專利名稱：具有帶著經(jīng)裁制垂直氮濃度輪廓的氮化柵極介電層的場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)
方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)，特別是絕緣柵類型的場效應(yīng)晶體管(FET)。除非另外提及，否則，下文所述的所有絕緣柵場效應(yīng)晶體管(IGFET)皆為表面-溝道增強模式IGFET。
背景技術(shù)：
IGFET是一種半導(dǎo)體裝置，其中柵極介電層會電氣絕緣柵極電極以及延伸在源極區(qū)帶和漏極區(qū)帶之間的溝道區(qū)帶。增強模式IGFET中的溝道區(qū)帶是主體區(qū)(其通常被稱為基板或是基板區(qū))的一部分，其會和源極及漏極形成各自的Pn結(jié)。在增強模式IGFET中， 該溝道區(qū)帶由源極和漏極之間的所有半導(dǎo)體材料組成。在IGFET操作期間，電荷載流子會沿著上方半導(dǎo)體表面經(jīng)由該溝道區(qū)帶所誘發(fā)的溝道從源極移動至漏極。臨界電壓為在給定的臨界(最小)導(dǎo)通電流定義下該IGFET開始導(dǎo)通電流時的柵-源電壓的數(shù)值。溝道長度為沿著該上方半導(dǎo)體表面介于源極和漏極之間的距離。IGFET應(yīng)用于集成電路(IC)中以執(zhí)行各種數(shù)字和模擬功能。因為IC操作功能已經(jīng)發(fā)展許多年，所以IGFET已經(jīng)變得越來越小，從而導(dǎo)致最小溝道長度逐漸減小。以IGFET 的標準模式所規(guī)定的方式來操作的IGFET通常具有“長溝道”裝置的特征。當IGFET的溝道長度縮減到讓該IGFET的行為嚴重偏離標準IGFET模式的程度時，該IGFET便會被描述成“短溝道”裝置。雖然短溝道IGFET和長溝道IGFET都被用在IC中；但是，在超大規(guī)模集成應(yīng)用中用于數(shù)字功能的大多數(shù)IC都會被布置成利用可用的光刻技術(shù)便能可靠生產(chǎn)的最小溝道長度。耗盡區(qū)沿著該源極和該主體區(qū)之間的結(jié)延伸。另一耗盡區(qū)沿著該漏極和該主體區(qū)之間的結(jié)延伸。高電場存在于每一個耗盡區(qū)中。在特定的條件下，尤其是當該溝道長度很小時，該漏極耗盡區(qū)會橫向延伸至該源極耗盡區(qū)并且沿著上方半導(dǎo)體表面或是在上方半導(dǎo)體表面下方與其結(jié)合。沿著該上方半導(dǎo)體表面結(jié)合源極耗盡區(qū)和漏極耗盡區(qū)稱為表面穿通 (punchthrough) 0在該上方半導(dǎo)體表面的下方結(jié)合兩個耗盡區(qū)則稱為本體穿通。當發(fā)生表面穿通或本體穿通時，便無法用IGFET的柵極電極來控制該IGFET的操作。兩種類型的穿通都需要避免。已經(jīng)有多種技術(shù)被用于改善IGFET的性能，包括當IGFET的尺寸減少時，這些在短溝道狀態(tài)下的操作。一種性能改善技術(shù)涉及提供具有雙部分漏極的IGFET，用以降低漏極的電場，以防止熱載流子注入柵極介電層中。所述IGFET通常還具備相同組態(tài)的雙部分源極。 另一種常見的性能改善技術(shù)是增加沿著該源極在袋部中該溝道區(qū)帶的摻雜物的濃度，以抑制由于溝道長度減小產(chǎn)生的表面穿通，并且用以將該臨界電壓非預(yù)期的衰減(roll-off) 移到更短的溝道長度。類似于IGFET如何具備有與雙部分漏極類同的雙部分源極，其同樣通常沿著該漏極在袋部中增加摻雜物濃度。因此，所產(chǎn)生的IGFET通常會是一對稱的裝置。圖1為如美國專利案第6，548, 842B1號(Bulucea等人)中所述的常用的長溝道對稱η溝道IGFET 20。IGFET 20是由ρ型單結(jié)晶硅(單晶硅)半導(dǎo)體主體所制造出來的。 IGFET 20的上方表面具有凹陷的電氣絕緣領(lǐng)域-絕緣區(qū)22，其會橫向包圍具有η型源極/ 漏極(“S/D”)區(qū)帶沈和觀的有源半導(dǎo)體島Μ。每一個S/D區(qū)帶沈或觀由下面所組成 超重度摻雜的主要部26Μ或^M ；以及較輕度摻雜，但是仍為重度摻雜的橫向延伸區(qū)26Ε或 28Ε。S/D區(qū)帶沈和觀由ρ型主體材料32的溝道區(qū)帶30彼此分離，該溝道區(qū)帶30由下面所組成輕度摻雜的下方部；34 ；重度摻雜的中間阱部36 ；及上方部38。雖然大部分的上方主體材料部38為中度摻雜；但是，上方部38包含分別沿著S/D區(qū)帶沈和觀延伸的離子植入的重度摻雜暈環(huán)袋(halo pocket)部40與42。IGFET 20還包含柵極介電層44 ； 上覆的超重度摻雜η型多結(jié)晶硅(多晶硅)柵極電極46 ；電氣絕緣的柵極側(cè)壁間隔部48與 50 ；及金屬硅化物層52,54和56。S/D區(qū)帶沈和28大部分是彼此的鏡像影像。暈環(huán)袋40和42同樣大部分也是彼此的鏡像影像，因此，溝道區(qū)帶30在溝道摻雜物濃度方面會有對稱的縱向緩變。由于對稱的關(guān)系，S/D區(qū)帶沈或觀中的任一者能夠在IGFET操作期間充當源極，而另一 S/D區(qū)帶觀或沈則能夠充當漏極。這特別適用于S/D區(qū)帶沈和觀在特定時間周期期間分別具有源極和漏極功能并且在其它特定時間周期期間分別具有漏極和源極功能的某些數(shù)字情況。圖2闡釋了在IGFET 20中凈摻雜物濃度&如何沿著上方半導(dǎo)體表面作為縱向距離χ的函數(shù)來變化。因為IGFET 20是對稱裝置，所以，圖2僅表現(xiàn)開始于溝道中心的上方半導(dǎo)體表面的半個輪廓。圖2中的曲線段 M*、26E*、 M*、28E*、30*、40*、以及42*分別代表區(qū)域 M、 E、 M、 E、30、40、以及42的凈摻雜物濃度。點狀曲線段40〃或42〃表示構(gòu)成暈環(huán)袋40或42的ρ型半導(dǎo)體摻雜物的全部濃度，其包含在構(gòu)成暈環(huán)袋40或42的過程中被引入S/D區(qū)帶沈或觀的位置之中的ρ型摻雜物。沿著S/D區(qū)帶沈或觀，尤其是沿著橫向S/D延伸區(qū)26Ε或28Ε的每一個暈環(huán)袋40 或42所提供的增強的ρ型摻雜物溝道摻雜物濃度可避免造成表面穿通。上方主體材料部 38同樣具備被離子植入的ρ型反穿通(Anti-PunchThrough，APT)半導(dǎo)體摻雜物，其在S/D 區(qū)帶沈和28的深度附近會抵達最大濃度。這可避免造成本體穿通。
