專利名稱：一種高性能半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法。更具體而言，涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，用于在柵堆疊下方的半導(dǎo)體襯底中形成具有陡峭的倒摻雜阱以及分別在源極區(qū)和漏極區(qū)附近的半導(dǎo)體襯底中形成陡峭的離子注入?yún)^(qū)。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，具有更高性能和更強(qiáng)功能的集成電路要求更大的元件密度，而且各個(gè)部件、元件之間或各個(gè)元件自身的尺寸、大小和空間也需要進(jìn)一步縮小。相應(yīng)地，為了提高M(jìn)OSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)器件的性能需要進(jìn)一步減少 MOSFET器件的柵長。然而隨著柵長持續(xù)減小，減少到接近源極和漏極的耗盡層的寬度，例如小于40nm時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的短通道效應(yīng)(short channel effect或簡寫為SCE)，從而不利地降低器件的性能，給大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)造成困難。如何降低短通道效應(yīng)以及有效地控制短通道效應(yīng)，已經(jīng)成為集成電路大規(guī)模生產(chǎn)中的一個(gè)很關(guān)鍵的問題。在Thompson S 等人的文章中“M0S Scaling =Transistor Challenges for the 2IstCentury", Intel Technology Journal Q3~981-19頁，描述Halo離子注入和倒摻雜阱能夠降低短通道效應(yīng)。此方案是基于在溝道中形成陡峭的倒摻雜阱以減小柵極下耗盡層的厚度，進(jìn)而減少短通道效應(yīng)。通常要求倒摻雜阱要有很陡峭的分布以達(dá)好的效果。但是由于快速光熱退火或尖峰退火經(jīng)常用于激活摻雜以及去除對源/漏區(qū)離子注入所導(dǎo)致的缺陷。而源極區(qū)和漏極區(qū)以及源/漏延伸區(qū)退火的熱預(yù)算太大，這種退火形成原子擴(kuò)散所需的溫度和時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于僅對溝道區(qū)中的摻雜劑進(jìn)行退火所需。因此不利地導(dǎo)致溝道區(qū)中的摻雜原子擴(kuò)散過大，從而破壞陡峭的倒摻雜分布。因此，為了改進(jìn)半導(dǎo)體器件的性能，需要一種具有陡峭的倒摻雜分布的器件及其制造方法。另外，由于在現(xiàn)有技術(shù)的Halo離子注入通常會(huì)將摻雜劑不當(dāng)?shù)匾朐礃O區(qū)和漏極區(qū)的主體部分，與源/漏極區(qū)的摻雜重疊，引起MOSFET器件中的帶-帶泄漏電流和源漏結(jié)電容增加，導(dǎo)致源極、漏極擊穿，從而導(dǎo)致器件性能的下降。因此，也需要一種半導(dǎo)體器件及其形成方法以減少在形成Halo離子注入時(shí)對源漏區(qū)域引入不當(dāng)摻雜。上述兩種情況均會(huì)造成器件性能的降低，因此，需要提出一種新的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)及其制造方法，能夠有利地形成陡峭的倒摻雜分布和/或陡峭的離子注入分布。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明提出了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括a)提供一個(gè)襯底；b)在襯底上形成偽柵堆疊及其側(cè)墻、源極區(qū)和漏極區(qū)，其中所述偽柵堆疊包括偽柵介質(zhì)層和偽柵極層；C)對所述源極區(qū)和漏極區(qū)進(jìn)行退火；d)覆蓋所述源極區(qū)和漏極區(qū)形成內(nèi)層介電層；e)去除所述偽柵堆疊以形成開口 ；f)從所述開口對襯底進(jìn)行基本垂直的離子共注入以在開口下方的襯底中形成陡峭的倒摻雜阱；g)對所述器件進(jìn)行退火，以激活摻雜；h)在所述開口中沉積柵介質(zhì)層和金屬柵極。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，還提出了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括a) 提供一個(gè)襯底；b)在襯底上形成偽柵堆疊及其側(cè)墻、源極區(qū)和漏極區(qū)，其中所述偽柵堆疊包括偽柵介質(zhì)層和偽柵極層；C)對所述源極區(qū)和漏極區(qū)進(jìn)行退火；d)覆蓋所述源極區(qū)和漏極區(qū)形成內(nèi)層介電層；e)去除所述偽柵堆疊以形成開口 ；f)從所述開口對襯底進(jìn)行斜角度的離子共注入以分別在源極區(qū)和漏極區(qū)附近形成陡峭的離子注入?yún)^(qū)；g)對所述器件進(jìn)行退火，以激活摻雜；h)在所述開口中沉積柵介質(zhì)層和金屬柵極。