專利名稱：制作金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種制作金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，特別是有關(guān)于一種將閘極與間隙壁制作在一渠溝內(nèi)的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體集成電路(semiconductor integrated circuit)的制造技術(shù)已經(jīng)不斷改進(jìn)，當(dāng)個(gè)別元件的尺寸已經(jīng)顯著地縮小時(shí)，安裝在半導(dǎo)體晶片上的元件數(shù)量已經(jīng)大量地增加。在現(xiàn)今的制造程序中，半導(dǎo)體元件的尺寸已經(jīng)縮小到次微米(sub-micron)的領(lǐng)域。在如此高密度的晶片上，為了要獲得良好的電性，每一個(gè)元件必須被適當(dāng)?shù)乜s小，以減少縮小體積的半導(dǎo)體元件所發(fā)生的缺陷。
參照?qǐng)D1所示，傳統(tǒng)的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成方法為先在一底材10上形成一閘極20，此閘極20至少包含一閘極氧化層22(gate oxidelayer)。參照?qǐng)D2所示，接下來(lái)利用離子植入的方式將制程所需N型離子或是P型離子植入閘極兩側(cè)的底材內(nèi)以形成輕摻雜漏極(lightly doped drain；LDD)30的區(qū)域。參照?qǐng)D3所示，在閘極20的側(cè)壁上形成間隙壁40，此間隙壁40的材質(zhì)大部分通常為一絕緣材質(zhì)，諸如氮化硅等。間隙壁40主要的功能為減少閘極20發(fā)生漏電流的缺陷。參照?qǐng)D4所示，利用離子植入的方式將制程所需N型離子或P型離子植入底材10內(nèi)以形成源極/漏極50的區(qū)域。此源極/漏極50的區(qū)域位于輕摻雜漏極30區(qū)域的兩側(cè)。參照?qǐng)D5所示，利用自對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物(salicide)的制程在閘極20與源極/漏極50區(qū)域上形成一層金屬硅化物(silicide)60，隨即完成利用傳統(tǒng)的方法制作金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制程。
當(dāng)半導(dǎo)體的體積縮小后，半導(dǎo)體各部位元件的體積也將隨之縮小。而當(dāng)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的體積需要縮小時(shí)，金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管各部位的元件也將隨之縮小，諸如閘極、間隙壁或是源極/漏極等。當(dāng)源極/漏極的區(qū)域縮小時(shí)，源極/漏極的深度也會(huì)隨著縮小。但是在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，若源極/漏極的接合深度太淺，則在后續(xù)形成金屬硅化物的制程之后，金屬氧化物半晶體管會(huì)發(fā)生針型漏電流的缺陷，且會(huì)發(fā)生換位(tradeoff)的問(wèn)題。若源極/漏極的接合深度太深，則容易造成漏極電壓導(dǎo)致源極與通道間電位能下降與貫穿漏電流的缺陷。因此，在半導(dǎo)體元件的體積越來(lái)越小的趨勢(shì)下，若仍舊采用傳統(tǒng)的方法制作金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，則會(huì)降低半導(dǎo)體元件的品質(zhì)及優(yōu)良率(yield)，并增加生產(chǎn)的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制作體積小且性能良好的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，以減少漏極電壓導(dǎo)致源極與通道間電位能下降、貫穿漏電流、陷針型漏電流和換位，從而提高半導(dǎo)體元件的品質(zhì)及優(yōu)良率。