專(zhuān)利名稱(chēng)：具有梯度摻雜分布的半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及一種具有梯度摻雜分布的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體集成電路(IC)工業(yè)經(jīng)歷了快速的發(fā)展。IC材料和設(shè)計(jì)中的技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)生出了一代又一代1C，每代IC都具有比前一代IC更小更復(fù)雜的電路。然而，這些改進(jìn)同時(shí)還增加了處理和制造IC的復(fù)雜程度，對(duì)于這些即將實(shí)現(xiàn)的改進(jìn)，需要在IC處理和制造中進(jìn)行類(lèi)似的改進(jìn)。在集成電路的發(fā)展過(guò)程中，隨著幾何尺寸(即，利用制造工藝可以形成的最小元件(或線(xiàn)路))的減小，功能密度(即，單位芯片面積的互連器件的數(shù)量)通常會(huì)增大。IC可以包含帶有摻雜區(qū)域的晶體管器件。隨著晶體管尺寸的持續(xù)減小，防止摻雜區(qū)域的不期望的向外擴(kuò)散變得越來(lái)越難。這種向外擴(kuò)散可能會(huì)妨礙晶體管器件的運(yùn)行和/ 或降低晶體管性能。另外，減小的晶體管尺寸可能會(huì)導(dǎo)致諸如電流集聚、高源極/漏極電阻、以及非最佳摻雜分布的一些問(wèn)題。因此，盡管現(xiàn)有的制造半導(dǎo)體器件的方法通常足以實(shí)現(xiàn)其預(yù)期目的，但是并非在各個(gè)方面都完全令人滿(mǎn)意。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上方形成柵極；實(shí)施第一注入工藝，從而在所述襯底中形成第一摻雜區(qū)域，所述第一摻雜區(qū)域鄰近所述柵極；實(shí)施第二注入工藝，從而在所述襯底中形成第二摻雜區(qū)域，所述第二摻雜區(qū)域形成得比所述第一摻雜區(qū)域距離所述柵極更遠(yuǎn)，所述第二摻雜區(qū)域的摻雜濃度級(jí)高于所述第一摻雜區(qū)域的摻雜濃度級(jí)；去除所述第一摻雜區(qū)域的部分和所述第二摻雜區(qū)域的部分，從而在所述襯底中形成凹槽；以及在所述凹槽中外延生長(zhǎng)第三摻雜區(qū)域，所述第三摻雜區(qū)域的摻雜濃度級(jí)高于所述第二摻雜區(qū)域的摻雜濃度級(jí)。根據(jù)本發(fā)明提供的方法，進(jìn)一步包括在實(shí)施所述第二注入工藝之前，在所述柵極的側(cè)壁上形成隔離件，所述隔離件部分地覆蓋所述第一摻雜區(qū)域；并且其中，實(shí)施所述第二注入工藝使得所述第二摻雜區(qū)域與所述隔離件對(duì)準(zhǔn)。根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中，實(shí)施所述第二注入工藝的溫度基本上低于實(shí)施所述第一注入工藝的溫度。根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中，實(shí)施所述第二注入工藝的溫度基本上低于實(shí)施所述第一注入工藝的溫度，并且實(shí)施所述第二注入工藝的溫度在大約-60攝氏度至大約-100攝氏度的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中，實(shí)施所述第一注入工藝、實(shí)施所述第二注入工藝、以及外延生長(zhǎng)所述第三摻雜區(qū)域，使得所述第一摻雜區(qū)域、所述第二摻雜區(qū)域、以及所述第三摻雜區(qū)域均包含作為摻雜劑雜質(zhì)的磷。
根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中所述第二摻雜區(qū)域比所述第一摻雜區(qū)域更深地延伸至所述襯底中；以及所述第三摻雜區(qū)域比所述第二摻雜區(qū)域更深地延伸至所述襯底中。根據(jù)本發(fā)明提供的方法，進(jìn)一步包括，在實(shí)施所述第二注入工藝之后，實(shí)施快速熱退火(RTA)工藝。根據(jù)本發(fā)明提供的方法，進(jìn)一步包括在所述去除之前，削減所述隔離件，并且其中，實(shí)施所述去除，使得所述凹槽與經(jīng)過(guò)削減的隔離件對(duì)準(zhǔn)。根據(jù)本發(fā)明提供的方法，進(jìn)一步包括，在去除之后以及外延生長(zhǎng)之前，在所述凹槽的暴露出的表面上形成未摻雜層。

根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中，所述柵極包括多晶硅柵電極，并且所述方法進(jìn)一步包括，在外延生長(zhǎng)所述第三摻雜區(qū)域之后，將所述多晶硅柵電極替換為金屬柵電極。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上方形成柵極；在所述襯底中形成輕摻雜源極/漏極(LDD)區(qū)域，使得所述LDD區(qū)域的邊界至少部分地通過(guò)所述柵極的側(cè)壁限定；在所述柵極的所述側(cè)壁上形成隔離件，所述隔離件至少部分地覆蓋所述LDD區(qū)域；在所述襯底中形成重?fù)诫s區(qū)域，使得所述重?fù)诫s區(qū)域的邊界至少部分地通過(guò)所述隔離件限定，并且其中，所述重?fù)诫s區(qū)域比所述LDD區(qū)域被更重地?fù)诫s，并且所述重?fù)诫s區(qū)域比所述LDD區(qū)域的深度更深；削減所述隔離件，使得經(jīng)過(guò)削減的隔離件的橫向尺寸減小；在包含所述LDD區(qū)域和所述重?fù)诫s區(qū)域的襯底部分中形成開(kāi)口，其中，所述開(kāi)口至少部分地與所述經(jīng)過(guò)削減的隔離件對(duì)準(zhǔn)；以及實(shí)施外延生長(zhǎng)工藝，從而利用摻雜成分至少部分地填充所述開(kāi)口，其中，所述摻雜成分比所述重?fù)诫s區(qū)域被更重地?fù)诫s。