TW447024B - Asymmetric channel doped MOS structure and method for same - Google Patents

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TW447024B TW087112634A TW87112634A TW447024B TW 447024 B TW447024 B TW 447024B TW 087112634 A TW087112634 A TW 087112634A TW 87112634 A TW87112634 A TW 87112634A TW 447024 B TW447024 B TW 447024B
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Sheng-Teng Hsu
Jong-Jan Lee
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Sharp Kk
Sharp Microelect Tech Inc
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Description

"70 2 4 第871 12634號專利申請案 中文說明書修正頁（88年11月） 五、發明説明（彳） 本發明一般係關於半導體技術且，更特定言之，係關於 MOS電晶體中’短、非對稱之通道區域的形成。 --;-------->衣------1T (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 半導體工業進行中之研究的一個重要課題是，使用於積 體電路中之裝置的尺寸縮減。諸如金屬氧化物半導體 oxide semiconductor，下文簡稱M0S)電晶體的平面電晶體 特別適合於在高密度積體電路中使用.當M〇s電晶體和其 它主動裝置的大小縮+時’源極/汲極/閘極電極的尺寸’和 每一種裝置的通道區域’必須相對應地減小。 當製造MOS電晶體時，典型將源極和汲極電極高度摻雜 以降低裝置的寄生阻抗。摻雜改良電導，而它卻增大寄生 電容，並降低崩溃電壓。很多先前技藝裝置在通道區域的 每個側邊上放入輕度摻雜的汲極（LDD)區域，介於通道區域 和源極/汲極電極之間。這些LDD區域容許MOS裝置發展出 適宜的崩潰電壓。然而，這些LDD區域也增大了電晶體打 開時，源極和汲極之間的阻抗。這種增大的寄生阻抗劣化 了電晶體的切換速度和電流承載能力。£Dd區域的必要性 也增加製造的製程步驟，其負面地影響成本和信賴性兩 者。 經濟部中央標隼局員工消费合作社印装 適於控制高速訊號之進出和放大的M〇s電晶體必須具有 低寄生電容、低寄生阻抗、和比所承載訊號更大的崩潰電 壓。這些性能參數代表了熟諳MOS電晶體製造技藝者所熟 知的協定。 大部分的先前技藝MOS電晶體具有通道區域，其幾乎完 全與覆蓋之閘極電極相同大小。通道區域的大小和形狀是 -4 - 本紙張尺度適财gis轉準（CNS) A4規格（2!Gx 297公瘦） 4 4 7 0^4 12634號專利申請案 A7 中文說明書修正頁（88年11月） B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印取 五、發明説明（2 ) 在閘極電極沉積之後，佈植摻雜劑於閘極電極下方之矽以 形成源極/汲極電極和LDD區域的直接結果。在這種製程中 所形成的寬通道區域對電晶體性能造成不為人預期的特 性。通常可認知到，波極電流反比於通道長度。 使用摻雜劑佈植閘極電極下方區域以改變電晶體性能特 性的程序存在於先前技藝中。斜向離子佈植已被實施以確 保間極和源極電極之間良好的重叠。即，確保一部分的源 極電極位於閘極下方。典型在環繞閘極電極的八個側邊中 進行環狀佈植以形成LDD區域，防止短通道效應，或漏電 流的發生。然而，這些技術尚未用以完全改變閘極電極下 -方之通道區域的大小和位置。 提供具有大崩潰電壓之MOS電晶體會是有助益的，其製 造得在通道區域和源極及汲極電極之間沒有LDD區域，因 此而降低了電晶體的寄生阻抗。 提供具有較短通道長度之MOS電晶體以容許較大汲極電 流的傳導會是有助益的11 提供具有較高切換速度和汲極電流承載能力之MOS電晶 體會是有助益的D 提供具有較少製造步驟，較少摻雜劑佈植，和較少障壁 構造之MOS電晶體以改良信賴性和更低成本，會是有助益 的。 因此，在選自含有NMOS和PMOS電晶體之群體的MOS 電晶體製造中，提供一種形成短、非對稱通道區域的方 法*其包含步驟有； -5 - (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搮準（CNS > A4規格（210 X 297公嫠） 44 7〇 2 4 又:: ii
