專(zhuān)利名稱(chēng)：金屬氧化物半導(dǎo)體及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)不需要淺接面(shallow junction)的金屬氧化物半導(dǎo)體(metaloxide semiconductor)(MOS)，同時(shí)也是有關(guān)一種不需要使用低能量離子布植程序的金屬氧化物半導(dǎo)體的制造方法。
背景技術(shù)：
MOS的基本構(gòu)造包含柵極、源極與漏極。如圖1A所示，柵極11是位于底材10上，而源極12與漏極13是位于底材10內(nèi)并分別位于柵極11相對(duì)的兩側(cè)。當(dāng)然，如圖1B所示，源極12與漏極13也可以是位于井區(qū)14中而不是直接位于未摻雜的底材10中。
隨著半導(dǎo)體產(chǎn)品的輕薄短小的趨勢(shì)，MOS的尺寸必須持續(xù)地縮小。若保持整個(gè)半導(dǎo)體所有參數(shù)設(shè)計(jì)不變僅是等比例的縮小尺寸，當(dāng)源極12與漏極13間的距離短到使得源極12的空乏區(qū)(depletion region)與漏極13的空乏區(qū)發(fā)生接近甚至重疊時(shí)，短通道效應(yīng)(short channel effect)便成為無(wú)法避免的問(wèn)題，而會(huì)引發(fā)諸如起始電壓下降、次啟始電流增加、熱電子效應(yīng)與柵極氧化層退化等的缺點(diǎn)。
由于以降低MOS的操作電壓來(lái)解決短通道效應(yīng)的作法，無(wú)可避免地必須改變整個(gè)半導(dǎo)體組件的配置(configuration)，成本高且牽連甚廣。因此現(xiàn)有技術(shù)通常是以輕摻雜漏極(lightly doper drain)(LDD)來(lái)防治短通道效應(yīng)。如圖1C與圖1D所示，在源極12面對(duì)漏極13的一側(cè)與漏極13面對(duì)源極12的一側(cè)都加入輕摻雜漏極14，借以改變空乏區(qū)的形成與分布、改變電場(chǎng)的分布與吸收熱電子，進(jìn)而減緩短通道效應(yīng)。在此，輕摻雜漏極14形成了厚度較源極12與漏極13的厚度小的淺接面(shallow junction)。
無(wú)論如何，輕摻雜漏極14的使用也不是沒(méi)有缺點(diǎn)的。一方面MOS的構(gòu)造與制程會(huì)變得復(fù)雜，另一方面輕摻雜漏極14的摻雜程度較輕微會(huì)使得源極12到漏極13間的電阻上升。而且隨著半導(dǎo)體組件臨界尺寸的縮短，淺接面的形成過(guò)程會(huì)變得復(fù)雜且所需的成本會(huì)急劇增加，不論淺接面是以最常用的低能量離子布植程序所形成或是以熱擴(kuò)散等方法所形成。
現(xiàn)有技術(shù)對(duì)淺接面的形成方式以及具有輕摻雜漏極的MOS的構(gòu)造有許多的改進(jìn)，但由于仍使用以淺接面形成的輕摻雜區(qū)域，因此短通道效應(yīng)的防治仍然總是會(huì)伴隨著一些無(wú)法避免的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的是提供一種可以有效防治短通道效應(yīng)的金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)及其形成方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種不需要使用以淺接面形成的輕摻雜漏極的金屬氧化物半導(dǎo)體及其形成方法。
本發(fā)明的又一目的是提供一種不需要使用低能量離子布植程序的金屬氧化物半導(dǎo)體制造方法。
根據(jù)本發(fā)明一方面的金屬氧化物半導(dǎo)體，至少包括柵極、第一摻雜層、第二摻雜層、源極與漏極。柵極是位于底材上；第一摻雜層是位于底材中并位于柵極的下方，第一摻雜層具有第一導(dǎo)電性與第一摻雜濃度；第二摻雜層是位于第一摻雜層的下方并具有第一導(dǎo)電性與第二摻雜濃度，第二摻雜濃度大于第一摻雜濃度；源極位于柵極的一側(cè)并直接接觸到第一摻雜層與第二摻雜層，源極具有第二導(dǎo)電性；以及與源極位于柵極相對(duì)二側(cè)的漏極，漏極直接接觸到第一摻雜層與第二摻雜層并具有第二導(dǎo)電性。
