(57)【要約】  応力強化ＭＯＳトランジスタ［３０］ならびにその製造方法が提供される。一実施形態では、方法は、単結晶半導体基板［３８］内に、チャネル領域［６８］を覆い、これを画定するゲート電極［６２］を形成するステップを有する。チャネル領域の近くの単結晶半導体基板内に、チャネル領域に対向する側面［７８，８０］を有するトレンチ［７２，７４］がエッチングにより形成される。トレンチに、第１の濃度の置換型原子を含む第２の単結晶半導体材料［８２，９０］と、第２の濃度の置換型原子を含む第３の単結晶半導体材料［８８，１００］とが埋め込まれる。第３の単結晶材料がトレンチに単独で埋め込まれたと仮定した場合に、第２の濃度の単結晶半導体材料が印加する応力よりも高い応力をチャネル領域［６８］に印加するのに十分な壁厚に、第２の単結晶半導体材料［８２，９０］が側面にエピタキシャル成長される。
2010510684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板［３８］の表面［５６］にチャネル領域［６８］を有する応力強化ＭＯＳデバイス［３０］の製造方法であって、
前記チャネル領域の近くの前記半導体基板内に、前記チャネル領域に対向する側面［７８，８０］および底面［７６］をそれぞれ有するトレンチ［７２，７４］をエッチングにより形成するステップと、
前記トレンチの一部を埋めるために、前記トレンチ内に、第１の濃度のゲルマニウムを含む第１のＳｉＧｅ層［８２］を、前記側面において第１の成長速度で、前記底面において前記第１の成長速度よりも遅い第２の成長速度で、エピタキシャル成長させるステップと、
前記トレンチを埋めるために、前記第１の濃度よりも低い第２の濃度のゲルマニウムを含む第２のＳｉＧｅ層［８８］をエピタキシャル成長させるステップと、を含む方法。
【請求項２】
前記半導体基板［３８］は、（１００）結晶面方位を有するシリコンを含む基板であり、前記チャネル領域［６８］は［１１０］結晶方向に配向し、前記側面［７８，８０］は（０１１）結晶面方位を有し、第１の層をエピタキシャル成長させる前記ステップは、（１００）結晶面におけるエピタキシャル成長速度よりも（０１１）結晶面におけるエピタキシャル成長速度を高くするように、エピタキシャル成長の条件を調整するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１の層［８２］をエピタキシャル成長させる前記ステップは、前記半導体基板に実質的に垂直なポテンシャルバイアスが印加されたプラズマ環境中で第１の層をエピタキシャル成長させるステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
応力強化ＭＯＳトランジスタ［３０］の製造方法であって、
半導体基板［３８］を覆うゲート絶縁物［５４］を形成するステップと、
前記ゲート絶縁物を覆い、第１の端部［６５］および第２の端部［６６］を有するゲート電極［６２］を形成するステップと、
前記半導体基板内に、前記第１の端部と整合され、第１の距離［６９］だけ前記第１の端部から離間された第１のトレンチ［７２］と、前記第２の端部と整合され、前記第１の距離だけ前記第２の端部から離間された第２のトレンチ［７４］とをエッチングにより形成するステップと、
前記第１のトレンチおよび前記第２のトレンチ内に、第１の濃度のゲルマニウムを含み、前記第１のトレンチおよび前記第２のトレンチを埋めるのに十分な膜厚を有する第１のＳｉＧｅ層［９０］をエピタキシャル成長させるステップと、
前記第１の層内に、前記第１の側面と整合され、前記第１の距離よりも大きな第２の距離［９７］だけ第１の側面から離間された第３のトレンチ［９４］と、前記第２の側面と整合され、前記第２の距離だけ第２の側面から離間された第４のトレンチ［９６］とをエッチングにより形成するステップと、
前記第３のトレンチおよび前記第４のトレンチ内に、前記第１の濃度よりも低い第２の濃度のゲルマニウムを含み、前記第３のトレンチおよび前記第４のトレンチを埋めるのに十分な第２の膜厚［９５］を有する第２のＳｉＧｅ層［１００］をエピタキシャル成長させるステップと、を含む方法。
【請求項５】
