專利名稱：用于mosfet的銦－硼雙鹽注入的制作方法
背景領域電路器件和用于形成電路器件的方法。
背景場效應晶體管(FET)是諸如多處理器或其它電路之類的集成電路的普通元件。晶體管一般包括形成于半導體基板中的源極和漏極結區(qū)域(junctionregion)，以及形成于基板的表面上的柵極電極。柵極長度一般為源極和漏極結區(qū)域之間的距離。在基板內(nèi)，柵極電極下且位于源極和漏極結之間的基板的區(qū)域一般被稱為溝道，溝道長度為源極和漏極結之間的距離。
如上所述，許多晶體管器件形成在半導體基板中。為了提高基板的半導體材料的電導率，將摻雜劑引入(例如注入)基板中。具有代表性的是，N型晶體管器件可用諸如砷之類的N型摻雜劑摻雜源極和漏極區(qū)域(以及柵極電極)。在先前已形成的P型電導率的阱(well)中形成N型結區(qū)域。合適的P型摻雜劑是硼。
晶體管器件一般以下述方式工作。通過基板上建立與源極和漏極結的接觸，載流子(例如電子、空穴)在源極結和漏極結之間流動。為了建立載流子流，必須將足夠的電壓施加到柵極電極，以在溝道中形成載流子的反型層。該電壓的最小量一般稱為閾電壓(Vt)。
一般來說，當制造相同尺寸的多個晶體管時，希望器件之間的性能特性如閾電壓相類似。一般來說，閾電壓隨著柵極長度的減小而趨于降低。當然，性能常常取決于晶體管尺寸中的降低(例如更快開關、芯片上更多的器件等)，它支配著半導體加工業(yè)的目標。當柵極電極長度接近小于100納米(nm)的尺寸時，發(fā)現(xiàn)閾電壓迅速下降或降低。因此，即使是柵極電極長度中的小變化(例如與目標長度相差10納米)，也可能顯著地影響閾電壓。
理想的是，在關于目標柵極長度的一定范圍的柵極長度中，閾電壓應為恒定，以構成制造裕度。在一方面，為了促進在可接受的柵極長度范圍內(nèi)更恒定的閾電壓，可在柵極邊緣下引入局部注入的摻雜劑(N型金屬氧化物半導體FET(NMOSFET)中為P型，P型金屬氧化物半導體FET(PMOSFET)中為N型)。這種注入物被稱為是“鹽”(halo)注入物。注入的摻雜劑有助于提高溝道邊緣周圍的摻雜濃度，從而增加閾電壓。一個效果是降低目標尺寸器件的閾電壓，同時維持最壞情況尺寸器件的閾電壓。
用于NMOSFET的典型的鹽注入物包括硼(如氟化硼(BF2))和銦(In)。用于PMOSFET的鹽注入物包括砷、銻、磷。就NMOSFET而言，銦是特別優(yōu)選的摻雜劑，因為銦溝道從器件的表面形成倒向的剖面輪廓。相對于不具有相同的倒向的剖面輪廓的硼摻雜劑來說，這種關于銦的濃度分布曲線有助于降低滿足器件中給定的漏電流(Ioff)所要求的閾電壓。與銦有關的一個問題是銦實現(xiàn)了達到最差情況漏電流所要求的濃度之下的固溶性狀態(tài)。從而，為了以小漏電流為目標(例如在小于100nm(nm)的器件上大約40納安(na)的數(shù)量級)，僅僅銦類鹽注入物是不能實現(xiàn)這種目標的。
附圖簡述通過下面的詳細說明、所附的權利要求以及附圖，本發(fā)明的特征、方面及優(yōu)點將變得完全清楚，附圖中

圖1示出了包括具有第一鹽注入的晶體管器件的電路基板的一部分的截面圖。
圖2示出了第二鹽注入后的圖1的器件。
圖3示出了對于所選定的漏電流，基板中的鹽濃度對柵極長度的關系的圖形表示。
圖4示出了硅基板中P型摻雜劑的摻雜劑濃度。
圖5示出了對于硅基板的閾電壓對P型摻雜劑濃度的關系的圖形表示。
圖6示出了對于P型摻雜劑的漏電流對閾電壓的關系的圖形表示。
圖7示出了對于NMOSFET器件的閾電壓對柵極長度的關系的圖形表示。
圖8示出了對于NMOSFET的漏電流對柵極長度的關系的圖形表示。
圖9示出了基板上器件的數(shù)量對柵極長度的關系的圖形表示。
圖10示出了對于基板上的器件的數(shù)量，驅(qū)動電流對柵極長度的關系的圖形表示。
圖11示出了對于晶體管器件的驅(qū)動電流對漏電流的關系的圖形表示。
詳細說明如上所述，銦是較佳的NMOSFET溝道摻雜劑(例如鹽摻雜劑)，因為它的倒向的濃度分布曲線導致較低的閾電壓和提高的驅(qū)動電流。然而，對于更小的器件，例如具有60nm或更小的目標柵極長度的器件，僅用銦作為鹽摻雜劑是不可接受的，因為它的固溶度限度易于防止銦以足夠高的水平摻雜入NMOSFET溝道以維持合理的最壞情況下的漏電流。