根據(jù)本發(fā)明另一方面的形成金屬氧化物半導(dǎo)體的方法，至少包含提供具有第一摻雜層與第二摻雜層的底材，第一摻雜層是緊鄰到底材表面，而第二摻雜層是位于第一摻雜層下方并緊臨到第一摻雜層，第一摻雜層與第二摻雜層的電性相同，并且第二摻雜層的摻雜濃度大于第一摻雜層的摻雜濃度；形成柵極在底材上；以柵極為罩幕對(duì)底材進(jìn)行摻雜程序以形成源極與漏極在底材中，源極與漏極的厚度皆大于第一摻雜層的厚度。
當(dāng)然本發(fā)明可以進(jìn)一步包含間隙壁在柵極的側(cè)壁上，并且兩個(gè)摻雜層的寬度是與柵極相當(dāng)。
為更清楚理解本發(fā)明的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。


圖1A至圖1D為現(xiàn)有的使用與未使用輕摻雜漏極的MOS的基本構(gòu)造圖2A至圖2F為本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的幾種可能橫截面示意圖；圖3A與圖3B為本發(fā)明的一仿真例子的示意圖；以及圖4A與圖4B為本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例的基本流程圖。
具體實(shí)施例方式
由于淺接面的形成過(guò)程一定比厚度較大的源極與漏極的形成過(guò)程來(lái)得復(fù)雜，因此本發(fā)明是從另一個(gè)角度來(lái)解決前述問(wèn)題防治短通道效應(yīng)是否一定需要使用輕摻雜漏極？是否能夠不使用輕摻雜漏極也不改變操作電壓，便能有效地防治短通道效應(yīng)？1999年2月電氣及電子工程師學(xué)會(huì)發(fā)表的電子元器件論文第29卷第2部分第95頁(yè)(IEEE Electron Device Letters，Vol.20，No.2，p.95，F(xiàn)eb 1999)提及對(duì)具有陡峭變化井區(qū)(super steep retrograde well)的MOS，當(dāng)?shù)刃ǖ篱L(zhǎng)度大致相等時(shí)短通道效應(yīng)基本上與接面厚度無(wú)關(guān)。本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)一步推導(dǎo)此概念而指出，當(dāng)?shù)刃ǖ篱L(zhǎng)度可以有效地控制與固定時(shí)，使用陡峭變化井區(qū)可以使短通道效應(yīng)的防治并不需要使用淺接面或改變操作電壓。進(jìn)一步地，本發(fā)明的發(fā)明人指出由于源極與漏極各自的空乏區(qū)的擴(kuò)張與接觸會(huì)引發(fā)短通道效應(yīng)，因此可以使用位于源極與漏極間的陡峭變化井區(qū)來(lái)控制源極與漏極間的空乏區(qū)的分布，進(jìn)而取代未使用陡峭變化井區(qū)的MOS中輕摻雜漏極的功能。換句話說(shuō)，可以用陡峭變化井區(qū)取代以淺接面形成的輕摻雜漏極，進(jìn)而避免淺接面形成過(guò)程的困難。
為具體實(shí)現(xiàn)上述的以陡峭變化井區(qū)取代以淺接面形成的輕摻雜漏極的概念，本發(fā)明的一較佳實(shí)施例為一種使用陡峭變化井區(qū)的MOS，如圖2A與圖2B所示，至少包括柵極21、第一摻雜層22、第二摻雜層23、源極24與漏極25。
柵極21是位于底材20上，并且尚可包含間隙壁在柵極21的側(cè)壁上。
第一摻雜層22是位于底材20中并位于柵極21的下方，第一摻雜層22具有第一導(dǎo)電性與第一摻雜濃度，并且第一摻雜層22通常是緊臨到底材20的表面。
第二摻雜層23是位于第一摻雜層22的下方并具有第二導(dǎo)電性與第二摻雜濃度，第二摻雜濃度大于第一摻雜濃度。在此第一導(dǎo)電性與第二導(dǎo)電性通常是相同的，而第一摻雜層22與第二摻雜層23的寬度通常與柵極21的寬度大致相等。
