专利名称：以深碳掺杂区和掺杂施主的凸起源和漏区为特征的应变的nmos晶体管的制作方法
技术领域：
本发明的实施例涉及一种半导体技术。更特别地，本发明的实施例涉及一种用于最优化NMOS晶体管的方法和装置。
背景技术：
在半导体工艺中，晶体管可以形成在半导体晶片上。晶体管可以包括栅极结构、源、漏和沟道区，可以是NMOS(N沟道金属氧化物半导体)或PMOS(P沟道金属氧化物半导体)晶体管。晶体管和其它器件可以互连以形成集成电路(IC)。然后IC被封装和焊接(sold)。IC的性能依靠晶体管的性能。
发明内容
本发明的目的是提供碳掺杂区和凸起的源/漏区以在NMOS晶体管沟道中提供张应力。
根据本发明，提供了一种装置，包括在衬底上的栅结构；在衬底上的凸起漏结构；在衬底上的凸起源结构；以及在衬底表面下并且在凸起漏结构下的代位碳区，以引起在沟道区中的张应力。
本发明还提供了其它的实施例及相对应的方法。
通过例子的方式和不通过限于附图来说明本发明，其中相同的标记表示相同的元件，和其中图1示出根据本发明一个实施例装置的截面图。
图2A-2F示出根据本发明一个实施例方法的截面图。
具体实施例方式
在各个实施例中，描述了涉及应变NMOS晶体管的装置和方法。在以下的描述中，将描述各个实施例。然而，各个实施例可以不包括所描述的一个或多个具体细节来实施，或通过其它方法、材料或元件来实施。在其它的例子中，不详细地显示或描述公知的结构、材料或操作以避免使本发明各个实施例不清楚。相似地，为了全部理解本发明，为了解释的目的，说明了具体数字、材料和结构。然而，本发明也可以不按所述的具体细节来实施。而且，可以理解的是，图中所示的各个实施例是说明性的，且没必要按比例画出。
下面将各个操作依次描述为多个离散的操作。但是，所描述的顺序并不暗示这些操作必须按所述的顺序执行。更特别地，这些操作不是必须按所述的顺序执行的。
通过提供应力到晶体管沟道可以加强晶体管性能。例如，当NMOS晶体管的沟道在横向张应力下时，可以提供NMOS(N沟道金属氧化物半导体)晶体管性能。在NMOS沟道中的横向张应力可以伸长杂沟道中的硅晶格和使得电子更容易从源到漏移动，因而改善在NMOS晶体管中的驱动电流。
图1示出了NMOS晶体管100的截面图。NMOS晶体管100包括衬底110、栅结构120(包括栅极和栅电介质，以下进一步讨论)、源和漏顶区130、应变沟道140、衬垫150、取代的碳区160、凸起的源结构170和凸起的漏结构180。衬底110可以包括单晶硅或如下进一步讨论的其它材料。代位的碳区160可包括主要含有硅的材料晶格，但是包括碳原子代替在晶格结构中一些位置的硅原子。在晶格中代位的碳原子可以具有比晶格中硅原子更短的键长。结果，代位的碳区160对比于仅硅原子的晶格处在应力下。代位的碳区160可以将该应力转移到邻近的晶格结构中，以及更特别地在应变沟道140中可以引起单轴横向张应力。
通过伸长在应变沟道140中的硅晶格，在应变沟道140中的张应力可以改善NMOS晶体管100的性能，从而增加在应变沟道140中电子的迁移率和增加驱动电流。通常，代位碳的百分比越大和代位碳区160的体积越大，提供在应变沟道140上的应力就越大。在一个实施例中，在代位碳区160中碳的百分比可以在大约0.1到5.0％的范围内。在另一个实施例中，在代位碳区160中碳的百分比可以在大约0.5到3.0％的范围内。
凸起源结构170和凸起漏结构180可以邻接代位碳区160以及源和漏顶区130，以便在凸起源结构170和凸起漏结构180中的掺杂剂可以与代位碳区160分离。凸起源结构170和凸起漏结构180可以提供低电阻接触或通道到应变沟道140。
