專利名稱:形成無邊框柵結(jié)構(gòu)的方法和由此形成的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及半導(dǎo)體器件中的晶體管柵導(dǎo)體結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。具體地，本發(fā)明涉及形成無邊框(borderless)柵結(jié)構(gòu)的方法和由此形成的裝置。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件的制造中保持成本和性能具有競爭性的需要促使連續(xù)地增加集成電路中的器件密度。為了便于增加器件密度，不斷需要新技術(shù)以減小這些半導(dǎo)體器件的尺寸。
不斷增加器件密度的努力在互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)，例如在場效應(yīng)晶體管(FET)的設(shè)計(jì)和制造中特別強(qiáng)烈。FET幾乎可以用在所有類型的集成電路(即，微處理器、存儲(chǔ)器等)設(shè)計(jì)中。增加器件密度的一個(gè)結(jié)構(gòu)是“無邊框觸點(diǎn)”。為介紹無邊框觸點(diǎn)的重要性，有故障的晶片部分400的一個(gè)例子顯示在圖3中，在隔離區(qū)域490之間的半導(dǎo)體襯底480上局部形成有FET。當(dāng)穿過鈍化氧化層430開出擴(kuò)散接觸到擴(kuò)散區(qū)域420的接觸孔410時(shí)，部分柵導(dǎo)體440從接觸孔410露出。即使側(cè)壁間隔層450保護(hù)柵導(dǎo)體440的側(cè)面不短路，但如果擴(kuò)散接觸形成在接觸孔410內(nèi)，那么它容易與柵導(dǎo)體440的頂部短路。因此，如圖4中晶片部分460所示，經(jīng)常使用接觸邊框防止柵導(dǎo)體440和擴(kuò)散接觸470之間短路。在晶片部分460中，形成擴(kuò)散接觸470的接觸孔偏離柵導(dǎo)體440，在柵導(dǎo)體440和擴(kuò)散接觸470之間形成鈍化氧化物430的邊框。接觸邊框由此減小了擴(kuò)散接觸470與柵導(dǎo)體440短路的電位。不幸的是，使用這種接觸邊框擴(kuò)大了FET需要的面積，消耗了大量的芯片面積，并阻礙了電路密度的進(jìn)一步增加。
如IBM技術(shù)公報(bào)32卷No.4A，1989年9月(MA888-0005)中介紹的，提供了用于硅柵導(dǎo)體的制造的現(xiàn)在技術(shù)，形成沒有邊框的擴(kuò)散接觸，即，使用無邊框接觸。參考圖5，顯示的晶片部分500包括具有隔離區(qū)域590的半導(dǎo)體襯底580、柵氧化層530、硅柵導(dǎo)體材料層540以及形成其上的腐蝕終止介質(zhì)膜層560。在形成晶體管柵導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的常規(guī)硅柵工藝中不使用腐蝕終止介質(zhì)560。然而，使用腐蝕終止介質(zhì)560通過形成到擴(kuò)散區(qū)域的無邊框接觸提供了增加了器件密度的機(jī)會(huì)。不幸的是，用腐蝕終止介質(zhì)560保護(hù)柵導(dǎo)體的方法存在幾個(gè)局限。例如，形成柵結(jié)構(gòu)之后，柵多晶硅通常通過注入摻雜以減小表面電阻，與此同時(shí)注入源和漏擴(kuò)散區(qū)。有時(shí)，在柵結(jié)構(gòu)頂部存在的腐蝕終止介質(zhì)560足以防礙所述這一注入步驟。因此，在淀積腐蝕終止介質(zhì)膜層560之前必須注入圖5中的柵導(dǎo)體材料層540，形成柵結(jié)構(gòu)之后進(jìn)行擴(kuò)散區(qū)域單獨(dú)的注入步驟。更重要的是，注入步驟之后，如CoSix或TiSix等的選擇性金屬硅化物通常在一個(gè)步驟中形成在源和漏擴(kuò)散區(qū)域的表面以及柵導(dǎo)體中。如果使用了腐蝕終止介質(zhì)560，那么注入柵導(dǎo)體材料層之后在淀積腐蝕終止介質(zhì)膜層560之前，選擇性金屬硅化物必須形成在柵導(dǎo)體材料層540上。注入擴(kuò)散區(qū)域之后進(jìn)行在擴(kuò)散區(qū)域中形成選擇性金屬硅化物的單獨(dú)步驟。
