專利名稱：半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于MOS晶體管的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
過去，作為MOS晶體管的制造方法，以下所示的制造方法是人所共知的。下面，以N通道MOS晶體管為例，參照圖13對其結(jié)構(gòu)和制造方法進(jìn)行簡單的說明。
在載流子密度為2×1015/cm3的n型硅基板301上，形成載流子密度為3×1016/cm3的P-WELL區(qū)302。然后，作為溝道摻雜雜質(zhì)，注入硼離子，通過熱氧化法形成20nm的柵極氧化膜303。接下來，采用CVD(Chemical Vapor Deposition化學(xué)氣相淀積)法沉積400nm的摻雜了磷的多晶硅。其后，采用一般的光刻工藝和干蝕刻工藝形成柵極區(qū)304。然后，Nch采用注入磷離子工藝，自對準(zhǔn)形成LDD區(qū)305(圖13(a))。
然后，采用CVD法形成氧化膜之后，進(jìn)行各向異性高的干式蝕刻。由于采用CVD法，形成各向同性高的氧化膜。由于采用各向異性高的干式蝕刻法，讓氧化膜只殘留在多晶硅的兩邊，形成側(cè)壁壘區(qū)306(圖13(b))。
接下來，按照5×10E15個(gè)/cm2左右的注入量注入磷，形成源極/漏極區(qū)307。另外，由于該區(qū)含有高濃度的雜質(zhì)，使電阻率下降，所以還可用作連接各個(gè)元件的配線。
最后，為激活注入的雜質(zhì)，進(jìn)行燈光退火處理，形成N溝道MOS晶體管(圖13(c))。
以上，雖然對N溝道MOS晶體管的制造步驟進(jìn)行了描述。但在離子注入步驟，通過改變離子的種類，其他不變就可變成P溝道MOS晶體管的制造步驟。
但是，從MOS晶體管的微細(xì)化及動作高速化的要求考慮，為降低柵極區(qū)和源極/漏極區(qū)的電阻，一般采用將柵極區(qū)和源極/漏極區(qū)的表面整體自對準(zhǔn)形成硅化物(SalicideSelf-aligned Silicide)的技術(shù)。若采用此項(xiàng)技術(shù)，各電極表面被二硅化鈦(TiSi2)或二硅化鈷(CoSi2)等低電阻硅化物所覆蓋，從而能降低擴(kuò)散層電阻。
然而，在對覆蓋一層Co膜的Si基板進(jìn)行熱處理時(shí)，Co擴(kuò)散到Si基板中，形成一種叫做CoSi2的化合物。這時(shí)，Co沿著Si基板中殘留的線狀殘留缺陷很容易擴(kuò)散到基板的深處。另外，Co有凝聚在缺陷周邊的傾向，結(jié)果導(dǎo)致在缺陷處CoSi2異常生長到Si基板深處的現(xiàn)象發(fā)生。如果異常生長的CoSi2到達(dá)勢阱與擴(kuò)散層的P/N結(jié)附近，就從該處發(fā)生結(jié)泄漏。
為解決此問題，在專利文獻(xiàn)1中，采用分兩次向源極和漏極注入雜質(zhì)的方法。即，在本案中，第一次的雜質(zhì)注入是對源極和漏極進(jìn)行深度較深、濃度較低的注入。因此，能降低源極和漏極區(qū)的濃度，減少殘留缺陷，抑制CoSi2的異常生長，從而控制因CoSi2的異常生長導(dǎo)致的結(jié)泄漏。
但是，如果只單純降低源極和漏極區(qū)的濃度，與上面所形成的CoSi2層之間的接觸電阻就會升高。因此，在專利文獻(xiàn)1的發(fā)明中，對源極和漏極進(jìn)行第二次雜質(zhì)注入時(shí)，注入的深度較淺、濃度較高。即，在CoSi2層的下面，形成含有較多殘留缺陷的高濃度層。也就是讓高濃度層中的整個(gè)面產(chǎn)生多個(gè)殘留缺陷，讓CoSi2異常生長貫穿在高濃度層的整個(gè)面上，一樣發(fā)生并結(jié)束，以此，防止部分CoSi2向深處生長。這樣，就可以更有效地控制結(jié)泄漏。
另外，在專利文獻(xiàn)WO99/16116中公開了一項(xiàng)技術(shù)，即，為了減少每個(gè)CoSi2的異常生長，在進(jìn)行第二次形成高濃度層的離子注入時(shí)，最低注入量需要達(dá)到1×10E15個(gè)/cm2以上。

發(fā)明內(nèi)容
可是，由于注入高濃度的雜質(zhì)，Si被非晶化。為了修復(fù)已被非晶化的Si，同時(shí)，為了激活注入的雜質(zhì)，例如，在1020℃的溫度條件下進(jìn)行RTA(快速熱退火)處理。通過退火處理，產(chǎn)生固相外延生長，從而使缺陷得到修復(fù)。但是，固相外延生長由于具有面方向性，因此沿著面方向<111>，會殘留微小的缺陷。
另外，近年來，往往采用利用淺溝槽隔離元件的隔離技術(shù)(以下簡稱STI)。STI是在元件的邊界形成溝槽，在溝槽內(nèi)埋入SiO2，將元件與元件隔開。
但是，為制造高耐壓器件，一般在柵極氧化步驟形成膜較厚的柵極區(qū)。這種柵極氧化工藝，還能促使STI溝槽內(nèi)的氧化生長，使硅基板內(nèi)存在較大的應(yīng)力。
這樣一來，以源極和漏極區(qū)內(nèi)的微小殘留缺陷為起點(diǎn)，在與溝槽下端的邊緣之間，有時(shí)會產(chǎn)生巨大的轉(zhuǎn)移回路(transfer loop)。這個(gè)巨大的轉(zhuǎn)移回路橫穿P/N結(jié)，引發(fā)電流泄漏的問題。
鑒于上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明的目的在于提供可以防止結(jié)泄漏的發(fā)生的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。即，以盡可能低的濃度形成擴(kuò)散層，或者分兩次注入濃度不同的雜質(zhì)形成擴(kuò)散層，通過盡量降低高濃度層的濃度和降低高濃度層的深度，防止結(jié)泄漏的發(fā)生。