第１の層［９０］をエピタキシャル成長させる前記ステップは、２５〜４０原子百分率のゲルマニウムを含むＳｉＧｅの層をエピタキシャル成長させるステップを含み、第２の層［１００］をエピタキシャル成長させる前記ステップは、２０原子百分率未満のゲルマニウムを含む第２のＳｉＧｅ層をエピタキシャル成長させるステップを含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
応力強化ＭＯＳトランジスタ［３０］であって、
表面［５６］を有する半導体基板［３８］と、
前記半導体基板の前記表面にあるチャネル領域［６８］と、
前記半導体基板内に埋め込まれ、第１のゲルマニウム濃度を有し、底部［８６］と、前記チャネル領域の近くにあって、前記底部よりも厚い側面部［８４］とを有する第１のＳｉＧｅ領域［８２］と、
前記第１の領域内に埋め込まれ、前記第１のゲルマニウム濃度よりも低い第２のゲルマニウム濃度を有する第２のＳｉＧｅ領域［８８］と、を備える応力強化ＭＯＳトランジスタ。
【請求項７】
前記第１のＳｉＧｅ領域［８２］は、２５〜４０原子百分率のゲルマニウム濃度を有する請求項６に記載の応力強化ＭＯＳトランジスタ。
【請求項８】
前記第２のＳｉＧｅ領域［８８］は、２０原子百分率未満のゲルマニウム濃度を有する請求項７に記載の応力強化ＭＯＳトランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ＭＯＳトランジスタならびにその製造方法に関し、より詳細には、応力強化ＭＯＳトランジスタ、ならびにトランジスタチャネルの近くに埋め込み材料を有するこのようなトランジスタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日の集積回路（ＩＣ）の大半は、複数の相互接続された電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）または単にＭＯＳトランジスタとも呼ばれる）を使用して実装されている。ＭＯＳトランジスタは、制御電極としてのゲート電極と、離れて設けられており、この間を電流が流れることができるソース電極およびドレイン電極を有する。ゲート電極に印加される制御電圧が、ソース電極とドレイン電極間のチャネルを流れる電流を制御する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＩＣの複雑さとＩＣに搭載されているデバイス数は絶えず上昇を続けている。ＩＣ内のデバイス数が増えるのに伴い、個々のデバイスのサイズが微細化している。ＩＣ内のデバイスのサイズは、通常は、最小フィーチャサイズによって表され、これは回路設計ルールによって許容される最小の線幅または最小間隔を指す。半導体業界が、４５ナノメートル（ｎｍ）あるいはこれより小さい最小フィーチャサイズに移るにつれ、微細化の結果、個々のデバイスの性能が低下している。新しい世代の集積回路、およびこのような集積回路を実装するために用いるトランジスタの設計時には、技術者は、デバイスの性能を上げるために、従来使用されない要素（nonconventional element）に全面的に頼らなければならない。
【０００４】
ＭＯＳトランジスタの性能は、その電流運搬能力（current carrying capability）によって表され、トランジスタチャネルにおける多数キャリアの移動度に比例する。ＭＯＳトランジスタのチャネルに長手方向の応力をかけると移動度を上げることができることが公知であり、長手方向の圧縮応力により、多数キャリアのホールの移動度が上がり、長手方向の引張応力により、多数キャリアの電子の移動度が上がる。例えば、ＰチャネルＭＯＳ（ＰＭＯＳ）トランジスタのチャネルの近くの埋め込みシリコンゲルマニウム（ｅＳｉＧｅ）によって、長手方向の圧縮応力が発生し、トランジスタ内のホールの移動度が上がることが公知である。このようなデバイスを製造するために、トランジスタのソース領域およびドレイン領域のシリコン基板内に、トレンチまたは凹部がエッチングにより形成され、ＳｉＧｅの選択的エピタキシャル成長によりトレンチが埋め込まれる。しかし、応力を上げるために埋め込みＳｉＧｅ（埋め込みＳｉＧｅ）のゲルマニウム含有量を増やすだけでは、完全にうまくいくとは限らない。この理由は、ゲルマニウムの含有量を増やすと、ＩＣの製造時にトランジスタに対して従来の工程が行われるに従って、埋め込み領域の表面から失われるＳｉＧｅが増え、埋め込み領域に形成される金属シリサイドが凝集し、ソース領域およびドレイン領域に対するコンタクト抵抗が低下し、埋め込み材料の応力緩和が大きくなるためである。
