[发明专利]金属氧化物半导体晶体管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体元件及其制造方法，特别涉及一种金属氧化物半导体晶体管及其制造方法。

背景技术

金属氧化物半导体晶体管是目前超大规模集成电路(VLSI circuit)中极为重要的元件，其应用的范围非常广泛，诸如微处理器、半导体存储元件、功率元件等等，都可以金属氧化物半导体晶体管作为基本的构成单元。

在一般的纳米级工艺中，为了增加金属氧化物半导体晶体管的元件效能，会先在栅极结构两侧的基底中形成沟槽，然后利用外延工艺将会产生应变的半导体材料(如SiGe、SiC)填入沟槽中以作为源/漏极区，用来提高电子或空穴在沟道中的迁移率(mobility)。

目前应用应变硅技术来制作金属氧化物半导体晶体管的方法是先在基底上形成上有硬掩模层的栅极结构。形成硬掩模层的目的是为了保护栅极结构，以免其在后续工艺中暴露出来。接着，在栅极结构两侧形成间隙壁。之后，进行光刻工艺与蚀刻工艺，在栅极结构与间隙壁二侧的基底中形成沟槽。然后，进行预清洁工艺，以去除沟槽中的原生氧化层与蚀刻后残留的杂质。而后，在沟槽中形成掺杂外延层以及进行离子注入工艺，以在基底中形成源/漏极区。

然而，在进行形成间隙壁、沟槽的蚀刻工艺中、移除光刻工艺中的图形化光刻胶层以及预清洁工艺的同时，都会移除掉覆盖在栅极结构上的部分硬掩模层，使得栅极结构表面容易被暴露出来。因此，在后续以外延工艺在沟槽中形成掺杂外延层时，会在暴露出的栅极结构表面形成外延层，也就是所谓的多晶硅凸块(poly bump)，而严重影响工艺的可靠性以及元件效能。

发明内容

鉴于这些问题，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，其能够有效地避免栅极结构在工艺步骤中被暴露出来。

本发明的另一目的就是在提供一种金属氧化物半导体晶体管，其栅极结构上的硬掩模层可以有效地保护栅极结构。

本发明的再一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，其能够更有效地避免栅极结构在工艺步骤中被暴露出来。

本发明的又一目的就是在提供一种金属氧化物半导体晶体管，其栅极结构上的硬掩模层可以更有效地保护栅极结构。

本发明提出一种金属氧化物半导体晶体管的制造方法，此方法是先提供基底。然后，在基底上形成栅极结构材料层。而后，通入含碳前驱气体以及反应气体，以在栅极结构材料层上形成含碳掩模材料层。接着，将含碳掩模材料层与栅极结构材料层图形化，以形成含碳硬掩模层与栅极结构。之后，在栅极结构与含碳硬掩模层的侧壁上形成间隙壁。随后，在基底上形成保护层。接着，移除部分保护层，暴露出部分基底。然后，在暴露的基底上形成掺杂外延层。

根据本发明的一实施例所述的金属氧化物半导体晶体管的制造方法中，含碳前驱气体例如是双(三级丁基胺基)硅烷(Bis(tert-butylamino)silane，BTBAS)、硅酸四乙酯(tetra-ethyl-ortho-silicate，TEOS)、三乙氧基硅烷(triethoxysilane，TRIES)或六甲基二硅氧烷(hexamethyldisiloxane，HMDS)。

根据本发明的一实施例所述的金属氧化物半导体晶体管的制造方法中，含碳前驱气体的流量为定值。在另一实施例中，含碳前驱气体的流量随时间而改变。

根据本发明的一实施例所述的金属氧化物半导体晶体管的制造方法中，含碳前驱气体为双(三级丁基胺基)硅烷，且含碳前驱气体的流量例如介于100sccm～235sccm之间。

根据本发明的一实施例所述的金属氧化物半导体晶体管的制造方法中，含碳前驱气体为硅酸四乙酯，且含碳前驱气体的流量例如介于100sccm～1000sccm之间。

根据本发明的一实施例所述的金属氧化物半导体晶体管的制造方法中，含碳前驱气体为三乙氧基硅烷，且含碳前驱气体的流量例如介于100sccm～1000sccm之间。

根据本发明的一实施例所述的金属氧化物半导体晶体管的制造方法中，含碳前驱气体为六甲基二硅氧烷，且含碳前驱气体的流量例如介于100sccm～500sccm之间。

根据本发明的一实施例所述的金属氧化物半导体晶体管的制造方法中，含碳掩模材料层的材料例如是含碳氧化物、含碳氮氧化物或含碳氮化物。其中，当含碳掩模材料层的材料为含碳氧化物或含碳氮氧化物时，反应气体例如为氧气、臭氧、一氧化氮或一氧化二氮。另外，当含碳掩模材料层的材料为含碳氮化物时，反应气体例如为氮气或氨气。