專利名稱：一種晶體管形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，特別涉及一種晶體管形成方法。
背景技術(shù)：
自對(duì)準(zhǔn)硅化物技術(shù)是一種通過在柵電極層和源/漏極表面形成金屬硅化物層，從而減小柵電極層和源/漏區(qū)的電阻的工藝技術(shù)。鎳、鉬、鈷等都是形成所述金屬硅化物層的可選金屬材料。在公開號(hào)為US 2010/0117238的專利中披露了一種鎳硅化物層的形成方法。圖1至圖3為現(xiàn)有技術(shù)通過鎳自對(duì)準(zhǔn)硅化物技術(shù)形成鎳硅化物層的過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。首先如圖1所示，提供襯底001，所述襯底001表面形成有柵極，所述柵極包括依次位于所述襯底001上的柵極氧化層021和柵電極層022，及位于所述柵電極層022兩側(cè)的側(cè)墻030，所述側(cè)墻030表面的材料是氮化硅。如圖2所示，在所述柵極兩側(cè)的襯底001內(nèi)形成源、漏極。如圖3所示，在所述襯底001上形成鎳層，所述鎳層覆蓋所述源、漏極的表面和柵極；對(duì)所述鎳層進(jìn)行退火，經(jīng)過所述退火，鎳層中的鎳與襯底001中的硅進(jìn)行反應(yīng)形成鎳硅化物層051，并去除鎳層中未反應(yīng)的部分。但是在實(shí)際中發(fā)現(xiàn)，通過上述方法形成的晶體管的可靠性比較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種晶體管形成方法，以解決現(xiàn)有方法形成的晶體管可靠性差的問題。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種晶體管形成方法，包括提供襯底，所述襯底表面具有柵極；在所述柵極的側(cè)壁形成摻碳側(cè)墻；形成所述摻碳側(cè)墻后，在柵極兩側(cè)的襯底內(nèi)形成源、漏極；在所述源、漏極表面，及柵極表面形成鎳硅化物層?？蛇x地，形成所述摻碳側(cè)墻的步驟包括形成側(cè)墻介質(zhì)層，所述側(cè)墻介質(zhì)層覆蓋所述柵極和所述襯底暴露的表面；向所述側(cè)墻介質(zhì)層注入碳離子，并進(jìn)行第一退火處理激活所摻入的碳離子；激活碳離子后，刻蝕所述側(cè)墻介質(zhì)層，形成位于柵極側(cè)壁的側(cè)墻?？蛇x地，形成所述摻碳側(cè)墻的步驟包括形成側(cè)墻介質(zhì)層，所述側(cè)墻介質(zhì)層覆蓋所述柵極和所述襯底暴露的表面；刻蝕所述側(cè)墻介質(zhì)層，形成位于柵極側(cè)壁的側(cè)墻；向所述側(cè)墻注入碳離子，并進(jìn)行第一退火處理激活所摻入的碳離子。可選地，所述側(cè)墻介質(zhì)層包括依次形成的二氧化硅層和氮化硅層?？蛇x地，所述側(cè)墻的寬度是150-400埃?？蛇x地，所述氮化硅層是采用六氯乙硅烷為前驅(qū)，通過低壓化學(xué)氣相沉積工藝形成?？蛇x地，所述氮化硅層的厚度是150-300埃?？蛇x地，注入碳離子采用的是離子注入工藝或者等離子體摻雜工藝?？蛇x地，采用離子注入工藝注入碳離子的工藝參數(shù)是注入能量為l_5keV，注入劑量為5E14-5E15/平方厘米。可選地，所述第一退火處理采用尖峰退火工藝，退火溫度為800-1000攝氏度，退火氣體為氮?dú)饣蛘叩獨(dú)夂秃獾幕旌蠚怏w。可選地，所述第一退火處理采用毫秒退火工藝，退火溫度為1100-1300攝氏度，退火時(shí)長(zhǎng)為O. 25-20暈秒?？蛇x地，所述鎳硅化物層的形成工藝包括在所述柵極、側(cè)墻以及襯底暴露的表面形成金屬層，所述金 屬層含鎳；對(duì)所述金屬層進(jìn)行退火處理，鎳與襯底及柵極中的硅材料在退火過程中進(jìn)行反應(yīng)，形成鎳硅化物層?？蛇x地，所述退火處理包括第二退火處理和第三退火處理?？蛇x地，所述第二退火是浸入式退火，退火溫度為220-320攝氏度，退火時(shí)長(zhǎng)為30-90 秒?？蛇x地，所述第三退火是毫秒退火，退火溫度為1100-1300攝氏度，退火時(shí)長(zhǎng)為O. 25-20 暈秒?？蛇x地，所述第二退火是低溫尖峰退火，退火溫度為350-550攝氏度，退火時(shí)長(zhǎng)為0-60 秒?？蛇x地，所述第二退火采用浸入式退火，退火溫度為350-450攝氏度，退火時(shí)長(zhǎng)為20-90 秒?？蛇x地，所述金屬層的材料還包括鉬。本發(fā)明的實(shí)施例通過向側(cè)墻中摻入碳原子，減小形成側(cè)墻之后，形成鎳硅化物層之前的工藝過程中的刻蝕工藝對(duì)側(cè)墻的刻蝕速度，從而減小所述刻蝕工藝中側(cè)墻寬度的損失量。而側(cè)墻的寬度越大，后續(xù)形成的鎳硅化物層向溝道區(qū)侵蝕對(duì)晶體管可靠性的影響就越小。進(jìn)一步，本發(fā)明的實(shí)施例中，通過兩次退火形成所述鎳硅化物層，所述鎳硅化物層的主要成分是NiSi，NiSi材料的電阻率小，熱穩(wěn)定性好，從而有利于提高晶體管的性能。


