防止掺杂剂自源极/漏极延伸部向外扩散的方法技术

提供一种改善晶体管性能的半导体器件的制造方法，该半导体器件的制造是通过离子注入（３１）将掺杂剂注入氧化物衬垫（３０）以防止或充分减少掺杂剂自源极／漏极的浅层延伸部（２３）扩散出来。具体实施例包含离子注入Ｐ型掺杂剂，例如Ｂ或ＢＦ↓［２］，使用栅极电极（２１）作为掩膜，形成源极／漏极的浅层延伸部（２３），沉积共形的氧化物衬垫（３０），并以基本上与源极／漏极的浅层延伸部（２３）相同的掺杂剂浓度，通过离子注入（３１）将Ｐ型杂质注入氧化物衬垫（３０）。后续工艺包含沉积间隔层，进行蚀刻形成侧壁间隔（４０），进行离子注入形成深层中等或高浓度的源极／漏极注入物（４１），以及激活退火（ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ　　ａｎｎｅａｌｉｎｇ）。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及改善晶体管性能的半导体器件以及可行方法。本专利技术特别适合应用于制造具有深亚微米设计特征以及浅结深的高速集成电路的高密度半导体器件。
技术介绍
由于对高密度和高性能需求的增加，在半导体制造技术上也需要更严格的要求，特别是晶体管性能与高操作速度的提升。晶体管性能是由许多不同的因素决定，且容易在制造过程中受到不同操作影响而降低，例如，会使衬底暴露在高温和等离子气氛下的等离子沉积技术，如在等离子增强的化学气相沉积的过程中。由于对于高操作速度的需求因而需要使用具有相对低介电常数的介电材料，介电常数例如约3.9或以下。文中所示的介电常数(K)是以真空下为1作为基准。如图1所示，在实施传统的制造技术时，通常栅极电极11形成在半导体衬底10上，该栅极电极11与该衬底10之间形成有栅极介电层12，如栅极氧化层。接着，进行离子注入，以注入源极/漏极的浅层延伸部13。然后，在栅极电极11的侧表面和衬底10的上表面形成厚度约50埃至约200埃的氧化物衬垫15，其在后续形成侧壁间隔16的蚀刻过程保护该衬底表面，该侧壁间隔通常由氮化硅形成。参考符号14说明中等或高浓度掺杂的源极/漏极区域，通常在形成侧壁间隔16之后注入。在实行例如用以形成图1所示的结构的传统半导体制造技术时会遭遇困难。例如通过低压化学气相沉积形成氧化硅衬垫15的沉积过程的高温工艺中，其温度通常为约700℃或更高，注入源极/漏极区域13的掺杂杂质会扩散并分离至氧化物衬垫15中，该掺杂杂质的实例包括P型杂质，如硼(B)以及二氟化硼(BF2)。400℃的低温CVD衬垫氧化物可用于防止此种扩散以及掺杂剂的减损。然而，在激活退火所需的高温过程中，例如高于100℃的温度历时5至10秒，也会发生掺杂剂的减损。此种自源极/漏极延伸部扩散的减损是不利的，如增加该源极/漏极延伸部的电阻。以往，用以解决此项问题的方法包括，以高于所需的注入剂量，离子注入掺杂杂质，例如B或BF2，以抵销掺杂剂扩散所造成的减损。然而，此种方法将不利地导致较深的结深(Xj)，而无法符合朝向小型化发展的持续性需求。
技术实现思路
本专利技术的优点是提供一种具有改善性能的晶体管的高密度半导体器件的制造方法。本专利技术的其它优点与特征将揭示在后文的说明书中，本领域技术人员可根据试验轻易地了解，或通过实行本专利技术而获知这些优点与特征。由所附的权利要求所记载的内容也可了解或获知本专利技术的优点。根据本专利技术的一个方面，前述及其它优点均可通过半导体器件的制造方法加以达成，该方法包括在衬底的上表面形成具有侧表面的栅极电极，且该衬底与该栅极电极之间覆盖有栅极介电层；使用栅极电极作为掩膜，通过离子注入将掺杂剂注入衬底，形成源极/漏极的浅层延伸部；在该栅极电极的侧表面与该衬底的上表面形成氧化物衬垫；以及通过离子注入将掺杂剂注入该氧化物衬垫。本专利技术的具体实施例包含通过离子注入将B或BF2注入衬底，形成具有第一杂质浓度的源极/漏极的浅层延伸部；在栅极电极的上表面、侧表面以及该衬底的上表面沉积共形的氧化物衬垫；通过离子注入将B或BF2注入氧化物衬垫，使其实质上与源极/漏极的浅层延伸部具有相同的杂质浓度，例如约1×1020至约6×1020个原子/立方厘米；沉积间隔层，例如氮化硅或氧氮化硅；以及进行蚀刻形成侧壁间隔。接着，可以去除栅极电极上表面上的氧化物衬垫部分。在去除栅极电极上表面的氧化物衬垫部分之前或之后，进行离子注入形成深层中等或高浓度的掺杂源极/漏极区域。随后，可进行激活退火。本领域技术人员由后文的详细叙述中可以轻易地了解本专利技术的其它优点与观点，其中仅揭示较佳的具体实施例，以简洁的方法说明施行本专利技术的最佳模式。应了解，本专利技术也可通过其它不同的具体实施例加以施行，其各项细节也可基于不同观点在不脱离本专利技术的情况下进行修改。此外，图式与说明书本身仅是用于说明，而非用于限制本专利技术。附图说明图1是由传统晶体管制造技术所造成掺杂剂扩散出来的示意图；图2至图4是根据本专利技术具体实施例的方法的各个步骤的示意图；图5至图8是本专利技术另一方面的各个阶段的示意图。在图2至图4以及图5至图8中，类似的特征或组件由类似的参考符号表示。具体实施例方式本专利技术针对高密度以及小型化的高可靠性半导体器件仍有持续性需求。本专利技术通过创建屏障来防止杂质自源极/漏极的浅层延伸部扩散至氧化物衬垫，提供一种改善晶体管性能的半导体器件以及可行的方法。本专利技术中，用以达成该项目的的具体实施例是通过离子注入将杂质注入氧化物衬垫。因此，本专利技术提供一种方法，该方法可以避免或明显减少杂质(例如，P型杂质，如B以及BF2)扩散出来，同时，使浅的结深(Xj)维持在约200埃至约300埃。本专利技术的具体实施例包括在半导体衬底上形成栅极电极，且该衬底与该栅极电极之间覆盖有栅极介电层，使用栅极电极作为掩膜，通过离子注入将掺杂剂(例如，BF2)注入衬底，形成浅的源极/漏极区域。此种离子注入可以使用传统的方法进行，例如在注入剂量约5×1014至约2×1015个离子/平方厘米和注入能量约1至约3 KeV的条件下离子注入BF2，通常所形成的杂质浓度约为1×1020至约6×1020个原子/立方厘米。接着，在栅极电极的上表面、侧表面以及衬底的上表面沉积氧化物衬垫，该氧化物衬垫的厚度为约50埃至约200埃。然后进行离子注入，在实质上与形成源极/漏极的浅层延伸部所使用的相同条件下，例如注入剂量约5×1014至约2×1015个离子/平方厘米以及注入能量约1至约3KeV的条件，将BF2杂质注入氧化物衬垫，由此形成杂质浓度约为1×1020至约6×1020个原子/立方厘米的氧化物衬垫。接着，沉积厚度约600埃至约1200埃的间隔层，例如氮化硅或氮氧化硅。然后进行各向异性的蚀刻形成侧壁间隔。接着进行BF2的离子注入，形成相对深层的中等或高浓度的源极/漏极注入层。在形成相对深层的中等或高浓度的源极/漏极注入层的离子注入之前或之后，可利用氢氟酸去除栅极电极上表面上的氧化硅衬垫部分。然后，进行激活退火。将掺杂杂质注入氧化硅衬垫可增加扩散阻碍，进而防止或明显地减少后续工艺中，例如间隔层的沉积以及激活退火的期间，杂质自浅的源极/漏极区域扩散出来。本专利技术的具体实施例显示在图2至图4中，其中类似的特征或组件由类似的参考符号与数字表示。如图2所示，栅极电极21(通常是掺杂的多晶)形成在衬底20(通常是掺杂的单晶硅)或外延层上，该外延层(epitaxial layer)形成在半导体衬底或井区域上。使用栅极电极21作为掩膜，以离子注入将杂质(例如，BF2)注入衬底20，形成源极/漏极的浅层延伸部23。接着，如图3所示，在栅极电极21的上表面与侧表面以及衬底20的上表面沉积氧化物衬垫30，该氧化物衬垫30的厚度为约50埃至约200埃。然后进行离子注入，如图3中的箭号31所示，将BF2杂质注入氧化物衬垫30，使其与源极/漏极的浅层延伸部23的注入有实质相同的浓度，藉此增加BF2原子自该源极/漏极的浅层延伸部23扩散出来的阻碍。随后，沉积间隔材料层并进行各向异性蚀刻，形成侧壁间隔40，如图4所示，侧壁间隔40在衬底表面的厚度通常约600埃至约1200埃。在形成侧壁间隔40的蚀刻过程中，氧化硅层30作为蚀刻终止层，故可避免损及衬底20。后续工艺包含利用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件的制造方法，包括下列步骤：在衬底（２０）上表面上形成具有侧表面的栅极电极（２１），在该衬底（２０）与该栅极电极（２１）之间有栅极介电层（２２）；通过离子注入将掺杂剂注入衬底，并使用栅极电极（２１）作为掩膜，形成 源极／漏极的浅层延伸部（２３）；在该栅极电极（２１）的侧表面与该衬底（２０）的上表面上形成氧化物衬垫（３０）；以及通过离子注入（３１）将掺杂剂注入该氧化物衬垫（３０）。

