CN103165464B - 采用e-SiGe的PMOS制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用e-SiGe的PMOS制造方法,包括:提供形成有栅极的N型衬底,在所述N型衬底上将要形成P型源漏区PSD的部分刻蚀出凹槽;在所述凹槽中外延生长出SiGe层,所述SiGe层的高度高于所述衬底;对所述SiGe层进行离子束方向与晶圆表面法线方向呈角度的P型预离子注入;对PMOS区域进行离子注入,形成PSD。本发明在进行通常的PSD离子注入之前,额外的对SiGe层进行离子束方向与晶圆表面法线方向呈角度的预离子注入,该呈角度的预离子注入可以将P型离子注入进侧栅极的主侧墙底部的SiGe层区域中,从而弥补了后期PSD离子注入过程中,P型离子无法注入到主侧墙底部的SiGe层区域的问题,进而降低了PSD电阻,增强PMOS器件性能。

Description

采用e-SiGe的PMOS制造方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术,特别涉及一种采用e-SiGe的PMOS制造方法。
背景技术
目前,在CMOS(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor,互补金属氧化物半导体)制造技术中,e-SiGe(embeddedSiGe,嵌入硅锗)在沟道区域中加入压应力(compressivestress)使得PMOS(P-Metal-Oxide-Semiconductor,P型金属氧化物半导体)的性能得到明显改善的技术已经被广泛应用。当前,对于e-SiGe技术来说无论是对e-SiGe自身还是e-SiGe与PMOS之间的兼容来说都还有许多挑战,如对于e-SiGe自身来说的高Ge含量问题和缺陷控制问题等,以及对于e-SiGe与PMOS之间如何兼容方面的应力接近(stressproximity)问题、e-SiGe形状问题以及热相容性(thermalcompatibility)问题等。另一个重大挑战是随着半导体器件尺寸的减小,从接触极(contact)到栅极(gate)的串联电阻也在不断的减少,从而需要开始考虑PMOS衬底的扩散深度Xj(junctiondepth)对轻掺杂漏区(LDD,LightlyDopedDrain)电阻Rs的影响,以及硅化物厚度对Rs的影响。
现有的一种采用e-SiGe的PMOS制造方法如图1至图5所示。其过程如下。
如图1所示,在已经形成有栅极200的N型衬底100上将要形成PSD(P型源漏区)的部分刻蚀出横截面呈钻石形状(Diamond-shaped)或者横截面边缘呈“∑”形状的凹槽110。
如图2所示,在所述凹槽110中外延生长出SiGe层120,所述SiGe层120的高度高于衬底100。
如图3所示,去除栅极200的侧墙牺牲层210,侧墙牺牲层210材料可采用SiN材料。
如图4所示,在栅极200两侧形成主侧墙(mainspacer)220。
如图5所示,在SiGe层120上进行PSD(P型源漏区)离子注入,如B(硼)离子注入,形成PSD。
如图5所示,上述现有引入e-SiGe的PMOS制造方法中,由于主侧墙220底部对SiGe层120的阻挡(如图5中虚线所示),导致了P型离子(如B离子)无法注入到主侧墙220底部的SiGe层120区域(图5中虚线区域)。这样将增加PSD的电阻值,从而影响PMOS器件性能。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种新的采用e-SiGe的PMOS制造方法,以降低PSD电阻,并增强PMOS器件性能。
本发明的技术方案是这样实现的:
一种采用e-SiGe的PMOS制造方法,包括:
提供形成有栅极的N型衬底,在所述N型衬底上将要形成PSD的部分刻蚀出凹槽;
在所述凹槽中外延生长出SiGe层,所述SiGe层的高度高于所述衬底;
对所述SiGe层进行离子束方向与晶圆表面法线方向呈角度的P型预离子注入;
在SiGe层上进行离子注入,形成PSD。
进一步,在所述凹槽中外延生长出SiGe层之后,对所述SiGe层进行预离子注入之前,还包括步骤:
去除所述栅极的侧墙牺牲层;
在栅极两侧形成主侧墙。
进一步,所述预离子注入过程采用低能离子束,离子束的方向与晶圆表面法线方向呈2~20°角。
进一步,所述预离子注入中,注入的离子为B+或者BF2 +,剂量为1×1014~1×1015cm-2,离子束能量为500eV~3000eV。
进一步,所述PSD离子注入为B+注入。
从上述方案可以看出,本发明在进行PSD离子注入之前,额外的对SiGe层进行离子束方向与晶圆表面法线方向呈角度的预离子注入,该呈角度的预离子注入可以将P型离子注入进主侧墙底部的SiGe层区域中,从而弥补了后期PSD离子注入过程中,P型离子无法注入到主侧墙底部的SiGe层区域的问题,进而降低了PSD电阻,增强PMOS器件性能。
