CN100561672C - 栅极侧壁层的形成方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种栅极侧壁层的形成方法，包括步骤：提供表面具有至少一个栅极的衬底；在所述衬底上形成第一介质层；在所述第一介质层上形成第二介质层；刻蚀所述第一和第二介质层；对所述衬底进行湿法腐蚀处理，形成侧壁层。本发明的栅极侧壁层的形成方法，在不增加工艺步骤的前提下，减小了工艺制作中的热预算，改善了侧壁层在湿法腐蚀工艺中易出现凹陷，造成器件性能衰退的问题。

Description

栅极侧壁层的形成方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种栅极侧壁层的形成方法。

背景技术

半导体器件中，栅极侧壁层(sidewall spacer)一般位于栅极的侧壁上，由氧化硅/氮化硅(ON)介质薄膜或氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)介质薄膜组合而成。

图1A至1E为说明现有的栅极侧壁层形成方法的器件剖面示意图。图1A为形成栅极以后的器件结构示意图，如图1A所示，在衬底的各器件之间刻蚀填充形成了隔离沟槽102，在硅衬底101上沉积了栅氧化硅层103(Gate Oxide)；通过沉积、刻蚀多晶硅，在衬底上形成了栅极104；在栅极两侧的衬底上，具有以栅极为掩膜进行浅离子注入形成的浅掺杂区域110(LDD，lightly dopeddrain)。

图1B为形成介质层后的器件结构示意图，如图1B所示，形成多晶硅栅极后，利用化学气相沉积(CVD，Chemical Vapor Deposition)方法在该衬底上沉积介质层。通常会先沉积一层氧化硅介质层105，该氧化硅层可以实现与多晶硅栅极之间的紧密连接，再沉积一层致密的氮化硅介质层106，其可实现对多晶硅栅极的良好保护。传统方法中，本步CVD工艺是在700℃左右的温度下，利用反应源四乙氧基硅烷(TEOS，Tetra Ethyl Ortho Silicate，C₈H₂₀O₄Si)与氧气反应形成氧化硅，二氯甲硅烷(DCS，dichloro-silane，SiCl₂H₂)与氨气反应形成氮化硅而实现的。本图中所示的是由氧化硅和氮化硅介质层组成的ON结构的侧壁层，也可以在沉积氧化硅和氮化硅介质层后，再在其上沉积一层氧化硅层，以形成ONO结构的侧壁层。

图1C为干法刻蚀介质层后的器件结构示意图，如图1C所示，各层介质层都生长完成后，利用干法刻蚀在栅极侧壁处形成侧壁层。因于法刻蚀的各向异性，栅极侧壁处的氧化硅/氮化硅介质层105、106会保留下来，而在栅极顶部和栅极间硅衬底表面处的介质层会被刻蚀去除，形成栅极侧壁层。但是在本步的干法刻蚀工艺中，通常不会将所有介质层完全去除干净，而是在衬底表面留下一薄层氧化硅105，以防止干法刻蚀对硅衬底造成损伤，使得器件性能衰退。故而，在干法刻蚀完成后，还需要再对该衬底进行湿法腐蚀，一则是为了去除干法刻蚀后表面残留的氧化硅介质层，二则也可以去除因曝露于空气中而在硅衬底表面形成的自然氧化层。

图1D为湿法腐蚀后的器件结构示意图。本步湿法腐蚀所用的腐蚀液通常是配比为HF∶H₂O＝1∶100的DHF湿法腐蚀液，在该腐蚀液中，由传统CVD方法形成的TEOS氧化硅层和氮化硅层的腐蚀速率较快，不易控制，结果导致其横向腐蚀较为严重。如图1D所示，一方面氮化硅层106因湿法腐蚀各向同性的特点，会发生横向腐蚀而变得较瘦，另一方面，氧化硅层105的湿法腐蚀速率要远高于氮化硅，故而，侧壁层中位于氮化硅层106下方的氧化硅层会被快速横向腐蚀，向内形成凹陷120，实验测得，该凹陷宽度平均值可达26nm左右，这必然会导致器件的漏电流增大，性能衰退。

