專利名稱：反向短溝道效應(yīng)的減少的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及半導(dǎo)體器件，具體地涉及發(fā)生在半導(dǎo)體器件中的反向短溝道效應(yīng)。
半導(dǎo)體集成電路中減小其特征尺寸的趨勢(shì)產(chǎn)生了溝道長(zhǎng)度接近于0.05微米的器件。但是，隨著有效溝道長(zhǎng)度(Leff)的減小，溝道的導(dǎo)電率反向且發(fā)生導(dǎo)電的門電壓一門限(閾)電壓一增加到理論的預(yù)期水平之上。

圖1表示電壓的這種增加，或反向短溝道效應(yīng)(RSCE)，這一般說(shuō)來(lái)是一種不希望出現(xiàn)的效應(yīng)。圖1中的虛線表示在帶柵極的器件中理想的溝道導(dǎo)電性能。
隨著溝道長(zhǎng)度的減小而門限電壓反而趨向更高這一趨勢(shì)在某一點(diǎn)上會(huì)反向，這時(shí)門限電壓急劇下降。門限電壓的這種突然減小被稱為短溝道效應(yīng)(SCE)。傳統(tǒng)上，隨著采取措施以減少RSCE，則SCE會(huì)變壞，這是一個(gè)不希望的附帶效應(yīng)。
RSCE一般都認(rèn)為是由于在n型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(NMOSFET)中閾能硼堆積在源極和漏極的邊緣而引起的，同時(shí)也因?yàn)樵诙虦系乐锌缭紽ET的溝道區(qū)內(nèi)通常是不均勻的硼的分布所引起的。曾經(jīng)使用過(guò)在溝道區(qū)中補(bǔ)充注入P型離子以減少在溝道區(qū)中硼的堆積的影響來(lái)試圖防止RSCE。
另一種曾經(jīng)使用過(guò)以減少FET中的RSCE的技術(shù)是在FET的源極和漏極區(qū)中注入鍺。圖2中在10處總體上表示NFET的截面，在其中在源極18和漏極20的區(qū)域中加入了淺層的鍺注入?yún)^(qū)22。P型硅基片12含有一個(gè)分布在柵極氧化物15上并位于側(cè)壁間隔16之間的柵極14。源極18和漏極20各有一淺層鍺注入?yún)^(qū)22，它們是用來(lái)防止RSCE而形成的。
但是，用來(lái)減少RSCE的常規(guī)技術(shù)需要外加的加工步驟，并能引起對(duì)器件性能的不需要的附帶效果。在本技術(shù)中所需要的是制造一種不會(huì)受到RSCE影響的半導(dǎo)體器件的方法。
本發(fā)明是一種半導(dǎo)體器件，包括一個(gè)半導(dǎo)體基片，布置在所說(shuō)基片上的第一擴(kuò)散區(qū)，布置在所說(shuō)基片上的第二擴(kuò)散區(qū)，布置在所說(shuō)的第一擴(kuò)散區(qū)和第二擴(kuò)散區(qū)之間的溝道區(qū)，布置在所說(shuō)的半導(dǎo)體基片上并在所說(shuō)的溝道區(qū)之上和與所說(shuō)的第一擴(kuò)散區(qū)和所說(shuō)的第二擴(kuò)散區(qū)相重疊的柵極氧化物，布置在所說(shuō)的柵極氧化物上的柵電極，以及布置在整個(gè)所說(shuō)基片上的中性摻雜劑擴(kuò)散注入?yún)^(qū)，所說(shuō)的中心摻雜劑擴(kuò)散注入?yún)^(qū)在所說(shuō)的第一擴(kuò)散區(qū)和所說(shuō)的第二擴(kuò)散區(qū)之下有一個(gè)峰值濃縮區(qū)。
制造所說(shuō)的器件的過(guò)程包括在第一導(dǎo)電率類型的半導(dǎo)體基片上形成一個(gè)氧化層，覆蓋式注入一種中性摻雜劑到所說(shuō)的基片中以形成中性摻雜劑注入?yún)^(qū)，在所說(shuō)的氧化層上形成柵電極，注入源極和漏極區(qū)到所說(shuō)的基片中，其深度要小于所說(shuō)的鍺注入?yún)^(qū)達(dá)到峰值濃度的地方。
