專利名稱：一種場效應(yīng)晶體管及形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，特別涉及一種場效應(yīng)晶體管及形成方法。
背景技術(shù)：
離子注入技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用于各種半導(dǎo)體器件及集成電路制作的雜質(zhì)摻雜技術(shù)。通過控制注入離子束的電流量和電壓，可以精確調(diào)整雜質(zhì)在目標基片內(nèi)的含量和分布情況。離子注入后，對所述半導(dǎo)體襯底進行退火處理以激活注入的離子，并修復(fù)離子注入時引起的目標基片晶格損傷。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，器件的特征尺寸變得越來越小，器件的縱向尺寸(即器件的深度)也在等比例縮小。目前，半導(dǎo)體制作過程中通常需要形成深度小于1000埃甚至更小的超淺結(jié)(Ultra Shallow Junctions,USJ),利用傳統(tǒng)的離子注入工藝通常不能取得令人滿意的超淺結(jié)結(jié)構(gòu)，利用離子注入形成超淺結(jié)的輕摻雜源/漏區(qū)有以下幾個問題
(I)由于普通的離子注入制作超淺結(jié)比較困難，必須要采用超低能量注入雜質(zhì)離子，但超低能量注入的雜質(zhì)離子在高溫激活時激活率較低。
(2)經(jīng)過退火處理后，所述超淺結(jié)中的雜質(zhì)離子會擴散，并且由于注入離子的增強擴散效應(yīng)(由于半導(dǎo)體襯底在雜質(zhì)離子注入時會造成晶格的損傷和造成缺陷，在高溫退火時，所述雜質(zhì)離子的擴散長度會大大增加，造成增強擴散效應(yīng))，使得所述結(jié)深變深，場效應(yīng)晶體管的溝道區(qū)長度變小，容易導(dǎo)致短溝道效應(yīng)(Short Channel Effects，SCE)。
為了解決上述問題，公開號為US2008/0233687A1的美國專利文獻公開了一種形成場效應(yīng)晶體管的方法，包括對所述場效應(yīng)晶體管柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底進行刻蝕， 形成淺溝槽；提高所述淺溝槽內(nèi)壁的半導(dǎo)體襯底的含氧量，然后在所述淺溝槽內(nèi)外延一層較薄的含有摻雜離子的外延層，由于具有一定含氧量的半導(dǎo)體襯底能抑制外延層中摻雜離子的擴散，使得所述摻雜離子能被限制在外延層內(nèi)，產(chǎn)生較淺且較陡峭的結(jié)。但是由于所述方法需要形成外延層，提高了工藝的復(fù)雜度，且也不能很好的解決注入離子的增強擴散效應(yīng)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種場效應(yīng)晶體管及形成方法，通過對待形成源/漏區(qū)的半導(dǎo)體襯底進行輕離子注入，抑制形成輕摻雜源/漏區(qū)的摻雜離子的擴散，緩解場效應(yīng)晶體管的短溝道效應(yīng)。
為解決上述問題，本發(fā)明技術(shù)方案提供了一種場效應(yīng)晶體管形成方法，包括
提供半導(dǎo)體襯底；
在所述半導(dǎo)體襯底表面形成柵極結(jié)構(gòu)；
在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底區(qū)域注入輕離子，所述輕離子包括氮離子、碳離子、氟離子其中至少兩種；
在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底區(qū)域形成輕摻雜源/漏區(qū)，所述輕摻雜源/漏區(qū)的深度小于所述輕離子注入的深度；
在所述柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁表面形成側(cè)墻；
在所述側(cè)墻兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成重摻雜源/漏區(qū)；
對所述半導(dǎo)體襯底進行退火處理。
可選的，當(dāng)碳離子或氮離子或兩者的混合物與氟離子一同注入到所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底區(qū)域，所述氟離子比氮離子、碳離子注入的傾斜角度大，使得氟離子的注入?yún)^(qū)域能伸入到柵極結(jié)構(gòu)下方的溝道區(qū)。
可選的，當(dāng)碳離子或氟離子或兩者的混合物與氮離子一同注入到所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底區(qū)域，所述氮離子的注入深度比氟離子、碳離子的注入深度大。
可選的，所述注入輕離子的工藝參數(shù)為注入的劑量范圍為5E14atom/cm2 lE15atom/cm2，注入的能量范圍為4KeV 20KeV，注入的傾斜角度范圍為0° 15°。
可選的，不同的輕離子采用同一工藝同時注入或采用不同工藝步驟分開注入。
可選的，還包括，在所述注入輕離子之前，在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底區(qū)域進行預(yù)非晶化注入，所述預(yù)非晶化注入的深度大于所述輕摻雜源/漏區(qū)的深度。
可選的，當(dāng)待形成的場效應(yīng)晶體管為PMOS晶體管時，所述預(yù)非晶化注入的離子為鈦離子、銦離子的混合物或者銦離子；當(dāng)待形成的場效應(yīng)晶體管為NMOS晶體管時，所述預(yù) ^巨晶化注入的離子為鈦離子、銻離子的混合物或者銻離子。
