專利名稱：一種Halo結(jié)構(gòu)的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及ー種Halo結(jié)構(gòu)的形成方法。
背景技術(shù)：
隨著MOSFET器件尺寸不斷縮小，特別是進(jìn)入到65納米及以下節(jié)點，MOSFET器件由于極短溝道而凸顯了各種不利的物理效應(yīng)，如短溝道效應(yīng)(SCE)、漏致勢壘降低效應(yīng)(DIBL)、載流子效應(yīng)(HCE)、源-漏穿通等，它們嚴(yán)重制約著器件性能的提高。其中SCE決定了能采用的器件溝道長度、閾值電壓等，使得器件性能和可靠性退化，限制了特征尺寸的進(jìn)ー步縮小。隨著器件特征尺寸進(jìn)入65nm后，通常使用超淺結(jié)結(jié)構(gòu)(結(jié)深低于IOOnm的摻雜結(jié)，USJ)，來改善器件的SCE效應(yīng)。
如圖I所示，對于PMOS器件，在執(zhí)行LDD(輕摻雜源/漏區(qū))離子注入形成超淺結(jié)101的エ藝中，注入的離子為P型離子(通常為硼離子)，由于硼離子具有較強(qiáng)的擴(kuò)散效應(yīng)，使得形成的超淺結(jié)的深度無法有效降低，進(jìn)而很難實現(xiàn)器件的SCE的控制和更低的結(jié)漏電性能。目前，Halo (暈環(huán))注入是ー種能夠有效地抑制SCE的局域化摻雜方法，Halo結(jié)構(gòu)器件通過提高源/漏極區(qū)附近的局部摻雜濃度，阻止源/漏耗盡區(qū)向溝道區(qū)擴(kuò)展而形成的電荷共享效應(yīng)，降低延伸區(qū)的結(jié)深以及縮短溝道長度，使載流子分布更陡，防止源-漏穿通，減小結(jié)漏電流，提高柵控能力，降低閾值漂移，從而抑制SCE和DIBI效應(yīng)。通過Halo結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)溝道電勢和電場分布，提高器件抗HCE的能力。同時Halo區(qū)的存在可以降低溝道區(qū)的摻雜濃度，從而提高載流子遷移率，降低結(jié)電容，減小延遲時間，提高電路速度，可應(yīng)用于超聞速、低功耗電路。現(xiàn)有技術(shù)中，對于PMOS器件，如圖I所示，通常采用磷離子⑵在源/漏極區(qū)102附近LDD注入形成Halo結(jié)構(gòu)103。但是隨著器件特征尺寸的進(jìn)ー步減小，這種磷離子注入形成的Halo結(jié)構(gòu)在改善SCE時還會產(chǎn)生RSCE (反短溝道效應(yīng))，使得器件閾值電壓隨溝道長度分布變化起伏較大，特別是短溝道時，引起器件特性漂移，已經(jīng)不能滿足來器件對更淺的超淺結(jié)及短溝道效應(yīng)等的要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種Halo結(jié)構(gòu)的形成方法，能有利于形成更淺的超淺結(jié)，有效降低閾值電壓漂移，從而降低結(jié)電容和結(jié)漏電，抑制短溝道效應(yīng)。為解決上述問題，本發(fā)明提出ー種Halo結(jié)構(gòu)的形成方法，該方法包括如下步驟以柵極結(jié)構(gòu)為掩膜，在所述半導(dǎo)體襯底中進(jìn)行第一類離子LDD Halo注入；以柵極結(jié)構(gòu)為掩膜，在所述半導(dǎo)體襯底中進(jìn)行第二類LDD Halo注入，所述第二類離子的相對原子質(zhì)量大于第一類離子，所述第二類離子的注入角度小于第一類離子的注入角度；執(zhí)行快速退火處理，形成Halo結(jié)構(gòu)。
進(jìn)一步的，所述柵極結(jié)構(gòu)包含柵介質(zhì)和位于所述柵介質(zhì)上的柵極。進(jìn)一步的，所述第一類離子為磷離子。進(jìn)一步的，所述第一類離子LDD Halo注入的能量為15KeV 30KeV，劑量為1E13/cm2 5E13/cm2,注入角度為29 40°。進(jìn)一步的，所述第二類離子包含砷離子或銻離子中的至少一種。進(jìn)一步的，所述第二類離子LDD Halo注入的能量為50KeV 130KeV，劑量為1E13/cm2 5E13/cm2,注入角度為15° 27°。進(jìn)一步的，所述第二類離子LDD Halo注入之前或之后，還包括以柵極結(jié)構(gòu)為掩膜，在所述半導(dǎo)體襯底中進(jìn)行輔助離子LDD Halo注入。
