具有多重栅极及应变的沟道层的晶体管制造技术

一种具有多重栅极及应变的沟道层的晶体管的结构包括由垂直型半导体层构成的源极、漏极和沟道区所构成的晶体管，以及用以使沟道区中具有一应变的应力层。其中，栅极绝缘层位于垂直型鳍形半导体层的沟道区表面，栅极电极位于栅极绝缘层上，并包覆对应于沟道区的垂直型鳍形半导体层的两侧壁和一顶面。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术是有关于一种半导体组件，特别是有关于一种制造具有多重栅极(multiple-gate)及应变的沟道层(strained channel layer)的晶体管，且可应用在25奈米(sub-nanometer)制程以下。
技术介绍
为了提高金氧半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductorfield effect transistors；MOSFET)的操作效能，传统常见的方法为缩小金氧半导体场效应晶体管的尺寸，如此除了可改善组件的操作效能外，还能同时提高组件的密度和降低制造成本。然而，由于传统块金氧半导体场效应晶体管(bulk MOSFET)的栅极长度(gate length)的缩小，便容易由于源极与漏极与其间的沟道相互作用，而影响了栅极对于其沟道的开启/关闭状态的控制能力，而进一步引起的所谓的短沟道效应(short channel effects；SCE)。为了抑制所衍生的短沟道效应的问题，传统上，解决的方法有增加主体掺杂浓度、降低栅极氧化层的厚度、以及超浅源极/漏极接合面(ultra-shallow source/drain junction)等。当栅极长度缩小至25奈米级时，利用上述传统的方法来解决传统块金氧半导体场效应晶体管的短沟道问题是相当困难的。因此，有人提出双栅极金氧半场效晶体管的结构来解决上述的问题，所谓双栅极金氧半场效晶体管的结构是为在沟道区的两侧设置栅极，使得沟道区可以由其两侧的栅极获得控制，以降低短沟道效应。此外，当此双栅极金氧半场效晶体管组件开启时，会形成两个反转层(inversion layers)，以允许更多的电流流通。同时，此种双栅极金氧半场效晶体管的结构还可以进一步提高组件的积集度。另一种改善晶体管的效能的方法为利用应力来提高沟道区的载子的迁移率(mobility)。如图1所示，借由在松弛的硅锗层(relaxed SiGelayer)14上磊晶成长一硅层16，以制备出具有应变的沟道层的晶体管18。而松弛的硅锗层14是形成于硅基底10上的厚度厚且具有浓度梯度的硅锗缓冲层12表面而得。与松弛的硅相较，松弛的硅锗层14具有较大的晶格常数(lattice constant)，因此，在松弛的硅锗层14上磊晶成长出的薄硅层16会处于双轴拉伸应变(biaxial tensile strain)。在此情况下，电洞和电子载子两者在处于双轴拉伸应变的硅层16中的迁移速率会增加。图1所示的具有应变的沟道层的晶体管18的结构，与传统的金氧半晶体管的结构类似，然而两者的载子的迁移率相差甚多。通常，在松弛的硅锗层14上磊晶成长一硅层16后，利用传统的0.18微米的金氧半晶体管制程，可以制备出相当于正常晶格的硅块材上的0.13微米的金氧半场效晶体管组件的效能。虽然具有应变的沟道层的晶体管18可以有效地提高组件的操作效能，然而，这样的结构无法有效达到提高组件积集度的目的。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种具有多重栅极及应变的沟道层的晶体管，用以同时借由提高载子的迁移率来提高组件的效能，以及同时提高组件的积集度。因此，本技术提供一种具有多重栅极及应变的沟道层的晶体管。垂直型鳍形半导体层位于基底上，其具有源极、漏极以及位于源极和漏极之间的沟道区，且垂直型鳍形半导体层中具有一应变。栅极绝缘层位于垂直型鳍形半导体层的沟道区表面。栅极电极位于栅极绝缘层上，并包覆对应于沟道区的垂直型鳍形半导体层的两侧壁和一顶面。本技术并提供另一种具有多重栅极及应变的沟道层的晶体管。垂直型鳍形半导体层位于基底上，其具有源极、漏极以及位于源极和漏极之间的沟道区。栅极绝缘层位于垂直型鳍形半导体层的沟道区表面。栅极电极位于栅极绝缘层上，并包覆垂直型鳍形半导体层的两侧壁和一顶面的沟道区。应力膜层位于源极和漏极上，借以将应力导入垂直型鳍形半导体层中，使垂直型鳍形半导体层具有一应变。在上述具有多重栅极及应变的沟道层的晶体管中，垂直型鳍形半导体层中的应变可为拉伸应变或压缩应变。若为拉伸应变，其拉伸应变强度约为0.01％至2％，应力膜层的热膨胀系数大于垂直型鳍形半导体层的热膨胀系数。若为压缩应变，其压缩应变强度约为0.01％至2％，应力膜层的热膨胀系数小于垂直型鳍形半导体层的热膨胀系数。附图说明图1是表示传统借由硅锗缓冲层的使用而制备出的具有应变沟道层的晶体管的剖面示意图；图2A至图2G是表示本技术的具有多重栅极及应变的沟道层的晶体管的制造流程图；图3是表示经过源极/漏极的淡掺杂制程和浓掺杂制程后所形成的具有多重栅极及应变的沟道层的晶体管的上视图。符号说明硅基底10 硅锗缓冲层12松弛的硅锗层14硅层16晶体管18硅层/氧化硅层迭置型基底20硅基底22埋入式氧化硅层24硅层26鳍形硅层26a罩幕层28栅极介电层30栅极电极32图案化罩幕层34间隙壁36导电层38应力膜层40具体实施方式为让本技术的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。以下将配合图2A至图2G详细说明本技术的具有多重栅极及应变的沟道层的晶体管的制造方法。请参照图2A，首先提供半导体层/绝缘层迭置型基底，例如为硅层/氧化硅层迭置型基底(silicon on insulator substrate；SOI substrate)20，其包括硅基底22、埋入式氧化硅层24和硅层26，在此实施例中是以该种型式的基底为例。当然半导体层的材质和绝缘层的材质并不限定于此，例如硅锗亦可做为半导体层。接着请参照图2B，于硅层26中定义出鳍形硅层(silicon fins)26a，以做为沟道层之用。其中鳍形硅层26a的宽度约为50埃至500埃左右，高度约为200埃以上。定义鳍形硅层26a的方法例如是于硅层26上形成一罩幕层28，并以该罩幕层28为蚀刻罩幕，以将该罩幕层28的图案转移至其下方的硅层26中。此罩幕层28可为光阻层(photoresist layer)、能量敏感层(energysensitive layer)、氧化硅层、氮化硅层、或其它材质的罩幕层。接着，对鳍形硅层26a进行侧表面平滑化处理，以降低鳍形硅层26a侧表面的粗糙度。侧表面平滑化处理的方法为牺牲性氧化处理和侧壁处理，其中侧壁处理的方法例如是在1000℃含氢(H2)的环境下进行高温回火。当鳍形硅层26a的侧表面经牺牲性氧化处理时，会于表面氧化生成一层氧化硅，借此修复表面于蚀刻过程中所受到的伤害，并将上部边角圆滑化，再将氧化硅移除。表面平滑化的目的在于使组件具有好的载子迁移率，以及利于后续形成可靠度佳的栅极绝缘层。接着如图2C所示，将具有干净且平整表面的鳍形硅层26a上方的罩幕层28移除。移除的方法可为电浆蚀刻或湿蚀刻，湿蚀刻所使用的蚀刻剂可为稀释的氢氟酸(DHF)。在此蚀刻过程中，硅层26a底部可能发生底切(undercut)或凹槽(notch)。接着，于鳍形硅层26a表面形成一层栅极介电层30，其形成方法例如是热氧化法、化学气相沉积法、溅镀等。通常，鳍形硅层26a的侧壁和顶部的栅极介电层30具有不同的厚度，通常是顶部的栅极介电层30的厚度较侧壁为厚。其材质可为氧化硅、或氮氧化硅，其厚度约为3埃至100埃，较佳的是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有多重栅极及应变的沟道层的晶体管，其特征在于所述晶体管包括：　　　　一基底；　　　　一垂直型鳍形半导体层位于该基底上，该垂直型鳍形半导体层具有一源极、一漏极以及位于该源极和该漏极之间的一沟道区，且该垂直型鳍形半导体层中具有一应变；　　　　一栅极绝缘层位于该垂直型鳍形半导体层的该沟道区表面；以及　　　　一栅极电极位于该栅极绝缘层上，并包覆对应于该沟道区的该垂直型鳍形半导体层的两侧壁和一顶面。

【技术特征摘要】
1.一种具有多重栅极及应变的沟道层的晶体管，其特征在于所述晶体管包括一基底；一垂直型鳍形半导体层位于该基底上，该垂直型鳍形半导体层具有一源极、一漏极以及位于该源极和该漏极之间的一沟道区，且该垂直型鳍形半导体层中具有一应变；一栅极绝缘层位于该垂直型鳍形半导体层的该沟道区表面；以及一栅极电极位于该栅极绝缘层上，并包覆对应于该沟道区的该垂直型鳍形半导体层的两侧壁和一顶面。2.根据权利要求1所述的具有多重栅极及应变的沟道层的晶体管，其特征在于该应变为沿该源极至该漏极方向的拉伸应变。3.根据权利要求1所述的具有多重栅极及应变的沟道层的晶体管，其特征在于该垂直型鳍形半导体层中的该拉伸应变强度为0.01％至2％。4.根据权利要求1所述的具有多重栅极及应变的沟道层的晶体管，其特征在于更包括一应力膜层位于该源极和该漏极上，该应力膜层的热膨胀系数大于该垂直型鳍形半导体层的热膨胀系数。5.根据权利要求1所述的具有多重栅极及应变的沟道层的晶体管，其特征在于该应变为沿该源极至该漏极方向的压缩应变。6.根据权利要求1所述的具有多重栅极及应变的沟道层的晶体管，其特征在于该垂直型鳍形半导体层具有圆滑化的上部边角。7.根据权利要求1所述的具有多重栅极及应变的沟道层的晶体管，其特征在于该垂直型鳍形半导体层底部具有底切或凹槽的次结构。8.根据权利要求1所述的具有多重栅极及应变的沟道层的晶体管，其特征在于该栅极绝缘层的材质为氧化硅、氮氧化硅、或相对电容率大于5的介电材质。9.根据权利要求1所述的具有多重栅极及应变的沟道层的晶体管，其特征在于该栅极绝缘层的等效氧化层厚度为3～100埃。10.根据权利要求1所述的具有多重栅极及应变的沟道层的晶体管，其特征在于该垂直型鳍形半导体层的侧壁的该栅极绝缘层的厚度不同于顶部的厚度。11.一种具有多重栅极及应变的沟...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨育佳，杨富量，胡正明，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：71[中国|台湾]