TW200414372A - Semiconductor component and method of manufacture - Google Patents

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Description

200414372 玖、發明說明 [發明所屬之技術領域] 本發明一般係有關半導體組件，尤指—種有關間極邊 緣重疊延伸的半導體組件。 [先前技術] 數位信號處理器、微控制器、記憶體 例如微處理器 衣及其類似之積體電路-般均含有數百萬個的絕緣閘 極場效電晶體（IGFETs)。心降低製造成本及增加電路速 度的需求，積體電路製造商縮小構成積體電路之絕緣問極 ，效電晶體的體積而使其可從單—片半導體晶圓製造出更 多的積體電路。雖然較小的電晶體可增加操作速度，但是 例如減少源極-汲極崩潰電壓、增加接合面電容、以及不穩 =臨限電壓的次要性能因素均對電晶體的性能造成負面的 影響。整體而t，這些不良的性能影響稱之為短通道效應 (short Channel effects) 0 一般技術為藉由調節通道區内的電場緩和此短通道效 應，以最小化汲極空乏區的尖峰橫向電場加❶⑷㈤ ic field) 低;^向電場的—種技術為使其包含源極 矛/及極延伸區。源極延伸區延伸人鄰接閘極結構—側邊的 夕基板中，並且/及極延伸區延伸入鄰接閘極結構另一側邊 的矽基板中。,玄源極和汲極延伸區為延伸於閘極結構的之 :。該汲極延伸區可減少絕緣閘極場效電晶體之汲極區的 瑕大電場’因而可減少能夠從汲極區穿隧進入閘極氧化物 的兒子數目。gp使經此改善，汲極區内的電子數目仍足以 92464 5 200414372 產生閘極至汲極的穿隧電流，而降低電晶體的性能。 因此，需要一種具有較低閘極至汲極穿隧電流的半導 體組件以及製造該半導體組件的方法。 [發明内容] _ 本發明提供-種在源極和没極延伸區及源極和及極 區形成之前具有源極側暈圈區（slde halo regi〇n)的半導體 組件以及製造該半導體組件的方法，以滿足前述的需要。 根據本發明之一個態樣，本發明包括形成於第一導電型式 =導體材料上的問極結構。在形成問極結構之後，利用 曰 σ構之源極側的半導體材料中形 “側®區（halo regiQn>在形成源 於閘極結構之相反邊上形軍圏L之後 萨利用斜岛姑 違上$成弟—組的間隔體（Spacer)，隨後 :利用斜角植入來植入第二導電性種類的摻雜 源極和汲極延伸區。第- 形成 形成，並且於车^ 院體係鄰接第-組間隔體而 /成亚且於+導體材❹形成源極和汲極區。 根據另一態樣，本發明包 的半導體材料。源極側晕圏區^ 極結構設置於其上 源極延伸區為鄰接於閘極 ^接閉極結構的源極側。 結構之下，且汲極延伸卜側邊並可延伸於閉極 可延伸於閉極結構之第二側邊之下。㈣，的弟二側邊並 結構的第-側邊並由該間 ：：係鄰接於閘極 極區為鄰接於閉極結構的第二側邊：―：邊所隔開，且汲 側邊所隔開。 I亚由5亥開極結構之第二 f實施方式j 92464 6 200414372 辦壯 0 發明為提供一種製造例如絕緣閘極半導 心衣置之半導體組件的方法。絕緣閘極半導體裝置亦稱為 :巴：間極場效電晶體、場效電晶體、半導體組件、或半導 月且衣置。根據本發明之一個實施例，利用斜角植入（—Μ imPlant)形成非對稱源極/沒極延伸區。利用非對稱植入可 使源極延伸區和開極結構之間重疊，因而降低電晶體的源 極側电阻。此外，非對稱植入可減少閘極結構和沒極延伸 區之間的重疊’因而可降低閘極至汲極（gate-t〇-drain)的穿 隧電流及汲極側的米勒電容（Miller capacitance)。