[發明專利]半導體元件及其制作方法

有效

• 申請號: 200810096256.1
• 申請日: 2008-05-06
• 公開（公告）號: CN101577229A
• 公開（公告）日: 2009-11-11
• 發明（設計）人: 劉珀瑋;蔡成宗;江文泰
• 申請（專利權）人: 聯華電子股份有限公司
• 主分類號: H01L21/335
• 分類號: H01L21/335;H01L21/336;H01L29/772;H01L29/78;H01L29/08
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 彭久云

技術領域

本發明是有關于一種集成電路結構及其制造方法，且特別是有關于一種 半導體元件及其制造方法。

背景技術

在集成電路元件中，常通過縮小元件尺寸來達到高速操作和低耗電量的 目的。然而，在元件集成度不斷提升的情況下，使得目前元件尺寸極小化程 度已接近極限，需發展其它縮小元件尺寸的方法，來達成高速操作和低耗電 量的目的。所以，如何增加元件的驅動電流及避免缺陷結構(defect)的形 成，一直是長久以來被研究的議題。

已知技術是在晶體管的溝道區利用應變(strain)控制的方式，來克服元件 縮小化的極限。應變控制的方法是使用相同晶體結構(crystal?structure)但 不同晶格常數(lattice?constant)的材料，以達到應變的作用。若晶體管為N 型晶體管，則注入的應變原子為碳原子，形成碳化硅的外延結構。因為碳原 子的晶格常數較硅原子來得小，將碳化硅置于(embedded)源極與漏極區， 可以于溝道中產生拉伸張力(tensile?stress)而達到增加電子遷移率 (mobility)，從而提高元件驅動電流的目的。若晶體管為P型晶體管，則注 入的應變原子為鍺原子，于源極與漏極區形成硅化鍺的外延結構，可以于溝 道中產生壓縮張力(compression?stress)而達到增加空穴的遷移率。

目前的有一作法是，用蝕刻工藝移除基底中預定形成源極與漏極區的區 域，以形成溝槽(trench)，再于溝槽中沉積外延材料層。然而，因為應變原子 在硅晶體中的固體溶解度非常低，所形成的半導體化合物固相外延層濃度很 低，而且此作法有超過一半的應變原子位在晶體的空隙位置上(interstitial site)，而非期望的取代位置(substitutional?site)。

目前IBM提出一種固相外延工藝(solid-phase?epitaxy，簡稱SPE)作 法。以N型晶體管為例，此作法是先將高濃度的碳原子注入源極與漏極區， 再利用固相外延回火工藝在源極與漏極區形成碳化硅。IBM指出，此方法不 但較多的碳原子在取代位置上，而且碳原子注入所需的回火過程，可在后續 使用固相外延工藝長成碳化硅中一并完成，而免去一道回火步驟。

在晶體管的溝道區利用應變控制的方式，與應變原子的表面濃度有關。 一般而言，愈高濃度的應變原子留在柵極結構兩側的基底表面上，會造成愈 強的應變(拉伸張力或壓縮張力)，進而提高驅動電流。然而，IBM一次注 入高濃度碳原子的作法，雖然在源極與漏極區表面得到所需的碳化硅固相外 延層的濃度，但非常容易在源極與漏極區表面造成缺陷結構(defect)，引發 漏電問題(leakage)。

發明內容

本發明提供一種半導體元件的制造方法，以兩次或多次注入應變原子的 作法，不但能夠達到所需的應變原子表面濃度，同時可避免在源極與漏極區 表面造成缺陷結構以及其衍生的問題。

本發明又提供一種半導體元件，在晶體管的溝道區利用應變控制的方 式，可以提高其驅動電流，同時提升元件的可靠度與效能。

本發明提供一種半導體元件的制造方法，包括在基底上形成柵極結構， 以及進行固相外延工藝，在柵極結構兩側形成半導體化合物固相外延層。固 相外延工藝包括進行能量不同的第一應變原子注入工藝與第二應變原子注 入工藝，以在柵極結構兩側的基底中分別形成應變區，以及進行固相外延回 火工藝，使應變區外延形成半導體化合物固相外延層。

依照本發明的實施例所述，上述第一應變原子注入工藝與第二應變原子 注入工藝所注入的應變原子是碳原子，半導體化合物固相外延層為碳化硅固 相外延層。

依照本發明的實施例所述，上述的固相外延回火工藝是在溫度為攝氏 400度至900度的氮氣中進行1至2小時的回火工藝。

依照本發明的實施例所述，上述第一應變原子注入工藝與第二應變原子 注入工藝所注入的應變原子是鍺原子，半導體化合物固相外延層為硅化鍺固 相外延層。

依照本發明的實施例所述，上述的半導體元件的制造方法，在形成柵極 結構之后，在進行固相外延回火工藝之前，更依序包括進行第一階段工藝， 其包括進行第一摻雜注入工藝，以在柵極結構兩側的基底中分別形成源極與 漏極延伸摻雜區。然后，在柵極結構的側壁形成一間隙壁。接著，進行第二 階段工藝，其包括進行第二摻雜注入工藝，以在柵極結構以及間隙壁兩側的 基底中分別形成源極與漏極接觸摻雜區。