專利名稱：Nmos晶體管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種NMOS晶體管的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體器件為了達(dá)到更快的運(yùn)算速度、更大的 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量以及更多的功能，半導(dǎo)體晶片朝向高集成度方向發(fā)展，MOS器件的柵極特征尺寸 已經(jīng)進(jìn)入深亞微米階段，柵極下的導(dǎo)電溝道變得越來越細(xì)且長度變得較以往更短，這樣就 對(duì)工藝的要求越來越高。在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體制造技術(shù)中，形成NMOS晶體管，圖1至圖3為利用傳統(tǒng)方法形成 NMOS晶體管的示意圖，參考圖1至圖3，首先提供半導(dǎo)體襯底10，在半導(dǎo)體襯底10中形成ρ 阱20用于形成NM0S。然后在半導(dǎo)體襯底10表面淀積柵極氧化層30，再于柵極氧化層30表 面淀積多晶硅層40，并刻蝕多晶硅層40和柵極氧化層30形成NMOS晶體管的柵極結(jié)構(gòu)50。 然后在柵極結(jié)構(gòu)50的兩側(cè)進(jìn)行低劑量離子注入形成輕摻雜源極區(qū)60a (LDD)和輕摻雜漏極 區(qū)60b。接下來在半導(dǎo)體襯底10和柵極結(jié)構(gòu)50表面淀積氧化硅和氮化硅，并利用干法刻蝕 形成側(cè)壁隔離物(spacer) 70，隨后在柵極結(jié)構(gòu)50的兩側(cè)進(jìn)行高劑量離子注入，形成重?fù)诫s 源極區(qū)80a和重?fù)诫s漏極區(qū)80b，輕摻雜源極區(qū)60a和重?fù)诫s源極區(qū)80a構(gòu)成源極區(qū)，輕摻 雜漏極區(qū)60b和重?fù)诫s漏極區(qū)80b構(gòu)成漏極區(qū)。對(duì)于NMOS晶體管輕摻雜和重?fù)诫s為η型雜質(zhì)，傳統(tǒng)的摻雜采用的η型雜質(zhì)為磷 (P)或砷(As)，具體為摻雜雜質(zhì)的原子被離化、分離、加速(獲得動(dòng)能)，形成離子束流，對(duì)半 導(dǎo)體襯底10表面進(jìn)行物理轟擊，進(jìn)入表面并在表面以下停下。例如在公開號(hào)為“CN1518765A”，名稱為“半導(dǎo)體器件的制造方法”的中國專利中還 可以發(fā)現(xiàn)更多與上述技術(shù)方案相關(guān)的信息，例如更詳細(xì)的形成源極區(qū)和漏極區(qū)的方法。但是隨著器件尺寸的下降，離子注入的深度和濃度越來越難于控制，從而利用上 述傳統(tǒng)的方法得到NMOS晶體管的源極區(qū)和漏極區(qū)的電阻和結(jié)深都不能滿足達(dá)到要求，從 而使得半導(dǎo)體器件的性能變差。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種NMOS晶體管的制造方法，提高了半導(dǎo)體器件的性能。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種NMOS晶體管的制造方法，包括步驟提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上具有柵極結(jié)構(gòu)；向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜η型離子，形成源極輕摻雜區(qū)和漏極輕 摻雜區(qū)；在所述柵極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)形成側(cè)壁隔離物；向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜銻離子和碳離子；向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜η型離子，形成源極 重?fù)诫s區(qū)和漏極重?fù)诫s區(qū)。
可選的，向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜η型離子的步驟包括向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜磷離子和/或砷離子?？蛇x的，所述向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜銻離子 和碳離子的步驟包括先離子注入銻離子，之后離子注入碳離子?？蛇x的，向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜磷離子和/ 或砷離子的方法包括步驟向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中第一步離子注入磷離 子；向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中第二步離子注入砷離子?？蛇x的，向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中離子注入銻離子 的能量為 IOKev 至 70Kev，劑量為 5E14atom/cm2 至 lE15atom/cm2?？蛇x的，向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中離子注入碳離子 的能量為 4Kev 至 12Kev，劑量為 lE14atom/cm2 至 lE15atom/cm2?？