附图说明
图1至图5为现有的一种采用e-SiGe的PMOS制造方法时半导体器件结构变化示意图;
图6为本发明采用e-SiGe的PMOS制造方法的总流程图;
图7为本发明采用e-SiGe的PMOS制造方法第一实施例流程图;
图8为所述第一实施例中半导体器件结构变化的第一示意图;
图9为所述第一实施例中半导体器件结构变化的第二示意图;
图10A为所述第一实施例中进行预离子注入的第一示意图;
图10B为所述第一实施例中进行预离子注入的第二示意图;
图11为所述第一实施例中进行离子注入的示意图;
图12为本发明采用e-SiGe的PMOS制造方法第二实施例流程图;
图13为所述第二实施例中半导体器件结构变化的第一示意图;
图14为所述第二实施例中半导体器件结构变化的第二示意图;
图15为所述第二实施例中半导体器件结构变化的第三示意图;
图16为所述第二实施例中半导体器件结构变化的第四示意图;
图17A为所述第二实施例中进行预离子注入的第一示意图;
图17B为所述第二实施例中进行预离子注入的第二示意图;
图18为所述第二实施例中进行离子注入的示意图。
附图中,各标号所代表的部件如下:
100、N型衬底,110、凹槽,120、SiGe层,130、轻离子注入区,140、PSD,200、栅极,210、侧墙牺牲层,220、主侧墙
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下参照附图并举实施例,对本发明作进一步详细说明。
如图6所示,本发明提供的采用e-SiGe的PMOS制造方法,其过程包括:
步骤A:提供形成有栅极的N型衬底,在所述N型衬底上将要形成P型源漏区PSD的部分刻蚀出凹槽;
步骤B:在所述凹槽中外延生长出SiGe层,所述SiGe层的高度高于所述衬底;
步骤C:对所述SiGe层进行离子束方向与晶圆表面法线方向呈角度的P型预离子注入;
步骤D:在SiGe层上进行离子注入,形成PSD。
其中,在所述凹槽中外延生长出SiGe层之后,对所述SiGe层进行预离子注入之前,即步骤B、步骤C之间,还可以包括步骤:
步骤E:去除所述栅极的侧墙牺牲层;
步骤F:在栅极两侧形成主侧墙。
以下具体对上述采用e-SiGe的PMOS制造方法进行阐述。
如图7所示并参照图8至图13,本发明的采用e-SiGe的PMOS制造方法的一个实施例包括以下过程。
步骤1:如图8所示,提供形成有栅极200的N型衬底100,所述栅极200设有主侧墙220,在所述N型衬底100上将要形成PSD的部分刻蚀出凹槽110。
凹槽110横截面可以呈钻石形状(Diamond-shaped)(参见文献A28nmpoly/SiONCMOStechnologyforlow-powerSoCapplications,2011SymposiumonVLSITechnology-DigestofTechnicalPapers(June2011),pg.38-39)或者横截面边缘呈“∑”形状(参见文献Highperformance30nmgatebulkCMOSfor45nmnodewith∑-shapedSiGe-SD,ElectronDevicesMeeting,2005.IEDMTechnicalDigest.IEEEInternational,IssueDate:5-5Dec.2005,Onpage(s):4pp.-240),凹槽110一般采用如下方法形成:首先用RIE(反应离子刻蚀)干法刻蚀出保龄球形(bowling)的凹槽,再用TMAH(四甲基胺)或者NH4OH(氨水)来进行横向和纵向的进一步刻蚀。利用湿法刻蚀对单晶硅(100)、(110)以及(111)面的高选择性,最后刻蚀出上述横截面呈钻石形状或者横截面边缘呈“∑”形状的凹槽。
作为一个具体的实施例,主侧墙220材料为SiN。
步骤2:如图9所示,在所述凹槽110中外延生长出SiGe层120,并且所述SiGe层120的高度高于所述衬底100。
作为一个具体的实施例,外延生长SiGe层120的工艺参数为:温度500~750℃,DCS(二氯硅烷)或者SiH4(硅烷)流量20~100sccm,HCl(氯化氢)流量40~200sccm,H2(氢气)流量20~40slm,GeH4(锗烷)流量10~50sccm。如果进行原位B(硼)掺杂的话,则通入流量为20~200sccm的B2H6(乙硼烷),如果不进行原位B掺杂的话,则不需要通入B2H6
步骤3:如图10A、图10B所示,对所述SiGe层120进行离子束方向与晶圆表面法线方向呈角度的P型预离子注入(即图10中的Pre-IMP),在所述SiGe层120表面形成轻离子注入区130。
