專利名稱：使用氧化硅襯墊的離子注入以防止摻雜劑自源極/漏極延伸部向外擴(kuò)散的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改善晶體管性能的半導(dǎo)體器件以及可行方法。本發(fā)明特別適合應(yīng)用于制造具有深亞微米設(shè)計(jì)特征以及淺結(jié)深的高速集成電路的高密度半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
由于對(duì)高密度和高性能需求的增加，在半導(dǎo)體制造技術(shù)上也需要更嚴(yán)格的要求，特別是晶體管性能與高操作速度的提升。晶體管性能是由許多不同的因素決定，且容易在制造過(guò)程中受到不同操作影響而降低，例如，會(huì)使襯底暴露在高溫和等離子氣氛下的等離子沉積技術(shù)，如在等離子增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積的過(guò)程中。由于對(duì)于高操作速度的需求因而需要使用具有相對(duì)低介電常數(shù)的介電材料，介電常數(shù)例如約3.9或以下。文中所示的介電常數(shù)(K)是以真空下為1作為基準(zhǔn)。
如圖1所示，在實(shí)施傳統(tǒng)的制造技術(shù)時(shí)，通常柵極電極11形成在半導(dǎo)體襯底10上，該柵極電極11與該襯底10之間形成有柵極介電層12，如柵極氧化層。接著，進(jìn)行離子注入，以注入源極/漏極的淺層延伸部13。然后，在柵極電極11的側(cè)表面和襯底10的上表面形成厚度約50埃至約200埃的氧化物襯墊15，其在后續(xù)形成側(cè)壁間隔16的蝕刻過(guò)程保護(hù)該襯底表面，該側(cè)壁間隔通常由氮化硅形成。參考符號(hào)14說(shuō)明中等或高濃度摻雜的源極/漏極區(qū)域，通常在形成側(cè)壁間隔16之后注入。
在實(shí)行例如用以形成圖1所示的結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)半導(dǎo)體制造技術(shù)時(shí)會(huì)遭遇困難。例如通過(guò)低壓化學(xué)氣相沉積形成氧化硅襯墊15的沉積過(guò)程的高溫工藝中，其溫度通常為約700℃或更高，注入源極/漏極區(qū)域13的摻雜雜質(zhì)會(huì)擴(kuò)散并分離至氧化物襯墊15中，該摻雜雜質(zhì)的實(shí)例包括P型雜質(zhì)，如硼(B)以及二氟化硼(BF2)。400℃的低溫CVD襯墊氧化物可用于防止此種擴(kuò)散以及摻雜劑的減損。然而，在激活退火所需的高溫過(guò)程中，例如高于100℃的溫度歷時(shí)5至10秒，也會(huì)發(fā)生摻雜劑的減損。此種自源極/漏極延伸部擴(kuò)散的減損是不利的，如增加該源極/漏極延伸部的電阻。以往，用以解決此項(xiàng)問(wèn)題的方法包括，以高于所需的注入劑量，離子注入摻雜雜質(zhì)，例如B或BF2，以抵銷摻雜劑擴(kuò)散所造成的減損。然而，此種方法將不利地導(dǎo)致較深的結(jié)深(Xj)，而無(wú)法符合朝向小型化發(fā)展的持續(xù)性需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是提供一種具有改善性能的晶體管的高密度半導(dǎo)體器件的制造方法。
本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)與特征將揭示在后文的說(shuō)明書中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)試驗(yàn)輕易地了解，或通過(guò)實(shí)行本發(fā)明而獲知這些優(yōu)點(diǎn)與特征。由所附的權(quán)利要求所記載的內(nèi)容也可了解或獲知本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述及其它優(yōu)點(diǎn)均可通過(guò)半導(dǎo)體器件的制造方法加以達(dá)成，該方法包括在襯底的上表面形成具有側(cè)表面的柵極電極，且該襯底與該柵極電極之間覆蓋有柵極介電層；使用柵極電極作為掩膜，通過(guò)離子注入將摻雜劑注入襯底，形成源極/漏極的淺層延伸部；在該柵極電極的側(cè)表面與該襯底的上表面形成氧化物襯墊；以及通過(guò)離子注入將摻雜劑注入該氧化物襯墊。
