TWI305387B - Mos transistor and fabrication thereof - Google Patents

Description

l3〇5387 UMCD-2( -2006-0049 19484twf.doc/g 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 θ本發明是有關於一種半導體元件及其製造方法，特別 是有關於一種金氧半電晶體及其製造方法。 【先前技術】 金氧半電晶體是目前超大型積體電路(VLSI circuit)中 ，為重要的元件，其應用的範圍非常的廣泛，舉凡微處理 裔、半導體記憶元件、功率元件料，均可以金氧半電晶 體作為基本之構成單元。 在一般的奈米級製程中，為了增加金氧半電晶體的元 件，能’會先於閘極結構兩側的基底中形成溝渠，然後利 用磊晶製程將會產生應變的半導體材料(如SiGe、Sic)填入 溝汆中以作為源/汲極區，用來提高電子或電洞在通道中的 移動率(mobility)。 目洳應用應變石夕技術來製作金氧半電晶體之方法是先 在基底上形成上有硬罩幕層的閘極結構。形成硬罩幕層的 目的是為了保護閘極結構，以免其於後續製程中暴露出 來。接者’於閘極結構兩側形成間隙壁。之後，進行微影 製程與蝕刻製程，於閘極結構與間隙壁二側的基底中形成 溝渠。然後，進行預清潔製程，以去除溝渠中的原生氧化 層與蝕刻後殘留的雜質。而後，於溝渠中形成摻雜磊晶層 以及進行離子植入製程’以於基底中形成源/汲極區。 然而，在進行形成間隙壁、溝渠的蝕刻製程中、移除 微影製程中的圖案化光阻層以及預清潔製程的同時，都會 1305387 UMCD'2〇〇6-〇〇49 19484twf.doc/g 移除掉覆蓋於閘極結構上之部分硬罩幕層，使得閘極結構 表面容易被暴露出來。因此，在後續以磊晶製程於溝渠中 形成摻雜蠢晶層時，會在暴露出的閘極結構表面形成磊晶 層亦即是所謂的多晶石夕凸塊(poly bump) ’而嚴重影響製 程的可靠度以及元件效能。 曰义 【發明内容】 有鑑於此，本發明的目的就是在提供一種金氧半電晶 體的衣造方法，其能夠有效地避免閘極結構在製程步驟中 被暴露出來。 本每明的另一目的就是在提供一種金氧半電晶體，其 閘極結構上的硬罩幕層可以有效地保護閘極結構。 ^本發明的再一目的就是在提供一種金氧半電晶體的製 造方法，其能夠更有效地避免閘極結構在製程步驟中被暴 露出來。 * 本發明的又一目的就是在提供一種金氧半電 1 問極結構上的硬罩幕層可以更有效地保護閘極結構。” 弁描種金氧半電晶翻製造方法，此方法是 ^供-基底。然後，於基底上形成問極結構材料層。而 f，通入含碳前驅氣體以及反應氣體，以於_ 層上形成含碳罩幕材㈣。接著，將含碳罩幕材料H 極結構材料層圖案化，以形成含碳硬罩 、甲 之後，於閘極結構與細幕 露出部分基底。然後，於暴露的基底上形成摻 1305387 iJMCD-2006-0049 19484twf.doc/g 依照本發明之一實施例所述之金氧半電晶體的製造方 法中，含碳前驅氣體例如是雙（三級丁基胺基μ夕院 (Bis(tert-butylamino)silane, BTBAS )、石夕酸四乙醋 (tetra-ethyl-ortho-silicate, TE0S )、三乙氧基石夕少完 (triethoxysilane, TRIES )或六曱基二石夕氧院 (hexamethyldisiloxane, HMDS)。 依照本發明之一實施例所述之金氧半電晶體的製造方 法中，含碳前驅氣體的流量為定值。在另一實施例中，含 碳前驅氣體的流量隨時間而改變。 依照本發明之一實施例所述之金氧半電晶體的製造方 法中，含碳前驅氣體為雙(三級丁基胺基)矽烷，且含碳前 驅氣體的流量例如介於100 seem〜23 5 seem之間。 依照本發明之一實施例所述之金氧半電晶體的製造方 法中，含碳前驅氣體為矽酸四乙酯，且含碳前驅氣體的流 量例如介於100 seem〜1000 seem之間。 依照本發明之一實施例所述之金氧半電晶體的製造方 法中’含碳前驅氣體為三乙氧基矽烧’且含碳前驅氣體的 流量例如介於100 seem〜1000 seem之間。 依照本發明之一實施例所述之金氧半電晶體的製造方 法中，含破前驅氣體為六曱基二石夕氧垸，且含‘前:‘體 的流量例如介於seem〜500 seem之間。 依照本發明之一實施例所述之金氧半電晶體的製造方 法中，含碳罩幕材料層的材質例如是含碳氧化物、又#^ 氧化物或含碳氮化物。其中，當含碳罩幕材斛思^ 3石反氮 ㈣層的枒質為 1305387 UMCD-2006-0049 19484twf.doc/g 含破氧化物或含碳氮氧化物時’反應氣體例如為氧氣、臭 氧、-氣化氮或-氧化二氮。另外，當含石炭罩幕材料層: 材質為含碳氮化物時，反應氣體例如為氮氣或氨氣。 依照本發明之一實施例所述之金氧半電晶體的製造方 法中’含石炭罩幕材料層的形成方法例如是常壓化學氣相沈 積法、低壓化學氣相沈積法、電漿增強型化學氣相沈積法、 高密度電聚化學氣相沈積法、自由基增強梨化學氣相沈積 法（radical_en— CVD)、原子層沈積法㈣油一沉 deposition，ALD)、原子層化學氣相沈積法（at〇mk CVD)或其他適合方法。 