图2A-2E示出了根据本发明实施例的方法。首先参考图2A，通过公知的方法将栅结构120形成在衬底110上。衬底110可以是晶片或芯片以及可以包括单晶硅、绝缘体上的硅或其它适当的材料。衬底110也可以包括其它层或包括绝缘的、导电的或半导体材料的结构(未示出)。在NMOS晶体管区中衬底110可以用p类型的掺杂剂(例如，硼)掺杂以便在p阱区中构成NMOS晶体管100。
进一步，为了清楚起见，图2A仅示出了具有单个NMOS晶体管100的衬底100的一部分。衬底110可以包括许多额外的NMOS晶体管，PMOS(P沟道金属氧化物半导体)晶体管(未示出)，以及其它器件(未示出)。在NMOS晶体管处理时，用公知的方法通过光致抗蚀剂或图案化电介质层覆盖PMOS晶体管和其它器件。
栅结构120可以包括栅极210和栅电介质220。在一个实施例中，栅电介质220可以是绝缘材料。在另一个实施例中，栅电介质220可以包括高k材料。在一个实施例中，栅极210可以包括多晶硅。在另一个实施例中，栅极210可以包括预先掺杂的多晶硅。在还有的另一个实施例中，栅极210可以包括金属。
在图2B中，进行顶注入230以形成源和漏顶区130。顶注入230可以包括任何n型掺杂剂。在某个实施例中，顶注入230可以包括磷或砷。源和漏顶区130可以相对于其它注入浅以及使用低能量注入进行顶注入230。源和漏顶区130被注入到邻近栅结构120的衬底110的表面中，以便源和漏顶区130可以与栅结构120自对准。
在一个实施例中，顶注入230也可以是注入栅结构120。在顶注入230后，掺杂剂与栅结构120的边缘自对准。进行退火以及源和漏顶区130可以轻微地扩散在栅结构120下。在另一个实施例中，依一个角度进行顶注入230，以便将注入延伸到栅结构120下。
现在参考图2C，邻近栅结构120可以形成衬垫150。衬垫150可以包括氧化物或氮化物以及可以通过公知的方法例如沉积和衬垫蚀刻形成。在某些实施例中，衬垫150可以是窄的衬垫，具有在大约5nm到35m范围内的宽度。在其它的实施例中，衬垫150不在图2D和2E中所示的步骤前形成，但是可以在后形成或不形成，如参考图2E进一步的讨论。
在图2D中，可以进行非晶体化注入240以干扰衬底110的晶格结构。非晶体化注入240可以包括注入任何电中性的颗粒。在一个实施例中，非晶体化注入240可以包括硅。在另一个实施例中，非晶体化注入240可以包括锗。在图2E中，通过碳注入250将碳注入到衬底110中。在一个实施例中，碳注入250可以是以大约5keV到15keV范围内的能量。在另一个实施例中，碳注入250可以是以大约8keV到12keV范围内的能量。在还有的其它实施例中，碳注入250可以是以大约1E14/cm2到1E16/cm2范围内的剂量。在另一个实施例中，碳注入250可以是以大约4E15/cm2到6E15/cm2范围内的剂量。在其它实施例中，可以使用变化能量的多重碳注入以在衬底110中实现需要的碳分布。
在某些实施例中，通过低剂量施主注入可以实现非晶体化注入或碳注入以抑制pn结的泄漏。在一个实施例中，施主可以是磷。在另一个实施例中，施主注入可以是大约1E13/cm2到1E15/cm2范围内的剂量以及以在大约15keV到45keV的范围内的能量。在一个实施例中，使用大约30keV能量和大约1E14/cm2的剂量的磷施主注入。
可以进行退火以重结晶晶格，包括主要在硅晶格中的碳，以形成代位碳区160。在一个实施例中，退火可以是在大约900℃以上温度的尖锋(spike)退火。在另一个实施例中，退火可以是亚融化(sub-melt)激光退火。在一个实施例中，亚融化退火可以是快速热退火。
