专利名称：在半导体基材上形成金氧半导体元件的方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体处理科技，特别是涉及一种暂态加速扩散
(Transient Enhanced Diffusion; TED)降低的金氧半导体(MOS)元件的制造方 法。
背景技术：
在金氧半导体元件的栅极宽度随着半导体科技的尺寸而缩减下，介于 其源极与漏极之间的通道长度也随之缩减。通道长度的缩减已经引发一些 严重问题，例如热载子效应，而会降低元件的效能,并造成元件损坏。为补 救这样的问题,已发展出不同的漏极结构,例如轻掺杂漏极(LDD)结构。轻掺 杂漏极结构充当寄生电阻，并吸收金氧半导体元件内的一些能量，介以降 低通道区的最大能量。能量的缩减会降低热电子的生成，而妨碍金氧半导 体元件的性能。
一般是借由将离子植入于半导体基材中的一或多个特定区域中来制作 轻掺杂漏极结构。在植入过程中，可能会使半导体基材产生缺陷与损害。若 未修复这些缺陷与损伤，许多掺杂区，例如源极/漏极区、轻掺杂漏极区与 口袋植入区等的边界可因称为暂态快速扩散效应的影响而显著扩展，其中 暂态快速扩散效应通常是半导体基材在离子植入后在特定温度以上的环境 下进行回火所造成。举例而言，在形成侧壁间隙壁时，在60(TC至80(TC的 温度范围下对半导体基材进行热处理。此温度引发暂态快速扩散效应，而 对掺杂区造成不希望的边界偏移。如此一来，将增加这些掺杂区的各个接 面之间的寄生电容，而降低金氧半导体元件的效能。
为了消减暂态快速扩散效应，通常会在轻掺杂漏极结构一形成后立即 进行已知的快速热回火制程(RTA或RTP)的高温回火制程，借以修补离子植 入所造成的损伤。然而，利用传统的快速热回火制程来修补植入损伤与降 低暂态快速扩散效应，会引发热扩散的新问题。在快速热回火制程期间,是 在温度高于800。C的环境下对半导体基材进行热处理。这样的高温将造成热 扩散，而增加基材的掺杂区的接合深度。此增加的接合深度会限制金氧半 导体元件的性能。
因此，在半导体处理科技的技术领域中，亟需可抑制暂态快速扩散效 应并可降低热扩散的轻掺杂漏极结构的制造方法，以改善金氧半导体元件 的性能。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种在半导体基材上形成金氧半导体元件的方法，其是在栅极结构的侧壁间隙壁形成前，在温度低于轻掺杂漏极结构 的会发生实质暂态快速扩散的门槛温度下，进行热处理以修补离子植入半 导体基材时所造成的损伤。由于在这样的温度范围下，可避免暂态快速扩 散效应，并可同时修补离子植入所造成的损伤，因此已形成的各个掺杂区
本发明的另一目的在于，提供一种在半导体基材上形成金氧半导体元件的方法，可避免掺杂区产生不合需求的边界偏移，因此不仅可有效降低 半导体基材中的掺杂区之间的寄生电阻值，更可维持通道区的有效面积,进 而可提升金氧半导体元件的效能。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据 本发明提出的一种在半导体基材上形成金氧半导体元件的方法，至少包括以下步骤形成一栅极结构于该半导体基材上；将复数个离子植入该半导 体基材中，以形成一或复数个轻掺杂漏极结构邻近于该栅极结构；在低于 一门搵温度的一第一温度下对该半导体基材进行热处理，以修补离子植入 对该半导体基材所造成的损伤，其中在该门槛温度以下不会发生该轻掺杂 漏极结构的实质暂态快速扩散；形成复数个侧壁间隙壁于该半导体基材上的该栅极结构的复数个侧壁；以及形成复数个源极与漏极区在邻近于该栅 极结构的该半导体基材中。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的在半导体基材上形成金氧半导体元件的方法，其中所述的门槛 温度为600 ℃。
前述的在半导体基材上形成金氧半导体元件的方法，其中在该第一温度下对该半导体基材进行热处理，且该第一温度介于实质450℃与实质600℃之间。
前述的在半导体基材上形成金氧半导体元件的方法，其中对该半导体基材进行热处理直至离子植入该半导体基材所造成的损伤受到实质修补。
