專利名稱：改善反窄溝道效應(yīng)及制作mos晶體管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制造領(lǐng)域，尤其涉及在制作MOS晶體管工藝中改善反窄 溝道效應(yīng)的方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體工業(yè)朝更小、速度更快的器件發(fā)展，半導(dǎo)體器件的特征橫向尺寸和深 度逐漸減小，要求源/漏極以及源/漏極延伸區(qū)(Source/Drain Extension)相應(yīng)地變淺。 當前源/漏極結(jié)幾乎都是以離子注入法來進行摻雜形成。隨著電子元件的尺寸縮小，如何 以毫微米的工藝技術(shù)制造金屬-氧化物-半導(dǎo)體(M0Q晶體管的源極和漏極是目前和未來 離子注入技術(shù)的發(fā)展方向。但是隨著柵極長度的縮短，在離子注入過程中，出現(xiàn)了很多影響晶體管正常工作 的負面效應(yīng)，比如反窄溝道效應(yīng)(RNCE)。反窄溝道效應(yīng)(RNCE)是指在淺溝槽隔離(STI，shallow trench isolation)工藝 下，器件的閾值電壓(Vt)隨溝道寬度的減小而遞減的效應(yīng)。該效應(yīng)是制約小尺寸器件應(yīng)用
的重要因素之一。在目前常規(guī)的MOS場效應(yīng)管制作過程中，由于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)邊緣會出現(xiàn)凹陷 10(如圖1所示)，隔離結(jié)構(gòu)之間的有源區(qū)的尺寸相對于預(yù)定尺寸變長。這樣造成后續(xù)形成 的主晶體管(如圖2粗實線所示)兩側(cè)靠近半導(dǎo)體襯底與淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)交界處的地方并 聯(lián)附加了兩個閾值電壓相對較低的寄生晶體管(如圖2虛線框內(nèi)所示)，在主晶體管工作過 程中，會產(chǎn)生較為嚴重的反窄溝道效應(yīng)，該晶體管的閾值電壓會下降。由于現(xiàn)有小尺寸器件(0. 18 μ m以下)制作中容易產(chǎn)生反窄溝道效應(yīng)，導(dǎo)致閾值電 壓變化大，器件的寄生結(jié)電容增加，工作速度下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種改善反窄溝道效應(yīng)及制作MOS晶體管的方法，防止 反窄溝道效應(yīng)。本發(fā)明提供一種改善反窄溝道效應(yīng)的方法，包括提供依次形成有淺溝槽的半導(dǎo) 體襯底，所述淺溝槽內(nèi)壁形成有襯氧化層；對淺溝槽側(cè)壁進行有角度的離子注入?？蛇x的，所述離子注入與半導(dǎo)體襯底垂直方向的角度為20° 45°。所述離子注 入能量為小于等于lOOKev，注入劑量為小于等于1014/cm2。本發(fā)明還提供一種制作MOS晶體管的方法，包括提供依次形成有淺溝槽的半導(dǎo) 體襯底，所述淺溝槽內(nèi)壁形成有襯氧化層；對淺溝槽側(cè)壁進行有角度的離子注入；向淺溝 槽內(nèi)填充滿絕緣氧化層；去除腐蝕阻擋層和墊氧化層，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，所述淺溝槽隔 離結(jié)構(gòu)之間的區(qū)域為有源區(qū)；在有源區(qū)依次形成柵介質(zhì)層與柵極，所述柵介質(zhì)層與柵極構(gòu) 成柵極結(jié)構(gòu)；以柵極結(jié)構(gòu)為掩模，在柵極兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)進離子注入，形成源/漏極延 伸區(qū)；在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成側(cè)墻后，在柵極結(jié)構(gòu)及側(cè)墻兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成源/漏極。
