TWI252586B - Method for manufacturing a semiconductor device having a low junction leakage current - Google Patents
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Description
1252586 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本巧係關於—種具有低接面漏電流之半導體裝置 ί ^ 麵合製造如dram與sram等記憶裝置的製 【先前技術】 罢沾j ’如可攜式電話與個人數位助理解可攜式資料處理裝 用已逐漸增加。一般而言，可攜式資料處理裝置之中所i ί ϊί SRAM等記憶裝置之中的記料元之聰電i fit 電晶體必須具有較低之接面漏電流。以下參見圖ΙΑ
至圖1G，俾說明習知DRAM裝置之製造方法。 ϋ A 泪售ΐί基的表面區之上形成25Gnm_渠溝，歸接著在 ^之内沉積氧化铺2而形成淺渠溝隔離（STI)結構。隨在 二Ϊ、1Α/1不’在石夕基板1之上形成1()腿厚的氧化石夕膜3，且緊 入貝牙氧化石夕膜3的领離子植入。這三次的蝴離子植 量i 2加速能量與ixi〇iw之劑量、之加速能 ill ! 10 /Cm之劑量、及8〇keV之加速能量與3xl〇12/cm2之劑 3條件T，行。之後，在1_°C的基板溫度進行熱處理達三十 井，修復受硼植入而損傷的矽基板，藉以在矽基板1之上形 一二在15keV之加速能量與ixl〇13/cm2之劑量的條件下進 仃貫穿薄氧化石夕膜3之進一步的硼離子植入，故如圖1B所示，藉 Γ型通道區6。在去除薄氧化賴3之後，使用熱氧化技^ 形成由乳化矽所構成之6nm厚的閘極絕緣膜7。單元電晶 ^電壓通常藉由決定P型通道區6之雜f濃度分佈情況與間極絕 緣膜7之厚度而可加以設計。 *之後，，在閘極絕緣膜7之上，連續地形成攙雜有4xl〇2〇/cm3 之濃度的磷之l〇〇nm厚的多晶矽膜9a、70nm厚的矽化鎢膜％、 1252586 f具有氮切層與氧切層之13Gnm厚的絕緣膜8。隨後，將絕 化鶴膜/b及多晶石夕膜％加以圖案化而形成兩層之間電 極=與，盍之絕緣膜8。接著，利用熱氧化技術在㈣極9的側壁 7χ1〇$後2間電極9作為遮罩而在2〇keV之加速能量盥 件下，之加速能量與_12/咖2之劑量的條 2。處理進行兩次貫穿間極絕緣膜7的磷離子 如Θ 1D戶斤-l〇〇〇C的基板溫度進行另一次熱處理達十秒，故 之ΐ的換僅活化形成在記憶裝置的周圍區域之中的擴散區 接著:、狀%化H入的鱗離子而獲得源極/汲極擴散區11。 極擴散區„的底部之上形成電場m植人，错以在源 氮化&，’ H®之·^觀峨氧化矽膜與 向二二二接= 在中間層介雷胺14 、、、區13之底部的磷離子植入。接著， 1252586 r貫中形成二 /雨貝牙孔21a。接者，如圖ig所示，梆氺々θ丄_ ，、 括下_ 22、絕緣膜23與上電極24的單電容:$开 22係與下方之接觸栓塞21接觸。早凡U ’而下電極 Η隨Ϊ更高密^之DRAM的發展，記憶單元必須具有更小的
