TW521425B - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

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TW521425B
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buried
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Akira Hokazono
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Toshiba Corp
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Description

521425 Λ7 B7 8448pif.doc/009 五、發明說明(/ ) 發明領域 本發明是關於一種半導體裝置,特別是關於具有高架 (elevated) ·源極/汲極結構的N通道金氧半電晶體(义 channel Metal-Oxide-Semiconductor Transistor 5 NMOS)/P 通道金氧半電晶體(P-channel Metal-Oxide-Semiconductor Transistor,PMOS)之結構及其製造方法。 發明背景 習知之互補式金氧半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor ,CMOS)型半導體裝置係受到高速 化、高性能化之要求而朝向細微化進展,對於此而有對閘 極•源極/汲極接觸間隙距離之規模化(scaling)的要求。接 著,使用圖式對關於習知之具有金屬矽化物電極之高性能 金氧半電晶體之細微化之問題進行說明。 第6A圖所示爲習知之具有金屬矽化物之高性能金氧 半電晶體之結構的剖面圖。第6A圖所示之金氧半電晶體 之結構爲矽基板101、淺溝渠隔離(shaU〇w Trench Isolation’以下簡稱STI)之元件隔離絕緣膜ι〇2、由形成 於矽基板上且夾有閘極絕緣膜的多晶矽1〇6所構成的閘極 電極、以此爲罩幕進行離子植入而形成之輕源極/汲極擴 散層107、形成於閘極電極之側壁上的閘極側壁絕緣膜 109、以具有閘極側壁絕緣膜1〇9之閘極電極爲罩幕進行 離子植入而形成之高濃度的重源極/汲極擴散層m、以及 在此尚濃度的重源極/汲極擴散層U1之暴露面及由多晶 矽106所構成之閘極電極上形成之鈷金屬矽化物(c〇balt _____ 4 本紙張尺度適用中國國表標準(CNS)A‘l規格(210 X 997公餐7 ------------裝 -------訂--- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 521425 Λ7 B7 8448pif.doc/009 五、發明說明(V ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) silicide)等的金屬矽化物112。在此,S!係表示覆蓋高濃度 的重源極/汲極擴散層111之金屬矽化物之閘極長方向擴 展的長度。 當半導體裝置細微化之際,在對應之規模化上’閘極 側壁絕緣膜109之寬度細微化係爲不可或缺的’因此’在 表面金屬矽化物化之高濃度的重源極/汲極擴散層111與 矽基板101之間的接合面上,必須考慮其遺漏電流,而必 須增大高濃度的重源極/汲極擴散層1Π之深度。此時’ 閘極絕緣膜109之寬度變小,則會降低抑制高濃度的重源 極/汲極擴散層1Π之短通道效果,因此在習知之具有金 屬矽化物電極的高性能金氧半電晶體中閘極側壁寬度之規 模難以細微化。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 另一方面,當自閘極側壁絕緣膜109之端開始至STI 之元件隔離絕緣膜102之源極/汲極側之邊緣部爲止的距 離規模Si縮小時,在高濃度的重源極/汲極擴散層111上 所形成之金屬矽化物之面積會隨之減少,並增加寄生阻 抗。特別是,設於源極/汲極形成區域之邊角(corner)上的 接觸窗開口(contact hole)在用於邊角接觸(corner contact) 型的金氧半電晶體之際,則會產生寄生阻抗增加的問題。 接著,關於上述問題使用第6B圖對具有金屬矽化物 電極之高性能金氧半電晶體之源極/汲極區域與半導體基 板上之導線之間用以連接之接觸窗開口之形成方法及其問 題點進行詳細地說明。第6B圖所示係爲在具有金屬矽化 物電極之高性能金氧半電晶體形成接觸窗開口之製程的剖 5 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A.】規格(210x 297公坌) "" 521425 Λ7 Π7 ;448pif.doc/009 五、發明說明(¾ ) 面圖。在具有藉由STI之元件隔離絕緣膜102而分離之金 屬矽化物電極的高性能金氧半電晶體上覆蓋形成層間絕緣 膜Π8,再使用光阻(resist)做罩幕並進行微影(lithography) 以於層間絕緣膜118中形成暴露部分高濃度之重源極/汲 極擴散層上之金屬矽化物112的接觸窗開口 119。 •此時,第6A圖的Si之規模縮小,如第6B圖所示配 合罩幕而產生暴露部分閘極側壁絕緣膜1〇9之接觸窗開口 119,且其與金屬矽化物112之間的接觸面積之距離S2變 得極小。由於半導體基板上之金屬導線(未圖示)與金屬 矽化物112之間的連接係在接觸窗開口 Π9中塡入由金屬 材料所形成之接觸窗插塞(contact plug),因此S2變小,則 增加金氧半電晶體之源極/汲極間的寄生阻抗,進而降低 其動作速度。 又,隨著半導體裝置開發世代的進展,金氧半電晶體 之輕源極/汲極擴散層107變得僅有些許,且高濃度之重 源極/汲極擴散層111必然變淺。但,在之前的敘述中, 高濃度之源極/汲極擴散層111較淺時,則會於形成金屬 矽化物112之際發生接合遺漏且伴隨著互補式金氧半導體 電路之消耗電力之增加的問題。此對策,習知係於高濃度 之源極/汲極擴散區域上藉由選擇性的單晶矽層之磊晶 (epitaxial)成長,含有此單晶矽層之矽基板表面高濃度化, 而提出一種高架•源極/汲極結構以在實質上使矽基板上 的高濃度擴散層變淺。使用此法,在源極/汲極擴散區域 上利用選擇性磊晶法進行成長,再於單晶矽層之表面金屬 本紙張尺/艾適用中國國家標準(CNS)A·丨規格(210 X 297公釐) ------------裝·-------訂--------- #. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 521425 8448pif.doc/009 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明(十) 矽化物化,而避免接合遺漏之發生。 當適用於高架•源極/汲極結構之際,也會在STI之 元件隔離絕緣膜102及閘極側壁絕緣膜109之上面全面成 長單晶矽層,然而選擇性的將單晶矽層成長於源極/汲極 擴散區域之上面,係爲確保STI之元件隔離之特性並使互 補式金氧半導體電路可正常動作的必要條件。然,由於STI 隔離寬度之縮小,而成爲元件隔離絕緣膜102埋於溝渠之 際的溝塡性降低之起因,而在溝渠寬度之中央部沿著溝渠 之長方向上發生元件隔離絕緣膜之縫隙,當於源極/汲極 擴散區域上選擇性成長單晶矽層之際,也會於此縫隙之部 分形成成長核進而在STI之橫方向上之中央部發生矽晶 粒。 接著利用第7A圖至第7B圖所示對高架•源極/汲極 結構中元件隔離特性之不良發生進行詳細地說明。第7A 圖所示係爲習知之高架•源極/汲極結構之正常STI結構 的剖面圖。桌7A圖中所不之STI之兀件隔離絕緣膜102, 由於寬的溝渠寬度中具有較佳之元件隔離絕緣膜之溝塡 性,因此,在STI之中央部上不會發生隙縫。因此,在矽 基板101上進行單晶矽層110之選擇性磊晶成長之際,也 會於STI與矽基板101鄰接的元件隔離絕緣膜1〇2之邊緣 部上成長單晶矽層,然由於在元件隔離絕緣膜1〇2之中央 部未成長矽,因此仍可保持良好的元件隔離特性。 然,請參照第7B圖所示,當溝渠寬度變窄時,由於 元件隔離絕緣膜Π6之溝塡性不佳,因此在沿著溝渠之長 7 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)Al規格·(210 X 297公餐) "" ' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 • n I ϋ
1·.· n n I 一 LT · a— I a— a···· tmmt I n I 521425 8448pif.cioc/009 五、發明說明($ ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 方向上的溝渠寬度之中央部上,會在元件隔離絕緣膜116 上發生縫隙117。此時在發生有縫隙之元件隔離絕緣膜116 之表面上,會於磊晶成長之過程中降低其與矽基板表面之 間的面選擇性,進而在縫隙117上發生成長核而形成矽晶 粒ll〇a。爲此,會增加在元件隔離絕緣膜116之表面上的 遺漏電流,並降低ST1之元件隔離特性甚至成短路。又, 在第7A圖與第7B圖之說明中,高濃度的重源極/汲極擴 散層1Π省略而未繪於圖式中。 在上述敘述中,習知希望利用高架•源極/汲極結構 以使金氧半電晶體高性能化,然由於閘極側壁絕緣膜之規 模難以細微化,因而使源極/汲極區域上之接觸面積不易 變小,並有於接觸窗開口與導線間的連接變得困難的問 題。又,隨著STI之細微化,於溝塡之際,於元件隔離絕 緣膜上發生縫隙,並於源極/汲極擴散層上進行選擇性磊 晶成長而形成單晶矽層之際,會於縫隙發生成長和並於元 件隔離絕緣膜上形成矽晶粒,而發生使STI之元件隔離絕 緣膜劣化之問題。 發明槪述 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 因此,本發明之一目的係爲解決上述問題而提供一種 半導體裝置及其製造方法,以在電晶體結構之規模細微化 之際,可確保源極/汲極區域上的接觸面積。