CN1157485A - 互补型金氧半场效应晶体管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用大角度离子布植及后侧壁子制程的互补型金氧半场效应晶体管的制造方法，其步骤如下：制造硅基板；进行离子植入形成淡掺杂漏极；形成侧壁子；应用第一光罩形成N型离子植入区；应用第二光罩形成P型离子植入区；在场氧化层及晶体管上沉积绝缘层；应用第三光罩形成场氧化层与栅极间的接触窗；其可有效地解决当元件尺寸不断缩小时所产生的短通道效应所引的热载子及穿透等效应，用此制造方法，可减少使用光罩次数并可保证质量。
Description
本发明关于一种利用大角度离子布植及厚侧壁子制程的互补型金氧半场效应晶体管的制造方法，其特点是可以减少光罩的使用次数，降低制造成本。
在半导体领域中，由于元件结构日益趋向小型化，因此制造方法不断改进与发展。
当元件尺寸不断缩小，则栅极长度随之缩减，自然通道(channel)长度也不断缩减，当通道长度在次微米以下时，即产生所谓短通道效应(ShortChannel Effect)，其中以在短通道效应中所引起的N通道MOS晶体管中的热载子效应(Hot Carrier Effect)和P通道MOS晶体管中的穿透效应(PunchthronghEffect)最值得注意，热载子的产生是由于元件尺寸缩减，若电源仍然保持定值则元件的横向电场会大量增加并且集中在漏极附近以至于热载子产生，另外，由于元件中横向电场会使得N通道中的电子获得较大能量，以产生电子洞对，其中部分热载子受电场影响而注入栅极氧化层，因此改变元件临限电压Vt，另外饱和电流(saturation current)、转移电导(Transconductance)、载子移动率(Carrier Mobility)均受影响而变少或降低，一般传统技术是以淡掺杂漏极(Light Doped Drain)方式，来改善N通道MOS晶体管中的热载子效应，对PMOS而言，当通道长度小于0.6μm时穿透效应就非常严重，此外由于热载子效应也会使得P通道元件临限电压Vt(Threshold Voltage)改变(使得|Vt|减少)，而产生漏电流，为减少穿透效应，改善漏电流现象，传统技术中除采用淡掺杂漏极结构，另外有效穿透阻止(Effect Punchthrough Stopper，EPS)结构(或称Pocket结构)以降低PMOS元件的源极/漏极接面深度(Junction Depth)，可有效改善漏电流现象。
以下对具有N通道和P通道的传统LDD MOS晶体管元件的制作方法加以说明：其步骤是：
(1)提供-P型硅基板1，形成场氧化体2，P型井区3，N型井区4及长成一栅极氧化层5(Gate Oxide)其厚度为1000，(见图1A)；
(2)以低压化学气相沉积法形成第一多晶硅层6并掺入杂质，然后再形成二氧化硅层7，然后再应用一光罩界定栅极(见图1B)；
(3)应用光罩8，以磷离子进行N-型LDD的离子布植9，离子剂量为3E13cm-2，离子能量为30KeV，以形成N-型淡掺杂漏极杂质植入区10(见图1C)；
(4)应用光罩11，以能量为30KeV，浓度为1E13cm-2的BF2离子12，进行P-型LDD杂质植入，形成植入区13(见图1D)；
(5)沉积介电层后，进行单向性的回蚀刻，以在栅电极图案的二侧形成侧壁子14，其厚度大约为400A-1000，(见图1E)；
(6)应用光罩15，以能量为40kev，浓度为4E15cm-2的砷离子16进行第一N+型杂质植入，形成植入区17(见图1F)；
(7)应用光罩18，以能量为50KeV，浓度为4E15cm-2的BF219进行第一P+型杂质植入，形成植入区20(见图1G)
(8)在场氧化层与元件区域上，以化学气相沉积法(CVD)形成一没有掺杂其它离子的二氧化硅层，称之为NSG(Neutral SILICATEGLASS)绝缘层21，在绝缘层21上再以CVD法沉积一含有硼磷杂质的二氧化硅(SIO2)，形成硼磷硅酸盐玻璃层(BPSG；Boronphosphosilicate Glass)22(见图1H)；
(9)应用光罩23，以传统光罩蚀刻技术，制定出图1I的接触窗图案。
(10)应用光罩24，以能量50KeV，浓度4E15cm-2的BF225进行第二P+型杂质植入，形成P型接触窗区的离子植入区26(见图1J)；
