用于使垂直全环栅器件中的载流子沟道应变的方法和结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明通常涉及半导体器件，尤其涉及将应变引入垂直全环栅(VGAA)器件以增强电荷载流子迀移率的方法和结构。
【背景技术】
[0002]用于现代平面型器件的沟道应变结构和技术通常与诸如垂直全环栅(VGAA)晶体管的垂直沟道器件不相容。因此，期望提供适用于垂直沟道器件的沟道应变的方法和结构以增强垂直沟道器件的性能。
【发明内容】
[0003]为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种半导体器件，包括:源极区；漏极区，基本上垂直对齐于所述源极区；沟道结构，桥接所述源极区和所述漏极区，所述沟道结构包括:至少一个沟道部分，限定基本上垂直的沟道方向；以及至少一个应力源，相邻于所述沟道部分设置且基本上沿着所述垂直沟道方向延伸；以及栅极结构，垂直布置在所述源极区和所述漏极区之间且围绕所述沟道结构；其中，所述应力源影响所述相邻沟道部分上的侧向应变，从而在所述垂直沟道方向上使所述沟道部分发生应变。
[0004]在上述器件中，其中，所述沟道结构包括限定横向长度、横向宽度和垂直高度的纳米棒。
[0005]在上述器件中，其中，所述沟道结构包括限定横向长度、横向宽度和垂直高度的纳米棒；其中，所述纳米棒的长度介于约Inm至约I μπι的范围内，所述纳米棒的宽度介于约Inm至约50nm的范围内，并且所述纳米棒的高度介于约Inm至约10nm的范围内。
[0006]在上述器件中，其中，所述应力源的应力源长度介于约Inm至约10nm范围内，并且应力源宽度与所述沟道结构的宽度基本上匹配。
[0007]在上述器件中，包括多个应力源，其中，所述多个应力源沿着所述沟道结构的横向长度基本上均匀地放置。
[0008]在上述器件中，其中，所述应力源提供侧向压缩应变，从而在所述沟道部分中产生垂直拉伸应变。
[0009]在上述器件中，其中，所述应力源提供侧向拉伸应变，从而在所述沟道部分中产生垂直压缩应变。
[0010]根据本发明的另一个方面，提供了一种提高半导体器件中的载流子迀移率的方法，包括:在包括限定了基本上垂直的沟道方向的沟道结构和围绕所述沟道结构周围地布置的栅极结构的半导体结构中，基本上沿着所述垂直的沟道方向选择性蚀刻所述沟道结构以形成至少一个垂直延伸的间隙；以及用间隙填充材料填充所述间隙以在所述沟道结构中形成至少一个垂直延伸的应力源，其中，所述应力源影响所述沟道结构中的侧向应变，从而在所述垂直方向上使所述沟道结构发生应变。
[0011 ] 在上述方法中，其中，所述选择性蚀刻形成多个垂直延伸的间隙。
[0012]在上述方法中，其中，所述选择性蚀刻形成多个垂直延伸的间隙；其中，所述间隙沿着所述沟道结构的横向长度以基本上不变的间隔设置，其中，所述间隙将所述沟槽结构在结构上划分成宽度基本上相同的多个垂直延伸的沟道部分。
[0013]在上述方法中，其中，所述间隙填充工艺还包括在所述间隙中设置由第一介电材料组成的间隔层，并且用第二间隙填充材料完全填充所述间隙。
[0014]在上述方法中，其中，所述应力源提供侧向压缩应变，从而在述沟道结构中产生垂直拉伸应变。
[0015]在上述方法中，其中，所述应力源提供侧向拉伸应变，从而在所述沟道结构中产生垂直压缩应变。
[0016]根据本发明的又一个方面，提供了一种用于提高垂直全环栅半导体器件中载流子迀移率的应变结构，包括:沟道结构，桥接所述半导体器件的源极区和漏极区，包括:至少一个沟道部分，限定基本上垂直的沟道方向；以及至少一个应力源，相邻于所述沟道部分设置且基本上沿着所述垂直沟道方向延伸，其中，所述应力源影响所述相邻沟道部分上的侧向应变，从而在所述垂直方向上使所述沟道部分发生应变。
[0017]在上述结构中，其中，所述沟道结构包括限定了横向长度、横向宽度和垂直高度的纳米棒。
[0018]在上述结构中，其中，所述沟道结构包括限定了横向长度、横向宽度和垂直高度的纳米棒；其中，所述纳米棒的长度介于约Inm至约I μ m的范围内，所述纳米棒的宽度介于约Inm至约50nm的范围内，以及所述纳米棒的高度介于约Inm至约10nm的范围内。