可選的，所述預(yù)非晶化注入的工藝參數(shù)為注入的劑量范圍為5E14atom/cm2 2E15atom/cm2，注入的能量范圍為5KeV 50KeV，注入的傾斜角度范圍為2° 23°。
可選的，所述形成輕摻雜源/漏區(qū)的具體工藝為向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底區(qū)域內(nèi)注入N型雜質(zhì)離子或者P型雜質(zhì)離子，注入的劑量范圍為2E14atom/cm2 2E15atom/cm2，注入的能量范圍為O. 5KeV 4KeV，注入的傾斜角度范圍為O。 15。。
可選的，所述退火處理在所述形成輕摻雜源/漏區(qū)之后進行，或者在所述形成重摻雜源/漏區(qū)之后進行，或者在上述兩個步驟之后分別進行。
可選的，所述退火處理包括加熱爐退火、快速熱退火、尖峰退火其中一種。
本發(fā)明實施例還提供了一種場效應(yīng)晶體管，包括
半導(dǎo)體襯底；
位于所述半導(dǎo)體襯底表面的柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁表面形成有側(cè)墻；
位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)的輕離子注入?yún)^(qū)域，所述輕離子包括氮離子、碳離子、氟離子其中至少兩種；
位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)的輕摻雜源/漏區(qū)，所述輕摻雜區(qū)的深度小于所述輕離子注入?yún)^(qū)域的深度；
位于所述側(cè)墻兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)的重摻雜源漏區(qū)。
可選的，所述輕離子至少包括氟離子，所述氟離子的注入?yún)^(qū)域伸入到柵極結(jié)構(gòu)下方的溝道區(qū)。
可選的，所述輕離子至少包括氮離子，所述氮離子的注入深度比氟離子、碳離子的注入深度大。
可選的，還包括，位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)的非晶化區(qū)域，所述非晶化區(qū)域的深度大于所述輕摻雜源/漏區(qū)的深度。
可選的，當(dāng)待形成的場效應(yīng)晶體管為PMOS晶體管時，所述非晶化區(qū)域的雜質(zhì)離子為鈦離子和銦離子的混合物或者銦離子；當(dāng)待形成的場效應(yīng)晶體管為NMOS晶體管時，所述非晶化區(qū)域的雜質(zhì)離子為鈦離子和銻離子的混合物或者銻離子。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
本發(fā)明實施例通過對待形成源/漏區(qū)的半導(dǎo)體襯底進行輕離子注入，所述輕離子包括氮離子、碳離子、氟離子其中至少兩種，由于注入到所述半導(dǎo)體襯底的氮離子、碳離子、 氟離子會形成雜質(zhì)陷阱，使得所述與雜質(zhì)陷阱有作用的離子被固定在原有的位置，即使高溫退火也不易擴散，抑制了注入的N型或P型雜質(zhì)離子的增強擴散效應(yīng)，形成了較為陡峭的且較淺的結(jié)，提高場效應(yīng)晶體管的電學(xué)性能。
進一步的，本發(fā)明實施例還對待形成源 /漏區(qū)的半導(dǎo)體襯底進行預(yù)非晶化注入， 由于非晶化的半導(dǎo)體襯底中的晶格結(jié)構(gòu)是不規(guī)則的，后續(xù)注入的P型或N型雜質(zhì)離子不能通過周期性晶格排列的空隙擴散到較深的深度，抑制了輕摻雜源/漏區(qū)的雜質(zhì)離子的擴散；且所述預(yù)非晶化注入會在半導(dǎo)體襯底的晶格結(jié)構(gòu)中形成空缺，使得后續(xù)注入的P型或N 型雜質(zhì)離子能更輕易的占據(jù)空缺，從而提高輕摻雜源/漏區(qū)P型或N型雜質(zhì)離子的激活率。 在后續(xù)的退火處理中，非晶化的半導(dǎo)體襯底再結(jié)晶，可以降低源/漏區(qū)的阻抗，提高場效應(yīng)晶體管的工作電流。利用鈦離子作為預(yù)非晶化注入的注入離子，由于鈦離子經(jīng)過退火處理形成硅化鈦后，鈦硅化形成的空缺能消除離子注入過程中射程終端產(chǎn)生的缺陷，提高了產(chǎn)品的良率。


圖I是本發(fā)明實施例的一種場效應(yīng)晶體管形成方法的流程示意圖2至圖9是本發(fā)明實施例的一種場效應(yīng)晶體管形成方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖10是本發(fā)明一實施例形成的PMOS晶體管和利用現(xiàn)有技術(shù)形成的PMOS晶體管的測試結(jié)果對比圖。
具體實施方式
