專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及已配備有MOS(金屬-絕緣體-半導(dǎo)體)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管或雙極型晶體管的半導(dǎo)體器件及其制造方法，特別是涉及通過(guò)改善雜質(zhì)擴(kuò)散層或柵極絕緣膜的構(gòu)造來(lái)改善半導(dǎo)體器件的性能和可靠性的措施。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體襯底上介以柵極氧化膜設(shè)以柵極電極并在電極兩側(cè)設(shè)有雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)(源和漏區(qū))而構(gòu)成的MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，柵極氧化膜的作用歷來(lái)是極其重要的。特別是在象最近那樣要求器件的微細(xì)化、驅(qū)動(dòng)電壓的低電壓化、動(dòng)作的高速化的半導(dǎo)體器件中，要想在維持高可靠性的同時(shí)滿(mǎn)足這些要求，就必須不僅在柵極氧化膜的厚度之類(lèi)的物理尺寸上下功夫，在柵極氧化膜的構(gòu)造上也必須作出多種和高度的努力。
在對(duì)這樣的柵極氧化膜的構(gòu)造進(jìn)行改進(jìn)的技術(shù)之一中，有為了抑制因CMOS裝置中的特別是nMOS型晶體管的熱載流子引起的柵極氧化膜的功能的劣化(閾值電壓的變動(dòng))、實(shí)現(xiàn)可靠性的改進(jìn)，在柵極氧化膜中形成氮氧化膜的技術(shù)。比如說(shuō)在1993，IEEE，IEDM 93匯編p325～328所示的方法中，柵極電極形成之后，向柵極電極和半導(dǎo)體襯底內(nèi)注入氮離子，然后用后熱處理使氮在柵極電極內(nèi)擴(kuò)散，在柵極氧化膜中形成氮氧化層。以下，參看附圖對(duì)利用這種方法形成氮氧化層的工藝具體地進(jìn)行說(shuō)明。
首先，在示于圖22(a)的工序中，在硅襯底1的一部分上形成器件隔離4，在被器件隔離4包圍起來(lái)的有源區(qū)內(nèi)的硅襯底1上形成氧化膜、再淀積上多晶硅膜之后，用光刻和干蝕工藝使氧化膜和多晶硅膜形成圖形，形成柵極氧化膜2和柵極電極3。
在示于圖22(b)的工序中，在從襯底的上方向柵極電極3和有源區(qū)內(nèi)的硅襯底1中注入了氮離子(N+)之后，通過(guò)熱處理使氮離子擴(kuò)散以在柵極氧化膜2中形成氮氧化膜5的同時(shí)，在硅襯底1內(nèi)的表面附近的區(qū)域上形成氮擴(kuò)散層6。
在示于圖22(c)的工序中，從大體垂直的方向上進(jìn)行低濃度的砷離子(As+)注入，以在硅襯底1內(nèi)表面附近的區(qū)域中形成n型低濃度源、漏區(qū)7。
其次，在示于圖22(d)的工序中，在襯底上邊沉積上較厚的硅氧化膜之后進(jìn)行反向刻蝕，并在柵極電極3的兩側(cè)面上形成側(cè)壁8之后，再?gòu)拇蟊敬怪钡姆较蛏线M(jìn)行高濃度的砷離子(As+)的注入，在上述n型低濃度源、漏區(qū)7的外側(cè)形成n型高濃度源、漏區(qū)9。
但是，作為CMOS器體整體的構(gòu)造，采用的是在nMOS型場(chǎng)效應(yīng)的晶體管的柵極電極中摻入n型雜質(zhì)(砷)、在pMOS型場(chǎng)效晶體管的柵極電極中摻入p型雜質(zhì)(硼)的所謂雙柵極型的構(gòu)造。
在這種狀態(tài)下，可以在硅襯底1上邊形成適于小型、低電壓、高速化的、具有所謂LDD構(gòu)造的nMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。而通過(guò)采用在晶體管的柵極氧化膜2內(nèi)形成氮氧化層5的辦法，抑制熱載流子劣化。該文獻(xiàn)還表明氮離子的注入量越大則越能控制熱載流子劣化，特別是在熱最子引起的特性的劣化(閾值的上升等等)成為問(wèn)題的nMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，其效果很大。
此外，在pMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管一側(cè)，則可得到用柵極氧化膜中的氮氧化層防止因硼一直穿透到襯底內(nèi)的表面溝道區(qū)而對(duì)晶體管的特性產(chǎn)生不利影響的效果。
但是，若象現(xiàn)有的方法那樣，形成圖22(d)所示的那種氮氧化層5時(shí)卻反而觀察到了使晶體管的驅(qū)動(dòng)力降低之類(lèi)的晶體管的性能劣化的現(xiàn)象。人們推測(cè)其原因是氮氧化層5所產(chǎn)生的對(duì)柵極電極3內(nèi)的砷或硼之類(lèi)的雜質(zhì)擴(kuò)散的抑制作用變得過(guò)大使得不能發(fā)揮雙柵極構(gòu)造的長(zhǎng)處，或者因柵極電極的耗盡而招致電阻增大等等。另外，也有報(bào)告說(shuō)，當(dāng)在pMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極氧化膜中形成氮氧化膜之后，雖然其原因弄不清楚，但晶體管的互導(dǎo)減小了。
另一方面，在晶體管擴(kuò)散層的特性上還存在下述問(wèn)題。
在本身即是已成為MOS器件的高速化、高集成化所必須的柵極和源一漏極擴(kuò)散層低電阻化的代表性技術(shù)的自定位硅化作用(Self-align-silicidation)工藝中，在形成硅化物時(shí)，考慮到要消耗本身就是擴(kuò)散層的硅這一情況，要想把穩(wěn)定且低電阻的硅化物膜作厚時(shí)，則形成淺的結(jié)是因難的。另外，由于硅化物界面的雜質(zhì)濃度也降低而使寄生電阻變高，故漏極電流也將降低。
上述問(wèn)題，特別是在表面溝道型pMOSFET中，在注入BF2(硼氟化物)離子形成p型擴(kuò)散層的情況下將變得顯著起來(lái)，但是，在這種情況下還會(huì)產(chǎn)生下述新的課題。圖23示出的是在加速能量為30KeV，劑量為2×1015cm-2的條件下進(jìn)行注入BF2離子的樣品和在加速能量為10KeV、劑量為2×1015cm-2的條件下注入B(硼)離子的樣品，在1000℃、10秒的條件下經(jīng)激活熱處理之后的硼SIMS分布曲線(xiàn)。
首先，在注入BF2的情況下，由于是氟與硼結(jié)合在一起的物質(zhì)，故產(chǎn)生離解，存在著雜質(zhì)濃度的兩個(gè)峰值(參看圖23)。特別是濃度高的峰值雖然存在于襯底表面一側(cè)，但由于硼存在于之后要被硅化的區(qū)域之中，故不參與最終的擴(kuò)散層的形成。結(jié)果硅化物與擴(kuò)散層之間的界面處的濃度也將變成從擴(kuò)散層本已具有的濃度峰值降低下來(lái)的濃度，使該部分的接觸電阻增大。此外，在表面溝道式晶體管的情況下，在向擴(kuò)散層中導(dǎo)入雜質(zhì)的同時(shí)也把雜質(zhì)導(dǎo)入柵極電極中去。所以必須注意雜質(zhì)通過(guò)柵極絕緣膜從柵極電極向襯底一側(cè)滲透的滲透現(xiàn)象。
圖24示出了注入BF2(30KeV，2×1015cm-2)和B(10KeV，2×1015cm-2)的準(zhǔn)靜態(tài)C-V特性。通常，沒(méi)產(chǎn)生滲透的樣品的波形的平帶電壓是0.86V，但在注入了BF2的情況下則稍有偏移，變成為0.88V，由此可知已產(chǎn)生了若干滲透。
圖25示出的是平帶(flat band)電壓對(duì)硼和BF2的注入量的依賴(lài)關(guān)系。在注入BF2的情況下，隨著加速能量或劑量的增加，平帶電壓的偏移也將變大，滲透變得顯著起來(lái)。從這些現(xiàn)象可知，在注入BF2的情況下，為了形成硅化物后在硅化物與擴(kuò)散層之間的界面上的雜質(zhì)濃度變高而采取加大雜質(zhì)注入時(shí)的加速能量或劑量的措施，這樣，由于同時(shí)將助長(zhǎng)雜質(zhì)從柵極電極向襯底滲透，故要形成性能良好的晶體管就變得困難起來(lái)了。
對(duì)于上述現(xiàn)存問(wèn)題的說(shuō)明是就注入BF2的情況講述的。在注入B的情況下，雖然對(duì)于從柵極電極向襯底的硼滲透來(lái)說(shuō)比之注入BF2時(shí)的情況有所緩和(參看圖24和25)，但是，如圖13所示，由于源、漏區(qū)與襯底區(qū)域之間的pn結(jié)部分形成于較深的部位上，故在微型器件中的應(yīng)用是困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第1個(gè)目的涉及需要形成淺結(jié)的半導(dǎo)體器件，在不使特性劣化和不增加成本的情況下抑制擴(kuò)散、形成淺結(jié)以實(shí)現(xiàn)高性能的微型器件，特別是在同時(shí)實(shí)現(xiàn)使擴(kuò)散層硅化物化的自定位硅化物工藝和具有表面溝道型的p-MOSFET的雙柵極的時(shí)候，既抑制硼的滲透又形成低電阻的硅化物膜，從而形成淺結(jié)。
本發(fā)明的第2個(gè)目的是通過(guò)改善柵極氧化膜中的氮氧化層的構(gòu)造，提供高性能且高可靠性的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
為了達(dá)到上述第1個(gè)目的，本發(fā)明所采用的辦法是通過(guò)在不產(chǎn)生等級(jí)在因氮與半導(dǎo)體原子之間的碰撞而能檢測(cè)出的基準(zhǔn)值以上的缺陷的狀態(tài)下向雜質(zhì)擴(kuò)散層中導(dǎo)入氮，從而在防止缺陷所產(chǎn)生的特性劣化的同時(shí)改善雜質(zhì)擴(kuò)散層的濃度分布。
為了實(shí)現(xiàn)上述第2個(gè)目的，本發(fā)明所采用的辦法是通過(guò)至少在柵極氧化膜中漏極一側(cè)的端部設(shè)置氮氧化層而抑制熱載流子劣化和防止因柵極耗盡等產(chǎn)生的性能低下。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種半導(dǎo)體器件，其特征是包括半導(dǎo)體襯底；形成在上述半導(dǎo)體襯底中、含有用于生成載流子的第1種導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)的MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源區(qū)和漏區(qū)；含有氮的氮擴(kuò)散層，其中的氮在因與半導(dǎo)體原子的碰撞而導(dǎo)致的缺陷不超過(guò)檢測(cè)基準(zhǔn)值的狀態(tài)下導(dǎo)入包括上述源區(qū)和漏區(qū)的至少一部分的區(qū)域；上述源區(qū)和漏區(qū)內(nèi)的上述第1種導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)的濃度分布從半導(dǎo)體襯底內(nèi)靠近表面的區(qū)域的最大濃度位置向著上述半導(dǎo)體襯底的縱深方向減少，同時(shí)在達(dá)到上述最大濃度位置下方的規(guī)定位置之前其減少比率較大，而在比上述規(guī)定位置還向縱深方向的區(qū)域上減少比率較小。
這樣，由于雜質(zhì)擴(kuò)散層內(nèi)的第1種導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)的擴(kuò)散將因氮的存在而受到抑制。故雜質(zhì)擴(kuò)散層中的第1種導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)濃度高的區(qū)域?qū)⒆兂蔀榧杏诎雽?dǎo)體襯底表面附近的區(qū)域內(nèi)。因此，雜質(zhì)擴(kuò)散層的表面電阻將變得極其小，利用具有這樣小的表面電阻的雜質(zhì)擴(kuò)散層，可以得到特性?xún)?yōu)良的各種半導(dǎo)體器件。而且，由于雜質(zhì)擴(kuò)散層內(nèi)的缺陷極其少，故還可避免對(duì)半導(dǎo)體器件的特性帶來(lái)的不利影響。而且，雜質(zhì)擴(kuò)散層內(nèi)的第1種導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)的濃度分布將變成為理想的分布，結(jié)果可以收到與本發(fā)明所提供的第1種半導(dǎo)體器體相同的效果。
根據(jù)本發(fā)明的上述半導(dǎo)體器件，還具備形成于上述源區(qū)和漏區(qū)之上的硅化物膜，且上述源區(qū)和漏區(qū)內(nèi)的上述第1種導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)的最大濃度位置處于與上述硅化物膜之間的界面的緊下方。
由于達(dá)到因注入BF2而能限制擴(kuò)散的濃度的峰值不是在襯底表面緊下方附近而是位于從襯底表面稍許進(jìn)去一點(diǎn)的地方，故結(jié)果變成為在形成了硅化物膜后濃度的峰值位置在硅化物膜的緊下方。因此，雜質(zhì)擴(kuò)散后的表面電阻變得極小，同時(shí)還降低了結(jié)的反向漏電。
