專利名稱：增大引入溝道中的應(yīng)力的方法和半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種增大引入溝道中的應(yīng)力的方法和
半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
為了盡可能地改善金屬氧化物半導(dǎo)體(M0S)器件的電學(xué)性能，在溝道中引入應(yīng)力 從而形成應(yīng)變硅溝道是MOS器件制作工藝中的關(guān)鍵步驟。現(xiàn)在技術(shù)中有多種方法可以在溝 道中引入應(yīng)力，其中之一就是應(yīng)力鄰近技術(shù)(SPT， Stress Proximity Technology)。
圖1A至1G是傳統(tǒng)的SPT工藝流程圖。如圖1所示，傳統(tǒng)的SPT工藝流程包括在 襯底1上生長柵氧化層2和柵3(圖1A)之后，在柵3的側(cè)面形成側(cè)墻氧化層4(圖IB)，并 通過離子注入或其它方法形成輕摻雜漏區(qū)(LDD)5(圖1C);然后，通過沉積、光刻、腐蝕等一 系列工藝流程形成隔離層6(圖lD)，并以隔離層6所定義的窗口形成源/漏(源/漏)區(qū) 7(圖1E)，之后通過濕法腐蝕方法將隔離層6去掉(圖1F);最后在形成的柵、源和漏區(qū)上 沉積高應(yīng)力氮化物8(圖1G)?？梢?，SPT是在柵的周圍形成高應(yīng)力氮化物，通過該高應(yīng)力氮 化物將應(yīng)力引入溝道中，因此從溝道中心到溝道邊緣，應(yīng)力呈逐漸增大的趨勢。由于在溝道 中引入了應(yīng)力，因此可以提高溝道中載流子的遷移率，從而可以顯著地改善MOS器件的電 學(xué)性能。 從以上傳統(tǒng)的SPT工藝流程可知，在該流程中形成源/漏區(qū)之前需要首先形成隔 離層6，以控制短溝道效應(yīng)，然后在形成源/漏區(qū)之后再將隔離層6去掉。而形成隔離層6 的過程需要沉積、光刻并刻蝕，這樣就引入了諸多工藝步驟，從而影響了MOS器件生產(chǎn)中的 良率和工藝穩(wěn)定性等，并且增加了成本。而形成源/漏區(qū)之后，通過濕法腐蝕去掉隔離層6 的步驟又會(huì)在柵、源和漏區(qū)中引入更多的缺陷，從而影響M0S器件的電學(xué)性能和可靠性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種增大引入溝道中的應(yīng)力的方法，在不使用隔離層的情況下增大引 入溝道中的應(yīng)力。 本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件，增大了引入溝道中的應(yīng)力。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的 本發(fā)明的一種增大引入溝道中的應(yīng)力的方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成T形柵； 在所述T形柵的周圍形成襯層氧化物(liner oxide);在所述襯層氧化物的底面所定義的 窗口之外的半導(dǎo)體襯底中形成LDD ;在所述襯層氧化物的頂面所定義的窗口之外的半導(dǎo)體 襯底中形成源區(qū)和漏區(qū)；在所述襯層氧化物的周圍、所述LDD之上和所述源區(qū)、漏區(qū)上形成 高應(yīng)力氮化物。 優(yōu)選地，所述襯層氧化物的厚度為5納米。所述形成襯層氧化物為利用等離子體 增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)來形成襯層氧化物，工藝條件包括溫度為350 450°C ;壓力 為1 3Torr ;RF功率輸入為300 400W ;氣體流量N20為1000 2000sccm、SiH4為20 50sccm。 優(yōu)選地，在所述襯層氧化物的底面所定義的窗口之外的半導(dǎo)體襯底中形成LDD包 括將離子注入的方向傾斜在所述襯層氧化物的底面所定義的窗口之外的半導(dǎo)體襯底中形 成U)D。 優(yōu)選地，所述高應(yīng)力氮化物為高應(yīng)力氮化硅。所述形成高應(yīng)力氮化物為利用PECVD 來形成高應(yīng)力氮化硅，工藝條件包括溫度為350 45(TC;壓力為3 9Torr ;RF功率輸入 為100 150W ;氣體流量SiH4為20 50sccm、NH3為30 60sccm。所述高應(yīng)力氮化物層 的厚度至少為20納米。 本發(fā)明的一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底和在所述半導(dǎo)體襯底之上形成的T 形柵；在所述T形柵周圍形成的襯層氧化物；在所述襯層氧化物的底面所定義的窗口之外 的半導(dǎo)體襯底中形成的LDD ;在所述襯層氧化物的頂面所定義的窗口之外的半導(dǎo)體襯底中 形成的源區(qū)和漏區(qū)；在襯層氧化物的周圍、所述LDD之上和所述源區(qū)、漏區(qū)上形成的高應(yīng)力 氮化物。 