本發(fā)明的具體實(shí)施例包含通過(guò)離子注入將B或BF2注入襯底，形成具有第一雜質(zhì)濃度的源極/漏極的淺層延伸部；在柵極電極的上表面、側(cè)表面以及該襯底的上表面沉積共形的氧化物襯墊；通過(guò)離子注入將B或BF2注入氧化物襯墊，使其實(shí)質(zhì)上與源極/漏極的淺層延伸部具有相同的雜質(zhì)濃度，例如約1×1020至約6×1020個(gè)原子/立方厘米；沉積間隔層，例如氮化硅或氧氮化硅；以及進(jìn)行蝕刻形成側(cè)壁間隔。接著，可以去除柵極電極上表面上的氧化物襯墊部分。在去除柵極電極上表面的氧化物襯墊部分之前或之后，進(jìn)行離子注入形成深層中等或高濃度的摻雜源極/漏極區(qū)域。隨后，可進(jìn)行激活退火。
本領(lǐng)域技術(shù)人員由后文的詳細(xì)敘述中可以輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)與觀點(diǎn)，其中僅揭示較佳的具體實(shí)施例，以簡(jiǎn)潔的方法說(shuō)明施行本發(fā)明的最佳模式。應(yīng)了解，本發(fā)明也可通過(guò)其它不同的具體實(shí)施例加以施行，其各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可基于不同觀點(diǎn)在不脫離本發(fā)明的情況下進(jìn)行修改。此外，圖式與說(shuō)明書本身僅是用于說(shuō)明，而非用于限制本發(fā)明。


圖1是由傳統(tǒng)晶體管制造技術(shù)所造成摻雜劑擴(kuò)散出來(lái)的示意圖；圖2至圖4是根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施例的方法的各個(gè)步驟的示意圖；圖5至圖8是本發(fā)明另一方面的各個(gè)階段的示意圖。
在圖2至圖4以及圖5至圖8中，類似的特征或組件由類似的參考符號(hào)表示。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明針對(duì)高密度以及小型化的高可靠性半導(dǎo)體器件仍有持續(xù)性需求。本發(fā)明通過(guò)創(chuàng)建屏障來(lái)防止雜質(zhì)自源極/漏極的淺層延伸部擴(kuò)散至氧化物襯墊，提供一種改善晶體管性能的半導(dǎo)體器件以及可行的方法。本發(fā)明中，用以達(dá)成該項(xiàng)目的的具體實(shí)施例是通過(guò)離子注入將雜質(zhì)注入氧化物襯墊。因此，本發(fā)明提供一種方法，該方法可以避免或明顯減少雜質(zhì)(例如，P型雜質(zhì)，如B以及BF2)擴(kuò)散出來(lái)，同時(shí)，使淺的結(jié)深(Xj)維持在約200埃至約300埃。
本發(fā)明的具體實(shí)施例包括在半導(dǎo)體襯底上形成柵極電極，且該襯底與該柵極電極之間覆蓋有柵極介電層，使用柵極電極作為掩膜，通過(guò)離子注入將摻雜劑(例如，BF2)注入襯底，形成淺的源極/漏極區(qū)域。此種離子注入可以使用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行，例如在注入劑量約5×1014至約2×1015個(gè)離子/平方厘米和注入能量約1至約3 KeV的條件下離子注入BF2，通常所形成的雜質(zhì)濃度約為1×1020至約6×1020個(gè)原子/立方厘米。
接著，在柵極電極的上表面、側(cè)表面以及襯底的上表面沉積氧化物襯墊，該氧化物襯墊的厚度為約50埃至約200埃。然后進(jìn)行離子注入，在實(shí)質(zhì)上與形成源極/漏極的淺層延伸部所使用的相同條件下，例如注入劑量約5×1014至約2×1015個(gè)離子/平方厘米以及注入能量約1至約3KeV的條件，將BF2雜質(zhì)注入氧化物襯墊，由此形成雜質(zhì)濃度約為1×1020至約6×1020個(gè)原子/立方厘米的氧化物襯墊。
