JP2005517285A - 薄い酸化物ライナーを含む半導体デバイスおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
このような半導体デバイスを準備する従来のプロセスは、シリコン基板上にポリシリコン・ゲート層をたい積することを含む。
ポリシリコン・ゲート層は、その後所望の幅にエッチングされる。
基本的に鉛直なサイドウォール(側壁)をゲート電極の表面上に提供するため、異方性エッチングが実行される。
ポリシリコン・ゲート電極はその電極の真下にある基板をマスクするので、ソース/ドレインの拡張部がゲート電極に隣接するように形成される。
その後、深い(deep)ソース/ドレイン・インプラントのプロセスが、ソース/ドレイン領域を形成するように実行される。
ゲート電極の表面上に形成されるサイドウォール・スペーサは、深いソース/ドレイン・インプラントがサイドウォール・スペーサの真下にある基板にインプラントされないようにするためのマスクとして働く。
このプロセスによって、深いソース/ドレイン領域は、スペーサの幅によってゲート電極から分離される。
インプラント・プロセスが完了した後、アニーリング・ステップが、インプラントされたドーパントを活性化する。
本来の絶縁層より前にたい積され、窒化シリコンのサイドウォール・スペーサのエッチング中にエッチング停止層として使用するためのライナー酸化物(酸化膜)(liner oxide)を使用することが知られている。
絶縁層の異方性エッチングは、窒化シリコンをエッチングすると共に、ライナー酸化物上で停止し、シリコン基板の不適当な掘り下げ(gouging)を防ぐ。
ライナー酸化物は、典型的に、100Åから300Å、最も一般的には、150Åの厚みでたい積される。
この方法で製造された半導体デバイスを、図1に示す。
半導体デバイスは、基板10、ゲート電極12、ライナー酸化物14、窒化シリコン・スペーサ16、ソース/ドレインの拡張部18および深いソース/ドレイン・領域20を含む。
ドーパントの外方拡散は、ソース/ドレイン間の抵抗を高くすると共に、ドーパントの濃度勾配の傾斜を大きくする(more graded junctions)ことになる。
これらの問題のどちらも、トランジスタの性能を低下させる。
窒化シリコンのサイドウォール・スペーサのエッチングの間、エッチング停止層として使用される酸化物層14は、その後の熱処理の間、ドーパントのシンク(sink)の役割を果たす。このことは、ドーパントが、ソース/ドレインの拡張部18から酸化物ライナー14中に外方拡散することを許可する。
従って、スペーサ・エッチング中の掘り下げを防ぐが、熱処理の間、ドーパントの外方拡散のためのドーパント・シンクとしての働きをしない、エッチング停止層の提供が望まれている。
窒化物層が酸化物ライナー上にたい積され、その窒化物層は、窒化物スペーサを形成するようにエッチングされる。このエッチングは、酸化物ライナー上で停止する。
この酸化物ライナーが、窒化物層のエッチング中に、さらにエッチング停止機能を果たすことを可能にするために、本発明のある好適な実施形態において、スペーサ形成中にCF4剤を使用する、非常に選択的なドライ・エッチングが使用されてもよい。
ドーパントの外方拡散の抑止、特に、ソース/ドレインの拡張部領域におけるドーパントの外方拡散の抑止は、ソース/ドレインの抵抗を低くし、ドーパントの濃度勾配の傾斜を小さくすることとなり、これによって、トランジスタの性能を改善する。
本発明は、基板およびゲート電極の表面上に100Å未満の厚みの酸化物ライナーを備えた半導体デバイスを形成することによって、これらの問題の一部を解決する。
酸化物ライナー上に形成される窒化物層は、窒化物スペーサを形成するためにエッチングされ、このエッチングは、酸化物ライナー上で停止する。
その後の熱処理の間、あらかじめインプラントされたドーパントの外方拡散は、薄い酸化物ライナーによって抑制される。この薄い酸化物ライナーは、先行技術のように、大きなドーパント・シンクとしては提供されない。
従って、より多くのドーパントが半導体デバイスの基板中に保持される。
このことは、ソース/ドレインの抵抗を低くし、ドーパントの濃度勾配の傾斜を小さくすることとなり、トランジスタの性能を改善する。
この概略図では、例えば、ポリシリコンから構成されたゲート電極32が、基板30上に形成される。
例えばポリシリコン・ゲート電極32または金属ゲート電極は、従来の方法(例えばシリコン基板上にポリシリコン・ゲート層をたい積する)により形成される。シリコン基板上へのポリシリコン・ゲート層のたい積の後には、リゾグラフィまたはエッチング・ステップが行われる。
また、ゲート酸化膜(図示しない)が基板30とポリシリコン・ゲート電極32の間に、ゲート絶縁膜を生成すべく提供されてもよい。
酸化物ライナーを形成する典型的な方法は、当業者に公知のPECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)法による。
酸化物ライナーは、100Å以下、特に好ましい実施形態においては20Åから70Åの厚みにたい積される。
さらに好ましい実施形態においては、酸化物ライナーの厚みは、約45Å未満とされる。この酸化物ライナー34は、ゲート電極32および基板30の表面を被覆する。
ゲート電極32は、ゲート電極32の真下へのドーパントのインプラントを防ぐように、基板30をマスクする。
図3および図4は、本発明中のプロセス・ステップの順序の一実施形態を示したものであるが、他の実施形態においては、図3および図4のステップが入れ替わり、拡張インプラントが酸化物ライナー34のたい積よりも前に実行される。
絶縁層38は、CVDによるように、従来の方式でたい積される。
他の材料が絶縁層38において使用されていてもよく、提供されたこのような材料は、酸化物と比較して、高度に選択的にエッチングされる。
窒化物のエッチング中に、シリコン基板30を掘り下げることを防ぐエッチング停止の役割を果たすことは、酸化物ライナー34にとって重要である。
この酸化物ライナー34は、従来の先行技術における方法のものよりも薄く形成されているので、オーバ・エッチング(overetching)を防ぐように注意する必要がある。
従って、サイドウォール・スペーサ40を形成するため、高度に選択的なドライ・エッチングが使用される。
このエッチング剤(etch chemistry)は、薄いライナーが適切なエッチング停止層として役立つように、窒化物対酸化物の高い選択性を示さなければならない。典型的なエッチング剤は、CF4を含む。
プラズマエッチングまたはリアクティブイオンエッチングを含む、エッチングのための、他のエッチング剤およびレシピは、CF4/HBr/HeO2およびCl2/HBr/HeO2を含む。
深いソース/ドレインのインプラントの間、サイドウォール・スペーサ40は、サイドウォール・スペーサ40の真下にある基板30に対するドーパントのインプラントを防ぐ、マスクの役割を果たす。
従来の注入量(dosages)、インプラント・エネルギー(implantation energies)およびアニーリングのパラメータを使用してもよい。
従って、より多くのドーパントが基板30中に保持される。
この全般的な影響は、ソース/ドレイン領域42およびソース/ドレインの拡張部36の抵抗を低下させ、ドーパントの濃度勾配の傾斜をより小さくすることである。
これはトランジスタの性能を改善するように作用する。
このプロセスにおいては、酸化ゲルマニウムが、ディスポーザブルなスペーサ材料として使用される。酸化ゲルマニウムは、水に溶ける特性を有するものとして好適である。
酸化ゲルマニウムは、スパッタリング法によって、または、その後の酸化作用を備えるゲルマニウムCVD(Ge CVD)によって、たい積される。
その後、スペーサを形成するために、異方性ドライエッチングされる。
図8aは、酸化物、窒化物またはその他の材料により構成されたライナー52上に、酸化ゲルマニウム・スペーサ50がたい積された後の配置を示す。
典型的な使用は、図8bにおいて記載されるように、スペーサの形成後、深いソース/ドレインのインプラント54を実行することである。
その後、スペーサを除去した後に形成されたソース/ドレインの拡張部は、高温にさらされないので、従来よりも高温のアニール・ステップが実行されてもよい。
スペーサ50は、図8cに示すように、その後取り除かれ、LDDインプラント56および低温度アニーリングが実行される。
Claims (10)
- 基板(30)と、
前記基板(30)上にあるゲート電極(32)と、
前記基板(32)上にある酸化物ライナー(34)であって、100Å未満の厚みを有するものと、
前記酸化物ライナー(34)上にある窒化物サイドウォール・スペーサ(40)と、を含む半導体デバイス。 - 前記基板(30)内のソース/ドレインの拡張部のインプラント(36)およびソース/ドレイン領域(42)をさらに含む、請求項1記載のデバイス。
- 前記酸化物ライナー(34)の厚みが45Å未満である、請求項2記載のデバイス。
- 基板(30)上に、ゲート電極(32)を形成するステップと、
前記基板(30)および前記ゲート電極(32)上に、100Å未満の厚みの酸化物ライナー(34)を形成するステップと、
前記酸化物ライナー(34)上に窒化物層(38)をたい積するステップと、
窒化物スペーサ(40)を形成するように、前記窒化物層(38)をエッチングするステップであって、前記エッチングは、前記酸化物ライナー(34)上で停止するステップと、を含む、半導体デバイスの形成方法。 - 前記窒化物層(38)をエッチングするステップは、
非常に高い窒化物対酸化物の選択性を備えるエッチング剤で、前記窒化物層(38)をドライ・エッチングするステップを含む、請求項4記載の方法。 - 基板(30)の領域(36),(42)に、ドーパントをインプラントするステップと、
前記基板(30)上に、100Å未満の厚みの酸化物ライナー(34)を形成するステップと、を有する、
半導体デバイスのインプラントされた領域から被覆層に対する、ドーパントの外方拡散を抑制する方法。 - 前記ドーパントのインプラントより前に、ゲート電極(32)を形成するステップと、
前記ゲート電極(32)および前記酸化物ライナー(34)上に、サイドウォール・スペーサ(40)を形成するステップとをさらに含む、請求項6記載の方法。 - 前記サイドウォール・スペーサ(40)を形成するステップは、
前記酸化物ライナー(34)および前記ゲート電極(32)上に、窒化物層(38)をたい積するステップと、
高い窒化物対酸化物の選択性を備えるエッチング・レシピで、前記窒化物層(38)を異方性ドライエッチングするステップとを含む、請求項7記載の方法。 - 前記エッチング・レシピは、CF4/HBr/HeO2またはCl2/HBr/HeO2の少なくとも一つを含む、請求項8記載の方法。
- 前記エッチング・レシピは、CF4剤を含む、請求項8記載の方法。
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