[发明专利]nMOS晶体管的制造方法

说明书

本申请是申请日为2003年1月31日、申请号为03820727.3、发明名称 为“半导体器件及其制造方法”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种带有源极/漏极的扩展结构的半导体器件的及其制造方 法，特别是涉及一种nMOS晶体管的制造方法以及很适合于CMOS结构的半导 体器件。

背景技术

目前，作为MOS晶体管的结构，正在采用能够抑制短沟道效应并提高耐 热载流子性质的LDD结构。

另一方面，随着推进半导体器件的微细化·高集成化，在MOS晶体管中， 正不断缩短栅极长度。但是，由于缩短了栅极长度，源极/漏极的寄生电阻的 影响就逐步明显。因此，为了对策于此，提出了一种所谓的扩展结构的MOS 晶体管。该MOS晶体管具有如下结构，即通过形成浅扩展区后，在栅电极上 形成侧壁等，并与扩展区部分重叠来形成深的源/漏区，由此形成一对杂质扩 散层。

但是，最近，正加速推进MOS晶体管的进一步微细化·高集成化，在扩 展结构的MOS晶体管中出现了如下的两个问题。

(1)为了进一步对MOS晶体管微细化，扩展区的浓度分布图(profile) 变得重要。特别地，扩展区中的横向方向的浓度分布图，是在提高电流驱动能 力上起关键作用的事项。该情况下，阈值电压的滚降(roll off)特性和电流驱 动能力即扩展区的电阻处于所谓的综合调整(trade off)关系，需要精细调节。

为了提高阈值电压的滚降特性，针对给出的物理的栅极长度，优选确保尽 可能长的冶金学的实效栅极长度。由此，可以将沟道的杂质浓度设定得低些， 由于因载流子的杂质引起的分散减少而提高移动度，其结果，可改善MOS晶 体管的电流驱动能力。在此，如果冶金学的实效栅极长度相同，则横向方向分 布图越陡峭，物理的栅极长度就越小。

但是，另一方面，扩展区必须与栅电极充分重叠。由于强反型状态的反型 层中的载流子密度达到10¹⁹/cm³的状态，因此就会担心栅电极的边缘正下方的 扩展区即扩展区的前端部分，作为电阻工作而引起电流驱动能力的劣化。为了 抑制此，就必须将上述前端部分的杂质载流子浓度设定为至少5×10¹⁹/cm³或 5×10¹⁹/cm³以上。

为了形成这样的控制杂质浓度的扩展区，就要使扩展区中的横向方向的浓 度分布图陡峭。即，优选形成在上述前端部分中，确保5×10¹⁹/cm³或5× 10¹⁹/cm³以上的杂质浓度，从该前端部分向沟道方向急剧减少浓度这样的浓度 分布图。理想地，适合以所谓的盒子(box)形状形成扩展区。但是，横向方 向中分布图通常由于受扩散现象支配，因此非常难于将其陡峭性控制到所希望 的分布图。

(2)在现在的nMOS晶体管中，形成扩展区时的杂质使用砷(As)。虽 然砷(As)与磷(P)相比具有陡峭的浓度梯度，并在滚降特性、电流驱动能 力上优良而被采用，但产生如下问题，即由于是重元素而在离子注入时产生的 缺陷经过活化的退火工序后也不能完全消灭，而且源/漏结的漏电、特别是栅 电极周边的成分增大。

为了抑制漏电流，附加消除缺陷的退火是有效的，但通过退火导致杂质扩 散，对微细化起逆向推进效果，因此需要不同的方法。在低功耗器件中，由于 该漏电流而增加了功耗，因此就存在难于形成低功耗的问题。

此外，为了抑制漏电流，也可以使用P来代替As。但是，在P的情况下， 由于尾部(tail)扩散的增大，因此同样不能适用于微细晶体管。

作为解决上述问题的方法，公开了在pMOS晶体管中，使用2002年IEDM 第27.3的第647-650页中所示的氮注入的方法、和使用日本专利特开平 10-125916号公报中所示的碳注入技术的方法。若使用这些方法，则能够改善 滚降。众所周知的氮能够抑制硼(B)的扩散，并能够改善pMOS晶体管的滚 降特性。此外，还在pMOS晶体管中减少结的漏电。由于碳有消除缺陷(含 有晶格间Si)的作用，同样能改善pMOS晶体管的滚降特性。虽然没有详细 地叙述，但也消除了因结的漏电而引起的隧道效应，并有减少漏电流的可能性。 但是，即使如此，也没有达到非常满意的结果。