CN104064462A - 半导体器件制造方法 - Google Patents
半导体器件制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104064462A CN104064462A CN201310086993.4A CN201310086993A CN104064462A CN 104064462 A CN104064462 A CN 104064462A CN 201310086993 A CN201310086993 A CN 201310086993A CN 104064462 A CN104064462 A CN 104064462A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gate
- grid
- device manufacturing
- stack structure
- semi
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 45
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 44
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 89
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 72
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 36
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 20
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims description 18
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 13
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 12
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 9
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 7
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims description 7
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 7
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims description 5
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 18
- 101000658644 Homo sapiens Tetratricopeptide repeat protein 21A Proteins 0.000 description 13
- 102100034913 Tetratricopeptide repeat protein 21A Human genes 0.000 description 13
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 7
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 6
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 6
- 238000000038 ultrahigh vacuum chemical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 5
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 4
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 4
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 4
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 4
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 4
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 3
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- -1 oxygen alkane Chemical class 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005872 GeSb Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003855 HfAlO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004129 HfSiO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910020684 PbZr Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TZHYBRCGYCPGBQ-UHFFFAOYSA-N [B].[N] Chemical compound [B].[N] TZHYBRCGYCPGBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CKUAXEQHGKSLHN-UHFFFAOYSA-N [C].[N] Chemical compound [C].[N] CKUAXEQHGKSLHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000347 anisotropic wet etching Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005380 borophosphosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000000962 organic group Chemical group 0.000 description 1
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
- H01L29/66568—Lateral single gate silicon transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
- H01L21/266—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation using masks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
- H01L29/66545—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET using a dummy, i.e. replacement gate in a process wherein at least a part of the final gate is self aligned to the dummy gate
Abstract
本发明公开了一种半导体器件制造方法，包括：在衬底上形成上窄下宽的栅极堆叠结构；以栅极堆叠结构为掩模，对衬底进行第一次离子注入，在衬底中同时形成源漏延伸区与源漏区。依照本发明的半导体器件制造方法，利用特殊的栅极堆叠结构实现单次离子注入，从而简便、高效、低成本的实现LDD结构的制造，简化了工艺，提高了器件可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造领域，更具体地，涉及一种简便、低成本形成LDD结构的半导体器件制造方法。
背景技术
随着传统MOSFET器件持续按比例缩小，单一深度/浓度的源漏区已经难以满足器件电学性能的需要。为了抑制短沟道效应，特别是漏感应势垒降低的效应，当前的小尺寸器件往往采用轻掺杂源漏（LDD）结构。
通常的LDD结构制作流程如下：在衬底上形成栅极堆叠；以栅极堆叠为掩模进行源漏第一次离子注入，注入能量较小、掺杂剂剂量较小，使得在栅极堆叠两侧的衬底中形成了结深小的低浓度掺杂区（LDD，也称作源漏扩展区）；随后在栅极堆叠两侧的衬底上沉积并且刻蚀形成栅极侧墙；以栅极侧墙为掩模进行第二次离子注入，注入能量较大、掺杂剂剂量较大，在栅极侧墙两侧的衬底中形成了结深大的高浓度掺杂区，用作最终器件的源漏区。优选地，每次或者单次离子注入之后还执行退火，以激活掺杂离子。
在上述形成LDD结构的工艺过程中，由于需要两次离子注入，离子注入参数控制较难。此外，器件需要在多个反应腔室（注入-沉积-刻蚀-注入）内流转，增大了工艺条件精确控制的难度并且耗费了大量的时间成本。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种创新性的半导体器件制造方法，利用特殊的栅极堆叠结构实现单次离子注入，从而简便、高效、低成本的实现LDD结构的制造，简化了工艺，提高了器件可靠性。
实现本发明的上述目的，是通过提供一种半导体器件制造方法，包括：在衬底上形成上窄下宽的栅极堆叠结构；以栅极堆叠结构为掩模，对衬底进行第一次离子注入，在衬底中同时形成源漏延伸区与源漏区。
其中，形成上窄下宽的栅极堆叠结构的步骤进一步包括：在衬底上形成栅极绝缘层和栅极材料层；图形化栅极材料层，形成栅极材料层图形；在栅极材料层图形侧面的栅极绝缘层上形成第一栅极侧墙；去除未被第一栅极侧墙覆盖的部分栅极绝缘层；去除第一栅极侧墙。
其中，栅极绝缘层包括氧化硅、氮氧化硅、高k材料及其组合。
