專利名稱：半導(dǎo)體元件與其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體元件，特別是涉及一種具有間隙壁的半導(dǎo)體元件及其形成方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體元件的性能與載流子遷移率有關(guān)。例如，在金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)元件中，元件溝道的載流子遷移率越高，在溝道中的電流就越快，則元件的執(zhí)行速度就越快。
載流子遷移率是由半導(dǎo)體元件的特性(如晶格常數(shù))所決定的。例如，半導(dǎo)體基底中的應(yīng)力可改變晶格常數(shù)，以使遷移率改變，而增加對(duì)基底應(yīng)力的方法之一就是使用接觸刻蝕停止層。此外，柵極電極側(cè)壁間隙壁(spacer)的厚度也可影響應(yīng)力對(duì)基底的效應(yīng)，較厚的間隙壁會(huì)降低應(yīng)變的接觸刻蝕停止層所欲造成的影響。然而，又需要較厚的間隙壁在半導(dǎo)體元件的制造中來(lái)控制短溝道效應(yīng)。因此，為得到性能良好的半導(dǎo)體元件，間隙壁厚度的取舍是一個(gè)矛盾點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種形成半導(dǎo)體元件的方法以及使用該方法形成的半導(dǎo)體元件，使間隙壁的厚度達(dá)到最佳，使其既能保持接觸刻蝕停止層的作用，又能有效控制短溝道效應(yīng)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種形成半導(dǎo)體元件的方法，包括形成柵極于半導(dǎo)體基底上；形成第一間隙壁層；形成多個(gè)淺輕摻雜區(qū)于柵極兩側(cè)的基底中且通過(guò)第一間隙壁層偏離柵極；形成第二間隙壁層于第一間隙壁層上；刻蝕第一與第二間隙壁層以形成厚間隙壁；形成多個(gè)源極與漏極區(qū)于柵極兩側(cè)的基底中且通過(guò)厚間隙壁偏離柵極；以及刻蝕厚間隙壁以形成薄間隙壁。
本發(fā)明所述的形成半導(dǎo)體元件的方法，所述刻蝕厚間隙壁的步驟包括以氫氟酸刻蝕該厚間隙壁。
本發(fā)明所述的形成半導(dǎo)體元件的方法，所述形成第二間隙壁層的步驟包括選擇制程參數(shù)，以形成具有高氫氟酸刻蝕速率的該第二間隙壁層，該高氫氟酸刻蝕速率至少為每分鐘10埃。
本發(fā)明所述的形成半導(dǎo)體元件的方法，所述形成第二間隙壁層的步驟包括選擇制程參數(shù)，以使相同刻蝕劑對(duì)該第一間隙壁層和第二間隙壁層的刻蝕速率的差距在±10％之間。
本發(fā)明所述的形成半導(dǎo)體元件的方法，所述形成第二間隙壁層的步驟包括在小于630℃下沉積一個(gè)具有對(duì)氫氟酸至少每分鐘10埃的刻蝕速率的氮化硅層。
本發(fā)明所述的形成半導(dǎo)體元件的方法，所述形成第一與第二間隙壁層的步驟包括形成具有氧化硅的該第一間隙壁層且形成含氮的該第二間隙壁層。
本發(fā)明所述的形成半導(dǎo)體元件的方法，所述刻蝕厚間隙壁的步驟包括以氫氟酸濕刻蝕該厚間隙壁。
本發(fā)明所述的形成半導(dǎo)體元件的方法，還包括對(duì)所述源極與漏極區(qū)執(zhí)行退火處理以縮小所述第二間隙壁層。
本發(fā)明所述的形成半導(dǎo)體元件的方法，還包括對(duì)所述源極與漏極區(qū)執(zhí)行退火處理以縮小所述厚間隙壁。
本發(fā)明所述的形成半導(dǎo)體元件的方法，所述形成第二間隙壁層的步驟包括利用前驅(qū)物，該前驅(qū)物是六氯乙硅烷、雙叔丁基胺基硅烷、二氯甲硅烷、乙硅烷、SiH4、NH3、C2H4、N2其中之一或其組合。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體元件，包括基底；位于基底上的柵極；源極與漏極形成在柵極兩側(cè)的基底中；以及具有襯層與含氮層的薄間隙壁形成于柵極側(cè)壁，其中，襯層與含氮層具有相當(dāng)?shù)臍浞峥涛g速率，這里的“相當(dāng)?shù)目涛g速率”表示該兩刻蝕速率的差距在±10％之間。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，所述含氮層包括摻雜質(zhì)，該摻雜質(zhì)是砷、硼、氯其中之一或其組合。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，所述含氮層包括摻雜質(zhì)，該摻雜質(zhì)是碳、氧、氟其中之一或其組合。