專利名稱：偏移側(cè)墻及mos晶體管的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種偏移側(cè)墻及MOS晶體管的形成方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)以及相關(guān)配套技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，在單位面積內(nèi)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(dāng)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(fù)面效應(yīng)，比如短溝道效應(yīng)(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(cè)形成偏移側(cè)墻(offsetspace) 來解決短溝道效應(yīng)，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(cè)都有 偏移間隙壁。具體制作方法如圖1所示，提供半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100中形成 有隔離結(jié)構(gòu)101，隔離結(jié)構(gòu)101之間的區(qū)域?yàn)橛性磪^(qū)102 ；在有源區(qū)102的半導(dǎo)體襯底100 中摻雜離子，形成摻雜阱103 ；在有源區(qū)102的半導(dǎo)體襯底100上依次形成柵介質(zhì)層104與 柵極105，所述柵介質(zhì)層104與柵極105構(gòu)成柵極結(jié)構(gòu)106。如圖2所示，以柵極結(jié)構(gòu)106兩側(cè)形成偏移側(cè)墻107，具體形成工藝如下用化學(xué) 氣相沉積法在半導(dǎo)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(dǎo)體襯底100及柵極結(jié)構(gòu)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(cè)墻107表面的聚合物及其他有機(jī)物。如圖3所示，以柵極結(jié)構(gòu)106和偏移側(cè)墻107為掩模，進(jìn)行離子注入，在半導(dǎo)體襯 底100內(nèi)形成源/漏極延伸區(qū)110。如圖4所示，在偏移側(cè)墻107兩側(cè)形成側(cè)墻112 ；以側(cè)墻112、偏移側(cè)墻107及柵 極結(jié)構(gòu)106為掩模，在柵極結(jié)構(gòu)106兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100中進(jìn)行離子注入，形成源/漏極 114。最后，對半導(dǎo)體襯底100進(jìn)行退火，使注入的各種離子擴(kuò)散均勻。隨著半導(dǎo)體器件例如MOS晶體管的尺寸進(jìn)入65nm，器件的溝道長度進(jìn)一步減小， 短溝道效應(yīng)更加明顯，因此，為了降低短溝道效應(yīng)，采用形成偏移側(cè)墻的方法。但是這種工 藝存在以下缺點(diǎn)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(yīng)，在偏移側(cè)墻表面形成聚合物；而如果刻蝕形成偏移 側(cè)墻后，需要等待8小時以上再進(jìn)行濕洗工藝的話，附著于偏移側(cè)墻表面的聚合物會對偏 移側(cè)墻進(jìn)一步腐蝕，使柵極結(jié)構(gòu)上方曝露(如圖2中虛線框中所示)，會導(dǎo)致柵極結(jié)構(gòu)與后 續(xù)導(dǎo)電插塞之間產(chǎn)生短路，影響半導(dǎo)體器件的電性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種偏移側(cè)墻及MOS晶體管的形成方法，防止MOS晶體管結(jié)漏電。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種偏移側(cè)墻的形成方法，包括在半導(dǎo)體襯底上依次形成柵介質(zhì)層與柵極，所述柵介質(zhì)層與柵極構(gòu)成柵極結(jié)構(gòu)；在半導(dǎo)體襯底上形成氮化硅 層，且氮化硅層包圍柵極結(jié)構(gòu)；采用包含CHxFy氣體的混合氣體對氮化硅層進(jìn)行回刻蝕，形 成偏移側(cè)墻，所述偏移側(cè)墻表面具有CHxFy氣體與氮化硅反應(yīng)生成的聚合物；采用氧氣灰化 去除聚合物?？蛇x的，所述氧氣的流量為IOOsccm 500sccm。