源極24位于底材20內(nèi)并位于柵極21的一側(cè)，源極24直接接觸到第一摻雜層22與第二摻雜層23，源極24具有第二導(dǎo)電性。
漏極25是與源極24位于柵極21相對(duì)的二側(cè)，漏極25直接接觸到第一摻雜層22與第二摻雜層23并具有第二導(dǎo)電性。源極24與漏極25的厚度通常皆大于第一摻雜層22的厚度，并且第一摻雜層22與源極24的界面與第一摻雜層22與漏極25的界面的輪廓可以為與底材20的表面幾乎垂直的直線也可以為彎曲的線段，基本上是取決于源極24與漏極25的形成過(guò)程，本發(fā)明并不受限于此細(xì)節(jié)。
顯然地，通過(guò)比較圖2A至圖2D以及圖1A與圖1D，可以看出本實(shí)施例的一大特征是源極與漏極之間并沒(méi)有輕摻雜漏極，而另一大特征是在柵極下方與源極及漏極之間不是單一摻雜濃度的井區(qū)或底材，而是同時(shí)存在濃度不同的第一摻雜層22與第二摻雜層23。在此，第二摻雜濃度與第一摻雜濃度的差值，必須大到使得當(dāng)位于柵極21下方的第一摻雜層22被柵極的電壓(操作電壓)反轉(zhuǎn)而形成連接源極24與漏極25的通道(channel)時(shí)，第二摻雜層23并不會(huì)被反轉(zhuǎn)。
圖3A與圖3B顯示了使用陡峭變化井區(qū)的MOS中短通道效應(yīng)的變化。圖3A顯示此類(lèi)使用陡峭變化井區(qū)的MOS的基本架構(gòu)，在此第一摻雜層22的厚度被設(shè)定為200埃，第一摻雜濃度為1×1016/cm3而第二摻雜濃度為5×1018/cm3，仿真的變量是源極24與漏極25的厚度，在此分別仿真了0.06um、0.12um和0.18um三種厚度，并計(jì)算等效通道長(zhǎng)度與起始電壓間的關(guān)系。
圖3B顯示了仿真的結(jié)果，很明顯地，除了短通道效應(yīng)所引發(fā)的當(dāng)?shù)刃ǖ篱L(zhǎng)度過(guò)短時(shí)起始電壓會(huì)下降外，不同源極24/漏極25厚度所引發(fā)的短通道效應(yīng)幾乎完全一模一樣。換句話說(shuō)，使用本實(shí)施例，不僅不需用使用以淺接面所形成的輕摻雜漏極，而且源極24與漏極25的厚度也可以任意的調(diào)整變厚，并不需要隨著半導(dǎo)體組件的臨界尺寸的縮短，而減少源極24與漏極25的厚度或甚至使用淺接面來(lái)形成源極24與漏極25。源極24與漏極25的形成過(guò)程也因此可以簡(jiǎn)化，并不需要使用低能量離子布植程序。
當(dāng)然，本實(shí)施例雖不需要使用輕摻雜漏極，但如圖2C所示的例子，本實(shí)施例仍可以進(jìn)一步地包含摻雜袋(implantation pocket)27來(lái)增強(qiáng)本實(shí)施例防治短通道效應(yīng)的能力。但必須強(qiáng)調(diào)的是摻雜袋的細(xì)節(jié)如輪廓與濃度等并不是本實(shí)施例的重點(diǎn)。
本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例為一種形成MOS的方法，特別是形成使用陡峭變化井區(qū)的MOS的方法，如圖4A所示，至少包含下列步驟如底材方塊41所示，提供具有第一摻雜層與第二摻雜層的底材，第一摻雜層是緊鄰到底材表面，而第二摻雜層是位于第一摻雜層下方并緊臨到第一摻雜層，第一摻雜層與第二摻雜層的電性相同，并且第二摻雜層的摻雜濃度大于第一摻雜層的摻雜濃度。在此第一摻雜層與第二摻雜層是的形成過(guò)程并不是本實(shí)施例的重點(diǎn)，本實(shí)施例也不受限于此。
如柵極方塊42所示，形成柵極在底材上。
如摻雜方塊43所示，以柵極為罩幕對(duì)底材進(jìn)行摻雜程序以形成源極與漏極在底材中，源極與漏極的厚度皆大于第一摻雜層的厚度。
當(dāng)然，由于間隙壁可以用來(lái)保護(hù)柵極側(cè)壁與改變?cè)礃O與漏極之間的距離，本實(shí)施例也可以修改為如圖4B所示的情形。
