ＭＯＳ晶体管的形成方法及其阈值电压调节方法技术

本发明专利技术公开了一种ＭＯＳ晶体管的形成方法及其阈值电压调节方法，ＭＯＳ晶体管的形成方法包括在半导体衬底上形成栅极结构，穿透栅极结构进行第二离子注入，形成用于调节阈值电压的离子扩散区以及袋状注入区；在栅极结构两侧、半导体衬底中进行离子注入以形成源／漏延伸区和源／漏极，将半导体衬底进行退火。第二离子注入能量和剂量，根据ＭＯＳ晶体管的阈值电压确定。本发明专利技术方法适用于长沟道和短沟道器件的阈值电压调节，不需要增加额外的阱来单独进行不同尺寸器件阈值电压的平行调节，从而实现了简单、灵活地对阈值电压的调节，缩短了制程工艺周期，节省了成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造
，尤指一种MOS晶体管的形成方法及其阈值电压 调节方法。
技术介绍
目前，由于集成电路的集成度越来越高，器件的尺寸越来越小，器件的特征尺寸 (CD)从O. 13iim向0. lOiim以下的区域进行开发。随着半导体器件向高密度和小尺寸发 展，金属一氧化物一半导体(MOS)器件是主要的驱动力。阈值电压(Vt)和驱动电流(Id) 是MOS晶体管的两个重要的电参数，也是在制造工艺中的重要控制参数。不同的核心电路 (Core)和输入/输出电路(10)具有不同的Vt和Id性能需求。 现有技术中，通常通过控制栅氧化层、沟道区域、阱区域、源/漏延伸区的掺杂形 状、袋形注入(pocket implant)区以及源/漏极注入形状和热预算等等来获得预料的性能 需求。最常见的是改变离子注入类型、能量和剂量，以及改变栅氧化层厚度两种方式，但是 无论哪种方法，都需要增加阱(恥ll)，这样，会用到不同的光罩来定义不同的器件区域，使 得整个M0S晶体管的制作工艺变得更加复杂。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种MOS晶体管的形成方法，能够简单、灵 活地调节阈值电压。 本专利技术的另一 目的在于提供一种MOS晶体管的阈值电压调节方法，能够实现阈值 电压简单、灵活的调节。 为达到上述目的，本专利技术的技术方案具体是这样实现的 —种MOS晶体管的形成方法，还包括 在半导体衬底上形成栅极结构； 穿透栅极结构进行第二离子注入，形成用于调节阈值电压的离子扩散区以及袋状 注入区； 在栅极结构两侧、半导体衬底中进行离子注入以形成源/漏延伸区和源/漏极，将半导体衬底进行退火。 所述形成方法还包括 在所述栅极结构两侧、半导体衬底中进行第一离子注入； 如果所述第一离子注入先于第二离子注入，所述第一离子注入后已经形成的袋状 注入区延伸，以形成最终的袋状注入区； 如果所述第二离子注入先于第一离子注入，所述第一离子注入后形成的袋状注入 区与所述第二离子注入后已经形成的袋状注入区重合，以形成最终的袋状注入区。 所述源/漏延伸区的形成，可以在所述第一离子注入之前，或者所述第二离子注 入之前，或者所述第一离子注入之后，或者所述第二离子注入之后，或者所述第一离子注入4和第二离子注入之间。所述M0S晶体管为NM0S晶体管，所述栅极结构中的多晶硅片厚度为75nm llOnm，所述第一离子和第二离子为P型离子；所述第二离子注入的能量范围为9. 5KeV 15KeV，注入的剂量范围为lel4cm—2 5el4cm—2。 所述第二离子为硼离子。所述M0S晶体管为PM0S晶体管，所述栅极结构中的多晶硅片厚度范围为75nm 110nm，所述第一离子和第二离子为N型离子；所述第二离子注入的能量范围为30KeV 50KeV，注入的剂量范围为lel4cm—2 5el4cm—2。 所述第二离子为磷离子。 所述袋形注入区的深度界于源/漏延伸区与源/漏极之间，所述袋形注入区的导 电类型与源/漏延伸区或源/漏极的导电类型相反。 在形成源/漏极步骤之前，还包括在栅极结构两侧、半导体衬底上形成侧墙步骤。 —种MOS晶体管的阈值电压调节方法，该方法包括 在半导体衬底上形成栅极结构； 穿透栅极结构进行第二离子注入，形成用于调节阈值电压的离子扩散区以及袋状 注入区； 在栅极结构两侧、半导体衬底中进行离子注入以形成源/漏延伸区和源/漏极，将 半导体衬底进行退火； 所述第二离子注入能量和剂量，根据MOS晶体管的阈值电压确定。 还包括 在所述栅极结构两侧、半导体衬底中进行第一离子注入以形成袋状离子注入，该 袋状离子注入形成与所述袋状注入区重合或是使所述袋状注入区延伸后的袋状注入区。 