其中，栅极材料层包括多晶硅、非晶硅、非晶锗、非晶碳、金属及其组合。
其中，采用湿法腐蚀去除第一栅极侧墙。
其中，第一次离子注入之后，进一步包括步骤：在栅极堆叠结构侧面形成第二栅极侧墙；在整个器件上形成层间介质层；去除栅极堆叠结构，在层间介质层中留下栅极沟槽；在栅极沟槽中形成最终栅极堆叠结构。
其中，形成第二栅极侧墙之前进一步包括：部分去除栅极绝缘层，使得栅极材料层图形宽度大于等于栅极绝缘层图形宽度。
其中，形成第二栅极侧墙之后、形成层间介质层之前，进一步包括：在源漏区中和/或上形成金属硅化物。
其中，形成栅极沟槽之后进一步包括：执行第二次离子注入，调节衬底浓度以及阈值电压。
其中，栅极堆叠结构为伪栅极堆叠结构，最终栅极堆叠结构包括高k材料的栅极绝缘层、栅极功函数调节层、栅极电阻调节层。
依照本发明的半导体器件制造方法，利用特殊的栅极堆叠结构实现单次离子注入，从而简便、高效、低成本的实现LDD结构的制造，简化了工艺，提高了器件可靠性。
附图说明
以下参照附图来详细说明本发明的技术方案，其中：
图1至图18为依照本发明的半导体器件制造方法各步骤的剖面示意图；以及
图19为依照本发明的半导体器件制造方法的示意性流程图。
具体实施方式
以下参照附图并结合示意性的实施例来详细说明本发明技术方案的特征及其技术效果。需要指出的是，类似的附图标记表示类似的结构，本申请中所用的术语“第一”、“第二”、“上”、“下”、“厚”、“薄”等等可用于修饰各种器件结构和/或制造步骤。这些修饰除非特别说明并非暗示所修饰器件结构和/或制造步骤的空间、次序或层级关系。
参照图19以及图1～图6，在衬底上形成倒T型栅极堆叠结构。
如图1所示，在衬底（有源区）上形成栅极绝缘层和栅极材料层。提供衬底1，其可以是体Si、SOI、体Ge、GeOI、SiGe、GeSb，也可以是III-V族或者II-VI族化合物半导体衬底，例如GaAs、GaN、InP、InSb等等。为了与现有的CMOS工艺兼容以应用于大规模数字集成电路制造，衬底1优选地为体Si（诸如单晶硅晶片）或者SOI、SiGe等含硅材质。优选地，对衬底1进行低浓度掺杂，形成具有第一导电类型的轻掺杂衬底，例如形成p-硅衬底或者n-硅衬底。随后，采用通常的光刻/刻蚀工艺，在衬底1中形成浅沟槽隔离（STI）2。可以采用等离子体刻蚀、反应离子刻蚀等各向异性的干法刻蚀衬底1，也可以针对例如Si材质的衬底1选用KOH、TMAH等各向异性的湿法刻蚀方法，形成浅沟槽（未示出）。随后在浅沟槽中通过LPCVD、PECVD、HDPCVD、UHVCVD、MBE、ALD等常规方法沉积材质为氧化硅、氮氧化硅等的绝缘介质，形成STI2。STI2通常为环形结构（在图1的剖视图中分为左右部分），包围了器件的有源区。STI2顶表面通常要高于衬底1的顶表面，以提高绝缘隔离效果。随后，在STI2包围的有源区中沉积栅极绝缘层3，沉积方法可以包括LPCVD、PECVD、HDPCVD、UHVCVD、MOCVD、MBE、ALD等。沉积得到的栅极绝缘层3优选地完全覆盖STI2包围的有源区，并且可以超出STI2的顶表面（虽然图1中所示两者齐平）。栅极绝缘层3依照栅极工艺特点而定。具体地，对于前栅工艺，栅极绝缘层3为氧化硅、氮氧化硅、高k材料，其中高k材料包括但不限于氮化物（例如SiN、AlN、TiN）、金属氧化物（主要为副族和镧系金属元素氧化物，例如MgO、Al2O3、Ta2O5、TiO2、ZnO、ZrO2、HfO2、CeO2、Y2O3、La2O3）、氮氧化物（如HfSiON）；钙钛矿相氧化物（例如PbZrxTi1-xO3（PZT）、BaxSr1-xTiO3（BST）)。对于后栅工艺，此处的栅极绝缘层3是伪栅极绝缘层3，其材质为氧化硅。栅极绝缘层3厚度依照器件电学特性需要以及LDD注入工艺参数而定。栅极绝缘层3厚度过大时，单次LDD离子注入能量需要提高以便有效穿过栅极材料层图形（图6所示），因此其厚度优选地较薄，例如为5～30nm并优选10～15nm。随后，在整个器件上沉积栅极材料层4，沉积方法包括但不限于LPCVD、PECVD、HDPCVD、UHVCVD、MOCVD、MBE、ALD、蒸发、溅射等。在前栅工艺中，栅极材料层4可以是掺杂多晶硅、金属。在后栅工艺中，栅极材料层4此处为伪栅极材料层，其材质例如为多晶硅、非晶硅、非晶锗、非晶碳等，以便稍后便于通过高选择性干法/湿法刻蚀去除。在本发明一个优选实施例中，伪栅极材料层4是非晶硅。（伪）栅极材料层4的厚度可以相对较厚，以便控制未来栅极的形貌，并且可以在稍后的离子注入过程中屏蔽对于沟道区的干扰，其厚度例如是50～300nm。
如图2所示，图形化栅极材料层4，形成栅极材料层图形4P。通过现有的光刻/刻蚀工艺，例如UV光刻/电子束直写形成光刻胶图形，以此为掩模进行等离子体干法刻蚀，去除部分的栅极材料层，在有源区特别是沟道区上方形成栅极材料层图形4P。虽然图2所示图形4P对称的形成在有源区中央位置，但是依照具体器件布局布线需要可以形成在有源区的任何位置，只要与STI2之间具有足够距离以容纳源漏区。通过控制干法刻蚀工艺，例如调节碳氟基刻蚀气体的流量、组份，使得栅极材料层4相对于栅极绝缘层3具有较高的刻蚀选择比（例如大于5:1并优选10:1），刻蚀停止在栅极绝缘层3上。
