专利名称：金属氧化物半导体场效应晶体管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属氧化物半导体场效应晶体管，特别是有关一种将闸极与间隙壁制作在一渠沟内的金属氧化物半导体场效应晶体管。
背景技术：
半导体集成电路(semiconductor integrated circuit)的制造技术已经不断改进，当个别元件的尺寸已经显著地缩小时，安装在半导体晶片上的元件数量已经大量地增加。在现今的制造程序中，半导体元件的尺寸已经缩小到次微米(sub-micron)的领域。在如此高密度的晶片上，为了要获得良好的电性，每一个元件必须被适当缩小，以减少缩小体积的半导体元件所发生的缺陷。
参照图1所示，传统的金属氧化物半导体场效应晶体管的结构为先在一底材10上形成一闸极20，此闸极20至少包含一闸极氧化层22(gate oxide layer)与一硅层24。参照图2所示，接下来利用离子植入的方式将制程所需N型离子或是P型离子植入闸极两侧的底材内以形成轻掺杂漏极(lightly doped drain；LDD)30的区域。参照图3所示，在闸极20的侧壁上形成间隙壁40，此间隙壁40的材质大部分通常为一绝缘材质，诸如氮化硅等。间隙壁40主要的功能为减少闸极20发生漏电流的缺陷。参照图4所示，利用离子植入的方式将制程所需N型离子或是P型离子植入底材10内以形成源极/漏极50的区域。此源极/漏极50的区域位于轻掺杂漏极30区域的两侧。参照图5所示，利用自对准金属硅化物(salicide)的制程在闸极20与源极/漏极50区域上形成一层金属硅化物(silicide)60，随即完成传统结构的金属氧化物半导体场效应晶体管。
当半导体的体积缩小后，半导体各部位元件的体积也将随之缩小。而当金属氧化物半导体场效应晶体管的体积需要缩小时，金属氧化物半导体场效应晶体管各部位的元件也将随之缩小，诸如闸极、间隙壁或是源极/漏极等。当源极/漏极的区域缩小时，源极/漏极的深度也会随着缩小。但是在传统结构的金属氧化物半导体场效应晶体管中，若源极/漏极的接合深度太浅，则在后续形成金属硅化物的制程后，金氧半电晶体会发生针型漏电流的缺陷，且会发生换位(trade off)的问题。若源极/漏极的接合深度太深，则容易造成漏极电压导致源极与通道间电位能下降与贯穿漏电流的缺陷。因此，在半导体元件的体积越来越小的趋势下，若仍旧采用传统结构的金属氧化物半导体场效应晶体管，则会降低半导体元件的品质及优良率(yield)，并增加生产的成本。
发明内容
本发明提供的目的是提供一种金属氧化物半导体场效应晶体管，它可减少漏极电压导致源极与通道间电位能的下降、贯穿漏电流、针型漏电流以及换位，从而提高半导体元件的品质及优良率。
为实现上述目的，根据本发明一方面的一种金属氧化物半导体场效应晶体管，其特点是，至少包含一晶片，其中所述的晶片至少包含一底材；一渠沟，其中所述的渠沟位于所述底材内；一闸极，其中所述的闸极位于所述渠沟的一底部；一间隙壁，其中所述的间隙壁位于所述闸极的一侧壁且填满所述渠沟；一源极/漏极区域，其中所述的源极/漏极区域位于所述底材内且位于所述间隙壁的一侧；一源极/漏极延伸区域，其中所述的源极/漏极延伸区域位于所述间隙壁的一底部且相邻于所述源极/漏极区域；及一金属硅化物层，其中所述的金属硅化物层位于所述闸极与所述源极/漏极区域上方。
为实现上述目的，根据本发明另一方面的一种金属氧化物半导体场效应晶体管，其特点是，至少包含一晶片，所述的晶片至少包含一底材；一渠沟，所述的渠沟位于所述底材内；一闸极，所述的闸极位于所述渠沟的一底部且至少包含一闸极氧化层与一硅层；一间隙壁，所述的间隙壁位于所述闸极的一侧壁且填满所述渠沟；一源极/漏极区域，所述的源极/漏极区域位于所述底材内且位于所述间隙壁的一侧；一源极/漏极延伸区域，所述的源极/漏极延伸区域位于所述间隙壁的一底部且相邻于所述源极/漏极区域；及一金属硅化物层，所述的金属硅化物层位于所述闸极与所述源极/漏极区域上方。
本发明利用在底材内的渠沟内形成闸极与间隙壁所制作的金属氧化物半导体场效应晶体管，以避免缩小体积后的金属氧化物半导体场效应晶体管因为源极/漏极的接合深度太深或是太浅，所造成漏极电压导致源极与通道间电位能下降及贯穿漏电流的缺陷。本发明也可避免因为源极/漏极的接合深度太深或是太浅所造成针型漏电流及换位的缺陷。本发明更可提高半导体元件的品质及优良率。
为更清楚理解本发明的目的、特点和优点，下面将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明。