【０００５】
したがって、応力強化ＭＯＳトランジスタの製造方法を最適化することが望ましい。また、従来のトランジスタ製造に付随する問題を回避する、最適化された応力強化ＭＯＳトランジスタを提供することが望ましい。更に、本発明のほかの望ましい特徴および性質は、添付の図面と上記の技術分野と背景技術を併せて読めば、下記の詳細な説明と添付の特許請求の範囲から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
多数キャリアの移動度が向上している応力強化ＭＯＳトランジスタが提供される。応力強化ＭＯＳトランジスタは、表面を有する半導体基板と、半導体基板の表面にあるチャネル領域とを備える。半導体基板内に第１のゲルマニウム濃度を有する第１のＳｉＧｅ領域が埋め込まれる。第１の領域は、底部とチャネル領域の近くの側面部とを有する。第１の領域内に、第１のゲルマニウム濃度よりも低い第２のゲルマニウム濃度を有する第２のＳｉＧｅ領域が、側面部の膜厚が底部よりも大きくなるように埋め込まれる。
【０００７】
応力強化ＭＯＳトランジスタの製造方法が提供される。本発明の一実施形態によれば、方法は、単結晶半導体基板内に、チャネル領域を覆い、これを画定するゲート電極を形成するステップを有する。チャネル領域の近くの単結晶半導体基板内に、チャネル領域に対向する側面を有するトレンチがエッチングにより形成される。トレンチに、第１の濃度の置換型原子を含む第２の単結晶半導体材料と、第２の濃度の置換型原子を含む第３の単結晶半導体材料とが埋め込まれる。第３の単結晶材料がトレンチに単独で埋め込まれたと仮定した場合に、第２の濃度の単結晶半導体材料が印加する応力よりも高い応力をチャネル領域に印加するのに十分な壁厚に、第２の単結晶半導体材料が側面にエピタキシャル成長される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の各種実施形態に係る応力印加ＭＯＳトランジスタ、ならびにその製造方法のステップを示す断面図。
【図２】本発明の各種実施形態に係る応力印加ＭＯＳトランジスタ、ならびにその製造方法のステップを示す断面図。
【図３】本発明の各種実施形態に係る応力印加ＭＯＳトランジスタ、ならびにその製造方法のステップを示す断面図。
【図４】本発明の各種実施形態に係る応力印加ＭＯＳトランジスタ、ならびにその製造方法のステップを示す断面図。
【図５】本発明の各種実施形態に係る応力印加ＭＯＳトランジスタ、ならびにその製造方法のステップを示す断面図。
【図６】本発明の各種実施形態に係る応力印加ＭＯＳトランジスタ、ならびにその製造方法のステップを示す断面図。
【図７】図１〜４と併せて、本発明の代替実施形態に係る応力印加ＭＯＳトランジスタ、ならびにその製造方法のステップを示す断面図。
【図８】図１〜４と併せて、本発明の代替実施形態に係る応力印加ＭＯＳトランジスタ、ならびにその製造方法のステップを示す断面図。
【図９】図１〜４と併せて、本発明の代替実施形態に係る応力印加ＭＯＳトランジスタ、ならびにその製造方法のステップを示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明を記載する。図面において同じ参照符号は類似する要素を参照している。
【００１０】
以下の詳細な説明は、性質上、例示的なものに過ぎず、本発明または本発明の用途および利用を限定することを意図するものではない。更に、上記の技術分野、背景技術、発明の開示、あるいは以下の詳細な説明に明示または暗示した理論のいずれかにより拘束されることを意図するものではない。
【００１１】
