專利名稱：金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于半導(dǎo)體裝置的制程技術(shù)，特別是有關(guān)于一種形成金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體(metal oxide semiconductor transistor；MOS transistor)的方法。
背景技術(shù)：
金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的制造過(guò)程，補(bǔ)償間隙壁(Off set spacer)能夠降低柵極(gate)與淺源極/漏極延伸區(qū)域(source/drain extension)之間的距離，亦即所謂重疊部。再者，能夠分別調(diào)整補(bǔ)償間隙壁，而獨(dú)立地調(diào)整淺源極/漏極延伸區(qū)域與柵極之間的重疊合與垂直接合深度。
圖1-圖8所示，為傳統(tǒng)形成金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的制程剖面示意圖。
參閱圖1所示，提供具有用來(lái)定義主動(dòng)區(qū)域的淺溝槽隔離物(shallowtrench isolation；STI)的半導(dǎo)體基底10。然后在含有氧的熱環(huán)境之中，在半導(dǎo)體基底10表面形成柵極氧化層12。接下來(lái)，利用低壓化學(xué)氣相沉積法(lowpressure chemical vapor deposition；LPCVD)，在柵極氧化層12表面形成摻雜離子的復(fù)晶硅層(doped polysilicon layer)14。
參閱圖2-圖3所示，在所述復(fù)晶硅層14表面的既定位置形成圖未顯示的光阻圖案。然后，利用所述先阻圖案當(dāng)作蝕刻罩幕，非等向性蝕刻所述復(fù)晶硅層14以及柵極氧化層12，而留下復(fù)晶硅結(jié)構(gòu)14a與柵極氧化層12a。在此步驟，由于離子轟擊效應(yīng)，復(fù)晶硅結(jié)構(gòu)14a將產(chǎn)生若干機(jī)械應(yīng)力。然后，將所述半導(dǎo)體基底10置于超音波槽之中，去除不想要的雜質(zhì)粒子與殘留物質(zhì)。
為了消除所述機(jī)械應(yīng)力，必須在高溫的環(huán)境下進(jìn)行回火，此時(shí)，復(fù)晶硅結(jié)構(gòu)14a的周邊極可能會(huì)形成如圖3所示厚度小于50埃的二氧化硅薄膜16。在此步驟，復(fù)晶硅結(jié)構(gòu)14a的輪廓會(huì)被圓化。
參閱圖4所示，利用低壓化學(xué)氣相沉積法于高溫下，在所述絕緣層18表面形成例如二氧化硅或是氮化硅的絕緣層18，其厚度大約為150埃。
參閱圖5所示，回蝕刻(etching back)所述絕緣層(insulating layer)18以及二氧化硅薄膜16，以形成包含絕緣間隙壁(spacer)18a與二氧化硅間隙壁的補(bǔ)償間隙壁OS。
參閱圖6所示，在所述半導(dǎo)體基底10植入例如磷離子或砷離子，以形成淡摻雜區(qū)域22、24。
參閱圖7所示，在所述半導(dǎo)體基底10與柵極電極14a表面沉積厚度大約為2500埃的氮化硅層26。
參閱圖8所示，回蝕刻所述氮化硅層26，以在補(bǔ)償間隙壁OS的側(cè)壁形成氮化硅間隙壁26a。接著植入磷離子或砷離子于所述半導(dǎo)體基底10，而形成濃摻雜區(qū)域28、30，以當(dāng)作源極/漏極區(qū)域。其主要缺陷在于1、然而，當(dāng)作復(fù)晶硅結(jié)構(gòu)14a的柵極電極持續(xù)地縮小，復(fù)晶硅結(jié)構(gòu)的臨界尺寸(critical dimension；CD)亦隨著縮小，再者，受限于微影技術(shù)的發(fā)展，不易控制超小尺寸的線寬。
2、再者，此線寬較窄的復(fù)晶硅結(jié)構(gòu)影響到對(duì)于半導(dǎo)體基底的附著力，很容易在超音波清洗的過(guò)程之中，從半導(dǎo)體基底脫落。
3、并且，補(bǔ)償間隙壁OS是由熱氧化法形成二氧化硅薄膜16與沉積絕緣層18，以及經(jīng)由后續(xù)的回蝕刻所述二氧化硅薄膜16與絕緣層18而完成。因此，制程復(fù)雜度與熱預(yù)算等制造成本將會(huì)增加。
Hung的美國(guó)專利編號(hào)5,981,325號(hào)揭露一種制造互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)電晶體的制造方法。其利用低壓化學(xué)氣相沉積法依序在CMOS的柵極電極的側(cè)壁形成第一補(bǔ)償間隙壁與第二補(bǔ)償間隙壁的雙重間隙壁(doublespacer)。