優(yōu)選地，所述襯層氧化物的厚度為5納米。所述高應(yīng)力氮化物層的厚度至少為20 納米。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，首先在半導(dǎo)體襯底上形成T形柵；然 后，在T形柵的周圍形成襯層氧化物；并在襯層氧化物的底面所定義的窗口之外的半導(dǎo)體 襯底中利用傾斜的離子注入形成LDD，在襯層氧化物的頂面所定義的窗口之外的半導(dǎo)體襯 底中利用垂直的離子注入形成源區(qū)和漏區(qū)；最后在襯層氧化物的周圍、所形成的LDD之上 和源區(qū)、漏區(qū)上形成高應(yīng)力氮化物。該方法利用了 T形柵周圍形成的襯層氧化物的底面和 頂面，利用自對準(zhǔn)工藝來形成LDD和源、漏區(qū)，從而省略了傳統(tǒng)的SPT工藝流程中形成隔離 層6和腐蝕隔離層6的工藝步驟，因此而減小了 MOS器件的生產(chǎn)成本，提高了 MOS器件生產(chǎn) 中的良率和工藝穩(wěn)定性，并且還減少了利用濕法腐蝕去除隔離層6時(shí)可能引入的缺陷，因 此而減小了對MOS器件電學(xué)性能和可靠性的影響。
圖1A至1G為傳統(tǒng)SPT的工藝流程圖； 圖2A至2E為本發(fā)明的結(jié)合T形柵的SPT工藝流程圖； 圖3A至3D為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中形成T形柵的工藝流程圖。 附圖標(biāo)記說明 1襯底 2柵氧化層 3柵 4側(cè)墻氧化層 5 LDD 6隔離層 7源/漏區(qū) 8高應(yīng)力氮化物 9 T形柵
10襯層氧化物 901多晶硅層 902p型原位摻雜的多晶硅層
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。 本發(fā)明提供了一種增大引入溝道中的應(yīng)力的方法，該方法將T形柵與傳統(tǒng)的SPT 工藝流程結(jié)合起來，利用兩次自對準(zhǔn)工藝形成LDD和源/漏區(qū)，從而省略了為形成源/漏 區(qū)而沉積、刻蝕并去除隔離層的工藝步驟，降低了成本，減少了影響工藝穩(wěn)定性和良率的因素。 圖2A至2E是本發(fā)明的結(jié)合T形柵的SPT工藝流程圖。如圖2所示，本發(fā)明的結(jié)
合T形柵的SPT工藝流程包括以下步驟 步驟a、在圓片襯底1上形成T形柵9 (圖2A)。 T形柵可以是T形多晶柵、T形金屬柵或T形高介電常數(shù)(K)的柵結(jié)構(gòu)。以下以T 形多晶硅柵為例說明形成T形柵的具體工藝步驟。 圖3A至3D為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中形成T形柵的工藝流程圖。具體來說，首先在半 導(dǎo)體襯底1上形成柵氧化層2，柵氧化層2的厚度優(yōu)選為10 20A,并利用原子層沉積(ALD)、 化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)等方法在柵氧化層2上沉積厚 度優(yōu)選為600 1000A的多晶硅層901，優(yōu)選對多晶硅層901進(jìn)行n型摻雜，當(dāng)然也可以不 摻雜，如圖3A所示。接著繼續(xù)在多晶硅層901上沉積多晶硅層902并對多晶硅層902進(jìn)行 P型原位摻雜，多晶硅層902的厚度可以是200 300A，如圖3B所示。隨后在p型原位摻雜 的多晶硅層902的表面形成掩膜圖形903，如圖3C所示。然后刻蝕p型原位摻雜的多晶硅 層902和多晶硅層901，形成柵極，如圖3D所示。 在對多晶硅層901和902的刻蝕過程中，選擇對于p型原位摻雜的多晶硅層902
和多晶硅層901來說刻蝕選擇性較大的刻蝕條件，例如刻蝕氣體流量為50 400sccm，襯底
溫度控制在20 9(TC，腔體壓力控制為4 80mTorr，等離子源輸出功率為50 2000W，
刻蝕氣體選用混合氣體，例如SF6、 CHF3、 CF4、 Cl2， 02、 N2和He組成的混合氣體。由于對p型
原位摻雜的多晶硅層902和多晶硅層901的刻蝕選擇性較大，因此p型原位摻雜的多晶硅
層902和多晶硅層901具有不同的刻蝕速率，多晶硅層901的刻蝕速率大于p型原位摻雜
的多晶硅層902。因此在刻蝕過程中，當(dāng)刻蝕到多晶硅層901時(shí)，更容易刻蝕，從而在刻蝕后
形成由P型原位摻雜的多晶硅層902和多晶硅層901組成的T形多晶柵結(jié)構(gòu)。 申請?zhí)枮?00610118828. 2公開號為CN 101192523A的中國專利中對本步驟進(jìn)行
