專利名稱：偏移側墻及mos晶體管的形成方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種偏移側墻及MOS晶體管的形成方法。
背景技術：
隨著半導體制造技術以及相關配套技術的不斷發(fā)展進步，在單位面積內容納的晶 體管數(shù)目不斷增加，集成電路集成度越來越高，每個晶體管的尺寸越來越小。當晶體管尺寸 縮小時，其柵極的長度也會隨之變短。但是隨著柵極長度的縮短，在離子注入過程中，出現(xiàn) 了很多影響晶體管正常工作的負面效應，比如短溝道效應(Shot Channel Effect，SCE)?，F(xiàn)有形成MOS晶體管過程中，可以采用在柵極兩側形成偏移側墻(offsetspace) 來解決短溝道效應，如中國專利申請200510108839可以發(fā)現(xiàn)在MOS有源區(qū)的柵極兩側都有 偏移間隙壁。具體制作方法如圖1所示，提供半導體襯底100，所述半導體襯底100中形成 有隔離結構101，隔離結構101之間的區(qū)域為有源區(qū)102 ；在有源區(qū)102的半導體襯底100 中摻雜離子，形成摻雜阱103 ；在有源區(qū)102的半導體襯底100上依次形成柵介質層104與 柵極105，所述柵介質層104與柵極105構成柵極結構106。如圖2所示，以柵極結構106兩側形成偏移側墻107，具體形成工藝如下用化學 氣相沉積法在半導體襯底100上形成氮化硅層；采用等離子體回刻蝕工藝刻蝕氮化硅層， 去除半導體襯底100及柵極結構106上方的氮化硅層，所述等離子體回刻蝕工藝采用的是 包含CHxFy混合氣體，其中CHxFy的流量為20sccm 200sccm。然后，采用濕洗方法去除偏移側墻107表面的聚合物及其他有機物。如圖3所示，以柵極結構106和偏移側墻107為掩模，進行離子注入，在半導體襯 底100內形成源/漏極延伸區(qū)110。如圖4所示，在偏移側墻107兩側形成側墻112 ；以側墻112、偏移側墻107及柵 極結構106為掩模，在柵極結構106兩側的半導體襯底100中進行離子注入，形成源/漏極 114。最后，對半導體襯底100進行退火，使注入的各種離子擴散均勻。隨著半導體器件例如MOS晶體管的尺寸進入65nm，器件的溝道長度進一步減小， 短溝道效應更加明顯，因此，為了降低短溝道效應，采用形成偏移側墻的方法。但是這種工 藝存在以下缺點在用包含CHxFy的混合氣體回刻蝕氮化硅層的過程中，由于CHxFy會與氮 化硅層中的氮離子或硅離子發(fā)生反應，在偏移側墻表面形成聚合物；而如果刻蝕形成偏移 側墻后，需要等待8小時以上再進行濕洗工藝的話，附著于偏移側墻表面的聚合物會對偏 移側墻進一步腐蝕，使柵極結構上方曝露(如圖2中虛線框中所示)，會導致柵極結構與后 續(xù)導電插塞之間產生短路，影響半導體器件的電性能。

發(fā)明內容
本發(fā)明解決的問題是提供一種偏移側墻及MOS晶體管的形成方法，防止MOS晶體管結漏電。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種偏移側墻的形成方法，包括在半導體襯底上依次形成柵介質層與柵極，所述柵介質層與柵極構成柵極結構；在半導體襯底上形成氮化硅 層，且氮化硅層包圍柵極結構；采用包含CHxFy氣體的混合氣體對氮化硅層進行回刻蝕，形 成偏移側墻，所述偏移側墻表面具有CHxFy氣體與氮化硅反應生成的聚合物；采用包含氫氣 的混合氣體灰化去除聚合物?？蛇x的，所述氫氣的流量為50SCCm 200SCCm。所述包含氫氣的混合氣體中還包 括氬氣，氬氣的流量為200sccm 500sccm。可選的，所述采用包含氫氣的混合氣體灰化去除聚合物所需的壓力為10毫托 50毫托，功率為500W 2000W?？蛇x的，所述CHxFy氣體刻蝕氮化硅層時的流量為20SCCm 200sCCm，占混合氣體 總流量的20% 60%。可選的，所述偏移側墻的厚度為150埃 250埃。本發(fā)明還提供一種MOS晶體管的形成方法，包括在半導體襯底上依次形成柵介 質層與柵極，所述柵介質層與柵極構成柵極結構；在半導體襯底上形成氮化硅層，且氮化硅 層包圍柵極結構；采用包含CHxFy氣體的混合氣體對氮化硅層進行回刻蝕，形成偏移側墻， 所述偏移側墻表面具有CHxFy氣體與氮化硅反應生成的聚合物；采用包含氫氣的混合氣體 灰化去除聚合物；以柵極結構和偏移側墻為掩模，在柵極結構兩側的半導體襯底內進離子 注入，形成源/漏極延伸區(qū)；在柵極結構兩側形成側墻后，在柵極結構及側墻兩側的半導體 襯底內形成源/漏極?？