根據(jù)本發(fā)明的上述半導(dǎo)體器件，可以有以下特征上述MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有形成在上述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的有源區(qū)之上的柵極絕緣膜；形成在該柵極絕緣膜之上的柵極電極；形成在上述有源區(qū)之內(nèi)、位于上述柵極電極的兩側(cè)方向上的區(qū)域內(nèi)、含有第1種導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)的源區(qū)和漏區(qū)，在上述有源區(qū)內(nèi)的上述源區(qū)及漏區(qū)之間形成的、含有第2種導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)的溝道區(qū)。
這樣，就可以得到具有表面電阻小的源極區(qū)和漏極區(qū)的半導(dǎo)體器件。
根據(jù)本發(fā)明的上述半導(dǎo)體器件中，還可以具有由形成在上述柵極電極的兩側(cè)面上的絕緣性材料構(gòu)成的側(cè)壁；形成在上述有源區(qū)內(nèi)的上述源區(qū)和漏區(qū)之間、分別與上述源區(qū)和漏區(qū)相連的、含有濃度低于上述源區(qū)和漏區(qū)的第1種導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)的擴(kuò)展區(qū)，以及上述氮擴(kuò)散層從上述源區(qū)和漏區(qū)橫跨上述擴(kuò)展區(qū)而形成。
由于采用本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)，在溝道區(qū)中pn結(jié)部分將變淺，故可以減小溝道電阻。
本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征是包括下述工序第1工序，向半導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)導(dǎo)入第1種用于生成載流子的雜質(zhì)以形成MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源區(qū)和漏區(qū)；第2工序，向上述半導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)導(dǎo)入氮而形成氮擴(kuò)散層，氮的導(dǎo)入要使得因與半導(dǎo)體原子之間的碰撞而產(chǎn)生的缺陷不超過(guò)檢測(cè)基準(zhǔn)值；第3工序，加熱上述半導(dǎo)體襯底，使上述第1種用于生成載流子的雜質(zhì)激活，以及形成上述氮擴(kuò)散層，使之至少與上述源區(qū)和漏區(qū)重疊。
采用這種方法，易于形成前面所述的本發(fā)明的第2種半導(dǎo)體器件。只不過(guò)第2工序和第3工序可以連續(xù)地進(jìn)行。
在本發(fā)明的上述半導(dǎo)體器件的制造方法中，所述第2工序可通過(guò)在至少含有氮的氣氛中加熱處理上述半導(dǎo)體襯底的方法進(jìn)行。
采用這種方法，由于在氮擴(kuò)散層中不產(chǎn)生因注入氮離子使氮離子與半導(dǎo)體原子碰撞而導(dǎo)致的缺陷，故可得到?jīng)]有因該缺陷導(dǎo)致特性劣化的半導(dǎo)體器件。
在本發(fā)明的上述半導(dǎo)體器件的制造方法中，可以在氨氣氣氛中進(jìn)行上述第3工序。
采用這種方法，由于向半導(dǎo)體襯底內(nèi)導(dǎo)入氮的機(jī)能變得特別高，故可容易且迅速地形成氮擴(kuò)散層。
在本發(fā)明的上述半導(dǎo)體器件的制造方法中，理想的是，在溫度為900℃以上、時(shí)間為10秒以下的條件下進(jìn)行上述第3工序。
根據(jù)本發(fā)明的上述半導(dǎo)體器件的制造方法中，可以在至少含氮的氣氛中用產(chǎn)生等離子體的辦法進(jìn)行上述第2工序。
即使用這種方法，也可以在幾乎沒(méi)有缺陷的狀態(tài)下形成氮擴(kuò)散層。
根據(jù)本發(fā)明，還可以在本發(fā)明的上述又一種半導(dǎo)體器件的制造方法中的上述第3工序之后具備在上述源區(qū)和漏區(qū)之上形成硅化物膜的工序。
采用這種方法，可以形成具有硼之類(lèi)的雜質(zhì)滲透少和表面電阻小的源區(qū)和漏區(qū)的MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
根據(jù)本發(fā)明，在上述的各種半導(dǎo)體器件的制造方法中，還可以具有以下特征在上述半導(dǎo)體襯底內(nèi)設(shè)有MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成區(qū)，還具備在上述第1工序之前、在上述MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成區(qū)上形成柵極絕緣膜和柵極電極的工序，以及在上述形成了上述柵極絕緣膜和柵極電極之后的第1工序中，向上述MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成區(qū)內(nèi)位于上述柵極電極兩側(cè)方向上的區(qū)域上導(dǎo)入上述第1種用于生成載流子的雜質(zhì)，以形成上述MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源區(qū)和漏區(qū)。
采用這種方法，可以形成具有表面電阻小的源區(qū)和漏區(qū)的MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
在本發(fā)明的上述半導(dǎo)體器件的制造方法中，在形成上述柵極絕緣膜和柵極電極的工序和上述第1工序之間還包括下列工序向上述MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成區(qū)中位于上述柵極電極兩側(cè)的區(qū)域內(nèi)導(dǎo)入濃度低于導(dǎo)入到上述源區(qū)和漏區(qū)中上述第1種用于生成載流子的雜質(zhì)濃度的、相同導(dǎo)電類(lèi)型的第2種用于生成載流子的雜質(zhì)，以形成擴(kuò)展區(qū)；以及在上述柵極電極的兩側(cè)面上形成絕緣體側(cè)壁；在上述第1工序中，向上述MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成區(qū)中位于上述柵極電極和絕緣體側(cè)壁的兩側(cè)方向的區(qū)域內(nèi)導(dǎo)入上述第1種用于生成載流子的雜質(zhì)，在上述第2工序中，形成上述氮擴(kuò)散層，使其包括形成在上述絕緣體側(cè)壁之下的上述擴(kuò)展區(qū)的至少一部分。
采用這種方法，可以得到表面電阻小且抗熱載流子性大的晶體管。
根據(jù)本發(fā)明的上述半導(dǎo)體器件的制造方法，在形成上述柵極絕緣膜和柵極電極的工序和上述第1工序之間還包括下列工序向上述MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成區(qū)中位于上述柵極電極兩側(cè)的區(qū)域內(nèi)導(dǎo)入濃度低于導(dǎo)入到上述源區(qū)和漏區(qū)中上述第1種用于生成載流子的雜質(zhì)濃度的、相同導(dǎo)電類(lèi)型的第2種用于生成載流子的雜質(zhì)，以形成擴(kuò)展區(qū)；以及在上述柵極電極的兩側(cè)面上形成絕緣體側(cè)壁；在上述第1工序中，向上述MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成區(qū)中位于上述柵極電極和絕緣體側(cè)壁的兩側(cè)方向的區(qū)域內(nèi)導(dǎo)入上述第1種用于生成載流子的雜質(zhì)，在上述第2工序中，形成上述氮擴(kuò)散層，使其包括形成在上述絕緣體側(cè)壁之下的上述擴(kuò)展區(qū)的至少一部分。
采用這種方法，可以形成具有LDD結(jié)構(gòu)、溝道電阻小的晶體管。
根據(jù)本發(fā)明的上述的半導(dǎo)體器件的制造方法，在形成上述柵極絕緣膜和柵極電極的工序和上述第1工序之間還包括下列工序向上述MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成區(qū)中位于上述柵極電極的兩側(cè)的區(qū)域內(nèi)導(dǎo)入濃度低于導(dǎo)入到上述源區(qū)和漏區(qū)中的上述第1種用于生成載流子的雜質(zhì)濃度、導(dǎo)電類(lèi)型相反的第3種用于生成載流子的雜質(zhì)，以在上述擴(kuò)展區(qū)的下方形成凹處區(qū)。
采用這種方法，可以形成抑制短溝道效應(yīng)的性能極高的晶體管。
根據(jù)本發(fā)明，在本發(fā)明的上述半導(dǎo)體器件的制造方法中，上述第2工序可在形成上述柵極絕緣膜和柵極電極的工序和上述第1工序之前進(jìn)行，且可在遍及上述MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成區(qū)的整個(gè)橫向方向上形成氮擴(kuò)散層。
用這種方法，可以得到溝道電阻極小的晶體管。
根據(jù)本發(fā)明，在本發(fā)明的上述的半導(dǎo)體器件的制造方法中的上述第3工序之后，還可以具備在上述源區(qū)和漏區(qū)及柵極電極之上形成硅化物膜的工序。
采用這種方法，可以得到具有硼之類(lèi)的雜質(zhì)的滲透少且表面電阻小的源區(qū)和漏區(qū)的MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件把MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上，其特征在于上述MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括形成在半導(dǎo)體襯底的一部分上的有源區(qū)；形成于上述有源區(qū)之上的柵極氧化膜；形成于上述柵極氧化膜之上的柵極電極；向位于上述柵極電極兩側(cè)的上述有源區(qū)內(nèi)的區(qū)域中導(dǎo)入雜質(zhì)而形成的源區(qū)和漏區(qū)；形成于上述柵極氧化膜的兩個(gè)端部中至少上述漏極區(qū)一側(cè)的端部上的氮氧化層；以及還包括形成在上述源區(qū)和漏區(qū)內(nèi)至少漏區(qū)的一部分中的氮擴(kuò)散層，上述氮擴(kuò)散層形成得比上述源區(qū)和漏區(qū)薄。
這樣，由于僅在柵極氧化膜的端部形成有氮氧化層，故可以防止因妨礙柵極電極中的雜質(zhì)向下方擴(kuò)散或柵極電極的耗盡等等而導(dǎo)致的晶體管性能的劣化。另一方面，雖然熱載流子劣化的原因是熱載流子被漏極一側(cè)的柵極絕緣膜捕獲，但因?yàn)橄襁@樣在成為劣化根由的漏極一側(cè)柵極氧化膜上有效地形成有氮氧化層，故得以提高熱載流子可靠性。同時(shí)，由于可用形成于半導(dǎo)體襯底內(nèi)的氮擴(kuò)散層防止離子注入時(shí)的成溝道作用，故將變成為可穩(wěn)定地形成源極區(qū)和漏極區(qū)的構(gòu)造，使晶體管的特性穩(wěn)定下來(lái)。此外，由于半導(dǎo)體襯底內(nèi)特別是表面附近的區(qū)域中的雜質(zhì)濃度會(huì)變高，故得以減小表面電阻。
按照本發(fā)明，理想的是在本發(fā)明的上述半導(dǎo)體器件中，在上述柵極氧化膜的兩個(gè)端部形成上述氮氧化層。
這樣，就可更為確實(shí)地得到抑制熱載流子劣化的功能。
按照本發(fā)明所述的半導(dǎo)體器件，其理想的特征可以是在半導(dǎo)體襯底上設(shè)有nMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管和pMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管；所述的MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管為上述nMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶管，上述pMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有形成于上述半導(dǎo)體襯底的一部分上的有源區(qū)；形成于上述有源區(qū)之上的柵極氧化膜；形成于上述柵極氧化膜之上的柵極電極；向位于內(nèi)上述柵極兩側(cè)的上述有源區(qū)之內(nèi)的區(qū)域中導(dǎo)入雜質(zhì)形成的源區(qū)和漏區(qū)，以及在上述pMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極氧化膜的端部沒(méi)有形成氮氧化層。
