专利名称：金属氧化物半导体电晶体的制造方法
技术领域：
本发明是有关于半导体装置的制程技术，特别是有关于一种形成金属氧化物半导体电晶体(metal oxide semiconductor transistor；MOS transistor)的方法。
背景技术：
金属氧化物半导体电晶体的制造过程，补偿间隙壁(Off set spacer)能够降低栅极(gate)与浅源极/漏极延伸区域(source/drain extension)之间的距离，亦即所谓重叠部。再者，能够分别调整补偿间隙壁，而独立地调整浅源极/漏极延伸区域与栅极之间的重叠合与垂直接合深度。
图1-图8所示，为传统形成金属氧化物半导体电晶体的制程剖面示意图。
参阅图1所示，提供具有用来定义主动区域的浅沟槽隔离物(shallowtrench isolation；STI)的半导体基底10。然后在含有氧的热环境之中，在半导体基底10表面形成栅极氧化层12。接下来，利用低压化学气相沉积法(lowpressure chemical vapor deposition；LPCVD)，在栅极氧化层12表面形成掺杂离子的复晶硅层(doped polysilicon layer)14。
参阅图2-图3所示，在所述复晶硅层14表面的既定位置形成图未显示的光阻图案。然后，利用所述先阻图案当作蚀刻罩幕，非等向性蚀刻所述复晶硅层14以及栅极氧化层12，而留下复晶硅结构14a与栅极氧化层12a。在此步骤，由于离子轰击效应，复晶硅结构14a将产生若干机械应力。然后，将所述半导体基底10置于超音波槽之中，去除不想要的杂质粒子与残留物质。
为了消除所述机械应力，必须在高温的环境下进行回火，此时，复晶硅结构14a的周边极可能会形成如图3所示厚度小于50埃的二氧化硅薄膜16。在此步骤，复晶硅结构14a的轮廓会被圆化。
参阅图4所示，利用低压化学气相沉积法于高温下，在所述绝缘层18表面形成例如二氧化硅或是氮化硅的绝缘层18，其厚度大约为150埃。
参阅图5所示，回蚀刻(etching back)所述绝缘层(insulating layer)18以及二氧化硅薄膜16，以形成包含绝缘间隙壁(spacer)18a与二氧化硅间隙壁的补偿间隙壁OS。
参阅图6所示，在所述半导体基底10植入例如磷离子或砷离子，以形成淡掺杂区域22、24。
参阅图7所示，在所述半导体基底10与栅极电极14a表面沉积厚度大约为2500埃的氮化硅层26。
参阅图8所示，回蚀刻所述氮化硅层26，以在补偿间隙壁OS的侧壁形成氮化硅间隙壁26a。接着植入磷离子或砷离子于所述半导体基底10，而形成浓掺杂区域28、30，以当作源极/漏极区域。其主要缺陷在于1、然而，当作复晶硅结构14a的栅极电极持续地缩小，复晶硅结构的临界尺寸(critical dimension；CD)亦随着缩小，再者，受限于微影技术的发展，不易控制超小尺寸的线宽。
2、再者，此线宽较窄的复晶硅结构影响到对于半导体基底的附着力，很容易在超音波清洗的过程之中，从半导体基底脱落。
3、并且，补偿间隙壁OS是由热氧化法形成二氧化硅薄膜16与沉积绝缘层18，以及经由后续的回蚀刻所述二氧化硅薄膜16与绝缘层18而完成。因此，制程复杂度与热预算等制造成本将会增加。
Hung的美国专利编号5,981,325号揭露一种制造互补式金属氧化物半导体(CMOS)电晶体的制造方法。其利用低压化学气相沉积法依序在CMOS的栅极电极的侧壁形成第一补偿间隙壁与第二补偿间隙壁的双重间隙壁(doublespacer)。
另外，Lin等人的美国专利编号6,187,644号揭露一种通过形成补偿间隙壁，去除氮氧硅化物的方法。例如在栅极区域表面形成例如二氧化硅的介电层。然后，回蚀刻所述介电层，以形成补偿间隙壁。再者，所述介电层具有100埃-600埃的厚度。
其主要缺陷在于如上所述，由于沉积造成的高成本问题与脱落问题仍无法完全地获得解决。
因此，有需要提供一种改良的形成金属氧化物半导体电晶体的方法。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种金属氧化物半导体电晶体的制造方法，克服现有技术的弊端，通过微影技术，达到较容易控制金属氧化物半导体电晶体的复晶硅结构的目的。
