專利名稱：金屬氧化物半導體晶體管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種半導體元件的制造方法，且特別是有關(guān)于一種金屬氧化物半導體晶體管(Metal Oxide Semiconductor Transistor，簡稱MOS Transistor)的制造方法。
但是當元件往小型化發(fā)展時，常會因為信道縮短而使得源/漏極的損耗層(Depletion Layer)與信道產(chǎn)生重疊；而且信道長度愈短，其與源/漏極的損耗層產(chǎn)生重疊的比例就愈高，如此將縮短信道的實質(zhì)長度，稱為“短信道效應(yīng)”(Short Channel Effect，SCE)。解決上述問題最常見的方式是形成淺摻雜漏極(Lightly Doped Drain，LDD)，但是當線寬小于0.25μm后，由于淺摻雜漏極的深度必須持續(xù)減小，所以其電阻也愈來愈大，而會減慢元件運行的速度。為了避免上述缺點，近來提出一種使用較高劑量的源/漏極延伸區(qū)(Source/Drain Extension)取代淺摻雜區(qū)的方法，而且源/漏極延伸區(qū)植入后的硅芯片，在進行后續(xù)工藝前，需要再經(jīng)過一次熱工藝，以修復受損的晶格結(jié)構(gòu)并活化摻質(zhì)。然而，當進行熱工藝時，源/漏極延伸區(qū)會產(chǎn)生側(cè)面擴散(Lateral Diffusion)與接合深度(Junction Depth)變深等現(xiàn)象，而使短信道效應(yīng)更為嚴重。
此外，當線寬小于0.25μm后，源/漏極延伸區(qū)的設(shè)計已無法避免因信道縮小所造成的高漏電流(Leakage Current)。為避免上述缺點，前人提出一種在信道兩端靠近源/漏極延伸區(qū)處形成口袋摻雜區(qū)域(PocketRegion)的作法，其工藝是在柵極形成后及間隙壁形成前進行一淺摻雜離子植入，以形成源/漏極延伸區(qū)；然后對基底進行一傾斜口袋離子植入(Pocket Implantation)，以形成一口袋摻雜區(qū)域。
由上述方式形成的金屬氧化物半導體晶體管，雖然在線寬小于0.25μm后，可有效地隔絕信道的漏電流，但是當線寬小于0.13μm時，以典型的方法形成的口袋摻雜區(qū)域的位置也會愈來愈接近，而容易產(chǎn)生所謂的逆短信道效應(yīng)(Reverse Short Channel Effect，簡稱RSCE)，也就是信道距離小到一固定值時的臨界電壓(Threshold Voltage，簡稱Vt)會突然上升，造成元件故障。除此之外，由于公知方法所得的口袋摻雜區(qū)域的位置較深，所以防止短信道效應(yīng)的效果較差。
本發(fā)明提出一種金屬氧化物半導體晶體管的制造方法，其步驟如下首先提供一基底，其上已形成一柵極，且柵極側(cè)邊已形成間隙壁，然后在間隙壁側(cè)邊的基底內(nèi)形成源/漏極區(qū)。在上述步驟后，還可以包括在柵極與源/漏極區(qū)暴露出的表面形成自行對準金屬硅化層(Self-AlignedSilicide)的步驟。隨后利用蝕刻步驟去除部分間隙壁，以形成剖面大致呈三角形的一銳角(Sharp Corner)間隙壁，再對基底進行一傾斜口袋離子植入，以在柵極側(cè)邊的基底內(nèi)形成口袋摻雜區(qū)域，且由控制此傾斜口袋離子植入的能量與角度，以控制口袋摻雜區(qū)域的位置與摻質(zhì)分布，使口袋摻雜區(qū)域接近基底表面，然后再對基底進行傾斜角離子植入，以在柵極側(cè)邊與銳角間隙壁下的基底內(nèi)形成源/漏極延伸區(qū)。最后，利用熱循環(huán)工藝調(diào)整源/漏極延伸區(qū)的接合深度與摻雜輪廓。