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提出了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括a) 提供一個(gè)襯底；b)在襯底上形成偽柵堆疊及其側(cè)墻、源極區(qū)和漏極區(qū)，其中所述偽柵堆疊包括偽柵介質(zhì)層和偽柵極層；c)對所述源極區(qū)和漏極區(qū)進(jìn)行退火；d)覆蓋所述源極區(qū)和漏極區(qū)形成內(nèi)層介電層；e)去除所述偽柵堆疊以形成開口 ；f)從所述開口對襯底進(jìn)行基本垂直的離子共注入并進(jìn)行斜角度的離子共注入，從而在開口下方的襯底中形成陡峭的倒摻雜阱并分別在源極區(qū)和漏極區(qū)附近形成陡峭的離子注入?yún)^(qū)；g)對所述器件進(jìn)行退火，以激活摻雜；h)在所述開口中沉積柵介質(zhì)層和金屬柵極。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體器件，所述器件包括襯底、在襯底中形成的源極區(qū)、漏極區(qū)、形成在襯底上位于所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)之間的柵堆疊、在柵堆疊側(cè)壁形成的側(cè)墻和覆蓋所述源極區(qū)和漏極區(qū)的內(nèi)層介電層，其中所述柵堆疊包括柵極介質(zhì)層和金屬柵極，所述半導(dǎo)體器件還包括形成于所述柵堆疊下方的襯底中的陡峭的倒摻雜阱。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種半導(dǎo)體器件，所述器件包括襯底、在襯底中形成的源極區(qū)、漏極區(qū)、形成在襯底上位于所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)之間的柵堆疊、在柵堆疊側(cè)壁形成的側(cè)墻和覆蓋所述源極區(qū)和漏極區(qū)的內(nèi)層介電層，其中所述柵堆疊包括柵極介質(zhì)層和金屬柵極，所述半導(dǎo)體器件還包括分別形成于所述源極區(qū)和漏極區(qū)附近的陡峭的離子注入?yún)^(qū)。根據(jù)本發(fā)明的在一個(gè)方面，提供一種半導(dǎo)體器件，所述器件包括襯底、在襯底中形成的源極區(qū)、漏極區(qū)、形成在襯底上位于所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)之間的柵堆疊、在柵堆疊側(cè)壁形成的側(cè)墻和覆蓋所述源極區(qū)和漏極區(qū)的內(nèi)層介電層，其中所述柵堆疊包括柵極介質(zhì)層和金屬柵極，所述半導(dǎo)體器件還包括形成于所述柵堆疊下方的襯底中的陡峭的倒摻雜阱和分別形成于所述源極區(qū)和漏極區(qū)附近的陡峭的離子注入?yún)^(qū)。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法的流程圖；圖2-11示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的各個(gè)階段的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)圖。圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法的流程圖；圖13-15示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的各個(gè)階段的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)圖。圖16示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法的流程圖；圖17-19示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的各個(gè)階段的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明通常涉及一種半導(dǎo)體器件的制造方法，尤其涉及一種用于在半導(dǎo)體襯底上形成具有陡峭的倒摻雜阱和/或陡峭的離子注入?yún)^(qū)的半導(dǎo)體器件的方法。下文的公開提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡化本發(fā)明的公開，下文中對特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。 