的門;早1具有更小的尺寸’故必須縮小M0S電晶體 ，，度且必須同時保持M0S電晶體之 J :=力:Μ0Λ電晶體之通道區6的摻雜物濃度而達二 電流變大將嶋 == 職’故考慮兩種技術:-種用 ===;=減少空峨陷的數量或減少為接 之電採用減少電場強度的技術而避免記憶單元 之ΡΙ\Τ1γ· Γ ^揭露―種技術，其中對與州接面相鄰 二應將顯著地升高 '然而’例如在此習知專利公報 技術目刖引起記憶裝置產業的更多注意。 才 收常在以下兩個步驟過程之中會形成空洞型缺陷。首务，i ΐ 基板之中而在其中形成源極，汲極擴散區i步ί 損傷ΐί:後區之中產生植入損傷。雖然大部份的植入 相傷丁、、工由_之熱處理加以修復，但某些損傷卻在熱處理期間 1252586 轉k成空洞型缺陷。由於熱處理期間所產生之壓縮應變的影響， 故如圖6之中的「X」所示，空洞型缺陷將殘留在源極/汲極^散 區11與摻雜之通道區6之間所形成之冶金接面25的附近。如（西 元2001年）第308至310卷、第i169至1172頁、Τ·梅田等人之 論文刊物「利用電偵測之磁共振研究與DRAM漏電流有關之缺陷 所述，此現象可使用電偵測之磁共振實驗加以確認。 如圖7所示，已知··空洞型缺陷包括在矽基板的晶格結構之 内的兩固工/同力口上一個或兩個氧原子。空洞型缺陷亦與鄰近的懸 空，f有關’而其為㈣子之非_合鍵。触鍵的存在將使殘^ 在/口^接面25之附近的空洞型缺陷升高至能帶間隙之内的能階， ，二於此月bl^而產生接面漏電、流。如上所述，接面漏電流將使 吕己t思早7G之電荷儲存能力降低。 於專ΪΐίΐΓΑ·1 (1989) -32640號揭露一種降低漏電流的 ΪΓ ^Ϊ使摻雜物擴散區之附近的漏電流隨著其越小深度而 =可ίί利公報中’利用植入氟峨處理，在擴散區的附 Ζΐ，使_減少，藉崎低概_近的漏電流。 雜之區Ltm40並未教示殘留在源極/汲極擴散區與摻 專利八勒二i所形成之冶金接面之中的空洞型缺陷。此外，此 起之i面漏電、技術並無法達成抑制由於空洞型缺陷所引 【發明内容】 .習知技術之上述問題’故本發明之—目的係提供-種 電日日體之中具有較低之接面漏 之’成 衣直〈〒的5己憶早疋之電荷儲存能力。 本，明提供—種半導體裝置 破植入半導體基板之中查 :巴3以下步驟.將 擴散，俾形成溽C 熱處理植入的磷而使其 早开V成源極/汲極區；及將_素植 1252586 ί 量ί缝’且熱處理植人的鹵素喊其擴散。 空鍵植人的_素係消除空洞型缺陷之中的懸 低MOS^ET之牙中t接來肖除接面漏電流的來源係降 憶，糊版中的記 么么將茶照附隨的圖示，以說明本發。^ ^ 考符號指示類似的元件。 在圖不中，相似的翏 【實施方式】 ϋ mil/，附圖，俾洋細說明本發明之實施例。在附圖中，葬 目:t標號代表相似或相對之元件且免於重覆說明。 θ -盥在明之前，首先進行以下將詳細說明之第 入二貫驗為在f知製造處理之中增加將氟離子植 DRM41 °二#的步驟（如® 1D)與後續之熱處理而製造 撕·二疋文5植人之中的氟劑量，從0至5—2，且就 之‘低旦d’f其雖，包括熱麵容許量、門檻電壓 行熱處在_的基板溫度進 前，為’在使㈣似於第—實驗的條件植人氟原子之 f !-5><1〇13/-2^^*^ 15keV^ 沒^以· 1 ^之劑量等兩次植人翻離子而形成源極/ 單二C 3xlQl3/em2之總劑量。對所形成的dram 早7G進行類似於第一實驗的特性量測。 Φ，=與圖3分麵示第—與第二實驗的結果。在這些圖形之 的敎二⑷分別顯示正規化的電荷儲存時間、正規化 阻井里、門檻電壓之降低量、及源極/汲極區11之片電 。此外，虛線的曲線⑷顯示以15_3/咖2的_ 夏形成P型通道區6之狀態的正規化的f料儲存時間。 由圖2與@ 3可知’這些特性係隨著氟劑量的改變而變化。 1252586