這樣，在nMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，可收到與上述第1種半導(dǎo)體器件的作用相同的作用。另一方面，在pMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，由于沒(méi)有在柵極氧化膜上形成氮氧化層，故可以避免互導(dǎo)的降低。
在本發(fā)明的上述半導(dǎo)體器件中，上述nMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管還可以具有至少形成在上述源極區(qū)和漏極區(qū)內(nèi)的一部分上的氮擴(kuò)散層。
這樣一來(lái)，可起到與上面所述的同樣的效果。
根據(jù)本發(fā)明，可以把上述氮擴(kuò)散層形成得比上述源極區(qū)和漏極區(qū)的任一區(qū)域都薄。
這樣，可以起到相同的效果。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在本發(fā)明的上述各半導(dǎo)體器件中，還可在上述柵極電極的上邊具備與上述柵極電極同時(shí)被圖形化了的柵極上絕緣膜。
這樣，在用雜質(zhì)的離子注入或熱擴(kuò)散、等離子體氮化等方法向柵極氧化膜的端部導(dǎo)入氮以形成氮氧化層之際，由于成為了柵極電極的上邊已被絕緣膜保護(hù)起來(lái)的構(gòu)造，故可以確實(shí)地防止因柵極電極的耗盡化而導(dǎo)致的晶體管性能的劣化。
本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體器件的制造方法，所述半導(dǎo)體器件具有MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是包括下列工序第1工序，用于在半導(dǎo)體襯底上形成把有源區(qū)圍起來(lái)的器件隔離；第2工序，用于在上述有源區(qū)之上淀積氧化膜和導(dǎo)體膜；第3工序，用于使上述氧化膜和導(dǎo)體膜形成圖形，分別形成上述MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極氧化膜和柵極電極；第4工序，用于向上述柵極氧化膜的兩個(gè)端部之內(nèi)至少漏極一側(cè)的端部導(dǎo)入氮，以形成氮氧化層；以及第5工序，用于向上述有源區(qū)中位于上述柵極電極兩側(cè)方向的區(qū)域?qū)氲?種導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)以形成上述MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源區(qū)和漏區(qū)，其中，在上述第4工序中，還同時(shí)向上述源區(qū)和漏區(qū)導(dǎo)入氮，以形成氮氧化層。
采用該方法，可得到具有本發(fā)明所提供的第1種半導(dǎo)體器件。
根據(jù)本發(fā)明的上述半導(dǎo)體器件的制造方法，可以在上述第4工序中，從至少包括相對(duì)于與半導(dǎo)體襯底表面垂直的方向朝著上述漏極區(qū)一側(cè)傾斜的方向在內(nèi)的方向上注入氮離子。
由于采用這種方法可以大傾斜角注入氮離子、故可以?xún)H僅在柵極氧化膜的端部形成氮氧化層。這時(shí)，和向整個(gè)柵極電極注入離子相比，由于即使注入能量弱、氮離子濃度低，也可形成足以抑制熱載流子劣化的氮氧化層，故不會(huì)招致柵極電極的耗盡。此外，由于被注入到半導(dǎo)體襯底內(nèi)的氮的量變少，故有源區(qū)中的結(jié)晶性的混亂也將盡可能地減少。因此結(jié)果能形成可靠性高且性能良好的晶體管。并可以形成具有表面電阻小的源極區(qū)和漏極區(qū)的晶體管。
根據(jù)本發(fā)明的上述半導(dǎo)體器件的制造方法，可以在上述第4工序中，從至少包括相對(duì)于與半導(dǎo)體襯底表面垂直的方向朝著上述源極一側(cè)傾斜的方向在內(nèi)的兩個(gè)以上的方向上注入雜質(zhì)離子。
采用這一方法可以在柵極氧化膜的兩個(gè)端部形成氮氧化層，故可形成熱載流子劣化更少的晶體管。
根據(jù)本發(fā)明的上述半導(dǎo)體器件的制造方法，還可以在上述第4工序中，從在平行于上述晶體管的溝道方向的斷面內(nèi)、且相對(duì)于垂直于上述半導(dǎo)體襯底表面的方向傾斜10°以上的方向上注入雜質(zhì)離子。
采用這種方法，可以確實(shí)地在柵極氧化膜的端部形成氮氧化層。
根據(jù)本發(fā)明，還可以在上述半導(dǎo)體器件的制造方法中、在氨氣氣氛中進(jìn)行上述第4工序。
而且，根據(jù)本發(fā)明，還可以在本發(fā)明的前述的制造方法中采用使在含氮的氣體氣氛中產(chǎn)生等離子體的辦法進(jìn)行上述第4工序。
使用本發(fā)明的上述幾種半導(dǎo)體器件的制造方法，也可得到與上述的本發(fā)明的制造方法相同的效果。
在本發(fā)明的上述各個(gè)半導(dǎo)體器件的制造方法中，還可以在上述第4工序之前，包括以上述柵極電極為掩模向半導(dǎo)體襯底內(nèi)導(dǎo)入低濃度的第1種導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)以形成低濃度源區(qū)和漏區(qū)的工序；在上述第4工序之后及上述第5工序之前還包括在上述柵極電極的兩側(cè)面上形成絕緣體側(cè)壁的工序。
采用這種方法，可以形成具有LDD結(jié)構(gòu)、具有表面電阻小的源區(qū)和漏區(qū)的晶體管。
在本發(fā)明的上述各個(gè)半導(dǎo)體器件的制造方法中還可以在上述第5工序之后包括在上述源區(qū)和漏區(qū)的上邊形成至少含有金屬的硅化物膜的工序。
采用這種方法可以形成具有表面電阻極其之小的源極和漏極的晶體管。
在本發(fā)明的上述各個(gè)半導(dǎo)體器件的制造方法中的上述第2工序中還在上述導(dǎo)體膜之上淀積絕緣膜；在上述第3工序中可與上述導(dǎo)體膜和氧化膜同時(shí)使上述絕緣膜形成圖形，從而在上述柵極電極的上邊形成柵極上絕緣膜。
采用這種方法可以抑制氮向柵極電極中的導(dǎo)入量，故可以確實(shí)地防止因柵極電極耗盡而導(dǎo)致的晶體管驅(qū)動(dòng)力下降的問(wèn)題。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法中，還可以具有以下特征在上述第1工序中，形成器件隔離，用于單獨(dú)地把用來(lái)形成nMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的第1有源區(qū)和形成上述pMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的第2有源區(qū)圍起來(lái)，在上述第2工序中，在上述第1和第2有源區(qū)的上邊淀積氧化膜和導(dǎo)體膜，在上述第3工序中，使上述氧化膜和導(dǎo)體膜形成圖形，在上述第1和第2有源區(qū)的上邊分別形成nMOS型、pMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極氧化膜和柵極電極，在上述第4工序中，向上述nMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極氧化膜的兩個(gè)端部中至少漏極一側(cè)的端部?jī)?nèi)導(dǎo)入氮，以形成氮氧化層，在上述第5工序中，分別向上述第1和第2有源區(qū)中位于上述柵極電極的兩側(cè)方向的區(qū)域內(nèi)導(dǎo)入第1、第2種導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)，以形成上述nMOS型和pMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源區(qū)和漏區(qū)。
采用這種方法，可在第1有源區(qū)中制造可靠性高且性能良好的nMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。另一方面，在第2有源區(qū)中，由于不形成氮氧化層，故可以形成互導(dǎo)特性良好的pMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
根據(jù)本發(fā)明的上述半導(dǎo)體器件的制造方法，在上述第3工序之后、第5工序之前還包括形成覆蓋上述第2有源區(qū)的第1掩模部件的工序，以及在上述第4工序中，在形成了上述第1掩模部件的狀態(tài)下，采用從上述第1有源區(qū)上方且至少包括向漏區(qū)一側(cè)傾斜的方向在內(nèi)的方向上注入氮離子的方法形成上述氮氧化層。
采用這種方法可容易地制造出可靠性高且性能良好的nMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
根據(jù)本發(fā)明上述半導(dǎo)體器件的制造方法，還可包括下列工序在上述第3工序之后、第5工序之前，形成覆蓋上述第1有源區(qū)的第2掩模部件的工序；以及在形成了上述第2掩模部件的狀態(tài)下，從垂直于上述半導(dǎo)體襯底表面的方向上，向上述第2有源區(qū)內(nèi)注入氮離子的工序。
采用這種方法，由于可以在第2有源區(qū)內(nèi)形成氮擴(kuò)散層，故可以防止第5工序中形成源區(qū)和漏區(qū)時(shí)的雜質(zhì)離子的成溝作用，以穩(wěn)定源區(qū)和漏區(qū)的形成。
本發(fā)明的上述半導(dǎo)體器件的制造方法還可以具有以下特征在上述第2工序中，還在上述導(dǎo)體膜之上淀積絕緣膜，在上述第3工序中，使上述絕緣膜與上述導(dǎo)體膜和氧化膜同時(shí)形成圖形，以在上述第1和第2有源區(qū)內(nèi)的上述柵極電極之上形成柵極上絕緣膜。
采用這種方法，可以形成柵極電極的耗盡小、驅(qū)動(dòng)力大的CMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
本發(fā)明的效果如下若采用本發(fā)明的第1種半導(dǎo)體器件，由于在半導(dǎo)體襯底的雜質(zhì)擴(kuò)散層中設(shè)有含氮的氮擴(kuò)散層，(該氮是在與半導(dǎo)體源子之間的碰撞所產(chǎn)生的缺陷低于檢測(cè)等級(jí)的狀態(tài)下導(dǎo)入的)，并把具有這種氮擴(kuò)散層的雜質(zhì)擴(kuò)散層應(yīng)用到MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源區(qū)和漏區(qū)、擴(kuò)散區(qū)、溝道區(qū)等等，或者應(yīng)用到雙極型晶體管的基極區(qū)或者發(fā)射極區(qū)等等中去，故可以提供具有高濃度區(qū)域已集中起來(lái)的雜質(zhì)擴(kuò)散層且特性良好的半導(dǎo)體器件。
若采用本發(fā)明的第2種半導(dǎo)體器件，則由于作為設(shè)置有MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的半導(dǎo)體器件或其制造方法，在柵極氧化膜的至少漏極一側(cè)的端部已設(shè)有氮氧化層，故可以提供幾乎沒(méi)有熱載流子劣化的、可靠性高的、且沒(méi)有柵極耗盡等的高性能的半導(dǎo)體器件。
倘采用本發(fā)明的第1種半導(dǎo)體器件的制造方法，由于作為半導(dǎo)體器件的制造方法向半導(dǎo)體襯底的雜質(zhì)擴(kuò)散層中導(dǎo)入氮，使得因與半導(dǎo)體原子之間的碰撞而導(dǎo)致的缺陷不超過(guò)檢測(cè)等級(jí)，且形成高濃度區(qū)集中起來(lái)的雜質(zhì)擴(kuò)散層，故可以制造特性良好的半導(dǎo)體器件。
采用本發(fā)明的第2種半導(dǎo)體器件的制造方法，由于作為已設(shè)置有MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的半導(dǎo)體器件的制造方法，至少在柵極氧化膜的漏極一側(cè)的端部形成氮氧化層，故可以制造幾乎沒(méi)有熱載流子劣化的高可靠性的、且沒(méi)有柵極耗盡等的高性能的半導(dǎo)體器件。


以下說(shuō)明附圖。
圖1的斷面圖示出了第1實(shí)施例的nMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造工序。
圖2的斷面圖示出了第2實(shí)施例的nMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造工序。
圖3的斷面圖示出了第3實(shí)施例的CMOS器件的制造工序。
圖4的斷面圖示出了第4實(shí)施例的CMOS器件的制造工序。
圖5的斷面圖示出了第5實(shí)施例的CMOS器件的制造工序。
圖6的斷面圖示出了第6實(shí)施例的CMOS器件的制造工序。
圖7的斷面圖示出了第7實(shí)施例的雜質(zhì)擴(kuò)散層的制造工序。
