專利名稱：半導(dǎo)體元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種半導(dǎo)體元件及其制造方法，且特別是有關(guān)于一種硅基底的半導(dǎo)體元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著晶體管尺寸的微縮，為了控制短溝道特性，垂直接面深度和側(cè)向摻雜擴(kuò)散的縮減已成為一主要的挑戰(zhàn)。一般來說，需要例如硼(BF2)等P型摻雜物和銦的注入，以中和來自于源極/漏極例如砷或磷等N型摻雜物的側(cè)向擴(kuò)散，且用以控制短溝道效應(yīng)。
然而，現(xiàn)行技術(shù)難以局限B/BF2在固定的位置，以有效的中和N型摻雜的側(cè)向擴(kuò)散，由于B和BF2具有高的擴(kuò)散能力，因此其很容易在后續(xù)快速熱回火(rapid thermal annealing，以下可簡(jiǎn)稱RTA)的加熱制程的步驟中，從原來注入的區(qū)域擴(kuò)散出去，因此P型摻雜物的高的擴(kuò)散能力是減低其限制N型摻雜物從源極/漏極區(qū)域擴(kuò)散出去的能力。
減少快速熱回火的溫度是為一種用以有效限制袋型和環(huán)型注入剖面的方法，然而，其會(huì)影響源極/漏極摻雜物的活化，而導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電流的減少。
另外，美國(guó)專利第5885861號(hào)揭示一種限制P型或是N型摻雜物擴(kuò)散的方法，如圖1所示，一柵電極6形成在一基底2上，N型摻雜物和P型摻雜物是導(dǎo)入柵電極6及NMOS元件和PMOS元件淡摻雜源極/漏極區(qū)(lightly doped source/drain，以下可簡(jiǎn)稱LDD)，其中箭號(hào)10是代表注入步驟。在N型元件中，氮和氟是注入柵極6和淡摻雜源極/漏極區(qū)8，在P型元件中，氮和碳是注入柵極6和淡摻雜源極/漏極區(qū)8，其中氮、碳和氟具有阻止各自摻雜物擴(kuò)散的功能，因此，可控制回火步驟中摻雜物的擴(kuò)散，而形成具有較高的雜質(zhì)濃度和更為局限剖面的淡摻雜源極/漏極區(qū)8。
另外，為了達(dá)到更佳的效果，亦必須局限N型摻雜物的擴(kuò)散，美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)柕?004/0102013號(hào)揭示在NMOS元件的深源極/漏極區(qū)16局限磷的輪廓的方法，如圖2所示，在基底20上形成柵極12之后，導(dǎo)入例如砷的N型摻雜物以形成LDD區(qū)14，之后形成間隙壁11，且箭號(hào)22代表注入。后續(xù)，導(dǎo)入磷以形成深源極/漏極區(qū)16，且碳或氟亦導(dǎo)入相同的區(qū)域。另添加的碳或氟是使磷可具有更高的濃度，其可能的原因是因?yàn)榱讕缀鯖]有被擴(kuò)散掉，且可在不過度增加短溝道特性下，改進(jìn)晶體管驅(qū)動(dòng)電流。
然而，上述通過注入碳、氟和/或氮，以有效控制接面的垂直深度的方法僅可抑制垂直方向的擴(kuò)散，其并不能有效的局限摻雜物側(cè)向擴(kuò)散入溝道區(qū)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)上述問題，本發(fā)明的一目的為提供一方法以改進(jìn)NMOS元件的短溝道特性。
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體元件。一半導(dǎo)體基底具有一溝道區(qū)。一柵極介電結(jié)構(gòu)位于半導(dǎo)體基底的溝道區(qū)上方。一柵極位于柵極介電結(jié)構(gòu)上。一淡摻雜源極/漏極區(qū)實(shí)質(zhì)上對(duì)準(zhǔn)于柵極的邊緣，而淡摻雜源極/漏極區(qū)包括N型摻雜物。一重?fù)诫s源極/漏極區(qū)位于半導(dǎo)體基底中，重?fù)诫s源極/漏極區(qū)包括N型摻雜物，并且重?fù)诫s源極/漏極區(qū)和溝道區(qū)的距離較淡摻雜源極/漏極區(qū)和溝道區(qū)的距離為遠(yuǎn)。一P型袋型/環(huán)型區(qū)實(shí)質(zhì)上沿著重?fù)诫s源極/漏極區(qū)的邊緣設(shè)置，而邊緣是位于一相近于溝道區(qū)的一邊。一擴(kuò)散阻滯區(qū)位于半導(dǎo)體基底中，且實(shí)質(zhì)上對(duì)準(zhǔn)于柵極的邊緣。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，該擴(kuò)散阻滯區(qū)延伸入位于該柵極下的一區(qū)域，其中該擴(kuò)散阻滯區(qū)所組成的材料是擇自下列族群碳、氟、氮和上述組合。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，該擴(kuò)散阻滯區(qū)的深度是實(shí)質(zhì)上較該P(yáng)型袋型/環(huán)型區(qū)為深。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，該擴(kuò)散阻滯區(qū)具有一輪廓邊，該輪廓邊和該溝道區(qū)的距離實(shí)質(zhì)上較該P(yáng)型袋型/環(huán)型區(qū)至該溝道區(qū)的距離為近。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，該擴(kuò)散阻滯區(qū)的深度實(shí)質(zhì)上較該淡摻雜源極/漏極區(qū)為深。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，該擴(kuò)散阻滯區(qū)具有一輪廓邊，該輪廓邊和該溝道區(qū)的距離實(shí)質(zhì)上較該淡摻雜源極/漏極區(qū)至該溝道區(qū)的距離為近。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，該擴(kuò)散阻滯區(qū)的深度實(shí)質(zhì)上較該重?fù)诫s源極/漏極區(qū)為深。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，該擴(kuò)散阻滯區(qū)具有一輪廓邊，該輪廓邊和該溝道區(qū)的距離實(shí)質(zhì)上較該重?fù)诫s源極/漏極區(qū)至該溝道區(qū)的距離為近。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，該P(yáng)型袋型/環(huán)型區(qū)所組成的材料是擇自下列族群B、BF2、In和上述組合，其中該重?fù)诫s源極/漏極區(qū)和該淡摻雜源極/漏極區(qū)所組成的材料是擇自下列族群砷、磷和上述的組合。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，該P(yáng)型袋型/環(huán)型區(qū)是實(shí)質(zhì)上沿著該重?fù)诫s源極/漏極區(qū)的底部邊緣設(shè)置。
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體元件。一基底；一擴(kuò)散阻滯區(qū)位于基底中。一第一導(dǎo)電型態(tài)的源極/漏極區(qū)位于基底中，且實(shí)質(zhì)上包容于擴(kuò)散阻滯區(qū)。一相對(duì)導(dǎo)電型態(tài)的袋型/環(huán)型區(qū)實(shí)質(zhì)上鄰近于源極/漏極區(qū)和基底間的接面，且袋型/環(huán)型區(qū)實(shí)質(zhì)上包容于擴(kuò)散阻滯區(qū)。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，該第一導(dǎo)電型態(tài)是N型。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，該源極/漏極區(qū)更包括一淡摻雜源極/漏極區(qū)和一重?fù)诫s區(qū)。
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體元件。一源極/漏極區(qū)位于基底中。一袋型(pocket)區(qū)實(shí)質(zhì)上鄰近于源極/漏極區(qū)和基底間的接面，袋型實(shí)質(zhì)上包容于擴(kuò)散阻滯區(qū)。
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體元件。一源極/漏極區(qū)位于基底中。一環(huán)型(hallo)區(qū)實(shí)質(zhì)上鄰近于源極/漏極區(qū)和基底間的接面，環(huán)型區(qū)實(shí)質(zhì)上包容于擴(kuò)散阻滯區(qū)。
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體元件。一源極/漏極區(qū)位于基底中，其中源極/漏極區(qū)實(shí)質(zhì)上包容于一擴(kuò)散阻滯區(qū)。
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體元件。一源極/漏極區(qū)位于基底中。一淡摻雜源極/漏極區(qū)位于基底中，且鄰近基底表面和源極/漏極區(qū)，其中淡摻雜源極/漏極區(qū)實(shí)質(zhì)上包容于一擴(kuò)散阻滯區(qū)。
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體元件的制造方法。首先，提供一基底，并形成一柵極于基底上。其后，形成一擴(kuò)散阻滯區(qū)于基底中，其中擴(kuò)散阻滯區(qū)鄰近于柵極邊界。接著，形成一P型摻雜區(qū)于基底中，其中P型摻雜區(qū)實(shí)質(zhì)上不超過擴(kuò)散阻滯區(qū)的范圍。后續(xù)，形成一淡摻雜源極/漏極區(qū)于基底中，其中淡摻雜源極/漏極區(qū)實(shí)質(zhì)上不超過P型摻雜區(qū)的范圍。
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體元件的制造方法。首先，提供一基底，并形成一柵極于基底上。其后，以一第一傾斜角度，進(jìn)行一第一注入制程，以形成一擴(kuò)散阻滯區(qū)于基底中。接著，以一第二傾斜角度，進(jìn)行一第二注入制程，以形成一P型摻雜區(qū)于基底中，其中第二傾斜角度小于第一傾斜角度。后續(xù)，以柵極為掩膜，進(jìn)行一實(shí)質(zhì)上垂直的角度的注入，以形成一淡摻雜源極/漏極區(qū)于基底中。接下來，形成一間隙壁于柵極側(cè)壁，并以柵極和間隙壁為掩膜，注入形成一源極/漏極區(qū)于基底中。
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體元件的制造方法。首先，提供一包括溝道區(qū)的半導(dǎo)體基底，形成一柵極介電結(jié)構(gòu)于溝道區(qū)上方。其后，形成一柵極于柵極介電結(jié)構(gòu)上方，以柵極作為掩膜，進(jìn)行一第一注入制程，將一擴(kuò)散阻滯材料注入半導(dǎo)體基底，以形成一擴(kuò)散阻滯區(qū)。接著，以柵極作為掩膜進(jìn)行一第二注入制程，注入一P型摻雜物，以于半導(dǎo)體基底中形成一P型的袋型(pocket)區(qū)/環(huán)型(hallo)區(qū)。后續(xù)，沿著柵極的側(cè)壁形成一柵極間隙壁，并以柵極和柵極間隙壁作為掩膜，進(jìn)行一第三注入制程，注入一第一N型摻雜物，以形成一重?fù)诫s源極/漏極區(qū)于半導(dǎo)體基底中。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，更包括使用該柵極作為掩膜，注入一第二N型摻雜物，以形成一淡摻雜源極/漏極區(qū)。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，該第一注入制程具有一傾斜角度，且該角度實(shí)質(zhì)上介于0°～50°，其中該第二注入制程具有一傾斜角度，且該角度實(shí)質(zhì)上介于0°～50°。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，更包括注入一另一P型摻雜物，以形成另一袋型區(qū)/環(huán)型區(qū)，其中該袋型區(qū)/環(huán)型區(qū)和該另一袋型區(qū)/環(huán)型區(qū)具有不同的深度。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，更包括對(duì)該半導(dǎo)體基底和該柵極進(jìn)行預(yù)非晶化注入，其中該第一注入制程的注入能量實(shí)質(zhì)上介于1KeV～50KeV之間，其中該第一注入制程的摻雜量實(shí)質(zhì)上介于1E14/cm2～1E16/cm2之間。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，更包括在將該擴(kuò)散阻滯材料注入該半導(dǎo)體基底時(shí)，同時(shí)在將該擴(kuò)散阻滯材料注入該柵極；及在形成該重?fù)诫s源極/漏極區(qū)時(shí)，同時(shí)在將該N型摻雜物注入該柵極。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，更包括在注入該第一N型摻雜物之后，進(jìn)行一回火步驟，其中在該回火步驟中，該擴(kuò)散阻滯材料阻滯該淡摻雜源極/漏極區(qū)、P型的袋型區(qū)/環(huán)型區(qū)和該重?fù)诫s源極/漏極區(qū)中離子的擴(kuò)散。
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體元件的制造方法。首先，形成一柵極介電結(jié)構(gòu)于半導(dǎo)體基底上方，并形成一柵極于柵極介電結(jié)構(gòu)上方。其后，形成一N型的淡摻雜源極/漏極區(qū)，N型的淡摻雜源極/漏極區(qū)實(shí)質(zhì)上對(duì)準(zhǔn)于柵極的側(cè)壁，并形成一N型的重?fù)诫s源極/漏極區(qū)于基底中。接著，形成一P型的袋型(pocket)區(qū)/環(huán)型(hallo)區(qū)，其中P型的袋型(pocket)區(qū)/環(huán)型(hallo)區(qū)的一部分實(shí)質(zhì)上沿著重?fù)诫s源極/漏極區(qū)的邊緣，而邊緣是位于鄰近于一位于柵極下的溝道區(qū)的一邊。后續(xù)，至少在N型的重?fù)诫s源極/漏極區(qū)的邊緣形成一擴(kuò)散阻滯區(qū)，擴(kuò)散阻滯區(qū)實(shí)質(zhì)上重疊于P型的袋型(pocket)區(qū)/環(huán)型(hallo)區(qū)和N型的重?fù)诫s源極/漏極區(qū)。
本發(fā)明所述半導(dǎo)體元件及其制造方法可獲得以下技術(shù)效果第一點(diǎn)，在所預(yù)期的區(qū)域，較少的擴(kuò)散可導(dǎo)致較高的活化程度(或是濃度)，且因此降低片電阻，另外，亦減少多晶硅柵極空乏效應(yīng)(polysilicon gate depletion effect)。第二點(diǎn)，較大的陡峭度代表較少的硼和磷擴(kuò)散入柵極介電結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致較佳的柵極氧化膜耐壓(gate oxide integrity，以下可簡(jiǎn)稱GOI)和起始電壓控制。第三點(diǎn)，擴(kuò)散阻滯可達(dá)成高濃度的柵極、LDD區(qū)和N+源極/漏極區(qū)，且因此增加飽和電流。


圖1揭示現(xiàn)有技術(shù)限制P型或是N型摻雜物擴(kuò)散的方法；圖2揭示另一現(xiàn)有技術(shù)限制N型摻雜物擴(kuò)散的方法；圖3～圖7揭示本發(fā)明一實(shí)施例限制P型或是N型摻雜物擴(kuò)散制程的中間結(jié)構(gòu)剖面圖；
圖8揭示本發(fā)明一實(shí)施例限制P型或是N型摻雜物擴(kuò)散結(jié)構(gòu)活化后的剖面圖；圖9揭示本發(fā)明一實(shí)施例限制P型或是N型摻雜物擴(kuò)散結(jié)構(gòu)在形成金屬內(nèi)連線后的剖面圖；圖10和圖11是揭示本發(fā)明較佳實(shí)施例限制P型或是N型摻雜物擴(kuò)散的效果。
具體實(shí)施例方式
以下將詳細(xì)揭示本發(fā)明較佳實(shí)施例，另外其亦揭示包括本發(fā)明的實(shí)施范例和使用方法，本發(fā)明雖然提供許多應(yīng)用范例，然而，其僅是用以教導(dǎo)本發(fā)明的應(yīng)用及實(shí)施，而不用以限定本發(fā)明。另外，以下的范例是伴隨著圖式說明之。在圖式或描述中，相似或相同的部分是使用相同的圖號(hào)。在圖式中，實(shí)施例的形狀或是厚度可擴(kuò)大，以簡(jiǎn)化或是方便標(biāo)示。圖式中各元件的部分將以分別描述說明之，值得注意的是，圖中未繪示或描述的元件，可以具有各種本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的形式。此外，當(dāng)敘述一層是位于一基板或是另一層上時(shí)，此層可直接位于基板或是另一層上，或是其間亦可以有中介層。
為制造一具有良好邊界輪廓的NMOS元件，較佳的情況是源極和漏極區(qū)具有大陡峭度的N型摻雜區(qū)，而大陡峭度的N型摻雜區(qū)即是指具有良好定義邊界的摻雜區(qū)。本發(fā)明的較佳實(shí)施例是使用P型摻雜物以中和N型摻雜物的擴(kuò)散，因?yàn)镻型摻雜物亦會(huì)向外擴(kuò)散，其中和N型摻雜物的效果會(huì)減少，本發(fā)明實(shí)施例有針對(duì)此一問題提出說明。
請(qǐng)參照?qǐng)D3，一柵極介電結(jié)構(gòu)44和一柵極46依序形成在一基底40上，基底40所組成的材料可包括Si、SiGe、SiGe有應(yīng)變硅、絕緣層上有硅、絕緣層上有硅鍺、絕緣層上有鍺或相類似的材料，柵極介電結(jié)構(gòu)44較佳為具有高介電常數(shù)的材料。首先，形成一柵極介電層于基底40上，并且形成一例如包括多晶硅、金屬、金屬硅化物的柵極層于柵極介電層44上，之后，定義柵極電極層和柵極介電層，以分別形成柵極46和柵極介電結(jié)構(gòu)44。
其后，可進(jìn)行一預(yù)非晶化注入制程(pre-amorphizedimplant，以下可簡(jiǎn)稱PAI，并在圖3中以箭號(hào)48標(biāo)示)，以減少摻雜溝道效應(yīng)和促使摻雜物的活化。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，上述的預(yù)非晶化注入制程是注入硅或鍺，然而，在另一實(shí)施例中，其亦可注入例如氖、氬、氪、氙和/或氡的鈍氣。預(yù)非晶化注入制程步驟是可避免后續(xù)的摻雜物在晶格結(jié)構(gòu)間的間隙穿透移動(dòng)，而到達(dá)所不希望的深度，而預(yù)非晶化注入制程步驟可使至少例如多晶硅的柵極46頂部和單晶硅的基底40暴露的部分轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷У臓顟B(tài)。
圖4揭示注入擴(kuò)散阻滯雜質(zhì)的制程步驟，而此擴(kuò)散阻滯雜質(zhì)較佳包括碳、氟、氮和/或其結(jié)合，此注入步驟是以箭號(hào)49標(biāo)示，且注入是可傾斜約0°～50°。較佳的，上述的注入步驟是為包括第一傾斜注入和第二傾斜注入的兩個(gè)傾斜的注入，其中第一傾斜注入和第二傾斜注入均以一固定角度朝向柵極，而形成擴(kuò)散阻滯區(qū)54。在進(jìn)行上述的傾斜注入后，擴(kuò)散阻滯區(qū)54是延伸到柵極46下方，而可具有較佳的效果。擴(kuò)散阻滯雜質(zhì)的較佳摻雜量約介于1E14/cm2～1E16/cm2之間。注入能量可部分決定注入的深度，注入能量的較佳范圍是介于1KeV～50KeV之間，另外，形成擴(kuò)散阻滯區(qū)54的較佳深度約為5nm～100nm。當(dāng)形成擴(kuò)散阻滯區(qū)54之后，較佳一并摻雜擴(kuò)散阻滯雜質(zhì)是進(jìn)入柵極46中，此外，若是有需要，可在此將擴(kuò)散阻滯雜質(zhì)摻雜入柵極46中的步驟使用例如掩膜定義的微影制程。
圖5揭示例如B、BF2和In等P型摻雜物的注入，而傾斜注入是以箭號(hào)50標(biāo)示，注入角度可與基底的垂直方向夾以約0°～50°，而通過此傾斜注入50形成P型摻雜區(qū)56，需注意的是，圖5僅為一示意圖，而詳細(xì)的注入步驟更可包括淡摻雜區(qū)LDD和重?fù)诫s的源極/漏極區(qū)，更詳細(xì)的部分會(huì)在圖8揭示。P型摻雜區(qū)56可以是袋型(pocket)/或是環(huán)型(halo)，在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，P型摻雜區(qū)56的尺寸較擴(kuò)散阻滯區(qū)54小，另外，P型摻雜區(qū)56亦可稱為袋型/環(huán)型區(qū)56。另外，形成袋型/環(huán)型區(qū)56的制程可包括不只一注入步驟，其詳細(xì)的部分會(huì)在后續(xù)的章節(jié)一并和圖8描述之。擴(kuò)散阻滯區(qū)54較佳可包圍袋型/環(huán)型區(qū)56，如此可阻滯P型摻雜物的擴(kuò)散，因此，較佳的，袋型/環(huán)型區(qū)56的深度D2是較擴(kuò)散阻滯區(qū)54的深度D1小。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，P型的袋型/環(huán)型區(qū)56是位于后續(xù)形成的LDD區(qū)和重?fù)诫s的源極/漏極區(qū)邊緣，以中和N型摻雜物的側(cè)向擴(kuò)散。
圖6是揭示淡摻雜源極/漏極區(qū)(LDD)60的形成，淡摻雜源極/漏極區(qū)60是通過注入例如磷和砷的N型雜質(zhì)形成，注入步驟是以箭號(hào)62標(biāo)示，而其方向大約垂直基底，淡摻雜源極/漏極區(qū)在柵極介電結(jié)構(gòu)下延伸的距離較佳小于擴(kuò)散阻滯區(qū)54在柵極介電結(jié)構(gòu)下延伸的距離，因此，可有效的阻滯淡摻雜源極/漏極區(qū)60的擴(kuò)散，而在所預(yù)期的區(qū)域可較易達(dá)到較佳約1E14/cm3～1E16/cm3的高濃度，另外，形成淡摻雜源極/漏極區(qū)60和袋型/環(huán)型區(qū)56的先后順序可交換。之后，可選擇性的活化淡摻雜源極/漏極區(qū)摻雜物。
圖7揭示間隙壁64和重?fù)诫s源極/漏極區(qū)66(例如N型)的形成。一對(duì)間隙壁64是沿著柵極介電結(jié)構(gòu)44和柵極46的側(cè)壁形成，如所熟知的技術(shù)，間隙壁64可以下列的方法形成首先毯覆性沉積一介電層于全部的區(qū)域上，之后，進(jìn)行非等向性蝕刻移除位于水平表面的介電層，而如此遺留下間隙壁64。
間隙壁64是用以形成N+源極/漏極區(qū)66，如箭號(hào)68所標(biāo)示，例如磷和砷的N型摻雜物的注入深度較佳是較LDD區(qū)60注入深度為深，而N+源極/漏極區(qū)66的濃度較佳約介于1E15/cm3～1E17/cm3之間。
后續(xù)，可對(duì)前述注入的雜質(zhì)進(jìn)行活化，而活化的步驟可采用例如爐管退火、快速熱退火(rapid thermal anneal，以下可簡(jiǎn)稱RTA)、激光退火和照射等活化制程，在活化步驟中，P型摻雜物和N型摻雜物會(huì)進(jìn)行垂直和橫向的擴(kuò)散，然而，因?yàn)閿U(kuò)散阻滯區(qū)54是位于擴(kuò)散的路徑上，其可減少P型摻雜物和N型摻雜物的擴(kuò)散，而較少的N型雜質(zhì)擴(kuò)散可達(dá)成較高濃度的LDD區(qū)60和N+源極/漏極區(qū)66，也因此可具有較高的驅(qū)動(dòng)電流。較少的P型摻雜物擴(kuò)散可使在N型摻雜區(qū)邊緣的P型摻雜物具有較高的濃度，也因此，具有較高的中和能力，特別是，較少擴(kuò)散入溝道區(qū)雜質(zhì)可改進(jìn)短溝道特性。
較佳的，擴(kuò)散阻滯元件和N型摻雜物(亦可能包括P型摻雜物)亦可摻雜入柵極46中，而擴(kuò)散入柵極介電結(jié)構(gòu)的雜質(zhì)可減少，以改進(jìn)元件的可靠度。
圖8揭示在活化之后一LDD區(qū)60、P型袋型/環(huán)型區(qū)74、78和N型源極/漏極區(qū)66分布的實(shí)施例，其中包括碳/氟/氮的擴(kuò)散阻滯元件的傾斜注入更進(jìn)一步導(dǎo)入柵極46下的區(qū)域，如此擴(kuò)散阻滯區(qū)54和N型及P型區(qū)重疊，因?yàn)閿U(kuò)散阻滯元件的效果，LDD區(qū)60和N型源極/漏極區(qū)66具有較少的擴(kuò)散。為改進(jìn)N+區(qū)66的輪廓，P型的摻雜物一般是形成袋型/環(huán)型結(jié)構(gòu)，如所示的袋型/環(huán)型區(qū)74、78。P型摻雜物可進(jìn)行不只一次的注入，在不同的區(qū)域，和/或不同的深度形成袋型/環(huán)型區(qū)，舉例來說，區(qū)域78和74是沿著N+源極/漏極區(qū)的輪廓形成，區(qū)域78可以銦注入，且區(qū)域74可以B或B F2注入，因?yàn)殂熭^硼為重，其相較于硼，可較容易的注入至較深的深度，因?yàn)槎啻蔚淖⑷?，每個(gè)區(qū)域較容易得到較高濃度的摻雜物，因此可形成固定的輪廓，需注意的是，因?yàn)閿U(kuò)散阻滯區(qū)54的存在，區(qū)域74和78具有較高濃度的P型摻雜物。當(dāng)重?fù)诫s源極/漏極區(qū)中的N型雜質(zhì)擴(kuò)散入?yún)^(qū)域74和78，此N型的摻雜物是被中和，如此形成具有較高陡峭剖面的N+源極/漏極區(qū)66。
為了有最佳的效果，擴(kuò)散阻滯區(qū)54較佳是包圍袋型/環(huán)型區(qū)74、78，LDD區(qū)60和N+源極/漏極區(qū)66的底部區(qū)域至接近溝道區(qū)(可稱為溝道側(cè))。袋型/環(huán)型區(qū)74、78是較佳位于N+源極/漏極區(qū)66于溝道側(cè)的邊緣，且亦較佳沿著N+源極/漏極區(qū)的底部邊緣，以抑制垂直方向上的擴(kuò)散，而較多的袋型/環(huán)型區(qū)可沿著N+源極/漏極區(qū)的底部形成。
圖9揭示在形成硅化物80、接觸蝕刻阻擋層82(contact etchstop layer，以下可簡(jiǎn)稱CESL)、層間介電層84(inter-layerdielectric，以下可簡(jiǎn)稱ILD)、接觸插塞86和金屬線88后的本發(fā)明較佳實(shí)施例結(jié)構(gòu)。為形成金屬硅化物80，一例如鈷、鎳、鉺、鉬、鉑或相似材料的較薄的金屬層(未繪示)是形成在元件上方，接著，對(duì)元件是進(jìn)行回火以在所沉積的金屬間和位于其下所暴露的區(qū)域，形成金屬硅化物80，之后，移除剩余的金屬層。較佳的，是以毯覆性的沉積形成接觸蝕刻阻擋層，此層是具有兩個(gè)目的，第一，其提供應(yīng)力至元件，以增加載流子的移動(dòng)率，第二，其保護(hù)位于其下的材料層，防止過度蝕刻。之后，沉積層間介電層84于接觸蝕刻阻擋層82上方。之后形成接觸插塞86和金屬線88，其中形成此結(jié)構(gòu)的制程是為熟知的技術(shù)，在此不再進(jìn)一步揭示。
雖然本發(fā)明較佳的實(shí)施例提供形成NMOS元件的方法，熟知此技術(shù)的人士仍可運(yùn)用此方法，以使用分別相反型態(tài)的袋型/環(huán)型區(qū)、LDD區(qū)和N+源極/漏極區(qū)形成PMOS元件。
圖10和圖11是揭示本發(fā)明較佳實(shí)施例的效果，圖10揭示硼濃度和深度的關(guān)系圖。曲線102是顯示第一例示元件的效果，其中第一例示元件是進(jìn)行預(yù)非晶化注入，且以硼和碳進(jìn)行共注入(co-implanted)。曲線104是顯示第二例示元件的效果，其中第二例示元件僅具有硼注入。如圖所示，曲線102比曲線104具有較大的陡峭度，由曲線104可得知第二例示元件的接面深度大約為404埃，另外，因?yàn)閿U(kuò)散阻滯的效果，第一例示元件的接面深度是較第二例示元件的接面深度為小，其大約為256埃，此外，第一例示元件的有關(guān)于接面深度的片電阻亦較第二例示元件為小，因此，圖10清楚的顯示擴(kuò)散阻滯摻雜物對(duì)于硼的擴(kuò)散的阻滯效果。
另外，磷的分布亦顯示相似的效果，圖11揭示磷濃度和深度的關(guān)系圖。曲線106是顯示第三例示元件的結(jié)果，其中第三例示元件是進(jìn)行預(yù)非晶化注入和以磷和碳進(jìn)行共注入。曲線108是顯示第四例示元件的結(jié)果，其第二例示元件僅具有磷注入。如圖所示，曲線106比曲線108具有較大的陡峭度，第四例示元件的接面深度大約為1125埃，因?yàn)閿U(kuò)散阻滯的效果，第三例示元件的接面深度是較第四例示元件的接面深度為小，其大約為708埃，第三例示元件的有關(guān)于接面深度的片電阻亦較第四例示元件為小。
根據(jù)圖11，可發(fā)現(xiàn)額外的碳/氟/氮和P型注入摻雜物的結(jié)合可顯著的改進(jìn)NMOS元件的輪廓，降低片電阻和減少接面深度。本發(fā)明的較佳實(shí)施例提供許多優(yōu)點(diǎn)，第一點(diǎn)，在所預(yù)期的區(qū)域，較少的擴(kuò)散可導(dǎo)致較高的活化程度(或是濃度)，且因此降低片電阻，另外，亦減少多晶硅柵極空乏效應(yīng)(polysilicon gate depletioneffect)。第二點(diǎn)，較大的陡峭度代表較少的硼和磷擴(kuò)散入柵極介電結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致較佳的柵極氧化膜耐壓(gate oxide integrity，以下可簡(jiǎn)稱GOI)和起始電壓控制。第三點(diǎn)，擴(kuò)散阻滯可達(dá)成高濃度的柵極、LDD區(qū)和N+源極/漏極區(qū)，且因此增加飽和電流。
雖然本發(fā)明已通過較佳實(shí)施例說明如上，但該較佳實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，應(yīng)有能力對(duì)該較佳實(shí)施例做出各種更改和補(bǔ)充，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書的范圍為準(zhǔn)。
附圖中符號(hào)的簡(jiǎn)單說明如下10注入22注入40基底44柵極介電結(jié)構(gòu)46柵極48預(yù)非晶化注入制程49擴(kuò)散阻滯雜質(zhì)注入50P型摻雜物的注入54擴(kuò)散阻滯區(qū)56P型摻雜區(qū)60淡摻雜源極/漏極區(qū)62N型雜質(zhì)注入64間隙壁66重?fù)诫s源極/漏極區(qū)68重?fù)诫s注入74、78袋型/環(huán)型區(qū)80硅化物82接觸蝕刻阻擋層84層間介電層86接觸插塞88金屬線
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體元件，所述半導(dǎo)體元件包括一半導(dǎo)體基底，具有一溝道區(qū)；一柵極介電結(jié)構(gòu)，位于該溝道區(qū)上方；一柵極，位于該柵極介電結(jié)構(gòu)上；一淡摻雜源極/漏極區(qū)，實(shí)質(zhì)上對(duì)準(zhǔn)于該柵極的邊緣，該淡摻雜源極/漏極區(qū)包括一N型摻雜物；一重?fù)诫s源極/漏極區(qū)，位于該半導(dǎo)體基底中，該重?fù)诫s源極/漏極區(qū)包括一N型摻雜物，且和溝道區(qū)的距離較淡摻雜源極/漏極區(qū)和溝道區(qū)的距離為遠(yuǎn)；一P型袋型/環(huán)型區(qū)，實(shí)質(zhì)上沿著該重?fù)诫s源極/漏極區(qū)的邊緣，該邊緣是位于一相近于該溝道區(qū)的一邊；及一擴(kuò)散阻滯區(qū)，位于該半導(dǎo)體基底中，實(shí)質(zhì)上對(duì)準(zhǔn)于該柵極的邊緣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，該擴(kuò)散阻滯區(qū)延伸入位于該柵極下的一區(qū)域，其中該擴(kuò)散阻滯區(qū)所組成的材料是擇自下列族群碳、氟、氮和上述組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，該擴(kuò)散阻滯區(qū)的深度是實(shí)質(zhì)上較該P(yáng)型袋型/環(huán)型區(qū)為深。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，該擴(kuò)散阻滯區(qū)具有一輪廓邊，該輪廓邊和該溝道區(qū)的距離實(shí)質(zhì)上較該P(yáng)型袋型/環(huán)型區(qū)至該溝道區(qū)的距離為近。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，該擴(kuò)散阻滯區(qū)的深度實(shí)質(zhì)上較該淡摻雜源極/漏極區(qū)為深。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，該擴(kuò)散阻滯區(qū)具有一輪廓邊，該輪廓邊和該溝道區(qū)的距離實(shí)質(zhì)上較該淡摻雜源極/漏極區(qū)至該溝道區(qū)的距離為近。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，該擴(kuò)散阻滯區(qū)的深度實(shí)質(zhì)上較該重?fù)诫s源極/漏極區(qū)為深。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，該擴(kuò)散阻滯區(qū)具有一輪廓邊，該輪廓邊和該溝道區(qū)的距離實(shí)質(zhì)上較該重?fù)诫s源極/漏極區(qū)至該溝道區(qū)的距離為近。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，該P(yáng)型袋型/環(huán)型區(qū)所組成的材料是擇自下列族群B、BF2、In和上述組合，其中該重?fù)诫s源極/漏極區(qū)和該淡摻雜源極/漏極區(qū)所組成的材料是擇自下列族群砷、磷和上述的組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，該P(yáng)型袋型/環(huán)型區(qū)是實(shí)質(zhì)上沿著該重?fù)诫s源極/漏極區(qū)的底部邊緣設(shè)置。
11.一種半導(dǎo)體元件，所述半導(dǎo)體元件包括一基底；一擴(kuò)散阻滯區(qū)，位于該基底中；一第一導(dǎo)電型態(tài)的源極/漏極區(qū)，位于該基底中，且該第一導(dǎo)電型態(tài)的源極/漏極區(qū)實(shí)質(zhì)上包含于該擴(kuò)散阻滯區(qū)中；及一相反的第二導(dǎo)電型態(tài)的袋型/環(huán)型區(qū)，實(shí)質(zhì)上鄰近于該源極/漏極區(qū)和該基底間的接面，該袋型/環(huán)型區(qū)實(shí)質(zhì)上包含于該擴(kuò)散阻滯區(qū)中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，該第一導(dǎo)電型態(tài)是N型。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，該源極/漏極區(qū)更包括一淡摻雜源極/漏極區(qū)和一重?fù)诫s區(qū)。
14.一種半導(dǎo)體元件的制造方法，所述半導(dǎo)體元件的制造方法包括提供一半導(dǎo)體基底，包括一溝道區(qū)；形成一柵極介電結(jié)構(gòu)，于該溝道區(qū)上方；形成一柵極，于該柵極介電結(jié)構(gòu)上方；以該柵極作為掩膜，進(jìn)行一第一注入制程，將一擴(kuò)散阻滯材料注入該半導(dǎo)體基底，以形成一擴(kuò)散阻滯區(qū)；以該柵極作為掩膜，進(jìn)行一第二注入制程，注入一P型摻雜物，以于該半導(dǎo)體基底中形成一P型的袋型區(qū)/環(huán)型區(qū)；沿著該柵極的側(cè)壁形成一柵極間隙壁；及以該柵極和該柵極間隙壁作為掩膜，進(jìn)行一第三注入制程，注入一第一N型摻雜物，以形成一重?fù)诫s源極/漏極區(qū)于該半導(dǎo)體基底中。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于，更包括使用該柵極作為掩膜，注入一第二N型摻雜物，以形成一淡摻雜源極/漏極區(qū)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于，該第一注入制程具有一傾斜角度，且該角度實(shí)質(zhì)上介于0°～50°，其中該第二注入制程具有一傾斜角度，且該角度實(shí)質(zhì)上介于0°～50°。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于，更包括注入一另一P型摻雜物，以形成另一袋型區(qū)/環(huán)型區(qū)，其中該袋型區(qū)/環(huán)型區(qū)和該另一袋型區(qū)/環(huán)型區(qū)具有不同的深度。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于，更包括對(duì)該半導(dǎo)體基底和該柵極進(jìn)行預(yù)非晶化注入，其中該第一注入制程的注入能量實(shí)質(zhì)上介于1KeV～50KeV之間，其中該第一注入制程的摻雜量實(shí)質(zhì)上介于1E14/cm2～1E16/cm2之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于，更包括在將該擴(kuò)散阻滯材料注入該半導(dǎo)體基底時(shí)，同時(shí)在將該擴(kuò)散阻滯材料注入該柵極；及在形成該重?fù)诫s源極/漏極區(qū)時(shí)，同時(shí)在將該N型摻雜物注入該柵極。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于，更包括在注入該第一N型摻雜物之后，進(jìn)行一回火步驟，其中在該回火步驟中，該擴(kuò)散阻滯材料阻滯該淡摻雜源極/漏極區(qū)、P型的袋型區(qū)/環(huán)型區(qū)和該重?fù)诫s源極/漏極區(qū)中離子的擴(kuò)散。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體元件及其制造方法。一P型帶形/環(huán)形區(qū)是較佳沿著重?fù)诫s源極/漏極區(qū)的溝道側(cè)邊緣形成，以中和N型態(tài)物質(zhì)的擴(kuò)散。一擴(kuò)散阻滯區(qū)是通過至少實(shí)質(zhì)上重疊或延伸出P型帶形/環(huán)形區(qū)和N+源極/漏極區(qū)的溝道側(cè)，以阻滯N型和P型摻雜物。本發(fā)明所述半導(dǎo)體元件及其制造方法可降低片電阻，亦可減少多晶硅柵極空乏效應(yīng)，且導(dǎo)致較佳的柵極氧化膜耐壓和起始電壓控制。另外，擴(kuò)散阻滯可達(dá)成高濃度的柵極、LDD區(qū)和N+源極/漏極區(qū)，且因此增加飽和電流。
文檔編號(hào)H01L21/336GK1855540SQ20061000168
公開日2006年11月1日 申請(qǐng)日期2006年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月25日
發(fā)明者陳建豪, 聶俊峰, 麥凱玲, 李資良 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司