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8. 发明专利

TWI322473B 互補式金氧半導體電晶體與金氧半導體電晶體的製造方法 METHOD OF FABRICATING COMPLEMENTARY METAL-OXIDE-SEMICONDUCTOR TRANSISTOR AND METAL-OXIDE-SEMICONDUCTOR TRANSISTOR 有权
简体标题：互补式金属氧化物半导体晶体管与金属氧化物半导体晶体管的制造方法 METHOD OF FABRICATING COMPLEMENTARY METAL-OXIDE-SEMICONDUCTOR TRANSISTOR AND METAL-OXIDE-SEMICONDUCTOR TRANSISTOR
公开(公告)号：TWI322473B
公开(公告)日：2010-03-21
申请号：TW095127070
申请日：2006-07-25
申请人：聯華電子股份有限公司
发明人：李坤憲 , 黃正同 , 鄭禮賢 , 洪文瀚 , 丁世汎 , 黃菁怡 , 鄭子銘 , 梁佳文
IPC分类号： H01L
摘要：一種金氧半導體電晶體的製造方法，此方法為，先在基底上形成第一閘極結構以及第二閘極結構，其中第一閘極結構的尺寸大於第二閘極結構的尺寸。然後，於第一閘極結構兩側的基底中形成第一淡摻雜區，接著進行一淡摻雜回火步驟。之後，於第二閘極結構兩側的基底中形成第二淡摻雜區。繼之，於第一閘極結構側壁上形成第一間隙壁，且同時於第二閘極結構側壁上形成第二間隙壁。隨後，於第一間隙壁兩側的基底中形成第一源極/汲極區，以及於第二間隙壁兩側的基底中形成第二源極/汲極區。然後，進行源極/汲極回火步驟。 A method of fabricating a metal-oxide-semiconductor transistor is provided. A first gate structure and a second gate structure are formed on a substrate. The first gate structure has a dimension greater than the second gate structure. Then, first lightly doped drain regions are formed in the substrate on two sides of the first gate structure. A lightly doped drain annealing process is performed. Next, second lightly doped drain regions are formed in the substrate on two sides of the second gate structure. First spacers are formed on the sidewalls of the first gate structure and second spacers are formed on the sidewalls of the second gate structure at the same time. Afterwards, first source/drain regions are formed in the substrate on two sides of the first spacers and second source/drain regions are formed in the substrate on two sides of the second spacers. A source/drain annealing process is performed. 【創作特點】有鑑於此，本發明的目的就是在提供一種金氧半導體電晶體的製造方法，能夠製造出適合不同尺寸元件的LDD結構，以避免造成不同尺寸元件之LDD結構的擴散區域過大或過小，而導致短通道效應或電性擊穿的產生，以及元件電性不佳等問題，進而影響元件效能。
本發明的另一目的是提供一種互補式金氧半導體電晶體的製造方法，能夠製造出適合不同尺寸元件的LDD結構，以避免習知容易造成不同尺寸元件之LDD結構的擴散區域過大或過小，而衍生的種種問題。
本發明的再一目的是提供一種互補式金氧半導體電晶體的製造方法，同樣能夠製造出適合不同尺寸元件的LDD結構，以避免習知容易造成不同尺寸元件之LDD結構的擴散區域過大或過小，而衍生的種種問題。