圖1示出了其上形成晶體管器件的電路基板的一部分的剖面?zhèn)纫晥D。結構100包括例如以硅為代表的半導體材料的基板110。在圖1中的基板110中和基板110上形成的是晶體管器件。作為代表，該晶體管器件是形成在P型阱120中的NMOSFET。該晶體管器件包括形成在基板110的表面上的柵極電極130，具有柵極長度170。該晶體管器件還包括源極結140和漏極結150。在NMOSFET中，源極結140和漏極結150都是N型的，一般柵極電極130也為N型。源極結140包括(通過在形成襯墊部135之前的注入物)形成為例如自對準柵極電極130的尖端(tip)注入物145。(通過在形成襯墊部135之后的注入物)源極結140的大小與柵極電極130上的襯墊部135對準。類似地，漏極結150包括基本與柵極電極130對準的注入物155(例如輕微摻雜的漏極)。漏極結150的大小與柵極電極130上的襯墊部135對準。
圖1還示出基板110的溝道區(qū)域160中的單鹽注入物。在晶體管器件是NMOSFET的實施例中，第一注入物180例如是銦?？赏ㄟ^以例如25°至30°的傾角將諸如銦離子之類的摻雜劑離子引入基板110中來形成鹽注入物。引入第一鹽180的一種方法是在形成柵極電極之后(但在形成襯墊部之前)的注入操作，從而柵極電極充當對準的注入掩模。
圖2示出了第二鹽引入之后的圖1的結構。對于所示的代表性的NMOSFET來說，第一鹽180是銦類的，第二鹽190是例如硼類的(例如二氟化硼)。可根據(jù)與引入第一鹽類似的技術，通過注入來引入第二鹽190。
在第一鹽180是銦，第二鹽190是硼或類似種類的例子中，涉及多種鹽的一個技術包括將第一鹽180引入到基板110的溝道120中達到用于硅的銦的固溶度，一般為2E18cm-3。在注入銦類達到銦固溶度之后，以對于某一柵極長度的器件實現(xiàn)目標閾電壓來說足夠量的程度注入硼種類作為第二鹽190。理解到已經(jīng)確定了銦和硼摻雜劑的合適的量，而引入兩者的順序可以變化。
在上述實施例中，引入銦種類的第一鹽(例如第一鹽180)，并引入第二鹽(例如第二鹽190)。從而，結構100包括引入溝道120中的兩種鹽。所描述的摻雜劑包括銦和硼種類。理解到，對于NMOSFET或PMOSFET來說，其它種類也類似適用。在一個例子中，在減少的柵極長度(例如大約70納米或更小)以實現(xiàn)目標閾電壓、漏電流和驅(qū)動電流的上下文環(huán)境中，選擇并引入銦直到其固溶度。圖3示出了對于所選定的例如40nA的漏電流(Ioff)，硅基板中的鹽濃度對柵極長度的關系的圖形表示。圖3示出，隨著柵極長度減少到大約100nm以后，銦飽和，并且不能單獨地實現(xiàn)所希望的漏電流。圖4代表性地示出了硅基板中的鹽濃度。圖3說明了滿足漏電流要求(例如3E18cm-3)而要求的濃度大于銦固溶度(例如大約2E18cm-3)。
圖5示出了閾電壓對摻雜劑濃度的關系的圖形表示。圖5說明了銦在其固溶度飽和。圖6示出漏電流對閾電壓的關系的圖形表示。圖6說明了銦在其固溶度再次飽和(例如大約100納安/微米)。從而，就實現(xiàn)目標閾電壓和目標漏電流而言，使用除了包括銦種類的鹽注入物之外的額外的鹽注入物。如圖5和圖6所示，可使用硼種類的第二鹽注入物來實現(xiàn)目標閾電壓和目標漏電流。
根據(jù)上述圖形表示，例如，其中最差情況柵極長度器件的漏電流(Ioff)是例如100納安/微米，目標柵極長度例如是60納米，可將銦種類引入作為第一鹽直到其固溶度，可將例如硼種類的第二鹽引入直到建立了支持所述漏電流而要求的閾電壓為止。
圖7和圖8示出了與對于某一柵極長度器件的閾電壓和漏極電流相關聯(lián)的圖形表示。這兩個圖形表示說明了與制造器件有關的制造裕度，特別是可接受的柵極長度中的偏差。作為代表，出于解釋的目的，目標柵極長度為70納米(nm)，而最壞柵極長度大約10nm。如圖7所例示的那樣，鹽注入物易于降低目標尺寸器件的閾電壓，同時維持最差情況尺寸器件的閾電壓。然而，對于各種柵極長度的漏電流影響示于圖8。作為代表，對于現(xiàn)有技術銦鹽和硼阱類型(銦鹽/硼阱)器件，最差情況柵極長度漏電流與目標柵極長度器件相比較，最差情況和目標之間的差異是大約10倍因數(shù)。從而，即使最差情況器件可能支配總漏電流，諸如所描述的多鹽器件也能趨于以代表性的兩倍的因數(shù)降低最差情況器件和目標器件的漏電流之間的差異。