此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識(shí)到其他工藝的可應(yīng)用于性和 /或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實(shí)施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實(shí)施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。第一實(shí)施例參考圖1，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法的流程圖。在步驟101，首先提供一個(gè)半導(dǎo)體襯底202，參考圖2。在本實(shí)施例中，襯底202包括位于晶體結(jié)構(gòu)中的硅襯底(例如晶片)和隔離區(qū)201。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)公知的設(shè)計(jì)要求(例如ρ型襯底或者η型襯底)，襯底202可以包括各種摻雜配置。其他例子的襯底202還可以包括其他基本半導(dǎo)體，例如鍺和金剛石?；蛘?，襯底202可以包括化合物半導(dǎo)體，例如碳化硅、砷化鎵、砷化銦或者磷化銦。此外，襯底202可以可選地包括外延層，可以被應(yīng)力改變以增強(qiáng)性能，以及可以包括絕緣體上硅(SOI)結(jié)構(gòu)。在步驟102，如圖3-6所示，在襯底202上形成偽柵堆疊200及其側(cè)墻214、源極區(qū)和漏極區(qū)204，其中所述偽柵堆疊200包括偽柵介質(zhì)層212和偽柵極層208。所述偽柵堆疊200的偽柵極介質(zhì)層212可以為熱氧化層，包括氧化硅、氮化硅，例如二氧化硅。偽柵極層208可以例如為多晶硅。在一個(gè)實(shí)施例中，偽柵極層208包括非晶硅。偽柵極介質(zhì)層212和偽柵極層208可以由MOS技術(shù)工藝，例如沉積、光刻、蝕刻及/或其他合適的方法形成?？蛇x地，所述偽柵堆疊200還包括在所述偽柵極層208上的氮化物帽層210，例如，氮化硅等。用于保護(hù)所述偽柵堆疊200，如圖3所示。在所述偽柵堆疊200的側(cè)壁形成側(cè)墻214，如圖4所示。側(cè)墻214可以由氮化硅、 氧化硅、氮氧化硅、碳化硅、氟化物摻雜硅玻璃、低k電介質(zhì)材料及其組合，和/或其他合適的材料形成。側(cè)墻214可以具有多層結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，側(cè)墻可以包括雙層結(jié)構(gòu)，即側(cè)墻214-1和側(cè)墻214-2，如圖5所示。側(cè)墻214可以通過包括沉積合適的電介質(zhì)材料的方法形成。這結(jié)構(gòu)可以用本領(lǐng)域技術(shù)人員所知曉的工藝得到。源/漏極區(qū)204可以通過根據(jù)期望的晶體管結(jié)構(gòu)，注入ρ型或η型摻雜物或雜質(zhì)到襯底202中而形成。在一個(gè)實(shí)施例中，可以在形成側(cè)墻214-1后進(jìn)行源/漏極淺摻雜，如圖4所示，而后形成側(cè)墻214-2，如圖5所示，之后再進(jìn)行源漏極離子注入/halo離子注入， 以形成源/漏極區(qū)204，如圖6所示。源/漏極區(qū)204可以由包括光刻、離子注入、擴(kuò)散和/ 或其他合適工藝的方法形成。在步驟103，利用通常的半導(dǎo)體加工工藝和步驟，對所述器件進(jìn)行熱退火，以激活源極和漏極204中的摻雜，熱退火可以采用包括快速熱退火、尖峰退火等本領(lǐng)域技術(shù)人員所知曉的工藝進(jìn)行。在步驟104，在所述襯底上沉積形成內(nèi)層介電層(ILD) 218，所述可以是但不限于例如未摻雜的氧化硅(Si02)、摻雜的氧化硅(如硼硅玻璃、硼磷硅玻璃等)和氮化硅 (Si3N4)。所述內(nèi)層介電層218可以使用例如化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、原子層沉積(ALD)及/或其他合適的工藝等方法形成。內(nèi)層介電層可以具有多層結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)層介電層218的厚度范圍為大約30到90納米。而后，對所述內(nèi)層介電層 218平坦化處理以暴露所述偽柵堆疊200的上表面。例如可以通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)或反應(yīng)離子刻蝕方法來去除所述內(nèi)層介電層218，從而暴露所述偽柵堆疊200的上表面，如圖 7所示。而后方法進(jìn)行到步驟105，去除所述偽柵堆疊200以形成開口。如圖8所示。