超陡后退阱场效应晶体管器件的制造方法开始于在衬底上形成ＳＯＩ层，例如埋置氧化物。使得ＳＯＩ层变薄以形成超薄ＳＯＩ层。形成用于将ＳＯＩ层分为Ｎ和Ｐ接地面区域的隔离沟槽。分别为从ＳＯＩ层中形成的Ｎ和Ｐ接地面区域掺杂Ｎ型和Ｐ型掺杂剂。在Ｎ和Ｐ接地面区域上面形成半导体沟道区。在沟道区上面形成栅电极叠层和ＦＥＴ源极和漏极区域。在ＳＯＩ接地面区域和沟道区中任选地形成扩散阻滞屏障层。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超薄型本体场效应晶体管(FET)器件的制造方法以及通过所述方法制造的超薄型本体FET器件。
技术介绍
在诸如互补金属氧化物半导体(MOS)FET或金属-绝缘体-半导体(MIS)FET的半导体器件场效应晶体管(FET)中，持续的趋势是器件最小特征尺寸的稳定减小。芯片上可靠的最小晶体管栅极电路长度有助于微电子工业制造出这样的产品，所述产品在可计算的容量和集成密度方面具有显著的增加。图1示出了形成在P型掺杂硅衬底11上的传统现有技术MOSFET器件10。栅极电介质层12(例如栅氧化物)和栅电极14(例如，掺有杂质的多晶硅)被形成为堆叠在衬底的顶表面上的栅电极，所述衬底具有形成在栅电极14侧的n+掺杂源极区域15和n+掺杂漏极区域16，在它们之间在栅电极14下面具有沟道区13。电压V通过连接于漏极接触19的布线18被连接于漏极区域16。原则上，诸如互补MOSFET器件或互补MISFET器件可被制造得越来越小。然而，在没有改变FET器件的其他参数的情况下，如果只是将栅电极的长度“L”缩减，即，按比例减小的话，那么与栅电极可施加的影响相比较，漏极场在沟道区上具有越来越大的影响。最终，由于按比例减小，栅电极可失去沟道区的控制，并且如在John Wiley和Sons的S.M.Sze“Semiconductor Devices Physics and Technology”页213(1985)中所述的，由于沟道宽度太窄或太短，因此穿通现象会出现在FET器件中。这就是所谓的短沟道效应(SCE)。如果栅电极不能有效地切断FET的话，SCE状态所妨碍的器件不再能起到电子开关的作用。另一方面，再次参照图1，为了通过因数α(所述α为大于“1”的数值)减小MOSFET器件的比例，必须将垂直尺度(图1中所示的栅氧化层厚度tox、结深度、以及耗尽层宽度xd)的比例减小以便与横向尺寸(诸如栅电极14的长度“L”、漏极接触18的宽度“W”以及沟道13的宽度“C”)相称。当通过缩放比例因数α使得较大器件10按比例减小到较小器件时，该方针确保适当的器件特征。通过增加存在于衬底11中的掺杂剂的浓度而减小源极区域15和漏极区域16下面的区域17中的耗尽层宽度xd。然而，由于增加的阈值电压Vt、结电容、以及结泄漏，将掺杂剂的浓度增加到过高水平将会降低器件10的性能。由于更高水平衬底掺杂，灵活性也减小了。超陡后退阱(SSRW)具有低高低(低高)沟道渗杂分布，所述沟道渗杂分布可在没有降低灵活性的情况下提高短沟道效应(SCE)的控制。然而，接地面中的掺杂水平通常较高，这可导致增加的结泄漏以及增加的结电容。图2示出了形成在P型掺杂硅衬底21的MOSFET器件20的现有技术SSRW类型的一个示例。栅极电介质层22(例如，栅氧化物)和栅电极24(例如，掺有杂质的多晶硅)被形成为堆叠在衬底的顶表面上的栅电极，所述衬底具有形成在栅电极24侧的n+掺杂源极区域25和n+掺杂漏极区域26，在它们之间在栅电极24下面具有沟道区23。所述器件包括到达栅电极24下面的分别邻近于源极区域25的n-轻掺杂质源极(LDS)区域27和邻近于漏极区域26的n-轻掺杂质漏极(LDD)区域29。源晕圈区域27L在LDS区域25与沟道23左边缘之间延伸。漏晕圈区域29H在LDD区域29与沟道23右边缘之间延伸。超陡后退阱(SSRW)24被形成在具有倒退掺杂剂分布的衬底21中，所述衬底21包含形成在栅极电介质层22正下方的沟道23中的较低掺杂剂浓度。在SSRW器件中掺杂剂浓度作为从栅极电介质层22的距离的函数急剧增加，然后更深地稳定到沟道区23中。(见Thompson等人的“MOSScalingTransistor Challenges for the 21st century”Intel Technologyjournal Q3’98pp 1-19)，所述文献在第9页描述了“The retrogradeprofile is typically created by using a slow diffusing dopant speciessuch as arsenic or antimony for PMOS devices and indium for NMOSdevices”。超薄SOI MOSFET(具有小于50nm的SOI厚度)是用于减小垂直尺度(诸如结深度和耗尽层宽度)的另一种有吸引力的选项。这种选项可有效地减小短沟道效应并且最大限度地消除泄漏电流。