圖1至圖3是現(xiàn)有的晶體管形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4(a)和圖4(b)為晶體管不同漏電流的出現(xiàn)概率示意圖；圖5是本發(fā)明第一實(shí)施例所提供的晶體管形成方法的流程示意圖；圖6至圖12是本發(fā)明的第一實(shí)施例所提供的晶體管形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖13是本發(fā)明第二實(shí)施例所提供的晶體管形成方法的流程示意圖；圖14至圖16是本發(fā)明的第二實(shí)施例所提供的晶體管形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式由背景技術(shù)可知，現(xiàn)有技術(shù)形成的晶體管的可靠性比較差。請(qǐng)參考圖3，發(fā)明人針對(duì)上述問題進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在對(duì)鎳層退火形成鎳硅化物層051的過程中，鎳層中的鎳會(huì)向溝道區(qū)擴(kuò)散，并與溝道區(qū)的硅材料進(jìn)行反應(yīng)，使得退火工藝中所形成的鎳硅化物層051向溝道區(qū)侵蝕，造成晶體管的可靠性降低。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，側(cè)墻的寬度越大，鎳硅化物層向溝道區(qū)侵蝕對(duì)晶體管可靠性的影響越小。請(qǐng)參考圖4,圖4(a)中側(cè)墻的寬度是150-200埃，圖4(a)中橫坐標(biāo)為源漏之間的漏電流，縱坐標(biāo)為多次測(cè)量過程中，測(cè)量結(jié)果為對(duì)應(yīng)漏電流的概率，其中□對(duì)應(yīng)的是采用浸入式低溫退火工藝形成晶體管的鎳硅化物層，〇對(duì)應(yīng)的是采用激光退火工藝形成晶體管中的鎳硅化物層；圖4 (b)中側(cè)墻的寬度是250-400埃，圖4 (b)中橫坐標(biāo)為源漏之間的漏電流，縱坐標(biāo)為多次測(cè)量過程中，測(cè)量結(jié)果為對(duì)應(yīng)漏電流的概率，其中□對(duì)應(yīng)的是采用一步浸入式低溫退火工藝和一步激光退火工藝形成晶體管的鎳硅化物層，〇對(duì)應(yīng)的是采用兩步激光退火工藝形成晶體管中的鎳硅化物層。比較圖4(a)和圖4(b)，在晶體管的側(cè)墻小的情況下，漏電流出現(xiàn)的概率更容易受鎳硅化物層形成工藝的影響，即晶體管的側(cè)墻越小，晶體管的可靠性越低。但是在實(shí)際工藝中，在形成側(cè)墻到形成鎳硅化物層之間還需要進(jìn)行多次濕法刻蝕和干法刻蝕工藝。比如說，在形成側(cè)墻后，先采用干法刻蝕工藝在所述側(cè)墻兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成U形凹槽；再采用氫氟酸或磷酸或氫氧化鉀是否刻蝕所述U形凹槽的側(cè)壁，形成具有sigma形狀的凹槽。以及在形成鎳層之前，采用氫氟酸去除襯底表面的氧化層。在所述刻蝕工藝中，因?yàn)闅浞岬热芤簩?duì)側(cè)墻的刻蝕速度過大，會(huì)造成側(cè)墻的寬度明顯減小，影響后續(xù)形成的晶體管的可靠性；又 因?yàn)閭?cè)墻的寬度需要根據(jù)工藝需要設(shè)定，所以不可能為了提高晶體管的可靠性而任意增加側(cè)墻的寬度。為了進(jìn)一步闡明本發(fā)明的精神與實(shí)質(zhì)，在下文中結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。