現(xiàn)在將以僅作為例子的方式并參考所附插圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，這些圖僅僅是示范性而不是限制性的，且其中相同的元件在各個(gè)圖中都按相同的數(shù)字編號(hào)，在這些圖中，圖1是表明反向短溝道效應(yīng)和短溝道效應(yīng)的圖示；圖2是FET的截面圖，表明在漏和源極中常規(guī)的鍺注入體；圖3是在鍺摻雜時(shí)覆蓋著氧化層的晶片的截面圖；圖4是圖3的晶片在摻雜后的截面圖；圖5是圖4的晶片在柵極生成和源及漏極摻雜之后的截面圖；圖6是FET的一個(gè)實(shí)施例中表明相對(duì)的摻雜劑濃度的圖示；圖7是FET在柵電極已在氧化層上生成時(shí)進(jìn)行鍺注入時(shí)的截面圖；圖8是表明具有鍺注入?yún)^(qū)的FET其RSCE減小但沒(méi)有相應(yīng)的SCE變壞的圖示。
這里所說(shuō)明的半導(dǎo)體器件具有中性的摻雜劑注入，例如鍺，并在源和漏極區(qū)的下面形成峰值濃度。鍺的注入?yún)^(qū)最好是在源、漏和柵極生成之前注入，但是在源、漏和柵極生成之后注入也是可能的。所得的器件，它可以是一個(gè)FET，不會(huì)受到反向短溝道效應(yīng)，而且這種注入不會(huì)引起短溝道效應(yīng)的劣化。雖然這些圖和下面的說(shuō)明為了清晰起見(jiàn)揭示的是一種NFET實(shí)施例的發(fā)明，但熟悉本技術(shù)的人們將會(huì)確信，本發(fā)明對(duì)于具有柵控?cái)U(kuò)散區(qū)的其它半導(dǎo)體器件也是同樣適用的。例如，通過(guò)對(duì)NFET類型的摻雜極性的反向就可形成PFET。
現(xiàn)在參考圖3，一個(gè)NFE1具有P型的硅區(qū)12，在其上利用常規(guī)方法沉積或生長(zhǎng)了氧化層23。P型硅區(qū)12可以是摻雜的單晶體晶片，例如用在NFET應(yīng)用的晶片，或也可以是由n型硅的離子注入所形成的P型硅的阱，例如要用在CMOS應(yīng)用中的NFET部分。氧化層23一般是用從約0.04到約0.06微米的初始厚度形成的，優(yōu)選的厚度為約0.05微米。P型硅區(qū)12可以用例如硼這樣的P型摻雜劑摻雜到初始濃度約1×1017到2×1018個(gè)原子/厘米3，優(yōu)選的是約3×1017原子/厘米3。
中性摻雜劑的注入?yún)^(qū)最好是在具有足夠的能量下注入以便在源和漏極擴(kuò)散注入?yún)^(qū)底部以下的晶片中形成一個(gè)峰值中性摻雜劑濃度，上面所說(shuō)的擴(kuò)散注入?yún)^(qū)是在以后的步驟中注入的。雖然任何中性摻雜劑例如硅或鍺都可以使用，但鍺是優(yōu)選的中性摻雜劑。在一種實(shí)施例中，注入了鍺以便在深度為約0.10到約0.50微米處形成一個(gè)峰值，其中優(yōu)選的深度為約0.15到約0.30微米，尤其可取的深度為約0.20到約0.25微米。鍺的最后峰值濃度為約1019cm-3到約1021cm-3是可取的，尤其可取的濃度是約1020。在P型硅區(qū)12表面的鍺濃度優(yōu)選為約1017cm-3到約1019cm-3，尤其可取的濃度是約1018cm-3。鍺濃度可以用任何方式在P型硅區(qū)12的表面到峰值濃度之間變化，但是優(yōu)選的是對(duì)數(shù)型的變化(例如見(jiàn)圖6)。為了以正確的深度和濃度形成鍺的注入?yún)^(qū)，鍺離子可以用，例如從約230到270千電子伏(keV)在約1013cm-2到約1016cm-2注入，最好是約245到255千電子伏在約1014cm-2到約1015cm-2注入。