另外，本發(fā)明所提出的金屬氧化物半導體晶體管的制造方法，在形成剖面大致呈三角形的銳角間隙壁后，還可以將傾斜口袋離子植入步驟與形成源/漏極延伸區(qū)的步驟的先后順序?qū)φ{(diào)；也就是說，在形成銳角間隙壁后，對基底進行傾斜角離子植入，以在柵極側(cè)邊與銳角間隙壁下的基底內(nèi)形成源/漏極延伸區(qū)，接著，對基底進行一傾斜口袋離子植入，以在柵極側(cè)邊的基底內(nèi)形成口袋摻雜區(qū)域。其余各步驟都不變。
本發(fā)明利用銳角間隙壁減低離子植入深入基底的距離，使口袋摻雜區(qū)域接近基底表面，并使源極區(qū)內(nèi)側(cè)的口袋摻雜區(qū)域與漏極區(qū)內(nèi)側(cè)的口袋摻雜區(qū)域的間距增加(避免兩個口袋摻雜區(qū)域重疊)，而得以抑制短信道效應(yīng)，并降低逆短信道效應(yīng)。而且也利用銳角間隙壁減少離子植入的深度，由控制此傾斜角離子植入的植入條件，以在柵極側(cè)邊與間隙壁下的基底內(nèi)形成較淺的源/漏極延伸區(qū)。因此，源/漏極延伸區(qū)的側(cè)面擴散現(xiàn)象得以減輕，且接合深度不會因熱工藝而變得過深，故可達到抑制短信道效應(yīng)的目的。此外再配合后續(xù)熱循環(huán)工藝，更可以精確地調(diào)整源/漏極延伸區(qū)的接合深度與摻雜輪廓，以抑制短信道效應(yīng)。
附圖標記說明100基底 102柵極104、104a間隙壁 106源/漏極植入108源/漏極區(qū) 110金屬硅化層112傾斜口袋離子植114口袋摻雜區(qū)域116傾斜角離子植入118源/漏極延伸區(qū)請參照

圖1A，首先提供一基底100，在基底100上已形成有一柵極102，且在柵極102側(cè)壁已形成一間隙壁104，間隙壁104的材料例如是氮化硅，其形成方法例如是先在基底100上形成一層氮化硅層，再對此氮化硅層進行一非等向性蝕刻以形成間隙壁104。然后對基底100進行一源/漏極(Source/Drain，簡稱S/D)植入106，以在間隙壁104側(cè)邊的基底100內(nèi)形成一源/漏極區(qū)108。
接著，請參照圖1B，在柵極102與源/漏極區(qū)108暴露出的表面形成自行對準金屬硅化層(Self-Aligned Silicide)110，形成方法例如是先在基底100上形成一層金屬層并覆蓋柵極102，此金屬層的材料例如是鈦，然后進行一熱處理步驟使金屬層與硅材料的柵極102與源/漏極區(qū)108反應(yīng)形成金屬硅化物，再去除未反應(yīng)的金屬層，以形成自行對準金屬硅化層110。
然后，請參照圖1C，利用特殊的非等向性蝕刻法去除部分間隙壁104，使其剖面大致呈三角形，且頂端呈銳角(Sharp Corner)的間隙壁104a。
隨后，請參照圖1D，對基底100進行一傾斜口袋離子植入(PocketImplantation)112，以在柵極102側(cè)邊的基底100內(nèi)形成口袋摻雜區(qū)域114，且由控制此傾斜口袋離子植入步驟112的能量與角度，以控制口袋摻雜區(qū)域114的位置與摻質(zhì)分布，使口袋摻雜區(qū)域114接近基底100表面。其中，口袋摻雜區(qū)域114的摻質(zhì)例如是鎵或銦。
最后，請參照圖1E，對基底100進行一傾斜角離子植入116，以在柵極102側(cè)邊與間隙壁104a下的基底100內(nèi)形成源/漏極延伸區(qū)118，其中源/漏極延伸區(qū)118的摻質(zhì)例如是磷或砷。再進行一熱循環(huán)工藝(ThermalCycle)，以調(diào)整源/漏極延伸區(qū)118的接合深度與摻雜輪廓。
此外，上述本發(fā)明的實施例的圖1D與圖1E所示的制造工藝剖面圖可以對調(diào)成為先進行圖1E的對基底100進行一傾斜角離子植入116，以在柵極102側(cè)邊與間隙壁104a下的基底100內(nèi)形成源/漏極延伸區(qū)118，再進行圖1D的對基底100進行一傾斜口袋離子植入112，以在柵極102側(cè)邊的基底100內(nèi)形成口袋摻雜區(qū)域114。