又,本發明 之另一目的係提供一種半導體裝置及其製造方法,以在STI 細微化之際,將STI中所埋入之元件隔離絕緣膜之表面與 源極/汲極擴散層上之基板表面之間可確保其高的面選擇 8 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)Al規格(210 X 297公釐) '~~' 521425 Λ7 B7 8448pif.doc/009 五、發明說明(b ) 性,以實現具可維持STI之良好的元件隔離特性的高架· 源極/汲極結構。 本發明提出一種半導體裝置,係爲一種高架•源極/ 汲極結構之高性能金氧半電晶體,此裝置係包括在閘極電 極附近之部分矽基板表面上覆蓋截面形狀爲L字型/逆L 字型的閘極絕緣膜,且自源極/汲極區域以磊晶成長之單 晶矽層係延伸至覆蓋於前述矽基板表面上的閘極絕緣膜的 上面。如此可於電晶體細微化之際確保源極/汲極區域上 之接觸面積。又,在表面上沒有形成縫隙之STI結構可於 STI細微化之際維持STI之元件隔離特性。 具體而言,本發明之半導體裝置包括閘極電極、源極 /汲極擴散層、閘極側壁絕緣膜、以及半導體層。其中閘 極電極係形成於半導體基板上。源極/汲極擴散層係形成 於閘極電極之兩側。閘極側壁絕緣膜係覆蓋於源極/汲極 擴散層側之閘極電極側壁及閘極電極附近之部分半導體基 板上面,且閘極側壁絕緣膜之截面形狀係爲L字型/逆L 字型。半導體層係形成於至少一個源極/汲極擴散層上, 且半導體層延伸至閘極電極附近之覆蓋部分半導體基板上 面之閘極側壁絕緣膜上。 較佳的是,本發明之半導體裝置,更包括鄰接於源極 /汲極擴散層之外緣部的埋入式元件隔離區域,且埋入式 元件隔離區域係由絕緣膜塡入溝渠而成。又,半導體層係 由矽層所構成,且於矽層之至少一部份表面上形成金屬砂 化物層。再者,半導體層係與接觸窗插塞連接。 9 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A丨規格(210 x 297公釐) -----------·裝--------訂---------^9— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 竣濟郎智慧財產局員工消費合作钍印裂 521425 Λ7 137 8448pif.doc/009 五、發明說明) 較佳的是,本發明之半導體裝置之埋入式元件隔離區 域更包括形成於半導體基板上的溝渠、沿著溝渠之內壁而 形成的第一埋入式絕緣膜、形成覆蓋於第一埋入式絕緣膜 之上的第二埋入式絕緣膜。其中第一埋入式絕緣膜係塡於 溝渠之自溝渠之開口面至所定深度爲止之下方,第二埋入 式絕緣膜係形成於溝渠之上方,並覆蓋第一埋入式絕緣 膜。 較佳的是,本發明之半導體裝置係具有埋入式元件隔 離區域,此埋入式元件隔離區域包括··形成於半導體基板 上的溝渠、沿著溝渠之內壁而形成的第一埋入式絕緣膜、 形成覆蓋於第一埋入式絕緣膜之上的第二埋入式絕緣膜。 其中第一埋入式絕緣膜係塡於溝渠之自溝渠之開口面至所 定深度爲止之下方,第二埋入式絕緣膜係形成於溝渠之上 方,並覆蓋第一埋入式絕緣膜。另外,溝渠之開口面開始 之所定深度的値係小於溝渠之開口部的最小內徑。 較佳的是,本發明之半導體裝置之製造方法,包括: 於半導體基板上形成閘極電極,且閘極電極與半導體基板 之間夾有閘極絕緣膜。再以閘極電極爲罩幕進行離子植 入,以於閘極電極之兩側之半導體基板中形成輕源極/汲 極擴散層。之後,於形成輕源極/汲極擴散層後之半導體 基板上形成第一側壁絕緣膜。再於第一側壁絕緣膜上形成 第二側壁絕緣膜。再者,對由第一側壁絕緣膜及第二側壁 絕緣膜所構成之沈積膜進行回蝕刻。再去除殘留於閘極電 極之側壁部上的第二側壁絕緣膜,以形成由覆蓋於閘極電 10 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A·〗規格(210 X 297公餐) ------——裝I 訂·——丨丨—丨 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 H7 521425 8448pif.doc/009 五、發明說明(2 ) 極側壁部與閘極電極附近之部分半導體基板上面的第一^則 壁絕緣膜所構成的一側壁構造,且側壁構造之截面形狀係 爲L字型/逆L字型。接著,於半導體基板上選擇性磊晶 成長半導體層,半導體層之厚度係大於第一側壁絕緣膜之 厚度,且半導體層之延伸部係形成於覆蓋部分半導體基板 上面的第一側壁絕緣膜上。再以具有側壁結構之閘極電極 爲罩幕進行離子植入,以於閘極電極之兩側之半導體基板 中形成重源極/汲極擴散層。 較佳的是,本發明之半導體裝置之製造方法,更包括 埋入式元件隔離區域之製造方法,此埋入式元件隔離區域 係與重源極/汲極擴散層之外緣部鄰接,且由埋於溝渠之 絕緣膜所形成。其中埋入式元件隔離區域之製造方法包 括:於半導體基板上形成溝渠。再沿著溝渠之內壁塡入第 一絕緣膜,且第一絕緣膜在溝渠寬度之中央部含有縫隙。 之後,去除並平坦化沈積於溝渠外部之第一絕緣膜,再對 第一絕緣膜進行蝕刻’以使第一絕緣膜之暴露表面後退。 接著,塡入第二絕緣膜,以覆蓋殘留於溝渠底部的第一絕 緣膜,再去除沈積於溝渠外部的第二絕緣膜。 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂,下文特舉較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細 說明如下: 圖式之簡鼠說明 桌1A圖至第1C圖所不爲本發明之第一較佳實施例 之半導體裝置之製造流程的剖面圖。 