前述的在半导体基材上形成金氧半导体元件的方法，其中对该半导体基材进行实质10分钟至实质240分钟的热处理。
前述的在半导体基材上形成金氧半导体元件的方法，其中所述侧壁间隙壁是在一第二温度下形成，且该第二温度高于该门槛温度。
前述的在半导体基材上形成金氧半导体元件的方法，其更至少包括形成一或复数个口袋植入区于所述源极与漏极区下。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种在半导体基材上形成金氧半导体元件的方法，至少包括以
下步骤
形成一栅极结构于该半导体基材上；
将复数个离子植入该半导体基材中,以形成一或复数个轻掺杂漏极结构 邻近于该栅极结构；
在低于600℃的一温度下对该半导体基材进行热处理，以修补离子植入对该半导体基材所造成的损伤；
形成复数个侧壁间隙壁于该半导体基材上的该栅极结构的复数个侧壁；以及
形成复数个源极与漏极区在邻近于该栅极结构的该半导体基材中。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的在半导体基材上形成金氧半导体元件的方法，其中在该温度下 对该半导体基材进行热处理，且该温度介于实质450℃与实质600℃之间。
前述的在半导体基材上形成金氧半导体元件的方法，其中对该半导体 基材进行热处理直至离子植入该半导体基材所造成的损伤受到实质修补。
前述的在半导体基材上形成金氧半导体元件的方法，其中对该半导体 基材进行实质10分钟至实质240分钟的热处理。
前述的在半导体基材上形成金氧半导体元件的方法，其中所述侧壁间 隙壁是在低于600℃的温度下形成。
前述的在半导体基材上形成金氧半导体元件的方法，更至少包括形成 一或复数个口袋植入区于所述源极与漏极区下。
本发明的目的及解决其技术问题另外还采用以下技术方案来实现。依 据本发明提出的 一种在半导体基材上形成金氧半导体元件的方法，至少包 括以下步骤形成一栅极结构在该半导体基材上；将复数个离子植入该半 导体基材中，以形成一或复数个轻掺杂漏极结构邻近于该栅极结构；在低 于600℃的一温度下对该半导体基材进行实质10分钟至实质240分钟的热 处理，以修补离子植入对该半导体基材所造成的损伤；形成复数个侧壁间 隙壁于该半导体基材上的该栅极结构的复数个侧壁；以及形成复数个源极 与漏极区在邻近于该栅极结构的该半导体基材中。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的在半导体基材上形成金氧半导体元件的方法，其中在该温度下 对该半导体基材进行热处理，且该温度介于实质450℃与实质600℃之间。
前述的在半导体基材上形成金氧半导体元件的方法，其中所述侧壁间 隙壁是在低于600℃的温度下形成。
前述的在半导体基材上形成金氧半导体元件的方法，更至少包括形成 一或复数个口袋植入区在所述源极与漏极区下。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明的主要技术内容如下本发明的揭露一种在半导体基材上形成 金氧半导体元件的方法。在本发明的一实施例中，此方法包括下列步骤形成一栅极结构于半导体基材上；将复数个离子植入半导体基材中以形成 一或复数个轻掺杂漏极结构邻近于上述的栅极结构；在低于一门槛温度的 一第一温度下对半导体基材进行热处理，以修补离子植入对半导体基材所 造成的损伤，其中在此门槛温度以下不会发生轻掺杂漏极结构的实质暂态 快速扩散；形成复数个侧壁间隙壁于半导体基材上的栅极结构的复数个侧 壁；以及形成复数个源极与漏极区在邻近于栅极结构的半导体基材中。
借由上述技术方案，本发明在半导体基材上形成金氧半导体元件的方 法至少具有下列优点及有益效果
一、 本发明在栅极结构的侧壁间隙壁形成前，在温度低于轻掺杂漏极 结构的会发生实质暂态快速扩散的门槛温度下，进行热处理以修补离子植 入半导体基材时所造成的损伤。由于在这样的温度范围下，可避免暂态快 速扩散效应，并可同时修补离子植入所造成的损伤，因此已形成的各个掺杂区将不会因为后续任何回火制程而更深入地扩散至半导体基材中.