圖8示出的是已導(dǎo)入了硼、BF2擴(kuò)散層和未導(dǎo)入氮的硼、BF2擴(kuò)散層的濃度分布。
圖9的流程圖示出了第8實(shí)施例的pMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造工序。
圖10的流程圖示出了第8實(shí)施例的pMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造工序。
圖11示出的是用于說(shuō)明第8實(shí)施例的效果的有關(guān)閾值與柵極長(zhǎng)度的依賴(lài)特性的數(shù)據(jù)。
圖12示出的是用于說(shuō)明第8實(shí)施例的效果的有關(guān)飽和電流特性的數(shù)據(jù)。
圖13示出的是用于說(shuō)明第8實(shí)施例的效果的有關(guān)接觸電阻對(duì)硅化物化區(qū)域面積的依賴(lài)特性的數(shù)據(jù)。
圖14示出的是用于說(shuō)明第8實(shí)施例的數(shù)據(jù)的有關(guān)n溝一側(cè)晶體管的柵極電阻對(duì)柵極寬度的依賴(lài)特性的數(shù)據(jù)。
圖15示出的是用于說(shuō)明第8實(shí)施例的數(shù)據(jù)的有關(guān)表面電阻對(duì)硅化物寬度的依賴(lài)特性的數(shù)據(jù)。
圖16的斷面圖用于說(shuō)明第8實(shí)施例的pMOS型場(chǎng)效應(yīng)的晶體管的源區(qū)和漏區(qū)與僅僅注入硼而得到的現(xiàn)有的pMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源區(qū)和漏區(qū)的不同。
圖17用來(lái)說(shuō)明產(chǎn)生第8實(shí)施例的pMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源、漏區(qū)與僅僅注入硼而得到的現(xiàn)有的pMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源、漏區(qū)的不同的理由。
圖18的斷面圖示出了第9實(shí)施例的pMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造工序。
圖19的斷面圖示出了第10實(shí)施例的pMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造工序。
圖20的斷面圖示出了第11實(shí)施例的pMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造工序。
圖21的斷面圖示出了第12實(shí)施例的npn雙極型晶體管的制造工序。
圖22的斷面圖示出了現(xiàn)有的nMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造工序。
圖23示出的是現(xiàn)有的pMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源、漏區(qū)中硼和BF2的濃度分布。
圖24示出的是現(xiàn)有的具有注入硼、BF2而形成的源、漏區(qū)的pMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的準(zhǔn)靜態(tài)C-V特性。
圖25示出的是現(xiàn)有的pMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的平帶電壓對(duì)硼和BF2的注入劑量的依賴(lài)性。
具體實(shí)施例方式
第1實(shí)施例圖1(a)～(d)是第1nMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造工序的斷面圖。
首先，在示于圖1(a)的工序中，先在硅襯底1的一部分上形成器件隔離4，再用熱氧化等方法在被器件隔離4圍起來(lái)的有源區(qū)內(nèi)的硅襯底1上邊形成厚度為7nm的氧化膜，再在其上淀積厚度為150nm的多晶硅膜，之后，用光刻和干蝕工序?qū)⒀趸ず投嗑Ч枘た坛鰣D形，形成柵極氧化膜2和柵極電極3。另外，為了確保柵極電極3的導(dǎo)電性，在用CVD法進(jìn)行淀積時(shí)或淀積之后，用離子注入法向多晶硅膜中摻入n型雜質(zhì)，這一點(diǎn)，在后述各實(shí)施例中都是相同的。
其次，在示于圖1(b)的工序中，在平行于晶體管的溝道方向的斷面上用從相對(duì)于與半導(dǎo)體襯底表面垂直的方向傾斜25°的方向上進(jìn)行的4步離子注入法，以能量10KeV、劑量1×1015cm-2的條件注入氮離子(N+)。這時(shí)，在4步離子注入法中，預(yù)先固定好雜質(zhì)離子注入方向，然后使硅襯底1在水平面內(nèi)每次90°依次旋轉(zhuǎn)4個(gè)位置以進(jìn)行雜質(zhì)離子的注入。之后，用熱處理使氮離子擴(kuò)散，分別在柵極氧化膜2的兩個(gè)端部形成氮氧化層5a，在硅襯底1內(nèi)形成氮擴(kuò)散層6a。在這一工序中，氮離子的注入能量為5-20KeV，劑量為1×1013～5×1015cm-2，理想的注入方向的傾角為7°～45°。
另外，在本實(shí)施例中，由于用4步離子注入法注入氮離子，故雖然向柵極氧化膜2的兩端打入了雜質(zhì)離子，但也可以從僅僅向漏極區(qū)一側(cè)傾斜的一個(gè)方向上注入雜質(zhì)離子。此外，雜質(zhì)離子注入方向也可不和晶體管的溝道方向(即與圖1中平行于紙面的方向)一致。即，只要離子注入方向在與柵極寬度方向垂直的面(圖1的紙面)上的投影線(xiàn)與襯底的法線(xiàn)之間的角度大于10°，就可發(fā)揮本發(fā)明的效果。上述這一點(diǎn)，對(duì)以后的各實(shí)施例也是一樣的。
在示于圖1(c)的工序中，用在大體上垂直方向進(jìn)行的離子注入法，在能量為10KeV，劑量為1×1015cm-2的條件下注入砷離子(As+)，在硅襯底1內(nèi)部的表面附近的區(qū)域形成n型低濃度源、漏區(qū)7。另外，由于在硅襯底1內(nèi)已形成的氮擴(kuò)散層6a，故即使從垂直方向上注入雜質(zhì)離子也不會(huì)產(chǎn)生成溝作用。
其次，在示于圖1(d)的工序中，在襯底上邊淀積了較厚的硅氧化膜之后進(jìn)行回蝕，并在柵極電極3的兩側(cè)面上形成了側(cè)壁8之后，再用從基本垂直的方向上進(jìn)行的離子注入法，在能量為30KeV、劑量為5×1015cm-2的條件下注入砷離子(As+)，在側(cè)壁8的兩側(cè)形成n形高濃度源、漏區(qū)。
在用本實(shí)施例的制造工序形成的nMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，和上述現(xiàn)有的設(shè)有氮氧化層的晶體管結(jié)構(gòu)不一樣，僅僅在柵極氧化膜的兩個(gè)端部形成有氮氧化層5a。一般說(shuō)，熱載流子劣化的主要原因在于熱載流子被漏極一側(cè)的柵極氧化膜捕獲。因此，像本實(shí)施例這樣，如果至少在柵極氧化膜2的漏極一側(cè)的端部(在本實(shí)施例中是兩個(gè)端部)上形成有氮氧化層5a，則可以防止熱載流子劣化。
另一方面，由于只要像這樣通過(guò)從大傾斜角方向進(jìn)行的離子注入僅僅向柵極氧化膜2的端部注入氮離子即可，故即便是用約1×1015cm-2的低劑量和10KeV的低注入能量注入氮離子也可以形成氮氧化層5a。在像前述現(xiàn)有的方法那樣在柵極氧化膜的整個(gè)區(qū)域中形成氮氧化層的情況下，由于必須加濃氮離子的劑量，故引起了柵極電極耗盡。對(duì)比，由于在本實(shí)施例的方法中氮離子劑量可以很少，故不會(huì)招致柵極電極3的耗盡。
另外，在示于圖1(b)的工序中，由于形成于硅襯底1內(nèi)的氮擴(kuò)散層6a的厚度很薄，故結(jié)晶性混亂的區(qū)域只是很小一部分。還有，由于氮擴(kuò)散層6a中的氮離子的濃度較低，故也可以使硅襯底1中的結(jié)晶性的混亂程度限于最小限度。因而可以抑制晶體管性能的劣化，且可以提高晶體管的可靠性。
還有，本實(shí)施例雖然是在柵極氧化膜2的兩個(gè)端部上形成了氮氧化層5a，但只要至少在柵極氧化膜2的漏極一側(cè)的端部上形成有氮氧化膜5a即可。這一點(diǎn)在后述各實(shí)施例中也都一樣。
第2實(shí)施例圖2(a)～(d)的斷面圖示出了第2實(shí)施例的nMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造工序。
首先，在示于圖2(a)的工序中，在硅襯底1的一部分上形成器件隔離4，在用器件間隔4圍起來(lái)的有源區(qū)內(nèi)的硅襯底1上邊用熱氧化等辦法形成厚度為7nm的氧化膜。再在其上淀積厚度為150nm的多晶硅膜和厚度為150nm的氧化膜。之后，用光刻和干蝕工藝使氧化膜和多晶硅膜形成圖形，形成柵極氧化膜2、柵極電極3和柵極上氧化膜10。
其次，在示于圖2(b)的工序中，用4步離子注入法，從相對(duì)于與硅襯底1表面的垂直方向傾斜25°的方向上、在能量為10KeV、劑量為1×1015cm-2的條件下注入氮離子(N+)。這時(shí)，在4步離子注入法中預(yù)先固定好雜質(zhì)離子的注入方向，使硅襯底1在水平面內(nèi)每次90°地依次旋轉(zhuǎn)，在此4個(gè)位置上進(jìn)行離子注入。之后，通過(guò)熱處理使氮離子擴(kuò)散，在柵極氧化膜2的兩個(gè)端部形成氮氧化膜5a，在硅襯底1內(nèi)形成氮擴(kuò)散層6。在這一工序中，理想的氮離子注入能量為5～30KeV，劑量為1×1013～5×1015cm-2，注入方向的傾角為7°～45°。
在示于圖2(c)的工序中，用從大體上垂直方向進(jìn)行的離子注入法、在能量為10KeV、劑量為1×1014cm-2的條件下注入砷離子(As+)，在硅襯底1內(nèi)的表面附近的區(qū)域上形成n型低濃度源、漏區(qū)7。
其次，在示于圖2(d)的工序中，在襯底上淀積較厚的硅氧化膜，之后進(jìn)行回蝕，并在柵極電極3的兩側(cè)面上形成了側(cè)壁8之后，再通過(guò)從大體垂直的方向上進(jìn)行的離子注入法，在能量為30KeV、劑量為5×1015cm-2的條件下注入砷離子(As+)，在側(cè)壁8的兩側(cè)形成n型高濃度源、漏區(qū)9。
在本實(shí)施例中，除去上述第1實(shí)施例的效果之外，由于在柵極電極3的上邊形成有柵極上氧化膜10，故在示于圖2(b)的工序中，向柵極電極3內(nèi)注入的氮的量將大幅度地減少。因此，可以更確實(shí)地抑制因柵極電極3的耗盡而引起的晶體管的特性劣化。另外，即使增大氮離子的注入能量，也不會(huì)招致柵極電極3的耗盡，故可以擴(kuò)大條件的選擇范圍。
第3實(shí)施例圖3(a)～(d)示出了第3實(shí)施例的CMOS器件的制造工序。
首先，在示于圖3(a)的工序中，在硅襯底1的上邊形成把自身為第1有源區(qū)的nMOSFET形成區(qū)Rnfet和自身為第2有源區(qū)的pMOSFET形成區(qū)Rpfet分隔開(kāi)來(lái)的器件隔離4。接著，在分別被器件隔離4圍起來(lái)的區(qū)域Rnfet、Rpfet內(nèi)的硅襯底1上，用熱氧化等辦法形成厚7nm的氧化膜，再在其上淀積厚度為150nm的多晶硅膜。之后，用光刻和干蝕工序使氧化膜和多晶硅膜圖形化，在各個(gè)區(qū)域Rnfet、Rpfet上分別形成柵極氧化膜2和柵極電極3。另外，為了確保柵極電極3的導(dǎo)電性，通過(guò)用CVD法進(jìn)行淀積時(shí)或淀積后的離子注入，分別向各區(qū)域Rnfet、Rpfet中摻入n型雜質(zhì)和p型雜質(zhì)。這一點(diǎn)，在后邊要講的第4～6實(shí)施例中也是相同的。
其次，在示于圖3(b)的工序中，形成把pMOSFET形成區(qū)Rpfet覆蓋起來(lái)的光刻膠膜Fr1，并以該光刻膠膜Fr1為掩膜、用從相對(duì)于與硅襯底1的表面垂直的方向傾斜25°的方向上進(jìn)行4步離子注入法，在能量為10Kev、劑量為1×1015cm-2的條件下注入氮離子之后，通過(guò)熱處理使氮離子擴(kuò)散，分別在nMOSFET形成區(qū)Rnfet的柵極氧化膜2的兩個(gè)端部形成氮氧化層5a，在硅襯底1內(nèi)形成氮擴(kuò)散層6a。接著，無(wú)需在pMOSFET形成區(qū)Rpfet內(nèi)形成氮氧化層5a和氮擴(kuò)散層6a，即進(jìn)入下一工序。
在示于圖3(c)的工序中，在nMOSFET形成區(qū)Rnfet和pMOSFET形成區(qū)Rpfet上各自形成光刻膠膜(未畫(huà)出)，分別在各區(qū)域Rnfet、Rpfet上形成低濃度源、漏區(qū)7和12。就是說(shuō)，用從大體垂直的方向上進(jìn)行的離子注入法，在能量為10KeV、劑量為1×1014cm-2的條件下向nMOSFET形成區(qū)Rnfet注入砷離子(As+)，形成n型低濃度的源、漏區(qū)7。用從大體上垂直的方向上進(jìn)行的離子注入法，在能量為10KeV、劑量為1×1014cm-2的條件下，向pMOSFET形成區(qū)Rpfet中注入氟化硼離子(BF2+)，形成p型低濃度源、漏區(qū)12。