图1E为形成源/漏极后的器件结构示意图，如图1E所示，利用多晶硅栅极及其侧壁上保留的侧壁层作为掩膜进行离子注入形成了源/漏极掺杂区107和108。其中，可以看到源/漏极到栅极间的距离与栅极侧壁层的厚度密切相关，而前面湿法腐蚀造成的侧壁层中氮化硅变瘦和氧化硅凹陷，会导致器件的源/漏极到栅极间的距离的变短。且因氮化硅和氧化硅湿法腐蚀速率较快，这一变化量无法得到精确控制，造成器件电参数的一致性和均匀性较差。

除因湿法腐蚀速率较快，侧向腐蚀严重，造成的侧壁层尺寸不易控制和易出现凹陷外，传统的TEOS氧化膜所需的生长温度也较高，与90nm以下CMOS工艺中所要求的热预算低不一致。根据按比例缩放的要求，90nm工艺以下的CMOS器件具有的结深更浅，为了将线结区外的不可接受杂质扩散降至最小，对工艺制作中的热预算必须进行严格的控制。此外，在形成栅极后，为了改善短沟道效应通常会以栅极为掩膜对衬底进行轻掺杂处理，如果后面进行的介质层生长所用的温度过高，就可能会导致该轻掺杂区域的杂质扩散至栅极下方，造成器件性能衰退。在栅极侧壁层制作工艺中，如何在保证介质层的形成质量的条件下，通过降温或者减少工艺时间使沉积介质层的热预算最小化是必须关注的重点问题之一。

申请号为200510065628.0的中国专利公开了一种形成较低湿的氮化硅侧壁层的方法，该方法为了兼顾制作侧壁层过程中的低温及抗HF酸腐蚀性强的要求，首先在较低的550℃下，使用六氯乙硅烷(HCD，Si₂Cl₆)和O₂，利用CVD方法沉积并刻蚀形成氮化硅侧壁层，因该低温下生长的氮化硅HF酸腐蚀液中腐蚀速率过快，在随后又对该氮化硅进行脉冲光照射的操作以改善其膜质量，降低其在HF腐蚀液中的腐蚀速率，从而防止了侧壁层凹陷的出现。该方法可以实现在较低温度下的介质层的沉积，也可以改善侧壁层出现凹陷的问题，但是该方法需要增加光照射的步骤，增加了工艺的复杂性，加长了生产周期，降低了生产效率。另外，光照射对被照射体是否会造成新的缺陷和应力，目前仍是未知。

发明内容

本发明提供了一种栅极侧壁层的形成方法，在不增加工艺步骤的前提下，改善了侧壁层出现凹陷的问题，提高了器件性能。

本发明提供的一种栅极侧壁层的形成方法，包括步骤：

提供表面具有至少一个栅极的衬底；

在所述衬底上形成第一介质层；

在所述第一介质层上形成第二介质层；

刻蚀所述第一和第二介质层；

对所述衬底进行湿法腐蚀处理，形成侧壁层。

其中，所述第一介质层为氧化硅层，第二介质层为氮化硅层或氮氧化硅层。

其中，形成第一介质层之前，先对所述衬底进行轻掺杂处理。并且在形成所述第一介质层与所述第二介质层步骤之间，对所述衬底进行快速热退火处理。

其中，形成所述第一或第二介质层的过程类似，分别包括步骤：

将所述衬底放入反应室内；

对所述反应室进行抽真空处理，以达到工作压力；

加热所述反应室；

向所述反应室内通入第一反应源和第二反应源。

其中，所述工作压力在0.05至3Torr之间，形成第一介质层时所述的加热温度在400至600℃之间；形成第二介质层时所述的加热温度在500至600℃之间。

其中，形成所述第一介质层时通入的第一反应源为双叔丁基氨基硅烷，第二反应源为氧气、臭氧或水蒸汽。形成所述第二介质层时通入的第一反应源为双叔丁基氨基硅烷，第二反应源为氨气。