圖4表示在注入鍺以后的NFET的橫截面。距離“X”表示如上所述的從P型硅區(qū)表面到鍺注入?yún)^(qū)峰值濃度的距離。虛線26表示鍺注入峰值濃度的深度。鍺濃度從峰值濃度26開(kāi)始沿兩個(gè)方向都減小。距離“X”可以是任何從NFET的源、漏和溝道區(qū)中的合適的鍺濃度所得到的值，但最好有上面說(shuō)明的值。
現(xiàn)在參考圖5，這里所示的是在柵極生成和源及漏極摻雜以后的NFET。柵極的形成是用熟知的技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，柵極14可以是多晶硅的柵極。在生成柵極之前，氧化層23上作上圖并經(jīng)蝕刻以得到厚度約為4到11納米的柵氧化物。然后再形成多晶硅層、經(jīng)刻圖和蝕刻而形成具有厚度約為100到約200納米的多晶硅柵極14。
一旦生成了柵極14，就可以對(duì)源極18和漏極20的擴(kuò)散區(qū)進(jìn)行摻雜。用n型的雜質(zhì)對(duì)源極18和漏極20進(jìn)行離子注入就可得到約為1019到1021的離子濃度，優(yōu)選濃度為約1020。源極18和漏極20區(qū)的注入深度最好為小于約0.15微米，尤其可取的深度為小于約0.1微米。含有氧化物或氮化物的側(cè)壁間隔16可以在柵極14的邊上任選地形成。以便在源極18和漏極20生成第二注入?yún)^(qū)(未示出)。
在這一階段，鍺注入劑擴(kuò)散到源極18，漏極20和在源極18和漏極20之間的溝道中。要進(jìn)行退火以激活摻雜劑和恢復(fù)硅基片的晶格結(jié)構(gòu)。退火可以在約600到約1200攝氏度之間進(jìn)行。在退火之后，可以用常規(guī)的金屬化和鈍化技術(shù)來(lái)完成NFET的制造。
圖6表示NFET的各個(gè)區(qū)域中的離子濃度。如上所述及如圖6所示，鍺的峰值注入深度最好要比源極和漏極的注入深度在晶片中形成得更深一些。在上面所說(shuō)的NFET中，源和漏極的注入劑是n型的離子，而晶片離子是P型離子。上面所說(shuō)并示于圖6中的濃度和深度是示范性的，熟悉本技術(shù)的人員會(huì)理解，另外的摻雜濃度和注入深度都是可能的并在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
重要的是，鍺可以在形成源極和漏極之前的NFET制造過(guò)程中的任何階段注入。例如，鍺可以在形成氧化層23之前或者在形成柵電極14之后注入。圖7表示鍺的注入步驟是在柵極14已經(jīng)形成后實(shí)現(xiàn)的。為了有效地將鍺注入到柵極14以下的溝道區(qū)中去、鍺離子必須以一定角度注入，如圖7所示，注入的能量和劑量要加以調(diào)節(jié)以補(bǔ)償注入的角度。鍺的注入?yún)^(qū)也可以在源極18和漏極20已經(jīng)形成之后以及在側(cè)壁間隔16形成之前或之后利用圖7所示的注入技術(shù)進(jìn)行注入。
在P型基片上進(jìn)行覆蓋式注入阻止了硼的堆積和溝道的不一致性，從而減少了RSCE，根據(jù)器件的工藝，至少可減少百分之15或更多。圖8是個(gè)圖示，它對(duì)本發(fā)明的注入鍺的NFET的短溝道門限電壓和沒(méi)有鍺注入的常規(guī)NFET作了比較。帶注入鍺的NFET由虛線表示。反向短溝道效應(yīng)減少到了接近于鍺注入NFET的理想的水平。但是帶鍺注入并不使短溝道效應(yīng)變壞。
上述的NFET具有明顯地減少反向短溝道效應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)而不同時(shí)使短溝道效應(yīng)或NFET器件的其它關(guān)鍵特性變壞。單一的鍺注入步驟可以方便地將鍺注入包括到標(biāo)準(zhǔn)的NFET和CMOS應(yīng)用中去。