接著，在示于圖3(d)的工序中，在襯底上淀積了較厚的硅氧化膜之后進(jìn)行回蝕，在柵極電極3的兩側(cè)面上形成了側(cè)壁8之后，在nMOSFET形成區(qū)Rnfet和pMOSFET形成區(qū)Rpfet上各自形成光刻膠膜(沒(méi)畫(huà)出來(lái))，在各區(qū)域Rnfet、Rpfet上形成高濃度源、漏區(qū)9、13。即，用在大體垂直的方向上進(jìn)行的離子注入法，在能量為30KeV、劑量為5×1015cm-2的條件下向nMOSFET形成區(qū)Rnfet中注入砷離子(As+)，在側(cè)壁8的兩側(cè)形成n型高濃度源、漏區(qū)9。通過(guò)從大體垂直的方向上進(jìn)行的離子注入法，在能量為30KeV、劑量為5×1015cm-2的條件下，向pMOSFET形成區(qū)Rpfet中注入氟化硼離子(BF2+)，在側(cè)壁8的兩側(cè)形成p型高濃度源、漏區(qū)。
在本實(shí)施例中，由于最終僅僅向nMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管中注入氮并形成了氮氧化層5a和氮擴(kuò)散層6a，故除了上述第3實(shí)施例的效果之外，還要加上可以抑制pMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管中互導(dǎo)劣化的效果。
第4實(shí)施例圖4(a)～(d)示出了第4實(shí)施例的CMOS器件的制造工序。
在本實(shí)施例中，用示于圖4(a)的工序進(jìn)行處理，除了在柵極電極3上形成柵極上氧化膜10這一點(diǎn)之外，其余工序和上述第3實(shí)施例中的圖3(a)～(d)的工序相同。
因此，在本實(shí)施例中，除去與上述第3實(shí)施例相同的效果之外，還要加上由于大幅度地降低了由柵極上氧化膜10向柵極電極3中注入的氮的量可更確實(shí)地防止因柵極電極3的耗盡而導(dǎo)致的晶體管性能劣化的效果。
第5實(shí)施例圖5(a)～(e)示出了第5實(shí)施例的CMOS器件的制造工序。
首先，在示于圖5(a)的工序中，在硅襯底1的一部分上形成器件隔離4，在被器件隔離4圍起來(lái)的有源區(qū)內(nèi)的硅襯底1上用熱氧化等辦法形成厚度為7nm的氧化膜，再在其上淀積厚度為150nm的多晶硅膜。之后，用光刻和干蝕工藝使氧化膜和多晶硅膜形成圖形，分別在nMOSFET形成區(qū)Rnfet和pMOSFET形成區(qū)Rpfet上形成柵極氧化膜2和柵極電極3。
其次，在示于圖5(b)的工序中，形成把pMOSFET形成區(qū)Rpfet覆蓋起來(lái)的光刻膠膜Fr1，并以該光刻膠膜Fr1為掩模，通過(guò)從相對(duì)垂直于硅襯底1上表面的方向傾斜25°的方向上進(jìn)行的4步離子注入法，以能量為10KeV、劑量為1×1015cm-2的條件注入了氮離子(N+)。之后，通過(guò)熱處理使氮離子擴(kuò)散，在nMOSFET形成區(qū)Rnfet的柵極氧化膜2的兩個(gè)端部形成氮氧化層5a，在硅襯底1內(nèi)形成氮擴(kuò)散層6a。
然后，在示于圖5(c)的工序中，形成把nMOSFET形成區(qū)Rnfet覆蓋起來(lái)的光刻膠膜Fr2，并以該光刻膜膠Fr2為掩模，通過(guò)從大體垂直的方向上進(jìn)行的離子注入法，在能量為10KeV、劑量為1×1015cm-2的條件下注入氮離子(N+)。之后，由熱處理使氮離子擴(kuò)散，在pMOSFET形成區(qū)Rpfet的硅襯底I內(nèi)形成氮擴(kuò)散層6。另外，在柵極氧化膜2內(nèi)形成有薄的氮氧化層5。
接著，在示于圖5(d)的工序中，在nMOSFET形成區(qū)Rnfet和pMOSFET形成區(qū)Rpfet上單獨(dú)形成光刻膠膜(未畫(huà)出)，在各區(qū)域Rnfet、Rpfet上分別形成低濃度的源、漏區(qū)7、12。即，通過(guò)從大體垂直的方向上進(jìn)行的離子注入法，在能量為10KeV、劑量為1×1014cm-2的條件下向nMOSFET形成區(qū)Rnfet中注入砷離子(As+)，形成n型低濃度源、漏區(qū)7。并通過(guò)在大體垂直的方向上進(jìn)行離子注入，在能量為10KeV、劑量為1×1014cm-2的條件下，向pMOSFET形成區(qū)Rpfet中注入氟化硼離子(BF2+)，形成p型低濃度源、漏區(qū)12。
其次，在示于圖5(e)的工序中，在襯底上淀積較厚的硅氧化膜之后進(jìn)行回蝕。在柵極電極3的兩側(cè)面上形成了側(cè)壁8之后，在nMOSFET形成區(qū)Rnfet和pMOSFET形成區(qū)Rpfet上各自形成光刻膠膜(未畫(huà)出)，在各區(qū)域Rnfet、Rpfet上形成高濃度源、漏區(qū)9、13。即，用從大體垂直的方向上進(jìn)行的離子注入法，在能量為30KeV、劑量為5×1015cm-2的條件下向nMOSFET形成區(qū)Rnfet中注入砷離子(As+)，在側(cè)壁8的兩側(cè)形成n型高濃度源、漏區(qū)9。通過(guò)從大體垂直的方向上進(jìn)行的離子注入法。在能量為30KeV、劑量為5×1015cm-2的條件下向pMOSFET形成區(qū)Rpfet中入氟化硼離子(BF2+)，在側(cè)壁8的兩側(cè)形成p型高濃度源、漏區(qū)13。
用本實(shí)施例的制造工序形成的CMOS器件雖然和用上述第3實(shí)施例的制造工序形成的CMOS器件具有大體相同的結(jié)構(gòu)，但和上述第3實(shí)施例不同的是在pMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的硅襯底1內(nèi)形成了氮擴(kuò)散層6。因此，除了與第3實(shí)施例的上述效果相同外，還有即使是在pMOSFET形成區(qū)Rpfet中也具有防止注入時(shí)的成溝作用的效果，可以穩(wěn)定地形成源、漏區(qū)。此外，在pMOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，由于用從大體垂直方向上進(jìn)行的離子注入法在柵極氧化膜2的柵極電極3內(nèi)形成氮氧化層(雖然很少)，故還具有可以盡可能抑制柵極電極3中的硼向硅襯底一側(cè)滲透的優(yōu)點(diǎn)。
第6實(shí)施例圖6(a)～(e)示出了第6實(shí)施例的CMOS器件的制造工序。
在本實(shí)施例的制造工序中，進(jìn)行與上述第5實(shí)施例大體上相同的工序，在示于圖6(a)的狀態(tài)中，僅僅在柵極電極3之上形成有柵極上氧化膜10這一點(diǎn)與第5實(shí)施例不同。
在用本實(shí)施例的制造工序形成的CMOS器件中，由于已在柵極電極之上設(shè)置了柵極上絕緣膜10，故除了與上述第5實(shí)施例相同的效果之外，另一優(yōu)點(diǎn)是可以大幅度地減少向柵極電極3內(nèi)注入的氮的量。因而，可以更加確實(shí)地防止因柵極電極3的耗盡而導(dǎo)致的晶體管特性的劣化。
第7實(shí)施例圖7的斷面圖示出了本實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的制造工序，在本實(shí)施例中，參看圖7(a)～(c)對(duì)用于對(duì)p型擴(kuò)散層中的雜質(zhì)濃度的分布進(jìn)行改進(jìn)的工序進(jìn)行說(shuō)明。
首先，在示于圖7(a)的工序中，在加速能量為10KeV、劑量為2×1015cm-2的條件下向n型硅襯底21中注入硼離子(B+)。這時(shí)，也可不注入硼離子而代之以在加速能量為30KeV、劑量為2×1015cm-2的條件下注入BF2離子。采用注入硼或BF2離子的辦法形成之后將進(jìn)行激活處理的p型擴(kuò)散層22。
其次，在示于圖7(b)的工序中，將襯底置于通常的快速加熱退火處理(Papid Thermal Annealing)裝置內(nèi)，在流量為5升/分的氨氣氣氛中進(jìn)行900°、10秒鐘的熱處理。用這種辦法向硅襯底21內(nèi)導(dǎo)入氮、從硅襯底1的表面直至達(dá)到指定的深度為止的區(qū)域內(nèi)形成硼氮混合層23(氮擴(kuò)散層)。
再在示于圖7(c)的工序中采用用通?？焖偌訜嵬嘶鹧b置，在1000℃、10秒鐘下進(jìn)行用于激活的熱處理，在使p型擴(kuò)散層22內(nèi)的硼(或者BF2)激活的同時(shí)使之進(jìn)行擴(kuò)散，從而決定p型擴(kuò)散層22的范圍。另外，氮也與硼(或BF2)一起進(jìn)行擴(kuò)散。
圖8示出的是用本實(shí)施例形成的p型擴(kuò)散層22中的硼、BF2(實(shí)線(xiàn)的濃度分布曲線(xiàn)L1、L2)和氮(虛線(xiàn)的濃度分布曲線(xiàn)Ln)在深度方向上的濃度分布。另外，為了進(jìn)行比較，還示出了不在氨氣氣氛中進(jìn)行快速加熱熱處理、只進(jìn)行用于激活的熱處理的情況下的硼、BF2的濃度分布曲線(xiàn)L3、L4(虛線(xiàn))。在以下的說(shuō)明中，以用本實(shí)施例的制造方法形成的p型擴(kuò)散層，即以具有在注入了硼之后在氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行了快速加熱熱處理的源、漏區(qū)的擴(kuò)散層作為樣品a，以在30KeV下進(jìn)行了BF2離子注入之后，在氨氣氣氛中進(jìn)行了快速加熱熱處理的p型擴(kuò)散層為樣品b，以在10KeV下進(jìn)行硼離子注入后不在氨氣氣氛中進(jìn)行快速加熱處理的p型擴(kuò)散層為樣品C，以在30KeV下進(jìn)行BF2離子注入后不在氨氣氣氛中進(jìn)行快速加熱熱處理的p型擴(kuò)散層為樣品d。但是，在注入BF2離子的情況下與注入硼離子的情況下的注入能量之所以不同，是為了要對(duì)因質(zhì)量差而引起的注入深度的不同進(jìn)行補(bǔ)償?shù)木壒省?br> 從該圖可知，導(dǎo)入了硼和氮并在氨氣氣氛中進(jìn)行了快速加熱熱處理的樣品a的濃度分布曲線(xiàn)L1，因原來(lái)的雜質(zhì)擴(kuò)散層22中直到深約0.1μm為止的區(qū)域已變成了硼氮混合層23，故具有在該硼氮混合層23內(nèi)硼的濃度高的特征。樣品a中的硼的濃度與未導(dǎo)入氮的樣品C(曲線(xiàn)L3)相比，過(guò)了其峰值位置Peb之后，濃度急劇地減少了(圖中的區(qū)域L1a)，在某一點(diǎn)Pch1附近，其濃度的減小比率變小，之后，濃度比較緩慢地減少，變成近于未導(dǎo)入氮的樣品的C的濃度(圖中的區(qū)域L1b)。換句話(huà)說(shuō)，圖中的點(diǎn)Pch1相當(dāng)于把濃度作為深度的函數(shù)時(shí)的濃度的拐點(diǎn)。樣品a中的硼的濃度分布之所以呈現(xiàn)這種形態(tài)，是因?yàn)樵谶M(jìn)行用于激活的熱處理時(shí)，用硼氮混合層23內(nèi)的氮抑制硼的擴(kuò)散，結(jié)果是由于激活之后的硼產(chǎn)生了偏重存在于氮濃度高的區(qū)域(深度比約0.1μm的位置還靠上)的傾向的緣故。
此外，以往人們就提出了向半導(dǎo)體襯底內(nèi)導(dǎo)入氮的方案，但是在這種情況下，要用氮離子的注入來(lái)進(jìn)行。按一般的常識(shí)，人們認(rèn)為利用在氨氣之類(lèi)的氣氛中進(jìn)行的熱處理不能進(jìn)行向半導(dǎo)體襯底有實(shí)用意義的氮的導(dǎo)入。但是，現(xiàn)在知道了在本實(shí)施例的這種條件下，即采用在氨氣氣氛中以比較高的溫度進(jìn)行快速加熱熱處理的辦法，可以在硅襯底內(nèi)形成較高濃度的氮擴(kuò)散層。
而且，用本實(shí)施例的這種用熱處理導(dǎo)入氮的方法和已向硅襯底中注入了氮離子的情況不同，在硅襯底內(nèi)不產(chǎn)生缺陷。因此，可以得知，并不是在導(dǎo)入氮時(shí)產(chǎn)生缺陷和由該缺陷抑制了雜質(zhì)的擴(kuò)散。此外，僅僅導(dǎo)入BF2而不導(dǎo)入氮所進(jìn)行過(guò)激活處理的樣品d的雜質(zhì)分布曲線(xiàn)L4呈現(xiàn)出在非?？拷砻娴牡胤接蟹逯?、之后整體地平緩減少的特性，其峰值也小。這被認(rèn)為是由于氟離子的存在整體性地抑制了BF2擴(kuò)散的緣故。因此，僅僅導(dǎo)入BF2不可能得到具有本實(shí)施例的這種特征的雜質(zhì)濃度分布。
另一方面，導(dǎo)入了BF2和氮、并已在氨氣氣氛中進(jìn)行了快速加熱熱處理的樣品b的濃度分布曲線(xiàn)L2在比0.1μm還小的深度0.07μm附近具有拐點(diǎn)Pch2。因此，在這種情況下還可以把高濃度區(qū)集中到更小的范圍之內(nèi)。
在圖8中，雖然示出的是在某一特定的條件之下在導(dǎo)入了氮并已在氨氣氣氛中進(jìn)行了快速加熱熱處理的情況下的濃度分布，但是，借助于對(duì)在氨氣氣氛中進(jìn)行的快速加熱熱處理的溫度或時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，或者改變硼離子的注入工序與在氨氣氣氛中進(jìn)行快速加熱熱處理工序之間的實(shí)施順序，可以控制硼的濃度分布。
此外，在氨氣氣氛中進(jìn)行的快速加熱熱處理最好在900℃以上、10秒以下的條件下進(jìn)行。因?yàn)橐话銇?lái)說(shuō)，氨氣在800℃以上進(jìn)行熱分解，在900℃以上可更加被激活。但是，在用快速加熱處理向已經(jīng)導(dǎo)入了p型雜質(zhì)或n型雜質(zhì)的源、漏區(qū)中導(dǎo)入氮時(shí)，應(yīng)抑制這些雜質(zhì)的擴(kuò)散，在pMOS晶體管中，理想的是在1000℃以下，在nMOS晶體管中理想的是在1050℃以下的條件下進(jìn)行，氨氣流量一般是約為1～10slm，但并不僅限于此。特別是已經(jīng)確認(rèn)，用在加熱處理時(shí)間極其之短，且比如說(shuō)在達(dá)到目標(biāo)溫度之后立即使之冷卻的方法進(jìn)行脈沖式加熱，還可以使示于圖8的濃度分布曲線(xiàn)L1中的濃度剖面在表面附近的濃度分布進(jìn)一步變陡。即，使峰值Peb進(jìn)一步變高，且使拐點(diǎn)Pch1向左移動(dòng)。
再者，還可以使在氨氣氣氛中的快速加熱熱處理工序和用于使雜質(zhì)激活的熱處理工序通用化，或者也可把這兩個(gè)工序作為多段處理進(jìn)行連續(xù)處理。
此外，即便使向半導(dǎo)體襯底內(nèi)進(jìn)行硼或BF2注入時(shí)的條件多少發(fā)生了變化，通過(guò)對(duì)其后在氮?dú)鈿夥罩械目焖偌訜釤崽幚項(xiàng)l件進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇，也可以發(fā)揮與本實(shí)施例同樣的效果。
還有，作為向半導(dǎo)體襯底內(nèi)導(dǎo)入的用于生成載流子的雜質(zhì)，不光是硼，還可以應(yīng)用磷、砷、銦、銻等等。另外，通過(guò)導(dǎo)入氮、不僅可以抑制用于生成載流的雜質(zhì)的擴(kuò)散。還可抑制氟之類(lèi)的不產(chǎn)生載流子的雜質(zhì)的擴(kuò)散。即，具有不使在其濃度剖面曲線(xiàn)中產(chǎn)生拐點(diǎn)的效果。
此外，即使是在已向氨氣中加入了氮?dú)饣驓鍤獾榷栊詺怏w的氣體氣氛中進(jìn)行快速加熱熱處理，也可以期待與本實(shí)施例相同的效果。還有，即便是在氮?dú)夂蜌錃獾绕渌臍怏w的混合氣體氣氛中或在NF3氣氛中進(jìn)行快速加熱熱處理，也可得到與本實(shí)施例相同的效果。
再有，本發(fā)明中的半導(dǎo)體區(qū)域不僅僅是半導(dǎo)體襯底內(nèi)的單晶半導(dǎo)體區(qū)域，也可以是比如說(shuō)多晶硅之類(lèi)的多晶半導(dǎo)體區(qū)域或非晶硅之類(lèi)的非晶半導(dǎo)體區(qū)域。即便是在多晶半導(dǎo)體區(qū)域或非晶半導(dǎo)體區(qū)域中，為了提高導(dǎo)電性，有時(shí)也要導(dǎo)入用于生成載流子的硼、磷、砷等雜質(zhì)，在這種情況下，也可采用向已導(dǎo)入了該雜質(zhì)的區(qū)域中導(dǎo)入氮的辦法，使之產(chǎn)生和本實(shí)施例同樣的雜質(zhì)濃度分布。
第8實(shí)施例其次，對(duì)把上述第7實(shí)施例中的雜質(zhì)濃度分布的改良技術(shù)利用到改善pMOS器件的特性中去的第8實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。圖9的流程圖示出了本實(shí)施例的制造工序的步驟，圖10的斷面圖示出了本實(shí)施例的pMOS器件的制造工序。
首先，在示于圖10(a)的工序中，在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成n阱31，在該n阱31的上邊形成厚度約4nm的氧化膜，再在柵極氧化膜32之上形成厚度約200nm的多晶硅膜之后，用光刻工序和反應(yīng)離子刻蝕(RIE)工藝在氧化膜和多晶硅膜上刻出圖形，形成柵極氧化膜32和柵極電極33。之后，以柵極電極33為掩模在加速能量為約10KeV、劑量為1×1014cm-2的條件下注入BF2離子，以形成源、漏區(qū)的擴(kuò)展區(qū)34(p型擴(kuò)散層)。再以柵極電極33為掩模，在加速能量為約160KeV、劑量約6×1012cm-2、注入角度為20°左右的條件下進(jìn)行砷離子的注入，形成用于提高擊穿電壓的凹處(Pocket)區(qū)35(n型擴(kuò)散層)。
接下來(lái)，在示于圖10(b)的工序中，在用由TEOS氣體進(jìn)行的LPCVD淀積厚度為120nm的氧化膜之后，應(yīng)用干蝕技術(shù)回蝕該氧化膜，在柵極電極33的兩側(cè)面上保留下氧化膜的一部分，形成側(cè)壁36。再在加速能量約為10KeV、劑量約2×1015cm-2的條件下進(jìn)行硼離子的注入，形成源、漏區(qū)37(p型擴(kuò)散層)。這時(shí)也向柵極中導(dǎo)入硼，成為p型晶體管的電極。
接著，在示于圖10(c)的工序中，把襯底設(shè)置于常規(guī)的快速加熱熱處理(Rapid Thermal Annealing)裝置內(nèi)，在流量為5升/分的氨氣氣氛中，在900℃左右、約10秒鐘的條件下進(jìn)行熱處理。以此向半導(dǎo)體襯底內(nèi)導(dǎo)入氮，在源、漏區(qū)37內(nèi)靠近表面附近的區(qū)域形成硼氮混合層38(氮擴(kuò)散層)。再用通常的快速加熱熱處理裝置，采用施以約1000℃、約10秒鐘的熱處理使雜質(zhì)激活，確定出p型擴(kuò)展區(qū)34、p型源、漏區(qū)37，n型凹處區(qū)35的范圍。這時(shí)，和在上述第1實(shí)施例的p型擴(kuò)散層22中一樣，使氮以高濃度向源、漏區(qū)37內(nèi)擴(kuò)散，深度約達(dá)0.1μm。因此，在源、漏區(qū)37內(nèi)的硼濃度分布和示于圖8的分布大體上一致。即，其濃度分布為高濃度的硼所在區(qū)域集中于表面附近。此外，因?yàn)榧词乖跀U(kuò)展區(qū)34內(nèi)雜質(zhì)的擴(kuò)散也受氮的抑制，故在擴(kuò)展區(qū)34內(nèi)靠近表面附近的區(qū)域中存在著較高濃度的硼，在其緊下方的濃度分布呈現(xiàn)出陡峻的濃度梯度(濃度的減少)。
此外，在本實(shí)施例中，雖然已向源、漏區(qū)37內(nèi)導(dǎo)入了用于形成擴(kuò)展區(qū)34和凹處區(qū)35的雜質(zhì)，但由于它和用于形成源、漏區(qū)雜質(zhì)濃度相比是微量的，故在源、漏區(qū)37內(nèi)，幾乎可以無(wú)視這些雜質(zhì)的存在。但是，就如后邊要講的那樣，對(duì)源、漏區(qū)37的形狀則會(huì)有影響。
在示于圖10(d)的工序中，用濺射法淀積30nm鈦這樣的高融點(diǎn)金屬，并對(duì)其進(jìn)行1分鐘的700℃的熱處理。由于這一熱處理使由硅構(gòu)成的源、漏區(qū)37或由多晶硅構(gòu)成的柵極電極33等的表面附近的區(qū)域與鈦發(fā)生反應(yīng)，故在源、漏區(qū)37或柵極電極33的表面際近將形成鈦硅化物膜39。之后，用濕蝕法除掉未被硅化物化的未反應(yīng)鈦膜。在此之后，再在襯底上邊形成層間絕緣膜40、填埋接觸孔的塞柱41和布線(xiàn)(未作圖示)等等，制造成表面溝道型的p型MOSFET。
按照以上那樣的制造方法，靠氮對(duì)雜質(zhì)擴(kuò)散的抑制作用可使源、漏區(qū)37中的高濃度區(qū)、擴(kuò)展區(qū)34a內(nèi)的濃度較高的區(qū)域集中于表面附近，晶體管的擊穿電壓提高了，還可以提高短溝道效應(yīng)的抑制功能。對(duì)于這一點(diǎn)，后邊將詳細(xì)說(shuō)明。
下面對(duì)就本實(shí)施例的晶體管特性的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。但是，在以下的說(shuō)明中，把應(yīng)用本實(shí)施例形成的p型MOSFET(即具有在注入硼之后于氨氣氣氛中進(jìn)行了快速加熱熱處理的源、漏區(qū)的p型MOSFET)作為樣品A；把在30KeV注入了BF2離子之后又在氨氣氣氛中進(jìn)行了快速加熱處理的p型MOSFET作為樣品B；把在10KeV下注入了硼離子后。不于氨氣氣氛中進(jìn)行快速加熱熱處理的p型MOSFET作為樣品C；把在30KeV下進(jìn)行BF2離子注入后不進(jìn)行在氨氣氣氛中快速加熱熱處理的p型MOSFET作為樣品D。但是，注入BF2離子時(shí)與注入硼離子時(shí)的注入能量之所以不同，是因?yàn)橐獙?duì)因質(zhì)量差而致的注入深度的不同進(jìn)行補(bǔ)償?shù)木壒省?br> 圖11的特性圖示出了樣品A、C、D的閾值電壓對(duì)柵極長(zhǎng)度的依賴(lài)性。但是，示出的是閾值電壓隨柵極長(zhǎng)度而變化的程度越小則對(duì)短溝道效應(yīng)的抑制作用越大。圖12的數(shù)據(jù)示出的是在使樣品A和D的柵極長(zhǎng)度和閾值電壓大體上相同的情況下對(duì)兩者的晶體管特性(I-V特性)進(jìn)行測(cè)定的結(jié)果。圖13的數(shù)據(jù)示出的是對(duì)于樣品A、B、C、D，再在源、漏區(qū)上邊形成了硅化物膜時(shí)硅化物膜與源、漏區(qū)之間的界面的接觸電阻相對(duì)于該界面面積的變化。
如從圖11可以弄明白那樣，當(dāng)對(duì)用10KeV注入過(guò)硼離子的樣品之間進(jìn)行比較時(shí)，已在氨氣氣氛中進(jìn)行了快速加熱熱處理的本實(shí)施例的樣品A的短溝效應(yīng)抑制作用比未在氨氣氣氛中進(jìn)行過(guò)快速加熱熱處理的樣品C要大，具有和在30KeV下注入了BF2離子后未在氨氣氣氛中進(jìn)行快速加熱熱處理的樣品D相同的短溝效應(yīng)抑制作用。另一方面，從圖12可知，當(dāng)對(duì)樣品A和D的晶體管特性進(jìn)行比較時(shí)，在10keV下注入硼并在氨氣氣氛中進(jìn)行了快速加熱處理的本實(shí)施例的樣品A的飽和漏極電流大15％。人們認(rèn)為這歸因于本實(shí)施例A的圖13所示的硅化物膜-源、漏區(qū)之間的界面電阻低，以及如圖8所示，因硼10KeV注入而使源、漏區(qū)的分布的下擺在寬闊部分(即源、漏區(qū)的縱深方向的區(qū)域)中的雜質(zhì)濃度高，而使樣品A的源、漏區(qū)的電阻變低。也就是說(shuō)，本實(shí)施例的MOS器件和僅進(jìn)行了BF2離子注入而未在氨氣氣氛中進(jìn)行快速加熱熱處理的MOS器件相比，雖然短溝效應(yīng)抑制作用是同等的，但卻可以實(shí)現(xiàn)更大的漏極飽和電流。
此外，圖14示出的是對(duì)注入砷離子后已在氨氣氣氛中進(jìn)行了快速加熱熱處理的n型MOS FET和未在氨氣氣氛中進(jìn)行快速加熱熱處理的n型MOSFET的n-ch柵極電阻對(duì)柵極寬度的依賴(lài)性進(jìn)行比較的數(shù)據(jù)。此外，圖15的數(shù)據(jù)表示上述P型MOSFET樣品A、B、C和D的源、漏區(qū)中的表面電阻對(duì)硅化物寬度的依賴(lài)性。如圖14所示，沒(méi)有因本實(shí)施例導(dǎo)入氮而產(chǎn)生妨礙借助于硅化物化而謀求低電阻化這一硅化物技術(shù)的目的的麻煩。一般來(lái)說(shuō)，人們認(rèn)為因?qū)氲獣?huì)妨害硅化物化處理，但可得知由于本實(shí)施例的方法中的氮濃度極低，故沒(méi)有產(chǎn)生這種不利影響。另外，如圖15所示，可知因?qū)氲徍土艘駼F2離子注入而產(chǎn)生的表面電阻增大這一不利影響。即，由于在注入BF2離子時(shí)在非?？拷砻娴牡胤接须s質(zhì)濃度的峰值，故雖然已知會(huì)妨害形成均一的硅化物膜，但在注入硼時(shí)，由于在比表面稍微靠下的位置上(即將被硅化的區(qū)域的緊下方)存在著雜質(zhì)濃度的峰值，故不會(huì)妨害均一的硅化物膜的形成。而且，在本實(shí)施例的MOS器件中。采用增高對(duì)降低表面電阻起著最重要的作用的硅化物膜緊下方區(qū)域的雜質(zhì)濃度，可以大幅度地改善表面電阻。
除此之外，已經(jīng)知道還可得到可降低結(jié)反向漏電的顯著效果。
其次，對(duì)由于向MOSFET的源、漏區(qū)導(dǎo)入氮而產(chǎn)生的構(gòu)造上的特征和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。