蛇x的，所述氫氣的流量為50SCCm 200SCCm。所述包含氫氣的混合氣體中還包 括氬氣，氬氣的流量為200sccm 500sccm?？蛇x的，所述采用包含氫氣的混合氣體灰化去除聚合物所需的壓力為10毫托 50毫托，功率為500W 2000W?？蛇x的，所述CHxFy氣體刻蝕氮化硅層時的流量為20SCCm 200sCCm，占混合氣體 總流量的20% 60%?？蛇x的，所述偏移側墻的厚度為150埃 250埃。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點在形成偏移側墻后，采用包含氫氣的混合 氣體灰化去除附著于偏移側墻表面的CHxFy氣體與氮化硅反應生成的聚合物。避免了刻蝕 形成偏移側墻后，如果需要等待8小時以上再進行濕洗工藝的話，附著于偏移側墻表面的 聚合物會對偏移側墻進一步腐蝕，使柵極結構上方曝露的情況，有效防止了柵極結構與后 續(xù)導電插塞之間產生短路現(xiàn)象的發(fā)生，提高了半導體器件的電性能。


圖1至圖4是現(xiàn)有工藝形成MOS晶體管的示意圖；圖5是本發(fā)明形成MOS晶體管中偏移側墻的具體實施方式
流程圖；圖6是本發(fā)明形成MOS晶體管的具體實施方式
流程圖；圖7至圖12是本發(fā)明形成MOS晶體管的實施例示意圖。
具體實施例方式現(xiàn)有技術為了降低短溝道效應，采用形成偏移側墻的方法。但是在用包含CHxFy的混合氣體回刻蝕氮化硅層的過程中，由于CHxFy會與氮化硅層中的氮離子或硅離子發(fā)生反 應，在偏移側墻表面形成聚合物；而如果刻蝕形成偏移側墻后，需要等待8小時以上再進行 濕洗工藝的話，附著于偏移側墻表面的聚合物會對偏移側墻進一步腐蝕，使柵極結構上方 曝露，會導致柵極結構與后續(xù)導電插塞之間產生短路，影響半導體器件的電性能。本發(fā)明針對上述問題對MOS晶體管工藝中的偏移側墻的形成方法進行了改進，具 體流程如圖5所示，執(zhí)行步驟S101，在半導體襯底上依次形成柵介質層與柵極，所述柵介質 層與柵極構成柵極結構；執(zhí)行步驟S102，在半導體襯底上形成氮化硅層，且氮化硅層包圍 柵極結構；執(zhí)行步驟S103，采用包含CHxFy氣體的混合氣體對氮化硅層進行回刻蝕，形成偏 移側墻，所述偏移側墻表面具有CHxFy氣體與氮化硅反應生成的聚合物；執(zhí)行步驟S104，采 用包含氫氣的混合氣體灰化去除聚合物。本發(fā)明形成包含上述偏移側墻的MOS晶體管的具體實施方式
流程如圖6所示，執(zhí) 行步驟S201，在半導體襯底上依次形成柵介質層與柵極，所述柵介質層與柵極構成柵極結 構；執(zhí)行步驟S202，在半導體襯底上形成氮化硅層，且氮化硅層包圍柵極結構；執(zhí)行步驟 S203,采用包含CHxFy氣體的混合氣體對氮化硅層進行回刻蝕，形成偏移側墻，所述偏移側 墻表面具有CHxFy氣體與氮化硅反應生成的聚合物；執(zhí)行步驟S204，采用包含氫氣的混合 氣體灰化去除聚合物；執(zhí)行步驟S205，以柵極結構和偏移側墻為掩模，在柵極結構兩側的 半導體襯底內進離子注入，形成源/漏極延伸區(qū)；執(zhí)行步驟S206，在柵極結構兩側形成側墻 后，在柵極結構及側墻兩側的半導體襯底內形成源/漏極。下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。圖7至圖12是本發(fā)明形成MOS晶體管的實施例示意圖。如圖7所示，提供半導體 襯底200，所述半導體襯底200可以為硅或者絕緣體上硅(SOI)。在半導體襯底中形成隔離 結構201，所述隔離結構201為淺溝槽隔離(STI)結構或者局部氧化硅(LOCOS)隔離結構。 在隔離結構201之間為有源區(qū)202，在有源區(qū)202的半導體襯底200中摻雜離子，形成摻雜 阱203，如果是形成PMOS晶體管，則在半導體襯底200中摻雜η型離子，形成η摻雜阱；而 如果是形成NMOS晶體管，則在半導體襯底200中摻雜ρ型離子，形成ρ摻雜阱。在有源區(qū)202的半導體襯底200上依次形成柵介質層204與柵極205，所述柵介質 層204與柵極205構成柵極結構206。