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，所述襯層包括氧化物。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，所述含氮層具有大約每分鐘10至1000埃的氫氟酸刻蝕速率。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體元件，包括基底；位于基底上的柵極；源極與漏極形成在柵極兩側(cè)的基底中；以及具有第一層與第二層的薄間隙壁形成于柵極側(cè)壁，其中，第一層與第二層在使用相同刻蝕劑時(shí)具有相當(dāng)?shù)目涛g速率，這里的“相當(dāng)?shù)目涛g速率”表示該兩刻蝕速率的差距在±10％之間，其至少為每分鐘10埃。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，所述第二層包括摻雜質(zhì)，該摻雜質(zhì)是砷、硼、氯其中之一或其組合。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，所述第二層包括摻雜質(zhì)，該摻雜質(zhì)是碳、氧、氟其中之一或其組合。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，所述第一層由低介電常數(shù)材料組成，其介電常數(shù)不大于3.7。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，所述第一層由碳化物、氮化物其中之一或其組合組成。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，所述第二層具有大約每分鐘10至1000埃的氫氟酸刻蝕速率。
本發(fā)明提供的形成半導(dǎo)體元件的方法以及使用該方法形成的半導(dǎo)體元件，在源極與漏極離子注入時(shí)具有厚間隙壁的優(yōu)點(diǎn)，能夠控制短溝道效應(yīng)。在源極與漏極離子注入后，再回刻蝕厚間隙壁，且在形成源極與漏極的退火步驟與HF濕刻蝕制程時(shí)將間隙壁縮小，以形成薄間隙壁。由于磷酸刻蝕可靠度差且難以控制，而本發(fā)明的制程無(wú)需使用磷酸刻蝕就可形成薄間隙壁輪廓。具有該薄間隙壁的半導(dǎo)體元件，其應(yīng)力由應(yīng)變溝道刻蝕停止層所誘發(fā)，以影響載流子遷移率，從而得到所需的元件性能。


圖1A至1G是一系列半導(dǎo)體元件在各制造過(guò)程中的簡(jiǎn)化剖面圖。
圖2是低壓化學(xué)氣相沉積HCD氮化硅在各溫度下的HF刻蝕速率圖。
圖3是低壓化學(xué)氣相沉積TEOS氧化物在各溫度下的HF刻蝕速率圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出較佳實(shí)施例，并結(jié)合附圖加以詳細(xì)說(shuō)明。
圖1A至1G是半導(dǎo)體元件10在各制造步驟中的簡(jiǎn)化剖面圖，以說(shuō)明該元件制造方法的一個(gè)實(shí)施例。在圖1A中，柵極結(jié)構(gòu)14形成于半導(dǎo)體基底12上。半導(dǎo)體基底12可為硅、應(yīng)變硅、硅鍺(silicon-germanium，SixGey)、絕緣覆硅(SOI)或其它合適的材料。柵極結(jié)構(gòu)14可以是堆迭的結(jié)構(gòu)，包括介電層與位于介電層上的多晶硅層。柵極電極還可用其它材料形成，例如經(jīng)摻雜的多晶硅、硅鍺、金屬、硅化物等，而柵極介電質(zhì)可為氧化物、氮氧化物、氮化物、高介電常數(shù)(k)材料、硅酸鹽、多層膜堆迭或其它適合的材料或組成。柵極介電質(zhì)可利用化學(xué)氣相沉積(CVD)形成。柵極結(jié)構(gòu)14可利用光刻技術(shù)形成。柵極結(jié)構(gòu)14可為單柵極結(jié)構(gòu)、多柵極結(jié)構(gòu)、鰭型(Fin)FET柵極結(jié)構(gòu)或T柵極結(jié)構(gòu)。