蛇x的，所述向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中第一步離子 注入磷離子的能量為5Kev至30Kev，劑量為lE13atom/cm2至1. 5E15atom/cm2?？蛇x的，所述向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中第二步離子 注入砷離子的能量為20Kev至35Kev，劑量為2E15atom/cm2至3E15atom/cm2。可選的，所述向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中第二步離子 注入砷離子后還包括向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中第三步離子 注入磷離子?？蛇x的，向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中所述摻雜銻離子 和碳離子之前還包括在所述半導(dǎo)體襯底上形成氧化物層?？蛇x的，向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜η型離子的步驟包括向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜磷離子和/或砷離子。可選的，向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜磷離子和/或砷離子的步驟包 括向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中第一步離子注入磷離子；向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中第二步離子注入砷離子?？蛇x的，在向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜磷離子和/或砷離子步驟之 前還包括向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜銻離子和碳離子?？蛇x的，向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜銻離子和碳離子的步驟包括先向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中離子注入銻離子，之后向所述柵極結(jié)構(gòu)兩 側(cè)的半導(dǎo)體襯底中離子注入碳離子?？蛇x的，向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中離子注入銻離子的能量為30Kev至 80Kev，劑量為 2. 0E14atom/cm2 至 1. 0E15atom/cm2。可選的，向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中離子注入碳離子的能量為4Kev至12Kev，劑量為 5. 0E13 至 8. 0E14atom/cm2?？蛇x的，向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中所述摻雜銻離子和碳離子之前還包 括在所述半導(dǎo)體襯底上形成氧化物層。和現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明在摻雜η型離子的過程中利用摻雜銻離子和碳離子，因?yàn)殇R離子的質(zhì)量大 于傳統(tǒng)摻雜方法中摻雜的磷離子和砷離子，因此可以轟擊半導(dǎo)體襯底的表面，使半導(dǎo)體襯 底表面形成非晶層，從而可以抑制摻雜η型離子在半導(dǎo)體襯底內(nèi)的擴(kuò)散和溝道效應(yīng)，使形 成的源極區(qū)和漏極區(qū)的結(jié)深不會(huì)太深，摻雜離子在非晶層退火處理之后激活率提高，從而 有利于源漏區(qū)電阻的降低以及工作電流的增大；同時(shí)銻離子本身是η型，因此在抑制摻雜 NMOS源漏區(qū)離子擴(kuò)散的同時(shí)，進(jìn)一步降低了源漏區(qū)電阻。但是另一方面由于銻離子對(duì)半導(dǎo) 體襯底的轟擊可能導(dǎo)致在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成損傷，因此可能增大隧穿效應(yīng)，所以本發(fā)明還 利用摻雜碳離子，從而能夠起到對(duì)離子注入缺陷的團(tuán)簇和對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行修復(fù)，這樣可 以抑制摻雜η型離子的瞬時(shí)增強(qiáng)擴(kuò)散和隧穿效應(yīng)的發(fā)生，因此本發(fā)明利用摻雜銻離子和碳 離子既使得源極區(qū)和漏極區(qū)的結(jié)深達(dá)到要求，進(jìn)一步降低了源漏區(qū)電阻，又抑制了瞬時(shí)增 強(qiáng)擴(kuò)散和隧穿效應(yīng)，提高了半導(dǎo)體器件的性能。