具體形成工藝為用熱氧化法或化學氣相沉積法在 半導體襯底200上形成柵介質層204 ；接著用化學氣相沉積法或低壓等離子體化學氣相沉 積或等離子體增強化學氣相沉積工藝在柵介質層204上形成多晶硅層；在多晶硅層上形成 光刻膠層，定義柵極圖案；以光刻膠層為掩膜，刻蝕多晶硅層及柵介質層204至露出半導體 襯底，形成柵極205 ；灰化去除光刻膠層。所述柵介質層204的材料可以是氧化硅(SiO2)或氮氧化硅(SiNO)等。柵介質層 204的厚度為15埃到60埃。柵極205還可以是包含半導體材料的多層結構，例如硅、鍺、金屬或其組合。所述 柵極205的厚度為800埃到3000埃。如圖8所示，用化學氣相沉積法在半導體襯底200上形成氮化硅層207，且氮化硅 層207包圍柵極結構206。如圖9所示，采用包含CHxFy氣體的混合氣體210經(jīng)過電離后以等離子體形式回刻 蝕氮化硅層207，形成偏移側墻207a。
本實施例中，所述CHxFy氣體刻蝕氮化硅層207時的流量為20sccm 200sccm，占 混合氣體總流量的20% 60%。本實施例中，經(jīng)過包含CHxFy氣體的混合氣體刻蝕后，偏移側墻207a表面具有 CHxFy氣體與氮化硅反應生成的聚合物211。如果聚合物211長時間附著于偏移側墻207a表面的話，聚合物211會對偏移側墻 207a進一步腐蝕，使柵極結構206上方曝露，進而導致柵極結構206與后續(xù)導電插塞之間產 生短路。因此，如圖10所示，采用包含氫氣的混合氣體215對聚合物進行灰化處理，去除偏 移側墻207a表面的所有聚合物。本實施例中，所述包含氫氣的混合氣體215處理聚合物時的氫氣流量為50sCCm 200sccm。所述包含氫氣的混合氣體215中還包括氬氣，氬氣的流量為200sccm 500sccm。本實施例中，所述采用包含氫氣的混合氣體215對聚合物進行灰化處理時需要的 壓力為10毫托 50毫托，功率為500W 2000W。如圖11所示，以柵極結構206和偏移側墻207b為掩膜，在柵極結構206和偏移側 墻207b兩側的半導體襯底200內進行離子210注入，形成源/漏極延伸區(qū)208。然后，對半 導體襯底200進行退火，使注入的離子210擴散均勻。本實施例中，在形成PMOS晶體管區(qū)域，向半導體襯底200內注入的是ρ型離子，所 述P型離子可以是硼離子。在形成NMOS晶體管區(qū)域，向半導體襯底200內注入的是η型離 子，所述η型離子可以是磷離子或砷離子。所述退火工藝可以退火采用快速熱退火、脈沖退火或者激光退火。退火的溫度范 圍為1000°C 1070°C，時間為1秒 30秒。本實施例中，在形成源/漏極延伸區(qū)208后，還可以繼續(xù)以柵極結構206為掩模， 在柵極結構206兩側的半導體襯底200內進行袋形注入(Pocketimplant)的工藝步驟，所 述袋形注入一般采用角度介于0度至45度的離子注入，形成袋形注入?yún)^(qū)。所述袋形注入?yún)^(qū) 位于源極延伸區(qū)和漏極延伸區(qū)的外側，其導電類型與源極延伸區(qū)或漏極延伸區(qū)的導電類型 相反。所述袋形注入工藝可以用來改善器件的短溝道效應以及擊穿效應(punch through)。 為了清楚解釋本發(fā)明的內容，該區(qū)域未示出。然后，參照附圖12，在偏移側墻207b兩側形成側墻212，所述側墻的材料可以為氧 化硅、氮化硅、氮氧化硅中一種或者它們組合構成。作為本實施例的一個優(yōu)化實施方式，所 述側墻為氧化硅-氮化硅-氧化硅共同組成，具體工藝為在半導體襯底200上以及柵極結 構206上用化學氣相沉積法或物理氣相沉積法依次形成第一氧化硅層、氮化硅層以及第二 氧化硅層；然后，采用干法蝕刻的回蝕(etch-back)方法蝕刻第二氧化硅層、氮化硅層以及 第一氧化硅層至露出半導體襯底200及柵極205表面，形成側墻212。繼續(xù)參考圖12，以柵極結構206、偏移側墻207b及側墻212為掩模，在柵極結構 206兩側的半導體襯底200中進行離子注入，形成源/漏極214。最后，對半導體襯底200 進行退火處理，使注入的離子擴散均勻。本實施例中，在形成PMOS晶體管區(qū)域，向半導體襯底200中注入的是ρ型離子，如硼離子等。本實施例中，在形成NMOS晶體管區(qū)域，向半導體襯底200中注入的是η型離子，如磷離子或砷離子等。 雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領域技術 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應 當以權利要求所限定的范圍為準。