本發明提出一種金氧半導體電晶體的製造方法，此方法為，先在基底上形成第一閘極結構以及第二閘極結構，其中第一閘極結構的尺寸大於第二閘極結構的尺寸。然後，於第一閘極結構兩側的基底中形成第一淡摻雜區，接著，在形成第一淡摻雜區之後，進行一淡摻雜回火步驟。之後，在進行淡摻雜回火步驟之後，於第二閘極結構兩側的基底中形成第二淡摻雜區。繼之，於第一閘極結構側壁上形成第一間隙壁，且同時於第二閘極結構側壁上形成第二間隙壁。隨後，於第一間隙壁兩側的基底中形成第一源極/汲極區，以及於第二間隙壁兩側的基底中形成第二源極/汲極區。然後，進行源極/汲極回火步驟。
依照本發明的實施例所述之金氧半導體電晶體的製造方法，上述之淡摻雜回火步驟的回火方式例如是使用電漿(plasma)、雷射(laser)、快速熱製程(rapid thermal processing，RTP)或爐管(furnace)的方式進行。淡摻雜回火步驟的操作溫度例如是介於500℃~900℃之間。
依照本發明的實施例所述之金氧半導體電晶體的製造方法，上述之源極/汲極回火步驟為一毫秒級的回火(mini-second annealing)步驟。毫秒級的回火步驟的回火方式例如是使用電漿、雷射或快速熱製程的方式進行。
依照本發明的實施例所述之金氧半導體電晶體的製造方法，上述在第二淡摻雜區形成之後，以及第一、第二間隙壁形成之前，更包括進行一回火製程。
依照本發明的實施例所述之金氧半導體電晶體的製造方法，上述之第一閘極結構為輸出/輸入電晶體之閘極結構，第二閘極結構為核心電晶體之閘極結構。
本發明另提出一種互補式金氧半導體電晶體的製造方法，此方法為，先提供基底，基底中已形成有隔離結構，此隔離結構定義出第一主動區以及第二主動區。然後，在第一、第二主動區之基底上各自形成一第一閘極結構以及一第二閘極結構，其中第一閘極結構的尺寸大於第二閘極結構的尺寸。接著，於第一主動區之第一閘極結構兩側的基底中形成第一淡摻雜區。在形成第一淡摻雜區之後，進行第一淡摻雜回火步驟。隨後，在進行第一淡摻雜回火步驟之後，於第一主動區之第二閘極結構、於第二主動區之第一閘極結構以及於第二主動區之第二閘極結構的兩側的基底中分別形成第二淡摻雜區、第三淡摻雜區以及第四淡摻雜區。繼之，在第一主動區之第一、第二閘極結構側壁上形成第一間隙壁，且同時於第二主動區之第一、第二閘極結構側壁上形成第二間隙壁。接著，於第一主動區之第一、第二閘極結構側壁上的第一間隙壁兩側的基底中形成第一源極/汲極區，以及於第二主動區之第一、第二閘極結構側壁上的第二間隙壁兩側的基底中形成第二源極/汲極區。然後，進行一源極/汲極回火步驟。
依照本發明的實施例所述之互補式金氧半導體電晶體的製造方法，上述之第一淡摻雜回火步驟的回火方式例如是使用電漿、雷射、快速熱製程或爐管的方式進行。
依照本發明的實施例所述之互補式金氧半導體電晶體的製造方法，上述之第一淡摻雜回火步驟的操作溫度例如是介於500℃~900℃之間。
依照本發明的實施例所述之互補式金氧半導體電晶體的製造方法，上述之源極/汲極回火步驟為一毫秒級的回火步驟。毫秒級的回火步驟的回火方式例如是使用電漿、雷射或快速熱製程的方式進行。
依照本發明的實施例所述之互補式金氧半導體電晶體的製造方法，上述之第二、第三、第四淡摻雜區的形成方法例如是，先於第二主動區之第一閘極結構兩側的基底中形成第三淡摻雜區。然後，於形成第三淡摻雜區之後，於第一主動區之第二閘極結構兩側的基底中形成第二淡摻雜區，以及於第二主動區之第二閘極結構兩側的基底中形成第四淡摻雜區。在一實施例中，在第三淡摻雜區形成之後，以及第二、第四淡摻雜區形成之前，還可包括進行一第二淡摻雜區回火製程。
依照本發明的實施例所述之互補式金氧半導體電晶體的製造方法，上述之第二淡摻雜回火步驟的回火方式例如是使用電漿、雷射、快速熱製程或爐管的方式進行。第二淡摻雜回火步驟的操作溫度例如是介於500℃~900℃之間。
依照本發明的實施例所述之互補式金氧半導體電晶體的製造方法，上述在第二、第三、第四淡摻雜區形成之後，以及第一、第二間隙壁形成之前，還可包括進行一回火製程。
依照本發明的實施例所述之互補式金氧半導體電晶體的製造方法，上述之第一閘極結構為輸出/輸入電晶體之閘極結構，第二閘極結構為核心電晶體之閘極結構。
依照本發明的實施例所述之互補式金氧半導體電晶體的製造方法，上述之第一主動區為N型主動區，第二主動區為P型主動區。