另外，Lin等人的美國(guó)專利編號(hào)6,187,644號(hào)揭露一種通過(guò)形成補(bǔ)償間隙壁，去除氮氧硅化物的方法。例如在柵極區(qū)域表面形成例如二氧化硅的介電層。然后，回蝕刻所述介電層，以形成補(bǔ)償間隙壁。再者，所述介電層具有100埃-600埃的厚度。
其主要缺陷在于如上所述，由于沉積造成的高成本問(wèn)題與脫落問(wèn)題仍無(wú)法完全地獲得解決。
因此，有需要提供一種改良的形成金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的制造方法，克服現(xiàn)有技術(shù)的弊端，通過(guò)微影技術(shù)，達(dá)到較容易控制金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的復(fù)晶硅結(jié)構(gòu)的目的。
本發(fā)明的另一目的是提供一種金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的制造方法，達(dá)到降低其制程的復(fù)雜度與制造成本的目的。
本發(fā)明的再一目的是提供一種金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的制造方法，達(dá)到提高當(dāng)作柵極電極的復(fù)晶硅結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體基底之間的粘著力的目的。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的制造方法，依序包括下列步驟，首先提供一半導(dǎo)體基底。然后，在所述半導(dǎo)體基底表面形成一復(fù)晶硅層。接著，選擇性蝕刻所述復(fù)晶硅層以形成一柵極電極。其次，利用熱氧化法在所述柵極電極的頂部與側(cè)壁形成二氧化硅層。然后，植入離子于所述半導(dǎo)體基底，以形成淡摻雜區(qū)域。接著，在所述二氧化硅層側(cè)壁形成一氮化間隙壁，再者，植入離子于所述半導(dǎo)體基底，以形成當(dāng)作所述金屬氧化物半電晶體的源極/漏極的濃摻雜區(qū)域。
再者，所述金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的制造方法之中，二氧化硅層的厚度介于60埃-250埃之間，最好是介于60埃-120埃之間。
再者，所述金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的制造方法，更包括回蝕刻所述二氧化硅層，以形成二氧化硅間隙壁的步驟。所述金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的制造方法之中，二氧化硅層的形成是在介于700℃-1200℃的溫度下進(jìn)行，最好是在850℃-900℃的溫度下進(jìn)行。所述金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的制造方法之中，柵極電極是在所述熱氧化法步驟進(jìn)行同步回火，目的在于消除機(jī)械應(yīng)力造成的晶格缺陷。所述金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的制造方法之中，二氧化硅是在含氧環(huán)境中形成。所述金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的制造方法之中，形成所述二氧化硅層的反應(yīng)時(shí)間大約介于3-4小時(shí)之間。
下面結(jié)合較佳實(shí)施例和附圖進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1-圖8是傳統(tǒng)技術(shù)形成金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體制程的剖面示意圖。
圖9-圖16是本發(fā)明形成金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的制程的剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式