依照本發明之一實施例所述之金氧半電晶體的製造方 法中，上述間隙壁包括形成於該閘極結構與該含碳硬罩幕 層之侧壁上的第一間隙壁及形成於第一間隙壁之侧壁上的 第二間隙壁。 依知、本發明之一實施例所述之金氧半電晶體的製造方 法中，第一間隙壁與第二間隙壁的材質各自例如是氧化 • 矽、氮化矽或氮氧化矽，且第一間隙壁的材質與第二間隙 壁的材質不同。 依照本發明之一實施例所述之金氧半電晶體的製造方 法中’在部分保護層移除之後、掺雜磊晶層形成之前，更 包括移除部分暴露之基底以形成溝渠，而摻雜磊晶層至少 填滿此溝渠。 依照本發明之一實施例所述之金氧半電晶體的製造方 法中，於形成摻雜磊晶層之後，還可於基底上形成應力層。 1305387 UMCD-2006-0049 19484twf.doc/g 另外，於摻雜磊晶層形成之後、應力層形成之前，更可以 移除部分的間隙壁。 、依照本發明之一實施例所述之金氧半電晶體的製造方 法中，於形成摻雜磊晶層之後，更可以移除保護層^ 依照本發明之一實施例所述之金氧半電晶體二製造方 法中，金氧半電晶體為p型金氧半電晶體， :曰

的材質例如是料合金。在另—實施例中，錢 J N型金氧半電晶體，而摻雜磊晶層的材質例如是：碳合 置於基底上。含碳硬罩幕層配置於閘極結構上配 置於間極結構與含碳硬罩幕層賴壁上 馬土配 於間隙壁遠_極結構的—側之區域^ ^〜層配置 量例如：二:定值。其中’含碳硬罩幕層中的礙含 氧化石夕。另外’間隙壁的材是氧切、氮化石夕2 之區實施例所述之金氧半電晶體中，上迷 9 Ϊ305387 UMCD-2006-0049 19484twf.doc/g 依照本發明之一實施例所述之金氧半電晶體中，上述 之區域為基底中之溝渠，且摻雜磊晶層至少填滿此溝渠。 依照本發明之一實施例所述之金氧半電晶體中，更可 包括配置於基底上的應力層，其材料例如是說化石夕。 依照本發明之一實施例所述之金氧半電晶體中，上述 間隙壁可為一複合間隙壁’其包括配置於閘極結構與含碳 硬罩幕層的側壁上的第一間隙壁及配置於第一間隙壁之側 壁上的第二間隙壁。其中，第一間隙壁與第二間隙^各自 的材質例如是氧化矽、氮化矽或氮氧化矽，且第二間隙壁 的材質與第一間隙壁不同。 依照本發明之一貫施例所述之金氧半電晶體中，某底 例如是整體矽（bulk-Si)基底或絕緣層上有矽（silic〇n_〇n_ insulator, SOI)基底。 依照本發明之一實施例所述之金氧半電晶體中，閘極 結構包括位於基底上的閘極以及位於閘極與基底之間的閘 介電層’閘介電層的材質例如是氧化矽、氮化石夕、氮氧化 矽或高介電常數(K>4)材料。 a 依照本發明之一實施例所述之金氧半電晶體中，更可 包括配置於掺雜蠢晶層上的金屬;5夕化物層，金屬石夕化物層 的材質例如是矽化鈦、矽化鈷、矽化鎳、矽化鈀、矽化^白 或發化钥。 本發明提出另一種金氧半電晶體的製造方法，包括先 提供一基底。然後，於基底上形成閘極結構材料層。而後， 於閘極結構材料層上形成複合罩幕材料層，其中複合罩幕 I3〇5387„ 19484tw,〇c/g 材料層至少包括一層含礙層，此含碳層是藉由通入含碳前 驅氣體以及反應氣體所形成。接著，將複合罩幕材料層與 閘極結構材料層圖案化，以形成複合硬罩幕層與閘極結 構。之後，於閘極結構與複合硬罩幕層的側壁上形成間隙 壁。隨後，於基底上形成保護層。接著，移除部分保護層， 暴露出部分基底。然後，於暴露的基底上形成摻雜磊晶層。 依照本發明之一實施例所述之金氧半電晶體的製造方 法中，含碳前驅氣體例如是雙(三級丁基胺基)矽烷、矽酸 四乙酯、三乙氧基矽烷或六甲基二矽氧烷。 依照本發明之一實施例所述之金氧半電晶體的製造方 法中，含碳層的材質例如是含碳氧化物、含碳氮氧化物或 含碳氮化物。其中，當含碳層的材質為含碳氧化物或含碳 氮氧化物時，反應氣體例如為氧氣、臭氧、一氧化氮或一 氧化二氮。當含碳層的材質為含碳氮化物時，反應氣體例 如為氮氣或氨氣。 依照本發明一實施例所述之金氧半電晶體製造方法， 複合罩幕材料層的形成方法例如是常壓化學氣相沈積法、 低壓化學氣相沈積法、電漿增強型化學氣相沈積法、高密 度電漿化學氣相沈積法、自由基增強型化學氣相沈積法、 原子層沈積法、原子層化學氣相沈積法或其他適合方法。 本發明提出另一種金氧半電晶體，包括基底、閘極結 構、複合硬罩幕層、間隙壁與摻雜磊晶層。其中，閘極結 構配置於基底上。複合硬罩幕層配置於閘極結構上，且包 括至少一層含碳層。間隙壁配置於閘極結構與複合硬罩幕 1305組 -2006-0049 19484twf.doc/g 層的侧壁上。摻雜磊晶層配置於間隙壁遠離閘極結 側之區域。 依照本發明之一實施例所述之金氧半電晶體中，含碳 層中的碳含量為定值。在另一實施例中，含碳層中的碳含 量為不定值，其中碳含量例如是呈梯度分佈。 本發明利用含碳前驅氣體來形成閘極結構的硬罩幕 層’由於碳-矽鍵結強度大於氧(氮)-矽鍵結強度，使得含有 碳的硬罩幕層與一般的硬罩幕層比較起來具有較 速率，因此可以避免在蝕刻製程、預清潔製程或移除光阻 的過程中對硬罩幕層造成損害，而將閘極結構暴露出來， 導致在後續的磊晶製程中在閘極結構的頂部形成多晶矽凸 塊’進而提升了製程的可靠度以及元件致能。 ^為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖 明如下。 邛砰細詋 【實施方式】 ，圖至圖1F為依照本發明之一實施例所綠示之 半電晶體的製造方法。 “ 首，，請參照圖丨A，提供已形成有淺溝渠隔離結構 之基底100。基底丨⑻例如是整體矽基底。在另一杏施 如00還可以是絕緣層上有石夕基底。然後二基 104她結構麵110 ’其包括閘介電材料層 化:問輯料層⑽。閑介電材料層104的材質例如是氧 虱矽、鼠乳化石夕或南介電常數(κ>4)材料。閑極材 12 I305« D-2006-0049 19484twf.d〇〇/g =W的材質例如是摻雜多晶石夕。間介電材料層i〇4的 一材料層106的形成方法例 ，含:ΐ幕:d:圖^層：上形 =炭氧化物、含碳氮化物或含碳氮氧:物〇 :::= *基增強型化學氣相沈積法、原:二 氣相沈積法或其他適合方法。值原子層化學 的強度大於讓财之間由=苡 =速率，，在_構::;== 避免在綱財發生紙= -反應室内::含ί:::例:之含碳罩幕材料層120是於 反應的方驅氣體以及反應氣體，並利用化學 當含碳罩幕材料=:==_上。舉· 乳體包括含碳前驅氣體與氧來源反應=物^ f通入的 例如是含有碳原子之 ^s碳刺區氣體 石夕烧、石夕酸四乙_、：’如雙(三級丁基胺基） 來源反應氣體則例如了六甲基二石夕氧淀。氧 (三級丁基胺基)石夕户:乳°當含碳前驅氣體為雙 ”“T，其流量例如介於1〇〇sccm〜235 13 2006-0049 I9484twf.doc/g seem之間。當含碳前驅氣體為矽酸四乙酯時，其流量例如 介於100 seem〜1000 sccm之間。當含碳前驅氣體為三乙 氧基石夕烧時，其流量例如介於100 seem〜1〇〇〇 sccm之間。 當含碳前驅氣體為六甲基二矽氧烷時，其流量例如介於 100 seem〜500 sccm之間。此外，當含碳罩幕材料層12〇 的材質為含碳氮氧化物時，所通入的氣體包括含碳前驅氣 體與氮氧來源反應氣體。含碳前驅氣體與上述相同，而氮 氧來源反應氣體則例如是一氧化氮或一氧化二氮。另外1 •當含鮮幕材料層m的材質為含錢化物^所通入的 氣體包括含碳前驅氣體與氣來源反應氣體。含碳前驅氣體 與上述_，錢來源反減體貞_咬氮氣或氨氣。 此外，藉由調整含碳前驅氣體的流量，可以 罩幕材料層m中的碳含量，以增加含碳罩幕材：層： 的抗侧性。舉例來說，當形成含碳罩幕材料層⑽曰， 所通入的含碳前驅氣體的流量為定值， ^ 寸 幕材料請中之碳含量為定值。當形 •則，所通入的含碳前驅氣體的流量;層 則所形成之含碳罩幕材料層m中的碟含以二 遞增，即表示抗姓刻性由底部往項部遞增。 體的流量隨著時間而遞減，則所形成之人=3敛刖驅氣 120中的碳含量由底部往頂部遞減 ^幕材料層 部往底部遞增。再者，含破前，驢氣體 ：&飿刻性由頂 則變化’因此所形成之含碳罩幕材料展/;U里也可以是不規 不規則變化。 9 0中的碳含量呈 14

1305387 UMCD-2006-0049 19484twf.doc/g 接者，請參照圖，將含碳罩幕材料層i2〇與閑極結 構材料層110圖案化，以形成含碳硬罩幕層122與閑極結 構118。將含碳罩幕材料層12〇與閘極結構材料層11〇圖 案化的方法例如是先於含碳罩幕材料層i2Q上形成圖案化 光阻層（未繪示）。接著，以圖案化光阻層為罩幕進行餘刻 製程’移除部分含料幕㈣層12G，料彡成含破硬罩幕 層Π2。而後，移除圖案化光阻層。接著，再以含碳硬罩 拳層m衫幕進行㈣製程，移除暴露的閘極結構封料 層no ’以形成由閘介電層m與閘極114組成之閘極紝 構 118。 '、、。 之後，請繼續參照圖m，於閘極結構118與含碟硬罩 幕層m的側壁上形成間隙壁124。間隙壁124的材質例 如是氧化⑪、氮化々錢氧彳⑽，其形成方法例如是先於 基底1〇〇上形成大致共形的間隙壁材料層（未繪示），再以 非等向性蝕刻移除部分間隙壁材料層。特別一提的是，由 於含石反硬罩幕| 122中石炭與石夕之間的鍵結強度較大，因此 含石厌硬罩幕層122可以避免在蝕刻過程中受到損害而暴露 出閘極結構118。隨後，於閘極結構118與間隙壁丨^ : 側的基底100中形成源/汲極延伸區126。源/汲極延伸區 126的形成方法例如是以閘極結構11 $與間隙壁124為^ 幕，進行離子植入製程。 繼之，請繼續參照圖1B，選擇性地於間隙壁124之侧 壁上形成間隙壁128，而間隙壁128與間隙壁124組成複 合間隙壁。間隙壁128的材質例如是氧化矽、氮化矽或1 15 1305观 2006-0049 19484twf.doc/g 氧化矽，且間隙壁128的材質與間隙壁124不同。間隙壁 128的形成方法例如是先於基底1〇〇上形成大致共形的間 隙壁材料層（未纟會示），再以非等向性餘刻製程移除部分間 隙壁材料層。同樣地，由於碳與矽之間的鍵結強度較大， 因此含^反硬罩幕層122可以避免在飯刻過程中受到損害而 暴露出閘極結構118。此外，間隙壁128與間隙壁124的 材質不能相同，以避免後續移除間隙壁128時，也會移除 相同材質的間隙壁124。 之後，請參照圖1C，於基底1〇〇上形成保護層13〇。 保護層130的材質例如是氧化矽，其形成方法例如是化學 氣相沈積法。