第一實(shí)施例圖5本發(fā)明的第一實(shí)施例所提供的晶體管形成方法的流程示意圖，包括步驟S101，提供襯底，所述襯底表面的材料含硅，所述襯底表面具有柵極；步驟S102，在所述柵極的表面以及襯底暴露的表面形成側(cè)墻介質(zhì)層；步驟S103，向所述側(cè)墻介質(zhì)層摻入碳離子；步驟S104，摻入碳離子后，刻蝕所述側(cè)墻介質(zhì)層，形成位于柵極側(cè)壁的摻碳的側(cè)m ;步驟S105，形成所述摻碳側(cè)墻后，在柵極兩側(cè)的襯底內(nèi)形成源、漏極；步驟S106，在所述源、漏極表面，以及柵極表面形成金屬層，所述金屬層含鎳；步驟S107，對(duì)所述金屬層進(jìn)行退火處理，鎳與襯底表面的硅以及柵極表面的硅發(fā)生反應(yīng),形成鎳娃化物層。圖6至圖12是本發(fā)明第一實(shí)施例所提供的晶體管形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。參考圖6,提供襯底100,所述襯底100表面的材料含娃,所述襯底表面具有柵極，所述柵極包括依次形成在襯底表面的柵介質(zhì)層110和柵電極層120。所述襯底100是硅襯底，或者SOI襯底。
所述柵介質(zhì)層110的材料是二氧化硅，所述柵電極層120的材料是多晶硅。參考圖7，在所述柵極的表面以及襯底100暴露的表面形成側(cè)墻介質(zhì)層130。所述側(cè)墻介質(zhì)層130的厚度是300-600埃，所述側(cè)墻介質(zhì)層130包括形成在所述柵極和襯底100暴露的表面的二氧化硅層(未示出)，以及形成在所述二氧化硅層表面的氮化娃層(未不出)。所述氮化娃層是采用六氯乙娃燒(HCD, Hexachlorodisilane)為前驅(qū),通過低壓化學(xué)氣相沉積工藝形成。所述氮化硅層的厚度是150-300埃。所述襯底100內(nèi)還形成有以柵極為掩膜，向襯底100摻雜所形成的淺摻雜源、漏極。參考圖8，向所述側(cè)墻介質(zhì)層130摻入碳離子。采用離子注入或者等離子體摻雜工藝向所述側(cè)墻介質(zhì)層130注入碳離子，注入碳離子后，還包括對(duì)所述側(cè)墻介質(zhì)層進(jìn)行第一退火處理，激活所摻入的碳離子，在所述退火過程中，碳離子與氮化硅層中的氮化硅反應(yīng)形成新的物質(zhì)。所述退火工藝是尖峰退火工藝或者毫秒退火工藝。本實(shí)施例中，采用離子注入工藝向所述側(cè)墻介質(zhì)層130注入碳離子，具體的工藝參數(shù)是注入能量為l_5keV,注入劑量為5E14-5E15/平方厘米。所述注入能量過小,碳離子被注入到碳化硅層中的深度可能不夠深；所述注入能量過大，碳離子注入深度可能過深，脫離氮化硅層。所述注入劑量過小可能因?yàn)樘茧x子的量過小而不足以降低在后續(xù)刻蝕工藝中對(duì)氮化硅層的刻蝕速度；所注入的劑量過大，會(huì)增加工藝成本，并且會(huì)降低工藝效率。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一退火處理采用尖峰退火工藝，退火溫度為800-1000攝氏度，退火氣體為氮?dú)饣蛘叩獨(dú)夂秃獾幕旌蠚怏w。本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施例中，所述第一退火處理采用毫秒退火工藝，退火溫度為1100-1300攝氏度，退火時(shí)長(zhǎng)為O. 25-20毫秒。表I為碳離子注入前、后，氫氟酸對(duì)氮化硅層的刻蝕速率
權(quán)利要求
1.一種晶體管形成方法，其特征在于，包括提供襯底，所述襯底表面具有柵極；在所述柵極的側(cè)壁形成摻碳側(cè)墻；形成所述摻碳側(cè)墻后，在柵極兩側(cè)的襯底內(nèi)形成源、漏極；在所述源、漏極表面，及柵極表面形成鎳硅化物層。
2.如權(quán)利要求1所述的晶體管形成方法，其特征在于，形成所述摻碳側(cè)墻的步驟包括形成側(cè)墻介質(zhì)層，所述側(cè)墻介質(zhì)層覆蓋所述柵極和所述襯底暴露的表面；向所述側(cè)墻介質(zhì)層注入碳離子，并進(jìn)行第一退火處理激活所摻入的碳離子；激活碳離子后，刻蝕所述側(cè)墻介質(zhì)層，形成位于柵極側(cè)壁的側(cè)墻。
3.如權(quán)利要求1所述的晶體管形成方法，其特征在于，形成所述摻碳側(cè)墻的步驟包括形成側(cè)墻介質(zhì)層，所述側(cè)墻介質(zhì)層覆蓋所述柵極和所述襯底暴露的表面；刻蝕所述側(cè)墻介質(zhì)層，形成位于柵極側(cè)壁的側(cè)墻；向所述側(cè)墻注入碳離子，并進(jìn)行第一退火處理激活所摻入的碳離子。
4.如權(quán)利要求2或3所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述側(cè)墻介質(zhì)層包括依次形成的二氧化硅層和氮化硅層。
