在半導體基材上形成金氧半導體元件的方法

專利名稱：在半導體基材上形成金氧半導體元件的方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體處理科技，特別是涉及一種暫態加速擴散
(Transient Enhanced Diffusion; TED)降低的金氧半導體(MOS)元件的制造方 法。
背景技術：
在金氧半導體元件的柵極寬度隨著半導體科技的尺寸而縮減下，介于 其源極與漏極之間的通道長度也隨之縮減。通道長度的縮減已經引發一些 嚴重問題，例如熱載子效應，而會降低元件的效能,并造成元件損壞。為補 救這樣的問題,已發展出不同的漏極結構,例如輕摻雜漏極(LDD)結構。輕摻 雜漏極結構充當寄生電阻，并吸收金氧半導體元件內的一些能量，介以降 低通道區的最大能量。能量的縮減會降低熱電子的生成，而妨礙金氧半導 體元件的性能。
一般是借由將離子植入于半導體基材中的一或多個特定區域中來制作 輕摻雜漏極結構。在植入過程中，可能會使半導體基材產生缺陷與損害。若 未修復這些缺陷與損傷，許多摻雜區，例如源極/漏極區、輕摻雜漏極區與 口袋植入區等的邊界可因稱為暫態快速擴散效應的影響而顯著擴展，其中 暫態快速擴散效應通常是半導體基材在離子植入后在特定溫度以上的環境 下進行回火所造成。舉例而言，在形成側壁間隙壁時，在60(TC至80(TC的 溫度范圍下對半導體基材進行熱處理。此溫度引發暫態快速擴散效應，而 對摻雜區造成不希望的邊界偏移。如此一來，將增加這些摻雜區的各個接 面之間的寄生電容，而降低金氧半導體元件的效能。
為了消減暫態快速擴散效應，通常會在輕摻雜漏極結構一形成后立即 進行已知的快速熱回火制程(RTA或RTP)的高溫回火制程，借以修補離子植 入所造成的損傷。然而，利用傳統的快速熱回火制程來修補植入損傷與降 低暫態快速擴散效應，會引發熱擴散的新問題。在快速熱回火制程期間,是 在溫度高于800。C的環境下對半導體基材進行熱處理。這樣的高溫將造成熱 擴散，而增加基材的摻雜區的接合深度。此增加的接合深度會限制金氧半 導體元件的性能。
因此，在半導體處理科技的技術領域中，亟需可抑制暫態快速擴散效 應并可降低熱擴散的輕摻雜漏極結構的制造方法，以改善金氧半導體元件 的性能。

發明內容
本發明的目的在于，提供一種在半導體基材上形成金氧半導體元件的方法，其是在柵極結構的側壁間隙壁形成前，在溫度低于輕摻雜漏極結構 的會發生實質暫態快速擴散的門檻溫度下，進行熱處理以修補離子植入半 導體基材時所造成的損傷。由于在這樣的溫度范圍下，可避免暫態快速擴 散效應，并可同時修補離子植入所造成的損傷，因此已形成的各個摻雜區
本發明的另一目的在于，提供一種在半導體基材上形成金氧半導體元件的方法，可避免摻雜區產生不合需求的邊界偏移，因此不僅可有效降低 半導體基材中的摻雜區之間的寄生電阻值，更可維持通道區的有效面積,進 而可提升金氧半導體元件的效能。
本發明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。依據 本發明提出的一種在半導體基材上形成金氧半導體元件的方法，至少包括以下步驟形成一柵極結構于該半導體基材上；將復數個離子植入該半導 體基材中，以形成一或復數個輕摻雜漏極結構鄰近于該柵極結構；在低于 一門搵溫度的一第一溫度下對該半導體基材進行熱處理，以修補離子植入 對該半導體基材所造成的損傷，其中在該門檻溫度以下不會發生該輕摻雜 漏極結構的實質暫態快速擴散；形成復數個側壁間隙壁于該半導體基材上的該柵極結構的復數個側壁；以及形成復數個源極與漏極區在鄰近于該柵 極結構的該半導體基材中。
本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。前述的在半導體基材上形成金氧半導體元件的方法，其中所述的門檻 溫度為600 ℃。
前述的在半導體基材上形成金氧半導體元件的方法，其中在該第一溫度下對該半導體基材進行熱處理，且該第一溫度介于實質450℃與實質600℃之間。
前述的在半導體基材上形成金氧半導體元件的方法，其中對該半導體基材進行熱處理直至離子植入該半導體基材所造成的損傷受到實質修補。
前述的在半導體基材上形成金氧半導體元件的方法，其中對該半導體基材進行實質10分鐘至實質240分鐘的熱處理。
前述的在半導體基材上形成金氧半導體元件的方法，其中所述側壁間隙壁是在一第二溫度下形成，且該第二溫度高于該門檻溫度。
前述的在半導體基材上形成金氧半導體元件的方法，其更至少包括形成一或復數個口袋植入區于所述源極與漏極區下。
本發明的目的及解決其技術問題還采用以下技術方案來實現。依據本發明提出的一種在半導體基材上形成金氧半導體元件的方法，至少包括以
下步驟
形成一柵極結構于該半導體基材上；
將復數個離子植入該半導體基材中,以形成一或復數個輕摻雜漏極結構 鄰近于該柵極結構；
在低于600℃的一溫度下對該半導體基材進行熱處理，以修補離子植入對該半導體基材所造成的損傷；
形成復數個側壁間隙壁于該半導體基材上的該柵極結構的復數個側壁；以及
形成復數個源極與漏極區在鄰近于該柵極結構的該半導體基材中。
本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。
前述的在半導體基材上形成金氧半導體元件的方法，其中在該溫度下 對該半導體基材進行熱處理，且該溫度介于實質450℃與實質600℃之間。
前述的在半導體基材上形成金氧半導體元件的方法，其中對該半導體 基材進行熱處理直至離子植入該半導體基材所造成的損傷受到實質修補。
前述的在半導體基材上形成金氧半導體元件的方法，其中對該半導體 基材進行實質10分鐘至實質240分鐘的熱處理。
前述的在半導體基材上形成金氧半導體元件的方法，其中所述側壁間 隙壁是在低于600℃的溫度下形成。
前述的在半導體基材上形成金氧半導體元件的方法，更至少包括形成 一或復數個口袋植入區于所述源極與漏極區下。
本發明的目的及解決其技術問題另外還采用以下技術方案來實現。依 據本發明提出的 一種在半導體基材上形成金氧半導體元件的方法，至少包 括以下步驟形成一柵極結構在該半導體基材上；將復數個離子植入該半 導體基材中，以形成一或復數個輕摻雜漏極結構鄰近于該柵極結構；在低 于600℃的一溫度下對該半導體基材進行實質10分鐘至實質240分鐘的熱 處理，以修補離子植入對該半導體基材所造成的損傷；形成復數個側壁間 隙壁于該半導體基材上的該柵極結構的復數個側壁；以及形成復數個源極 與漏極區在鄰近于該柵極結構的該半導體基材中。
本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。
前述的在半導體基材上形成金氧半導體元件的方法，其中在該溫度下 對該半導體基材進行熱處理，且該溫度介于實質450℃與實質600℃之間。
前述的在半導體基材上形成金氧半導體元件的方法，其中所述側壁間 隙壁是在低于600℃的溫度下形成。
前述的在半導體基材上形成金氧半導體元件的方法，更至少包括形成 一或復數個口袋植入區在所述源極與漏極區下。
本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。由以上技術方案可知，本發明的主要技術內容如下本發明的揭露一種在半導體基材上形成 金氧半導體元件的方法。在本發明的一實施例中，此方法包括下列步驟形成一柵極結構于半導體基材上；將復數個離子植入半導體基材中以形成 一或復數個輕摻雜漏極結構鄰近于上述的柵極結構；在低于一門檻溫度的 一第一溫度下對半導體基材進行熱處理，以修補離子植入對半導體基材所 造成的損傷，其中在此門檻溫度以下不會發生輕摻雜漏極結構的實質暫態 快速擴散；形成復數個側壁間隙壁于半導體基材上的柵極結構的復數個側 壁；以及形成復數個源極與漏極區在鄰近于柵極結構的半導體基材中。
借由上述技術方案，本發明在半導體基材上形成金氧半導體元件的方 法至少具有下列優點及有益效果
一、 本發明在柵極結構的側壁間隙壁形成前，在溫度低于輕摻雜漏極 結構的會發生實質暫態快速擴散的門檻溫度下，進行熱處理以修補離子植 入半導體基材時所造成的損傷。由于在這樣的溫度范圍下，可避免暫態快 速擴散效應，并可同時修補離子植入所造成的損傷，因此已形成的各個摻雜區將不會因為后續任何回火制程而更深入地擴散至半導體基材中.
