专利名称：改善反窄沟道效应及制作mos晶体管的方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件的制造领域，尤其涉及在制作MOS晶体管工艺中改善反窄 沟道效应的方法。
背景技术：
随着半导体工业朝更小、速度更快的器件发展，半导体器件的特征横向尺寸和深 度逐渐减小，要求源/漏极以及源/漏极延伸区(Source/Drain Extension)相应地变浅。 当前源/漏极结几乎都是以离子注入法来进行掺杂形成。随着电子元件的尺寸缩小，如何 以毫微米的工艺技术制造金属-氧化物-半导体(M0Q晶体管的源极和漏极是目前和未来 离子注入技术的发展方向。但是随着栅极长度的缩短，在离子注入过程中，出现了很多影响晶体管正常工作 的负面效应，比如反窄沟道效应(RNCE)。反窄沟道效应(RNCE)是指在浅沟槽隔离(STI，shallow trench isolation)工艺 下，器件的阈值电压(Vt)随沟道宽度的减小而递减的效应。该效应是制约小尺寸器件应用
的重要因素之一。在目前常规的MOS场效应管制作过程中，由于浅沟槽隔离结构边缘会出现凹陷 10(如图1所示)，隔离结构之间的有源区的尺寸相对于预定尺寸变长。这样造成后续形成 的主晶体管(如图2粗实线所示)两侧靠近半导体衬底与浅沟槽隔离结构交界处的地方并 联附加了两个阈值电压相对较低的寄生晶体管(如图2虚线框内所示)，在主晶体管工作过 程中，会产生较为严重的反窄沟道效应，该晶体管的阈值电压会下降。由于现有小尺寸器件(0. 18 μ m以下)制作中容易产生反窄沟道效应，导致阈值电 压变化大，器件的寄生结电容增加，工作速度下降。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种改善反窄沟道效应及制作MOS晶体管的方法，防止 反窄沟道效应。本发明提供一种改善反窄沟道效应的方法，包括提供依次形成有浅沟槽的半导 体衬底，所述浅沟槽内壁形成有衬氧化层；对浅沟槽侧壁进行有角度的离子注入。可选的，所述离子注入与半导体衬底垂直方向的角度为20° 45°。所述离子注 入能量为小于等于lOOKev，注入剂量为小于等于1014/cm2。本发明还提供一种制作MOS晶体管的方法，包括提供依次形成有浅沟槽的半导 体衬底，所述浅沟槽内壁形成有衬氧化层；对浅沟槽侧壁进行有角度的离子注入；向浅沟 槽内填充满绝缘氧化层；去除腐蚀阻挡层和垫氧化层，形成浅沟槽隔离结构，所述浅沟槽隔 离结构之间的区域为有源区；在有源区依次形成栅介质层与栅极，所述栅介质层与栅极构 成栅极结构；以栅极结构为掩模，在栅极两侧的半导体衬底内进离子注入，形成源/漏极延 伸区；在栅极结构两侧形成侧墙后，在栅极结构及侧墙两侧的半导体衬底内形成源/漏极。
可选的，所述离子注入与半导体衬底垂直方向的角度为20° 45°。所述离子注 入能量为小于等于lOOKev，注入剂量为小于等于1014/cm2。可选的，所述MOS晶体导电类型为η型，注入离子是P型离子。可选的，所述MOS晶体导电类型为ρ型，注入离子是η型离子。与现有技术相比，本发明具有以下优点在浅沟槽侧壁进行有角度的离子注入，即 在有源区的侧壁进行离子注入，用以调整寄生MOS晶体管的开启电压，进而使MOS晶体管的 开启电压达到预期值，改善反窄沟道效应，使器件的阈值电压(Vt)随沟道宽度的减小而递 减的趋势减缓。
图1是现有工艺形成的浅沟槽隔离结构示意图；图2是现有工艺形成的产生反窄沟道效应MOS晶体管的示意图；图3是本发明改善反窄沟道效应的具体实施方式
流程图；图4是本发明形成MOS晶体管的具体实施方式
流程图；图5至图8是本发明形成MOS晶体管工艺中改善反窄沟道效应的实施例示意图；图9是本发明与现有工艺形成的MOS晶体管阈值电压随有源区尺寸变化的效果 图。
