CN102487003A

CN102487003A - 辅助侧墙的形成方法

Info

Publication number: CN102487003A
Application number: CN2010105693963A
Authority: CN
Inventors: 何永根
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2030-12-01
Also published as: CN102487003B

Abstract

本发明提供一种辅助侧墙的形成方法，包括：提供衬底，所述衬底上形成有栅极；氧化所述衬底表面及栅极表面，在所述衬底表面以及栅极表面形成第一氧化层；对所述第一氧化层进行氮离子掺杂工艺；在所述第一氧化层上形成第二氧化层；刻蚀所述第二氧化硅层和第一氧化硅层在所述栅极的两侧形成辅助侧墙。本发明通过对第一氧化层进行氮化，使所述第一氧化层内尤其是上表面内形成氮化物，所述氮化物可以作为第二氧化层和第一氧化层的界面，用于判断刻蚀进程，避免因过刻蚀第一氧化层至衬底，对所述衬底造成损伤的问题。

Description

辅助侧墙的形成方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种辅助侧墙的形成方法。

背景技术

金属氧化物半导体晶体管包括栅极及位于所述栅极两侧衬底中的源区、漏区，所述栅极两侧的衬底表面还形成有侧墙。专利号为US6977184B1的美国专利公开了一种侧墙的形成工艺。

图1至图4为现有技术中一种侧墙的形成方法结构示意图，包括：如图1所示，提供衬底001，所述衬底001表面形成有栅极结构，所述栅极结构包括栅极介质层002及位于栅极介质层002上的栅极003，所述衬底001内形成隔离区(未图示)，用以有源器件之间的隔离。

如图2所示，以所述栅极结构为掩膜，对位于所述栅极结构两侧的衬底001进行离子注入，在衬底001内形成轻掺杂源区和轻掺杂漏区004。如图3所示，在所述衬底001和栅极003表面形成氧化层010。

如图4所示，回刻所述氧化层010，形成位于栅极结构表面的侧墙020。形成所述侧墙020后，还包括以所述侧墙020为掩膜，对所述轻掺杂源区和轻掺杂漏区004进行重掺杂，形成重掺杂源区和重掺杂漏区。

如图2所示，以所述栅极结构为掩膜，对所述衬底001进行掺杂形成轻掺杂源区和轻掺杂漏区时，注入的离子会扩散进入位于栅极结构下方的衬底001，影响所述衬底内的沟道性能。所以一般形成所述栅极结构后，在所述栅极结构表面上形成辅助侧墙，再以形成有辅助侧墙的栅极结构为掩膜，对衬底进行轻掺杂，所述离子注入区和栅极下的衬底间形成有一定得间隔，避免影响衬底内的沟道性能。

现有技术形成辅助侧墙的工艺为：首先提供如图1所示的半导体结构，具体结构可参考前述；如图5所示，接着对所述衬底001表面和栅极003表面进行氧化，形成第一氧化层031，使得后续形成的材料与衬底001有良好的接触表面；接着在所述第一氧化层031上形成第二氧化层032；如图6所示，依次回刻所述第二氧化层032和第一氧化层031，在所述栅极结构表面形成辅助侧墙030。

但是上述方法形成的半导体器件的良率低。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术中刻蚀氧化层形成辅助侧墙时，对所述氧化层过刻蚀导致衬底损伤的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种形成辅助侧墙的方法，包括：