本发明的另一目的是提供一种金属氧化物半导体电晶体的制造方法，达到降低其制程的复杂度与制造成本的目的。
本发明的再一目的是提供一种金属氧化物半导体电晶体的制造方法，达到提高当作栅极电极的复晶硅结构与半导体基底之间的粘着力的目的。
本发明的目的是这样实现的一种金属氧化物半导体电晶体的制造方法，依序包括下列步骤，首先提供一半导体基底。然后，在所述半导体基底表面形成一复晶硅层。接着，选择性蚀刻所述复晶硅层以形成一栅极电极。其次，利用热氧化法在所述栅极电极的顶部与侧壁形成二氧化硅层。然后，植入离子于所述半导体基底，以形成淡掺杂区域。接着，在所述二氧化硅层侧壁形成一氮化间隙壁，再者，植入离子于所述半导体基底，以形成当作所述金属氧化物半电晶体的源极/漏极的浓掺杂区域。
再者，所述金属氧化物半导体电晶体的制造方法之中，二氧化硅层的厚度介于60埃-250埃之间，最好是介于60埃-120埃之间。
再者，所述金属氧化物半导体电晶体的制造方法，更包括回蚀刻所述二氧化硅层，以形成二氧化硅间隙壁的步骤。所述金属氧化物半导体电晶体的制造方法之中，二氧化硅层的形成是在介于700℃-1200℃的温度下进行，最好是在850℃-900℃的温度下进行。所述金属氧化物半导体电晶体的制造方法之中，栅极电极是在所述热氧化法步骤进行同步回火，目的在于消除机械应力造成的晶格缺陷。所述金属氧化物半导体电晶体的制造方法之中，二氧化硅是在含氧环境中形成。所述金属氧化物半导体电晶体的制造方法之中，形成所述二氧化硅层的反应时间大约介于3-4小时之间。
下面结合较佳实施例和附图进一步说明。
图1-图8是传统技术形成金属氧化物半导体电晶体制程的剖面示意图。
图9-图16是本发明形成金属氧化物半导体电晶体的制程的剖面示意图。
具体实施例方式
参阅图9所示，本发明形成金属氧化物半导体电晶体的制程包括如下步骤提供单晶硅构成的半导体基底100，所述半导体基底100具有浅沟槽隔离物，以定义主动区域(active region)。然后，利用含有氧气或水气的高温环境中，形成厚度大约80埃-200埃的栅极氧化层120于所述半导体基底100的表面。接着，利用低压化学气相沉积法，在栅极氧化层120形成厚度大约2500埃的掺杂复晶硅层140，所述反应气体包括合硅气体，例如为硅烷(SiH4)或是二氯硅烷(SiH2Cl2)，而反应温度介于550℃-650℃之间。
参阅图10所示，利用微影技术，在所述复晶硅层140表面的既定位置形成光阻图案(为了简化，图未显示)。在0.13微米的制程，所述先阻图案的宽度大约为0.115微米。接下来，利用所述光阻图案为蚀刻罩慕，非等向性蚀刻所述复晶硅层140以及栅极氧化层120，以留下当作栅极电极的复晶硅结构140a以及栅极氧化层120a。所述复晶硅结构140a的图案是经由所述光阻图案转移而得，因此，复晶硅结构140a具有0.115微米的宽度W1。再者，在此蚀刻步骤之中，由于离子轰击的作用，复晶硅结构140a将产生若干机槭应力，进而产生晶格缺陷(defects)。然后，利用光阻剥除液，去除所述先阻图案。
参阅图11所示，将所述半导体基底100置入热氧化炉，然后导入含氧气体于所述热氧化炉，在所述半导体基底100表面以及所述栅极电极140a的顶部与侧壁形成二氧化硅层160。通过所述热氧化步骤，所述复晶硅结构140a被消耗掉少许，因而留下宽度W2大约0.09微米的复晶硅结构140b，而降低金属氧化物半导体电晶体的有效通道长度。所述二氧化硅层160的厚度大约为60埃-250埃，并且其是在800℃-1000℃的温度下进行反应3-4小时完成。在此复晶硅构成的栅极电极140a的氧化步骤，会消耗掉少许的复晶硅。并且，栅极电极140a之中的缺陷亦能够在所述热氧化步骤以同步回火而消除。
另一方面，以快速热氧化法在大约1000℃进行3-5分钟的反应，以取代热氧化炉也可以。
参阅图12所示，回蚀刻所述二氧化硅层160，以形成二氧化硅层构成的补偿间隙壁160a。
参阅图13所示，植入例如磷离子或砷离子于所述半导体基底100，以形成淡掺杂区域180、200。
参阅图14所示，利用低压化学气相沉积法，并且以SiH2Cl2与NH3为反应气体，以在所述半导体基底100与栅极电极140b表面形成厚度大约2500埃的氮化硅层220。