權利要求
1.一種偏移側墻的形成方法，其特征在于，包括在半導體襯底上依次形成柵介質層與柵極，所述柵介質層與柵極構成柵極結構；在半導體襯底上形成氮化硅層，且氮化硅層包圍柵極結構；采用包含CHxFy氣體的混合氣體對氮化硅層進行回刻蝕，形成偏移側墻，所述偏移側墻 表面具有CHxFy氣體與氮化硅反應生成的聚合物；采用包含氫氣的混合氣體灰化去除聚合物。
2.根據(jù)權利要求1所述偏移側墻的形成方法，其特征在于，所述氫氣的流量為 50sccm 200sccmo
3.根據(jù)權利要求1所述偏移側墻的形成方法，其特征在于，所述包含氫氣的混合氣體 中還包括氬氣，氬氣的流量為200sccm 500sccm。
4.根據(jù)權利要求1所述偏移側墻的形成方法，其特征在于，所述采用包含氫氣的混合 氣體灰化去除聚合物所需的壓力為10毫托 50毫托，功率為500W 2000W。
5.根據(jù)權利要求1所述偏移側墻的形成方法，其特征在于，所述CHxFy氣體刻蝕氮化硅 層時的流量為20sccm 200sccm，占混合氣體總流量的20% 60%。
6.根據(jù)權利要求1所述偏移側墻的形成方法，其特征在于，所述偏移側墻的厚度為150 埃 250埃。
7.—種MOS晶體管的形成方法，其特征在于，包括在半導體襯底上依次形成柵介質層與柵極，所述柵介質層與柵極構成柵極結構；在半導體襯底上形成氮化硅層，且氮化硅層包圍柵極結構；采用包含CHxFy氣體的混合氣體對氮化硅層進行回刻蝕，形成偏移側墻，所述偏移側墻 表面具有CHxFy氣體與氮化硅反應生成的聚合物；采用包含氫氣的混合氣體灰化去除聚合物；以柵極結構和偏移側墻為掩模，在柵極結構兩側的半導體襯底內進離子注入，形成源/ 漏極延伸區(qū)；在柵極結構兩側形成側墻后，在柵極結構及側墻兩側的半導體襯底內形成源/漏極。
8.根據(jù)權利要求7所述MOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述氫氣的流量為 50sccm 200sccmo
9.根據(jù)權利要求7所述MOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述包含氫氣的混合氣體 中還包括氬氣，氬氣的流量為200sccm 500sccm。
10.根據(jù)權利要求7所述MOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述采用包含氫氣的混 合氣體灰化去除聚合物所需的壓力為10毫托 50毫托，功率為500W 2000W。
11.根據(jù)權利要求7所述MOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述CHxFy氣體刻蝕氮 化硅層時的流量為20sccm 200sccm，占混合氣體總流量的20% 60%。
12.根據(jù)權利要求7所述MOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述偏移側墻的厚度為 150埃 250埃。
全文摘要
一種偏移側墻及MOS晶體管的形成方法。其中偏移側墻的形成方法，包括在半導體襯底上依次形成柵介質層與柵極，所述柵介質層與柵極構成柵極結構；在半導體襯底上形成氮化硅層，且氮化硅層包圍柵極結構；采用包含CHxFy氣體的混合氣體對氮化硅層進行回刻蝕，形成偏移側墻，所述偏移側墻表面具有CHxFy氣體與氮化硅反應生成的聚合物；采用氫氣灰化去除聚合物。本發(fā)明有效防止了柵極結構與后續(xù)導電插塞之間產生短路現(xiàn)象的發(fā)生，提高了半導體器件的電性能。
文檔編號H01L21/336GK102054676SQ20091019811
公開日2011年5月11日 申請日期2009年11月2日 優(yōu)先權日2009年11月2日
發(fā)明者張海洋, 沈滿華 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司