例如，可以通過蝕刻氮化物帽層210、偽柵極層208和偽柵極介質(zhì)層212來除去偽柵堆疊200。 可以使用濕蝕刻和/或干蝕刻除去所述偽柵堆疊200。在一個(gè)實(shí)施例中，濕蝕刻工藝包括四甲基氫氧化銨(TMAH)KOH或者其他合適蝕刻劑溶液。在步驟106，從所述開口對襯底202進(jìn)行基本垂直的離子共注入以在開口下方的襯底中形成陡峭的倒摻雜阱206。所述基本垂直的離子共注入的深度范圍大約為5-500nm。 所述基本垂直的離子共注入可以通過如下方式進(jìn)行，首先進(jìn)行第一次基本垂直的離子注入，將第一摻雜劑注入開口下方的襯底202中以形成摻雜阱區(qū)，如圖9所示，所述第一摻雜劑包括C、Ge、N和F之一及其組合，所述第一次基本垂直的離子注入的劑量大約為 lelel512至;3el5。所述第一摻雜劑能夠有利地減緩后續(xù)注入的第二摻雜劑的擴(kuò)散速率，所以能夠有助于生成陡峭的倒摻雜阱分布。而后進(jìn)行第二次基本垂直的離子注入，將第二摻雜劑注入所述摻雜阱區(qū)，如圖10所示。其中對于N型半導(dǎo)體器件，所述第二摻雜劑包括B， 對于P型半導(dǎo)體器件，所述第二摻雜劑包括:As、P。所述第二次基本垂直的離子注入的劑量大約為lelel512至;3el5。所述陡峭的倒摻雜阱206由開口的寬度、開口的高度、離子注入的能量、注入的角度及離子穿透側(cè)墻214的能力決定。而后，在步驟107，對所述器件進(jìn)行退火，以激活摻雜。例如可以采用快速熱退火， 在其他的實(shí)施例中可以采用其他的退火工藝。在這一步驟，還需要考慮對源漏區(qū)及源漏擴(kuò)展區(qū)參雜的激活需要和擴(kuò)散影響。如果源漏區(qū)及源漏擴(kuò)展區(qū)摻雜還沒有激活，可以利用本步驟順帶退火，以達(dá)到激活目的。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通常采用尖峰退火工藝對器件進(jìn)行退火，例如在大約1000°c以上的溫度進(jìn)行0. 5到2秒間退火。此后，在步驟108，在所述開口中沉積柵介質(zhì)層220和金屬柵極222，如圖11所示。 優(yōu)選地，可以在形成柵極介質(zhì)層220之后可以在其上沉積功函數(shù)金屬柵層(圖中未示出)。 功函數(shù)金屬柵層可以包括在大約10埃到大約100埃范圍之間的厚度。用于功函數(shù)金屬柵層的材料可以包括TiN、TiAlN, TaN以及TaAIN。之后在所述柵極介質(zhì)層220之上形成金屬柵極222。金屬柵極材料可以包括一個(gè)或多個(gè)材料層，例如襯層，向柵極提供合適功函數(shù)的材料，柵電極材料和/或其他合適材料。對于N型半導(dǎo)體器件可以從包含下列元素的組中選擇一種或多種元素進(jìn)行沉積TiN、 TiAlN, TaAIN、TaN, TaSiN、HfSiN、MoSiN、RuTax, NiTax 及這些材料的組合；對于 P 型半導(dǎo)體器件可以從包含下列元素的組中選擇一種或多種元素進(jìn)行沉積TiN、TiSiN, TiCN, TaAlC, TiAlN, TaN, PtSix, Ni3Si、Pt、Ru、Ir、Mo、HfRu, RuOx 及這些材料的組合。最后在步驟109，執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝，以形成金屬柵堆疊。第二實(shí)施例下面將僅就第二實(shí)施例區(qū)別于第一實(shí)施例的方面進(jìn)行闡述。未描述的部分應(yīng)當(dāng)認(rèn)為與第一實(shí)施例采用了相同的步驟、方法或者工藝來進(jìn)行，因此再次不再贅述。在根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施的流程圖如圖12所示，如圖12所示，在步驟206，從所述開口對襯底202進(jìn)行斜角度的離子共注入以分別在源極區(qū)和漏極區(qū)附近形成陡峭的離子注入?yún)^(qū)207。所述斜角度的離子共注入的深度范圍大約為5-500nm。從所述開口對襯底202進(jìn)行斜角度的離子共注入可以通過如下方式進(jìn)行進(jìn)行第一次斜角度的離子注入，將第一摻雜劑注入襯底202 以分別在源極區(qū)和漏極區(qū)204附近形成離子注入?yún)^(qū)，如圖13所示。所述第一摻雜劑包括 C、Ge、N和F之一及其組合，所述第一次斜角度的離子注入的劑量大約為lel2至;3el5。所述第一摻雜劑能夠有利地減緩后續(xù)注入的第二摻雜劑的擴(kuò)散速率，所以能夠有助于生成陡峭的離子注入?yún)^(qū)分布。而后進(jìn)行第二次斜角度的離子注入，將第二摻雜劑注入所述離子注入?yún)^(qū)，如圖14所示。其中對于N型半導(dǎo)體器件，所述第二摻雜劑包括B，對于P型半導(dǎo)體器件，所述第二摻雜劑包括As、P。所述第二次斜角度的離子注入的劑量大約為lel2至;3el5。 所述斜角度離子注入為以與垂直方向成20-70度的角度對所述器件進(jìn)行對稱的離子注入。 