由于現(xiàn)有技術(shù)中形成場效應(yīng)晶體管的輕摻雜源/漏區(qū)時注入的摻雜離子容易擴散，不容易形成較淺且較陡峭的結(jié)，發(fā)明人經(jīng)過研究提出了一種場效應(yīng)晶體管形成方法，包括提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底表面形成柵極結(jié)構(gòu)；在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底區(qū)域注入輕離子，所述輕離子包括氮離子、碳離子、氟離子其中至少兩種；在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底區(qū)域形成輕摻雜源/漏區(qū)，所述輕摻雜源/漏區(qū)的深度小于所述輕離子注入的深度；在所述柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁表面形成側(cè)墻；在所述側(cè)墻兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成重摻雜源/漏區(qū)；對所述半導(dǎo)體襯底進行退火處理。由于所述注入的輕離子的深度比輕摻雜源/漏區(qū)的深度大，且所述注入到所述半導(dǎo)體襯底的氮離子、碳離子、氟離子會充當(dāng)雜質(zhì)陷阱，使得所述與雜質(zhì)陷阱有作用的離子都被固定在原有的位置，即使高溫退火也不易擴散，抑制了注入離子的增強擴散效應(yīng)，形成較淺且較陡峭的結(jié)，提高場效應(yīng)晶體管的電學(xué)性能。
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。
在以下描述中闡述了具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以多種不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。
請參考圖1，為本發(fā)明實施例的場效應(yīng)晶體管形成方法的流程示意圖，具體包括
步驟S101，提供半導(dǎo)體襯底；
步驟S102，在所述半導(dǎo)體襯底表面形成柵極結(jié)構(gòu)；
步驟S103，在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)進行預(yù)非晶化注入；
步驟S104，在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)注入輕離子，所述輕離子包括氮離子、碳離子、氟離子其中至少兩種；
步驟S105，在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成輕摻雜源/漏區(qū)，所述輕摻雜源/漏區(qū)的深度小于所述輕離子注入的深度；
步驟S106，在所述柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁表面形成側(cè)墻；
步驟S107，在所述側(cè)墻兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成重摻雜源/漏區(qū)；
步驟S108，對所述半導(dǎo)體襯底進行退火處理。
圖2至圖9為本發(fā)明實施例的場效應(yīng)晶體管形成方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
請參考圖2，提供半導(dǎo)體襯底100。所述半導(dǎo)體襯底100為硅襯底、硅鍺襯底、絕緣體上硅襯底其中的一種。在本實施例中，所述半導(dǎo)體襯底100為硅襯底。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)待形成的半導(dǎo)體器件選擇所述半導(dǎo)體襯底100的類型，因此所述半導(dǎo)體襯底的類型不應(yīng)過分限制本發(fā)明的保護范圍。
所述半導(dǎo)體襯底100內(nèi)還形成有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(未圖示)，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)位于相鄰的器件之間，用于電隔離相鄰的器件。所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的具體形成工藝為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)，在此不再贅述。
依舊繼續(xù)參考圖2，在所述半導(dǎo)體襯底100表面形成柵極結(jié)構(gòu)200。
所述柵極結(jié)構(gòu)200包括位于所述半導(dǎo)體襯底100表面的柵氧化層210、位于所述柵氧化層210表面的柵電極220。所述柵氧化層210的材料為氧化硅或高介質(zhì)材料，所述柵電極220的材料為多晶硅、摻雜的多晶硅或金屬。在其他實施例中，在所述柵極結(jié)構(gòu)表面形成氧化硅層或氮化硅層，利用所述氧化硅層或氮化硅層可防止后續(xù)的離子注入工藝將雜質(zhì)離子注入到柵氧化層或柵電極內(nèi)，影響所述柵極結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能。由于所述柵極結(jié)構(gòu)的形成方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)，在此不再贅述。
請參考圖3，在所述柵極結(jié)構(gòu)200兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100內(nèi)進行預(yù)非晶化注入。
為了形成超淺結(jié)，抑制輕摻雜源/漏區(qū)的雜質(zhì)離子的擴散，同時提高輕摻雜源/漏區(qū)注入離子的激活率，可以在后續(xù)注入輕離子之前，以所述柵極結(jié)構(gòu)200和圖形化的光刻膠層(未圖示)為掩膜，在所述柵極結(jié)構(gòu)200兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100內(nèi)進行預(yù)非晶化注入， 在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100內(nèi)形成非晶化區(qū)域110。