繼之，將保護層130圖案化’暴露出主動區 内的部分基底100，此時仍有部分保護層13〇殘留在間隙 壁128的侧壁上。重要的是，由於含碳硬罩幕層122的高 抗蝕刻性，因此在保護層130圖案化的過程中不會使含碳 硬罩幕層122受到損害。形成保護層13㈣目的是保護^ 底1〇〇上其他元件區中之元件，使被保護層13〇所覆蓋區 域中之70件衫後、續f程辟。紐，於保護層上形 成圖案化光阻層131，此圖案化光阻層⑶暴露保護層13〇 所暴露的部分基底100,即後續t程巾將形成溝渠的區域。 接著’請參照圖1D，以圖案化光阻層131為罩幕進行 餘刻製程，移除未額案化光阻層131覆 以形成溝渠132。同樣地，由於含石炭硬罩幕層122的 :因此在形成溝渠132的過程中不會使含碳硬 罩幕s冗到扣告。繼之’移除圖案化光阻層131。此 16 I3〇mi〇06 -0049 19484twf.doc/g 外，在移除圖案化光阻層131之後，一般會進行清洗步驟， 以將基底100上的光阻殘渣完全去除。特別一提的是，由 於含％硬罩幕層122中碳與石夕之間的鍵結強度較大，故移 除圖案化光阻層131時及去除光阻殘渣時，含碳硬罩幕層 122可以有效保s蒦閘極結構118，而不會使後者受到損害。

另外，一般在形成溝渠132之後，還會對溝渠132中 之基底1〇〇表面進行預清潔製程，以清除溝渠132底部所 產生的原生氧化層或其他雜質，以使後續形成之摻雜磊晶 層中沒有雜質存在。同樣地，由於本發明之閘極結構 上覆蓋有含碳硬罩幕層丨22，而此含碳硬罩幕層122中碳 與矽之間的鍵結強度較大，因此於進行預清潔製程的同 時，含碳硬罩幕層122可以有效地保護閘極結構118，而 不會使後者受到損害。

然後，請參照圖1£，於溝渠132中形成摻雜磊晶層 134’且摻雜磊晶層134至少填滿溝渠132。在本實施例中， 摻雜磊晶層134的表面高於基底100的表面。在另—實施 例中’摻雜蟲晶層134的表面亦可以與基底1〇〇的表面高 度相同。摻雜磊晶層134的形成方法例如是進行選擇性磊 曰曰成長(selective epitaxial growth, SEG)製程及後續之離子 植入製程’或是進行臨場(in-situ)摻雜的SEG製程。此外， 當本發明之金氧半電晶體為p型金氧半電晶體時，摻雜蟲 晶層134的材質例如是矽鍺合金，其中摻質例如是硼；當 本發明之金氧半電晶體為N型金氧半電晶體時，則摻雜遙 晶層134的材質例如是矽碳合金，其中摻質例如是鱗或 17 1305搬 -2006-0049 19484twf.d〇c/g 石申。特別-提的是’由於基底1〇〇上其他元件區已被保護 層130覆蓋’因此摻雜磊晶層134只會形成在溝渠132中。 之後，請繼續參照圖1E，移除保護層13〇，其方法例 如是姓刻製程。特別一提的是，由於含碳硬罩幕層的 高抗蝕刻性，因此可以避免含碳硬罩幕層122在i刻過程 中受到損害而暴露出閘極結構118。繼之，於摻雜磊晶層 134旁下方的基底10〇中形成掺雜區136，其與摻雜磊晶^ 、I34共同構成源/汲極，且其形成方法例如是以閘極結構 • 118、間隙壁124與間隙壁128為罩幕，進行離子植入製程。 在另一實施例中，形成摻雜區136的步驟也可以是在形成 溝渠之前進行，而後續所形成的溝渠132的深度必須比摻 雜區^6的深度淺。在又一實施例中，形成摻雜區136的 步驟還可以是在溝渠132形成之後、摻雜磊晶層134形成 之前進行。 接著，請繼續參照圖1E’選擇性地於摻雜磊晶層134 上形成金屬石夕化物層135。金屬石夕化物層135的材質例如 • 是矽化鈦、矽化鈷、矽化鎳、矽化鈀、矽化鉑或矽化鉬， 形成方法例如是自對準金屬石夕化物(salicide)製程。閘極妹 構118、含碳硬罩幕層122、間隙壁124、源/汲極延伸^ 126、間隙壁128、摻雜磊晶層134、摻雜區136與金屬矽 化物層135组成金氧半電晶體138。 隨後，請參照圖1F，選擇性地於基底100上形成應力 層140，應力層140的材質例如是氮化矽，其形成方法例 如是化學氣相沈積法。當金氧半電晶體138為p型金氣半 18 1305387 UMCD-2006-0049 19484twf.doc/g :日—u/百…替縮應力層 為N型金氧半電晶體時，應 晶體Ι3δ 特別-提的是，由於應力層14(J=麵力層。 道區所接受的應力越大。因此\ 了=，越接近，通 金氧半電晶體138之通道區的應力，層丨4〇施予 =，先以_製程選擇性地移除部分的複合^Γ40 般來說，會將部分或整個間隙壁128移除。永土，-