可選的，所述采用氧氣灰化去除聚合物所需的壓力為10毫托 50毫托，功率為 200W 1000W，偏壓為 Off0可選的，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(cè)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(dǎo)體襯底上依次形成柵介 質(zhì)層與柵極，所述柵介質(zhì)層與柵極構(gòu)成柵極結(jié)構(gòu)；在半導(dǎo)體襯底上形成氮化硅層，且氮化硅 層包圍柵極結(jié)構(gòu)；采用包含CHxFy氣體的混合氣體對氮化硅層進(jìn)行回刻蝕，形成偏移側(cè)墻， 所述偏移側(cè)墻表面具有CHxFy氣體與氮化硅反應(yīng)生成的聚合物；采用氧氣灰化去除聚合物； 以柵極結(jié)構(gòu)和偏移側(cè)墻為掩模，在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)進(jìn)離子注入，形成源/漏 極延伸區(qū)；在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成側(cè)墻后，在柵極結(jié)構(gòu)及側(cè)墻兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成源/ 漏極?？蛇x的，所述氧氣的流量為IOOsccm 500sccm。可選的，所述采用氧氣灰化去除聚合物所需的壓力為10毫托 50毫托，功率為 200W 1000W，偏壓為 Off0可選的，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(cè)墻的厚度為150埃 250埃。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)在形成偏移側(cè)墻后，采用氧氣灰化去除附 著于偏移側(cè)墻表面的CHxFy氣體與氮化硅反應(yīng)生成的聚合物。避免了刻蝕形成偏移側(cè)墻后， 如果需要等待8小時以上再進(jìn)行濕洗工藝的話，附著于偏移側(cè)墻表面的聚合物會對偏移側(cè) 墻進(jìn)一步腐蝕，使柵極結(jié)構(gòu)上方曝露的情況，有效防止了柵極結(jié)構(gòu)與后續(xù)導(dǎo)電插塞之間產(chǎn) 生短路現(xiàn)象的發(fā)生，提高了半導(dǎo)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(cè)墻的具體實(shí)施方式
流程圖；圖6是本發(fā)明形成MOS晶體管的具體實(shí)施方式
流程圖；圖7至圖12是本發(fā)明形成MOS晶體管的實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)有技術(shù)為了降低短溝道效應(yīng)，采用形成偏移側(cè)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(yīng)，在偏移側(cè)墻表面形成聚合物；而如果刻蝕形成偏移側(cè)墻后，需要等待8小時以上再進(jìn)行濕洗工藝的話，附著于偏移側(cè)墻表面的聚合物會對偏移側(cè)墻進(jìn)一步腐蝕，使柵極結(jié)構(gòu)上方 曝露，會導(dǎo)致柵極結(jié)構(gòu)與后續(xù)導(dǎo)電插塞之間產(chǎn)生短路，影響半導(dǎo)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(cè)墻的形成方法進(jìn)行了改進(jìn)，具 體流程如圖5所示，執(zhí)行步驟S101，在半導(dǎo)體襯底上依次形成柵介質(zhì)層與柵極，所述柵介質(zhì) 層與柵極構(gòu)成柵極結(jié)構(gòu)；執(zhí)行步驟S102，在半導(dǎo)體襯底上形成氮化硅層，且氮化硅層包圍 柵極結(jié)構(gòu)；執(zhí)行步驟S103，采用包含CHxFy氣體的混合氣體對氮化硅層進(jìn)行回刻蝕，形成偏 移側(cè)墻，所述偏移側(cè)墻表面具有CHxFy氣體與氮化硅反應(yīng)生成的聚合物；執(zhí)行步驟S104，采 用氧氣灰化去除聚合物。本發(fā)明形成包含上述偏移側(cè)墻的MOS晶體管的具體實(shí)施方式
流程如圖6所示，執(zhí) 行步驟S201，在半導(dǎo)體襯底上依次形成柵介質(zhì)層與柵極，所述柵介質(zhì)層與柵極構(gòu)成柵極結(jié) 構(gòu)；執(zhí)行步驟S202，在半導(dǎo)體襯底上形成氮化硅層，且氮化硅層包圍柵極結(jié)構(gòu)；執(zhí)行步驟 S203,采用包含CHxFy氣體的混合氣體對氮化硅層進(jìn)行回刻蝕，形成偏移側(cè)墻，所述偏移側(cè) 墻表面具有CHxFy氣體與氮化硅反應(yīng)生成的聚合物；執(zhí)行步驟S204，采用氧氣灰化去除聚合 物；執(zhí)行步驟S205，以柵極結(jié)構(gòu)和偏移側(cè)墻為掩模，在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)進(jìn)離 子注入，形成源/漏極延伸區(qū)；執(zhí)行步驟S206，在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成側(cè)墻后，在柵極結(jié)構(gòu)及 側(cè)墻兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成源/漏極。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。圖7至圖12是本發(fā)明形成MOS晶體管的實(shí)施例示意圖。如圖7所示，提供半導(dǎo)體 襯底200，所述半導(dǎo)體襯底200可以為硅或者絕緣體上硅(S0I)。在半導(dǎo)體襯底中形成隔離 結(jié)構(gòu)201，所述隔離結(jié)構(gòu)201為淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)或者局部氧化硅(LOCOS)隔離結(jié)構(gòu)。 