CN103177941B

CN103177941B - 一种半导体器件的制造方法

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Publication number: CN103177941B
Application number: CN201110428894.0A
Authority: CN
Inventors: 甘正浩; 冯军宏
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2031-12-20
Also published as: CN103177941A

Abstract

本发明提供一种半导体器件的制造方法，包括：步骤a)，提供半导体衬底，所述半导体衬底具有NMOS区和PMOS区，且在所述半导体衬底上形成有栅极结构；步骤b)，在所述半导体衬底上形成一光致抗蚀剂层，图形化所述光致抗蚀剂层以露出所述NMOS区；对所述NMOS区的源区和漏区实施第一LDD注入；步骤c)，在所述半导体衬底上再次形成一光致抗蚀剂层，图形化所述光致抗蚀剂层以仅露出所述NMOS区的源区；对所述NMOS区的源区实施第二LDD注入，其中，步骤b)和步骤c)的顺序可以互换。根据本发明，可以大幅降低外加源/漏电压时NMOS漏区所产生的最大电场强度，抑制热载流子注入效应的发生，从而使半导体器件保持良好的性能。

Description

一种半导体器件的制造方法

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，具体而言涉及一种对NMOS实施LDD注入的方法。

背景技术

随着半导体制造技术的不断发展，超大规模集成电路的尺寸不断减小，同时，其操作速度越来越快，由此引发的问题就是驱动电流变得越来越大。较大的驱动电流将会更容易引发热载流子注入效应(HotCarrier Injection Effect)，进而降低半导体器件的性能。

造成所述热载流子注入效应的原因是：当外加较高的源/漏电压时，MOS管在饱和状态下产生热载流子，NMOS产生热电子，PMOS产生热空穴；由于电子和空穴特性上的差异，产生热电子的电压要远远低于产生空穴的电压。在NMOS漏区产生的热电子与晶格原子发生碰撞，一些会激发到上面的栅氧化物中，大部分热电子穿过栅氧化物然后回到硅衬底中，但是有一些热电子被栅氧化物中的晶格缺陷所捕获；被捕获的热电子停留在栅氧化物的晶格中，使之电势升高，这种电荷转换引起了MOS管阈值电压(threshold voltage)的变化，而且会影响到整个电路。同时，由于栅氧化物的厚度很薄，因而MOS管阈值电压(threshold voltage)的变化极易造成栅氧化物的介电击穿。

因此，需要提出一种方法，在改进半导体制造工艺的同时，避免上述问题的发生，从而提高半导体器件的可靠性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种半导体器件的制造方法，包括：步骤a)，提供半导体衬底，所述半导体衬底具有NMOS区和PMOS区，且在所述半导体衬底上形成有栅极结构；步骤b)，在所述半导体衬底上形成一光致抗蚀剂层，图形化所述光致抗蚀剂层以露出所述NMOS区；对所述NMOS区的源区和漏区实施第一LDD注入；步骤c)，在所述半导体衬底上再次形成一光致抗蚀剂层，图形化所述光致抗蚀剂层以仅露出所述NMOS区的源区；对所述NMOS区的源区实施第二LDD注入，其中，步骤b)和步骤c)的顺序可以互换。

进一步，在所述第二LDD注入之后，还包括：去除所述光致抗蚀剂层，并实施一退火工艺。

进一步，所述第一LDD注入的注入元素为磷。

进一步，所述第一LDD注入的注入剂量为1.0×e¹³-1.0×e¹⁵cm^-3。

进一步，所述第一LDD注入的注入能量为10-30KeV。

进一步，所述第二LDD注入的注入元素为砷。

进一步，所述第二LDD注入的注入剂量为1.0×e¹⁴-1.0×e¹⁶cm^-3。

进一步，所述第二LDD注入的注入能量为1-10KeV。

本发明还提供一种CMOS器件，所述CMOS器件的NMOS区中的LDD注入区采用上述方法形成。

根据本发明，可以大幅降低外加源/漏电压时NMOS漏区所产生的最大电场强度，抑制热载流子注入效应的发生，从而使半导体器件保持良好的性能。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1A-图1C为本发明提出的对NMOS实施LDD注入的方法的各步骤的示意性剖面图；

图2为本发明提出的对NMOS实施LDD注入的方法的流程图；

图3为外加源/漏电压时半导体硅衬底中NMOS区的漏区饱和电流I_dsat的比较曲线。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本发明提出的对NMOS实施LDD注入的方法。显然，本发明的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

下面，参照图1A-图1C和图2来描述本发明提出的对NMOS实施LDD注入的方法的详细步骤。

参照图1A-图1C，其中示出了本发明提出的对NMOS实施LDD注入的方法的各步骤的示意性剖面图。

首先，如图1A所示，提供半导体衬底100，所述半导体衬底100的构成材料可以采用未掺杂的单晶硅、掺杂有杂质的单晶硅、绝缘体上硅(SOI)等。作为示例，在本实施例中，所述半导体衬底100选用单晶硅材料构成。在所述半导体衬底100中形成有隔离结构101，所述隔离结构101为浅沟槽隔离(STI)结构或者局部氧化硅(LOCOS)隔离结构。作为示例，在本实施例中，所述隔离结构101为浅沟槽隔离(STI)结构，其将所述半导体衬底100分为PMOS区和NMOS区。所述半导体衬底100中还形成有各种阱(well)结构，为了简化，图示中予以省略。

在所述半导体衬底100上形成有栅极结构102，作为一个示例，所述栅极结构102可包括自下而上依次层叠的栅极介电层和栅极材料层。栅极介电层可包括氧化物，如二氧化硅(SiO₂)层。栅极材料层可包括多晶硅层、金属层、导电性金属氮化物层、导电性金属氧化物层和金属硅化物层中的一种或多种，其中，金属层的构成材料可以是钨(W)、镍(Ni)或钛(Ti)；导电性金属氮化物层可包括氮化钛(TiN)层；导电性金属氧化物层可包括氧化铱(IrO₂)层；金属硅化物层可包括硅化钛(TiSi)层。

此外，作为示例，在所述栅极结构102的两侧形成有紧靠栅极结构的侧壁体。其中，所述侧壁体的材料为氧化物，如二氧化硅(SiO₂)。上述形成阱(well)结构、隔离结构、栅极结构以及侧壁体的工艺步骤已经为本领域技术人员所熟习，在此不再详细加以描述。

接着，如图1B所示，在所述半导体衬底100上形成一光致抗蚀剂层103，图形化所述光致抗蚀剂层103以露出所述半导体衬底100的NMOS区。然后，对所述NMOS区的源区和漏区实施第一LDD注入104，其中，所述第一LDD注入104的注入元素为磷(P)，注入剂量为1.0×e¹³-1.0×e¹⁵cm^-3，注入能量为10-30KeV。

接着，如图1C所示，在所述半导体衬底100上再次形成一光致抗蚀剂层103，图形化所述光致抗蚀剂层103以仅露出所述NMOS区的源区。然后，对所述NMOS区的源区实施第二LDD注入105，其中，所述第二LDD注入105的注入元素为砷(As)，注入剂量为1.0×e¹⁴-1.0×e¹⁶cm^-3，注入能量为1-10KeV。

至此，完成了根据本发明示例性实施例的方法实施的全部工艺步骤，需要说明的是，可以根据实际工艺操作的需要，将所述第一LDD注入和所述第二LDD注入的顺序互换。接下来，去除所述光致抗蚀剂层，并实施一退火工艺以使上述LDD注入的元素扩散并修复所述半导体衬底受到的损伤；然后，在所述栅极结构的两侧形成间隙壁结构，并对所述NMOS区实施源/漏注入。

接下来，可以通过后续工艺完成整个半导体器件的制作，所述后续工艺与传统的半导体器件加工工艺完全相同。根据本发明，可以大幅降低外加源/漏电压时NMOS漏区所产生的最大电场强度，抑制热载流子注入效应的发生，从而使半导体器件保持良好的性能。

参照图2，其中示出了本发明提出的对NMOS实施LDD注入的方法的流程图，用于简要示出整个制造工艺的流程。

在步骤201中，提供半导体衬底，所述半导体衬底具有NMOS区和PMOS区，且在所述半导体衬底上形成有栅极结构；

在步骤202中，在所述半导体衬底上形成一光致抗蚀剂层，图形化所述光致抗蚀剂层以露出所述NMOS区；

在步骤203中，对所述NMOS区的源区和漏区实施第一LDD注入；

在步骤204中，在所述半导体衬底上再次形成一光致抗蚀剂层，图形化所述光致抗蚀剂层以仅露出所述NMOS区的源区；

在步骤205中，对所述NMOS区的源区实施第二LDD注入。

下面，将结合图3说明本发明的示例性实施例所获得的有益效果。其中，选用单晶硅材料构成半导体衬底。作为本发明的示例，在LDD注入过程中，所述NMOS区的漏区未注入砷；而对于现有技术来说，所述NMOS区的漏区注入有砷，因为所述砷的注入可以削弱短沟道效应。

参照图3，其中示出了外加源/漏电压时半导体硅衬底中NMOS区的漏区饱和电流I_dsat的比较曲线。其中，横坐标为时间，纵坐标为漏区饱和电流I_dsat的退化率，外加的漏区电压V_d为4.7V。

由图3可以清楚看出，在LDD注入时，由于本发明未对NMOS区的漏区实施砷(As)注入，因而可以大幅降低热载流子注入效应所诱导产生的NMOS区的漏区饱和电流I_dsat的退化率，保持器件良好的性能。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims

1.一种半导体器件的制造方法，包括：

步骤a)，提供半导体衬底，所述半导体衬底具有NMOS区和PMOS区，且在所述半导体衬底上形成有栅极结构；

步骤b)，在所述半导体衬底上形成一光致抗蚀剂层，图形化所述光致抗蚀剂层以露出所述NMOS区；

对所述NMOS区的源区和漏区实施第一LDD注入；

步骤c)，在所述半导体衬底上再次形成一光致抗蚀剂层，图形化所述光致抗蚀剂层以仅露出所述NMOS区的源区；

对所述NMOS区的源区实施第二LDD注入，所述第二LDD注入的注入元素为砷，

其中，步骤b)和步骤c)的顺序可以互换。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第二LDD注入之后，还包括：去除所述光致抗蚀剂层，并实施一退火工艺。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一LDD注入的注入元素为磷。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一LDD注入的注入剂量为1.0×e¹³-1.0×e¹⁵cm^-3。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一LDD注入的注入能量为10-30KeV。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二LDD注入的注入剂量为1.0×e¹⁴-1.0×e¹⁶cm^-3。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二LDD注入的注入能量为1-10KeV。

8.一种CMOS器件，其特征在于，所述CMOS器件的NMOS区中的LDD注入区采用权利要求1-7中任一项所述的方法形成。