其中，生成第一介质层或第二介质层时，所述第一反应源的流量在25sccm到500sccm之间，所述第二反应源的流量在50sccm到1000sccm。

本发明具有相同或相应技术特征的另一种晶体管的形成方法，包括步骤：

在衬底上形成至少一个栅极；

在所述衬底和栅极上形成第一介质层；

在所述第一介质层上形成第二介质层；

刻蚀所述第一和第二介质层；

对所述衬底进行湿法腐蚀处理，形成侧壁层；

以所述栅极和所述侧壁层为掩膜进行离子注入，形成源/漏区。

其中，形成第一介质层之前，先对所述衬底进行轻掺杂处理，且在形成所述第一介质层与所述第二介质层步骤之间，对所述衬底进行快速热退火处理。

其中，形成所述第一介质层是利用双叔丁基氨基硅烷和氧气，或者双叔丁基氨基硅烷和臭氧，或者双叔丁基氨基硅烷和水蒸汽为反应源，通过化气相沉积方法实现的。形成所述第二介质层是利用双叔丁基氨基硅烷和氨气；或者利用双叔丁基氨基硅烷、氧气和氨气混合为反应源，通过化气相沉积方法实现的。

其中，晶体管中所述侧壁层形成于所述栅极的侧壁上。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的栅极侧壁层的形成方法，利用BTBAS为反应源，形成氧化硅/氮化硅介质层，因其生长温度较低，生长速率较快，可以明显降低工艺制作中的热预算，有利于器件性能的提高。

本发明的栅极侧壁层的形成方法，在不增加工艺步骤的前提下，仅通过对氧化硅和氮化硅介质层工艺条件的改进，实现了其在HF腐蚀液中的腐蚀速率的减小，有效改善了侧壁层在湿法腐蚀工艺中出现凹陷，造成器件性能衰退的问题。

附图说明

图1A至1E为说明现有的栅极侧壁层形成方法的器件剖面示意图；

图2为本发明的栅极侧壁层形成方法的流程图；

图3A至3F为说明本发明的栅极侧壁层形成方法的器件剖面示意图；

图4为采用本发明方法和传统方法形成的氧化硅层的折射率测试图；

图5为采用本发明方法和传统方法形成的氮化硅层的折射率测试图；

图6是采用本发明方法和传统方法形成ON结构的栅极侧壁层的器件结特性测试图；

图7为采用本发明方法和传统方法形成ON结构的栅极侧壁层的器件电特性测试图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本发明的处理方法可被广泛地应用到许多应用中，并且可利用许多适当的材料制作，下面是通过较佳的实施例来加以说明，当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的普通技术人员所熟知的一般的替换无疑地涵盖在本发明的保护范围内。

其次，本发明利用示意图进行了详细描述，在详述本发明实施例时，为了便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，不应以此作为对本发明的限定，此外，在实际的制作中，应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为解决传统栅极侧壁层的形成过程中，沉积介质层时的热预算较大及湿法腐蚀中侧向钻蚀较为严重的问题，本发明提出了新的栅极侧壁层形成方法。采用沉积温度较低的BTBAS为反应源，通过设置合适的工艺参数，形成了生长速率快，湿法腐蚀速率低的氧化硅、氮化硅薄膜。既降低了工艺的热预算，又改善了侧壁层出现凹陷的问题，有利于器件性能的提高。

本发明的栅极侧壁层的形成方法的具体工艺步骤为：先利用反应温度较低的CVD方法，在表面具有至少一个栅极的衬底上形成第一介质层；再在该第一介质层上形成第二介质层；对该第一和第二介质层进行干法刻蚀，刻蚀时为了防止对衬底表面的损伤，在还残留部分第一介质层时就停止刻蚀；接着对该衬底进行湿法腐蚀处理，去除衬底表面残留的介质层和因曝露于空气中而在硅衬底表面形成的自然氧化层，形成栅极侧壁层。