由于非晶化的半導(dǎo)體襯底中的晶格結(jié)構(gòu)是不規(guī)則的，后續(xù)注入的P型或N型雜質(zhì)離子不能通過周期性晶格排列的空隙擴散到較深的深度，抑制了輕摻雜源/漏區(qū)的雜質(zhì)離子的擴散；且所述預(yù)非晶化注入會在半導(dǎo)體襯底的晶格結(jié)構(gòu)中形成空缺，使得后續(xù)注入的 P型或N型雜質(zhì)離子能更輕易地占據(jù)空缺，從而提高輕摻雜源/漏區(qū)P型或N型雜質(zhì)離子的激活率。并且在后續(xù)的退火處理中，非晶化的半導(dǎo)體襯底再結(jié)晶，可以降低源/漏區(qū)的阻抗，提高場效應(yīng)晶體管的工作電流。
當(dāng)待形成的場效應(yīng)晶體管為PMOS晶體管時，所述預(yù)非晶化注入的離子為鈦離子和銦離子的混合物或者銦離子；當(dāng)待形成的場效應(yīng)晶體管為NMOS晶體管時，所述預(yù)非晶化注入的離子為鈦離子和銻離子的混合物或者銻離子。由于所述鈦離子、銦離子、銻離子的原子半徑較大，容易在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成非晶化的區(qū)域，且當(dāng)鈦離子經(jīng)過退火處理形成硅化鈦后，鈦硅化形成的空缺能消除離子注入過程中射程終端產(chǎn)生的缺陷。提高了產(chǎn)品的良率。
所述預(yù)非晶化注入的離子的劑量范圍為5E14atom/cm2 2E15atom/cm2,注入的能量范圍為5KeV 50KeV，注入的傾斜角度范圍為2° 23°。通過較大角度的預(yù)非晶化注入，使得非晶化的半導(dǎo)體襯底區(qū)域能伸入到柵極結(jié)構(gòu)的下方，擴大了非晶化的區(qū)域，使得所述非晶化區(qū)域能夠包裹住后續(xù)形成的輕摻雜源/漏區(qū)。
在本發(fā)明實施例中，所述傾斜角度為離子注入方向與半導(dǎo)體襯底平面法線方向之間的銳角角度。
請參考圖4，在所述柵極結(jié)構(gòu)200兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100內(nèi)注入輕離子，所述輕離子包括氮離子、碳離子、氟離子其中至少兩種。
所述輕離子具體為氮離子和碳離子的組合，氮離子和氟離子的組合，碳離子和氟離子的組合，氮離子、碳離子和氟離子的組合。所述輕離子的具體注入工藝為以所述柵極結(jié)構(gòu)200和圖形化的光刻膠層(未圖示)為掩膜，在所述柵極結(jié)構(gòu)200兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底 100內(nèi)注入輕離子，所述輕離子注入的劑量范圍為5E14atom/cm2 lE15atom/cm2,注入的能量范圍為4KeV 20KeV，注入的傾斜角度范圍為0° 15°，所述輕離子的注入深度大于后續(xù)形成的輕摻雜源/漏區(qū)的深度。通過較大角度的輕離子注入，使得輕離子注入?yún)^(qū)域 120能伸入到柵極結(jié)構(gòu)的下方，擴大了輕離子注入的區(qū)域，使得所述輕離子注入?yún)^(qū)域120能夠包裹住后續(xù)形成的輕摻雜源/漏區(qū)。在本實施例中，所述輕離子注入?yún)^(qū)域120的深度比非晶化區(qū)域110的深度大，在其他實施例中，所述輕離子注入?yún)^(qū)域120的深度比非晶化區(qū)域 110的深度相等。
注入到所述半導(dǎo)體襯底的氮離子、碳離子、氟離子會形成雜質(zhì)陷阱，使得所述與雜質(zhì)陷阱有作用的離子被固定在原有的位置，即使高溫退火也不易擴散，抑制了注入離子的增強擴散效應(yīng)，形成了較為陡峭的結(jié)，且所述氮離子、氟離子還能修復(fù)硅氧界面之間的缺陷。
發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)所述輕離子為碳離子時，雖然能使源/漏區(qū)的結(jié)深達到要求，但所述碳離子的注入劑量過大時所述源/漏區(qū)的漏電流較大，因此，本發(fā)明實施例中所述碳離子注入的劑量比現(xiàn)有技術(shù)中碳離子注入的劑量要小，所述源/漏區(qū)的漏電流也比較小，且所述碳離子注入的深度和角度比非晶化區(qū)域相等或略大，使得碳離子的注入?yún)^(qū)域包裹住非晶化區(qū)域，抑制雜質(zhì)離子的擴散；當(dāng)所述輕離子為氮離子時，雖然會抑制輕離子如硼離子、磷離子的擴散，但會加速重離子如銦離子、銻離子的擴散，且由于所述輕離子注入到半導(dǎo)體襯底有一個角度，傾斜的氮離子注入會造成柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁變厚，使得所述輕離子不能注入到柵極結(jié)構(gòu)的下方的溝道區(qū)，不能有效控制輕摻雜源/漏區(qū)中的雜質(zhì)向溝道區(qū)擴散，因此，所述氮離子注入的角度較小，且深度比碳離子、氟離子的注入深度較深，且與非晶化區(qū)域底部有一定的距離，使得所述氮離子的注入?yún)^(qū)域能抑制雜質(zhì)離子的縱向擴散，且不會加速預(yù)非晶化時注入的重離子如銦離子、銻離子的擴散；當(dāng)所述輕離子為氟離子時，氟離子可以較好修復(fù)界面態(tài)缺陷以及抑制雜質(zhì)離子的橫向擴散，但其難以改善器件縱向電場引起的直接隧穿漏電流，同時試驗發(fā)現(xiàn)其對縱向雜質(zhì)離子的擴散抑制作用有限，同時會導(dǎo)致硅表面雜質(zhì)在退火過程中損失，因此，本發(fā)明實施例中所述氟離子注入的傾斜角度大于氮離子、碳離子，使得氟離子的注入?yún)^(qū)域能伸入到柵極結(jié)構(gòu)下方的溝道區(qū)中，既能修復(fù)溝道區(qū)和柵氧化層之間的硅氧界面的缺陷，還能抑制雜質(zhì)離子的橫向擴散。