在該方法中，其中，使用低溫離子注入工藝形成所述重?fù)诫s區(qū)域。在該方法中，其中，使用低溫離子注入工藝形成所述重?fù)诫s區(qū)域，并且其中，在以下條件下實(shí)施所述低溫離子注入工藝工藝溫度在大約-60攝氏度和大約-100攝氏度之間的范圍內(nèi)，所使用的注入能量在大約I千電子伏(KeV)和大約3KeV之間的范圍內(nèi)，所使用的注入劑量在大約5 X IO14原子/厘米2至大約3 X IO15原子/厘米2的范圍內(nèi)。在該方法中，其中，在形成所述重?fù)诫s區(qū)域之后,在大約990攝氏度和大約1010攝氏度的范圍內(nèi)的工藝溫度下實(shí)施快速熱退火(RTA)工藝。在該方法中，其中，所述柵極是偽柵極，并且所述方法進(jìn)一步包括，在實(shí)施所述外延生長(zhǎng)工藝之后，將所述偽柵極替換為金屬柵極。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括柵極結(jié)構(gòu)，被設(shè)置在襯底上方；柵極隔離件，被設(shè)置在所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上；第一摻雜區(qū)域，被設(shè)置在所述襯底中，并且至少部分地與所述柵極結(jié)構(gòu)重疊，所述第一摻雜區(qū)域具有第一摻雜濃度級(jí)和第一深度；第二摻雜區(qū)域，被設(shè)置在所述襯底中，并且至少部分地與所述柵極隔離件重疊，但是不與所述柵極結(jié)構(gòu)重疊，所述第二摻雜區(qū)域的第二摻雜濃度級(jí)高于所述第一摻雜濃度級(jí)，所述第二摻雜區(qū)域的第二深度大于所述第一深度；以及第三摻雜區(qū)域，被設(shè)置在所述襯底中，并且至少部分地與所述柵極隔離件的外邊界對(duì)準(zhǔn)，所述第三摻雜區(qū)域的第三摻雜濃度級(jí)高于所述第二摻雜濃度級(jí)，所述第三摻雜區(qū)域的第三深度大于所述第二深度。在該半導(dǎo)體器件中，其中所述第一摻雜濃度級(jí)在大約5 X IO19原子/厘米3至大約2X 102°原子/厘米3的范圍內(nèi)；所述第二摻雜濃度級(jí)處于大約2X 102°原子/厘米3至大約4X 102°原子/厘米3的范圍內(nèi)；以及所述第三摻雜濃度級(jí)在大約5X 102°原子/厘米3至大約IXIO21原子/厘米3的范圍內(nèi)。在該半導(dǎo)體器件中，其中所述第一摻雜區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)域部分地相互重疊；以及所述第一摻雜區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)域均與所述第三摻雜區(qū)域接連。在該半導(dǎo)體器件中，其中，所述第三摻雜區(qū)域被硅層圍繞，所述硅層沒(méi)有被磷摻雜。在該半導(dǎo)體器件中，其中所述柵極結(jié)構(gòu)包括高k柵極電介質(zhì)和金屬柵電極。


根據(jù)以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述可以最好地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。需要強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各種不同部件沒(méi)有按比例繪制。實(shí)際上，為了使論述清晰，可以任意增加或減小各種部件的尺寸。
圖I是示出根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面制造半導(dǎo)體器件的方法的流程圖。圖2至圖11示出了根據(jù)圖I的方法的處于各個(gè)制造階段的半導(dǎo)體器件的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式應(yīng)該理解，以下公開(kāi)內(nèi)容提供了許多用于實(shí)施所公開(kāi)的不同特征的不同實(shí)施例或?qū)嵗Ｒ韵旅枋鼋M件和配置的具體實(shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然，這僅僅是實(shí)例，并不是用于限制本發(fā)明。例如，在以下描述中，第一部件形成在第二部件上方或者之上可以包括第一部件和第二部件直接接觸的實(shí)施例，還可以包括在第一部件和第二部件之間插入有附加部件，從而使得第一部件和第二部件不直接接觸的實(shí)施例。另外，本發(fā)明可以在各個(gè)實(shí)例中重復(fù)附圖編號(hào)和/或字母。這種重復(fù)僅僅是為了簡(jiǎn)要和清晰的目的，其本身并不表示所論述的各個(gè)實(shí)施例和/或配制之間的的關(guān)系。圖I中示出了用于制造半導(dǎo)體器件的方法10的流程圖。圖2-圖11是在各個(gè)制造階段期間的半導(dǎo)體器件的示意性片斷橫截面?zhèn)纫晥D。