專利名稱：Mos晶體管的形成方法及其閾值電壓調(diào)節(jié)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造技術領域，尤指一種MOS晶體管的形成方法及其閾值電壓 調(diào)節(jié)方法。
背景技術：
目前，由于集成電路的集成度越來越高，器件的尺寸越來越小，器件的特征尺寸 (CD)從0. 13μπι向0. ΙΟμπι以下的區(qū)域進行開發(fā)。隨著半導體器件向高密度和小尺寸發(fā) 展，金屬一氧化物一半導體(MOS)器件是主要的驅(qū)動力。閾值電壓(Vt)和驅(qū)動電流(Id) 是MOS晶體管的兩個重要的電參數(shù)，也是在制造工藝中的重要控制參數(shù)。不同的核心電路 (Core)和輸/入/輸出電路(IO)具有不同的Vt和Id性能需求?，F(xiàn)有技術中，通常通過控制柵氧化層、溝道區(qū)域、阱區(qū)域、源/漏延伸區(qū)的摻雜形 狀、袋形注入(pocket implant)區(qū)以及源/漏極注入形狀和熱預算等等來獲得預料的性能 需求。最常見的是改變離子注入類型、能量和劑量，以及改變柵氧化層厚度兩種方式，但是 無論哪種方法，都需要利用光罩，這樣，會用到不同的光罩來定義不同的器件區(qū)域，使得整 個MOS晶體管的制作工藝變得更加復雜。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種MOS晶體管的形成方法，能夠簡單、靈 活地調(diào)節(jié)閾值電壓。本發(fā)明的另一目的在于提供一種MOS晶體管的閾值電壓調(diào)節(jié)方法，能夠?qū)崿F(xiàn)閾值 電壓簡單、靈活的調(diào)節(jié)。為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案具體是這樣實現(xiàn)的一種MOS晶體管的形成方法，包括在半導體襯底上直接進行離子注入，形成用于調(diào)節(jié)閾值電壓的離子擴散區(qū)；在半導體襯底上形成柵極結構；在柵極結構兩側(cè)、半導體襯底中進行離子注入以形成袋狀注入?yún)^(qū)、源和漏延伸區(qū)， 以及源和漏極，將半導體襯底進行退火。所述形成方法還包括在形成所述離子擴散區(qū)之前，在半導體襯底中形成隔離結構；或者，在形成所述離子擴散區(qū)之后，形成柵極結構之前，在半導體襯底中形成隔離 結構。所述MOS晶體管為NMOS晶體管，所述柵極結構中的多晶硅片厚度為75nm 120nm，形成所述離子擴散區(qū)而注入的離子為P型離子，其能量范圍為50KeV 200KeV，注入 的劑量范圍為3e IlcnT2 2el2cnT2。所述第二離子為硼離子。所述MOS晶體管為PMOS晶體管，所述柵極結構中的多晶硅片厚度范圍為75nm 120nm,形成所述離子擴散區(qū)而注入的離子為N型離子，其能量范圍為IOOKeV 400KeV，注 入的劑量范圍為3e IlcnT2 2el2cnT2。所述第二離子為磷離子。所述袋形注入?yún)^(qū)的深度界于源/漏延伸區(qū)與源/漏極之間，所述袋形注入?yún)^(qū)的導 電類型與源/漏延伸區(qū)或源/漏極的導電類型相反。在形成源/漏極步驟之前，還包括在柵極結構兩側(cè)、半導體襯底上形成側(cè)墻步驟。一種MOS晶體管的閾值電壓調(diào)節(jié)方法，該方法包括在半導體襯底上形成柵極結構之前，在半導體襯底未覆蓋光阻狀態(tài)下進行離子注 入，形成用于調(diào)節(jié)閾值電壓的離子擴散區(qū)；在柵極結構兩側(cè)、半導體襯底中進行離子注入以形成袋狀注入?yún)^(qū)、源/漏延伸區(qū) 和源/漏極，將半導體襯底進行退火；形成所述離子擴散區(qū)而注入的離子的能量和劑量，根據(jù)MOS晶體管的閾值電壓確定。還包括在形成所述離子擴散區(qū)之前，在半導體襯底中形成隔離結構；或者，在形成所述離子擴散區(qū)之后，形成柵極結構之前，在半導體襯底中形成隔離 結構。所述MOS晶體管為NMOS晶體管，所述柵極結構中的多晶硅片厚度為75nm 120nm，形成所述離子擴散區(qū)而注入的離子為P型離子，其能量范圍為50KeV 200KeV，注入 的劑量范圍為3e IlcnT2 2el2cnT2。所述第二離子為硼離子。所述MOS晶體管為PMOS晶體管，所述柵極結構中的多晶硅片厚度范圍為75nm 120nm,形成所述離子擴散區(qū)而注入的離子為N型離子，其能量范圍為IOOKeV 400KeV，注 入的劑量范圍為3e IlcnT2 2el2cnT2。所述第二離子為磷離子。