如图3所示，在栅极材料层图形上形成第一栅极侧墙材料层5。通过LPCVD、PECVD、HDPCVD、UHVCVD、MOCVD、MBE、ALD、蒸发、溅射等常规工艺，在STI2、栅极绝缘层3、栅极材料层图形4P上沉积第一栅极侧墙材料层5，其材质例如氮化硅、氮氧化硅、类金刚石无定形碳（DLC）。第一栅极侧墙材料层5的厚度依照LDD结构所需合理设置，基本接近源漏扩展区（图6中LDD部分）的宽度，例如为10～100nm并优选5～30nm。
如图4所示，刻蚀第一栅极侧墙材料层5，在栅极材料层图形4P两侧的栅极绝缘层3上形成第一栅极侧墙5S。针对层5的材质特性，选用各向异性的刻蚀方法，例如等离子体干法刻蚀、反应离子刻蚀（RIE），刻蚀气体例如碳氟基气体，并优选采用较高碳氟比的刻蚀气体，诸如CH2F2、C4F8、C4F6等，使得层5对于层4P/3的刻蚀选择比大于5:1并优选大于10:1。图4中第一栅极侧墙5S的宽度决定了稍后源漏扩展区（图6中LDD部分）的宽度。
如图5所示，选择性刻蚀去除第一栅极侧墙5S两侧（也即未被栅极材料层图形4P和第一栅极侧墙5S覆盖）的部分栅极绝缘层3，直至露出衬底1。优选各向异性的干法刻蚀，并调节刻蚀气体，例如采用较低碳氟比的刻蚀气体，诸如CF4、CH3F、CHF3等，使得对于氧化硅材料的栅极绝缘层3刻蚀速率较大，而基本不影响层5S/4。在图5中，由于STI2材料与栅极绝缘层3相近，例如均为氧化硅，因此STI2顶部也被削去一部分而与衬底1顶表面齐平。自然，STI2材质不同时，不一定如图5所示。
如图6所示，选择性去除第一栅极侧墙5S，在衬底1上留下上窄下宽的倒T型的栅极堆叠结构。优选采用湿法腐蚀，例如热磷酸，或者强酸（硫酸、硝酸）与强氧化剂（双氧水、臭氧）的组合，选择性去除了氮化硅、氮氧化硅、DLC等非氧化硅基材质的第一栅极侧墙5S。由此，留下了较宽的栅极绝缘层图形3P和较窄的栅极材料层图形4P，构成上窄下宽的倒T型的栅极堆叠结构4P/3P。
值得注意的是，图1～图6仅示意性示出了形成倒T型栅极堆叠结构的一个实施例，还可以采用其他方式形成。例如形成上下等宽的栅极堆叠结构之后，再采用湿法腐蚀或者各向同性的干法腐蚀选择性去除栅极绝缘层3上方的部分栅极材料层图形4P，使得层4P宽度减小，只是此时难以形成垂直侧壁，因此会使得LDD结构的结深分布为较难控制的曲面。但是，这种工艺仍然能一次性形成源漏延伸区与源漏区，因此也可以完成本发明，只是其效果略低于本发明最佳实施例。此外，栅极堆叠结构只要上部宽度小于下部宽度即可，并非一定要构成严格的具有垂直侧边的倒T型，也即构成梯形、阶梯状均可。
参照图19以及图7～图8，以栅极堆叠结构为掩模，进行一次离子注入，在衬底1中形成带有LDD结构的源漏区。
如图7所示，通入掺杂原料气，例如含有B、P、As、C、S、F、O、N等掺杂剂的化合物原料气（或汽化的液体），开启射频功率，点火形成等离子体，在电磁场驱动下入射在未被栅极堆叠结构覆盖的衬底1表面。
如图8所示，由于栅极堆叠结构特殊，形成了不同结深、浓度的掺杂区域。其中，顶部较窄的栅极材料层图形4P厚度较大、材质较硬，因此掺杂离子在选定功率（例如800～2000w)下难以击穿越过屏蔽，因此沟道区保留衬底1本征浓度（或较低掺杂浓度）。而对于下部较窄的栅极绝缘层图形3P，其厚度较薄、材质较软，因此有部分掺杂离子能穿过层3P而分布在其下方的衬底1中，构成了轻掺杂的源漏延伸区1LS/1LD。源漏延伸区1LS/1LD与沟道区的分界面平行于栅极材料层图形4P的侧面并优选与之重合。未被栅极堆叠结构覆盖的裸露的衬底1部分则不受阻挡，掺杂离子入射深度大、浓度高，构成了重掺杂的源漏区1HS/1HD。源漏延伸区1LS/1LD与重掺杂的源漏区1HS/1HD的分界面平行于栅极绝缘层图形3P的侧面并优选与之重合。
优选地，离子注入之后，在800～1300摄氏度下执行退火，激活掺杂剂。
此后，完成后续工艺。
例如，参照图19以及图9～图11，在栅极堆叠结构两侧形成第二栅极侧墙。
如图9所示，选择性去除未被栅极材料层图形4P覆盖的栅极绝缘层图形3P的一部分，形成上下等宽的栅极堆叠结构。根据层3P的材料特性，优选各向异性的干法刻蚀，去除了裸露的栅极绝缘层图形3P，使得最终栅极绝缘层图形3P’侧面与栅极材料层图形4P侧面齐平。该步骤适用于后栅工艺，目的是保证去除了伪栅极堆叠结构之后形成的栅极沟槽具有陡直侧壁，以利于精确控制栅极线条宽度从而控制器件性能。特别地，可以进一步采用湿法腐蚀或者各向同性的干法腐蚀，部分蚀刻层3P使其凹进，使得最终的伪栅极绝缘层图形3P’宽度小于伪栅极材料层图形4P，构成上宽下窄的正T型伪栅极堆叠结构，以利于提高后续填充栅极沟槽的填充率，避免形成气泡孔隙。
如图10所示，在整个器件上沉积形成第二栅极材料层6。通过LPCVD、PECVD、HDPCVD、UHVCVD、MOCVD、MBE、ALD、蒸发、溅射等常规工艺，在STI2、栅极材料层图形4P上沉积第二栅极侧墙材料层6，其材质例如氮化硅、氮氧化硅、类金刚石无定形碳（DLC）。优选地，通过控制工艺参数，使得第二栅极侧墙材料层6具有较高的应力，例如绝对值在2GPa以上，以便对于沟道区施加应力从而增大其载流子迁移率，提高器件驱动能力。