參閱圖9所示，本發(fā)明形成金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的制程包括如下步驟提供單晶硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基底100，所述半導(dǎo)體基底100具有淺溝槽隔離物，以定義主動(dòng)區(qū)域(active region)。然后，利用含有氧氣或水氣的高溫環(huán)境中，形成厚度大約80埃-200埃的柵極氧化層120于所述半導(dǎo)體基底100的表面。接著，利用低壓化學(xué)氣相沉積法，在柵極氧化層120形成厚度大約2500埃的摻雜復(fù)晶硅層140，所述反應(yīng)氣體包括合硅氣體，例如為硅烷(SiH4)或是二氯硅烷(SiH2Cl2)，而反應(yīng)溫度介于550℃-650℃之間。
參閱圖10所示，利用微影技術(shù)，在所述復(fù)晶硅層140表面的既定位置形成光阻圖案(為了簡(jiǎn)化，圖未顯示)。在0.13微米的制程，所述先阻圖案的寬度大約為0.115微米。接下來(lái)，利用所述光阻圖案為蝕刻罩慕，非等向性蝕刻所述復(fù)晶硅層140以及柵極氧化層120，以留下當(dāng)作柵極電極的復(fù)晶硅結(jié)構(gòu)140a以及柵極氧化層120a。所述復(fù)晶硅結(jié)構(gòu)140a的圖案是經(jīng)由所述光阻圖案轉(zhuǎn)移而得，因此，復(fù)晶硅結(jié)構(gòu)140a具有0.115微米的寬度W1。再者，在此蝕刻步驟之中，由于離子轟擊的作用，復(fù)晶硅結(jié)構(gòu)140a將產(chǎn)生若干機(jī)槭應(yīng)力，進(jìn)而產(chǎn)生晶格缺陷(defects)。然后，利用光阻剝除液，去除所述先阻圖案。
參閱圖11所示，將所述半導(dǎo)體基底100置入熱氧化爐，然后導(dǎo)入含氧氣體于所述熱氧化爐，在所述半導(dǎo)體基底100表面以及所述柵極電極140a的頂部與側(cè)壁形成二氧化硅層160。通過(guò)所述熱氧化步驟，所述復(fù)晶硅結(jié)構(gòu)140a被消耗掉少許，因而留下寬度W2大約0.09微米的復(fù)晶硅結(jié)構(gòu)140b，而降低金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的有效通道長(zhǎng)度。所述二氧化硅層160的厚度大約為60埃-250埃，并且其是在800℃-1000℃的溫度下進(jìn)行反應(yīng)3-4小時(shí)完成。在此復(fù)晶硅構(gòu)成的柵極電極140a的氧化步驟，會(huì)消耗掉少許的復(fù)晶硅。并且，柵極電極140a之中的缺陷亦能夠在所述熱氧化步驟以同步回火而消除。
另一方面，以快速熱氧化法在大約1000℃進(jìn)行3-5分鐘的反應(yīng)，以取代熱氧化爐也可以。
參閱圖12所示，回蝕刻所述二氧化硅層160，以形成二氧化硅層構(gòu)成的補(bǔ)償間隙壁160a。
參閱圖13所示，植入例如磷離子或砷離子于所述半導(dǎo)體基底100，以形成淡摻雜區(qū)域180、200。
參閱圖14所示，利用低壓化學(xué)氣相沉積法，并且以SiH2Cl2與NH3為反應(yīng)氣體，以在所述半導(dǎo)體基底100與柵極電極140b表面形成厚度大約2500埃的氮化硅層220。
參閱圖15所示，回蝕刻所述氮化硅層220，以形成在二氧化硅間隙壁的側(cè)壁形成氮化硅間隙壁220a。
參閱圖16所示，植入磷或是砷離子于所述半導(dǎo)體基底100，以形成濃摻雜區(qū)域240、260，以當(dāng)作源極/漏極區(qū)域，相較于所述淡摻雜區(qū)域的形成步驟，此離子植入步驟的摻雜濃度與植入能量較高。
本發(fā)明的主要特征及功效如下。
1、根據(jù)所述本發(fā)明的金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的制造方法，由于當(dāng)作柵極電極的復(fù)晶硅結(jié)構(gòu)的外周，在熱氧化制程會(huì)被消耗掉少許，因此，復(fù)晶硅結(jié)構(gòu)較容易以微影技術(shù)來(lái)控制。亦即，比起傳統(tǒng)技術(shù)，可以形成寬度較大的復(fù)晶硅結(jié)構(gòu)。
2、根據(jù)本發(fā)明的金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的制造方法，在形成既定厚度的二氧化硅層(用來(lái)在后續(xù)形成補(bǔ)償間隙壁)的過(guò)程中，能夠同時(shí)地消除或降低產(chǎn)生于復(fù)晶硅結(jié)構(gòu)的機(jī)械應(yīng)力等造成的晶格缺陷，因此，可以降低制程復(fù)雜度及制造成本，例如能夠減少熱預(yù)算。