再者， '才 不而昂貝的光罩處理過程即可形成非對稱源極 和及極延伸區。根據本發明的另—實施例，源極側晕圈區 形成於其他摻雜區形成之前，而使該暈圈區更接近通道區 7中央’因此當半導體組件内含非對稱源極和沒極延伸區 $可死ί、較佳的g品限電麼下拉（r〇丨控制。 苐1圖為根據本發明之實施例在開始加工階段所局部 完成之絕緣閘極場效電晶體100的部分放大橫剖面圖。第 1圖中顯示為具P型導電性之半導體基板或材料1〇2，該半 導體基板或材# 102含有主要表面104。根據實例，半導 體基板102為具有<100>晶格方向之矽及每立方公分含ΐχ ίο16個離子（i〇ns/cm3)量級之p型摻雜物濃度。或者，半導 體基板1〇2可由具有<100>晶格方向的高度摻雜矽晶圓以 及設置於該半導體基板102上之低摻雜蟲晶層（ephaxial layer)所構成。其他適合基板！ 02的材料包括矽鍺、鍺、載 92464 7 200414372 限於上述基板i 02的導電性 # &丄 選搭报# Μ、、、， 種痛。根據本發明之實施例， 、乂 4 ^絕緣問極場效電晶體的導電性種類。铁 而，該半導體基板亦可選擇形成 、〜、、 體或例如互補全屬氧化物丰m 問極場效電晶 ^ 葛乳化物丰導體（CMOS)電晶體之互 、，彖閘極場效電晶體的導電性 、、、巴 形成例如P型導娜板中=。此外，可於基板叱中 n占 中之NMN-We11)或N型導雷w 土板中之P井（p_we⑴的摻雜井。p 曾 係形成於個別的摻雜井内r ^ 、和N-通這電晶體 J的6雜升内。應瞭解圖式中雖 於半導體基板1 〇2或摻 、 旦可 飞b滩井内進行臨限電壓調節植入。 於主要表面104上形成介電材料層106。介電 做為閘極介電材料並且可 y …、白5亥項技蟄者所習知的枯併 而形成，包括熱氧化作用 " 方法。介電層!。“_約=目t 及其他類似 ,,, 7子度，.·勺攸5埃（A)至約500 Λ。利用 例如化學氣相沈積技術於介電層1〇6上形成複… 適當的複晶石夕層108厚度範圍為介於約_ Α和約 之間。根據實例1電層1G6的厚度為鹰入以 二：…108的厚度為⑽入。於複晶石夕層⑽上沈 :先阻層’並圖案化該光阻層以形成姓刻光罩110。光阻 曰的沈積和圖案化技術已為熟習該項技藝者所習知。 m圖，利用㈣複晶秒常用的I虫刻化學技 ^ ^複晶石夕層1〇8。根據實例，利用非等向性反應 子蝕刻（RIE)蝕刻複晶矽層1〇8。 ， ，习 一 〜知日日矽的方法已為熟 Λ 、支=者所白知。在除去複晶矽層1 08的暴露部分之 1虫刻化學係轉變成非等向性蝕刻氧化物層】06。此非 92464 8 200414372 等向性蝕刻氧化物層106終止於主要表φ ι〇… 除蝕刻光罩層110。複晶矽層1〇8和 夕 ’丨兒增ί U 6的殘留部 分1〇8八和106Α分別形成具有側壁114和116及 11 8的閘極結構11 2。 面 繼續參考第2圖，於半導體基板1〇2内植入 帝 性㈣雜物’例如棚或銦，以形成摻雜區i2Q。摻雜區= 相I; : I源極側¥圈£。植入時較佳為呈角度或斜角而以 相對於大致上垂直（或法線）主要表面1〇4之方向 進:亍植入，其二角度Θ為小於9〇度並且較佳為從約：〇度 至、勺50度間之犯圍。角度0的角度更佳為介於從約35 : 之：範圍。源極側暈圈植入 組適0數包括植入離子量介於約1χΐ〇13離子/平方公八 和約ix W離子/平方公分之間的ρ : 利用範圍介於.約⑽電子伏特㈣和約5〇千電子 以及 IT之：◊植入能量。角度摻雜物植入係以箭頭12:代 衣之。此處形成N-通道絕緣問極場效電晶 植入劑量僅供舉例之用途，而 此里和 之值。如熟習該項技非僅❹於該範圍 曰麵叮女_ 者所白知’ P-通道絕緣間極場效電 門桎入能量和植入劑量。