本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體裝置，其特征在于包括注入了一種導(dǎo)電型雜質(zhì)的半導(dǎo)體區(qū)；在所述半導(dǎo)體區(qū)上形成的柵極絕緣膜；在所述柵極絕緣膜上形成的柵電極；在所述半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)，按照第一注入量注入另一種導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)，在從所述半導(dǎo)體區(qū)的主平面到第一深度為止的區(qū)域內(nèi)形成的低濃度層；在所述半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)，按照高于所述第一注入量低于1×10E15個(gè)/cm2的第二注入量注入另一種導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)，在從所述半導(dǎo)體區(qū)的主平面到比所述第一深度淺的第二深度為止的區(qū)域內(nèi)形成的高濃度層。
采用這種結(jié)構(gòu)，在注入了一種導(dǎo)電型雜質(zhì)的半導(dǎo)體區(qū)上形成柵極絕緣膜，在柵極絕緣膜上形成柵電極。擴(kuò)散層有低濃度層和高濃度層。低濃度層是按照第一注入量將另一種導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)注入半導(dǎo)體區(qū)，在從主平面到第一深度的區(qū)內(nèi)形成的。另外，高濃度層是按照高于第一注入量低于1×10E15個(gè)/cm2的第二注入量將另一種導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)注入半導(dǎo)體區(qū)，在從主平面到比所述第一深度淺的第二深度區(qū)內(nèi)形成的。由于高濃度層是按照低于1×10E15個(gè)/cm2的第二注入量注入離子，在為激活擴(kuò)散層而進(jìn)行退火處理時(shí)，能防止殘留缺陷的發(fā)生。因此，可以控制橫穿P/N結(jié)的巨大轉(zhuǎn)移回路(transfer loop)的發(fā)生，降低結(jié)泄漏的發(fā)生概率。
還有，本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體裝置，其特征還在于包括注入了一種導(dǎo)電型雜質(zhì)的半導(dǎo)體區(qū)；在所述半導(dǎo)體區(qū)上形成的柵極絕緣膜；在所述柵極絕緣膜上形成的柵電極；在所述半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)，按照第一注入量注入另一種導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)，在從所述半導(dǎo)體區(qū)的主平面到第一深度的區(qū)內(nèi)形成的低濃度層；在所述半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)，按照第二注入量注入另一種導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)，為使?jié)舛鹊姆逯滴恢锰幱诒鹊谝簧疃葴\0.15μm以上的第二深度的位置，從所述半導(dǎo)體區(qū)的主平面開始向縱深方向所形成的高濃度層。
采用這種結(jié)構(gòu)，在注入了一種導(dǎo)電型雜質(zhì)的半導(dǎo)體區(qū)上形成柵極絕緣膜，在柵極絕緣膜上形成柵電極。擴(kuò)散層有低濃度層和高濃度層。低濃度層是按照第一注入量將另一種導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)注入半導(dǎo)體區(qū)，在從主平面到第一深度的區(qū)內(nèi)形成的。高濃度層是按照第二注入量將另一種導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)注入半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)，為使?jié)舛鹊姆逯滴恢锰幱诒鹊谝簧疃葴\0.15μm以上的第二深度而形成的。由于第一深度，即，P/N結(jié)的位置和高濃度層的濃度峰值位置離開0.15μm以上，所以即使在高濃度層發(fā)生殘留缺陷，橫穿P/N結(jié)的巨大轉(zhuǎn)移回路的發(fā)生概率也非常之低，從而可以控制結(jié)泄漏。
還有，本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體裝置，其特征在于包括注入了一種導(dǎo)電型雜質(zhì)的半導(dǎo)體區(qū)；在所述半導(dǎo)體區(qū)上形成的柵極絕緣膜；在所述柵極絕緣膜上形成的柵電極；在所述半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)，按照第一注入量注入另一種導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)，在從所述半導(dǎo)體區(qū)的主平面到第一深度的區(qū)內(nèi)形成的低濃度層；在所述半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)，按照高于第一注入量低于1×10E15個(gè)/cm2的第二注入量注入另一種導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)，為使?jié)舛鹊姆逯滴恢锰幱诒鹊谝簧疃葴\0.15μm以上的第二深度的位置，在從所述半導(dǎo)體區(qū)的主平面開始向縱深方向所形成的高濃度層。
采用這種結(jié)構(gòu)，在半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)形成柵極絕緣膜和柵電極。擴(kuò)散層具有低濃度層和高濃度層。低濃度層是按照第一注入量注入另一種導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)，在從主平面到第一深度的區(qū)內(nèi)形成。高濃度層是以高于第一注入量低于1×10E15個(gè)/cm2的第二注入量注入另一種導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)，濃度峰值形成于比第一深度淺0.15μm以上的第二深度的位置。即，抑制高濃度層發(fā)生殘留缺陷，另外，即使發(fā)生殘留缺陷，由于從殘留缺陷到P/N結(jié)的距離足夠大，為0.15μm以上，因此，可以控制橫穿P/N結(jié)的巨大轉(zhuǎn)移回路的發(fā)生，降低結(jié)泄漏的發(fā)生概率。
另外，所述一種導(dǎo)電型材料為N型，另一種導(dǎo)電型材料為P型是其特征。
根據(jù)這種構(gòu)成，可以獲得降低了結(jié)泄漏的N型晶體管。
另一特征是所述的第二雜質(zhì)為砷。
采用這種構(gòu)成，即使是把容易發(fā)生離子注入缺陷的砷作為雜質(zhì)的高濃度層，也可以抑制殘留缺陷的發(fā)生，同時(shí)，由于殘留缺陷發(fā)生在距離P/N結(jié)較遠(yuǎn)的位置上，所以能大大減少結(jié)泄漏。
還有，其特征在于具有對所述半導(dǎo)體區(qū)進(jìn)行元件隔離的溝槽構(gòu)造。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，以高濃度層的殘留缺陷為基點(diǎn)，在與溝槽結(jié)構(gòu)的邊緣之間所產(chǎn)生的巨大的轉(zhuǎn)移回路可以得到控制，從而減少結(jié)泄漏。
還有，本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體制造方法，其特征在于包括以下制造步驟摻雜一種導(dǎo)電型的雜質(zhì)，形成半導(dǎo)體區(qū)的步驟；在所述半導(dǎo)體區(qū)上形成柵極絕緣膜的步驟；在所述絕緣膜上形成柵電極的步驟；按照第一注入量在所述半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)注入另一種導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)，在從所述半導(dǎo)體區(qū)的主平面到第一深度的區(qū)域內(nèi)形成低濃度層的步驟；以及按照高于第一注入量低于1×10E15個(gè)/cm2的第二注入量在所述半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)注入另一種導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)，在從所述半導(dǎo)體區(qū)的主平面到比所述第一深度淺的第二深度的區(qū)內(nèi)形成高濃度層的步驟。
根據(jù)這種構(gòu)造，在半導(dǎo)體區(qū)上形成柵極絕緣膜，在柵極絕緣膜上形成柵電極。在具有低濃度層和高濃度層的容納層，首先形成低濃度層。高濃度層是通過以高于第一注入量低于1×10E15個(gè)/cm2的第二注入量，將另一種導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)注入半導(dǎo)體區(qū)，而在從主平面到比所述第一深度淺的第二深度的區(qū)內(nèi)形成的。由于在高濃度層是按照低于1×10E15個(gè)/cm2的第二注入量注入離子，因此在為激活擴(kuò)散層而進(jìn)行退火處理時(shí)，可以防止殘留缺陷的發(fā)生。這樣，就可以控制橫穿P/N結(jié)的巨大轉(zhuǎn)移回路的發(fā)生，從而降低結(jié)泄漏的發(fā)生概率。
另外，本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于包括以下制造步驟注入一種導(dǎo)電型的雜質(zhì)形成半導(dǎo)體區(qū)的步驟；在所述半導(dǎo)體區(qū)上形成柵極絕緣膜的步驟；在所述絕緣膜上形成柵電極的步驟；在所述半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)，以第一注入量注入另一種導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)，在從所述半導(dǎo)體區(qū)的主平面到第一深度的區(qū)內(nèi)形成低濃度層的步驟；以及在所述半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)以第二注入量注入另一種導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)，為使?jié)舛鹊姆逯滴恢锰幱诒鹊谝簧疃葴\0.15μm以上的第二深度的位置，從所述半導(dǎo)體區(qū)的主平面開始向縱深方向形成高濃度層的步驟。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，是在半導(dǎo)體區(qū)上形成柵極絕緣膜，在柵極絕緣膜上形成柵電極。在具有低濃度層和高濃度層的擴(kuò)散層中，先形成低濃度層。然后以第二注入量在半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)注入另一種導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)形成高濃度層。這時(shí)，高濃度層是使?jié)舛鹊姆逯滴恢锰幱诒鹊谝簧疃葴\0.15μm以上的第二深度狀態(tài)而形成的。因此，高濃度層所產(chǎn)生的殘留缺陷與P/N結(jié)之間有足夠大的距離，橫穿P/N結(jié)的巨大轉(zhuǎn)移回路的發(fā)生概率非常低，從而可以控制結(jié)泄漏。
本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于包括以下制造步驟注入一種導(dǎo)電型的雜質(zhì)，形成半導(dǎo)體區(qū)的步驟；在所述半導(dǎo)體區(qū)上形成柵極絕緣膜的步驟；在所述絕緣膜上形成柵電極的步驟；在所述半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)以第一注入量注入另一種導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)，在從所述半導(dǎo)體區(qū)的主平面到第一深度的區(qū)內(nèi)形成低濃度層的步驟；在所述半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)以高于第一注入量低于1×10E15個(gè)/cm2的第二注入量注入另一種導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)，為使?jié)舛鹊姆逯滴恢锰幱诒鹊谝簧疃葴\0.15μm以上的第二深度的位置，從所述半導(dǎo)體區(qū)的主平面開始向縱深方向形成高濃度層的步驟。
采用這種結(jié)構(gòu)，在半導(dǎo)體區(qū)上形成柵極絕緣膜，在柵極絕緣膜上形成柵電極。在具有低濃度層和高濃度層的容納層中，先形成低濃度層。高濃度層是以高于第一注入量低于1×10E15個(gè)/cm2的第二注入量將另一種導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)注入半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)而形成的。這時(shí)，高濃度層是使?jié)舛确逯滴恢锰幱诒鹊谝簧疃葴\0.15μm以上的第二深度而形成的。因此，可以控制在高濃度層發(fā)生殘留缺陷，即便發(fā)生殘留缺陷，也會由于殘留缺陷與P/N結(jié)之間的距離足夠大，使橫穿P/N結(jié)的巨大轉(zhuǎn)移回路的發(fā)生概率非常低，因此，結(jié)泄漏能夠得到控制。
本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體裝置，其特征在于包括注入了一種導(dǎo)電型雜質(zhì)的半導(dǎo)體區(qū)；在所述半導(dǎo)體區(qū)上形成的柵極絕緣膜；在所述絕緣膜上形成的柵電極；以及在所述半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)以低于1×10E15個(gè)/cm2的第二注入量注入另一種導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)所形成的高濃度層。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，在注入了一種導(dǎo)電型雜質(zhì)的半導(dǎo)體區(qū)上形成柵極絕緣膜，在柵極絕緣膜上形成柵電極。成為擴(kuò)散層的高濃度層是以低于1×10E15個(gè)/cm2的第二注入量將另一種導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)，在到第二深度為止的區(qū)內(nèi)形成的。由于高濃度層是以低于1×10E15個(gè)/cm2的第二注入量注入離子，所以在為激活擴(kuò)散層而進(jìn)行退火處理時(shí)，可以防止殘留缺陷的發(fā)生。因此，能夠控制橫穿P/N結(jié)的巨大的轉(zhuǎn)移回路的發(fā)生，降低結(jié)泄漏的發(fā)生概率。


圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式涉及的半導(dǎo)體裝置模式剖面圖。
圖2是根據(jù)剖面結(jié)構(gòu)按照工藝順序表示制造方法的工序圖。
圖3是根據(jù)剖面結(jié)構(gòu)按照工藝順序表示制造方法的工序圖。
圖4是根據(jù)剖面結(jié)構(gòu)按照工藝順序表示制造方法的工序圖。
圖5是根據(jù)剖面結(jié)構(gòu)按照工藝順序表示制造方法的工序圖。
圖6是根據(jù)剖面結(jié)構(gòu)按照工藝順序表示制造方法的工序圖。
圖7是根據(jù)剖面結(jié)構(gòu)按照工藝順序表示制造方法的工序圖。
圖8是根據(jù)剖面結(jié)構(gòu)按照工藝順序表示制造方法的工序圖。
圖9是根據(jù)剖面結(jié)構(gòu)按照工藝順序表示制造方法的工序圖。
圖10是放大源極/漏極區(qū)109的鄰域的示意圖。
圖11表示源極/漏極區(qū)109的濃度分布的圖表。
圖12給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的曲線圖。
圖13給出了現(xiàn)有技術(shù)的工序圖例。
具體實(shí)施例方式
下面，參照圖紙，對本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施形態(tài)涉及的半導(dǎo)體裝置的模式剖面圖。本實(shí)施方式適用于N溝道型MOS晶體管(NMOS晶體管)。