提供衬底，所述衬底表面形成有栅极；

氧化所述衬底表面及栅极表面，在所述衬底表面以及栅极表面形成第一氧化层；

对所述第一氧化层进行氮离子掺杂工艺；

在所述第一氧化层表面形成第二氧化层；

刻蚀所述第二氧化硅层和第一氧化硅层在所述栅极的两侧形成辅助侧墙。

可选的，所述氮离子掺杂工艺为氮离子注入或者含氮气体氛围下的退火。

可选的，所述氮离子注入为去耦等离子体氮注入工艺，低温等离子氮处理工艺或者远程等离子体氮处理工艺。

可选的，所述氮离子注入工艺中的反应气体为氮气、氨气、一氧化二氮和氧化亚氮的一种或组合。

可选的，所述含氮气体为氮气、氨气、一氧化二氮和氧化亚氮的一种或组合。

可选的，所述氮离子注入工艺的反应气体为氮气，所述氮气的流量为200sccm～500sccm。

可选的，所述氮离子注入的工艺参数包括：所述氮离子的注入剂量为1E14～1E16atom/cm²，注入能量为200ev～10Kev，注入角度为0～60度。

可选的，所述氮离子掺杂工艺包括首先对所述第一氧化层进行氮离子掺杂工艺，接着对经过氮离子注入的第一氧化层进行退火。

可选的，所述退火环境的温度范围为500℃～1100℃，所述腔室压强为1Torr～780Torr。

可选的，所述第一氧化层的厚度范围为10～100埃。

可选的，所述第二氧化层的厚度范围为10～100埃。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明通过对第一氧化层进行氮离子掺杂，使所述第一氧化层内尤其是上表面内形成有氮化物，所述氮化物可以作为第二氧化层和第一氧化层的界面，用于判断刻蚀进程，避免因过刻蚀第一氧化层至衬底，对所述衬底造成损伤的问题。

附图说明

图1至图6是现有技术的辅助侧墙形成方法的结构示意图；

图7为本发明一个实施例的辅助侧墙形成方法流程示意图；

图8至图13是本发明一个实施例的辅助侧墙形成方法的结构示意图。

具体实施方式

对于采用现有技术刻蚀氧化层形成辅助侧墙，形成的半导体器件的良率较低，发明人发现，是因为第二氧化层032和第一氧化层031材料相同，均为氧化硅材料，且通过热氧化形成的第一氧化层031过薄，只有几个埃，所以在刻蚀所述第二氧化层032和第一氧化层031形成辅助侧墙时，常常过刻蚀至衬底001，对衬底001造成损伤，进一步地，对衬底001内形成的源区和漏区的电学性能造成影响，降低半导体器件的良率。

解决上述问题，本发明提供一种形成辅助侧墙的方法，包括：提供衬底，所述衬底表面形成有栅极，所述栅极两侧的衬底内形成有源区和漏区；氧化所述源区和漏区表面及栅极表面，在所述源区和漏区表面以及栅极表面形成第一氧化层；对所述第一氧化层进行氮化工艺；在所述第一氧化层上形成第二氧化层；刻蚀所述第二氧化硅层和第一氧化硅层在所述栅极的周围形成辅助侧墙。

图7为本发明一个实施例的辅助侧墙形成方法的流程示意图，所述辅助侧墙的形成方法包括：

步骤S1，提供衬底，所述衬底表面形成有栅极结构；

步骤S2，通过热氧化工艺，在所述衬底表面以及栅极结构表面形成第一氧化层；

步骤S3，对所述第一氧化层进行氮离子掺杂工艺；

步骤S4，在所述第一氧化层表面形成第二氧化层；

步骤S5，回刻所述第二氧化层和第一氧化层在所述栅极结构的两侧形成辅助侧墙。

为了使本领域技术人员更好的理解本发明，下面结合附图以及具体实施例进行详细说明本发明一个实施例的辅助侧墙形成方法。

图8至图12是本发明一个实施例的辅助侧墙形成方法的结构示意图。

如图8所示，提供衬底100，所述半导体衬底100可以是硅或硅锗，也可以是绝缘体上硅(SOI)，或者还可以包括其它的材料，例如砷化镓等III-V族化合物。所述衬底100内还形成有隔离结构(未图示)，用于隔离后续形成的有源区。

所述衬底100上还形成有栅极结构，所述栅极结构包括栅极介质层210及位于所述栅极介质层210上的栅极220。

如图9所示，在所述衬底100表面和栅极结构的表面形成第一氧化层310，所述第一氧化层310的形成工艺为热氧化工艺。所述热氧化工艺可以在高温炉内执行。所述第一氧化层310通过热氧化工艺在衬底100表面和栅极结构表面形成，具有很好的光滑平整度，与后续形成的材料可以形成有良好的界面。所述第一氧化层310的厚度范围为10～100埃。

作为一个实施例，可以750℃～1200℃范围内加热所述衬底100；并同时以15000～27000sccm的流量将氧气通入所述衬底100所在的腔室内，氧化所述衬底100的源区和漏区表面、以及栅极结构的表面。所述衬底100表面及栅极结构表面的硅在750℃～1200℃范围内加热被氧化生成第一氧化层310，反应原理为：O+Si→SiO₂。

本实施例中，所述热氧化工艺的氧化温度为900℃，所述氧气的流量为20000sccm，通过所述热氧化工艺，在所述衬底100上形成的所述第一氧化层310的厚度为50埃。

如图10所示，对所述第一氧化层310进行氮离子掺杂工艺，经过所述氮离子掺杂工艺，所述第一氧化层310的表面形成有氮化物，所述氮化物可以为氮化硅或其他氮化物，所述氮化物可以作为后期形成的第二氧化层和所述第一氧化层310的界面，可以区别判断所述掺杂有氮离子的第一氧化物和后续形成的未形成有氮化物的第二氧化物，防止对第二氧化层进行刻蚀的时候，造成对第一氧化层的过刻蚀，精确刻蚀进程，较佳的控制刻蚀进程，提高半导体器件的性能。

具体地，所述氮离子掺杂工艺为氮离子注入或者含氮气体氛围下的退火。其中，所述氮离子注入为去耦等离子体氮注入工艺，低温等离子氮处理工艺或者远程等离子体氮处理工艺。

作为其他实施例，所述氮离子掺杂还可以在含氮气体氛围下进行退火，所述含氮气体可以为氮气、氨气、一氧化二氮和氧化亚氮的一种或组合。所述退火氛围中还掺杂有惰性气体。

本实施例中，所述氮离子掺杂工艺为氮离子注入。所述氮离子注入工艺中的反应气体为氮气、氨气、一氧化二氮和氧化亚氮的一种或组合。所述反应气体中还掺杂有惰性气体。

作为一个实施例，所述氮离子注入的反应气体为氮气，所述氮气的流量为200sccm～500sccm。所述氮离子注入的工艺参数还包括：所述氮离子的注入剂量为1E14～1E16atom/cm²，注入能量为200ev～10Kev，注入角度为0～60度。

优选地，所述氮离子注入的氮气流量为400sccm，电离化后的氮离子的注入能量为5Kev，氮离子注入剂量为1E15atom/cm²，注入角度为0度。

上述步骤通过对第一氧化层310进行氮离子掺杂，使所述第一氧化层310内尤其是上表面内形成有氮化物，所述氮化物可以作为第二氧化层320和第一氧化层310的界面，用于判断刻蚀进程，避免因过刻蚀第一氧化层310至衬底100，对所述衬底100造成损伤的问题。

具体地，可以在进行刻蚀第二氧化层320时，进行离子种类的判断，若发现有氮离子成分，则放缓刻蚀进程，以对第一氧化层310进行刻蚀，如降低刻蚀速率和刻蚀功率，以避免对第一氧化层310过刻蚀至衬底100，对衬底100造成损伤。

所述氮化工艺具体还包括在对所述第一氧化层310进行氮离子注入后，接着对所述注入有氮离子的第一氧化层310进行退火，退火的目的是消除膜层内部，包括第一氧化层310的缺陷和内应力，减小电阻率。其原理是薄膜内的原子会在热作用下进行重新分布而使得缺陷消失。

具体地，所述退火环境的温度范围为500℃～1100℃，所述腔室压强为1Torr～780Torr。其中，所述退火工艺可以为原位退火或者非原位退火。

优选地，所述退火工艺为原位退火，以简化工艺流程，节省工艺成本。所述退火环境的温度范围为800℃，所述腔室压强为80Torr。

本实施例中，所述氮离子掺杂工艺为氮离子注入，作为其他实施例，还可以为含氮气体氛围下的退火中的一种或组合，此处就不详细叙述。

如图11所示，在所述第一氧化层310上形成第二氧化层320，形成所述第二氧化层320的方法为化学气相沉积法。所述第二氧化层320的厚度范围为10～100埃。

如图12所示，刻蚀所述第二氧化层320和第一氧化层310，在所述栅极结构表面形成辅助侧墙400。其中，所述刻蚀工艺为回刻工艺。由于所用的各向异性刻蚀工具使用离子溅射掉了绝大部分的氧化层材料，故回刻不需要掩膜，当栅极表面暴露出后，停止回刻，但并不是所有的氧化层都被去掉了，栅极的侧壁上保留了部分氧化层，从而在栅极的两侧形成了辅助侧墙400。

如图13所示，形成了所述辅助侧墙400后，以所述辅助侧墙400为掩膜，对所述衬底100进行轻掺杂，形成位于所述栅极结构两侧的轻掺杂源区和轻掺杂漏区。此处就不详细叙述。

本发明通过对第一氧化层310进行氮离子掺杂，使所述第一氧化层310内尤其是上表面内形成有氮化物，所述氮化物可以作为第二氧化层320和第一氧化层310的界面，用于判断刻蚀进程，避免因过刻蚀第一氧化层310至衬底100，对所述衬底100造成损伤的问题。

以上所述仅为本发明的具体实施例，为了使本领域技术人员更好的理解本发明的精神，然而本发明的保护范围并不以该具体实施例的具体描述为限定范围，任何本领域的技术人员在不脱离本发明精神的范围内，可以对本发明的具体实施例做修改，而不脱离本发明的保护范围。

Claims

1.一种辅助侧墙的形成方法，其特征在于，包括：

提供衬底，所述衬底表面形成有栅极；

对所述第一氧化层进行氮离子掺杂工艺；

在所述第一氧化层表面形成第二氧化层；

刻蚀所述第二氧化硅层和第一氧化硅层在所述栅极两侧形成辅助侧墙。

2.如权利要求1所述辅助侧墙的形成方法，其特征在于，所述氮离子掺杂工艺为氮离子注入或者含氮气体氛围下的退火。

3.如权利要求2所述辅助侧墙的形成方法，其特征在于，所述氮离子注入为去耦等离子体氮注入工艺，低温等离子氮处理工艺或者远程等离子体氮处理工艺。

4.如权利要求3所述辅助侧墙的形成方法，其特征在于，所述氮离子注入工艺中的反应气体为氮气、氨气、一氧化二氮和氧化亚氮的一种或组合。

5.如权利要求2所述辅助侧墙的形成方法，其特征在于，所述含氮气体为氮气、氨气、一氧化二氮和氧化亚氮的一种或组合。

6.如权利要求4所述辅助侧墙的形成方法，其特征在于，所述氮离子注入工艺的反应气体为氮气，所述氮气的流量为200sccm～500sccm。

7.如权利要求2所述辅助侧墙的形成方法，其特征在于，所述氮离子注入的工艺参数包括：所述氮离子的注入剂量为1E14～1E16atom/cm²，注入能量为200ev～10Kev，注入角度为0～60度。

8.如权利要求1所述辅助侧墙的形成方法，其特征在于，所述氮离子掺杂工艺包括首先对所述第一氧化层进行氮离子掺杂工艺，接着对经过氮离子注入的第一氧化层进行退火。

9.如权利要求8所述辅助侧墙的形成方法，其特征在于，所述退火环境的温度范围为500℃～1100℃，所述腔室压强为1Torr～780Torr。

10.如权利要求1所述辅助侧墙的形成方法，其特征在于，所述第一氧化层的厚度范围为10～100埃。

11.如权利要求1所述辅助侧墙的形成方法，其特征在于，所述第二氧化层的厚度范围为10～100埃。