5.如權(quán)利要求1所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述側(cè)墻的寬度是150A-400埃。
6.如權(quán)利要求4所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述氮化硅層是采用六氯乙硅烷為前驅(qū)，通過低壓化學(xué)氣相沉積工藝形成。
7.如權(quán)利要求4所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述氮化硅層的厚度是150-300埃。
8.如權(quán)利要求2或3所述的晶體管形成方法，其特征在于，注入碳離子采用的是離子注入工藝或者等離子體摻雜工藝。
9.如權(quán)利要求8所述的晶體管形成方法，其特征在于，采用離子注入工藝注入碳離子的工藝參數(shù)是注入能量為l_5keV，注入劑量為5E14-5E15/平方厘米。
10.如權(quán)利要求2或3所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述第一退火處理采用尖峰退火工藝，退火溫度為800-1000攝氏度，退火氣體為氮?dú)饣蛘叩獨(dú)夂秃獾幕旌蠚怏w。
11.如權(quán)利要求2或3所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述第一退火處理采用毫秒退火工藝，退火溫度為1100-1300攝氏度，退火時(shí)長(zhǎng)為O. 25-20毫秒。
12.如權(quán)利要求1所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述鎳硅化物層的形成工藝包括在所述柵極、側(cè)墻以及襯底暴露的表面形成金屬層，所述金屬層含鎳；對(duì)所述金屬層進(jìn)行退火處理，鎳與襯底及柵極的硅材料在退火過程中進(jìn)行反應(yīng)，形成鎳硅化物層。
13.如權(quán)利要求12所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述退火處理包括第二退火處理和第三退火處理。
14.如權(quán)利要求13所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述第二退火是浸入式退火，退火溫度為220-320攝氏度，退火時(shí)長(zhǎng)為30-90秒。
15.如權(quán)利要求13所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述第三退火是毫秒退火，退火溫度為700-950攝氏度，退火時(shí)長(zhǎng)為O. 25-20毫秒。
16.如權(quán)利要求13所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述第三退火是低溫尖峰退火，退火溫度為350-550攝氏度。
17.如權(quán)利要求13所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述第三退火是浸入式退火， 退火溫度為350-450攝氏度，退火時(shí)長(zhǎng)為20-90秒。
18.如權(quán)利要求 12所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述金屬層的材料還包括鉬。
全文摘要
一種晶體管形成方法，包括提供襯底，所述襯底表面的材料含硅，所述襯底表面具有柵極；在所述柵極的表面以及襯底暴露的表面形成側(cè)墻介質(zhì)層；向所述側(cè)墻介質(zhì)層摻入碳離子；摻入碳離子后，刻蝕所述側(cè)墻介質(zhì)層，形成位于柵極側(cè)壁的摻碳的側(cè)墻；形成所述摻碳側(cè)墻后，在柵極兩側(cè)的襯底內(nèi)形成源、漏極；在所述源、漏極表面，及柵極表面形成金屬層，所述金屬層含鎳；對(duì)所述金屬層進(jìn)行退火處理，鎳與襯底表面的硅以及柵極表面的硅發(fā)生反應(yīng)，形成鎳硅化物層。通過本發(fā)明所提供的晶體管形成方法，可以提高晶體管的可靠性。
文檔編號(hào)H01L21/28GK103035523SQ20111029800
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者何永根, 劉佳磊, 禹國(guó)賓, 吳兵 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司