專利名稱：Mos晶體管的制造方法
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MOS晶體管的制造方法。
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(diǎn)，MOSFET器件由于極短溝道而凸顯了各種不利的物理效應(yīng)，特別是短溝道效應(yīng)(SCE)，使得器件性能和可靠性退化，限制了特征尺寸的進(jìn)一步縮小。目前，通常使用超淺結(jié)結(jié)構(gòu)(結(jié)深低于IOOnm的摻雜結(jié)，USJ)，來改善器件的短溝道效應(yīng)。如圖I所所示，現(xiàn)有技術(shù)中，通常在硅襯底1 00上形成柵極結(jié)構(gòu)101后，采用第一離子、第二離子依次進(jìn)行低能量輕摻雜源/漏區(qū)(LDD)離子注入形成輕摻雜源/漏延伸區(qū)102，達(dá)到超淺結(jié)的目的。器件特征尺寸的進(jìn)一步減小要求器件制造中形成更淺的超淺結(jié)，器件具有更低的結(jié)電容和結(jié)漏電性能，上述工藝中已經(jīng)無法滿足器件制造的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種MOS晶體管的制造方法，能有利于形成更淺的超淺結(jié)，有效控制短溝道效應(yīng)。為解決上述問題，本發(fā)明提出一種MOS晶體管的制造方法，該方法包括如下步驟提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上形成柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵氧化層以及位于所述柵氧化層上的多晶硅層；氧化所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁以形成氧化壁；以所述柵極結(jié)構(gòu)及氧化壁為掩膜，去除部分所述半導(dǎo)體襯底；再氧化保留的半導(dǎo)體襯底的上表面以形成表面氧化層；刻蝕所述表面氧化層以在柵極結(jié)構(gòu)及氧化壁下方保留的半導(dǎo)體襯底兩側(cè)形成側(cè)墻，所述側(cè)墻的頂部低于所述柵氧化層的底部；在所述半導(dǎo)體襯底上形成硅外延層，并平坦化所述硅外延層的頂部至所述柵氧化層的底部；以所述柵極結(jié)構(gòu)及氧化壁為掩膜，在所述硅外延層中進(jìn)行輕摻雜源/漏區(qū)離子注入以形成超淺結(jié)。進(jìn)一步的，所述柵極結(jié)構(gòu)的寬度為O. 015 μ m 10 μ m。進(jìn)一步的，所述下側(cè)墻頂部至所述柵氧化層底部的特征高度為30nm lOOnm。進(jìn)一步的，所述下側(cè)墻的特征厚度為3nm lOOnm。進(jìn)一步的，所述下側(cè)墻底部至所述柵氧化層底部的特征高度為O. 06μπι
O.6 μ m0進(jìn)一步的，所述半導(dǎo)體襯底為硅襯底。進(jìn)一步的，在所述半導(dǎo)體襯底上形成柵極結(jié)構(gòu)之前，還包括
在所述硅襯底中注入鍺離子，快速退火形成鍺硅層； 在所述硅鍺層上形成應(yīng)變硅層。進(jìn)一步的，向所述半導(dǎo)體襯底中注入鍺離子的劑量為1E15 lE16/cm2。進(jìn)一步的，在所述半導(dǎo)體襯底上形成柵極結(jié)構(gòu)之前，還包括在所述硅襯底上生長(zhǎng) 鍺硅層；在所述硅鍺層上形成應(yīng)變硅層。進(jìn)一步的，采用硅烷和鍺烷作為源氣體，通過化學(xué)氣相沉積在所述硅襯底上生長(zhǎng)
鍺硅層。進(jìn)一步的,其特征在于,所述鍺娃層的厚度為30nm lOOnm。進(jìn)一步的，所述應(yīng)變娃層的厚度為30nm lOOnm。進(jìn)一步的，以所述柵極結(jié)構(gòu)及氧化壁為掩膜，去除部分所述半導(dǎo)體襯底的步驟包括以所述柵極結(jié)構(gòu)及氧化壁為掩膜，依次刻蝕所述應(yīng)變硅層和鍺硅層。進(jìn)一步的，所述側(cè)墻的底部通過向其正下方的半導(dǎo)體襯底注入氧而埋入所述半導(dǎo)體襯底中。進(jìn)一步的，所述柵極結(jié)構(gòu)還包括依次位于所述柵導(dǎo)電層上的氧化蓋層和氮化蓋層。