[发明专利]制造金属氧化物半导体场效应晶体管的方法

说明书

本发明涉及一种制造金属氧化物半导体场效应晶体管的方法，特别涉及一种制造带凹槽栅结构的金属氧化物半导体场效应晶体管的方法，此方法无需凹槽腐蚀和/或腐蚀工艺而能减少短沟道效应。

多年来金属氧化物场效应晶体管（MOSFET）的制造技术已迅速发展，集成电路结构元件的最少尺寸已减少约10%。预计这种趋势在九十年代会持续下去。为提高器件性能和集成度，MOSFET的尺寸（栅长度Lg或沟道长度）已经从Lg＜1μm的亚微米范围减少到Lg＜0.35μm的深亚微米范围。然而，由于MOSFET的尺寸减少到亚微米的范围，要想随着电场的降低而能与短沟道效应、热载流子效应和器件的全特性很好地配合是困难的。

按照模拟律，已使器件工作速度提高，但却出现器件可靠性问题。对所设置电压大小的限制不是因短沟道效应，例如简单的穿通电压引起，而是因沟道内电场增加使能量载流子（energy  carrier）增加（或者温度增加，E＝3/2KT）从而使器件可靠性降低造成。

从八十年代后期开始，对MOSFET的研究已集中在器件受比例换算的限制和比例换算受器件可靠性的限制。而且已研究了一种结构，这种结构由于提高器件的可靠性而可以减轻比例换算的限制。按照KITE    REVIEW，Vol.19  No.5  PP402～413，该器件在栅极电压Vg＝0V时由于短沟道效应而不能完全断路。

在这样的技术背景下，有这样一种结构，为了克服短沟道效应的限制，它的沟道区不形成在与源/漏区平面相同的平面上。在IEEE  Trans.Electron  Devices，Vol.30，No.6，1983中的“MOSFET  Wilh  Drain  Separated  form  Channel  Implanted  Region（DSC）”一文中EIJI    TAKEDA等人披露了这种结构。

图3A～图3G示出制造带DSC（漏区与沟道分离）的MOSFET的步骤。

首先，在第一电导类型的硅基片1上形成底氧化层2和氮化层3。此氮化层被刻出图形以界定有源区，离子注入第一导电类型的杂质以界定沟道终止区的杂质区。

随后完成硅的局部氧化（LOCOS）工艺，以形成场氧化层10，然后除去氮化层3。通过将高剂量的第二导电类型杂质离子注入以形成源/漏区7，如图3B所示。

现在参照图3C，用光刻胶膜50和底氧化层2做掩模腐蚀硅基片1形成一凹沟。再离子注入第一导电类型杂质以形成一种沟道区5位于源/漏区7之下的结构，如图3D所示。

如图3E～图3G所示，在除去光刻胶膜50和底氧化层2并形成栅氧化层20之后，借助掩模在源/漏区7中形成接触孔。淀积多晶硅层6并形成层间绝缘层31。为漏区7提供一导电层9并用作引线电极，从而获得一完整的DSC-MOSFET，如图3G所示。

用上述工艺制成的DSC-MOSFET，由于将沟道区5挖得比源/漏区7更深，以便在比栅极更高的位置处设置源/漏结，所以有很好的短沟道特性。然而，用现有工艺技术制造的这种DSC-MOSFET存在着干腐蚀硅基片的技术困难，还存在因基片表面损伤使跨导降低造成器件工作特性恶化的问题。

此外，由于杂质未完全注入到区域“d”，即沟道区5和源/漏区7之间的分离区，载流子迁移率减少，最终降低了电源驱动能力。

本发明试图解决上述问题。

本发明的目的是通过解决干法腐蚀基片的困难和形成与源/漏区分离的沟道区，提供一种制造能完全满足可靠性和特性要求的金属氧化物半导体场效应晶体管的方法。

本发明提供的制造金属氧化物半导体场效晶体管的方法包括如下步骤：

在硅基片上形成一过渡层和一抗氧化层，同时界定沟道区和场区;

通过氧化工艺形成场氧化层;

去除过渡层、抗氧化层和场氧化物层以形成凹形沟道区;

形成栅绝缘层和栅材料层并使该栅材料层构成图形;和

形成源/漏区和场氧化层区。

按照本发明的另一方案，一种制造金属氧化物半导体场效应晶体管的方法包括如下步骤：

在硅基片上形成第一过渡层和第一抗氧化层以同时限定沟道区和场区;

通过第一氧化工序形成第一场氧化物层;

去除第一过渡层、第一抗氧化层和第一场氧化层以形成一凹形沟道区;

形成第二过渡层和第二抗氧化层，并去除在场区中的第二抗氧化层;

通过第二氧化工序形成第二场氧化层;

形成栅绝缘层和栅材料层，并使栅材料层构成图形;和

形成源/漏区。