圖1的半導(dǎo)體裝置包含具有補(bǔ)償區(qū)的NMOS晶體管100。NMOS晶體管100利用溝槽102隔離元件。在n型硅半導(dǎo)體基板101上，形成P勢阱區(qū)103。在P勢阱區(qū)103上，通過柵極氧化膜105形成柵電極106。在柵電極106的側(cè)壁上形成側(cè)壁壘區(qū)108，在側(cè)壁壘區(qū)108下方的P勢阱區(qū)103的表面鄰域，形成N-補(bǔ)償區(qū)107a。并且，在柵電極106和側(cè)壁壘區(qū)108以外的區(qū)域下方的P勢阱區(qū)103中，形成P+源極/漏極區(qū)109。在柵電極106以及源極/漏極區(qū)109上，形成硅化鈦層111，在硅化鈦層111和側(cè)壁壘區(qū)108上形成保護(hù)膜112。
在本實(shí)施方式中，P+源極/漏極區(qū)109是由離半導(dǎo)體基板的主平面的深度較深(以下簡稱深度)、雜質(zhì)濃度低的低濃度層109a和深度較淺、雜質(zhì)濃度高的高濃度層109b構(gòu)成的。并且，在本實(shí)施方式中，在形成高濃度層109b的雜質(zhì)注入步驟(以下簡稱淺注入步驟)設(shè)定的注入量低于1×10E15個(gè)/cm2。另外，淺注入步驟中的注入量設(shè)定成高于形成低濃度層109a的注入雜質(zhì)步驟(以下簡稱深注入步驟)中的注入量。
還有，根據(jù)低濃度層109a的深度規(guī)定的到P/N結(jié)為止的深度，與高濃度層109b中的雜質(zhì)濃度峰值位置的深度之差，也就是將高濃度層109b的雜質(zhì)濃度峰值位置和P/N結(jié)之間的長度設(shè)定在0.15μm以上。
在采用這種結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式中，由低濃度層109a規(guī)定P/N結(jié)的深度，根據(jù)高濃度層109b的濃度，規(guī)定擴(kuò)散電阻值。另外，由于低濃度層109a的雜質(zhì)濃度設(shè)定的很低，所以在Si非晶化以及為注入雜質(zhì)而進(jìn)行退火處理中，幾乎不發(fā)生殘留缺陷問題。
在本實(shí)施方式中，高濃度層109b在淺注入步驟中的注入量被設(shè)定成低于1×10E15個(gè)/cm2，因此，Si非晶化以及為注入雜質(zhì)而進(jìn)行退火處理所導(dǎo)致的殘留缺陷問題能夠得到充分抑制。這樣，由于形成比較厚柵極氧化膜105的厚度，即使溝槽102的氧化生長加快，也能夠控制以高濃度層109b發(fā)生的殘留缺陷為起點(diǎn)的巨大轉(zhuǎn)移回路的發(fā)生，大大減少結(jié)泄漏的發(fā)生概率。
高濃度層109b的雜質(zhì)濃度峰值位置與P/N結(jié)之間的長度被設(shè)定成大于0.15μm，因此，例如即使在高濃度層109b中存在殘留缺陷，也可以由于從該殘留缺陷到P/N結(jié)之間的長度很長，而阻止橫穿P/N結(jié)的巨大轉(zhuǎn)移回路的發(fā)生，進(jìn)一步降低結(jié)泄漏的發(fā)生概率。
因此，由本實(shí)施方式中的NMOS晶體管100構(gòu)成IC時(shí)，可以充分控制IC待機(jī)時(shí)的泄漏電流，對降低功耗非常有效。
在上述實(shí)施方式中，以NMOS晶體管為例進(jìn)行了說明，但是，顯然，PMOS晶體管也可以采用同樣的構(gòu)成。
下面，參照圖2～圖9，對圖1所示半導(dǎo)體裝置的NMOS晶體管100的部分制造方法進(jìn)行說明。圖2～圖9是按照工藝順序，用剖面結(jié)構(gòu)的形式表示制造方法的工藝圖。
首先，在95％的水蒸氣介質(zhì)氣體中，在900℃的溫度條件下，對電阻率為10Ω·cm的n型硅半導(dǎo)體基板101的表面進(jìn)行30分鐘的熱處理，形成圖中未表示的膜厚為50nm的氧化膜。該氧化膜是防止在離子注入步驟中被注入的離子出現(xiàn)異常分布現(xiàn)象所必須的氧化膜。然后，采用離子注入法注入硼(B)，硼(B)原子的加速能量為70keV，離子的注入量用離子數(shù)來表示是1×10E13個(gè)/cm2。
接著，在氮?dú)饨橘|(zhì)氣體中進(jìn)行熱擴(kuò)散。擴(kuò)散溫度為1100℃，擴(kuò)散時(shí)間為7小時(shí)。通過熱處理，形成深度為2.5μm的p勢阱區(qū)103。
其次，除掉在n型硅半導(dǎo)體基板101表面上形成的氧化膜蝕刻，并再次進(jìn)行熱氧化處理，形成氧化膜(圖中未表示)。該氧化膜是防止在離子注入步驟中，被注入的離子出現(xiàn)異常分布現(xiàn)象所必須的氧化膜。
接著，注入的硼(B)，調(diào)整MOS器件的閾值電壓。硼(B)原子的加速能量為70keV，離子注入量用離子數(shù)表示是3×10E12個(gè)/cm2。
接著，用氫氟酸(緩沖ふつ酸)將n型硅半導(dǎo)體基板101的表面上所形成的氧化膜蝕刻除掉之后，在95％的水蒸氣介質(zhì)氣體中，在820℃的溫度條件下，進(jìn)行15分鐘的熱處理，形成膜厚15nm的柵極氧化膜105a，圖2表示該狀態(tài)。
接著，采用CVD法，沉積400nm的摻雜了磷(P)的多晶硅，形成柵電極層10a(圖3)。然后，采用通常的光刻工藝，形成0.7μm的柵電極106(圖4)。
接著，如圖4所示，通過磷(P)離子注入步驟，形成LDD區(qū)107。加速能量為30keV，離子注入量用離子數(shù)表示是1×10E13個(gè)/cm2。
接著，采用以硅烷和笑氣(一氧化二氮)為氣體原料的CVD法，全面沉積氧化硅(SiO2)。接下來，通過各向異性的干式蝕刻，將該氧化硅和柵極絕緣膜層105a的一部分蝕刻掉，如圖5所示，形成寬0.3μm的側(cè)壁壘區(qū)108。
接著，形成源極/漏極區(qū)109。在本實(shí)施方式中，形成源極/漏極區(qū)的離子注入分兩次進(jìn)行。即，首先采用雜質(zhì)注入工藝，形成低濃度層109a(深注入工藝)。在此步驟中，例如，進(jìn)行離子注入時(shí)，可將磷離子(P)設(shè)定成加速能量為65kev、注入量為3.5×10E13個(gè)/cm2。這樣，如圖6所示，形成深度較深的低濃度層109a。
