電晶體的製造方法
2023-06-09 13:19:56
專利名稱：電晶體的製造方法
電晶體的製造方法技術領域
本發明是有關於一種半導體元件的製造方法，且特別是有關於一種電晶體的製造方法。
背景技術：
為了提高集成電路的操作速度，以及符合消費者對於小型化電子裝置的需求，半導體裝置中的電晶體尺寸有持續縮小的趨勢。然而，隨著電晶體尺寸的縮小，電晶體的通道區長度亦隨之縮短，如此造成電晶體遭受嚴重的短通道效應(short channel effect)、導通電流(turn on current)下降以及漏電流(leakage current)增加等問題,導致影響元件的可靠度下降。
一般來說，會在柵極的兩側基底中形成源極摻雜區與漏極摻雜區，再分別形成與源極摻雜區及漏極摻雜區電性連接的接觸窗。然而，隨著元件尺寸的縮小，當接觸窗與摻雜區之間的距離過短時，會造成嚴重的接面漏電(junction leakage)。這是因為源極摻雜區與漏極摻雜區之間的距離會隨著元件尺寸的縮小而越來越近，且兩者的電場強度會增加， 如此一來，導致源極摻雜區與漏極摻雜區之間容易發生接面漏電，使得電晶體的開關不受柵極控制。
傳統以抬升式源極與漏極(elevated source and drain)來解決接面漏電的問題，也就是分別在源極摻雜區與漏極摻雜區上形成具有一定高度源極與漏極，以增加接觸窗與摻雜區之間的距離。然而，由於傳統通常是通過選擇性磊晶製程在開口中填入磊晶層來形成抬升式源極與漏極，隨著元件尺寸的持續縮小，此製程容易遭遇填入磊晶層不易的問題。如此一來，導致所形成的源極與漏極的厚度不足，而無法有效地避免源極摻雜區及漏極摻雜區發生接面漏電。發明內容
本發明提供一種電晶體的製造方法，使得提升式源極與漏極具有較佳的厚度。
本發明提供一種電晶體的製造方法。在基底上形成圖案化犧牲層，圖案化犧牲層包括多個開口，開口暴露基底。透過圖案化犧牲層為掩模，對基底進行摻雜製程，以在開口所暴露的基底中形成源極摻雜區與漏極摻雜區。進行選擇性成長製程，以分別在源極摻雜區與漏極摻雜區上形成源極與漏極。移除圖案化犧牲層，以暴露源極與漏極之間的基底。在源極與漏極之間的基底上形成柵極。
在本發明的一實施例中，上述的源極與漏極的高度為15nm至50 nm。
在本發明的一實施例中，上述的選擇性成長製程包括選擇性矽成長製程。
在本發明的一實施例中，上述的圖案化犧牲層的材料包括氧化矽。
在本發明的一實施例中，上述的圖案化犧牲層的厚度為小於或等於10nm。
在本發明的一實施例中，上述的移除圖案化犧牲層的方法包括剝除法。
在本發明的一實施例中，上述的柵極包括依序配置在基底上的柵介電層與柵極導體層。
在本發明的一實施例中，上述的柵極導體層包括多晶娃層與娃化金屬層。
在本發明的一實施例中，上述的柵極的形成方法包括以下步驟。在基底上形成柵介電材料層，柵介電材料層覆蓋源極與漏極。在柵介電材料層上形成柵極導體材料層。透過源極與漏極的頂部為研磨終止層，對柵介電材料層與柵極導體材料層進行平坦化製程。
在本發明的一實施例中，上述的平坦化製程包括化學機械研磨製程。
在本發明的一實施例中，上述的柵極導體材料層包括多晶娃材料層與娃化金屬材料層。
在本發明的一實施例中，更包括在基底上形成絕緣層，以覆蓋柵極、源極以及漏極。
在本發明的一實施例中，更包括在絕緣層中形成多個接觸窗，以分別電性連接源極與漏極。
在本發明的一實施例中，上述的絕緣層的材料包括四乙氧基矽烷(TEOS)或硼磷矽玻璃(BPSG)。
基於上述，在本發明的電晶體的製造方法中，是先透過圖案化犧牲層在基底中定義源極摻雜區與漏極摻雜區，再通過搭配選擇性成長製程，使得抬升式源極與漏極成長在源極摻雜區與漏極摻雜區上。如此一來，可以簡單的製程步驟來形成具有適當厚度的提升式源極與漏極，以避免源極摻雜區與漏極摻雜區發生接面漏電。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1A至圖1G為依照本發明的一實施例的一種電晶體的製造方法的剖面示意圖。
主要元件符號說明
100 ；:基底
110 ；:圖案化犧牲層
112 ；:開口
120 ；:源極摻雜區
122 ；:漏極摻雜區
130 ；:源極
132 ；:漏極
140 ；:柵極
142 ；:柵介電材料層
142a :柵介電層
144 ；:柵極導體材料層
144a :柵極導體層
146 ；:多晶娃材料層
146a-:多晶娃層
148 ；:娃化金屬材料層
148a :矽化金屬層
150、152:絕緣層
160、162:接觸窗