Sn中’這些特性將隨著_量從G增加到大約5X1013/Cm2 、提㊄的程度在氣超丨此卿之外_'降低。η 樣地，，4寺性將隨著氟劑量從〇增加到大約2xi m2H古冋 且其提高的程度在氟缝超出此翻之外時係降低。 网’ 巧體容許量係隨著圖2與圖3之中的劑 ‘问，歸大約氟劑量等於_總㈣時達到飽和▲的曰加吨 ^圖2與圖3可知’越高的氟劑量將使門 源極/汲極擴散區n之片電阻係隨著氣劑量的此二卜， ⑩ ΪίΐΪ4將因而增大，故非預期地產生門檻電θ壓之降曰低：ί :抑制⑽電流梅，故 ^上述實驗的結果發現：氣劑量之 ，植人所引起的門插電壓之降低與源 1 Ϊί=且仍可提高資料儲存時間與熱載體S = 了通道二:¾間，並不預期】 •後、ίΠ 士 以形成源極/沒極區的磷植入之 ”驗。這將不需如除石夕的懸空鍵的第三實 顧入之後接著進行氟植子，處f而藉由緊接著 資料儲存時間與熱ϊ體容許量之ϊ:: 僅，成 於在措由鱗植入每』、 這了視為·起因 10 1252586 形成步驟與藉由氟離子消除懸空鍵的步開Γ洞型缺陷之 似構發明，射圖式之中的相 據本發明之—實_的半導體 鮮之插入^置t成處轉包括除了習知處理的步驟以外的氟 離子之^步驟與植入的氟離子之擴散步驟。4 乂外的乳 在石夕基板1的表面區之上形成25Gnm深的渠溝， 構隨; 膜3，且緊接著齡夕基板1之上形成1〇nm厚的氧化石夕 湖離子植人貝牙祕賴3 _離子植人。這三次的
1χ1〇13/〇Γη^#Ι* , 150keV in12/、1里/、曰5Xl〇 /Cm之劑量、及80keV之加速能量與 行埶處HI·量v,件下進行。之後，在1()眺的基板溫度i 祕受微入而損傷的减板，藉以在 行貫之加速能量與ixiGiw之劑量的條件下進 ^化夕膜之進一步的爛離子植入，故如圖1b所示，藉 ϋί -=道ΐ6。在去除薄氧化矽臈3之後，使用熱氧化技‘ 成之6nm厚的閘極絕緣膜7。單元電晶體之門 道區6之雜質濃度分佈情況與間極絕 曲2 ’在閘極絕緣膜7之上，連續地形成據雜有4x1〇2〇w 之觸，厚的多日日日頻％、亀㈤厚_化鎢膜％、 二有氣化石夕層與氧化石夕層之13〇nm厚的絕緣膜8。隨後，將絕 搞Q、1、^匕嫣^ %及多晶f夕膜％加以圖案化而形成兩層之間電 °二復盍之^緣膜8。接著，利用熱氧化技術在閘電極9的側壁 之上形成讎氧化膜10。此熱氧化亦使圖案化處理之後所露出的 1252586 矽基板1之表面局部氧化by。 ^後2,使用閘電極9作為遮罩而在20keV之加速能量與 ^1〇 /=1之劑量、及15keV之加速能量與7xl〇12/cm2之劑量的j条 姑下，自行對準之處理進行兩次貫穿閘極絕緣膜7的磷離子 如ί 在1〇〇〇〇C的基板溫度進行另一次熱處理達十秒，故 “的活化形成在記憶裝置的周圍區域之中的擴散區 ^雜t、更植人_軒而獲得源極/錄擴散區1卜 7x1 2 絕緣膜8作為料、在1Gkev之加速能量盘 汲極區的條件下進行貫穿問極絕緣膜7而到達源極〉 一半深度。2 速能量允許氣到達源極刀及極區11的 裝置之i L在1000Τ的基板溫度進行用以使植入在dram 之上的絕賴8與綱隔部12 ^彻開電 膜7與源極/汲極擴散區11的‘疗，貫 11的底部之上形成電場緩糟以在源 氣各τί ’如圖lF所不，在整個表面之上連μ”拉― 虱化石夕臈，藉以形成350nm厚 ；如儿積氧化石夕膜與 以使其平坦化之轉向 14。接著，使用足 著，對中間層介電膜14、、絕緣膜中間層介電膜M。接 隔部12之下方_極絕緣12之局部及 由自行對準以行》間隔部丨2作為 及在貫穿孔i5a之中沉積捷雜有i；kt Λ層介電膜14之上 之;辰度的磷離子之多 1252586 人平坦化，俾形成鶴長的接觸栓塞 a了、成f甘f/ w ·在將知植入到電場緩和區的底部之前或之後， =減料_祕15之__阻啊電場緩 ，加二間層介電❹且 形成ίίΐΤ7 ΓΓ積100肺厚的鎢膜，且加以圖案化而 間ί:ΐί 9 =7?中間層細20，且緊接著圖案化中 ；i° ^Z^viJLa ΆϊΛ^Μ 211Λ 括下電極22、絕練膜23與上電極 1的==形 22係與下方之接觸栓塞21接觸。的早“Μ 18，而下電極 的氣===:懸 來源。