具体实施例方式现有工艺在制作MOS晶体管工艺中，由于形成的浅沟槽隔离结构边缘会出现凹陷 现象，导致有源区尺寸大于预定尺寸。造成后续形成的晶体管两侧靠近半导体衬底与浅沟 槽隔离结构交界处的地方并联两个阈值电压相对较低的寄生晶体管，在晶体管工作过程 中，会产生较为严重的反窄沟道效应，使晶体管的阈值电压沟道宽度的减小而速减。本发明提供了一种改善反窄沟道效应的方法，如图3所示，执行步骤Si，提供依次 形成有浅沟槽的半导体衬底，所述浅沟槽内壁形成有衬氧化层；执行步骤S2，对浅沟槽侧 壁进行有角度的离子注入。本发明在形成MOS晶体管过程中改善反窄沟道效应的具体流程如图4，执行步 骤S11，提供依次形成有浅沟槽的半导体衬底，所述浅沟槽内壁形成有衬氧化层；执行步骤 S12，对浅沟槽侧壁进行有角度的离子注入；执行步骤S13，向浅沟槽内填充满绝缘氧化层； 执行步骤S14，去除腐蚀阻挡层和垫氧化层，形成浅沟槽隔离结构，所述浅沟槽隔离结构之 间的区域为有源区；执行步骤S15，在有源区依次形成栅介质层与栅极，所述栅介质层与栅 极构成栅极结构；执行步骤S16，以栅极结构为掩模，在栅极两侧的半导体衬底内进离子注 入，形成源/漏极延伸区；执行步骤S17，在栅极结构两侧形成侧墙后，在栅极结构及侧墙两 侧的半导体衬底内形成源/漏极。本发明在浅沟槽侧壁进行有角度的离子注入，即在有源区的侧壁进行离子注入， 用以调整寄生MOS晶体管的开启电压，进而使MOS晶体管的开启电压达到预期值，改善反窄 沟道效应，使器件的阈值电压(Vt)随沟道宽度的减小而递减的趋势减缓。下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。图5至图8是本发明形成MOS晶体管工艺中改善反窄沟道效应的实施例示意图。如图5所示，提供半导体衬底200，其中半导体衬底200可以是硅、锗或绝缘体上硅等半导体 材料；在半导体衬底200上形成垫氧化层202，形成垫氧化层202的方法为热氧化法，垫氧 化层202的材料具体为氧化硅；用低压化学气相沉积法或等离子体辅助化学气相沉积法在 垫氧化层202上形成腐蚀阻挡层204，用于在后续蚀刻过程中保护下面的垫氧化层202免受 腐蚀，其中腐蚀阻挡层204的材料为氮化硅，一般采用化学气相沉积法形成。继续参考图5，用旋涂法在腐蚀阻挡层204上形成光刻胶层(未图示)，经过曝光 显影工艺后，定义出浅沟槽图形。以光刻胶层为掩膜，沿浅沟槽图形，以干法刻蚀法刻蚀腐 蚀阻挡层204和垫氧化层202至露出半导体衬底200 ；在用灰化法去除光刻胶层后，以腐蚀 阻挡层204和垫氧化层202为掩模，用干法刻蚀法刻蚀半导体衬底200，形成浅沟槽。如图6所示，采用热氧化法氧化浅沟槽内的半导体衬底200的硅材料，形成衬氧化 层206，所述衬氧化层206的材料为氧化硅。继续参考图6，对浅沟槽侧壁进行有角度的离子注入，即将离子注入浅沟槽之间的 有源区侧壁。在工艺过程中，先将离子注入设定一角度注入浅沟槽的其中一侧壁；然后调整 方向，再将离子注入至浅沟槽的另一侧壁中。本实施例中，所述离子注入与半导体衬底垂直方向的角度，及离子注入的剂量和 能量是根据有源区宽度、腐蚀阻挡层204的厚度来确定的。作为一个实例，在0. 18μπι的工艺条件下，通常离子注入的角度为20° 45°。所 述离子注入能量为小于等于lOOKev，大于等于IOKev ；离子注入剂量为小于等于1014/cm2， 大于等于108/Cm2。本实施例中，在形成PMOS晶体管区域，向浅沟槽侧壁的半导体衬底200内注入的 是η型离子。在形成NMOS晶体管区域，向浅沟槽侧壁的半导体衬底200内注入的是ρ型离 子。在向PMOS晶体管区域注入离子时，需要在NMOS晶体管区域形成光刻胶层进行遮掩，在 向NMOS晶体管区域注入离子时，需要在PMOS晶体管区域形成光刻胶层进行遮掩。如图7所示，通过用高密度等离子体化学气相沉积法(HDPCVD)或高深宽比工艺 (HARP, High Aspect Ratio Process)在腐蚀阻挡层204上形成绝缘氧化层208，并将绝缘 氧化层208填充满浅沟槽，所述绝缘氧化层208材料优选氧化硅。在沉积完绝缘氧化层208 后，对绝缘氧化层208进行平坦化处理至露出腐蚀阻挡层204。然后，用湿法刻蚀方法去除 腐蚀阻挡层204和垫氧化层202，形成浅沟槽隔离结构。如图8所示，在浅沟槽隔离结构之间的有源区半导体衬底200上依次形成栅介质 层210与栅极212，所述栅介质层210与栅极212构成栅极结构。