例如，形成p-通道 絶緣間…電晶體的適當植入數目可介於約 100 Kev之間的範圍。植入物可 、力 或習知的爐管退火製程進行處理。根火⑽A)製程 約δοο度攝氏fC)和約 秸由加熱至 置-退火。"體=:::間的溫度將彻 <火可使摻雜物朝垂直和 92464 9 200414372 橫向方向擴散。 仍參考弟2圖’介電材料層1 2 6沈積於閘極結構η 9 以及主要表面104的暴露部分之上。根據實例， 一 S 1 7丨电材料 層1 2 6係藉例如化學氣相沈積之沈積技術或藉諸如閘極導 體108A和例如矽1〇2之氧化的長出技術所形成之氧化、 物。較佳之氧化物層126的厚度為介於約50 A和 A之間的範圍。 / ? ° =在參考第3圖’氧化物層126係非等向性地钱刻而 形成間隔體127* 12δ並暴露出主要表面1〇4。例如 Ν型導電性摻雜物係植入半導體材料1〇2而 ⑶和U8。換雜區136和138之部分_和13;^ 做為源極和沒極的延伸。此延伸植入較佳為一種單扭 ^ ngle twist)、成角度或斜角的植人，可使角度或 入採與大致上垂直（咬 直 122表示）相對角度α ，复 、，’策 ^ Τ角度α為小於9〇度並且於扯 為從約0度至約25度 乂土 ,,η . ^ 祀圍。角度α的範圍更佳為介於狁 約〇度至約10度之間的 ^ ^ 蛋士狄 的乾圍。如熟習該項技藝者所習知 早杻植入為晶圓不隨著垂直主 有厅白知， 土且王要表面1 04之細絲μ 、， 進行後績之非對稱性延伸 1便 ^ ^ m „ 植源極和汲極延伸植入的谪 田麥數包括使用範圍在約100ev和約 丄適 來植入劑量範圍介於約ΐχ 入此夏 離子/平方公八之問\…離子/平方公分和約IX 10Μ 刀9 型導電性摻雜物。角度之摻吨舲 植入以箭頭130代表之。 旦 彳乡_物的 Α月匕夏和劑量僅供κ丨 尽發明並非以此為限。植入物叮4|僅ί、舉例之用途’ 植入物可利用快速熱退火（rta)製 92464 10 200414372 程:戈習知的爐管退火製程進行處理。根據實例，藉由加埶 至約80(TC和約^⑻它之範圍間的溫度將半導體裝置 退火。半導體組件⑽的退火可使摻雜物朝垂直和橫向0方〇 向擴散。因此，N型摻雜物在閘極結構112 朝開極結構112的側邊116擴散，並且可在㈣== 之側邊11 6之下擴散。 由於源極和汲極延伸區136八和138A係分別利用單 扭、成傾斜角度植入而形成，故對閘極結構丨12而言為非 對稱的。源極延伸區136A延伸入半導體基板1〇2並。且從 側邊114延伸於閘極結構112之下，同時汲極延伸區 ^伸入半導體基板102並且可從另一側邊116延伸於問極 結構112之下或從閘極結構112的側邊116橫向地隔開。 因此，本發明著重於在間極結構112之下延伸之汲極延伸 =138A的貪施例以及未於閘極結構ιΐ2之下延伸之汲極 延伸區138A的實施例。對於從側邊116隔開汲極延伸區 138A的實施例而言，介於汲極延伸區n8A和側邊之 間的距離D在某種程度上係視植入角度和閘極結構丨12的 咼度而定。此外，退火製程影響汲極延伸區138A和側邊 11 6之間的距離。當退火溫度較高及退火時間愈長時，汲 極延伸區138A朝側邊116擴散的距離愈近。由於源極延 伸區136A靠近第一側邊丨14，故其可謂接近或鄰接第一側 邊U4。同理，汲極延伸區138A可謂接近或鄰接第二側邊 116。 又蒼考第3圖，閘極結構11 2、間隔體1 2 7和1 2 8、以 92464 200414372 及主要表面1 04之暴露部分上形成具有厚度介於約2⑽a 和約1，5 00 A之間的矽氮化物層i 46。根據實例，係利用 化學氣相沈積法沈積矽氮化物層146。