專利名稱：制備源漏準(zhǔn)soi多柵結(jié)構(gòu)器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備源漏準(zhǔn)SOI多柵結(jié)構(gòu)器件的方法，屬于超大規(guī)模集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)今半導(dǎo)體制造業(yè)在摩爾定律的指導(dǎo)下迅速發(fā)展，不斷提高集成電路的性能和集成密度，同時(shí)需要盡可能的減小功耗。制備高性能，低功耗的超短溝器件是未來半導(dǎo)體制造業(yè)的焦點(diǎn)。當(dāng)進(jìn)入到22納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)以后，傳統(tǒng)平面場(chǎng)效應(yīng)晶體管由于日益嚴(yán)重的短溝道效應(yīng)導(dǎo)致泄漏電流不斷增加，不能滿足半導(dǎo)體制造的發(fā)展。為了克服上述問題，多柵結(jié)構(gòu)器件由于其優(yōu)秀的柵控性能和輸運(yùn)特性，在克服短溝道效應(yīng)的同時(shí)提高單位面積的驅(qū)動(dòng)電流密度，因而逐漸引起廣泛的關(guān)注。雖然由于多柵結(jié)構(gòu)器件本身的特殊幾何結(jié)構(gòu)，使得其擁有出色的柵控性能，然而，當(dāng)溝道尺寸縮小到一定程度之后，仍然會(huì)有較大的泄漏電流，這會(huì)嚴(yán)重影響到器件的功耗。使用SOI襯底可以減小泄漏電流，但是由于較高的成本和與原來體硅工藝的差異，因此，很少應(yīng)用到大規(guī)模集成電路制造中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)多柵結(jié)構(gòu)器件在短溝長(zhǎng)時(shí)仍然有較大泄漏電流的困難，提供了一種制備源漏準(zhǔn)SOI多柵結(jié)構(gòu)器件的方法。該方案可以通過與傳統(tǒng)體硅CMOS兼容的工藝方法實(shí)現(xiàn)，能夠很容易地整合到工藝流程中，并且在較短溝道長(zhǎng)度條件下，仍然能夠保持較小的泄漏電流，從而降低器件的功耗。以三柵結(jié)構(gòu)(本發(fā)明所述方法可以適用于雙柵器件和三柵器件)器件為例，本發(fā)明制備源漏準(zhǔn)SOI多柵結(jié)構(gòu)器件的技術(shù)方案包括如下步驟:a)形成Fin條形狀的有源區(qū)該步驟主要目的是利用光刻在硬掩膜上形成細(xì)條狀(Fin條形狀)的圖形結(jié)構(gòu)。1.在娃片表面淀積一層氧化娃(厚度力υυΑ)和一層氮化娃(厚度為5υυΑ)，作為硬掩膜材料。i1.通過光刻定義細(xì)條狀的Fin條圖形結(jié)構(gòu)。ii1.通過干法刻蝕，將圖形轉(zhuǎn)移到硬掩膜上。iv.利用硬掩膜，將圖形轉(zhuǎn)移到硅片上，并去掉光刻膠。b)形成STI (Shallow Trench Isolation,淺溝道隔離)氧化隔離層該步驟主要目的是在有源區(qū)四周形成STI氧化隔離層。1.淀積一層較厚(超過Fin條高度IOOOA以上的)的氧化硅，作為STI材料。i1.CMP (化學(xué)機(jī)械拋光)氧化硅，并停止在氮化硅表面，并且使得氮化硅、氧化硅表面平坦化。ii1.通過濕法腐蝕，去掉氮化硅硬掩膜。