要由圖5所示的晶片部分500形成圖6所示的晶片部分600，柵導(dǎo)體和互連限定在柵氧化層530、柵導(dǎo)體材料540以及腐蝕終止介質(zhì)560的疊層中，留出每個(gè)柵導(dǎo)體的頂部由腐蝕終止介質(zhì)膜層560覆蓋。接下來，側(cè)壁間隔層650形成在柵導(dǎo)體540的側(cè)壁上，用介質(zhì)密封柵導(dǎo)體540，并注入擴(kuò)散區(qū)域620。鈍化氧化物630形成在所述結(jié)構(gòu)上，接觸孔形成其中用于擴(kuò)散接觸(未示出)。值得注意的是柵導(dǎo)體540的頂部由腐蝕終止介質(zhì)膜560覆蓋，由此，腐蝕接觸孔之后，密封材料仍保留。圖6示出了形成在接觸孔內(nèi)的擴(kuò)散接觸670，其中不需要接觸邊框防止擴(kuò)散接觸670和柵導(dǎo)體540之間短路。取而代之，腐蝕終止介質(zhì)膜560在原位以防止短路，并且由于接觸孔偏離更靠近柵導(dǎo)體540，由此器件密度增加。
因此，需要提供一種與當(dāng)前硅柵制造工藝兼容的無邊框接觸的制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種在晶體管中形成柵導(dǎo)體包覆的方法，包括以下步驟a)在具有半導(dǎo)體部分的襯底上形成柵導(dǎo)體的多晶硅部分；b)摻雜多晶硅部分；c)在半導(dǎo)體部分中摻雜多個(gè)擴(kuò)散區(qū)域；以及d)通過選自選擇性氮化物淀積和選擇性表面氮化的氮化方法包覆柵導(dǎo)體。
同樣根據(jù)本發(fā)明，提供一種晶體管，包括包覆的柵導(dǎo)體和無邊框擴(kuò)散接觸，其中通過選自選擇性氮化物淀積和選擇性表面氮化的氮化方法進(jìn)行包覆，其中在氮化方法期間掩蔽部分柵導(dǎo)體，留出開口用做局部互連的接觸區(qū)域。
通過下面對附圖中示出的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例更詳細(xì)的說明，本發(fā)明的以上和其它特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將變得很顯然。



下面參考附圖介紹本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中類似的標(biāo)識(shí)表示類似的元件，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例形成無邊框柵結(jié)構(gòu)的流程圖；圖2為圖1中步驟150的詳細(xì)流程圖；圖3示出了短路柵的晶片部分的剖面圖；圖4示出了具有接觸邊框的晶片部分的剖面圖；圖5示出了根據(jù)常規(guī)的方法形成無邊框接觸的方法中晶片中間部分的剖面圖；圖6示出了根據(jù)常規(guī)的方法形成無邊框接觸的方法得到的晶片部分的剖面圖；圖7-15為圖1和2中方法的晶片中間部分的剖面圖；圖16示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例形成的無邊框接觸的晶片部分的剖面圖。
具體實(shí)施方式
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，提供一種在晶體管中形成柵導(dǎo)體包覆的方法，包括以下步驟a)在具有半導(dǎo)體部分的襯底上形成柵導(dǎo)體的多晶硅部分；b)摻雜多晶硅部分；c)在半導(dǎo)體部分中摻雜多個(gè)擴(kuò)散區(qū)域；以及d)通過選自選擇性氮化物淀積和選擇性表面氮化的氮化方法包覆柵導(dǎo)體。此外，還提供一種晶體管，包括包覆的柵導(dǎo)體和無邊框擴(kuò)散接觸，其中通過選自選擇性氮化物淀積和選擇性表面氮化的氮化方法進(jìn)行包覆，其中在氮化過程期間掩蔽部分柵導(dǎo)體，留出開口用做局部互連的接觸區(qū)域。
參考圖1和2，示出了形成晶體管柵結(jié)構(gòu)的優(yōu)選方法100。在方法100的步驟110中，圖7中所示的晶片部分1200的制造開始于在半導(dǎo)體襯底780中形成隔離結(jié)構(gòu)790，之后在半導(dǎo)體襯底780上形成柵氧化層，并在柵氧化層上形成用于柵導(dǎo)體的多晶硅層。然后構(gòu)圖這些層，除去不需要的部分并留下柵氧化物部分730和多晶硅部分1240。步驟110之后，圖1中的方法100示出了形成柵導(dǎo)體間隔層的可選步驟130。當(dāng)不需要間隔層時(shí)，步驟130被認(rèn)為是可選的。