由上述技術方案可見，本發(fā)明在半導體襯底上形成柵極結構之前，在半導體襯底 未覆蓋光阻狀態(tài)下進行離子注入，形成用于調(diào)節(jié)閾值電壓的離子擴散區(qū)；在柵極結構兩側(cè)、 半導體襯底中進行離子注入以形成袋狀注入?yún)^(qū)、源/漏延伸區(qū)和源/漏極，將半導體襯底進 行退火。形成所述離子擴散區(qū)而注入的離子的能量和劑量，根據(jù)MOS晶體管的閾值電壓確 定。本發(fā)明方法不需要增加額外的光罩即可增加對MOS晶體管閾值電壓的調(diào)節(jié)，而對其它 器件的影響很小以至于可以忽略。縮短了制程工藝周期，節(jié)省了成本。進一步地，在形成所述離子擴散區(qū)之前，在半導體襯底中形成隔離結構；或者，在 形成所述離子擴散區(qū)之后，形成柵極結構之前，在半導體襯底中形成隔離結構。


圖Ia 圖If是本發(fā)明以NMOS晶體管為實施例的MOS晶體管的形成方法的示意圖。
具體實施例方式盡管下面將參照附圖對本發(fā)明進行更詳細的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應當理解本領域技術人員可以修改在此描述的本發(fā)明而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。 因此，下列的描述應當被理解為對于本領域技術人員的廣泛教導，而并不作為對本發(fā)明的 限制。在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下列說明和權利要求書本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非 精準的比率，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。應用本發(fā)明方法形成MOS晶體管的步驟包括在半導體襯底上形成柵極結構之 前，在半導體襯底未覆蓋光阻狀態(tài)下進行離子注入，形成用于調(diào)節(jié)閾值電壓的離子擴散區(qū)； 在柵極結構兩側(cè)、半導體襯底中進行離子注入以形成袋狀注入?yún)^(qū)、源/漏延伸區(qū)和源/漏 極，將半導體襯底進行退火。當MOS晶體管為PMOS時，注入的第二離子為N型離子，如磷離 子、砷離子等；當MOS晶體管為NMOS時，注入的第二離子均為P型離子，如硼離子等。形成 離子擴散區(qū)而注入的離子的注入深度(能量)和劑量，決定了離子擴散區(qū)的厚度和濃度大 小，與需要調(diào)節(jié)的閾值電壓有關系，即由MOS晶體管的閾值電壓確定。還包括在形成所述離子擴散區(qū)之前，在半導體襯底中形成隔離結構；或者，在形成 所述離子擴散區(qū)之后，形成柵極結構之前，在半導體襯底中形成隔離結構。本發(fā)明方法不需要增加額外的光罩即可增加對某類別器件閾值電壓的調(diào)節(jié)，而對 其它器件的影響很小以至于可以忽略。下面以NMOS晶體管的形成過程為例，結合圖Ia 圖If，舉實施例對本發(fā)明方法進 行詳細描述。參照附圖la，提供半導體襯底100，半導體襯底100可以為硅或者絕緣體上硅 (SOI)。在半導體襯底中形成隔離結構101，隔離結構101為淺溝槽隔離(STI)結構或者局 部氧化硅(LOCOS)隔離結構。在半導體襯底100中還形成有各種阱(well)結構與襯底表 面的柵極溝道層。一般來說，形成阱(well)結構的離子摻雜導電類型與柵極溝道層離子摻 雜導電類型相同，但是濃度較柵極溝道層低，離子注入的深度范圍較廣，同時需達到大于隔 離結構101的深度。為了簡化，圖Ia 圖If中僅示出一空白半導體襯底100圖示。接著，進行離子注入，形成用于調(diào)節(jié)閾值電壓的離子擴散區(qū)。形成離子擴散區(qū)而注 入的離子的注入深度(能量)和劑量，決定了離子擴散區(qū)的厚度和濃度大小，與需要調(diào)節(jié)的 閾值電壓有關系，即由MOS晶體管的閾值電壓確定。這里強調(diào)的是本發(fā)明在NMOS晶體管的形成過程中，在半導體襯底上形成柵極結 構之前，增加形成離子擴散區(qū)的離子注入的工藝，以簡單，靈活地調(diào)節(jié)閾值電壓。注入的離 子為P型離子，如硼離子等。離子的注入能量和劑量與需要調(diào)節(jié)的閾值電壓有關系。作為本發(fā)明的一個實施方式，形成離子擴散區(qū)107的注入硼離子的能量為 50KeV 200KeV，注入的劑量范圍為3ellCm_2 2e12cm_2。所述柵極結構中的多晶硅片厚 度為 75nm 120nm。在PMOS晶體管的形成過程中，注入的離子為N型離子。