雖然最差情況柵極長度器件趨于支配漏電流，但是目標器件趨于支配驅(qū)動電流。圖9和10示出了諸如上述的多鹽器件和現(xiàn)有技術單鹽/硼阱器件。圖9示出了基板上形成的器件和它們對應的柵極長度的表示。器件基本上采用鐘形曲線。圖10示出了用于在利用如現(xiàn)有技術那樣銦鹽/硼阱的情況下形成的器件以及按照多(銦和硼)鹽器件形成的器件的典型驅(qū)動電流。圖10示出了多(銦和硼)鹽器件有助于在目標柵極長度獲得更高的驅(qū)動電流，因為它們在目標柵極長度具有更高的漏電流。圖11示出了晶體管器件的驅(qū)動電流對漏電流的圖形表示。
在前述的詳細描述中，說明了具體的實施例，包括單獨的銦和硼注入物的雙鹽器件。然而，顯然可對其作出各種修改和變化，而不背離如權利要求中所提出的本發(fā)明的較寬的要旨和范圍。例如，已經(jīng)對N型器件(P型摻雜劑)描述了銦和硼注入物。設想到可以類似的方式對N型器件引入其它摻雜劑(例如多鹽)?？蛇x地，對于P型器件，設想到可在多鹽工藝中引入諸如砷和磷之類的N型摻雜劑，其中要優(yōu)化例如驅(qū)動電流和漏電流的效果，但不限于此。因此，說明書和附圖應被認為是說明性的而非限制性的。
權利要求
1.一種方法，其特征在于，所述方法包括形成具有溝道區(qū)域的晶體管器件；將第一鹽注入溝道區(qū)域；以及將不同的第二鹽注入溝道區(qū)域。
2.如權利要求1上述的方法，其特征在于，所述第一鹽包括銦。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，基板中的第一鹽的濃度是相當于銦的固溶度的量。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，選擇第二鹽的量，以實現(xiàn)比僅通過注入第一鹽而能實現(xiàn)的最小漏電流小的漏電流。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二鹽包括硼。
6.一種方法，其特征在于，所述方法包括將第一鹽注入晶體管器件的溝道區(qū)域；以及以足夠?qū)崿F(xiàn)該器件的目標閾電壓的量，將不同的第二鹽注入溝道區(qū)域。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一鹽包括銦。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，基板中的第一鹽的濃度是相當于銦的固溶度的量。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二鹽包括硼。
10.一種方法，其特征在于，所述方法包括根據(jù)目標柵極長度在基板上形成多個晶體管；將第一鹽注入所述多個晶體管中的每一個的溝道區(qū)域；以足夠?qū)崿F(xiàn)對于不同于目標柵極長度的最差情況可接受的柵極長度的目標閾電壓的量，將不同的第二鹽注入所述多個晶體管中的每一個的溝道區(qū)域。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一鹽包括銦。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于，基板中的第一鹽的濃度是相當于銦的固溶度的量。
13.如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述第二鹽包括硼。
14.一種裝置，其特征在于，所述裝置包括形成在基板上的柵極電極；形成在基板中、柵極電極下、以及接點之間的溝道區(qū)域；溝道區(qū)域中的包括第一種類的第一鹽注入物；以及溝道區(qū)域中的包括不同的第二種類的第二鹽注入物。
15.如權利要求14所述的裝置，其特征在于，所述第一鹽包括銦。
16.如權利要求14所述的裝置，其特征在于，所述第二鹽包括硼。
17.如權利要求15所述的裝置，其特征在于，基板中的第一鹽的濃度是相當于銦的固溶度的量。
全文摘要
一種方法，包括形成具有溝道區(qū)域的晶體管器件；將第一鹽注入溝道區(qū)域；以及將不同的第二鹽注入溝道區(qū)域。一種裝置，包括形成在基板上的柵極電極；形成在基板中、柵極電極下、以及接點之間的溝道區(qū)域；溝道區(qū)域中的包括第一種類的第一鹽注入物；以及溝道區(qū)域中的包括不同的第二種類的第二鹽注入物。
文檔編號H01L29/02GK1685517SQ03823214
公開日2005年10月19日 申請日期2003年9月19日 優(yōu)先權日2002年9月30日
發(fā)明者C·維伯, G·施勒姆, I·波斯特, M·施泰特爾 申請人:英特爾公司