该步骤中,预离子注入过程采用低能离子束,离子束的方向与晶圆表面法线方向呈2~20°角,具体可进一步选择2°、4°、6°、7°、9°、11°、13°、15°、16°、19°以及20°等角度,在预离子注入过程中还可以根据需要进行角度的适当调整,注入的离子为B+或者BF2 +,剂量为1×1014~1×1015cm-2,离子束能量为500eV~3000eV。
如图10A、图10B所示,预离子注入过程中,采用离子束与SiGe层120外延表面方向呈角度的方式可以使得注入的B+或者BF2 +离子能够沿着注入方向注入进主侧墙220底部的SiGe层120区域中,使得预离子注入过程产生的轻离子注入区130延伸至主侧墙220的底部,这样将减小处于主侧墙220底部的轻离子注入区130的电阻,并且不会引起SiGe层120应力的降低。
步骤4:如图11所示,对PMOS区域上进行离子注入,形成PSD140。
作为一个具体实施方式,所述离子注入为B离子注入,具体来说,注入离子为B+或者BF2 +,剂量为1×1015~2×1015cm-2,离子束能量为1~8KeV。
如图12所示并参照图13至图18,本发明的采用e-SiGe的PMOS制造方法的另一实施例包括以下过程。
步骤1:如图13所示,提供形成有栅极200的N型衬底100,所述栅极200设有侧墙牺牲层210,在所述N型衬底100上将要形成PSD的部分刻蚀出横截面呈钻石形状或者横截面边缘呈“∑”形状的凹槽110。此步骤同本发明第一实施例的步骤1相同,不再赘述。
步骤2:如图14所示,在所述凹槽110中外延生长出SiGe层120,并且所述SiGe层120的高度高于所述衬底100。此步骤同本发明第一实施例的步骤2相同,不再赘述。
步骤3:如图15所示,去除栅极200的侧墙牺牲层210。
作为一个具体的实施例,去除侧墙牺牲层210可采用湿法蚀刻的方法,采用热磷酸(HPO)对侧墙牺牲层210进行刻蚀。
步骤4:如图16所示,在栅极200两侧形成主侧墙220。此步骤采用现有技术即可实现,不再赘述。
步骤5:如图17A、图17B所示,对所述SiGe层120进行离子束方向与晶圆表面法线方向呈角度的预离子注入(即图17中的Pre-IMP),在所述SiGe层120表面形成轻离子注入区130。
该步骤中,预离子注入过程采用低能离子束,离子束的方向与晶圆表面法线方向呈2~20°角,具体可进一步选择2°、4°、6°、7°、9°、11°、13°、15°、16°、19°以及20°等角度,在预离子注入过程中还可以根据需要进行角度的适当调整,注入的离子为B+或者BF2 +,剂量为1×1014~1×1015cm-2,离子束能量为500eV~3000eV。
如图17A、图17B所示,预离子注入过程中,采用离子束与SiGe层120外延表面方向呈角度的方式可以使得注入的B+或者BF2 +离子能够沿着注入方向注入进主侧墙220底部的SiGe层120区域中,使得预离子注入过程产生的轻离子注入区130延伸至主侧墙220的底部,这样将减小处于主侧墙220底部的轻离子注入区130的电阻,并且不会引起SiGe层120应力的降低。
步骤6:如图18所示,对PMOS区域进行离子注入,形成PSD140。此步骤同本发明第一实施例的步骤4相同,不再赘述。
由上述本发明的方法可以看出,由于在进行PSD离子注入之前,对SiGe层进行离子束方向与晶圆表面法线方向呈角度的预离子注入,从而将P型离子(如B+离子)注入进主侧墙220底部的SiGe层120区域中,形成轻离子注入区130。这样,由于轻离子注入区130的存在,便弥补了后期PSD离子注入过程中,P型离子无法注入到主侧墙220底部的SiGe层120区域的问题,进而降低了PSD电阻,增强了PMOS器件性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (3)

1.一种采用e-SiGe的PMOS制造方法,其特征在于,包括:
提供形成有栅极的N型衬底,所述栅极设有侧墙牺牲层,在所述N型衬底上将要形成P型源漏区PSD的部分刻蚀出凹槽;
在所述凹槽中外延生长出SiGe层,所述SiGe层的高度高于所述衬底;
去除所述栅极的侧墙牺牲层;
在栅极两侧形成主侧墙;
对所述SiGe层进行离子束方向与晶圆表面法线方向呈角度的P型预离子注入;
对PMOS区域进行离子注入,形成PSD;其中,
所述预离子注入过程采用低能离子束,离子束的方向与晶圆表面法线方向呈2~20°角,使得注入的离子能够沿着注入方向注入进主侧墙底部的SiGe层区域中,使得预离子注入过程产生的轻离子注入区延伸至主侧墙的底部。
2.根据权利要求1所述的采用e-SiGe的PMOS制造方法,其特征在于,所述预离子注入中,注入的离子为B+或者BF2 +,剂量为1×1014~1×1015cm-2,离子束能量为500eV~3000eV。
3.根据权利要求1所述的采用e-SiGe的PMOS制造方法,其特征在于,所述PSD离子注入为B+注入。
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