通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及其它目 的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按 實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。圖1至圖3為利用傳統(tǒng)方法形成NMOS晶體管的示意圖；圖4為本發(fā)明的NMOS晶體管的制造方法一實(shí)施例的流程圖；圖5至圖7為本發(fā)明的NMOS晶體管的制造方法一實(shí)施例的示意圖；圖8為利用傳統(tǒng)方法的制造的NMOS晶體管和利用本發(fā)明的制造方法得到NMOS晶 體管的參數(shù)比較示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明 的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā) 明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不 違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施的限制。其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說明，表 示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是實(shí)例，其在此不應(yīng) 限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。傳統(tǒng)的NMOS晶體管的制造方法是采用磷(P)或砷(As)作為η型雜質(zhì)進(jìn)行離子注 入，隨著工藝尺寸的減小，例如在65nm及以下工藝中，如果想要達(dá)到預(yù)定的電阻就需要增 加離子注入的劑量，但增大劑量會(huì)使得隧穿效應(yīng)增大，從而增大輕摻雜時(shí)的劑量會(huì)使得輕 摻雜形成的LDD的結(jié)深不能滿足需要，并且會(huì)引起源極輕摻雜區(qū)和漏極輕摻雜區(qū)之間的短 溝道效應(yīng)而引發(fā)的漏致勢壘降低(DIBL)以及可能出現(xiàn)的穿通(punch-through)；增大重?fù)诫s的劑量會(huì)使得重?fù)诫s形成的源極重?fù)诫s區(qū)和漏極重?fù)诫s區(qū)的結(jié)深不能滿足要求，并且半 導(dǎo)體器件的漏電流增大。因此發(fā)明人經(jīng)過研究得到了本發(fā)明提供了一種NMOS晶體管的制造方法，包括步 驟提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上具有柵極結(jié)構(gòu)；向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜η型離子，形成源極輕摻雜區(qū)和漏極輕 摻雜區(qū)；在所述柵極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)形成側(cè)壁隔離物；向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜銻離子和碳離子；向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜η型離子，形成源極 重?fù)诫s區(qū)和漏極重?fù)诫s區(qū)。可選的，向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜η型離子的 步驟包括向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜磷離子和/或砷離子?？蛇x的，所述向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜銻離子 和碳離子的步驟包括先離子注入銻離子，之后離子注入碳離子?？蛇x的，向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜磷離子和/ 或砷離子的方法包括步驟向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中第一步離子注入磷離 子；向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中第二步離子注入砷離子?？蛇x的，向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中離子注入銻離子 的能量為 IOKev 至 70Kev，劑量為 5E14atom/cm2 至 lE15atom/cm2?？蛇x的，向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中離子注入碳離子 的能量為 4Kev 至 12Kev，劑量為 lE14atom/cm2 至 lE15atom/cm2?？蛇x的，所述向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中第一步離子 注入磷離子的能量為5Kev至30Kev，劑量為lE13atom/cm2至1. 5E15atom/cm2?？蛇x的，所述向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中第二步離子 注入砷離子的能量為20Kev至35Kev，劑量為2E15atom/cm2至3E15atom/cm2?？蛇x的，所述向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中第二步離子 注入砷離子后還包括向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中第三步離子 注入磷離子。可選的，向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中所述摻雜銻離子 和碳離子之前還包括在所述半導(dǎo)體襯底上形成氧化物層?？蛇x的，向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜η型離子的步驟包括向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜磷離子和/或砷離子?？