TW403949B - Method of manufacturing a lightly doped drain - Google Patents

Description

4〇δ^4θ 32 Ο 3 twf .η do c/ Ο Ο 6 A7 B7 經浐部屮央权率Λ只工消於合作.#印紫 五、發明説明（/ ) 本發明是有關於一種積體電路（IntegratedCircuit ’ ic)的製造方法，且特別是有關於一種形成金氧半導體 (Metal 〇xide Semiconductor，M0S)元件的方法。 隨著半導體技術的演進，一般皆朝向較大晶片的製 作，及較小線寬的M0S元件設計’如此才能使大小相同的 積體電路具有較強的功能與較低的成本。然而’隨著元件 持續縮小至次四分之一微米（Sub-Quarter Micron)，例 如線寬達〇.18//m或更小時，由於M0S元件的通道長度縮 短，所引發的短通道效應（Short Channel Effects)及 源/汲極摻雜離子區的打穿（Punch-through)問題，將 變得非常難以控制。 當上述之短通道效應發生時’ M0S元件的源/汲極所 產生的缺乏區（Depletion Region)已相互影響到彼此與 通道的連接，使得原本存在於通道的次啓始電流 (Subthreshold Current)，因爲有更多的電子通過而升 高。如此一來，不管在M0S元件的閘極上是否存有電壓的 控制，M0S元件便可能已處於“開”或“關”的狀態，因 此造成閘極失去了對M0S元件進行開關控制的意義。 當上述之短通道效應發生時，M0S元件的源/汲極所 產生的缺乏區（Depletion Region)已相互影響到彼此與 通道的連接，使得原本存在於通道的次啓始電流 (Subthreshold Current)，因爲有更多的電子通過而升 高。如此一來，不管在M0S元件的閘極上是否存有電壓的 控制，M0S元件便可能已處於“開”或“關”的狀態’因 請 先 讀 背 意 再 訂 線 本紙張尺度適川中固國家樣半·（ CNS } A4規格（210X297公釐） 40S⑽ 3203twf.doc/006 A7 ________B7 _ 五、發明説明（爻） 此造成閘極失去了對M0S元件進行開關控制的意義。 另一方面，熱電子效應（Hot Electron Effects)現 象，也會隨著通道長度的縮短而影響M0S電晶體的操作。 當施加於M0S元件上的電壓大小保持不變，通道內的橫向 電場將會增加，於是便可能產生一些能量比其他尙處於熱 平衡狀態（Thermal Equilibrium)還高的熱電子（Hot Electrons) »經由這些熱電子的作用，將產生一底材電 流（Substrate Current)，此電流將影響正常通道的連 接狀態，最後還可能引發電崩潰（Electrical Breakdown) 的情形。 解決短通道效應最有效的方法之一，便是在原來M0S 元件的源/汲極接近通道的地方，再增加一組摻雜程度較 原來低的區域。而這種設計便稱之爲輕摻雜汲極，簡稱爲 LDD。 第1A圖至第1D圖繪示的爲習知一種形成LDD的製造 流程剖面圖。 首先，請參照第1A圖，提供一已摻雜一第一型離子 的半導體基底10，例如爲一摻雜硼離子的P型矽基底，且 半導體基底10上已形成一場氧化層12及一閘極14。之後， 以約l〇13/cm 2左右的離子濃度，對半導體基底10植入一 第二型離子11，例如爲一砷或磷離子，以定義出淡摻雜汲 極（LDD) 16。 接著，請參照第1B圖，在半導體基底10上形成一二 氧化矽層18，例如以化學氣相沈積法（CVD)沈積在基底 4 本紙張尺度適國固家梯準（CNS ) A4规格（210X297公釐) " " ---------¾------1T------^ (誚先昤讀背面，之注意事項再填寫本頁) 經衆部中决^^/Jh Η消费合作妇印" 403949 3203twf.d〇c/006 A7 ______ __B7 五、發明説明（$ ) 上。之後，以約900到lOOOt：左右的高溫，進行第二型離 子11的擴散，同時將因離子植入，而被破壞的部份半導 體基底10的結構，加以回火（Annealing)。 後繪，g靑參照第1C圖，以非等向性餓刻（An i s 〇 t r 〇p i c Etch)方式’進行間隙壁（Spacer )蝕刻。利用乾蝕刻法 將大部份形成於半導體基底1〇上的二氧化矽層18，以其 所形成的厚度爲基準來加以去除。因爲位於閘極12側壁 (Sidewall) 19上的二氧化矽層18厚度較其他部份高， 因此在非等向性的乾蝕刻之後，部份依附在閛極14間隙 壁上的二氧化矽層18 ’將不會完全被除去，而形成一間隙 壁 18a。 最後，請參照第1D圖，利用整個含有間隙壁18a的閘 極14，及場氧化層12爲罩幕，對半導體基底1〇進行淡摻 雜汲極16的重摻雜（Heavy Doping)，例如以濃度約爲ι〇ΐ5 /cm 2左右’將另一第二型離子π摻入，以形成具有一淡 摻雜汲極16的源/汲極（S/D) 17。 然而，上述的製程方法，在M0S元件之最小線寬愈趨 縮小化，例如已達0·25#ηι以下時，將產生一些問題。由 於上述接合面（Junction)係藉由離子植入，或者也可利用 爐管製程（Furance)形成。 爐管會使製程所需要的時間較常，且需要較多的熱預 算（Thermal Budget)。而離子植入將會造成元件的損傷， 通常需要利用快速熱氧化法的步驟，進行回火修復，但這 會使得接合變的更深。因爲源/汲極摻入離子的打穿區界 本紙張尺度通用中國國家棣準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------^------ΐτ------.^ (請先Μ*讀背面-之注意事項再功寫本頁) 3 twf . doc/0 06 A7 B7 好浐部屮央榀^-^M工消费合竹社印ίί 五、發明说明（仏） 限（Punch-Through Margin),隨著電晶體元件的積集度 增加’而愈來愈接近；因此，接合變深會造成造成電晶體 兀件產生漏電流（Leakage Current)的現象，使製作出 的電晶體元件良率降低。 另外’作爲間隙壁的二氧化矽係以爐管或化學氣相沈 積法形成，此步驟亦需要較長的製程時間。 有鑑於此’本發明的主要目的就是在提供一種輕摻雜 汲極的製造方法’在同一部機台中，利用快速熱氧化法 (Rapid Thermal Process，RTP)形成輕摻雜汲極的接面與 間隙壁’以節省製程的所耗費的時間，不需要利用離子植 入、化學氣相沈積法或爐管製程，故製程之步驟較爲簡單， 且可避免接合因爲離子植入後進行的回火動作而加深❶ 根據本發明的上述及其他目的，提出一種輕摻雜汲極 的製造方法。首先，提供一半導體基底，其上已形成有場 氧化層’以及定義作爲閘極的多晶矽層；以具有欲導入離 子的氣體作爲氣體源，進行第一道快速熱氧化法的步驟， 在基底中形成輕慘雜的淺接面（Shallow Junction)。接著， 通入氧氣，進行第二道快速熱氧化法的步驟，在整個結構 上形成一層二氧化矽層，回蝕此二氧化矽層，以在多晶矽 的閘極側壁形成間隙壁。之後，進行第三道快速熱氧化步 驟，透過閘極與間隙壁，在半導體基底暴露出來的部分， 形成濃度較濃的重摻雜接面，至此即形成具輕摻雜汲極的 結構。 爲讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂， 6 本紙張尺度速用t國闽家栋準（CNS ) Α4規格（2丨0X297公釐） ^— (請先阶讀背两之注意事項再填寫本頁) 訂 線 403949 五、發明説明（f) 下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如 下： 圖式之簡單說明： 第1A圖至第1D圖繪示習知形成金氧半元件中輕摻雜 汲極的製造方法之剖面流程圖；以及 第2A圖至第2E圖繪示本發明之較佳實施例，一種形 成輕摻雜汲極的製造方法之剖面流程圖。 圖示簡單說明： 10.200 半導體基底 12.202 場氧化層 14.204 閘極 16.206 輕摻雜汲極 11.13 植入離子 18.208 二氧化矽層 19 閘極側壁 17.210具輕摻雜汲極的源/汲極區 208’ 間隙壁 實施例 好矛-部中决i?.準而只-T消費合作右印掣 U3- (請先«-·讀背*.、之注意事項再填寫本页) 首先，請參照第圖，提供一半導體基底200，此基 底200比如爲P型或n型在其上已形成用以作爲隔離的場 氧化層202’以及由多晶矽定義形成的閘極204。由於此 結構係以習知方法相同，應爲熟悉此技藝者能輕易完成， 且其形成方式無關乎本發明之重點，故在此不予贅述。 接著’請參照第2B圖，進行第一道快速熱氧化步驟， 7 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（2丨0x297公釐） 好浐部中戎樣卒而只工消費合作社印掣 403949 3203twf.doc/006 A/ ____B7 五、發明説明（g) 使P(N)型的離子利用擴散的方式進入到N(P)型的半導體 基底200中，以在半導體基底200中形成具有較低濃度的 輕摻雜接面206。其中，假若半導體基底200爲N型，則 以比如含有氧化磷（P2〇5)的氣體作爲氣體源，反過來說， 假若半導體基底200爲P型，則以比如含有硼烷（B2H6)的 氣體作爲氣體源。 之後，請參照第2C圖，進行第二道快速熱氧化步驟， 導入氧氣作爲氣體源’藉以在上述的結構上形成一層二氧 化砍層208。 接著，請參照第2D圖，去除部分的二氧化矽層208， 以在閘極204之側壁形成間隙壁208’，並暴露出半導體基 底200的部分輕摻雜接面206之表面，去除方法比如爲蝕 刻法。 之後，請參照第2E圖，進行第三道快速熱氧化步驟， 透過閘極204與間隙壁208’，將以比如含有氧化磷（P2〇5)， 或是硼烷（B2H6)的氣體作爲氣體源，使P(N)型的離子利 用擴散的方式進入到N(P)型的半導體基底200中，摻入離 子的類型要與第一道快速熱氧化步驟相同，藉以增加暴露 出來的輕摻雜接面206的部分的摻質（Dopant)的濃度，而 進一步的在半導體基底200中形成具輕摻雜汲極206的源 /汲極區210，至此即形成輕摻雜汲極區的結構。 由上面的敘述可以得知，本發明的特徵在於利用快速 熱氧化法，使摻質擴散進入半導體基底中，形成輕摻雜的 汲極接面；此外，閘極間隙壁也是利用快速熱氧化法形成。 8 本紙張尺度速用中闽國家梯準（CNS ) A4規格（210XW7公 ---------^------II------^ (讀先町讀背雨之注意事項再填寫本頁) A7 B7 403349 3 2 03 twf . doc/0 06 五、發明説明（ 兩結構均在同一機台中進行，省卻習知進行離子植入的步 驟，或是爐管的製程，藉此可避免需要多餘的熱預算與較 長的製程時間。另外亦可避免習知利用離子植入，對基底 造成損害的問題，也無須擔心因回火而使接面深度加深的 問題。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 ----------f------ΪΤ------^ (請先W讀背Φ.之注意事項再填寫本頁) 好浐部中央^'^^只工消货合作^卬繁 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) A4現格（2丨0X297公釐）

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 403949 A8 3203twf.doc/006 B8 C8 ’ D8 六、申請專利範圍 1. 一種輕摻雜汲極的製造方法，包括下列步驟： 提供一半導體基底，該半導體基底上至少已設有一閘 極與一場氧化層； 進行一第一快速熱氧化步驟，以在該閘極之兩側的該 半導體基底中形成一輕摻雜接面； 形成一間隙壁於該閘極之側壁；以及 進行一第二快速熱氧化步驟，使暴露出之該輕摻雜接 面之濃度增加，以形成一具輕摻雜汲極之源/汲極區。 2. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該半 導體基底爲P型，而該第一、第二快速熱氧化步驟係導入 一 N型離子。 3. 如申請專利範圍第2項所述之製造方法，其中該N 型離子係來自於氧化磷。 4. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該半 導體基底爲N型，而該第一、第二快速熱氧化步驟係導入 一 P型離子。 5. 如申請專利範圍第4項所述之製造方法，其中該P 型離子係來自於硼烷。 6. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該間 隙壁之材質爲二氧化矽。 7. 如申請專利範圍第6項所述之製造方法，其中該間 隙壁的形成更包括下列步驟： 進行一第三快速熱氧化步驟，形成一二氧化矽層於包 括該閘極與該氧化層之該半導體基底上；以及 裝------訂-----—線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 403949 3203twf . doc/ 006 A8 B8 C8 _______ D8 六、申請專利範圍 去除部分該-氧化砂層，以在該鬧極之麵形成該間 隙壁。 8.如申δ靑賴賴第7項所述之製造施，其中該第 三快速熱氧化步驟係以氧氣作爲一氣體源。 9·如申請專獅圍第7項所述之製造方法，其中去除 該間隙壁的方法係以触刻法進行。 10. -種輕摻雜汲極的製造方法，包括下列步驟： 提供一半導體基底’該半導體基底上至少已設有一閛 極與一場氧化層； 進行一第一快速熟氧化步驟，以在該閘極之兩側的該 半導體基底中形成一輕摻雜接面； 進行一第一快速熱氧化步驟’以在包括該閘及與該氧 化層之該半導體基底上形成一二氧化砂層； 去除部分該二氧化矽層，以在該閘極之側壁形成一間 隙壁；以及 進行一第三快速熱氧化步驟，使暴露出之該輕摻雜接 面之濃度增加，以形成一·具輕摻雜汲極之源/汲極區。 11. 如申請專利範圍第10項所述之製造方法，其中該 半導體基底爲P型，而該第一、第三快速熱氧化步驟係導 入一 N型離子。 12. 如申請專利範圍第11項所述之製造方法，其中該 N型離子係來自於氧化磷。 13. 如申請專利範圍第10項所述之製造方法，其中該 半導體基底爲N型，而該第一、第三快速熱氧化步驟係導 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------^— (請知閲讀t.面之注$項再填寫本頁) 訂 •線· 403949 3203twf.d〇c/006 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 入一 p型離子。 14. 如申請專利範圍第13項所述之製造方法，其中該 P型離子係來自於硼烷。 15. 如申請專利範圍第10項所述之製造方法，其中該 第二快速熱氧化步驟係以氧氣作爲一氣體源。 16. 如申請專利範圍第10項所述之製造方法，其中去 除該間隙壁的方法係以蝕刻法進行。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）