通過優(yōu)化注入工藝，將所述氮離子、碳離子或氟離子同時或分開步驟注入，可以發(fā)揮各自離子對雜質(zhì)和界面的優(yōu)化，從而可以進一步有效提高器件綜合特性；另一方面這些注入到襯底不同位置的氮、碳和氟離子在高溫退火過程中部分形成一定比例的硅化物，這些硅化物可以改變內(nèi)部應(yīng)力分布，這也為了進一步提高器件工作電流和降低缺陷提供了優(yōu)化的途徑。
請參考圖5，在另一實施例中，所述輕離子為氮離子、碳離子、氟離子三者的組合， 所述氮離子、碳離子、氟離子在不同工藝步驟中注入到所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)， 在其他實施例中，所述氮離子、碳離子、氟離子可以同時注入到所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)。其中，與氮離子、碳離子相比，氟離子注入的傾斜角度較大，使得氟離子的注入?yún)^(qū)域121能伸入到柵極結(jié)構(gòu)200下方的溝道區(qū)中，既能修復(fù)溝道區(qū)和柵氧化層之間的硅氧界面的缺陷，還能抑制雜質(zhì)離子的橫向擴散；碳離子注入的深度和角度比非晶化區(qū)域相等或略大，使得碳離子的注入?yún)^(qū)域122包裹住非晶化區(qū)域110，抑制雜質(zhì)離子的擴散，且由于所述碳離子注入的劑量比現(xiàn)有技術(shù)中碳離子注入的劑量要小，所述源/漏區(qū)的漏電流也比較小；所述氮離子注入的深度比碳離子、氟離子的注入深度較深，且與非晶化區(qū)域110底部有一定的距離，使得所述氮離子的注入?yún)^(qū)域123能抑制雜質(zhì)離子的縱向擴散，且不會加速預(yù)非晶化時注入的重離子如銦離子、銻離子的擴散。
在其他實施例中，所述輕離子為氮離子和碳離子的組合，氮離子和氟離子的組合， 碳離子和氟離子的組合，通過調(diào)節(jié)所述注入離子的角度和能量，同樣發(fā)揮各自離子對雜質(zhì)和界面的優(yōu)化，可以有效提高器件綜合性能。
請參考圖6，在所述柵極結(jié)構(gòu)200兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100內(nèi)形成輕摻雜源/漏區(qū) 130，所述輕摻雜源/漏區(qū)130的深度小于所述輕離子注入?yún)^(qū)域120的深度且小于非晶化區(qū)域110的深度。
當(dāng)所述場效應(yīng)晶體管為NMOS晶體管，注入到所述半導(dǎo)體襯底100形成所述輕摻雜源/漏區(qū)130的雜質(zhì)為N型雜質(zhì)(磷或砷)，當(dāng)所述場效應(yīng)晶體管為PMOS晶體管，注入到所述半導(dǎo)體襯底100形成輕摻雜源/漏區(qū)130的雜質(zhì)為P型雜質(zhì)(硼)。所述輕摻雜源 /漏區(qū)130的形成工藝為以所述柵極結(jié)構(gòu)200和圖形化的光刻膠層(未圖示)為掩膜， 在所述柵極結(jié)構(gòu)200兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100內(nèi)注入雜質(zhì)離子，所述注入的雜質(zhì)劑量范圍為 2E14atom/cm2 2E15atom/cm2，注入的能量范圍為O. 5KeV 4KeV，注入的傾斜角度范圍為 0° 15°。所述輕摻雜源/漏區(qū)130的深度小于所述輕離子注入?yún)^(qū)域120的深度且小于非晶化區(qū)域100的深度，使得所述輕摻雜源/漏區(qū)130中的P型/N型雜質(zhì)被束縛在非晶化區(qū)域100和輕離子注入?yún)^(qū)域120內(nèi)。
在其他實施例中，在所述輕摻雜源/漏區(qū)靠近柵極結(jié)構(gòu)的外側(cè)區(qū)域通過傾斜的離子注入形成口袋(Pocket)區(qū)(未示出)。當(dāng)所述形成的場效應(yīng)晶體管為NMOS晶體管時，注入的離子為P型雜質(zhì)，注入的劑量為所述輕摻雜源/漏區(qū)注入雜質(zhì)的劑量的十分之一甚至更少；當(dāng)所述形成的場效應(yīng)晶體管為PMOS晶體管時，注入的離子為N型雜質(zhì)，注入的劑量為所述輕摻雜源/漏區(qū)注入雜質(zhì)的劑量的十分之一甚至更少。通過在輕摻雜源/漏區(qū)靠近柵極結(jié)構(gòu)的外側(cè)區(qū)域形成口袋區(qū)，由于所述口袋區(qū)的摻雜離子與源/漏區(qū)摻雜的摻雜離子電性相反，使得所述輕摻雜源/漏區(qū)在靠近柵極區(qū)域的耗盡區(qū)變窄，緩解了短溝道效應(yīng)。
在其他實施例中，形成口袋區(qū)的工藝可以在形成輕摻雜源/漏區(qū)之前形成。
請參考圖7，在所述柵極結(jié)構(gòu)200側(cè)壁表面形成側(cè)墻230。所述側(cè)墻230為氧化硅層、氮化硅層或者兩者的疊層結(jié)構(gòu)。在本實施例中，所述側(cè)墻230為氧化硅層、氮化硅層的疊層結(jié)構(gòu)，具體形成工藝為在所述半導(dǎo)體襯底100和柵極結(jié)構(gòu)200表面形成第一氧化硅層 (未圖示)、第一氮化硅層(未圖示)、第二氧化硅層(未圖示)，然后采用不掩膜的干法刻蝕在所述柵極結(jié)構(gòu)200側(cè)壁表面形成側(cè)墻230。