图2为本发明的栅极侧壁层形成方法的流程图，图3A至3F为说明本发明的栅极侧壁层形成方法的器件剖面示意图。下面结合图2以及图3A至3F对本发明的栅极侧壁层形成方法进行详细说明。

首先，提供一具有至少一个栅极的衬底(S201)。图3A为形成栅极以后的器件结构示意图，如图3A所示，首先在该硅衬底上刻蚀沟槽，并填充氧化硅以形成各器件间的隔离沟槽102，再在硅衬底101上沉积厚度在10到之间的栅氧化硅层103(Gate Oxide)；接着沉积多晶硅，刻蚀形成多晶硅栅极104。在形成栅极后，以栅极为掩膜，进行浅离子注入，在对应区域110处形成浅掺杂区域(LDD，lightly doped drain)，本实施例中注入的离子为硼(B)离子。

图3B为形成第一介质层后的器件结构示意图，如图3B所示，本实施例中沉积的第一介质层为氧化硅介质层(S202)。在形成多晶硅栅极后，先沉积一层氧化硅介质层105，该氧化硅层可以实现与多晶硅栅极之间的紧密连接，其厚度可以在到

之间，如为

本实施例中，为提高氧化硅介质层的形成质量，并降低热预算，采用了所需生长温度较低的双叔丁基氨基硅烷(BTBAS)与氧气(或臭氧或水蒸汽)为反应源，利用CVD方法形成该氧化硅层。本实施例中，该步工艺的具体实施步骤和工艺参数为：将至少一片衬底放入化学气相反应室内；对反应室进行抽真空处理，当反应室压力达到一定值后，该值可在0.05至3Torr之间，如为0.5Torr、1Torr、2Torr等，对反应室进行加热，加热的温度一般可设置在400至600℃之间，如为450℃、530℃、550℃或580℃等；当到达设置温度后，向反应室内通入第一反应源BTBAS和第二反应源氧气，其中，BTBAS的流量可设置在25sccm到500sccm之间，如为50sccm、100sccm或300sccm等；氧气的流量可设置在50sccm到1000sccm之间，如为100sccm、300sccm、500sccm或800sccm等。当沉积的氧化硅层达到预计厚度后，取出该衬底片，完成氧化硅介质层的CVD沉积。

为了验证利用本发明利用BTBAS在较低温度下生长的氧化硅膜的形成质量，对在530℃下用BTBAS生长的氧化硅膜、热氧化形成的氧化硅膜以及在680℃下，用TEOS生长的氧化硅膜分别进行了折射率的测试。折射率是常用于评价膜质量的指标之一，折射率的大小很大程度上依赖于膜的组成。对于氧化硅，其折射率越接近1.49，表示膜的质量越好，氧化硅纯度越高，反之，低的折射率则意味着膜中多孔，成膜质量较差。

图4为采用本发明方法和传统方法形成的氧化硅层的折射率测试图。如图4所示，图中401为用BTBAS生长的氧化硅的折射率，为1.488；402为利用热氧化法形成的氧化硅膜，其折射率为1.47，403为利用LPCVD方法形成的TEOS氧化硅，其折射率为1.459。由以上折射率的测试结果可以证实，虽然用BTBAS生长的沉积温度较低，但其形成的氧化硅膜质量最好。

降低器件制作中的热预算，不仅包括降低工艺温度，还需考虑其工艺时间。本步工艺中，不仅沉积氧化硅时所用的温度与传统的TEOS氧化硅相比较低，且其与高温下沉积的TEOS氧化硅相比，沉积速率要快得多，大大减少了所用的沉积时间，从工艺温度和工艺时间两方面都降低了器件的热预算，对提高90nm以下工艺制作的器件的性能很有利，能够满足其对热预算方面的要求。为验证这一点，对本发明的530℃下的BTBAS氧化硅和传统的580℃下的TEOS氧化硅沉积速率进行了测试比较，结果表明利用BTBAS和氧气沉积氧化硅层的速率，其值约在30到

左右，而采用传统的TEOS和氧气为反应源沉积氧化硅层的速率，其值约在

左右，前者的沉积速率为后者的4倍以上，大大减少了沉积时间，对降低器件制作的热预算非常有利。

此外，对本发明的BTBAS氧化硅和传统TEOS氧化硅的湿法腐蚀速率也进行了比较测试。将两种氧化硅膜均放入HF∶H₂O＝1∶100的DHF湿法腐蚀液中，对其腐蚀速率进行测试，结果表明采用本发明方法，利用BTBAS和氧气形成的氧化硅层的湿法腐蚀速率，其值约在200到

左右，而采用传统的TEOS和氧气为反应源形成的氧化硅层的湿法腐蚀速率，其值约在

左右，前者的腐蚀速率要比后者低得多，这对缓解后面湿法腐蚀步骤中，因侧壁层中的氧化硅层向内横向钻蚀形成凹陷，而使器件性能衰退的现象有利。

完成该氧化硅介质层的生长后，本实施例中还对衬底进行了快速热退火处理，以激活前面形成的浅掺杂区域LDD内的杂质。在本发明的其它实施例中，该步热退火工艺还可以在氧化硅介质层生长前或者氮化硅介质层生长后进行。

图3C为形成第二介质层后的器件结构示意图，如图3C所示，本实施例中沉积的第二介质层为氮化硅介质层(S203)。为实现对多晶硅栅极的良好保护，在氧化硅介质层105上还需生长一层致密的氮化硅介质层106，其厚度在

到

之间，如为本步工艺的步骤与S202中形成氧化硅的步骤基本一致，只是将其中能与第一反应源BTBAS反应生成氧化硅的第二反应源O₂，改为了能与第一反应源BTBAS反应生成氮化硅的含氮的反应源，本实施例中采用的是NH₃。本实施例中，该步工艺的具体实施步骤和工艺参数为：将沉积了氧化硅介质层的衬底放入化学气相反应室内；对反应室进行抽真空处理，当反应室压力达到一定值后，该值可在0.05至3Torr之间，如为1Torr、2Torr等，对反应室进行加热，加热的温度一般可设置在500至600℃之间，如为530℃、550℃或580℃等；当到达设置温度后，向反应室内通入第一反应源BTBAS和第二反应源氨气，其中，BTBAS的流量可设置在25sccm到500sccm之间，如为50sccm、100sccm或300sccm等；氨气的流量可设置在50sccm到1000sccm之间，如为100sccm、300sccm、500sccm或800sccm等。

同样地，为了验证利用BTBAS在较低温度下生长的氮化硅膜的形成质量，对在550℃下，利用BTBAS生成的氮化硅膜和在650℃下，利用DSC生长的氮化硅膜分别进行了折射率的测试。对于氮化硅膜，其折射率越高，抗HF酸腐蚀能力就越强，在后面的湿法腐蚀中，侧壁层中的氮化硅层变瘦的量就越小，对源/漏极到栅极间的距离影响越小。图5为采用本发明方法和传统方法形成的氮化硅层的折射率测试图。如图5所示，图中501为利用BTBAS生成的氮化硅膜的折射率，为2.013；502为利用DSC生成的氮化硅膜的折射率，为1.958。由以上折射率的测试结果可以证实，虽然BTBAS的沉积温度较低，但其形成的氮化硅膜的反射率更高，即腐蚀速率更低，在后面的湿法腐蚀中受到的损伤会更小。为进一步验证这一点，对本发明的BTBAS氮化硅和传统DCS氮化硅的湿法腐蚀速率也进行了比较测试。将上述两种氮化硅膜均放入HF∶H₂O＝1∶100的DHF湿法腐蚀液中，对其腐蚀速率进行测试，结果表明采用本发明方法，利用BTBAS和氨气形成的氮化硅层的湿法腐蚀速率，其值约在3到

左右，而采用传统的DCS和氨气为反应源形成的氮化硅层的湿法腐蚀速率，其值约在5到

左右，前者的腐蚀速率要低于后者，这进一步验证了利用BTBAS生成的氮化硅膜在后面的湿法腐蚀申受到的损伤会更小，增加了对横向钻蚀造成的器件侧壁层尺寸的变化的可控性，对提高器件性能的一致性、均匀性有利。