或者’該矽氮化物 層146可為氧化物層或任何適合形成間隔體的材料層。 現在參考第4圖，矽氮化物層146係非等向性蝕刻以 形成間隔體152和154。因此，間隔體127為介於間隔體 152和閘極結構112的側邊114之間，且間隔體⑵為介 於間隔體1 54和閘極結構i丨2的側邊【丨6之間。以零角度 植入之源極/汲極形成源極區156和汲極區158。因此，源 極區156係由間隔體152和側邊114隔開並對準間隔體 和側邊114,而汲極區158係由間隔體154和側邊隔 開並對準間隔體154和側邊116。該源極/汲極植入亦摻： 閘極結構112。源極和沒極植入的一組適當參數包括植入 例如介於約U 離子/平方公分和約1χ 1〇】6離子/平方 公分間之劑量範圍的鱗之Ν型導電性推雜物以及利用介於 約5 KeV和約1〇〇 KeV之間的植入能量。以約介於8〇(Γ(； 和約1，⑽。C之間的溫度進行半導體組件刚的退火。 ^又參考第4圖，係進行濕式钱刻以移除任何沿著問極 ^ _上表面118的氧化物以及任何設置在主要表面 _上的氧化物層。财火金屬| 16〇係沈積於上表面⑴、 間隔體152和i 54、以及主要表 〇4的暴路部分。根據 戶、.、金屬層160為具有厚度範圍介於約50 A和約 3〇〇 A之間的鈷。 、 現在參考第5圖’係加熱耐火金屬層】6〇至咖。〇和 92464 12 200414372 7 00 C之間溫度。此熱處理使鈷和矽產生反應，而於鈷和矽 接觸的所有區域中形成矽化鈷（c〇Si2)。因此，矽化鈷164 仏形成於閘極導體1 〇8a，矽化鈷1 66係形成於源極區 1 6 4 ’以及石夕化結丨6 8係形成於汲極區1 $ 8。置於間隔體1 w 和1 54上之鈷的部分則仍保持未反應的狀態。應瞭解本發 月並非僅侷限於使用矽化物。例如，亦可使用其他適合的 夕化物包括石夕化鈦（TiSi)、石夕化鉑（ptSi)、石夕化錄、 以及其類似矽化物。如同熟習該項技藝者所瞭解， 形成矽化物的過程中所消耗 之矽化物種類的函數。因此 極導體1 0 8 A，石夕化物1 6 6延 168延伸入汲極區158。 ’並且所消耗之矽量為所形成 ’係顯示石夕化物1 6 4延伸入閘 伸入源極區1 5 6、以及矽化物 仍，考第5圖，利用熟習該項之技藝者所習知的製程 私除未反應的鈷。移除未反應的鈷可使閘極導體1⑽A、源 極區156、以及汲極區158相互電性隔離。 見在 > 考第6圖，於包括矽化物區域的結構上形成介 電材料層1 70。根掳音如，人+丨， 很艨κ例，介電材料層丨7〇為具有厚度範 圍介於約5，_入和15,〇〇〇入之間的氧化物。於氧化物層 0中係开/成開口而暴露出矽化物層（64、i 66和⑹的部 77 。利用熟習該項技藏老所用 农考所周知的技術，係形成接觸暴露 之石夕化物層1 6 4、1 6 6知ί Α δ λα +、,* ^ 和168的電導體或電極。更明確而言， 係指接觸閘極石夕化物居〗6 4 ^ 曰164的閘極電極丨74，接觸源極矽 化物層1 6 6的源；):¾带代】7 r 兒極1 7 6 ’以及接觸汲極矽化物層1 6 8 的及極電極1 7 8。 92464 13 200414372 現在應瞭解本發明業已提供的絕緣閘極半導體么且件 以及製造該半導體組件的方法。根據本發明之—個離樣， 該組件具有非對稱源極和汲極延伸區，該源極延伸區延伸 於閘極結構之下以及沒極延伸區延伸於閘極結構之下’並 2係分別為對準至間極結構的—個邊緣或由該閘極結構橫 向隔開。於閉極結構之下形成延伸區(即，增加問極結構和 =極側延伸區的重疊面積）可降低半導體組件之源極側的 $阻以及增加閘極至源極的電壓’因而可提供更多的驅動 、电流。此可改善半導體組件的直流電性能。