綜上所述，本發(fā)明的特征在于1.本發(fā)明利用大致呈三角形的間隙壁減低離子植入深入基底的距離，使口袋摻雜區(qū)域接近表面，并使源極區(qū)內(nèi)側(cè)的口袋摻雜區(qū)域與漏極區(qū)內(nèi)側(cè)的口袋摻雜區(qū)域的間距增加(避免兩個口袋摻雜區(qū)域重疊)，而得以抑制短信道效應(yīng)，并降低逆短信道效應(yīng)。
2.參照圖1D，由于本發(fā)明的傾斜口袋離子植入112穿過表面平坦的三角形間隙壁104a才進入基底100中，因此可較公知方法更精確的控制口袋摻雜區(qū)域的位置與摻質(zhì)分布。所以，可控制口袋摻雜區(qū)域接近源/漏極延伸區(qū)。
3.本發(fā)明利用銳角間隙壁減少離子植入的深度，且由控制此傾斜角離子植入的植入條件，以在柵極側(cè)邊與間隙壁下的基底內(nèi)形成較淺的源/漏極延伸區(qū)。因此，源/漏極延伸區(qū)的側(cè)面擴散(Lateral Diffusion)現(xiàn)象得以減輕，且接合深度(Junction Depth)不會因熱工藝而變得過深，故可達到抑制短信道效應(yīng)的目的。
4.本發(fā)明并可配合后續(xù)熱循環(huán)工藝，以更精確地調(diào)整源/漏極延伸區(qū)的接合深度與摻雜輪廓。
雖然本發(fā)明已以實施例說明如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)的人，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍以權(quán)利要求書為準。
權(quán)利要求
1.一種金屬氧化物半導體晶體管的制造方法，其特征為包括提供一基底，該基底上已形成有一柵極，且該柵極側(cè)壁已形成一間隙壁；在該間隙壁側(cè)邊的該基底內(nèi)形成一源/漏極區(qū)；在該柵極與該源/漏極區(qū)暴露出的表面形成復數(shù)個自行對準金屬硅化層；利用一蝕刻步驟去除部分該間隙壁，使其成為一銳角間隙壁；對該基底進行一傾斜口袋離子植入，以在該柵極側(cè)邊的該基底內(nèi)形成一口袋摻雜區(qū)域，且由控制該局部離子植入的能量與角度，以使口袋摻雜區(qū)域接近該基底表面；以及對該基底進行一傾斜角離子植入，以在該柵極側(cè)邊與該銳角間隙壁下的該基底內(nèi)形成一源/漏極延伸區(qū)。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導體晶體管的制造方法，其特征為該銳角間隙壁的剖面大致呈三角形。
3.如權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導體晶體管的制造方法，其特征為該口袋摻雜區(qū)域與該源/漏極延伸區(qū)的形成順序?qū)φ{(diào)。
4.如權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導體晶體管的制造方法，其特征為在形成該源/漏極延伸區(qū)后，還包括進行一熱循環(huán)工藝，以調(diào)整該源/漏極延伸區(qū)的接合深度與摻雜輪廓。
5.如權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導體晶體管的制造方法，其特征為形成該些自行對準金屬硅化層的步驟包括在該基底上形成一金屬層并覆蓋該柵極；進行一熱處理步驟，使該金屬層與該柵極及該源/漏極區(qū)反應(yīng)形成該些自行對準金屬硅化層；以及除去未反應(yīng)的該金屬層。
6.如權(quán)利要求5所述的金屬氧化物半導體晶體管的制造方法，其特征為該金屬層的材料包括鈦。