f除接面漏電流的來源係可降低接 DRAM裝置之中的記憶單元之資料儲存能力。 9 π； ⑽施例中，在填植入與用以形成源極/沒極區的 後^處理之後才進行氟植入，但只要在由於雜入與其= 熱处:里，形成的空，型缺陷形成之後進行氟植人，則可在任」時 間進行鼠植入。在氟植入之後，可藉由為了苴—、 -熱處理而使植人的氟擴散。 * 、斤進行的任 上述^施例之變化例為：在0出所示之 f ΐϊ^Ι 〇 10kev ί 度進行用以使植入的氟與周圍區域之源極^極區 雜物擴散的熱處理達三十秒。 幻/、 圖4顯示由習知處理及本實施例與其變化例 DRAM裝置之中的接面漏電流與作用電壓之間的關係。 面漏電流為l〇k位το之記憶單元的總漏電流。在85Τ的基板溫度 13 1252586 ΐ-； ^ - 理、本實施例與其變化例之處理 相對於圖4之中的曲線。由圖5可知 垂⑷至（c)係 f製造之DRAM f超賴^ 在 4上‘= 時門，而卢士二 "/、在白知處理日寸相對於300ms之資料儲存 Γ例與其變化例時係相對於-與_=ί 現出前兩者超越後者之改善效果。 型缺“52施=其變化例中，使用氟消_晶體之空洞 = 氟比如氯與漠等其它齒素元素具有更小a 空ίΐ= =ίίΓ植入達特定之劑量而僅引起較少量的 岸^既為祕之選擇。此外，由於氣原子具有較: J ί 將，的；而大可的=定=除之後’氣與懸空鍵 。人應’主心到·上述各貫施例僅為本發明之例子。； 摩下峨非僅限於上述實施例，只要在忿二 下，各種變化型式皆屬本發明之範圍。科月之搰砷的情況 圖式簡單說明】 的製造 圖1A至@ 1G為根據本發明之實施例與習知製造處理 14 1252586 過程之連、％步驟時的半導體裝置之剖面圖。 圖2為顯示藉由本發明之第一實施例的製造處理所製造之 DRAM裝置之特性與氟劑量之間的關係之圖形。 圖3為顯示藉由本發明之第二實施例的製造處理所製 DRAM叙置之j寺性與氟劑量之間的關係之圖形。 關係員趣M裝置之中的接面漏電流與作用電壓之間的
的關:：示〇陶侧的_率與資料儲存時間之間 型缺^ 6為習知半導體裝置之剖面圖，顯示出殘留在其中的介、、同 圖7為矽基板之晶體結構的立體示意圖，顯示出空洞型缺p 【元件符號說明】 I 矽基板 10 側壁氧化膜 II 源極/没極擴散區 12 側間隔部 13 電場缓和區 14、 19、20 中間層介電膜
15、 21 接觸检塞 15a、17a、21a 貫穿孔 17 位元線 18 單元電容器 2、3 氧化矽膜 22 下電極 23、8 絕緣膜 24 上電極 25 冶金接面 15 1252586 26 懸空鍵 4 P井 6 P型通道區 7 閘極絕緣膜 9 閘電極 9a多晶石夕膜 9b矽化鎢膜
16
Claims (1)
1252586 十、申請專利範圍： !•-種=體’的製造方法，包含以下步驟： 及 祕疋之劑讀-缝，且熱處職獻_素而使其$大於 2·：^請勒y範圍第！項之半導體裝置的製造方法， 劑ΐ在1x10 /cm2與3xl〇i3/cm2之間。 /、 μ寺疋之
人牛Uriit告導體裝置的製造方法’其中該議j 入步驟係加相i素達-特定之加速能量， 可將該鹵素導人到小於該源極/汲極區之底里 4·如申請專利範圍帛丨項之半導體裝置的製造方法，豆中該齒素植 入步驟加速該鹵素達―特定之加速能量，而該特定之加速能量可 將该鹵素導入到小於該源極/汲極區的1/2深度之一深度。
5·如申請專利範圍第i項之半導體裝置的製造方法，其中熱處理該 植入的_素之步驟係在9〇〇至1〇〇〇〇C的溫度進行。 6」如申請專利範圍第i項之半導體裝置的製造方法，其中該齒素為 十一、圖式： 17
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