在隔離結(jié)構(gòu)201之間為有源區(qū)202，在有源區(qū)202的半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體襯底200上依次形成柵介質(zhì)層204與柵極205，所述柵介質(zhì) 層204與柵極205構(gòu)成柵極結(jié)構(gòu)206。具體形成工藝為用熱氧化法或化學(xué)氣相沉積法在 半導(dǎo)體襯底200上形成柵介質(zhì)層204 ；接著用化學(xué)氣相沉積法或低壓等離子體化學(xué)氣相沉 積或等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝在柵介質(zhì)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(zhì)層204至露出半導(dǎo)體 襯底，形成柵極205 ；灰化去除光刻膠層。所述柵介質(zhì)層204的材料可以是氧化硅(SiO2)或氮氧化硅(SiNO)等。柵介質(zhì)層 204的厚度為15埃到60埃。柵極205還可以是包含半導(dǎo)體材料的多層結(jié)構(gòu)，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(xué)氣相沉積法在半導(dǎo)體襯底200上形成氮化硅層207，且氮化硅 層207包圍柵極結(jié)構(gòu)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(cè)墻207a。本實(shí)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(shí)施例中，經(jīng)過包含CHxFy氣體的混合氣體刻蝕后，偏移側(cè)墻207a表面具有 CHxFy氣體與氮化硅反應(yīng)生成的聚合物211。如果聚合物211長時間附著于偏移側(cè)墻207a表面的話，聚合物211會對偏移側(cè)墻 207a進(jìn)一步腐蝕，使柵極結(jié)構(gòu)206上方曝露，進(jìn)而導(dǎo)致柵極結(jié)構(gòu)206與后續(xù)導(dǎo)電插塞之間產(chǎn) 生短路。因此，如圖10所示，采用氧氣215對聚合物進(jìn)行灰化處理，去除偏移側(cè)墻207a表 面的所有聚合物。本實(shí)施例中，所述氧氣215處理聚合物時的流量為lOOsccm 500SCCm。所述采用 氧氣215灰化去除聚合物所需的壓力為10毫托 50毫托，功率為200W 1000W，偏壓為 OW。如圖11所示，以柵極結(jié)構(gòu)206和偏移側(cè)墻207b為掩膜，在柵極結(jié)構(gòu)206和偏移側(cè) 墻207b兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底200內(nèi)進(jìn)行離子210注入，形成源/漏極延伸區(qū)208。然后，對半 導(dǎo)體襯底200進(jìn)行退火，使注入的離子210擴(kuò)散均勻。本實(shí)施例中，在形成PMOS晶體管區(qū)域，向半導(dǎo)體襯底200內(nèi)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(dǎo)體襯底200內(nèi)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(shí)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(jié)構(gòu)206為掩模， 在柵極結(jié)構(gòu)206兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底200內(nèi)進(jìn)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O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(cè)，其導(dǎo)電類型與源極延伸區(qū)或漏極延伸區(qū)的導(dǎo)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(yīng)以及擊穿效應(yīng)(punch through)。 為了清楚解釋本發(fā)明的內(nèi)容，該區(qū)域未示出。然后，參照附圖12，在偏移側(cè)墻207b兩側(cè)形成側(cè)墻212，所述側(cè)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(gòu)成。作為本實(shí)施例的一個優(yōu)化實(shí)施方式，所 述側(cè)墻為氧化硅-氮化硅-氧化硅共同組成，具體工藝為在半導(dǎo)體襯底200上以及柵極結(jié) 構(gòu)206上用化學(xué)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(dǎo)體襯底200及柵極205表面，形成側(cè)墻212。繼續(xù)參考圖12，以柵極結(jié)構(gòu)206、偏移側(cè)墻207b及側(cè)墻212為掩模，在柵極結(jié)構(gòu) 206兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底200中進(jìn)行離子注入，形成源/漏極214。