成第一氧化物层，以及在该nfet与pfet沟道之间向下至该sigesrb中形成第三切口，该第三切口平行于该些鳍片形成。用第二氧化物层填充该第三切口。向下凹入该第一及第二氧化物层至该sigesrb，以及移除该sin层。

本领域的技术人员从下面的详细说明中将很容易了解其它方面、特征以及技术效果，在该详细说明中，简单地通过示例所考虑的最佳模式来显示并说明优选实施例。本发明支持其它及不同的实施例，且其数个细节支持在各种显而易见的方面的修改。相应地，附图及说明将被看作示例性质而非限制。

图1a、1b及1c至9a、9b及9c分别示意显示依据一个示例实施例用以形成具有无缺陷弹性松弛以及均匀鳍片关键尺寸及轮廓的srbfinfet装置的流程。图1a至9a分别显示沿线1a-1a至9a-9a’的剖视图，图1b至9b分别显示沿线1b-1b’至9b-9b’的剖视图，以及图1c至9c显示顶视图。请参照图1a至1c，在si衬底103上(例如通过外延生长)形成sigesrb101。sigesrb101可经形成而例如具有10％至30％的ge浓度(例如25％)，并达1000埃至2500埃的厚度。接着，在sigesrb101上方(也外延)形成si层105，至例如25纳米至45纳米的厚度。通过执行阱注入(wellimplant)在si层105下方可形成n阱及p阱区以及穿通停止区域(出于说明方便未显示)。可使用磷(p)、氟化硼(bf)或硼(b+)进行阱注入，例如采用10e13量级的剂量以及几至几十千电子伏特(kev)的能量。

在si层105中形成nfet及pfet沟道，如图2a、2b及2c中所示。在si层105的部分上方设置掩膜(出于说明方便未显示)，然后将si层105的其余部分向下蚀刻至sigesrb101(出于说明方便未显示)。接着，与si层105相邻并共面在sigesrb101上(例如通过外延生长)形成sige层(出于说明方便未显示)。si层105的该保留部分形成nfet沟道105’，且该sige层形成pfet沟道201。该sige层可经形成而例如具有30％至60％的ge浓度，例如50％。

请参照图3a、3b及3c，分别在nfet及pfet沟道105’及201上方形成sin层301。接着，在该些沟道的两端向下穿过sin层301、各别nfet及pfet沟道105’及201以及sigesrb101至si衬底103制作fc切口。该些fc切口分别垂直于nfet及pfet沟道105’及201形成，且各fc切口可经形成而例如具有20纳米至100纳米的宽度。通过引入该fc切口，srb层101沿aa’方向弹性松弛，其可在nfet沟道105’生成拉伸应力并在pfet沟道201中生成压缩应力。

接着，在sin层301上方形成氧化物层401，该氧化物层填充该些fc切口并例如通过化学机械抛光(chemicalmechanicalpolishing；cmp)被向下平坦化至sin层301，如图4a、4b及4c中所示。请参照图5a、5b及5c，向下凹入氧化物层401至各别nfet及pfet沟道105’及201的上表面并剥离sin层301。接着，分别在氧化物层401以及nfet及pfet沟道105’及201上方形成sin层501。执行光刻及蚀刻制程，例如侧壁图像转移第二分解(sit2)(出于说明方便未显示)，以在sin层501中定义鳍片图案。

接着，例如通过反应离子蚀刻(reactiveionetching；rie)sin层501中的该鳍片图案之间的各别nfet及pfet沟道105’及201以及sigesrb101的部分来形成鳍片，如图6a、6b及6c中所示。例如，该些鳍片可经形成而具有6纳米至15纳米的个别宽度且该些鳍片之间具有15纳米至45纳米的间距。未被蚀刻的sigesrb101的该部分可具有例如150纳米至2微米(um)的厚度。在蚀刻各别nfet及pfet沟道105’及201以及sigesrb101的该部分以后，沿aa’方向的nfet沟道105’中的拉伸应力以及pfet沟道201中的压缩应力保留，且该些应力沿bb’方向松弛。

请参照图7a、7b及7c，在该些鳍片上方及之间形成氧化物层701并例如通过cmp将其向下平坦化至sin层501。接着，在nfet与pfet沟道105’与201之间向下至sigesrb101形成fh切口，如图8a、8b及8c中所示。该fh切口平行于该些鳍片形成并消耗例如单个nfet沟道鳍片及单个pfet沟道鳍片。

接着，在氧化物层701及sin层501上方以及在该fh切口(出于说明方便未显示)中形成氧化物层901并例如通过cmp将其向下平坦化至sin层501。接着，将氧化物层701及901向下凹入至sigesrb101的上表面，并例如通过使用热磷移除sin层501，如图9a、9b及9c中所示(从而显露该些si鳍片)。