11 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A丨規格(210 x 297公餐7------ -ϋ n ϋ ϋ ϋ β— ·1_— 1· ·ϋ ·ϋ · an 1 ϋ e_n ϋ ϋ ϋ s a— an ϋ ϋ >ϋ I I · (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 521425 Λ7 B7 8448pif.doc/009 五、發明說明() 第2A圖至第2B圖所示爲本發明之第一較佳實施例 之半導體裝置之製造流程的剖面圖。 第3圖所示爲本發明之第二較佳實施例之半導體裝置 之淺溝渠隔離結構的剖面圖。 第4A圖至第4C圖所示爲本發明之第二較佳實施例 之半導體裝置之製造流程的剖面圖。 第5A圖至第5C圖所示爲本發明之第二較佳實施例 之半導體裝置之製造流程的剖面圖。 第6A圖至第6B圖所示爲習知之高架•源極/汲極金 氧半電晶體之結構與說明其問題點的剖面圖。 第7A圖至第7B圖所示爲習知之淺溝渠隔離結構與 說明其問題點的剖面圖。 圖式之標記說明= 1,101 :矽基板 2,102,116 :元件隔離絕緣膜 3 :井 4 :通道 5,105 :閘極絕緣膜 6,106 :多晶砂 7,107 :輕源極/汲極擴散層 8,13 :氮化矽膜 9,14,109 ··氧化矽膜 10,110 :矽層 11,111 :高濃度的重源極/汲極擴散層 12 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(2】〇χ297公釐) I n I n I 1 I I I n · n ·ϋ 1 I 1 ϋ 1. 一-0, ϋ ϋ a_i H .1 I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 521425 Λ7 B7 B448pif.doc/009 五、發明說明(\ΰ ) 12,112 :金屬矽化物 15 :溝渠 16 :第一元件隔離絕緣膜 17,117 :縫隙 18 :第二元件隔離絕緣膜 110a :矽晶粒 Π8 :層間絕緣膜 119 :接觸窗開口 較佳實施例之詳細說明 接著,請參照圖式對本發明之較佳實施例進行詳細說 第1A圖至第2B圖所示係爲本發明之第一較佳實施 例之由高架•源極/汲極結構之高性能金氧半電晶體所構 成之半導體裝置的製造流程的剖面圖。 請參照第1A圖所示,在p型或η型矽基板1上形成 深約200nm至350nm左右之淺溝渠,再於溝渠中塡入元 件隔離絕緣膜2而形成STI。之後,於第1A圖所示之STI 之間的主動元件部之矽基板1之表面上,形成厚約20nm 以下之氧化膜,再進行離子植入而井區3及通道區4,並 使用快速加熱回火(Rapid Thermal Annealing,RTA)法對植 入之不純物進行活性化熱處理。其中,離子植入之條件例 如是對η井區3利用加速能量爲500keV、劑量爲3.0E13cm·2 的磷(P)進行植入,對P通道區4利用加速能量爲50keV、 劑量爲1.5E13cnT2的硼(B)進行植入,對p井區利用加速 13 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A‘i規格(210x 297公爱) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一裝·!1 訂 *!1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 521425 8448pif.doc/009 ____B7__ 五、發明說明(\\ ) 能量爲260keV、劑量爲2.0E13cnr2的硼進行植入,對p 井內之通道區利用加速能量爲130keV、劑量爲1.5E13cnr2 的磷進行植入。 接著,在去除基板表面的氧化膜之後,使用熱氧化法 或低壓化學氣相沈積法(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)形成厚約1.5nm至6nm左右的聞極氧化膜5。 再於其上沈積厚約l〇〇nm至200nm左右的多晶矽。之後, 使用例如是光、X射線或電子束等之微影以進行閘極長度 約20nm至150nm之閘極電極的圖案化,再使用反應性離 子蝕刻法(reactive ion etching,RIE)進行蝕刻以形成由多 晶矽6所構成之閘極電極。另外,前述閘極氧化膜6之材 質例如是Si02,然並不以此爲限,也可以改用SiON、SiN、 或例如是Ta205之高介電膜。又,多晶矽6也可以改用TiN、 WN等緩衝金屬(barrier metal)、傳導度較高之鎢等閘極電 極材料或金屬閘極結構。 接著,進行後氧化以形成厚約2nm至6nm左右的熱 氧化膜,再以閘極電極爲罩幕進行離子植入以於閘極電極 之兩側形成輕源極/汲極擴散層7,並進行快速加熱回火以 將注入之不純物進行活行化熱處理。其中離子植入之條件 例如是對η型輕擴散層利用加速能量爲l.OkeV至5.0keV 左右、劑量爲5.0E14cnT2至1.0E14cnT2左右的砷(As)進行 植入。