图1为在晶片底材上形成一闸极的示意图；图2为形成在底材内轻掺杂漏极的示意图；图3为在闸极的侧壁上形成间隙壁的示意图；图4为在底材内形成源极/漏极区域的示意图；图5为形成一金属硅化物层于闸极与源极/漏极区域上的示意图；图6为在底材内形成一渠沟的示意图；图7为在渠沟的底部形成一闸极的示意图；图8为在底材与闸极上形成一间隙壁层并填满渠沟的示意图；图9为在闸极两侧的侧壁形成间隙壁并填满渠沟的示意图；图10为在底材内形成源极/漏极区域与源极/漏极延伸区域的示意图；图11为在闸极、间隙壁与源极/漏极区域上形成一金属层的示意图；及图12为在闸极与源极/漏极区域上形成金属硅化物层的示意图。
具体实施例方式
本发明的一些实施例会详细描述如下。然而，除了详细描述外，本发明还可以有其他实施方式，且本发明的保护范围不受其限定。
本发明为将闸极与间隙壁形成于底材的一渠沟内以制作金属氧化物半导体场效应晶体管。参照图6所示，首先提供一晶片，此晶片至少包含一底材100。接下来移除部分的底材100，以在底材100内形成一渠沟120，此渠沟120的宽度及深度随着制程所需而不同。移除的方式大部分使用蚀刻的方法，而底材100所使用的材质大部分为一硅底材。参照图7所示，在渠沟120的底部形成一闸极200，此闸极至少包含一闸极氧化层220与一硅层240。闸极氧化层220位于渠沟120底部的底材100上，硅层240则位于闸极氧化层220上。渠沟120的深度范围约为闸极200厚度的50至80％，而渠沟120的宽度范围约为0.2μm至0.35μm。随着半导体元件体积的缩小，渠沟120的深度与宽度将会越来越小。闸极200的体积随着金属氧化物半导体场效应晶体管的缩小而缩小。参照图8所示，接下来在闸极200与底材100上形成一间隙壁层300，并填满整个渠沟120。通常采用绝缘物质作为间隙壁层300的材质，诸如氮化硅等。
参照图9所示，移除部分的间隙壁层300，以在闸极200的两侧形成间隙壁310。此间隙壁310的功能为防止闸极200发生漏电流且其位于闸极200的侧壁并填满整个渠沟120。通常采用蚀刻的方式以移除部分的间隙壁层300。参照图10所示，接下来将制程所需的N型离子或是P型离子植入间隙壁两侧的底材内，以在底材100内制作源极/漏极区域400。传统制作金属氧化物半导体场效应晶体管的方式，大部分采用轻掺杂漏极的方式以避免金属氧化物半导体场效应晶体管发生短通道效应的缺陷。但是在金属氧化物半导体场效应晶体管体积缩小后，轻掺杂漏极区域也将随之缩小。在轻掺杂漏极的制程中，虽然可以控制轻掺杂漏极区域的大小，但是在后续的高温制程中，轻掺杂区域中的离子将很容易通过渗透及扩散的作用移至其他区域，使轻掺杂漏极的区域扩大而发生短通道效应的缺陷。因此在本发明中，直接植入制程所需的离子以形成源极/漏极区域400。接下来再施以一第一快速加热制程作为回火(anneal)的制程。通过控制离子植入的深度与制程的温度使得植入的离子通过扩散或渗透的作用移至适当的位置，以取代轻掺杂漏极区域的功能。此区域通常称为源极/漏极的延伸区域(source/drain extended region)420。此源极/漏极的延伸区域420位于间隙壁310下方的区域且与源极/漏极区域相邻。此第一快速加热制程的温度大约为950℃至1050℃。
参照图11所示，在闸极200、间隙壁310与源极/漏极区域400上形成一金属层500。大部分使用化学气相沉积法(chemicai vapor deposition)(CVD)或是磁控直流电溅镀法(direct current magnetron sputtering)来沉积此金属层500。接下来，将晶片送入反应室中进行第二快速加热制程，使金属层500与接触处的硅反应，以形成金属硅化物(silicide)层510。第二快速加热制程的温度大约为500至700℃。此时的金属硅化物的结构主要是电阻值较高的C-49相的结构。参照图12所示，利用RCA清洗的方式来去除未参与反应或反应后所残留的金属层500，而将金属硅化合物层510留在闸极200与源极/漏极区域400上。最后再执行第三快速加热制程，将C-49相的金属硅化物结构转换成电阻值较低的C-54相的结构。第三快速加热制程的温度大约为750至850℃。此金属层500的材质可为钛、钴及白金等，通常使用钛为此金属层500的材质。
钛是现在自对准金属硅化物制程中最常使用的金属材料。基本上，钛是一种氧吸能力(oxygen gettering)不错的金属材料，在适当的温度下，钛极易与金属氧化物半导体晶体管上的漏极/源极和闸极上的硅因交互扩散而形成一电阻率很低的钛硅化合物(titanium silicide；TiSi2)。
借助本发明所制作而成的金属氧化物半导体场效应晶体管，可较精确地控制源极/漏极区域的接合深度，且源极/漏极区域的接合深度的误差允许范围也较大，因此不会由于源极/漏极的接合深度太深，而发生漏极电压导致源极与通道间电位能下降与贯穿漏电流的缺陷。借助本发明的结构，也可以避免源极/漏极的接合度太浅，而在后续形成自对准金属硅化物制程后发生针型漏电流及换位的缺陷。利用本发明的结构，可顺利缩小半导体元件的体积，而不会影响其效能，因此可提高半导体元件的品质与优良率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，此实施例仅用来说明而非用以限定本发明的申请专利范围。在不脱离本发明的实质内容的范畴内仍可予以变化而加以实施，所述的种种变化应仍属本发明的范围。
权利要求
1.一种金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，至少包含一晶片，其中所述的晶片至少包含一底材；一渠沟，其中所述的渠沟位于所述底材内；一闸极，其中所述的闸极位于所述渠沟的一底部；一间隙壁，其中所述的间隙壁位于所述闸极的一侧壁且填满所述渠沟；一源极/漏极区域，其中所述的源极/漏极区域位于所述底材内且位于所述间隙壁的一侧；一源极/漏极延伸区域，其中所述的源极/漏极延伸区域位于所述间隙壁的一底部且相邻于所述源极/漏极区域；及一金属硅化物层，其中所述的金属硅化物层位于所述闸极与所述源极/漏极区域上方。
2.如权利要求1所述的金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，所述闸极至少包含一闸极氧化层。
3.如权利要求1所述的金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，所述闸极至少包含一硅层。
4.如权利要求1所述的金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，所述渠沟的深度为所述闸极的厚度的50至80％。
5.如权利要求1所述的金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，所述的金属层的材料为白金。
6.一种金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，至少包含一晶片，所述的晶片至少包含一底材；一渠沟，所述的渠沟位于所述底材内；一闸极，所述的闸极位于所述渠沟的一底部且至少包含一闸极氧化层与一硅层；一间隙壁，所述的间隙壁位于所述闸极的一侧壁且填满所述渠沟；一源极/漏极区域，所述的源极/漏极区域位于所述底材内且位于所述间隙壁的一侧；一源极/漏极延伸区域，所述的源极/漏极延伸区域位于所述间隙壁的一底部且相邻于所述源极/漏极区域；及一金属硅化物层，所述的金属硅化物层位于所述闸极与所述源极/漏极区域上方。
7.如权利要求6所述的金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，所述的渠沟的一深度为所述闸极的厚度的50至80％。
8.如权利要求6所述的金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，所述的金属层的材料为钛。
9.如权利要求6所述的金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，所述的金属层的材料为钴。
10.如权利要求6所述的金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，所述的金属层的材料为白金。
全文摘要
本发明涉及一种金属氧化物半导体场效应晶体管，特别是有关一种将闸极与间隙壁制作在一渠沟内的金属氧化物半导体场效应晶体管结构。本发明至少包含一渠沟、一闸极、一间隙壁、一源极/漏极区域与一源极/漏极延伸区域，其中所述的闸极至少包含一硅层与一闸极氧化层，以降低源极/漏极的接合深度，并降低漏极电压导致源极与通道间电位能下降与贯穿漏电流的效应，避免在后续制程中发生针型漏电流的缺陷。
文档编号H01L29/786GK1400667SQ0112498
公开日2003年3月5日 申请日期2001年8月8日 优先权日2001年8月8日
发明者赖汉昭, 林宏穗, 卢道政 申请人:旺宏电子股份有限公司