最后，對半導(dǎo)體襯底200 進(jìn)行退火處理，使注入的離子擴(kuò)散均勻。本實(shí)施例中，在形成PMOS晶體管區(qū)域，向半導(dǎo)體襯底200中注入的是ρ型離子，如硼離子等。本實(shí)施例中，在形成NMOS晶體管區(qū)域，向半導(dǎo)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(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù) 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種偏移側(cè)墻的形成方法，其特征在于，包括在半導(dǎo)體襯底上依次形成柵介質(zhì)層與柵極，所述柵介質(zhì)層與柵極構(gòu)成柵極結(jié)構(gòu)；在半導(dǎo)體襯底上形成氮化硅層，且氮化硅層包圍柵極結(jié)構(gòu)；采用包含CHxFy氣體的混合氣體對氮化硅層進(jìn)行回刻蝕，形成偏移側(cè)墻，所述偏移側(cè)墻 表面具有CHxFy氣體與氮化硅反應(yīng)生成的聚合物；采用氧氣灰化去除聚合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述偏移側(cè)墻的形成方法，其特征在于，所述氧氣的流量為 IOOsccm 500sccmo
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述偏移側(cè)墻的形成方法，其特征在于，所述采用氧氣灰化去除聚 合物所需的壓力為10毫托 50毫托，功率為200W 1000W，偏壓為0W。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述偏移側(cè)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%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述偏移側(cè)墻的形成方法，其特征在于，所述偏移側(cè)墻的厚度為150 埃 250埃。
6.一種MOS晶體管的形成方法，其特征在于，包括在半導(dǎo)體襯底上依次形成柵介質(zhì)層與柵極，所述柵介質(zhì)層與柵極構(gòu)成柵極結(jié)構(gòu)；在半導(dǎo)體襯底上形成氮化硅層，且氮化硅層包圍柵極結(jié)構(gòu)；采用包含CHxFy氣體的混合氣體對氮化硅層進(jìn)行回刻蝕，形成偏移側(cè)墻，所述偏移側(cè)墻 表面具有CHxFy氣體與氮化硅反應(yīng)生成的聚合物；采用氧氣灰化去除聚合物；以柵極結(jié)構(gòu)和偏移側(cè)墻為掩模，在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)進(jìn)離子注入，形成源/ 漏極延伸區(qū)；在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成側(cè)墻后，在柵極結(jié)構(gòu)及側(cè)墻兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成源/漏極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述MOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述氧氣的流量為 IOOsccm 500sccmo
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述MOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述采用氧氣灰化去除聚 合物所需的壓力為10毫托 50毫托，功率為200W 1000W，偏壓為0W。
9.根據(jù)權(quán)利要求6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%。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述MOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述偏移側(cè)墻的厚度為 150埃 250埃。
全文摘要
一種偏移側(cè)墻及MOS晶體管的形成方法。其中偏移側(cè)墻的形成方法，包括在半導(dǎo)體襯底上依次形成柵介質(zhì)層與柵極，所述柵介質(zhì)層與柵極構(gòu)成柵極結(jié)構(gòu)；在半導(dǎo)體襯底上形成氮化硅層，且氮化硅層包圍柵極結(jié)構(gòu)；采用包含CHxFy氣體的混合氣體對氮化硅層進(jìn)行回刻蝕，形成偏移側(cè)墻，所述偏移側(cè)墻表面具有CHxFy氣體與氮化硅反應(yīng)生成的聚合物；采用氧氣灰化去除聚合物。本發(fā)明有效防止了柵極結(jié)構(gòu)與后續(xù)導(dǎo)電插塞之間產(chǎn)生短路現(xiàn)象的發(fā)生，提高了半導(dǎo)體器件的電性能。
文檔編號H01L21/28GK102054677SQ200910198118
公開日2011年5月11日 申請日期2009年11月2日 優(yōu)先權(quán)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