了詳細(xì)描述，將該專利的全部內(nèi)容通過引用合并于此。 步驟b、在T形柵9的周圍形成襯層氧化物10 (圖2B)。 本步驟中，可以利用ALD、CVD、PECVD等方法來形成襯層氧化物，例如二氧化硅。也 可以通過氧化的方式在T形柵周圍形成襯層氧化物。舉例來說，當(dāng)使用PECVD形成該襯層氧 化物時(shí)，優(yōu)選工藝條件包括溫度為350 45(TC;壓力為1 3Torr ;RF功率輸入為300 400W ;氣體流量^0為1000 2000sccm、 SiH4為20 50sccm。在此工藝條件下可以在T 形柵的周圍各向同性地形成厚度基本均勻的襯層氧化物。該襯層氧化物的厚度優(yōu)選為5至十幾納米。 步驟c、在襯層氧化物10的底面所定義的窗口之外的區(qū)域形成LDD 5(圖2C)。
本步驟中，可以在形成LDD 5時(shí)，將注入的離子束傾斜一定的角度，同時(shí)以一定的 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)圓片，以便根據(jù)T形的底面所定義的窗口來形成LDD。 或者也可以首先通過光刻步驟將源(或漏)區(qū)用光刻膠覆蓋，暴露出漏(或源) 區(qū)，將離子注入的方向傾斜一定的角度在漏(或源)區(qū)中形成LDD ;然后再通過光刻步驟將 形成LDD的漏(或源)區(qū)用光刻膠覆蓋，暴露出源(或漏)區(qū)，將離子注入的方向傾斜相同 的角度在源(或漏)區(qū)中形成LDD。 此時(shí)由于有T形的底面所定義的窗口的限制，從而利用自對準(zhǔn)工藝形成了 LDD。 該步驟中離子束的傾斜角度只要能夠?qū)DD延伸到溝道的根部即可，除此之外，
本發(fā)明對離子束的傾斜角度沒有限制。 具體形成LDD的過程為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。 步驟d、在襯層氧化物10的頂面所定義的窗口之外的區(qū)域形成源/漏區(qū)7(圖2D)。 本步驟中，將離子束基本上垂直地注入圓片就可以在襯層氧化物10的頂面所定
義的窗口之外的區(qū)域形成源/漏7。由于有T形的頂面所定義的窗口的限制，從而可以利用
自對準(zhǔn)工藝形成源和漏區(qū)。因此在控制短溝道效應(yīng)的同時(shí)省略了形成隔離層的工藝步驟。 具體形成源和漏的過程為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。 步驟e、在經(jīng)過上述處理的圓片上形成高應(yīng)力氮化物8 (圖2E)。本步驟中，可以利用ALD、CVD、PECVD等方法來形成高應(yīng)力氮化物，例如氮化硅。舉
例來說，當(dāng)利用PECVD形成高應(yīng)力氮化硅時(shí)，優(yōu)選工藝條件包括溫度為350 450°C ;壓
力為3 9Torr ;RF功率輸入為100 150W ;氣體流量SiH4為20 50sccm、 NH3為30
60sccm。在此工藝條件下可以在具有襯層氧化物的T形柵周圍各向同性地形成厚度均勻的
氮化硅。該高應(yīng)力氮化硅的厚度優(yōu)選為大于20nm。 本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體器件。如圖2E所示，該半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底 和在半導(dǎo)體襯底之上形成的T形柵；在T形柵周圍形成的襯層氧化物；在襯層氧化物的底 面所定義的窗口之外的半導(dǎo)體襯底中形成的低摻雜漏區(qū)LDD ;在襯層氧化物的頂面所定義 的窗口之外的半導(dǎo)體襯底中形成的源區(qū)和漏區(qū)；在襯層氧化物的周圍、LDD之上和源區(qū)、漏 區(qū)上形成的高應(yīng)力氮化物。其中襯層氧化物的優(yōu)選厚度為5nm。高應(yīng)力氮化物優(yōu)選為高氮 化硅，并且厚度優(yōu)選為大于20nm。 由以上所述可以看出，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，首先在半導(dǎo)體襯底上形成T形 柵；然后，在T形柵的周圍形成襯層氧化物；并在襯層氧化物的底面所定義的窗口之外的半 導(dǎo)體襯底中形成LDD，在襯層氧化物的頂面所定義的窗口之外的半導(dǎo)體襯底中形成源/漏 區(qū)；最后在經(jīng)上述處理之后的圓片上形成高應(yīng)力氮化物。該方法利用了 T形柵周圍形成的 襯層氧化物的底面和頂面，通過自對準(zhǔn)工藝來形成LDD和源/漏區(qū)，從而省略了傳統(tǒng)SPT工 藝流程中形成隔離層6和腐蝕隔離層6的工藝步驟，因此而減小了 MOS器件的生產(chǎn)成本，同 時(shí)也提高了MOS器件生產(chǎn)中的良率和工藝穩(wěn)定性，并且還減少了利用濕法腐蝕去除隔離層 6時(shí)引入的缺陷。 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在 本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)