進(jìn)一步的，所述輔助離子包含氮離子，碳離子，氟離子或氯離子中的至少一種。進(jìn)一步的，所述輔助離子LDD Halo注入的能量為5KeV 20KeV，劑量為1E13/cm2 5E13/cm2,注入角度為2° 15°。進(jìn)一步的，所述半導(dǎo)體襯底上形成柵極結(jié)構(gòu)之后，還包括在所述柵極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)形成側(cè)墻。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過大角度傾斜方式的第一類離子LDD Halo注入結(jié)合小角度傾斜方式的第二類離子LDD Halo注入，來取代傳統(tǒng)的磷離子LDDHalo注入，有效降低了閾值漂移，能有效降低結(jié)電容和結(jié)漏電，抑制SCE和DIBI效應(yīng)，提高了 MOS器件的電學(xué)特性。
圖I是現(xiàn)有技術(shù)的一種Halo結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實施例的工藝流程圖；圖3A至3E是本發(fā)明實施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)下的閾值電壓隨溝道長度分布變化示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提出的Halo結(jié)構(gòu)的形成方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式，僅用于方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。如圖2所示，本發(fā)明提供一種Halo結(jié)構(gòu)的形成方法，由SI至S4所示步驟完成，下面結(jié)合圖2所示的工藝流程圖和圖3A 3E所示的剖面結(jié)構(gòu)示意圖對上述Halo結(jié)構(gòu)的形成方法作詳細(xì)的描述。SI，提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有柵極結(jié)構(gòu)。請參考圖3A，提供半導(dǎo)體襯底300，在半導(dǎo)體襯底300中可以形成有淺槽隔離結(jié)構(gòu)301，在半導(dǎo)體襯底300上形成有柵極結(jié)構(gòu)302，所述柵極結(jié)構(gòu)302 —般包括柵介質(zhì)層302a和柵極302b，所述柵極302b成于柵介質(zhì)層302a上方，柵介質(zhì)層可以為氧化硅或氮氧化硅，在65nm技術(shù)節(jié)點以下，優(yōu)選為高介電常數(shù)(高K)材料，如氧化鋁，氧化鋯，氧化鉿等，所述柵極302b —般為多晶娃。為了避免后續(xù)Halo區(qū)的重疊和傾斜注入對LDD超淺結(jié)、柵介質(zhì)層302a和柵極302b的破壞，優(yōu)選的，在半導(dǎo)體襯底300上形成柵極結(jié)構(gòu)302之后，接著在柵極結(jié)構(gòu)302的兩側(cè)形成側(cè)墻303，然后再進(jìn)行后續(xù)各項LDD Halo注入エ藝。S2，以柵極結(jié)構(gòu)為掩膜，在所述半導(dǎo)體襯底中進(jìn)行第一類離子LDD Halo注入。請參考圖3B，以柵級結(jié)構(gòu)302及側(cè)墻303為掩膜，采用第一類離子，以垂直于半導(dǎo)體襯底300表面的豎直面為基準(zhǔn)，大角度傾斜注入方式進(jìn)行LDD Halo注入，以形成未激活的第一類離子Halo區(qū)304，大角度傾斜注入可以有效防止磷注入引起的結(jié)電容和結(jié)漏電，該未激活的第一類離子Halo區(qū)304可以提供LDD延伸區(qū)離子注入的擴(kuò)散區(qū)域，形成超淺結(jié)。選擇Halo注入的離子以及適當(dāng)?shù)倪x取注入的角度、能量和劑量范圍，可以優(yōu)化器件產(chǎn)生的結(jié)電容和結(jié)漏電，降低閾值漂移，因此，綜合第一類離子LDDHalo注入對SCE、DIBL效應(yīng)、結(jié)電容和結(jié)漏電、閾值漂移的影響，較佳的，所述第一類離子為磷離子，注入的能量為15KeV 30KeV，劑量為 lE13/cm2 5E13/cm2，注入角度為 29。 