iv.通過干法刻蝕，回刻STI區(qū)域的氧化硅，形成STI。V.進(jìn)行阱注入和阱退火。v1.進(jìn)行襯底寄生晶體管抑制注入和退火。c)形成多晶硅假柵結(jié)構(gòu)該步驟主要目的是利用犧牲側(cè)墻來減小凹槽的寬度，然后通過回填多晶硅，形成超窄線寬的多晶硅假柵線條。1.干氧氧化形成氧化硅，作為假柵介質(zhì)層。i1.淀積較厚的(超過Fin條高度IOOOA以上的)多晶硅，作為柵材料層。ii1.通過CMP化學(xué)將多晶硅平坦化，停止在Fin條頂部一定高度處。iv.淀積一層氧化硅(厚度為300A )，作為柵線條的硬掩膜層。V.光刻刻蝕，形成硬掩膜線條和柵線條。d)形成源漏延伸區(qū)結(jié)構(gòu)該步驟主要目的是形成多柵結(jié)構(gòu)器件的源漏。1.淀積一層很薄(50A)的氧化娃,作為Offset材料。i1.進(jìn)行源漏延伸區(qū)的注入，并退火。ii1.再淀積一層(100A)氧化硅，并進(jìn)行干法刻蝕回刻，形成氧化硅側(cè)墻。e)形成源漏準(zhǔn)SOI結(jié)構(gòu)1.刻蝕源漏區(qū)域的硅，停止在STI表面以下。i1.淀積一層(150A)氮化娃，并進(jìn)行干法刻蝕回刻，形成氮化硅側(cè)墻。該側(cè)墻只是在氧化硅側(cè)墻外面，而必須將STI之間源漏區(qū)域凹槽內(nèi)的氮化硅完全去除。ii1.再一次各項(xiàng)異性干法刻蝕源漏區(qū)域凹槽內(nèi)的硅，至一定深度(20_30nm)。iv.濕法氧化在源漏區(qū)域凹槽內(nèi)形成氧化硅，作為準(zhǔn)SOI隔離層。V.濕法腐蝕去掉氮化硅側(cè)墻。v1.原位摻雜外延單晶硅，形成高摻雜的抬升源漏。vi1.進(jìn)行源漏區(qū)的注入，并退火。f)形成高k (高k表示高介電常數(shù)的材料)金屬柵結(jié)構(gòu)該步驟主要目的是通過假柵和假柵介質(zhì)去除以及相應(yīng)高k金屬柵材料的回填，形成高k金屬柵結(jié)構(gòu)。1.淀積一層(4000A)氧化硅作為介質(zhì)層。i1.CMP氧化娃，并停止在多晶硅表面，使得氧化硅和多晶硅表面平坦化。ii1.濕法腐蝕去掉多晶硅假柵材料。iv.濕法腐蝕去掉氧化硅假柵介質(zhì)。V.原子層淀積形成氧化娃過渡層和高k柵介質(zhì)HfO2。v1.原子層淀積形成金屬功函數(shù)調(diào)節(jié)層TiN。vi1.物理汽相淀積形成金屬柵材料Al。vii1.CMP金屬柵材料Al，并停止在氧化硅表面，使得氧化硅和Al表面平坦化。ix.光刻刻蝕形成接觸孔。X.形成金屬接觸并合金。
本發(fā)明具有如下技術(shù)效果:該方案可以通過與傳統(tǒng)體硅CMOS兼容的工藝方法實(shí)現(xiàn)，能夠很容易的整合到工藝流程中，并且在較短溝道長(zhǎng)度條件下，仍然能夠保持較小的泄漏電流，從而降低器件的功耗。


圖1為形成Fin條之后的器件結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為用來隔離的氧化硅經(jīng)過CMP之后的器件結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為形成隔離區(qū)和有源區(qū)之后的器件結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為形成假柵之后的器件結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為形成Offset和側(cè)墻之后的器件結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為源漏區(qū)域STI之間形成凹槽之后的器件結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為形成氮化硅側(cè)墻之后的器件結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為圖7中AA方向上的截面圖。圖9為圖7中BB方向上的截面圖。圖10為再一次各向異性干法刻蝕之后的器件結(jié)構(gòu)示意圖。圖11為圖10中AA方向上的截面圖。圖12為圖1中BB方向上的截面圖。圖13為濕法氧化在源漏區(qū)域形成準(zhǔn)SOI之后的器件結(jié)構(gòu)示意圖。圖14為圖13中AA方向上的截面圖。圖15為圖13中BB方向上的截面圖。圖16為濕法腐蝕去掉氮化硅側(cè)墻之后的器件結(jié)構(gòu)示意圖。