接著，沉積厚度約600埃至約1200埃的間隔層，例如氮化硅或氮氧化硅。然后進(jìn)行各向異性的蝕刻形成側(cè)壁間隔。接著進(jìn)行BF2的離子注入，形成相對(duì)深層的中等或高濃度的源極/漏極注入層。在形成相對(duì)深層的中等或高濃度的源極/漏極注入層的離子注入之前或之后，可利用氫氟酸去除柵極電極上表面上的氧化硅襯墊部分。然后，進(jìn)行激活退火。將摻雜雜質(zhì)注入氧化硅襯墊可增加擴(kuò)散阻礙，進(jìn)而防止或明顯地減少后續(xù)工藝中，例如間隔層的沉積以及激活退火的期間，雜質(zhì)自淺的源極/漏極區(qū)域擴(kuò)散出來(lái)。
本發(fā)明的具體實(shí)施例顯示在圖2至圖4中，其中類似的特征或組件由類似的參考符號(hào)與數(shù)字表示。如圖2所示，柵極電極21(通常是摻雜的多晶)形成在襯底20(通常是摻雜的單晶硅)或外延層上，該外延層(epitaxial layer)形成在半導(dǎo)體襯底或井區(qū)域上。使用柵極電極21作為掩膜，以離子注入將雜質(zhì)(例如，BF2)注入襯底20，形成源極/漏極的淺層延伸部23。接著，如圖3所示，在柵極電極21的上表面與側(cè)表面以及襯底20的上表面沉積氧化物襯墊30，該氧化物襯墊30的厚度為約50埃至約200埃。然后進(jìn)行離子注入，如圖3中的箭號(hào)31所示，將BF2雜質(zhì)注入氧化物襯墊30，使其與源極/漏極的淺層延伸部23的注入有實(shí)質(zhì)相同的濃度，藉此增加BF2原子自該源極/漏極的淺層延伸部23擴(kuò)散出來(lái)的阻礙。
隨后，沉積間隔材料層并進(jìn)行各向異性蝕刻，形成側(cè)壁間隔40，如圖4所示，側(cè)壁間隔40在襯底表面的厚度通常約600埃至約1200埃。在形成側(cè)壁間隔40的蝕刻過(guò)程中，氧化硅層30作為蝕刻終止層，故可避免損及襯底20。后續(xù)工藝包含利用如氫氟酸去除柵極電極21與襯底20上表面的氧化硅襯墊30。在去除柵極電極21與襯底上表面的硅或氧化硅層40部分前或去除后進(jìn)行離子注入，形成深層的中等或高濃度摻雜的源極/漏極區(qū)域(41)，形成如圖4所示的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一方面包括能夠選擇性優(yōu)化雙層埋入式氧化層BOX(dual buried oxide)的絕緣體上硅SOI(silicon-on-insulative)結(jié)構(gòu)中的源極與漏極區(qū)域厚度的方法。此種方法顯示在圖5至圖8，其中類似的特征或組件由類似的參考符號(hào)表示。如圖5所示，雙層BOX結(jié)構(gòu)包括由硅50、BOX 51、硅層52、BOX 53、以及硅層54所成的襯底。柵極電極55形成在雙層BOX襯底上，且柵極電極55與襯底之間形成有柵極介電層56，側(cè)壁間隔57形成在柵極電極55的側(cè)表面上。
如圖6所示，接著在該結(jié)構(gòu)的源極側(cè)邊上形成光刻膠掩膜60。如圖7所示，接著進(jìn)行蝕刻自漏極邊去除頂部的硅層54以及上層的BOX層53。接著，如圖8所示，從下層的硅層52外延生長(zhǎng)硅54A(expitaxiallygrown)。在此方法中，可獨(dú)立于源極區(qū)域54B形成較深的漏極區(qū)域54A。
本發(fā)明能夠制造表現(xiàn)出改善的晶體管性能以及例如約200埃至約300埃的淺結(jié)深(Xj)的半導(dǎo)體器件。將雜質(zhì)注入氧化物襯墊，該注入的雜質(zhì)與源極/漏極的淺層延伸部屬相同類型且具有實(shí)質(zhì)相同的濃度，因而可以防止或?qū)嵸|(zhì)減少雜質(zhì)自源極/漏極的淺層延伸部擴(kuò)散出來(lái)，進(jìn)而改善源極/漏極的延伸部的電阻，同時(shí)明顯地改善晶體管性能，符合小型化的持續(xù)需求。