6范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種增大引入溝道中的應(yīng)力的方法，其特征在于，該方法包括在半導(dǎo)體襯底上形成T形柵；在所述T形柵的周圍形成襯層氧化物；在所述襯層氧化物的底面所定義的窗口之外的半導(dǎo)體襯底中形成低摻雜漏區(qū)LDD；在所述襯層氧化物的頂面所定義的窗口之外的半導(dǎo)體襯底中形成源區(qū)和漏區(qū)；在所述襯層氧化物的周圍、所述LDD之上和所述源區(qū)、漏區(qū)之上形成高應(yīng)力氮化物。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述襯層氧化物的厚度為5納米。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成襯層氧化物為利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積PECVD來形成襯層氧化物，工藝條件包括溫度為350 450°C ;壓力為1 3Torr ;RF功率輸入為300 400W ;氣體流量N20為1000 2000sccm、SiH4為20 50sccm。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述襯層氧化物的底面所定義的窗口之外的半導(dǎo)體襯底中形成LDD包括將離子注入的方向傾斜在所述襯層氧化物的底面所定義的窗口之外的半導(dǎo)體襯底中形成LDD。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述高應(yīng)力氮化物為高應(yīng)力氮化硅。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述形成高應(yīng)力氮化物為利用PECVD來形成高應(yīng)力氮化硅，工藝條件包括溫度為350 450°C ;壓力為3 9Torr ;RF功率輸入為100 150W ;氣體流量SiH4為20 50sccm、 NH3為30 60sccm。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述高應(yīng)力氮化物層的厚度至少為20納米。
8. —種半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底和在所述半導(dǎo)體襯底之上形成的T形柵；在所述T形柵周圍形成的襯層氧化物；在所述襯層氧化物的底面所定義的窗口之外的半導(dǎo)體襯底中形成的低摻雜漏區(qū)LDD ;在所述襯層氧化物的頂面所定義的窗口之外的半導(dǎo)體襯底中形成的源區(qū)和漏區(qū)；在襯層氧化物的周圍、所述LDD之上和所述源區(qū)、漏區(qū)上形成的高應(yīng)力氮化物。
9. 如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述襯層氧化物的厚度為5納米。
10. 如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述高應(yīng)力氮化物層的厚度至少為20納米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種增大引入溝道中的應(yīng)力的方法和半導(dǎo)體器件。該方法包括在半導(dǎo)體襯底上形成T形柵；在所述T形柵的周圍形成襯層氧化物；在所述襯層氧化物的底面所定義的窗口之外的半導(dǎo)體襯底中形成低摻雜漏區(qū)LDD；在所述襯層氧化物的頂面所定義的窗口之外的半導(dǎo)體襯底中形成源區(qū)和漏區(qū)；在所述襯層氧化物的周圍、所述LDD之上和所述源區(qū)、漏區(qū)上形成高應(yīng)力氮化物。使用本發(fā)明避免了在形成源/漏區(qū)時(shí)沉積、刻蝕或去除隔離層的工藝步驟，減少了半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)成本，提高了半導(dǎo)體器件生產(chǎn)中的良率和工藝穩(wěn)定性，并且還減少了利用濕法腐蝕去除隔離層時(shí)可能引入的缺陷，因此而減小了對半導(dǎo)體器件電學(xué)性能和可靠性的影響。
文檔編號H01L29/78GK101789377SQ20091004582
公開日2010年7月28日 申請日期2009年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月23日
發(fā)明者吳漢明, 王國華 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司