A Λ7 B7 五、發明説明（ a) 隔離一個矽區域，由此處接續地形成源極、汲極、和 介於源極與设極之間的通道區域，並摻雜該區域； b) 形成覆蓋矽區域的閘極電極，閘極電極具有自源極延 伸至汲極的長度，及接合源極和汲極的垂直側壁；以及 0以界定自鄰接源極之閘極電極垂直側壁的預定角度锊 摻雜劑離子佈植進入閘極下方的矽區域，以形成具有小於 閘極長度之長度的通道區域，通道區域自閘極電極下方鄰 接源極之垂直側壁延伸至及極。短通道長度的形成使電晶 體切換速度最大化。 本發明的一方面包括遮蔽汲極區域以防止步驟幻期間摻 雜劑離子之佈植的額外步骤，（在步驟b)之後）3歩驟c)包括 使用自接合源極之閘極電極垂直側壁起3〇。和7〇。間之範圍 内的離子佈Μ角度3較好，離子佈植角度約略是6〇。。 同時提供一種具有非對稱、短通道區域的M〇s電晶體= MOS電晶體選自含有nm〇S和PMOS電晶體之群體，並含 有包括源極和汲極的阌離矽區域。M〇S電晶體更包含覆蓋 吩區域的開極電極’其具有自源極延伸至汲極的長度，並 包括接合源極和汲椏的垂直側壁。M〇s電晶體包含具有小 於問極長度之通道長度的矽通道區域，其位於閘極下方並 自閘極電極下方接合源極之垂直側壁延伸至汲極3通道區 域藉由以界定自鄰接源極之閘極電極垂直倒壁的預定角度 ’將摻雜劑離子佈植進入通道區域而形成。MOS電晶體也 包含夺没極廷伸區域，其在閘極下方自通道區域廷伸至汲 b 3 通道區域形成於該源極和没極之間β使；:及極電容最 (^""^""---"ί'-ΐ-^-.^ί)
447024 五、發明説明（ 小化3^ΆΜΛΜ^： 圖是完成M〇S電 視圖& 叫體（先前技藝）之步薇的部分橫斷奇 圖4是具有非對稱、短通道 斷面视圖。 區域之NMOS電晶體的部分提 圖）是具有翅、非對稱通 斷面視圖。 道區域之PMOS電晶體的部分璜 ίΑ'·Μνν < f . . ί·'1. *·· I * . .1-: • ^ J) /-· »<ι · ϊ ·.;- 圖6-1〇是开；；.£?七1 具有短 '非對稱通道區域之已完成MOS電 晶體40之步磲的部分橫斷面視圖。 .〜 曰示在M〇S電晶體製造中形成短、非對稱通道區 域t方法（步場的流程圖。 圖12疋圖π之流程圖的更詳細描述，圖示形成短、弗對 稱通迈區域的本發明方法。 毯(圭具體實垫例詳細説見； 圖1 -3是完成MOS電晶體！〇(先前技藝）之步驟的部.分橫斷 面Ί·見圖。在圖i中，電晶體丨〇由氧佈植隔離（separati〇n by implantation of oxygen，下文簡稱Sim〇X)基板製造而成，其 包括氧化層12和覆蓋的矽層14。矽層14 一開始即已摻雜有p 型不纯物。將矽層14予以罩遮並蝕刻，以使它與積體電路 (integrated circuit，下文簡稱1C»其它矽區域隔離3接著 形成的是源知〖6、：及極1 8、和通道2 0 3 圖1-3説明一種NM0S型電晶體10。另外，PM0S電晶體 的製造可使用幾乎完全相同的製程予以説明° NM0S和 f ;ίίΓ·->Γ 請背 f"5"l*-i---iA{K-"頁}
CNS ) Α4ί；ΐ.ίί· ( HQX 79tp.) Λ7 B7 形成 447024 五、發明説明（5 ) PMOS電晶體兩者也可由塊體妙形成’與SIMOX相反。使 用塊體矽形成NM0S電晶體時’將？择雜矽組成的丼形成於 η型矽材料组成的基板中’由此接著形成通道、源極、和汲 極。在閘極形成之後’填禮·^電晶體幾乎完全與圖2中的電 晶體10相同3對塊禮珍和SIMOX方法而言，接下來的製程 是幾乎完全相同的。爲了簡潔起見，形成PMOS電晶體的 先前技藝方法，和由塊體矽所製造的MOS電晶體，未加以 圖示。 圖2是圖1之電晶體10的橫斷面視圖，接著閘極氧化物層 22的沉積和蝕刻，以及半導體材料的沉積以形成閘極電極 〜4 a閘極電極是高度η+摻雜的3輕度挣雜的没極佈植（LDD) 嘴在問極24的形成之後。LDD佈植以朝向源極16和汲極1S 的财頭26表示=閘極24遮蔽通道區域20避免佈植26。 圖J〜圖2乙％ bej體1 0的柄斷面視圖，接著問極倒壁2 g的 | 以指向源極16和汲極18之箭頭3〇所代表的n-離子佈 I韃作這些！^區域。側壁28遮蔽鄭接通道2〇的—部分源極 ;及極18避免V佈植30以形成LDD區域32。如在該技藝 ,爲人所4却’ LDD區域3 2用以分散形成於卩和n+區域之間 電場，增加通道20和汲極18之間的崩潰電壓。通道2〇和 ι^. 4 24具有幾乎完全相同的長度，以參考記號34表示= 區減32對維待高崩潰電壓是重要的，但是ldd區域32 增Λ ，- 0阻抗至源極16和汲極18之間的電流通道，並增加與切 辏％ 兒晶體有關的時間參數， 圓斗是具有短、非對稱通道區域之NMOS電晶體40的部分 d,------ίτ------線-------
； C'NS ) ( 210 x 297公筇） 五、發明説明
Α7 Β7 橫斷面視圖。電晶體40包括氧化物層42、和覆蓋的隔離矽 區域44。麥區域44包括η+源極46和η+汲極48。閘極電極5〇覆 蓋間極氧化*fi?層5 2和碎區域4 4，並具有從源極4 6廷伸至没 極48的長度（Lg)54 3在本發明的一方面，閘極電接長度54小 於約略0. 5微米。閘極電極5〇也具有分別接合源極46和及極 4 8的垂直側壁5 6和5 8。 具有小於閘極長度54之長度（Le)62的p_矽通道6〇位於閉極 50下方’並自接合源極46之閘極電極垂直側壁56下方向没 極48延伸=n-矽汲極延伸區域64在閘極5〇下方，自p_發區 域60向没極48延伸。短通道區域60形成於源極46和汲極48 之間以使汲極48電容最小化。位於通道區域60和汲極48之 間的及極延伸64使大的崩潰電壓得以發展。在本發明的某 些方面’没杈延伸64比圓示於圖3中之先前技藝電晶體1 〇内 位於通道20和汲極is之間的LDD區域32長相當多3因此， 本發明之電晶體所發展的崩潰電壓高出很多。再次參考圖4 ’各名明元全消除通道6 〇和源極4 6之間的L D D區域，其降 低了源岛46和汲極48之間的阻抗，並改良了與電晶體40之 切換速度有關的時間常數，