SGP :選擇性成長製程具體實施方式
圖1A至圖1G為依照本發明的一實施例的一種電晶體的製造方法的剖面示意圖。 請參照圖1A，首先，在基底100上形成圖案化犧牲層110，圖案化犧牲層110包括多個開口 112，開口 112暴露基底100。在本實施例中，基底100例如是矽基底或其他基底。圖案化犧牲層110的材料例如是氧化矽。在本實施例中，圖案化犧牲層110的形成方法例如是先在基底100上形成犧牲層(未繪示)，再對犧牲層進行圖案化以形成圖案化犧牲層110。犧牲層的形成方法例如是化學氣相沉積製程或熱氧化法。圖案化犧牲層110的厚度例如是小於或等於10nm。
請參照圖1B，然後，透過圖案化犧牲層110為掩模，對基底100進行摻雜製程，以在開口 112所暴露的基底100中形成源極摻雜區120與漏極摻雜區122。在本實施例中，摻雜製程例如是離子植入製程。源極摻雜區120與漏極摻雜區122例如是P型摻雜區或η型摻雜區。
請參照圖1C，而後，進行選擇性成長製程SGP，以分別在源極摻雜區120與漏極摻雜區122上形成源極130與漏極132。在本實施例中，由於圖案化犧牲層110覆蓋源極摻雜區120與漏極摻雜區122之間的基底100，因此選擇性成長製程SGP會在經由開口 112暴露的源極摻雜區120與漏極摻雜區122上成長磊晶材料層，而不會在圖案化犧牲層110上成長磊晶材料層。因此，源極130與漏極132分別形成在源極摻雜區120與漏極摻雜區122 上，以分別與源極摻雜區120與漏極摻雜區122電性連接。在本實施例中，選擇性成長製程 SGP例如是選擇性矽成長製程。源極130與漏極132的高度例如 是15nm至50nm。
請參照圖1D，接著，移除圖案化犧牲層110，以暴露源極130與漏極132之間的基底100。在本實施例中，移除圖案化犧牲層110的方法包括剝除法或其他適合的方法。
請同時參照圖1E與1F，在源極130與漏極132之間的基底100上形成柵極140。 在本實施例中，柵極140的形成方法例如是包括以下步驟。首先，如圖1E所示，在基底100 上形成柵介電材料層142，柵介電材料層142覆蓋源極130與漏極132。在本實施例中，柵介電材料層142例如是包括氧化矽，其形成方法例如是化學氣相沉積製程。接著，在柵介電材料層142上形成柵極導體材料層144。在本實施例中，柵極導體材料層144例如是包括依序形成在柵介電材料層142上的多晶娃材料層146與娃化金屬材料層148。多晶娃材料層146的形成方法例如是化學氣相沉積製程。矽化金屬材料層148的材料例如是矽化鎢、 矽化鈦、矽化鈷、矽化鑰、矽化鎳、矽化鈀或矽化鉬，其形成方法例如是化學氣相沉積製程或通過回火使得多晶矽材料層146與金屬層反應以形成之。
然後，如圖1F所示，透過源極130與漏極132的頂部為研磨終止層，對柵介電材料層142與柵極導體材料層144進行平坦化製程，以形成柵介電層142a與柵極導體層144a。 在本實施例中，平坦化製程例如是化學機械研磨製程。在本實施例中，柵極140例如是包括依序配置在基底100上的柵介電層142a與柵極導體層144a，其中柵極導體層144a例如是包括依序形成在柵介電層142a上的多晶娃層146a與娃化金屬層148a。柵極140的寬度 (即源極130與漏極132之間的距離)例如是小於60nm。特別一提的是，雖然在本實施例中是以柵極140具有上述結構為例，但本發明不以此為限，也就是說，在其他實施例中，柵極140亦可以具有所屬領域具有通常知識者所周知的其他結構與其他形成方法。
請參照圖1G，而後，在基底100上形成絕緣層150、152，以覆蓋柵極140、源極130 以及漏極132。在本實施例中，絕緣層150的材料例如是四乙氧基矽烷(TEOS)，絕緣層152 的材料例如是硼磷矽玻璃(BPSG)，絕緣層150、152的形成方法例如是化學氣相沉積製程。 接著，在絕緣層150、152中形成分別與源極130與漏極132電性連接的接觸窗160、162。接觸窗160、162的材料例如是鎢或其他合適的材料。形成接觸窗160、162後的後續製程為所屬領域具有通常知識者所周知的半導體製程，故於此不贅述。