所述離子注入?yún)^(qū)207由開口的寬度、開口的高度、離子注入的能量、注入的角度及離子穿透側(cè)墻214的能力決定。當(dāng)與垂直方向的角度增大，離子注入?yún)^(qū)207將從溝道中間移向溝道的兩側(cè)，同時(shí)離子注入?yún)^(qū)207的深度變淺。所以在實(shí)施中，根據(jù)控制器件短通道效應(yīng)需要， 設(shè)計(jì)離子注入的能量和角度。假如在進(jìn)行對稱的離子注入中，與垂直方向的角度不大，源漏區(qū)附近的兩個(gè)離子注入?yún)^(qū)離溝道中間近，可能出現(xiàn)重疊。一般地，單個(gè)離子注入?yún)^(qū)域207的寬度小于開口寬度的1.5倍。繼而，步驟進(jìn)行到207，與第一實(shí)施例的相應(yīng)步驟類似地，對所述器件進(jìn)行退火，以激活摻雜。例如可以采用快速熱退火，在其他的實(shí)施例中可以采用其他的退火工藝。在這一步驟，還需要考慮對源漏區(qū)及源漏擴(kuò)展區(qū)參雜的激活需要和擴(kuò)散影響。如果源漏區(qū)及源漏擴(kuò)展區(qū)摻雜還沒有激活，可以利用本步驟順帶退火，以達(dá)到激活目的。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通常采用尖峰退火工藝對器件進(jìn)行退火，例如在大約1000°c以上的溫度進(jìn)行0. 5到2秒間退火。此后，在步驟208，在所述開口中沉積柵介質(zhì)層220和金屬柵極222，最后在步驟 209，執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝，以形成金屬柵堆疊，如圖15所示。第三實(shí)施例下面將僅就第三實(shí)施例區(qū)別于第一實(shí)施例的方面進(jìn)行闡述。未描述的部分應(yīng)當(dāng)認(rèn)為與第一實(shí)施例采用了相同的步驟、方法或者工藝來進(jìn)行，因此再次不再贅述。在根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施的流程圖如圖16所示，如圖16所示，在步驟306，從所述開口對襯底202進(jìn)行基本垂直的離子共注入并進(jìn)行斜角度的離子共注入，從而在開口下方的襯底202中形成陡峭的倒摻雜阱206并分別在源極區(qū)和漏極區(qū)204附近形成陡峭的離子注入?yún)^(qū)207。所述基本垂直的離子共注入和斜角度的離子共注入的深度范圍大約為5-500nm。可以通過如下方式來進(jìn)行基本垂直的離子共注入和斜角度的離子共注入，例如， 可以首先進(jìn)行第一次基本垂直的離子注入，將第一摻雜劑注入開口下方的襯底202中以形成摻雜阱區(qū)，而后進(jìn)行第一次斜角度的離子注入，將第一摻雜劑注入襯底202以分別在源極區(qū)和漏極區(qū)204附近形成離子注入?yún)^(qū)，如圖17所示。當(dāng)然也可以調(diào)換順序進(jìn)行離子注入。 所述第一摻雜劑包括C、Ge、N和F之一及其組合，所述第一次基本垂直的離子注入的劑量大約為lel2至;3el5。所述第一摻雜劑能夠有利地減緩后續(xù)注入的第二摻雜劑的擴(kuò)散速率， 所以能夠有助于生成陡峭的倒摻雜阱分布和離子注入?yún)^(qū)分布。而后進(jìn)行第二次基本垂直的離子注入，將第二摻雜劑注入所述摻雜阱區(qū)，隨后進(jìn)行第二次斜角度的離子注入，將第二摻雜劑注入所述離子注入?yún)^(qū)，如圖18所示。其中對于N型半導(dǎo)體器件，所述第二摻雜劑包括 B，對于P型半導(dǎo)體器件，所述第二摻雜劑包括As、P。所述第二次斜角度的離子注入的劑量大約為lel2至;3el5。所述斜角度離子注入為以與垂直方向成20-70度的角度對所述器件進(jìn)行對稱的離子注入。所述倒摻雜阱206和離子注入?yún)^(qū)207由開口的寬度、開口的高度、離子注入的能量、注入的角度及離子穿透側(cè)墻214的能力決定。當(dāng)斜角度的離子注入與垂直方向的角度增大，離子注入?yún)^(qū)207將從溝道中間移向溝道的兩側(cè)，同時(shí)離子注入?yún)^(qū)207的深度變淺。所以在實(shí)施中，根據(jù)控制器件短通道效應(yīng)需要，設(shè)計(jì)離子注入的能量和角度。假如在進(jìn)行對稱的離子注入中，與垂直方向的角度不大，源漏區(qū)附近的兩個(gè)離子注入?yún)^(qū)離溝道中間近，可能出現(xiàn)重疊。一般地，單個(gè)離子注入?yún)^(qū)域207的寬度小于開口寬度的1.5倍。繼而，步驟進(jìn)行到307，與第一實(shí)施例的相應(yīng)步驟類似地，對所述器件進(jìn)行退火，以激活摻雜。例如可以采用快速熱退火，在其他的實(shí)施例中可以采用其他的退火工藝。在這一步驟，還需要考慮對源漏區(qū)及源漏擴(kuò)展區(qū)參雜的激活需要和擴(kuò)散影響。