專利名稱：半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體元件(Semiconductor Device)的結(jié)構(gòu)及其制造方法，且特別涉及一種在源/漏極接面(S/D junction)以及信道下方配置一絕緣間隙壁的半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)及其制造方法。
為了適應(yīng)上述元件縮小所產(chǎn)生的短信道效應(yīng)以及擊穿漏電流(punch-through leakage)的問題，內(nèi)存元件的輕摻雜漏極接面(lightlydoped drain junction)必須隨之變輕。輕摻雜漏極接面變輕固然能改善短信道效應(yīng)的問題，但由于輕摻雜漏極接面的深度變得較淺，對(duì)于使用擴(kuò)散層作為位線的內(nèi)存而言，與源/漏極接觸的位線的阻值亦隨之上升，使位線串聯(lián)電阻產(chǎn)生壓降(voltage drop)。當(dāng)我們利用位線供給源/漏極電壓時(shí)，由于串聯(lián)電阻造成的壓降使得實(shí)質(zhì)源極與漏極間的壓降變小，導(dǎo)致流經(jīng)內(nèi)存的電流變小而產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)載效應(yīng)(loadingeffect)。而且，由于此輕摻雜漏極接面較淺，因此相當(dāng)容易與形成在源/漏極上的金屬硅化物與接面的距離因過近而發(fā)生接面漏電流等問題。
而另一種防止短信道效應(yīng)的方法，則是通過極陡峭倒退(supersteep retrograde，SSR)輪廓或口袋型離子植入(pocketion implant)的方式來達(dá)到目的。然而，當(dāng)元件縮小之后，極陡峭倒退輪廓以及口袋型離子植入的濃度均必須隨之提高，而容易導(dǎo)致接面漏電流的問題。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)及其制造方法，能夠形成較深接面的源/漏極，以及較厚的金屬硅化物，以降低阻值。
本發(fā)明提出一種半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)至少包括一基底、源/漏極、柵極結(jié)構(gòu)、信道區(qū)、以及絕緣間隙壁。其中源/漏極設(shè)置于基底之中。柵極結(jié)構(gòu)設(shè)置于源/漏極之間的基底上，并且延伸覆蓋部分的源/漏極。且信道區(qū)設(shè)置于柵極結(jié)構(gòu)下方的基底中。而絕緣間隙壁設(shè)置于信道區(qū)下方的基底與源/漏極之間的接面，并且柵極寬度大于位于絕緣間隙壁的上部的源/漏極之間的寬度。
本發(fā)明提出一種半導(dǎo)體元件的制造方法，此方法是在一基底中形成溝渠，再在溝渠的側(cè)壁形成絕緣間隙壁。接著，在溝渠中選擇性地形成第一磊晶層，再在第一磊晶層中形成源/漏極摻雜區(qū)。然后，在基底與第一磊晶層上形成第二磊晶層，再在第二磊晶層上形成柵介電層與柵極。其后，以柵極為罩幕，進(jìn)行離子植入步驟，以在第二磊晶層中形成延伸摻雜區(qū)，再進(jìn)行快速熱回火步驟，以使源/漏極摻雜區(qū)以及延伸摻雜區(qū)形成源/漏極。
由上述可知，本發(fā)明的特征是在源/漏極與基底的接面形成一絕緣間隙壁，并通過此絕緣間隙壁阻絕源/漏極之間空乏區(qū)的接近，因此能夠避免短信道效應(yīng)、漏極引發(fā)阻障降低、擊穿漏電流等問題。
而且，由于設(shè)置于源/漏極與基底的接面的絕緣間隙壁的屏蔽，因此能夠形成深度較深的源/漏極，進(jìn)而能夠降低源/漏極的片電阻。
此外，由于較深的源/漏極區(qū)，能夠允許形成較厚的金屬硅化物。
圖中標(biāo)記分別是100基底102墊氧化層104罩幕層106溝渠108絕緣層110絕緣間隙壁112、118磊晶層114、120、134離子植入步驟116源/漏極摻雜區(qū)122介電層
124導(dǎo)體層126柵極128柵介電層130間隙壁132柵極結(jié)構(gòu)136延伸摻雜區(qū)138源/漏極140信道區(qū)142.自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物首先，請(qǐng)參照