電晶體40顯示具有源極46 '浞極48 '通道60、和汲極延 伸64，其形成於SIMOX矽層上。將矽層予以罩遮、並蝕刻 ’以隔離區域44。或者，將源極46、汲極48、通道60、和 设極廷# 64形成於塊體矽基板（未顯示）的矽上3當由塊體 矽形成NMOS電晶體時，在^型塊體矽中產生井，並將發 的存衣面層予以η型摻雜+,或者，在p塹塊體矽中隔離矽區 447〇24 A7 B7 ：··< I) 含 五、發明説明 域，亚形成薄的η摻雜表面層。該n捧雜層與圖4中的隔鹖矽 區域44幾乎完全相同。隔離矽區域44一旦形成，則塊體矽 和SIMOX的製程步騍本質上是相同的。當由塊體矽形成時 ，上述確的，和在圖4中的，構造對電晶體4〇來說是相同 的。 圖5是具有短、非對稱通道區域之pM〇s電晶體的部分橫 斷面視圖》電晶體70包括氧化物層72、和覆蓋的隔離矽區 域74 3碎區域74包括p+源極76和？+汲極7S 3閘極電極肋覆蓋 問極氧化物層82和矽區域74，並具有從源極？6延伸至汲極 78的長度（Lg)84。在本發明的一方面’閘極電極長度料小於 約略0. 5微米，閘極電極80也具有分別接合源極76和汲極78 的垂直側壁86和88。如在該技藝中爲人所熟知，閘極電極 80以多晶矽或其它合適的材料製造=PMOS電晶體70以〆 摻雜的閘極so製造3或者，閘極so摻雜爲, η摻雜矽通道90具有小於閘極長度84的長度（Lc)92，位於 閘極so下方’並自接合源極76之閘極電極垂直側壁S6下方 向汲極78延伸。p-矽汲極廷伸區域94在閘極80下方，自n通 ιϋ區域9 0向；及極7 8廷仲。短通道區域9 0彤成於源極7 6和没 極7S之間以使汲極7S電容最小化=針對閘極電極S0摻雜爲 p+或n+，將通道區域9〇和汲極延伸94的確實摻雜密度加以 殳化以獲得迎當的起始電壓和没極达仲電步。 電晶體70顥示具有源極76及極78、通道9〇、和没極延 伸94，其形成於SIM0X層上3將碎層予以罩遮、並蝕刻， 以隔離區域74。或者，源極76、没極7S '通道90、和汲極 -10 - i r\s (讀乏^讀背云之-ji事Vf再填--? 裝 、447024 A7 B7 五、發明説明（s 延伸94由塊體矽（未顯示）形成》即’矽區域74藉由將覆蓋p 型塊體矽中之Λ-井的矽區域予以P摻雜而形成3或者，將η 型塊體5夕中的一層隔離益予以Ρ摻雜3邊Ρ摻華層與圖5中的 隔離矽區域74幾乎完全相同。隔離碎區域74—旦形成，則 塊體矽和SIMOX的製程步躁本質上是相同的。當由塊體石夕 形成時，上述確認的，和在圖5中的’構造對電晶體70來說 是相同的3 圖6-1 〇是形成具有非對稱、短通道區域之已完成MOS電 晶體之步驟的部分橫斷面視圖。M0S電晶體選自含有 NMOS和PMOS電晶體之群體β圖6是PMOS電晶體1〇〇的部 分橫斷面視圖3電晶體10 0形成於SI MO X基板上，包括覆蓋 隔I離之珍區域1 4的氧化物層丨〇 2 3隔離之石夕區域ι 〇 4以不纯 物予以体植以形成Ρ型矽= 或者，PMOS電晶體100形成於ρ型塊體矽的η-井上，或η 型塊體矽上，如上述在圖5的討論中所説明3以領体搞一 η 型矽薄層以形成與矽區域1 〇4幾乎完全相同的ρ層，a I ,Α 可便 用BF2以形成P層104。 圖7是圖6之電晶體100的部分橫斷面視圖’具有間杯雪極 106和覆蓋矽區域！〇4的閘極氧化物層108。閘極電拖1〇6具 有自接著形成之源極廷伸至接著形成之汲極的長度) u 〇 。閘極電極1 06也具有接合接著形成之源極的垂直倒辟丨p ，和接合接著形成之汲極的垂直倒壁1 1 4。 f 辞乏 >『請背5?之-11意¥項4_-;1?-?3.頁 .裝 訂-- 線--- A j':' 圖S是圖7之f晶體11〇的部分橫斷面視圖，具有今^ 域1丨6，該區域具有’】、於閘極長度1丨〇的長度（LJ1 18， 通道區 位於 11- ->r： s /s fl 447024 AT B7 五、發明説明（ 閘極106下方並自接合源極12〇之閘極電極垂直側壁1下方 延伸，朝向没極122。通道區域116藉由佈植摻雜劑離子而 形成，以箭頭123表示，其以界定自鄰接源極12〇之閘極電 極垂直側壁112的角度（β )124，進入通道區域 斜向角度佈植123容許通道區域n6在閘極電極ι〇6形成之 後摻雜3 #雜劑離子佈植123的角度124是在從接合源極12〇 之問電接106垂直側壁U2起30。和70°之間的範園内。較 好，角度124是約略60。。