間隔層的形成與多晶硅1240的修整(trimming)相關(guān)，如Furukawa等人的待審專利申請中公開的，題目為“METHOD FOR SELECTIVELYTRIMMING GATE STRUCTURES AND APPARATUS FORMED THEREBY”，序列號(hào)09/224,759，1999年1月4日申請，在這里引入作為參考。修整用于縮小多晶硅部分1240的尺寸，由此所得的柵導(dǎo)體將更小，相關(guān)的場效應(yīng)晶體管(FET)將更快，并以更低的功率操作。此外，根據(jù)修整期間形成的任何間隔層的尺寸，需要在所述間隔層上形成額外的間隔層材料。因此，如果在修整期間沒有產(chǎn)生某個(gè)需要尺寸的間隔層，那么可以在步驟130中增加尺寸以完成柵導(dǎo)體間隔層的形成。
摻雜源、漏和柵然后形成金屬硅化物的步驟140也由圖7中的晶片部分1200示出，其中“摻雜”包括離子注入、通過存在摻雜劑時(shí)加熱晶片部分1200的化學(xué)摻雜以及本領(lǐng)域中公知的形成擴(kuò)散區(qū)域和摻雜多晶硅柵導(dǎo)體的其它方法。晶片部分1200包括以上的步驟110到130介紹的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中形成的任何一種結(jié)構(gòu)。因此，晶片部分1200優(yōu)選包括柵導(dǎo)體1240柵導(dǎo)體間隔層1250和擴(kuò)散區(qū)域1220，柵導(dǎo)體1240可以修整或未修整，柵導(dǎo)體間隔層1250可以在修整期間、步驟130期間形成，或在這兩個(gè)步驟期間形成。對于晶片部分1200，一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是使用單個(gè)摻雜步驟形成擴(kuò)散區(qū)域1220和摻雜柵導(dǎo)體1240。如果柵導(dǎo)體1240如圖6所示包覆，然后需要在所述包覆之前摻雜柵導(dǎo)體1240，步驟140僅包括摻雜擴(kuò)散區(qū)域1220。
在步驟140中形成金屬硅化物包括本領(lǐng)域中公知在擴(kuò)散區(qū)域1220的表面以及柵導(dǎo)體1240中形成TiSix、CoSix或其它的金屬硅化物以減小方塊電阻的方法。雖然步驟140可加入一些努力以減小方塊電阻，但應(yīng)該理解任何時(shí)候所述努力都不是必須的。因此，形成金屬硅化物在本發(fā)明的步驟140中被認(rèn)為可選。對于晶片部分1200，另一優(yōu)點(diǎn)是使用單個(gè)步驟在擴(kuò)散區(qū)域1220以及柵導(dǎo)體1240中形成金屬硅化物。如果柵導(dǎo)體1240如圖6中一樣包覆，那么需要摻雜柵導(dǎo)體1240之后形成金屬硅化物，但在所述包覆之前，步驟140僅包括在擴(kuò)散區(qū)域1220中形成金屬硅化物。
在方法100的步驟150中，包覆選擇性地形成在柵導(dǎo)體1240上，或根據(jù)本發(fā)明形成的另一柵導(dǎo)體上，由此可以使用到擴(kuò)散區(qū)域1220的無邊框接觸。圖2示出了更詳細(xì)的步驟150，其中步驟151包括選擇不掩蔽柵導(dǎo)體1240上局部互連接觸區(qū)域的步驟152或至少局部掩蔽局部互連接觸區(qū)域的步驟154。步驟155包括選擇通過選擇性表面氮化包覆柵導(dǎo)體1240的步驟156或通過選擇性氮化物淀積包覆的步驟158。
步驟156基本上包括在如多晶硅部分1240等選擇的富硅表面上生長氮化硅介質(zhì)膜的新穎獨(dú)特的技術(shù)。借助激光中間膜生長技術(shù)，該步驟可以選擇性地生長膜以及調(diào)整柵導(dǎo)體露出的表面區(qū)域。用高能激光照射系統(tǒng)照射多晶硅部分1240，優(yōu)選用308納米(nm)波長照射，在存在氨時(shí)加熱表面，形成和生長硅的氮化氧化膜。多晶硅的性質(zhì)為它將吸收激光照射和足夠的熱以生長介質(zhì)膜。因此多晶硅部分1240的周圍區(qū)域不是由多晶硅組成，因此不可能充分地加熱周圍的區(qū)域以生長介質(zhì)膜。
例如，半導(dǎo)體襯底780優(yōu)選單晶硅，它的導(dǎo)熱率高于多晶硅，并容易從它的暴露表面向襯底內(nèi)散熱。優(yōu)選使用掩模結(jié)構(gòu)用激光照射系統(tǒng)選擇性地照射多晶硅部分1240。如果掩蔽后僅露出多晶硅部分1240，那么除了多晶硅部分1240介質(zhì)膜不太可能生長在其它的區(qū)域。要生長膜，多晶硅部分1240表面處的硅轉(zhuǎn)變?yōu)榈?，同時(shí)按比例縮小多晶硅部分1240的尺寸?；旧?，氮化硅膜中的硅源為多晶硅部分1240表面附近的硅原子。由此，由于靠近表面的硅原子反應(yīng)為氮化硅，因此多晶硅部分1240的尺寸減小。