以下將以圖1F來對本發明之金氧 說明。結構情有構件之材料，已於圖u二體 製造流程中說明，於此不再贅述。 斤迷之 請參照㈣，基底100上之淺溝渠隔離結構1〇2之間 配置有金乳半電晶體138。金氧半電晶體m包括開極处 構m、含碳硬罩幕層122、間隙壁124、源/沒極延伸區 126、間隙壁128、摻雜蟲晶層134、金屬石夕化物層135鱼 摻雜區136。閘極結構118配置於基底1〇〇上，包括閘^ 電層112與閘極114。含碳硬罩幕層122配置於間極結構 118上。間隙壁124配置於閘極結構118與含碳硬罩幕層 122的側壁上。源/汲極延伸區126配置於閘極結構118與 間隙壁124兩侧之基底1〇〇中。間隙壁128選擇性地配置 於間隙壁124的侧壁上’而與間隙壁124組成複合間隙壁。 摻雜磊晶層134配置於間隙壁128遠離閘極結構118的一 侧之區域中。在此實施例中上述之區域為溝渠132，且摻 雜蠢晶層134的表面高於基底1〇〇的表面。在另一實施例 中’摻雜蟲晶層134的表面也可以與基底1 〇〇的表面的高 19 1305387 UMCD-2006-0049 19484twf.doc/g 又相同另外，金屬石夕化物層135則配置於推雜蟲晶層⑼ 上。 值得一提的是，由於碳與矽之間鍵結的強度 與歡慨纟刚度，使得靖_構118 ^於含^ ^幕層122與-般的硬罩幕層比較起來具有較低的餞刻速 率。因此，含碳硬罩幕層122可以有效地保護閑極結構 118，避免閘極結構丨18於製程中被暴露出來。 、，此外，藉由控制含碳硬罩幕層122中的碳含量，可以 立曰加含石反硬罩幕層122的抗蝕刻性。其中，含碳硬 1山22 Ϊ碳含量可以是定值。另外，含碳硬罩幕層122中二 碳含量也可以是由底部往頂部遞增或遞減。再者，含碳硬 罩幕層122中的碳含量還可以是呈不規則變化。 請繼續參照圖1F，基底_上還可以配置有應力層 140，’且應力層14〇覆蓋整個金氧半電晶體，以提高金 氧半電晶體138的效能。當金氧半電晶體138為p型=氧 半電晶體，則應力層U0為壓縮應力層。當金氧半電晶= • n8為N型金氧半電晶體，則應力層140為拉伸應二;" 另外，由於間隙壁128與摻雜磊晶層134間所暴^之 基底1〇0可直接接觸的應力層140與金氧半電晶體丨38之 通道區越接近，應力層140施予通道區的應力越大。因此， 在其他實施例中，間隙壁128的寬度可視需求而改變。 圖2為依照本發明之另一實施例所繪示之金氧半電曰 體的剖面示意圖。請參照圖2，本實施例中的金氧半^曰曰曰 體144與圖1F中的金氧半電晶體138的差異在於：换曰曰 、、 孩雜 20 CD-2006-0049 19484twf.doc/g 蟲晶層142所配置的區域。在此實施例中，金氧半電晶體 144中之基底1〇〇不具有溝渠，而摻雜磊晶層142是配置 於間隙壁128遠離閘極結構118的一側之基底1〇〇上。 因此，此實施例之金氧半電晶體144的製造方法與圖 1F之金氧半電晶體138的製造方法之不同在於：於圖lc 中將保濩層130圖案化之後，直接於經圖案化的保護層！ 所暴露的基底100上形成摻雜磊晶層丨42。 本發明再提出一種金氧半電晶體，在此金氧半電晶體 中，是以在閘極結構上配置複合硬罩幕層來取代前述的含 碳硬罩幕層，且複合硬罩幕層中至少包括一層含碳層。 圖3為依照本發明之再一實施例所繪示之金氧半電晶 體的剖面示意圖。請參照圖3，基底300上之淺溝渠隔離 結構302之間配置有金氧半電晶體346。金氧半電晶體346 包括閘極結構318、複合硬罩幕層330、間隙壁332、源/ 汲極延伸區334、間隙壁336、摻雜磊晶層342、摻雜區344 與金屬矽化物層343。其中，閘極結構318配置於基底300 上，且閘極結構318包括閘介電層312與閘極314。複合 硬罩幕層330配置於閘極結構318上，其包括含碳層322 與含碳層324。間隙壁332配置於閘極結構318與複合硬 罩幕層330的側壁上。源/；:及極延伸區334配置於閘極结構 318與間隙壁332兩側的基底300中。間隙壁336選擇性 地配置於間隙壁332的侧壁上，而與間隙壁332組成複合 間隙壁。摻雜磊晶層342配置於間隙壁336遠離閑極結構 318的一側之一區域中。在此實施例中上述之區域即為溝 21 13053¾ CD-2006-0049 19484twf.doc/g 渠340，且摻雜磊晶層342的表面高於基底3〇〇的表面。 在另一實施例中，摻雜磊晶層342的表面也可以與基底300 的表面的高度相同。另外，摻雜磊晶層342與摻雜區344

共同構成源/汲極，而金屬矽化物層343配置於摻雜磊晶層 342 上。 S 特別一提的是，複合硬罩幕層33〇中各層的材質應盥 間隙壁的材質互相搭配。舉例來說，當含碳層324的材質 為含碳氮化物時，f箱:壁332的材f應為氧切或氮氧化 石夕’以避免在形成間隙壁332時，會—併移除含碳層324" 因此，將含碳層的材質與間隙壁的材質互相搭配，可避免 複合硬罩幕層於形成㈣:壁時被破壞峰露4間極結構， 進而避免於閘極結構上形成多晶矽凸塊的情形。 ^卜’複合硬罩幕層33ΰ也可以是由—層含碳層盘一 層非各韻所組成，且含碳層中的碳含量可以例^ 或不定值。 疋疋值 二了，將利用圖1A對複合硬罩幕層別 在圖1A所述之步驟中，於形成閘極結 之後’於閘極結構材料層11()上形成—層含=曰110 著’再於此含碳材料層上形成另一層含碳材=枓層、。接 層含碳材料層的形成方法例如是分別與含二 12〇相同’故於此不再贅述。絲，將閘接結構材料^ 22 1305387 UMCD-2006-0049 19484twf.doc/g 以及上述二層含碳材料層圖案化， 構训以及含碳層切與含碳層32=中圖^之= 含碳層324組成複合硬罩幕層33〇。 A曰 Λ 在又一實施例中，摻雜磊晶層配 圖2中含碳硬罩幕声〗22祛施炎回 土底上’即是將 口 Y 3 Μ卓料122替換為圖3 綜上所述，本發明利用含碳前驅氣體， 形成含％硬罩幕層或具有含韻之複合 。 