由於位於閘極丨〇6下方的一部分矽 區域104在佈植期間爲閘極ι〇6所遮蔽，所以通道區域116具 有小於閘極長度110的長度118 3此外，閘極1〇6的遮蔽造成 迆道區域116距離源極120比距離及極122更接近的非對稱位 移3没極區域122在離子佈植123期間，以光阻125予以罩遮 ’以防止摻雜之不純物的穿透進入汲極丨22 3 通迢區域Π 6藉由佈植選自含有磷和砷之群體的摻雜劑而 形成。離子劑量位於1 X 13和^ x 1〇U/乎方厘米之間的範圍 中3當摻雜劑是磷時，離子能階位於丨〇千電子伏特和；! 〇〇千 4子伏特間的範園内，且當摻雜劑是绅時，離子能喈位 於20千電子伏特和200千電予伏特之間的範園内=^型通道 區域116於是形成。 或者’使用複合技街以形成通道區域1丨6，結合本發明的 特徵以及摻雜劑擴澈技術3斜向佈植123以從閘極電極丨06 4垂里倒壁1 12起小於約略3 0。的角度124造行，如此，源描 120受到摻雜，但通道1 16僅受到部分摻雜5即，摻雜劑佈 丨2 j不圖8中所顯示’充全延伸進入通道區域1 16。然後 12 - (•NS ) 格（2U1;<.297公龙} 裝 訂 ----^---- 447024 A7 B7 五、發明説明（i〇 A * f： A ίί ，藉甴加熱電晶體1〇〇至850和1100。(：間之範圍内的溫度， 持續30和60分鐘間之範圍内的時間，而容許摻雜劑擴散進 入通迢區域116。如此，當離子佈植123的角度124是淺的時 候，弈對稱通道區域丨16形成3 圖9是圖8之電晶體100的部分橫斷面視圖，具有摻雜劑離 子佈植，以箭頭126表示，以形成源極12〇和汲極122。^佈 植126形成p+源極120和汲極122區域。p型矽汲極延伸i2s位 於閘極106「方，自通道區域π6延伸至汲極122。汲極延伸 128形成於閘極106下方的區域中，其在先前技藝電晶體中 典型是通道區域的一部分。當通道區域116形成時（圖8)， 問極電極】06遮蔽汲極延伸！ 28免於有角度的離子佈植。當 源極120和汲極122摻雜p+時，閘極電極1〇6也遮蔽汲極延伸 i28免於離子佈植。汲極延伸128容許大的崩潰電壓在通道 U6和及極122之間發展，而無需形成LDD區域，如在先前 技藝電晶體中（參見圖3的LDD區域D3 2)。 爲簡明起見，對等的NMOS電晶體不加以顯示。然而， 構造和製造程序與上述針對PM〇S電晶體100所説明，並於 圖<5-10中所描述者幾乎完全相同。將π閘極電極形成於 NMOS電晶體中。有角度的離子佈植形成短、非對稱的p 通道區域3通道區域形成自佈植選自含有棚和BF2之群體 的摻雜劑。離子劑量位於I X〗〇 13和1 X 1 〇1 */平方厘米之間的 範園中=當摻雜劑是碉時，離予能階位於2千電予饮特和3 〇 千電子伏特之間的範園内，且當摻雜剖是BF:時，離子能港 佐於1 〇千電子饫特和1 5 0千電子伏特之間的範圍内·'及極廷 (诗先聞讀背^之>±意事項再嗔寫本頁 裝，--------訂 線 13 4^170 2 4 Λ7 五、發明説明（η ) 伸區域保持爲η，而源極和；及極稍後予以接雜以變成n+。. 如在圖4之NMOS電晶體40的討論中所解釋，源極120、 汲極122、通道116、和汲極延伸128形成於還自含有SIMOX 和塊體矽之群體的矽中。在一些基本的塊體矽製程步驟之 後，由這些不同型態之矽所製成的電晶體以幾乎完全相同 的方式予以製造° 圖10是圖9之電晶體1 00的部分橫斷面視圖，在電晶體100 之該源極120、汲極122、和閘極106區域之上更含有氧化物 層1 30，該電晶體具有接觸孔1 32穿透過氧化物1 30，至源極 1 20、汲極122、和閘極106區域。電晶體100在接觸孔1 32中 也包含金屬134以形成對源極12〇、汲極122、和閘極106的 獨立電氣速接。以此方式，電晶體1 〇〇與其它電氣電路（未 顯示）構成連接介面。 圖1 1是一流程圖，其圖示用於在MOS電晶體製造時，於 開極電極下方形成短長度、非對稱通道區域之方；云中的艾 载。步騍140提供具有隔離之矽區域以形成源極、没極、和 覆蓋矽區域上之閘極電極的MOS電晶體=問極電極具有從 源極延伸至没極的長度3閘極電極也具有接合源極和；及極 的垂直倒壁。步騍142選擇一角度，由鄱接源極區域的閘極 電極垂直側壁界定起。在本發明的一方面，步驟142包括自 閘極電極垂直倒壁起，在30°和70°間之範圍内的選定角度 。相對於垂直倒壁的離子佈植角度定義是任意的，且是以 閘極之閘極側壁典型垂直於源極之水平面表面的钗察爲基 遥。或者，離子佈植角度甴源極的永平面表面，或其它方 -14 - , CNS ! A^Vfir ：' ：：0x297.；vii；) 訏先 討背云之·子一-"-il.--·-.---) ----Γ--L--装--- T •V6 4470 2 4 Λ7 B7 五、發明説明（12 便的參考面界定起a 步驟144以步驟142所界定的 ,, 佈植接雜劑離子進入 位於閘極電極下方、鄰接源極 —)石夕區域，以形成具有小於 閘極電極長度之長度的通道區域 . 4 通這區域長度自鄰接源 極區域之閘極電極垂直侧孕 ~ 万，向汲極區域延伸=步驟 146是一產品，一在閘極電接下 卜万具有短長度、非對稱通道 區域的MOS電晶體3短通道 I長度使電晶體切換速度最大化 3敘述於圖11中的方法大欢j 卷封應於圖8中的電晶體1 〇〇 3 圖12是圖11之流程圖的f J史砰碑敍述’例示用於形成短、 非對稱通道區域的本發明+、丨 >明万法。