作為本發(fā)明的一個實施 方式，形成離子擴散區(qū)107的注入磷離子的能量為IOOKeV 400KeV，注入的劑量范圍為 3ellcm"2 2e12cnT2。所述柵極結構中的多晶硅片厚度范圍為75nm 120nm。根據(jù)注入能量和劑量如何確定MOS晶體管的閾值電壓屬于本領域技術人員慣用 技術手段，這里不再贅述。本發(fā)明強調(diào)的是，在半導體襯底上形成柵極結構之前，在半導體襯底未覆蓋光阻狀態(tài)下增加形成離子擴散區(qū)的離子注入的工藝，對形成所述離子擴散區(qū)而 注入的離子注入的劑量和能量進行恰當?shù)倪x取，實現(xiàn)了對不同尺寸的器件進行有效的閾值 電壓調(diào)節(jié)即幾乎平行調(diào)節(jié)不同尺寸的某種器件閾值電壓而幾乎不對其它器件產(chǎn)生影響，從 而靈活性，縮短了制程工藝周期，節(jié)省了成本。參照附圖lb，在半導體襯底100上依次形成柵介質(zhì)層102與多晶硅柵103，柵介質(zhì) 層102與多晶硅柵103構成柵極結構。然后，進行氧化步驟，在多晶硅柵104外圍形成氧化 硅層104以便保護多晶硅柵103的邊緣。參照附圖lc，在形成的柵極結構兩側(cè)、半導體襯底100中進行離子注入即袋形注 入(Pocket implant) 110，袋形注入110 —般采用角度介于0至45度的離子注入，形成袋形 注入?yún)^(qū)105。袋形注入?yún)^(qū)105的深度界于后續(xù)待形成的源/漏延伸區(qū)與源/漏極之間，其導 電類型與后續(xù)待形成的源/漏延伸區(qū)或源/漏極的導電類型相反，即為P型。參照附圖ld，在柵極結構兩側(cè)、半導體襯底100中進行離子注入111，形成源/漏 延伸區(qū)106。源/漏延伸區(qū)106的形成為本技術領域人員公知技術，這里不再詳述。源/漏 延伸區(qū)106的導電類型為N型，即第一離子注入111注入的離子為磷(P)離子或者砷(As) 罔子。參照附圖le，在柵極結構兩側(cè)、半導體襯底100上形成側(cè)墻108，側(cè)墻108可以 為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中一種或者它們組合構成。作為本實施例的一個優(yōu)化實施方 式，所述側(cè)墻108為氧化硅、氮化硅共同組成，具體工藝大致為在半導體襯底100上以 及氧化硅層104上形成第一氧化硅層、第一氮化硅層以及第二氧化硅層，然后采用蝕刻 (etch-back)方法形成側(cè)墻。參照附圖If，在柵極結構兩側(cè)、半導體襯底100中進行源/漏極注入，形成源/漏 極109。所述源/漏極109為N型，即源/漏極注入的離子為磷(P)離子或者砷(As)離子。最后，將半導體襯底100進行退火，使注入的各種離子擴散均勻?；谏鲜龉に噷嵤┖螅鐖Dlf，形成的NMOS晶體管包括位于半導體襯底100上 的柵極結構；位于柵極結構兩側(cè)、半導體襯底100中的源/漏延伸區(qū)106以及源/漏極109 ； 還包括位于柵極結構下方，形成柵極結構之前通過離子注入而形成的離子擴散區(qū)107。本發(fā)明中，離子擴散區(qū)107的形成還可以在隔離結構之前形成。本發(fā)明方法同樣適用于PMOS晶體管，只要形成柵極結構之前，在半導體襯底未覆 蓋光阻狀態(tài)下進行離子注入，形成用于調(diào)節(jié)閾值電壓的離子擴散區(qū)即可。對于PMOS晶體 管，注入的形成離子擴散區(qū)的離子為N型離子，如磷離子、砷離子等。離子注入的能量范圍 為IOOKeV 400KeV，注入的劑量范圍為3ellCnT2 2e12cnT2。所述柵極結構中的多晶硅片 厚度范圍為75nm 120nm。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在 本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換以及改進等，均應包含在本發(fā)明的保 護范圍之內(nèi)。
權利要求
一種MOS晶體管的形成方法，其特征在于，包括在半導體襯底上直接進行離子注入，形成用于調(diào)節(jié)閾值電壓的離子擴散區(qū)；在半導體襯底上形成柵極結構；在柵極結構兩側(cè)、半導體襯底中進行離子注入以形成袋狀注入?yún)^(qū)、源和漏延伸區(qū)，以及源和漏極，將半導體襯底進行退火。