賴結強以魏(__域，使财 #碰一般的硬罩幕層比較起來具有較高獅：： 此，可以避免在_製程、預清潔製 =因 中，有效地保護閘極結構，而避; : 此-來：以避免於後續綱程在_^ 曰曰石夕凸塊’進而提升製程的可靠度以及元 : =本發明已以較佳實施例揭露如上，= 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不_本„^ 和=、當可作些許之更動與潤飾，因土 = • 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為单 保4 【圖式簡單說明】 ° 圖1A至圖1F為依照本發明之—每 一 半電晶體的製造方法。 w例崎不之金氧 圖2為依照本發明之另—實施例所績日 體的製造方法。 孟虱+¾日日 圖.3為；照本發明之再-實施例所緣示之金氧半電曰 體的剖面示意圖。 < 主乳千电曰日 23 1305387 UMCD-2006-0049 19484twf.doc/g 【主要元件符號說明】 100、300 :基底 102、302 :淺溝渠隔離結構 104 :閘介電層材料層 106 :閘極材料層 110 :閘極結構材料層 112、312 :閘介電層 114、314 :閘極 # 118、318:閘極結構 120 :含碳罩幕材料層 122 :含碳硬罩幕層 124、128、332、336 :間隙壁 126、334 :源/汲極延伸區 130 :保護層 131 :圖案化光阻層 132、340 :溝渠 φ 134、142、342 :摻雜磊晶層 135、 343 :金屬矽化物層 136、 344 :摻雜區（源/汲極的一部分) 138、144、346 :金氧半電晶體 140 :應力層 320 :複合罩幕材料層 322、324 :含碳層 330 :複合硬罩幕層 24

Claims (1)

1. ,006-0049 19484twf.doc/g 十、申請專利範圍： 1. 一種金氧半電晶體的製造方法，包括： 提供一基底； 於該基底上形成一閘極結構材料層； 通入一含碳前驅氣體以及一反應氣體，以於該閘極結 構材料層上形成一含碳罩幕材料層； 將該含碳罩幕材料層與該閘極結構材料層圖案化，以 形成一含破硬罩幕層與一閘極結構； # 於該閘極結構與該含碳硬罩幕層的侧壁上形成一間隙 壁； 於該基底上形成一保護層； 移除部分該保護層，暴露出部分該基底；以及 於暴露的部分該基底上形成一摻雜磊晶層。 2. 如申請專利範圍第1項所述之金氧半電晶體的製造 方法，其中該含碳前驅氣體包括雙(三級丁基胺基)矽烷、 矽酸四乙酯、三乙氧基矽烷或六曱基二矽氧烷。 φ 3.如申請專利範圍第1項所述之金氧半電晶體的製造 方法，其中該含碳前驅氣體的流量為定值。 4. 如申請專利範圍第1項所述之金氧半電晶體的製造 方法，其中該含碳前驅氣體的流量隨時間而改變。 5. 如申請專利範圍第2項所述之金氧半電晶體的製造 方法，其中該含碳前驅氣體為雙(三級丁基胺基)矽烷，且 該含碳前驅氣體的流量介於1⑻seem〜235 seem之間。 6. 如申請專利範圍第2項所述之金乳半電晶體的製造 25 1305382 MCD-2006-0049 19484twf.doc/g 方法，其中該含碳前驅氣體為矽酸四乙酯’且該含碳前驅 氣體的流量介於100 seem〜1000 seem之間。 7.如申請專利範圍第2項所述之金氧半電晶體的製造 方法，其中該含碳前驅氣體為三乙氧基矽烷，且該含碳前 驅氣體的流量介於100 seem〜1000 seem之間。 8.如申請專利範圍第2項所述之金氧半電晶體的製造 方法，其中該含碳前驅氣體為六甲基二矽氧烷，且該含碳 前驅氣體的流量介於100 seem〜500 seem之間。

   9. 如申請專利範圍第1項所述之金氧半電晶體的製造 方法，其中該含碳罩幕材料層的材質包括含碳氧化物、含 碳氮氧化物或含碳氮化物。 10. 如申請專利範圍第9項所述之金氧半電晶體的製 造方法，其中3亥含碳罩幕材料層的材質為含;5炭氧化物或含 碳氮氧化物，且该反應氣體包括氧氣、臭氧、一氧化氮或 一氧化二氮。 11.如甲#專利顧第9項所述之金氧半電晶體的製

   造方法，其中該含碳罩幕材料層的材質為含碳氮化物，形 成該反應氣體包括氮氣或氨氣。 12^=範财1销私錢半電晶體的製 造方法，其巾騎碳罩幕㈣層_彡心法包括常壓 氣相沈積法、低壓化學氣相沈積法、電裝增強型化 沈積法、高密度電㈣學氣相沈積法、自化 氣相沈二子層沈積法或原子層化學氣相沈積法。子 13.如“專利範圍第i項所述之金氧半電晶體的製 26 1305387 UMCD-2006-0049 19484twf.doc/g 造方法，其中該間隙壁包括形成於該閘極結構與該含碳硬 罩幕層之側壁上的一第一間隙壁，以及形成於該第一間隙 壁之側壁上的一第二間隙壁。 14. 如申請專利範圍第13項所述之金氧半電晶體的製 造方法，其中該第一間隙壁與該第二間隙壁各自的材質包 括氧化矽、氮化矽或氮氧化矽，且該第一間隙壁的材質與 該第二間隙壁的材質不同。 15. 如申請專利範圍第1項所述之金氧半電晶體的製 造方法，其中於部分該保護層移除之後、該摻雜磊晶層形 成之前，更包括移除部分暴露之該基底以形成一溝渠，且 該推雜遙晶層至少填滿該溝渠。 16. 如申請專利範圍第1項所述之金氧半電晶體的製 造方法，其中於形成該摻雜磊晶層之後，更包括於該基底 上形成一應力層。 17. 如申請專利範圍第16項所述之金氧半電晶體的製 造方法，其中於形成該摻雜磊晶層之後，以及於形成該應 力層之前，更包括移除部分的該間隙壁。 18. 如申請專利範圍第1項所述之金氧半電晶體的製 造方法，其於該摻雜磊晶層形成後，更包括移除該保護層。 19. 如申請專利範圍第1項所述之金氧半電晶體的製 造方法，其中該金氧半電晶體為P型金氧半電晶體，而該 摻雜蟲晶層的材質包括碎鍺合金。 20. 如申請專利範圍第1項所述之金氧半電晶體的製 造方法，其中該金氧半電晶體為N型金氧半電晶體，而該 27 1305387 mcd„ i94„/g 摻雜蠢晶層的材質包括珍碳合金。 21. —種金氧半電晶體，包括： 一基底； 一閘極結構，配置於該基底上； 一含碳硬罩幕層，配置於該閘極結構上； 一間隙壁，配置於該閘極結構與該含碳罩幕層的侧壁 上；以及 一摻雜磊晶層，配置於該間隙壁遠離該閘極結構的一 侧之一區域。 22. 如申請專利範圍第21項所述之金氧半電晶體，其 中該含碳硬罩幕層中的碳含量為定值。 23. 如申請專利範圍第21項所述之金氧半電晶體，其 中該含碳硬罩幕層中的碳含量為不定值。 24. 如申請專利範圍第23項所述之金氧半電晶體，其 中該含碳硬罩幕層中的碳含量呈梯度分佈。 25. 如申請專利範圍第21項所述之金氧半電晶體，其 中該含碳硬罩幕層的材質包括含碳氧化物、含礙氮化物或 含碳氮氧化物。 26. 如申請專利範圍第21項所述之金氧半電晶體，其 中該間隙壁的材質包括氧化矽、氮化矽或氮氧化矽。 27. 如申請專利範圍第21項所述之金氧半電晶體，其 中該區域為該基底之表面。 28. 如申請專利範圍第21項所述之金氧半電晶體，其 中該區域為該基底中之一溝渠，且該摻雜磊晶層至少填滿 28 I3〇5387d„ i94g4twfd〇c/g 該溝渠。 29. 如申請專利範圍第21項所述之金氧半電晶體，其 中該金氧半電晶體為P型金氧半電晶體，而該摻雜磊晶層 的材質包括砍鍺合金。 30. 如申請專利範圍第21項所述之金氧半電晶體，其 中該金氧半電晶體為N型金氧半電晶體，而該摻雜磊晶層 的材質包括妙碳合金。 31. 如申請專利範圍第21項所述之金氧半電晶體，更 包括一應力層，配置於該基底上。 32. 如申請專利範圍第31項所述之金氧半電晶體，其 中該應力層的材質包括氮化矽。 33. 如申請專利範圍第21項所述之金氧半電晶體，其 中該間隙壁為一複合間隙壁，包括配置於該閘極結構與該 含碳硬罩幕層之側壁上的一第一間隙壁，以及配置於該第 一間隙壁之側壁上的一第二間隙壁。 34. 如申請專利範圍第33項所述之金氧半電晶體，其 中該第一間隙壁與該第二間隙壁各自的材質包括氧化矽、 氮化矽或氮氧化矽，且該第二間隙壁的材質與該第一間隙 壁的材質不同。 35. 如申請專利範圍第21項所述之金氧半電晶體，其 中該基底包括整體矽基底或絕緣層上有矽基底。 36. 如申請專利範圍第21項所述之金氧半電晶體，其 中該閘極結構包括位於該基底上的一閘極以及位於該閘極 與該基底之間的一閘介電層，該閘介電層的材質包括氧化 29 Ι3〇5387_ 006-0049 19484twf.doc/g 矽、=化石夕、氮氧化石夕或高介電常數材料。 如申請專利範圍第21項 包括-金屬魏物層，配置科2之電日日體更 配罝於。亥摻雜磊晶層上，該金屬矽 曰的材質包括矽化鈦、矽化鈷、矽化鎳、矽化鈀、矽 化鉑或矽化鉬。 38_ 一種金氧半電晶體的製造方法，包括： 提供一基底； 於該基底上形成一閘極結構材料層； …—於㈣極結構材料層上侃—複合罩幕材料層，其中 轉材料層包括至少—含碳層，該含碳層是藉由通 入—έ碳W驅氣體以及一反應氣體所形成； 構材料層圖案化，以 的侧壁上形成一間隙 π敌丞坻上形成一保護層；

   將ϋ玄衩5罩幕材料層與該閘極結 形成一複合硬罩幕層與一閘極結構； 於該閘極結構與該複合硬罩幕層 壁； 移除部㈣倾層，轉露_分 於暴露的部分該基底上形成一曰> 乂及 39.如申請專利範圍第38項所述之 造方法，其中該含碳前驅氣包 “夕酸四⑷三乙氧基繼基m。基）石夕 造方m糊翩第38項料之金氧半電晶體的製 乃忐其中§亥含碳前驅氣體的流量為定值 41.如申請專利範圍第38項所述之金氧半電晶體的 30 CD-2006-0049 19484twf.doc/g 造方法，其中該含碳前驅氣體的流量隨時間而改變。 42. 如申請專利範圍第39項所述之金氧半電晶體的製 造方法，其中該含碳前驅氣體為雙(三級丁基胺基)矽烷， 且該含碳前驅氣體的流量介於100 seem〜235 seem之間。 43. 如申請專利範圍第39項所述之金氧半電晶體的製 造方法，其中該含碳前驅氣體為矽酸四乙酯，且該含碳前 驅氣體的流量介於100 seem〜1000 seem之間。 44. 如申請專利範圍第39項所述之金氧半電晶體的製 造方法，其中該含碳前驅氣體為三乙氧基矽烷，且該含碳 前驅氣體的流量介於100 seem〜1000 seem之間。 45. 如申請專利範圍第39項所述之金氧半電晶體的製 造方法，其中該含碳前驅氣體為六曱基二矽氧烷，且該含 石炭前驅氣體的流量介於100 seem〜500 seem之間。 