圖17為圖16中AA方向上的截面圖。圖18為圖16中BB方向上的截面圖。圖19為外延單晶硅形成抬升源漏之后的器件結(jié)構(gòu)示意圖。圖20為介質(zhì)層氧化硅經(jīng)過CMP之后的器件結(jié)構(gòu)示意圖。圖21為形成高k金屬柵之后的器件結(jié)構(gòu)示意圖。圖22為所用材料說明。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，具體給出一實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提出的制備超短溝道多柵結(jié)構(gòu)器件的工藝方案，并以三柵結(jié)構(gòu)器件為例，但不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。根據(jù)下列步驟制備Fin條寬度約為10納米，高度為30納米，溝道長(zhǎng)度約為25納米的η型三柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管:1.在硅襯底上低壓化學(xué)氣相沉積氧化硅200 Α;2.在氧化硅上低壓化學(xué)氣相沉積氮化硅500 Α:3.光學(xué)光刻定義Fin條，F(xiàn)in條寬度為20nm ；4.各項(xiàng)異性干法刻蝕500A氮化硅；
5.各向異性干法刻蝕200A氧化硅；6.各向異性干法刻蝕3000A硅襯底，如圖1所示；7.去掉光刻膠；8.在硅襯底上低壓化學(xué)氣相淀積氧化硅5000A:9.CMP化學(xué)機(jī)械研磨將多晶硅平坦化，停止在氮化硅硬掩膜層上，如圖2所示；10.熱磷酸溶液各向同性濕法腐蝕500A氮化硅；11.各向異性干法刻蝕]OOOA氧化硅，露出300A硅，作為有源區(qū)，如圖3所示；12.P阱注入，注B，注入能量為IOOkeV,注入傾角為O度，注入劑量為lel3cnT213.P阱注入，注B，注入能量為60keV，注入傾角為O度，注入劑量為lel3cm_214.P阱注入,注B，注入能量為20keV，注入傾角為O度,注入劑量為lel3cm_215.阱驅(qū)進(jìn)，并激活，RTP (快速熱退火)退火，1050度，20秒；16.襯底寄生晶體管抑制注入，注B，注入能量為8keV，注入傾角為O度，注入劑量為 lel3cm217.寄生晶體管抑制注入激活，激光退火，1100度，I納秒；
`
18.HF溶液進(jìn)行硅表面處理；19.干氧氧化20.4,作為假柵介質(zhì)；20.低壓化學(xué)氣相沉積多晶娃ΙΟΟΟΑ，作為假柵材料；21.CMP化學(xué)機(jī)械研磨將多晶硅平坦化至Fin條頂端300 A處；22.低壓化學(xué)氣相沉積氧化硅300A，作為柵線條的硬掩膜材料；23.光學(xué)光刻定義柵線條，柵線條寬度為25nm，即物理柵長(zhǎng)為25nm ；24.各項(xiàng)異性干法刻蝕300A氧化硅，形成硬掩膜線條；25.各項(xiàng)異性干法刻蝕3000A多晶硅和20A氧化硅，形成假柵，如圖4所示；26.低壓化學(xué)氣相沉積氧化硅50A，作為Offset材料；27.源漏延伸區(qū)注入，注As，注入能量為5keV，注入傾角為20度，注入劑量為lel5cm_2,分兩次注入；28.源漏延伸區(qū)雜質(zhì)激活，激光退火，1100度，I納秒；29.低壓化學(xué)氣相沉積氧化硅100A,作為側(cè)墻材料；30.各向異性干法刻蝕]、 4氧化娃，形成側(cè)墻，并使得源漏區(qū)域的硅裸露出來，如圖5所示；31.各項(xiàng)異性干法刻蝕400 A硅，在源漏區(qū)域STI之間形成凹槽，如圖6所示；32.低壓化學(xué)氣相沉積氮化硅150Α,作為側(cè)墻材料；33.各向異性干法刻蝕250Α氮化硅，形成側(cè)墻，并使得源漏區(qū)域的硅裸露出來，如圖7所示，圖7中AA方向上的截面圖如圖8所示，圖7中BB方向上的截面圖如圖9所示；34.