本發明又提出一種互補式金氧半導體電晶體的製造方法，此方法為，先提供基底，基底中已形成有隔離結構，此隔離結構定義出第一主動區以及第二主動區。然後，在第一、第二主動區之基底上各自形成第一閘極結構以及第二閘極結構，其中第一閘極結構的尺寸大於第二閘極結構的尺寸。隨後，於第一主動區之第一閘極結構兩側的基底中形成第一淡摻雜區，以及於第二主動區之第一閘極結構兩側的基底中形成第二淡摻雜區。在形成第一淡摻雜區及第二淡摻雜區之後，進行一淡摻雜回火步驟。繼之，在進行一淡摻雜回火步驟之後，於第一主動區之第二閘極結構兩側的基底中形成第三淡摻雜區，以及於第二主動區之第二閘極結構兩側的基底中形成第四淡摻雜區。接著，在第一主動區之第一、第二閘極結構側壁上形成第一間隙壁，且同時於第二主動區之第一、第二閘極結構側壁上形成一第二間隙壁。然後，於第一主動區之第一、第二閘極結構側壁上的第一間隙壁兩側的基底中形成第一源極/汲極區，以及於第一主動區之第一、第二閘極結構側壁上的第二間隙壁兩側的基底中形成第二源極/汲極區。之後，進行一源極/汲極回火步驟。
依照本發明的實施例所述之互補式金氧半導體電晶體的製造方法，上述之淡摻雜回火步驟的回火方式例如是使用電漿、雷射、快速熱製程或爐管的方式進行。淡摻雜回火步驟的操作溫度例如是介於500℃~900℃之間。
依照本發明的實施例所述之互補式金氧半導體電晶體的製造方法，上述之源極/汲極回火步驟為一毫秒級的回火步驟。毫秒級的回火步驟的回火方式例如是使用電漿、雷射或快速熱製程的方式進行。
依照本發明的實施例所述之互補式金氧半導體電晶體的製造方法，上述在第三、第四淡摻雜區形成之後，以及第一、第二間隙壁形成之前，還可包括進行一回火製程。
依照本發明的實施例所述之互補式金氧半導體電晶體的製造方法，上述之第一閘極結構為輸出/輸入電晶體之閘極結構，第二閘極結構為核心電晶體之閘極結構。
依照本發明的實施例所述之互補式金氧半導體電晶體的製造方法，上述之第一主動區為N型主動區，第二主動區為P型主動區。
本發明係採用先進行大尺寸元件之淡摻雜區結構的製程，並接著進行淡摻雜回火步驟，然後再進行小尺寸元件之淡摻雜區結構的製程。因此，可避免在小尺寸元件中形成過高的橫向擴散，而導致短通道效應的產生，或電性擊穿的問題，以及可避免在大尺寸元件中形成過低的橫向擴散，而在淡摻雜區與閘極重疊處形成高阻抗而降低飽和汲極電流，進而影響元件效能。此外，由於本發明之源極/汲極回火步驟係利用一毫秒級的回火步驟，其升-降溫所需時間相當短，因此並不會造成摻雜區(包括，源極/汲極區與淡摻雜區)的過度擴散。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉數個實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
简体摘要：一种金属氧化物半导体晶体管的制造方法，此方法为，先在基底上形成第一闸极结构以及第二闸极结构，其中第一闸极结构的尺寸大于第二闸极结构的尺寸。然后，于第一闸极结构两侧的基底中形成第一淡掺杂区，接着进行一淡掺杂回火步骤。之后，于第二闸极结构两侧的基底中形成第二淡掺杂区。继之，于第一闸极结构侧壁上形成第一间隙壁，且同时于第二闸极结构侧壁上形成第二间隙壁。随后，于第一间隙壁两侧的基底中形成第一源极/汲极区，以及于第二间隙壁两侧的基底中形成第二源极/汲极区。然后，进行源极/汲极回火步骤。 A method of fabricating a metal-oxide-semiconductor transistor is provided. A first gate structure and a second gate structure are formed on a substrate. The first gate structure has a dimension greater than the second gate structure. Then, first lightly doped drain regions are formed in the substrate on two sides of the first gate structure. A lightly doped drain annealing process is performed. Next, second lightly doped drain regions are formed in the substrate on two sides of the second gate structure. First spacers are formed on the