专利名称：反向短沟道效应的减少的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及半导体器件，具体地涉及发生在半导体器件中的反向短沟道效应。
半导体集成电路中减小其特征尺寸的趋势产生了沟道长度接近于0.05微米的器件。但是，随着有效沟道长度(Leff)的减小，沟道的导电率反向且发生导电的门电压一门限(阈)电压一增加到理论的预期水平之上。
图1表示电压的这种增加，或反向短沟道效应(RSCE)，这一般说来是一种不希望出现的效应。图1中的虚线表示在带栅极的器件中理想的沟道导电性能。
随着沟道长度的减小而门限电压反而趋向更高这一趋势在某一点上会反向，这时门限电压急剧下降。门限电压的这种突然减小被称为短沟道效应(SCE)。传统上，随着采取措施以减少RSCE，则SCE会变坏，这是一个不希望的附带效应。
RSCE一般都认为是由于在n型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)中阈能硼堆积在源极和漏极的边缘而引起的，同时也因为在短沟道中跨越FET的沟道区内通常是不均匀的硼的分布所引起的。曾经使用过在沟道区中补充注入P型离子以减少在沟道区中硼的堆积的影响来试图防止RSCE。
另一种曾经使用过以减少FET中的RSCE的技术是在FET的源极和漏极区中注入锗。图2中在10处总体上表示NFET的截面，在其中在源极18和漏极20的区域中加入了浅层的锗注入区22。P型硅基片12含有一个分布在栅极氧化物15上并位于侧壁间隔16之间的栅极14。源极18和漏极20各有一浅层锗注入区22，它们是用来防止RSCE而形成的。
但是，用来减少RSCE的常规技术需要外加的加工步骤，并能引起对器件性能的不需要的附带效果。在本技术中所需要的是制造一种不会受到RSCE影响的半导体器件的方法。
本发明是一种半导体器件，包括一个半导体基片，布置在所说基片上的第一扩散区，布置在所说基片上的第二扩散区，布置在所说的第一扩散区和第二扩散区之间的沟道区，布置在所说的半导体基片上并在所说的沟道区之上和与所说的第一扩散区和所说的第二扩散区相重叠的栅极氧化物，布置在所说的栅极氧化物上的栅电极，以及布置在整个所说基片上的中性掺杂剂扩散注入区，所说的中心掺杂剂扩散注入区在所说的第一扩散区和所说的第二扩散区之下有一个峰值浓缩区。
制造所说的器件的过程包括在第一导电率类型的半导体基片上形成一个氧化层，覆盖式注入一种中性掺杂剂到所说的基片中以形成中性掺杂剂注入区，在所说的氧化层上形成栅电极，注入源极和漏极区到所说的基片中，其深度要小于所说的锗注入区达到峰值浓度的地方。
现在将以仅作为例子的方式并参考所附插图来说明本发明，这些图仅仅是示范性而不是限制性的，且其中相同的元件在各个图中都按相同的数字编号，在这些图中，图1是表明反向短沟道效应和短沟道效应的图示；图2是FET的截面图，表明在漏和源极中常规的锗注入体；图3是在锗掺杂时覆盖着氧化层的晶片的截面图；图4是图3的晶片在掺杂后的截面图；图5是图4的晶片在栅极生成和源及漏极掺杂之后的截面图；图6是FET的一个实施例中表明相对的掺杂剂浓度的图示；图7是FET在栅电极已在氧化层上生成时进行锗注入时的截面图；图8是表明具有锗注入区的FET其RSCE减小但没有相应的SCE变坏的图示。
这里所说明的半导体器件具有中性的掺杂剂注入，例如锗，并在源和漏极区的下面形成峰值浓度。锗的注入区最好是在源、漏和栅极生成之前注入，但是在源、漏和栅极生成之后注入也是可能的。所得的器件，它可以是一个FET，不会受到反向短沟道效应，而且这种注入不会引起短沟道效应的劣化。虽然这些图和下面的说明为了清晰起见揭示的是一种NFET实施例的发明，但熟悉本技术的人们将会确信，本发明对于具有栅控扩散区的其它半导体器件也是同样适用的。例如，通过对NFET类型的掺杂极性的反向就可形成PFET。