此夕卜，減少或 :⑷心…籌和汲極側延伸區的重疊面積可降低汲極側的 ^勒電容’此可改善半導體組件的交流電性能。再者，減 少開極結構和没極側延伸區的重疊面積可降低閘極至没極 隨電流：此源極側非對稱晕圈區可減少靠近㈣ J、土 千蜍肢組件的直流電性能。減 乂罪近没極延伸區之通道摻雜亦可降低接合面電容，因而 己善半導體組件的交流電性能。當 層_)裝置時，此改善可獲得莫大:為載㈣緣 _ U又侍旲大的益處。在形成其他摻 ^ 成軍圈區’可於利用非對稱延伸區時提供較佳 Γ電壓下拉控制並且使暈圈區的形成較接近通道區的 央因而可避免在形成延伸區時的反摻雜。
雖然此處已揭示一 4b較住沾每A —季又乜的K粑例以及方法’但熟習 Ί蟄者從上速的揭示中應瞭解在不背離本發明的精神 口乾圍内該等實施例及方法可加以變化和修改。 [圖式簡單說明] 92464 14 200414372 本發明可藉由配合附圖而由τ x, 〇 t J 口阳由下列說明更為清楚易懂， 相同的元件有相同的元件符號，其中. 弟1至弟6圖為根據本發明奋 月貝、轭例之部分絕緣閘極場 效電晶體的高度放大橫剖面圖。 100 絕緣閘極場效電晶體/半暮触妝· 月旦干v體裝置/半導體材料/半 導體組件 102 106 106A 108A 112 116 半導體基板/>6夕 1〇4 介電材料層/氧化物層/介 殘留部分 108 閘極導體/殘留部分1 i 〇 閘極結構 114 側壁/側邊/第二側邊 主要表面 電層 複晶咳層 蝕刻光罩/蝕刻光罩層 側壁/側邊/第—側邊 1 3 8摻雜區 箭頭 118 上表面 120、136 122 虛線 124、130 126、170 介電材料層/氧化物層 1 2 7、1 2 8、1 5 2、1 5 4 間隔體 136A 源極延伸區/部分 138A 汲極延伸區/部八 146 矽氮化物層 156 源極區 刀 158 汲極區 160 耐火金屬層 164、166、168 矽化物層/矽化鈷/矽化物 174 閘極電極 176 源極電極 17 8 汲極電極 D 距離 a ^ Θ 角度 92464 15

Claims (1)

  1. 200414372 拾、申請專利範圍： 種製造半導體組件之方法，包括： 提供具有主要表面之第一導带 料； 、电丨生種類的半導體材 於該主要表面上形成閘極結 一和第二側邊及上表面； 閘極結構具有第 利用斜角植入於該半導體材料 一導電性種類的推雜物，而非對稱地植入第 主要表面方向小於90度之角角進角:::相：於法線該 摻雜物為鄰接該閉極結構 中-部分 圈區；以及 側邊亚且做為第一暈 於該半導體材料中形成第二 第二摻雜區，該第垃.* V电性種類的第—和 以及m ‘ £接近該間極結構的第-例迻 乂及5亥弟—摻雜區接近該閘極結構 ' ^ 2.如申請專利範圍第工項之方法，复中—側邊。 物於該半導體材料令包括以介 冉才入物雜 的角度進行植入。 、〇度和5。度之範圍間 3·=:::範圍第1項之方法，其中非對稱植入該摻雜 ¥體材料中包括以介於35度和45度之範圍 的角度進行植入。 &视㈤間 4·如申請專利範圍帛1項之方法，復包括： 於鄰接該閘極結構的第一側邊形成第一間隔體以 及於鄰接該閘極結構的第二側邊形成第二間隔體 利用斜角植入於該半導體材料中植入該第二導電 92464 16 200414372 性種類的摻雜物，而該斜角植入採 面方向的小於9〇度之角度進行植入、盆/線该主要表 物為鄰接該問極結構的第一側邊並且做、中：部分摻雜 區。 儿做為弟一延伸 如申請專利範圍第4項之方法，其中一 $ 5亥第-側邊延伸至該閘極結構之下。#㊣伸區為自 6.如申請專利範圍第4項之方法，苴 ?接該閉極結構的第二側邊並且做為第：=雜物為鄰 ?·如申請專利範圍第6項之方法，其巾該^區。