對p型輕擴散層利用加速能量爲l.OkeV至3.0keV 左右、劑量爲5.0E14cnT2至1.0E14cnT2左右的二氟化硼(BF2) 進ί了植入。 ___ 14 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A·丨規格(210 X 297公釐) ------I----·111111! ^ «II — — — — — — · (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 521425 8448pif.doc/〇〇9 五、發明說明(ο/) 之後,當去除後氧化所形成之熱氧化膜之後,在形成 有夾閘極氧化膜5之閘極電極的矽基板1之全面上,利用 低壓化學氣相沈積法依序沈積氮化矽膜8與氧化矽膜9, 再利用反應性離子蝕刻法對由氮化矽膜8與氧化矽膜9所 構成之沈積膜進行蝕刻,以去除位於閘極電極上面及矽基 板1上之沈積膜,而如第1B圖所示形成由氮化矽膜8與 氧化矽膜9所構成之閘極側壁絕緣膜。又,也可以爲於氮 化矽膜8之下形成氧化矽膜之結構。 此時,在反應性離子蝕刻之處理中,輕源極/汲極擴 散層7之矽基板1之上面所暴露之部分,會於矽基板中混 入損害(damage)層或碳(carbon)層。因此,爲得到未受到損 傷之矽基板1之表面,在進行對矽基板1之表面氧化之〇2 反應性離子蝕刻之後,可利用稀氟酸去除氧化之表面層。 接著,當使用稀氟酸去除覆蓋於氮化矽膜8上之氧化 矽膜9之後,請參照第1C圖所示,形成由具有L字型及 左右反轉之逆L字型截面形狀的氮化矽膜8所構成之閘極 側壁絕緣膜。之後,在氫氣氣氛中進行高溫處理以去除自 然氧化膜,而使輕源極/汲極擴散層7之上所暴露之矽基 板1之表面上選擇性磊晶成長矽層10。 在磊晶成長之過程中,於氫氣氣氛中將矽基板等加熱 至攝氏800度以上之高溫,並於氫氣中同時提供矽基板 SiH4、SiH2Cl2、SiHCl3等反應氣體,以於輕源極/汲極擴 散層7之上所暴露之矽基板1之表面上或閘極電極之上面 所暴露出之多晶矽6上選擇性成長出矽層10。 15 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) " (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
· I n ϋ ai_l ϋ 1 1 一.«|*" ϋ 1 1_1 ϋ amtr ·ϋ ϋ I J B7 521425 8448pif.doc/009 五、發明說明(Ά ) 此時,當由多晶矽6所構成之閘極電極上蓋有絕緣膜 時,在閘極電極上不會在輕源極/汲極擴散層7之上面成 長矽層10之同時成長矽層10。可以使用此矽層10之選擇 性磊晶成長的裝置例如是縱型、桶(barrel)型、束(cluster) 型等裝置。其加熱之方式例如是電阻加熱、高頻加熱、燈 (lamp)加熱。又,晶圓處理方式例如是旋葉式、間歇(batch) 式等。上述均可適用於本發明。 在第一較佳實施例中,請參照第1C圖所示,於輕源 極/汲極擴散層7之上面所成長之矽層10之厚度係設定成 厚於由氮化矽膜8所構成之閘極側壁絕緣膜之厚度,矽層 10成長後之形狀係受到覆蓋在由多晶矽6所構成之閘極電 極附近之矽基板上面的一部份上所覆蓋之L字型及逆L字 型的氮化矽膜8之上部的矽層10而影響。此時的矽層10 也會成長於元件隔離絕緣膜2之周邊部,而使矽層10之 形成區域的面積擴大。 接著,請參照第2A圖所示,以具有由氮化矽膜8所 構成之閘極側壁絕緣膜的閘極電極爲罩幕,自矽層10之 上方進行離子植入,以形成高濃度之重源極/汲極擴散層 11,並形成高架•源極/汲極結構。又,在上述製程中, 也可以改成在形成高濃度的重源極/汲極擴散層11之後, 再成長矽層10。 在此,高濃度之重源極/汲極擴散層之深度與沒有罩 覆閘極側壁絕緣膜的閘極電極附近之尺寸之間具有層次之 關係。即,由L字型及逆L字型之氮化矽膜8所構成之閘 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝·!—訂-1111111/. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 521425 8448pif,d〇c/〇〇9 Λ/ --------B7_____ 五、發明說明) 極側壁絕緣膜系分別形成覆蓋於閘極電極附近之半導體基 板上面(源極/汲極區域之上面)之一部分,此時覆蓋於 半導體基板上面的閘極側壁絕緣膜在閘極長方向之長度(L 字型之下邊長度)SW,高濃度的重源極/汲極擴散層11之 接合深度爲Xi時,爲抑制金氧半電晶體之短通道效應, 較佳之SW的範圍例如是SW$ Χγ0.8。 之後,請參照第2B圖所示,利用自身整合之方式形 成金屬砂化物層12。例如在全面上形成Ti、Co、Ni等的 金屬膜,經過熱處理之後,矽層會轉變成金屬矽化物層12, 之後去除爲反應之金屬膜,即可得到在電極部具有較小之 直線阻抗的高架•源極/汲極結構的金氧半電晶體。此時, 在閘極電極上形成替代的金屬矽化物層12,可降低閘極阻 抗,又,本發明也可以適用在多晶矽6之上形成緩衝金屬、 TiN或WN,或於其上沈積傳導度高的鎢而成的多晶矽化 金屬結構。 