二、 本发明可避免掺杂区产生不合需求的边界偏移，因此不仅可有效 降低半导体基材中的掺杂区之间的寄生电阻值，更可维持通道区的有效面 积，进而可提升金氧半导体元件的效能。
综上所述，本发明具有上述诸多优点及实用价值，其不论在制造方法 或功能上皆有较大的改进，在技术上有显著的进步，并产生了好用及实用 的效果，且较现有技术具有增进的突出多项功效，从而更加适于实用，并 具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的 技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和 其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附 图，详细说明如下。
图1是绘示植入有轻掺杂漏极结构的金氧半导体元件的部分剖面图，其 中此金氧半导体元件已利用传统快速热回火制程处理过。
图2是绘示依照本发明一较佳实施例的一种经热处理过的具有轻掺杂 漏极结构的金氧半导体元件的部分剖面图。
图3A至图3J是绘示依照本发明一较佳实施例的一种金氧半导体元件 的详细制造过程的剖面图。
100:金氧半导体元件 102:半导体基材
104:栅极氧化层 106:多晶硅栅极108:侧壁间隙壁110源极/漏极区
111:轻^参杂漏极结构112口袋才直入区
200:金氧半导体元件202半导体基材
204:栅极介电层206栅极电极
208:侧壁间隙壁210源极/漏极区
211:轻掺杂漏极结构212口袋才直入区
300:半导体基材302栅极介电层
304:导电层306轻掺杂漏极结构
308:介电层310侧壁间隙壁
312:源极区314漏极区
316:介电层318导电结构
具体实施例方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功 效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的在半导体基材上形成 金氧半导体元件的方法其具体实施方式
、制造方法、步骤、特征及其功效,详细"说明后。
说明书中所提及的"一个实施例"、"一实施例"、"一示范实施例"等，是 表示所描述的实施例可包括一特定特征、结构或特性，但每个实施例可无 需包括此特定特征、结构或特性。其次，这样的用词不必是意指相同实施 例。再者，当一特定特征、结构或特性是以有关于一实施例的方式而加以 描述，然而在此技术领域中具有通常知识者的知识范畴中，可以与其他实 施例有关的方式来实施这样的特征、结构或特性，而不管这些其他实施例 是否已在此经过明确描述。
图1是绘示植入有轻掺杂漏极结构的金氧半导体元件100的部分剖面 图，其中此金氧半导体元件已利用传统快速热回火制程处理过。在图1所 示的部分剖面图中，仅绘示N型金氧半导体元件100的一部分，至少包括 半导体基材102、栅极氧化层104、多晶硅栅极106、侧壁间隙壁108、源极/漏极区110、轻掺杂漏才及结构111以及口袋植入区112。在侧壁间隙壁108 形成前，借由将离子植入半导体基材102中而形成轻掺杂漏极结构111。在 离子植入期间，半导体基材102经常会受损，如此将会特别容易引发暂态 快速扩散效应。
为了消减暂态快速扩散效应，通常在形成侧壁间隙壁108的过程中进 行快速热退火制程，以修补形成轻掺杂漏极结构111时的离子植入所造成 的损伤，其中此快速热退火制程的温度通常需高于800℃。这样传统的处理 方式的 一个缺点为快速热退火制程会造成各个掺杂区更深入地扩散至半导
体基材102中，而改变金氧半导体元件100的电性特性，并降低金氧半导 体元件100的性能。举例而言，在快速热退火制程后，口袋植入区112的 接面会橫向延伸至栅极氧化层104下方的通道区中，其中口袋植入区112 是围绕源极/漏极区110的轻掺杂区，用以减轻短通道效应。如此一来，将 大幅增加源极/漏极区IIO与口袋植入区112之间的寄生电阻值，也会缩减 通道区的有效面积。因此，金氧半导体元件IOO的性能会严重下降。