2.根據(jù)權利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述形成方法還包括在形成所述離子擴散區(qū)之前，在半導體襯底中形成隔離結構；或者，在形成所述離子擴散區(qū)之后，形成柵極結構之前，在半導體襯底中形成隔離結構。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的形成方法，其特征在于，所述MOS晶體管為NMOS晶體管， 所述柵極結構中的多晶硅片厚度為75nm 120nm，形成所述離子擴散區(qū)而注入的離子為P 型離子，其能量范圍為50KeV 200KeV，注入的劑量范圍為3ellCnT2 2θ12οιΓ2。
4.根據(jù)權利要求3所述的形成方法，其特征在于，所述第二離子為硼離子。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的形成方法，其特征在于，所述MOS晶體管為PMOS晶體管， 所述柵極結構中的多晶硅片厚度范圍為75nm 120nm，形成所述離子擴散區(qū)而注入的離子 為N型離子，其能量范圍為IOOKeV 400KeV，注入的劑量范圍為3ellCnT2 2Θ12οιΓ2。
6.根據(jù)權利要求5所述的形成方法，其特征在于，所述第二離子為磷離子。
7.根據(jù)權利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述袋形注入?yún)^(qū)的深度界于源/漏延 伸區(qū)與源/漏極之間，所述袋形注入?yún)^(qū)的導電類型與源/漏延伸區(qū)或源/漏極的導電類型 相反。
8.根據(jù)權利要求1所述的形成方法，其特征在于，在形成源/漏極步驟之前，還包括在 柵極結構兩側(cè)、半導體襯底上形成側(cè)墻步驟。
9.一種MOS晶體管的閾值電壓調(diào)節(jié)方法，其特征在于，該方法包括在半導體襯底上形成柵極結構之前，在半導體襯底未覆蓋光阻狀態(tài)下進行離子注入， 形成用于調(diào)節(jié)閾值電壓的離子擴散區(qū)；在柵極結構兩側(cè)、半導體襯底中進行離子注入以形成袋狀注入?yún)^(qū)、源/漏延伸區(qū)和源/ 漏極，將半導體襯底進行退火；形成所述離子擴散區(qū)而注入的離子的能量和劑量，根據(jù)MOS晶體管的閾值電壓確定。
10.根據(jù)權利要求9所述的閾值電壓調(diào)節(jié)方法，其特征在于，還包括在形成所述離子擴散區(qū)之前，在半導體襯底中形成隔離結構；或者，在形成所述離子擴散區(qū)之后，形成柵極結構之前，在半導體襯底中形成隔離結構。
11.根據(jù)權利要求9或10所述的形成方法，其特征在于，所述MOS晶體管為NMOS晶體 管，所述柵極結構中的多晶硅片厚度為75nm 120nm，形成所述離子擴散區(qū)而注入的離子 為P型離子，其能量范圍為50KeV 200KeV，注入的劑量范圍為3ellCnT2 2Θ12οιΓ2。
12.根據(jù)權利要求11所述的形成方法，其特征在于，所述第二離子為硼離子。
13.根據(jù)權利要求9或10所述的形成方法，其特征在于，所述MOS晶體管為PMOS晶體 管，所述柵極結構中的多晶硅片厚度范圍為75nm 120nm，形成所述離子擴散區(qū)而注入的 離子為N型離子，其能量范圍為IOOKeV 400KeV，注入的劑量范圍為3ellCnT2 2Θ12οιΓ2。
14.根據(jù)權利要求13所述的形成方法，其特征在于，所述第二離子為磷離子。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種MOS晶體管的形成方法及其閾值電壓調(diào)節(jié)方法，MOS晶體管的形成方法包括在半導體襯底上直接進行離子注入，形成用于調(diào)節(jié)閾值電壓的離子擴散區(qū)；在半導體襯底上形成柵極結構，在柵極結構兩側(cè)、半導體襯底中進行離子注入以形成袋狀注入?yún)^(qū)、源和漏延伸區(qū)，以及源和漏極，將半導體襯底進行退火。形成所述離子擴散區(qū)而注入的離子的能量和劑量，根據(jù)MOS晶體管的閾值電壓確定。本發(fā)明方法不需要增加額外的光罩來單獨進行不同尺寸器件閾值電壓的平行調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)了簡單、靈活地對閾值電壓的調(diào)節(jié)，縮短了制程工藝周期，節(jié)省了成本。
文檔編號H01L21/324GK101826464SQ20091004688
公開日2010年9月8日 申請日期2009年3月2日 優(yōu)先權日2009年3月2日
發(fā)明者神兆旭 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司