[0019]在上述结构中，其中，所述应力源的应力源长度介于约Inm至约10nm范围内，并且所述应力源的应力源宽度与所述沟道结构的宽度基本上匹配。
[0020]在上述结构中，包括多个应力源，其中，所述多个应力源沿着所述沟道结构的横向长度基本上均匀地设置。
[0021]在上述结构中，其中，所述应力源提供侧向压缩应变，从而在所述沟道部分中产生垂直拉伸应变。
[0022]在上述结构中，其中，所述应力源提供侧向拉伸应变，从而在所述沟道部分中产生垂直压缩应变。
【附图说明】
[0023]当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本发明的各方面。应该强调的是，根据工业中的标准实践，没有按比例绘制各个部件。实际上，为了清楚地讨论，可以任意地增加或减少各个部件的尺寸。
[0024]图1A示出了采用垂直全环栅的示例性器件的侧向截面图；图1B示出了图1A所示器件的选择部分的俯视截面图；以及图1C示出了沿着线a’ -b’截取的图1B中所示器件的沟道结构的侧向截面图。
[0025]图2A至图2G示出了根据本发明的一个实施例的处于应变应用的不同阶段的VGAA沟道结构的截面图。
[0026]图3示出了根据本发明的一个实施例的结合沟道应力源的VGAA器件的俯视截面图。
[0027]图4至图5分别示出了根据本发明的示例性可选实施例。
[0028]图6A至图6B分别提供了常规N-沟道和P-沟道平面型MOSFET器件的立体图，其示出用于常规N-沟道和P-沟道平面型MOSFET器件的合适的应变方向。
[0029]图7A至图7B分别提供了 N-沟道和P-沟道垂直全环栅(VGAA) MOSFET器件的横向截面图，其示出用于N-沟道和P-沟道垂直全环栅(VGAA)MOSFET器件的合适的应变方向。
【具体实施方式】
[0030]以下公开提供了多种不同实施例或实例，用于实现本发明的不同特征。以下将描述组件和布置的特定实例以简化本发明。当然，这些仅是实例并且不旨在限制本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触的实施例，也可以包括可在第一部件和第二部件之间形成其他部件使得第一部件和第二部件不直接接触的实施例。另外，本发明可以在多个实例中重复参考数字和/或字母。这种重复用于简化和清楚的目的，并且其本身不表示所述多个实施例和/或配置之间的关系O
[0031]此外，在此可使用诸如“在…之下”、“在…下面”、“下面的”、“在…上面”、以及“上面的”等的空间关系术语，以容易的描述如图中所示的一个元件或部件与另一个或多个元件或部件的关系。除图中所示的定向之外，空间关系术语将包括使用或操作中的装置的各种不同的定向。装置可以以其他方式定位(旋转90度或在其他方位)，并且通过在此使用的空间关系描述语进行相应地解释。
[0032]图6A和图6B示出了用于常规平面型金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件的合适的应变定向，其中，源极(S)和漏极(D)被配置为侧向彼此相对，并且在两者之间(横跨X-Y平面)水平限定沟道区。栅极(G)在沟道区上方设置在源极(S)和漏极(D)之间。这种配置限定了介于源极和漏极之间具有沿着Y轴的纵向定向的水平电荷载流子沟道。在这种常规器件中，为了获得电荷载流子迀移率性能的最佳地增强，沿着水平沟道定向必须施加应变。对于N-沟道(N-FET)器件(如图6A所示)，向外伸展的拉伸应变(如向外指的箭头对所示)将有助于负电荷载流子(即，电子)的迀移率的增强。反之，对于P-沟道(P-FET)器件(如图6B所示)，为了正电荷载流子(S卩，电洞)的迀移率的增强施加向内挤压的压缩应变(如向内指的箭头对所示)。
[0033]已经发展各种方法和技术来为水平/平面架构提供合适的应变定向。常规测量通常包括衬底应变基础系统和制程应变基础系统。衬底应变基础系统的实例是在衬底中使用虚拟SiGe层，其通过晶格失配迫使在随后设置的硅中引入平面双轴拉伸应变。制程应变基础系统的实例为向常规平面型器件的源极区和漏极区选择注入硅锗