進(jìn)一步的，氧化所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁以形成氧化壁的步驟之后，還包括移除所述氮化蓋層；在所述氧化壁外側(cè)形成上側(cè)墻。進(jìn)一步的，形成表面氧化層之后，還包括移除所述上側(cè)墻。進(jìn)一步的，所述上側(cè)墻采用氮化硅、氧化硅和氮氧化硅中的一種或多種形成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出的MOS晶體管的制造方法，通過頂部低于所述柵氧化層底部的側(cè)墻來抑制后續(xù)輕摻雜源/漏區(qū)(LDD)離子注入后的徑向擴(kuò)散，控制形成的輕摻雜源/漏(LDD)延伸區(qū)的深度，以使獲得的超淺結(jié)更淺，減小短溝道效應(yīng)，降低結(jié)電容；進(jìn)一步的，通過應(yīng)變硅層和鍺硅層增大電荷遷移率，降低結(jié)電容和結(jié)漏電。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)的一種MOS晶體管結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)具體明實(shí)施例的MOS晶體管制造工藝流程圖；圖3A至3K本發(fā)明具體實(shí)施例的MOS晶體管制造工藝剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出一種MOS晶體管的制造方法，該方法包括如下步驟提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上形成柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵氧化層以及位于所述柵氧化層上的多晶硅層；氧化所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁以形成氧化壁；
以所述柵極結(jié)構(gòu)及氧化壁為掩膜，去除部分所述半導(dǎo)體襯底；再氧化保留的半導(dǎo)體襯底的上表面以形成表面氧化層；刻蝕所述表面氧化層以在柵極結(jié)構(gòu)及氧化壁下方保留的半導(dǎo)體襯底兩側(cè)形成側(cè)墻，所述側(cè)墻的頂部低于所述柵氧化層的底部；在所述半導(dǎo)體襯底上形成硅外延層，并平坦化所述硅外延層的頂部至所述柵氧化層的底部；以所述柵極結(jié)構(gòu)及氧化壁為掩膜，在所述硅外延層中進(jìn)行輕摻雜源/漏區(qū)離子注入以形成超淺結(jié)。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提出的MOS晶體管的制造方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。·
如圖2所示，本實(shí)施例提供的MOS晶體管的制造方法，由S201至S210所示步驟完成，下面結(jié)合圖2所示的MOS晶體管的制造工藝流程圖和圖3A 3K所示的MOS晶體管的制造工藝剖面結(jié)構(gòu)示意圖對(duì)上述MOS晶體管的制造方法作詳細(xì)的描述。S201，提供硅襯底，向所述硅襯底中注入鍺離子，快速退火形成鍺硅層。參考圖3A，提供硅襯底300，向所述硅襯底300中注入鍺離子，劑量為1E15 lE16/cm2，可以在鍺離子注入過程中不斷改變注入劑量，進(jìn)行非均勻注入；快速退火形成的鍺硅(SiGe)層301，為非均勻鍺摻雜的SLxGex層，厚度為30nm lOOnm。其他實(shí)施例中，可以采用硅烷和鍺烷作為源氣體，通過化學(xué)氣相沉積在所述硅襯底300上生長(zhǎng)鍺硅層301，化學(xué)氣相沉積時(shí)改變鍺烷的分壓力可以生長(zhǎng)出梯度的鍺硅層301。S202，在所述硅鍺層上形成應(yīng)變硅層。參考圖3B，在所述硅鍺層301上形成應(yīng)變硅(Si)層302，應(yīng)變硅層302可以通過在所述硅鍺層301上進(jìn)行硅外延生長(zhǎng)形成，應(yīng)變硅層302的厚度為30nm lOOnm。S203,在所述應(yīng)變硅層上形成柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵氧化層以及位于所述柵氧化層上的多晶硅層。