二、 本發明可避免摻雜區產生不合需求的邊界偏移，因此不僅可有效 降低半導體基材中的摻雜區之間的寄生電阻值，更可維持通道區的有效面 積，進而可提升金氧半導體元件的效能。
綜上所述，本發明具有上述諸多優點及實用價值，其不論在制造方法 或功能上皆有較大的改進，在技術上有顯著的進步，并產生了好用及實用 的效果，且較現有技術具有增進的突出多項功效，從而更加適于實用，并 具有產業的廣泛利用價值，誠為一新穎、進步、實用的新設計。
上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的 技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發明的上述和 其他目的、特征和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附 圖，詳細說明如下。


圖1是繪示植入有輕摻雜漏極結構的金氧半導體元件的部分剖面圖，其 中此金氧半導體元件已利用傳統快速熱回火制程處理過。
圖2是繪示依照本發明一較佳實施例的一種經熱處理過的具有輕摻雜 漏極結構的金氧半導體元件的部分剖面圖。
圖3A至圖3J是繪示依照本發明一較佳實施例的一種金氧半導體元件 的詳細制造過程的剖面圖。
100:金氧半導體元件 102:半導體基材
104:柵極氧化層 106:多晶硅柵極108:側壁間隙壁110源極/漏極區
111:輕^參雜漏極結構112口袋才直入區
200:金氧半導體元件202半導體基材
204:柵極介電層206柵極電極
208:側壁間隙壁210源極/漏極區
211:輕摻雜漏極結構212口袋才直入區
300:半導體基材302柵極介電層
304:導電層306輕摻雜漏極結構
308:介電層310側壁間隙壁
312:源極區314漏極區
316:介電層318導電結構
具體實施例方式
為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所采取的技術手段及功 效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的在半導體基材上形成 金氧半導體元件的方法其具體實施方式
、制造方法、步驟、特征及其功效,詳細"說明后。
說明書中所提及的"一個實施例"、"一實施例"、"一示范實施例"等，是 表示所描述的實施例可包括一特定特征、結構或特性，但每個實施例可無 需包括此特定特征、結構或特性。其次，這樣的用詞不必是意指相同實施 例。再者，當一特定特征、結構或特性是以有關于一實施例的方式而加以 描述，然而在此技術領域中具有通常知識者的知識范疇中，可以與其他實 施例有關的方式來實施這樣的特征、結構或特性，而不管這些其他實施例 是否已在此經過明確描述。
圖1是繪示植入有輕摻雜漏極結構的金氧半導體元件100的部分剖面 圖，其中此金氧半導體元件已利用傳統快速熱回火制程處理過。在圖1所 示的部分剖面圖中，僅繪示N型金氧半導體元件100的一部分，至少包括 半導體基材102、柵極氧化層104、多晶硅柵極106、側壁間隙壁108、源極/漏極區110、輕摻雜漏才及結構111以及口袋植入區112。在側壁間隙壁108 形成前，借由將離子植入半導體基材102中而形成輕摻雜漏極結構111。在 離子植入期間，半導體基材102經常會受損，如此將會特別容易引發暫態 快速擴散效應。
為了消減暫態快速擴散效應，通常在形成側壁間隙壁108的過程中進 行快速熱退火制程，以修補形成輕摻雜漏極結構111時的離子植入所造成 的損傷，其中此快速熱退火制程的溫度通常需高于800℃。這樣傳統的處理 方式的 一個缺點為快速熱退火制程會造成各個摻雜區更深入地擴散至半導
體基材102中，而改變金氧半導體元件100的電性特性，并降低金氧半導 體元件100的性能。舉例而言，在快速熱退火制程后，口袋植入區112的 接面會橫向延伸至柵極氧化層104下方的通道區中，其中口袋植入區112 是圍繞源極/漏極區110的輕摻雜區，用以減輕短通道效應。如此一來，將 大幅增加源極/漏極區IIO與口袋植入區112之間的寄生電阻值，也會縮減 通道區的有效面積。因此，金氧半導體元件IOO的性能會嚴重下降。
圖2是繪示依照本發明一較佳實施例的一種植入有輕摻雜漏極結構的 金氧半導體元件200的部分剖面圖，其中此金氧半導體元件200已經利用 預設低溫回火制程處理過。在圖2所示的部分剖面圖中，僅繪示N型金氧 半導體元件200的一部分，至少包括半導體基材202、柵極介電層204、柵 極電極206、側壁間隙壁208、源極/漏極區210、輕摻雜漏極結構211以及 口袋植入區212。柵極介電層204與柵極電極206合稱為"柵極結構"。在 側壁間隙壁208形成前，在溫度低于門檻溫度的環境下對輕摻雜漏極結構 211進行處理，直至對半導體基材202進行的離子植入所造成的損傷獲得實 質修補，其中在上述的門檻溫度以下不會發生輕摻雜漏極結構的實質暫態 快速擴散。如同熟習半導體處理科技者所了解的是，在溫度低于約600。C的 環境下處理半導體基材202時，不會發生實質暫態快速擴散。在本實施例 中，輕摻雜漏極結構211是在大約介于450。C與600。C的溫度下，進行約10 分鐘至約240分鐘的熱處理。在這樣的溫度范圍下，可避免暫態快速擴散 效應，并可同時修補輕摻雜漏極結構211制作期間的離子植入所造成的損 傷。因此，各個摻雜區，例如源極/漏極區210、輕摻雜漏極結構211以及 口袋植入區212等，將不會因為后續任何回火制程而實質上更深入地擴散 至半導體基材202中。
如圖2所示，在側壁間隙壁208形成后，口袋才直入區212的接面仍維 持非常對齊輕摻雜漏極結構211的外邊緣。如此一來，可大幅降低口袋植 入區212與源極/漏極區210間的每單位面積的電阻值，且位于柵極介電層 204下方的通道區可維持實質不受影響。因此，相較于利用傳統處理方式所 生產的金氧半導體元件IOO(如圖1所示)，金氧半導體元件200的性能可獲 得改善。
圖3A至圖3J是繪示依照本發明一較佳實施例的一種金氧半導體元件 的詳細制造過程的剖面圖。
圖3A至圖3D顯示N型金氧半導體元件的初始處理步驟。此制程始于 圖3A，利用^f敖影:技術定義半導體基材300的主動區，其中主動區位于數個 隔離結構之間，這些隔離結構并未繪示于圖中。在沉積導電層304，例如多 晶硅與金屬，在柵極介電層302上(如圖3C所示)之前，先形成柵極介電層 302于半導體基材300上，如圖3B所示。接下來，在圖3D中，微影定義導電層304與柵極介電層302,借以使定義后的結構可作為N型金氧半導 體元件的柵極結構，其中經定義后的導電層304亦可稱為柵極電極。在圖 3E中，利用離子植入方式形成一組輕摻雜漏極結構306于半導體基材300 中，并鄰近于柵極結構。接著，利用如同上述的預設低溫回火制程處理對 半導體基材300進行處理，以修補離子植入所造成的損傷。既然預設低溫 回火制程處理可使輕摻雜漏極結構306具有更局限的外形，因此可降低輕 摻雜漏極結構306的暈圈(Halo)植入的劑量。這樣意味著具降低劑量的輕摻 雜漏極結構306可提供N型金氧半導體元件近似于傳統處理方式所產生的 逆短通道效應(Reverse Short Channel Effect; RSCE)與起始電壓的程度。
在低溫回火制程處理后，沉積介電層308在半導體基材300上，如圖 3F所示。在圖3G中，蝕刻移除大部分的介電層308,以留下一對側壁間隙 壁310緊鄰棚-極結構，其中柵極結構是由留存的導電層304與柵極介電層 302所組成。側壁間隙壁310可保護導電層304與柵極介電層302免受來自 于環境的污染。在圖3H中，植入源極/漏極區312與314于柵極電極的二 側的未受到柵極介電層302與側壁間隙壁310所覆蓋的區域上。值得注意 的一點是，源極/漏極區312與314的命名是取決于在一電路中其是如何連 接，因此源極/漏極區312與314的命名為可交換的。既然側壁間隙壁310 未覆蓋的區域不會受到源極/漏極區312與314的影響，因此位于柵極電極 二側的部分輕摻雜漏極結構306仍繼續存在。在圖3I中，形成另一介電層 316于整個元件上，其中此介電層316定義有一或多個接觸窗于源極/漏極 區312與314上。借由接觸窗口的定義，可形成導電結構318來形成元件 的源極/漏極區312與314的接觸，如圖3J所示。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式 上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發 明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍內，當可利 用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但 凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所 作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
權利要求
1. 一種在半導體基材上形成金氧半導體元件的方法，其特征在于其至少包括以下步驟形成一柵極結構于該半導體基材上；將復數個離子植入該半導體基材中，以形成一或復數個輕摻雜漏極結構鄰近于該柵極結構；在低于一門檻溫度的一第一溫度下對該半導體基材進行熱處理，以修補離子植入對該半導體基材所造成的損傷，其中在該門檻溫度以下不會發生該輕摻雜漏極結構的實質暫態快速擴散；形成復數個側壁間隙壁于該半導體基材上的該柵極結構的復數個側壁；以及形成復數個源極與漏極區在鄰近于該柵極結構的該半導體基材中。
2. 根據權利要求1所述的在半導體基材上形成金氧半導體元件的方 法，其特征在于其中該門檻溫度為600°C。
3. 根據權利要求1所述的在半導體基材上形成金氧半導體元件的方 法，其特征在于其中在該第一溫度下對該半導體基材進行熱處理，且該第 一溫度介于實質450。C與實質60(TC之間。
4. 根據權利要求1所述的在半導體基材上形成金氧半導體元件的方 法，其特征在于其中對該半導體基材進行熱處理直至離子植入該半導體基 材所造成的損傷受到實質修補。
5. 根據權利要求1所述的在半導體基材上形成金氧半導體元件的方 法，其特征在于其中對該半導體基材進行實質10分鐘至實質240分鐘的熱 處理。
6. 根據權利要求1所述的在半導體基材上形成金氧半導體元件的方 法，其特征在于其中所述側壁間隙壁是在一第二溫度下形成，且該第二溫 度高于該門檻溫度。
7. 根據權利要求1所述的在半導體基材上形成金氧半導體元件的方 法，其特征在于更至少包括形成一或復數個口袋植入區于所述源極與漏極 區下。
8. —種在半導體基材上形成金氧半導體元件的方法，其特征在于其至 少包括以下步驟形成一柵極結構于該半導體基材上；將復數個離子植入該半導體基材中，以形成一或復數個輕摻雜漏極結構 鄰近于該柵極結構；在低于600。C的一溫度下對該半導體基材進行熱處理,以修補離子植入 對該半導體基材所造成的損傷；形成復數個側壁間隙壁于該半導體基材上的該柵極結構的復數個側 壁；以及形成復數個源極與漏極區在鄰近于該柵極結構的該半導體基材中。
9. 根據權利要求8所述的在半導體基材上形成金氧半導體元件的方 法，其特征在于其中在該溫度下對該半導體基材進行熱處理，且該溫度介 于實質450。C與實質60(TC之間。
10. 根據權利要求8所述的在半導體基材上形成金氧半導體元件的方 法，其特征在于其中對該半導體基材進行熱處理直至離子植入該半導體基 材所造成的損傷受到實質修補。
11. 根據權利要求8所述的在半導體基材上形成金氧半導體元件的方 法，其特征在于其中對該半導體基材進行實質10分鐘至實質240分鐘的熱 處理。
12. 根據權利要求8所述的在半導體基材上形成金氧半導體元件的方 法，其特征在于其中所述側壁間隙壁是在低于600。C的溫度下形成。
13. 根據權利要求8所述的在半導體基材上形成金氧半導體元件的方 法，其特征在于更至少包括形成一或復數個口袋植入區于所述源極與漏極 區下。
14. 一種在半導體基材上形成金氧半導體元件的方法,其特征在于其至 少包括以下步驟形成一柵極結構在該半導體基材上；將復數個離子植入該半導體基材中,以形成一或復數個輕摻雜漏極結構 鄰近于該柵極結構；在低于600。C的一溫度下對該半導體基材進行實質10分鐘至實質240 分鐘的熱處理，以修補離子植入對該半導體基材所造成的損傷；形成復數個側壁間隙壁于該半導體基材上的該柵極結構的復數個側 壁；以及形成復數個源極與漏極區在鄰近于該柵極結構的該半導體基材中。
15. 根據權利要求14所述的在半導體基材上形成金氧半導體元件的方 法，其特征在于其中在該溫度下對該半導體基材進行熱處理，且該溫度介 于實質450。C與實質600。C之間。
16. 根據權利要求14所述的在半導體基材上形成金氧半導體元件的方 法，其特征在于其中所述側壁間隙壁是在低于60(TC的溫度下形成。
17. 根據權利要求14所述的在半導體基材上形成金氧半導體元件的方 法，其特征在于更至少包括形成一或復數個口袋植入區在所述源極與漏極 區下。
全文摘要
本發明是有關于一種在半導體基材上形成金氧半導體元件的方法，至少包括形成一柵極結構于半導體基材上；將復數個離子植入半導體基材中以形成一或復數個輕摻雜漏極結構鄰近于上述的柵極結構；在低于一門檻溫度的第一溫度下對半導體基材進行熱處理，以修補離子植入對半導體基材所造成的損傷，其中在此門檻溫度以下不會發生輕摻雜漏極結構的實質暫態快速擴散；形成復數個側壁間隙壁于半導體基材上的柵極結構的復數個側壁；以及形成復數個源極與漏極區在鄰近于柵極結構的半導體基材中。
文檔編號H01L21/336GK101207041SQ20071009746
公開日2008年6月25日 申請日期2007年4月29日 優先權日2006年12月21日
發明者馮家馨, 黃煥宗 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司