專利名稱：具有金屬－絕緣膜－半導(dǎo)體三層結(jié)構(gòu)的晶體管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及MIS晶體管的制造方法，具體涉及MIS晶體管的溝道區(qū)和源/漏區(qū)的制造方法。
MIS晶體管是一種具有金屬-絕緣膜-半導(dǎo)體的三層結(jié)構(gòu)的晶體管，對金屬電極施加電壓通過絕緣體控制半導(dǎo)體的表面電導(dǎo)率。例如，二氧化硅作為絕緣膜的MOS晶體管也包括在內(nèi)。具體地，MOS場效應(yīng)晶體管(MOSFET)通常用于半導(dǎo)體集成電路。
對于將雜質(zhì)引入半導(dǎo)體襯底的方法，包括固相擴(kuò)散和等離子摻雜等。然而，最常使用的是以上介紹的離子注入技術(shù)。離子注入的優(yōu)點(diǎn)在于可良好再現(xiàn)性地形成雜質(zhì)分布(濃度分布)和雜質(zhì)濃度。因此，離子注入通常用在將雜質(zhì)引入到半導(dǎo)體襯底中形成阱、源/漏區(qū)等的工藝中。
然而，離子注入技術(shù)的缺點(diǎn)是有離子注入產(chǎn)生損傷區(qū)。‘損傷區(qū)’是指包括由于離子注入半導(dǎo)體襯底中的硅原子從晶格位置上脫出產(chǎn)生填隙硅原子并在晶格上產(chǎn)生空位的區(qū)域。在大多數(shù)情況下，這種損傷區(qū)可以通過在后面的半導(dǎo)體制造工藝中進(jìn)行的熱處理恢復(fù)。即，由損傷區(qū)引起的生產(chǎn)率降低不是很大，不會(huì)發(fā)生由損傷區(qū)引起的反常的漏電流。
此外，離子注入技術(shù)還有由于離子注入填隙硅原子從晶格位置上脫出促進(jìn)雜質(zhì)的反常擴(kuò)散即增強(qiáng)擴(kuò)散的另一缺點(diǎn)。‘增強(qiáng)擴(kuò)散’是指如硼等的雜質(zhì)和脫出的硅形成一對，包括雜質(zhì)的該對擴(kuò)散快于大量的通常擴(kuò)散。增強(qiáng)擴(kuò)散很難控制，并嚴(yán)重地影響了MOSFET的電特性。
在用于半導(dǎo)體集成電路的MOSFET中，為滿足高集成度、結(jié)構(gòu)精細(xì)、高速度和低電壓(低功耗)的要求需要降低閾值電壓并抑制短溝道效應(yīng)。然而，增強(qiáng)擴(kuò)散產(chǎn)生短溝道區(qū)而不是長溝道區(qū)的閾值電壓更高的反短溝道效應(yīng)。此外，它會(huì)引起在短溝道區(qū)發(fā)生穿通。
如上所述，在制造MOSFET的常規(guī)方法中，溝道區(qū)雜質(zhì)增強(qiáng)擴(kuò)散是使MOSFET性能避免被增強(qiáng)的原因。
另一方面，本發(fā)明人在日本專利申請?zhí)卦S公開No.8-18047(1996)中提出一種在進(jìn)行離子注入期間可以抑制增強(qiáng)擴(kuò)散的MIS晶體管及其制造方法。
在日本專利申請?zhí)卦S公開No.8-18047(1996)的方法中，將硼經(jīng)由柵電極和柵氧化膜注入到MOSFET的溝道區(qū)。由此，將硼引入到柵氧化膜中。然而，由于柵氧化膜中存在硼，柵氧化膜的長期可靠性降低。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種制造MIS晶體管的方法，該方法可以較好地控制雜質(zhì)的增強(qiáng)擴(kuò)散以得到低閾值電壓，并能抑制短溝道效應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種MIS晶體管的制造方法，其中柵電極和柵絕緣膜形成在半導(dǎo)體襯底上，注入一種導(dǎo)電類型雜質(zhì)形成溝道區(qū)，包括以下步驟將氫離子經(jīng)由柵電極和柵絕緣膜注入到柵電極下的溝道區(qū)內(nèi)；將相反導(dǎo)電類型的雜質(zhì)自匹配地離子注入到柵電極形成源/漏區(qū)；以及在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行熱處理。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，MIS晶體管的制造方法，柵電極和柵絕緣膜形成在半導(dǎo)體襯底上，注入一種導(dǎo)電類型雜質(zhì)形成溝道區(qū)，包括以下步驟將相反導(dǎo)電類型的雜質(zhì)自匹配地離子注入到柵電極形成源/漏區(qū)；將氫離子經(jīng)由柵電極和柵絕緣膜注入到柵電極下的溝道區(qū)內(nèi)；以及在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行熱處理。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方案，提供一種MIS晶體管的制造方法，其中柵電極和柵絕緣膜形成在半導(dǎo)體襯底上，注入一種導(dǎo)電類型雜質(zhì)形成溝道區(qū)，包括以下步驟將氫離子經(jīng)由柵電極和柵絕緣膜注入到柵電極下的溝道區(qū)內(nèi)；將相反導(dǎo)電類型的第一雜質(zhì)自匹配地離子注入到柵電極形成LDD區(qū)；將與第一雜質(zhì)相同導(dǎo)電類型的第二雜質(zhì)自匹配地離子注入到柵電極形成源/漏區(qū)；以及在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行熱處理。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方案，提供一種MIS晶體管的制造方法，其中柵電極和柵絕緣膜形成在半導(dǎo)體襯底上，注入一種導(dǎo)電類型雜質(zhì)形成溝道區(qū)，包括以下步驟將相反導(dǎo)電類型的第一雜質(zhì)自匹配地離子注入到柵電極形成LDD區(qū)；將與第一雜質(zhì)相同導(dǎo)電類型的第二雜質(zhì)自匹配地離子注入到柵電極形成源/漏區(qū)；將氫離子經(jīng)由柵電極和柵絕緣膜注入到柵電極下的溝道區(qū)內(nèi)；以及在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行熱處理。
根據(jù)本發(fā)明的還一個(gè)方案，提供一種MIS晶體管的制造方法，其中柵電極和柵絕緣膜形成在半導(dǎo)體襯底上，注入一種導(dǎo)電類型雜質(zhì)形成溝道區(qū)，包括以下步驟將氫離子經(jīng)由柵電極和柵絕緣膜注入到柵電極下的溝道區(qū)內(nèi)；將相反導(dǎo)電類型的第一雜質(zhì)自匹配地離子注入到柵電極形成LDD區(qū)；在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行第一熱處理；將與第一雜質(zhì)相同導(dǎo)電類型的第二雜質(zhì)自匹配地離子注入到柵電極形成源/漏區(qū)；以及在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行第二熱處理。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方案，提供一種MIS晶體管的制造方法，其中柵電極和柵絕緣膜形成在半導(dǎo)體襯底上，注入一種導(dǎo)電類型雜質(zhì)形成溝道區(qū)，包括以下步驟將相反導(dǎo)電類型的第一雜質(zhì)自匹配地離子注入到柵電極形成LDD區(qū)；將氫離子經(jīng)由柵電極和柵絕緣膜注入到柵電極下的溝道區(qū)內(nèi)；在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行第一熱處理；將與第一雜質(zhì)相同導(dǎo)電類型的第二雜質(zhì)自匹配地離子注入到柵電極形成源/漏區(qū)；以及在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行第二熱處理。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方案，提供一種MIS晶體管的制造方法，其中柵電極和柵絕緣膜形成在半導(dǎo)體襯底上，注入一種導(dǎo)電類型雜質(zhì)形成溝道區(qū)，包括以下步驟將氫離子經(jīng)由柵電極和柵絕緣膜注入到柵電極下的溝道區(qū)內(nèi)；將相反導(dǎo)電類型的第一雜質(zhì)自匹配地離子注入到柵電極形成LDD區(qū)；在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行第一熱處理；將氫離子經(jīng)由柵電極和柵絕緣膜注入到柵電極下的溝道區(qū)內(nèi)；將與第一雜質(zhì)相同導(dǎo)電類型的第二雜質(zhì)自匹配地離子注入到柵電極形成源/漏區(qū)；以及在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行第二熱處理。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方案，提供一種MIS晶體管的制造方法，其中柵電極和柵絕緣膜形成在半導(dǎo)體襯底上，注入一種導(dǎo)電類型雜質(zhì)形成溝道區(qū)，包括以下步驟將相反導(dǎo)電類型的第一雜質(zhì)自匹配地離子注入到柵電極形成LDD區(qū)；將氫離子經(jīng)由柵電極和柵絕緣膜注入到柵電極下的溝道區(qū)內(nèi)；在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行第一熱處理；將氫離子經(jīng)由柵電極和柵絕緣膜注入到柵電極下的溝道區(qū)內(nèi)；將與第一雜質(zhì)相同導(dǎo)電類型的第二雜質(zhì)自匹配地離子注入到柵電極形成源/漏區(qū)；以及在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行第二熱處理。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方案，提供一種MIS晶體管的制造方法，其中柵電極和柵絕緣膜形成在半導(dǎo)體襯底上，注入一種導(dǎo)電類型雜質(zhì)形成溝道區(qū)，包括以下步驟將氫離子經(jīng)由柵電極和柵絕緣膜注入到柵電極下的溝道區(qū)內(nèi)；將相反導(dǎo)電類型的第一雜質(zhì)自匹配地離子注入到柵電極形成LDD區(qū)；在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行第一熱處理；將與第一雜質(zhì)相同導(dǎo)電類型的第二雜質(zhì)自匹配地離子注入到柵電極形成源/漏區(qū)；將氫離子經(jīng)由柵電極和柵絕緣膜注入到柵電極下的溝道區(qū)內(nèi)；以及在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行第二熱處理。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方案，提供一種MIS晶體管的制造方法柵電極和柵絕緣膜形成在半導(dǎo)體襯底上，注入一種導(dǎo)電類型雜質(zhì)形成溝道區(qū)，包括以下步驟將相反導(dǎo)電類型的第一雜質(zhì)自匹配地離子注入到柵電極形成LDD區(qū)；將氫離子經(jīng)由柵電極和柵絕緣膜注入到柵電極下的溝道區(qū)內(nèi)；在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行第一熱處理；將與第一雜質(zhì)相同導(dǎo)電類型的第二雜質(zhì)自匹配地離子注入到柵電極形成源/漏區(qū)；將氫離子經(jīng)由柵電極和柵絕緣膜注入到柵電極下的溝道區(qū)內(nèi)；以及在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行第二熱處理。
下面結(jié)合附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明，其中
圖1A到2B為n-MOSFET的常規(guī)制造方法剖面圖，圖3為常規(guī)n-MOSFET中反短溝道效應(yīng)的曲線圖，圖4A和4B為顯示兩個(gè)不同溝道長度的n-MOSFET的剖面圖，圖5A到6B為日本專利申請?zhí)卦S公開No.8-18047中公開n-MOSFET的常規(guī)制造方法剖面圖，圖7A到8B為根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例中MIS晶體管制造方法的剖面圖，圖9A到10C為根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例中MIS晶體管制造方法的剖面圖，圖11A到13B為根據(jù)本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施例中MIS晶體管制造方法的剖面圖，圖14為帶n+擴(kuò)散區(qū)和p阱的半導(dǎo)體器件的剖面圖，圖15為顯示在源/漏區(qū)內(nèi)激活砷之前和之后深度方向內(nèi)硼分布的曲線圖，圖16為顯示在離子注入11keV、2×1015個(gè)原子/cm2的氫和在圖15的條件下離子注入硼在深度方向內(nèi)濃度分布的曲線圖，圖17通過1020℃下10秒鐘的熱處理激活后氫離子注入劑量與硼濃度分布的關(guān)系曲線圖，以及圖18為使用在激活源/漏區(qū)的熱處理之前進(jìn)行1×1015個(gè)原子/cm2的氫離子注入的本發(fā)明的方法制造的n-MOSFET和使用常規(guī)方法制造的n-MOSFET的測量閾值電壓曲線圖。
在介紹MIS晶體管制造方法的優(yōu)選實(shí)施例之前，先介紹以上提到的MOSFET的常規(guī)制造方法。
圖1A到2B為n-MOSFET制造方法的剖面圖。首先，如圖1A所示，使用LOCOS(局部硅氧化)等在p型半導(dǎo)體襯底101上器件隔離區(qū)內(nèi)形成場氧化膜102，在器件區(qū)內(nèi)形成犧牲氧化膜103。然后，如圖1B所示，經(jīng)由犧牲氧化膜103將控制n-MOSFET閾值電壓的硼(B)離子注入到器件區(qū)內(nèi)，形成p-溝道區(qū)104A。在制造MOSFET的常用工藝中，在幾種條件下以幾個(gè)分離的步驟注入雜質(zhì)使溝道區(qū)的雜質(zhì)分布最佳，以抑制短溝道效應(yīng)和穿通效應(yīng)，而不是控制閾值電壓。然后在氮?dú)夥罩羞M(jìn)行熱處理恢復(fù)硼注入的損傷并激活硼。由此，p-溝道區(qū)104A轉(zhuǎn)變?yōu)榧せ畹膒-溝道區(qū)104B。此外，通過腐蝕去除犧牲氧化膜103。之后，如圖1C所示，相繼形成柵氧化膜105和柵電極106。
然后，如圖2A所示，將砷離子自匹配地注入到柵電極106中，形成源/漏區(qū)107A。最后，如圖2B所示，進(jìn)行熱處理充分電激活由砷注入形成的源/漏n+區(qū)107A。由此，形成激活的源/漏n+區(qū)107B，得到n-MOSFET。
下面介紹反短溝道效應(yīng)機(jī)理。圖4A到4B為兩個(gè)不同溝道長度的n-MOSFET的剖面圖。圖4A示出了長溝道的n-MOSFET。例如，在通過離子注入砷形成n+擴(kuò)散區(qū)111期間，產(chǎn)生填隙硅原子，由此發(fā)生硼的增強(qiáng)擴(kuò)散。此時(shí)，n+擴(kuò)散區(qū)111周圍的硼濃度降低，如圖4A(圖4A內(nèi)的區(qū)域112)所示。增強(qiáng)擴(kuò)散移動(dòng)的硼被n+擴(kuò)散區(qū)111內(nèi)的缺陷區(qū)捕獲，或在襯底的表面上的源/漏端(圖4A內(nèi)的區(qū)域114)和柵電極113A正下方積累。
另一方面，圖4B示出了短溝道的n-MOSFET。由于該短溝道，溝道區(qū)的硼濃度相對較高(圖4B內(nèi)的區(qū)域114)，由此產(chǎn)生反短溝道效應(yīng)。此外，在這種短溝道的n-MOSFET中，由于低硼濃度的區(qū)域112形成，在高硼濃度的區(qū)域114的正下方，會(huì)發(fā)生穿通。即，由于增強(qiáng)擴(kuò)散，很難實(shí)現(xiàn)抑制短溝道效應(yīng)和降低閾值電壓。因此，如何抑制增強(qiáng)擴(kuò)散是關(guān)鍵。
接下來，參考圖5A到6B介紹日本專利申請?zhí)卦S公開No.8-18047(1996)中公開的n-MOSFET的制造方法。首先，在p型半導(dǎo)體襯底101上形成場氧化膜102、柵氧化膜105和柵電極106，如圖5A所示。然后，如圖5B所示，自將砷離子匹配地注入到柵電極106形成源/漏n+區(qū)107A。此時(shí)，源/漏n+區(qū)107A未激活。然后，如圖5C所示，在氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行高溫?zé)崽幚?，例?00℃下進(jìn)行10分鐘，或1000℃下進(jìn)行30秒。通過該熱處理，注入砷時(shí)產(chǎn)生并引起硼增強(qiáng)擴(kuò)散的填隙硅原子重新與空位復(fù)合，由此幾乎全部消失。
然后，如圖6A所示，經(jīng)由柵電極106將1012到1013個(gè)/cm2的硼原子注入到半導(dǎo)體襯底101中形成p-溝道區(qū)104A。最后，如圖6B所示，在氮?dú)鈿夥罩?00到900℃的溫度下進(jìn)行熱處理，形成激活的p-溝道區(qū)104B。
由此，通過圖5C中的步驟，砷注入產(chǎn)生的填隙硅原子幾乎都消失了， 1012到1013個(gè)/cm2的硼注入產(chǎn)生的填隙硅原子不多了。因此，在800到900℃的熱處理中不會(huì)發(fā)生顯著的增強(qiáng)擴(kuò)散。
在本發(fā)明中，在MIS晶體管的制造中，在進(jìn)行激活砷注入?yún)^(qū)形成源/漏區(qū)的熱處理之前進(jìn)行氫離子注入。由于此，可以控制常規(guī)的方法中通過形成源/漏區(qū)的砷注入產(chǎn)生的填隙硅原子引起的溝道區(qū)內(nèi)雜質(zhì)的增強(qiáng)擴(kuò)散。此外，該技術(shù)可以適用到LDD(輕摻雜的漏)晶體管的制造中，其中LDD結(jié)構(gòu)的短溝道效應(yīng)減小。注入氫離子后，在預(yù)定的溫度下進(jìn)行用于MIS晶體管的半導(dǎo)體襯底的熱處理，激活源/漏區(qū)或LDD區(qū)。此后，在制造工藝中進(jìn)行一次或多次進(jìn)行氫離子注入和熱處理。此外，在氫離子注入和熱處理之間，可插入其它的工藝。
圖14為形成有n+擴(kuò)散區(qū)11和p阱12的半導(dǎo)體器件剖面圖。通過SIMS(二次離子質(zhì)量光譜)沿i-i’剖面測量n+擴(kuò)散區(qū)11和p阱12之間p-n結(jié)的雜質(zhì)濃度分布。測量結(jié)果以及要考慮的氫離子注入的適當(dāng)條件顯示在下面。圖15示出了在源/漏區(qū)內(nèi)激活砷之前和之后深度方向內(nèi)硼的分布。在300keV下離子注入2×1013個(gè)原子/cm2的硼(第一注入)，在100keV下離子注入4×1012個(gè)原子/cm2的硼(第二注入)，然后在30keV下離子注入6×1012個(gè)原子/cm2的硼(第三注入)。注入后，在氮?dú)鈿夥罩校?50℃下進(jìn)行30分鐘的熱處理。在100keV下，將1.5×1015個(gè)原子的砷離子注入源/漏區(qū)。在1020℃下通過紫外線燈退火10秒鐘進(jìn)行砷的激活。圖15中的虛線為激活源/漏區(qū)之前硼濃度分布，圖15中的實(shí)線為激活源/漏區(qū)之后硼濃度分布。p-n結(jié)位于100nm深度處。
如圖15所示，由于增強(qiáng)擴(kuò)散激活過程中發(fā)生硼的再分布，在p-n結(jié)處硼濃度下降。該現(xiàn)象對應(yīng)于圖4A。此外，硼濃度在50mm深度處升高。這表示在p-n結(jié)處硼被由于增強(qiáng)擴(kuò)散砷注入中產(chǎn)生的缺陷區(qū)所捕獲。
圖16示出了在11keV下，離子注入2×1015個(gè)原子/cm2的氫和在圖15的條件下離子注入硼的深度方向內(nèi)濃度分布。在11keV時(shí)氫的射程Rp約為150nm。
此外，圖17示出了通過1020℃下10秒鐘的熱處理激活后氫離子注入劑量與硼濃度分布的關(guān)系。圖17中的虛線為熱處理激活源/漏區(qū)之前硼的濃度分布，圖17中的實(shí)線為熱處理激活源/漏區(qū)之后硼的濃度分布。氫離子注入的條件為(1)沒有注入，(2)11keV，1×1015個(gè)原子/cm2，以及(3)11keV，2×1015個(gè)原子/cm2。
從圖17的數(shù)據(jù)可以看出，氫離子的注入量越多，在p-區(qū)硼濃度越高。在條件(3)下，濃度高于激活前。此外，觀察出在11keV、5×1014個(gè)原子/cm2劑量下(未顯示)和沒有氫離子注入之間，硼濃度分布沒有差別。以上現(xiàn)象是由熱處理過程中增強(qiáng)擴(kuò)散期間，硼被氫離子注入產(chǎn)生的損傷區(qū)捕獲引起的。即，適當(dāng)?shù)乜刂茪潆x子注入的能量和劑量，可以控制由增強(qiáng)擴(kuò)散引起的p-n結(jié)處硼濃度的差異。另一方面，超過4×1015個(gè)原子/cm2的氫離子注入會(huì)導(dǎo)致結(jié)處反常的漏電流。因此，在本發(fā)明中，在高于1×1015個(gè)原子/cm2和小于4×1015個(gè)原子/cm2的氫離子注入劑量下注入氫離子。
因此，通過在適當(dāng)?shù)臈l件下進(jìn)行氫離子注入，可以抑制圖4A和4B中低硼濃度區(qū)域內(nèi)硼濃度的減少。其結(jié)果是，可以抑制圖4A和4B中阱區(qū)內(nèi)硼濃度的減少和溝道區(qū)內(nèi)硼濃度的增加，由此抑制了短溝道效應(yīng)和反短溝道效應(yīng)。這些結(jié)果將在圖18中解釋。圖18示出了使用激活源/漏區(qū)的熱處理之前進(jìn)行1×1015個(gè)原子/cm2的氫離子注入的本發(fā)明的方法制造的n-MOSFET和使用常規(guī)方法制造的n-MOSFET的測量閾值電壓。沒有氫離子注入制造的n-MOSFET由○和虛線表示，閾值電壓在0.35μm的柵長度附近最大，并隨著柵長度變長而減小。這與圖3所示的反短溝道效應(yīng)類似。即，可以證明在使用常規(guī)方法沒有氫注入制造的n-MOSFET中產(chǎn)生反短溝道效應(yīng)。與此相反，氫離子注入制造的n-MOSFET由●和實(shí)線表示，在沒有氫注入制造的n-MOSFET中觀察不到這種傾向。因此，可以證明抑制了反短溝道效應(yīng)。此外，在氫注入制造的n-MOSFET中，在柵長度小于0.2μm的區(qū)域內(nèi)閾值電壓較高。因此，可以證明也抑制了反短溝道效應(yīng)。
接下來，參考圖7A到8B介紹MIS晶體管的制造方法的第一實(shí)施例。
首先，使用LOCOS(局部硅氧化)等預(yù)先在p型半導(dǎo)體襯底1上器件隔離區(qū)內(nèi)形成場氧化膜2，在器件區(qū)內(nèi)形成犧牲氧化膜3。此外，預(yù)先形成p阱。然后，如圖7A所示，經(jīng)由犧牲氧化膜3將控制n-MOSFET閾值電壓的硼(B)離子注入到器件區(qū)內(nèi)，形成p-溝道區(qū)4A。
然后，在氮?dú)夥罩羞M(jìn)行熱處理恢復(fù)硼注入的損傷并激活硼。由此，p-溝道區(qū)4A轉(zhuǎn)變?yōu)榧せ畹膒-溝道區(qū)4B。此外，通過腐蝕去除犧牲氧化膜3。之后，如圖7B所示，相繼形成柵氧化膜5和柵電極6。
之后，如圖7C所示，經(jīng)由柵氧化膜5和柵電極6將氫(H)離子注入到激活的p-溝道區(qū)4B。在高于1×1015個(gè)原子/cm2的注入劑量下注入氫離子。由此，形成氫離子注入?yún)^(qū)7。
接著，如圖8A所示，將作為雜質(zhì)與硼導(dǎo)電類型相反、劑量為(1到5)×1015個(gè)原子/cm2的砷(As)自匹配地離子注入到柵電極6中。由此，形成源/漏區(qū)n+區(qū)8A。最后，如圖8B所示，在惰性氣體氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行800℃的熱處理，充分電激活由圖8A砷注入形成的源/漏n+區(qū)8A。由此，形成激活的源/漏n+區(qū)8B。此外，氫擴(kuò)散到半導(dǎo)體襯底的內(nèi)部和外部，由此氫離子注入?yún)^(qū)7內(nèi)的氫消失。因此，完成了n-MOSFET的制造。
在高于800℃的溫度下進(jìn)行電激活注入的砷的熱處理的原因如下現(xiàn)已知在800°到900℃通過退火100％電激活達(dá)到3×1015個(gè)原子/cm2、離子注入形成源/漏區(qū)的砷。此外，現(xiàn)已知在約1×1016個(gè)原子/cm2的高注入劑量下，在800到900℃通過退火可以恢復(fù)損傷飽和遷移率(參考K.Gamou，“Semiconductor Ion Implantation Techniques”，p.58，1986，Sangyo-Tosho)。本發(fā)明中離子注入劑量的最佳條件在以上注入劑量的條件范圍內(nèi)。同時(shí)，超過1100℃的熱處理會(huì)減少有效溝道長度，由此使短溝道效應(yīng)變差。因此，在高于800℃和低于1100℃的溫度下進(jìn)行熱處理可以可靠地進(jìn)行砷的電激活。
在該實(shí)施例中，在1000℃下通過紫外線燈退火10秒鐘，將源/漏n+區(qū)8A激活為源/漏n+區(qū)8B。此外，在該實(shí)施例中，即使形成源/漏n+區(qū)8A之后，也可以順利地進(jìn)行氫離子注入。
下面參考圖9A到10C介紹MIS晶體管制造方法的第二實(shí)施例。第二實(shí)施例特別涉及LDD(輕摻雜漏)晶體管的制造。直到形成圖9A和9B中所示的柵電極5的步驟都與圖7A和7B中所示的第一實(shí)施例中的步驟類似。
然后，如圖9C所示，經(jīng)由柵氧化膜5和柵電極6將高于1×1015個(gè)原子/cm2的氫離子注入到激活的p-溝道區(qū)4B。由此，形成氫離子注入?yún)^(qū)7。
之后，如圖10A所示，將作為雜質(zhì)導(dǎo)電類型與硼相反劑量為1×1013到5×1014個(gè)原子/cm2的砷(As)自匹配地離子注入到柵電極6中。由此，形成LDDn-區(qū)9A。此時(shí)，在惰性氣體氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行高于800℃的熱處理以激活LDDn-區(qū)9A。
此外，如圖10B所示，在柵電極6的兩側(cè)上形成側(cè)壁間隔層10后，將(1到5)×1015個(gè)原子/cm2的砷自匹配地離子注入到柵電極6中。由此，形成源/漏n+區(qū)8A。
最后，如圖10C所示，在惰性氣體氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行800℃的熱處理，充分電激活注入的砷。由此，因此，完成了n-MOSFET的制造。
在該實(shí)施例中，在1000℃下通過紫外線燈退火10秒鐘，將源/漏n+區(qū)8A激活為源/漏n+區(qū)8B。此外，在該實(shí)施例中，即使形成源/漏n+區(qū)8A之后，也可以順利地進(jìn)行氫離子注入。
下面參考圖11A到13B介紹MIS晶體管制造方法的第三實(shí)施例。第三實(shí)施例特別涉及LDD(輕摻雜漏)晶體管的制造，第三實(shí)施例為第二實(shí)施例的改進(jìn)。具體地，在高溫下形成絕緣膜，例如HTO(高溫氧化物)膜可用做LDD的側(cè)壁間隔層。
直到形成圖11A和11B中所示的柵電極5的步驟都與圖7A和7B中所示的第一實(shí)施例或圖9A和9B中所示的第二實(shí)施例中的步驟類似。
然后，如圖11C所示，經(jīng)由柵氧化膜5和柵電極6將高于1×1015個(gè)原子/cm2的氫離子注入到激活的p-溝道區(qū)4B。由此，形成第一氫離子注入?yún)^(qū)7。
之后，如圖12A所示，將作為雜質(zhì)與硼導(dǎo)電類型相反、劑量為1×1013到5×1014個(gè)原子/cm2的砷(As)自匹配地離子注入到柵電極6中。由此，形成LDDn-區(qū)9A。此時(shí)，在惰性氣體氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行高于800℃的熱處理激活LDDn-區(qū)9A。
然后，通過CVD法在半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上形成HTO膜后，各向異性深腐蝕HTO膜，僅在柵電極6上形成側(cè)壁間隔層10，如圖12B所示。在約800℃下通過SiH4和N2O反應(yīng)形成HTO膜。
在形成HTO膜的步驟中將LDDn-區(qū)9A激活為LDDn-區(qū)9B。此外，在HTO膜形成步驟中，分離氫并恢復(fù)損傷區(qū)。因此，如圖12C所示，再次注入氫(H)形成第二氫離子注入?yún)^(qū)7’。
然后，如圖13A所示，將(1到5)×1015個(gè)原子/cm2的砷自匹配地離子注入到柵電極6中。由此，形成源/漏區(qū)n+區(qū)8A。
最后，如圖13B所示，在惰性氣體氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行800℃的熱處理，充分電激活注入的砷。由此，完成了n-MOSFET的制造。
在該實(shí)施例中，在1000℃下通過紫外線燈退火10秒鐘，將源/漏n+區(qū)8A激活為源/漏n+區(qū)8B。此外，在該實(shí)施例中，即使形成LDDn+區(qū)9A之后，也可以順利地進(jìn)行第一氫離子注入。此外，即使形成源/漏區(qū)n+區(qū)8A后，也可以沒有問題地進(jìn)行第二氫離子注入。
以上實(shí)施例也適用于p-MOSFET的制造。
雖然為了完整和清楚的公開通過具體的實(shí)施例介紹了本發(fā)明，但所附的權(quán)利要求書并不因此受限制，而是包含了本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以實(shí)施的落入這里的基本思想的所有改進(jìn)和替換結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種MIS晶體管的制造方法，其中柵電極和柵絕緣膜形成在半導(dǎo)體襯底上，注入一種導(dǎo)電類型雜質(zhì)形成溝道區(qū)，其特征在于包括以下步驟將氫離子經(jīng)由所述柵電極和柵絕緣膜注入到所述柵電極下的所述溝道區(qū)內(nèi)；將與所述導(dǎo)電類型相反的雜質(zhì)自匹配地離子注入到所述柵電極形成源/漏區(qū)；以及在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行熱處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的MIS晶體管的制造方法，其特征在于還包括步驟在形成所述源/漏區(qū)的所述步驟之前，自匹配地離子注入到所述柵電極形成LDD區(qū)。
3.一種MIS晶體管的制造方法，其中柵電極和柵絕緣膜形成在半導(dǎo)體襯底上，注入一種導(dǎo)電類型雜質(zhì)形成溝道區(qū)，其特征在于包括以下步驟將與所述導(dǎo)電類型相反的雜質(zhì)自匹配地離子注入到所述柵電極形成源/漏區(qū)；將氫離子經(jīng)由所述柵電極和柵絕緣膜注入到所述柵電極下的所述溝道區(qū)內(nèi)；以及在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行熱處理。
4.一種MIS晶體管的制造方法，其中柵電極和柵絕緣膜形成在半導(dǎo)體襯底上，注入一種導(dǎo)電類型雜質(zhì)形成溝道區(qū)，其特征在于包括以下步驟將氫離子經(jīng)由所述柵電極和柵絕緣膜注入到所述柵電極下的所述溝道區(qū)內(nèi)；將與所述導(dǎo)電類型相反的第一雜質(zhì)自匹配地離子注入到所述柵電極形成LDD區(qū)；將與所述第一雜質(zhì)相同導(dǎo)電類型的第二雜質(zhì)自匹配地離子注入到所述柵電極形成源/漏區(qū)；以及在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行熱處理。
5.一種MIS晶體管的制造方法，其中柵電極和柵絕緣膜形成在半導(dǎo)體襯底上，注入一種導(dǎo)電類型雜質(zhì)形成溝道區(qū)，其特征在于包括以下步驟將與所述導(dǎo)電類型相反的第一雜質(zhì)自匹配地離子注入到所述柵電極形成LDD區(qū)；將與所述第一雜質(zhì)相同導(dǎo)電類型的第二雜質(zhì)自匹配地離子注入到所述柵電極形成源/漏區(qū)；將氫離子經(jīng)由所述柵電極和柵絕緣膜注入到所述柵電極下的所述溝道區(qū)內(nèi)；以及在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行熱處理。
6.一種MIS晶體管的制造方法，其中柵電極和柵絕緣膜形成在半導(dǎo)體襯底上，注入一種導(dǎo)電類型雜質(zhì)形成溝道區(qū)，其特征在于包括以下步驟將氫離子經(jīng)由所述柵電極和柵絕緣膜注入到所述柵電極下的所述溝道區(qū)內(nèi)；將所述導(dǎo)電類型相反的第一雜質(zhì)自匹配地離子注入到所述柵電極形成LDD區(qū)；在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行第一熱處理；將與所述第一雜質(zhì)相同導(dǎo)電類型的第二雜質(zhì)自匹配地離子注入到所述柵電極形成源/漏區(qū)；以及在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行第二熱處理。
7.一種MIS晶體管的制造方法，其中柵電極和柵絕緣膜形成在半導(dǎo)體襯底上，注入一種導(dǎo)電類型雜質(zhì)形成溝道區(qū)，其特征在于包括以下步驟將與所述導(dǎo)電類型相反的第一雜質(zhì)自匹配地離子注入到所述柵電極形成LDD區(qū)；將氫離子經(jīng)由所述柵電極和柵絕緣膜注入到所述柵電極下的所述溝道區(qū)內(nèi)；在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行第一熱處理；將與所述第一雜質(zhì)相同導(dǎo)電類型的第二雜質(zhì)自匹配地離子注入到所述柵電極形成源/漏區(qū)；以及在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行第二熱處理。
8.一種MIS晶體管的制造方法，其中柵電極和柵絕緣膜形成在半導(dǎo)體襯底上，注入一種導(dǎo)電類型雜質(zhì)形成溝道區(qū)，其特征在于包括以下步驟將氫離子經(jīng)由所述柵電極和柵絕緣膜注入到所述柵電極下的所述溝道區(qū)內(nèi)；將與所述導(dǎo)電類型相反的第一雜質(zhì)自匹配地離子注入到所述柵電極形成LDD區(qū)；在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行第一熱處理；將氫離子經(jīng)由所述柵電極和柵絕緣膜注入到所述柵電極下的所述溝道區(qū)內(nèi)；將與所述第一雜質(zhì)相同導(dǎo)電類型的第二雜質(zhì)自匹配地離子注入到所述柵電極形成源/漏區(qū)；以及在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行第二熱處理。
9.一種MIS晶體管的制造方法，其中柵電極和柵絕緣膜形成在半導(dǎo)體襯底上，注入一種導(dǎo)電類型雜質(zhì)形成溝道區(qū)，其特征在于包括以下步驟將與所述導(dǎo)電類型相反的第一雜質(zhì)自匹配地離子注入到所述柵電極形成LDD區(qū)；將氫離子經(jīng)由所述柵電極和柵絕緣膜注入到所述柵電極下的所述溝道區(qū)內(nèi)；在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行第一熱處理；將氫離子經(jīng)由所述柵電極和柵絕緣膜注入到所述柵電極下的所述溝道區(qū)內(nèi)；將與所述第一雜質(zhì)相同導(dǎo)電類型的第二雜質(zhì)自匹配地離子注入到所述柵電極形成源/漏區(qū)；以及在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行第二熱處理。
10.一種MIS晶體管的制造方法，其中柵電極和柵絕緣膜形成在半導(dǎo)體襯底上，注入一種導(dǎo)電類型雜質(zhì)形成溝道區(qū)，其特征在于包括以下步驟將氫離子經(jīng)由所述柵電極和柵絕緣膜注入到所述柵電極下的所述溝道區(qū)內(nèi)；將與所述導(dǎo)電類型相反的第一雜質(zhì)自匹配地離子注入到所述柵電極形成LDD區(qū)；在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行第一熱處理；將與所述第一雜質(zhì)相同導(dǎo)電類型的第二雜質(zhì)自匹配地離子注入到所述柵電極形成源/漏區(qū)；將氫離子經(jīng)由所述柵電極和柵絕緣膜注入到所述柵電極下的所述溝道區(qū)內(nèi)；以及在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行第二熱處理。
11.一種MIS晶體管的制造方法，其中柵電極和柵絕緣膜形成在半導(dǎo)體襯底上，注入一種導(dǎo)電類型雜質(zhì)形成溝道區(qū)，其特征在于包括以下步驟；將與所述導(dǎo)電類型相反的第一雜質(zhì)自匹配地離子注入到所述柵電極形成LDD區(qū)；將氫離子經(jīng)由所述柵電極和柵絕緣膜注入到所述柵電極下的所述溝道區(qū)內(nèi)；在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行第一熱處理；將與所述第一雜質(zhì)相同導(dǎo)電類型的第二雜質(zhì)自匹配地離子注入到所述柵電極形成源/漏區(qū)；將氫離子經(jīng)由所述柵電極和柵絕緣膜注入到所述柵電極下的所述溝道區(qū)內(nèi)；以及在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行第二熱處理。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的MIS晶體管的制造方法，其特征在于在高于1×1015個(gè)原子/cm2小于4×1015個(gè)原子/cm2的氫離子注入劑量下注入氫離子，進(jìn)行注入氫離子到所述柵電極下的所述溝道區(qū)的所述步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求2的MIS晶體管的制造方法，其特征在于在高于1×1015個(gè)原子/cm2小于4×1015個(gè)原子/cm2的氫離子注入劑量下注入氫離子，進(jìn)行注入氫離子到所述柵電極下的所述溝道區(qū)的所述步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求3的MIS晶體管的制造方法，其特征在于在高于1×1015個(gè)原子/cm2小于4×1015個(gè)原子/cm2的氫離子注入劑量下注入氫離子，進(jìn)行注入氫離子到所述柵電極下的所述溝道區(qū)的所述步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求4的MIS晶體管的制造方法，其特征在于在高于1×1015個(gè)原子/cm2小于4×1015個(gè)原子/cm2的氫離子注入劑量下注入氫離子，進(jìn)行注入氫離子到所述柵電極下的所述溝道區(qū)的所述步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求5的MIS晶體管的制造方法，其特征在于在高于1×1015個(gè)原子/cm2小于4×1015個(gè)原子/cm2的氫離子注入劑量下注入氫離子進(jìn)行注入氫離子到所述柵電極下的所述溝道區(qū)的所述步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求6的MIS晶體管的制造方法，其特征在于在高于1×1015個(gè)原子/cm2小于4×1015個(gè)原子/cm2的氫離子注入劑量下注入氫離子，進(jìn)行注入氫離子到所述柵電極下的所述溝道區(qū)的所述步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求7的MIS晶體管的制造方法，其特征在于在高于1×1015個(gè)原子/cm2小于4×1015個(gè)原子/cm2的氫離子注入劑量下注入氫離子，進(jìn)行注入氫離子到所述柵電極下的所述溝道區(qū)的所述步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求8的MIS晶體管的制造方法，其特征在于在高于1×1015個(gè)原子/cm2小于4×1015個(gè)原子/cm2的氫離子注入劑量下注入氫離子，進(jìn)行注入氫離子到所述柵電極下的所述溝道區(qū)的所述步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求9的MIS晶體管的制造方法，其特征在于在高于1×1015個(gè)原子/cm2小于4×1015個(gè)原子/cm2的氫離子注入劑量下注入氫離子進(jìn)行注入氫離子到所述柵電極下的所述溝道區(qū)的所述步驟。
21.根據(jù)權(quán)利要求10的MIS晶體管的制造方法，其特征在于在高于1×1015個(gè)原子/cm2小于4×1015個(gè)原子/cm2的氫離子注入劑量下注入氫離子，進(jìn)行注入氫離子到所述柵電極下的所述溝道區(qū)的所述步驟。
22.根據(jù)權(quán)利要求11的MIS晶體管的制造方法，其特征在于在高于1×1015個(gè)原子/cm2小于4×1015個(gè)原子/cm2的氫離子注入劑量下注入氫離子，進(jìn)行注入氫離子到所述柵電極下的所述溝道區(qū)的所述步驟。
23.根據(jù)權(quán)利要求1的MIS晶體管的制造方法，其特征在于所述熱處理在高于800℃和低于1100℃的溫度下進(jìn)行。
24.根據(jù)權(quán)利要求2的MIS晶體管的制造方法，其特征在于所述熱處理在高于800℃和低于1100℃的溫度下進(jìn)行。
25.根據(jù)權(quán)利要求3的MIS晶體管的制造方法，其特征在于所述熱處理在高于800℃和低于1100℃的溫度下進(jìn)行。
26.根據(jù)權(quán)利要求4的MIS晶體管的制造方法，其特征在于所述熱處理在高于800℃和低于1100℃的溫度下進(jìn)行。
27.根據(jù)權(quán)利要求5的MIS晶體管的制造方法，其特征在于所述熱處理在高于800℃和低于1100℃的溫度下進(jìn)行。
28.根據(jù)權(quán)利要求6的MIS晶體管的制造方法，其特征在于所述熱處理在高于800℃和低于1100℃的溫度下進(jìn)行。
29.根據(jù)權(quán)利要求7的MIS晶體管的制造方法，其特征在于所述熱處理在高于800℃和低于1100℃的溫度下進(jìn)行。
30.根據(jù)權(quán)利要求8的MIS晶體管的制造方法，其特征在于所述熱處理在高于800℃和低于1100℃的溫度下進(jìn)行。
31.根據(jù)權(quán)利要求9的MIS晶體管的制造方法，其特征在于所述熱處理在高于800℃和低于1100℃的溫度下進(jìn)行。
32.根據(jù)權(quán)利要求10的MIS晶體管的制造方法，其特征在于所述熱處理在高于800℃和低于1100℃的溫度下進(jìn)行。
33.根據(jù)權(quán)利要求11MIS晶體管的制造方法，其特征在于所述熱處理在高于800℃和低于1100℃的溫度下進(jìn)行。
全文摘要
公開了一種MIS晶體管的制造方法,其中柵電極和柵絕緣膜形成在半導(dǎo)體襯底上,注入一種導(dǎo)電類型雜質(zhì)形成溝道區(qū),包括以下步驟:將氫離子經(jīng)由所述柵電極和柵絕緣膜注入到所述柵電極下的所述溝道區(qū)內(nèi);將與所述導(dǎo)電類型相反的雜質(zhì)自匹配地離子注入到所述柵電極形成源/漏區(qū);以及在惰性氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行熱處理。
文檔編號(hào)H01L29/78GK1202001SQ9811505
公開日1998年12月16日 申請日期1998年6月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月9日
發(fā)明者伊藤浩, 堀內(nèi)忠彥 申請人:日本電氣株式會(huì)社