專利名稱：具有高架源/漏結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法，特別涉及一種具有高架源/漏結(jié)構(gòu)的MOS半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件的高速操作和高集成度需要短?hào)艠O長(zhǎng)度以及減小的寄生電容。為了抑制短溝道效應(yīng)，需要使得源區(qū)和漏區(qū)變淺。為了抑制由于淺源和漏區(qū)所造成的薄膜電阻的增加，采用在源和漏區(qū)上形成耐火金屬硅化物層的技術(shù)。
如果耐火金屬硅化物層形成在淺源和漏區(qū)之上，則結(jié)泄漏電流增加。MOS半導(dǎo)體器件已經(jīng)被提出具有高架源/漏結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在即使形成耐火金屬硅化物層的情況下也不會(huì)增加結(jié)泄漏電流。
形成高架結(jié)構(gòu)的方法是眾所周知的。根據(jù)該方法，在把雜質(zhì)注入到源和漏區(qū)之后，半導(dǎo)體的膜被有選擇地外延生長(zhǎng)在源和漏區(qū)之上。通過(guò)該方法，外延生長(zhǎng)溫度最好被設(shè)置在600℃或更低，以抑制在源和漏區(qū)中摻雜的雜質(zhì)的橫向擴(kuò)散。由于生長(zhǎng)溫度不高，因此半導(dǎo)體膜的生長(zhǎng)速度較慢。該方法不適用于大規(guī)模生產(chǎn)。
并且，在外延生長(zhǎng)之前在氫氣環(huán)境中進(jìn)行熱處理，以除去形成在源和漏區(qū)的表面上的自然氧化膜。熱處理溫度最好被設(shè)置在從700至900℃的范圍內(nèi)，以增強(qiáng)除去自然氧化膜的效果。但是另一方面，最好不把熱處理溫度設(shè)置在600℃或更高，以抑制在源和漏區(qū)中的雜質(zhì)的橫向擴(kuò)散。如果熱處理溫度被設(shè)置在600℃或更低，則不能夠獲得所希望的除去自然氧化膜的充分效果。
如果在形成高架源/漏結(jié)構(gòu)之后形成源和漏雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)，則可以防止在源和漏區(qū)中的雜質(zhì)的橫向擴(kuò)散。但是，如果在形成高架源/漏結(jié)構(gòu)之前已經(jīng)形成輕微摻雜的漏(LDD)結(jié)構(gòu)的延伸區(qū)，則在延伸區(qū)中的雜質(zhì)在橫向方向上擴(kuò)散。因此不能夠期望獲得充分的短溝道效應(yīng)抑制效果。
在日本專利公告JP-A-2000-150886的圖12中以及其相關(guān)描述中，公開(kāi)可以解決上述問(wèn)題的用于具有高架源/漏結(jié)構(gòu)的MOS晶體管的制造方法。根據(jù)該方法，首先，通過(guò)使用覆蓋柵極的側(cè)壁的側(cè)壁襯墊以及在柵極的上表面上的絕緣膜作為掩膜，一個(gè)外延層被有選擇的生長(zhǎng)在源和漏區(qū)上。在此之后，雜質(zhì)離子被注入到源和漏區(qū)，硅化鈦層被形成在外延生長(zhǎng)層之上。
在除去側(cè)壁襯墊之后，雜質(zhì)被注入以形成LDD結(jié)構(gòu)的外延區(qū)。在950℃的溫度下執(zhí)行30分鐘的熱處理，以擴(kuò)散該雜質(zhì)，并且使得該外延區(qū)與源和漏區(qū)相連續(xù)。
通過(guò)在日本專利公告JP-2000-150886中所公開(kāi)的方法在用于使該外延區(qū)與源和漏區(qū)相連續(xù)的熱處理過(guò)程中，該外延區(qū)中的雜質(zhì)還向溝道擴(kuò)散。短溝道效應(yīng)變大。另外，由于用于擴(kuò)散在外延區(qū)中的雜質(zhì)的熱處理在形成硅化鈦層之后執(zhí)行，因此容易出現(xiàn)的硅化鈦的聚集。如果出現(xiàn)硅化鈦的聚集，則源和漏區(qū)的薄膜電阻變高。另外，通過(guò)該方法，硅化鈦層不形成在柵極上。因此不能夠期望獲得低電阻的柵極。