图10a、10b及10c至21a、21b及21c分别示意显示依据另一个示例实施例用以形成具有无缺陷弹性松弛以及均匀鳍片关键尺寸及轮廓的srbfinfet装置的流程。图10a至21a分别显示沿线10a-10a’至21a-21a’的剖视图，图10b至21b分别显示沿线10b-10b’至21b-21b’的剖视图，以及图10c至21c显示顶视图。请参照图10a至10c，在si衬底1003上(例如通过外延生长)形成sigesrb1001。sigesrb1001可经形成而例如具有10％至30％的ge浓度，例如25％，且达1000埃至2500埃的厚度。接着，在sigesrb1001上方形成sin层1005，至例如10纳米至50纳米的厚度。

请参照图11a、11b及11c，在该些沟道的两端向下穿过sin层1005及sigesrb1001至si衬底1003制作fc切口。该些fc切口垂直于后续形成的鳍片形成，且各fc切口可经形成而例如具有20纳米至100纳米的宽度。通过引入该fc切口，srb层1001沿该aa’方向弹性松弛。

接着，在sin层1005上方形成氧化物层1201，该氧化物层填充该些fc切口并例如通过cmp被向下平坦化至sin层1005，如图12a、12b及12c中所示。接着，向下凹入氧化物层1201至sigesrb1001的上表面，以及移除sin层1005，如图13a、13b及13c中所示。通过执行阱注入，在sigesrb1001中可形成n阱区及p阱区以及穿通停止区(出于说明方便未显示)。可再使用p、bf或b+用于阱注入，例如采用10e13量级的剂量以及几至几十kev的能量。

请参照图14a、14b及14c，在sigesrb1001上(例如通过外延生长)形成si层1401。可例如形成si层1401至30纳米至45纳米的厚度。该si层将因其生长于松弛srb层1001上而具有拉伸应力，这有利于nfet电子迁移率。接着，在si层1401及氧化物层1201上方形成sin衬里1501，如图15a、15b及15c中所示。sin衬里1501可例如形成至3纳米至30纳米的厚度。

接着，在sin衬里1501的部分上方设置掩膜(出于说明方便未显示)。然后，向下蚀刻sin衬里1501的其余部分以及下方si层1401至sigesrb1001(也出于说明方便未显示)。接着，与保留si层1401相邻并共面在sigesrb层1001上(例如通过外延生长)形成sige层(出于说明方便未显示)。si层1401的保留部分形成nfet沟道1401’且该sige层形成pfet沟道1601，如图16a、16b及16c中所示。该sige层可经形成而例如具有30％至60％的ge浓度，例如50％，且该sige层的质量可好于图2a、2b及2c的形成制程，因为下方的sigesrb1001已被该fc切口松弛。该sige层将因其生长于松弛sigesrb层1001上而具有压缩应力，这有利于pfet空穴迁移率。

请参照图17a、17b及17c，剥离sin衬里1501并在各别nfet及pfet沟道1401’及1601上方形成新的sin层1701。接着，在sin层1701上方形成氧化物层1703并接着例如通过cmp将其向下平坦化至sin层1701。

与图5a、5b及5c至6a、6b及6c类似，执行光刻及蚀刻制程，例如sit2(出于说明方便未显示)，以在sin层1701中定义鳍片图案。接着，例如通过在该鳍片图案之间的各别nfet及pfet沟道1401’及1601以及sigesrb1001的部分中的rie来形成该些鳍片，如图18a、18b及18c中所示。该些鳍片可经形成而例如具有6纳米至15纳米的个别宽度且该些鳍片之间具有15纳米至45纳米的间距。未被蚀刻的sigesrb1001的该部分可具有例如150纳米至2纳米的厚度。在该鳍片rie以后，应力沿aa’方向保持于各别nfet及pfet沟道1401’及1601中，并沿bb’方向松弛。

请参照图19a、19b及19c，与图7a、7b及7c类似，在该些鳍片上方及之间形成氧化物层1901并接着例如通过cmp将其向下平坦化至sin层1701。接着，在nfet与pfet沟道1401’与1601之间向下至sigesrb1001形成fh切口，如图20a、20b及20c中所示。该fh切口平行于该些鳍片形成并消耗例如单个nfet沟道鳍片及单个pfet沟道鳍片。

接着，在氧化物层1901及sin层1701上方以及该fh切口中形成氧化物层2101(出于说明方便未显示)并例如通过cmp将其向下平坦化至sin层1701。接着，将氧化物层1901及2101向下凹入至sigesrb1001的上表面，且例如通过使用热磷移除sin层1701，如图21a、21b及21c中所示。

本发明的实施例可实现数个技术效果，包括形成具有无缺陷弹性松弛及均匀鳍片关键尺寸及轮廓的srbfinfet装置而无需额外掩膜或引入显着设计限制。本发明的实施例适于各种工业应用，例如微处理器、智能电话、移动电话、蜂窝手机、机顶盒、dvd记录器及播放器、汽车导航、打印机及周边设备、网络及电信设备、游戏系统，以及数字相机。因此，本发明对于finfet装置具有工业适用性。

在前面的说明中，参照本发明的具体示例实施例来说明本发明。不过，显然，可对其作各种修改及变更，而不背离如权利要求中所阐述的本发明的较广泛的精神及范围。相应地，说明书及附图将被看作示例性质而非限制。应当理解，本发明能够使用各种其它组合及实施例，且支持在本文所表示的发明性概念的范围内的任意修改或变更。