如图11所示，常规工艺刻蚀第二栅极材料层6，在（上下等宽的或者上宽下窄的）栅极堆叠结构4P/3P’两侧形成垂直的第二栅极侧墙6S。对于氮化硅基材料，可以选用碳氟基气体干法刻蚀。对于DLC材料，可以选用氧等离子体干法刻蚀。优选地，控制刻蚀条件，使得第二栅极侧墙6S的侧面平行于源漏延伸区1LS/1LD与重掺杂源漏区1HS/1HD的界面并优选与之重合。
此外，还可以进一一步以第二栅极侧墙6S为掩模，刻蚀衬底1形成衬底沟槽（未示出），在衬底沟槽中沉积SiGe、InSb、SiC等高迁移率材料，增大器件载流子迁移率。
参照图19以及图12，在源漏区中和/或源漏区上形成源漏接触硅化物7。在整个器件上沉积金属层（未示出），金属层包括Ni、Pt、Co、Ti及其组合。在300～700摄氏度下执行退火，使得衬底1表面露出的含硅材料与金属反应，形成金属硅化物7，以便降低接触电阻。由于STI2、第二栅极侧墙6S、栅极材料层图形4P均为硅的氧化物或者氮化物或者不含硅，因此不与金属反应。虽然图12中示出的金属硅化物7表面超过衬底1表面，但是也可以与之齐平（例如先向下刻蚀形成微凹槽再反应形成，或者形成之后回刻而平坦化处理）。此后，去除未反应的金属层，留下金属硅化物的源漏接触7。
参照图19以及图13～图18，在器件上形成层间介质层（ILD）8，去除伪栅极堆叠结构，在ILD8中留下栅极沟槽8G，沉积最终的栅极堆叠结构9/10/11。
如图13所示，在整个器件上形成ILD8。形成方法包括CVD沉积、旋涂、喷涂、丝网印刷等。ILD8材质包括氧化硅、氮氧化硅、低k材料，其中低k材料包括但不限于有机低k材料（例如含芳基或者多元环的有机聚合物）、无机低k材料（例如无定形碳氮薄膜、多晶硼氮薄膜、氟硅玻璃、BSG、PSG、BPSG）、多孔低k材料（例如二硅三氧烷（SSQ）基多孔低k材料、多孔二氧化硅、多孔SiOCH、掺C二氧化硅、掺F多孔无定形碳、多孔金刚石、多孔有机聚合物）。
如图14所示，平坦化ILD8，直至露出伪栅极堆叠结构的伪栅极极材料层图形4P。例如采用化学机械抛光（CMP）或者回刻（etch-back）来平坦化。
如图15所示，去除伪栅极堆叠结构，在ILD8中留下栅极沟槽8G。针对材质特性，选用各向异性刻蚀，例如碳氟基刻蚀气体，或者湿法腐蚀（TMAH腐蚀液针对非晶硅、多晶硅材质的伪栅极材料层图形4P，HF基腐蚀液针对氧化硅材质的伪栅极绝缘层图形3P’）。
优选地，如图16所示，执行第二离子注入，调整器件沟道区掺杂浓度以及调节器件的阈值电压。
如图17所示，在栅极沟槽8G中以及ILD8上，沉积栅极堆叠材料层。选用LPCVD、PECVD、HDPCVD、UHVCVD、MOCVD、MBE、ALD、蒸发、溅射等工艺，依次在栅极沟槽8G中以及ILD8上沉积栅极绝缘层9、栅极功函数调节层10、栅极电阻调节层11。栅极绝缘层9是高k材料，包括但不限于包括选自HfO2、HfSiOx、HfSiON、HfAlOx、HfTaOx、HfLaOx、HfAlSiOx、HfLaSiOx的铪基材料（其中，各材料依照多元金属组分配比以及化学价不同，氧原子含量x可合理调整，例如可为1～6且不限于整数），或是包括选自ZrO2、La2O3、LaAlO3、TiO2、Y2O3的稀土基高K介质材料，或是包括Al2O3，以其上述材料的复合层。优选地，栅极绝缘层9与衬底1之间还包括较薄（例如1～3nm，热氧化或者化学氧化形成）的垫氧化层，以减小界面缺陷密度。栅极功函数调节层10包括MxNy、MxSiyNz、MxAlyNz、MaAlxSiyNz，其中M为Ta、Ti、Hf、Zr、Mo、W或其它元素及其组合。栅极电阻调节层11包括多晶硅、多晶锗硅、或金属，其中金属可包括Co、Ni、Cu、Al、Pd、Pt、Ru、Re、Mo、Ta、Ti、Hf、Zr、W、Ir、Eu、Nd、Er、La等金属单质、或这些金属的合金以及这些金属的氮化物，此外还可掺杂有C、F、N、O、B、P、As等元素以进一步调节功函数。
如图18所示，平坦化栅极堆叠材料层9/10/11，直至暴露ILD8。此后，可以刻蚀ILD8形成暴露金属硅化物7的源漏接触孔，在接触孔中填充W、Al、Ti、Cu、Au等金属合金及其氮化物以形成接触塞，完成最终的器件。
依照本发明的半导体器件制造方法，利用特殊的栅极堆叠结构实现单次离子注入，从而简便、高效、低成本的实现LDD结构的制造，简化了工艺，提高了器件可靠性。
尽管已参照一个或多个示例性实施例说明本发明，本领域技术人员可以知晓无需脱离本发明范围而对形成器件结构的方法做出各种合适的改变和等价方式。此外，由所公开的教导可做出许多可能适于特定情形或材料的修改而不脱离本发明范围。因此，本发明的目的不在于限定在作为用于实现本发明的最佳实施方式而公开的特定实施例，而所公开的器件结构及其制造方法将包括落入本发明范围内的所有实施例。
Claims (10)
1.一种半导体器件制造方法，包括：
在衬底上形成上窄下宽的栅极堆叠结构；
以栅极堆叠结构为掩模，对衬底进行第一次离子注入，在衬底中同时形成源漏延伸区与源漏区。
2.如权利要求1的半导体器件制造方法，其中，形成上窄下宽的栅极堆叠结构的步骤进一步包括：
在衬底上形成栅极绝缘层和栅极材料层；
图形化栅极材料层，形成栅极材料层图形；
在栅极材料层图形侧面的栅极绝缘层上形成第一栅极侧墙；
去除未被第一栅极侧墙覆盖的部分栅极绝缘层；
去除第一栅极侧墙。
3.如权利要求2的半导体器件制造方法，其中，栅极绝缘层包括氧化硅、氮氧化硅、高k材料及其组合。