为验证本发明的氮化硅介质层的生长同样对减小器件制作中的热预算有利，对本发明的550℃下的BTBAS氮化硅和传统的650℃下的DCS氮化硅沉积速率进行了测试比较，结果表明利用BTBAS和氨气沉积氮化硅层的速率，其值约在3到

左右，而采用传统的DCS和氨气为反应源沉积氮化硅层的速率，其值约在1.5到

左右，前者的沉积速率为后者的2倍以上，不仅生长温度降低了，所需的沉积时间也减少了，从两个方面确保可以降低器件制作的热预算。

本实施例中，采用BTBAS和NH₃为反应源形成了氮化硅作为第二介质层，在本发明的其他实施例中，还可以采用BTBAS为第一反应源、NH₃和氧气(或臭氧或水等)混合为第二反应源，形成由氮氧化硅组成的第二介质层。如果在形成过程中，NH₃和氧气(或臭氧或水等)间的流量比为变化的量，则还可以形成组份渐变的氮氧化硅介质层来作为第二介质层。

至此，在衬底上已沉积形成了氧化硅和氮化硅两层介质层，其在刻蚀后就可以形成常用的ON结构的栅极侧壁层。在本发明的其他实施例中，还可以在氮化硅介质层上再沉积形成一层氧化硅介质层，该层厚度可以根据器件对形成源/漏极的要求，设置在200～

左右，如

左右，其在刻蚀后形成的是另一种常用的ONO栅极侧壁层结构，该层氧化硅的形成方法与前面氧化硅的形成方法一致，不再赘述。另外，对于65nm以下的CMOS工艺，因其栅极到源/漏极间的距离进一步缩小，ON或ONO介质层的总厚度进一步减小，一般不能再采用ONO结构，只采用ON结构的介质层来刻蚀形成栅极侧壁层。

图3D为干法刻蚀介质层后的器件结构示意图，如图3D所示，各层介质层都生长完成后，利用干法刻蚀在栅极侧壁上初步形成侧壁层(S204)。因干法刻蚀的各向异性，栅极侧壁处的氧化硅/氮化硅介质层105、106会保留下来，而在栅极顶部和栅极间硅衬底表面处的介质层会被刻蚀去除。通常在本步中，为了防止干法刻蚀对硅衬底造成损伤，使得器件性能衰退，不会将所有介质层完全去除干净，而是在衬底表面留下一薄层第一介质层氧化硅105。

干法刻蚀完成后，对该衬底进行湿法腐蚀，以去除干法刻蚀未去除的氧化硅介质层和因曝露于空气中而在硅衬底表面形成的自然氧化层(S205)。图3E为湿法腐蚀后的器件结构示意图，本步湿法腐蚀所用的腐蚀液通常是配比为HF∶H2O＝1∶100的DHF湿法腐蚀液，在该腐蚀液中，因本发明方法形成的BTBAS氧化硅层和氮化硅层的腐蚀速率较慢，其与传统工艺相比，在湿法腐蚀工艺中更容易控制。如图3E所示，一方面，氮化硅层106的湿法腐蚀速率的变慢，使其在HF酸腐蚀液中受到的横向腐蚀量也相应变小了，其变瘦的程度有所减轻；另一方面，氧化硅层105的湿法腐蚀速率也明显减小，对其湿法腐蚀量的控制会更好，可实现侧壁层中的氧化硅层的钻蚀较轻，即形成的凹陷310要小得多，实验测得，利用本发明方法形成的侧壁层的凹陷宽度平均值为5nm左右，明显改善了传统工艺中的凹陷问题，有效降低了器件的漏电流。

