專利名稱：一種晶體管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件工藝領(lǐng)域，尤其涉及一種晶體管的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)已經(jīng)得到 了廣泛的應(yīng)用。近年來，以硅集成電路為核心的微電子技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，集成電路芯 片的發(fā)展基本上遵循摩爾定律，即半導(dǎo)體芯片的集成度以每18個(gè)月翻一番的速度增長(zhǎng)?？?是隨著半導(dǎo)體芯片集成度的不斷增加，MOSFET的溝道長(zhǎng)度也在不斷的縮短，當(dāng)MOSFET的溝 道長(zhǎng)度變得非常短時(shí)，短溝道效應(yīng)會(huì)使半導(dǎo)體芯片性能劣化，甚至無法正常工作。隨著MOSFET器件特征尺寸的持續(xù)縮小，必須不斷減小源漏結(jié)深以抑制短溝道效 應(yīng)；而不斷減小的源漏結(jié)深和雜質(zhì)固溶度的限制，造成MOSFET源漏寄生電阻越來越大，對(duì) 源漏區(qū)金屬硅化物(小尺寸MOSFET器件一般用硅化鎳nickel silicide)的要求也更加 嚴(yán)格。源漏區(qū)的金屬鎳硅化物(Ni silicide)由淀積的金屬鎳(Ni)與硅在熱退火期間反 應(yīng)形成，它不僅具有較低的電阻率和接觸電阻，而且能夠很好的與標(biāo)準(zhǔn)硅工藝技術(shù)兼容，自 對(duì)準(zhǔn)的金屬鎳(Ni)硅化物工藝(Silicide)是現(xiàn)今CMOS集成電路制造的關(guān)鍵工藝步驟之 一。而工藝的進(jìn)步要求silicide薄膜厚度要不斷減小，甚至在IOnm以下；其表面形貌要具 有良好的熱穩(wěn)定性，不能出現(xiàn)團(tuán)聚(agglomerate)現(xiàn)象；其電阻率要保持較小的值；橫向生 長(zhǎng)要小。這些要求都使得納米尺度器件源漏金屬化工藝面臨著諸多的挑戰(zhàn)。肖特基結(jié)金屬硅化物源漏在最近成為研究熱點(diǎn)。其目標(biāo)是采用肖特基結(jié)金屬硅化 物源漏來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的重?fù)诫sPn結(jié)源漏并應(yīng)用在未來超縮微化的CMOS器件中。金屬硅化物 源漏的主要優(yōu)勢(shì)是低的寄生電阻和電容，優(yōu)良的按比例縮小特性，簡(jiǎn)便的工藝制造，低的熱 預(yù)算以及抗閂鎖效應(yīng)或者絕緣體上的硅(SOI)里的浮體效應(yīng)。由于肖特基結(jié)金屬硅化物源 漏具有低電阻特性和陡峭的原子層級(jí)別的硅化物和硅之間的界面，肖特基勢(shì)壘MOSFET器 件非常有望縮小到IOnm及其以下。附圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一種具有肖特基結(jié)金屬硅化物源漏的晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖， 包括襯底100、柵極疊層110、側(cè)墻121與122、以及源極肖特基結(jié)131和漏極肖特基結(jié)132。 柵極疊層110位于襯底100的表面，側(cè)墻121與122設(shè)置于柵極疊層110的兩側(cè)，源極肖特 基結(jié)131和漏極肖特基結(jié)132設(shè)置于側(cè)墻121與122兩側(cè)的襯底100中，構(gòu)成晶體管的源 極和漏極。源極肖特基結(jié)131和漏極肖特基結(jié)132的材料通常是硅化鎳等，采用自對(duì)準(zhǔn)工 藝形成。所謂自對(duì)準(zhǔn)工藝，是首先在源極和漏極區(qū)域的表面覆蓋一層金屬，并通過退火在源 極和漏極區(qū)域形成金屬硅化物的工藝。上述結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)在于，在采用自對(duì)準(zhǔn)工藝形成MOSFET源漏區(qū)的硅化鎳過程中，由 于鎳基本不和側(cè)墻121與122反應(yīng)，因此除了位于襯底100的源漏區(qū)表面的鎳在退火時(shí)向 襯底100擴(kuò)散并形成硅化鎳之外，覆蓋在側(cè)墻121與122上的鎳也會(huì)向襯底100擴(kuò)散。當(dāng) 位于襯底100源漏區(qū)表面的鎳全部轉(zhuǎn)化成硅化鎳之后，位于側(cè)墻121與122上的鎳會(huì)繼續(xù) 向源漏區(qū)硅襯底擴(kuò)散。這會(huì)導(dǎo)致形成的硅化鎳的厚度不可控、不均勻以及向柵極110下方
3過度的橫向生長(zhǎng)，導(dǎo)致溝道長(zhǎng)度變短，降低晶體管的開啟電壓并升高漏電流。因此，如何形成縱向超薄、均勻且橫向生長(zhǎng)可控且受到抑制的硅化鎳層是未來的 PN結(jié)型源漏或肖特基結(jié)型源漏的MOSFET制備工藝中的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種晶體管的制造方法，保證能夠形成縱向 超薄、均勻且橫向生長(zhǎng)可控且受到抑制的肖特基結(jié)。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種晶體管的制造方法，包括如下步驟提供半 導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底表面形成堆疊柵；在半導(dǎo)體襯底表面形成絕緣層，所述絕緣層進(jìn) 一步覆蓋了堆疊柵；在絕緣層表面形成消耗層；刻蝕絕緣層和消耗層，以在堆疊柵兩側(cè)形 成復(fù)合式側(cè)墻，所述側(cè)墻上部外側(cè)部分由消耗層構(gòu)成，其余部分由絕緣層構(gòu)成；在半導(dǎo)體襯 底表面形成金屬層，所述金屬層進(jìn)一步覆蓋了堆疊柵以及側(cè)墻；熱退火，從而在堆疊柵兩側(cè) 的半導(dǎo)體襯底中形成源極和漏極肖特基結(jié)，退火過程中覆蓋在側(cè)墻上的金屬與復(fù)合式側(cè)墻 中的消耗層反應(yīng)而被吸收；除去半導(dǎo)體襯底表面的金屬層以及與復(fù)合式側(cè)墻中消耗層反應(yīng) 的金屬?？蛇x的，所述金屬層的材料為鎳。可選的，所述消耗層的材料為鍺。可選的，所述除去金屬層的步驟采用化學(xué)腐蝕工藝，腐蝕液是含有硫酸和雙氧水 的混合溶液?？蛇x的，所述熱退火的步驟進(jìn)一步包括第一和第二退火步驟第一退火步驟的退 火溫度應(yīng)介于250至350攝氏度，第二退火步驟的退火溫度應(yīng)介于350至600攝氏度。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，所采用的側(cè)墻的上部外側(cè)部分是由能夠與金屬層發(fā)生反應(yīng)的 材料構(gòu)成的，因此能夠在退火過程中吸收側(cè)墻兩側(cè)金屬層，避免其向半導(dǎo)體層中擴(kuò)散，保證 能夠形成縱向超薄、均勻且橫向生長(zhǎng)可控且受到抑制的肖特基結(jié)。


附圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一種具有肖特基結(jié)金屬硅化物源漏的晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
所述方法的流程圖。附圖3A至附圖3H是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
所述方法的工藝示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的一種晶體管的制造方法的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)說 明。附圖2是本具體實(shí)施方式
所述方法的流程圖，用于形成具有肖特基結(jié)源漏的晶體 管，包括如下步驟步驟S10，提供半導(dǎo)體襯底；步驟S11，在半導(dǎo)體襯底表面形成堆疊柵；步 驟S12，在半導(dǎo)體襯底表面形成絕緣層，所述絕緣層進(jìn)一步覆蓋了堆疊柵；步驟S13，在絕緣 層表面形成消耗層；步驟S14，刻蝕絕緣層和消耗層，以在堆疊柵兩側(cè)形成側(cè)墻；步驟S15， 在半導(dǎo)體襯底表面形成金屬層，所述金屬層進(jìn)一步覆蓋了堆疊柵以及側(cè)墻；步驟S16，熱退 火，從而在堆疊柵兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中形成源極和漏極肖特基結(jié)；步驟S17，除去半導(dǎo)體襯底表面的金屬層。附圖3A至附圖3H是上述方法的工藝示意圖。附圖3A所示，參考步驟S10，提供半導(dǎo)體襯底200。所述半導(dǎo)體襯底200可以是N 型或者P型襯底，其材料可以是包括單晶硅襯底在內(nèi)的任意一種常見的襯底材料。本具體 實(shí)施方式中，所述半導(dǎo)體襯底200的材料為單晶硅。附圖;3B所示，參考步驟S11，在半導(dǎo)體襯底200表面形成堆疊柵210。所述堆疊柵 210包括介質(zhì)層211以及多晶硅層212。堆疊柵210是構(gòu)成晶體管柵極的主要部分。介質(zhì) 層211的材料可以是氧化硅或者其他高介電常數(shù)材料如HfO2等，作用是保證多晶硅層221 和半導(dǎo)體襯底200之間的電學(xué)隔離。導(dǎo)電層212的材料可以是多晶硅，也可以是其他導(dǎo)電 材料，其作用是通過施加電學(xué)信號(hào)在半導(dǎo)體襯底200內(nèi)部形成導(dǎo)電溝道。附圖3C所示，參考步驟S12，在半導(dǎo)體襯底200表面形成絕緣層220，所述絕緣層 220進(jìn)一步覆蓋了堆疊柵210。絕緣層220的材料可是氧化硅等任一一種常見的絕緣材料， 生長(zhǎng)方法可以是化學(xué)氣相沉積工藝，該絕緣層220用于后續(xù)工藝中形成側(cè)墻。附圖3D所示，參考步驟S13，在絕緣層220表面形成消耗層230。所述消耗層230 的材料應(yīng)當(dāng)根據(jù)后續(xù)金屬層所用材料進(jìn)行選定，選定原則是在高溫下能夠與金屬層所用材 料發(fā)生反應(yīng)，并且反應(yīng)生成物能在以后的化學(xué)腐蝕中被選擇性地除去。例如本具體實(shí)施方 式中后續(xù)金屬層的材料選用鎳，故對(duì)應(yīng)的消耗層230的材料可以選用鍺。消耗層230的生 長(zhǎng)方法可以是化學(xué)氣相沉積工藝或者磁控濺射工藝等。附圖3E所示，參考步驟S14，刻蝕絕緣層220和消耗層230，以在堆疊柵210的兩 側(cè)形成側(cè)墻241與M2。刻蝕工藝采用干法刻蝕，并根據(jù)絕緣層220以及消耗層230的具體 材料選用刻蝕氣體。由于刻蝕是各向異性的，因此能夠在堆疊柵210兩側(cè)形成側(cè)墻241與 2420所述側(cè)墻241與242為復(fù)合式側(cè)墻。以側(cè)墻241為例，上部外側(cè)部分Mla由消耗層 230刻蝕后保留的部分構(gòu)成，其余部分Mlb由絕緣層刻蝕后保留的部分構(gòu)成。附圖3F所示，參考步驟S15，在半導(dǎo)體襯底200的表面形成金屬層250，所述金屬 層250進(jìn)一步覆蓋了堆疊柵210以及側(cè)墻241與M2。本實(shí)施方式中，金屬層250的材料為 鎳，采用熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)或者磁控濺射等工藝形成。本步驟中的金屬層250尤其覆蓋了 側(cè)墻241與242兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底200的表面區(qū)域，上述區(qū)域?qū)⒂糜谛纬删w管的源極和 漏極。附圖3G所示，步驟S16，熱退火，從而在堆疊柵210兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底200中形成 源極肖特基結(jié)261和漏極肖特基結(jié)沈2。高溫環(huán)境下金屬將和襯底發(fā)生反應(yīng)，形成金屬與半 導(dǎo)體之間的肖特基結(jié)。如果襯底200的材料是單晶硅，則形成的是金屬硅化物。所述熱退 火的步驟進(jìn)一步包括第一和第二退火步驟第一退火步驟的退火溫度應(yīng)介于250至350攝 氏度，第二退火步驟的退火溫度應(yīng)介于350至600攝氏度，退火所采用的氣體應(yīng)當(dāng)不與樣品 發(fā)生反應(yīng)，例如高純氮?dú)饣蛘叨栊詺怏w，并根據(jù)不同的退火方法，選擇合適的退火時(shí)間等工 藝參數(shù)。此步驟中，由于側(cè)墻241與242為復(fù)合式側(cè)墻，上部外側(cè)部分Mla由消耗層230 刻蝕后保留的部分構(gòu)成。故在退火過程中上部外側(cè)部分Mla會(huì)與金屬層250發(fā)生反應(yīng)而 消耗掉側(cè)墻241與242兩側(cè)的金屬層，避免過多的金屬材料向襯底200中擴(kuò)散。為了保證 此步驟能夠達(dá)到最佳效果，消耗層230應(yīng)具備足夠厚度以保證淀積其上的金屬層250全部 被消耗。厚的消耗層230將保證側(cè)墻Ml的上部外側(cè)部分Mla以及側(cè)墻242與之對(duì)應(yīng)的部分能夠具有更大的橫向?qū)挾?，進(jìn)而保證更多的金屬材料不是進(jìn)入半導(dǎo)體襯底200中而是 被消耗掉。消耗層230的厚度的最小限值與淀積在消耗層230上的金屬層250的厚度成正 比，也就是說隨著結(jié)深的減小，淀積的金屬層250的減薄，消耗層230的厚度最小限值也可 減小。附圖3H所示，步驟S17，除去半導(dǎo)體襯底200表面的金屬層250。此步驟采用化學(xué) 腐蝕工藝，腐蝕液應(yīng)當(dāng)能夠除去未參加反應(yīng)的多余金屬，以及金屬與消耗層材料反應(yīng)的生 成物，并且腐蝕液應(yīng)當(dāng)不與肖特基結(jié)的材料發(fā)生反應(yīng)。在本實(shí)施方式中，金屬層250的材料 為鎳，肖特基結(jié)的材料為鎳的硅化物，消耗層與金屬層反應(yīng)后的產(chǎn)物為鎳的鍺化物，故腐蝕 液可以選用含有硫酸和雙氧水的混合溶液。上述步驟實(shí)施完畢后，還應(yīng)當(dāng)在半導(dǎo)體襯底200表面繼續(xù)實(shí)施金屬布線等工藝， 以最終獲得具有肖特基結(jié)源漏的晶體管。由于側(cè)墻241與242的上部外側(cè)部分是由能夠與 金屬層250發(fā)生反應(yīng)的材料構(gòu)成的，因此能夠在退火過程中吸收側(cè)墻兩側(cè)金屬層250，避免 其向半導(dǎo)體層200中擴(kuò)散。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為 本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種晶體管的制造方法，其特征在于，該方法包括如下步驟 提供半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底表面形成堆疊柵；在半導(dǎo)體襯底表面形成絕緣層，所述絕緣層進(jìn)一步覆蓋了堆疊柵； 在絕緣層表面形成消耗層；刻蝕絕緣層和消耗層，以在堆疊柵兩側(cè)形成復(fù)合式側(cè)墻，所述側(cè)墻上部外側(cè)部分由消 耗層構(gòu)成，其余部分由絕緣層構(gòu)成；在半導(dǎo)體襯底表面形成金屬層，所述金屬層進(jìn)一步覆蓋了堆疊柵以及側(cè)墻；熱退火，從 而在堆疊柵兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中形成源極和漏極肖特基結(jié)，退火過程中覆蓋在側(cè)墻上的金 屬與復(fù)合式側(cè)墻中的消耗層反應(yīng)而被吸收；除去半導(dǎo)體襯底表面的金屬層以及與復(fù)合式側(cè)墻中消耗層反應(yīng)的金屬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管的制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底為單晶硅 襯底，所述金屬層的材料為鎳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的晶體管的制造方法，其特征在于，所述消耗層的材料為鍺。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的晶體管的制造方法，其特征在于，所述除去金屬層的步驟采 用化學(xué)腐蝕工藝，腐蝕液是含有硫酸和雙氧水的混合溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管的制造方法，其特征在于，所述熱退火的步驟進(jìn)一步 包括第一和第二退火步驟第一退火步驟的退火溫度應(yīng)介于250至350攝氏度，第二退火步 驟的退火溫度應(yīng)介于350至600攝氏度。
全文摘要
一種晶體管的制造方法，包括如下步驟提供半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底表面形成堆疊柵；在半導(dǎo)體襯底表面形成絕緣層；在絕緣層表面形成消耗層；刻蝕絕緣層和消耗層；在半導(dǎo)體襯底表面形成金屬層；熱退火；除去金屬層。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，所采用的側(cè)墻的上部外側(cè)部分是由能夠與金屬層發(fā)生反應(yīng)的材料構(gòu)成的，因此能夠在退火過程中吸收側(cè)墻兩側(cè)金屬層，避免其向半導(dǎo)體層中擴(kuò)散，保證能夠形成縱向超薄、均勻且橫向生長(zhǎng)可控且受到抑制的肖特基結(jié)。
文檔編號(hào)H01L21/336GK102130011SQ201010613768
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者吳東平, 張世理, 張衛(wèi), 朱志煒, 樸穎華, 羅軍 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)