4.如权利要求2的半导体器件制造方法，其中，栅极材料层包括多晶硅、非晶硅、非晶锗、非晶碳、金属及其组合。
5.如权利要求2的半导体器件制造方法，其中，采用湿法腐蚀去除第一栅极侧墙。
6.如权利要求1的半导体器件制造方法，其中，第一次离子注入之后，进一步包括步骤：
在栅极堆叠结构侧面形成第二栅极侧墙；
在整个器件上形成层间介质层；
去除栅极堆叠结构，在层间介质层中留下栅极沟槽；
在栅极沟槽中形成最终栅极堆叠结构。
7.如权利要求6的半导体器件制造方法，其中，形成第二栅极侧墙之前进一步包括：部分去除栅极绝缘层，使得栅极材料层图形宽度大于等于栅极绝缘层图形宽度。
8.如权利要求6的半导体器件制造方法，其中，形成第二栅极侧墙之后、形成层间介质层之前，进一步包括：在源漏区中和/或上形成金属硅化物。
9.如权利要求6的半导体器件制造方法，其中，形成栅极沟槽之后进一步包括：执行第二次离子注入，调节衬底浓度以及阈值电压。
10.如权利要求6的半导体器件制造方法，其中，栅极堆叠结构为伪栅极堆叠结构，最终栅极堆叠结构包括高k材料的栅极绝缘层、栅极功函数调节层、栅极电阻调节层。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310086993.4A CN104064462A (zh) | 2013-03-19 | 2013-03-19 | 半导体器件制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310086993.4A CN104064462A (zh) | 2013-03-19 | 2013-03-19 | 半导体器件制造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104064462A true CN104064462A (zh) | 2014-09-24 |
Family
ID=51552122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310086993.4A Pending CN104064462A (zh) | 2013-03-19 | 2013-03-19 | 半导体器件制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104064462A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112509912A (zh) * | 2021-02-03 | 2021-03-16 | 成都市克莱微波科技有限公司 | 一种半导体器件的制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5770508A (en) * | 1997-03-17 | 1998-06-23 | United Microelectronics Corp. | Method of forming lightly doped drains in metalic oxide semiconductor components |
| US5854115A (en) * | 1997-11-26 | 1998-12-29 | Advanced Micro Devices, Inc. | Formation of an etch stop layer within a transistor gate conductor to provide for reduction of channel length |
| US6004852A (en) * | 1997-02-11 | 1999-12-21 | United Microelectronics Corp. | Manufacture of MOSFET having LDD source/drain region |
| US6153477A (en) * | 1998-04-14 | 2000-11-28 | Advanced Micro Devices, Inc. | Ultra short transistor channel length formed using a gate dielectric having a relatively high dielectric constant |
| US20080227265A1 (en) * | 2003-09-18 | 2008-09-18 | Hak Dong Kim | Methods for Fabricating Semiconductor Devices |
| CN102044434A (zh) * | 2009-10-20 | 2011-05-04 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | Mos晶体管的制造方法 |
-
2013
- 2013-03-19 CN CN201310086993.4A patent/CN104064462A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6004852A (en) * | 1997-02-11 | 1999-12-21 | United Microelectronics Corp. | Manufacture of MOSFET having LDD source/drain region |
