專利名稱：半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置，特別涉及具有肖特基源極/漏極區(qū)的金屬氧化物半導(dǎo)體(metal-oxide-semiconductor; MOS)裝置的制造工藝。
技術(shù)背景在邏輯所支配的世界中，互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(complementary metal-oxide-semiconductor; CMOS)裝置成為基本的邏輯組成單元(building block)已有數(shù)十年的時(shí)間。為了實(shí)現(xiàn)更高性能并同時(shí)實(shí)現(xiàn)較高的堆積密度 (packing density),而持續(xù)縮減裝置的尺寸。當(dāng)互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體裝置 變得愈來愈小，裝置的驅(qū)動(dòng)電流就變得愈來愈大，而較大的驅(qū)動(dòng)電流需要較 小的源極/漏極電阻RsD。在傳統(tǒng)的金屬氧化物半導(dǎo)體裝置中，RsD值與源極/ 漏極區(qū)中的摻雜濃度相關(guān)。因此，通過增加源極/漏極延伸區(qū)與源極/漏極區(qū) 中的摻雜濃度，可實(shí)現(xiàn)較小的RSD值。在過去，RSD值的減少無法滿足驅(qū)動(dòng) 電流增加的需求。肖特基(Schottky)源極/漏極區(qū)及源極/漏極延伸區(qū)，具有用以與毗鄰的半 導(dǎo)體材料形成肖特基接觸的金屬，因此己發(fā)展出用來降低RSD值。肖特基勢 壘金屬氧化物半導(dǎo)體(Schottky barrier metal-oxide-semiconductor; SBMOS)裝 置的有益特征包括低制造成本、源極與漏極形成時(shí)的低熱預(yù)算(thermal budget)、改善載流子的傳輸、與高擴(kuò)展性(high scalabUity)。然而，在源極/ 漏極區(qū)與毗鄰的半導(dǎo)體材料之間的高勢壘高度常導(dǎo)致高串聯(lián)電阻(series of resistances),因此在驅(qū)動(dòng)電流方面的改善就受到限制。因此，為了實(shí)現(xiàn)高驅(qū) 動(dòng)電流，需要低肖特基勢壘。在傳統(tǒng)的單一金屬結(jié)構(gòu)中，使用單一金屬(通常 是中能階(mid-gap)金屬)來形成P型金屬氧化物半導(dǎo)體(p-type metal-oxide-semiconductor)裝置與N型金屬氧化物半導(dǎo)體(n-type metal-oxide-semiconductor)裝置的肖特基源極/漏極區(qū)，可通過增加毗鄰肖特 基接面的半導(dǎo)體材料的摻雜濃度，而減少N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置的肖特基接面的勢壘高度。然而，對(duì)P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置而言，接面勢壘高 度的減少或快速地使硼離子的增加飽和。因此，傳統(tǒng)的單一金屬結(jié)構(gòu)無法提 供足夠低的肖特基勢壘。用于上述源極/漏極區(qū)中的金屬較好為具有能帶邊緣(band edge)功函數(shù)， 亦即是對(duì)一個(gè)N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置而言，個(gè)別金屬的功函數(shù)需要接近 所毗鄰的半導(dǎo)體材料的傳導(dǎo)帶(conduction band);對(duì)一個(gè)P型金屬氧化物半導(dǎo) 體裝置而言，個(gè)別金屬的功函數(shù)需要接近所毗鄰的半導(dǎo)體材料的價(jià)帶(valence band)。為了實(shí)現(xiàn)此需求，使用雙金屬結(jié)構(gòu)來形成N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝 置與P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置。例如，已經(jīng)將ErSi與PtSi分別用于N型 金屬氧化物半導(dǎo)體裝置與P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置的肖特基源極/漏極區(qū) 中。圖l顯示一種傳統(tǒng)的肖特基互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其包括N型 金屬氧化物半導(dǎo)體裝置2與P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置4。 N型金屬氧化物 半導(dǎo)體裝置2具有肖特基源極/漏極延伸區(qū)6與源極/漏極區(qū)8，而P型金屬氧 化物半導(dǎo)體裝置4則具有肖特基源極/漏極延伸區(qū)10與源極/漏極區(qū)12。肖特 基源極/漏極延伸區(qū)6具有低功函數(shù)的第一金屬例如為ErSi，而肖特基源極/ 漏極延伸區(qū)10則具有高功函數(shù)的第二金屬例如為PtSi。由于上述第一金屬 與上述第二金屬二者均具有帶邊功函數(shù)，P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置與N型 金屬氧化物半導(dǎo)體裝置二者的勢壘高度均低。然而傳統(tǒng)的雙金屬結(jié)構(gòu)卻具有一些缺點(diǎn)，需要將肖特基源極/漏極延伸區(qū) 6與肖特基源極/漏極延伸區(qū)10分開形成，而造成成本的提高。因此，業(yè)界 需要嶄新的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法，以提升其性能。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是在不造成雙金屬結(jié)構(gòu)的高成本的前提下，減少P型金屬 氧化物半導(dǎo)體裝置與N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置的肖特基勢壘。有鑒于此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體基底；N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置在上述半導(dǎo)體基底的表面，其中上述N型 金屬氧化物半導(dǎo)體裝置具有肖特基源極/漏極延伸區(qū)；以及P型金屬氧化物半 導(dǎo)體裝置在上述半導(dǎo)體基底的上述表面，其中上述P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝 置具有源極/漏極延伸區(qū)，上述源極/漏極延伸區(qū)僅僅具有非金屬材料。如上所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該肖特基源極/漏極延伸區(qū)包括金屬硅化物。如上所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置還包括第一 柵極堆疊結(jié)構(gòu)于該半導(dǎo)體基底上、與第一柵極間隔物于該第一柵極堆疊結(jié)構(gòu) 的側(cè)壁上；該P(yáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置還包括第二柵極堆疊結(jié)構(gòu)于該半導(dǎo)體基底上、與第二柵極間隔物于該第二柵極堆疊結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上；以及該第二柵極間隔物厚于該第一柵極間隔物。如上所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該肖特基源極/漏極延伸區(qū)中的金屬的功函 數(shù)接近該半導(dǎo)體基底的傳導(dǎo)帶。本發(fā)明的另一目的是提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體基底、與N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置在上述半導(dǎo)體基底的表面。上述N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置具有第一柵極介電質(zhì)于上述半導(dǎo)體基底上；第一柵極于上述第一柵 極介電質(zhì)上；第一柵極間隔物于上述第一柵極的側(cè)壁與上述第一柵極介電質(zhì) 的側(cè)壁上；及第一源極/漏極延伸區(qū)具有內(nèi)緣，上述第一源極/漏極延伸區(qū)的 內(nèi)緣實(shí)質(zhì)上對(duì)準(zhǔn)上述第一柵極間隔物的外緣，其中上述第一源極/漏極延伸區(qū) 為金屬硅化物區(qū)，上述金屬硅化物區(qū)與上述半導(dǎo)體基底具有肖特基接觸。上 述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置于上述半導(dǎo)體基底的上述表 面。上述P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置具有第二柵極介電質(zhì)于上述半導(dǎo)體基 底上；第二柵極于上述第二柵極介電質(zhì)上；第二柵極間隔物于上述第二柵極 的側(cè)壁與上述第二柵極介電質(zhì)的側(cè)壁上，其中上述第二柵極間隔物厚于上述 第一柵極間隔物；第二源極/漏極延伸區(qū)具有內(nèi)緣，上述第二源極/漏極延伸 區(qū)的內(nèi)緣實(shí)質(zhì)上對(duì)準(zhǔn)上述第二柵極介電質(zhì)的邊緣，其中上述第二源極/漏極延 伸區(qū)與上述半導(dǎo)體基底具有歐姆接觸；源極/漏極區(qū)相鄰于上述第二柵極介電 質(zhì)，其中上述源極/漏極區(qū)實(shí)質(zhì)上對(duì)準(zhǔn)上述第二柵極間隔物的外緣；及硅化物 區(qū)于上述源極/漏極區(qū)上，其中上述第一源極/漏極延伸區(qū)與上述硅化物區(qū)具 有相同的金屬。如上所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該第一源極/汲極漏極延伸區(qū)具有一金屬， 其功函數(shù)小于4.25eV。本發(fā)明的另一目的是提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體基底；N型 金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū)域于上述半導(dǎo)體基底中，其中上述N型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū)域僅包括具有第一價(jià)帶的基部半導(dǎo)體基底；P型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū)域 于上述半導(dǎo)體基底中，其中上述P型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū)域具有附加的半導(dǎo) 體層于上述基部半導(dǎo)體基底上，且上述附加的半導(dǎo)體層具有第二價(jià)帶，其低于上述第一價(jià)帶；N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置于上述N型金屬氧化物半導(dǎo) 體區(qū)域中；以及P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置于上述P型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū) 域中。上述N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置具有第一柵極堆疊結(jié)構(gòu)于上述基部 半導(dǎo)體基底上；及第一肖特基源極/漏極延伸區(qū)相鄰于上述第一柵極堆疊結(jié) 構(gòu)。上述P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置具有第二柵極堆疊結(jié)構(gòu)于上述附加的 半導(dǎo)體層的上方；及第二肖特基源極/漏極延伸區(qū)相鄰于上述第二柵極堆疊結(jié) 構(gòu)，其中上述第二肖特基源極/漏極延伸區(qū)具有下表面，其低于上述附加的半 導(dǎo)體層的上表面，且上述第一肖特基源極/漏極延伸區(qū)與上述第二肖特基源極 /漏極延伸區(qū)具有相同的金屬。如上所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該第一肖特基源極/漏極延伸區(qū)具有硅化 物，且該第二肖特基源極/漏極延伸區(qū)具有摻鍺的硅化物。如上所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該基部半導(dǎo)體基底為硅基底、該附加的半 導(dǎo)體層為硅鍺層、與該第二肖特基源極/漏極延伸區(qū)具有金屬硅化物層于摻鍺 金屬硅化物層上。本發(fā)明的另一目的是提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括提供半導(dǎo) 體基底；形成N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置在上述半導(dǎo)體基底的表面，上述N 型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置具有肖特基源極/漏極延伸區(qū)；以及形成P型金屬氧 化物半導(dǎo)體裝置在上述半導(dǎo)體基底的上述表面，其中上述P型金屬氧化物半 導(dǎo)體裝置具有源極/漏極延伸區(qū)，上述源極/漏極延伸區(qū)僅僅具有非金屬材料。本發(fā)明的另一目的是提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括提供半導(dǎo) 體基底；形成N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置在上述半導(dǎo)體基底的表面；以及形 成P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置于上述半導(dǎo)體基底的上述表面。形成上述N型 金屬氧化物半導(dǎo)體裝置的步驟具有形成第一柵極堆疊結(jié)構(gòu)于上述半導(dǎo)體基 底上；形成厚間隔物于上述第一柵極堆疊結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上；植入N型摻雜物以 形成第一源極/漏極區(qū)；將上述厚間隔物薄化，以形成薄間隔物；及使相鄰于 上述薄間隔物的上述半導(dǎo)體基底的上部發(fā)生反應(yīng)，以形成肖特基源極/漏極延 伸區(qū)。形成上述P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置的步驟具有形成第二柵極堆疊結(jié)構(gòu)于上述半導(dǎo)體基底上；植入P型摻雜物以形成源極/漏極延伸區(qū)；形成間 隔物于上述第二柵極堆疊結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上；植入P型摻雜物以形成第二源極/ 漏極區(qū)；及使上述第二源極/漏極區(qū)的上部發(fā)生反應(yīng)，以形成源極/漏極硅化 物區(qū)，其中上述肖特基源極/漏極延伸區(qū)與上述源極/漏極硅化物區(qū)同時(shí)形成。本發(fā)明的另一目的是提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括提供基部 半導(dǎo)體基底，其具有N型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū)域與P型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū) 域，其中上述基部半導(dǎo)體基底具有第一價(jià)帶；以及僅僅在上述基部半導(dǎo)體基 底中的上述P型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū)域上，形成附加的半導(dǎo)體層，上述附加 的半導(dǎo)體層具有第二價(jià)帶，其低于上述第一價(jià)帶。上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方 法還包括形成N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置于上述N型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū) 域中，其步驟具有形成第一柵極堆疊結(jié)構(gòu)于上述基部半導(dǎo)體基底上；及形 成第一肖特基源極/漏極延伸區(qū)相鄰于上述第一柵極堆疊結(jié)構(gòu)。上述半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)的形成方法還包括形成P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置于上述P型金屬氧化物 半導(dǎo)體區(qū)域中，其步驟具有形成第二柵極堆疊結(jié)構(gòu)于上述附加的半導(dǎo)體層 的上方；及形成第二肖特基源極/漏極延伸區(qū)相鄰于上述第二柵極堆疊結(jié)構(gòu)， 其中上述第二肖特基源極/漏極延伸區(qū)具有下表面，其低于上述附加的半導(dǎo)體 層的上表面，且上述第一肖特基源極/漏極延伸區(qū)與上述第二肖特基源極/漏 極延伸區(qū)同時(shí)形成。本發(fā)明的有益特征包括在不會(huì)造成雙金屬結(jié)構(gòu)的高成本的前提下，對(duì)P 型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置與N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置二者提供減少肖特 基勢壘的薄膜。


圖1為一個(gè)剖面圖，顯示使用雙金屬結(jié)構(gòu)來形成傳統(tǒng)的肖特基互補(bǔ)式金 屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。圖2 圖7為一系列的剖面圖，顯示本發(fā)明第一實(shí)施例的中間制造階段。 圖8~圖12為一系列的剖面圖，顯示本發(fā)明第二實(shí)施例的中間制造階段。 其中，附圖標(biāo)記說明如下2 N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置 4 P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置6 肖特基源極/漏極延伸區(qū) 10 肖特基源極/漏極延伸區(qū) 30 (基部)半導(dǎo)體基底102 柵極堆疊結(jié)構(gòu)106~柵極110 光阻120 源極/漏極區(qū)126 肖特基源極/漏極延伸區(qū)144 肖特基源極/漏極延伸區(qū)1442~摻鍺的硅化物層202 柵極堆疊結(jié)構(gòu) 206~柵極 214 間隔物 222 掩模228 接觸孔蝕刻停止層242~硅層2441 硅化物層8~源極/漏極區(qū)12 源極/漏極區(qū)100~ N型金屬氧化物半導(dǎo)體104~柵極介電質(zhì)108 源極/漏極延伸區(qū)U4 間隔物124 薄層間隔物128 接觸孔蝕刻停止層144廣硅化物層200~ P型金屬氧化物半導(dǎo)體卜204-柵極介電質(zhì)208 源極/漏極延伸區(qū)220 源極/漏極區(qū)226 源極/漏極硅化物區(qū)240~硅鍺層244~肖特基源極/漏極延伸區(qū) 2442 摻鍺的硅化物層具體實(shí)施方式
為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下本發(fā)明的申請人已進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來研究P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置與N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置的表現(xiàn)。在上述實(shí)驗(yàn)中，N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置使 用單一金屬結(jié)構(gòu)，其中功函數(shù)為約4.5eV的中能階金屬用來形成P型金屬氧 化物半導(dǎo)體裝置與N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置二者的肖特基源極/漏極延伸 區(qū)。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示與具有摻雜的源極/漏極延伸區(qū)的傳統(tǒng)互補(bǔ)式金屬氧 化物半導(dǎo)體裝置比較，使用單一金屬結(jié)構(gòu)形成的N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置 的驅(qū)動(dòng)電流可改善八至十個(gè)百分點(diǎn)，而使用單一金屬結(jié)構(gòu)形成的P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置的驅(qū)動(dòng)電流則惡化約六個(gè)百分點(diǎn)。然而P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置中惡化的驅(qū)動(dòng)電流，不會(huì)因?yàn)樵谙噜徲谛ぬ鼗用?junctkm)的半導(dǎo)體 基底增加硼的濃度而得到補(bǔ)償。而本發(fā)明較佳實(shí)施例的提供，用以滿足此一 發(fā)現(xiàn)。圖2 圖7顯示本發(fā)明的第一實(shí)施例。圖2顯示半導(dǎo)體基底30，其包括 二個(gè)區(qū)域，其中區(qū)域100用以形成一個(gè)N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置，而區(qū)域 200則用以形成P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置。多個(gè)淺溝槽隔離(shallow trench isolation; STI)區(qū)形成于半導(dǎo)體基底30中，以隔離區(qū)域100與200。半導(dǎo)體 基底30較好為塊硅(bulk silicon)基底，但是也可使用其他常用的材料與結(jié)構(gòu) 例如硅鍺(silicon -germanium; SiGe)、絕緣層上覆娃(silicon-on-insulator; SOI)、 絕緣層上覆硅鍺、與應(yīng)變絕緣層上覆硅。柵極堆疊結(jié)構(gòu)形成于N型金屬氧化 物半導(dǎo)體區(qū)域100中，其具有柵極介電質(zhì)104與柵極106;同樣地，柵極堆 疊結(jié)構(gòu)形成于P型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū)域200中，其具有柵極介電質(zhì)204與 柵極206。如同已知的技術(shù)，為了工藝上的需求，可將硬掩模(未繪示)形成 于上述柵極堆疊結(jié)構(gòu)上，其中上述硬掩?？砂ǖ?。然后形成源極/漏極延伸區(qū)208，其常被稱為淡摻雜區(qū)。較好為形成光阻 110并將其圖形化以遮住N型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū)域100，然后以P型摻雜 物例如硼植入P型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū)域200，來形成源極/漏極延伸區(qū)208， 然后將光阻110移除。在本較佳實(shí)施例中，在N型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū)域 100中并未形成任何的源極/漏極延伸區(qū)；而在其他實(shí)施例中，則形成源極/ 漏極延伸區(qū)108。同樣地，在植入N型摻雜物的過程中，是以光阻(未繪示) 遮住P型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū)域200，而對(duì)N型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū)域100 進(jìn)行N型摻雜物的植入，而形成源極/漏極延伸區(qū)108。在后續(xù)的圖中，并未 顯示源極/漏極延伸區(qū)108。圖3顯示在N型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū)域100與P型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū) 域200中，分別形成間隔物114與214。如目前已知技術(shù)，間隔物114與214 的形成較好為包括沉積一個(gè)或數(shù)個(gè)介電層與蝕刻上述介電層。上述介電層的 沉積方法包括常用的技術(shù)例如等離子增益化學(xué)氣相沉積(plasma enhanced chemical vapor deposition; PECVD)、低壓化學(xué)氣禾目沉積(low-pressure chemical vapor deposition; LPCVD)、次大氣壓化學(xué)氣相沉積(sub-atmospheric chemical12vapor deposition; SACVD)、與其他類似技術(shù)。每一個(gè)所形成的間隔物114 與214可包括單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)，例如氧化硅層上覆氮化硅層。在另一實(shí) 施例(未繪示)中，間隔物114與214可包括分別形成于上述柵極堆疊結(jié)構(gòu)的 側(cè)壁上的薄層間隔物(未繪示)、與可變動(dòng)的間隔物(未繪示)分別于上述薄層間 隔物的側(cè)壁上。圖4繪示源極/漏極區(qū)120與220的形成。如目前已知技術(shù)，可使源極/ 漏極區(qū)120與220凹入半導(dǎo)體基底30中、或凸出于半導(dǎo)體基底30上(使用例 如外延成長區(qū))。在本較佳實(shí)施例中，是以摻雜物植入半導(dǎo)體基底30而形成 源極/漏極區(qū)120與220，在分別以摻雜物植入源極/漏極區(qū)120與220時(shí)，較 好為分別同時(shí)對(duì)柵極106與206進(jìn)行摻雜物的植入，以降低其片電阻。當(dāng)以 N型摻雜物植入N型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū)域100時(shí)，是以光阻(未繪示)遮住 P型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū)域200;同樣地，當(dāng)以P型摻雜物植入P型金屬氧 化物半導(dǎo)體區(qū)域200時(shí)，是以光阻(未繪示)遮住N型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū)域 100。在另一實(shí)施例中，為p型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置形成硅鍺應(yīng)力源(未繪示)。較好為形成光阻以覆蓋N型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū)域100，而較好為通過 蝕刻，沿著間隔物214的外緣形成凹部于半導(dǎo)體基底30中。然后較好為通 過外延成長的技術(shù)，將上述硅鍺應(yīng)力源形成于上述凹部中。然后將上述光阻 移除。圖5顯示間隔物114的薄化步驟。形成掩模222以覆蓋P型金屬氧化物 半導(dǎo)體區(qū)域200，其中掩模222可包括光阻或其他常用的掩模材料。在一個(gè) 例示的實(shí)施例中，間隔物114包括氮化硅層于氧化物線層上，首先將上述氮 化硅層剝除。然后較好為對(duì)上述氧化物線層進(jìn)行干蝕刻，以移除其水平的部 份，而其垂直的部份就形成薄層間隔物124。在本實(shí)施例中，每個(gè)間隔物114 包括可變動(dòng)的間隔物于薄層間隔物上，而將上述可變動(dòng)的間隔物移除，而留 下上述薄層間隔物。然后將掩模222移除。請參考圖6，是執(zhí)行硅化的工藝。將薄層的金屬層毯覆性地形成于前步 驟所形成的結(jié)構(gòu)的上方。然后將半導(dǎo)體基底30加熱，而使硅在與金屬接觸 之處和其發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)過后，形成金屬硅化物層于半導(dǎo)體基底30與上述 金屬之間。然后使用會(huì)侵蝕上述金屬而不會(huì)侵蝕硅化物的蝕刻劑，選擇性地移除未反應(yīng)的金屬。在所形成的結(jié)構(gòu)中，在N型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū)域100形成肖特基源極/漏極延伸區(qū)126，而在P型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū)域200中形 成源極/漏極硅化物區(qū)226。在本較佳實(shí)施例中，在上述硅化工藝所使用的金屬具有低功函數(shù)例如為 小于4.25eV。上述金屬較好為具有與半導(dǎo)體基底30的傳導(dǎo)帶接近的帶邊功 函數(shù)。因此，降低所形成的N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置的勢壘高度，并增加 驅(qū)動(dòng)電流。除此之外，也可使用中能階金屬，其例示的金屬包括鉺(erbium)、 鈥(holmium)、鐵(titanium)、斷hafnium)、錯(cuò)(zirconium)、鈷(cobalt)、鎳(nickel)、 與上述的組合。另一方面，由于源極/漏極延伸區(qū)208的形成使用離子布植， 如前文所述，以消除P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置品質(zhì)下降的情況。圖7繪示接觸孔蝕刻停止層(contact etch stop layer; CESL)128與228的 形成。在一個(gè)實(shí)施例中，接觸孔蝕刻停止層128與228是連續(xù)性的同一層的 一部份，較好為具有張應(yīng)力。其優(yōu)點(diǎn)在于與薄層間隔物124搭配，有高應(yīng)力 作用在N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置的溝道區(qū)。另一方面，由于厚的間隔物 214的存在，作用于P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置的溝道區(qū)的有害張應(yīng)力就很 低。在另一實(shí)施例中，接觸孔蝕刻停止層128具有與生俱來的張應(yīng)力，而接 觸孔蝕刻停止層228則具有與生倶來的壓應(yīng)力。圖8 圖12顯示本發(fā)明的第二實(shí)施例，其中P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置 與N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置二者均具有肖特基源極/漏極延伸區(qū)。為了簡 化敘述，除非有其他特別情況，第一實(shí)施例中相同的元件符號(hào)，用以代表第 二實(shí)施例中的相同元件。請參考圖8，提供基部半導(dǎo)體基底30，其具有N型 金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū)域100與P型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū)域200?；堪雽?dǎo)體 基底30較好為包括硅，但也可使用常用的半導(dǎo)體材料。在P型金屬氧化物 半導(dǎo)體區(qū)域200中，硅鍺層240形成于基部半導(dǎo)體基底30上，接下來則形 成硅層242于硅鍺層240上，可通過外延成長來形成硅鍺層240與硅層242。 除此之外，也可以通過將鍺植入基部半導(dǎo)體基底30中而形成硅鍺層240。在 一個(gè)例示的實(shí)施例中，硅鍺層240的厚度小于300A，而硅層242的厚度為 50A 200A之間。硅層242較好為夠薄，而在后續(xù)的硅化工藝中，使硅層242 完全與金屬反應(yīng)，而其下的硅鍺層240會(huì)至少部分與上述金屬發(fā)生反應(yīng)，較 好為完全與上述金屬發(fā)生反應(yīng)。在另一實(shí)施例中，可以價(jià)帶低于硅層242與基部半導(dǎo)體基底30的價(jià)帶 的其他材料，來取代硅鍺層240。圖9顯示柵極堆疊結(jié)構(gòu)102與202、源極/漏極區(qū)120與220、以及間隔 物114與214的形成。其工藝細(xì)節(jié)實(shí)質(zhì)上與第一實(shí)施例相同，故在此不再重 復(fù)敘述。在N型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū)域100與P型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū)域 200 二者中形成源極/漏極延伸區(qū)較好為使用任何離子布植的步驟，雖然也可 如此形成。在圖10中，將間隔物114與214薄化以分別形成薄層間隔物124與224。 接下來，執(zhí)行硅化的工藝以形成肖特基源極/漏極延伸區(qū)144與244，所形成 的結(jié)構(gòu)如圖IIA與圖11B所示。用于上述硅化工藝的金屬的功函數(shù)較好為在 基部半導(dǎo)體基底30的傳導(dǎo)帶與硅鍺層240的價(jià)帶之間。適當(dāng)?shù)慕饘侔ㄣs (erbium)、鉬(platinum)、鎳(nickel)、鈷(cobalt)、鐿(ytterbium)、鎂(magnesium)、 鋁(aluminum)、鈦(titanium)與上述的組合。在本較佳實(shí)施例中，在上述硅化 工藝的過程中，硅鍺層240完全與上述金屬反應(yīng)，如圖11A所示。在其他實(shí) 施例中，如圖11B所示，僅有硅鍺層240的一上部與上述金屬反應(yīng)而形成摻 鍺的硅化物(germano-silicide)，而硅鍺層240的底部則未反應(yīng)。在圖11A與 圖11B中，肖特基源極/漏極延伸區(qū)144與244包括硅化物層144!與1442， 其分別于摻鍺的硅化物層1442與2442上。受惠于硅鍺的價(jià)帶低于硅，在硅鍺的價(jià)帶與硅的傳導(dǎo)帶之間的能帶間隙 (band gap)因此而低于硅的能帶間隙。在硅鍺層240分別與肖特基源極/漏極 延伸區(qū)244的界面，已降低其勢壘高度。在本實(shí)施例中，即使是使用單一金 屬結(jié)構(gòu)來形成P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置與N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置二者 的肖特基源極/漏極延伸區(qū)，通過選擇適當(dāng)?shù)慕饘伲琋型金屬氧化物半導(dǎo)體裝 置與P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置的至少其中之一、且也可二者皆是，可具有 較低的肖特基勢壘高度。在后續(xù)步驟中，形成接觸孔蝕刻停止層128與228。由于P型金屬氧化 物半導(dǎo)體裝置與N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置都具有薄層間隔物，接觸孔蝕刻 停止層228較好為具有壓應(yīng)力，而接觸孔蝕刻停止層128則較好為具有張應(yīng) 力。本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例具有數(shù)個(gè)有益特征。通過使用單一金屬結(jié)構(gòu)以形成肖特基源極/漏極延伸區(qū)，其成本低于使用雙金屬結(jié)構(gòu)，且不會(huì)犧牲互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體裝置的性能。上述肖特基源極/漏極延伸區(qū)的形成與薄層間隔物的形成整合，以進(jìn)一步改善上述互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體裝置的性能。雖然本發(fā)明己以較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)， 當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視隨附的權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體基底；N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置在該半導(dǎo)體基底的表面，該N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置具有肖特基源極/漏極延伸區(qū)；以及P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置在該半導(dǎo)體基底的該表面，其中該P(yáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置具有源極/漏極延伸區(qū)，該源極/漏極延伸區(qū)僅僅具有非金屬材料。
2. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該肖特基源極/漏極延伸區(qū)包括 金屬硅化物。
3. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置還包括第一柵極堆疊結(jié)構(gòu)于該半導(dǎo)體基 底上、與第一柵極間隔物于該第一柵極堆疊結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上；該P(yáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置還包括第二柵極堆疊結(jié)構(gòu)于該半導(dǎo)體基底上、與第二柵極間隔物于該第二柵極堆疊結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上；以及 該第二柵極間隔物厚于該第一柵極間隔物。
4. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該肖特基源極/漏極延伸區(qū)中的金屬的功函數(shù)接近該半導(dǎo)體基底的傳導(dǎo)帶。
5. —種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體基底；N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置在該半導(dǎo)體基底的表面，該N型金屬氧化物 半導(dǎo)體裝置具有-第一柵極介電質(zhì)于該半導(dǎo)體基底上； 第一柵極于該第一柵極介電質(zhì)上；第一柵極間隔物于該第一柵極的側(cè)壁與該第一柵極介電質(zhì)的側(cè)壁上；及第一源極/漏極延伸區(qū)具有內(nèi)緣，該第一源極/漏極延伸區(qū)的內(nèi)緣實(shí) 質(zhì)上對(duì)準(zhǔn)該第一柵極間隔物的外緣，其中該第一源極/漏極延伸區(qū)為金屬硅化 物區(qū)，該金屬硅化物區(qū)與該半導(dǎo)體基底具有肖特基接觸；以及P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置于該半導(dǎo)體基底的該表面，該P(yáng)型金屬氧化 物半導(dǎo)體裝置具有第二柵極介電質(zhì)于該半導(dǎo)體基底上；第二柵極于該第二柵極介電質(zhì)上；第二柵極間隔物于該第二柵極的側(cè)壁與該第二柵極介電質(zhì)的側(cè)壁 上，其中該第二柵極間隔物厚于該第一柵極間隔物-，第二源極/漏極延伸區(qū)具有內(nèi)緣，該第二源極/漏極延伸區(qū)的內(nèi)緣實(shí) 質(zhì)上對(duì)準(zhǔn)該第二柵極介電質(zhì)的邊緣，其中該第二源極/漏極延伸區(qū)與該半導(dǎo)體基底具有歐姆接觸；源極/漏極區(qū)相鄰于該第二柵極介電質(zhì)，其中該源極/漏極區(qū)實(shí)質(zhì)上 對(duì)準(zhǔn)該第二柵極間隔物的外緣；及硅化物區(qū)于該源極/漏極區(qū)上，其中該第一源極/漏極延伸區(qū)與該硅 化物區(qū)具有相同的金屬。
6. 如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該第一源極/漏極延伸區(qū)具有金 屬，其功函數(shù)小于4.25eV。
7. —種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括 半導(dǎo)體基底；N型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū)域于該半導(dǎo)體基底中，其中該N型金屬氧化物 半導(dǎo)體區(qū)域僅包括具有第一價(jià)帶的基部半導(dǎo)體基底；P型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū)域于該半導(dǎo)體基底中，其中該P(yáng)型金屬氧化物 半導(dǎo)體區(qū)域具有附加的半導(dǎo)體層于該基部半導(dǎo)體基底上，且該附加的半導(dǎo)體 層具有第二價(jià)帶，其低于該第一價(jià)帶；N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置于該N型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū)域中，該N型 金屬氧化物半導(dǎo)體裝置具有第一柵極堆疊結(jié)構(gòu)于該基部半導(dǎo)體基底上；及 第一肖特基源極/漏極延伸區(qū)相鄰于該第一柵極堆疊結(jié)構(gòu)；以及 P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置于該P(yáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū)域中，該P(yáng)型 金屬氧化物半導(dǎo)體裝置具有第二柵極堆疊結(jié)構(gòu)于該附加的半導(dǎo)體層的上方；及第二肖特基源極/漏極延伸區(qū)相鄰于該第二柵極堆疊結(jié)構(gòu)，其中該第二肖特基源極/漏極延伸區(qū)具有下表面，其低于該附加的半導(dǎo)體層的上表面，且該第一肖特基源極/漏極延伸區(qū)與該第二肖特基源極/漏極延伸區(qū)具有相同的金屬。
8. 如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該第一肖特基源極/漏極延伸區(qū) 具有硅化物，且該第二肖特基源極/漏極延伸區(qū)具有摻鍺的硅化物。
9. 如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該基部半導(dǎo)體基底為硅基底、該附加的半導(dǎo)體層為硅鍺層、與該第二肖特基源極/漏極延伸區(qū)具有金屬硅化 物層于摻鍺金屬硅化物層上。
10. —種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括提供半導(dǎo)體基底；形成N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置在該半導(dǎo)體基底的表面，該N型金屬 氧化物半導(dǎo)體裝置具有肖特基源極/漏極延伸區(qū)；以及形成P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置在該半導(dǎo)體基底的該表面，其中該P(yáng)型 金屬氧化物半導(dǎo)體裝置具有源極/漏極延伸區(qū)，該源極/漏極延伸區(qū)僅僅具有 非金屬材料。
11. 一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括 提供半導(dǎo)體基底；形成N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置在該半導(dǎo)體基底的表面，其步驟具有形成第一柵極堆疊結(jié)構(gòu)于該半導(dǎo)體基底上； 形成厚間隔物于該第一柵極堆疊結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上； 植入N型摻雜物以形成第一源極/漏極區(qū)； 將該厚間隔物薄化，以形成薄間隔物；及使相鄰于該薄間隔物的該半導(dǎo)體基底的上部發(fā)生反應(yīng)，以形成肖特 基源極/漏極延伸區(qū)；以及形成P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置于該半導(dǎo)體基底的該表面，其步驟具有 形成第二柵極堆疊結(jié)構(gòu)于該半導(dǎo)體基底上； 植入P型摻雜物以形成源極/漏極延伸區(qū)； 形成間隔物于該第二柵極堆疊結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上； 植入P型摻雜物以形成第二源極/漏極區(qū)；及使該第二源極/漏極區(qū)的上部發(fā)生反應(yīng)，以形成源極/漏極硅化物區(qū)，其中該肖特基源極/漏極延伸區(qū)與該源極/漏極硅化物區(qū)同時(shí)形成。 12.—種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括提供基部半導(dǎo)體基底，其具有N型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū)域與P型金屬氧 化物半導(dǎo)體區(qū)域，其中該基部半導(dǎo)體基底具有第一價(jià)帶；僅僅在該基部半導(dǎo)體基底中的該P(yáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū)域上，形成附加的半導(dǎo)體層，該附加的半導(dǎo)體層具有第二價(jià)帶，其低于該第一價(jià)帶；形成N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置于該N型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū)域中， 其步驟具有形成第一柵極堆疊結(jié)構(gòu)于該基部半導(dǎo)體基底上；及 形成第一肖特基源極/漏極延伸區(qū)相鄰于該第一柵極堆疊結(jié)構(gòu)；以及 形成P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置于該P(yáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體區(qū)域中，其 步驟具有形成第二柵極堆疊結(jié)構(gòu)于該附加的半導(dǎo)體層的上方；及 形成第二肖特基源極/漏極延伸區(qū)相鄰于該第二柵極堆疊結(jié)構(gòu)，其中該第 二肖特基源極/漏極延伸區(qū)具有下表面，其低于該附加的半導(dǎo)體層的上表面， 且該第一肖特基源極/漏極延伸區(qū)與該第二肖特基源極/漏極延伸區(qū)同時(shí)形 成。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體基底、與N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置在上述半導(dǎo)體基底的表面，其中上述N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置具有肖特基源極/漏極延伸區(qū)。上述一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置在上述半導(dǎo)體基底的上述表面，其中上述P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置具有源極/漏極延伸區(qū)，上述源極/漏極延伸區(qū)僅僅具有非金屬材料?？蔀樯鲜鯬型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置與上述N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置二者，形成上述肖特基源極/漏極延伸區(qū)，其中將上述P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置形成于具有低價(jià)帶的半導(dǎo)體層的上方，可減少上述P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置的肖特基勢壘。
文檔編號(hào)H01L21/8238GK101241912SQ20071013689
公開日2008年8月13日 申請日期2007年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月9日
發(fā)明者李文欽, 柯志欣, 葛崇祜, 陳宏瑋 申請人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司