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明一方面提供的制作金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，其特點(diǎn)是，所述方法至少包括提供一晶片，所述晶片至少包括一底材；形成一渠溝于所述底材內(nèi)；形成一閘極于所述渠溝的一底部；形成一間隙壁于所述閘極的兩側(cè)并填滿所述渠溝；植入一離子于所述間隙壁兩側(cè)的所述底材內(nèi)；進(jìn)行一第一快速加熱制程以在所述底材內(nèi)形成一源極/漏極區(qū)域與一源極/漏極延伸區(qū)域；形成一金屬層于所述閘極、所述間隙壁與所述源極/漏極區(qū)域；進(jìn)行一第二快速加熱制程以在所述閘極與所述源極/漏極區(qū)域上形成一金屬硅化物層；及移除所述金屬層。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明另一方面提供的制作金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，其特點(diǎn)是，所述方法至少包括提供一晶片，所述晶片至少包括一底材；形成一渠溝于所述底材內(nèi)；形成一閘極于所述渠溝的底部，所述閘極至少包括一閘極氧化層；形成一間隙壁于所述閘極與所述閘極氧化層的一側(cè)壁并填滿所述渠溝；植入一離子于所述間隙壁兩側(cè)的所述底材內(nèi)；進(jìn)行一第一快速加熱制程以在底材內(nèi)形成一源極/漏極區(qū)域與一源極/漏極延伸區(qū)域；形成一金屬層于所述閘極、所述間隙壁與所述源極/漏極區(qū)域；進(jìn)行一第二快速加熱制程以在所述閘極與所述源極/漏極區(qū)域上形成一金屬硅化物層；及移除所述金屬層并進(jìn)行第三快速加熱制程。
本發(fā)明的上述方案由于是利用在底材內(nèi)的渠溝內(nèi)形成閘極與間隙壁制作金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，這樣可避免縮小體積后的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管因?yàn)樵礃O/漏極的接合深度太深或是太淺而造成漏極電壓導(dǎo)致源極與通道間電位能下降及貫穿漏電流的缺陷，同時(shí)還可避免因?yàn)樵礃O/漏極的接合深度太深或太淺造成針型漏電流及換位的缺陷，從而可提高半導(dǎo)體元件的品質(zhì)及優(yōu)良率。
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


圖1為在晶片底材上形成一閘極的示意圖；圖2為形成在底材內(nèi)輕摻雜漏極的示意圖；圖3為在閘極的側(cè)壁上形成間隙壁的示意圖；圖4為在底材內(nèi)形成源極/漏極區(qū)域的示意圖；圖5為形成一金屬硅化物層于閘極與源極/漏極區(qū)域上的示意圖；圖6為在底材內(nèi)形成一渠溝的示意圖；圖7為在渠溝的底部形成一閘極的示意圖；圖8為在底材與閘極上形成一間隙壁層并填滿渠溝的示意圖；圖9為在閘極兩側(cè)的側(cè)壁形成間隙壁并填滿渠溝的示意圖；圖10為在底材內(nèi)形成源極/漏極區(qū)域與源極/漏極延伸區(qū)域的示意圖；圖11為在閘極、間隙壁與源極/漏極區(qū)域上形成一金屬層的示意圖；及圖12為在閘極與源極/漏極區(qū)域上形成金屬硅化物層的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明為將閘極與間隙壁形成于底材的一渠溝內(nèi)以制作金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。參照?qǐng)D6所示，首先提供一晶片，此晶片至少包含一底材100。接下來(lái)移除部分的底材100，以在底材100上形成一渠溝120，此渠溝120的寬度及深度隨著制程所需而不同。移除的方式大部分使用蝕刻的方法，而底材100所使用的材質(zhì)大部分為一硅底材。參照?qǐng)D7所示，在渠溝120的底部形成一閘極200，此閘極至少包含一閘極氧化層220。渠溝的深度范圍約為閘極厚度的50％至80％，而渠溝的寬度范圍約為0.2μm至0.35μm。隨著半導(dǎo)體元件體積的縮小，渠溝的深度與寬度將會(huì)越來(lái)越小。閘極200的體積隨著金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的縮小而縮小。參照?qǐng)D8所示，接下來(lái)在閘極200與底材100上形成一間隙壁層300，并填滿整個(gè)渠溝120。通常采用絕緣物質(zhì)作為間隙壁層300的材質(zhì)，諸如氮化硅等。