參考圖3C，在應(yīng)變硅層302上依次沉積形成柵氧化層薄膜303a、多晶硅層薄膜304a、氧化蓋層薄膜305c和氮化蓋層薄膜306a。參考圖3D，可以以圖案化的光刻膠(未圖示)為掩膜，對(duì)圖3C中所示的氮化蓋層薄膜306a、氧化蓋層薄膜305c、多晶硅層薄膜304a和柵氧化層薄膜303a依次刻蝕以形成柵極結(jié)構(gòu)，該圖案化的光刻膠的圖案與該MOS晶體管要求的柵極結(jié)構(gòu)一致，所以，刻蝕得到的氮化蓋層306、氧化蓋層305、多晶硅層304和柵氧化層303形成柵極結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例中，所述柵極結(jié)構(gòu)的寬度為O. 015 μ m 10 μ m。氮化蓋層306和氧化蓋層305在本步驟的刻蝕工藝中保護(hù)柵極結(jié)構(gòu)的多晶硅層304。S204，氧化所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁以形成氧化壁。參考圖3E，氧化所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁以形成氧化壁305a，氧化壁305a主要是保護(hù)多晶硅層304和柵氧化層303在后續(xù)的刻蝕工藝中不被側(cè)向侵蝕，保持MOS晶體管的柵極結(jié)構(gòu)的寬度尺寸；形成氧化壁305a之后可通過刻蝕移除氮化蓋層306，氧化蓋層305此時(shí)保護(hù)了多晶硅層304和柵氧化層303。S205，在所述氧化壁外側(cè)形成上側(cè)墻。
參考圖3F，在氧化壁305a外側(cè)形成上側(cè)墻305b，上側(cè)墻305b可以通過沉積包含氮化硅、氧化硅或氮氧化硅的一種或多種的上側(cè)墻層后刻蝕形成。S206,以所述應(yīng)變硅層上方的器件結(jié)構(gòu)為掩膜，依次刻蝕所述應(yīng)變硅層和鍺硅層。參考圖3G，以所述應(yīng)變硅層302上方的器件結(jié)構(gòu)為掩膜，即以所述柵氧化層303、多晶硅層304、氧化蓋層305、氧化壁305a和上側(cè)墻305b為掩膜，依次刻蝕所述應(yīng)變硅層302和鍺硅層301。本步驟中應(yīng)變硅層302和鍺硅層301刻蝕后形成了 MOS晶體管的應(yīng)變溝道區(qū)，可以增大后續(xù)溝道離子注入該應(yīng)變溝道區(qū)形成的應(yīng)變Si溝道的電荷遷移率，降低結(jié)電容和結(jié)漏電。上側(cè)墻305b的存在可以獲得較長(zhǎng)的應(yīng)變溝道區(qū)，進(jìn)一步降低形成的MOS晶體管的結(jié)電容。S207,再氧化上述器件結(jié)構(gòu)表面,形成表面氧化層。
參考圖3H，再氧化上述器件結(jié)構(gòu)表面，形成表面氧化層307，即硅襯底300暴露出的上表面，鍺硅層301、應(yīng)變硅層302的側(cè)表面被氧化。S208，移除所述上側(cè)墻，以在柵極結(jié)構(gòu)及氧化壁下方保留的半導(dǎo)體襯底兩側(cè)形成側(cè)墻，所述側(cè)墻的頂部低于所述柵氧化層的底部。參考圖31，可以通過刻蝕移除所述上側(cè)墻305b，然后刻蝕所述表面氧化層307，以形成頂部低于所述柵氧化層303底部(即所述應(yīng)變硅層302頂部)的下側(cè)墻307a。優(yōu)選的，刻蝕所述表面氧化層307以在柵氧化層303及氧化壁305a下方保留的應(yīng)變硅層302和鍺硅層301的兩側(cè)形成側(cè)墻307a的步驟之后，還包括向所述側(cè)墻307a底部正下方的半導(dǎo)體襯底注入氧，以使所述側(cè)墻307a的底部埋入所述硅襯底300中，即形成了埋層側(cè)墻。所述下側(cè)墻307a頂部至所述柵氧化層303底部(即所述應(yīng)變硅層302頂部)的高度h為30nm lOOnm，下側(cè)墻307a底部至所述柵氧化層303底部(即所述應(yīng)變硅層302頂部)的高度d為O. 06 μ m O. 6 μ m,下側(cè)墻的厚度w為3nm lOOnm。S209，在所述半導(dǎo)體襯底上形成硅外延層，并平坦化所述硅外延層的頂部至所述柵氧化層的底部。