在圖1B中，間隙壁襯層16形成或沉積于柵極結(jié)構(gòu)14與基底12上，間隙壁襯層16可為氧化物、氮氧化物、氮化物、高k材料或低k材料。間隙壁襯層16的厚度約為1至50nm，且該厚度較佳為2至10nm，前驅(qū)物材料或氣體反應(yīng)物可包括原硅酸四乙酯(tetraethyl orthosilicate，簡(jiǎn)稱TEOS，Si(OC2H5)4)、三乙氧基硅烷(triethoxysilane，簡(jiǎn)稱TRIES)、雙叔丁基胺基硅烷(bis tertbutylamino silane，簡(jiǎn)稱BTBAS)、六氯乙硅烷(hexachlorodisilane，簡(jiǎn)稱HCD)、O2、N2O、NO或其它材料。用以形成間隙壁襯層16的沉積方法可為低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、等離子增強(qiáng)式化學(xué)氣相沉積(PECVD)、高密度等離子化學(xué)氣相沉積(HPCVD)、常壓化學(xué)氣相沉積(APCVD)、自由基增強(qiáng)式化學(xué)氣相沉積(RECVD)、原子層沉積(ALD)、原子層化學(xué)氣相沉積(ALCVD)，或者其它現(xiàn)有或以后研發(fā)出來(lái)的技術(shù)。
在圖1C中，適當(dāng)材料離子經(jīng)由間隙壁襯層16注入柵極結(jié)構(gòu)14兩側(cè)的基底12中，以形成輕摻雜漏極(LDD)18或袋狀結(jié)構(gòu)，而間隙壁襯層16在此輕摻雜漏極注入中作為一個(gè)掩膜。在圖1D中，氮化硅(silcon nitride)間隙壁層20沉積于間隙壁襯層16上，氮化硅層20可通過(guò)CVD技術(shù)(例如LPCVD或以上列舉出的方法)沉積，其前驅(qū)反應(yīng)物可包括HCD、BTBAS、二氯甲硅烷(dichlorosilane，簡(jiǎn)稱DCS，SiH2Cl2)、乙硅烷(DS)、SiH4、NH3、C2H4、N2或其它材料，且可通過(guò)調(diào)整CVD步驟的制程參數(shù)使氫氟酸(HF)對(duì)氮化硅層20的刻蝕速率高得與HF對(duì)間隙壁襯層16的刻蝕速率相當(dāng)。這里的“相當(dāng)?shù)目涛g速率”表示兩個(gè)刻蝕速率的差距在±10％之間。例如，調(diào)整沉積溫度、壓力、氣體流速、前驅(qū)物與摻雜濃度等，以使氮化硅層20在室溫下用100∶1的HF刻蝕的刻蝕速率約為每分鐘30至1000埃，且其低沉積溫度可小于630℃，且可使用0.1至10torr(1torr＝133.32Pa)的反應(yīng)室壓力，間隙壁20的氮濃度可為1至70％原子百分比。間隙壁層20還可包括摻雜質(zhì)，例如碳、氧、氟、氯、硼、砷等。氮化硅層20的刻蝕速率較佳與氧化物間隙壁襯層16相同。接下來(lái)，間隙壁層20與間隙壁襯層16兩者皆被回刻蝕，以形成厚間隙壁結(jié)構(gòu)21，如圖1E所示。例如，該厚間隙壁的厚度約為1至200nm，厚間隙壁結(jié)構(gòu)21可以使用適當(dāng)?shù)母煽涛g技術(shù)形成。
在圖1E中，通過(guò)注入適當(dāng)?shù)碾s質(zhì)形成源極與漏極區(qū)22與24。此外，半導(dǎo)體元件10可包括凸起的硅鍺漏極與源極區(qū)或其它合適的結(jié)構(gòu)。在圖1F中，厚間隙壁結(jié)構(gòu)21進(jìn)一步被回刻蝕，以形成厚間隙壁25，接著再對(duì)源極與漏極區(qū)22與24進(jìn)行退火處理，且此退火步驟也可在間隙壁回刻蝕制程前進(jìn)行。此退火步驟可包括快速熱退火、激光退火或爐管退火。此退火步驟可使間隙壁層在不使用磷酸刻蝕的情況下縮小且致密化。間隙壁層的收縮率可通過(guò)形成間隙壁層時(shí)的沉積參數(shù)來(lái)控制。由于磷酸的刻蝕速率難以控制且不穩(wěn)定，所以磷酸刻蝕并不好用。因此，本發(fā)明形成間隙壁的制程無(wú)需使用磷酸刻蝕，以避免磷酸刻蝕缺點(diǎn)的產(chǎn)生。在一個(gè)實(shí)施例中，在室溫下使用49％的HF與水的比例為1∶100時(shí)，間隙壁的刻蝕速率約為每分鐘30至1000埃，在退火處理后，間隙壁的刻蝕速率在相同條件下約為每分鐘10至500埃。
如圖1G所示，硅化物層26形成于源極、漏極與柵極電極上。例如，硅化物層26可為硅化鈷(CoSi2)、硅化鎳(NiSi2)、硅化鈦(TiSi2)、硅化鉬(MoSi2)、硅化鉑(PtSi)、硅化鎢(WSi2)、硅化鉭(TaSi2)等。硅化物層26的厚度約為3至100nm。此外，接觸刻蝕停止層28形成于源極、漏極與柵極上，接觸刻蝕停止層28可以是以沉積技術(shù)形成的氮化硅。接觸刻蝕停止層28可由具有約2至2GPa應(yīng)力且厚度約為100至1000埃的高應(yīng)變氮化硅膜形成。接觸刻蝕停止層28可由氧化物、氮化物、氮氧化物、摻雜的氮化物或多層堆迭結(jié)構(gòu)形成，之后，執(zhí)行金屬化制程以形成源極、漏極與柵極接觸插塞。