46. 如申請專利範圍第38項所述之金氧半電晶體的製 造方法，其中該含碳層的材質包括含碳氧化物、含碳氮氧 化物或含碳氮化物。 47. 如申請專利範圍第46項所述之金氧半電晶體的製 造方法，其中該含碳層的材質為含碳氧化物或含碳氮氧化 物，且該反應氣體包括氧氣、臭氧、一氧化氮或一氧化二 氮。 48. 如申請專利範圍第46項所述之金氧半電晶體的製 造方法，其中該含碳層的材質為含碳氮化物，且該反應氣 體包括氮氣或氨氣。 49. 如申請專利範圍第38項所述之金氧半電晶體的製 31 1305繼 2006-0049 19484twf.doc/g 造方法，其中該複合罩幕材料層的形成方法包括常壓化學 氣相沈積法、低壓化學氣相沈積法、電漿增強型化學氣相 沈積法、高密度電漿化學氣相沈積法、自由基增強型化學 氣相沈積法、原子層沈積法或原子層化學氣相沈積法。 50.如申請專利範圍第38項所述之金氧半電晶體的製 造方法，其中該間隙壁包括形成於該閘極結構與該複合硬 罩幕層之側壁上的一第一間隙壁，以及形成於該第一間隙 壁之侧壁上的一第二間隙壁。 • 51.如申請專利範圍第50項所述之金氧半電晶體的製 造方法，其中該第一間隙壁與該第二間隙壁各自的材質包 括氧化矽、氮化矽或氮氧化矽，且該第一間隙壁的材質與 該第二間隙壁的材質不同。 52.如申請專利範圍第38項所述之金氧半電晶體的製 造方法，其中於部分該保護層移除之後、該摻雜磊晶層形 成之前，更包括移除部分暴露之該基底以形成一溝渠，而 該摻雜磊晶層至少填滿該溝渠。 _ 53.如申請專利範圍第38項所述之金氧半電晶體的製 造方法，其中於形成該摻雜磊晶層之後，更包括於該基底 上形成一應力層。 54. 如申請專利範圍第53項所述之金氧半電晶體的製 造方法，其於該摻雜磊晶層形成之後、該應力層形成之前， 更包括移除部分的該間隙壁。 55. 如申請專利範圍第38項所述之金氧半電晶體的製 造方法，其中於形成該掺雜磊晶層之後，更包括移除該保 32 1305繼 2006-0049 19484twf.doc/g 護層。 56. 如申請專利範圍第38項所述之金氧半電晶體的製 造方法，其中該金氧半電晶體為P型金氧半電晶體，而該 摻雜蟲晶層的材質包括石夕鍺合金。 57. 如申請專利範圍第38項所述之金氧半電晶體的製 造方法，其中該金氧半電晶體為N型金氧半電晶體，而該 摻雜遙晶層的材質包括石夕碳合金。 58. —種金氧半電晶體，包括： # 一基底； 一閘極結構’配置於該基底上； 一複合硬罩幕層，配置於該閘極結構上，該複合硬罩 幕層包括至少一含碳層； 一間隙壁，配置於該閘極結構與該複合硬罩幕層的側 壁上；以及 一摻雜磊晶層，配置於該間隙壁遠離該閘極結構的一 側之一區域。 • 59.如申請專利範圍第58項所述之金氧半電晶體，其 中該含碳層中的碳含量為定值。 60. 如申請專利範圍第58項所述之金氧半電晶體，其 中該含碳層中的碳含量為不定值。 61. 如申請專利範圍第60項所述之金氧半電晶體，其 中該含碳層中的碳含量呈梯度分佈。 62. 如申請專利範圍第58項所述之金氧半電晶體，其 中該含碳層的材質包括含碳氧化物、含碳氮化物或含碳氮 33 1J W ^ J O 15MCD-2006-0049 19484twf.doc/g 氧化物。 63. 如申請專利範圍第58項所述之金氧半電晶體，其 中該間隙壁的材質包括氧化矽、氮化矽或氮氧化矽。 64. 如申請專利範圍第58項所述之金氧半電晶體，其 中該區域為該基底之表面。 65. 如申請專利範圍第58項所述之金氧半電晶體，其 中該區域為該基底中之一溝渠’且該按雜蠢晶層至少填滿 該溝渠。 • 66.如申請專利範圍第58項所述之金氧半電晶體，其 中該金氧半電晶體為P型金氧半電晶體，且該掺雜磊晶層 的材質包括矽鍺合金。 67. 如申請專利範圍第58項所述之金氧半電晶體，其 中該金氧半電晶體為N型金氧半電晶體，且該摻雜磊晶層 的材質包括矽碳合金。 68. 如申請專利範圍第58項所述之金氧半電晶體，更 包括一應力層，配置於該基底上。 φ 69.如申請專利範圍第68項所述之金氧半電晶體，其 中該應力層的材質包括氮化矽。 70. 如申請專利範圍第58項所述之金氧半電晶體，其 中該間隙壁為一複合間隙壁，包括配置於該閘極結構與該 複合硬罩幕層之侧壁上的一第一間隙壁，以及配置於該第 一間隙壁之側壁上的一第二間隙壁。 71. 如申請專利範圍第70項所述之金氧半電晶體，該 第一間隙壁與該第二間隙壁各自的材質包括氧化矽、氮化 34 -2006-0049 19484twf.doc/g 矽或氮氧化矽，且該第二間隙壁的材質與該第一間隙壁的 材質不同。 72. 如申請專利範圍第58項所述之金氧半電晶體，其 中該基底包括整體矽基底或絕緣層上有矽基底。 73. 如申請專利範圍第58項所述之金氧半電晶體，其 中該閘極結構包括位於該基底上的一閘極以及位於該閘極 與該基底之間的一閘介電層，該閘介電層的材質包括氧化 矽、氮化矽、氮氧化矽或高介電常數材料。 74. 如申請專利範圍第58項所述之金氧半電晶體，更 包括一金屬矽化物層，配置於該摻雜磊晶層上，該金屬矽 化物層的材質包括石夕化鈦、石夕化始、石夕化錄、石夕化纪、石夕 化顧或梦化钥。

   35