步驟；[50提供選自含有 N"MOS和PMOS電晶體之蕊减AA # 把〈夺體的MOS電晶體，步騾η]隔離 一 4區4k该區域陸續形成源極、没極、和位於源極和 没之間的迎返區域’返摻雜該區域s當形成nm〇s電晶 r座時，疹硌成區域以形成淺的n接合。當形成pM〇s電晶體 時，摻雜該區域以形成趣的？接合4本發明的一方面，碎 區4使用弟一杈#刎硪子以第一摻雜密度予以佈植3步驟 1 54在矽區域之上形成閘拯電極。閘極電極具有自源極延倬 至汲極的長度，且垂直倒壁接合源極和汲極，在本發明的 一方面，步驟154包括形成具有小於約略〇5微米之長度的 閘極電極。 歩驟156以界定自鄰接療極之閘極電極全直倒壁的預定角 度，佈植摻雜劑離子進入位於閘極下方的矽區域，以形成 具有小於閘極長度之長度的通道區域。通道區域自鄰接源 極之間極電極I直戀下方，向没極延# 3步報156包括以 -15 ("先另.〕7$〒疋注意事項再填寫"頁) --- -----裝 I--- I— —^n - - ·»! m L—V -5 梂 NS ) ,\4|V r& 公筇） 447024 A 7 __ _B? 五、發明説明（I3 ) 第二摻雜密度和第二離子能階佈植第二摻雜劑。本發明的 另·一方面包括步驟·156，其使用自閘極電極垂直側壁起，在 30°和70°間之範圍内的離子佈植角度。較好，角度是約略 60°。步驟158是一產品，~具有短、非對稱通道區域的 MOS電晶體=短通道長度使電晶體切換速度最太化。 或者，步驟1 56使用較淺的佈植角度，小於約略30。，如 上述在步驟1 56中所界定。然後，本方法包括加熱電晶韹至 850和11 0(TC間之範園内溫度，持續3〇和6〇分鐘間之範圍内 時間，以擴散在步驟1 56中所佈植之摻雜劑的額外步驟。當 佈植角度是邊的時候，形成非對稱通道。 (辞先另讀背S之注意事項兵填艿本頁) 裝- 本發明之一觀點包括額外步報。步騍16〇，接在步骤[56 之後’以系二挣♦密度和第三離子能喑佈植第三摻雜劑， 以 形 成源 極和设極區域3步驟162沉積一 氧 化物 層 於 nfp· 晶 的 源 極、 汲極、和閘極區域之上3該步 蘇 形成 穿 透 氧 化 ， 到 達源 極、汲極、和閘極電極的接觸 孔 洞， 並 沉 積 金 屬 於接 觸孔 洞中’形成對源極、汲極、和 問 極的 獨 立 r7^ 氣 連 接 〇 或者 ’將步黎1 62分成沉積氧化物、 形 成接 觸 孔 洞 和 沉 積 金屬 的次女>^1。 yT. 本發明 的戒4包括，在步戰1 5 4之後， 罩 遮设 極 區 域 以 防 屮 4\ 4^ 止 步 Mi 15 6期間之摻雜劑離子佈植的額外步驟164 0 •卜 7L· 阻 或 立 它罩 遮背丨，的位置和厚度依多種因 素 而足 7 其 包 括 在 ,1' 步骤 156夺 '選足的佈植角度，及極對摻雜劑 的敏 感 度 和 周 V： Λ ίί 函 的 構造 。在本發明的某些方面中，罩 幕 完全 地 覆 住 汲 i-V 3 j / 1 * ， 並至 少部分地覆蓋住閘極電極，以 確 保沒 有 斜 ΓΧ 佈 才直 -16 - 訂 4 4 7 0 2 4 AT B7 4} +/( J·) fi 五、發明説明（14) 離子穿滲過汲極和汲極延伸。在其它變化中，當佈植角度 和汲極幾何影狀確保離子不會穿滲過閘極而到達汲極延伸 區域時，汲極僅是部分地罩遮。 在本發明的點y步驟150中所提供的MOS電晶體選 自NMOS電晶體組成的群體。然後，步驟152包括選自含 有磷和砷之群體的第一摻雜劑。第一摻雜密度在IX 10 "和 1 X 1 017/立方厘米之間的範圍内 > 以這種方式，形成η摻雜 的矽區域。同樣地，步驟1 56包括選自含有硼和BF:之群體 的第二摻雜劑。第二離子劑量在1 X 1〇η和1 X 1CM4/平方厘米 之間的範園内。當第二摻雜劑是硼時，第二離子能階位於2 千電子伏特和30千電子伏特之間的範園内，且當第二摻雜 劑是B F:時，第二離子能階位於1 0千電子伏特和1 5 0千電子 ί犬特之間的範圍内。以這種方式，形成短的p通道區域3 最後，步驟1 60包括選自含有磷和坤之群體的第三摻雜劑。 第三離子劑量在1 X 1 015和1 X 1 016/平方厘米之間的範圍内= 當第三捧雜劑是場時，第三離子能階位於5千電子汰特和2 0 千電子伏特之間的範園内，且當第三摻雜劑是砷時，第三 離子能指位於丨〇千電子伏特和4 0千電子伏特之間的範圍内 。以這種方式，形成n+源極和；及極區域。 在本發明的另一觀點，步驟150提供（p+閘極和n+閘極） y PM〇S電晶體。步驟152包括以在1 X 1015和1 X 1017/立方厘 米間之範圍内的第一摻雜密度，使用顿作爲第一摻雜劑 。形成p摻雜的矽區域。同樣地，步驟156包括選自含有 磷和砷之群體的第二摻雜刽。第二離子剞量是在1 X 1〇13 .-/-¾ 讀一>----'之-';1意事"-)免"-,--:广 裝