圖8示出了晶片部分1300，其中掩蔽局部互連接觸區(qū)域1375(步驟154)之后，圖14中的柵導(dǎo)體1240已由選擇性表面氮化包覆(步驟156)。掩蔽其它的區(qū)域?yàn)閮?yōu)選的選項(xiàng)，但由于可能僅充分地加熱多晶硅生長介質(zhì)膜，因此本發(fā)明并不要求那樣做。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，晶片部分1300包括介質(zhì)膜1360生長其上的柵導(dǎo)體1340。虛線1325表示生長介質(zhì)膜1360之前柵導(dǎo)體1240的尺寸，并顯示出與圖7中的以前的尺寸相比，柵導(dǎo)體1340的尺寸減小。此外，圖6示出了介質(zhì)膜1360基本上形成了包覆以隔離柵導(dǎo)體1340。
如前所述，通過選擇性的表面氮化生長介質(zhì)膜包括吸收激光照射并與表面附近的硅原子反應(yīng)形成氮化硅。因此，如果吸收激光照射時(shí)材料沒有充分加熱，那么將不會(huì)生長介質(zhì)膜。此外，如果特定的表面比其它的表面更富含硅，那么與其它的表面相比，富硅表面將會(huì)促進(jìn)介質(zhì)膜更快的生長。甚至可以想象出在硅足夠貧乏的表面上不會(huì)生長介質(zhì)膜。優(yōu)選柵導(dǎo)體1240為摻雜的多晶硅，柵導(dǎo)體間隔層1250為通常的氧化硅或氮化硅。由此，柵導(dǎo)體1240優(yōu)選富含硅，生長介質(zhì)膜1360快于柵導(dǎo)體間隔層1250。不必說，可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其它材料作為柵導(dǎo)體間隔層1250，富含硅并通過吸收激光照射充分地加熱。所述材料包括富含硅的氮氧化硅和富含硅的氮化硅。結(jié)果為和包覆柵導(dǎo)體間隔層1250的區(qū)域中一樣，介質(zhì)膜1360在包覆柵導(dǎo)體1340的區(qū)域中厚度均勻。因此，本發(fā)明的范圍包括介質(zhì)膜1360的各種厚度情況和相關(guān)的形成方法。
圖9示出了晶片部分1400，其中掩蔽局部互連接觸區(qū)域1475(步驟154)之后圖7的一個(gè)柵導(dǎo)體1240已通過選擇性的表面氮化局部地包覆(步驟156)。此外，柵導(dǎo)體間隔層由富含硅的氮氧化硅形成，由此氮化膜也生長其上?；旧希ㄟ^掩蔽結(jié)構(gòu)的掩蔽，激光照射系統(tǒng)僅在部分柵導(dǎo)體1240和柵導(dǎo)體間隔層1455上選擇性地生長氮化膜。由此，通過激光照射時(shí)掩蔽局部互連接觸區(qū)域1475和柵導(dǎo)體間隔層1450，晶片部分1400包括被局部包覆的柵導(dǎo)體1445和介質(zhì)膜1465局部生長其上的柵導(dǎo)體間隔層1455。虛線1427表示生長介質(zhì)膜1465之前柵導(dǎo)體1240和柵導(dǎo)體間隔層1250的尺寸。晶片部分1400還包括介質(zhì)膜1460生長其上的包覆的柵導(dǎo)體1440和柵導(dǎo)體間隔層1455。虛線1425表示生長介質(zhì)膜1460之前它們的尺寸。
根據(jù)圖2中的步驟158，圖7中的柵導(dǎo)體1240和間隔層1250也可以由選擇性的氮化物淀積包覆。步驟158基本上包括在如柵導(dǎo)體1240等的選擇表面上淀積氮化硅介質(zhì)膜而不是生長所述膜的新穎獨(dú)特的技術(shù)。借助激光中間膜淀積，這些步驟選擇性地包覆了柵導(dǎo)體的露出表面。用高能激光照射系統(tǒng)優(yōu)選用308納米(nm)波長照射柵導(dǎo)體1240和間隔層1250，在存在氨和硅烷時(shí)加熱表面，僅在照射加熱的表面內(nèi)淀積氮化硅膜。如上所述，僅有一些材料吸收足夠的激光能量充分地加熱，所以不需要掩蔽。然而，優(yōu)選掩蔽以確保進(jìn)行恰當(dāng)?shù)哪さ矸e。也可以使用不能不充分吸收選擇性地氮化物淀積的激光能量的一些材料形成間隔層1250。例如，二氧化硅不吸收308nm的激光照射。因此，在一些情況中，在步驟158中僅包覆柵導(dǎo)體1240不包覆間隔層1250。不必說，如果由例如富硅的氮化硅、富硅的氮氧化硅或本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知類似的吸收性材料形成，那么可以包覆間隔層1250?？梢愿鶕?jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的方法或目前公知的其它方法形成所述間隔層。要在步驟158中淀積膜，通常用小于步驟156中生長介質(zhì)膜需要的能量照射需要淀積的區(qū)域。具體的條件以下將介紹。此外，由于硅烷作為硅源提供，因此柵導(dǎo)體1240表面附近的硅不需要在淀積中反應(yīng)，以和步驟156中一樣減小柵導(dǎo)體1240的尺寸。
圖10示出了晶片部分1500，其中掩蔽局部互連接觸區(qū)域1575(步驟154)之后圖7的一個(gè)柵導(dǎo)體1240已通過選擇性的表面氮化局部地包覆(步驟158)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，晶片部分1500包括介質(zhì)膜1560淀積其上的柵導(dǎo)體1240。圖10示出了介質(zhì)膜1560基本上形成了柵導(dǎo)體1240露出部分周圍的包覆。值得注意的是，圖10中深腐蝕的間隔層1550沒有向上延伸到與柵導(dǎo)體1240的頂部齊平。這與圖7中與柵導(dǎo)體1240的頂部齊平的間隔層1250不同。優(yōu)選當(dāng)通過選擇性氮化物淀積包覆柵導(dǎo)體時(shí)，使用深腐蝕的間隔層1550。深腐蝕的間隔層1550允許在柵導(dǎo)體1240的周圍形成氮化物，以更好地密封。
圖11示出了晶片部分1600，其中掩蔽局部互連接觸區(qū)域1675(步驟154)之后圖7的一個(gè)柵導(dǎo)體1240已通過選擇性的氮化物淀積局部地包覆(步驟158)。此外，柵導(dǎo)體間隔層由富硅的氮氧化硅形成，所以氮化物膜也淀積其上。實(shí)際上，通過掩蔽的掩蔽結(jié)構(gòu)，激光照射系統(tǒng)也可以用于僅在部分柵導(dǎo)體1240和柵導(dǎo)體間隔層1655上選擇性地淀積氮化物膜。由此，通過掩蔽局部互連接觸區(qū)域1675和柵導(dǎo)體間隔層1650不受激光照射，局部包覆的介質(zhì)膜1655可以與介質(zhì)膜1660同時(shí)淀積。
雖然不是優(yōu)選實(shí)施例，但圖12示出了在本發(fā)明范圍內(nèi)的另一個(gè)可能的實(shí)施例。值得注意的是，晶片部分1700不包括以通常方式形成的間隔層。因此，制造晶片部分1700使用的方法包括摻雜柵導(dǎo)體1740和1745、修整柵導(dǎo)體1740、修整之后將介質(zhì)膜1760留在原處、摻雜擴(kuò)散區(qū)域1720、以及用附加的介質(zhì)膜1765包覆介質(zhì)膜1760。當(dāng)修整期間生長較厚介質(zhì)層以充分地包覆柵導(dǎo)體1740時(shí)，需要淀積額外的介質(zhì)膜1765。值得注意的是，盡管這兩個(gè)介質(zhì)膜層的每一個(gè)由不同的機(jī)理形成，互連接觸區(qū)域1775保持開口以形成互連接觸，不需要穿過介質(zhì)膜的腐蝕。
接下來，方法100的步驟160包括淀積如鈍化氧化物等的保形介質(zhì)層，以覆蓋以上討論的制造的結(jié)構(gòu)，填充間隙和空隙。可以使用本領(lǐng)域中公知的合適的任何介質(zhì)層。在步驟170中，接觸孔腐蝕到鈍化氧化物內(nèi)用于擴(kuò)散接觸，也可能用做局部互連接觸或柵接觸。如果在包覆期間互連接觸區(qū)域保持打開，如圖8-12所示，然后用單個(gè)掩模定義擴(kuò)散接觸和局部互連接觸。如果互連接觸區(qū)域用介質(zhì)膜覆蓋防止包覆(未示出)，然后需要可選的腐蝕步驟180開出互連接觸區(qū)域。由此，需要僅腐蝕開出互連接觸的附加掩模，由此附加的腐蝕不會(huì)除去介質(zhì)層的露出部分，使到擴(kuò)散區(qū)域的接觸為無邊框。