再一次各項(xiàng)異性干法刻蝕100 A硅,如圖10所示，圖10中AA方向上的截面圖如圖11所示，圖10中BB方向上的截面圖如圖12所示；35.濕法氧化在源漏區(qū)域的凹槽內(nèi)部形成200 A的氧化硅，如圖13所示，圖13中AA方向上的截面圖如圖14所示，圖13中BB方向上的截面圖如圖15所示；36.熱磷酸溶液各向同性濕法腐蝕丨50A氮化硅，如圖16所示，圖16中AA方向上的截面圖如圖17所示，圖16中BB方向上的截面圖如圖18所示；37.原位摻雜外延單晶硅，形成高摻雜的抬升源漏，外延厚度為500,4，摻雜濃度為le20Cm_3’。外延單晶硅抬升源漏的形狀與硅片的晶面和溝道的晶向有關(guān)，這里取(100)晶面上〈100〉晶向的器件為例，如圖19所示；38.源漏區(qū)注入，注As，注入能量為IOkeV,注入傾角為O度，注入劑量為2el5cnT2 ;39.源漏區(qū)雜質(zhì)激活，激光退火，1100度，I納秒；40.低壓化學(xué)氣相淀積氧化硅1000A.作為介質(zhì)層；41.CMP化學(xué)機(jī)械研磨將氧化硅平坦化，停止在多晶硅層上，如圖20所示；42.TMAH溶液各向同性濕法腐蝕400A多晶硅；43.HF溶液各項(xiàng)同性濕法腐蝕20A氧化硅；44.通過等離子體雜質(zhì)摻雜技術(shù)，硅外延原位摻雜技術(shù)或者單分子層摻雜技術(shù)實(shí)現(xiàn)溝道表面高摻雜，摻雜劑量為lel5cm_2 ；45.原子層淀積I()() A氧化硅；46.溝道區(qū)雜質(zhì)激活，激光退火，1100度，I納秒；47.HF溶液各項(xiàng)同性濕法腐蝕IUO K A化硅；48.原子層淀積8 A氧化硅；49.原子層淀積20 A氧化鉿；50.原子層淀積50A氮化鈦；51.物理濺射淀積500Λ鋁；CMP化學(xué)機(jī)械研磨將鋁平坦化，停止在氧化硅層上，如圖21所示；52.源漏形成接觸孔和金屬接觸；53.合金；上面描述的實(shí)施例并非用于限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可做各種的更動(dòng)和潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍視權(quán)利要求范圍所界定。
權(quán)利要求
1.一種制備源漏準(zhǔn)SOI多柵結(jié)構(gòu)器件的方法，其特征是，包括如下步驟: 1)形成Fin條形狀的有源區(qū)，包括: `1.1)在娃片表面淀積一層氧化娃和一層氮化娃，作為硬掩膜材料； `1.2)通過光刻定義細(xì)條狀的Fin條圖形結(jié)構(gòu)； ` 1.3)通過干法刻蝕，將圖形轉(zhuǎn)移到硬掩膜上； ` 1.4)利用硬掩膜，將圖形轉(zhuǎn)移到硅片上，并去掉光刻膠； 2)形成STI氧化隔離層，包括: `2.1)淀積一層氧化硅，作為STI材料； `2.2) CMP氧化硅，并停止在氮化硅表面，并且使得氮化硅、氧化硅表面平坦化； `2.3)通過濕法腐蝕，去掉氮化硅硬掩膜； `2.4)通過干法刻蝕，回刻STI區(qū)域的氧化硅，形成STI ； ` 2.5)進(jìn)行阱注入和阱退火； ` 2.6)進(jìn)行襯底寄生晶體管抑制注入和退火； 3)形成多晶硅假柵結(jié)構(gòu)，包括: `3.1)干氧氧化形成氧化硅，作為假柵介質(zhì)層； ` 3.2)淀積一層多晶硅，作為柵材料層； ` 3.3)通過CMP化學(xué)將多晶硅平坦化，停止在Fin條頂部一定高度處； ` 3.4)淀積一層氧化硅，作為柵線條的硬掩膜層； `3.5)光刻刻蝕，形成硬掩膜線條和柵線條； 4)形成源漏延伸區(qū)結(jié)構(gòu)，包括: ` 4.1)淀積一層氧化娃，作為Offset材料； `4.2)進(jìn)行源漏延伸區(qū)的注入，并退火； `4.3)再淀積一層氧化硅，并進(jìn)行干法刻蝕回刻，形成氧化硅側(cè)墻； 