如底材方塊41所示，提供具有第一摻雜層與第二摻雜層的底材，第一摻雜層是緊鄰到底材表面，而第二摻雜層是位于第一摻雜層下方并緊臨到第一摻雜層，第一摻雜層與第二摻雜層的電性相同，并且第二摻雜層的摻雜濃度大于第一摻雜層的摻雜濃度。在此第一摻雜層與第二摻雜層的形成過(guò)程并不是本實(shí)施例的重點(diǎn)，本實(shí)施例也不受限于此。
如柵極方塊42所示，形成柵極在底材上。
如間隙壁方塊44所示，形成間隙壁在柵極的側(cè)壁上。
如摻雜方塊43所示，以柵極與間隙壁為罩幕對(duì)底材進(jìn)行摻雜程序以形成源極與漏極在底材中，源極與漏極的厚度皆大于第一摻雜層的厚度。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用以限定本發(fā)明的申請(qǐng)專(zhuān)利范圍；凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包含在本發(fā)明申請(qǐng)的專(zhuān)利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種金屬氧化物半導(dǎo)體，其特征在于，至少包括一柵極，所述柵極是位于一底材上；一第一摻雜層，所述第一摻雜層是位于所述底材中并位于所述柵極的下方，所述第一摻雜層具有一第一導(dǎo)電性與一第一摻雜濃度；一第二摻雜層，所述第二摻雜層是位于所述第一摻雜層的下方，所述第二摻雜層具有所述第一導(dǎo)電性與一第二摻雜濃度，所述第二摻雜濃度大于所述第一摻雜濃度；一源極，所述源極位于所述柵極的一側(cè)，所述源極直接接觸到所述第一摻雜層與所述第二摻雜層，所述源極具有一第二導(dǎo)電性；以及一漏極，所述漏極是與所述源極位于所述柵極相對(duì)的二側(cè)，所述漏極直接接觸到所述第一摻雜層與所述第二摻雜層，所述漏極具有所述第二導(dǎo)電性。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導(dǎo)體，其特征在于，所述第一導(dǎo)電性與所述第二導(dǎo)電性相反。
3.如權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導(dǎo)體，其特征在于，所述柵極、所述第一摻雜層與所述第二摻雜層的寬度大致相等。
4.如權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導(dǎo)體，其特征在于，所述第一摻雜層是緊臨到所述底材的表面。
5.如權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導(dǎo)體，其特征在于，所述第二摻雜層是緊臨到所述第一摻雜層。
6.如權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導(dǎo)體，其特征在于，所述源極與所述漏極的厚度皆大于所述第一摻雜層的厚度。
7.如權(quán)利要求1的金屬氧化物半導(dǎo)體，其特征在于，所述第二摻雜濃度與所述第一摻雜濃度的差值，必須大到使得當(dāng)位于所述柵極下方的所述第一摻雜層被所述柵極的電壓反轉(zhuǎn)而形成連接所述源極與所述漏極的一通道時(shí)，所述第二摻雜層并不會(huì)被反轉(zhuǎn)。
全文摘要
一種金屬氧化物半導(dǎo)體，至少包括柵極、第一摻雜層、第二摻雜層、源極與漏極。具有第一導(dǎo)電性與第一摻雜濃度的第一摻雜層位于底材中并位于柵極下方。具有第一導(dǎo)電性與大于所述第一摻雜濃度的第二摻雜濃度的第二摻雜層位于第一摻雜層下方。源極與漏極是位于柵極相對(duì)的二側(cè)，并且都直接接觸到第一摻雜層與第二摻雜層，而且都具有第二導(dǎo)電性。此金屬氧化物半導(dǎo)體不具有輕摻雜漏極，但在柵極下方沿垂直方向存在摻雜濃度不同的第一摻雜層與第二摻雜層。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1400668SQ0112507
公開(kāi)日2003年3月5日 申請(qǐng)日期2001年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月2日
發(fā)明者張耀文, 蔡文哲, 盧道政 申請(qǐng)人:旺宏電子股份有限公司