接著，為形成高濃度層109b，進(jìn)行淺注入。在此步驟中，例如，進(jìn)行離子注入時(shí)，可將砷(As)離子設(shè)定成加速能量為40kev、注入量為1×10E15個(gè)/cm2。這樣，如圖7所示，形成深度較淺的高濃度層109b。
接著，采用濺射法形成高熔點(diǎn)金屬的鈦膜。然后，進(jìn)行熱處理，鈦和底層的多晶硅反應(yīng)，形成硅化鈦層111。然后，進(jìn)行鈦的選擇蝕刻，這樣，氧化膜上的鈦就被去除(圖8)。
接著，進(jìn)行退火處理，激活雜質(zhì)，形成NMOS晶體管100。最后，作為保護(hù)膜或?qū)娱g絕緣膜，全面覆蓋一層氮化硅(Si3N4)膜112(圖9)。另外，作為膜112，也可以先在NMOS晶體管100上形成氧化硅(SiO2)層，然后在該層上形成氮化硅膜疊層。
圖10表示將源極/漏極區(qū)109鄰域放大的示意圖，圖11是橫軸表示深度，縱軸表示雜質(zhì)濃度的源極/漏極區(qū)109的濃度分布圖表。
圖11中的曲線C1表示形成擴(kuò)散層而采用的最初較深注入工藝的雜質(zhì)濃度分布。濃度TH是P勢阱區(qū)103的雜質(zhì)濃度。曲線C1的濃度到達(dá)濃度TH的位置深度x1就相當(dāng)于P/N結(jié)的深度。在圖10中，深度x1表示在深注入步驟中形成的低濃度層109a和P勢阱區(qū)103的界限(P/N結(jié))位置。
另外，用圖11的曲線C2表示采用淺注入工藝的雜質(zhì)濃度分布。圖11的深度x2表示高濃度層109b的濃度峰值位置。淺注入的注入量被設(shè)定成1×10E15個(gè)/cm2，因此，即使為激活擴(kuò)散層進(jìn)行退火處理，發(fā)生的殘留缺陷也明顯減少。
深度x1和深度x2之差(x1-x2)＝R2是從P/N結(jié)到高濃度層109b中的雜質(zhì)濃度峰值位置之間的長度，根據(jù)所述深注入步驟和淺注入步驟設(shè)定的離子加速能量和注入量，長度被控制在0.15μm以上。圖10表示從P/N結(jié)到高濃度層109b中的雜質(zhì)濃度峰值位置之間的長度。在高濃度層109b中發(fā)生的殘留缺陷發(fā)生在圖10中的虛線和半導(dǎo)體基板的主面?zhèn)戎g。也就是說，即使在高濃度層109b發(fā)生殘留缺陷，由于殘留缺陷是發(fā)生在離P/N結(jié)足夠遠(yuǎn)的位置上，所以結(jié)泄漏的發(fā)生概率也非常之小。
在本實(shí)施方式中，將形成晶體管的源極/漏極區(qū)的雜質(zhì)注入步驟分成了兩個(gè)步驟，即，深度較深、雜質(zhì)濃度較低的注入步驟和深度較淺、雜質(zhì)濃度較高的注入步驟。將淺注入步驟的注入量控制在1×10E15個(gè)/cm2以下的同時(shí)，將深注入形成的P/N結(jié)和淺注入所形成的高濃度層的雜質(zhì)濃度峰值位置之間的長度控制在0.15μm以上。這樣，為激活擴(kuò)散層而進(jìn)行退火處理時(shí)，也可以防止在高濃度層發(fā)生殘留缺陷。即使發(fā)生殘留缺陷，由于從P/N結(jié)到殘留缺陷的距離足夠大，也能夠控制巨大的轉(zhuǎn)移回路的發(fā)生，從而使結(jié)泄漏的發(fā)生概率顯著降低。
另外，在所述實(shí)施方式中，為形成源極/漏極區(qū)，進(jìn)行兩次離子注入。先進(jìn)行深度較深、雜質(zhì)濃度較低的離子注入，然后再進(jìn)行深度較淺、雜質(zhì)濃度較高的離子注入。但是，也可以先進(jìn)行淺注入，后進(jìn)行深注入。
并且，也可以通過離子注入量小于1×10E15個(gè)/cm2的1次離子注入步驟形成源極/漏極區(qū)。
在所述實(shí)施方式中，是以NMOS晶體管為例進(jìn)行了說明，但是，不言而喻，改變摻雜的雜質(zhì)后，同樣也可以適用P溝道MOS晶體管。
比如，適用于P溝道MOS晶體管時(shí)，在深度較深、雜質(zhì)濃度較低的注入步驟注入離子時(shí)，將硼離子(B)設(shè)定成加速能量為8kev、注入量為1.5×10E15個(gè)/cm2。接著，在深度較淺、雜質(zhì)濃度較高的離子注入步驟注入離子時(shí)，將氟化硼(BF2)離子設(shè)定成加速能量為25kev、注入量為5×10E14個(gè)/cm2。
本發(fā)明在深度淺、濃度高的注入步驟，除了要將注入量控制在1×10E15個(gè)/cm2以下，將從P/N結(jié)到高濃度層的雜質(zhì)濃度峰值位置的長度控制在0.15μm以上這兩點(diǎn)以外，如摻雜的雜質(zhì)、加速能量以及注入量等離子注入條件可以適當(dāng)改變。
實(shí)施例采用所述實(shí)施方式中的NMOS晶體管，構(gòu)成混載1M位左右的SRAM的邏輯IC產(chǎn)品，求出泄漏電流的中間值。圖12表示該實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
作為源極/漏極區(qū)的形成工藝條件，改變淺注入步驟中的砷(As)的注入量，在每次的注入量中，改變深注入步驟的磷(P)的加速能量和淺注入步驟的砷(As)的加速能量，找出淺注入步驟中的雜質(zhì)注入量與IC待機(jī)時(shí)泄漏電流的中間值的關(guān)系。
圖12表示根據(jù)此實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出的砷(As)的注入量與IC待機(jī)時(shí)泄漏電流的中間值關(guān)系圖表。同時(shí)，在圖12中，還例舉了砷As的深度(注入能量)與作為深注入的磷(P)的注入條件之間的組合例。另外，在圖中，R2表示P/N結(jié)與在砷(As)的注入步驟中形成的高濃度層濃度峰值位置之間的距離。
從圖12中可以清楚地看到，泄漏電流與淺注入步驟中的砷(As)的注入量有關(guān)。當(dāng)注入量低于1×10E15個(gè)/cm2時(shí)，泄漏電流就急劇下降。將淺注入步驟和使用磷(P)的深注入步驟相組合時(shí)，對于虛線所示的條件，通過將高濃度層的濃度峰值位置控制在更淺的位置上，如虛線所示，可以改善泄漏電流。進(jìn)一步，增加使用磷(P)的深注入步驟的加速能量、加深P/N結(jié)的深度，以此，如實(shí)線所示，獲得了泄漏電流得到了進(jìn)一步改善的效果。即，這表明，此效果是由于淺注入步驟形成的高濃度層的雜質(zhì)峰值位置與P/N接之間的距離控制在0.15μm以上而得到的。
通過本實(shí)施例，成功地將實(shí)驗(yàn)所用邏輯產(chǎn)品的泄漏電流穩(wěn)定地降到了1μA以下。
因此，如果采用本發(fā)明構(gòu)成產(chǎn)品，可以抑制泄漏電流，實(shí)現(xiàn)低功率消耗。即，采用本發(fā)明的NMOS晶體管的產(chǎn)品，可以降低待機(jī)電流，這對攜帶式設(shè)備等使用電池的產(chǎn)品來講極其有用。
盡管本發(fā)明已經(jīng)參照附圖和優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說明，但是，本發(fā)明不僅限于上述實(shí)施方式，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。本發(fā)明的各種更改、變化和等同替換均包括在權(quán)利要求書的保護(hù)范圍之內(nèi)。
附圖標(biāo)記說明100NMOS晶體管101n型硅半導(dǎo)體基板103P勢阱區(qū)105柵極氧化膜
106 柵電極109 源極/漏極區(qū)109a低濃度層109b高濃度層
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于包括摻雜了一種導(dǎo)電型雜質(zhì)的半導(dǎo)體區(qū)；在所述半導(dǎo)體區(qū)上形成的柵極絕緣膜；在所述柵極絕緣膜上形成的柵電極；低濃度層，是在所述半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)，以第一注入量注入另一種導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)，在從所述半導(dǎo)體區(qū)的主平面到第一深度為止的區(qū)域內(nèi)形成的低濃度層；以及高濃度層，是在所述半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)，以高于所述第一注入量低于1×10E15個(gè)/cm2的第二注入量注入另一種導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)，在從所述半導(dǎo)體區(qū)的主平面到比所述第一深度淺的第二深度為止的區(qū)域內(nèi)形成的高濃度層。
2.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于包括摻雜了一種導(dǎo)電型雜質(zhì)的半導(dǎo)體區(qū)；在所述半導(dǎo)體區(qū)上形成的柵極絕緣膜；在所述柵極絕緣膜上形成的柵電極；低濃度層，是在所述半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)，以第一注入量注入另一種導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)，在從所述半導(dǎo)體區(qū)的主平面到第一深度為止的區(qū)域內(nèi)形成的低濃度層；以及高濃度層，是在所述半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)，以第二注入量注入另一種導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)，使?jié)舛鹊姆逯滴恢锰幱诒人龅谝簧疃葴\0.15μm以上的第二深度的位置，從所述半導(dǎo)體區(qū)的主平面開始向縱深方向形成的高濃度層。
3.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于包括摻雜了一種導(dǎo)電型雜質(zhì)的半導(dǎo)體區(qū)；在所述半導(dǎo)體區(qū)上形成的柵極絕緣膜；在所述柵極絕緣膜上形成的柵電極；低濃度層，是在所述半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)，以第一注入量注入另一種導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)，在從所述半導(dǎo)體區(qū)的主平面到第一深度為止的區(qū)域內(nèi)形成的低濃度層；以及高濃度層，是在所述半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)，以高于所述第一注入量低于1×10E15個(gè)/cm2的第二注入量，注入另一種導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)，使?jié)舛鹊姆逯滴恢锰幱诒人龅谝簧疃葴\0.15μm以上的第二深度的位置，從所述半導(dǎo)體區(qū)的主平面開始向縱深方向形成的高濃度層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述的一種導(dǎo)電型材料為N型，另一種導(dǎo)電型材料為P型。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述的第二雜質(zhì)是砷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于具有將所述半導(dǎo)體區(qū)進(jìn)行元件分離的溝槽結(jié)構(gòu)。