现在参考图3，一个NFE1具有P型的硅区12，在其上利用常规方法沉积或生长了氧化层23。P型硅区12可以是掺杂的单晶体晶片，例如用在NFET应用的晶片，或也可以是由n型硅的离子注入所形成的P型硅的阱，例如要用在CMOS应用中的NFET部分。氧化层23一般是用从约0.04到约0.06微米的初始厚度形成的，优选的厚度为约0.05微米。P型硅区12可以用例如硼这样的P型掺杂剂掺杂到初始浓度约1×1017到2×1018个原子/厘米3，优选的是约3×1017原子/厘米3。
中性掺杂剂的注入区最好是在具有足够的能量下注入以便在源和漏极扩散注入区底部以下的晶片中形成一个峰值中性掺杂剂浓度，上面所说的扩散注入区是在以后的步骤中注入的。虽然任何中性掺杂剂例如硅或锗都可以使用，但锗是优选的中性掺杂剂。在一种实施例中，注入了锗以便在深度为约0.10到约0.50微米处形成一个峰值，其中优选的深度为约0.15到约0.30微米，尤其可取的深度为约0.20到约0.25微米。锗的最后峰值浓度为约1019cm-3到约1021cm-3是可取的，尤其可取的浓度是约1020。在P型硅区12表面的锗浓度优选为约1017cm-3到约1019cm-3，尤其可取的浓度是约1018cm-3。锗浓度可以用任何方式在P型硅区12的表面到峰值浓度之间变化，但是优选的是对数型的变化(例如见图6)。为了以正确的深度和浓度形成锗的注入区，锗离子可以用，例如从约230到270千电子伏(keV)在约1013cm-2到约1016cm-2注入，最好是约245到255千电子伏在约1014cm-2到约1015cm-2注入。
图4表示在注入锗以后的NFET的横截面。距离“X”表示如上所述的从P型硅区表面到锗注入区峰值浓度的距离。虚线26表示锗注入峰值浓度的深度。锗浓度从峰值浓度26开始沿两个方向都减小。距离“X”可以是任何从NFET的源、漏和沟道区中的合适的锗浓度所得到的值，但最好有上面说明的值。
现在参考图5，这里所示的是在栅极生成和源及漏极掺杂以后的NFET。栅极的形成是用熟知的技术实现的，栅极14可以是多晶硅的栅极。在生成栅极之前，氧化层23上作上图并经蚀刻以得到厚度约为4到11纳米的栅氧化物。然后再形成多晶硅层、经刻图和蚀刻而形成具有厚度约为100到约200纳米的多晶硅栅极14。
一旦生成了栅极14，就可以对源极18和漏极20的扩散区进行掺杂。用n型的杂质对源极18和漏极20进行离子注入就可得到约为1019到1021的离子浓度，优选浓度为约1020。源极18和漏极20区的注入深度最好为小于约0.15微米，尤其可取的深度为小于约0.1微米。含有氧化物或氮化物的侧壁间隔16可以在栅极14的边上任选地形成。以便在源极18和漏极20生成第二注入区(未示出)。
在这一阶段，锗注入剂扩散到源极18，漏极20和在源极18和漏极20之间的沟道中。要进行退火以激活掺杂剂和恢复硅基片的晶格结构。退火可以在约600到约1200摄氏度之间进行。在退火之后，可以用常规的金属化和钝化技术来完成NFET的制造。
图6表示NFET的各个区域中的离子浓度。如上所述及如图6所示，锗的峰值注入深度最好要比源极和漏极的注入深度在晶片中形成得更深一些。在上面所说的NFET中，源和漏极的注入剂是n型的离子，而晶片离子是P型离子。上面所说并示于图6中的浓度和深度是示范性的，熟悉本技术的人员会理解，另外的掺杂浓度和注入深度都是可能的并在本发明的范围之内。
重要的是，锗可以在形成源极和漏极之前的NFET制造过程中的任何阶段注入。例如，锗可以在形成氧化层23之前或者在形成栅电极14之后注入。图7表示锗的注入步骤是在栅极14已经形成后实现的。为了有效地将锗注入到栅极14以下的沟道区中去、锗离子必须以一定角度注入，如图7所示，注入的能量和剂量要加以调节以补偿注入的角度。锗的注入区也可以在源极18和漏极20已经形成之后以及在侧壁间隔16形成之前或之后利用图7所示的注入技术进行注入。