【技术特征摘要】
US 2002-3-26 10/105,5221.一种半导体器件的制造方法，包括下列步骤在衬底(20)上表面上形成具有侧表面的栅极电极(21)，在该衬底(20)与该栅极电极(21)之间有栅极介电层(22)；通过离子注入将掺杂剂注入衬底，并使用栅极电极(21)作为掩膜，形成源极/漏极的浅层延伸部(23)；在该栅极电极(21)的侧表面与该衬底(20)的上表面上形成氧化物衬垫(30)；以及通过离子注入(31)将掺杂剂注入该氧化物衬垫(30)。2.如权利要求1的方法，还包括在该氧化物衬垫(30)上沉积间隔材料层；进行蚀刻，在该氧化物衬垫(30)上形成侧壁间隔(40)；通过离子注入将掺杂剂注入该衬底，形成深层中等或高浓度的掺杂注入物(41)；以及激活退火。3.如权利要求2的方法，包括形成包括氧化硅的氧化物衬垫(30)；以及形成包括氮化硅或氮氧化硅的间隔层(40)。4.如权利要求3的方法，包括离子注入(31)P型杂质作为掺杂剂。...

【专利技术属性】
技术研发人员：AC韦，MB菲赛利耶，叶秉津，
申请(专利权)人：先进微装置公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]