[发明专利]亚四分之一微米级硅－绝缘体的MOS场效应晶体管

说明书

本发明涉及一种半导体器件，特别是涉及一种硅-绝缘体的半导体器件。

硅-绝缘体半导体器件由于其具有容易与其它器件隔绝，不搭碰和源/漏极的结电容小等特点受到很大的关注。可是如果要在一个厚度不大约50纳米的超薄硅-绝缘体薄膜上面制备MOS场效应晶体管，所得到的源极与漏极的电阻会非常高，因此就一定要设法降低MOS场效应晶体管的源极和漏极的电阻。为此，可以在MOS场效应晶体管的源极和漏极的区域上形成一层难熔金属的硅化物层(如硅化钛)。

图1是一个传统的在硅-绝缘体薄膜表面上形成有硅化钛层的MOS场效应晶体管的垂直剖面的局部横截面图。图中在硅基片1的上面有一层作为绝缘体的覆盖氧化物膜2。在这层覆盖氧化物膜2的上面有一层硅-绝缘体薄膜。这个硅-绝缘体薄膜由一个p-型层3和n⁺型层7组成，后者位于p-型层3的对边位置。在p-型层3的上面是通道区域，而在n⁺型层7的上面是源极和漏极区域。一层栅极氧化物膜4形成于硅-绝缘体薄膜的p-型层3的上面。多晶硅的栅极电极5在栅极氧化物膜4的上面。硅化钛层8在n⁺型源/漏极区域7和多晶硅的栅极电极5的上面。侧壁氧化物膜6位于多晶硅栅极电极5以及其上的硅化钛层8的相对侧面。而硅化钛层8并没有伸延到侧壁氧化物膜6的下面。

上述在硅-绝缘体薄膜上的MOS场效应晶体管可以用下述方法制成：使用台面隔绝技术在覆盖氧化物膜2的上面制备具有预先确定的厚度的硅-绝缘体薄膜。通过选择离子注入p型与n型杂质使硅-绝缘体薄膜分为p-型层3和n⁺型层7。在p-型层3的上面制备栅极氧化物膜4。在硅-绝缘体薄膜上面形成一层掺杂多晶硅层，使在栅极氧化物膜4上形成掺杂多晶硅栅极电极5。然后在多晶硅栅极电极5和n⁺型层7的上面用化学气相沉积上一层氧化硅薄膜。接下来用异向性刻蚀使之仅在多晶硅栅极电极5侧壁位置留下氧化硅薄膜成为侧壁氧化物膜6。通过溅射钛靶，在多晶硅栅极电极5，侧壁氧化物膜6和n⁺型层7的整个硅-绝缘体薄膜的上面形成一定厚度的钛膜。然后在惰性气氛(如氮气)下于700℃高温下热处理使钛层发生反应，这样在多晶硅栅极电极5和n⁺型层7上面的钛与多晶硅反应生成C49结构的硅化钛层8，而在侧壁氧化物膜6和覆盖氧化物膜2的上面生成氮化钛层。该氮化钛层通过湿式刻蚀使之除去。接下来在惰性气氛(如氮气)下于800℃高温下作第二次热处理，使多晶硅栅极电极5和n⁺型层7上面的硅化钛层8发生晶型转变，从C49结构转变为C54晶型结构。由此在多晶硅栅电极5和硅-绝缘体内的n⁺层7内形成C54结构硅化钛层8。

在1995年IEEE国际SOI会议的论文集pp30-31,1995年10月中发表了一种在硅-绝缘体薄膜上制备的MOS场效应晶体管。图2是第-种传统类型的在硅-绝缘体薄膜上具有硅化钛层的MOS场效应晶体管的局部竖剖横截面图，其中硅化钛层的厚度是20纳米而硅-绝缘体薄膜的厚度是50纳米。硅化钛层8的厚度比其下面的n⁺型层7的厚度要厚。在这里，在硅基片1的上面有一层作为绝缘体的覆盖氧化物膜2。在这层覆盖氧化物膜2的上面有一层硅-绝缘体薄膜。这个硅-绝缘体薄膜由一个p-型层3和n⁺型层7组成，后者位于p-型层3的对侧位置。在p-型层3的上面是通道区域，而在n⁺型层7的上面是源极和漏极区域。一层栅极氧化物膜4形成于硅-绝缘体薄膜的p-型层3的上面。多晶硅的栅极电极5在栅极氧化物膜4的上面。硅化钛层8在n⁺型源/漏极区域7和多晶硅的栅极电极5的上面。侧壁氧化物膜6位于多晶硅栅极电极5以及其上的硅化钛层8的侧面。而硅化钛层8并没有伸延到侧壁氧化物膜6的下面。硅化钛层8的厚度是20纳米而硅-绝缘体薄膜的厚度是50纳米。在硅化钛层8下面的n⁺型硅层7的厚度是30纳米。这样硅化钛层8的厚度比其下面的n⁺型硅层7的厚度要厚。