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種能夠減輕短溝道效應(yīng)的具有高架源/漏結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，及其制造方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在此提供一種半導(dǎo)體器件，其中包括形成在半導(dǎo)體基片的部分表面上的柵極，一個(gè)柵絕緣膜被插入在它們之間；由半導(dǎo)體材料所制成并且形成在柵極的兩側(cè)上的半導(dǎo)體基片的表面上的第一半導(dǎo)體膜，該第一半導(dǎo)體膜與柵極隔開(kāi)一定的距離；形成在每個(gè)第一半導(dǎo)體膜中的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)；形成在柵極的兩側(cè)上的半導(dǎo)體基片的表面層中的外延區(qū)，該外延區(qū)被摻雜有與雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)相同導(dǎo)電型的雜質(zhì)，并且連接到相應(yīng)一個(gè)雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)；以及由絕緣材料所制成并且形成在柵極的側(cè)壁上的側(cè)壁襯墊，該側(cè)壁襯墊延伸出在柵極側(cè)面上的第一半導(dǎo)體膜的邊界并且覆蓋第一半導(dǎo)體膜的部分表面。
通過(guò)使用覆蓋第一半導(dǎo)體膜的部分表面的側(cè)壁襯墊作為掩膜，雜質(zhì)被注入以形成源和漏的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)。則可以抑制由于雜質(zhì)的橫向擴(kuò)散所造成的短溝道效應(yīng)的增加。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在此提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其中包括如下步驟(a)在半導(dǎo)體基片的部分表面上形成柵絕緣膜以及置于該柵絕緣膜上的柵極；(b)在柵極的側(cè)壁上形成第一側(cè)壁襯墊；(c)在半導(dǎo)體基片的表面上生長(zhǎng)由半導(dǎo)體材料所制成的第一半導(dǎo)體膜，不覆蓋柵極和第一側(cè)壁襯墊；(d)除去第一側(cè)壁襯墊；(e)通過(guò)使用柵極作為掩膜，把第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體基片的表面層以及第一半導(dǎo)體膜的表面層；(f)在柵極的側(cè)壁上形成第二側(cè)壁襯墊，該第二側(cè)壁襯墊至少到達(dá)在柵極側(cè)上的第一半導(dǎo)體膜的邊緣；(g)把第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)注入到不被第二側(cè)壁襯墊所覆蓋的第一半導(dǎo)體膜的區(qū)域中；以及(h)執(zhí)行熱處理用于激活在步驟(e)和(g)中注入的雜質(zhì)。
在生長(zhǎng)第一半導(dǎo)體膜之后，雜質(zhì)被注入以形成源和漏區(qū)。在生長(zhǎng)第一半導(dǎo)體膜的過(guò)程中所述的雜質(zhì)沒(méi)有受到熱處理，從而可以抑制雜質(zhì)的橫向擴(kuò)散。
如上文所述，在此執(zhí)行有選擇地外延生長(zhǎng)以形成高架源/漏結(jié)構(gòu)之后，形成源和漏的延伸區(qū)以及源和漏區(qū)。因此可以抑制在延伸區(qū)和源/漏區(qū)中的雜質(zhì)的橫向擴(kuò)散。由于可以在高溫下執(zhí)行外延生長(zhǎng)，因此可以增加生長(zhǎng)速度。在形成源和漏區(qū)之后，形成金屬硅化物膜。由于該金屬硅化物膜沒(méi)有受到對(duì)雜質(zhì)的活化熱處理，因此可以避免金屬硅化物的聚集。


圖1A至1E為示出根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造方法的基片的截面視圖。
圖2為示出根據(jù)第一實(shí)施例的一種變型的半導(dǎo)體器件的截面視圖。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)圖1A至1E，將說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造方法。
如圖1A中所示，在由硅所制成的半導(dǎo)體基片1的表面層中，元件分離絕緣膜2通過(guò)硅的局部氧化(LOCOS)或淺溝槽隔離(STI)而形成。元件分離區(qū)2確定有源區(qū)。半導(dǎo)體基片1的表面被氧化，以在每個(gè)有源區(qū)的表面上形成氧化硅膜，該氧化硅膜具有大約2nm厚度并且被作為一個(gè)柵絕緣膜。
在半導(dǎo)體基片1上，通過(guò)化學(xué)汽相淀積(CVD)形成具有70至120nm的厚度的多晶硅膜，可以形成一個(gè)無(wú)定形硅膜。通過(guò)CVD方法，把具有20至40m的厚度的氮化硅膜形成在該多晶硅膜上。通過(guò)覆蓋要被形成柵極的區(qū)域，從氮化硅膜到柵絕緣膜的三個(gè)層面被干法蝕刻，以保留由氮化硅膜所制成的掩膜5、多晶硅的柵極4以及氧化硅的柵絕緣膜3。
如圖1B中所示，通過(guò)CVD方法把具有20至40nm的厚度的氮化硅膜淀積在基片的整個(gè)表面上，并且被各向異性干法蝕刻，以保留在柵極4的側(cè)壁上的側(cè)壁襯墊8。在淀積氮化硅膜之前，通過(guò)使用四乙基原硅酸鹽(TEOS)作為原材料通過(guò)低壓CVD形成大約5nm厚的氧化硅膜。
通過(guò)使用稀釋的氫氟酸在把通過(guò)熱氧化所形成的氮化硅膜腐蝕大約5nm的條件下對(duì)半導(dǎo)體基片執(zhí)行表面處理。在氫氣環(huán)境中，在大約1×104Pa(大約80乇)的壓力、750℃的溫度以及20slm的氫氣流速的條件下執(zhí)行120秒的熱處理。通過(guò)這些處理，除去在半導(dǎo)體基片上形成的自然氧化物膜。
通過(guò)使用元件分離絕緣膜2、側(cè)壁襯墊8和掩膜5作為掩膜，有選擇地在半導(dǎo)體基片1的表面上外延生長(zhǎng)硅，以形成具有20至70納米的厚度的外延層10。例如，在20slm的氫氣流速、100sccm的二氯硅烷(SiH2Cl2)流速、30sccm的氯化氫(HCl)流速、5.3×103Pa(40乇)和800℃的溫度的條件下，通過(guò)CVD方法生長(zhǎng)外延層10。在這些條件下進(jìn)行300秒的生長(zhǎng)，形成大約60nm厚的外延層。
該外延層可以通過(guò)超高真空CVD(UHV-CVD)在較低的生長(zhǎng)氣壓下形成?？梢允褂?SiH4)、乙硅烷(Si2H6)和氯氣(Cl2)作為源氣體。
如圖1C中所示，通過(guò)熱磷酸除去圖1B中所示的掩膜5和側(cè)壁襯墊8。因此，半導(dǎo)體基片1的表面被暴露在柵極4的兩側(cè)。如果在淀積用于側(cè)壁襯墊8的氮化硅膜之前形成具有大約5nm厚度的氧化硅膜，在使用熱磷酸進(jìn)行蝕刻處理的過(guò)程中該氧化硅膜作為半導(dǎo)體基片1的表面保護(hù)膜。該氧化硅膜被氫氟酸所除去。
如果要形成n溝道MOS晶體管，砷(As)離子被在4keV的加速能量和1.2×1015cm-2的劑量的條件下注入。如果要形成p溝道MOS晶體管，硼(B)離子被在3keV的加速能量和1×1015cm-2的劑量的條件下注入。通過(guò)該離子注入，源和漏區(qū)的延伸區(qū)15被形成在柵極4兩側(cè)的半導(dǎo)體基片的表面層中。該雜質(zhì)還被注入到外延層10的表面層中。
如圖1D中所示，側(cè)壁襯墊18被再次形成在柵極4的側(cè)壁上。該側(cè)壁襯墊18覆蓋柵極4兩側(cè)上的半導(dǎo)體基片的表面，并且延伸超過(guò)在柵極側(cè)上的外延層10的邊界，以覆蓋外延層10的部分表面。例如，如果圖1B中所示的側(cè)壁襯墊8的厚度為30nm，則要被第二次形成的側(cè)壁襯墊18被設(shè)置為50nm。側(cè)壁襯墊18可以由氧化硅或氮化硅樹(shù)脂層。它還可以由氮化硅膜和氮化硅膜的雙層結(jié)構(gòu)所制成。
如果要形成n溝道MOS晶體管，則通過(guò)使用側(cè)壁襯墊18作為掩膜，磷(P)離子在6keV的加速能量和8×1015cm-2的劑量的條件下注入到外延層10。在此時(shí)，磷也被注入到柵極中。如果要形成p溝道MOS晶體管，則硼(B)離子在4keV的加速能量和4×1015cm-2的劑量的條件下注入。通過(guò)該離子注入，源和漏區(qū)19形成在外延層10中以及半導(dǎo)體基片1的表面層中。在離子注入之后，通過(guò)在950至1050℃的溫度下執(zhí)行激活熱處理。退火時(shí)間大約為0至10秒。
下面將描述進(jìn)行到圖1E的處理。鈦膜形成在基片的整個(gè)表面上并且執(zhí)行熱處理。因此，硅化鈦的金屬硅化物膜20形成在柵極4的上表面和外延層10的表面上。在熱處理之后，除去未反應(yīng)的鈦膜。該金屬硅化物膜20可以由的硅酸鈷或硅酸鎳所制成。
在本實(shí)施例中，在形成外延層10中，執(zhí)行離子注入以形成延伸區(qū)15和源和漏區(qū)19。由于在外延生長(zhǎng)過(guò)程中所注入的雜質(zhì)沒(méi)有受到熱處理，因此可以抑制雜質(zhì)的橫向擴(kuò)散。可以在700℃或更高的溫度下執(zhí)行外延生長(zhǎng)。因此，可以增加生長(zhǎng)速度。在外延生長(zhǎng)之前，可以在700℃或更高的高溫下執(zhí)行在氫氣環(huán)境中的熱處理，用于除去自然氧化物。因此可以良好地除去自然晶體氧化物。
在本實(shí)施例中，在對(duì)所注入雜質(zhì)執(zhí)行激活熱處理之后形成金屬硅化物膜20。由于金屬硅化物膜20不暴露在激活熱處理的高溫環(huán)境中，因此可以防止金屬硅化物的聚集。
并且在本實(shí)施例中，被用作為注入離子的掩膜并且形成源和漏區(qū)19的側(cè)壁襯墊18延伸超過(guò)在柵極側(cè)上的外延層10的邊界。因此，即使在源和漏區(qū)中的雜質(zhì)在橫向方向上擴(kuò)散，它們也難以到達(dá)溝道區(qū)的附近。因此，可以增加源和漏區(qū)19的雜質(zhì)濃度，而不產(chǎn)生穿孔。通過(guò)使得雜質(zhì)濃度較高，可以表現(xiàn)出由于金屬硅化物膜20所造成的結(jié)泄漏電流的增加。
圖2為根據(jù)本實(shí)施例的一個(gè)變型的半導(dǎo)體器件的截面視圖。在本實(shí)施例中，源和漏區(qū)19延伸到圖1E中所示的半導(dǎo)體基片1的表面層。在圖2中所示的變型中，在柵極側(cè)上的外延層10的部分區(qū)域中，源和漏區(qū)19保留著外延層中并且不延伸到半導(dǎo)體基片1的表面層。其他結(jié)構(gòu)類似于圖1E中所示的實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。
在圖2中所示的變型中，即使在源和漏區(qū)19中的雜質(zhì)在橫向方向上擴(kuò)散，它們大部分進(jìn)入被側(cè)壁襯墊18所覆蓋的外延層10的區(qū)域，并且不進(jìn)入半導(dǎo)體基片1的表面層。可以增強(qiáng)防止穿孔的效果。
本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例而描述。本發(fā)明不僅限于上述實(shí)施例。顯然本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以作出各種變型、改進(jìn)、組合等等。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，其中包括形成在半導(dǎo)體基片的部分表面上的柵極，一個(gè)柵絕緣膜被插入在它們之間；由半導(dǎo)體材料所制成并且形成在柵極的兩側(cè)上的半導(dǎo)體基片的表面上的第一半導(dǎo)體膜，每個(gè)第一半導(dǎo)體膜與柵極隔開(kāi)一定的距離；形成在每個(gè)第一半導(dǎo)體膜中的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)；形成在柵極的兩側(cè)上的半導(dǎo)體基片的表面層中的外延區(qū)，每個(gè)外延區(qū)被摻雜有與雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)相同導(dǎo)電型的雜質(zhì)，并且連接到相應(yīng)一個(gè)雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)；以及由絕緣材料所制成并且形成在柵極的側(cè)壁上的側(cè)壁襯墊，該側(cè)壁襯墊延伸出在柵極側(cè)面上的第一半導(dǎo)體膜的邊界并且覆蓋第一半導(dǎo)體膜的部分表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中進(jìn)一步包括不被側(cè)壁襯墊所覆蓋的第一半導(dǎo)體膜的表面上的第一金屬硅化物膜；以及形成在柵極上的第二金屬硅化物膜。
3.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其中包括如下步驟(a)在半導(dǎo)體基片的部分表面上形成柵絕緣膜以及置于該柵絕緣膜上的柵極；(b)在柵極的側(cè)壁上形成第一側(cè)壁襯墊；(c)在半導(dǎo)體基片的表面上生長(zhǎng)由半導(dǎo)體材料所制成的第一半導(dǎo)體膜，不覆蓋柵極和第一側(cè)壁襯墊；(d)除去第一側(cè)壁襯墊；(e)通過(guò)使用柵極作為掩膜，把第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體基片的表面層以及第一半導(dǎo)體膜的表面層；(f)在柵極的側(cè)壁上形成第二側(cè)壁襯墊，該第二側(cè)壁襯墊至少到達(dá)在柵極側(cè)上的第一半導(dǎo)體膜的邊緣；(g)把第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)注入到不被第二側(cè)壁襯墊所覆蓋的第一半導(dǎo)體膜的區(qū)域中；以及(h)執(zhí)行熱處理用于激活在步驟(e)和(g)中注入的雜質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中進(jìn)一步包括執(zhí)行硅化反應(yīng)以及在不被第二側(cè)壁襯墊所覆蓋的第一半導(dǎo)體膜的表面上和柵極的上表面上形成金屬硅化物的步驟，該步驟在步驟(h)之后執(zhí)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在步驟(f)中，形成第二側(cè)壁襯墊，第二側(cè)壁襯墊延長(zhǎng)在柵極側(cè)上的第一半導(dǎo)體膜的邊緣，并且覆蓋第一半導(dǎo)體膜的部分表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在步驟(f)中，形成第二側(cè)壁襯墊，該第二側(cè)壁襯墊延長(zhǎng)在柵極側(cè)上的第一半導(dǎo)體膜的邊緣，并且覆蓋第一半導(dǎo)體膜的部分表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在步驟(g)中，在步驟(h)中的熱處理之后的條件下注入雜質(zhì)，該雜質(zhì)保留在柵極側(cè)上的第一半導(dǎo)體膜的至少部分區(qū)域中，而不擴(kuò)散到半導(dǎo)體基片。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在步驟(g)中，在步驟(h)中的熱處理之后的條件下注入雜質(zhì)，該雜質(zhì)保留在柵極側(cè)上的第一半導(dǎo)體膜的至少部分區(qū)域中，而不擴(kuò)散到半導(dǎo)體基片。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在步驟(g)中，在步驟(h)中的熱處理之后的條件下注入雜質(zhì)，該雜質(zhì)保留在柵極側(cè)上的第一半導(dǎo)體膜的至少部分區(qū)域中，而不擴(kuò)散到半導(dǎo)體基片。
全文摘要
一個(gè)柵極形成在半導(dǎo)體基片的部分表面上，一個(gè)柵絕緣膜被插入在它們之間。第一半導(dǎo)體膜形成在柵極的兩側(cè)上的半導(dǎo)體基片的表面上，該第一半導(dǎo)體膜與柵極相隔離。雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)形成在每個(gè)第一半導(dǎo)體膜中。外延區(qū)形成在柵極的兩側(cè)上的半導(dǎo)體基片的表面層中。該外延區(qū)被摻雜有與雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)相同導(dǎo)電型的雜質(zhì)，并且連接到相應(yīng)一個(gè)雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)。側(cè)壁襯墊由絕緣材料所制成并且形成在柵極的側(cè)壁上，該側(cè)壁襯墊延伸出在柵極側(cè)面上的第一半導(dǎo)體膜的邊界并且覆蓋第一半導(dǎo)體膜的部分表面。
文檔編號(hào)H01L29/78GK1487598SQ0315556
公開(kāi)日2004年4月7日 申請(qǐng)日期2003年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月29日
發(fā)明者森年史 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社