參照?qǐng)D9所示，移除部分的間隙壁層300，在閘極200的兩側(cè)形成間隙壁310。此間隙壁310的功能為防止閘極200發(fā)生漏電流的缺陷且其位于閘極200的兩側(cè)并填滿整個(gè)渠溝120。通常采用蝕刻的方式以移除部分的間隙壁層300。參照?qǐng)D10所示，接下來(lái)將制程所需的N型離子或是P型離子植入間隙壁兩側(cè)的底材內(nèi)，以制作源極/漏極區(qū)域400。傳統(tǒng)制作金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方式，大部分采用輕摻雜漏極的方式以避免金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管發(fā)生短通道效應(yīng)的缺陷。但是在金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管體積縮小后，輕摻雜漏極區(qū)域也將隨的縮小。在輕摻雜漏極的制程中，雖然可以控制輕摻雜漏極區(qū)域的大小，但是在后續(xù)的高溫制程中，輕摻雜區(qū)域中的離子將很容易通過(guò)滲透及擴(kuò)散的作用移至其他區(qū)域，使輕摻雜漏極的區(qū)域擴(kuò)大而發(fā)生短通道效應(yīng)的缺陷。因此在本發(fā)明中，直接植入制程所需的離子以形成源極/漏極區(qū)域400。接下來(lái)再施以一第一快速加熱制程作為回火(anneal)的制程。經(jīng)由控制離子植入的深度與制程的溫度使得植入的離子經(jīng)由擴(kuò)散或滲透的作用移至適當(dāng)?shù)奈恢?，以取代輕摻雜漏極區(qū)域的功能。此區(qū)域通常稱為源極/漏極的延伸區(qū)域(source/drain extendedregion)420。此第一快速加熱制程的溫度大約為950至1050℃。
參照?qǐng)D11所示，在閘極200、間隙壁310與源極/漏極區(qū)域400上形成一金屬層500。大部分使用化學(xué)氣相沉積(chemical vapor deposition)(CVD)法或是磁控直流電濺鍍(direct current magnetron sputtering)法來(lái)沉積此金屬層500。接下來(lái)，將晶片送入反應(yīng)室中進(jìn)行第二快速加熱制程，使金屬層500與接觸處的硅反應(yīng)，以形成金屬硅化物(silicide)層510。第二快速加熱制程的溫度大約為500至700℃。此時(shí)的金屬硅化物的結(jié)構(gòu)主要是電阻值較高的C-49相的結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D12所示，利用RCA清洗的方式來(lái)去除未參與反應(yīng)或反應(yīng)后所殘留的金屬層500，而將金屬硅化合物層510留在閘極200與源極/漏極區(qū)域400上。最后再執(zhí)行第三快速加熱制程，將C-49相的金屬硅化物結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成電阻值較低的C-54相的結(jié)構(gòu)。第三快速加熱制程的溫度大約為750至850℃。此金屬層500的材質(zhì)可為鈦、鈷及白金等，通常使用鈦為此金屬層500的材質(zhì)。
鈦是現(xiàn)在自對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物制程中最常使用的金屬材料。鈦是一種氧吸能力(oxygen gettering)不錯(cuò)的金屬材料，在適當(dāng)?shù)臏囟认?，鈦極易與金屬氧化物半晶體管上的漏極/源極和閘極上的硅因交互擴(kuò)散而形成一電阻率很低的鈦硅化合物(titanium silicide)(TiSi2)。
借助本發(fā)明所制作而成的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，可較精確地控制源極/漏極區(qū)域的接合深度，且源極/漏極區(qū)域的接合深度的誤差允許范圍也較大，因此不會(huì)由于源極/漏極的接合深度太深，而發(fā)生漏極電壓導(dǎo)致源極與通道間電位能下降與貫穿漏電流的缺陷。采用本發(fā)明的方法還可以避免源極/漏極的接合度太淺而在后續(xù)形成自對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物制程后發(fā)生針型漏電流及換位的缺陷。采用本發(fā)明的方法可順利縮小半導(dǎo)體元件的體積，而不會(huì)影響其效能，因此可提高半導(dǎo)體元件的品質(zhì)與優(yōu)良率。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，此實(shí)施例僅是用來(lái)說(shuō)明而非用以限定本發(fā)明的申請(qǐng)專利范圍。在不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的范疇內(nèi)仍可予以變化而加以實(shí)施，此等變化應(yīng)仍屬本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明的范圍是由以下的申請(qǐng)專利范圍所界定。