虽然通过显示连续的非晶体化注入240、碳注入250和然后的退火示出了方法，但是次序不限制。更特别地，可以利用碳存在和晶格结构在退火前被干扰的任何方法。在一个实施例中，碳注入250可以在非晶体化注入240之前进行和接着退火。可以利用其它的工艺流程和次序例如碳注入、退火、非晶体化注入、退火。
如图2C讨论的，衬垫150不可以形成在图2D和2E中示出的步骤前。在这种实施例中，由于衬垫150使代位碳区160不可以偏移栅结构120，但是可以代替与栅结构边缘对准。
现在参考图2F，可以形成凸起源结构170和凸起漏结构180。凸起源结构170和凸起漏结构180可以包括硅。在一个实施例中，凸起源结构170和凸起漏结构180可以通过选择外延形成。在一个实施例中，凸起源结构170和凸起漏结构180可以用化学气相沉积(CVD)形成。凸起源结构170和凸起漏结构180可以包括掺杂剂例如磷或砷。在一个实施例中，在外延生长时或通过注入提供掺杂剂。掺杂剂的浓度可以在约1.0E20/cm3到8.0E20/cm3的范围中。
接着，凸起源结构170和凸起漏结构180被硅化(未示出)以提供更低电阻的电连接到现有技术中已知的电接触材料。更具体地，凸起源结构170和凸起漏结构180可以足够的厚以便在硅化时形成金属半导体合金与代位碳区160分离。
上述方法的描述顺序不是限制性的，方法可以使用描述的任意顺序执行或省略或增加的操作，例如使用“牺牲的衬垫”方法。在该实施例中，首先形成的衬垫可以邻近栅结构和使用衬垫以在注入时偏移代位碳和凸起源和漏。然后移除衬垫和进行顶注入。其它的变化实施例也是可以实现的。
参考整个说明书的“一个实施例”或“实施例”意味着特别的特征、结构、材料或与实施例相关描述的特性包括在发明的至少一个实施例中。因此，整个说明书各个地方的“在一个实施例中”或“在实施例中”词组的出现不必限定在发明的相同实施例中。而且，特别的特征、结构、材料或特性可以以任何适合的方式结合在一个或更多实施例中。
上述描述是说明性的，不是限制性的。本领域技术人员参考上面的描述，很多其它实施例将显而易见。因此本发明的范围应参考附加权利要求决定，同时与该权利要求相等的全部范围被定义。
权利要求
1.一种装置，包括在衬底上的栅结构；在衬底上的凸起漏结构；在衬底上的凸起源结构；以及在衬底表面下并且在凸起漏结构下的代位碳区，以引起在沟道区中的张应力。
2.根据权利要求1的装置，进一步包括在衬底表面下和凸起源结构下的第二代位碳区，以引起在沟道区中的张应力。
3.根据权利要求1的装置，其中代位碳区包括具有大约0.1到5.0％代位碳的实质上单晶的硅晶格。
4.根据权利要求1的装置，其中代位碳区包括具有大约0.5到3.0％代位碳的实质上单晶的硅晶格。
5.根据权利要求1的装置，进一步包括在衬底表面下和在凸起漏结构下的顶注入区，其中代位碳区的底部低于顶注入区底部。
6.根据权利要求5的装置，其中顶注入区包括磷或砷中的至少一种。
7.根据权利要求5的装置，进一步包括在衬底上的衬垫，衬垫邻接栅结构。
8.根据权利要求7的装置，其中凸起漏结构邻接衬垫。
9.根据权利要求8的装置，其中顶注入区在衬垫的至少一部分下延伸。
10.根据权利要求8的装置，其中顶注入区在栅结构的一部分下延伸。
11.根据权利要求8的装置，其中代位碳区实质上与栅结构相对的衬垫的表面对准。
12.根据权利要求8的装置，其中代位碳区在衬垫一部分的下面延伸。
13.根据权利要求1的装置，其中凸起源结构和凸起漏结构包括磷或砷的至少一种。
14.根据权利要求1的装置，其中凸起源结构和凸起漏结构包括具有在大约1.0E20/cm3到8.0E20/cm3范围内的浓度的掺杂剂。
15.根据权利要求1的装置，其中栅结构包括栅极和栅电介质，栅极包括多晶硅或金属的至少一种。
16.一种装置，包括代位碳区，在衬底表面下引起在沟道区中的张应力；以及凸起漏结构，在衬底表面上和在代位碳区上。