接著,沈積例如是TEOS、BPSG、SiN等層間絕緣膜 (未圖示),再利用化學機械硏磨法使其表面平坦化。之 後,使用光罩與反應性離子蝕刻法形成暴露源極/汲極區 域之金屬矽化物12的接觸窗開口,再於接觸窗開口之內 壁上形成例如是Ti、TiN等的緩衝金屬,之後藉由再生 (blanket)或選擇性成長而於接觸窗開口中塡入鎢,並進行 化學機械硏磨,以形成與導線及源極/汲極區域相連接之 接觸窗插塞。爲後,當沈積導線用的金屬之後,進行導線 之圖案化,以完成第一較佳實施例之高性能半導體裝置。 17 ------ - -- - ·1111111 ^ ·11111111 ^^1 《請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A‘l規格(210 x 297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 521425 8448pif.doc/009 五、發明說明(α ) 此第一較佳實施例之半導體裝置係可在金氧半電晶體 細微化之際可於大面積之矽層10上進行源極/汲極電極金 屬矽化物化,並使與導線連接之接觸窗開口之罩幕裕度增 大,進而容易實現具有低的寄生阻抗的半導體裝置。又, 在上述說明中,矽層10在源極/汲極區域中所暴露之矽基 板1之上係爲單晶化,而氮化矽膜8、元件隔離絕緣膜2 及多晶砂6之上面不一定需要單晶化,也可改爲多晶化。 在第一較佳實施例中,部分砂層1〇沒有需特定多晶化之 問題。 接著,使用第3圖至第5C圖對本發明之第二較佳實 施例之半導體裝置之STI結構及其製造流程進行說明。 第3圖所示係爲在STI中所塡入元件隔離絕緣膜及其 周邊部之結構的剖面圖。在第2圖所示之結構中,係包括 矽基板1、由多晶矽6等所構成之閘極電極、由例如是氧 化矽膜9所構成之閘極側壁絕緣膜、在源極/汲極區域(未 圖示)及閘極電極之上所形成之矽層10、在形成STI之溝 渠底部所塡入之第一元件隔離絕緣膜16、在溝渠內之第一 元件隔離絕緣膜16之內部所產生之縫隙17、以及在溝渠 之開口部上方所塡入之不含縫隙的第二元件隔離絕緣膜 18。又,第一元件隔離絕緣膜16也可以爲在STI之隔離 寬度或蝕刻量足夠而未含有縫隙之情形。 在第二較佳實施例中,係對STI塡入第一元件隔離絕 緣膜16、第二元件隔離絕緣膜18之結構、及在矽基板1 之表面上的矽層1〇進行磊晶成長之際在STI表面之面選 18 本紙張尺度適用中關家標準(CNS)A‘!規格(2. 297公髮) " 一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 III— ^ β — — — — — — — . 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 521425 8448pif.doc/009 五、發明說明(\> ) 擇性進行說明,並爲更淸楚表示因而圖式中僅顯示簡化分 離出電晶體結構中之STI。 在先前使用第7B圖之說明中,由於細微化時會導致 STI之隔離寬度縮小,因而在沿著STI之長方向之隔離寬 度的中央部上會發生元件隔離絕緣膜之縫隙,並於縫隙上 產生成長核而產生矽晶粒,進而使元件隔離特性劣化。然, 請參照第3圖所示,在第二較佳實施例中,STI係在其溝 渠之開口部覆蓋不含縫隙之平坦的第二元件隔離絕緣膜 18,因此在矽層10進行選擇性磊晶成長之際,矽層10會 從矽基板1之表面的周邊部進行成長,而不會在隔離寬度 之中央部發生結晶粒,以確保良好的STI的分離特性。 之後,用第4A圖至第5C圖對第二較佳實施例之STI 製造流程進行說明。 請參照第4A圖所示,在p型或η型矽基板1上形成 厚約6nm至lOnm的氧化矽膜(未圖示),接著,使用低 壓化學氣相沈積法依序形成厚約WOnm至15〇nm左右之 氮化矽膜13及厚約lOOnm至150nm的氧化矽膜14。之後, 利用光微影與反應性離子蝕刻法形成STI之溝渠15,再於 溫度爲攝氏1000度左右的氧氣、氮氣中對厚約13nm至 15nm之表面進行表面氧化。此表面氧化係用以使STI結 構之邊緣部分圓角化,具有緩和在半導體裝置動作時之邊 緣部分的電界集中的效果。 接著,請參照第4B圖所示,使用低壓化學氣相沈積 法或電紫化學氣相沈積法(Plasma Enhanced Chemical 19 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)Al規格(210 χ 297公釐) '" ϋ ϋ ϋ ϋ I 1 I I— ι ϋ · ϋ ϋ ϋ .1 ι ί _1 一 δ,· ^1 ϋ I I ϋ 1 ϋ I - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 521425 Λ7 B7 8448pif.doc/009 五、發明說明(Λ )