如果源漏區(qū)及源漏擴(kuò)展區(qū)摻雜還沒有激活，可以利用本步驟順帶退火，以達(dá)到激活目的。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通常采用尖峰退火工藝對器件進(jìn)行退火，例如在大約1000°c以上的溫度進(jìn)行0. 5到2秒間退火。此后，在步驟308，在所述開口中沉積柵介質(zhì)層220和金屬柵極222，最后在步驟 309，執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝，以形成金屬柵堆疊，如圖19所示。上面已經(jīng)根據(jù)第一、第二和第三實(shí)施例闡述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。本發(fā)明的實(shí)施例利用去除偽柵堆疊形成的開口進(jìn)行基本垂直的離子共注入和斜角度的離子共注入， 從而在柵堆疊下方的襯底中形成了陡峭的倒摻雜阱，并且分別在源極區(qū)和漏極區(qū)附近形成了離子注入?yún)^(qū)，利用共注入的方法首先將C、Ge、N和F之一及其組合等第一摻雜劑注入襯底，所述第一摻雜劑起到有利地減緩后續(xù)注入的第二摻雜劑的擴(kuò)散速率的作用，因此能夠有助于生成陡峭的倒摻雜阱分布和離子注入?yún)^(qū)分布。從而抑制了 MOSFET器件中的帶-帶泄漏電流和源漏結(jié)電容增加，避免源極、漏極擊穿，從而提高器件性能。此外，對于本發(fā)明中的離子共注入，本發(fā)明采用了先進(jìn)行源/漏及其延伸區(qū)退火、 再進(jìn)行離子共注入、再進(jìn)行摻雜退火的方式，避免了源/漏及其延伸區(qū)退火對共注入摻雜的影響；可考慮對源/漏及其延伸區(qū)摻雜影響，分開優(yōu)化離子共注入退火，以滿足離子共注入摻雜劑的激活和擴(kuò)散控制需要。此外，由于現(xiàn)有技術(shù)的離子注入通常在柵極介質(zhì)形成后進(jìn)行，離子注入可能使柵極介質(zhì)劣化，也會(huì)不利地降低器件的性能。而本發(fā)明可采用先進(jìn)行的離子注入，再形成柵極介質(zhì)和金屬柵極的方式，可以避免上述柵極介質(zhì)劣化的問題。雖然關(guān)于示例實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)詳細(xì)說明，應(yīng)當(dāng)理解在不脫離本發(fā)明的精神和所附權(quán)利要求限定的保護(hù)范圍的情況下，可以對這些實(shí)施例進(jìn)行各種變化、替換和修改。對于其他例子，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)容易理解在保持本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)的同時(shí)，工藝步驟的次序可以變化。此外，本發(fā)明的應(yīng)用范圍不局限于說明書中描述的特定實(shí)施例的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法及步驟。從本發(fā)明的公開內(nèi)容，作為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易地理解，對于目前已存在或者以后即將開發(fā)出的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法
10或步驟，其中它們執(zhí)行與本發(fā)明描述的對應(yīng)實(shí)施例大體相同的功能或者獲得大體相同的結(jié)果，依照本發(fā)明可以對它們進(jìn)行應(yīng)用。因此，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨在將這些工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟包含在其保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括a)提供一個(gè)襯底；b)在襯底上形成偽柵堆疊及其側(cè)墻、源極區(qū)和漏極區(qū)，其中所述偽柵堆疊包括偽柵介質(zhì)層和偽柵極層；c)對所述源極區(qū)和漏極區(qū)進(jìn)行退火；d)覆蓋所述源極區(qū)和漏極區(qū)形成內(nèi)層介電層；e)去除所述偽柵堆疊以形成開口；f)從所述開口對襯底進(jìn)行基本垂直的離子共注入以在開口下方的襯底中形成陡峭的倒摻雜阱；g)對所述器件進(jìn)行退火，以激活摻雜；h)在所述開口中沉積柵介質(zhì)層和金屬柵極。