請參考圖8，在所述側(cè)墻230兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100內(nèi)形成重摻雜源/漏區(qū)140。
以所述側(cè)墻230和圖形化的光刻膠層(未圖示)為掩膜，對所述側(cè)墻230兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100進行離子注入形成重摻雜源/漏區(qū)。當(dāng)待形成的晶體管為NMOS晶體管時， 所述注入的離子為N型雜質(zhì)；當(dāng)待形成的晶體管為PMOS晶體管時，所述注入的離子為P型雜質(zhì)。所述注入離子劑量范圍為2E14atom/cm2 2E15atom/cm2,可以一次性注入或分多次注入。由于本發(fā)明實施例的形成重摻雜源/漏區(qū)的工藝為現(xiàn)有技術(shù)，重摻雜源/漏區(qū)的形成方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)，在此不再贅述。
請參考圖9，對所述半導(dǎo)體襯底100進行退火處理。
所述退火處理包括加熱爐退火、快速熱退火、尖峰退火其中一種。所述退火處理在所述形成輕摻雜源/漏區(qū)之后進行，或者在所述形成重摻雜源/漏區(qū)之后進行，或者在其中幾個步驟之后分別進行。通過所述退火處理，使得摻雜離子激活，并且由于非晶化區(qū)域經(jīng)過高溫退火處理后使得其中的摻雜離子激活率提高，從而使得源/漏區(qū)電阻的降低和工作電流的增大，提高了源/漏區(qū)的電學(xué)性能。
由于所述非晶化區(qū)域和輕離子摻雜對離子擴散的抑制作用，使得所述形成輕摻雜源/漏區(qū)的N型和P型離子不會擴散的太遠，形成較淺且較陡峭的輕摻雜源/漏區(qū)，不容易形成短溝道效應(yīng)，且由于較少的N型和P型離子擴散，使得輕摻雜源/漏區(qū)具有較高的離子濃度，阻抗變小，所述場效應(yīng)晶體管的飽和電流變大。
在退火過程中，所述注入的輕離子會產(chǎn)生少許擴散，由于不同的輕離子擴散系數(shù)不同，使得退火后不同的輕離子注入?yún)^(qū)域的深度會發(fā)生變化(未圖示)。在一個實施例中， 所述氮離子注入?yún)^(qū)域的深度比碳離子、氟離子注入?yún)^(qū)域的深度大，在另一個實施例中，所述氮離子注入?yún)^(qū)域的深度比碳離子、氟離子注入?yún)^(qū)域的深度小或相等。
請參考圖10，為本發(fā)明一實施例形成的PMOS晶體管和利用現(xiàn)有技術(shù)形成的PMOS 晶體管的測試結(jié)果對比圖。所述利用現(xiàn)有技術(shù)形成的POMS晶體管為輕摻雜源/漏區(qū)摻雜有碳離子的PMOS晶體管?？v坐標為漏區(qū)漏電流，橫坐標為源漏區(qū)飽和電流。虛線表示的為現(xiàn)有技術(shù)形成的PMOS晶體管，實線表示的為本發(fā)明實施例形成的PMOS晶體管。通過圖10 可以非常直觀的看出，當(dāng)漏區(qū)漏電流為1Ε+04ρΑ/μπι時，本發(fā)明實施例形成的PMOS晶體管的源漏區(qū)飽和電流比現(xiàn)有技術(shù)形成的PMOS晶體管的源漏區(qū)飽和電流要大7%左右，從而提高了器件的電學(xué)性能。
至此，本發(fā)明實施例提供一種場效應(yīng)晶體管，所述場效應(yīng)晶體管的剖面結(jié)構(gòu)示意10圖請參考圖9，具體包括半導(dǎo)體襯底100 ;位于所述半導(dǎo)體襯底100表面的柵極結(jié)構(gòu)200， 所述柵極結(jié)構(gòu)200的側(cè)壁表面形成有側(cè)墻230 ;位于所述柵極結(jié)構(gòu)200兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底 100內(nèi)的非晶化區(qū)域110 ;位于所述柵極結(jié)構(gòu)200兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100內(nèi)的輕離子注入?yún)^(qū)域120，所述輕離子包括氮離子、碳離子、氟離子其中至少兩種；位于所述柵極結(jié)構(gòu)200兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100內(nèi)的輕摻雜源/漏區(qū)130，所述輕摻雜源/漏區(qū)130的深度小于所述輕離子注入?yún)^(qū)域120的深度且小于所述非晶化區(qū)域110的深度；位于所述側(cè)墻230兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100內(nèi)的重摻雜源漏區(qū)140。
在本實施例中，所述輕離子注入?yún)^(qū)域120的深度比非晶化區(qū)域110的深度大，在其他實施例中，所述輕離子注入?yún)^(qū)域120的深度比非晶化區(qū)域110的深度相等。
在本實施例中，所述輕離子為氮離子、碳離子、氟離子三者的混合物，所述氟離子的注入?yún)^(qū)域伸入到柵極結(jié)構(gòu)下方的溝道區(qū)中，所述氟離子既能修復(fù)溝道區(qū)和柵氧化層之間的硅氧界面的缺陷，還能抑制雜質(zhì)離子的橫向擴散；所述碳離子的注入?yún)^(qū)域包裹住非晶化區(qū)域，抑制雜質(zhì)離子的擴散，且由于所述碳離子注入的劑量比現(xiàn)有技術(shù)中碳離子注入的劑量要小，所述源/漏區(qū)的漏電流也比較??；所述氮離子注入?yún)^(qū)域的深度比碳離子、氟離子注入?yún)^(qū)域的深度都大，且與非晶化區(qū)域底部有一定的距離，使得所述氮離子的注入?yún)^(qū)域能抑制雜質(zhì)離子的縱向擴散，且不會加速預(yù)非晶化時注入的重離子如銦離子、銻離子的擴散。
當(dāng)待形成的場效應(yīng)晶體管為PMOS晶體管時，所述非晶化區(qū)域的雜質(zhì)離子為鈦離子和銦離子的混合物或者銦離子；當(dāng)待形成的場效應(yīng)晶體管為NMOS晶體管時，所述非晶化區(qū)域的雜質(zhì)離子為鈦離子和銻離子的混合物或者銻離子。
在其他實施例中，在所述輕摻雜源/漏區(qū)靠近柵極結(jié)構(gòu)的外側(cè)區(qū)域形成口袋區(qū) (未示出)。所述口袋區(qū)的雜質(zhì)濃度為輕摻雜源/漏區(qū)的雜質(zhì)濃度的十分之一甚至更少，且所述口袋區(qū)的摻雜離子的電性與輕摻雜源/漏區(qū)的摻雜離子的電性相反，使得所述輕摻雜源/漏區(qū)在靠近柵極區(qū)域的耗盡區(qū)變窄，緩解了短溝道效應(yīng)。
本發(fā)明實施例通過對待形成源/漏區(qū)的半導(dǎo)體襯底進行輕離子注入，所述輕離子包括氮離子、碳離子、氟離子其中至少兩種，由于注入到所述半導(dǎo)體襯底的氮離子、碳離子、 氟離子會充當(dāng)雜質(zhì)陷阱，使得所述與雜質(zhì)陷阱有作用的離子被固定在原有的位置，即使高溫退火也不易擴散，抑制了注入的N型或P型雜質(zhì)離子的增強擴散效應(yīng)，形成了較為陡峭的且較淺的結(jié)，提高場效應(yīng)晶體管的電學(xué)性能。
進一步的，本發(fā)明實施例還對待形成源/漏區(qū)的半導(dǎo)體襯底進行預(yù)非晶化注入， 待形成輕摻雜源/漏區(qū)的半導(dǎo)體襯底變成非晶化，由于非晶化的半導(dǎo)體襯底中的晶格結(jié)構(gòu)是不規(guī)則的，后續(xù)注入的P型或N型雜質(zhì)離子不能通過周期性晶格排列的空隙擴散到較深的深度，抑制了輕摻雜源/漏區(qū)的雜質(zhì)離子的擴散；且所述預(yù)非晶化注入會在半導(dǎo)體襯底的晶格結(jié)構(gòu)中形成空缺，使得后續(xù)注入的P型或N型雜質(zhì)離子能更輕易的占據(jù)空缺，從而提高輕摻雜源/漏區(qū)P型或N型雜質(zhì)離子的激活率。在后續(xù)的退火處理中，非晶化的半導(dǎo)體襯底再結(jié)晶，可以降低源/漏區(qū)的阻抗，提高場效應(yīng)晶體管的工作電流。利用鈦離子作為預(yù)非晶化注入的注入離子，由于鈦離子經(jīng)過退火處理形成硅化鈦后，鈦硅化形成的空缺能消除離子注入過程中射程終端產(chǎn)生的缺陷，提高了產(chǎn)品的良率。
本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種場效應(yīng)晶體管形成方法，其特征在于，包括提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底表面形成柵極結(jié)構(gòu)；在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底區(qū)域注入輕離子，所述輕離子包括氮離子、碳離子、 氟離子其中至少兩種；在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底區(qū)域形成輕摻雜源/漏區(qū)，所述輕摻雜源/漏區(qū)的深度小于所述輕離子注入的深度；在所述柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁表面形成側(cè)墻；在所述側(cè)墻兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成重摻雜源/漏區(qū)；對所述半導(dǎo)體襯底進行退火處理。
2.如權(quán)利要求I所述的場效應(yīng)晶體管形成方法，其特征在于，當(dāng)碳離子或氮離子或兩者的混合物與氟離子一同注入到所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底區(qū)域，所述氟離子比氮離子、碳離子注入的傾斜角度大，使得氟離子的注入?yún)^(qū)域能伸入到柵極結(jié)構(gòu)下方的溝道區(qū)。
3.如權(quán)利要求I所述的場效應(yīng)晶體管形成方法，其特征在于，當(dāng)碳離子或氟離子或兩者的混合物與氮離子一同注入到所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底區(qū)域，所述氮離子的注入深度比氟離子、碳離子的注入深度大。
4.如權(quán)利要求I所述的場效應(yīng)晶體管形成方法，其特征在于，所述注入輕離子的工藝參數(shù)為注入的劑量范圍為5E14atom/cm2 lE15atom/cm2，注入的能量范圍為4KeV 20KeV，注入的傾斜角度范圍為0° 15°。
5.如權(quán)利要求I所述的場效應(yīng)晶體管形成方法，其特征在于，不同的輕離子采用同一工藝同時注入或采用不同工藝步驟分開注入。
6.如權(quán)利要求I所述的場效應(yīng)晶體管形成方法，其特征在于，還包括，在所述注入輕離子之前，在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底區(qū)域進行預(yù)非晶化注入，所述預(yù)非晶化注入的深度大于所述輕摻雜源/漏區(qū)的深度。