以美國專利案第6，548, 842號中提出的信息為基礎(chǔ)，圖3a粗略描繪了全部ρ型摻雜物和全部η型摻雜物的濃度Nt如何作為沿著延伸穿過主要S/D部26Μ或^M的虛擬垂直線的深度y的函數(shù)來變化。圖3a中的曲線段^M"或觀^'代表定義主要S/D部26M或 ^M的η型摻雜物的全部濃度。曲線段34〃、36〃、38〃、及40〃或42〃則共同代表定義各自區(qū)域34、36、38、及40或42的ρ型摻雜物的全部濃度。阱部36利用ρ型主要阱半導(dǎo)體摻雜物對IGFET 20進行離子植入來定義，其會在該ρ型APT摻雜物最大濃度的深度下方的深度處達到最大濃度。雖然該ρ型主要阱摻雜物的最大濃度略大于該P型APT摻雜物的最大濃度；但是，全部ρ型摻雜物的垂直輪廓從該最大阱部摻雜物濃度的位置上至主要3/1)部沈11或^M卻相對平坦。美國專利案第6，548，842 號揭示，通過植入額外的P型半導(dǎo)體摻雜物能夠進一步平坦化沿著上述穿過主要S/D部26M 或^M的垂直線的ρ型摻雜物輪廓，其會在介于APT摻雜物的最大濃度的深度和阱摻雜物的最大濃度的深度之間的深度處達到最大濃度。此情況圖解在圖北中，在該圖中，曲線段 58"表示因該進一步ρ型摻雜物所造成的變化。位于ρ-下方部34上面的主體材料32部分，也就是，由ρ+阱部36和包含ρ+暈環(huán)袋部40及42的ρ型上方部38所構(gòu)成的區(qū)域，稱為阱，因為主體材料部是由將ρ型半導(dǎo)體摻雜物引入半導(dǎo)體主體的輕度摻雜半導(dǎo)體材料之中而制造出來的。此處所謂的被引入的全部阱摻雜物由下面所組成Φ型主要阱摻雜物；P型APT摻雜物；ρ型暈環(huán)袋摻雜物；以及圖 3b的IGFET變化例中的額外ρ型摻雜物。各種類型的阱已經(jīng)被用于IC中，尤其是含有互補式IGFET的IC，其中阱必須用于 η溝道IGFET或ρ溝道IGFET，根據(jù)IGFET主體材料的輕度摻雜原始半導(dǎo)體材料為ρ型或η 型導(dǎo)電性而定。含有互補式IGFET的IC通常會用到ρ型阱和η型阱兩者，以便幫助匹配η 溝道IGFET特征和ρ溝道IGFET特征。早期的互補式IGFET ( “CIGFET“)制造工藝，通常稱為“CMOS”加工，經(jīng)常會在形成凹陷的場絕緣區(qū)(其通常大部分由熱生長的氧化硅所組成)前先通過將主要半導(dǎo)體阱摻雜物淺淺引入輕度摻雜半導(dǎo)體材料中來制造阱(此處稱為“擴散”阱)。因為場氧化物生長總是在高溫處實施多個小時周期，所以該阱摻雜物會被深深擴散至該半導(dǎo)體材料中。因此，擴散阱摻雜物的最大濃度會出現(xiàn)在該上方半導(dǎo)體表面處或非?？拷撋戏桨雽?dǎo)體表面的地方。另外，該擴散阱摻雜物的垂直輪廓在該上方半導(dǎo)體表面附近會相對平坦。在較新的CIGFET制造工藝中，在形成場氧化物之后會在相對高的植入能量處進行離子植入來制造阱。因為阱摻雜物不會受到用于形成該場氧化物的長期高溫操作的影響，所以，該阱摻雜物的最大濃度會出現(xiàn)在該半導(dǎo)體材料中明顯的深度處。此種阱稱為“倒退型(retrograde)，，阱，因為阱摻雜物的濃度會在從最大阱摻雜物濃度的基板位置處移動到該上方半導(dǎo)體表面時減小。倒退型阱通常會比擴散阱還淺。倒退型阱的優(yōu)點和缺點已經(jīng)在下面的文獻中討論過(a)Brown等人在1986年12月的IEEE會議記錄第1678至1702 頁中所發(fā)表的“先進制造技術(shù)的趨勢——亞微米CMOS裝置設(shè)計和制造必要條件”；及(b) Thompson等人在1998年英特爾技術(shù)期刊Q398第1至19頁中所發(fā)表的“M0S縮放21世紀的晶體管挑戰(zhàn)”。圖4描述了對稱η溝道IGFET 60，其運用大體如Rung等人在1981年10月的IEEE Trans. Elec. Devs.第1115至1119頁中所發(fā)表的“用于較高密度CMOS的倒退型ρ阱”中所述的倒退型阱。為簡化起見，圖4中對應(yīng)于圖1的區(qū)域會以相同的組件符號來表示。要記住的是，IGFET 60是利用輕度摻雜的η型基板62所制造出來的。凹陷的場絕緣區(qū)22會根據(jù)硅的局部氧化處理沿著該上方半導(dǎo)體表面形成。然后，通過將P型半導(dǎo)體摻雜物選擇性植入部分的基板62中來形成ρ型倒退型阱64。接著，形成剩余的IGFET區(qū)域，以便產(chǎn)生如圖4所示的IGFET 60。在峰值的阱摻雜物濃度附近的倒退型阱64的ρ型摻雜物濃度為中等等級，用符號 “P”表示。該阱摻雜物濃度在該上方半導(dǎo)體表面處會下降至低等級，用符號“P-”表示。圖 4中的點狀線大體上顯示出從阱64的ρ部到該上方半導(dǎo)體表面時阱摻雜物濃度在何處從ρ 等級轉(zhuǎn)變成P-等級。圖5以凈摻雜物濃度 來表示沿著穿過IGFET 60的縱向中心的虛擬垂直線的摻雜物輪廓的一般性質(zhì)。曲線段62*和64*分別代表η型基板62的凈摻雜物濃度和ρ型倒退型阱64的凈摻雜物濃度。箭頭66表示阱64中的最大子表面ρ型摻雜物濃度的位置。為達比較的目的，曲線段68*代表一典型較深ρ型擴散阱的垂直摻雜物輪廓。 由Rung所模擬的以凈摻雜物濃度&來表示沿著穿過倒退型阱64縱向中心的虛擬垂直線的摻雜物輪廓的特定實施例繪制在圖6中。曲線段沈‘或觀‘表示Rung所模擬的 IGFET 60沿著穿過S/D區(qū)帶沈或28的虛擬垂直線的各自η型摻雜物濃度。如圖6所示， P型阱摻雜物的濃度在從阱64中的最大ρ型摻雜物濃度的位置66移動至該上方半導(dǎo)體表面時會降低至不到1/10。圖6還表示位置66的深度約為IGFET 60中S/D區(qū)帶沈或28的兩倍。像阱64那樣具有下面條件的倒退型IGFET阱可被視為“空”阱，因為在該IGFET 溝道形成的阱的頂端附近的阱摻雜物數(shù)額非常少(i)最大阱摻雜物濃度至少為該上方半導(dǎo)體表面阱摻雜物濃度的10倍大；及( 最大阱摻雜物濃度出現(xiàn)在比該S/D區(qū)帶的最大值深度還深的地方。相反地，擴散阱，即，半導(dǎo)體阱摻雜物被淺淺的引入輕度摻雜半導(dǎo)體材料中，然后被深深擴散至該半導(dǎo)體材料之中的阱，為“滿阱”。圖1中對稱的IGFET 20的阱同樣能夠被視為滿阱，因為APT摻雜物會“填充”該倒退型阱，就如同主要阱摻雜物為僅有的阱摻雜物時所發(fā)生的情況。在裝置操作期間電流僅在一個方向中流過IGFET的情況通常并不需用到對稱 IGFET結(jié)構(gòu)。如美國專利案第6，548, 842號中進一步討論，刪除對稱IGFET 20的漏極側(cè)暈環(huán)袋部42以產(chǎn)生如圖7a中的長η溝道IGFET 70。IGFET 70為非對稱裝置，因為溝道區(qū)帶 30具有非對稱縱向摻雜物緩變。IGFET 70中的S/D區(qū)帶沈和觀通常分別具有源極和漏極的功能。圖7b為對應(yīng)長溝道IGFET70的非對稱短η溝道IGFET 72。在IGFET 72中，源極側(cè)暈環(huán)袋40非?？拷O28。IGFET 70和72中作為沿著上方半導(dǎo)體表面的縱向距離 Χ的函數(shù)的凈摻雜物濃度K分別顯示在圖8a和8b中。非對稱IGFET 70和72會接收和對稱IGFET 60相同的APT植入及阱植入。沿著穿過源極沈和漏極28的垂直線，IGFET70和72因而會有如圖3a所示的摻雜物分布，除了虛線曲線段74"代表的由于沒有暈環(huán)袋42所造成的穿過漏極觀的垂直摻雜物分布之外。 當該IGFET結(jié)構(gòu)具備額外的阱植入以進一步平坦化該垂直摻雜物輪廓時，圖北則再次表示受到代表穿過漏極觀的摻雜物分布的曲線段74"影響所產(chǎn)生的垂直摻雜物分布。