半導体デバイスおよび集積回路の製造のために、半導体産業において使用される最も一般的な半導体材料である単結晶シリコンは、シリコン結晶の大きさである格子定数によってその特徴が表される。結晶格子内でシリコン以外の原子を置換することによって、得られる結晶サイズおよび格子定数を変えることができる。ゲルマニウム原子などの大きな置換原子がシリコン格子に添加されると、格子定数が大きくなるが、この格子定数の増加は、置換原子の濃度に比例する。同様に、炭素原子などの小さな置換原子がシリコン格子に添加されると格子定数が小さくなる。ホストシリコン格子に大きな置換原子を局所的に添加すると、ホスト格子に圧縮応力が生み出され、ホストシリコン格子に小さな置換原子を添加すると、ホスト格子に引張応力が生み出される。
【００１２】
埋め込みＳｉＧｅのゲルマニウム含有量を増やすと、ＰＭＯＳトランジスタのチャネルに印加される応力が大きくなり、これによりトランジスタ内の多数キャリアであるホールの移動度が上がることが知られている。また、埋め込みＳｉＧｅ材料の表面のゲルマニウムの濃度を低くすれば、表面のゲルマニウム濃度が高いために引き起こされる問題の一部を回避できることも知られている。次のプロセスによって、埋め込みＳｉＧｅのバルク中のゲルマニウム濃度を上げると共に、表面のゲルマニウム濃度を低く押さえる試みがなされてきた。トランジスタのチャネルの両端のソース領域およびドレイン領域内に、トレンチをエッチングにより形成する。次に、シリコンゲルマニウムの選択的エピタキシャル成長プロセスによってこのトレンチを埋め込む。最初は、高ゲルマニウム濃度のＳｉＧｅを堆積させるために、反応物質のフロー中のゲルマニウムの濃度が高い値に設定される。エピタキシャル成長サイクルの中ほどで、反応物質のフロー中のゲルマニウムの濃度を下げ、トレンチが埋め込まれるまで、フロー中のこの低い濃度を保つ。この結果、ゲルマニウムの濃度の高いＳｉＧｅ下層と、表面のゲルマニウムの濃度の低いＳｉＧｅ層が形成される。このプロセスによって製造されるデバイスは、ＳｉＧｅの表面のゲルマニウム濃度が高いことで発生する問題を回避するものの、移動度の増加が、トレンチに埋め込まれ、均一にゲルマニウム濃度の低い埋め込みＳｉＧｅの予想される移動度の増加を超えることはない。
【００１３】
エピタキシャル成長プロセスにおいては、成長中の材料層は、その下地の表面を実質的に引き継ぐ。しかし、高ゲルマニウム濃度のＳｉＧｅの選択的エピタキシャル成長は、トレンチの底部から優先的に成長し、このため、トレンチの側壁におけるＳｉＧｅ膜の成長速度が低く、この結果、側壁には高ゲルマニウム濃度のＳｉＧｅの薄い層しか形成されないことが観察されている。すなわち、エピタキシャル成長では、側壁の結晶構造よりも、トレンチの底部の結晶構造に優先的に核形成される。トランジスタチャネルに対向する側壁を覆うＳｉＧｅ膜の膜厚は、チャネルに応力を引加するうえで最も重要であり、従来のプロセスによって得られる膜厚は、望ましいチャネルの応力と望ましい移動度の増加を得るには不十分である。本発明の各種実施形態によれば、チャネルの近くの領域において高ゲルマニウム濃度のＳｉＧｅが十分な膜厚で形成され、チャネルの応力と移動度の増加を最適化するＭＯＳトランジスタ、ならびにこのようなデバイスの製造方法が提供される。
【００１４】
図１〜６は、本発明の各種実施形態に係る応力印加ＭＯＳデバイス３０、ならびにこのようなＭＯＳデバイスの製造のための方法ステップを断面で示す。この説明のための実施形態では、応力が印加されたＭＯＳデバイス３０は、１つのＰチャネルＭＯＳ（ＰＭＯＳ）トランジスタによって例示される。デバイス３０などの応力印加（stressed）ＭＯＳデバイスから形成される集積回路は、このようなトランジスタを多数備え、応力非印加（unstressed)のＰＭＯＳトランジスタのほか、応力印加および応力非印加のＮチャネルＭＯＳ（ＮＭＯＳ）トランジスタも備えてもよい。
【００１５】
ＭＯＳトランジスタの製造におけるさまざまな工程が公知であるため、簡潔を期するために、従来のステップの多くは、本明細書で簡潔に触れるにとどめるか、あるいは、公知のプロセスについては詳しく記載せずに完全に省略する。「ＭＯＳデバイス」という用語は、適切には、金属のゲート電極と酸化物のゲート絶縁物を有するデバイスを指すが、この用語は、半導体基板の上に設けられたゲート絶縁物（酸化物または他の絶縁体）の上に設けられた導電性のゲート電極（金属または他の導電性材料）を備える任意の半導体デバイスを指すものとして全体にわたって使用される。