7.如權(quán)利要求6所述的場效應(yīng)晶體管形成方法，其特征在于，當(dāng)待形成的場效應(yīng)晶體管為PMOS晶體管時，所述預(yù)非晶化注入的離子為鈦離子、銦離子的混合物或者銦離子；當(dāng)待形成的場效應(yīng)晶體管為NMOS晶體管時，所述預(yù)非晶化注入的離子為鈦離子、銻離子的混合物或者鋪離子。
8.如權(quán)利要求6所述的場效應(yīng)晶體管形成方法，其特征在于，所述預(yù)非晶化注入的工藝參數(shù)為注入的劑量范圍為5E14atom/cm2 2E15atom/cm2，注入的能量范圍為5KeV 50KeV，注入的傾斜角度范圍為2° 23°。
9.如權(quán)利要求I所述的場效應(yīng)晶體管形成方法，其特征在于，所述形成輕摻雜源/漏區(qū)的具體工藝為向所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底區(qū)域內(nèi)注入N型雜質(zhì)離子或者P 型雜質(zhì)離子，注入的劑量范圍為2E14atom/cm2 2E15atom/cm2，注入的能量范圍為O. 5KeV 4KeV，注入的傾斜角度范圍為0° 15°。
10.如權(quán)利要求I所述的場效應(yīng)晶體管形成方法，其特征在于，所述退火處理在所述形成輕摻雜源/漏區(qū)之后進行，或者在所述形成重摻雜源/漏區(qū)之后進行，或者在上述兩個步驟之后分別進行。
11.如權(quán)利要求10所述的場效應(yīng)晶體管形成方法，其特征在于，所述退火處理包括加熱爐退火、快速熱退火、尖峰退火其中一種。
12.—種場效應(yīng)晶體管，其特征在于，包括半導(dǎo)體襯底；位于所述半導(dǎo)體襯底表面的柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁表面形成有側(cè)墻；位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)的輕離子注入?yún)^(qū)域，所述輕離子包括氮離子、 碳離子、氟離子其中至少兩種；位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)的輕摻雜源/漏區(qū)，所述輕摻雜區(qū)的深度小于所述輕離子注入?yún)^(qū)域的深度；位于所述側(cè)墻兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)的重摻雜源漏區(qū)。
13.如權(quán)利要求12所述的場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述輕離子至少包括氟離子，所述氟離子的注入?yún)^(qū)域伸入到柵極結(jié)構(gòu)下方的溝道區(qū)。
14.如權(quán)利要求12所述的場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述輕離子至少包括氮離子，所述氮離子的注入深度比氟離子、碳離子的注入深度大。
15.如權(quán)利要求12所述的場效應(yīng)晶體管，其特征在于，還包括，位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)的非晶化區(qū)域，所述非晶化區(qū)域的深度大于所述輕摻雜源/漏區(qū)的深度。
16.如權(quán)利要求15所述的場效應(yīng)晶體管，其特征在于，當(dāng)待形成的場效應(yīng)晶體管為 PMOS晶體管時，所述非晶化區(qū)域的雜質(zhì)離子為鈦離子和銦離子的混合物或者銦離子；當(dāng)待形成的場效應(yīng)晶體管為NMOS晶體管時，所述非晶化區(qū)域的雜質(zhì)離子為鈦離子和銻離子的混合物或者鋪離子。
全文摘要
一種場效應(yīng)晶體管及形成方法，其中所述場效應(yīng)晶體管包括半導(dǎo)體襯底；位于所述半導(dǎo)體襯底表面的柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁表面形成有側(cè)墻；位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)的輕離子注入?yún)^(qū)域，所述輕離子包括氮離子、碳離子、氟離子其中至少兩種；位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)的輕摻雜源/漏區(qū)，所述輕摻雜區(qū)的深度小于所述輕離子注入?yún)^(qū)域的深度；位于所述側(cè)墻兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)的重摻雜源漏區(qū)。由于所述輕離子能抑制輕摻雜源/漏區(qū)中雜質(zhì)離子的擴散，使得所述形成的輕摻雜源/漏區(qū)結(jié)深較淺且較陡峭，緩解了短溝道效應(yīng)，提高了場效應(yīng)晶體管的電學(xué)性能。
文檔編號H01L29/78GK102938375SQ201110233388
公開日2013年2月20日 申請日期2011年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月15日
發(fā)明者趙猛 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司