至此，形成了本发明的栅极侧壁层。在晶体管的制作中，接着就可以利用栅极和栅极侧壁层作为掩膜，进行离子注入，形成源/漏极掺杂区(S206)。图3F为形成源/漏极后的器件结构示意图，如图3F所示，利用多晶硅栅极及其侧壁上保留的侧壁层作为掩膜进行离子注入形成了源/漏极掺杂区107和108。因本发明的侧壁层形成方法改善了侧壁层中氮化硅变瘦和氧化硅凹陷的问题，可以实现较好地控制器件的源/漏极到栅极间的距离，也就改善了器件性能的一致性和均匀性。

衡量器件性能好坏的一个重要指标的器件的结特性，尤其对于小于90nm工艺的CMOS器件，其结深较浅，需要更严格地将线结区外的不可接受杂质扩散降至最小，因而对器件制作工艺中的热预算也有更严格的要求。为证实本发明的栅极侧壁层形成方法所用的热预算更小，形成的浅结更好，对采用不同方法形成栅极侧壁层的器件的结特性进行了测试。

图6是采用本发明方法和传统方法形成ON结构的栅极侧壁层的器件结特性测试图。如图6所示，其横坐标为结深度，纵坐标为测得的杂质浓度。其中601为对采用本发明方法形成的ON结构栅极侧壁层的器件进行测试的结果曲线，602为对采用传统的680℃下的TEOS氧化硅和650℃下的DCS氮化硅组成的ON结构栅极侧壁层的器件进行测试的结果曲线，可以看到，前者的曲线更为陡峭，结特性更好。尤其对于通常关注的杂质浓度在1E+18和1E+19之间时所对应的结深，前者明显要小一些，表明其器件的结较浅，结特性更好。这对于小于90nm工艺的器件而言，尤为关键。

对于小尺寸器件，尤其对于进入65nm工艺后的集成电路，器件结构尺寸的急剧减小，可能会诱发诸多导致器件特性蜕化、失效的效应。如，当器件的沟道长度与源衬、漏衬pn结耗尽区宽度可比拟时，将产生短沟道效应。而短沟道效应的出现会使器件的工作情况变得复杂化，器件特性变差。如器件的输出阻抗变小，阈值电压随栅长度减小而急剧地下降，进一步增加亚阈值泄漏电流，结果导致器件特性的可控性很差。因而，能更好地抑制小尺寸器件中的短沟道效应是器件制作中要追求的主要目标之一。采用本发明栅极侧壁层的形成方法制作的器件，在抑制短沟道效应方面也具有一定的优势。为验证此点，对采用不同方法制备的同一芯片上不同尺寸的器件的阈值电压随饱和漏电流的变化情况进行了测试。

图7为采用本发明方法和传统方法形成ON结构的栅极侧壁层的器件电特性测试图。如图7所示，图中的横坐标为饱和漏电流，纵坐标为器件阈值电压值。图中的三角形数据点为对采用本发明方法形成栅极侧壁层的器件的饱和漏电流与阈值电压的测试结果，701曲线为该方法的数据点集合的拟合曲线；图中的菱形数据点为对采用传统的680℃下的TEOS氧化硅和650℃下的DCS氮化硅组成的ON结构栅极侧壁层的器件的饱和漏电流与阈值电压的测试结果，702曲线为该方法的数据点集合的拟合曲线。可以看到，当器件尺寸减小时，器件的饱和漏电流逐渐增大，对应地，器件的阈值电压也发生了变化。在器件尺寸较大时，器件的阈值电压随着饱和漏电流的增大而增大，但随着器件尺寸进一步减小，当这两条曲线达到顶峰后，阈值电压却随着饱和漏电流的增大而开始减小，即由此时开始，短沟道效应开始显现。众所周知，增大器件阈值电压可以增强抑制短沟道效应的作用，由图中可以看到，采用本发明形成栅极侧壁层的器件的测试曲线位于传统方法曲线的上方，其阈值电压与传统方法相比要较高，具有对短沟道效应的更强的抑制作用，使得器件的性能衰减较慢。