参阅图15所示，回蚀刻所述氮化硅层220，以形成在二氧化硅间隙壁的侧壁形成氮化硅间隙壁220a。
参阅图16所示，植入磷或是砷离子于所述半导体基底100，以形成浓掺杂区域240、260，以当作源极/漏极区域，相较于所述淡掺杂区域的形成步骤，此离子植入步骤的掺杂浓度与植入能量较高。
本发明的主要特征及功效如下。
1、根据所述本发明的金属氧化物半导体电晶体的制造方法，由于当作栅极电极的复晶硅结构的外周，在热氧化制程会被消耗掉少许，因此，复晶硅结构较容易以微影技术来控制。亦即，比起传统技术，可以形成宽度较大的复晶硅结构。
2、根据本发明的金属氧化物半导体电晶体的制造方法，在形成既定厚度的二氧化硅层(用来在后续形成补偿间隙壁)的过程中，能够同时地消除或降低产生于复晶硅结构的机械应力等造成的晶格缺陷，因此，可以降低制程复杂度及制造成本，例如能够减少热预算。
3、根据本发明的形成金属氧化物半导体电晶体的制造方法，由于复晶硅结构具有相对大的宽度，因此，介于复晶硅结构与半导体基底之间的粘着力能够提升。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，所作更动与润饰，都属于本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种金属氧化物半导体电晶体的制造方法，其特征是它依序包括下列步骤(1)提供一半导体基底；(2)在所述半导体基底表面形成一复晶硅层；(3)选择性蚀刻所述复晶硅层，以形成一栅极电极；(4)利用热氧化法，在所述栅极电极的顶部与倒壁形成二氧化硅层；(5)植入离子于所述半导体基底，以形成淡掺杂区域；(6)在所述二氧化硅层侧壁形成一氮化间隙壁；(7)植入离子于所述半导体基底，以形成当作所述金属氧化物半电晶体的源极/漏极的浓掺杂区域。
2.根据权利要求1所述的金属氧化物半导体电晶体的制造方法，其特征是所述二氧化硅层的厚度介于60埃-250埃之间。
3.根据权利要求2所述的金属氧化物半导体电晶体的制造方法，其特征是所述二氧化硅层的厚度介于60埃-120埃之间。
4.根据权利要求1所述的金属氧化物半导体电晶体的制造方法，其特征是更包括回蚀刻所述二氧化硅层，以形成二氧化硅间隙壁的步骤。
5.根据权利要求1所述的金属氧化物半导体电晶体的制造方法，其特征是所述二氧化硅层的形成是在700-1200℃的温度下进行。
6.根据权利要求5所述的金属氧化物半导体电晶体的制造方法，其特征是所述二氧化硅层的形成是在850-900℃的温度下进行。
7.根据权利要求1所述的金属氧化物半导体电晶体的制造方法，其特征是所述栅极电极是在所述热氧化法步骤进行同步回火，以消除晶格缺陷。
8.根据权利要求1所述的金属氧化物半导体电晶体的制造方法，其特征是所述二氧化硅是在含氧环境中形成。
9.根据权利要求1所述的金属氧化物半导体电晶体的制造方法，其特征是形成所述二氧化硅层的反应时间介于3-4小时之间。
10.一种金属氧化物半导体电晶体的制造方法，其特征是它依序包括下列步骤(1)提供一半导体基底；(2)在所述半导体基底表面形成一复晶硅层；(3)选择性蚀刻所述复晶硅层，以形成一栅极电极；(4)在一超音波槽之中清洗所述半导体基底；(5)利用热氧化法使所述栅极电极之中的硅与氧反应，以在所述栅极电极的顶部与侧壁形成厚度为60-120埃的二氧化硅层；(6)植入离子于所述半导体基底，以形成淡掺杂区域；(7)在所述二氧化硅层侧壁形成一氮化间隙壁；(8)植入离子于所述半导体基底，以形成当作所述金属氧化物半电晶体的源极/漏极的浓掺杂区域。
全文摘要
本发明提供一种金属氧化物半导体电晶体的制造方法，依序包括下列步骤，首先提供一半导体基底。然后，在半导体基底表面形成一复晶硅层。接着，选择性蚀刻复晶硅层，以形成一栅极电极。利用热氧化法在栅极电极的顶部与侧壁形成二氧化硅层。植入离子于半导体基底，以形成淡掺杂区域。在二氧化硅层侧壁形成一氮化间隙壁，植入离子于半导体基底，以形成当作金属氧化物半电晶体的源极/漏极的浓掺杂区域。
文档编号H01L21/336GK1492490SQ0214635
公开日2004年4月28日 申请日期2002年10月24日 优先权日2002年10月24日
发明者顾子琨, 黄文助 申请人:矽统科技股份有限公司