圖16的斷面圖示出了常規(guī)的MOSFET在源、漏區(qū)與溝道區(qū)附近的結(jié)構(gòu)。但是，在該圖中示出的僅僅是漏區(qū)，源區(qū)一般具有與漏區(qū)對(duì)稱(chēng)的構(gòu)造，故未畫(huà)出。圖17是從前面描述過(guò)的圖8的數(shù)據(jù)中，就本實(shí)施例的已導(dǎo)入了硼和氮的源、漏區(qū)與現(xiàn)有的僅僅注入硼離子的源、漏區(qū)取出雜質(zhì)沿襯底的深度方向的濃度分布曲線(xiàn)L1、L3。如圖16所示，只導(dǎo)入硼離子而形成的現(xiàn)有的源、漏區(qū)SDb一般來(lái)說(shuō)具有用虛線(xiàn)所示的那種形狀。通常，雜質(zhì)的擴(kuò)散(包括離子注入形成的擴(kuò)散和加熱形成的擴(kuò)散這兩者)以一定的速度從擴(kuò)散源在各個(gè)方向上均一地前進(jìn)。而且，由于在這種情況下源、漏區(qū)的表面相當(dāng)于擴(kuò)散源，故在示于圖16的斷面內(nèi)就成為從直線(xiàn)狀的擴(kuò)散源進(jìn)行擴(kuò)散。另一方面，本實(shí)施例的源、漏區(qū)SDbn則呈現(xiàn)出圖中實(shí)線(xiàn)表示的形狀。之所以產(chǎn)生這種不同，被認(rèn)為是出于下述理由。
源、漏區(qū)可以粗分為與溝道區(qū)相鄰的區(qū)域Rch、將變成產(chǎn)生擊穿方向的區(qū)域Rpa，以及與襯底區(qū)域相鄰的底部區(qū)域Rsb。另一方面，向半導(dǎo)體襯底中已摻入了用于進(jìn)行閾值控制的n型雜質(zhì)(砷和磷等)或用于防止擊穿的n型雜質(zhì)，且該n型雜質(zhì)的高濃度區(qū)在從半導(dǎo)體襯底的表面進(jìn)入縱深方向的某一深度范圍之內(nèi)(參看圖17)。從以上情況可知，本實(shí)施例的源、漏區(qū)SDbn對(duì)于現(xiàn)有的源、漏區(qū)SDb將呈現(xiàn)以下那樣的形狀特征。首先，在襯底表面附近的區(qū)域Rch中，由于本實(shí)施例的源、漏區(qū)SDbn內(nèi)的雜質(zhì)濃度比現(xiàn)有的源、漏SDb還高，故在表面附近的區(qū)域Rch中，本實(shí)施例的源、漏區(qū)SDbn比現(xiàn)有的源、漏區(qū)SDb更向溝道區(qū)一側(cè)突出。這是因?yàn)榻柚诳梢园迅邼舛葏^(qū)限制于表面附近的狹窄度的區(qū)域之內(nèi)，在進(jìn)行用于形成源、漏區(qū)的雜質(zhì)離子注入時(shí)，注入所用的能量可以比不導(dǎo)入氮時(shí)的條件還大。而且，在比溝道區(qū)還深的區(qū)域Rpa中，由于本實(shí)施例的源、漏區(qū)中的雜質(zhì)濃度在過(guò)了峰值之后將急劇降低，故強(qiáng)烈地受到降低因n型雜質(zhì)而產(chǎn)生的載流子的影響。因此，在區(qū)域Rpa中，比現(xiàn)有的MOSFET的源、漏區(qū)SDb從溝道區(qū)后退方向還遠(yuǎn)。此外，如上述那樣，由于可把離子能量加大，故源、漏區(qū)的底部區(qū)域Rsb比不導(dǎo)入氮時(shí)的源、漏區(qū)SDb還深。即，本實(shí)施例的源、漏區(qū)SDbn的襯底縱深方向上的濃度分布與不導(dǎo)入氮時(shí)的濃度分布相比，呈現(xiàn)寬闊的分布，且源、漏區(qū)Sdbn變深。
由于以上的構(gòu)造上的特征，本實(shí)施例的MOSFET具有下述動(dòng)作上的優(yōu)點(diǎn)。首先，由于襯底表面附近的區(qū)域Rch向溝道區(qū)一側(cè)突出了出去，故寄生電阻變小。而其緊下方的區(qū)域Rpa由于已向后退，故抗擊穿的能力變大，短溝效應(yīng)的抑制作用也變大。再者，由于區(qū)域Rpa中的濃度分布的傾斜已變緩，故寄生電容變小。
此外，雖然在上述的說(shuō)明中忽略了凹處區(qū)的存在。但是，由于凹處區(qū)的存在，示于圖16的區(qū)域Rpa的后退變得顯著起來(lái)。即使不設(shè)置凹處區(qū)仍能基本上得到示于圖16的濃度分布，故具有可使工序更簡(jiǎn)化的優(yōu)點(diǎn)。
在本實(shí)施例中，作為低電阻化的方法雖然對(duì)Ti硅化物工藝的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但應(yīng)用Co或Ni之類(lèi)的其他的硅化物工藝或用選擇淀積W進(jìn)行的鎢粘附技術(shù)等其他技術(shù)也可得到同樣的效果。
其中的硼和BF2的注入條件，在所有的條件下都有同樣的效果。
作為雜質(zhì)，不僅是硼，在形成已導(dǎo)入了磷、砷、銦、銻等所有雜質(zhì)的擴(kuò)散層的情況下也是相同的。另外，在抑制氟等不形成擴(kuò)散層的雜質(zhì)的擴(kuò)散的情況下也是一樣的。
此外，對(duì)于在氨氣氣氛中的快速加熱熱處理，即使在氮、氬之類(lèi)的氣氛中也可得到相同的效果。但是，最好把氮作為與硼不同的第2種雜質(zhì)導(dǎo)入。
再有，不僅僅是硅襯底，即使對(duì)于多晶硅也預(yù)期會(huì)有相同的效果。
雖然在本實(shí)施例中對(duì)向源·漏區(qū)及其擴(kuò)展區(qū)導(dǎo)入了氮時(shí)的效果進(jìn)行了說(shuō)明，但是和本實(shí)施例一樣，向阱和溝道區(qū)中導(dǎo)入氮時(shí)，也具有對(duì)用于生成載流子的雜質(zhì)的擴(kuò)散進(jìn)行抑制的效果。
第9實(shí)施例圖18(a)-(d)示出了本實(shí)施例的MOSFET的制造工序。
首先，在示于圖18(a)的工序中，先在硅襯底51的一部分上形成器件隔離52，再在被器件隔離52圍起來(lái)的有源區(qū)之上形成柵極氧化膜53和柵極電極54。這時(shí)的條件可以與上述各實(shí)施例中形成柵極氧化膜和柵極電極時(shí)的條件相同。
在示于圖18(b)的工序中，注入硼離子(B+)而形成源、漏極的擴(kuò)展區(qū)55。這時(shí)的條件可以和形成上述第8實(shí)施例中的擴(kuò)展區(qū)的條件相同。
其次，在示于圖18(c)的工序中，用在氨氣氣氛中進(jìn)行的加熱處理向硅襯底內(nèi)導(dǎo)入氮。這時(shí)，或者是使處理時(shí)間比第8實(shí)施例中的短，或是降低處理溫度，以便把高濃度的氮導(dǎo)入到比上述第8實(shí)施例中的氮的導(dǎo)入?yún)^(qū)還薄的區(qū)域中。借助于這種處理，在擴(kuò)展區(qū)55表面附近的區(qū)域中形成氮擴(kuò)散層56。同時(shí)，在柵極氧化膜53的兩個(gè)端部上形成氮氧化層57。
在示于圖18(d)的工序中，在柵極電極54的兩側(cè)面上邊形成側(cè)壁58，之后，向硅襯底內(nèi)注入硼離子，以形成源、漏區(qū)59。這時(shí)的條件可與上述第8實(shí)施例中的源、漏形成時(shí)相同。
之后，采用進(jìn)行用于使雜質(zhì)激活的熱處理確定擴(kuò)展區(qū)56和源、漏區(qū)59的范圍。
然后，最好在源、漏區(qū)及柵極電極的上邊進(jìn)行形成硅化膜的工序，但是，并不一定非要形成硅化物膜不可。
在本實(shí)施例中，由于擴(kuò)展區(qū)55中濃度比較高的區(qū)域限于表面附近，故能把溝道區(qū)中的pn結(jié)作得很淺，且可減小溝道電阻。而且，由于在柵極氧化膜的兩端形成了氮氧化層57。故也具有和上述第1實(shí)施例相同的效果，即可以提高可靠性。此外，在源、漏區(qū)上邊已形成了硅化物膜的情況下，不用說(shuō)，和上述第8實(shí)施例一樣，也可把接觸電阻作得極其之小。
還有，在本實(shí)施例中，雖然對(duì)形成p型MOSFET的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但是通過(guò)把硅襯底作成p型襯底，并在形成源、漏區(qū)及擴(kuò)展區(qū)之際注入砷離子。對(duì)于n型MOSFET也可以應(yīng)用上述實(shí)施例的工序。由于在這種情況下也可以把溝道區(qū)中的pn結(jié)部分作得很淺，故也具有可以降低溝道電阻且可提高可靠性的優(yōu)點(diǎn)。
此外，也可不在氨氣氣氛下進(jìn)行加熱處理而代之以用氮等離子體處理向襯底內(nèi)導(dǎo)入雜質(zhì)。
第10實(shí)施例圖19(a)～(d)示出了第10實(shí)施例的MOSFET的制造工序。
本實(shí)施例基本上與第9實(shí)施例相同，只是在形成擴(kuò)展區(qū)55之前形成氮擴(kuò)散層這一點(diǎn)與上述第9實(shí)施例不一樣。用本實(shí)施例也可得到與上述第9實(shí)施例完全相同的效果，而且能采用同樣的變型方案。
第11實(shí)施例圖20(a)-(d)的斷面圖示出了第11實(shí)施例的MOSFET的制造工序。
在示于圖20(a)的工序中，在硅襯底51的一部分上形成器件隔離52，在此狀態(tài)下進(jìn)行在氨氣氣氛中進(jìn)行的熱處理，向被器件隔離52圍起來(lái)的有源區(qū)靠近表面的區(qū)域?qū)氲＿@時(shí)，或者把處理時(shí)間定為比第8實(shí)施例中的處理時(shí)間還短，或者降低處理溫度，使得把高濃度的氮導(dǎo)入比上述第8實(shí)施例中的氮的導(dǎo)入?yún)^(qū)還淺的區(qū)域中。通過(guò)這一處理，在有源區(qū)表面附近的區(qū)域中形成氮擴(kuò)散層56。但是，在本實(shí)施例中，由于在這一工序中還沒(méi)有形成柵極氧化膜，故不能形成上述第9、10實(shí)施例中的那種柵極氧化膜53的兩端部分的氮氧化層57。
在示于圖20(b)的工序中，在有源區(qū)的上邊形成柵極氧化膜53和柵極電極54。這時(shí)的條件可和上述各實(shí)施例中形成柵極氧化膜和柵極電極的條件相同。
在圖20(c)的工序中，注入硼離子(B+)，形成1個(gè)漏極的擴(kuò)展區(qū)55。這時(shí)的條件可和上述第8實(shí)施例中形成擴(kuò)展區(qū)的條件相同。
在示于圖20(d)的工序中，在柵極電極54的兩側(cè)面上形成側(cè)壁58之后，向硅襯底內(nèi)注入硼離子以形成源、漏區(qū)59。這時(shí)的條件可和上述第8實(shí)施例中形成源、漏區(qū)的條件相同。
之后，采用進(jìn)行用于使雜質(zhì)激活的熱處理的辦法，確定擴(kuò)展區(qū)55及源、漏區(qū)59的范圍。
在本實(shí)施例中，由于溝道區(qū)和擴(kuò)展區(qū)55內(nèi)濃度比較高的區(qū)域限于表面附近，故可以把溝道區(qū)中的pn結(jié)部分形成得淺，可降低溝道電阻。另外，在已于源、漏區(qū)上形成了硅化物膜的情況下，不言而喻可以和上述第8實(shí)施例一樣，使接觸電阻極其之小。
雖然在本實(shí)施例中，說(shuō)明的是形成MOSFET的情況，但以硅襯底為p型襯底、并在形成源、漏區(qū)及擴(kuò)展區(qū)之際注入砷離子的n型MOSFET也可應(yīng)用上述實(shí)施例的制造工序。由于在這種情況下也可以把溝道區(qū)和擴(kuò)展區(qū)中的pn結(jié)部分做得很淺，故具有可降低溝道電阻且可提高可靠性的優(yōu)點(diǎn)。
此外，還可不在氨氣氣氛下進(jìn)行加熱處理而代之以用氮等離子體處理向襯底內(nèi)導(dǎo)入雜質(zhì)。
第12實(shí)施例圖21(a)-(d)的斷面圖示出了本實(shí)施例的縱向npn雙極型晶體管的制造工序。
在示于圖21(a)的工序中，在向硅襯底71靠近表面的區(qū)域?qū)雗型雜質(zhì)而形成了n型埋入式集電極層72之后，在整個(gè)襯底表面上形成n型外延層73，再在n型外延層73內(nèi)形成p型隔離層74。之后，以光刻膠81a為掩模，向被p型隔離層74圍起來(lái)的區(qū)域(即集電極層75內(nèi)的一部分)中注入高濃度n型雜質(zhì)形成n型的集電極壁(Colletor Wall)層76。
在示于圖21(b)的工序中，在除掉了上述光刻膠膜81a之后，在氨氣氣氛中進(jìn)行熱處理，具體地說(shuō)在把后邊要形成的基極層包括在內(nèi)的區(qū)域中形成氮擴(kuò)散層77，直到比第8實(shí)施例還深的區(qū)域。這時(shí)的熱處理?xiàng)l件是氨氣流量約為5slm、溫度約950℃、時(shí)間約30秒。然后，以光刻膠膜81b為掩模向集電極層75中的一部分注入低濃度的硼離子以形成基極層78。這時(shí)的離子注入條件是注入能量約30KeV、劑量約2×1013cm-2。
再后，在示于圖21(c)的工序中，以光刻膜81c為掩模，向基極層77內(nèi)及集電極壁層76內(nèi)注入高濃度的砷離子，形成n型的發(fā)射極層79和集電極接觸層80。
之后，進(jìn)行用于激活的熱處理，使已導(dǎo)入各層中的雜質(zhì)激活。
在本實(shí)施例中，由于已在基極層78中形成了氮擴(kuò)散層77，故可以在進(jìn)行用于激活的熱處理時(shí)抑制基極層78內(nèi)的硼的擴(kuò)散。由于基極層78濃度較高且厚度形成得薄，故基極電阻將變小。給出發(fā)射極接地電路的高頻界限的fT，若設(shè)基極區(qū)的寬度(在本實(shí)施例中為厚度)為W，擴(kuò)散常數(shù)為D，則已知fT與D/W2成比例，所以采用本實(shí)施例的構(gòu)造，可以發(fā)揮提高雙極型晶體管的截止頻率fT的效果。另外，由于在本實(shí)施例的方法中，在發(fā)射極層中也可形成氮擴(kuò)散層，故具有可以提高發(fā)射極層靠近表面處的濃度使發(fā)射極電阻的降低而提高電流放大倍數(shù)的優(yōu)點(diǎn)。