40。。 S3，以柵極結(jié)構(gòu)為掩膜，在所述半導(dǎo)體襯底中進(jìn)行第二類離子LDD Halo注入，所述第二類離子的相對原子質(zhì)量大于所述第一類離子，所述第二類離子的注入角度小于第一類離子的注入角度。請參考圖3C，以柵級結(jié)構(gòu)302及側(cè)墻303為掩膜，采用第二類離子，以垂直于半導(dǎo)體襯底300表面的豎直面為基準(zhǔn)，小角度傾斜注入方式進(jìn)行LDD Halo注入，以形成未激活的第二類離子Halo區(qū)305，該未激活的第二類離子Halo區(qū)305可以形成暈環(huán)結(jié)構(gòu)，抑制LDD延伸區(qū)離子注入的擴(kuò)散，使形成的超淺結(jié)更淺，有效溝道長度更長，改善SCE，由于第二類離子的相對原子質(zhì)量大于所述第一類離子，進(jìn)行Halo注入后會產(chǎn)生瞬時增強(qiáng)擴(kuò)散(TED)效應(yīng)和熱載流子注入(HCI)效應(yīng)，不利于改善SCE和閾值漂移。因此，選擇Halo注入的離子以及適當(dāng)?shù)倪x取注入的角度、能量和劑量范圍，可以優(yōu)化器件產(chǎn)生的TED效應(yīng)和HCI效應(yīng)，提高器件特性，綜合第二類離子LDD Halo注入對SCE、TED效應(yīng)及HCI效應(yīng)的影響，較佳的，所述第二類離子包含神(As)離子和銻(Sb)離子中的至少ー種，所述第二類離子LDD Halo注入的能量為50KeV 130KeV，劑量為1E13/cm2 5E13/cm2,注入角度為15° 27°。請參考圖3D，通常地，在所述第二類離子LDD Halo注入之前或之后，還包括以柵級結(jié)構(gòu)302及側(cè)墻303為掩膜，在所述半導(dǎo)體襯底300中以小角度傾斜方式在所述半導(dǎo)體襯底中進(jìn)行輔助離子LDD Halo注入，形成未激活的輔助離子Halo區(qū)306，進(jìn)ー步抑制第二類離子LDD Halo注入時引起的瞬時增強(qiáng)擴(kuò)散(TED)效應(yīng)和熱載流子注入(HCI)效應(yīng)。選擇Halo注入的離子以及適當(dāng)?shù)倪x取注入的角度、能量和劑量范圍，可以優(yōu)化器件特性，綜合輔助離子LDD Halo注入對SCE、TED效應(yīng)及HCI效應(yīng)的影響，較佳的，所述輔助離子包含氮離子，碳離子，氟離子和氯離子中的至少ー種，所述輔助離子LDD Halo注入的能量為5KeV 20KeV，劑量為1E13 5E13/cm2，注入角度為2° 15。。S4，執(zhí)行快速退火處理，形成Halo結(jié)構(gòu)。請參考圖3E，在氮氣或氬氣等惰性氣體環(huán)境下快速退火，激活注入的第一類離子、第二類離子及輔助離子，消除注入缺陷，形成Halo結(jié)構(gòu)305a。在第一類離子Halo激活區(qū)304a的內(nèi)進(jìn)行LDD延伸區(qū)離子注入，可以得到超淺結(jié)，在Halo激活區(qū)306a內(nèi)進(jìn)行源/漏極離子注入，可以形成源/漏極區(qū)。與圖I的Halo結(jié)構(gòu)103相比，本發(fā)明形成的Halo結(jié)構(gòu)305a有利于形成更淺的，具有更長的有效溝道長度的超淺結(jié)，有利于改善SCE，提高M(jìn)OS器件的電學(xué)特性。請參考圖4，其為本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)下的閾值電壓與溝道長度分布變化示意圖。由圖4可以明顯看出，本發(fā)明在器件的溝道長度較短時，閾值電壓變化較小，即閾值漂移較小。因此，本發(fā)明通過大角度傾斜第一類離子LDD Halo注入結(jié)合小角度傾斜第二類離子LDD Halo注入，來取代傳統(tǒng)的磷離子LDD Halo注入，有效降低了閾值漂移，能有效降低結(jié)電容和結(jié)漏電，抑制SCE和DIBI效應(yīng)，提高了 MOS器件的電學(xué)特性。需要說明的是，上述實施例中給出了第一類離子LDD Halo注入、第二類離子LDDHalo注入以及輔助離子LDD Halo注入的具體工藝參數(shù)，但是上述數(shù)值僅是較佳的設(shè)置，并 非用以限定本發(fā)明。