sidewalls of the first gate structure and second spacers are formed on the sidewalls of the second gate structure at the same time. Afterwards, first source/drain regions are formed in the substrate on two sides of the first spacers and second source/drain regions are formed in the substrate on two sides of the second spacers. A source/drain annealing process is performed. 【创作特点】有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种金属氧化物半导体晶体管的制造方法，能够制造出适合不同尺寸组件的LDD结构，以避免造成不同尺寸组件之LDD结构的扩散区域过大或过小，而导致短信道效应或电性击穿的产生，以及组件电性不佳等问题，进而影响组件性能。本发明的另一目的是提供一种互补式金属氧化物半导体晶体管的制造方法，能够制造出适合不同尺寸组件的LDD结构，以避免习知容易造成不同尺寸组件之LDD结构的扩散区域过大或过小，而衍生的种种问题。本发明的再一目的是提供一种互补式金属氧化物半导体晶体管的制造方法，同样能够制造出适合不同尺寸组件的LDD结构，以避免习知容易造成不同尺寸组件之LDD结构的扩散区域过大或过小，而衍生的种种问题。本发明提出一种金属氧化物半导体晶体管的制造方法，此方法为，先在基底上形成第一闸极结构以及第二闸极结构，其中第一闸极结构的尺寸大于第二闸极结构的尺寸。然后，于第一闸极结构两侧的基底中形成第一淡掺杂区，接着，在形成第一淡掺杂区之后，进行一淡掺杂回火步骤。之后，在进行淡掺杂回火步骤之后，于第二闸极结构两侧的基底中形成第二淡掺杂区。继之，于第一闸极结构侧壁上形成第一间隙壁，且同时于第二闸极结构侧壁上形成第二间隙壁。随后，于第一间隙壁两侧的基底中形成第一源极/汲极区，以及于第二间隙壁两侧的基底中形成第二源极/汲极区。然后，进行源极/汲极回火步骤。依照本发明的实施例所述之金属氧化物半导体晶体管的制造方法，上述之淡掺杂回火步骤的回火方式例如是使用等离子(plasma)、激光(laser)、快速热制程(rapid thermal processing，RTP)或炉管(furnace)的方式进行。淡掺杂回火步骤的操作温度例如是介于500℃~900℃之间。依照本发明的实施例所述之金属氧化物半导体晶体管的制造方法，上述之源极/汲极回火步骤为一毫秒级的回火(mini-second annealing)步骤。毫秒级的回火步骤的回火方式例如是使用等离子、激光或快速热制程的方式进行。依照本发明的实施例所述之金属氧化物半导体晶体管的制造方法，上述在第二淡掺杂区形成之后，以及第一、第二间隙壁形成之前，更包括进行一回火制程。依照本发明的实施例所述之金属氧化物半导体晶体管的制造方法，上述之第一闸极结构为输出/输入晶体管之闸极结构，第二闸极结构为内核晶体管之闸极结构。本发明另提出一种互补式金属氧化物半导体晶体管的制造方法，此方法为，先提供基底，基底中已形成有隔离结构，此隔离结构定义出第一主动区以及第二主动区。然后，在第一、第二主动区之基底上各自形成一第一闸极结构以及一第二闸极结构，其中第一闸极结构的尺寸大于第二闸极结构的尺寸。接着，于第一主动区之第一闸极结构两侧的基底中形成第一淡掺杂区。在形成第一淡掺杂区之后，进行第一淡掺杂回火步骤。随后，在进行第一淡掺杂回火步骤之后，于第一主动区之第二闸极结构、于第二主动区之第一闸极结构以及于第二主动区之第二闸极结构的两侧的基底中分别形成第二淡掺杂区、第三淡掺杂区以及第四淡掺杂区。继之，在第一主动区之第一、第二闸极结构侧壁上形成第一间隙壁，且同时于第二主动区之第一、第二闸极结构侧壁上形成第二间隙壁。接着，于第一主动区之第一、第二闸极结构侧壁上的第一间隙壁两侧的基底中形成第一源极/汲极区，以及于第二主动区之第一、第二闸极结构侧壁上的第二间隙壁两侧的基底中形成第二源极/汲极区。然后，进行一源极/汲极回火步骤。依照本发明的实施例所述之互补式金属氧化物半导体晶体管的制造方法，上述之第一淡掺杂回火步骤的回火方式例如是使用等离子、激光、快速热制程或炉管的方式进行。依照本发明的实施例所述之互补式金属氧化物半导体晶体管的制造方法，上述之第一淡掺杂回火步骤的操作温度例如是介于500℃~900℃之间。依照本发明的实施例所述之互补式金属氧化物半导体晶体管的制造方法，上述之源极/汲极回火步骤为一毫秒级的回火步骤。毫秒级的回火步骤的回火方式例如是使用等离子、激光或快速热制程的方式进行。依照本发明的实施例所述之互补式金属氧化物半导体晶体管的制造方法，上述之第二、第三、第四淡掺杂区的形成方法例如是，先于第二主动区之第一闸极结构两侧的基底中形成第三淡掺杂区。然后，于形成第三淡掺杂区之后，于第一主动区之第二闸极结构两侧的基底中形成第二淡掺杂区，以及于第二主动区之第二闸极结构两侧的基底中形成第四淡掺杂区。在一实施例中，在第三淡掺杂区形成之后，以及第二、第四淡掺杂区形成之前，还可包括进行一第二淡掺杂区回火制程。依照本发明的实施例所述之互补式金属氧化物半导体晶体管的制造方法，上述之第二淡掺杂回火步骤的回火方式例如是使用等离子、激光、快速热制程或炉管的方式进行。第二淡掺杂回火步骤的操作温度例如是介于500℃~900℃之间。依照本发明的实施例所述之互补式金属氧化物半导体晶体管的制造方法，上述在第二、第三、第四淡掺杂区形成之后，以及第一、第二间隙壁形成之前，还可包括进行一回火制程。依照本发明的实施例所述之互补式金属氧化物半导体晶体管的制造方法，上述之第一闸极结构为输出/输入晶体管之闸极结构，第二闸极结构为内核晶体管之闸极结构。依照本发明的实施例所述之互补式金属氧化物半导体晶体管的制造方法，上述之第一主动区为N型主动区，第二主动区为P型主动区。本发明又提出一种互补式金属氧化物半导体晶体管的制造方法，此方法为，先提供基底，基底中已形成有隔离结构，此隔离结构定义出第一主动区以及第二主动区。然后，在第一、第二主动区之基底上各自形成第一闸极结构以及第二闸极结构，其中第一闸极结构的尺寸大于第二闸极结构的尺寸。随后，于第一主动区之第一闸极结构两侧的基底中形成第一淡掺杂区，以及于第二主动区之第一闸极结构两侧的基底中形成第二淡掺杂区。在形成第一淡掺杂区及第二淡掺杂区之后，进行一淡掺杂回火步骤。继之，在进行一淡掺杂回火步骤之后，于第一主动区之第二闸极结构两侧的基底中形成第三淡掺杂区，以及于第二主动区之第二闸极结构两侧的基底中形成第四淡掺杂区。接着，在第一主动区之第一、第二闸极结构侧壁上形成第一间隙壁，且同时于第二主动区之第一、第二闸极结构侧壁上形成一第二间隙壁。然后，于第一主动区之第一、第二闸极结构侧壁上的第一间隙壁两侧的基底中形成第一源极/汲极区，以及于第一主动区之第一、第二闸极结构侧壁上的第二间隙壁两侧的基底中形成第二源极/汲极区。之后，进行一源极/汲极回火步骤。依照本发明的实施例所述之互补式金属氧化物半导体晶体管的制造方法，上述之淡掺杂回火步骤的回火方式例如是使用等离子、激光、快速热制程或炉管的方式进行。淡掺杂回火步骤的操作温度例如是介于500℃~900℃之间。依照本发明的实施例所述之互补式金属氧化物半导体晶体管的制造方法，上述之源极/汲极回火步骤为一毫秒级的回火步骤。毫秒级的回火步骤的回火方式例如是使用等离子、激光或快速热制程的方式进行。依照本发明的实施例所述之互补式金属氧化物半导体晶体管的制造方法，上述在第三、第四淡掺杂区形成之后，以及第一、第二间隙壁形成之前，还可包括进行一回火制程。依照本发明的实施例所述之互补式金属氧化物半导体晶体管的制造方法，上述之第一闸极结构为输出/输入晶体管之闸极结构，第二闸极结构为内核晶体管之闸极结构。依照本发明的实施例所述之互补式金属氧化物半导体晶体管的制造方法，上述之第一主动区为N型主动区，第二主动区为P型主动区。本发明系采用雪铁龙行大尺寸组件之淡掺杂区结构的制程，并接着进行淡掺杂回火步骤，然后再进行小尺寸组件之淡掺杂区结构的制程。因此，可避免在小尺寸组件中形成过高的横向扩散，而导致短信道效应的产生，或电性击穿的问题，以及可避免在大尺寸组件中形成过低的横向扩散，而在淡掺杂区与闸极重叠处形成高阻抗而降低饱和汲极电流，进而影响组件性能。此外，由于本发明之源极/汲极回火步骤系利用一毫秒级的回火步骤，其升-降温所需时间相当短，因此并不会造成掺杂区(包括，源极/汲极区与淡掺杂区)的过度扩散。为让本发明之上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举数个实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

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