圖13中的晶片部分1800示出了鈍化氧化層1830，淀積在圖11的晶片部分1600上，然后和步驟170一樣腐蝕形成擴(kuò)散接觸孔1810和局部互連接觸孔1815。值得注意的是，開出局部互連接觸區(qū)域1675，由此可以用單個(gè)掩模和單個(gè)腐蝕步驟限定到擴(kuò)散區(qū)域1220和局部互連接觸區(qū)域1675的孔。此外，柵導(dǎo)體1240可以用介質(zhì)膜1660包覆以得到無邊框擴(kuò)散接觸。圖14中的晶片部分1900示出了淀積在圖10的晶片部分1500上的鈍化氧化層1930，然后和步驟170一樣腐蝕形成擴(kuò)散接觸孔1910和局部互連接觸孔1915。開出局部互連接觸區(qū)域1575，即使柵導(dǎo)體1240被介質(zhì)膜1560包覆，也可以得到無邊框擴(kuò)散接觸。圖15中的晶片部分2000示出了本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，其中照射期間掩蔽柵接觸區(qū)域2077。因此，用單個(gè)掩模和單個(gè)腐蝕步驟，與擴(kuò)散接觸孔1910和局部互連接觸孔1915一起限定柵接觸孔2010。一旦如上所述完成方法100，然后淀積金屬化層形成擴(kuò)散接觸2170和局部互連金屬化層2171，如圖16的晶片部分2100所示。
假設(shè)圖1的方法100內(nèi)有多個(gè)選項(xiàng)可能，那么可以制造出許多可能的結(jié)構(gòu)。圖3-16僅表示由方法100得到的幾個(gè)可能的晶片部分，可以理解其它的晶片部分在根據(jù)如上所述的圖1和2中的方法100的優(yōu)選實(shí)施例的本發(fā)明的范圍內(nèi)。以下的例子陳述了進(jìn)行方法100的各步驟的具體工藝條件，由此每一個(gè)表示為方法100的又一優(yōu)選實(shí)施例。
例1準(zhǔn)備襯底。準(zhǔn)備互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)邏輯硅襯底，具有隔離溝槽結(jié)構(gòu)、柵氧化物、具有氧化物/氮化物間隔層的多晶硅柵導(dǎo)體、以及限定的擴(kuò)散區(qū)域。在典型的應(yīng)用中，將隔離溝槽腐蝕到硅晶片內(nèi)0.2-0.3微米(μm)。柵氧化物為3-5納米(nm)厚。多晶硅柵為0.10-0.25μm寬和0.1-0.2μm厚。對于氧化層，間隔層為10-20nm厚，對于氮化層為20-30nm厚。在例如所述的CMOS結(jié)構(gòu)中，腐蝕柵之后，柵導(dǎo)體和擴(kuò)散區(qū)已摻雜，以提供足夠的電導(dǎo)率。進(jìn)行摻雜之后，柵導(dǎo)體可以選擇性地氮化，覆蓋除柵接觸和局部互連必須接觸之外的柵導(dǎo)體的所有區(qū)域。使用襯底的掩蔽的激光照射(308nm)完成選擇性的氮化。這使得照射工藝?yán)昧搜诒蔚母吖β始す庹丈湎到y(tǒng)，該系統(tǒng)可從Verdant Technologies，a subsidiary of Ultratech買到。所述掩蔽的激光照射系統(tǒng)能夠在每次激光脈沖的晶片表面提供高達(dá)500毫焦耳(mJ)/平方厘米(cm2)的能量流量。所述能量級別足以熔化襯底上多晶硅材料的表面。以下的實(shí)例表示可以完成選擇性氮化的優(yōu)選工藝條件。
例2由硅烷和氨進(jìn)行選擇性氮化物淀積。如上制備硅晶片襯底，具有隔離、擴(kuò)散和柵結(jié)構(gòu)。在所述實(shí)施例中，不需要熔化多晶硅的表面，以淀積氮化物。由此，晶片表面每次脈沖的能量流量在約100-500mJ/cm2的范圍內(nèi)，優(yōu)選的照射值約300mJ/cm2。照射脈沖的數(shù)量從10到1000的范圍內(nèi)，取決于淀積的氮化物的厚度；優(yōu)選值從50-300脈沖。襯底溫度在500和1200℃之間，優(yōu)選值約850℃，如Meyerson等人的U.S.專利No.4,592,933中指出的，在這里引入作為參考。
在照射期間，氨和硅烷氣體放置在直接的晶片的環(huán)境中。通過利用Verdant Technologies的激光照射裝置的抽空和化學(xué)注入系統(tǒng)可以完成。在引入反應(yīng)氣體之前，晶片放置在照射室內(nèi)，室被抽空，在工藝室內(nèi)形成氨和硅烷的氣流。將作為參考引入的U.S.專利No.4,672,169中指出的10∶1比例的氨和硅烷提供到室內(nèi)，合適的流速值為100立方厘米(ccm)/分鐘(min)的氨和10ccm/min的硅烷。反應(yīng)物的壓力范圍從0.1-760乇，優(yōu)選1-10乇的值。
如果需要淀積厚的氮化物膜，可以將一些乙硅烷混合到反應(yīng)氣體的氣流中(約10ccm/min，與硅烷基本相同的壓力)。通過所述方法淀積的氮化物膜富含硅，因此也吸收308nm的激光照射，能夠連續(xù)地進(jìn)行膜生長。在某種程度上，如果需要，通過改變反應(yīng)物氣體的相對成分可以改變硅的組分。對于形成無接觸邊框的應(yīng)用，淀積的膜厚度為10-200nm，優(yōu)選值為50-100nm。
