CN101159290A - 一种半导体结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
半导体结构包括含有体接触区的金属氧化物场效应晶体管，其中体接触区从位于沟道区域下方的体区延伸，沟道区域将金属氧化物场效应晶体管内的一对源/漏区分离。体接触区相对于沟道区域表面被凹进，以避免体接触与源/漏区之间的短路。
Description
技术领域
[0001]本发明通常涉及半导体结构。更具体而言，本发明涉及具有增强的性能和可靠性的半导体结构。
背景技术
[0002]半导体技术的最新进展已经将制造半导体器件时的绝缘体上半导体基片的使用包括了进来。由于绝缘体上半导体基片规定优良的半导体器件隔离以及同样规定半导体器件内的均匀地更薄的沟道区域，就目前来看绝缘体上半导体基片是可取得。
[0003]尽管绝缘体上半导体基片因此在半导体器件制造中对提供增强了性能的半导体器件通常是不可少的，然而在绝缘体上半导体基片内制造的器件不是完全没有困难。尤其是，由于绝缘体上半导体基片的优良的隔离能力，用绝缘体上半导体基片形成的半导体器件经历通常所描述的浮体效应。半导体器件内的浮体效应通常导致半导体器件内的临界电压漂移。上述浮体效应也规定场效应器件，诸如使用绝缘体上半导体基片制造的金属氧化物半导体场效应晶体管内的软误差。
[0004]已知在半导体制造技术中有各种具有理想性能的半导体结构。
[0005]例如，Beyer等人在美国专利5,962,895中教导了有效地制造于绝缘体上半导体基片上并包括体接触的金属氧化物半导体场效应晶体管。为了实现前述的结果，利用自对准方法制造金属氧化物半导体场效应晶体管内的体接触。
[0006]另外，Smith III在美国专利6,387,739中也教导了包括体接触的金属氧化物半导体场效应晶体管。该金属氧化物半导体场效应晶体管内的体接触被制造成缺席叠加容差。为了实现前述的结果，当源和漏极在晶体管内被连接在一起时，本发明使用了用于测定晶体管一侧宽度的有源区的尺寸，也比较用于测定用于测定晶体管另一侧宽度的栅极导体的尺寸。
[0007]最后，Min等人在美国专利6,724,048中也教导包括体接触、且另外制造成具有改进的电特性的场效应晶体管。本发明的场效应晶体管通过使用包括变厚度的栅极电介质层，实现了前述的结果。
[0008]半导体器件和结构尺寸必然要继续减小，其希望的结果是用绝缘体上半导体基片制成具有增强的性能的半导体器件，诸如金属氧化物场效应晶体管。
发明内容
[0009]本发明包括半导体结构和用于制造半导体结构的方法。半导体结构和用于制造半导体结构的方法包括体接触区的使用。体接触区相对于位于半导体结构内的体区域上的沟道区域的表面被凹进，以避免半导体结构内的体接触区和源/漏区域(尤其是源/漏区外延)之间的短路。
[0010]根据本发明的半导体结构包括位于基片上的有源半导体区域。半导体结构也包括位于沟道区域上的栅极电极，其中沟道区域位于有源半导体区域内的体区域上，并将包括有源半导体区域内一对外延区的一对源/漏区分开。半导体结构也包括从体区域延伸并从沟道区域的表面被凹进到一对外延区下方的体接触区。
[0011]根据本发明的另一半导体结构也包括位于基片上的有源半导体区域。该其他半导体结构也包括位于沟道区域上的栅极电极，其中沟道区域位于有源半导体区内的体区域上并将有源半导体区内的一对源/漏区域分开。该其他半导体结构也包括从体区域延伸并在沟道区域的表面下方被凹进的体接触区域。该其他半导体结构也包括位于体接触区上的硅化物层。
[0012]根据本发明用于制造半导体结构的方法包括在基片上形成金属氧化物场效应晶体管。金属氧化物场效应晶体管包括位于体区域上的栅极电极和将半导体层内的一对源/漏区分开的半导体层内的覆叠沟道区域。上述特殊方法也包括对金属氧化物场效应晶体管的一部分进行光刻掩蔽，以使源/漏区的一部分和位于沟道区域的一部分之上的栅极电极的一部分暴露出来。上述特殊方法也包括对源/漏区和栅极电极的暴露部分，以及覆叠沟道区域进行刻蚀，以形成从体区域延伸并相对于沟道区域的表面被凹进的体接触区。