權(quán)利要求
1.一種制作金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于，所述方法至少包括提供一晶片，所述晶片至少包括一底材；形成一渠溝于所述底材內(nèi)；形成一閘極于所述渠溝的一底部；形成一間隙壁于所述閘極的兩側(cè)并填滿所述渠溝；植入一離子于所述間隙壁兩側(cè)的所述底材內(nèi)；進(jìn)行一第一快速加熱制程以在所述底材內(nèi)形成一源極/漏極區(qū)域與一源極/漏極延伸區(qū)域；形成一金屬層于所述閘極、所述間隙壁與所述源極/漏極區(qū)域；進(jìn)行一第二快速加熱制程以在所述閘極與所述源極/漏極區(qū)域上形成一金屬硅化物層；及移除所述金屬層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的渠溝的深度為所述閘極的一厚度的50％至80％。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的離子為N型離子。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的金屬層的材料為鈦。
5.一種制作金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于，所述方法至少包括提供一晶片，所述晶片至少包括一底材；形成一渠溝于所述底材內(nèi)；形成一閘極于所述渠溝的底部，所述閘極至少包括一閘極氧化層；形成一間隙壁于所述閘極與所述閘極氧化層的一側(cè)壁并填滿所述渠溝；植入一離子于所述間隙壁兩側(cè)的所述底材內(nèi)；進(jìn)行一第一快速加熱制程以在底材內(nèi)形成一源極/漏極區(qū)域與一源極/漏極延伸區(qū)域；形成一金屬層于所述閘極、所述間隙壁與所述源極/漏極區(qū)域；進(jìn)行一第二快速加熱制程以在所述閘極與所述源極/漏極區(qū)域上形成一金屬硅化物層；及移除所述金屬層并進(jìn)行第三快速加熱制程。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的渠溝的深度為所述閘極的厚度的50％至80％。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的離子為P型離子。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的金屬層的材料為鈷。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的金屬層的材料為白金。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述的間隙壁的材料為氮化硅。
全文摘要
一種制作金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，包括提供一至少包括一底材晶片；形成一渠溝于底材內(nèi)；形成一閘極于渠溝的底部；形成一間隙壁于閘極的兩側(cè)并填滿渠溝；植入離子于間隙壁兩側(cè)的底材內(nèi)；進(jìn)行第一快速加熱制程以在底材內(nèi)形成一源極/漏極區(qū)域與一源極/漏極延伸區(qū)域；形成一金屬層于閘極、間隙壁與源極/漏極區(qū)域；進(jìn)行第二快速加熱制程以在閘極與源極/漏極區(qū)域上形成一金屬硅化物層；及移除金屬層。本發(fā)明將金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的閘極與間隙壁制作在一預(yù)先形成在底材內(nèi)的渠溝內(nèi)，以降低源極/漏極的接合深度，并降低漏極電壓導(dǎo)致源極與通道間電位能下降與貫穿漏電流的效應(yīng)，避免在后續(xù)制程中發(fā)生針型漏電流的缺陷。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1400642SQ01125078
公開(kāi)日2003年3月5日 申請(qǐng)日期2001年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月7日
發(fā)明者賴漢昭, 林宏穗, 盧道政 申請(qǐng)人:旺宏電子股份有限公司