【００１６】
本発明の実施形態に係る応力印加ＭＯＳトランジスタ３０の製造は、その内部または上に、このようなトランジスタを製造する半導体基板３６の提供から開始する。ＭＯＳトランジスタ３０の製造における初期のステップは、従来どおりであり、詳細に記載することはしない。半導体基板は、好ましくは（１００）の面結晶方位を有するシリコン基板であり、「シリコン基板」および「シリコン層」との用語は、本明細書では、半導体産業において一般に使用される比較的純粋な単結晶シリコン材料のほか、シリコンと、他の元素（ゲルマニウム、炭素など）との混合物を含むように用いられる。以降は、便宜上、半導体基板３６を「シリコン基板」と呼ぶが、これに限定されず、半導体技術の当業者は、ほかの半導体材料も使用することができることを認めるであろう。シリコン基板３６は、バルクシリコンウェハであってもよいが、好ましくは、キャリアウェハ４２によって支持されている絶縁層４０上にシリコンの薄膜層３８が形成されたもの（一般に、シリコンオンインシュレータまたはＳＯＩとして公知である）である。シリコン薄層３８の膜厚は、一般に、実装される回路機能に応じて約２００ナノメートル（ｎｍ）未満であってもよく、特定の用途では好ましくは約９０ｎｍ未満である。シリコン薄層は、好ましくは少なくとも約５〜４０オームセンチメートルの抵抗率を有する。シリコンは、Ｎ型またはＰ型のいずれに不純物ドープされてもよいが、好ましくはＰ型にドープされる。誘電絶縁層４０（通常は二酸化シリコン）の膜厚は、好ましくは約５０〜２００ｎｍである。
【００１７】
単結晶シリコン層３８を貫通して誘電絶縁層４０に延びる分離領域４８が形成される。分離領域は、好ましくは、公知の浅部トレンチアイソレーション（ＳＴＩ）技術によって形成される。その際、単結晶シリコン層３８にトレンチがエッチングにより形成され、このトレンチに、堆積させた二酸化シリコンなどの誘電材料が埋め込まれて、化学機械平坦化技術（ＣＭＰ）によって余分な二酸化シリコンが除去される。ＳＴＩ領域４８は、単結晶シリコン層３８に後から形成される回路の各種デバイス同士を、必要に応じて電気的に分離する。ＳＴＩ領域の形成前に、あるいは、好ましくはその後に、シリコン層３８の選択された部分が、例えばイオン注入によって不純物ドープされうる。例えば、ＰＭＯＳトランジスタ３０を製造するために、Ｎ型ウェル５２がＮ形に不純物ドープされうる。
【００１８】
図２に示すように、シリコン層３８の表面５６にゲート絶縁物の層５４が形成される。ゲート絶縁物は、酸化環境中でシリコン基板を加熱することによって形成される熱成長二酸化シリコンでも、酸化シリコン、窒化シリコン、高誘電率絶縁物（ＨｆｘＳｉｙＯｚ等）などの堆積させた絶縁物でもよい。堆積させた絶縁物は、例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ）、低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）、準常圧化学気相成長法（ＳＡＣＶＤ）、あるいはプラズマ促進化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって、公知の方法で堆積させることができる。ここでは、ゲート絶縁物５４は、シリコン層３８の表面５６のみに熱成長した二酸化シリコン層として示す。ゲート絶縁材料の膜厚は、一般に１〜１０ｎｍであり、好ましくは膜厚は約１〜２ｎｍである。本発明の一実施形態によれば、ゲート絶縁物層の上に、ゲート電極形成材料の層５８（好ましくは多結晶シリコン）が堆積される。また、材料が、それ自体、あるいは材料に適切な不純物をドープしたときに、トランジスタの必要なスレッショルド電圧を設定できれば、金属および金属シリサイドなどの他の導電性ゲート電極形成材料が堆積されてもよい。以下、ゲート電極形成材料を多結晶シリコンと呼ぶが、当業者は、他の材料も使用できることを認めるであろう。