图2是绘示依照本发明一较佳实施例的一种植入有轻掺杂漏极结构的 金氧半导体元件200的部分剖面图，其中此金氧半导体元件200已经利用 预设低温回火制程处理过。在图2所示的部分剖面图中，仅绘示N型金氧 半导体元件200的一部分，至少包括半导体基材202、栅极介电层204、栅 极电极206、侧壁间隙壁208、源极/漏极区210、轻掺杂漏极结构211以及 口袋植入区212。栅极介电层204与栅极电极206合称为"栅极结构"。在 侧壁间隙壁208形成前，在温度低于门槛温度的环境下对轻掺杂漏极结构 211进行处理，直至对半导体基材202进行的离子植入所造成的损伤获得实 质修补，其中在上述的门槛温度以下不会发生轻掺杂漏极结构的实质暂态 快速扩散。如同熟习半导体处理科技者所了解的是，在温度低于约600。C的 环境下处理半导体基材202时，不会发生实质暂态快速扩散。在本实施例 中，轻掺杂漏极结构211是在大约介于450。C与600。C的温度下，进行约10 分钟至约240分钟的热处理。在这样的温度范围下，可避免暂态快速扩散 效应，并可同时修补轻掺杂漏极结构211制作期间的离子植入所造成的损 伤。因此，各个掺杂区，例如源极/漏极区210、轻掺杂漏极结构211以及 口袋植入区212等，将不会因为后续任何回火制程而实质上更深入地扩散 至半导体基材202中。
如图2所示，在侧壁间隙壁208形成后，口袋才直入区212的接面仍维 持非常对齐轻掺杂漏极结构211的外边缘。如此一来，可大幅降低口袋植 入区212与源极/漏极区210间的每单位面积的电阻值，且位于栅极介电层 204下方的通道区可维持实质不受影响。因此，相较于利用传统处理方式所 生产的金氧半导体元件IOO(如图1所示)，金氧半导体元件200的性能可获 得改善。
图3A至图3J是绘示依照本发明一较佳实施例的一种金氧半导体元件 的详细制造过程的剖面图。
图3A至图3D显示N型金氧半导体元件的初始处理步骤。此制程始于 图3A，利用^f敖影:技术定义半导体基材300的主动区，其中主动区位于数个 隔离结构之间，这些隔离结构并未绘示于图中。在沉积导电层304，例如多 晶硅与金属，在栅极介电层302上(如图3C所示)之前，先形成栅极介电层 302于半导体基材300上，如图3B所示。接下来，在图3D中，微影定义导电层304与栅极介电层302,借以使定义后的结构可作为N型金氧半导 体元件的栅极结构，其中经定义后的导电层304亦可称为栅极电极。在图 3E中，利用离子植入方式形成一组轻掺杂漏极结构306于半导体基材300 中，并邻近于栅极结构。接着，利用如同上述的预设低温回火制程处理对 半导体基材300进行处理，以修补离子植入所造成的损伤。既然预设低温 回火制程处理可使轻掺杂漏极结构306具有更局限的外形，因此可降低轻 掺杂漏极结构306的晕圈(Halo)植入的剂量。这样意味着具降低剂量的轻掺 杂漏极结构306可提供N型金氧半导体元件近似于传统处理方式所产生的 逆短通道效应(Reverse Short Channel Effect; RSCE)与起始电压的程度。
在低温回火制程处理后，沉积介电层308在半导体基材300上，如图 3F所示。在图3G中，蚀刻移除大部分的介电层308,以留下一对侧壁间隙 壁310紧邻棚-极结构，其中栅极结构是由留存的导电层304与栅极介电层 302所组成。侧壁间隙壁310可保护导电层304与栅极介电层302免受来自 于环境的污染。在图3H中，植入源极/漏极区312与314于栅极电极的二 侧的未受到栅极介电层302与侧壁间隙壁310所覆盖的区域上。值得注意 的一点是，源极/漏极区312与314的命名是取决于在一电路中其是如何连 接，因此源极/漏极区312与314的命名为可交换的。既然侧壁间隙壁310 未覆盖的区域不会受到源极/漏极区312与314的影响，因此位于栅极电极 二侧的部分轻掺杂漏极结构306仍继续存在。在图3I中，形成另一介电层 316于整个元件上，其中此介电层316定义有一或多个接触窗于源极/漏极 区312与314上。借由接触窗口的定义，可形成导电结构318来形成元件 的源极/漏极区312与314的接触，如图3J所示。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式 上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发 明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利 用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但 凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所 作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1. 一种在半导体基材上形成金氧半导体元件的方法，其特征在于其至少包括以下步骤形成一栅极结构于该半导体基材上；将复数个离子植入该半导体基材中，以形成一或复数个轻掺杂漏极结构邻近于该栅极结构；在低于一门槛温度的一第一温度下对该半导体基材进行热处理，以修补离子植入对该半导体基材所造成的损伤，其中在该门槛温度以下不会发生该轻掺杂漏极结构的实质暂态快速扩散；形成复数个侧壁间隙壁于该半导体基材上的该栅极结构的复数个侧壁；以及形成复数个源极与漏极区在邻近于该栅极结构的该半导体基材中。
2. 根据权利要求1所述的在半导体基材上形成金氧半导体元件的方 法，其特征在于其中该门槛温度为600°C。
3. 根据权利要求1所述的在半导体基材上形成金氧半导体元件的方 法，其特征在于其中在该第一温度下对该半导体基材进行热处理，且该第 一温度介于实质450。C与实质60(TC之间。
4. 根据权利要求1所述的在半导体基材上形成金氧半导体元件的方 法，其特征在于其中对该半导体基材进行热处理直至离子植入该半导体基 材所造成的损伤受到实质修补。
5. 根据权利要求1所述的在半导体基材上形成金氧半导体元件的方 法，其特征在于其中对该半导体基材进行实质10分钟至实质240分钟的热 处理。
6. 根据权利要求1所述的在半导体基材上形成金氧半导体元件的方 法，其特征在于其中所述侧壁间隙壁是在一第二温度下形成，且该第二温 度高于该门槛温度。
7. 根据权利要求1所述的在半导体基材上形成金氧半导体元件的方 法，其特征在于更至少包括形成一或复数个口袋植入区于所述源极与漏极 区下。
8. —种在半导体基材上形成金氧半导体元件的方法，其特征在于其至 少包括以下步骤形成一栅极结构于该半导体基材上；将复数个离子植入该半导体基材中，以形成一或复数个轻掺杂漏极结构 邻近于该栅极结构；在低于600。C的一温度下对该半导体基材进行热处理,以修补离子植入 对该半导体基材所造成的损伤；形成复数个侧壁间隙壁于该半导体基材上的该栅极结构的复数个侧 壁；以及形成复数个源极与漏极区在邻近于该栅极结构的该半导体基材中。
9. 根据权利要求8所述的在半导体基材上形成金氧半导体元件的方 法，其特征在于其中在该温度下对该半导体基材进行热处理，且该温度介 于实质450。C与实质60(TC之间。
10. 根据权利要求8所述的在半导体基材上形成金氧半导体元件的方 法，其特征在于其中对该半导体基材进行热处理直至离子植入该半导体基 材所造成的损伤受到实质修补。
11. 根据权利要求8所述的在半导体基材上形成金氧半导体元件的方 法，其特征在于其中对该半导体基材进行实质10分钟至实质240分钟的热 处理。
12. 根据权利要求8所述的在半导体基材上形成金氧半导体元件的方 法，其特征在于其中所述侧壁间隙壁是在低于600。C的温度下形成。
13. 根据权利要求8所述的在半导体基材上形成金氧半导体元件的方 法，其特征在于更至少包括形成一或复数个口袋植入区于所述源极与漏极 区下。
14. 一种在半导体基材上形成金氧半导体元件的方法,其特征在于其至 少包括以下步骤形成一栅极结构在该半导体基材上；将复数个离子植入该半导体基材中,以形成一或复数个轻掺杂漏极结构 邻近于该栅极结构；在低于600。C的一温度下对该半导体基材进行实质10分钟至实质240 分钟的热处理，以修补离子植入对该半导体基材所造成的损伤；形成复数个侧壁间隙壁于该半导体基材上的该栅极结构的复数个侧 壁；以及形成复数个源极与漏极区在邻近于该栅极结构的该半导体基材中。
15. 根据权利要求14所述的在半导体基材上形成金氧半导体元件的方 法，其特征在于其中在该温度下对该半导体基材进行热处理，且该温度介 于实质450。C与实质600。C之间。
16. 根据权利要求14所述的在半导体基材上形成金氧半导体元件的方 法，其特征在于其中所述侧壁间隙壁是在低于60(TC的温度下形成。
17. 根据权利要求14所述的在半导体基材上形成金氧半导体元件的方 法，其特征在于更至少包括形成一或复数个口袋植入区在所述源极与漏极 区下。
全文摘要
本发明是有关于一种在半导体基材上形成金氧半导体元件的方法，至少包括形成一栅极结构于半导体基材上；将复数个离子植入半导体基材中以形成一或复数个轻掺杂漏极结构邻近于上述的栅极结构；在低于一门槛温度的第一温度下对半导体基材进行热处理，以修补离子植入对半导体基材所造成的损伤，其中在此门槛温度以下不会发生轻掺杂漏极结构的实质暂态快速扩散；形成复数个侧壁间隙壁于半导体基材上的栅极结构的复数个侧壁；以及形成复数个源极与漏极区在邻近于栅极结构的半导体基材中。
文档编号H01L21/336GK101207041SQ20071009746
公开日2008年6月25日 申请日期2007年4月29日 优先权日2006年12月21日
发明者冯家馨, 黄焕宗 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司