2.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括a)提供一個(gè)襯底；b)在襯底上形成偽柵堆疊及其側(cè)墻、源極區(qū)和漏極區(qū)，其中所述偽柵堆疊包括偽柵介質(zhì)層和偽柵極層；c)對所述源極區(qū)和漏極區(qū)進(jìn)行退火；d)覆蓋所述源極區(qū)和漏極區(qū)形成內(nèi)層介電層；e)去除所述偽柵堆疊以形成開口；f)從所述開口對襯底進(jìn)行斜角度的離子共注入以分別在源極區(qū)和漏極區(qū)附近形成陡峭的離子注入?yún)^(qū)；g)對所述器件進(jìn)行退火，以激活摻雜；h)在所述開口中沉積柵介質(zhì)層和金屬柵極。
3.—種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括a)提供一個(gè)襯底；b)在襯底上形成偽柵堆疊及其側(cè)墻、源極區(qū)和漏極區(qū)，其中所述偽柵堆疊包括偽柵介質(zhì)層和偽柵極層；c)對所述源極區(qū)和漏極區(qū)進(jìn)行退火；d)覆蓋所述源極區(qū)和漏極區(qū)形成內(nèi)層介電層；e)去除所述偽柵堆疊以形成開口；f)從所述開口對襯底進(jìn)行基本垂直的離子共注入并進(jìn)行斜角度的離子共注入，從而在開口下方的襯底中形成陡峭的倒摻雜阱并分別在源極區(qū)和漏極區(qū)附近形成陡峭的離子注入?yún)^(qū)；g)對所述器件進(jìn)行退火，以激活摻雜；h)在所述開口中沉積柵介質(zhì)層和金屬柵極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其中所述偽柵堆疊還包括位于偽柵極層上的氮化物帽層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其中所述步驟g為進(jìn)行閃光退火，以激活摻ο
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其中從所述開口對襯底進(jìn)行基本垂直的離子共注入包括如下步驟進(jìn)行第一次基本垂直的離子注入，將第一摻雜劑注入開口下方的襯底中以形成摻雜阱區(qū)，以及進(jìn)行第二次基本垂直的離子注入，將第二摻雜劑注入所述摻雜阱區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第一摻雜劑包括C、Ge、N和F之一及其組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中對于N型半導(dǎo)體器件，所述第二摻雜劑包括B，對于P型半導(dǎo)體器件，所述第二摻雜劑包括:As、P。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第一次和第二次基本垂直的離子注入的劑量大約為lel2至3el5。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其中從所述開口對襯底進(jìn)行斜角度的離子共注入包括如下步驟進(jìn)行第一次斜角度的離子注入，將第一摻雜劑注入襯底以分別在源極區(qū)和漏極區(qū)附近形成離子注入?yún)^(qū)，以及進(jìn)行第二次斜角度的離子注入，將第二摻雜劑注入所述離子注入?yún)^(qū)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述第一摻雜劑包括C、Ge、N和F之一及其組合。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中對于N型半導(dǎo)體器件，所述第二摻雜劑包括B， 對于P型半導(dǎo)體器件，所述第二摻雜劑包括:As、P。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述第一次和第二次斜角度的離子注入的劑量大約為lel2至3el5。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述斜角度離子注入為以與垂直方向成20-70 度的角度對所述器件進(jìn)行對稱的離子注入。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其中所述基本垂直的離子共注入以及所述斜角度的離子共注入的深度范圍大約為5-500nm。
16.一種半導(dǎo)體器件，所述器件包括襯底、在襯底中形成的源極區(qū)、漏極區(qū)、形成在襯底上位于所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)之間的柵堆疊、在柵堆疊側(cè)壁形成的側(cè)墻和覆蓋所述源極區(qū)和漏極區(qū)的內(nèi)層介電層，其中所述柵堆疊包括柵極介質(zhì)層和金屬柵極，所述半導(dǎo)體器件還包括形成于所述柵堆疊下方的襯底中的陡峭的倒摻雜阱。
17.一種半導(dǎo)體器件，所述器件包括襯底、在襯底中形成的源極區(qū)、漏極區(qū)、形成在襯底上位于所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)之間的柵堆疊、在柵堆疊側(cè)壁形成的側(cè)墻和覆蓋所述源極區(qū)和漏極區(qū)的內(nèi)層介電層，其中所述柵堆疊包括柵極介質(zhì)層和金屬柵極，所述半導(dǎo)體器件還包括分別形成于所述源極區(qū)和漏極區(qū)附近的陡峭的離子注入?yún)^(qū)。