T 447024 五、發明説明 A7 B7 -；；f_ /.、 和 lx ΙΟ1; /半 + π，第二離予辭；：、?間的範圍内5當第二接雜劑是鱗時 的範子伏特和1㈣電子伏特之間 财當子伏二捧雜劑是砰時’第二離子能階位於 通道區域。最後，：：子伏特之間的刪。形成短的η 一一 ， 160包括選自含有BF2和碉之群體的 弟二谬雜劑。第二 之間的範圍内。：第：：量在1X1015和lxl°16/平方厘米 田罘二摻雜劑是時，第三離子能階位 於10千電子伏特和50千兩 、 一 τ兒子伙特之間的範圍内，且當第 二捧雜劑是蝴時，第― 々一離子能階位於2千電子伏特和10千 電子伏特之間的範圍内1成㈣極和❹區域= 如同上述在圖4和5的說明中所解釋，步驟152包括由 含有境體碎和觸X的群體形成要加以摻雜㈣區域3 :簡短起見，兩種方法之間的差異將不再重複，且可瞭 解〗本u明〜方c可應用至塊體矽和SIMOX所形成的 一邱把即，θ々成PlyI〇S電晶體時’步驟152包括將覆 蓋h型塊體碎中之n-井之上的碎區域隔離並進行捋華 :或者，將η型塊體矽中的一個區域予以隔離並摻雜^當 %成I晶fci h i 52包括將覆蓋在一塊體石夕中 〜P井的矽區4 ^ ~並進行n摻雜。或者，將p型塊體 砟中的一個區域丁以皞離並摻雜。一旦形成源極、汲極 、边运和汲極延伸區埤的矽區域加以隔離，儘管在製程 步驟或構造上有些微的變化，本發明可應用於兩種矽來 源 4向喷子佈組知A的本發明消彌了源極和通道區域 -IS - (請先>T讀背fr之注意事項再填寫本頁 -—Ί ί- If I - I —^^---I It I- I 1ςΓ- II.-- 線------- 尺度 : (+NS ) 447024 A 7 B7 五 '發明説明（16 ) 間的LDD區域=這提供給以本發明之製程所製作之電晶體 較小的：及極對源極阻抗。較大的没極廷伸區域容許較大 的崩潰電壓，且較短的通道容許較大的汲極電流3較，J、 的阻抗和較大的；及極電流使得裝置切換速度更快。再者 ，：LDD區域的消除去除了至少一個摻雜步驟和對在LDD區 域之上形成閘極侧壁的需求。製程步騍的去除增加生產 產能並降低製造成本。對熟諳此技藝者而言，經由斜角 佈植而形成通道區域的本發明其它具體實施例和變化蔣 會產生3 (辞先¥讀背面之注意事項再填寫本一3; —裝--- •u

Claims (1)

  1. 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製
    A8 B8 2. 470 2 4 第87 U 26；B4號專利申請案 中文申請專利範園修正本(9〇年4月）悬! 六、申請專利範圍 一種用以於金屬氧化物半導體（MOS)電晶體的製造中形 成短且非對稱通道區域的方法， 其中該金屬氧化物半導體（M〇s)係選自含有^型金屬 氧化物半導體（NMOS)及Ρ型金屬氧化物丰導體 (PMOS)電晶體之群體，包含步騾有； a) 隔離一個矽區域，由該處陸績形成源極、汲極、和 位於源極與汲極之間的通道區域，並摻雜該辱域； b) 形成閘極電極，覆蓋於矽區域之上，閘極電極具有 自源極延伸至汲極的長度，和接合源極和汲極的垂 直側壁；以及 c) 以界定自鄰接源極之閘極電極垂直侧壁的預定角度 佈植摻雜劑離子，進入位於閘極下方的矽區域，以 形成具有小於閘極長度之長度的通道區域，通道區 域自連接源極之閘極電極下方垂直侧壁向沒極延 伸，由此，短通道長度的形成使電晶體切換速度最 大化。 如申請專利範園第1項之方法，其中步騾a)的摻雜包括 以第一摻雜密度佈植第一摻雜劑離子，其中步騾c)包括 以第二離子劑量和第二離子能階佈植第二摻雜劑，並 包括接考步驟c)的進一步步驟： d) 以第三離子劑量和第三離子能階佈植第三摻雜劑， 以形成源極和汲極區域； e) 沉積氧化物層於電晶體的源極、汲極 '和閘極區域 之上； 2 Μ氏铢尺度逍用中國爾家揉準（CNS ) A4%格（210X297公釐） tir------Μ {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 447024 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 3. 4. 5. 6. 經濟部中央標準局負工消費合作社印策 f) 形成接觸孔洞，穿透過步驟e)中所沉積的氧化物 到達源極、汲極、和閘極區域；以及 g) 沉積金屬於接觸孔洞中，形成獨立的電氣連接至源 極、ΐ及極、和閘極D 如申請專利範園第1項之方法，其在步驟b)之後包含額 外的步騾； h) 罩遮汲極區域以防止步驟c)期間的摻雜劑離子佈植。 如申請專利範圍第丨項之方法，其中步驟c)包括使用自 接合源極之閘極電極垂直側壁起，在3〇。和7〇。間之範圍 内的離予佈植角度。 如申請專利範圍第4項之方法，其中離子佈植負度是約 略 60° B 如申請專利範圍第2項之方法，其中m〇s電晶體是 NMOS電晶體，且其中步驟a)包括選自含有磷和砷之 群體的第一摻雜劑’且其中第—摻雜密度在1 X 1〇"和1 X 1017/立方厘米之間的範圍内，由此而形成η掺雜矽區 域。 如中請專利範圍第6項之方法’其中步驟c)包括選自含 有棚和BF2之群體的第二掺雜劑，其中第二離子劑量是 在1 X 1013和1 X 1〇>4/平方厘米之間的範園内，其中當第 二摻雜劑是硼時’第二離子能階位於2千電子伏特和30 千電子伏特之間的範圍内，且其中當第二摻雜劑是BF2 時’第二離子能階位於1 〇千電子伏特和15 0千電子伏特 之間的範園内，由此而形成短的p通道區域。 