雖然已表示關(guān)敘述了優(yōu)選實(shí)施例，但可以對(duì)它進(jìn)行各種修改和替代而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，應(yīng)該理解，本發(fā)明只是作為一種說(shuō)明而敘述的，而在這里所揭示的說(shuō)明和實(shí)施例并不應(yīng)認(rèn)為是對(duì)權(quán)利要求的限制。
權(quán)利要求
1．一種在制造半導(dǎo)體器件的方法中的改進(jìn)，該半導(dǎo)體器件具有在半導(dǎo)體基片上形成的柵極和在半導(dǎo)體基片中形成的擴(kuò)散區(qū)，該改進(jìn)包括將中性摻雜劑覆蓋式注入到所說(shuō)的半導(dǎo)體基片中，其能量劑量足以將所說(shuō)的中性摻雜劑注入到其深度大于所說(shuō)的擴(kuò)散區(qū)的深度。
2．權(quán)利要求1的方法，其特征在于其中所說(shuō)的中性摻雜劑是鍺，所說(shuō)的注入步驟包括在形成所說(shuō)的擴(kuò)散區(qū)之前注入所說(shuō)的鍺。
3．權(quán)利要求1的方法，其特征在于其中所說(shuō)的中性摻雜劑是鍺，所說(shuō)的注入步驟包括在形成所說(shuō)的柵極之前注入所說(shuō)的鍺。
4．權(quán)利要求1的方法，其特征在于其中所說(shuō)的中性摻雜劑是鍺，所說(shuō)的注入步驟包括以這樣的劑量注入鍺，該劑量在所說(shuō)的步驟的加熱階段足以防止在所說(shuō)的半導(dǎo)體基片中在所說(shuō)的各擴(kuò)散區(qū)之間相對(duì)于所說(shuō)各擴(kuò)散區(qū)中的摻雜劑而言的摻雜劑過(guò)擴(kuò)散。
5．權(quán)利要求1的方法，其特征在于其中所說(shuō)的中性摻雜劑是鍺，所說(shuō)的半導(dǎo)體器件是FET。
6．權(quán)利要求1的方法，其特征在于其中所說(shuō)的中性摻雜劑是鍺，所說(shuō)的各擴(kuò)散區(qū)是源漏擴(kuò)散區(qū)。
7．權(quán)利要求1的方法，其特征在于其中所說(shuō)的柵極是多晶硅。
8．權(quán)利要求1的方法，其特征在于其中所說(shuō)的中性摻雜劑是鍺，所說(shuō)的半導(dǎo)體基片是硅。
9．權(quán)利要求1的方法，其特征在于其中所說(shuō)的中性摻雜劑是鍺，所說(shuō)的鍺被注入到所說(shuō)的半導(dǎo)體基片中以形成從約0.10到約0.50微米深的峰值濃縮區(qū)。
10．權(quán)利要求9的方法，其特征在于其中所說(shuō)的鍺被注入到所說(shuō)的半導(dǎo)體基片中以形成從約0.15到約0.30微米深的峰值濃縮區(qū)。
11．權(quán)利要求10的方法，其特征在于其中所說(shuō)的鍺被注入到所說(shuō)的半導(dǎo)體基片中以形成從約0.20到約0.25微米深的峰值濃縮區(qū)。
12．權(quán)利要求1的方法，其特征在于其中所說(shuō)的中性摻雜劑是鍺，所說(shuō)的鍺被注入到使其峰值濃度為約1019到1021個(gè)鍺離子cm-3。
13．權(quán)利要求1的方法，其特征在于其中所說(shuō)的中性摻雜劑是鍺，所說(shuō)的鍺被注入到使其峰值濃度為約1020個(gè)鍺離子cm-3。
14．權(quán)利要求1的方法，其特征在于其中所說(shuō)的中性摻雜劑是鍺，所說(shuō)的注入是在形成所說(shuō)的柵極以后進(jìn)行的。
15．權(quán)利要求1的方法，其特征在于其中所說(shuō)的中性摻雜劑是鍺，所說(shuō)的注入是在形成所說(shuō)的擴(kuò)散區(qū)后進(jìn)行的。
16．權(quán)利要求1的方法，其特征在于其中所說(shuō)的中性摻雜劑是硅。
17．一種半導(dǎo)體器件，包括一個(gè)半導(dǎo)體基片；布置在所說(shuō)基片上的第一擴(kuò)散區(qū)；布置在所說(shuō)基片上的第二擴(kuò)散區(qū)；布置在所說(shuō)的第一擴(kuò)散區(qū)和所說(shuō)的第二擴(kuò)散區(qū)之間的溝道區(qū)；布置在所說(shuō)的半導(dǎo)體基片上在所說(shuō)的溝道區(qū)之上并與所說(shuō)的第一擴(kuò)散區(qū)和所說(shuō)的第二擴(kuò)散區(qū)重疊的柵極氧化物；布置在所說(shuō)的柵極氧化物上的柵電極；以及布置在整個(gè)所說(shuō)的基片上的中性摻雜劑擴(kuò)散注入?yún)^(qū)，所說(shuō)的中性摻雜劑擴(kuò)散注入?yún)^(qū)具有在所說(shuō)的第一擴(kuò)散區(qū)和所說(shuō)的第二擴(kuò)散區(qū)之下的峰值濃縮區(qū)。
18．權(quán)利要求17的器件，其特征在于其中所說(shuō)的中性摻雜劑擴(kuò)散注入?yún)^(qū)是鍺，且所說(shuō)的半導(dǎo)體器件是FET。
19．權(quán)利要求17的器件，其特征在于其中所說(shuō)的中性摻雜劑擴(kuò)散注入?yún)^(qū)是鍺，且所說(shuō)的第一擴(kuò)散區(qū)和所說(shuō)的第二擴(kuò)散區(qū)是源極和漏極擴(kuò)散區(qū)。
20．權(quán)利要求17的器件，其特征在于其中所說(shuō)的中性摻雜劑擴(kuò)散注入?yún)^(qū)是鍺，且所說(shuō)的柵極是多晶硅。
21．權(quán)利要求17的器件，其特征在于其中所說(shuō)的中性摻雜劑擴(kuò)散注入?yún)^(qū)是鍺，且所說(shuō)的半導(dǎo)體基片是硅。
22．權(quán)利要求17的器件，其特征在于其中所說(shuō)的中性摻雜劑擴(kuò)散注入?yún)^(qū)是鍺，且所說(shuō)的鍺擴(kuò)散注入?yún)^(qū)的峰值濃縮區(qū)為從約0.10到約0.50微米深。
23．權(quán)利要求22的器件，其特征在于其中所說(shuō)的鍺擴(kuò)散注入?yún)^(qū)的峰值濃縮區(qū)為從約0.15到約0.30微米深。
24．權(quán)利要求23的器件，其特征在于其中所說(shuō)的鍺擴(kuò)散注入?yún)^(qū)的峰值濃縮區(qū)為從約0.20到約0.25微米深。
25．權(quán)利要求17的器件，其特征在于其中所說(shuō)的中性摻雜劑擴(kuò)散注入?yún)^(qū)是鍺，且所說(shuō)的鍺擴(kuò)散注入?yún)^(qū)的峰值濃縮區(qū)為約1019到約1021個(gè)鍺離子cm-3。
26．權(quán)利要求25的器件，其特征在于其中所說(shuō)的鍺擴(kuò)散注入?yún)^(qū)的峰值濃縮區(qū)為約1020個(gè)鍺離子cm-3。
27．權(quán)利要求17的器件，其特征在于其中所說(shuō)的中性摻雜劑擴(kuò)散注入?yún)^(qū)是鍺，且所說(shuō)的柵極絕緣層的厚度為約4到約11納米。
28．權(quán)利要求17的器件，其特征在于其中所說(shuō)的中性摻雜劑擴(kuò)散注入?yún)^(qū)是鍺，且所說(shuō)的柵極的厚度為約100到約200納米。
29．權(quán)利要求17的器件，其特征在于其中所說(shuō)的中性摻雜劑擴(kuò)散注入?yún)^(qū)是硅。