圖1A，提供一基底100，并且在基底100上已形成有墊氧化層102、設(shè)置于墊氧化層102上的罩幕層104以及設(shè)置于基底100中的溝渠106。其中墊氧化層102的材質(zhì)例如是氧化硅，形成的方法例如是使用熱氧化法。罩幕層104的材質(zhì)例如是氮化硅，形成罩幕層104的方法例如是化學(xué)氣相沉積法。形成溝渠106的方法例如是在罩幕層104上形成圖案化的光阻層(圖中未標(biāo)出)。再以光阻層為罩幕，以非等向性蝕刻法去除罩幕層104、墊氧化層102以及基底100以形成溝渠106，并且溝渠106的底部至基底100表面的深度為0.1μm左右。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1B，在溝渠106中形成絕緣層108，其中絕緣層108的材質(zhì)例如是氧化硅，形成的方法例如是熱氧化法。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1C，去除部份的絕緣層108，以溝渠106的側(cè)壁形成絕緣間隙壁110，并在溝渠106的底部露出基底100。其中去除部分的絕緣層108的方法例如是使用非等向性蝕刻法。然后，在溝渠106中形成磊晶層112，其中在溝渠106中形成磊晶層112的方法例如是使用低壓化學(xué)氣相沉積法(Low Pressure Chemical VaporDeposition，LPCVD)所施行的選擇性磊晶成長(zhǎng)(Selective EpitaxialGrowth)法。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1D，對(duì)基底100進(jìn)行一離子植入過程114，以在磊晶層112中形成源/漏極摻雜區(qū)116。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1E，完全去除罩幕層104以及墊氧化層102。其中去除罩幕層104的方法例如是用熱磷酸的濕式蝕刻法，去除墊氧化層102的方法例如是用氫氟酸的濕式蝕刻法。
然后，請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D1E，在基底100上形成磊晶層118，其中形成磊晶層118的方法例如是使用低壓化學(xué)氣相沉積法所施行的全面性磊晶成長(zhǎng)法，并且磊晶層118的厚度為200埃左右。其后，對(duì)基底100進(jìn)行離子植入步驟120，其中施行離子植入步驟120的目的是用以調(diào)整后續(xù)所形成元件的啟始電壓(threshold voltage，Vt)。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1F，在磊晶層118上形成介電層122，其中介電層122的材質(zhì)例如是氧化硅，形成介電層122的方法例如是熱氧化法。然后，在介電層122上形成導(dǎo)體層124，其中導(dǎo)體層124的材質(zhì)例如是多晶硅，形成的方法例如是化學(xué)氣相沉積法。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1G，圖案化導(dǎo)體層124以及介電層122，以在基底100上形成柵極126以及介電層128。其中形成柵極126以及介電層128的方法例如是在導(dǎo)體層124上形成圖案化的的光阻層(圖中未標(biāo)出)。再以光阻層為罩幕，以非等向性蝕刻法去除部分導(dǎo)體層124以及介電層122。
然后，請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D1G，以柵極126為罩幕，進(jìn)行一離子植入步驟134，以在磊晶層118中形成延伸摻雜區(qū)136。然后，對(duì)基底100進(jìn)行一快速熱回火過程(Rapid Thermal Annealing，RTA)以使源/漏極摻雜區(qū)116以及延伸摻雜區(qū)136形成源/漏極138，其中位于磊晶層118的延伸摻雜區(qū)136延伸至柵介電層128兩端的下方，并且位于柵介電層128下方與延伸摻雜區(qū)136之間的磊晶層118則形成信道區(qū)140。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1H，在柵極126以及介電層128的側(cè)壁形成間隙壁130。其中間隙壁130的材質(zhì)例如是氧化硅，形成間隙壁130的方法例如是在柵極126以及磊晶層118上被覆一層氧化絕緣層(圖中未標(biāo)出)，再以非等向性蝕刻法回蝕刻氧化絕緣層，以形成間隙壁130，并且柵極126、柵介電層128以及間隙壁130形成一柵極結(jié)構(gòu)132。