美國專利案第6，078，082號及第6，127，700號(兩案皆為Bulucea所提申)描述了具有非對稱溝道區(qū)帶，但是和美國專利案第6，548，842號的發(fā)明IGFET中所運用的具有不同垂直摻雜物特征。在下面其它優(yōu)先的技術(shù)文件中同樣公開過具有非對稱溝道區(qū)帶的IGFET，例如(a) Buti等人在1989年12月的IEDM Tech. Dig.，3至6，第洸.2. 1至 26. 2. 4頁中所發(fā)表的“針對可靠度和效能的非對稱暈環(huán)形源極金質(zhì)漏極(HS-GOLD)深次微米n-MOSFET設(shè)計，，;(b)Chai 等人在 2000年 9 月的 2000 Bipolar/BiCMOS Circs. And Tech. Meeting會議記錄，M至沈，第110至113頁中所發(fā)表的“用于RF無線應(yīng)用的具有緩變溝道CMOS (GCMOS)和準自我對準(QSA) NPN特征的低成本0. 25 μ m Leff BiCMOS技術(shù)”；(C)Ma 等人在1997年12月的IEEE Trans. VLSI Systs. Dig.，第352至358頁中所發(fā)表的“用于高性能低電壓DSP應(yīng)用的緩變溝道MOSFET (GCM0SFET) ”; (d) Su等人在1991年12月的IEDM Tech. Dig.，第367至370頁中所發(fā)表的“用于混合式模擬/數(shù)字應(yīng)用的高效能可縮放次微米 M0SFET”；以及(e)Tsui 等人在 1995 年 3 月的 IEEE Trans. Elec. Devs.第 564 至 570 頁中所發(fā)表的“基于微處理器的智能型電力應(yīng)用的揮發(fā)性次微米互補式BiCMOS技術(shù)”。Choi等人在2001年的固態(tài)電子學(xué)第45卷第1673至1678頁中所發(fā)表的“用于深次微米MOSFET的新型自我對準非對稱結(jié)構(gòu)的設(shè)計與分析”中描述了一種和IGFET 70或72 具有相似組態(tài)的非對稱η溝道道IGFET，除了源極延伸區(qū)的摻雜程度重過漏極延伸區(qū)。Choi 的IGFET還少了對應(yīng)中間阱部36的阱區(qū)。圖9為Choi的IGFET 80，其使用和IGFET 70或 72相同的組件符號來表示對應(yīng)區(qū)域。盡管圖9中的源極延伸區(qū)26Ε及漏極延伸區(qū)28Ε兩者都標示“η+” ；但是IGFET 80的源極延伸區(qū)^E中的摻雜略大于漏極延伸區(qū)^E中的摻雜 10倍。Choi表示，較重的源極延伸區(qū)摻雜會降低因沿著源極沈中暈環(huán)袋40的存在而造成的源極相關(guān)的寄生電容的增大。圖IOa至IOd(統(tǒng)稱“圖10”)代表用于制作IGFET 80的Choi制造中的步驟。參考圖10a，分別為柵極介電層44和多晶硅柵極電極46的前驅(qū)層44P和46P沿著構(gòu)成主體材料部34前驅(qū)的輕度摻雜ρ型單晶硅晶圓34P依序被形成。墊氧化層被沉積在前驅(qū)柵極電極層46P上且被圖樣化以產(chǎn)生墊氧化層82。氮化硅層被沉積在該結(jié)構(gòu)的頂端且被部分移除以產(chǎn)生氮化物區(qū)84，其會橫向鄰接墊氧化層82且露出部分柵極電極層46P。在移除柵極電極層46P的裸露部分后，已單離子化的砷便以10千電子伏特 (“keV”)的能量及IxlO15個離子/cm2的高劑量穿過介電層44P的裸露部分并且被離子植入晶圓MP中，用以定義源極延伸區(qū)^E的重度摻雜η型前驅(qū)*^EP。參見圖10b。已單離子化的二氟化硼同樣穿過介電層44P的裸露部分并且被離子植入晶圓34P中，用以定義源極側(cè)暈環(huán)袋40的重度摻雜ρ型前驅(qū)物40P。該暈環(huán)植入以65keV的能量及hlO13個離子/cm2的劑量來進行。氮化物區(qū)84會被轉(zhuǎn)換成氮化硅區(qū)86，其會橫向鄰接墊氧化層82并且覆蓋介電層 44P先前裸露的部分。參見圖10c。在移除墊氧化層82后，柵極電極層46P的裸露部分便會被移除，以便讓層46P的剩余部分具有柵極電極46的形狀，如圖IOd中所示。介電層44P 的另一部分從而會露出。已單離子化的砷便會穿過介電層44P的新露出的部分并且被離子植入晶圓34P中，用以定義漏極延伸區(qū)^E的重度摻雜η型前驅(qū)物^ΕΡ。該漏極延伸區(qū)植入以和源極延伸區(qū)植入相同的能量，lOkeV，但是相對低的劑量，5χ1013個離子/cm2，來進行。 因此，漏極延伸區(qū)植入物和源極延伸區(qū)植入物基本上會在晶圓34P中相同的深度處達到最大濃度。在后面的步驟中(未圖示)，氮化物86會被移除，形成柵極側(cè)壁間隔部48和50，砷被離子植入用以定義η++主要S/D部26Μ和^Μ，并且會實施快速熱退火，以便產(chǎn)生如圖 9 中 IGFET 80。Choi先降低源極延伸區(qū)植入物和漏極延伸區(qū)植入物的連結(jié)性，然后以遠高于漏極延伸區(qū)^E的摻雜程度形成源極延伸區(qū)^ ，用以減輕因源極側(cè)暈環(huán)袋40而造成的源極相關(guān)的寄生電容的增大，優(yōu)點非常顯著；然而，Choi在圖10的制造中連結(jié)柵極電極46的形成和源極延伸區(qū)/漏極延伸區(qū)26Ε與^E的形成卻非常費事并且可能使得難以將Choi的制造并入提供其它類型IGFET的較大型半導(dǎo)體制造之中。希望能以較簡單的技術(shù)來制造此非對稱IGFET。明確地說，希望能減低柵極電極形成和具有不同摻雜的源極延伸區(qū)/漏極延伸區(qū)形成的連結(jié)性。IC中提到的“混合信號”包含數(shù)字電路系統(tǒng)方塊和模擬電路系統(tǒng)方塊兩者。數(shù)字電路系統(tǒng)通常會運用最小型(most aggressively scaled)的η溝道IGFET和ρ溝道IGFET，以便在給定的漏電流規(guī)格下達到最大可能數(shù)字速度。模擬電路系統(tǒng)會運用具有和數(shù)字IGFET 不同性能要求的IGFET及/或雙極晶體管。模擬IGFET的要求通常包含高線性電壓增益； 高頻率處有良好的小信號和大信號頻率響應(yīng)；良好的參數(shù)匹配；低輸入噪聲；有源元件和無源元件中易控制的電參數(shù)；以及減小的寄生元件，尤其是減小的寄生電容。盡管在模擬方塊和數(shù)字方塊中利用相同的晶體管有經(jīng)濟上的吸引力；但是，如此一來通常會導(dǎo)致模擬性能變差。模擬IGFET性能上的眾多要求都與數(shù)字縮放結(jié)果有沖突。更明確地說，相較于數(shù)字塊中的IGFET，模擬IGFET的電參數(shù)有更嚴格的規(guī)格。在作為放大器的模擬IGFET中，該IGFET的輸出電阻必須要最大化，方能最大化其本征增益。 對設(shè)定模擬IGFET的高頻性能來說，輸出電阻同樣重要。相反地，輸出電阻在數(shù)字電路系統(tǒng)中不甚重要。