30．制造FET的一種方法，包括在第一種導(dǎo)電性類型的半導(dǎo)體基片上形成一個(gè)氧化物層；在所說(shuō)的基片中覆蓋式注入中性摻雜劑離子以形成中性摻雜劑注入?yún)^(qū)；在所說(shuō)的氧化物層上形成柵電極；以及在所說(shuō)的基片上注入源極和漏極區(qū)，其深度要小于所說(shuō)的中性摻雜劑注入?yún)^(qū)出現(xiàn)峰值濃縮區(qū)的深度。
31．權(quán)利要求30的方法，其特征在于其中所說(shuō)的中性摻雜劑離子是鍺，且所說(shuō)的覆蓋式注入步驟包括以這樣的劑量注入鍺，這劑量足以在所說(shuō)過(guò)程的加熱階段期間防止相對(duì)于所說(shuō)的源極和漏極區(qū)域中的摻雜劑而言在所說(shuō)的基片上在所說(shuō)源和所說(shuō)漏區(qū)之間的摻雜劑的過(guò)擴(kuò)散。
32．權(quán)利要求30的方法，其特征在于其中所說(shuō)的中性摻雜劑離子是鍺，且所說(shuō)的柵極是多晶硅。
33．權(quán)利要求30的方法，其特征在于其中所說(shuō)的中性摻雜劑離子是鍺，且所說(shuō)的半導(dǎo)體基片是硅。
34．權(quán)利要求30的方法，其特征在于其中所說(shuō)的中性摻雜劑離子是鍺，且所說(shuō)的鍺被注入到所說(shuō)的半導(dǎo)體基片中以形成所說(shuō)的峰值濃縮區(qū)為從約0.10到約0.50微米深。
35．權(quán)利要求34的方法，其特征在于其中所說(shuō)的中性摻雜劑離子是鍺，且所說(shuō)的鍺被注入到所說(shuō)的半導(dǎo)體基片中以形成所說(shuō)的峰值濃縮區(qū)為從約0.15到約0.30微米深。
36．權(quán)利要求35的方法，其特征在于其中所說(shuō)的鍺被注入到所說(shuō)的半導(dǎo)體基片中以形成所說(shuō)的峰值濃縮區(qū)為從約0.20到約0.25微米深。
37．權(quán)利要求30的方法，其特征在于其中所說(shuō)的中性摻雜劑離子是鍺，且所說(shuō)的鍺注入的峰濃度為約1019到約1021個(gè)鍺離子cm-3。
38．權(quán)利要求37的方法，其特征在于其中所說(shuō)的鍺注入的峰值濃度為約1020個(gè)鍺離子cm-3。
39．權(quán)利要求30的方法，其特征在于其中所說(shuō)的中性摻雜劑離子是鍺，且所說(shuō)的覆蓋式注入是在所說(shuō)的柵極形成之后進(jìn)行的。
40．權(quán)利要求30的方法，其特征在于其中所說(shuō)的中性摻雜劑離子是鍺，且所說(shuō)的覆蓋式注入是在所說(shuō)的擴(kuò)散區(qū)形成之后進(jìn)行的。
41．權(quán)利要求30的方法，其特征在于其中所說(shuō)的中性摻雜劑離子是硅。
全文摘要
說(shuō)明了一種具有減少的反向短溝道效應(yīng)的FET,還說(shuō)明了制造所說(shuō)FET的方法。鍺被注入到整個(gè)半導(dǎo)體基片中,其強(qiáng)度和劑量使峰值離子濃縮區(qū)建立在FET的源和漏極之下。鍺可以在柵極和源及漏極形成之前注入,并減少在正常情況下能在FET中見(jiàn)到的反向短溝道效應(yīng)。在正常情況下在FET中出現(xiàn)的短溝道效應(yīng)不會(huì)因鍺的注入而有負(fù)面影響。
文檔編號(hào)C09D183/02GK1319880SQ0111216
公開(kāi)日2001年10月31日 申請(qǐng)日期2001年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月30日
發(fā)明者J·S·布朗, S·S·弗卡伊, 小R·J·高蒂爾, D·W·馬丁, J·A·斯林克曼 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司