參考圖3J，在所述硅襯底300上，所述下側(cè)墻307a的外側(cè)生長(zhǎng)形成硅外延層308，并平坦化至所述柵氧化層303的底部，即應(yīng)變硅層301頂部。S210，以所述柵極結(jié)構(gòu)及氧化壁為掩膜，在所述硅外延層中進(jìn)行輕摻雜源/漏區(qū)離子注入以形成超淺結(jié)。參考圖3K，在所述硅襯底300上形成平坦化的硅外延層308之后，以所述應(yīng)變硅層302上方的柵極結(jié)構(gòu)和氧化壁305a為掩膜，即以所述柵氧化層303、多晶硅層304、氧化蓋層305和氧化壁305a為掩膜，在所述硅外延層308的表層中進(jìn)行輕摻雜源/漏區(qū)離子注入，在氮?dú)饣驓鍤獾榷栊詺怏w環(huán)境下快速退火，激活注入離子和消除注入缺陷，形成超淺結(jié)309。本步驟中，由于頂部低于所述柵氧化層303底部的下側(cè)墻307a的存在使得注入的輕摻雜源/漏區(qū)離子的徑向擴(kuò)散受到抑制，有效控制了形成的超淺結(jié)309的結(jié)深，以獲得更長(zhǎng)的有效溝道，進(jìn)而有效控制了器件的短溝道效應(yīng)(SCE)，降低器件尺寸減小所帶來的擊穿效應(yīng)以及由其引起的結(jié)漏電，提高器件性能。請(qǐng)繼續(xù)參考圖3K，后續(xù)工藝中，還可以以所述應(yīng)變硅層302上方的器件結(jié)構(gòu)為掩膜，即以所述柵氧化層303、多晶硅層304、氧化蓋層305和氧化壁305a為掩膜，在所述應(yīng)變硅層302中進(jìn)行溝道離子注入，快速退火處理，使注入離子擴(kuò)散均勻，形成應(yīng)變硅溝道區(qū)域302a ;進(jìn)一步以所述應(yīng)變硅層302上方的器件結(jié)構(gòu)為掩膜，即以所述柵氧化層303、多晶硅層304、氧化蓋層305和氧化壁305a為掩膜，在所述硅外延層308中進(jìn)行重?fù)诫s源/漏極離子注入，快速退火處理，使注入離子擴(kuò)散均勻，形成源/漏區(qū)310，進(jìn)而形成源漏極，完成MOS晶體管的制作。由于硅鍺層中有較大的鍺原子存在，硅鍺層的鍺硅晶格與應(yīng)變硅溝道區(qū)域的硅晶格尺寸不同，因而在應(yīng)變硅溝道區(qū)域的硅上施加了應(yīng)力。應(yīng)變硅為MOS晶體管提供較高的載流子遷移率，降低MOS晶體管的結(jié)電容和結(jié)漏電。綜上所述，本發(fā)明提出的MOS晶體管的制造方法，通過頂部低于所述柵氧化層底部的側(cè)墻來抑制后續(xù)輕摻雜源/漏區(qū)(LDD)離子注入后的徑向擴(kuò)散，控制形成的輕摻雜源/漏(LDD)延伸區(qū)的深度，有利于獲得更淺的超淺結(jié)，有效控制短溝道效應(yīng)；進(jìn)一步的，通過應(yīng)變硅層和鍺硅層增大電荷遷移率，降低結(jié)電容和結(jié)漏電。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)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(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種MOS晶體管的制造方法，其特征在于，包括 提供半導(dǎo)體襯底； 在所述半導(dǎo)體襯底上形成柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵氧化層以及位于所述柵氧化層上的多晶硅層； 氧化所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁以形成氧化壁； 以所述柵極結(jié)構(gòu)及氧化壁為掩膜，去除部分所述半導(dǎo)體襯底； 再氧化保留的半導(dǎo)體襯底的上表面以形成表面氧化層； 刻蝕所述表面氧化層以在柵極結(jié)構(gòu)及氧化壁下方保留的半導(dǎo)體襯底兩側(cè)形成側(cè)墻，所述側(cè)墻的頂部低于所述柵氧化層的底部； 在所述半導(dǎo)體襯底上形成硅外延層，并平坦化所述硅外延層的頂部至所述柵氧化層的底部； 以所述柵極結(jié)構(gòu)及氧化壁為掩膜，在所述硅外延層中進(jìn)行輕摻雜源/漏區(qū)離子注入以形成超淺結(jié)。