3、根據(jù)本發(fā)明的形成金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的制造方法，由于復(fù)晶硅結(jié)構(gòu)具有相對(duì)大的寬度，因此，介于復(fù)晶硅結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體基底之間的粘著力能夠提升。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此項(xiàng)技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，所作更動(dòng)與潤(rùn)飾，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的制造方法，其特征是它依序包括下列步驟(1)提供一半導(dǎo)體基底；(2)在所述半導(dǎo)體基底表面形成一復(fù)晶硅層；(3)選擇性蝕刻所述復(fù)晶硅層，以形成一柵極電極；(4)利用熱氧化法，在所述柵極電極的頂部與倒壁形成二氧化硅層；(5)植入離子于所述半導(dǎo)體基底，以形成淡摻雜區(qū)域；(6)在所述二氧化硅層側(cè)壁形成一氮化間隙壁；(7)植入離子于所述半導(dǎo)體基底，以形成當(dāng)作所述金屬氧化物半電晶體的源極/漏極的濃摻雜區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的制造方法，其特征是所述二氧化硅層的厚度介于60埃-250埃之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的制造方法，其特征是所述二氧化硅層的厚度介于60埃-120埃之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的制造方法，其特征是更包括回蝕刻所述二氧化硅層，以形成二氧化硅間隙壁的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的制造方法，其特征是所述二氧化硅層的形成是在700-1200℃的溫度下進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的制造方法，其特征是所述二氧化硅層的形成是在850-900℃的溫度下進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的制造方法，其特征是所述柵極電極是在所述熱氧化法步驟進(jìn)行同步回火，以消除晶格缺陷。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的制造方法，其特征是所述二氧化硅是在含氧環(huán)境中形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的制造方法，其特征是形成所述二氧化硅層的反應(yīng)時(shí)間介于3-4小時(shí)之間。
10.一種金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的制造方法，其特征是它依序包括下列步驟(1)提供一半導(dǎo)體基底；(2)在所述半導(dǎo)體基底表面形成一復(fù)晶硅層；(3)選擇性蝕刻所述復(fù)晶硅層，以形成一柵極電極；(4)在一超音波槽之中清洗所述半導(dǎo)體基底；(5)利用熱氧化法使所述柵極電極之中的硅與氧反應(yīng)，以在所述柵極電極的頂部與側(cè)壁形成厚度為60-120埃的二氧化硅層；(6)植入離子于所述半導(dǎo)體基底，以形成淡摻雜區(qū)域；(7)在所述二氧化硅層側(cè)壁形成一氮化間隙壁；(8)植入離子于所述半導(dǎo)體基底，以形成當(dāng)作所述金屬氧化物半電晶體的源極/漏極的濃摻雜區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明提供一種金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體的制造方法，依序包括下列步驟，首先提供一半導(dǎo)體基底。然后，在半導(dǎo)體基底表面形成一復(fù)晶硅層。接著，選擇性蝕刻復(fù)晶硅層，以形成一柵極電極。利用熱氧化法在柵極電極的頂部與側(cè)壁形成二氧化硅層。植入離子于半導(dǎo)體基底，以形成淡摻雜區(qū)域。在二氧化硅層側(cè)壁形成一氮化間隙壁，植入離子于半導(dǎo)體基底，以形成當(dāng)作金屬氧化物半電晶體的源極/漏極的濃摻雜區(qū)域。
文檔編號(hào)H01L21/336GK1492490SQ0214635
公開(kāi)日2004年4月28日 申請(qǐng)日期2002年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月24日
發(fā)明者顧子琨, 黃文助 申請(qǐng)人:矽統(tǒng)科技股份有限公司