17.根据权利要求16的装置，进一步包括第二代位碳区，在衬底表面下引起在沟道区中的张应力；以及凸起源结构，在衬底表面上和在第二代位碳区上。
18.根据权利要求17的装置，进一步包括栅，在衬底表面上；顶注入区，在衬底表面下和在凸起漏结构下；第二顶注入区，在衬底表面下和在凸起源结构下；以及第一衬垫和第二衬垫，第一和第二衬垫邻接栅。
19.根据权利要求18的装置，其中第一衬垫和第二衬垫是大约5到35nm宽。
20.根据权利要求16的装置，其中代位碳区包括具有大约0.5到3.0％碳的实质上单晶的硅晶格。
21.根据权利要求16的装置，其中凸起漏结构包括掺杂剂，掺杂剂包括磷或砷中的至少一种。
22.一种装置，包括在衬底上的栅结构；在衬底上并邻接栅结构的第一衬垫；在衬底上并邻接第一衬垫的凸起源结构；在衬底上并邻接栅结构的第二衬垫；在衬底上并邻接第二衬垫的凸起漏结构；第一顶注入区，在衬底表面下和在凸起源结构下；第二顶注入区，在衬底表面下和在凸起漏结构下；在衬底表面下和在凸起源结构下的第一代位碳区，以引起在沟道中的应力；以及在衬底表面下和在凸起漏结构下的第二代位碳区，以引起在沟道中的应力，其中第一代位碳区的底部低于第一顶注入区的底部，第二代位碳区的底部低于第二顶注入区的底部。
23.根据权利要求22的装置，其中代位碳区包括具有大约0.1到5.0％代位碳的实质上单晶的硅晶格。
24.根据权利要求22的装置，其中代位碳区包括具有大约0.5到3.0％代位碳的实质上单晶的硅晶格。
25.根据权利要求22的装置，其中第一顶注入区在栅结构的至少一部分下延伸。
26.根据权利要求22的装置，其中第一代替碳区在第一衬垫的至少一部分下延伸。
27.一种方法，包括在衬底上形成栅结构；在衬底上进行非晶体化注入；将碳注入到衬底中；退火衬底以形成代位碳区；以及在衬底上形成凸起源结构和凸起漏结构。
28.根据权利要求27的方法，其中衬底包括单晶硅。
29.根据权利要求27的方法，其中注入碳包括以在大约5keV和大约15keV之间的能量和大约1E14/cm2和1E16/cm2之间的剂量注入碳。
30.根据权利要求27的方法，其中注入碳包括不同能量的多重碳注入。
31.根据权利要求27的方法，其中进行非晶体化注入包括注入硅或锗中的至少一种。
32.根据权利要求27的方法，进一步包括注入掺杂剂以形成顶注入区，其中代位碳区的底部低于顶注入区的底部。
33.根据权利要求27的方法，其中退火衬底包括在大约900℃以上的温度下的尖峰退火。
34.根据权利要求27的方法，其中退火衬底包括亚融化激光退火。
35.根据权利要求27的方法，其中形成凸起源结构和凸起漏结构包括外延生长掺杂有磷或砷中至少一种的单晶硅。
36.根据权利要求27的方法，其中形成凸起源结构和凸起漏结构包括化学气相沉积。
37.根据权利要求27的方法，进一步包括将凸起结构的掺杂剂注入到凸起源结构和凸起漏结构。
38.根据权利要求37的方法，其中凸起结构的掺杂剂包括磷或砷中的至少一种。
39.根据权利要求27的方法，其中栅结构包括具有金属的栅极。
40.根据权利要求27的方法，进一步包括形成邻接栅结构的衬垫。
41.根据权利要求40的方法，进一步包括移除衬垫。
42.根据权利要求40的方法，其中注入碳包括与栅结构相对的衬垫表面自对准的注入。
全文摘要
本发明的一些实施例包括提供碳掺杂区和凸起的源/漏区以在NMOS晶体管沟道中提供张应力。
文档编号H01L21/24GK1828934SQ20051004839
公开日2006年9月6日 申请日期2005年12月16日 优先权日2004年12月17日
发明者M·哈滕多夫, J·黄, A·穆蒂, A·维斯特迈尔 申请人:英特尔公司