具体形成工艺为用热氧 化法或化学气相沉积法在半导体衬底200上形成栅介质层210 ；接着用化学气相沉积法或 低压等离子体化学气相沉积或等离子体增强化学气相沉积工艺在栅介质层上形成多晶硅 层；在多晶硅层上形成光刻胶层，定义栅极图案；以光刻胶层为掩膜，刻蚀多晶硅层及栅介 质层至露出半导体衬底；灰化去除光刻胶层。继续参考图8，以栅极结构为掩膜，在栅极结构两侧的半导体衬底200内进行离子 注入，形成源/漏极延伸区216。在栅极结构两侧形成侧墙214，所述侧墙214的材料可以 为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中一种或者它们组合构成。以栅极结构及侧墙214为掩模，在 栅极结构两侧的半导体衬底200中进行离子注入，形成源/漏极218。最后，对半导体衬底 200进行退火处理，使注入的离子扩散均勻。
图9是本发明与现有工艺形成的MOS晶体管阈值电压随有源区尺寸变化的效果 图。如图9所示，现有工艺在制作MOS晶体管工艺中，由于形成的浅沟槽隔离结构边缘会出 现凹陷现象，导致有源区尺寸大于预定尺寸；造成后续形成的晶体管两侧靠近半导体衬底 与浅沟槽隔离结构交界处的地方并联两个阈值电压相对较低的寄生晶体管，在晶体管工作 过程中，会产生较为严重的反窄沟道效应，使器件的阈值电压(Vt)随有源区尺寸的减小而 递减(图中方形线)。本发明在浅沟槽侧壁进行有角度的离子注入，即在有源区的侧壁进 行离子注入，用以调整寄生MOS晶体管的开启电压，进而使MOS晶体管的开启电压达到预期 值，改善生活反窄沟道效应，如图中三角形线所示，器件的阈值电压(Vt)随有源区尺寸的 减小而随之下降的程度比较缓慢。虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术 人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应 当以权利要求所限定的范围为准。
权利要求
1.一种改善反窄沟道效应的方法，其特征在于，包括提供依次形成有浅沟槽的半导体衬底，所述浅沟槽内壁形成有衬氧化层；对浅沟槽侧壁进行有角度的离子注入。
2.根据权利要求1所述改善反窄沟道效应的方法，其特征在于，所述离子注入与半导 体衬底垂直方向的角度为20° 45°。
3.根据权利要求2所述改善反窄沟道效应的方法，其特征在于，所述离子注入能量为 小于等于lOOKev，注入剂量为小于等于1014/cm2。
4.一种制作MOS晶体管的方法，其特征在于，包括提供依次形成有浅沟槽的半导体衬底，所述浅沟槽内壁形成有衬氧化层；对浅沟槽侧壁进行有角度的离子注入；向浅沟槽内填充满绝缘氧化层；去除腐蚀阻挡层和垫氧化层，形成浅沟槽隔离结构，所述浅沟槽隔离结构之间的区域 为有源区；在有源区依次形成栅介质层与栅极，所述栅介质层与栅极构成栅极结构；以栅极结构为掩模，在栅极两侧的半导体衬底内进离子注入，形成源/漏极延伸区；在栅极结构两侧形成侧墙后，在栅极结构及侧墙两侧的半导体衬底内形成源/漏极。
5.根据权利要求4所述制作MOS晶体管的方法，其特征在于，所述离子注入与半导体衬 底垂直方向的角度为20° 45°。
6.根据权利要求5所述制作MOS晶体管的方法，其特征在于，所述离子注入能量为小于 等于lOOKev，注入剂量为小于等于1014/cm2。
7.根据权利要求6所述制作MOS晶体管的方法，其特征在于，所述MOS晶体导电类型为 η型，注入离子是P型离子。
8.根据权利要求6所述制作MOS晶体管的方法，其特征在于，所述MOS晶体导电类型为 P型，注入离子是η型离子。
全文摘要
本发明提出一种改善反窄沟道效应及制作MOS晶体管的方法。其中改善反窄沟道效应的方法，包括提供依次形成有浅沟槽的半导体衬底，所述浅沟槽内壁形成有衬氧化层；对浅沟槽侧壁进行有角度的离子注入。本发明有效改善了MOS晶体管的反窄沟道效应。
文档编号H01L21/762GK102110636SQ200910247418
公开日2011年6月29日 申请日期2009年12月29日 优先权日2009年12月29日
发明者杨林宏, 陈亮 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司