通過所述照射工藝選擇性地加熱柵導(dǎo)體的多晶硅。由此，氮化物的淀積限制在柵導(dǎo)體露出的多晶硅表面。借助Verdant照射裝置的掩蔽能力，部分柵導(dǎo)體可以用氮化物選擇性地覆蓋，同時(shí)柵導(dǎo)體的其它部分不存在所述介質(zhì)。設(shè)計(jì)掩模使柵接觸和局部互連的接觸區(qū)域沒有被氮化物覆蓋，同時(shí)與源/漏接觸相鄰的部分柵導(dǎo)體用氮化物覆蓋。由此，穿過鈍化氧化物介質(zhì)的這些接觸的腐蝕相對于氮化的柵導(dǎo)體為無邊框。
例3用氨的多晶硅柵的選擇性表面氮化。如上制備硅晶片襯底，具有隔離、擴(kuò)散和柵結(jié)構(gòu)。通過將照射的晶片暴露到硅烷和氨，將氮化硅層淀積在柵導(dǎo)體上，照射的晶片僅暴露到氨蒸汽。當(dāng)熔化的硅膜(308nm的激光照射熔化)暴露到氨，在硅的表面中形成氮化硅膜。通過所述方法可以生長厚達(dá)500nm的膜。根據(jù)本發(fā)明的多晶硅柵，需要50-100nm的氮化物，由此在10-1500乇的氨中，或優(yōu)選約1200乇的氨，以100-2000脈沖或優(yōu)選約300脈沖周期的100ccm/min，用每脈沖200-700mJ/cm2或優(yōu)選400-500mJ/cm2的能量流量照射樣品。通過308nm照射選擇性加熱的多晶硅，氮化物層選擇性地生長在多晶硅柵上。如例2中所述，使用所述選擇性氮化物的柵，結(jié)合到擴(kuò)散和柵導(dǎo)體的局部區(qū)域接觸，用單個(gè)掩模工藝，作為制造無邊框接觸的手段。
雖然參考優(yōu)選實(shí)施例具體示出和介紹了本發(fā)明，但應(yīng)該理解本領(lǐng)域中的技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種修改。因此，除非另有說明，在附圖或這里示出的裝置的任何尺寸都作為可能尺寸的一個(gè)例子而不是限制。類似地，除非另有說明，在附圖或這里示出的方法步驟的任何順序作為可能尺寸的一個(gè)例子而不是限制。例如，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解本發(fā)明可應(yīng)用于不同的隔離技術(shù)(例如，LOCOS、凹槽氧化工藝(ROX)等)、阱和襯底技術(shù)、摻雜劑類型、能量和種類。還應(yīng)該理解本發(fā)明的精神適用于其它的半導(dǎo)體技術(shù)(例如，BiCMOS、雙極、絕緣體基外延硅(SOI)、硅鍺(SiGe)等)。
權(quán)利要求
1.一種在晶體管中形成柵導(dǎo)體包覆的方法，包括以下步驟在具有半導(dǎo)體部分的襯底上形成柵導(dǎo)體的多晶硅部分；摻雜多晶硅部分；在半導(dǎo)體部分中摻雜多個(gè)擴(kuò)散區(qū)域；以及通過選擇性氮化方法包覆柵導(dǎo)體。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其中，選擇性氮化方法包括選擇性氮化物淀積。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其中，選擇性氮化方法包括選擇性表面氮化。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2的方法，其中，還包括形成深腐蝕的柵導(dǎo)體間隔層以露出柵導(dǎo)體的各角的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其中，摻雜多晶硅部分和摻雜多個(gè)擴(kuò)散區(qū)域的步驟由選自化學(xué)摻雜和離子注入中的任一種方法同時(shí)進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其中，還包括在多晶硅部分和多個(gè)擴(kuò)散區(qū)域中同時(shí)形成選擇性金屬硅化物。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其中，包覆柵導(dǎo)體的步驟還包括掩蔽柵導(dǎo)體上用于局部互連接觸的接觸區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其中，包覆柵導(dǎo)體的步驟還包括掩蔽柵導(dǎo)體上用于柵接觸的接觸區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求