ゲート電極材料が多結晶シリコンの場合、この材料は、一般に、シランの水素還元反応によるＬＰＣＶＤによって、約５０〜２００ｎｍの膜厚、好ましくは約１００ｎｍの膜厚に堆積される。多結晶シリコンの層は、好ましくはドープなしの多結晶シリコンとして堆積され、その後、イオン注入によって不純物がドープされる。多結晶シリコンのゲート電極形成材料の上に、窒化シリコンの層などのハードマスク材料６０の層が堆積される。マスク材料の層は、窒化シリコンの場合、例えば、ＰＥＣＶＤによって、ジクロロシランとアンモニアの反応により、約３０〜５０ｎｍの膜厚に堆積されうる。当業者は、窒化シリコン以外のほかの誘電材料をハードマスク材料として堆積することができることを理解するであろう。
【００１９】
図３に示すように、ゲート電極形成材料５８とハードマスク材料が、フォトリソグラフィによってパターニングされ、エッチングされて、ハードマスク材料によって覆われているゲート電極６２が形成される。多結晶シリコンは、例えば、ＣｌまたはＨＢｒ／Ｏ２の化学物質中のプラズマエッチングによって所望のパターンにエッチングされ、ハードマスクは、例えば、ＣＨＦ３、ＣＦ４またはＳＦ６の化学物質中のプラズマエッチングによってエッチングされうる本発明の一実施形態によれば、ゲート電極のパターニング後に、ゲート電極６２の両側の（opposing）側壁６５，６６に、酸化シリコンの薄層６４が熱成長される。酸化物の薄層の膜厚は、例えば、約２〜３ｎｍなどである。ゲート電極６２の形成により、チャネル領域６８が、ゲート電極の下にあるシリコンの薄層３８の表面の一部として画定される。好ましくは、トランジスタ内の電流の流れが［１１０］結晶方向と一致するように、チャネルが［１１０］結晶方向に配向される。酸化物の薄層６４は、多結晶シリコンのゲート電極を、後から堆積するスペーサ形成材料から分離するためのライナとなる。
【００２０】
本発明の一実施形態に係る方法では、続いて、図４に示すように、窒化シリコンまたは他のスペーサ形成材料の層（図示なし）をブランケット堆積させ、この層を異方性エッチングして、両側の（opposing）側壁６５，６６に形成された酸化シリコンの薄層６４を覆うスペーサ７０が形成される。窒化シリコン層は、好ましくは、反応物質としてジクロロシランとアンモニアを使用するＬＰＣＶＤによって、約８０〜２５０ｎｍの膜厚に堆積される。側壁スペーサは、例えば、ＣＦ４またはＣＨＦ３の化学物質を使用する反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって、異方性エッチングされうる。スペーサ７０、ゲート電極６２およびＳＴＩ４８をエッチングマスクとして使用して、シリコン薄層３８に凹部７２，７４がエッチングにより形成される。側壁スペーサがエッチングマスクとして使用されるため、凹部は、ゲート電極６２の側壁６５，６６と、チャネル６８とに自己整合され、矢印６９に示すように、側壁スペーサの膜厚と実質的に等しい距離だけゲート電極から離間される。凹部７２，７４は、例えば、ＨＢｒ／Ｏ２の化学物質を使用する反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって、矢印７５に示すように、約４００〜６００ｎｍの深さに異方性エッチングされる。トレンチの底面７６の下に、少なくともシリコン層３８の薄い一部分が残される。
【００２１】
トレンチ７２，７４は、表面チャネル６８に対向する側面７８，８０をそれぞれ有する。底面７６は、シリコン薄層３８の表面５６と実質的に平行であり、表面５６と同じ結晶方位を有する。このため、底面７６は、（１００）結晶面に配向している。チャネル６８が［１１０］結晶方向に配向し、側面７８，８０が表面５６と実質的に垂直であり、側面が（０１１）結晶面に向いている。本発明の実施形態によれば、（１００）結晶面における成長速度よりも（０１１）結晶面における成長速度のほうが高い選択的エピタキシャル成長プロセスによって、トレンチ７２，７４に埋め込みＳｉＧｅ８２が埋め込まれる。