18.一種半導(dǎo)體器件，所述器件包括襯底、在襯底中形成的源極區(qū)、漏極區(qū)、形成在襯底上位于所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)之間的柵堆疊、在柵堆疊側(cè)壁形成的側(cè)墻和覆蓋所述源極區(qū)和漏極區(qū)的內(nèi)層介電層，其中所述柵堆疊包括柵極介質(zhì)層和金屬柵極，所述半導(dǎo)體器件還包括形成于所述柵堆疊下方的襯底中的陡峭的倒摻雜阱和分別形成于所述源極區(qū)和漏極區(qū)附近的陡峭的離子注入?yún)^(qū)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16-18之一所述的器件，其中所述陡峭的倒摻雜阱通過基本垂直的離子共注入來形成。
20.根據(jù)權(quán)利要求16-18之一所述的器件，其中所述陡峭的離子注入?yún)^(qū)通過斜角度的離子共注入來形成。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的器件，其中所述基本垂直的離子共注入通過進(jìn)行第一次基本垂直的離子注入，將第一摻雜劑注入柵堆疊下方的襯底中以形成摻雜阱區(qū)，以及進(jìn)行第二次基本垂直的離子注入，將第二摻雜劑注入所述摻雜阱區(qū)來形成。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的器件，其中所述第一摻雜劑包括C、Ge、N和F之一及其組合。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的器件，其中對于N型半導(dǎo)體器件，所述第二摻雜劑包括B， 對于P型半導(dǎo)體器件，所述第二摻雜劑包括:As、P。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的器件，其中所述第一次和第二次基本垂直的離子注入的劑量大約為lel2至!3el5。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的器件，其中所述斜角度的離子共注入通過進(jìn)行第一次斜角度的離子注入，將第一摻雜劑注入襯底以分別在源極區(qū)和漏極區(qū)附近形成離子注入?yún)^(qū)，以及進(jìn)行第二次斜角度的離子注入，將第二摻雜劑注入所述離子注入?yún)^(qū)來形成。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的器件，其中所述第一摻雜劑包括C、Ge、N和F之一及其組合。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的器件，其中對于N型半導(dǎo)體器件，所述第二摻雜劑包括B， 對于P型半導(dǎo)體器件，所述第二摻雜劑包括:As、P。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的器件，其中所述第一次和第二次斜角度的離子注入的劑量大約為lel2至3el5。
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的器件，其中所述斜角度離子注入為以與垂直方向成20-70 度的角度對所述器件進(jìn)行對稱的離子注入。
30.根據(jù)權(quán)利要求16-18之一所述的器件，其中所述基本垂直的離子共注入以及所述斜角度的離子共注入的深度范圍大約為5-500nm。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括利用柵替代工藝，首先形成偽柵堆疊和及其側(cè)墻，以及源極區(qū)和漏極區(qū)，對所述源極區(qū)和漏極區(qū)進(jìn)行退火，而后去除偽柵堆疊，利用去除偽柵堆疊所形成的開口對襯底進(jìn)行基本垂直的離子共注入和/或斜角度的離子共注入以在開口下方的襯底中形成陡峭的倒摻雜阱和/或分別在源極區(qū)和漏極區(qū)附近形成離子注入?yún)^(qū)，而后對所述器件進(jìn)行退火，以激活摻雜；在所述開口中沉積柵介質(zhì)層和金屬柵極。從而抑制了MOSFET器件中的帶-帶泄漏電流和源漏結(jié)電容增加，避免源極、漏極擊穿，從而提高器件性能。
文檔編號H01L29/78GK102157379SQ20101011108
公開日2011年8月17日 申請日期2010年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月11日
發(fā)明者尹海洲, 朱慧瓏, 駱志炯 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所