Yu等人的描述了完全耗尽型绝缘体上硅(SOI)MOSFET的题为“Transistor with Local Insulator Structure”的美国专利No.6,084,271阐述了“依照传统互补型金属氧化物半导体(CMOS)制造技术，通过超陡后退阱(SSRW)离子注入工艺实现耗尽层厚度中的减少”。然而，该技术受到后来的热处理(例如，退火)期间的掺杂剂原子的扩散的限制。离子注入工艺通常只能获得用于晶体管的80纳米或更大的本体厚度。因此，用于体效应半导体类型器件的传统制造技术不能形成具有小于80nm本体厚度的晶体管。因此，由于较大的本体厚度，体效应半导体类型器件可具有不利特性。这些不利特性包括小于理想亚阈值下电压衰减、短沟道效应(可改变为大阈值摆动)以及漏极感应屏障层。此外，体效应半导体类型器件可具有诸如高结电容、无效隔离以及低饱和电流等其他不利特性。当晶体管变得更小并且随着IC增加晶体管密度时这些特性增强了。Sohn的题为“Method for Fabricating Semiconductor Device withUltra-Shallow Super-Steep-Retrograde Epi-Channel by Boron-Fluoride Compound Doping”的美国专利No.6,730,568描述了用于通过超低能量离子注入以及通过激光热退火(LTA)工艺形成的外延沟道制造半导体器件的一种方法。具有(STI)结构的场氧化层被形成在半导体衬底上，并且P型掺杂剂被离子注入于衬底中以形成P型阱。顺序地，硼离子在超低能量(1keV)下被注入以形成δ掺杂沟道掺杂层。然后，在没有进行用于使得半导体衬底的表面非晶化的预非晶化的情况下执行激光热退火(LTA)工艺。激光热退火工艺抑制硼在沟道掺杂层中的再分配，以及将沟道掺杂层改变为化学稳定的沟道掺杂层。之后在高温下使得外延层选择性地生长在沟道掺杂层上以便于形成超陡倒退(SSR)外延-沟道结构。Yeh等人的题为“Method for Doped Regions on an SOI Device”美国专利No.6,323,073抽象地描述了SOI层具有介电层和形成在所述介电层上的硅层。浅沟槽隔离(STI)结构被形成在硅层上，所述硅层穿过直到所述介电层。执行热扩散处理以便于将掺杂剂驱动到形成N-阱或P-阱掺杂区域的硅层的第一区域中。接着，在热扩散处理中掺杂剂被驱动到硅层的第二区域中以便于形成P-阱或N-阱掺杂区域。接着，通过分子束外延(MBE)生长工艺、液相外延(LPE)生长工艺、或气相外延(LPE)生长工艺使得约200埃厚的外延层生长在硅层的表面上本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超陡后退阱（ＳＳＲＷ）ＦＥＴ（场效应晶体管）器件的制造方法，包括：在衬底上形成ＳＯＩ层；使得所述ＳＯＩ层变薄以形成超薄ＳＯＩ层；形成用于将所述ＳＯＩ层分为Ｎ和Ｐ接地面区域的隔离沟槽；分别对从所述ＳＯＩ层形成的Ｎ和Ｐ接地面区域掺杂Ｎ型和Ｐ型掺杂剂；在所述Ｎ和Ｐ接地面区域上面形成半导体沟道区；以及在所述沟道区和所述ＦＥＴ的源极和漏极区域上面形成栅电极叠层。
【技术特征摘要】
US 2004-7-30 10/710,7361.一种超陡后退阱(SSRW)FET(场效应晶体管)器件的制造方法，包括在衬底上形成SOI层；使得所述SOI层变薄以形成超薄SOI层；形成用于将所述SOI层分为N和P接地面区域的隔离沟槽；分别对从所述SOI层形成的N和P接地面区域掺杂N型和P型掺杂剂；在所述N和P接地面区域上面形成半导体沟道区；以及在所述沟道区和所述FET的源极和漏极区域上面形成栅电极叠层。2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，通过连续的氧化和剥离步骤使得SOI层变薄以形成变薄的SOI层。3.最好，其特征在于，在变薄的SOI层上形成氧化物垫层和氮化物垫层。4.最好，其特征在于，在所述器件中形成隔离沟槽，将变薄的SOI层分为第一和第二区域。5.如权利要求4中所述的方法，其特征在于，形成填充所述隔离沟槽的隔离电介质。6.如权利要求5中所述的方法，其特征在于，用N型和P型掺杂剂对第一和第二区域进行离子注入，分别形成SOI N阱和SOI P阱。7.如权利要求6中所述的方法，其特征在于，分别在每个SOI N阱和SOI P阱上方形成本征外延层。8.如权利要求7中所述的方法，其特征在于，在所述外延层中提供现场反掺杂。9.如权利要求8中所述的方法，其特征在于，在形成所述隔离电介质之前在所述隔离沟槽中形成衬垫。10.如权利要求8中所述的方法，其特征在于，在形成所述N阱和P阱之前施加牺牲层，并且在形成所述N阱和P阱之后剥离所述牺牲层。1...
【专利技术属性】
技术研发人员：迪亚尼C伯伊德，贾德森R霍尔特，杨美基，毛玉莲，任志斌，哈万G沙西迪，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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