蛇x的，向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜磷離子和/或砷離子的步驟包括向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中第一步離子注入磷離子；向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中第二步離子注入砷離子?？蛇x的，在向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜磷離子和/或砷離子步驟之 前還包括向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜銻離子和碳離子?？蛇x的，向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜銻離子和碳離子的步驟包括先向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中離子注入銻離子，之后向所述柵極結(jié)構(gòu)兩 側(cè)的半導(dǎo)體襯底中離子注入碳離子?？蛇x的，向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中離子注入銻離子的能量為30Kev至 80Kev，劑量為 2. 0E14atom/cm2 至 1. 0E15atom/cm2?？蛇x的，向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中離子注入碳離子的能量為4Kev至 12Kev，劑量為 5. 0E13 至 8. 0E14atom/cm2?？蛇x的，向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中所述摻雜銻離子和碳離子之前還包 括在所述半導(dǎo)體襯底上形成氧化物層。本發(fā)明在摻雜η型離子的過程中利用摻雜銻離子和碳離子，因?yàn)殇R離子的質(zhì)量大 于傳統(tǒng)摻雜方法中摻雜的磷離子和砷離子，因此可以轟擊半導(dǎo)體襯底的表面，使半導(dǎo)體襯 底表面形成非晶層，從而可以抑制摻雜η型離子在半導(dǎo)體襯底內(nèi)的擴(kuò)散和溝道效應(yīng)，使形 成的源極區(qū)和漏極區(qū)的結(jié)深不會(huì)太深，摻雜離子在非晶層退火處理之后激活率提高，從而 有利于源漏區(qū)電阻的降低以及工作電流的增大；同時(shí)銻離子本身是η型，因此在抑制摻雜 NMOS源漏區(qū)離子擴(kuò)散的同時(shí)，進(jìn)一步降低了源漏區(qū)電阻。但是另一方面由于銻離子對(duì)半導(dǎo) 體襯底的轟擊可能導(dǎo)致在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成損傷，因此可能增大隧穿效應(yīng)，所以本發(fā)明還 利用摻雜碳離子，從而能夠起到對(duì)離子注入缺陷的團(tuán)簇和對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行修復(fù)，這樣可 以抑制摻雜η型離子的瞬時(shí)增強(qiáng)擴(kuò)散和隧穿效應(yīng)的發(fā)生，因此本發(fā)明利用摻雜銻離子和碳 離子既使得源極區(qū)和漏極區(qū)的結(jié)深達(dá)到要求，進(jìn)一步降低了源漏區(qū)電阻，又抑制了瞬時(shí)增 強(qiáng)擴(kuò)散和隧穿效應(yīng)，提高了半導(dǎo)體器件的性能。實(shí)施例一圖4為本發(fā)明的NMOS晶體管的制造方法一實(shí)施例的流程圖。圖5至圖7為本發(fā)明的NMOS晶體管的制造方法一實(shí)施例的示意圖。下面結(jié)合圖5至圖7對(duì)發(fā)明的半導(dǎo)體器 件制造方法進(jìn)行詳細(xì)說明，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造方法包括步驟SlO 提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上具有柵極結(jié)構(gòu)。參考圖5，具體的，半導(dǎo)體襯底100可以是單晶、多晶或非晶結(jié)構(gòu)的硅或硅鍺 (SiGe)，也可以是絕緣體上硅(SOI)，或者還可以包括其它的材料，例如銻化銦、碲化鉛、砷 化銦、磷化銦、砷化鎵或銻化鎵。雖然在此描述了可以形成襯底100的材料的幾個(gè)示例，但 是可以作為半導(dǎo)體襯底的任何材料均落入本發(fā)明的精神和范圍。在襯底100中通過摻雜工 藝?yán)珉x子注入工藝形成P阱(圖中未示出)。所述半導(dǎo)體襯底100上具有柵極結(jié)構(gòu)110，柵極結(jié)構(gòu)110的形成方法可以為首先 形成柵極氧化層120，柵極氧化層120可以是氧化硅(Si02)或氮氧化硅(SiNO)。在65nm 以下工藝節(jié)點(diǎn)，柵極氧化層120的材料優(yōu)選為高介電常數(shù)材料，例如氧化鉿、氧化鉿硅、氮 氧化鉿硅、氧化鑭、氧化鋯、氧化鋯硅、氧化鈦、氧化鉭、氧化鋇鍶鈦、氧化鋇鈦、氧化鍶鈦、氧化鋁等。特別優(yōu)選的是氧化鉿、氧化鋯和氧化鋁。柵極氧化層120的生長方法可以是任何 常規(guī)真空鍍膜技術(shù)，比如原子層沉積(ALD)、物理氣相淀積(PVD)、化學(xué)氣相淀積(CVD)、等 離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相淀積(PECVD)工藝。接著，在柵極氧化層120表面淀積多晶硅層130，可以利用PECVD或高密度等離子 化學(xué)氣相淀積(HDP-CVD)工藝在柵極氧化層120表面淀積多晶硅層130，隨后利用光刻膠和 氮化硅作為掩膜，采用等離子刻蝕方法刻蝕柵極氧化層120和多晶硅層130，形成NMOS晶體 管的柵極結(jié)構(gòu)110。然后去除剩余的光刻膠和硬掩膜氮化硅。優(yōu)選的，為了修復(fù)刻蝕和去除氮化硅時(shí)對(duì)柵極結(jié)構(gòu)110的側(cè)壁造成的損傷，還可 以在柵極結(jié)構(gòu)Iio表面和兩側(cè)生長一層氧化物層150?？梢岳脽嵫趸騃SSG(原位蒸氣 產(chǎn)生)形成上述氧化物層150，例如所述氧化物層150的厚度為20A。Sll 向所述柵極結(jié)構(gòu)110兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100中摻雜η型離子，形成源極輕摻 雜區(qū)和漏極輕摻雜區(qū)。參考圖6，該步驟可以利用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法，例如對(duì)半導(dǎo)體襯底100進(jìn) 行低劑量的雜質(zhì)離子注入形成源極輕摻雜區(qū)160a和漏極輕摻雜區(qū)160b。對(duì)于匪OS晶體管 采用的η型雜質(zhì)為磷⑵和/或砷(As)，例如可以注入磷(P)，也可以注入砷(As)，也可以 先注入磷(P)再注入砷(As)。摻雜雜質(zhì)的原子被離化、分離、加速(獲得動(dòng)能)，形成離子 束流，掃過多晶硅層130表面，雜質(zhì)離子對(duì)多晶硅層130表面進(jìn)行物理轟擊，進(jìn)入表面并在 表面以下停下。因?yàn)殡S著半導(dǎo)體器件特征尺寸的減小，在該步驟中形成的源極輕摻雜區(qū)160a和 漏極輕摻雜區(qū)160b的結(jié)深也越來越淺，且輕摻雜的區(qū)域也越來越小，但是為了保證源極輕 摻雜區(qū)160a和漏極輕摻雜區(qū)160b的結(jié)電阻滿足要求就需要增大離子注入的劑量，但是增 大離子注入的劑量就會(huì)使得離子擴(kuò)散更嚴(yán)重，從而使得源極輕摻雜區(qū)160a和漏極輕摻雜 區(qū)160b的結(jié)深增加，并且由于隨著半導(dǎo)體器件特征尺寸的減小柵極結(jié)構(gòu)的的寬度也變得 很小，因此源極輕摻雜區(qū)160a和漏極輕摻雜區(qū)160b之間容易發(fā)生嚴(yán)重的短溝道效應(yīng)和穿 通現(xiàn)象。在本實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，該步驟在摻雜η型離子之前還包括向所述柵 極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜銻離子和碳離子，具體的首先向所述柵極結(jié)構(gòu)110兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100中摻雜銻離子，例如可以利用離 子注入的方法，將銻原子離化、分離、加速(獲得動(dòng)能)，形成離子束流，注入到半導(dǎo)體襯底 100，例如離子注入銻離子的能量為30Kev至80Kev，劑量為2. 0E14atom/cm2至1. 0E15atom/ cm2。在該步離子注入中，因?yàn)殇R離子的質(zhì)量大于傳統(tǒng)摻雜方法中摻雜的磷離子和砷離子， 因此可以轟擊半導(dǎo)體襯底的表面，使半導(dǎo)體襯底表面形成非晶層，從而可以抑制摻雜η型 離子在半導(dǎo)體襯底內(nèi)的擴(kuò)散和溝道效應(yīng)，使形成的源極區(qū)和漏極區(qū)的結(jié)深不會(huì)太深，摻雜 離子在非晶層退火處理之后激活率提高，從而有利于源漏區(qū)電阻的降低以及工作電流的增 大；同時(shí)銻離子本身是η型，因此在抑制摻雜NMOS源漏區(qū)離子擴(kuò)散的同時(shí)，進(jìn)一步降低了源 漏區(qū)電阻。所述氧化物層150還可以在離子注入時(shí)保護(hù)半導(dǎo)體襯底100，起到減小對(duì)半導(dǎo)體 襯底100表面的損傷的作用。接著，向所述柵極結(jié)構(gòu)110兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100中摻雜碳離子，例如可以利用離子注入的方法，將碳原子離化、分離、加速(獲得動(dòng)能)，形成離子束流，注入到半導(dǎo)體襯底 100，例如離子注入碳離子的能量為4Kev至12Kev，劑量為5. 0E13至8. 0E14atom/cm2。離 子束與半導(dǎo)體襯底100的夾角為0°至5°，采用下角度注入可有效減少溝道效應(yīng)與源漏區(qū) pn結(jié)區(qū)域缺陷所導(dǎo)致的漏電流。摻雜碳離子能夠起到對(duì)離子注入缺陷的團(tuán)簇和對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行修復(fù)，這樣可以 抑制摻雜η型離子的瞬時(shí)增強(qiáng)擴(kuò)散和隧穿效應(yīng)的發(fā)生，因此本發(fā)明利用摻雜銻離子和碳離 子既使得源極區(qū)和漏極區(qū)的結(jié)深達(dá)到要求，又抑制了瞬時(shí)增強(qiáng)擴(kuò)散隧穿效應(yīng)，提高了半導(dǎo) 體器件的性能。S12 在所述柵極結(jié)構(gòu)110的兩側(cè)形成側(cè)壁隔離物。參考圖7，在柵極結(jié)構(gòu)110兩側(cè)形成側(cè)壁隔離物170，所述側(cè)壁隔離物170可以為 氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一種或幾種的組合構(gòu)成。作為本實(shí)施例中的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方 式，所述側(cè)壁隔離物170為氧化硅和氮化硅共同組成，具體工藝為在半導(dǎo)體襯底100上和 柵極結(jié)構(gòu)110上形成第一氧化硅層(未圖示)、第一氮化硅層(未圖示)以及第二氧化硅 層(未圖示)，然后采用蝕刻方法形成側(cè)壁隔離物170，該側(cè)壁隔離物170可以利用本領(lǐng)域 技術(shù)人員熟知的方法形成，因此不再贅述。S13 向具有所述側(cè)壁隔離物170的柵極結(jié)構(gòu)110兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100中摻雜銻
離子和碳離子。繼續(xù)參考圖7，該步驟具體為，首先離子注入銻離子，離子注入的能量可以為 IOKev至70Kev，劑量為5E14atom/cm2至lE15atom/cm2 ；然后離子注入碳離子，離子注入的 能量為4Kev至12Kev，劑量為lE14atom/cm2至lE15atom/cm2。離子注入的方法可以利用本 領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的方法，例如將銻原子離化、分離、加速(獲得動(dòng)能)，形成離子束流， 注入到半導(dǎo)體襯底100。接著，向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中離子注入碳離子， 離子注入的能量為4Kev至20Kev，劑量為lE14atom/cm2至lE15atom/cm2，離子束與半導(dǎo)體 襯底100的夾角為0°至5°，采用下角度注入可有效減少溝道與源漏區(qū)pn結(jié)區(qū)域缺陷所 導(dǎo)致的漏電流。離子注入的方法可以利用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的方法，例如將碳原子離 化、分離、加速(獲得動(dòng)能)，形成離子束流，注入到半導(dǎo)體襯底100。傳統(tǒng)方法中通常離子注入磷(P)和/或砷(As)，但是隨著溝道尺寸的減小，如果 想要得到預(yù)定的結(jié)電阻，就需要增大離子注入的劑量，但這樣離子擴(kuò)散更嚴(yán)重，使得結(jié)深增 加，并且造成漏電流過大，發(fā)明在摻雜η型離子的過程中利用摻雜銻離子和碳離子，因?yàn)?銻離子的質(zhì)量大于傳統(tǒng)摻雜方法中摻雜的磷離子和砷離子，因此可以轟擊半導(dǎo)體襯底的表 面，使半導(dǎo)體襯底表面形成非晶層，從而可以抑制摻雜η型離子在半導(dǎo)體襯底內(nèi)的擴(kuò)散和 溝道效應(yīng)，使形成的源極區(qū)和漏極區(qū)的結(jié)深不會(huì)太深，摻雜粒子在非晶層退火處理之后激 活率提高，從而有利于源漏區(qū)電阻的降低以及工作電流的增大；同時(shí)銻離子本身是η型，因 此在抑制摻雜NMOS源漏區(qū)離子擴(kuò)散的同時(shí)，進(jìn)一步降低了源漏區(qū)電阻。但是另一方面由于 銻離子對(duì)半導(dǎo)體襯底的轟擊可能導(dǎo)致在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成損傷，因此可能增大隧穿效應(yīng)， 所以本發(fā)明還利用摻雜碳離子，從而能夠起到對(duì)離子注入缺陷的團(tuán)簇和對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行 修復(fù)，這樣可以抑制摻雜η型離子的瞬時(shí)增強(qiáng)擴(kuò)散和隧穿效應(yīng)的發(fā)生，因此本發(fā)明利用摻 雜銻離子和碳離子既使得源極區(qū)和漏極區(qū)的結(jié)深達(dá)到要求，又抑制了瞬時(shí)增強(qiáng)擴(kuò)散隧穿效應(yīng)，提高了半導(dǎo)體器件的性能。S14 向具有所述側(cè)壁隔離物170的柵極結(jié)構(gòu)110兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100中摻雜η型離子，形成源極重?fù)诫s區(qū)180a和漏極重?fù)诫s區(qū)180b。繼續(xù)參考圖7，該步驟可以利用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法，在本實(shí)施例的一個(gè)優(yōu) 選實(shí)施方式中，具體為首先，向具有所述側(cè)壁隔離物170的柵極結(jié)構(gòu)110兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100中第 一步離子注入磷離子，離子注入磷離子的能量為5Kev至30Kev，劑量為lE13at0m/cm2至 1. 5E15atom/cm20該步驟可以利用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法，因此不再贅述。接著，向具有所述側(cè)壁隔離物170的柵極結(jié)構(gòu)110兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100中第二 步離子注入砷離子，所述離子注入砷離子的能量為20Kev至35Kev，劑量為2E15at0m/cm2至 3E15at0m/cm2。該步驟可以利用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法，因此不再贅述。在另一個(gè)實(shí)施例中，優(yōu)選的，在離子注入砷離子之后還包括離子注入磷離子的步 驟，注入磷離子的能量為IKev至5Kev，劑量為1. 0E15atom/cm2至3. 0E15atom/cm2。從而 可以減小界面的接觸電阻。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，還包括在半導(dǎo)體襯底100上形成金屬硅化物，然后進(jìn) 行退火，退火可以使得離子注入的離子在半導(dǎo)體襯底100內(nèi)分布的更均勻，并且擴(kuò)散至 期望的深度，優(yōu)選的采用采用尖峰退火，以100°c /s至250°C /s的速率上升到1040°C至 1070°C，然后再以100°C /s至250°C /s的速率下降。下列表1為利用傳統(tǒng)方法的制造的NMOS晶體管和利用本發(fā)明的制造方法得到 NMOS晶體管的參數(shù)比較結(jié)果，從表1可以看出利用本發(fā)明得到的NMOS晶體管的短溝IofT/ Idat特性大大提高。表權(quán)利要求
一種NMOS晶體管的制造方法，其特征在于，包括步驟提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上具有柵極結(jié)構(gòu)；向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜n型離子，形成源極輕摻雜區(qū)和漏極輕摻雜區(qū)；在所述柵極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)形成側(cè)壁隔離物；向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜銻離子和碳離子；向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜n型離子，形成源極重?fù)诫s區(qū)和漏極重?fù)诫s區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的NMOS晶體管的制造方法，其特征在于，向具有所述側(cè)壁隔離 物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜η型離子的步驟包括向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜磷離子和/或砷離子。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的NMOS晶體管的制造方法，其特征在于，所述向具有所述側(cè)壁 隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜銻離子和碳離子的步驟包括先離子注入銻離子，之后離子注入碳離子。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的NMOS晶體管的制造方法，其特征在于，向具有所述側(cè)壁隔離 物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜磷離子和/或砷離子的方法包括步驟向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中第一步離子注入磷離子；向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中第二步離子注入砷離子。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的NMOS晶體管的制造方法，其特征在于，向具有所述側(cè)壁隔 離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中離子注入銻離子的能量為IOKev至70Kev，劑量為 5E14atom/cm2 至 lE15atom/cm2。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的NMOS晶體管的制造方法，其特征在于，向具有所述側(cè)壁 隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中離子注入碳離子的能量為4Kev至12Kev，劑量為 lE14atom/cm2 至 lE15atom/cm2。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的NMOS晶體管的制造方法，其特征在于，所述向具有所述側(cè)壁 隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中第一步離子注入磷離子的能量為5Kev至30Kev，劑 量為 lE13atom/cm2 至 1. 5E15atom/cm2。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的NMOS晶體管的制造方法，其特征在于，所述向具有所述側(cè)壁 隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中第二步離子注入砷離子的能量為20Kev至35Kev， 劑量為 2E15atom/cm2 至 3E15atom/cm2。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的NMOS晶體管的制造方法，其特征在于，所述向具有所述側(cè)壁 隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中第二步離子注入砷離子后還包括向具有所述側(cè)壁 隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中第三步離子注入磷離子。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的NMOS晶體管的制造方法，其特征在于，向具有所述側(cè)壁隔離 物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中所述摻雜銻離子和碳離子之前還包括在所述半導(dǎo)體襯 底上形成氧化物層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的NMOS晶體管的制造方法，其特征在于，向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè) 的半導(dǎo)體襯底中摻雜η型離子的步驟包括向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜磷離子和/或砷離子。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的NMOS晶體管的制造方法，其特征在于，向所述柵極結(jié)構(gòu)兩 側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜磷離子和/或砷離子的步驟包括向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中第一步離子注入磷離子； 向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中第二步離子注入砷離子。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的NMOS晶體管的制造方法，其特征在于，在向所述柵極結(jié)構(gòu) 兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜磷離子和/或砷離子步驟之前還包括向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半 導(dǎo)體襯底中摻雜銻離子和碳離子。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的NMOS晶體管的制造方法，其特征在于，向所述柵極結(jié)構(gòu)兩 側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜銻離子和碳離子的步驟包括先向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中離子注入銻離子，之后向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的 半導(dǎo)體襯底中離子注入碳離子。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的NMOS晶體管的制造方法，其特征在于，向所述柵極結(jié)構(gòu) 兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中離子注入銻離子的能量為30Kev至80Kev，劑量為2. 0E14atom/cm2至 1. 0E15atom/cm2。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的NMOS晶體管的制造方法，其特征在于，向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中離子注入碳離子的能量為4Kev至12Kev，劑量為5. 0E13至8. OEHatom/2cm。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的匪OS晶體管的制造方法，其特征在于，向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè) 的半導(dǎo)體襯底中所述摻雜銻離子和碳離子之前還包括在所述半導(dǎo)體襯底上形成氧化物層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種NMOS晶體管的制造方法，包括步驟提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上具有柵極結(jié)構(gòu)；向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜n型離子，形成源極輕摻雜區(qū)和漏極輕摻雜區(qū)；在所述柵極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)形成側(cè)壁隔離物；向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜銻離子和碳離子；向具有所述側(cè)壁隔離物的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中摻雜n型離子，形成源極重?fù)诫s區(qū)和漏極重?fù)诫s區(qū)，提高了半導(dǎo)體器件的性能。
文檔編號(hào)H01L21/336GK101989549SQ20091005602
公開日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2009年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月6日
發(fā)明者趙猛 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司