本实施例中，利用BTBAS为反应源，采用CVD方法形成ON结构的介质层时，是分两次完成的，即在形成氧化硅后，将衬底取出，进行了快速热退火处理，然后再进行氮化硅的生长。在本发明的其他实施例中，也可以采用合适的条件，一次性完成ON结构的介质层的生长。在一次性完成的生长中，所用的第一反应源均可选用BTBAS，所用的第二反应源在生长氧化硅时选用O₂、O₃或H₂O，生长氮化硅时选用含氮物质，如NH₃即可。

本发明的栅极侧壁层的形成方法，在不增加工艺步骤的前提下，仅通过对氧化硅和氮化硅介质层工艺条件的改进，降低了介质层的生长温度，缩短了介质层的生长时间，明显减小了工艺制作中的热预算，对器件性能的进一步提高有利。并因本发明方法形成的介质层在HF腐蚀液中的腐蚀速率较低，改善了侧壁层在湿法腐蚀工艺中易出现凹陷，造成器件性能衰退的问题。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (16)

1、一种栅极侧壁层的形成方法，其特征在于，包括步骤：

提供表面具有至少一个栅极的衬底；

利用双叔丁基氨基硅烷为第一反应源在所述衬底上形成第一介质层；

利用双叔丁基氨基硅烷为第一反应源在所述第一介质层上形成第二介质层；

刻蚀所述第一和第二介质层；

对所述衬底进行湿法腐蚀处理，形成侧壁层。

2、如权利要求1所述的形成方法，其特征在于：所述第一介质层为氧化硅层，第二介质层为氮化硅层或氮氧化硅层。

3、如权利要求1所述的形成方法，其特征在于：形成第一介质层之前，先对所述衬底进行轻掺杂处理。

4、如权利要求1或3所述的形成方法，其特征在于：在形成所述第一介质层与所述第二介质层步骤之间，对所述衬底进行快速热退火处理。

5、如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，形成所述第一或第二介质层，包括步骤：

将所述衬底放入反应室内；

对所述反应室进行抽真空处理，以达到工作压力；

加热所述反应室；

向所述反应室内通入第一反应源和第二反应源。

6、如权利要求5所述的形成方法，其特征在于：所述工作压力在0.05至3Torr之间。

7、如权利要求5所述的形成方法，其特征在于：形成第一介质层时所述的加热温度在400至600℃之间；形成第二介质层时所述的加热温度在500至600℃之间。

8、如权利要求5所述的形成方法，其特征在于：形成所述第一介质层时的第二反应源为氧气、臭氧或水蒸汽。

9、如权利要求5所述的形成方法，其特征在于：形成所述第二介质层时的第二反应源为氨气。

10、如权利要求5所述的形成方法，其特征在于：所述第一反应源的流量在25sccm到500sccm之间，所述第二反应源的流量在50sccm到1000sccm。

11、一种晶体管的形成方法，其特征在于，包括步骤：

在衬底上形成至少一个栅极；

利用双叔丁基氨基硅烷为第一反应源在所述衬底和栅极上形成第一介质层；

利用双叔丁基氨基硅烷为第一反应源在所述第一介质层上形成第二介质层；

刻蚀所述第一和第二介质层；

对所述衬底进行湿法腐蚀处理，形成侧壁层；

以所述栅极和所述侧壁层为掩膜进行离子注入，形成源/漏区。

12、如权利要求11所述的形成方法，其特征在于：形成第一介质层之前，先对所述衬底进行轻掺杂处理。

13、如权利要求11或12所述的形成方法，其特征在于：在形成所述第一介质层与所述第二介质层步骤之间，对所述衬底进行快速热退火处理。

14、如权利要求11所述的形成方法，其特征在于：形成所述第一介质层时，还利用了氧气或臭氧或水蒸汽为第二反应源，通过化学气相沉积方法实现。

15、如权利要求11所述的形成方法，其特征在于：形成所述第二介质层时，还利用了氨气或者氧气和氨气混合为第二反应源，通过化学气相沉积方法实现。

16、如权利要求11所述的形成方法，其特征在于：所述侧壁层位于所述栅极的侧壁上。

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