而 I I I I I I 裝—^ I— n j ί I I I I Μ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -2 本紙張尺度逋用中國國家榡準（CNS > A4见格（210X297公4 ) 447024 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 8. 9. 10. 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 11 如申請專利範圍第7項之方法，其中步驟d)包括選自含 有磷和砷之群體的第三摻雜劑，其中第三離子劑量是 在IX 1〇15和IX 10W平方厘米之間的範圍内，其中當第 三摻雜劑是磷時，第三離子能階位於5千電子伏特和2〇 千電子伏特之間的範園内，且其中當第三摻雜劑是砷 時，第三離子能階位於1〇千電子伏特和4〇千電子伏特 之間的範圍内，由此而形成n—源極和汲極區域。 如申請專利範圍第2項之方法，其中M〇s電晶體是 PMOS電晶體，且其中步驟a)包括以在丄χ ι〇Μ和】X 們立方厘米間之範圍内的第—摻雜密度，使用棚作 為第一摻雜劑，由此而形成p摻雜矽區域。 如申請專利範圍第9項之方法，其中步驟c)包括選自含 有磷和砷之群體的第二摻雜劑，其中第二離子劑量是 在1 X 1013和1 X 1〇π方厘米之間的範園内，其中當第 二摻雜劑是磷時，第二離子能階位於10千電子伏特和 ⑽千電子伏特之間的範圍内，且其中當第二摻雜劑是 砷時，第二離子能階位於20千電子伏特和200千電子伏 特足間的範圍内，由此而形成短的η通道區域。 如申請專利知園第1Q項之方法，其中步驟d)包括選自含 有BF,和硼之群體的第三掺雜劑，其中第三離子劑量是 在1X1015和丨X1〇U/平方厘米之間的範圍内，其中當第 三挣雜劑是肝2時’第三離子能階位於1Q千電子伏特和 50千電子伏特之間的範園内’且其中當第三摻雜劑是 硼時，第三離子能階位於2千電子伏特和丨〇千電子伏特 -3 - (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家揉準（CNS > A*»規格（210X297公釐） 經濟部中央棹準局貝工消費合作社印聚 447024 AbI C8 _____D8 __ 、申請專利範圍 之間的範園内，由此而形成p+源極和汲極區域。 12. 如申清專利範圍第1項之方法，其中步騾a)包括自含有 塊體砂和SiMOX的群體，形成要加以摻雜的矽區域。 13. 如申請專利範園第丨項之方法，包括接著步驟c)的進一 步步驟： 1)加熱電晶體至850和11〇〇。〇間之範園内的溫度，持績 30分鐘和60分鐘間之範園内的時間，以擴散在步騾幻 中所佈植的摻雜劑’當佈植角度是淺的時候，由此 而形成非對稱通道。 M_如申請專利範圍第〗項之方法，其中步騾b)包括形成具 有小於约略0.5微米之長度的閘極電極。 15 _ —種在閘極電極下方形成短長度且非對稱通道區域之 方法，在MOS電晶體的製造中’其具有隔離之矽區域 以形成源極、汲極、和覆蓋矽區域的閘極電極，閘極 電極具有自源極延伸至汲極的長度和接合源極與汲極 的垂直側壁’此種方法包含步騾有： a) 選擇一角度，自鄰接源極區域的閘極電極垂直側壁 界定起； b) 以步驟a)中所界定的角度佈植摻雜劑離子，進入位 於閘極電極下方，鄰接源極的矽區域，以形成具有 小於閘極電極長度之長度的通道區域’通道區域長 度自鄰接源極區域之閘極電極垂直側壁下方向汲極 區域延伸，由此，短通道長度使電晶體切換速度最 大化。 -4 - 本紙浪乂i適用中國®家揉準（CNS ) A4洗格（210父297公& ) ' ------- 装 訂 · I— n Μ (請先閱讀背面之注意事項存填寫本頁) 4 4 2 ο 7 tr ABCD 經濟部中央標率局員工消費合作社印$L 六、申請專利範圍 16. 如申請專利範圍第15項之方法，其中步驟a)包括選擇一 自接合源極之閘極電極垂直側壁起，在3 〇。和7 0。間之範 園内的角度。 17, 一種具有短且非對稱通道區域之η型金屬氧化半導體 (NMOS)電晶體，其包含； 一包括η+源極和η+汲極的隔離秒區域； 一覆盍忒沙區域的閘極電極，其具有自該源極延仲 3 ;及極的長度’並包括接合該源極和沒極的垂直側 壁； 一具有小於該閘極長度之通道長度的ρ矽通道，位於 S袁閘極下方並自接合遠源極之該閘極電極垂直側壁下 方，向該ί及極延伸； 一在該閘極下方延伸的η矽汲極延伸區域，自該ρ通 道區域至該汲極，由此’短ρ通道區域形成於該源極和 汲極之間以使汲極電容最小化。 1S.如申請專利範園第17項之NMOS電晶體，其中該源極、 汲極、通道、和汲極廷伸區域形成於選自含有塊體矽 和SIMOX之群體的碎上。 19.如申請專利範圍第丨7項之NM0S電晶體，其中該閘極電 極長度小於約略0.5微米= 2〇. —種具有短且非對稱通道區域之p型金屬氧化半導體 (PMOS)電晶體，其包含； 一包括P +源極和p +汲極的隔離矽區域； -覆蓋該矽區域的閘極電極’其具有自該源極延伸 -5 - 本紙張尺度適财賴家料（CNS > A4胁（2丨〇><297公赛)~--------- — — — — — — — . 