本發(fā)明有利于應(yīng)用在產(chǎn)業(yè)上，制造各種不同類型的半導(dǎo)體器件。本發(fā)明特別有利于在產(chǎn)業(yè)上，制造約0.12微米設(shè)計(jì)規(guī)則的高密度半導(dǎo)體器件。
前述內(nèi)容中已具體揭示多項(xiàng)細(xì)節(jié)，例如特定材料、結(jié)構(gòu)、反應(yīng)物、工藝等，以使本發(fā)明獲得更詳盡的說(shuō)明；但本發(fā)明的施行并非僅局限于前述的特定細(xì)節(jié)。在其它實(shí)例中，為使本發(fā)明的精神更臻明確，并未針對(duì)已知工藝中的材料與技術(shù)加以描述。
在本發(fā)明的說(shuō)明書中，僅揭示本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例及其用途的數(shù)個(gè)實(shí)例。應(yīng)了解的是，本發(fā)明可用于其它不同組合以及環(huán)境，也可在本發(fā)明的精神范疇下進(jìn)行變更與修改。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括下列步驟在襯底(20)上表面上形成具有側(cè)表面的柵極電極(21)，在該襯底(20)與該柵極電極(21)之間有柵極介電層(22)；通過(guò)離子注入將摻雜劑注入襯底，并使用柵極電極(21)作為掩膜，形成源極/漏極的淺層延伸部(23)；在該柵極電極(21)的側(cè)表面與該襯底(20)的上表面上形成氧化物襯墊(30)；以及通過(guò)離子注入(31)將摻雜劑注入該氧化物襯墊(30)。
2.如權(quán)利要求1的方法，還包括在該氧化物襯墊(30)上沉積間隔材料層；進(jìn)行蝕刻，在該氧化物襯墊(30)上形成側(cè)壁間隔(40)；通過(guò)離子注入將摻雜劑注入該襯底，形成深層中等或高濃度的摻雜注入物(41)；以及激活退火。
3.如權(quán)利要求2的方法，包括形成包括氧化硅的氧化物襯墊(30)；以及形成包括氮化硅或氮氧化硅的間隔層(40)。
4.如權(quán)利要求3的方法，包括離子注入(31)P型雜質(zhì)作為摻雜劑。
5.如權(quán)利要求4的方法，包括離子注入(31)硼(B)或二氟化硼(BF2)作為摻雜劑。
6.如權(quán)利要求2的方法，包括通過(guò)離子注入將摻雜劑注入該襯底，形成第一雜質(zhì)濃度的源極/漏極的淺層延伸部(23)；以及通過(guò)離子注入將摻雜劑注入該氧化物襯墊(30)，該氧化物襯墊(30)中的雜質(zhì)濃度實(shí)質(zhì)上與第一雜質(zhì)濃度相同。
7.如權(quán)利要求6的方法，包括通過(guò)離子注入將摻雜質(zhì)注入襯底形成源極/漏極的淺層延伸部(23)，以及將摻雜劑注入氧化物襯墊(30)，該注入的摻雜劑濃度約為1×1020至約2×1020個(gè)原子/立方厘米。
8.如權(quán)利要求2的方法，包括通過(guò)離子注入(31)將摻雜雜質(zhì)注入氧化物襯墊(30)，使該氧化物襯墊(30)的摻雜劑濃度約為1原子百分比。
9.如權(quán)利要求5的方法，包括通過(guò)離子注入(31)將BF2注入氧化物襯墊(30)，注入劑量約5×1014至約2×1015個(gè)離子/平方厘米以及注入能量約1至約3KeV。
10.如權(quán)利要求1的方法，包括形成厚度約50埃至約200埃的氧化物襯墊(30)。
全文摘要
提供一種改善晶體管性能的半導(dǎo)體器件的制造方法，該半導(dǎo)體器件的制造是通過(guò)離子注入(31)將摻雜劑注入氧化物襯墊(30)以防止或充分減少摻雜劑自源極/漏極的淺層延伸部(23)擴(kuò)散出來(lái)。具體實(shí)施例包含離子注入P型摻雜劑，例如B或BF
文檔編號(hào)H01L29/78GK1643672SQ03806763
公開(kāi)日2005年7月20日 申請(qǐng)日期2003年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月26日
發(fā)明者A·C·韋, M·B·菲賽利耶, 中秉津 申請(qǐng)人:先進(jìn)微裝置公司