在P型基片上进行覆盖式注入阻止了硼的堆积和沟道的不一致性，从而减少了RSCE，根据器件的工艺，至少可减少百分之15或更多。图8是个图示，它对本发明的注入锗的NFET的短沟道门限电压和没有锗注入的常规NFET作了比较。带注入锗的NFET由虚线表示。反向短沟道效应减少到了接近于锗注入NFET的理想的水平。但是带锗注入并不使短沟道效应变坏。
上述的NFET具有明显地减少反向短沟道效应的优点而不同时使短沟道效应或NFET器件的其它关键特性变坏。单一的锗注入步骤可以方便地将锗注入包括到标准的NFET和CMOS应用中去。
虽然已表示关叙述了优选实施例，但可以对它进行各种修改和替代而不背离本发明的精神和范围。因此，应该理解，本发明只是作为一种说明而叙述的，而在这里所揭示的说明和实施例并不应认为是对权利要求的限制。
权利要求
1．一种在制造半导体器件的方法中的改进，该半导体器件具有在半导体基片上形成的栅极和在半导体基片中形成的扩散区，该改进包括将中性掺杂剂覆盖式注入到所说的半导体基片中，其能量剂量足以将所说的中性掺杂剂注入到其深度大于所说的扩散区的深度。
2．权利要求1的方法，其特征在于其中所说的中性掺杂剂是锗，所说的注入步骤包括在形成所说的扩散区之前注入所说的锗。
3．权利要求1的方法，其特征在于其中所说的中性掺杂剂是锗，所说的注入步骤包括在形成所说的栅极之前注入所说的锗。
4．权利要求1的方法，其特征在于其中所说的中性掺杂剂是锗，所说的注入步骤包括以这样的剂量注入锗，该剂量在所说的步骤的加热阶段足以防止在所说的半导体基片中在所说的各扩散区之间相对于所说各扩散区中的掺杂剂而言的掺杂剂过扩散。
5．权利要求1的方法，其特征在于其中所说的中性掺杂剂是锗，所说的半导体器件是FET。
6．权利要求1的方法，其特征在于其中所说的中性掺杂剂是锗，所说的各扩散区是源漏扩散区。
7．权利要求1的方法，其特征在于其中所说的栅极是多晶硅。
8．权利要求1的方法，其特征在于其中所说的中性掺杂剂是锗，所说的半导体基片是硅。
9．权利要求1的方法，其特征在于其中所说的中性掺杂剂是锗，所说的锗被注入到所说的半导体基片中以形成从约0.10到约0.50微米深的峰值浓缩区。
10．权利要求9的方法，其特征在于其中所说的锗被注入到所说的半导体基片中以形成从约0.15到约0.30微米深的峰值浓缩区。
11．权利要求10的方法，其特征在于其中所说的锗被注入到所说的半导体基片中以形成从约0.20到约0.25微米深的峰值浓缩区。
12．权利要求1的方法，其特征在于其中所说的中性掺杂剂是锗，所说的锗被注入到使其峰值浓度为约1019到1021个锗离子cm-3。
13．权利要求1的方法，其特征在于其中所说的中性掺杂剂是锗，所说的锗被注入到使其峰值浓度为约1020个锗离子cm-3。
14．权利要求1的方法，其特征在于其中所说的中性掺杂剂是锗，所说的注入是在形成所说的栅极以后进行的。
15．权利要求1的方法，其特征在于其中所说的中性掺杂剂是锗，所说的注入是在形成所说的扩散区后进行的。
16．权利要求1的方法，其特征在于其中所说的中性掺杂剂是硅。
17．一种半导体器件，包括一个半导体基片；布置在所说基片上的第一扩散区；布置在所说基片上的第二扩散区；布置在所说的第一扩散区和所说的第二扩散区之间的沟道区；布置在所说的半导体基片上在所说的沟道区之上并与所说的第一扩散区和所说的第二扩散区重叠的栅极氧化物；布置在所说的栅极氧化物上的栅电极；以及布置在整个所说的基片上的中性掺杂剂扩散注入区，所说的中性掺杂剂扩散注入区具有在所说的第一扩散区和所说的第二扩散区之下的峰值浓缩区。
18．权利要求17的器件，其特征在于其中所说的中性掺杂剂扩散注入区是锗，且所说的半导体器件是FET。
19．权利要求17的器件，其特征在于其中所说的中性掺杂剂扩散注入区是锗，且所说的第一扩散区和所说的第二扩散区是源极和漏极扩散区。
20．权利要求17的器件，其特征在于其中所说的中性掺杂剂扩散注入区是锗，且所说的栅极是多晶硅。