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種Halo結(jié)構(gòu)的形成方法，該方法包括如下步驟 提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有柵極結(jié)構(gòu)； 以柵極結(jié)構(gòu)為掩膜，在所述半導(dǎo)體襯底中進(jìn)行第一類離子LDD Halo注入； 以柵極結(jié)構(gòu)為掩膜，在所述半導(dǎo)體襯底中進(jìn)行第二類LDD Halo注入，所述第二類離子的相對原子質(zhì)量大于第一類離子，所述第二類離子的注入角度小于第一類離子的注入角度； 執(zhí)行快速退火處理，形成Halo結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求I所述的Halo結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述柵極結(jié)構(gòu)包含柵介質(zhì)和位于所述柵介質(zhì)上的柵極。
3.如權(quán)利要求I所述的Halo結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第一類離子為磷離子。
4.如權(quán)利要求3或4所述的Halo結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第一類離子LDDHalo注入的能量為15KeV 30KeV，劑量為lE13/cm2 5E13/cm2，注入角度為29° 40。。
5.如權(quán)利要求I所述的Halo結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第二類離子包含砷離子或銻離子中的至少ー種。
6.如權(quán)利要求I或5所述的Halo結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第二類離子LDDHalo注入的能量為50KeV 130KeV，劑量為lE13/cm2 5E13/cm2，注入角度為15° 27。。
7.如權(quán)利要求I所述的Halo結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第二類離子LDDHalo注入之前或之后，還包括以柵極結(jié)構(gòu)為掩膜，在所述半導(dǎo)體襯底中進(jìn)行輔助離子LDD Halo注入。
8.如權(quán)利要求7所述的Halo結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述輔助離子包含氮離子，碳離子，氟離子或氯離子中的至少ー種。
9.如權(quán)利要求7或8所述的Halo結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在干，所述輔助離子LDDHalo注入的能量為5KeV 20KeV，劑量為lE13/cm2 5E13/cm2，注入角度為2° 15°。
10.如權(quán)利要求I所述的Halo結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底上形成柵極結(jié)構(gòu)之后，還包括在所述柵極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)形成側(cè)墻。
全文摘要
本發(fā)明提供一種Halo結(jié)構(gòu)的形成方法，可用于形成65nm及以下技術(shù)節(jié)點的超淺結(jié)MOS器件，通過大角度傾斜方式的第一類離子LDD Halo注入結(jié)合小角度傾斜方式的第二類離子LDD Halo注入，來取代傳統(tǒng)的磷離子LDD Halo注入，有效降低了閾值漂移，能有效降低結(jié)電容和結(jié)漏電，抑制SCE和DIBI效應(yīng)，提高了MOS器件的電學(xué)特性。
文檔編號H01L21/265GK102737965SQ20111009045
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月12日
發(fā)明者趙猛 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司