Vapor Deposition,PECVD)將由 Si02 或 03-TE0S 等所構 成之第一元件隔離絕緣膜16沈積於溝渠15中。此時,當 半導體裝置細微化時,溝渠15之開口寬度縮小,因此溝 渠15之深度與開口寬度之比變成具有較大之高寬比,而 使自溝渠內壁所成長的第一元件隔離絕緣膜16之彼此分 離之表面至寬度之中央時相互連接,在外觀上,於溝渠15 之內部,第一元件隔離絕緣膜係進行折返沈積。 之後,利用化學機械硏磨法使表面平坦化,,請參照 第4C圖所示,進行濕蝕刻(wet etching)以去除氧化砂膜 14。但,在第4B圖之製程中,在第一元件隔離絕緣膜16 上所發生之彼此表面之接合部,在此平坦化、 之下無法完全去除,因而如第4C圖所示,在塡人、溝、渠15 之第一元件隔離絕緣膜16之中央部分殘留縫隙17。 象在sti之隔離寬度越小時越明顯。如先前所^,,縫_ 17 會於矽層10之選擇性磊晶成長之過程中,產立2 成長核,而成爲導致選擇性不佳之原因,因此j妾著:_、消_ 元件隔離絕緣膜表面之縫隙17而進行下列處_。 即,在第4C圖之中,當溝渠15中塡入由以〇2或〇^ TE0S等所形成之第一元件隔離絕緣膜16之袠面利2用稀^ 酸進行蝕刻,以後退約l〇〇nm左右。其中對第_元件隔離 絕緣膜16之表面之蝕刻方法也可以改用反應彳生離子纟虫刻 法。接著,請參照第5A圖所示,在第一元件隔離絕緣膜 16之表面後退所產生之溝渠Η之開口部溝_中,利用由 si〇2或orTE〇s等所形成之第二元件隔離絕緣膜18進行 20 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A·丨規格(210 x 297公釐) — — — — — — — — — — i^_w— ·11111--^ ·1111111« · (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 521425 8448pif.doc〆〇09 五、發明說明(j ) 覆蓋。此時,溝'渠之高寬比係遠小於第3A圖之溝'渠15的 高寬比,因此’對此時之STI隔離寬度較小的溝渠而言’ 第二元件隔離絕緣膜18具有良好的溝塡性。 其中,在此開口部內所生成之溝渠係由第一元件隔離 絕緣膜16之表面自'溝'渠開□面後退而造成’因此此'溝'渠 深度係小於前述之溝渠的開口部之最小內徑(STI之隔離 寬度),因此對此溝渠第二元件隔離絕緣膜18之溝塡性 良好,且此溝塡的第二元件隔離絕緣膜18對於大多數之 絕緣膜之種類、膜質、及成長條件而言’均不會在中央部 含有縫隙。 接著,請參照第5B圖所示,以氮化砂膜13之表面爲 停止層進行化學機械硏磨’以使第二元件隔離絕緣膜18 之表面平坦化’此時表面縫隙17並未顯現出來。最後’ 請參照第5C圖所示’利用餓亥卩的方式去除氮化砂膜13 ’ 而形成表面不存在縫隙17的STI結構。之後,使用如第 一較佳實施例所述之製造流程形成由互補式金氧半導體電 路所構成之半導體裝置,並於高架•源極/汲極結構之形 成時所必要之矽層之選擇性磊晶成長的過程中,可避免發 生選擇崩潰等元件隔離特性之不良現象。 雖然本發明已以上述較佳實施例揭露如上,然其並非 用以限定本發明’例如在第二較佳實施例中,當第„元件 隔離絕緣膜之內部未殘留縫隙之情形下,也可以 表面之後退。此情形下,對於第3圖所示之結檎而言,j系 爲不需去除第一元件隔離絕緣膜內部之縫隙的S” , 21 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)Al規格(2Κ) X 297公f ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 ιδ· 521425 Λ7 B7 8448pif.doc/009 五、發明說明(θ) 當第二元件隔離絕緣膜塡於第一元件隔離絕緣膜之上方溝 渠之際,由於溝渠之高寬比較小因此第二元件隔離絕緣膜 表面不會出現縫隙,所得之STI結構之元件隔離特性不會 發生其他特別的問題。又,任何熟習此技藝者,在不脫離 本發明之精神和範圍內,當可作各種之更動與潤飾。 ‘上述本發明之半導體裝置係關於在電晶體之規模細微 化之際,可以確保源極/汲極區域上之接觸面積,並使接 觸窗開口與導線之間的連接更容易,進而降低金氧半電晶 體之直接阻抗。又關於STI之細微化而言,元件隔離絕緣 膜之表面與源極/汲極擴散層上之基板表面之間可確保其 高的面選擇性,而得到由具有良好元件隔離特性之高性能 金氧半電晶體所構成之半導體裝置。 • I - I--— — — — — ·1111111 ^ — — — — — —— — I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 22 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公爱)

Claims (1)