附图说明
[0013]从以下提出的描述优选实施例的上下文理解本发明的目的、特征和优势。从形成本公开的材料部分的附图的上下文理解优选实施例的描述，其中：
[0014]图1到图7C显示了说明根据本发明实施例制造半导体结构中进行阶段的结果的一系列示意平面图和横切面图。
具体实施方式
[0015]从以下提供的描述的上下文理解本发明(包括半导体结构和用于制造半导体结构的方法)。从上述附图的上下文理解以下提供的描述。由于附图是用作说明解释的目的，附图不必要按尺寸来绘制。
[0016]图1到图7C显示了说明根据本发明实施例制造半导体结构中进行阶段的结果的示意平面图和横切面图。本发明的上述特殊实施例包括本发明优选的实施例。图1显示了根据优选实施例在半导体结构制造的早期阶段的半导体结构的示意平面图，图1A显示了其示意的横切面图。
[0017]图1A具体显示了基底半导体基片10。埋入式电介质层12位于基底半导体基片10上，表面半导体层14位于埋入式电介质层12上。总的来说，基底半导体基片10、埋入式电介质层12和表面半导体层14包括绝缘体上半导体基片。
[0018]基底半导体基片10可以包括数种半导体材料的任何一种。非限制性实例包括硅、锗、硅-锗合金、碳化硅、碳化硅-锗合金以及化合物(即，III-V和II-VI)半导体材料。化合物半导体材料的非限制性实例包括砷化镓、砷化铟和磷化铟半导体材料。通常，基底半导体基片10具有从大约0.5到大约1.5mm的厚度。
[0019]埋入式电介质层12可以包括数种电介质材料的任何一种。非限制性实例包括氧化物、氮化物和氮氧化物，尤其是，硅的氧化物、氮化物和氮氧化物，但不包括其他元素的氧化物、氮化物和氮氧化物。埋入式电介质层12可以包括晶体或非晶体电介质材料。通常高度优选晶体电介质材料。可以采用数种方法中的任何一种形成埋入式电介质层12。非限制性实例包括离子注入方法、热或等离子氧化或氮化方法、化学汽相沉积方法和物理汽相沉积方法。通常，埋入式电介质层12包括来自构成基底半导体基片10的半导体材料的氧化物(即，基底半导体基片10的氧化物)。通常，埋入式电介质层12具有从大约50到大约200埃的厚度。
[0020]表面半导体层14可以包括来自可以构成基底半导体基片10的数种半导体材料的任何一种。就化学成分、掺杂极性、掺杂浓度和晶体学取向而言，表面半导体层14和基底半导体基片10可以包括相同或不同的半导体材料。通常，表面半导体层14具有从大约500到大约1200埃的厚度。
[0021]可以采用数种方法的任何一种制造图1中说明的半导体结构的绝缘体上半导体基片部分。非限制性实例包括叠层结构方法，层转移方法和氧注入分离(SIMOX)方法。
[0022]尽管本实施例从包括基底半导体基片10、埋入式电介质层12和表面半导体层14的绝缘体上半导体基片的环境说明了本发明，本实施例和本发明都不因此受到限制。在某些情况下，本实施例也设想使用在单一半导体基片内具有多个晶体学取向的混合取向(HOT)基片。
[0023]图1和图1A也显示了围绕源自表面半导体层14的有源区域的隔离区域16。隔离区域16可以包括与来自构成埋入式电介质层12的电介质材料类似、等效或同一的电介质材料。也可以采用与形成埋入式电介质层12所使用的方法类似、等效或同一的方法形成电介质材料。通常，隔离区域16具有从大约200到大约1000埃的厚度。
[0024]图1和图1A也进一步显示位于绝缘体上半导体基片的表面半导体层14内部和上面的场效应晶体管器件。场效应晶体管器件包括：(1)位于表面半导体层14上的栅极电介质18；(2)位于栅极电介质18上的栅极电极20；(3)围绕栅极电极20和栅极电介质18而设置的间隔层24；(4)位于表面半导体层14内的一对源/漏区22。通过在栅极电极18下对齐的沟道区域，将该对源/漏区22分开。
[0025]前述层和结构的每一个可以包括各个材料并具有半导体制造技术中传统的尺寸。也可以采用半导体制造技术中传统的方法形成前述层和结构的每一个。
[0026]栅极电介质18可以包括传统的电介质材料诸如具有电介质常数从大约4到大约20(真空中测量)的硅的氧化物、氮化物和氮氧化物。或者，栅极电介质16可以包括具有电介质常数从大约20到至少大约100的通常较高电介质常数电介质材料。这种较高电介质常数电解质材料可以包括但不限于：氧化铪、硅酸铪、氧化钛、钛酸锶钡(BSTs)和锆钛酸铅(PZTs)。可以采用适合栅极电介质16成分的材料的数种方法的任何一种形成栅极电介质16。所包括但非限制性的有热或等离子氧化或氮化方法、化学汽相沉积方法和物理汽相沉积方法。通常，栅极电介质16包括具有厚度从大约5到大约70埃的热氧化硅电介质材料。
[0027]栅极电极20可以包括各个材料，所述各个材料包含但不限于：某些金属、金属合金、金属氮化物和金属硅化物，及其层压制件和其复合物。栅极电极20也可以包括掺杂的多晶硅和多晶硅-锗合金材料(即，具有从每立方厘米大约1e18到大约1e22个掺杂原子的掺杂浓度)以及多晶硅金属硅化物(polycide)材料(掺杂的多晶硅/金属硅化物叠层材料)。类似地，也可以采用数种方法的任何一个形成前述材料。非限制性实例包括自对准金属硅化物方法、化学汽相沉积方法和物理汽相沉积方法，诸如但不限于：蒸发方法和溅射方法。通常，栅极电极20包括具有厚度从大约50到大约2000埃的掺杂的多晶硅材料。
[0028]间隔层24可以包括各个材料，所述各个材料包含但不限于：导体材料和电介质材料。导体间隔材料不太常见，但却是大家知道的。电介质间隔材料要较为普通一些。可以采用与形成埋入式电介质层12所使用的方法类似、等效或同一的方法形成间隔材料。也可以通过使用表层(blanket layer)沉积和各向异性回蚀方法，形成具有特殊的内指间隔件形状的间隔层24。通常，间隔件24包括氮化硅电介质材料，但是本发明不因此受限制。
[0029]最后，一对源/漏区22包括典型地将成为用于n型的磷掺杂和/或砷掺杂以及用于p型的硼和/或铟掺杂的通常传统的n或p导电型掺杂。利用两步离子注入方法形成一对源/漏区22，这可以为本领域技术人员所理解。本方法中的第一离子注入工艺步骤使用栅极电极20(无间隔件24)作为掩模以形成每个在间隔件24下延伸的一对延伸区域。第二离子注入工艺步骤采用栅极电极20和间隔件24作为掩模，以在同时汇入该对延伸区域的时，形成该对源/漏区22的更大的接触区域部分。掺杂水平(即，n和p)于每个源/漏区22内每立方厘米大约1×1019到大约1×1020个掺杂原子。在某些情况下，该对源/漏区22内的延伸区可以比与该对源/漏区接触的区域更轻地掺杂，但是上述差异性的掺杂浓度不是本发明的要求。
[0030]图2、图2A和图2B显示了形成覆盖图1和图1A的半导体结构的一部分的掩模层26的结果。掩模层26通常可以包括数种掩模材料的任何一种，包括但不限于：硬掩模材料和光刻胶掩模材料。优选地，掩模层26包括光刻胶掩模材料。光刻胶掩模材料可以包括选自包括正性光刻胶材料、负性光刻胶材料和混合光刻胶材料的组中的光刻胶材料。通常，掩模层26包括具有厚度从大约2000到大约5000埃的正性光刻胶材料或负性光刻胶材料。
[0031]图3、图3A和图3B显示了以下结果：(1)刻蚀间隔件24以形成间隔件24’；(2)刻蚀栅极电极20以形成栅极电极20’；(3)刻蚀表面半导体层14以形成表面半导体层14’(其包括刻蚀源/漏区22以形成源/漏区22’)。前述刻蚀利用了隔离区16、埋入式电介质层12和栅极电介质18作为刻蚀停止层。
[0032]与优选至少部分构成隔离区16、埋入式电介质层12和栅极电介质18的氧化硅材料相比，当间隔件24是由氮化硅材料构成时，前述刻蚀通常将使用含用于刻蚀间隔件24的刻蚀剂气体成分的特殊设计的氟。
[0033]如图3B的示意横切面图中所特别说明的，在刻蚀表面半导体层14时，保留了表面半导体层14’基座，在其顶端边缘是源/漏区22’的剩余延伸区部分。
[0034]图4、图4A、图4B和图4C显示了进一步刻蚀栅极电介质18和表面半导体层14’(包括源/漏区22’)的暴露部分以形成栅极电介质18’和表面半导体层14”(包括源/漏区22”)的结果。可以使用半导体制造技术中的传统方法实现前述刻蚀。就刻蚀栅极电介质18以形成蚀栅极电介质18’而言，在栅极电介质18包括与隔离区16和埋入式电介质层12相比充分不同的电介质材料的情况下，相比隔离区16和埋入式电介质层12来说，前述刻蚀可以有选择性地刻蚀蚀栅极电介质18以形成蚀栅极电介质18’。
[0035]通常使用含刻蚀剂气体成分的适当的氯，实现表面半导体层14’的刻蚀，以形成表面半导体层14”。如图4C的示意的横切面图中所说明的，刻蚀导致在表面半导体层14”内凹槽R的形成，其中凹槽R形成表面半导体层14”的体接触区BCR。表面半导体层14”也包括横向连接体接触区BCR的体区BR和位于体区BR上的沟道区域CR。凹槽R通常具有从大约200到大约400埃的凹槽深度(即，从沟道区域CR表面到体接触区域BCR表面)。上述凹槽R的深度是用来对随后形成于表面半导体层14”的凹进的体接触区部分上的体接触(即，接触钉头)相对于源/漏区22”(尤其包括延伸区)提供充分的隔离。在形成表面半导体层14”时，凹槽R的形成没有出现任何表面半导体层14”的再氧化。
[0036]图5、图5A、图5B和图5C显示了在图4、图4A、图4B和图4C的半导体结构的适当的侧壁上形成第二间隔件28的结果。适当的侧壁包括隔离区16侧壁、间隔件24’侧壁、源/漏区22”侧壁以及表面半导体层14”侧壁。
[0037]第二间隔件28可以包括、具有以及使用与形成图1和图1A中所说明的间隔件24所使用的材料、尺寸和方法类似、等效或同一的材料、尺寸和方法而形成。上述材料和方法通常将包括在使用表层沉积和各向异性回蚀方法时用于形成第二间隔件28的氮化硅材料。
[0038]图6、图6A、图6B和图6C显示了在含有图5、图5A、图5B和图5C的示意平面图和横切面图中的结构的硅的暴露表面上形成硅化物层30的结果。
[0039]硅化物层30位于栅极电极20’、源/漏区22’和表面半导体层14”的体接触区域BCR部分上。
[0040]硅化物层30可以包括由数种金属硅化物形成金属的任何一种形成的硅化物材料。包括在金属硅化物形成金属的组中的有镍、钴、钛、钨、钽、铂和钒金属硅化物形成金属。硅化钴材料和硅化镍材料是特别普通的硅化物材料。不排除其他硅化物材料。
[0041]通常，使用表层(blanket)金属硅化物形成金属层沉积、热退火和过剩金属硅化物形成金属层剥离方法，来形成硅化物层30。通常根据具体金属硅化物形成金属的环境，选择适当的刻蚀剂用于剥离金属硅化物形成金属的未反应部分。通常，硅化物层30的每一个具有从大约100到大约400埃的厚度。
[0042]图7、图7A、图7B和图7C显示了进一步处理图6、图6A、图6B和图6C的半导体结构的结果。
[0043]图7A、图7B和图7C尤其显示了位于图6A、图6B和图6C的半导体结构上的衬垫层32。尽管衬垫层32可以包括数种衬垫材料的任何一种，包括但不限于：氧化硅衬垫材料和氮化硅衬垫材料，衬垫层32优选包括氮化硅衬垫材料。可以使用包括但不限于：化学汽相沉积方法和物理汽相沉积方法的方法形成衬垫层32。通常，衬垫层32具有从大约200到大约1000埃的厚度。
[0044]图7A、图7B和图7C也显示了具有穿透钝化层34的导体钉头层36的钝化层34。导体钉头层36接触硅化物层30。钝化层34可以包括通常与构成埋入式电介质层12的电介质材料类似、等效或同一的钝化材料。通常，钝化层34具有从大约2000到5000埃的厚度。导体钉头层36可以包括导体材料，导体材料包括但不限于：某些金属、金属合金、金属氮化物和金属硅化物，以及多晶硅材料和多晶硅金属硅化物材料。钛、钨和钽金属是特别普通的导体钉头材料。钨是最通用的导体钉头材料。
[0045]图7、图7A、图7B和图7C显示了根据本发明优选实施例的半导体结构的示意平面图和横切面图。半导体结构(尤其见图7C)包括具有从表面半导体层14”内的体区BR和覆叠的(overlying)沟道区域CR延伸的体接触区BCR的金属氧化物场效应晶体管。体接触区BCR通过具有从大约200到大约400埃的凹进距离的凹槽R在沟道区域CR表面下方被凹进。位于沟道区域CR表面下的体接触区BCR的上述凹槽R是用来避免源/漏区22”的延伸区部分到体接触区BCR的短路。利用硅化物层30也对体接触区进行硅化，以提供与体接触区BCR的低电阻电连接。
[0046]优选实施例是说明本发明，而不是限制本发明。在仍然提供根据本发明进而根据附带的权利要求的半导体结构的同时，可以根据优选实施例对半导体结构的方法、材料、结构和尺寸进行修正和修改。
Claims (20)
1.一种半导体结构，包括：
位于基片上的有源半导体区；
栅极电极，位于沟道区域上，并将包括有源半导体区内的一对延伸区的一对源/漏区分离，其中沟道区域位于有源半导体区内的体区上；
体接触区，从体区延伸并从沟道区域的表面被凹进到一对延伸区下方。
2.权利要求1的半导体结构，其中体接触区域从沟道区域的表面被凹进大约200到大约400埃的距离。
3.权利要求1的半导体结构，其中：
基片包括绝缘体上半导体基片；以及
有源半导体区包括绝缘体上半导体基片内的表面半导体层。
4.权利要求1的半导体结构，其中基片包括混合晶向基片。
5.权利要求1的半导体结构，其中半导体结构包括n型金属氧化物半导体场效应晶体管。
6.权利要求1的半导体结构，其中半导体结构包括p型金属氧化物半导体场效应晶体管。
7.权利要求1的半导体结构，进一步包括位于体接触区上的硅化物层。
8.一种半导体结构，包括：
位于基片上的有源半导体区；
栅极电极，位于沟道区域上，并将有源半导体区内的一对源/漏区分离，其中沟道区域位于有源半导体区内的体区上；
体接触区，从体区延伸并被凹进沟道区域的表面下方；以及
位于体接触区上的硅化物层。
9.权利要求8的半导体结构，其中基片包括绝缘体上半导体基片。
10.权利要求9的半导体结构，其中有源半导体区包括绝缘体上半导体基片内的表面半导体层。
11.权利要求8的半导体结构，其中基片包括混合晶向基片。
12.权利要求8的半导体结构，其中半导体结构包括n型金属氧化物半导体场效应晶体管。
13.权利要求8的半导体结构，其中半导体结构包括p型金属氧化物半导体场效应晶体管。
14.权利要求8的半导体结构，其中体接触区相对于沟道区域的表面被凹进大约200到大约400埃的距离。
15.一种制造半导体结构的方法，包括：
在基片上形成金属氧化物半导体场效应晶体管；金属氧化物半导体场效应晶体管包括位于体区上的栅极电极和将位于半导体层内的一对源/漏区分离的半导体层内的覆叠沟道区域；
对金属氧化物半导体场效应晶体管的一部分进行掩蔽，使位于沟道区域的一部分上的栅极电极的一部分和源/漏区的一部分暴露出来；以及
刻蚀源/漏区和栅极电极以及覆叠沟道区域的暴露部分，以形成从体区延伸并相对于沟道区域表面被凹进的体接触区。
16.权利要求15的半导体结构，其中刻蚀采用两步刻蚀方法。
17.权利要求16的方法，其中两步刻蚀方法包括：
在使用栅极电介质作为刻蚀停止时，刻蚀栅极电极和源/漏区以形成从沟道区域延伸的体接触区的第一刻蚀步骤；以及
刻蚀体接触区以形成相对于沟道区域表面被凹进的体接触区的第二刻蚀步骤。
18.权利要求15的方法，其中刻蚀不包括当形成相对于沟道区域表面被凹进的体接触区时的氧化步骤。
19.权利要求15的方法，其中所述掩蔽使用了光刻胶层。
20.权利要求15的方法，其中所述形成使用了绝缘体上半导体基片。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080409 |