/ 8該閑極結構的第二側邊隔_。 一延伸區係從 8·::請專利範圍第6項之方法，復包括於鄰接該第一和 -間隔體處分別形成第三和第四間隔體。 • °申請專利範圍第8項之方法，其中形成 杈雜區包括使該第一摻雜區對準 。第- ^ „ 千必乐一間隔體以及佶 1〜弟二摻雜區對準該第四間隔體。 1〇·:二請專利範圍第4項之方法’物成該第—延伸區 ^利用斜角植入以從〇度至20度範圍的角度植入今 罘二導電性種類之摻雜物於該半導體材料中。又 h •種製造半導體組件之方法，包括·· 提供具有主要表面之箓一遙帝从 料； 自之弟“性種類的半導體材 於該主要表面上形成閘極結構，該閘極 -和第二側邊及上表面； 禹具有弟 於鄰接該閘極結構的第一側邊形成第一導電性種 92464 ]7 ZUU414J /Z 類的暈圈區； 於鄰接該閘極結構一 及协米“立斗 邊形成第一間隔體以 ;郇接忒閘極結構的第 剎田力、| & $側$ $ Μ二間隔體ί 插畔从4“ 干^把材枓中植入第二導電性 種頒的摻雜物，而該斜角 方向A八认Λ 植入知相對於法線該主要表面 力皮）為，丨於〇度和9〇碎 中一邱八ρ 之間的角度進行植入，並且其 4刀摻雜物為鄰接該閘極 於該閑極-構之下、 4的弟-側邊及延伸 導電性種；Γ 做為第—摻雜延伸區，而該第二 二側邊並且做為第-谈α 接忒閘極結構的弟 馬弟一捧雜延伸區； 於鄰接該第一和第二間隔體成 四間隔體； 刀乃〗形成弟二和弟 於該半導體材料中形成莖— 區，該源極區係由該第一 一一.毛性種類的源極 開；以及 Μ σ弟二間隔體從該第一側邊隔 於該半導體材料中一 區，該汲極區係由$ m 一導電性種類的汲極 開。 …弟二和第四間隔體從該第二侧邊隔 12·如申請專利範圍第u項 括利用斜角；^ A A 、 '，其中形成該暈圈區包 絲 计角植入於該半導體材料t栢入兮Μ , 種類的摻雜物，其中 f植入该L電性 面方向為介於2〇产^ 入採相對於法線該主要表 ]3·如申請專利又ϋ 〇度之間的角度進行植入。 月寻利乾圍第]2項之方 斜角植入係採相對於、去㈣：、、中形成該暈圈區之 、’安、、泉 5亥主 Φ Φ -ri -X- / w . 脊表面方向為介於35度 92464 18 # 45度之間的角度進行植入。 請專利範圍第12項之方法，” 相對於法種類的材料包括利用斜角植入使 角度“主要表面方向為介於。度…之間的 15·=Γ利範圍第11項之方法，其中該第二延… 16相極結構的第二側邊橫向地隔開。 丁、 i6·一種半導體組件，包括： 具有主要表面的半導體材料； 口又置方；5亥主要表面上 第 和第二側邊； 閘極結構’该閘極結構具有 方；该半導體材料中的源極側晕圈區； 於該半導體材料中的源極和汲極延伸區， 極延伸區從該閘 八中4源 下延伸入該半導體二中；::咖 閘極結構的第二側邊3及延伸區係鄰接該 於該半導體材料中的源極 _ 區鄰接個別的源極和沒極延/區則m原極和沒極 17·如申請專利範圍第16項之 :該問極結構之第-和第二側邊的第一和; 接該間炻，士雄七够/ “ 組件’设包括分別鄰 間隔 18.如申請專利範圍第16項之丰逡雕▲ ^ ^肢組件，盆中兮、、a ϋ 伸區從該閘極結構的第_ 伸。 ’弟-側邊而在該閘極結構之下延 92464 19 200414372 1 9.如申請專利範圍第1 7項之半導體組件，其中該汲極延 伸區係從該閘極結構的第二側邊橫向地隔開。 20.如申請專利範圍第19項之半導體組件，復包括分別鄰 接該第一和第二間隔體的第三和第四間隔體。 2 1.如申請專利範圍第20項之半導體組件，其中該源極和 汲極區為分別對準該第三和第四間隔體。
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