(11)应用光罩27，以能量40kev，浓度4E15cm-2的砷28进行第二N+型杂质植入，形成N型接触窗区的离子植入区29(见图1K)；
由于图1A到图1K，我们已完成P通道和N通道淡掺杂漏极(LDD)MOS晶体管，是经由七次光罩才完成的IDD结构。
由于光罩应用的增加不仅增加制造的复杂性、成本及时间，另外还会由于额外的光罩应用下，引进其它变化(例如：不必要的微粒子)，以增加其产品特性的不稳定。
因此本发明是改善以上多次光罩使用的缺点，而提出了用大角度离子植入法以减少光罩使用的互补型金氧半场效应晶体管的制造方法，此方法可以减少4次光罩，而得到相同的LDD结构。
本发明的主要目的在于提供一种利用大角度离子布植及厚侧壁子制程的互补型金氧半场效应晶体管的制造方法，以该制造方法可减少使用光罩数目，使得制造过程大为简化、并且降低复杂性，可有效缩短交货时间及降低成本。
本发明的再一目的在于提供一种利用大角度离子布植及厚侧壁子制程的互补型金氧半场效应晶体管制造方法，利用在短通道元件，可有效降低热载子效应的穿透效应。
本发明的互补型金氧半场效应晶体管的制造方法，其步骤如下：(a)提供-P型硅基板，其上形成场氧化体，P型井区，N型井区及长成一栅极氧化层，厚度约为1000A；(b)以低压化学气相沉积法形成第一多晶硅层并掺入杂质，再形成二氧化硅层在其上，并界定多晶硅栅极；(c)以该多晶硅栅极为光罩，对硅基板全面进行第一次大角度N-型离子植入；(d)形成侧壁子；(e)应用第一光罩，遮住欲形成该P通道场效应晶体管的区域，进行第一N+型离子大角度植入，再进行第二N+，以形成第二N型离子植入区；(f)应用第二光罩，遮住欲形成该N通道场效应晶体管的区域，进行P-型离子LDD大角度植入，再进行第-P+型离子植入，以形成P型离子植入区；(g)在场氧化层与元件区域上形成无掺杂的二氧化硅NSG(Neutral Silicate Glass)绝缘层且在其上以化学气相沉积法(CVD；Chemical Vapor Deposition)沉积一含有硼磷杂质的SiO2，形成硼磷硅酸盐玻璃(BPSG；Boronphosphosilicate Glass)层；(h)应用第三次光罩再对其蚀刻，即完成LDD结构。
本发明的效果如下：
利用本发明的方法制造场效应晶体管，可以减少光罩使用次数可以降低制造成本。
附图简要说明：
图1A到1K：传统淡掺杂漏极(LDD)结构互补型金氧半场效应晶体管制造过程中的剖面图。
图2A到2H：本发明的场效应晶体管制造过程中的剖面图。
首先请参照图2A，传统方法中，首先提供一P型硅基板51，应用传统隔离技术形成场氧化层52，P型井区53，N型井区54，然后成长一栅极氧化层55。
请参照图2B，沉积一层栅极多晶硅层，然后在其上形成一二氧化硅层，以传统光罩蚀刻技术界定多晶硅栅极56a、56b。
然后对整个基板51上N通道MOS晶体管和P通道MOS晶管体，进行N-离子大角度植入58，而形成N-型淡掺杂漏极(LDD；Light Dopeddrain)离子植入区59a、59b，其植入方向偏离垂直基板方向20度至70度之间，所使用的植入物种浓度为5E12-5E13cm-2，能量为30-80KeV的磷离子，请参照图2C所示。
在完成N-离子布植后，再形成一层CVD-SiO2层，然后运用非等向性蚀刻(Anisotropic Etching)技术蚀刻CVD-SIO2层而形成侧壁子60a、60b，其厚度为2000埃至4000埃左右，较传统侧壁子厚度厚，如图2D所示。
请参照图2E，应用第一次光罩61遮住基板51上形成P通道MOS晶体管部分，进行第一N+型离子大角度62植入，所使用的植入物种为浓度1E15-5E15cm-2，能量为60-90KeV的砷离子，以形成源极/漏极离子植入区80，之后再进行第二N+型离子63角度植入，其小角度意指其植入方向偏离垂直基板方向0度到7度之间，所使用的植入物种为浓度3E15-6E15cm-2，能量为30-80KeV的磷离子，以形成N型离子接触窗区的离子植入区64。
请参照图2F，应用第二次光罩65遮住基板51上欲形成N通道MOS晶体管部分，进行P-型离子大角度66植入，使用的植入物种浓度为1E13-3E13cm-2，能量为30-120KeV的二氧化硼(BF2)离子，以形成P型离子植入区88，之后进行第一P+型离子67小角度植入，所使用的植入物种浓度为2E15-6E15cm-2，能量为30-60KeV的BF2离子，形成P型离子接触窗区的离子植入区68。
请参照图2G，在场氧化层与元件区域化学气相沉积法形成一没有掺杂离子的二氧化硅(NSG，Neutral Silicate Glass)绝缘层69，其上再以CVD法沉积一具有流整作用的硼磷硅酸盐玻璃层70(BPSG；Boronphosphosilicate Glass)，其中NSG层可以有效阻挡其BPSG层中的硼、磷离子扩散到基板，以避免对CMOS电性能的影响。
请参照图2H，应用第三次光罩，以传统光罩蚀刻技术，制定出图2H的接触窗图案。
Claims (10)
1、一种互补型金氧半场效应晶体管的制造方法，其在-P型基板上，形成N通道场效应晶体管和P通道场效应晶体管，其步骤如下：
(a)提供一硅基板，其上至少已形成P型井区，N型井区、数个栅极和栅极氧化层；
(b)以数个栅极为光罩，对于硅基板全面进行N-型离子大角度植入，以形成第一N-型离子淡掺杂漏极植入区，其中第一N-型离植入方向与垂直所述硅基板方向相距不小于20度；
(c)形成侧壁子；
(d)应用第一光罩，遮住欲形成所述P通道场效应晶体管的区域，进行第一N+型离子植入，其中所述第一N+型离子植入方向与垂直所述硅基板方向的角度不小于20度，以形成第一N+型离子植入区，不去除光罩，然后再进行第二N+型离子植入，以形成第二N+型离子植入区；
(e)应用第二光罩，遮住欲形成所述N通道场效应晶体管区域，进行P-型离子植入，其中该P-型离子植入方向与垂直所述硅基板方向相距不小于20度，以形成P-型离子植入区，不去除光罩，然后再进行第一P+型离子植入，以形成第一P+型离子植入区；
(f)在场氧化层和晶体管元件上，沉积绝缘层；
(g)应用第三光罩，以传统光罩蚀刻方法蚀刻掉场氧化层与栅极中间的绝缘层，露出部分第二N+型离子植入区及部分第一P+型离子植入区，形成接触窗。
2、根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述N-型离子的植入方向与垂直所述硅基板方向相距约30度至45度。
3、根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述N-型离子的植入物种为磷，植入浓度约为5E12-5E13cm-2间，植入能量约为30KeV和80KeV间。
4、根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述第一N+型离子的植入方向与垂直所述硅基板方向相距约20度至70度，植入的物种为砷，其浓度为1E15-5E15cm-2，其植入能量为60KeV和90KeV间。
5、根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述侧壁子宽度在0.2微米至0.4微米间。
6、根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述第二N+型离子的植入方向与垂直所述硅基板方向相距约0度至7度，植入的物种为磷，其浓度为3E15-6E15cm-2，其植入能量为30KeV和80KeV间。
7、根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述P-型离子的植入方向与垂直所述硅基板方向相距约20度至70度之间，植入的物种为BF2，其植入浓度为1E13-3E13cm-2，其植入能量为30KeV和120KeV间。
8、根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述第一P+型离子的植入，其植入方向与垂直所述硅基板方向相距约0度至7度，植入物种为二氟化硼BF2，植入浓度为2E15-6E15cm-2，植入能量为30KeV和60KeV间。
9、根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述场氧化层和晶体管元件上，沉积的绝缘层为硼磷硅酸盐玻璃层材料。
10、根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述场氧化层和晶体管元件上，沉积的绝缘层为未掺杂离子的二氧化硅绝缘层。
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