在本實施例中，圖案化犧牲層110在摻雜製程中作為掩模，以經由開口 112形成源極摻雜區120與漏極摻雜區122。此外，圖案化犧牲層110在選擇性成長製程SGP中覆蓋源極摻雜區120與漏極摻雜區122以外的基底100，使得磊晶層僅成長在源極摻雜區120與漏極摻雜區122上，以形成源極130與漏極132。換言之，本實施例是使用圖案化犧牲層110 來定義源極摻雜區120與漏極摻雜區122以及成長在源極摻雜區120與漏極摻雜區122上的抬升式源極130與漏極132。相較於傳統透過填入方式在開口中形成抬升式源極與漏極， 本實施例是直接在源極摻雜區120與漏極摻雜區122上成長源極130與漏極132，因此即使在元件尺寸縮小的半導體製程中，源極130與漏極132仍可成長為具有適當厚度，而不會遭遇因開口尺寸縮小而填充不易等問題。如此一來，可增加接觸窗160、162與源極摻雜區 120及漏極摻雜區122之間的距離，以避免接觸窗160、162與源極摻雜區120及漏極摻雜區 122發生接面漏電。因此，本實施例的電晶體的製造方法具有簡單的製程步驟，適於在電晶體尺寸持續縮小的製程中製作出具有較佳厚度的抬升式源極與漏極，以避免源極摻雜區及漏極摻雜區發生接面漏電，進而提升電晶體的元件特性。
綜上所述，在本發明的電晶體的製造方法中，是先透過圖案化犧牲層為掩模在基底中定義源極摻雜區與漏極摻雜區，再通過搭配選擇性成長製程，使得抬升式源極與漏極成長在源極摻雜區與漏極摻雜區上。因此，本發明的電晶體的製造方法具有簡單的製程步驟，適於在電晶體尺寸持續縮小的製程中製作出具有較佳厚度的抬升式源極與漏極。如此一來，可避免接觸窗與源極摻雜區及漏極摻雜區發生接面漏電，進而提升電晶體的元件特性。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當以權利要求所界定的為準。
權利要求
1.一種電晶體的製造方法，包括在基底上形成圖案化犧牲層，所述圖案化犧牲層包括多個開ロ，所述開ロ暴露所述基底；透過所述圖案化犧牲層為掩模，對所述基底進行摻雜製程，以在所述開ロ所暴露的基 底中形成源極摻雜區與漏極摻雜區；進行選擇性成長製程，以分別在所述源極摻雜區與所述漏極摻雜區上形成源極與漏極；移除所述圖案化犧牲層，以暴露所述源極與所述漏極之間的所述基底；以及 在所述源極與所述漏極之間的所述基底上形成柵極。
2.根據權利要求I所述的電晶體的製造方法，其特徵在於，所述源極與所述漏極的高 度為15nm至50nm。
3.根據權利要求I所述的電晶體的製造方法，其特徵在於，所述選擇性成長製程包括 選擇性矽成長製程。
4.根據權利要求I所述的電晶體的製造方法，其特徵在於，所述圖案化犧牲層的材料 包括氧化矽。
5 根據權利要求I所述的電晶體的製造方法，其特徵在於，所述圖案化犧牲層的厚度 為小於或等於10nm。
6.根據權利要求I所述的電晶體的製造方法，其特徵在於，移除所述圖案化犧牲層的 方法包括剝除法。
7.根據權利要求I所述的電晶體的製造方法，其特徵在於，所述柵極包括依序配置在 所述基底上的柵介電層與柵極導體層。
8.根據權利要求7所述的電晶體的製造方法，其特徵在於，所述柵極導體層包括多晶娃層與娃化金屬層。
9.根據權利要求I所述的電晶體的製造方法，其特徵在於，所述柵極的形成方法包括 在所述基底上形成柵介電材料層，所述柵介電材料層覆蓋所述源極與所述漏極；在所述柵介電材料層上形成柵極導體材料層；以及透過所述源極與所述漏極的頂部為研磨終止層，對所述柵介電材料層與所述柵極導體 材料層進行平坦化製程。
10.根據權利要求9所述的電晶體的製造方法，其特徵在於，所述平坦化製程包括化學 機械研磨製程。
11.根據權利要求9所述的電晶體的製造方法，其特徵在於，所述柵極導體材料層包括 多晶娃材料層與娃化金屬材料層。
12.根據權利要求I所述的電晶體的製造方法，其特徵在於，更包括在所述基底上形成 絕緣層，以覆蓋所述柵極、所述源極以及所述漏扱。
13.根據權利要求12所述的電晶體的製造方法，其特徵在於，更包括在所述絕緣層中 形成多個接觸窗，以分別電性連接所述源極與所述漏扱。
14.根據權利要求12所述的電晶體的製造方法，其特徵在於，所述絕緣層的材料包括 四こ氧基矽烷或硼磷矽玻璃。
全文摘要
一種電晶體的製造方法。在基底上形成圖案化犧牲層，圖案化犧牲層包括多個開口，開口暴露基底。透過圖案化犧牲層為掩模，對基底進行摻雜製程，以在開口所暴露的基底中形成源極摻雜區與漏極摻雜區。進行選擇性成長製程，以分別在源極摻雜區與漏極摻雜區上形成源極與漏極。移除圖案化犧牲層，以暴露源極與漏極之間的基底。在源極與漏極之間的基底上形成柵極。
文檔編號H01L21/336GK103021859SQ20111035466
公開日2013年4月3日 申請日期2011年10月25日 優先權日2011年9月20日
發明者蘇國輝, 陳逸男, 劉獻文 申請人:南亞科技股份有限公司