圖2是低壓化學(xué)氣相沉積HCD氮化硅在各溫度下HF刻蝕速率圖，間隙壁層20的刻蝕速率與間隙壁襯層16的刻蝕速率相當(dāng)。這里的“相當(dāng)?shù)目涛g速率”表示該兩刻蝕速率的差距在±10％之間，所以兩者皆可由相同刻蝕制程作回刻蝕?？涛g速率可以通過(guò)沉積參數(shù)如溫度、壓力、氣體流速與摻雜等調(diào)整；間隙壁襯層與間隙壁層的刻蝕速率應(yīng)可使HF濕刻蝕制程達(dá)到所需的薄間隙壁輪廓。如圖2所示，經(jīng)碳摻雜或未經(jīng)碳摻雜的氮化硅在各溫度下的刻蝕速率可與圖3所示的TEOS氧化物在各溫度下的刻蝕速率作比較。
因此，本發(fā)明在源極與漏極離子注入時(shí)具有厚間隙壁的優(yōu)點(diǎn)，例如能夠控制短溝道效應(yīng)。在源極與漏極離子注入后，再回刻蝕厚間隙壁，且在形成源極與漏極的退火步驟與HF濕刻蝕制程時(shí)將間隙壁縮小，以形成薄間隙壁，其中以HF濕刻蝕制程為間隙壁縮小的主要因素。間隙壁襯層與間隙壁層的刻蝕速率可由制程參數(shù)控制，以使間隙壁襯層與間隙壁層可在相同刻蝕制程下作回刻蝕。由于磷酸刻蝕可靠度差且難以控制，而本發(fā)明的制程無(wú)需使用磷酸刻蝕就可形成薄間隙壁輪廓。具有該薄間隙壁的半導(dǎo)體元件，其應(yīng)力由應(yīng)變溝道刻蝕停止層所誘發(fā)，以影響載流子遷移率，從而得到所需的元件性能。
雖然本發(fā)明已通過(guò)較佳實(shí)施例說(shuō)明如上，但該較佳實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，應(yīng)有能力對(duì)該較佳實(shí)施例做出各種更改和補(bǔ)充，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書(shū)的范圍為準(zhǔn)。
附圖中符號(hào)的簡(jiǎn)單說(shuō)明如下10半導(dǎo)體元件 20氮化硅間隙壁層12半導(dǎo)體基底 21厚間隙壁結(jié)構(gòu)14柵極結(jié)構(gòu)22、24源極與漏極區(qū)16間隙壁襯層 25厚間隙壁18輕摻雜漏極 26硅化物層
權(quán)利要求
1.一種形成半導(dǎo)體元件的方法，其特征在于包括在一個(gè)半導(dǎo)體基底上形成一個(gè)柵極；形成第一間隙壁層；形成多個(gè)淺輕摻雜區(qū)于該柵極兩側(cè)的基底中且通過(guò)該第一間隙壁層偏離該柵極；在該第一間隙壁層上形成第二間隙壁層；刻蝕該第一與第二間隙壁層以形成一個(gè)厚間隙壁；形成多個(gè)源極與漏極區(qū)于該柵極兩側(cè)的基底中且通過(guò)該厚間隙壁偏離該柵極；以及刻蝕該厚間隙壁以形成一個(gè)薄間隙壁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成半導(dǎo)體元件的方法，其特征在于所述刻蝕厚間隙壁的步驟包括以氫氟酸刻蝕該厚間隙壁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成半導(dǎo)體元件的方法，其特征在于所述形成第二間隙壁層的步驟包括選擇制程參數(shù)，以形成具有高氫氟酸刻蝕速率的該第二間隙壁層，該高氫氟酸刻蝕速率至少為每分鐘10埃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成半導(dǎo)體元件的方法，其特征在于所述形成第二間隙壁層的步驟包括選擇制程參數(shù)，以使相同刻蝕劑對(duì)該第一間隙壁層和第二間隙壁層的刻蝕速率的差距在±10％之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成半導(dǎo)體元件的方法，其特征在于所述形成第二間隙壁層的步驟包括在小于630℃下沉積一個(gè)具有對(duì)氫氟酸至少每分鐘10埃的刻蝕速率的氮化硅層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成半導(dǎo)體元件的方法，其特征在于所述形成第一與第二間隙壁層的步驟包括形成具有氧化硅的該第一間隙壁層且形成含氮的該第二間隙壁層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成半導(dǎo)體元件的方法，其特征在于所述刻蝕厚間隙壁的步驟包括以氫氟酸濕刻蝕該厚間隙壁。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成半導(dǎo)體元件的方法，其特征在于還包括對(duì)所述源極與漏極區(qū)執(zhí)行退火處理以縮小所述第二間隙壁層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成半導(dǎo)體元件的方法，其特征在于還包括對(duì)所述源極與漏極區(qū)執(zhí)行退火處理以縮小所述厚間隙壁。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成半導(dǎo)體元件的方法，其特征在于所述形成第二間隙壁層的步驟包括利用前驅(qū)物，該前驅(qū)物是六氯乙硅烷、雙叔丁基胺基硅烷、二氯甲硅烷、乙硅烷、SiH4、NH3、C2H4、N2其中之一或其組合。
11.一種半導(dǎo)體元件，其特征在于包括一個(gè)基底；一個(gè)柵極位于該基底上；一個(gè)源極與漏極形成在該柵極兩側(cè)的該基底中；以及具有一個(gè)襯層和一個(gè)含氮層的一個(gè)間隙壁形成于該柵極側(cè)壁，其中該襯層與該含氮層具有相當(dāng)?shù)臍浞峥涛g速率。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于所述含氮層包括摻雜質(zhì)，該摻雜質(zhì)是砷、硼、氯其中之一或其組合。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于所述含氮層包括摻雜質(zhì)，該摻雜質(zhì)是碳、氧、氟其中之一或其組合。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于所述襯層包括氧化物。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于所述含氮層具有大約每分鐘10至1000埃的氫氟酸刻蝕速率。
16.一種半導(dǎo)體元件，其特征在于包括一個(gè)基底；一個(gè)柵極位于該基底上；一個(gè)源極與漏極形成在該柵極兩側(cè)的該基底中；以及具有第一層與第二層的一個(gè)薄間隙壁形成于該柵極側(cè)壁，其中該第一層與第二層在使用相同刻蝕劑時(shí)的濕刻蝕速率的差距在±10％之間，該濕刻蝕速率至少為每分鐘10埃。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于所述第二層包括摻雜質(zhì)，該摻雜質(zhì)是砷、硼、氯其中之一或其組合。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于所述第二層包括摻雜質(zhì)，該摻雜質(zhì)是碳、氧、氟其中之一或其組合。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于所述第一層由低介電常數(shù)材料組成，其介電常數(shù)不大于3.7。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于所述第一層由碳化物、氮化物其中之一或其組合組成。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于所述第二層具有大約每分鐘10至1000埃的氫氟酸刻蝕速率。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體元件與其形成方法。該半導(dǎo)體元件包括基底；位于該基底上的柵極；源極與漏極形成在柵極兩側(cè)的基底中；以及具有第一層與第二層的薄間隙壁形成于柵極側(cè)壁，其中第一層與第二層具有在使用相同刻蝕劑時(shí)具有相當(dāng)?shù)目涛g速率，這里相當(dāng)?shù)目涛g速率表示該兩刻蝕速率的差距在±10％之間，且其至少為每分鐘10埃。本發(fā)明提供的半導(dǎo)體元件，其間隙壁的厚度既能保持接觸刻蝕停止層的作用，又能有效控制短溝道效應(yīng)。
文檔編號(hào)H01L21/76GK1694231SQ20041009606
公開(kāi)日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2004年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月29日
發(fā)明者陳建豪, 陳佳麟, 李資良, 陳世昌, 徐祖望 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司