半導(dǎo)體器件可以包括集成電路(IC)芯片、片上系統(tǒng)(SoC)、或者上述的部分，該半導(dǎo)體器件可以包括各種無(wú)源和有源微電子器件，比如電阻器、電容器、電感器、二極管、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(M0SFET)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)晶體管、雙極結(jié)晶體管(BJT)、橫向擴(kuò)散MOS(LDMOS)晶體管、大功率MOS晶體管、或者其他類(lèi)型的晶體管?？梢岳斫?，為了更好地理解本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思，將圖2-圖11進(jìn)行了簡(jiǎn)化。因此，應(yīng)該注意，可以在圖I的方法10之前、之中、之后提供附加工藝，而一些其他工藝在本文中可以?xún)H僅進(jìn)行簡(jiǎn)要描述。參考圖1，方法10開(kāi)始于框12，其中，在襯底上方形成柵極。方法10繼續(xù)進(jìn)行到框14，其中，實(shí)施第一注入工藝，從而在襯底中形成第一摻雜區(qū)域。第一摻雜區(qū)域鄰近柵極。方法10繼續(xù)進(jìn)行到框16，其中，實(shí)施第二注入工藝，從而在襯底中形成第二摻雜區(qū)域。第二摻雜區(qū)域比第一摻雜區(qū)域距離柵極更遠(yuǎn)。第二摻雜區(qū)域具有比第一摻雜區(qū)域更高的摻雜濃度級(jí)。方法10繼續(xù)進(jìn)行到框18，其中，去除第一和第二摻雜區(qū)域的部分，從而在襯底中形成凹槽。方法10繼續(xù)進(jìn)行到框20，其中，在凹槽中外延生長(zhǎng)第三摻雜區(qū)域。第三摻雜區(qū)域具有比第二摻雜區(qū)域更高的摻雜濃度級(jí)。參考圖2，根據(jù)圖I的方法10制造半導(dǎo)體器件35。半導(dǎo)體器件35具有襯底40。襯底40是利用諸如硼的P型摻雜劑摻雜的硅襯底?？蛇x地，襯底40可以是N型襯底或者由一些其他適當(dāng)元素半導(dǎo)體，比如金剛石或者鍺；適當(dāng)化合物半導(dǎo)體，比如碳化硅、砷化銦、或者磷化銦；或者合適的合金半導(dǎo)體，比如碳化硅鍺、磷砷化鎵、或磷化鎵銦制成。另外，襯底40可以包括外延層Gpi層)，為了提高性能可以對(duì)該襯底40進(jìn)行應(yīng)變，并且該襯底40可以包括絕緣體上娃(SOI)結(jié)構(gòu)?？梢栽谝r底40中形成諸如淺溝槽隔離(STI)器件的絕緣結(jié)構(gòu)?？梢酝ㄟ^(guò)以下方式形成STI器件在襯底40中蝕刻凹槽(或者溝槽)，并且利用本領(lǐng)域公知的諸如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氟摻雜硅酸鹽(FSG)、和/或低k介電材料的介電材 料填充該凹槽。為了簡(jiǎn)明，本文沒(méi)有示出這些絕緣結(jié)構(gòu)。然后，可選地，在襯底40上方形成界面層50。通過(guò)原子層沉積(ALD)工藝形成界面層50，并且該界面層50包含氧化硅(SiO2)。然后，柵極介電層200形成在界面層50上方。通過(guò)ALD工藝形成柵極介電層200。在實(shí)施例中，柵極介電層200包括高k介電材料。高k介電材料是介電常數(shù)高于SiO2的介電常數(shù)(約為4)的材料。在實(shí)施例中，柵極介電層200包括二氧化鉿(HfO2)，二氧化鉿(HfO2)的介電常數(shù)處于大約18至大約40的范圍內(nèi)。在可選實(shí)施例中，柵極介電層200可以包含 Zr02、Y2O3> La2O5, Gd2O5, TiO2, Ta2O5, HfErO, HfLaO, HfYO, HfGdO, HfAlO, HfZrO, HfTiO,HfTaO、和SrTiO中的一種。然后，在柵極介電層200上方形成柵電極層210。在所示實(shí)施例中，柵電極層210包含多晶硅材料。參考圖3，使用本領(lǐng)域公知的光刻工藝來(lái)圖案化界面層50、柵極介電層200、和柵電極層210，從而形成多個(gè)柵極結(jié)構(gòu)(還稱(chēng)作柵極疊層)，其中的兩個(gè)柵極結(jié)構(gòu)在本文中示出為220-221。然后，輕摻雜源極/漏極(還稱(chēng)作LDD)區(qū)域230形成在柵極結(jié)構(gòu)220-221中的每一個(gè)的相對(duì)側(cè)上的襯底40的部分中。通過(guò)實(shí)施本領(lǐng)域所公知的離子注入工藝235形成LDD區(qū)域230。在這里，半導(dǎo)體器件35是NMOS器件，因此，可以使用IK 3K的能量范圍內(nèi)以及5E14/厘米2 2E15/厘米2的劑量的諸如磷或者砷的N型摻雜劑來(lái)形成LDD區(qū)域230。對(duì)于其他PMOS器件(未示出)，使用諸如硼的P型摻雜劑來(lái)形成其相應(yīng)的LDD區(qū)域。因此，實(shí)施快速熱退火工藝(RTA)將LDD區(qū)域230退火。在實(shí)施RTA工藝之后，LDD區(qū)域230所具有摻雜活化水平可以處于大約5 X IO19原子/厘米3至大約2X 102°原子/厘米3的范圍內(nèi)?，F(xiàn)在參考圖4，使用本領(lǐng)域所公知的沉積工藝和蝕刻工藝(例如，各向異性蝕刻工藝)在襯底40上方和柵極結(jié)構(gòu)220-221的側(cè)壁上形成多個(gè)柵極隔離件240。柵極隔離件240包含適當(dāng)?shù)慕殡姴牧希热绲?、氧化硅、碳化硅、氮氧化硅、或者上述的組合。每個(gè)柵極隔離件240都具有橫向尺寸(或?qū)挾?242。在實(shí)施例中，橫向尺寸處于大約12納米(nm)至大約16nm的范圍內(nèi)，例如大約14nm。然后，實(shí)施離子注入工藝(未示出)來(lái)形成PMOS器件(未示出)的重?fù)诫sP型源極/漏極區(qū)域(還稱(chēng)作摻雜區(qū)域)。對(duì)于圖4中示出的NMOS半導(dǎo)體35，實(shí)施低溫離子注入工藝245在沒(méi)有被柵極220-221和隔離件240覆蓋的襯底40的部分中形成重?fù)诫sN型摻雜區(qū)域。作為實(shí)例，在本文中，上述摻雜區(qū)域之一被示出為柵極結(jié)構(gòu)220和221之間的摻雜區(qū)域250。在基本低于離子注入工藝235的工藝溫度的工藝溫度下實(shí)施離子注入工藝245，離子注入工藝235可以在室溫或者室溫以上實(shí)施。在實(shí)施例中，離子注入工藝245的工藝溫度處于大約-60攝氏度至大約-100攝氏度的范圍內(nèi)。本文中所使用的低溫防止了襯底中的不期望的離子向外擴(kuò)散。例如，隨著摻雜區(qū)域250的形成，防止了 LDD區(qū)域230中的離子向外擴(kuò)散和/或摻雜區(qū)域250中的向外擴(kuò)散。在實(shí)施例中，離子注入工藝245使用磷作為摻雜劑。離子注入工藝245使用的注入能量處于大約I千電子伏(KeV)至大約3KeV的范圍內(nèi)，例如大約2KeV。離子注入工藝245還使用了處于大約5 X IO14原子/厘米2至大約3 X IO15原子/厘米2的范圍內(nèi)的注入劑量。如圖4所示，由于柵極結(jié)構(gòu)220-221和隔離件240防止了位于其下的襯底被注入，因此，摻雜區(qū)域250基本上與柵極隔離件240的外邊界對(duì)準(zhǔn)。由于不需要附加光刻工藝來(lái)限定摻雜區(qū)域250的區(qū)域或者邊界，因此，可以說(shuō)該摻雜區(qū)域250是通過(guò)“自對(duì)準(zhǔn)”方式形成的。換言之，隔離件240有助于限定出摻雜區(qū)域250的邊界。摻雜區(qū)域250與柵極結(jié)構(gòu)220-221之間的LDD區(qū)域230部分重疊，但是摻雜區(qū)域250在襯底40中比LDD區(qū)域230延伸地更遠(yuǎn)(或者更深)。
現(xiàn)在參考圖5，實(shí)施快速熱退火(RTA)工藝260，從而激活摻雜區(qū)域250中的被注入的摻雜劑離子。在大約990攝氏度和大約1010攝氏度之間的工藝溫度范圍內(nèi)，持續(xù)從大約10毫秒至大約100毫秒的時(shí)間實(shí)施RTA工藝260。作為RTA工藝260的結(jié)果，LDD區(qū)域230可能經(jīng)歷一定程度的擴(kuò)散，并且可以橫向擴(kuò)張至柵極結(jié)構(gòu)220-221下方的襯底的區(qū)域中，摻雜區(qū)域250也可能橫向擴(kuò)張至隔離件240下方的襯底的區(qū)域中?？梢酝ㄟ^(guò)距離270測(cè)量出柵極結(jié)構(gòu)下方的LDD區(qū)域230的擴(kuò)張量，其中，大體上從LDD區(qū)域230的頂端至柵極結(jié)構(gòu)的最近側(cè)壁測(cè)量出距離270。在實(shí)施例中，距離270處于大約2nm至大約5nm的范圍內(nèi)，例如大約3nm。同時(shí)，擴(kuò)張摻雜區(qū)域，使得該摻雜區(qū)域的頂端與柵極結(jié)構(gòu)的最近側(cè)壁間隔開(kāi)距離280。在實(shí)施例中，該距離處于大約O. 5nm至大約3nm的范圍內(nèi)，例如大約2nm。在實(shí)施RTA工藝260之前，LDD區(qū)域230和摻雜區(qū)域250之間的匯合處或邊界附近的摻雜濃度級(jí)可以具有“階梯函數(shù)狀”分布。換言之，LDD區(qū)域230中的摻雜濃度級(jí)可以明顯低于摻雜區(qū)域250中的摻雜濃度級(jí)，從而使得匯合處兩端可以具有急劇跳躍。在實(shí)施RTA工藝260之后，由于如上所述的擴(kuò)散，可以擴(kuò)張摻雜區(qū)域250中(和LDD區(qū)域230中)的被注入的摻雜劑離子。因此，在LDD區(qū)域230和摻雜區(qū)域250之間的匯合處或者邊界之間不再存在有“階梯函數(shù)狀”摻雜分布。反之，LDD區(qū)域230和摻雜區(qū)域250之間的匯合處或者邊界沒(méi)有被清晰地限定，但是更加“模糊不清”或者具有梯度。因此，摻雜分布可以更平滑地(而不是突然地)從LDD區(qū)域230改變至摻雜區(qū)域250。在實(shí)施RTA工藝260之后，摻雜區(qū)域所具有的摻雜濃度級(jí)處于大約2X 102°原子/厘米3至大約4X 102°原子/厘米3的范圍內(nèi)?，F(xiàn)在參考圖6，實(shí)施隔離件削減工藝300將隔離件240進(jìn)行削減(trim)。因此，每個(gè)經(jīng)過(guò)削減的隔離件240A的具有降低的橫向尺寸或者寬度310。在實(shí)施例中，橫向尺寸310處于大約5nm至大約9nm的范圍內(nèi)，例如大約7nm。參考圖7，在襯底40包含LDD區(qū)域230和摻雜區(qū)域250的部分中形成凹槽350。在實(shí)施例中，通過(guò)干式蝕刻工藝形成凹槽350。凹槽350基本上與隔離件240A的外邊界對(duì)準(zhǔn)。凹槽350具有深度(或者縱向尺寸)360。在實(shí)施例中，深度處于大約200埃至大約300埃的范圍內(nèi)。另外，可選地，層380可以形成在凹槽350暴露出的表面上。層380包含基本上不含磷的娃材料。換言之，層380未摻雜磷。在實(shí)施例中,層380可以包含其他類(lèi)型的雜質(zhì)來(lái)增強(qiáng)其導(dǎo)電性。層380較薄，其所具有的厚度處于從大約Inm至大約5nm的范圍內(nèi)。參考圖8，實(shí)施外延生長(zhǎng)工藝400 (還稱(chēng)作SiP生長(zhǎng)工藝)在凹槽350中外延生長(zhǎng)摻雜區(qū)域410。摻雜區(qū)域410包含磷作為摻雜劑，并且充分填充了凹槽350。外延生長(zhǎng)工藝400使得摻雜區(qū)域410能夠具有高摻雜濃度級(jí)——高于LDD區(qū)域230和摻雜區(qū)域250的摻雜濃度級(jí)。在實(shí)施例中，摻雜區(qū)域410的摻雜濃度級(jí)處于大約5X 102°原子/厘米3至大約I X IO21原子/厘米3的范圍內(nèi)。因此，摻雜區(qū)域410的摻雜濃度級(jí)比摻雜區(qū)域250的摻雜濃度級(jí)更高，該摻雜區(qū)域250的摻雜濃度級(jí)比LDD區(qū)域230的摻雜濃度級(jí)更高。摻雜區(qū)域410與LDD區(qū)域230和摻雜區(qū)域250的剩余部分毗鄰。摻雜區(qū)域在襯底40中比LDD區(qū)域230和摻雜區(qū)域250延伸地更深。在實(shí)施例中，摻雜區(qū)域的深度360 (還在圖 中示為凹槽350的深度)處于大約200埃至大約300埃的范圍內(nèi)，而LDD區(qū)域230的深度420處于大約100埃至大約200埃的范圍內(nèi)，并且摻雜區(qū)域250的深度430處于大約 150埃至大約250埃的范圍內(nèi)。摻雜區(qū)域410和摻雜區(qū)域250共同作為半導(dǎo)體器件35的源極/漏極(S/D)區(qū)域，其中，摻雜區(qū)域410組成了 S/D區(qū)域的主要部分?？梢云谕鸖/D區(qū)域具有較好的導(dǎo)電性，因此可以期望摻雜區(qū)域410具有較高的摻雜濃度級(jí)。根據(jù)一些傳統(tǒng)制造方法，僅僅通過(guò)注入工藝形成S/D區(qū)域，這樣可能無(wú)法獲得期望的高摻雜濃度級(jí)。根據(jù)一些其他傳統(tǒng)制造方法，使用外延生長(zhǎng)(epi-生長(zhǎng))來(lái)形成高摻雜S/D區(qū)域。然而，這些傳統(tǒng)方法通常會(huì)遇到一些問(wèn)題，比如電流集聚和/或磷向外擴(kuò)散。例如，電流集聚可能是由于從溝道(柵極下方)至S/D區(qū)域的較窄的導(dǎo)電路徑造成的，磷的向外擴(kuò)散可能是由隨后實(shí)施的高溫工藝(比如退火工藝)造成的。相比之下，本文所公開(kāi)的實(shí)施例比傳統(tǒng)制造方法提供了諸多優(yōu)點(diǎn)，可以理解，不同的實(shí)施例可以提供不同的優(yōu)點(diǎn)，沒(méi)有哪個(gè)特定的優(yōu)點(diǎn)是所有實(shí)施例所必須具備的。優(yōu)點(diǎn)之一是基本緩解了電流集聚問(wèn)題。如圖8(未按比例繪制)中所示，從溝道區(qū)域440至摻雜區(qū)域410的導(dǎo)電路徑穿過(guò)LDD區(qū)域230和摻雜區(qū)域250。該導(dǎo)電路徑在深度上逐漸增加，這是因?yàn)閾诫s區(qū)域250比LDD區(qū)域230更深，摻雜區(qū)域410比摻雜區(qū)域250更深。深度的逐漸增加意味著電流不太可能在相對(duì)較窄的LDD區(qū)域230內(nèi)“集聚”或者“被壓住”。換言之，導(dǎo)電路徑具有梯度形狀或者幾何結(jié)構(gòu)。另外，從LDD區(qū)域230至摻雜區(qū)域250的摻雜濃度的增加是漸進(jìn)的(從5E19原子/厘米3-2E20原子/厘米3的范圍至從2E20原子/厘米3-4E20原子/厘米3的范圍)。從摻雜區(qū)域250至摻雜區(qū)域410的摻雜濃度的增加也是漸進(jìn)的(從2E20原子/厘米3_4E20原子/厘米3的范圍至從5E20原子/厘米3-1Ε21原子/厘米3的范圍)。同樣，所得到的導(dǎo)電路徑的摻雜分布不具有不期望的階梯函數(shù)狀形狀。這意味著，沿著導(dǎo)電路徑的電場(chǎng)相對(duì)平滑，并且沒(méi)有相比于弱點(diǎn)的強(qiáng)點(diǎn)。換言之，導(dǎo)電路徑還具有梯度的摻雜濃度分布。相對(duì)平滑的電場(chǎng)和導(dǎo)電路徑的漸進(jìn)擴(kuò)張可以增強(qiáng)溝道飽和電流，并且可以降低漏電流(比如體結(jié)漏電流或者柵極引起的漏極漏電流)。該相對(duì)平滑的電場(chǎng)和電流集聚的緩解還可以有助于獲得較低的S/D電阻。本文中公開(kāi)的實(shí)施例的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是對(duì)磷向外擴(kuò)散的良好控制。對(duì)向外控制的充分控制非常重要，這是因?yàn)?，隨著器件尺寸減小，摻雜劑向外擴(kuò)散可能會(huì)開(kāi)始降低器件性能，并且甚至可能導(dǎo)致器件故障。例如，現(xiàn)代的晶體管器件的小尺寸意味著N型摻雜劑可能很容易擴(kuò)散至本應(yīng)該是P型的區(qū)域(反之亦然)或者未摻雜區(qū)域，這是由于摻雜劑僅僅需要經(jīng)過(guò)較短距離(因?yàn)榭s短了器件尺寸)來(lái)達(dá)到那里。如上所述，使用低溫(在_60°C和_100°C之間)離子注入工藝245來(lái)形成摻雜區(qū)域250，這意味著，在摻雜區(qū)域250的形成期間將發(fā)生非常少的摻雜劑向外擴(kuò)散。而且，可選地，形成在凹槽350的表面上的層380實(shí)際上圍繞著摻雜區(qū)域410從而為將來(lái)的制造工藝導(dǎo)致的任何潛在的從摻雜區(qū)域410的磷向外擴(kuò)散提供了緩沖。例如，擴(kuò)散的磷摻雜劑離子可以被層410吸收因此不會(huì)到達(dá)本不應(yīng)該存在磷摻雜劑離子的區(qū)域。可以實(shí)施附加的制造工藝來(lái)完成半導(dǎo)體器件35的制造過(guò)程。參考圖9，層間(或者級(jí)間)介電(ILD)層450形成在襯底40和柵極結(jié)構(gòu)220-221上方?？梢酝ㄟ^(guò)化學(xué)汽相沉積(CVD)、高密度等離子體CVD、旋轉(zhuǎn)涂布、濺射、或者其他適當(dāng)方法來(lái)形成ILD層450。在實(shí)施例中，ILD層450包含氧化硅。在其他實(shí)施例中，ILD層450可以包含氮氧化硅、氮化 娃、或者低k材料。參考圖10，在ILD層450上實(shí)施化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝460，從而將柵極結(jié)構(gòu)220-221的頂表面暴露出來(lái)。在CMP工藝460之后，柵極結(jié)構(gòu)220-221的頂表面基本上與柵極結(jié)構(gòu)220-221的每側(cè)上的ILD層450的頂表面共面。然后，去除柵電極層490，從而形成溝槽(或者開(kāi)口)470-471來(lái)替代柵電極層490?？梢允褂帽绢I(lǐng)域公知的濕式蝕刻工藝或者干式蝕刻工藝來(lái)去除柵電極層490，同時(shí)保持半導(dǎo)體器件35的剩余層基本上沒(méi)有被蝕刻，這些剩余層包括柵極介電層200、柵極隔離件240A、以及ILD層450。由于去除了柵電極層490,因此,該器件還可以稱(chēng)作偽柵電極層。現(xiàn)在參考圖11，金屬部分480-481分別形成在溝槽470-471內(nèi)，以及柵電極層200上方。金屬部分480-481包含11隊(duì)了&隊(duì)了&(、了&5丨隊(duì)1隊(duì)1141、1141隊(duì)或者上述的組合中的一種。可以通過(guò)CVD、物理汽相沉積(PVD)、或者其他適當(dāng)技術(shù)形成金屬部分480-481。金屬部分480-481可以調(diào)節(jié)其相應(yīng)的晶體管的功函數(shù)，使得晶體管獲得期望的閾值電壓Vt。因此，該金屬部分480-481還可以稱(chēng)作功函數(shù)金屬。然后，金屬部分490和491分別形成在溝槽470和471內(nèi)以及金屬部分200和201上方。金屬部分490和491中的每一個(gè)都包含鎢(W)、鋁(Al)、銅(Cu)、或者上述的組合中的一種。可以通過(guò)CVD、PVD、電鍍、或者另一適當(dāng)技術(shù)形成金屬部分490和491。分別通過(guò)金屬部分480-481和490-491及其下方相應(yīng)的高k柵極介電層200形成柵極結(jié)構(gòu)500-501。金屬部分480-481和490-491共同組成了柵極結(jié)構(gòu)220-221的柵電極部分。金屬部分490-491用作柵電極的主要導(dǎo)電部分，并且可以稱(chēng)作填充金屬。圖2-圖11示出了“后柵極”工藝。在該后柵極工藝中，首先形成偽柵電極(例如偽多晶硅柵電極)。隨后，這些偽柵電極被替換為金屬柵電極?？蛇x地，可以改為實(shí)施“后高-k”工藝。根據(jù)“后高_(dá)k”方法，將使用氧化硅材料來(lái)實(shí)施柵極介電層200，從而組成偽柵極介電層。該偽柵極介電層還將連同隨后的偽柵電極一起被去除。然后，將形成高k介電層來(lái)替換偽柵極介電層，并且將形成金屬電極來(lái)替換偽柵電極。為了簡(jiǎn)明，在本文中沒(méi)有示出“后高_(dá)k”方法。還可以理解，由本文所描述的實(shí)施例所提供益處被應(yīng)用到了“后柵極”工藝和“后高_(dá)k”工藝。即，低溫注入工藝245 (圖4)和外延生長(zhǎng)工藝400共同形成了高激活S/D區(qū)域，該高激活S/D區(qū)域具有改進(jìn)了的梯度摻雜分布，使得電流集聚效應(yīng)和摻雜劑向外擴(kuò)散問(wèn)題被大大減輕。可以理解，可以實(shí)施附加工藝來(lái)完成半導(dǎo)體器件35的制造過(guò)程。例如，這些附加工藝可以包括形成互連結(jié)構(gòu)、沉積鈍化層、形成接觸件、封裝、和測(cè)試。為了簡(jiǎn)明，沒(méi)有在本文中描述這些附加工藝。本發(fā)明的一種寬泛形式涉及一種制造半導(dǎo)體器件的方法。該方法包括在襯底上方形成柵極；實(shí)施第一注入工藝，從而在襯底中形成第一摻雜區(qū)域，第一摻雜區(qū)域鄰近柵極；實(shí)施第二注入工藝，從而在襯底中形成第二摻雜區(qū)域，第二摻雜區(qū)域形成得比第一摻雜區(qū)域距離柵極更遠(yuǎn)，第二摻雜區(qū)域的摻雜濃度級(jí)比第一摻雜區(qū)域的摻雜濃度級(jí)更高；去除第一摻雜區(qū)域的部分和第二摻雜區(qū)域的部分，從而在襯底中形成凹槽；以及在凹槽中外延生長(zhǎng)第三摻雜區(qū)域，第三摻雜區(qū)域的摻雜濃度級(jí)比第二摻雜區(qū)域的摻雜濃度級(jí)更高。本發(fā)明的另一種寬泛形式涉及一種制造半導(dǎo)體器件的方法。該方法包括在襯底上方形成柵極；在襯底中形成輕摻雜源極/漏極(LDD)區(qū)域，使得LDD區(qū)域的邊界至少部 分地通過(guò)柵極的側(cè)壁限定；在柵極的側(cè)壁上形成隔離件，隔離件至少部分地位于LDD區(qū)域上方；在襯底中形成重?fù)诫s區(qū)域，使得重?fù)诫s區(qū)域的邊界至少部分地通過(guò)隔離件限定，并且其中，重?fù)诫s區(qū)域比LDD區(qū)域被更重地?fù)诫s，并且重?fù)诫s區(qū)域比LDD區(qū)域的深度更深；削減隔離件，使得經(jīng)過(guò)削減的隔離件的橫向尺寸減??；在包含LDD區(qū)域和重?fù)诫s區(qū)域的襯底部分中形成開(kāi)口，其中，開(kāi)口至少部分地與經(jīng)過(guò)削減的隔離件對(duì)準(zhǔn)；以及實(shí)施外延生長(zhǎng)工藝，從而利用摻雜成分至少部分地填充開(kāi)口，其中，摻雜成分比重?fù)诫s區(qū)域被更重地?fù)诫s。本發(fā)明的另一種寬泛形式涉及一種半導(dǎo)體器件。該半導(dǎo)體器件包括柵極結(jié)構(gòu)，被設(shè)置在襯底上方；柵極隔離件，被設(shè)置在柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上；第一摻雜區(qū)域，被設(shè)置在襯底中，并且至少部分地與柵極結(jié)構(gòu)重疊，第一摻雜區(qū)域具有第一摻雜濃度級(jí)和第一深度；第二摻雜區(qū)域，被設(shè)置在襯底中，并且至少部分地與柵極隔離件重疊，但是不與柵極結(jié)構(gòu)重疊，第二摻雜區(qū)域的第二摻雜濃度級(jí)高于第一摻雜濃度級(jí)，第二摻雜區(qū)域的第二深度大于第一深度；以及第三摻雜區(qū)域，被設(shè)置在襯底中，并且至少部分地與柵極隔離件的外邊界對(duì)準(zhǔn)，第三摻雜區(qū)域的第三摻雜濃度級(jí)高于第二摻雜濃度級(jí)，第三摻雜區(qū)域的第三深度大于第二深度。上面論述了多個(gè)實(shí)施例的部件，使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以很容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來(lái)設(shè)計(jì)或修改其他用于執(zhí)行與本文所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)點(diǎn)的處理和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員還應(yīng)該意識(shí)到，這種等效構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行多種變化、替換以及改變。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括 在襯底上方形成柵極； 實(shí)施第一注入工藝，從而在所述襯底中形成第一摻雜區(qū)域，所述第一摻雜區(qū)域鄰近所述柵極； 實(shí)施第二注入工藝，從而在所述襯底中形成第二摻雜區(qū)域，所述第二摻雜區(qū)域形成得比所述第一摻雜區(qū)域距離所述柵極更遠(yuǎn)，所述第二摻雜區(qū)域的摻雜濃度級(jí)高于所述第一摻雜區(qū)域的摻雜濃度級(jí)； 去除所述第一摻雜區(qū)域的部分和所述第二摻雜區(qū)域的部分，從而在所述襯底中形成凹槽；以及 在所述凹槽中外延生長(zhǎng)第三摻雜區(qū)域，所述第三摻雜區(qū)域的摻雜濃度級(jí)高于所述第二 摻雜區(qū)域的摻雜濃度級(jí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)一步包括在實(shí)施所述第二注入工藝之前，在所述柵極的側(cè)壁上形成隔離件，所述隔離件部分地覆蓋所述第一摻雜區(qū)域，并且其中實(shí)施所述第二注入工藝使得所述第二摻雜區(qū)域與所述隔離件對(duì)準(zhǔn)；或者 所述方法還包括在實(shí)施所述第二注入工藝之后，實(shí)施快速熱退火(RTA)工藝；或者所述方法還包括在所述去除之前，削減所述隔離件，并且其中，實(shí)施所述去除，使得所述凹槽與經(jīng)過(guò)削減的隔離件對(duì)準(zhǔn)；或者 所述方法還包括在去除之后以及外延生長(zhǎng)之前，在所述凹槽的暴露出的表面上形成未摻雜層；或者 其中所述柵極包括多晶硅柵電極，并且所述方法還包括在外延生長(zhǎng)所述第三摻雜區(qū)域之后，將所述多晶硅柵電極替換為金屬柵電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，實(shí)施所述第二注入工藝的溫度基本上低于實(shí)施所述第一注入工藝的溫度，并且實(shí)施所述第二注入工藝的溫度在大約-60攝氏度至大約-100攝氏度的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，實(shí)施所述第一注入工藝、實(shí)施所述第二注入工藝、以及外延生長(zhǎng)所述第三摻雜區(qū)域，使得所述第一摻雜區(qū)域、所述第二摻雜區(qū)域、以及所述第三摻雜區(qū)域均包含作為摻雜劑雜質(zhì)的磷。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中 所述第二摻雜區(qū)域比所述第一摻雜區(qū)域更深地延伸至所述襯底中；以及 所述第三摻雜區(qū)域比所述第二摻雜區(qū)域更深地延伸至所述襯底中。
6.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括 在襯底上方形成柵極； 在所述襯底中形成輕摻雜源極/漏極(LDD)區(qū)域，使得所述LDD區(qū)域的邊界至少部分地通過(guò)所述柵極的側(cè)壁限定； 在所述柵極的所述側(cè)壁上形成隔離件，所述隔離件至少部分地覆蓋所述LDD區(qū)域； 在所述襯底中形成重?fù)诫s區(qū)域，使得所述重?fù)诫s區(qū)域的邊界至少部分地通過(guò)所述隔離件限定，并且其中，所述重?fù)诫s區(qū)域比所述LDD區(qū)域被更重地?fù)诫s，并且所述重?fù)诫s區(qū)域比所述LDD區(qū)域的深度更深； 削減所述隔離件，使得經(jīng)過(guò)削減的隔離件的橫向尺寸減小；在包含所述LDD區(qū)域和所述重?fù)诫s區(qū)域的襯底部分中形成開(kāi)口，其中，所述開(kāi)口至少部分地與所述經(jīng)過(guò)削減的隔離件對(duì)準(zhǔn)；以及 實(shí)施外延生長(zhǎng)工藝，從而利用摻雜成分至少部分地填充所述開(kāi)口，其中，所述摻雜成分比所述重?fù)诫s區(qū)域被更重地?fù)诫s。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，使用低溫離子注入工藝形成所述重?fù)诫s區(qū)域，并且在以下條件下實(shí)施所述低溫離子注入工藝工藝溫度在大約-60攝氏度和大約-100攝氏度之間的范圍內(nèi)，所使用的注入能量在大約I千電子伏(KeV)和大約3KeV之間的范圍內(nèi)，所使用的注入劑量在大約5 X IO14原子/厘米2至大約3 X IO15原子/厘米2的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，在形成所述重?fù)诫s區(qū)域之后，在大約990攝氏度和大約1010攝氏度的范圍內(nèi)的工藝溫度下實(shí)施快速熱退火(RTA)工藝；或者其中，所述柵極是偽柵極，并且所述方法還包括，在實(shí)施所述外延生長(zhǎng)工藝之后，將所 述偽柵極替換為金屬柵極。
9.一種半導(dǎo)體器件，包括 柵極結(jié)構(gòu)，被設(shè)置在襯底上方； 柵極隔離件，被設(shè)置在所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上； 第一摻雜區(qū)域，被設(shè)置在所述襯底中，并且至少部分地與所述柵極結(jié)構(gòu)重疊，所述第一摻雜區(qū)域具有第一摻雜濃度級(jí)和第一深度； 第二摻雜區(qū)域，被設(shè)置在所述襯底中，并且至少部分地與所述柵極隔離件重疊，但是不與所述柵極結(jié)構(gòu)重疊，所述第二摻雜區(qū)域的第二摻雜濃度級(jí)高于所述第一摻雜濃度級(jí)，所述第二摻雜區(qū)域的第二深度大于所述第一深度；以及 第三摻雜區(qū)域，被設(shè)置在所述襯底中，并且至少部分地與所述柵極隔離件的外邊界對(duì)準(zhǔn)，所述第三摻雜區(qū)域的第三摻雜濃度級(jí)高于所述第二摻雜濃度級(jí)，所述第三摻雜區(qū)域的第三深度大于所述第二深度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一摻雜濃度級(jí)在大約5X IO19原子/厘米3至大約2 X IO20原子/厘米3的范圍內(nèi)，且所述第二摻雜濃度級(jí)處于大約2 X IO20原子/厘米3至大約4 X IO20原子/厘米3的范圍內(nèi)，且所述第三摻雜濃度級(jí)在大約5 X IO20原子/厘米3至大約I X IO21原子/厘米3的范圍內(nèi)；或者 其中所述第一摻雜區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)域部分地相互重疊且所述第一摻雜區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)域均與所述第三摻雜區(qū)域接連；或者 其中所述第三摻雜區(qū)域被硅層圍繞，所述硅層沒(méi)有被磷摻雜；或者 其中所述柵極結(jié)構(gòu)包括高k柵極電介質(zhì)和金屬柵電極。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法。該方法包括在襯底上方形成柵極。該方法包括實(shí)施第一注入工藝，從而在襯底中形成第一摻雜區(qū)域，第一摻雜區(qū)域鄰近柵極。該方法包括實(shí)施第二注入工藝，從而在襯底中形成第二摻雜區(qū)域，第二摻雜區(qū)域形成得比第一摻雜區(qū)域距離柵極更遠(yuǎn)，第二摻雜區(qū)域的摻雜濃度級(jí)比第一摻雜區(qū)域的摻雜濃度級(jí)更高。該方法包括去除第一摻雜區(qū)域的部分和第二摻雜區(qū)域的部分，從而在襯底中形成凹槽。該方法包括在凹槽中外延生長(zhǎng)第三摻雜區(qū)域，第三摻雜區(qū)域的摻雜濃度級(jí)比第二摻雜區(qū)域的摻雜濃度級(jí)更高。本發(fā)明還提供一種具有梯度摻雜分布的半導(dǎo)體器件。
文檔編號(hào)H01L21/265GK102820229SQ201110317909
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月10日
發(fā)明者黃志翔, 楊豐誠(chéng) 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司