21．权利要求17的器件，其特征在于其中所说的中性掺杂剂扩散注入区是锗，且所说的半导体基片是硅。
22．权利要求17的器件，其特征在于其中所说的中性掺杂剂扩散注入区是锗，且所说的锗扩散注入区的峰值浓缩区为从约0.10到约0.50微米深。
23．权利要求22的器件，其特征在于其中所说的锗扩散注入区的峰值浓缩区为从约0.15到约0.30微米深。
24．权利要求23的器件，其特征在于其中所说的锗扩散注入区的峰值浓缩区为从约0.20到约0.25微米深。
25．权利要求17的器件，其特征在于其中所说的中性掺杂剂扩散注入区是锗，且所说的锗扩散注入区的峰值浓缩区为约1019到约1021个锗离子cm-3。
26．权利要求25的器件，其特征在于其中所说的锗扩散注入区的峰值浓缩区为约1020个锗离子cm-3。
27．权利要求17的器件，其特征在于其中所说的中性掺杂剂扩散注入区是锗，且所说的栅极绝缘层的厚度为约4到约11纳米。
28．权利要求17的器件，其特征在于其中所说的中性掺杂剂扩散注入区是锗，且所说的栅极的厚度为约100到约200纳米。
29．权利要求17的器件，其特征在于其中所说的中性掺杂剂扩散注入区是硅。
30．制造FET的一种方法，包括在第一种导电性类型的半导体基片上形成一个氧化物层；在所说的基片中覆盖式注入中性掺杂剂离子以形成中性掺杂剂注入区；在所说的氧化物层上形成栅电极；以及在所说的基片上注入源极和漏极区，其深度要小于所说的中性掺杂剂注入区出现峰值浓缩区的深度。
31．权利要求30的方法，其特征在于其中所说的中性掺杂剂离子是锗，且所说的覆盖式注入步骤包括以这样的剂量注入锗，这剂量足以在所说过程的加热阶段期间防止相对于所说的源极和漏极区域中的掺杂剂而言在所说的基片上在所说源和所说漏区之间的掺杂剂的过扩散。
32．权利要求30的方法，其特征在于其中所说的中性掺杂剂离子是锗，且所说的栅极是多晶硅。
33．权利要求30的方法，其特征在于其中所说的中性掺杂剂离子是锗，且所说的半导体基片是硅。
34．权利要求30的方法，其特征在于其中所说的中性掺杂剂离子是锗，且所说的锗被注入到所说的半导体基片中以形成所说的峰值浓缩区为从约0.10到约0.50微米深。
35．权利要求34的方法，其特征在于其中所说的中性掺杂剂离子是锗，且所说的锗被注入到所说的半导体基片中以形成所说的峰值浓缩区为从约0.15到约0.30微米深。
36．权利要求35的方法，其特征在于其中所说的锗被注入到所说的半导体基片中以形成所说的峰值浓缩区为从约0.20到约0.25微米深。
37．权利要求30的方法，其特征在于其中所说的中性掺杂剂离子是锗，且所说的锗注入的峰浓度为约1019到约1021个锗离子cm-3。
38．权利要求37的方法，其特征在于其中所说的锗注入的峰值浓度为约1020个锗离子cm-3。
39．权利要求30的方法，其特征在于其中所说的中性掺杂剂离子是锗，且所说的覆盖式注入是在所说的栅极形成之后进行的。
40．权利要求30的方法，其特征在于其中所说的中性掺杂剂离子是锗，且所说的覆盖式注入是在所说的扩散区形成之后进行的。
41．权利要求30的方法，其特征在于其中所说的中性掺杂剂离子是硅。
全文摘要
说明了一种具有减少的反向短沟道效应的FET,还说明了制造所说FET的方法。锗被注入到整个半导体基片中,其强度和剂量使峰值离子浓缩区建立在FET的源和漏极之下。锗可以在栅极和源及漏极形成之前注入,并减少在正常情况下能在FET中见到的反向短沟道效应。在正常情况下在FET中出现的短沟道效应不会因锗的注入而有负面影响。
文档编号C09D183/02GK1319880SQ0111216
公开日2001年10月31日 申请日期2001年3月29日 优先权日2000年3月30日
发明者J·S·布朗, S·S·弗卡伊, 小R·J·高蒂尔, D·W·马丁, J·A·斯林克曼 申请人:国际商业机器公司