專利名稱：一種抑制cmos短溝道效應(yīng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種抑制CMOS短溝道效應(yīng)的方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造過程中，隨著半導(dǎo)體集成電路集成密度越來越高，半導(dǎo)體器件也越來越小，CMOS器件溝道也會相應(yīng)的變短，而源襯、漏襯PN結(jié)分享溝道耗盡區(qū)電荷與溝道總電荷的比例將增大，從而導(dǎo)致柵控能力下降，形成短溝道效應(yīng)(Short Channel Effect，簡稱 SCE)。短溝道效應(yīng)是CMOS器件溝道長度縮小時常見的現(xiàn)象，它會造成閾值電壓漂移，源漏穿通，在較高漏壓下還會造成漏極感應(yīng)勢壘降低(Drain induction barrier lower，簡稱DIBL)等特性，嚴(yán)重時甚至?xí)斐蒀MOS器件性能失效。當(dāng)前，抑制短溝道效應(yīng)已經(jīng)成為熱門課題，根據(jù)Yau提出的電荷共享模型推導(dǎo)出的閾值電壓漂移公式
=((長溝)—ι (短溝)=Mi =Ji + ^ _ 1
Crtw. L· ， L· U Λ j,
SJfCJTfβ
根據(jù)上述公式，通過分別調(diào)節(jié)公式中三個參數(shù)c。x、Xdffl和Xj來抑制短溝道效應(yīng)，即提高乙值，減小Xdffl和減小源襯、漏襯PN結(jié)的結(jié)深Xp如圖1所示，針對Xdffl的調(diào)節(jié)，即對溝道摻雜濃度Nb的調(diào)節(jié)，傳統(tǒng)方法是在溝道下面進(jìn)行埋層重?fù)诫s，它一般是針對整個有源區(qū)進(jìn)行埋層重?fù)诫s，即源漏區(qū)也接收到這層摻雜，因為該雜質(zhì)與源漏摻雜類型相反，從而會帶來以下副作用(side effeCts):l、會對源漏摻雜進(jìn)行補(bǔ)償，造成源漏寄生電阻值增大；2、會影響源襯、漏襯PN結(jié)的側(cè)面輪廓(profile)，造成它們的反偏漏電流增大；3、會增大源襯、漏襯 PN結(jié)的結(jié)深X」，從而對抑制SCE起反作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種抑制CMOS短溝道效應(yīng)的方法，采用后柵極高介電常數(shù)金屬柵工藝制備的CMOS結(jié)構(gòu)至少包含一個第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和一個第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，且在第一、第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)各自所包含的柵槽中均填充有樣本柵，對樣本柵進(jìn)行回蝕后，在柵槽的底部保留薄氧化層，其中，包括以下步驟
步驟Si，于CMOS結(jié)構(gòu)上旋涂光刻膠，曝光、顯影后去除第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)區(qū)域上的光刻膠，形成第一光阻；
步驟S2，于從第一光阻中暴露的柵槽處進(jìn)行角度傾斜離子注入工藝； 步驟S3，去除第一光阻，于CMOS結(jié)構(gòu)上再次旋涂光刻膠，曝光、顯影后去除第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)區(qū)域上的光刻膠，形成第二光阻；
步驟S4，于從第二光阻中暴露的柵槽處進(jìn)行角度傾斜離子注入工藝； 步驟S5，去除第二光阻，激活上述注入的離子。上述的抑制CMOS短溝道效應(yīng)的方法，其中，所述第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)為NMOS結(jié)構(gòu)，所述第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)為PMOS結(jié)構(gòu)。上述的抑制CMOS短溝道效應(yīng)的方法，其中，所述步驟S2、S4中進(jìn)行角度傾斜離子注入工藝至少包含有對第一、二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)臨近其漏極的溝道區(qū)域進(jìn)行離子注入工藝，以在位于第一、二半導(dǎo)體柵槽下方臨近其漏極處的溝道中形成埋層重?fù)诫s區(qū)域。上述的抑制CMOS短溝道效應(yīng)的方法，其中，所述步驟S2中進(jìn)行角度傾斜離子注入工藝中注入的離子為以B、BF2, BF、In等元素為基的離子。上述的抑制CMOS短溝道效應(yīng)的方法，其中，所述步驟S4中進(jìn)行角度傾斜離子注入工藝中注入的離子為以P、As等為基的離子。上述的抑制CMOS短溝道效應(yīng)的方法，其中，所述步驟S5中通過采用快速熱處理、 峰值退火或閃光退火工藝激活上述注入的離子。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明提出一種抑制CMOS短溝道效應(yīng)的方法，通過對CMOS器件溝道區(qū)域自對準(zhǔn)摻雜，至少形成位于其溝道下靠近漏區(qū)的重?fù)诫s埋層，同時源漏區(qū)域不受影響，從而能有效抑制短溝道效應(yīng)，且工藝簡單，易于實現(xiàn)和操作。


圖1是本發(fā)明背景技術(shù)中Xtlm的示意圖； 圖2-7是本發(fā)明實施例一的流程示意圖8-13是本發(fā)明實施例二的流程示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進(jìn)一步的說明 實施例一
由于SCE效應(yīng)主要由于溝道下靠近源漏區(qū)域的源襯、漏襯PN結(jié)分享溝道耗盡區(qū)域電荷所造成的，因此，本實施例主要針對上述區(qū)域進(jìn)行調(diào)整；如圖2-7所示，本發(fā)明一種抑制CMOS短溝道效應(yīng)的方法，采用后柵極(Gate-Last)高介電常數(shù)金屬柵(High-K Metal-gate,簡稱HKMG)工藝制備的CMOS結(jié)構(gòu)1包含NMOS結(jié)構(gòu)101和PMOS結(jié)構(gòu)102，且在NMOS結(jié)構(gòu)101和PMOS結(jié)構(gòu)102各自所包含的柵槽105、106中均填充有樣本柵，對樣本柵進(jìn)行回蝕后，在柵槽105、106的底部保留薄氧化層103、104，其中，包括以下步驟
首先在CMOS結(jié)構(gòu)1上旋涂光刻膠，曝光、顯影后去除NMOS結(jié)構(gòu)101區(qū)域上的光刻膠， 形成只覆蓋PMOS結(jié)構(gòu)102的第一光阻107，進(jìn)行角度傾斜離子注入工藝108，轉(zhuǎn)動180°雙向注入受主雜質(zhì)離子，如以B、BF2、BF、h等為基的離子，使NMOS結(jié)構(gòu)101的溝道靠近其源極111和漏極112的區(qū)域分別形成埋層重?fù)诫s區(qū)域109、110 ；由于采用自對準(zhǔn)摻雜工藝，進(jìn)行角度傾斜離子注入工藝108時不影響其源極區(qū)域111和漏極區(qū)域112。去除第一光阻107后，再次在CMOS結(jié)構(gòu)1上旋涂光刻膠，曝光、顯影后去除PMOS 結(jié)構(gòu)102區(qū)域上的光刻膠，形成只覆蓋NMOS結(jié)構(gòu)101的第二光阻113后，進(jìn)行角度傾斜離子注入工藝114，轉(zhuǎn)動180°雙向注入施主雜質(zhì)離子，如以P、As等為基的離子，使PMOS結(jié)構(gòu) 102的溝道靠近其源極115和漏極116的區(qū)域分別形成埋層重?fù)诫s區(qū)域117、118 ；由于采用自對準(zhǔn)摻雜工藝，進(jìn)行角度傾斜離子注入工藝114時也不影響其源極區(qū)域115和漏極區(qū)域 116。
其中，針對NMOS結(jié)構(gòu)101和PMOS結(jié)構(gòu)102的角度傾斜離子注入工藝108、114的
工序可以互換。之后，去除第二光阻113，再對CMOS結(jié)構(gòu)1進(jìn)行快速熱處理(Rapid Thermal ftOcess，簡稱RTP)、峰值退火(Spike Anneal)或閃光退火(Flash Anneal)等工藝，以激活上述注入的離子。最后，繼續(xù)后柵極工藝高介電常數(shù)金屬柵制備工藝，以完成CMOS器件的制備。實施例二
由于SCE效應(yīng)主要由于溝道下靠近源漏區(qū)域的源襯、漏襯PN結(jié)分享溝道耗盡區(qū)域電荷所造成的，因此，本實施例主要針對上述區(qū)域進(jìn)行調(diào)整；如圖8-13所示，本發(fā)明一種抑制CMOS短溝道效應(yīng)的方法，采用后柵極(Gate-Last)高介電常數(shù)金屬柵(High-K Metal-gate,簡稱HKMG)工藝制備的CMOS結(jié)構(gòu)2包含NMOS結(jié)構(gòu)201和PMOS結(jié)構(gòu)202，且在NMOS結(jié)構(gòu)201和PMOS結(jié)構(gòu)202各自所包含的柵槽205、206中均填充有樣本柵，對樣本柵進(jìn)行回蝕后，在柵槽205、206的底部保留薄氧化層203、204，其中，包括以下步驟
首先，在CMOS結(jié)構(gòu)，2上旋涂光刻膠，曝光、顯影后去除NMOS結(jié)構(gòu)201區(qū)域上的光刻膠， 形成只覆蓋PMOS結(jié)構(gòu)202的第一光阻207，進(jìn)行角度傾斜離子注入工藝208，單向注入受主雜質(zhì)離子，如以B、BF2, BF、In等為基的離子，使NMOS結(jié)構(gòu)201的溝道靠近其漏極212的區(qū)域形成埋層重?fù)诫s區(qū)域210 ；由于采用自對準(zhǔn)摻雜工藝，進(jìn)行角度傾斜離子注入工藝208時不影響其源極區(qū)域211和漏極區(qū)域212。去除第一光阻207后，再次在CMOS結(jié)構(gòu)2上旋涂光刻膠，曝光、顯影后去除PMOS 結(jié)構(gòu)202區(qū)域上的光刻膠，形成只覆蓋NMOS結(jié)構(gòu)201的第二光阻213后，進(jìn)行角度傾斜離子注入工藝214，單向注入施主雜質(zhì)離子，如以P、As等為基的離子，使PMOS結(jié)構(gòu)202的溝道靠近其漏極216的區(qū)域形成埋層重?fù)诫s區(qū)域218 ；由于采用自對準(zhǔn)摻雜工藝，進(jìn)行角度傾斜離子注入工藝214時也不影響其源極區(qū)域215和漏極區(qū)域216。其中，針對匪OS結(jié)構(gòu)201和PMOS結(jié)構(gòu)202的角度傾斜離子注入工藝208、214的工序可以互換。之后，去除第二光阻213，再對CMOS結(jié)構(gòu)2進(jìn)行快速熱處理(Rapid Thermal ftOcess，簡稱RTP)、峰值退火(Spike Anneal)或閃光退火(Flash Anneal)等工藝，以激活上述注入的離子。最后，繼續(xù)后柵極工藝高介電常數(shù)金屬柵制備工藝，以完成CMOS器件的制備。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明一種抑制CMOS短溝道效應(yīng)的方法， 通過對CMOS器件溝道區(qū)域自對準(zhǔn)摻雜，形成位于其溝道下靠近源漏區(qū)的重?fù)诫s埋層或單獨形成靠近漏極區(qū)域的重?fù)诫s埋層，同時由于采用自對準(zhǔn)摻雜工藝，源漏區(qū)域不會受影響， 從而能有效抑制短溝道效應(yīng)，且工藝簡單，易于實現(xiàn)和操作。以上對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但其只是作為范例，本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實施例。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對本發(fā)明進(jìn)行的等同修改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種抑制CMOS短溝道效應(yīng)的方法，采用后柵極高介電常數(shù)金屬柵工藝制備的CMOS 結(jié)構(gòu)至少包含一個第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和一個第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，且在第一、第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)各自所包含的柵槽中均填充有樣本柵，對樣本柵進(jìn)行回蝕后，在柵槽的底部保留薄氧化層，其特征在于，包括以下步驟步驟Si，于CMOS結(jié)構(gòu)上旋涂光刻膠，曝光、顯影后去除第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)區(qū)域上的光刻膠，形成第一光阻；步驟S2，于從第一光阻中暴露的柵槽處進(jìn)行角度傾斜離子注入工藝；步驟S3，去除第一光阻，于CMOS結(jié)構(gòu)上再次旋涂光刻膠，曝光、顯影后去除第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)區(qū)域上的光刻膠，形成第二光阻；步驟S4，于從第二光阻中暴露的柵槽處進(jìn)行角度傾斜離子注入工藝；步驟S5，去除第二光阻，激活上述注入的離子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制CMOS短溝道效應(yīng)的方法，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)為NMOS結(jié)構(gòu)，所述第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)為PMOS結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制CMOS短溝道效應(yīng)的方法，其特征在于，所述步驟S2、S4 中進(jìn)行角度傾斜離子注入工藝至少包含有對第一、二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)臨近其漏極的溝道區(qū)域進(jìn)行離子注入工藝，以在位于第一、二半導(dǎo)體柵槽下方臨近其漏極處的溝道中形成埋層重?fù)诫s區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制CMOS短溝道效應(yīng)的方法，其特征在于，所述步驟S2中進(jìn)行角度傾斜離子注入工藝中注入的離子為以B、BF2, BF、In元素為基的離子。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制CMOS短溝道效應(yīng)的方法，其特征在于，所述步驟S4中進(jìn)行角度傾斜離子注入工藝中注入的離子為以P、As為基的離子。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制CMOS短溝道效應(yīng)的方法，其特征在于，所述步驟S5中通過采用快速熱處理、峰值退火或閃光退火工藝激活上述注入的離子。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種抑制CMOS短溝道效應(yīng)的方法。本發(fā)明公開了一種抑制CMOS短溝道效應(yīng)的方法，通過對CMOS器件溝道區(qū)域自對準(zhǔn)摻雜，至少形成位于其溝道下靠近漏區(qū)的重?fù)诫s埋層，同時源漏區(qū)域不受影響，從而能有效抑制短溝道效應(yīng)，且工藝簡單，易于實現(xiàn)和操作。
文檔編號H01L21/8238GK102427063SQ201110206500
公開日2012年4月25日 申請日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者毛剛, 邱慈云, 陳玉文, 黃曉櫓 申請人:上海華力微電子有限公司