7.如權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導體晶體管的制造方法，其特征為該源/漏極延伸區(qū)的摻質(zhì)為磷與砷二者之一。
8.如權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導體晶體管的制造方法，其特征為該口袋摻雜區(qū)域的摻質(zhì)為鎵與銦二者之一。
9.一種金屬氧化物半導體晶體管的制造方法，其特征為包括提供一基底，該基底上已形成有一柵極，且該柵極側(cè)壁已形成一間隙壁；在該間隙壁側(cè)邊的該基底內(nèi)形成一源/漏極區(qū)；利用一蝕刻步驟去除部分該間隙壁，使其成為一銳角間隙壁；對該基底進行一傾斜口袋離子植入，以在該柵極側(cè)邊的該基底內(nèi)形成一口袋摻雜區(qū)域，且由控制該局部離子植入的能量與角度，以使口袋摻雜區(qū)域接近該基底表面；以及對該基底進行一傾斜角離子植入，以在該柵極側(cè)邊與該銳角間隙壁下的該基底內(nèi)形成一源/漏極延伸區(qū)。
10.如權(quán)利要求9所述的金屬氧化物半導體晶體管的制造方法，其特征為該銳角間隙壁的剖面大致呈三角形。
11.如權(quán)利要求9所述的金屬氧化物半導體晶體管的制造方法，其特征為該口袋摻雜區(qū)域與該源/漏極延伸區(qū)的形成順序?qū)φ{(diào)。
12.如權(quán)利要求9所述的金屬氧化物半導體晶體管的制造方法，其特征為形成該間隙壁的步驟后，還包括在該柵極與該源/漏極區(qū)上形成復數(shù)個自行對準金屬硅化層。
13.如權(quán)利要求12所述的金屬氧化物半導體晶體管的制造方法，其特征為形成該些自行對準金屬硅化層的步驟包括在該基底上形成一金屬層并覆蓋該柵極；進行一熱處理步驟，使該金屬層與該柵極及該源/漏極區(qū)反應(yīng)形成該些自行對準金屬硅化層；以及除去未反應(yīng)的該金屬層。
14.如權(quán)利要求13所述的金屬氧化物半導體晶體管的制造方法，其特征為該金屬層的材料包括鈦。
15.如權(quán)利要求9所述的金屬氧化物半導體晶體管的制造方法，其特征為在形成該源/漏極延伸區(qū)后，還包括進行一熱循環(huán)工藝，以調(diào)整該源/漏極延伸區(qū)的接合深度與摻雜輪廓。
16.如權(quán)利要求9所述的金屬氧化物半導體晶體管的制造方法，其特征為該源/漏極延伸區(qū)的摻質(zhì)為磷與砷二者之一。
17.如權(quán)利要求9所述的金屬氧化物半導體晶體管的制造方法，其特征為該口袋摻雜區(qū)域的摻質(zhì)為鎵與銦二者之一。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種金屬氧化物半導體晶體管的制造方法，其步驟如下首先在已形成柵極及其側(cè)壁的間隙壁的基底上進行一源/漏極離子植入，以在間隙壁側(cè)邊的基底內(nèi)形成源/漏極區(qū)。接著在柵極與源/漏極區(qū)表面形成自行對準金屬硅化層。隨后除去部分間隙壁，以形成剖面大致呈三角形的一銳角間隙壁，再對基底進行傾斜口袋離子植入，以在柵極側(cè)邊基底內(nèi)形成口袋摻雜區(qū)域，且由控制此傾斜口袋離子植入的能量與角度，以控制口袋摻雜區(qū)域的位置與摻質(zhì)分布，然后再對基底進行傾斜角離子植入，以在柵極側(cè)邊與銳角間隙壁下的基底內(nèi)形成源/漏極延伸區(qū)。最后利用熱循環(huán)工藝調(diào)整源/漏極延伸區(qū)的接合深度與摻雜輪廓。
文檔編號H01L21/02GK1405864SQ01124119
公開日2003年3月26日 申請日期2001年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月14日
發(fā)明者賴漢昭, 盧道政, 林宏穗 申請人:旺宏電子股份有限公司