  1. 521425 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 8448pif.doc/009 gg C8 D8 六、申請專利範圍 1. 一種半導體裝置,包括: 一閘極電極,形成於一半導體基板上; 一源極/汲極擴散層,形成於該閘極電極之兩側; 一閘極側壁絕緣膜,係覆蓋於該源極/汲極擴散層側 之該閘極電極側壁及該閘極電極附近之部分該半導體基板 上面,且該閘極側壁絕緣膜之截面形狀係爲L字型/逆L 字型;以及 一半導體層,形成於至少一個該源極/汲極擴散層上, 且該半導體層延伸至該閘極電極附近之覆蓋部分該半導體 基板上面之該閘極側壁絕緣膜上。 2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置,更包括 一埋入式元件隔離區域,係鄭接於該源極/汲極擴散層之 外緣部,且該埋入式元件隔離區域係由一絕緣膜塡入一溝 渠而成。 3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之半導體裝 置,更包括該半導體層係由一矽層所構成,且於該矽層之 至少一部份表面上形成一金屬砂化物層。 4. 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置,其中該 半導體層係與一接觸窗插塞連接。 5. 如申請專利範圍第2項所述之半導體裝置,其中該 埋入式元件隔離區域更包括: 該溝渠,形成於該半導體基板上; 一第一埋入式絕緣膜,係沿著該溝渠之內壁而形成; 一第二埋入式絕緣膜,係形成覆蓋於該第一埋入式絕 23 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂- 線_ 521425 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 8 4 4 8pi f . doc/ Ο Ο 9 gg C8 D8六、申請專利範圍 緣膜之上,其中該第一埋入式絕緣膜係塡於該溝渠之自該 溝渠之開口面至一所定深度爲止之下方,該第二埋入式絕 緣膜係形成於該溝渠之上方,並覆蓋該第一埋入式絕緣 6. —種半導體裝置,係具有一埋入式元件隔離區域, 該埋入式元件隔離區域包括: 一溝渠,係形成於一半導體基板上面; 一第一埋入式絕緣膜,係沿著該溝渠之內擘而形成; 一第二埋入式絕緣膜,係形成覆蓋於該第一埋入式絕 緣膜之上,其中該第一埋入式絕緣膜係塡於該溝渠之自該 溝渠之開口面至一所定深度爲止之下方,該第二埋入式絕 緣膜係形成於該溝渠之上方,並覆蓋該第一埋入式絕緣 膜。 7·如申請專利範圍第5項或第6項所述之半導體裝 置’其中自該溝渠之開口面開始之該所定深度的値係小於 該溝渠之開口部的一最小內徑。 8.—種半導體裝置之製造方法,包括: 於一半導體基板上形成一閘極電極,且該閘極電極與 該半導體基板之間夾有一閘極絕緣膜; 以該閘極電極爲罩幕進行一第一離子植入,以於該閘 極電極之兩側之該半導體基板中形成一輕源極/汲極擴散 [7¾ · 曆, 於形成該輕源極/汲極擴散層後之該半導體基板上形成 一第一側壁絕緣膜; 24 〖氏張尺度(CNS) A4· (210χ297^·〉 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂- -線· 521425 ABCD 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 8448pif.doc/009 六、申請專利範圍 於該第一側壁絕緣膜上形成一第二側壁絕緣膜; 對由該第一側壁絕緣膜及該第二側壁絕緣膜所構成之 一沈積膜進行回蝕刻; 去除殘留於該閘極電極之側壁部上的該第二側壁絕緣 膜,以形成由覆蓋於該閘極電極側壁部與該聞極電極附近 之部分該半導體基板上面的該第一側壁絕緣膜所構成的一 側壁構造,且該側壁構造之截面形狀係爲L字型/逆[字 型; 於該半導體基板上選擇性磊晶成長一半導體層’該半 導體層之厚度係大於該第一側壁絕緣膜之厚度’且該半導 體層之一延伸部係形成於覆蓋部分該半導體基板上面的該 第一側壁絕緣膜上;以及 以具有該側壁結構之該閘極電極爲罩幕進行一第二離 子植入,以於該閘極電極之兩側之該半導體基板中形成一 重源極/汲極擴散層。 / 9.如申請專利範圍第8項所述之半導體裝置之製造方 法,更包括一埋入式元件隔離區域之製造方法,該埋入式 元件隔離區域係與該重源極/汲極擴散層之外緣部鄰接, 且由埋於一溝渠之一絕緣膜所形成,其中該埋入式元件隔 離區域之製造方法包括: 於該半導體基板上形成該溝渠; 沿著該溝渠之內壁塡入一第一絕緣膜,且該第一絕緣 膜在該溝渠寬度之中央部含有一縫隙; 去除並平坦化沈積於該溝渠外部之該第一絕緣膜; 25 本紙張尺度適用中國國家榡準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
    521425 8 4 4 8pi f . doc/Ο 09 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 對該第一絕緣膜進行蝕刻,以使該第一絕緣膜之暴露 表面後退; 塡入一第二絕緣膜,以覆蓋殘留於該溝渠底部的該第 一絕緣膜;以及 去除沈積於該溝渠外部的該第二絕緣膜。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· -、ΤΓ- 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 26 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ297公釐)
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