可選的，所述離子注入與半導(dǎo)體襯底垂直方向的角度為20° 45°。所述離子注 入能量為小于等于lOOKev，注入劑量為小于等于1014/cm2?？蛇x的，所述MOS晶體導(dǎo)電類型為η型，注入離子是P型離子?？蛇x的，所述MOS晶體導(dǎo)電類型為ρ型，注入離子是η型離子。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點在淺溝槽側(cè)壁進行有角度的離子注入，即 在有源區(qū)的側(cè)壁進行離子注入，用以調(diào)整寄生MOS晶體管的開啟電壓，進而使MOS晶體管的 開啟電壓達到預(yù)期值，改善反窄溝道效應(yīng)，使器件的閾值電壓(Vt)隨溝道寬度的減小而遞 減的趨勢減緩。


圖1是現(xiàn)有工藝形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有工藝形成的產(chǎn)生反窄溝道效應(yīng)MOS晶體管的示意圖；圖3是本發(fā)明改善反窄溝道效應(yīng)的具體實施方式
流程圖；圖4是本發(fā)明形成MOS晶體管的具體實施方式
流程圖；圖5至圖8是本發(fā)明形成MOS晶體管工藝中改善反窄溝道效應(yīng)的實施例示意圖；圖9是本發(fā)明與現(xiàn)有工藝形成的MOS晶體管閾值電壓隨有源區(qū)尺寸變化的效果 圖。
具體實施例方式現(xiàn)有工藝在制作MOS晶體管工藝中，由于形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)邊緣會出現(xiàn)凹陷 現(xiàn)象，導(dǎo)致有源區(qū)尺寸大于預(yù)定尺寸。造成后續(xù)形成的晶體管兩側(cè)靠近半導(dǎo)體襯底與淺溝 槽隔離結(jié)構(gòu)交界處的地方并聯(lián)兩個閾值電壓相對較低的寄生晶體管，在晶體管工作過程 中，會產(chǎn)生較為嚴重的反窄溝道效應(yīng)，使晶體管的閾值電壓溝道寬度的減小而速減。本發(fā)明提供了一種改善反窄溝道效應(yīng)的方法，如圖3所示，執(zhí)行步驟Si，提供依次 形成有淺溝槽的半導(dǎo)體襯底，所述淺溝槽內(nèi)壁形成有襯氧化層；執(zhí)行步驟S2，對淺溝槽側(cè) 壁進行有角度的離子注入。本發(fā)明在形成MOS晶體管過程中改善反窄溝道效應(yīng)的具體流程如圖4，執(zhí)行步 驟S11，提供依次形成有淺溝槽的半導(dǎo)體襯底，所述淺溝槽內(nèi)壁形成有襯氧化層；執(zhí)行步驟 S12，對淺溝槽側(cè)壁進行有角度的離子注入；執(zhí)行步驟S13，向淺溝槽內(nèi)填充滿絕緣氧化層； 執(zhí)行步驟S14，去除腐蝕阻擋層和墊氧化層，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)之 間的區(qū)域為有源區(qū)；執(zhí)行步驟S15，在有源區(qū)依次形成柵介質(zhì)層與柵極，所述柵介質(zhì)層與柵 極構(gòu)成柵極結(jié)構(gòu)；執(zhí)行步驟S16，以柵極結(jié)構(gòu)為掩模，在柵極兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)進離子注 入，形成源/漏極延伸區(qū)；執(zhí)行步驟S17，在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成側(cè)墻后，在柵極結(jié)構(gòu)及側(cè)墻兩 側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成源/漏極。本發(fā)明在淺溝槽側(cè)壁進行有角度的離子注入，即在有源區(qū)的側(cè)壁進行離子注入， 用以調(diào)整寄生MOS晶體管的開啟電壓，進而使MOS晶體管的開啟電壓達到預(yù)期值，改善反窄 溝道效應(yīng)，使器件的閾值電壓(Vt)隨溝道寬度的減小而遞減的趨勢減緩。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。圖5至圖8是本發(fā)明形成MOS晶體管工藝中改善反窄溝道效應(yīng)的實施例示意圖。如圖5所示，提供半導(dǎo)體襯底200，其中半導(dǎo)體襯底200可以是硅、鍺或絕緣體上硅等半導(dǎo)體 材料；在半導(dǎo)體襯底200上形成墊氧化層202，形成墊氧化層202的方法為熱氧化法，墊氧 化層202的材料具體為氧化硅；用低壓化學氣相沉積法或等離子體輔助化學氣相沉積法在 墊氧化層202上形成腐蝕阻擋層204，用于在后續(xù)蝕刻過程中保護下面的墊氧化層202免受 腐蝕，其中腐蝕阻擋層204的材料為氮化硅，一般采用化學氣相沉積法形成。繼續(xù)參考圖5，用旋涂法在腐蝕阻擋層204上形成光刻膠層(未圖示)，經(jīng)過曝光 顯影工藝后，定義出淺溝槽圖形。以光刻膠層為掩膜，沿淺溝槽圖形，以干法刻蝕法刻蝕腐 蝕阻擋層204和墊氧化層202至露出半導(dǎo)體襯底200 ；在用灰化法去除光刻膠層后，以腐蝕 阻擋層204和墊氧化層202為掩模，用干法刻蝕法刻蝕半導(dǎo)體襯底200，形成淺溝槽。如圖6所示，采用熱氧化法氧化淺溝槽內(nèi)的半導(dǎo)體襯底200的硅材料，形成襯氧化 層206，所述襯氧化層206的材料為氧化硅。繼續(xù)參考圖6，對淺溝槽側(cè)壁進行有角度的離子注入，即將離子注入淺溝槽之間的 有源區(qū)側(cè)壁。在工藝過程中，先將離子注入設(shè)定一角度注入淺溝槽的其中一側(cè)壁；然后調(diào)整 方向，再將離子注入至淺溝槽的另一側(cè)壁中。本實施例中，所述離子注入與半導(dǎo)體襯底垂直方向的角度，及離子注入的劑量和 能量是根據(jù)有源區(qū)寬度、腐蝕阻擋層204的厚度來確定的。作為一個實例，在0. 18μπι的工藝條件下，通常離子注入的角度為20° 45°。所 述離子注入能量為小于等于lOOKev，大于等于IOKev ；離子注入劑量為小于等于1014/cm2， 大于等于108/Cm2。本實施例中，在形成PMOS晶體管區(qū)域，向淺溝槽側(cè)壁的半導(dǎo)體襯底200內(nèi)注入的 是η型離子。在形成NMOS晶體管區(qū)域，向淺溝槽側(cè)壁的半導(dǎo)體襯底200內(nèi)注入的是ρ型離 子。在向PMOS晶體管區(qū)域注入離子時，需要在NMOS晶體管區(qū)域形成光刻膠層進行遮掩，在 向NMOS晶體管區(qū)域注入離子時，需要在PMOS晶體管區(qū)域形成光刻膠層進行遮掩。如圖7所示，通過用高密度等離子體化學氣相沉積法(HDPCVD)或高深寬比工藝 (HARP, High Aspect Ratio Process)在腐蝕阻擋層204上形成絕緣氧化層208，并將絕緣 氧化層208填充滿淺溝槽，所述絕緣氧化層208材料優(yōu)選氧化硅。在沉積完絕緣氧化層208 后，對絕緣氧化層208進行平坦化處理至露出腐蝕阻擋層204。然后，用濕法刻蝕方法去除 腐蝕阻擋層204和墊氧化層202，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。如圖8所示，在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)之間的有源區(qū)半導(dǎo)體襯底200上依次形成柵介質(zhì) 層210與柵極212，所述柵介質(zhì)層210與柵極212構(gòu)成柵極結(jié)構(gòu)。具體形成工藝為用熱氧 化法或化學氣相沉積法在半導(dǎo)體襯底200上形成柵介質(zhì)層210 ；接著用化學氣相沉積法或 低壓等離子體化學氣相沉積或等離子體增強化學氣相沉積工藝在柵介質(zhì)層上形成多晶硅 層；在多晶硅層上形成光刻膠層，定義柵極圖案；以光刻膠層為掩膜，刻蝕多晶硅層及柵介 質(zhì)層至露出半導(dǎo)體襯底；灰化去除光刻膠層。繼續(xù)參考圖8，以柵極結(jié)構(gòu)為掩膜，在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底200內(nèi)進行離子 注入，形成源/漏極延伸區(qū)216。在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成側(cè)墻214，所述側(cè)墻214的材料可以 為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中一種或者它們組合構(gòu)成。以柵極結(jié)構(gòu)及側(cè)墻214為掩模，在 柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底200中進行離子注入，形成源/漏極218。最后，對半導(dǎo)體襯底 200進行退火處理，使注入的離子擴散均勻。
圖9是本發(fā)明與現(xiàn)有工藝形成的MOS晶體管閾值電壓隨有源區(qū)尺寸變化的效果 圖。如圖9所示，現(xiàn)有工藝在制作MOS晶體管工藝中，由于形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)邊緣會出 現(xiàn)凹陷現(xiàn)象，導(dǎo)致有源區(qū)尺寸大于預(yù)定尺寸；造成后續(xù)形成的晶體管兩側(cè)靠近半導(dǎo)體襯底 與淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)交界處的地方并聯(lián)兩個閾值電壓相對較低的寄生晶體管，在晶體管工作 過程中，會產(chǎn)生較為嚴重的反窄溝道效應(yīng)，使器件的閾值電壓(Vt)隨有源區(qū)尺寸的減小而 遞減(圖中方形線)。本發(fā)明在淺溝槽側(cè)壁進行有角度的離子注入，即在有源區(qū)的側(cè)壁進 行離子注入，用以調(diào)整寄生MOS晶體管的開啟電壓，進而使MOS晶體管的開啟電壓達到預(yù)期 值，改善生活反窄溝道效應(yīng)，如圖中三角形線所示，器件的閾值電壓(Vt)隨有源區(qū)尺寸的 減小而隨之下降的程度比較緩慢。雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù) 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng) 當以權(quán)利要求所限定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種改善反窄溝道效應(yīng)的方法，其特征在于，包括提供依次形成有淺溝槽的半導(dǎo)體襯底，所述淺溝槽內(nèi)壁形成有襯氧化層；對淺溝槽側(cè)壁進行有角度的離子注入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述改善反窄溝道效應(yīng)的方法，其特征在于，所述離子注入與半導(dǎo) 體襯底垂直方向的角度為20° 45°。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述改善反窄溝道效應(yīng)的方法，其特征在于，所述離子注入能量為 小于等于lOOKev，注入劑量為小于等于1014/cm2。
4.一種制作MOS晶體管的方法，其特征在于，包括提供依次形成有淺溝槽的半導(dǎo)體襯底，所述淺溝槽內(nèi)壁形成有襯氧化層；對淺溝槽側(cè)壁進行有角度的離子注入；向淺溝槽內(nèi)填充滿絕緣氧化層；去除腐蝕阻擋層和墊氧化層，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)之間的區(qū)域 為有源區(qū)；在有源區(qū)依次形成柵介質(zhì)層與柵極，所述柵介質(zhì)層與柵極構(gòu)成柵極結(jié)構(gòu)；以柵極結(jié)構(gòu)為掩模，在柵極兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)進離子注入，形成源/漏極延伸區(qū)；在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成側(cè)墻后，在柵極結(jié)構(gòu)及側(cè)墻兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成源/漏極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述制作MOS晶體管的方法，其特征在于，所述離子注入與半導(dǎo)體襯 底垂直方向的角度為20° 45°。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述制作MOS晶體管的方法，其特征在于，所述離子注入能量為小于 等于lOOKev，注入劑量為小于等于1014/cm2。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述制作MOS晶體管的方法，其特征在于，所述MOS晶體導(dǎo)電類型為 η型，注入離子是P型離子。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述制作MOS晶體管的方法，其特征在于，所述MOS晶體導(dǎo)電類型為 P型，注入離子是η型離子。
全文摘要
本發(fā)明提出一種改善反窄溝道效應(yīng)及制作MOS晶體管的方法。其中改善反窄溝道效應(yīng)的方法，包括提供依次形成有淺溝槽的半導(dǎo)體襯底，所述淺溝槽內(nèi)壁形成有襯氧化層；對淺溝槽側(cè)壁進行有角度的離子注入。本發(fā)明有效改善了MOS晶體管的反窄溝道效應(yīng)。
文檔編號H01L21/762GK102110636SQ200910247418
公開日2011年6月29日 申請日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者楊林宏, 陳亮 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司