2.如權(quán)利要求I所述的MOS晶體管的制造方法，其特征在于，所述柵極結(jié)構(gòu)的特征尺寸為 O. 015 μ m 10 μ m。
3.如權(quán)利要求I所述的MOS晶體管的制造方法，其特征在于，所述下側(cè)墻頂部至所述柵氧化層底部的特征高度為30nm lOOnm。
4.如權(quán)利要求I所述的MOS晶體管的制造方法，其特征在于，所述下側(cè)墻的特征厚度為3nm IOOnm0
5.如權(quán)利要求I所述的MOS晶體管的制造方法，其特征在于，所述下側(cè)墻底部至所述柵氧化層底部的特征高度為O. 06 μ m O. 6 μ m。
6.如權(quán)利要求I所述的MOS晶體管的制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底為硅襯。
7.如權(quán)利要求6所述的MOS晶體管的制造方法，其特征在于，在所述半導(dǎo)體襯底上形成柵極結(jié)構(gòu)之前，還包括 在所述硅襯底中注入鍺離子，快速退火形成鍺硅層； 在所述硅鍺層上形成應(yīng)變硅層。
8.如權(quán)利要求7所述的MOS晶體管的制造方法，其特征在于，向所述半導(dǎo)體襯底中注入鍺離子的劑量為1E15 lE16/cm2。
9.如權(quán)利要求6所述的MOS晶體管的制造方法，其特征在于，在所述半導(dǎo)體襯底上形成柵極結(jié)構(gòu)之前，還包括 在所述硅襯底上生長(zhǎng)鍺硅層； 在所述硅鍺層上形成應(yīng)變硅層。
10.如權(quán)利要求9所述的MOS晶體管的制造方法，其特征在于，采用硅烷和鍺烷作為源氣體，通過化學(xué)氣相沉積在所述硅襯底上生長(zhǎng)鍺硅層。
11.如權(quán)利要求7-10中任一項(xiàng)所述的MOS晶體管的制造方法，其特征在于，所述鍺硅層的厚度為30nm lOOnm。
12.如權(quán)利要求7-10中任一項(xiàng)所述的MOS晶體管的制造方法，其特征在于，所述應(yīng)變硅層的厚度為30nm lOOnm。
13.如權(quán)利要求7-10中任一項(xiàng)所述的MOS晶體管的制造方法，其特征在于，以所述柵極結(jié)構(gòu)及氧化壁為掩膜，去除部分所述半導(dǎo)體襯底的步驟包括 以所述柵極結(jié)構(gòu)及氧化壁為掩膜，依次刻蝕所述應(yīng)變硅層和鍺硅層。
14.如權(quán)利要求I所述的MOS晶體管的制造方法，其特征在于，所述側(cè)墻的底部通過向其正下方的半導(dǎo)體襯底中注入氧而埋入所述半導(dǎo)體襯底中。
15.如權(quán)利要求I所述的MOS晶體管的制造方法，其特征在于，所述柵極結(jié)構(gòu)還包括依次位于所述柵導(dǎo)電層上的氧化蓋層和氮化蓋層。
16.如權(quán)利要求15所述的MOS晶體管的制造方法，其特征在于，氧化所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁以形成氧化壁的步驟之后，還包括 移除所述氮化蓋層； 在所述氧化壁外側(cè)形成上側(cè)墻。
17.如權(quán)利要求16所述的MOS晶體管的制造方法，其特征在于，形成表面氧化層之后，還包括 移除所述上側(cè)墻。
18.如權(quán)利要求I所述的MOS晶體管的制造方法，其特征在于，所述上側(cè)墻采用氮化硅、氧化硅和氮氧化硅中的一種或多種形成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種MOS晶體管的制造方法，通過頂部低于所述柵氧化層底部的側(cè)墻來抑制后續(xù)輕摻雜源/漏區(qū)(LDD)離子注入后的徑向擴(kuò)散，控制形成的輕摻雜源/漏(LDD)延伸區(qū)的深度，以使獲得的超淺結(jié)更淺，減小短溝道效應(yīng)，降低結(jié)電容；進(jìn)一步的，通過應(yīng)變硅層和鍺硅層增大電荷遷移率，降低結(jié)電容和結(jié)漏電。
文檔編號(hào)H01L21/265GK102903636SQ20111020973
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者趙猛 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司