7.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于包括以下步驟摻雜一種導(dǎo)電型的雜質(zhì)，形成半導(dǎo)體區(qū)的步驟；在所述半導(dǎo)體區(qū)上形成柵極絕緣膜的步驟；在所述絕緣膜上形成柵電極的步驟；在所述半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)，以第一注入量注入另一種導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)，在從所述半導(dǎo)體區(qū)的主平面到第一深度為止的區(qū)域內(nèi)形成低濃度層的步驟；以及在所述半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)，以高于所述第一注入量，低于1×10E15個(gè)/cm2的第二注入量注入另一種導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)，在從所述半導(dǎo)體區(qū)的主平面到比所述第一深度淺的第二深度為止的區(qū)域內(nèi)形成高濃度層的步驟。
8.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于包括以下步驟摻雜一種導(dǎo)電型的雜質(zhì)形成半導(dǎo)體區(qū)的步驟；在所述半導(dǎo)體區(qū)上形成柵極絕緣膜的步驟；在所述絕緣膜上形成柵電極的步驟；在所述半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)，以第一注入量注入另一種導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)，在從所述半導(dǎo)體區(qū)的主平面到第一深度為止的區(qū)域內(nèi)形成低濃度層的步驟；以及在所述半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)以第二注入量，注入另一種導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)，使?jié)舛鹊姆逯滴恢锰幱诒人龅谝簧疃葴\0.15μm以上的第二深度的位置，從所述半導(dǎo)體區(qū)的主平面開始向縱深方向形成高濃度層的步驟。
9.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于包括以下步驟摻雜一種導(dǎo)電型的雜質(zhì)形成半導(dǎo)體區(qū)的步驟；在所述半導(dǎo)體區(qū)上形成柵極絕緣膜的步驟；在所述柵極絕緣膜上形成柵電極的步驟；在所述半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)，以第一注入量注入另一種導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)，在從所述半導(dǎo)體區(qū)的主平面到第一深度為止的區(qū)域內(nèi)形成低濃度層的步驟；以及在所述半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)，以高于所述第一注入量，低于1×10E15個(gè)/cm2的第二注入量注入另一種導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)，使?jié)舛鹊姆逯滴恢锰幱诒人龅谝簧疃葴\0.15μm以上的第二深度的位置，從所述半導(dǎo)體區(qū)的主平面開始向縱深方向形成高濃度層的步驟。
10.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于包括摻雜了一種導(dǎo)電型雜質(zhì)的半導(dǎo)體區(qū)；在所述半導(dǎo)體區(qū)上形成的柵極絕緣膜；在所述絕緣膜上形成的柵電極；在所述半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)，以低于1×10E15個(gè)/cm2的第二注入量注入另一種導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)形成的高濃度層。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種能夠防止發(fā)生結(jié)泄漏的半導(dǎo)體裝置及其制造方法，其特征在于包括注入了一種導(dǎo)電型雜質(zhì)的半導(dǎo)體區(qū)(103)；在所述半導(dǎo)體區(qū)(103)上形成的柵極絕緣膜(105)；在所述柵極絕緣膜(105)上形成的柵電極(106)；以第一注入量在所述半導(dǎo)體區(qū)(103)內(nèi)注入另一種導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)，在從所述半導(dǎo)體區(qū)(103)的主平面到第一深度為止的區(qū)內(nèi)形成的低濃度層(109a)；以高于第一注入量低于1×10E15個(gè)/cm
文檔編號H01L21/28GK1531110SQ20041000864
公開日2004年9月22日 申請日期2004年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月14日
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