2的方法，其中，通過選擇性氮化物淀積包覆柵導(dǎo)體的步驟包括在體積比例為10∶1的氨和硅烷中，0.1-760乇的壓力下，用激光照射柵導(dǎo)體部分，照射脈沖為10-1000個(gè)，能量流量為100-500mJ/cm2。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9的方法，其中，通過選擇性氮化物淀積包覆柵導(dǎo)體的步驟包括在體積比例為10∶1的氨和硅烷中，1-10乇的壓力下，用308mm的激光照射柵導(dǎo)體，照射脈沖為50-300個(gè)，能量流量為300mJ/cm2。
11.根據(jù)權(quán)利要求
9的方法，其中，以100ccm/min供應(yīng)氨，以10ccm/min供應(yīng)硅烷。
12.根據(jù)權(quán)利要求
3的方法，其中，通過選擇性表面氮化包覆柵導(dǎo)體的步驟包括在存在氨的情況下，10-1500乇的壓力下，用激光照射柵導(dǎo)體部分，照射脈永沖為100-2000個(gè)，能量流量為200-700mJ/cm2。
13.根據(jù)權(quán)利要求
12的方法，其中，通過選擇性表面氮化包覆柵導(dǎo)體的步驟包括在存在氨的情況下，1200乇的壓力下，用308nm的激光照射柵導(dǎo)體部分，照射脈沖為300個(gè)，能量流量為400-500mJ/cm2。
14.根據(jù)權(quán)利要求
12的方法，其中，以100ccm/min供應(yīng)氨。
15.一種形成半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在具有半導(dǎo)體部分的襯底上形成柵導(dǎo)體的多晶硅部分；摻雜多晶硅部分；在半導(dǎo)體部分中摻雜多個(gè)擴(kuò)散區(qū)域；通過選擇性性氮化方法包覆柵導(dǎo)體；以及形成到柵導(dǎo)體的無邊框柵接觸。
16.根據(jù)權(quán)利要求
15的方法，其中，選擇性氮化方法包括選擇性氮化物淀積。
17.根據(jù)權(quán)利要求
15的方法，其中，選擇性氮化方法包括選擇性表面氮化。
18.根據(jù)權(quán)利要求
15的方法，其中，包覆柵導(dǎo)體的步驟還包括掩蔽柵導(dǎo)體上用于局部互連和柵接觸的接觸區(qū)域。
19.根據(jù)權(quán)利要求
16的方法，其中，通過選擇性氮化物淀積包覆柵導(dǎo)體的步驟包括在存在100ccm/min的氨和10ccm/min硅烷的情況下，1-10乇的壓力下，用308nm激光照射柵導(dǎo)體部分，照射脈沖為50-300個(gè)，能量流量為300mJ/cm2。
20.根據(jù)權(quán)利要求
17的方法，其中，通過選擇性表面氮化包覆柵導(dǎo)體的步驟包括在存在100ccm/min的氨的情況下，1200乇的壓力下，用308nm激光照射柵導(dǎo)體部分，照射脈沖300個(gè)，能量流量為400-500mJ/cm2。
21.一種晶體管，包括氮化物包覆的柵導(dǎo)體以及無邊框擴(kuò)散接觸，其中通過選擇性氮化方法進(jìn)行包覆，其中在氮化過程期間掩蔽部分柵導(dǎo)體，留出開口用做局部互連的接觸區(qū)域。
22.根據(jù)權(quán)利要求
21的晶體管，其中，選擇性氮化方法包括選擇性氮化物淀積。
23.根據(jù)權(quán)利要求
21的晶體管，其中，選擇性氮化方法包括選擇性表面氮化。
專利摘要
一種在晶體管中形成柵導(dǎo)體包覆的方法，包括以下步驟a)形成多晶硅柵導(dǎo)體；b)摻雜多晶硅部分；c)摻雜擴(kuò)散區(qū)域；以及d)通過選自選擇性氮化物淀積和選擇性表面氮化的氮化方法包覆柵導(dǎo)體。所得晶體管包括包覆的柵導(dǎo)體和無邊框擴(kuò)散接觸，其中通過選自選擇性氮化物淀積和選擇性表面氮化的氮化方法進(jìn)行包覆，其中在氮化方法期間掩蔽部分柵導(dǎo)體，留出開口用做局部互連或柵接觸的接觸區(qū)域。
文檔編號(hào)H01L21/768GKCN1187794SQ99126409
公開日2005年2月2日 申請日期1999年12月17日
發(fā)明者古川俊治, M·C·哈奇, S·J·霍梅斯, D·V·霍拉克, P·A·拉比多西 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan