JP2006319326A - ポリの高さ低減のためのＳＯＩ底プレドーピングを合併したｅ−ＳｉＧｅ - Google Patents

ポリの高さ低減のためのＳＯＩ底プレドーピングを合併したｅ−ＳｉＧｅ Download PDF

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Abstract

【課題】ソース／ドレイン領域とゲート電極へのドーピングにおける、チャネル中へのボロン浸透の低減と、埋め込み酸化物層まで完全にドープされたソース／ドレイン領域の形成と、併せてチャネルへの圧縮応力を印加する半導体装置の形成方法の提供。
【解決手段】埋め込み酸化物層上のシリコン層３０１にゲート電極３０２を形成し、ゲート電極３０２を挟んだシリコン面に窪んだ部分３０５を形成する。その後、窪んだ部分３０５にプレドーピングを行い、更に窪みにＳｉＧｅ層４０１をエピタキシャル成長で形成する。エクステンション形成が行われた後、ソース／ドレイン領域とゲート電極３０２に低エネルギーのドーピングを行う。
【選択図】図６

Description

本発明の側面は、半導体装置及び製造のためのそれらの方法に一般に向けられ、より特にトランジスタチャネルへボロンの浸透を低減する間にトランジスタのソース／ドレイン領域をドープする方法を提供し、そして、またトランジスタチャネルに圧縮応力を印加するのと同じトランジスタ中のＳｉＧｅ層を提供する。
様々なタイプのシリコントランジスタは、しばしばポリシリコンゲートを含んでいる。ゲートの適切な高さに影響を及ぼすことができる多くの要因がある。例えばゲートを高くし過ぎると、注入物陰影障害問題（特にゲートが小さなスケールのピッチで繰り返される場合）と製造中におけるポリシリコンエッチングの困難さと同様に、最終製品で望ましくない寄生容量のような問題を引き起こす場合がある。従って、ポリシリコンゲートの高さを制限することが望ましい。
一方、ゲートを低くし過ぎることは他の問題を招く。例えば、トランジスタの製造中に、トランジスタチャネル中への望ましくないボロンの染み込みを許容することと、トランジスタのソース／ドレイン領域を不十分にドープすることとの間には、トレードオフの関係がある。例えば、図１を参照すると、説明する従来のシリコンデバイスは、シリコン基体１、シリコン基体１の直下の埋め込み酸化物（ＢＯＸ）層４、及びＢＯＸ層４の下の基板（図示せず）を含むシリコン・オン・インシュレーター（ＳＯＩ）ウェーハ構成を持っている。そのデバイスは、ポリシリコンゲート２とソース／ドレイン領域３を含むトランジスタを持っている。ソース／ドレイン領域３を形成するために、その領域はボロンイオンでドープされる。ゲート２は、またボロンイオンで同時にドープされる。図１では、ゲート２の下のチャネル中へのボロンイオンの染み込みを回避するために、低いエネルギー量のボロンイオンが用いられる。チャネルへのボロン染み込みの回避に成功している間、そのような低いエネルギー量の副作用は、ソース／ドレイン領域３がＢＯＸ層４に接するように完全にはドープされないということである。言いかえれば、ソース／ドレイン領域３とＢＯＸ層４の間に隙間がある。これは望ましくない高い接合容量を導く。
図２を参照すると、この時はボロンイオンのより高いエネルギー量を使用した。その結果、ＢＯＸ層４は、今適切にソース／ドレイン領域３に接し、それにより接合容量を低減する。しかしながら、完全にソース／ドレイン領域３をドープするために、副作用はシリコン基体１の下のチャネル部分の中へゲート２を通過してボロンイオンが完全に入り込んだということである。そのようなチャネルボロン染み込みはチャネル移動度の広範囲な低下の結果として生じ、それは全く不適当である。従って、完全に、不適当な量のボロンイオンがチャネルに入り込むことは許さずに、トランジスタのソース／ドレイン領域をドープする方法が必要である。
加えて、トランジスタのゲートの対向している側面とチャネル上へシリコン−ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）層を使用するのが、トランジスタの性能を非常に向上させる場合があることが知られている。これは、ＳｉＧｅ層によるチャネル上の部分の圧縮応力によって引き起こされる。チャネルボロン染み込みを最小限にするかそうでなければ低減している間なしに完全にソース／ドレイン領域をドープする、そのようなＳｉＧｅ層を含むトランジスタを製造する方法をまだ更に見つけることも望ましいだろう。
本発明の側面は、トランジスタチャネルのボロン染み込みを低減するかより回避する間にボロンイオンで十分にドープされるソース／ドレイン領域を備えたトランジスタを持っているシリコン・オン・インシュレーター（ＳＯＩ）ウェーハ上に半導体装置を製造する方法に向けられる。これは、より低い接合容量のような優れた機能特性があるトランジスタに結果として生じても良い。そのようなデバイスは過度に高いトランジスタゲートを製造する必要なしに提供されても良く、製造ステップの比較的単純で安いセットを利用している間、それは更に低い寄生容量があるトランジスタに結果として生じても良い。上記のものの達成に加えて、製造工程はトランジスタチャネル上の圧縮応力を提供するシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）層の追加を更に考慮に入れ、それによってｐ型トランジスタチャネル内の正孔移動度を向上させる。
本発明のさらなる側面は、前述の半導体装置を製造する方法に導かれる、前述のトランジスタがｐ型の電界効果トランジスタ（ＰＦＥＴ）であるもの、そこでその方法は、さらに同じウェーハ上にｎ型電界効果トランジスタ（ＮＦＥＴ）の同時製造を考慮に入れる。
本発明のまださらなる側面は、前述の製造方法に起因する半導体装置及び／またはトランジスタに導かれる。
これらと発明の他の側面は、実例となる実施形態の次の詳述の考察で明白になる。
実例となる製造工程のあるステップを強調する概要は、今、図３−６（それは実例となるプロセスで行われても良いのと同じくらい連続する順に提供される）に関して記述されるだろう。図３を参照すると、従来のＳＯＩウェーハの一部はシリコン基体３０１を含めて示される。ｐ型電界効果トランジスタ（ＰＦＥＴ）のポリシリコンゲート３０２は上記シリコン基体３０１上に形成され、そしてサイドウォールスペーサ３０４はゲート３０２の側壁上に形成される。ゲート３０２もまたＳｉＮ層３０３で覆われる。シリコン基体３０１の窪んだ部分３０５は、ボロン注入によってプレドープされる。次に、図４では、ＳｉＧｅ層４０１は、窪んだ部分３０５上にエピタキシャル成長される。エクステンション形成が図５で行われた後、それから図６のゲート３０２とソース／ドレイン領域に低エネルギーでボロンが注入され、それによってゲート３０２下のチャネルへボロンの染み込みを低減あるいは更に回避する。そのような低エネルギーのボロンは、例えば約５ＫｅＶのような２−１０ＫｅＶの範囲のエネルギーを持っていても良い。
実例となる製造工程のより多くの詳細な開示が今、図７−２２（それは実例となるプロセスで行われても良いのと同じくらい連続する順に提供される）に関して議論されるだろう。図７を最初に参照して、従来のＳＯＩウェーハの一部は、埋め込み型シャロウトレンチアイソレーション（ＳＴＩ）層７０５を持ったシリコン基体７０１を含んで示される。上記シリコン基体７０１は、例えばおよそ５０−７０ｎｍの厚さであることがある、またＳＴＩ層７０５は、例えばおよそ６０−８０ｎｍの厚さであることがある。シリコン基体７０１はＢＯＸ層７１０上に配置され、そしてＳＴＩ層７０５はわずかにＢＯＸ層７１０中へ延びる。ＢＯＸ層７１０は、例えばおよそ１５０ｎｍの厚さであることがある。ＢＯＸ層７１０は、順番に基板（示されない）上に配置される。ｎ型電界効果トランジスタ（ＮＦＥＴ）のゲート７０２とＰＦＥＴのゲート７０３は、ＳＴＩ層７０５の対向する側面上のシリコン基体７０１上に従来の方法で形成される。ゲート７０２，７０３は、例えば高さが約１００ｎｍより低いことがあり、また薄いゲート酸化物層（示されない）を備えたシリコン基体７０１上に配置されても良い。その後、第１のＳｉＮ層はキャップ７０７，７０８を形成するために従来の方法でゲート７０２，７０３上に堆積される。キャップ７０７，７０８は、例えばおよそ５０ｎｍの厚さより薄い。ゲート７０２，７０３の側壁は、従来の方法（ゲート７０２，７０３の側壁上に、およそ５ｎｍの広い再酸化物層（示されない）に結果として生じる）で再酸化する。そして、マスク層７０４（第２のＳｉＮ層のような）はシリコンウェーハの全表面に堆積させられる。マスク層７０４は、例えば厚さおよそ４０ｎｍであることがある。次に、ＳＯＩウェーハはＮＦＥＴ領域だけを覆うように、露光されてエッチングされたフォトレジスト層７０６によって被覆される。次に、従来のリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）は、パターニングされたフォトレジスト層７０６をマスクとして用いて行われ、その結果としてＰＦＥＴのゲート７０３の側壁上のサイドウォールスペーサ７０９が生じる。サイドウォールスペーサ７０９は、例えばそれぞれ幅およそ４０ｎｍであることがある。
図８を参照すると、フォトレジスト層７０６は除去される。次に、シリコン基体７０１の露出した部分は、マスク層７０４とキャップ７０８をマスクとして用いて従来のＲＩＥによって選択的に後退され、その結果として各々が溝８０１を有する窪んだ部分８０２を生ずる。溝８０１は、例えば残っている窪んだ部分８０２が例えば厚さおよそ１０ｎｍであるようなシリコン基体７０１中への深さがおよそ４０−６０ｎｍであることがある。
図９を参照すると、ボロンはシリコン基体７０１中の窪んだ部分８０１の下面９０１と側壁９０２へ次に注入され、そして結果としてボロンがドープされたｐ型領域が表面９０１と９０２の下へ生じる。例えば、およそ３ＫｅＶ、１×１０１５ｃｍ−２の二弗化ボロン（ＢＦ２）の注入は、定位からおよそ１５度のアングルで用いられても良い。このボロン「プレドーピング」は、図２０に説明された、後のドーピングステップでボロンのより低いエネルギー量が用いられることを許す。
その後、図１０を参照すると、ＳｉＧｅ層１００１は、その後溝８０１上にエピタキシャル成長される。ＳｉＧｅ層１００１は、例えばおよそ５０−７０ｎｍの厚さであることがある。その上に、そのようなエピタキシャル成長中、あるいはそのエピタキシャル成長の後、少なくともボロン中のボロンのうちのいくらかは、下面９０１と９０２が、ＳｉＧｅ層１００１のより暗い部分によって図１０に示されるように、ＳｉＧｅ層１００１へ拡散する表面の下のｐ型領域をドープした。その上に、少なくとも表面９０１の下のボロンのうちのいくらかは、シリコン基体７０１へボロンがＢＯＸ層７１０に接するようなものを拡散する。まだ、また図１０に示されるように、表面９０２の近くのより多くのボロンがわずかにチャネルの方へ拡散する。ＳｉＧｅ層１００１はゲート７０３より下のＰＦＥＴチャネルに圧縮応力を提供し、それによってＰＦＥＴの性能を向上させる。
図１１を参照すると、マスク層７０４とキャップ７０７，７０８はその後除去される。
その後、図１２を参照すると、オフセットスペーサ（第１の酸化物層のような）１２０１は、その後ゲート７０２，７０３の側壁上に形成される。オフセットスペーサ１２０１はそれぞれ、ゲート７０２，７０３のそれぞれの１つの長さを拡張し、それぞれ例えば幅およそ１０ｎｍであることがある。
図１３と１４を参照すると、その後、Ｎ型エクステンションとｐ型ハロー注入は、フォトレジストマスク層１３０２と１４０１を用いて、領域１３０１中のＮＦＥＴ及びＰＦＥＴ（領域１４０２中）上に選択的にそれぞれ行われる。一般に、エクステンション注入は、ハロー注入より高いドーズ量であっても良い。例えば、ＮＦＥＴ領域において、砒素（Ａｓ）のエクステンション注入は、およそ２ＫｅＶ、２×１０１５ｃｍ−２が用いられても良く、およそ１０ＫｅＶ、８×１０１３ｃｍ−２のボロン（Ｂ）のハロー注入では、定位からおよそ３０度のアングルが用いられても良い。また、ＰＦＥＴ領域において、例えばおよそ３ＫｅＶ、１×１０１５ｃｍ−２の二弗化ボロン（ＢＦ２）のエクステンション注入が用いられても良く、及びおよそ６０ＫｅＶ、５×１０１３ｃｍ−２のヒ素（Ａｓ）のハロー注入では、定位からおよそ３０度のアングルが用いられても良い。フォトレジストマスク層１３０２，１４０１はそれぞれ続いて除去される。
図１５を参照すると、第３のＳｉＮ層１５０１はその後ウェーハ上に堆積される。第３のＳｉＮ層１５０１は、例えば厚さおよそ５０ｎｍであることがある。次に、オフセットスペーサ（第２の酸化物層のような）１５０２の別のセットは、従来のブランケットＲＩＥ技術を用いて、第３のＳｉＮ層１５０１上に形成される。これらのオフセットスペーサ１５０２はそれぞれ、例えば幅およそ４０ｎｍであることがある。
図１６を参照すると、ディープソース／ドレイン注入は、その後フォトレジストマスク層１６０１を用いてＮＦＥＴ上だけに行われる。例えば４５ＫｅＶ、１×１０１５ｃｍ−２のリン（Ｐ）の注入が用いられても良い。見ることができるように、領域１６０２は第３のＳｉＮ層１５０１によって高エネルギーリンの染み込みにより形成される。
図１７を参照すると、オフセットスペーサ１５０２は、その後ＮＦＥＴ（しかしＰＦＥＴではない）から取り除かれる。
図１８を参照すると、狭いスペーサ１８０１はＮＦＥＴゲート７０２の対向する側面上へ形成され、そして第３のＳｉＮ層１５０１上に従来のブランケットＲＩＥを行うことにより、ＰＦＥＴの対向する側面上へ広いスペーサ１８０２を積層する。狭いスペーサ１８０１は、例えば幅およそ４０ｎｍであることがある、また広いスペーサ１８０２は、例えば幅およそ９０ｎｍであることがある。
図１９と２０を参照すると、ソース／ドレイン・ドーピングはフォトレジストマスク層１９０１と２００１をそれぞれ用いて、ＮＦＥＴとＰＦＥＴ上に行われる。ＰＦＥＴのｐ型のドーピングは、浅く、すなわち軽い注入（それはゲート７０３の中へのボロン染み込みがほとんどない結果として生じる）を用いて行われる。これは、図９に関して既に生じたＰＦＥＴのソース／ドレイン領域のプレドーピングにより実現可能である。例えば、ＮＦＥＴ領域において、およそ１５ＫｅＶ、２×１０１５ｃｍ−２の砒素（Ａｓ）注入が用いられても良く、そしてＰＦＥＴ領域において、およそ５ＫｅＶ、２．５×１０ｃｍ−２の二弗化ボロン（ＢＦ２）注入が用いられても良い。その後、フォトレジスト層１９０１，２００１は個々のそれぞれの注入の後に除去される。重いＮ型ドーピングの結果、図１９に示されるように領域１９０２が形成される。また、浅いＰ形ドーピングの結果、図２０に示されるように領域２００２が形成される。これらのステップを行うことによって、後で生じるであろうＰＦＥＴのゲート７０３下のチャネル中へのボロン染み込みは、そのために著しく低減されるか、すべて更に回避される。
図２１を参照すると、活性化アニーリングは行われ、ゲート７０３及び７０４は、十分にドープしたゲート２１０１と２１０２にそれぞれ結果として生じ、十分にドープされるようになり、ＮＦＥＴとＰＦＥＴのソース／ドレインと同様にこれらの領域が下方向へ成長してシリコン基体７０１の下で直ちにＢＯＸ層７１０に接するようになる。
図２２を参照すると、ニッケルシリサイド層２２０１は、ＮＦＥＴとＰＦＥＴのソース／ドレイン領域としてゲート２１０１，２１０２上に同様に形成される。
従って、新しい構成と、そのような構成を製造する方法が記述され、それはトランジスタチャネルへボロン染み込みを更に減らすか回避する間に完全にドープされたトランジスタのソース／ドレイン領域を備え、そのためにトランジスタの性能が向上される。その上、そのようなトランジスタは、トランジスタチャネルに圧縮応力を印加するＳｉＧｅ層から利益を得、それによって、更にトランジスタの性能を向上させる。
本発明とそれの利点についてのより完全な理解は、参照番号が類似の特徴を示すように、添附図面を考慮して次の記述に言及することにより得られても良い。
図１は、低い量のドーピングの結果として生じる、ＳＯＩデバイスの従来の低エネルギーのボロンドーピングを示す。 図２は、高い量のドーピングの結果として生じる、ＳＯＩデバイスの従来の高エネルギーのボロンドーピングを示す。 図３は、エピタキシャルＳｉＧｅ層を持っているＳＯＩデバイスを製造する際に実行されても良い実例となる主ステップを示す。 図４は、エピタキシャルＳｉＧｅ層を持っているＳＯＩデバイスを製造する際に実行されても良い実例となる主ステップを示す。 図５は、エピタキシャルＳｉＧｅ層を持っているＳＯＩデバイスを製造する際に実行されても良い実例となる主ステップを示す。 図６は、エピタキシャルＳｉＧｅ層を持っているＳＯＩデバイスを製造する際に実行されても良い実例となる主ステップを示す。 図７は、エピタキシャルＳｉＧｅ層を持っている別のＳＯＩデバイスを製造する際に実行されても良い実例となるステップを示す。 図８は、エピタキシャルＳｉＧｅ層を持っている別のＳＯＩデバイスを製造する際に実行されても良い実例となるステップを示す。 図９は、エピタキシャルＳｉＧｅ層を持っている別のＳＯＩデバイスを製造する際に実行されても良い実例となるステップを示す。 図１０は、エピタキシャルＳｉＧｅ層を持っている別のＳＯＩデバイスを製造する際に実行されても良い実例となるステップを示す。 図１１は、エピタキシャルＳｉＧｅ層を持っている別のＳＯＩデバイスを製造する際に実行されても良い実例となるステップを示す。 図１２は、エピタキシャルＳｉＧｅ層を持っている別のＳＯＩデバイスを製造する際に実行されても良い実例となるステップを示す。 図１３は、エピタキシャルＳｉＧｅ層を持っている別のＳＯＩデバイスを製造する際に実行されても良い実例となるステップを示す。 図１４は、エピタキシャルＳｉＧｅ層を持っている別のＳＯＩデバイスを製造する際に実行されても良い実例となるステップを示す。 図１５は、エピタキシャルＳｉＧｅ層を持っている別のＳＯＩデバイスを製造する際に実行されても良い実例となるステップを示す。 図１６は、エピタキシャルＳｉＧｅ層を持っている別のＳＯＩデバイスを製造する際に実行されても良い実例となるステップを示す。 図１７は、エピタキシャルＳｉＧｅ層を持っている別のＳＯＩデバイスを製造する際に実行されても良い実例となるステップを示す。 図１８は、エピタキシャルＳｉＧｅ層を持っている別のＳＯＩデバイスを製造する際に実行されても良い実例となるステップを示す。 図１９は、エピタキシャルＳｉＧｅ層を持っている別のＳＯＩデバイスを製造する際に実行されても良い実例となるステップを示す。 図２０は、エピタキシャルＳｉＧｅ層を持っている別のＳＯＩデバイスを製造する際に実行されても良い実例となるステップを示す。 図２１は、エピタキシャルＳｉＧｅ層を持っている別のＳＯＩデバイスを製造する際に実行されても良い実例となるステップを示す。 図２２は、エピタキシャルＳｉＧｅ層を持っている別のＳＯＩデバイスを製造する際に実行されても良い実例となるステップを示す。

Claims (14)

  1. シリコン基体上にトランジスタゲートを形成することと、
    前記ゲートの対向している側面上に前記シリコン基体の窪んだ部分を形成することと、
    前記窪んだ部分に第１のドーピングを行うことと、
    前記第１のドーピングを行うステップの後に、前記窪んだ部分上にＳｉＧｅ層を形成することと、
    前記ＳｉＧｅ層を形成した後、前記ゲートに第２のドーピングを行うことと
    を具備する半導体装置の形成方法。
  2. 前記請求項１の方法において、そこでは前記第１のドーピングを行うステップは、前記窪んだ部分上に約３ＫｅＶ、１×１０１５ｃｍ−２でＢＦ２を注入することを含んでいる。
  3. 前記請求項２の方法において、そこでは前記第２のドーピングを行うステップは、前記窪んだ部分上に約５ＫｅＶ、２．５×１０１５ｃｍ−２でＢＦ２を注入することを含んでいる。
  4. 前記請求項１の方法において、そこでは前記第１のドーピングを行うステップは、各々の前記窪んだ部分の下面と側壁の両方にドーピングすることを含んでいる。
  5. 前記請求項１の方法において、
    前記ゲートの対向する側面の各々の上にサイドウォールスペーサを形成することと、
    前記各サイドウォールスペーサを除去することと、
    エクステンション形成を実行すること
    とを更に含み、
    そこでは前記第１のドーピングの実行と前記窪んだ部分を形成するステップは、前記サイドウォールスペーサが除去される前に実行される。
  6. 前記請求項１の方法において、そこではゲート下のシリコン基体中のトランジスタチャネル領域は、第１のドーピングと第２のドーピングを実行する両方のステップでボロンが浸透されない。
  7. 前記請求項６の方法において、そこではトランジスタゲートはポリシリコンを含み、前記シリコン基体上に約１００ｎｍ以下延びる。
  8. 前記請求項６の方法において、そこでは第２のドーピングを実行するステップは、ゲートの第２のドーピングを実行することを含んでいる。
  9. 前記請求項１の方法において、そこではシリコン基体は埋め込み酸化物層より上に配置され、且つそこでは第１のドーピングを実行するステップの結果として、埋め込み酸化物層にそれぞれ接するシリコン基体中の１ペアのソース／ドレイン領域を生じる。
  10. 埋め込み酸化物層上に配置されたシリコン基体を含むシリコン・オン・インシュレーター・ウェーハと、
    窪んだ部分の間のシリコン基体上に配置されたトランジスタゲート、１ペアのソース／ドレイン領域、及びシリコン基体中のチャネル領域を含むトランジスタとを具備し、
    そこではソース／ドレイン領域には、埋め込み酸化物層の各々に接するようにボロンイオンが注入され、また、そこではチャネル領域にはボロンイオンは浸透されない半導体装置。
  11. 前記請求項１０の半導体装置において、チャネル領域の対向している側面上のシリコン基体の窪んだ部分上に配置されたＳｉＧｅ層を更に含む。
  12. 前記請求項１０の半導体装置において、そこではソース／ドレイン領域は二弗化ボロンでドープされる。
  13. 前記請求項１０の半導体装置において、そこではトランジスタゲートはボロンイオンでドープされる。
  14. 前記請求項１０の半導体装置において、そこではトランジスタゲートはポリシリコンを含み、前記シリコン基体上に約１００ｎｍ以下延びる。
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