此外，雖然在本實(shí)施例中說(shuō)明的是已在基極層和發(fā)射極層中形成了氮擴(kuò)散層的例子。但不言而喻，也可以?xún)H在雙極型晶體管的發(fā)射極層或基極層中形成氮擴(kuò)散層。
各實(shí)施例的變形例在上述各實(shí)施例中的圖3(a)、圖4(a)、圖5(a)和圖6(a)中所示的工序或這些工序之前，在氨氣之類(lèi)的含氮?dú)怏w中加熱或進(jìn)行等離子體氮化處理，可以向硅襯底內(nèi)導(dǎo)入氮。即使采用這種辦法，也可以得出與上述實(shí)施例9、10或11相同的效果。在NH3氣體氣氛中，在800℃下進(jìn)行15秒鐘的熱處理，之后進(jìn)行與各實(shí)施例中的工序相同的工序，可以形成具有結(jié)構(gòu)和功能與各實(shí)施例相同的器件。即使在其它的實(shí)施例中，也可以不注入氮離子而代之以進(jìn)行這種處理，使之發(fā)揮與上述各實(shí)施例相同的效果。
還有，熱氮化的條件是在N2氣體氣氛中進(jìn)行1000-1200℃、30分鐘的熱處理或在NH3氣體氣氛中進(jìn)行600-800℃、30秒鐘的熱處理，則可以在柵極氧化膜中形成功能與第1實(shí)施例同樣的氮氧化層。
等離子體氮化的條件是N2氣體的流量為10-100ccm，氣體壓力為10-300m乇，高頻功率為50-300瓦左右。之后采用與各實(shí)施例中的工序相同的工序，就可以形成結(jié)構(gòu)和功能與各實(shí)施例同樣的半導(dǎo)體器件。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，其特征是包括半導(dǎo)體襯底；形成在上述半導(dǎo)體襯底中、含有用于生成載流子的第1種導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)的MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源區(qū)和漏區(qū)；含有氮的氮擴(kuò)散層，其中的氮在因與半導(dǎo)體原子的碰撞而導(dǎo)致的缺陷不超過(guò)檢測(cè)基準(zhǔn)值的狀態(tài)下導(dǎo)入包括上述源區(qū)和漏區(qū)的至少一部分的區(qū)域；上述源區(qū)和漏區(qū)內(nèi)的上述第1種導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)的濃度分布從半導(dǎo)體襯底內(nèi)靠近表面的區(qū)域的最大濃度位置向著上述半導(dǎo)體襯底的縱深方向減少，同時(shí)在達(dá)到上述最大濃度位置下方的規(guī)定位置之前其減少比率較大，而在比上述規(guī)定位置還向縱深方向的區(qū)域上減少比率較小。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征是還具備形成于上述源區(qū)和漏區(qū)之上的硅化物膜，且上述源區(qū)和漏區(qū)內(nèi)的上述第1種導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)的最大濃度位置處于與上述硅化物膜之間的界面的緊下方。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征是上述MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有形成在上述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的有源區(qū)之上的柵極絕緣膜；形成在該柵極絕緣膜之上的柵極電極；形成在上述有源區(qū)之內(nèi)、位于上述柵極電極的兩側(cè)方向上的區(qū)域內(nèi)、含有第1種導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)的源區(qū)和漏區(qū)，以及在上述有源區(qū)內(nèi)的上述源區(qū)及漏區(qū)之間形成的、含有第2種導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)的溝道區(qū)。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其特征是還具備由形成在上述柵極電極的兩側(cè)面上的絕緣材料構(gòu)成的側(cè)壁；形成在上述有源區(qū)內(nèi)的上述源區(qū)和漏區(qū)之間、分別與上述源區(qū)和漏區(qū)相連的、含有濃度低于上述源區(qū)和漏區(qū)的第1種導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)的擴(kuò)展區(qū)，以及上述氮擴(kuò)散層從上述源區(qū)和漏區(qū)橫跨上述擴(kuò)展區(qū)而形成。
5.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其特征是上述氮擴(kuò)散層從上述源區(qū)和漏區(qū)橫跨上述溝道區(qū)而形成。
6.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征是包括下述工序第1工序，向半導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)導(dǎo)入第1種用于生成載流子的雜質(zhì)以形成MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源區(qū)和漏區(qū)；第2工序，向上述半導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)導(dǎo)入氮而形成氮擴(kuò)散層，氮的導(dǎo)入要使得因與半導(dǎo)體原子之間的碰撞而產(chǎn)生的缺陷不超過(guò)檢測(cè)基準(zhǔn)值；第3工序，加熱上述半導(dǎo)體襯底，使上述第1種用于生成載流子的雜質(zhì)激活，以及形成上述氮擴(kuò)散層，使之至少與上述源區(qū)和漏區(qū)重疊。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征是上述第2工序通過(guò)在至少含氮的氣體氣氛中加熱上述半導(dǎo)體襯底而進(jìn)行。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征是上述第3工序在氨氣氣氛中進(jìn)行。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征是上述第3工序在溫度900℃以上、時(shí)間10秒以下的條件下進(jìn)行。
10.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征是上述第2工序采用在至少含氮的氣體氣氛中產(chǎn)生等離子體的方法進(jìn)行。
11.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征是在上述第3工序之后，還具備在上述源區(qū)和漏區(qū)之上形成硅化物膜的工序。
12.如權(quán)利要求6～10中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征是在上述半導(dǎo)體襯底內(nèi)設(shè)有MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成區(qū)，以及在上述第1工序之前還具備在上述MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成區(qū)上形成柵極絕緣膜和柵極電極的工序，在上述形成了上述柵極絕緣膜和柵極電極之后的第1工序中，向上述MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成區(qū)內(nèi)位于上述柵極電極兩側(cè)方向上的區(qū)域上導(dǎo)入上述第1種用于生成載流子的雜質(zhì)，以形成上述MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源區(qū)和漏區(qū)。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征是在形成上述柵極絕緣膜和柵極電極的工序中，形成由氧化膜構(gòu)成的柵極絕緣膜，上述第2工序在形成上述柵極絕緣膜和柵極電極的工序之后進(jìn)行，而且在上述第2工序中，還向上述柵極絕緣膜的兩個(gè)端部導(dǎo)入氮以形成氮氧化層。
14.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征是在形成上述柵極絕緣膜和柵極電極的工序和上述第1工序之間還包括下列工序向上述MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成區(qū)中位于上述柵極電極兩側(cè)的區(qū)域內(nèi)導(dǎo)入相同導(dǎo)電類(lèi)型的、濃度低于導(dǎo)入到上述源區(qū)和漏區(qū)中上述第1種用于生成載流子雜質(zhì)的濃度的第2種用于生成載流子的雜質(zhì)，以形成擴(kuò)展區(qū)；以及在上述柵極電極的兩側(cè)面上形成絕緣體側(cè)壁；在上述第1工序中，向上述MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成區(qū)中位于上述柵極電極和絕緣體側(cè)壁的兩側(cè)方向的區(qū)域內(nèi)導(dǎo)入上述第1種用于生成載流子的雜質(zhì)，在上述第2工序中，形成上述氮擴(kuò)散層，使其包括形成在上述絕緣體側(cè)壁之下的上述擴(kuò)展區(qū)的至少一部分。
15.如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征是在形成上述柵極絕緣膜和柵極電極的工序和上述第1工序之間還包括下列工序向上述MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成區(qū)中位于上述柵極電極的兩側(cè)的區(qū)域內(nèi)導(dǎo)入濃度低于導(dǎo)入到上述源區(qū)和漏區(qū)中的上述第1種用于生成載流子雜質(zhì)的濃度、導(dǎo)電類(lèi)型相反的第3種用于生成載流子的雜質(zhì)，以在上述擴(kuò)展區(qū)的下方形成凹處區(qū)。
16.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征是上述第2工序在形成上述柵極絕緣膜和柵極電極的工序及上述第1工序之前進(jìn)行，且在上述MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成區(qū)的整個(gè)橫向方向上形成氮擴(kuò)散層。
17.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征是在上述第3工序之后還具有在上述源區(qū)、漏區(qū)和柵極電極的上邊形成硅化物膜的工序。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法。本發(fā)明的半導(dǎo)體包括半導(dǎo)體襯底；形成在上述半導(dǎo)體襯底中、含有用于生成載流子的第1種導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)的MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源區(qū)和漏區(qū)；含有氮的氮擴(kuò)散層，其中的氮在因與半導(dǎo)體原子的碰撞而導(dǎo)致的缺陷不超過(guò)檢測(cè)基準(zhǔn)值的狀態(tài)下導(dǎo)入包括上述源區(qū)和漏區(qū)的至少一部分的區(qū)域；上述源區(qū)和漏區(qū)內(nèi)的上述第1種導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)的濃度分布從半導(dǎo)體襯底內(nèi)靠近表面的區(qū)域的最大濃度位置向著上述半導(dǎo)體襯底的縱深方向減少，同時(shí)在達(dá)到上述最大濃度位置下方的規(guī)定位置之前其減少比率較大，而在比上述規(guī)定位置還向縱深方向的區(qū)域上減少比率較小。
文檔編號(hào)H01L21/70GK1725509SQ200510089308
公開(kāi)日2006年1月25日 申請(qǐng)日期1997年2月5日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月7日
發(fā)明者荒井雅利, 瀨川瑞樹(shù), 藪俊樹(shù) 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社