この選択的エピタキシャル成長では、側面のほか底面にも核形成されるが、エピタキシャル成長中の、反応物質の流量、成長温度、成長圧力などの成長条件を調整することによって、公知の方法により、（０１１）平面において高い成長速度を得ることができる。このような成長条件は、例えば、Rai-Choudhury, P. Schroder, D. K.、SELECTIVE SILICON EPITAXY AND ORIENTATION DEPENDENCE OF GROWTH、Journal of the Electrochemical Society、第１２０巻、第５号、１９７３年５月、p 664-668に記載されている。図５に示すように、続いて、トレンチ７２，７４の一部を埋めるために、埋め込みＳｉＧｅ８２のエピタキシャル成長が行われる。埋め込みＳｉＧｅ８２は、ゲルマニウムを高い濃度で含み、好ましくは約２５〜４０原子百分率のゲルマニウムを含むように成長される。このようにして成長させた埋め込みＳｉＧｅ８２は、ゲルマニウムを高濃度で含むＳｉＧｅの層８４が、底面７６に成長する層８６よりも、側面７８，８０のほうに厚く成長する。好ましくは、側面７８，８０の高ゲルマニウム含有ＳｉＧｅの膜厚は、少なくとも１０〜３０ｎｍである。
【００２２】
選択的エピタキシャル成長の条件が、ゲルマニウム含有量が低くなるように変更され、図６に示すように、トレンチ７２，７４の残りの部分に、低濃度の埋め込みＳｉＧｅ８８が埋め込まれる。好ましくは、埋め込みＳｉＧｅ８８のゲルマニウム濃度は、約０〜２０原子百分率ゲルマニウムである。このため、チャネル６８に対向する側面に高ゲルマニウム濃度の厚い壁を有し、表面のゲルマニウム濃度の低い埋め込みＳｉＧｅが、トレンチ７２，７４に埋め込まれる。
【００２３】
本発明の更に別の実施形態によれば、図５，６に示す構造は、垂直（すなわち、表面５６に実質的に垂直）なポテンシャルバイアスを印加したプラズマ環境中で、高ゲルマニウム濃度の埋め込みＳｉＧｅをエピタキシャル成長させることによって得られる。垂直方向のエピタキシャル成長速度（すなわち底面７６における成長速度）は、プラズマエッチング成分によって低下する。高ゲルマニウム濃度のＳｉＧｅを、所望の膜厚まで側面に成長させた後に、トレンチ埋め込みの低ゲルマニウム濃度部分中のゲルマニウム濃度を下げるように、エピタキシャル成長の条件が変更されうる。低ゲルマニウム含有部分の成長は、プラズマ環境の有無を問わず行うことができる。
【００２４】
本発明の更に別の実施形態によれば、低ゲルマニウム濃度のＳｉＧｅが単独で印加するよりも高い応力をチャネルに与えるための、表面ではＳｉＧｅのゲルマニウムの濃度が低く、トランジスタチャネルに対向するトレンチの側面に高ゲルマニウム濃度のＳｉＧｅの十分な厚さの壁が形成されている所望の最終目的（end result）は、図１〜４と併せて図７〜９に示すように得られる。本発明の本実施形態に係る方法は、図１〜４に図示したものと同じステップから始まる。図７に示すように、選択的エピタキシャル成長によって、トレンチ７２，７４に、高ゲルマニウム濃度の、好ましくは約２５〜４０原子百分率ゲルマニウムのＳｉＧｅ層９０が埋め込まれる。
【００２５】
この方法では、続いて、ゲート電極６２、側壁スペーサ７０および埋め込みＳｉＧｅ９０を覆って、窒化シリコンまたはその他のスペーサ形成材料の層（図示なし）のブランケット堆積が行われる。スペーサ材料の層は、例えば、ＬＰＣＶＤによって少なくとも１０〜３０ｎｍの膜厚に堆積されうる。スペーサ材の層が、例えば、ＲＩＥによって異方性エッチングされ、側壁スペーサ７０を覆っている側壁スペーサ９２が形成される。代替実施形態（図示なし）では、スペーサ材料層の堆積前に側壁スペーサ７０が除去され、スペーサ材料が約３０〜４０ｎｍの膜厚に堆積されて、膜厚３０〜４０ｎｍの１層の側壁スペーサが形成されてもよい。２層の側壁スペーサ、１層の厚い側壁スペーサのいずれを使用する場合でも、図８に示すように、側壁スペーサ、ゲート電極およびＳＴＩがエッチングマスクとして使用され、埋め込みＳｉＧｅ９０にトレンチ９４，９６がエッチングされる。トレンチ９４，９６は、反応性イオンエッチングによって、矢印９５に示すように約１５〜２５ｎｍの深さにエッチングされうる。トレンチ９４，９６は、チャネル６８に自己整合され、矢印９７に示すように、スペーサの幅だけチャネルから離間される。