| US5770508A (en) * | 1997-03-17 | 1998-06-23 | United Microelectronics Corp. | Method of forming lightly doped drains in metalic oxide semiconductor components |
| US5854115A (en) * | 1997-11-26 | 1998-12-29 | Advanced Micro Devices, Inc. | Formation of an etch stop layer within a transistor gate conductor to provide for reduction of channel length |
| US6153477A (en) * | 1998-04-14 | 2000-11-28 | Advanced Micro Devices, Inc. | Ultra short transistor channel length formed using a gate dielectric having a relatively high dielectric constant |
| US20080227265A1 (en) * | 2003-09-18 | 2008-09-18 | Hak Dong Kim | Methods for Fabricating Semiconductor Devices |
| CN102044434A (zh) * | 2009-10-20 | 2011-05-04 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | Mos晶体管的制造方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112509912A (zh) * | 2021-02-03 | 2021-03-16 | 成都市克莱微波科技有限公司 | 一种半导体器件的制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10083863B1 (en) | Contact structure for semiconductor device | |
| CN103000675B (zh) | 低源漏接触电阻mosfets及其制造方法 | |
| US9614050B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor devices | |
| CN103035712B (zh) | 半导体器件及其制造方法 | |
| CN105529357A (zh) | 用于FinFET的方法和结构 | |
| KR101946765B1 (ko) | 반도체 디바이스 및 그 제조 방법 | |
| CN104112665A (zh) | 半导体器件及其制造方法 | |
| CN101268543A (zh) | 用于更低的米勒电容和改善的驱动电流的单个栅极上的多个低和高介电常数栅级氧化物 | |
| CN102376551A (zh) | 半导体器件结构的制造方法及其结构 | |
| CN109841681A (zh) | 半导体器件的层间介电结构中的衬垫结构 | |
| CN103545208B (zh) | 半导体器件制造方法 | |
| CN105470133A (zh) | 半导体器件制造方法 | |
| CN103578991A (zh) | 半导体器件制造方法 | |
| CN105244379A (zh) | 半导体器件及其制造方法 | |
| US9576802B2 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
| CN102956466B (zh) | 鳍状晶体管与其制作方法 | |
| CN104167393B (zh) | 半导体器件制造方法 | |
| CN104112667A (zh) | 半导体器件及其制造方法 | |
| CN104167359B (zh) | 半导体器件制造方法 | |
| CN104124164A (zh) | 半导体器件及其制造方法 | |
| CN104167357B (zh) | 半导体器件及其制造方法 | |
| CN103779223A (zh) | Mosfet的制造方法 | |
| CN104112666A (zh) | 半导体器件及其制造方法 | |
| CN104103506A (zh) | 半导体器件制造方法 | |
| CN104167358B (zh) | 半导体器件制造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140924 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |