[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及半导体器件及其制造方法，更具体地，涉及一种包含应变相变材料(stressed Phase Change Material (PCM))的半导体器件及其制造方法。

背景技术

半导体器件衬底中的机械应变可以用于改变半导体器件的性能。例如，在Si衬底中，当Si衬底层处于压应变状态时，空穴迁移率将得到提升；相反地，当Si衬底层处于拉应变状态时，电子迁移率将得到提升。因此，有利地，可以在半导体器件的衬底层区域中产生拉应力(n型半导体器件)或压应力(p型半导体器件)，以增强n型或p型半导体器件的性能。

传统工艺是在半导体器件的沟道区内形成应变缓冲层(SiGe等)，以实现上述拉应变或压应变。但是，这样做的缺点在于只能提供有限的拉应力或压应力(大约200MPa～大约500MPa的范围内)，而这极大地限制了所得到的半导体器件的性能。

发明内容

考虑到传统工艺的上述缺陷，本发明提出了一种包含应变相变材料的半导体器件及其制造方法，能够在半导体器件中提供更大的拉应力或压应力，以进一步增强n型或p型半导体器件的性能。

根据本发明的第一方案，提出了一种半导体器件，包括：衬底，包括用于对位于栅长方向上的不同器件进行隔离的沟槽；栅极部分，位于所述衬底上；源极部分和漏极部分，分别位于栅极部分相对两侧的衬底内；衬里，位于所述沟槽的内壁上；应变相变材料部分，位于所述沟槽中；其中应变相变材料部分对衬底施加拉应力或压应力，以使衬底产生拉应变或压应变。

优选地，所述半导体器件还包括：保护层，覆盖所述应变相变材料部分的顶部。更优选地，所述保护层是氧化物层或氮化物层，所述衬里是氧化物衬里或氮化物衬里。

优选地，所述应变相变材料部分由氧族化合物基相变材料(Chalcogenide-based Phase Change Materials)或含有IV、V、VI族元素的相变材料构成。更优选地，应变相变材料通常选择氧族化合物基相变材料中的Ge₂Sb₂Te₅、In₂Se₃和Sb₂Te中的任一种。

根据本发明的第二方案，提出了一种半导体器件制造方法，包括：在衬底上形成用于对位于栅长方向上的不同器件进行隔离的沟槽；在所述沟槽的内壁上形成衬里；在所述沟槽内沉积相变材料；以及对所述相变材料进行相变处理，以形成应变相变材料，从而对所述衬底施加拉应力或压应力，以使所述衬底产生拉应变或压应变。

优选地，所述半导体器件制造方法还包括：在所述衬底上形成栅极；再次对所述相变材料进行相变处理，以确保所述相变材料形成所述应变相变材料；以及在所述栅极两侧形成源极部分和漏极部分。

优选地，所述半导体器件制造方法还包括：形成保护层，覆盖所述应变相变材料的顶部。更优选地，所述保护层是氧化物层或氮化物层，所述衬里是氧化物衬里或氮化物衬里。

优选地，所述应变相变材料是氧族化合物基相变材料或含有IV、V、VI族元素的相变材料。更优选地，所述应变相变材料通常选择氧族化合物基相变材料中的Ge₂Sb₂Te₅、In₂Se₃和Sb₂Te中的任一种。

在本发明中，在用于对位于栅长方向上的不同器件进行隔离的浅沟槽隔离(STI)区中形成相变材料。通过相变材料在发生相变时所产生的体积或密度改变，能够产生较大的形变应力，从而增强半导体器件的性能。

附图说明

通过下面结合附图说明本发明的优选实施例，将使本发明的上述及其它目的、特征和优点更加清楚，其中：

图1～11示出了本发明所提出的n型半导体器件制造方法的各个步骤的示意图，其中图11示出了根据本发明所提出的n型半导体器件制造方法制造完成的n型半导体器件；以及

图1～3和12～19示出了本发明所提出的p型半导体器件制造方法的各个步骤的示意图，其中图19示出了根据本发明所提出的p型半导体器件制造方法制造完成的p型半导体器件。

应当注意的是，本说明书附图并非按照比例绘制，而仅为示意性的目的，因此，不应被理解为对本发明范围的任何限制和约束。在附图中，相似的组成部分以相似的附图标号标识。

具体实施方式