所述MOS晶体管为NMOS晶体管，所述栅极结构中的多晶硅片厚度为75nm 110nm，所述第一离子和第二离子为P型离子；所述第二离子注入的能量范围为9. 5KeV 15KeV，注入的剂量范围为lel4cm—2 5el4cm—2。 所述第二离子为硼离子。所述MOS晶体管为PMOS晶体管，所述栅极结构中的多晶硅片厚度范围为75nm 110nm，所述第一离子和第二离子为N型离子；所述第二离子注入的能量范围为30KeV 50KeV，注入的剂量范围为lel4cm—2 5el4cm—2。 所述第二离子为磷离子。 由上述技术方案可见，本专利技术在半导体衬底上形成栅极结构，穿透栅极结构进行 第二离子注入，形成用于调节阈值电压的离子扩散区以及袋状注入区；在栅极结构两侧、 半导体衬底中进行离子注入以形成源/漏延伸区和源/漏极，将半导体衬底进行退火。第 二离子注入能量和剂量，根据MOS晶体管的阈值电压确定。本专利技术方法适用于长沟道和短 沟道器件的阈值电压调节，不需要增加额外的阱即可同时实现同型不同类别的器件(如 1. 2V/1. 8V/2. 5V/. . . NMOS器件等)，从而实现了简单、灵活地对阈值电压的调节，縮短了制 程工艺周期，节省了成本。 进一步地，还可以保留现有的第一离子注入，在栅极结构两侧、半导体衬底中进行 第一离子注入以形成袋状注入区，对第一离子注入和第二离子注入的顺序没有限定。如果先注入第一离子的情况，实际上第二离子的注入会使已经形成的袋状注入区延伸，以形成 最终的袋状注入区；如果先注入第二离子，那么实际上第一离子注入后的袋状注入区与已 经形成的重合，以形成最终的袋状注入区。 源/漏延伸区的形成工艺，可以在第一离子注入和第二离子注入之前或之后或之 间，(当第一离子注入与第二离子注入不同N/P型，则第一离子注入形成源/漏延伸区，且 可在第二离子注入之前或者之后)。附图说明 图la 图lf是本专利技术以NMOS晶体管为实施例的MOS晶体管的形成方法的示意 图； 图2是本专利技术NM0S晶体管阈值电压随沟道长度变化的实验曲线。 具体实施例方式尽管下面将参照附图对本专利技术进行更详细的描述，其中表示了本专利技术的优选实施 例，应当理解本领域技术人员可以修改在此描述的本专利技术而仍然实现本专利技术的有利效果。 因此，下列的描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛教导，而并不作为对本专利技术的 限制。 在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本专利技术。根据下列说明和权利要 求书本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非 精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。 应用本专利技术方法形成M0S晶体管的步骤包括在半导体衬底上形成栅极结构，穿 透栅极结构进行第二离子注入，形成用于调节阈值电压的离子扩散区以及袋状注入区；在 栅极结构两侧、半导体衬底中形成源/漏延伸区、源/漏极，将半导体衬底进行退火。 还包括在栅极结构两侧、半导体衬底中进行第一离子注入以形成袋状离子注入； 当M0S晶体管为PM0S时，注入的第二离子为N型离子，如磷离子、砷离子等；当M0S晶体管 为NM0S时，注入的第二离子均为P型离子，如硼离子等。第二离子的注入深度大于第一离 子的注入深度，使其能穿透栅极结构，第二离子的注入深度(能量)和剂量，决定了离子扩 散区的厚度和浓度大小，与需要调节的阈值电压有关系，即由MOS晶体管的阈值电压确定。 本专利技术方法适用于长沟道和短沟道器件的阈值电压调本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＭＯＳ晶体管的形成方法，其特征在于，还包括：在半导体衬底上形成栅极结构；穿透栅极结构进行第二离子注入，形成用于调节阈值电压的离子扩散区以及袋状注入区；在栅极结构两侧、半导体衬底中进行离子注入以形成源／漏延伸区和源／漏极，将半导体衬底进行退火。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：神兆旭，居建华，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]