訂 I Μ (諳先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 447024 Λ8 B8 C8 D8 經濟部中央標準局貝工消費合作杜印装 六、申請專利乾圍 至該ί及極的長度’並包括接合該源極和j:及極的垂直側 壁； 一具有小於該閘極長度之通道長度的n矽通道，位於 該閘極下方並自接合該源極之該閘極電極垂直側壁了 方，向該汲極延伸； 一在該閘極下方’自該η通道區域延伸至該沒極的ρ 石夕沒極延伸區域，由此’短η通道區域形成於該源極和 沒極之間以使沒極電容最小化。 21. 如申請專利範圍第20項之PMOS電晶體，其中該源極、 汲極、通道、和汲極延伸區域形成於選自含有瑰體矽 和SIMOX之群體的硬上。 22. 如申清專利範圍第20項之PMOS電晶體，其中該閉極電 極長度小於约略0.5微米。 23 ‘ 一種具有非對稱且短通道區域的金屬氧化半導體（mqS) 電晶體，其中該金屬氧化半導體（1^〇5)電晶體選自含有 η型金屬氧化半導體（NM0S)和ρ型金屬氧化半導體 (PMOS)電晶體之群體，該金屬氧化半導體（M〇s)電晶 體包含； 一包括源極和汲極的隔離矽區域； 一覆盖該秒區域的閘極電極’其具有自該源極延伸 至該汲極的長度，並包括接合該源極和汲極的垂直侧 壁； 具有小於該閘極長度之通道長度的矽通道區域， 位於A閘極下方並自接合該源極之該閘極電極垂直側 -6 - In 裝 .1τ------ - ^ (請先閱讀背面之注$項再填寫本頁) 本紙佚尺度逋用中围國家梯準（CNS ) Μ規格（2丨〇><297公釐） 經濟部中央標率局貝工消費合作社印裝 447024 A8 BS C8 D8 六、申請專利範圍 " " 壁下方’向該没極延伸，該通道區域藉由以界定自鄰 接該源極之該閘極電極垂直侧壁的預定角度，將摻雜 劑離子佈植進入該通道區域而形成； 在衾閘極下方’自該通道區域延伸至該沒極的石夕 汲極延伸區域，由此，短通道區域形成於該源極和汲 極之間以使汲極電容最小化c 24·如申請專利範圍第23項之M〇s電晶體，其更包含： 一氧化物層，位於電晶體的該源極、汲極、和閘極 區域之上，具有接觸孔洞穿透過該氧化物而到達該源 極、汲極、和閘極電極；以及 位於該接觸孔洞的金屬，以形成獨立的電氣連接至 該源極、汲極、和閘極，由此，電晶體與其它電氣電 路形成界面。 25. 如申請專利範園第23項之M〇s電晶體，其中電晶 體是一 NMOS電晶體，其中該通道區域藉.由佈植選自 含有硼和BF2之群體的摻雜劑而形成，其中離子劑量是 .在1 X 1013和1 X 1〇h/平方厘米之間的範園内，其中當該 ； 摻雜劑是硼時，離子能階位於2千電子伏特和3〇千電子 伏特之間的範圍内，且其中當該摻雜劑是BF2時，離子 能階位於〗0千電子伏特和〗5〇千電子伏特之間的範圍 内，由此而形成短的P通道區域。 26. 如申請專利範圍第23項之MOS電晶體，其中嘴波極區 域在形成該通道區域的斜角離子佈植期間予以罩遮， 以防止摻雜劑離子的佈植進入該汲極。 -7 - 力Γ張尺度適用中國國家揉準（) ( 21 〇 X ------ ---------裝------訂------奴 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ^47〇24 A8 B8 C8 D8 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 i、申請專利範圍 27·如申請專利範圍第23項之MOS電晶體，其中該離子佈 植角度是在自接合該源極之該閘極電極之該垂直侧壁 起30°和70。之間的範圍内。 2S.如申請專利範圍第27項之MOS電晶體，其中該角度是 約略60°。 29. 如申請專利範圍第23項之M〇s電晶體，其中M〇s電晶 體是一 PMOS電晶體，其中該通道區域藉由佈植選自含 有磷和砷之群體的摻雜劑而形成，其中離子劑量是在j X 1013和1 X 1〇14/平方厘米之間的範圍内，其中當該摻 雜劑是磷時，離子能階位於10千電子伏特和1〇〇千電子 伏特之間的範圍内’且其中當該摻雜劑是砷時，離子 能階位於20千電子伏特和200千電子伏特之間的範圍 内’由此而形成短的η通道區域< 30. 如申請專利範圍第υ項之MOS電晶體，其中該源極、 汲極、通道、和汲極延伸區域形成於選自含有塊體矽、 和SIMOX之群體的矽上。 31·如申請專利範圍第23項之MOS電晶體，其中該通道區 域藉由加熱電晶體至850和1 l〇〇t：間之範圍内的溫度， 持績3 0分鐘和60分鐘間之範圍内的時間，以擴散佈植 的摻雜劑而形成，當離子佈植角度是淺的時候，由 此，該非對稱通道區域形成。 -8 - I紙浪尺度適用中國國家揉率(CNS > A规格（2丨〇〆297公釐） ---------裝------訂------绍 (諳先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
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