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1I，在柵極126的表面以及源/漏極138的表面形成自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化層(salicide)142，而完成本發(fā)明的半導(dǎo)體元件。其中形成自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化層的方法例如是在基底100上被覆一層金屬層(圖中未標(biāo)出)，再經(jīng)過一道快速回火過程以使金屬層與柵極表面以及源/漏極表面的硅反應(yīng)，然后將未反應(yīng)的金屬層去除，再做第二道快速熱回火過程，而形成自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化層142。
本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)請(qǐng)參照?qǐng)D1I，至少包括基底100、源/漏極138、柵極結(jié)構(gòu)132、信道區(qū)140、以及絕緣間隙壁110。
上述的源/漏極138配置于基底100之中，并且在源/漏極138上還形成有自行對(duì)準(zhǔn)硅化金屬層142，用以降低片電阻。
柵極結(jié)構(gòu)132包括柵極126、柵介電層128以及間隙壁130，其中柵極126配置于源/漏極138之間的基底100上，并延伸覆蓋于部分的源/漏極138，在柵極126表面上還形成有自行對(duì)準(zhǔn)硅化金屬層142，以降低片電阻。
柵介電層128設(shè)置于柵極126以及基底100之間，且間隙壁130配置于柵極126以及介電層128的側(cè)壁。
信道區(qū)140設(shè)置在柵介電層128下方的基底100中，并同時(shí)位于源/漏極138之間。而絕緣間隙壁110設(shè)置于信道140下方的基底100與源/漏極138的接面處，并且在上述結(jié)構(gòu)中，柵極126的寬度大于位于絕緣間隙壁110的上部的源/漏極138之間的寬度。
在本發(fā)明較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中，柵極結(jié)構(gòu)是使用金氧半晶體管以作說明，然而柵極結(jié)構(gòu)并不限定于金氧半晶體管，也可以為例如是包含穿隧氧化層、浮置柵、介電層以及控制柵極的只讀存儲(chǔ)器柵極結(jié)構(gòu)，或是包含氧化硅-氮化硅-氧化硅、控制柵的氮化硅只讀存儲(chǔ)器柵極結(jié)構(gòu)等的其它具有源/漏極的內(nèi)存元件的柵極結(jié)構(gòu)。
綜上所述，本發(fā)明的重要特征是在源/漏極與基底的接面形成一絕緣間隙壁，由于此絕緣間隙壁阻絕了源/漏極之間最可能的漏電流途徑，因此能夠在元件縮小的情況下避免產(chǎn)生短信道效應(yīng)、漏極引發(fā)阻障降低、擊穿漏電流等問題。
而且，由于設(shè)置在源/漏極與基底的接面的絕緣間隙壁的屏蔽，因此能夠形成深度較深的源/漏極，進(jìn)而能夠降低源/漏極的片電阻。
此外，由于在本發(fā)明的內(nèi)存元件中，具有較深的源/漏極區(qū)，進(jìn)而能夠形成較厚的金屬硅化物。
雖然本發(fā)明已以一較佳實(shí)施例公開如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉該項(xiàng)技術(shù)的人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)所作的更動(dòng)與潤(rùn)飾，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)，其特征在于該結(jié)構(gòu)至少包括一基底；一源/漏極，設(shè)置于該基底之中；一柵極結(jié)構(gòu)，設(shè)置于該源/漏極之間的該基底上，并且延伸覆蓋部分的該源/漏極；一信道區(qū)，設(shè)置于該柵極結(jié)構(gòu)下方的該基底中；一絕緣間隙壁，設(shè)置于該信道區(qū)下方的該基底與該源/漏極之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)，其特征在于該柵極結(jié)構(gòu)包括一柵極、一柵介電層以及一間隙壁。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)，其特征在于該柵極結(jié)構(gòu)的寬度大于位于該絕緣間隙壁的上部的該源/漏極之間的寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)，其特征在于該柵介電層設(shè)置于該柵極以及該基底之間，且該柵介電層延伸覆蓋部分的該源/漏極。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)，其特征在于還包括在該柵極以及該源/漏極上設(shè)置自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)，其特征在于該絕緣間隙壁的材質(zhì)至少包括氧化硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)，其特征在于該絕緣間隙壁是以該信道區(qū)與該柵極結(jié)構(gòu)區(qū)隔，以使該絕緣間隙壁不與該柵極結(jié)構(gòu)接觸。
8.一種半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于該方法包括在一基底中形成一溝渠；在該溝渠的側(cè)壁形成一絕緣間隙壁；在該溝渠中形成一第一磊晶層；在該第一磊晶層中形成一源/漏極摻雜區(qū)；在該基底與該第一磊晶層上形成一第二磊晶層；在該第二磊晶層上形成一柵極；以該柵極為罩幕，進(jìn)行一離子植入步驟，以在該第二磊晶層中形成一延伸摻雜區(qū)；進(jìn)行一快速熱回火步驟，以使該源/漏極摻雜區(qū)以及該延伸摻雜區(qū)形成一源/漏極。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體元件的制造法，其特征在于該絕緣間隙壁的材質(zhì)至少包括氧化硅。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體元件的制造法，其特征在于形成該絕緣間隙壁的方法包括下列步驟在該溝渠中形成一絕緣層；回蝕該絕緣層，以形成該絕緣間隙壁。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體元件的制造法，其特征在于形成該絕緣層的方法包括熱氧化法。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體元件的制造法，其特征在于形成該第一磊晶層的方法包括以低壓化學(xué)氣相沉積法所施行的選擇性磊晶成長(zhǎng)法。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體元件的制造法，其特征在于形成該第二磊晶層的方法包括以低壓化學(xué)氣相沉積法所施行的選擇性磊晶成長(zhǎng)法。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體元件的制造法，其特征在于在形成該第二磊晶層后還包括一起始電壓調(diào)整植入步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體元件的制造法，其特征在于位于該柵極下方與該源/漏極之間的該第二磊晶層形成一信道區(qū)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體元件的制造法，其特征在于該柵極結(jié)構(gòu)的寬度大于位于該絕緣間隙壁的上部的該源/漏極之間的寬度。
17.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體元件的制造法，其特征在于包括在該柵極以及該源/漏極表面上形成一自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層。
全文摘要
一種半導(dǎo)體元件的制造方法，此方法是在一基底中形成溝渠，再在溝渠的側(cè)壁形成絕緣間隙壁。接著，在溝渠中形成第一磊晶層，再在第一磊晶層中形成源/漏極摻雜區(qū)。然后，在基底與第一磊晶層上形成第二磊晶層，再在第二磊晶層上形成柵極。其后，以柵極為罩幕進(jìn)行離子植入步驟，以在第二磊晶層中形成延伸摻雜區(qū)，再進(jìn)行快速熱回火步驟，以使源/漏極摻雜區(qū)以及延伸摻雜區(qū)形成源/漏極。
文檔編號(hào)H01L29/66GK1427485SQ0114450
公開日2003年7月2日 申請(qǐng)日期2001年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月18日
發(fā)明者詹光陽, 劉慕義, 范左鴻, 葉彥宏, 盧道政 申請(qǐng)人:旺宏電子股份有限公司