在电晶体通道中增加应变效果之方法及装置

摘要

本发明提供一种具有一带有一增强应力之电晶体通道的半导体元件。为达成增强应力之电晶体通道，在元件基板上优先形成一氮化物薄膜而在闸极堆叠之一部分上带有少许氮化物或没有氮化物。该氮化物薄膜可优先地仅沈积在一非保形层(non-conformal layer)中之矽基板上，其中少许氮化物或没有氮化物沈积在闸极堆叠之多个上部部分上。该氮化物薄膜亦可均匀地沈积于该矽基板及位于一保形层中之闸极堆叠上，而接近该闸极堆叠之上部区域的氮化物薄膜则在稍后步骤中优先移除。在某些实施例中，藉由移除闸极堆叠之上部部分来移除闸极堆叠顶部附近的氮化物。在该等之任一方法中，藉由在将氮化物沈积在基板上之同时使沈积在闸极堆叠上之氮化物减至最少来增强电晶体通道中之应力。

主权项

一种在一半导体元件中增强应力之方法，该元件具有一置于一基板上之闸极堆叠，该方法包括：沿该基板之一表面及具有多个侧壁之该闸极堆叠沈积一氮化物薄膜，其中经沈积之该氮化物薄膜在该基板之一表面之上较厚，而在该闸极堆叠之一部分之上则较薄，且经沈积之该氮化物薄膜在该闸极堆叠之该等侧壁之一部份上较在相同之该闸极堆叠之该部分上薄。如请求项1之方法，其进一步包括形成一仅邻接该闸极堆叠之一下部部分之间隔片。如请求项2之方法，其中形成该间隔片包括缩小该间隔片之一尺寸。如请求项3之方法，其中缩小该间隔片之该尺寸包括反应式离子蚀刻。如请求项1之方法，其中该氮化物薄膜系一非保形氮化物薄膜。如请求项1之方法，其中沈积该氮化物薄膜包括一电浆增强气相沈积制程。如请求项1之方法，其中沈积该氮化物薄膜在一电晶体通道内提供增强之应力。一种在一半导体元件中增强应力之方法，其包括：沈积一层氮化物薄膜于一闸极堆叠及一基板之一表面之上，使得该氮化物薄膜在该闸极堆叠之垂直侧之一部份上较在相同之该闸极堆叠上薄；及移除该闸极堆叠上之该氮化物薄膜以在一位于该闸极堆叠之下的电晶体通道中提供增强之应力，其中该闸极为约60 nm宽，一间隔片为约50 nm宽，且该氮化物薄膜提供一约为2.0 GPa之应力，在该电晶体通道中之增强的应力在一闸极氧化物之下约5 nm处大于约4.5x109达因/cm2，及其中在该移除之后，该层氮化物薄膜之一部份保留于该基板之该表面上。如请求项8之方法，其进一步包括沈积一抗蚀剂材料于该基板上之该氮化物薄膜之一表面上，同时使该氮化物薄膜邻近该闸极堆叠之一上部部分的一表面曝露出来。如请求项9之方法，其中沈积该抗蚀剂材料包括沈积一旋涂材料、一抗反射涂层、一氧化物薄膜及一低介电系数材料的其中之一。如请求项9之方法，其中沈积抗蚀剂材料包括沈积一氧化物层或一硼磷矽酸盐玻璃之至少其中之一于低处且使高处曝露出来。如请求项8之方法，其中一闸极约为60 nm宽之闸极、且该氮化物薄膜提供约为2.0 GPa之一应力，在该电晶体通道中之增强的应力在一闸极氧化物之下约5 nm处大于约4.5x109达因/cm2。如请求项8之方法，其进一步包括沈积一矽化物闸极区域于该闸极堆叠之顶部。一种在一半导体元件中增强应力之方法，其包括：沈积一层氮化物薄膜于一闸极堆叠及一基板之一表面之上；移除该闸极堆叠上之该氮化物薄膜以在位于该闸极堆叠之下的一电晶体通道中提供增强之应力；沈积一抗蚀剂材料于该基板上之该氮化物薄膜之一表面上，同时使该氮化物薄膜邻近该闸极堆叠之一上部部分的一表面曝露出来；及移除该闸极堆叠的一上部部分及置于其上之该氮化物薄膜；其中一闸极为约60 nm宽，一间隔片为约50 nm宽，且该氮化物薄膜提供一约为2.0 GPa之应力，在该电晶体通道中之增强的应力在一闸极氧化物之下约5 nm处大于约4.5x109达因/cm2。如请求项14之方法，其中移除该闸极堆叠之该上部部分及置于其上的该氮化物薄膜包括反应式离子蚀刻。如请求项14之方法，其中移除该闸极堆叠之该上部部分及置于其上的该氮化物薄膜包括化学机械研磨(polishing)。一种在一半导体元件中增强应力之方法，其包括：沈积一层氮化物薄膜于一闸极堆叠及一基板之一表面之上，使得该氮化物薄膜在该闸极堆叠之垂直侧之一部份上较在相同之该闸极堆叠上薄；移除该闸极堆叠上之该氮化物薄膜以在位于该闸极堆叠之下的一电晶体通道中提供增强之应力；其中一闸极为约60 nm宽，一间隔片为约50 nm宽，且该氮化物薄膜提供一约为2.0 GPa之应力，在该电晶体通道中之增强的应力在一闸极氧化物之下约5 nm处大于约4.5x109达因/cm2，及其进一步包括沈积一抗蚀剂材料于该基板上之该氮化物薄膜之一表面上，同时使该氮化物薄膜邻近该闸极堆叠之一上部部分的一表面曝露出来，其中沈积该抗蚀剂材料包括沈积一旋涂材料、一抗反射涂层、一氧化物薄膜及一低介电系数材料的其中之一，及其进一步包括于该闸极堆叠之该等侧壁之一下部部分处形成多个间隔片。如请求项17之方法，其中形成该等间隔片包括大体上沿所有该等侧壁形成该等间隔片，及蚀刻该等间隔片以在该等侧壁之该下部部分处形成多个间隔片。一种在一半导体元件中增强应力之方法，其包括：沈积一层氮化物薄膜于一闸极堆叠及一基板之一表面之上；移除该闸极堆叠上之该氮化物薄膜以在位于该闸极堆叠之下的一电晶体通道中提供增强之应力；仅在该闸极堆叠之一下部部分处形成多个侧壁，其中在该沈积之后，经沈积之氮化物薄膜在该闸极堆叠之一上部表面上较厚而在相同之该闸极堆叠之多个侧表面之一部份上较薄。一种在一半导体元件中增强应力之方法，其包括：沈积一层氮化物薄膜于一闸极堆叠及一基板之一表面之上，使得该氮化物薄膜在该闸极堆叠之多个侧表面之一部份上较在相同之该闸极堆叠上薄；移除该闸极堆叠上之该氮化物薄膜以在位于该闸极堆叠之下的一电晶体通道中提供增强之应力；其中对于具有一约为60 nm宽之闸极、一约为50 nm宽之间隔片及一约为2.0 GPa之氮化物薄膜应力之一半导体元件而言，在该电晶体通道中之增强的应力在一闸极氧化物之下约5 nm处大于约5.5x109达因/cm2，及其中在该移除之后，该层氮化物薄膜之一部份保留于该基板之该表面上。如请求项20之方法，其进一步包括沈积一抗蚀剂材料于该基板上之该氮化物薄膜之一表面上，同时使该氮化物薄膜邻近该闸极堆叠之一上部部分的一表面曝露出来。如请求项20之方法，其中沈积该抗蚀剂材料包括沈积一旋涂材料、一抗反射涂层、一氧化物薄膜及一低介电系数材料的其中之一。如请求项20之方法，其中沈积抗蚀剂材料包括沈积一氧化物层或一硼磷矽酸盐玻璃之至少其中之一于低处且使高处曝露出来。一种在一半导体元件中增强应力之方法，其包括：沈积一层氮化物薄膜于一闸极堆叠及一基板之一表面之上；移除该闸极堆叠上之该氮化物薄膜以在位于该闸极堆叠之下的一电晶体通道中提供增强之应力；沈积一抗蚀剂材料于该基板上之该氮化物薄膜之一表面上，同时使该氮化物薄膜邻近该闸极堆叠之一上部部分的一表面曝露出来；移除该闸极堆叠的一上部部分及置于其上之该氮化物薄膜；其中对于具有一约为60 nm宽之闸极、一约为50 nm宽之间隔片及一约为2.0 GPa之氮化物薄膜应力之一半导体元件而言，在该电晶体通道中之增强的应力在一闸极氧化物之下约5 nm处大于约5.5x109达因/cm2。如请求项24之方法，其中移除该闸极堆叠之该上部部分及置于其上的该氮化物薄膜包括反应式离子蚀刻。如请求项24之方法，其中移除该闸极堆叠之该上部部分及置于其上的该氮化物薄膜包括化学机械研磨。一种在一半导体元件中增强应力之方法，其包括：沈积一层氮化物薄膜于一闸极堆叠及一基板之一表面之上，使得该氮化物薄膜在该闸极堆叠之多个侧表面之一部份上较在相同之该闸极堆叠上薄；移除该闸极堆叠上之该氮化物薄膜以在位于该闸极堆叠之下的一电晶体通道中提供增强之应力；其中对于具有一约为60 nm宽之闸极、一约为50 nm宽之间隔片及一约为2.0 GPa之氮化物薄膜应力之一半导体元件而言，在该电晶体通道中之增强的应力在一闸极氧化物之下约5 nm处大于约5.5x109达因/cm2，及其进一步包括于该闸极堆叠之该等侧壁之一下部部分处形成多个间隔片。如请求项27之方法，其中形成该等间隔片包括大体上沿所有该等侧壁形成该等间隔片，及蚀刻该等间隔片以在该等侧壁之该下部部分处形成多个间隔片。一种在一半导体元件中增强应力之方法，该半导体元件具有置于一基板上之一闸极堆叠，该基板具有形成于其上部表面之一闸极氧化物，该方法包括：在一多晶矽闸极上沈积多个间隔片；沿着该基板之一表面及该闸极堆叠沈积一氮化物薄膜，使得该氮化物薄膜在该等间隔片之一部份上较在相同之该闸极堆叠上薄；施加一旋涂材料；及移除覆盖于该闸极堆叠该闸极堆叠之一顶部部分之该氮化物薄膜之一部份，其中该氮化物薄膜在该基板之一表面上较厚而在相同之该闸极堆叠之一部分上较薄。一种半导体元件，其包括：一矽基板；一置于该矽基板上之闸极堆叠；一位于该矽基板及该闸极堆叠上之受应力作用的氮化物薄膜，其中该受应力作用之氮化物薄膜包括沈积在该矽基板之上之一较厚部分及沈积在该闸极堆叠之一部分之上之一较薄部分。如请求项30之半导体元件，其进一步包括多个置于该受应力作用之氮化物薄膜与该闸极堆叠之间的该基板上的间隔片，而使该闸极堆叠之一上部部分曝露出来。如请求项30之半导体元件，其进一步包括形成于该闸极堆叠之一顶部之一矽化物闸极区域。如请求项30之半导体元件，其中该氮化物薄膜在该基板之一表面上较厚而在该闸极堆叠之该部分上较薄。如请求项30之半导体元件，其中具有一闸极约为60 nm宽且一间隔片约为50 nm宽。如请求项34之半导体元件，其中该受应力作用之氮化物薄膜提供约2.0GPa之一应力。如请求项35之半导体元件，其中在一电晶体通道中之一增强的应力在一闸极氧化物之下约5 nm处大于约4.5x109达因/cm2。