在數(shù)字電路系統(tǒng)中容許低數(shù)值的輸出電阻，以換取較高驅(qū)動電流以及隨之產(chǎn)生的較高的數(shù)字轉(zhuǎn)換速度，只要該數(shù)字電路系統(tǒng)能夠區(qū)分其邏輯狀態(tài)，例如，邏輯“O”和邏輯 “1”。通過模擬晶體管的電信號的形狀對電路性能非常重要，且通常須在合理的情況下盡可能保持無諧波失真和噪聲。諧波失真主要由晶體管增益和晶體管電容的非線性所造成。所以，模擬晶體管的線性要求非常高。在模擬塊中，必須降低Pn結(jié)處寄生電容固有的電壓非線性。相反地，在數(shù)字電路系統(tǒng)中，信號線性通常為第二重要。模擬放大器中所使用的IGFET的小信號模擬速度性能取決于小信號頻率極限，并且涉及到小信號增益以及源極和漏極的Pn結(jié)中的寄生電容。模擬放大器IGFET的大信號模擬速度性能同樣取決于大信號頻率極限并涉及到該IGFET特征的非線性。邏輯門的數(shù)字速度以晶體管/負載組合的大信號轉(zhuǎn)換時間來定義，因而涉及到驅(qū)動電流和輸出電容。所以，模擬速度性能的決定方式不同于數(shù)字速度性能。模擬速度和數(shù)字速度的最佳化方式可能會不同，從而導(dǎo)致不同的晶體管參數(shù)要求。數(shù)字電路系統(tǒng)方塊主要使用能被制造的最小IGFET。因為最終的維度分布范圍本質(zhì)上很大，所以數(shù)字電路系統(tǒng)中的參數(shù)匹配相對差勁。相反地，模擬電路系統(tǒng)中卻經(jīng)常需要良好的參數(shù)匹配以達到需要的性能。這通常需要在制造盡可能短的模擬IGFET的條件下來制造維度大于數(shù)字IGFET的模擬晶體管，以盡可能有低的源極至漏極傳播延遲?；谇懊婵紤]，希望有一種提供IGFET良好模擬特征的半導(dǎo)體制造平臺。該模擬 IGFET應(yīng)該有高的本征增益；高輸出電阻；減小的寄生電容的高小信號轉(zhuǎn)換速度，尤其是沿著源極-主體結(jié)和漏極-主體結(jié)的減小的寄生電容。還希望該制造平臺能夠提供高性能數(shù)字 IGFET。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供形成自半導(dǎo)體主體的IGFET的柵極介電層，所含的氮具有根據(jù)本發(fā)明裁制的垂直濃度輪廓，以防止上方柵極電極中的硼經(jīng)由該柵極介電層明顯滲入該半導(dǎo)體主體中充當該IGFET的溝道區(qū)帶的部分中，且同時避免氮從該柵極介電層移到該半導(dǎo)體主體中。因而實質(zhì)上可避免發(fā)生因溝道區(qū)帶中所不希望的硼及半導(dǎo)體主體中所不希望的氮導(dǎo)致的損壞。該IGFET通常是ρ溝道裝置，其一般為一組高性能IGFET中的一個，該IGFET的介電層具有類似的垂直氮濃度輪廓，該IGFET具有各種不同的特征，而且該IGFET適合并入半導(dǎo)體制造平臺中，該半導(dǎo)體制造平臺會提供電路設(shè)計者各式各樣先進功能的IGFET，讓電路設(shè)計者能夠從中選擇用于特定的電路應(yīng)用。更明確的說，根據(jù)本發(fā)明所組態(tài)的IGFET含有半導(dǎo)體主體的溝道區(qū)帶、一對位于該半導(dǎo)體主體中的源極/漏極區(qū)帶、具有上方與下方柵極電介質(zhì)表面的柵極介電層、以及上覆該溝道區(qū)帶上方的柵極介電層上的柵極電極。該柵極介電層由半導(dǎo)體材料、氧、及氮所組成。該半導(dǎo)體材料通常為硅。該柵極介電層中的氮通常會構(gòu)成該柵極介電層的6至12% 的質(zhì)量百分比。該柵極介電層中的氮的垂直濃度輪廓可方便的以該柵極介電層中的正規(guī)化深度的函數(shù)來表示。該正規(guī)化深度的定義為該上方柵極電介質(zhì)表面下方的真實深度除以平均柵極電介質(zhì)厚度。該正規(guī)化深度會從該上方柵極電介質(zhì)表面處的0變成該下方柵極電介質(zhì)表面處的1。當該上方柵極電介質(zhì)表面下方的正規(guī)化深度為不超過0.2(優(yōu)選的為0.05至 0. 15)的正規(guī)化最大氮濃度深度數(shù)值時，氮的濃度會沿著該柵極介電層中的最大氮濃度位置達到hio21至6xl021個原子/cm3的最大濃度。當正規(guī)化深度為較高數(shù)值時(通常至少 0. 6且會高達0. 9)，氮濃度會下降至1χ102°個原子/cm3。在該下方柵極電介質(zhì)表面處，該氮濃度優(yōu)選的實質(zhì)為零。此外，在該上方柵極電介質(zhì)表面處的氮濃度會略低于最大氮濃度處的氮濃度。在該上方柵極電介質(zhì)表面處的氮濃度通常為IxlO21至切1021個原子/cm3。據(jù)此，氮濃度通常會從該上方柵極電介質(zhì)表面處的IxlO21至切1021個原子/cm3沿著該最大氮濃度位置(優(yōu)選的在0. 05至0. 15的正規(guī)化深度處)提高到hlO21至6xl021個原子/cm3，在正規(guī)化深度 0. 6至0. 9處下降到IxlO^1個原子/cm3，并且在該下方柵極電介質(zhì)表面處實質(zhì)上為零。在典型的較佳輪廓中，氮會從該上方柵極電介質(zhì)表面處的虹1021個原子/cm3沿著該最大氮濃度位置(優(yōu)選的在0. 1的正規(guī)化深度處)提高到切1021個原子/cm3，在正規(guī)化深度0.8處下降到IxlO2ci個原子/cm3，并且在該下方柵極電介質(zhì)表面處實質(zhì)上為零。借由將該柵極介電層中的垂直氮濃度輪廓安排成屬于前述范圍邊界內(nèi)，優(yōu)選的接近該典型較佳輪廓，該柵極介電層便會含有足夠的氮以便實質(zhì)上防止該柵極電極中的硼通過該柵極介電層及進入充當該溝道區(qū)帶的半導(dǎo)體材料中。柵極介電層中的氮在該下方柵極電介質(zhì)表面上足夠距離的位置處實質(zhì)上會下降至微不足道的水平。該柵極介電層中的氮實質(zhì)上沒有任何一個會進入該半導(dǎo)體主體。結(jié)果，柵極介電層中的硼及用以阻止硼的氮都不會大量進入該半導(dǎo)體主體。因此，其實質(zhì)上會避免發(fā)生可能因溝道區(qū)帶中的硼所導(dǎo)致的不希望的臨界電壓漂移及低頻“1/f”噪聲。同樣地，其實質(zhì)上會避免發(fā)生可能因溝道區(qū)帶中的氮所導(dǎo)致的不希望的臨界電壓漂移及低電荷移動能力。根據(jù)本發(fā)明來制造IGFET包括沿著半導(dǎo)體主體形成主要介電層，其至少一部分會充當該柵極介電層。形成該主要介電層通常必須先沿著該半導(dǎo)體主體提供初始的半導(dǎo)體氧化物層，且接著將氮引入該初始的半導(dǎo)體氧化物層中，用以將其轉(zhuǎn)換成含氮的半導(dǎo)體氧化物層。氮優(yōu)選的會通過含氮等離子體被引入該半導(dǎo)體氧化物層中。該含氮半導(dǎo)體氧化物層優(yōu)選的會被退火。這可增加該含氮半導(dǎo)體層的厚度。在氮引入操作與退火操作之間的時間區(qū)間，該含氮半導(dǎo)體氧化物層中一部分的氮通常會從該含氮半導(dǎo)體氧化物層處沿著其上方表面向外擴散。由于氮被引入該半導(dǎo)體氧化物層中的方式的關(guān)系以及由于從該含氮半導(dǎo)體氧化物層處所發(fā)生的任何后續(xù)上方表面氮向外擴散作用的關(guān)系，該含氮半導(dǎo)體氧化物層中氮的最大濃度通常會出現(xiàn)在其上方表面下方。該柵極電極會被定義在預(yù)期要成為溝道區(qū)帶的一部分半導(dǎo)體主體的上方且會借由該柵極介電層與該部分的半導(dǎo)體主體垂直分離。將半導(dǎo)體摻雜物引入該半導(dǎo)體主體中以形成該源極/漏極區(qū)帶。該摻雜物通常包括硼。在將硼引入該源極/漏極區(qū)帶中的過程中， 硼會被引入該柵極電極中。因此，該IGFET是ρ溝道裝置。在完成該IGFET的制造后，該柵極介電層中的氮的濃度便會具有上述的垂直輪廓特征。另外，在將硼引入該柵極電極中之前氮會先被弓I入該柵極介電層中，使得在具備用以阻止硼的氮之前讓硼無法通過該柵極介電層。簡言之，該柵極介電層具有足夠的氮以便實質(zhì)上防止柵極電極中的硼通過該柵極介電層并進入該溝道區(qū)帶。該柵極介電層中氮濃度的垂直輪廓的特性不會讓該柵極介電層中大量的氮移到該溝道區(qū)帶中。該IGFET實質(zhì)上會避免因該柵極電極中的硼通過該柵極介電層進入該溝道區(qū)帶中及因氮從該柵極介電層中移到該半導(dǎo)體主體中所造成的損壞。因此，本發(fā)明大幅超越先前技術(shù)。


圖1為使用滿阱的現(xiàn)有技術(shù)對稱長η溝道IGFET的正面剖視圖。圖2為針對圖1的IGFET，沿著上方半導(dǎo)體表面的凈摻雜物濃度與和溝道中心相隔的縱向距離的函數(shù)關(guān)系圖。圖3a與北為針對圖1，7a，及7b的IGFET，在兩種各自不同的阱摻雜條件下，全部摻雜物濃度和沿著穿過該源極/漏極區(qū)帶的虛擬垂直線的深度的函數(shù)關(guān)系圖。圖4為使用倒退型空阱的現(xiàn)有技術(shù)對稱長η溝道IGFET的正面剖視圖。圖5與6分別為全部摻雜物濃度和沿著穿過圖4的IGFET的縱向中心的虛擬垂直線的深度的函數(shù)的定性與定量關(guān)系圖。圖7a與7b分別為現(xiàn)有技術(shù)非對稱長η溝道IGFET和非對稱短η溝道IGFET的正面剖視圖。圖fe與8b為針對圖7a及7b各自的IGFET，沿著該上方半導(dǎo)體表面的凈摻雜物濃度與和溝道中心相隔的縱向距離的函數(shù)關(guān)系圖。圖9分別為先、現(xiàn)有技術(shù)非對稱長η溝道IGFET的正面剖視圖。圖IOa至IOd為制造圖9IGFET的代表步驟的正面剖視圖。圖11. 1至11. 9為根據(jù)本發(fā)明所組態(tài)的CIGFET半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的九個部分各自的正面剖視圖。圖12為圖11. 1的非對稱η溝道IGFET的核心的放大正面剖視圖。圖13a至13c分別為針對圖12的非對稱η溝道IGFET的個別摻雜物濃度、全部摻雜物濃度、以及凈摻雜物濃度和沿著該上方半導(dǎo)體表面的縱向距離的函數(shù)關(guān)系圖。圖1 至Hc分別為個別摻雜物濃度、全部摻雜物濃度、及凈摻雜物濃度和沿著穿過圖12的非對稱η溝道IGFET的主要源極部的虛擬垂直線的深度的函數(shù)關(guān)系圖。圖1 至15c分別為個別摻雜物濃度、全部摻雜物濃度、及凈摻雜物濃度和沿著穿過圖12的非對稱η溝道IGFET的源極延伸區(qū)的虛擬垂直線的深度的函數(shù)關(guān)系圖。圖16a至16c分別為個別摻雜物濃度、全部摻雜物濃度、及凈摻雜物濃度和沿著穿過圖12的非對稱η溝道IGFET的溝道區(qū)帶的虛擬垂直線的深度的函數(shù)關(guān)系圖。圖17a至17c分別為個別摻雜物濃度、全部摻雜物濃度、及凈摻雜物濃度和沿著穿過圖12的非對稱η溝道IGFET的漏極延伸區(qū)的虛擬垂直線的深度的函數(shù)關(guān)系圖。圖18a至18c分別為個別摻雜物濃度、全部摻雜物濃度、及凈摻雜物濃度和沿著穿過圖12的非對稱η溝道IGFET的主要漏極部的虛擬垂直線的深度的函數(shù)關(guān)系圖。圖19a與19b分別為圖11. 1的非對稱η溝道IGFET與非對稱ρ溝道IGFET的核心的變化部分的放大正面剖視圖。圖20a至20c分別為個別摻雜物濃度、全部摻雜物濃度、及凈摻雜物濃度和沿著穿過圖19a的非對稱η溝道IGFET的暈環(huán)袋部的虛擬垂直線的深度的函數(shù)關(guān)系圖。圖21a至21c分別為個別摻雜物濃度、全部摻雜物濃度、及凈摻雜物濃度和沿著穿過圖19a的非對稱η溝道IGFET的源極延伸區(qū)的虛擬垂直線的深度的函數(shù)關(guān)系圖。圖22a與22b分別為圖11. 2的延伸型漏極η溝道IGFET與延伸型漏極ρ溝道 IGFET的核心的放大正面剖視圖。圖23a至23c分別為個別摻雜物濃度、全部摻雜物濃度、及凈摻雜物濃度和沿著分別穿過圖22a的延伸型漏極η溝道IGFET的主要阱區(qū)的一對虛擬垂直線的深度的函數(shù)關(guān)系圖。圖Ma至2 分別為個別摻雜物濃度、全部摻雜物濃度、及凈摻雜物濃度和沿著分別穿過圖22b的延伸型漏極η溝道IGFET的主要阱區(qū)的一對虛擬垂直線的深度的函數(shù)關(guān)系圖。圖2 與2 分別為針對圖2 與22b的延伸型漏極η溝道IGFET與延伸型漏極 ρ溝道IGFET的各自制造實施方式，在多個柵極至源極電壓數(shù)值處的線性漏極電流和漏極至源極電壓的函數(shù)關(guān)系圖。圖26a與26b分別為針對圖2 與22b的延伸型漏極η溝道IGFET與延伸型漏極 ρ溝道IGFET的各自制造實施方式的擊穿電壓和阱至阱間隔距離的函數(shù)關(guān)系圖。圖27為針對圖22a的延伸型漏極η溝道IGFET的實施方式在選定的阱至阱間隔距離處以及針對圖2 的IGFET延伸到零阱至阱間隔距離處的線性漏極電流和漏極至源極電壓的函數(shù)關(guān)系圖。圖28a與28b分別為圖22a的延伸型漏極η溝道IGFET與參考延伸型漏極η溝道 IGFET的計算機仿真的剖視圖。圖四分別為圖11. 3的對稱低漏電型η溝道IGFET的核心的放大正面剖視圖。圖30a至30c分別為針對圖四的對稱低漏電型η溝道IGFET的個別摻雜物濃度、 全部摻雜物濃度、及凈摻雜物濃度和沿著該上方半導(dǎo)體表面的縱向距離的函數(shù)關(guān)系圖。圖31a至31c分別為個別摻雜物濃度、全部摻雜物濃度、及凈摻雜物濃度和沿著穿過圖四的對稱低漏電型η溝道IGFET的任一源極/漏極區(qū)帶的主要部的虛擬垂直線的深度的函數(shù)關(guān)系圖。圖3 至32c分別為個別摻雜物濃度、全部摻雜物濃度、及凈摻雜物濃度和沿著穿過圖四的對稱低漏電型η溝道IGFET的溝道區(qū)帶的虛擬垂直線的深度的函數(shù)關(guān)系圖。圖 33a 至 33c,33d. 1 至 33y. l、33d. 2 至 33y. 2,33d. 3 至 33y. 3,33d. 4 至 33y. 4、及 33d. 5至33y. 5為制造根據(jù)本發(fā)明圖11. 1至11. 9的CIGFET半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中圖11. 1至11. 5 描述的五個部分的代表步驟的正面剖視圖。圖33a至33c的步驟應(yīng)用于圖11. 1至11. 5中全部結(jié)構(gòu)部分。圖33d. 1至33y.l呈現(xiàn)導(dǎo)致圖11. 1的結(jié)構(gòu)部分的進一步步驟。圖33d. 2 至33y. 2呈現(xiàn)導(dǎo)致圖11. 2的結(jié)構(gòu)部分的進一步步驟。圖33d. 3至33y. 3呈現(xiàn)導(dǎo)致圖11. 3 的結(jié)構(gòu)部分的進一步步驟。圖33d. 4至33y. 4呈現(xiàn)導(dǎo)致圖11. 4的結(jié)構(gòu)部分的進一步步驟。 圖33d. 5至33y. 5呈現(xiàn)導(dǎo)致圖11. 5的結(jié)構(gòu)部分的進一步步驟。圖34. 1至34. 3為圖11. 1至11. 3分別所示CIGFET半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)部分根據(jù)本發(fā)明所組態(tài)三個變化部分的正面剖視圖。圖3 至35c分別為個別摻雜物濃度、全部摻雜物濃度、以及凈摻雜物濃度和沿著穿過圖34. 1的非對稱η溝道IGFET的主要源極部和下方源極部的虛擬垂直線的深度的函數(shù)關(guān)系圖。圖36a至36c分別為個別摻雜物濃度、全部摻雜物濃度、以及凈摻雜物濃度和沿著穿過圖34. 1的非對稱η溝道IGFET的主要漏極部和下方漏極部的虛擬垂直線的深度的函數(shù)關(guān)系圖。圖37a至37c分別為個別摻雜物濃度、全部摻雜物濃度、以及凈摻雜物濃度和沿著穿過圖34. 3的對稱低漏電型η溝道IGFET的任一源極/漏極區(qū)帶的主要部和下方部的虛擬垂直線的深度的函數(shù)關(guān)系圖。圖38為根據(jù)另一 CIGFET半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的η溝道部分的正面剖視圖。圖39a至39c分別為個別摻雜物濃度、全部摻雜物濃度、以及凈摻雜物濃度和沿著穿過圖38的非對稱η溝道IGFET的主要源極部的虛擬垂直線的深度的函數(shù)關(guān)系圖。圖40a至40c分別為個別摻雜物濃度、全部摻雜物濃度、以及凈摻雜物濃度和沿著穿過圖38的非對稱η溝道IGFET的源極延伸區(qū)的虛擬垂直線的深度的函數(shù)關(guān)系圖。圖41a至41f為制造圖38的CIGFET的代表步驟的正面剖視圖，它們基本上是從圖331. 1,331. 3以及331. 4的階段開始。圖4 至42c分別為個別摻雜物濃度、全部摻雜物濃度、以及凈摻雜物濃度和沿著穿過圖12的非對稱η溝道IGFET的變化的主要源極部的虛擬垂直線的深度的函數(shù)關(guān)系圖。圖43a至43c分別為個別摻雜物濃度、全部摻雜物濃度、以及凈摻雜物濃度和沿著穿過圖12的非對稱η溝道IGFET前述變化的溝道區(qū)帶的虛擬垂直線的深度的函數(shù)關(guān)系圖。圖4 至Mc分別為個別摻雜物濃度、全部摻雜物濃度、以及凈摻雜物濃度和沿著穿過圖12的非對稱η溝道IGFET前述變化的主要漏極部的虛擬垂直線的深度的函數(shù)關(guān)系圖。圖45為根據(jù)本發(fā)明在ρ溝道IGFET (例如圖11. 3、11. 4、或11. 6的ρ溝道IGFET) 的柵極介電層中氮濃度和與該柵極介電層的上方表面相隔的正規(guī)化深度的函數(shù)關(guān)系圖。圖46a至46g為根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)圖11. 4與11. 5的對稱ρ溝道IGFET的氮化柵極介電層的代表步驟的正面剖視圖，它們是從圖33i. 4以及33i. 5的階段之后所存在的結(jié)構(gòu)處開始。在優(yōu)選的實施例的圖式和說明中會運用相同的組件符號來表示相同或非常相似的項目或多個項目。在含有摻雜物分布關(guān)系圖的圖式中，有單撇記號(‘)、雙撇記號(“)、 星號(*)、以及阱號(#)的組件符號數(shù)值部分分別表示其它圖式中相同編號的區(qū)域或位置。 就此來說，在不同摻雜物分布關(guān)系圖中相同組件符號數(shù)所表示的曲線有相同的意義。在摻雜物分布關(guān)系圖中，“個別，，摻雜物濃度的意義為每一個分開引入的η型摻雜物及每一個分開引入的P型摻雜物的單個濃度；而“全部”摻雜物濃度的意義則為全部(或絕對的)η型摻雜物濃度及全部(或絕對的)P型摻雜物濃度。摻雜物分布關(guān)系圖中的“凈” 摻雜物濃度則為全部η型摻雜物濃度和全部ρ型摻雜物濃度之間的差異。當全部η型摻雜物濃度超過全部P型摻雜物濃度時，該凈摻雜物濃度會被表示為凈“η型”，而當全部ρ型摻雜物濃度超過全部η型摻雜物濃度時，該凈摻雜物濃度則會被表示為凈“P型”。介電層厚度，尤其是柵極介電層的厚度會遠小于許多其它IGFET組件和區(qū)域的維度。為清楚表示介電層，在IGFET的剖視圖中通常會放大它們的厚度。在某一實施例中，半導(dǎo)體區(qū)域的導(dǎo)電類型取決于在單組摻雜物引入條件下(也就是，基本上在單摻雜操作中)被引入至該區(qū)域中的半導(dǎo)體摻雜物，且該區(qū)域中的摻雜物濃度會從一個通用摻雜等級(舉例來說，由“P”或“η”表示的中等等級)改變成另一通用摻雜物等級(舉例來說，由“P-”或“η-”表示的輕度等級)，該區(qū)域中位于兩個摻雜等級處的部分通常會以點狀線來表示。IGFET的剖視圖中的點虛線代表該垂直摻雜物分布關(guān)系圖中的摻雜物分布位置。IGFET剖視圖中的最大摻雜物濃度則是由含有縮寫“MAX”的雙點虛線來表不。為方便起見，圖11. 3至11. 9中對稱IGFET的柵極電極全部顯示為相同長度，盡管如下面給定的溝道長度數(shù)值所示，圖U. 4,11. 5、及11. 7至11. 9中的IGFET的溝道長度通常會遠大于圖11. 3與11. 6的IGFET溝道長度。代表制造過程中某步驟的圖中的組件符號末端的字母“P”表示代表該制造過程的后期階段(包含最終階段在內(nèi))的圖中某一區(qū)域的前驅(qū)物，而在該后期階段圖中“P”前面的組件符號部分便是表示該區(qū)域。
具體實施例方式
內(nèi)容清單
A.參考符號和其它預(yù)備信息
B.適用于混合信號應(yīng)用的互補式IGFET結(jié)構(gòu)C.阱結(jié)構(gòu)和摻雜特征
D.非對稱高電壓IGFET
Dl.非對稱高電壓η溝道IGFET的結(jié)構(gòu)
D2.非對稱高電壓η溝道IGFET的源極/漏極延伸區(qū)
D3.非對稱高電壓η溝道IGFET的源極/漏極延伸區(qū)中不同的摻雜物
D4.非對稱高電壓η溝道IGFET中的摻雜物分布
D5.非對稱高電壓ρ溝道IGFET的結(jié)構(gòu)
D6.非對稱高電壓ρ溝道IGFET的源極/漏極延伸區(qū)
D7.非對稱高電壓ρ溝道IGFET的源極/漏極延伸區(qū)中不同的摻雜物
D8.非對稱高電壓ρ溝道IGFET中的摻雜物分布
D9.非對稱高電壓IGFET的共同特性
D10.非對稱高電壓IGFET的性能優(yōu)點
Dll.具有經(jīng)特殊裁制暈環(huán)袋部的非對稱高電壓IGFET
Ε.延伸型漏極IGFET
El.延伸型漏極η溝道IGFET的結(jié)構(gòu)
Ε2.延伸型漏極η溝道IGFET中的摻雜物分布
Ε3.延伸型漏極η溝道IGFET的操作物理性
Ε4.延伸型漏極ρ溝道IGFET的結(jié)構(gòu)
Ε5.延伸型漏極ρ溝道IGFET中的摻雜物分布
Ε6.延伸型漏極ρ溝道IGFET的操作物理性
Ε7.延伸型漏極IGFET的共同特性
Ε8.延伸型漏極IGFET的性能優(yōu)點
Ε9.具有經(jīng)特殊裁制暈環(huán)袋部的延伸型漏極IGFET
F.對稱低電壓低漏電IGFET
Fl.對稱低電壓低漏電η溝道IGFET的結(jié)構(gòu) F2.對稱低電壓低漏電η溝道IGFET中摻雜物分布 F3.對稱低電壓低漏電ρ溝道IGFET
G.對稱低電壓低臨界電壓IGFET
H.標稱臨界電壓大小的對稱高電壓IGFET
I.標稱臨界電壓大小的對稱低電壓IGFET J.對稱高電壓低臨界電壓IGFET
K.對稱原生(native)低電壓η溝道IGFET
L.對稱原生高電壓η溝道IGFET
Μ.大體上可應(yīng)用于全部現(xiàn)有IGFET的信息
N.適用于混合信號應(yīng)用的互補式IGFET結(jié)構(gòu)的制造
Ni.通用制造信息
Ν2.阱構(gòu)成
Ν3.柵極構(gòu)成
Ν4.源極/漏極延伸區(qū)和暈環(huán)袋部的構(gòu)成N5.柵極側(cè)壁間隔部和源極/漏極區(qū)帶主要部的構(gòu)成 N6.最終處理
N7. ρ型深源極/漏極延伸區(qū)摻雜物的明顯斜向植入
N8.非對稱IGFET的源極/漏極延伸區(qū)中不同摻雜物的植入
N9.具有經(jīng)特殊裁制暈環(huán)袋部的非對稱IGFET的構(gòu)成
0.垂直緩變源極-主體結(jié)和漏極-主體結(jié)
P.具有經(jīng)多重植入源極延伸區(qū)的非對稱IGFET
Pl.具有經(jīng)多重植入源極延伸區(qū)的非對稱η溝道IGFET的結(jié)構(gòu)
Ρ2.具有經(jīng)多重植入源極延伸區(qū)的非對稱η溝道IGFET的制造
Q.源極-主體結(jié)和漏極-主體結(jié)下面的低突變(hypoabrupt)垂直摻雜物輪廓
R.氮化柵極介電層
Rl.氮化柵極介電層中的垂直氮濃度輪廓 R2.氮化柵極介電層的制造 S.變化例
A.參考符號和其它預(yù)備信息 下文及圖中運用的組件符號具有下面的意義，形容詞“線性(lineal) ”表示每單位 IGFET寬度
權(quán)利要求
1.一種包括主要場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)，其包括 半導(dǎo)體主體的溝道區(qū)帶；一對源極/漏極區(qū)帶，其位于該半導(dǎo)體主體中且被該溝道區(qū)帶橫向分離； 柵極介電層，其上覆該溝道區(qū)帶，具有上方與下方柵極電介質(zhì)表面，具有平均柵極電介質(zhì)厚度，且包括半導(dǎo)體材料、氧、與柵極電介質(zhì)氮濃度的氮，其中(i)當該柵極介電層中的正規(guī)化深度為不超過0. 2的正規(guī)化最大氮濃度深度數(shù)值時，該氮濃度會沿著該柵極介電層中的最大氮濃度位置達到至6xl021個原子/cm3的最大濃度，及(ii)當正規(guī)化深度為高達0. 9的較高數(shù)值時，該氮濃度會下降至IxlO2ci個原子/cm3，該正規(guī)化深度為該上方柵極電介質(zhì)表面下方的真實深度除以平均柵極電介質(zhì)厚度；以及柵極電極，上覆該溝道區(qū)帶上方的該柵極介電層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述結(jié)構(gòu)，其中所述正規(guī)化最大氮濃度深度數(shù)值為0.05至0. 15。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述結(jié)構(gòu)，其中沿著該最大氮濃度位置中所述的氮濃度至少為 4xl021 個原子 /cm3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述結(jié)構(gòu)，其中沿著該最大氮濃度位置中所述的氮濃度不超過 5. 5xl021 個原子 /cm3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述結(jié)構(gòu)，其中當該柵極電介質(zhì)氮濃度為IxlO2ci個原子述正規(guī)化深度至少為0. 6。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述結(jié)構(gòu)，其中當該柵極電介質(zhì)氮濃度為IxlO2ci個原子述正規(guī)化深度至少為0. 7。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述結(jié)構(gòu)，其中當該柵極電介質(zhì)氮濃度為IxlO2ci個原子述正規(guī)化深度不超過0. 85。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述結(jié)構(gòu)，其中在該下方柵極電介質(zhì)表面處，所述氮濃度實質(zhì)上為零。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述結(jié)構(gòu)，其中在該上方柵極電介質(zhì)表面處，所述氮濃度為IxlO21至 5x1021 個原子 /cm3。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述結(jié)構(gòu)，其中在該上方柵極電介質(zhì)表面處，所述氮濃度為3xl021 至 4. 5xl021 個原子 /cm3。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述結(jié)構(gòu)，其中所述平均柵極電介質(zhì)厚度為1至3nm。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述結(jié)構(gòu)，其中所述柵極介電層的半導(dǎo)體材料包括硅。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述結(jié)構(gòu)，其中所述柵極電極包括利用硼進行ρ型摻雜的非單晶娃。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述結(jié)構(gòu)，其中所述晶體管為ρ溝道晶體管。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述結(jié)構(gòu)，其中所述每一個S/D區(qū)帶都包括主要部及較輕度摻雜的橫向延伸區(qū)，該較輕度摻雜的橫向延伸區(qū)會橫向接續(xù)該主要部且橫向延伸在該柵極電極下方，使得該溝道區(qū)帶終止于該橫向延伸區(qū)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述結(jié)構(gòu)，其中該溝道區(qū)帶為主體區(qū)的部分，其會和每一個源極/漏極區(qū)帶形成pn結(jié)；以及主體區(qū)中摻雜程度重過該主體區(qū)的橫向鄰接材料的袋部會沿著該源極/漏極區(qū)帶中的一個延伸。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16項中任一所述結(jié)構(gòu)，其中所述柵極介電層中的所述氮會構(gòu)成該柵極介電層的6 %至12 %的質(zhì)量百分比。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述結(jié)構(gòu)，其進一步包括和該主要晶體管同極性的額外場效應(yīng)晶體管，該額外晶體管包括額外溝道區(qū)帶；一對額外源極/漏極區(qū)帶，其被該額外溝道區(qū)帶橫向分離；額外柵極介電層，其上覆該額外溝道區(qū)帶，而且厚度明顯大于該主要晶體管的柵極介電層；以及額外柵極電極，其上覆該額外溝道區(qū)帶上方的額外柵極介電層。
19.一種制造包括主要場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括在半導(dǎo)體主體中形成柵極介電層；定義柵極電極，該柵極電極在預(yù)期要成為溝道區(qū)帶的部分半導(dǎo)體主體的上方，且會借由該柵極介電層與部分的該半導(dǎo)體主體垂直分離；以及將半導(dǎo)體摻雜物引入該半導(dǎo)體主體中以形成一對源極/漏極區(qū)帶，它們會被該溝道區(qū)帶橫向分離，使得在完成該結(jié)構(gòu)的制造后，該柵極介電層具有上方與下方柵極電介質(zhì)表面和平均柵極電介質(zhì)厚度，且包括半導(dǎo)體材料、氧、與柵極電介質(zhì)氮濃度的氮，其中(i)當該柵極介電層中的正規(guī)化深度為不超過0. 2的正規(guī)化最大氮濃度深度數(shù)值時，該氮濃度會沿著該柵極介電層中的最大氮濃度位置達到至6xl021個原子/cm3的最大濃度，且(ii) 當正規(guī)化深度為高達0. 9的較高數(shù)值時，該氮濃度會下降至IxlO2ci個原子/cm3，該正規(guī)化深度為該上方柵極電介質(zhì)表面下方的真實深度除以該平均柵極電介質(zhì)厚度。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述方法，其中該形成行為包括沿著該半導(dǎo)體主體提供初始的半導(dǎo)體氧化物層；以及將氮引入該初始的半導(dǎo)體氧化物層中，用以將其轉(zhuǎn)換成含氮的半導(dǎo)體氧化物層。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述方法，其中所述氮引入行為包括讓該初始半導(dǎo)體氧化物層受到含氮等離子體的作用。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述方法，其中所述形成行為進一步包括在該氮引入行為后將該含氮半導(dǎo)體氧化物層退火。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述方法，其中在該氮引入行為與退火行為之間，該含氮半導(dǎo)體氧化物層中部分的氮會從該含氮半導(dǎo)體氧化物層處沿著其上方表面向外擴散，使得該含氮半導(dǎo)體表面中氮的濃度會在其上方表面下方達到最大濃度。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述方法，其中在完成該結(jié)構(gòu)的制造后，所述正規(guī)化最大氮濃度深度數(shù)值為0. 05至0. 15。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述方法，其中在完成該結(jié)構(gòu)的制造后，沿著該最大氮濃度位置中的該氮濃度至少為個原子/cm3。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述方法，其中在完成該結(jié)構(gòu)的制造后，沿著該最大氮濃度位置中的該氮濃度不超過5. 5xl021個原子/cm3。
27.根據(jù)權(quán)利要求19所述方法，其中在完成該結(jié)構(gòu)的制造后，當該柵極電介質(zhì)氮濃度為1χ102°個原子/cm3時，所述正規(guī)化深度至少為0. 6。
28.根據(jù)權(quán)利要求19所述方法，其中在完成該結(jié)構(gòu)的制造后，當該柵極電介質(zhì)氮濃度為1χ102°個原子/cm3時，所述正規(guī)化深度不超過0. 85。
29.根據(jù)權(quán)利要求19所述方法，其中在完成該結(jié)構(gòu)的制造后，在該下方柵極電介質(zhì)表面處，所述氮濃度實質(zhì)上為零。
30.根據(jù)權(quán)利要求19所述方法，其中在完成該結(jié)構(gòu)的制造后，在該上方柵極電介質(zhì)表面處，所述氮濃度為IxlO21至切1021個原子/cm3。
31.根據(jù)權(quán)利要求19所述方法，其中所述柵極介電層的半導(dǎo)體材料包括硅。
32.根據(jù)權(quán)利要求19所述方法，其中所述定義行為包括至少利用非單晶硅來定義該柵極電極。
33.根據(jù)權(quán)利要求19所述方法，其中該摻雜物的引入行為包含將硼引入該柵極電極中；以及該晶體管為P溝道晶體管。
34.根據(jù)權(quán)利要求19至33項中任一所述方法，其中在完成該結(jié)構(gòu)的制造后，所述柵極介電層中的氮會構(gòu)成該柵極介電層的6 %至12 %的質(zhì)量百分比。
全文摘要
本發(fā)明中的絕緣柵場效應(yīng)晶體管(110、114或122)的柵極介電層(500、566或700)所含有氮的垂直濃度輪廓經(jīng)過特殊裁制，用以防止上方柵極電極(502、568或702)中的硼經(jīng)由該柵極介電層明顯滲入下方的溝道區(qū)帶(484、554或684)中，且同時避免氮從該柵極介電層移到下方的半導(dǎo)體主體中。因而實質(zhì)上可以避免發(fā)生因溝道區(qū)帶中所不希望的硼以及半導(dǎo)體主體中所不希望的氮所導(dǎo)致的損壞。
文檔編號H01L29/10GK102365727SQ201080013824
公開日2012年2月29日 申請日期2010年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者D·考特尼·帕克, 普拉薩德·查帕臘拉 申請人:國家半導(dǎo)體公司