5)形成源漏準(zhǔn)SOI結(jié)構(gòu)，包括: `5.1)刻蝕源漏區(qū)域的硅，停止在STI表面以下； `5.2)淀積一層氮化硅，并進(jìn)行干法刻蝕回刻，形成氮化硅側(cè)墻；該側(cè)墻只是在氧化硅側(cè)墻外面，而必須將STI之間源漏區(qū)域凹槽內(nèi)的氮化硅完全去除； ` 5.3)再一次各項(xiàng)異性干法刻蝕源漏區(qū)域凹槽內(nèi)的硅，至一定深度； ` 5.4)濕法氧化在源漏區(qū)域凹槽內(nèi)形成氧化硅，作為準(zhǔn)SOI隔離層； `5.5)濕法腐蝕去掉氮化硅側(cè)墻； `5.6)原位摻雜外延單晶硅，形成高摻雜的抬升源漏； `5.7)進(jìn)行源漏區(qū)的注入，并退火； 6)形成高k金屬柵結(jié)構(gòu),包括: `6.1)淀積一層氧化娃作為介質(zhì)層； `6.2) CMP氧化硅，并停止在多晶硅表面，使得氧化硅和多晶硅表面平坦化； `6.3)濕法腐蝕去掉多晶硅假柵材料； `6.4)濕法腐蝕去掉氧化硅假柵介質(zhì)； `6.5)原子層淀積形成氧化硅過渡層和高k柵介質(zhì)HfO2 ； `6.6)原子層淀積形成金屬功函數(shù)調(diào)節(jié)層TiN ；·6.7)物理汽相淀積形成金屬柵材料Al ； ·6.8) CMP金屬柵材料Al，并停止在氧化硅表面，使得氧化硅和Al表面平坦化； ·6.9)光刻刻蝕形成接觸孔； ·6.10)形成金屬接觸并合金。
2.如權(quán)利要求1所述的制備源漏準(zhǔn)SOI多柵結(jié)構(gòu)器件的方法，其特征是，步驟1.1)中，氧化硅的厚度為200 A,氮化硅的厚度為500 A。
3.如權(quán)利要求1所述的制備源漏準(zhǔn)SOI多柵結(jié)構(gòu)器件的方法，其特征是，步驟3.2)中，氧化硅的厚度超過Fin條高度1000 A以上。
4.如權(quán)利要求1所述的制備源漏準(zhǔn)SOI多柵結(jié)構(gòu)器件的方法，其特征是，步驟3.4)中，氧化硅的厚度為300A
5.如權(quán)利要求1所述的制備源漏準(zhǔn)SOI多柵結(jié)構(gòu)器件的方法，其特征是，步驟4.1)中，氧化硅的厚度為50A?！?br> 6.如權(quán)利要求1所述的制備源漏準(zhǔn)SOI多柵結(jié)構(gòu)器件的方法，其特征是，步驟4.3)中，氧化硅的厚度為i OOA。
7.如權(quán)利要求1所述·的制備源漏準(zhǔn)SOI多柵結(jié)構(gòu)器件的方法，其特征是，步驟5.2)中，氮化硅的厚度為150,4。
8.如權(quán)利要求1所述的制備源漏準(zhǔn)SOI多柵結(jié)構(gòu)器件的方法，其特征是，步驟5.3)中所述深度為20-30nm。
9.如權(quán)利要求1所述的制備源漏準(zhǔn)SOI多柵結(jié)構(gòu)器件的方法，其特征是，步驟4.3)中，氧化硅的厚度為4000A,.
全文摘要
本發(fā)明公布了一種制備源漏準(zhǔn)SOI多柵結(jié)構(gòu)器件的方法，包括形成Fin條形狀的有源區(qū)；形成STI氧化隔離層；形成多晶硅假柵結(jié)構(gòu)；形成源漏延伸區(qū)結(jié)構(gòu)；形成源漏準(zhǔn)SOI結(jié)構(gòu)；形成高k金屬柵結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所述方案可以通過與傳統(tǒng)體硅CMOS兼容的工藝方法實(shí)現(xiàn)，能夠很容易地整合到工藝流程中，并且在較短溝道長(zhǎng)度條件下，仍然能夠保持較小的泄漏電流，從而降低器件的功耗。
文檔編號(hào)H01L21/28GK103151269SQ20131010354
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月28日
發(fā)明者黎明, 樊捷聞, 李佳, 許曉燕, 黃如 申請(qǐng)人:北京大學(xué)