【００２６】
図９に示すように、トレンチ９４，９６に、好ましくは、ゲルマニウム濃度が約０〜２０原子百分率の、選択的に成長させた低ゲルマニウム濃度のエピタキシャルＳｉＧｅ１００が埋め込まれる。上で説明した実施形態と同様に、トランジスタは、低ゲルマニウム濃度のＳｉＧｅの表面９８と、チャネル６８に対向する高ゲルマニウム濃度のＳｉＧｅの厚い壁とを有する。高ゲルマニウム濃度のＳｉＧｅは、低ゲルマニウム濃度のＳｉＧｅが単独で印加するよりも、トランジスタのチャネルに高い応力を印加するのに十分な膜厚を有する。
【００２７】
図には示していないが、図６および図９に示す構造は、従来の方法によって完成させることができる。従来のステップでは、例えば、側壁スペーサ７０，９２を除去し、これらの代わりに１層の恒久的な側壁スペーサを形成する。この恒久的な側壁スペーサはイオン注入マスクとして使用され、ゲート電極の両側のシリコンまたはＳｉＧｅ内に導電性決定イオンが注入され、ソース領域およびドレイン領域が形成される。ＰＭＯＳトランジスタでは、導電性イオンはボロンイオンであってもよい。ソース拡張部およびドレイン拡張部の形成、ハロ注入部の形成、スレッショルド電圧の設定などを行うために、複数組の側壁スペーサを使用しても、複数のイオン注入を実施してもよいことを、当業者は理解するであろう。また、側壁スペーサを使用して、自己整合された、ソース領域とドレイン領域への金属シリサイドコンタクトが形成されてもよい。シリサイド形成金属の層が堆積され、加熱されて、露出されたシリコンまたはＳｉＧｅと金属を反応させ、金属シリサイドが形成される。側壁スペーサまたはＳＴＩに堆積された金属など、露出されたシリコンと接触していない金属は反応せず、Ｈ２Ｏ２／Ｈ２ＳＯ４またはＨＮＯ３／ＨＣｌの溶液中でのエッチングによって除去されうる。応力印加ＭＯＳトランジスタを形成する際に、ゲート電極および金属シリサイドコンタクトの上に、例えば、応力印加窒化シリコンの応力ライナ層が堆積されうる。応力ライナの堆積後は、誘電層が堆積され、誘電層が平坦化されて、誘電層を貫通する金属シリサイドコンタクトへのコンタクト開口がエッチングにより形成される。次に、コンタクト開口内にコンタクトプラグが形成され、相互接続金属が堆積およびパターニングされて、ソース領域およびドレイン領域への電気的コンタクトが形成されうる。
【００２８】
上で説明した実施形態は、応力強化ＰＭＯＳトランジスタの作製方法である。同じような方法を、応力強化ＮＭＯＳトランジスタの製造にも使用することができ、このいずれかの構造または両方の構造の製造を、応力印加と応力非印加の両方のＰＭＯＳトランジスタおよびＮＭＯＳトランジスタを備えたＣＭＯＳ集積回路の製造方法に取り入れることができる。応力強化ＮＭＯＳトランジスタの製造は、上に記載した方法と同様であるが、シリコン薄層がＰ型に不純物ドープされ、ソース領域とドレイン領域に、Ｎ型の導電性決定イオンが不純物ドープされ、トランジスタチャネルに長軸方向の引張応力を作り出すために、ソース領域およびドレイン領域内にエピタキシャル成長させる埋め込み材料の格子定数が、ホスト材料の格子定数よりも小さくなるように、成長させる材料が炭素などの置換型原子を含むという点が異なる。
【００２９】
上記の詳細な説明において、少なくとも１つの代表的な実施形態を示したが、数多くの変形例が存在することを理解されたい。少なくとも１つの例示的な実施形態は例に過ぎず、本発明の範囲、利用可能性または構成をいかなる形であれ制限することを意図するものではないことが理解されるべきである。上記の詳細な説明は、当業者にとって、少なくとも１つの例示的な実施形態を実装するうえで有用な道標となる。添付の特許請求の範囲とその法的均等物に規定されている本発明の範囲から逸脱することなく、各種要素の機能および構成を様々に変更することができることを理解すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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