半导体器件及其制造方法技术

技术编号:21118885 阅读:18 留言:0更新日期:2019-05-16 09:58
本发明专利技术提供一种半导体器件及其制造方法,在源漏凹槽中形成第一应力种子层后,先至少对所述第一应力种子层的表层进行离子注入,再在所述第一应力种子层上形成第二应力种子层,所述第一应力种子层能够为第二应力种子层提供较圆滑的接触界面,且所述第一应力种子层中注入的离子可以控制其表面各个位置的第二应力种子层的外延生长速率,从而可以控制第二应力种子层最终形成目标形状,使栅极堆叠结构下方的沟道边缘产生更浅的结以及更强大的沟道控制,降低结电容和结漏电,从而改善短沟道效应和逆短沟道效应,使其满足器件性能提高的要求。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件及其制造方法
本专利技术涉及集成电路制造
,尤其涉及一种半导体器件及其制造方法。
技术介绍
MOSFET器件等比例缩减至45nm之后,需要使用高K金属栅极(HKMG)来抑制由于多晶硅栅极耗尽问题而带来的较高的栅极泄漏以及栅极电容减小的缺陷,同时需要在刻蚀源漏区域而形成的源漏凹槽(PSR/NSR)中外延生长硅锗或硅碳来形成嵌入式硅锗/硅碳源漏结构(即e-SiGe/e-SiC),来提供压应力挤压沟道或提供拉应力拉伸沟道,抑制短沟道效应(SCE),提升载流子迁移率,从而提高MOSFET的性能。然而,在实际中发现,现有技术所形成的具有嵌入式硅锗/硅碳源漏结构的MOSFET器件依旧容易产生漏电流,或者发生短沟道效应,仍然不能满足MOSFET器件性能进一步提高的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于一种半导体器件及其制造方法,能够改善器件的应力沟道性能。为了实现上述目的,本专利技术一种半导体器件,包括:具有源漏凹槽的半导体衬底;第一应力种子层,形成在所述源漏凹槽的内表面上且至少所述第一应力种子层的表层被离子注入;第二应力种子层,形成在所述第一应力种子层的表面上,且所述第二应力种子层在所述第一应力种子层各个位置处的注入离子控制下达到目标形状;应力层,形成在所述第二应力种子层的表面上,且至少填满所述源漏凹槽。可选的,所述半导体器件包含NMOS晶体管和/或PMOS晶体管时,所述NMOS晶体管的应力层的材质为硅碳(SiC)、碳硅磷(SiCP)、碳硅砷(SiCAs)、碳硅锑(SiCSb)、碳硅磷砷(SiCPAs)、碳硅磷锑(SiCPSb)、碳硅砷锑(SiCAsSb)或碳硅磷砷锑(SiCPAsSb),所述PMOS晶体管的应力层的材质为硅锗(SiGe)、硅锗硼(SiGeB)、硅锗铟(SiGeIn)、硅锗硼铟(SiGeBIn)、硅锗硼镓(SiGeBGa)、硅锗铟镓(SiGeInGa)或硅锗硼镓铟(SiGeBInGa)。可选的,所述NMOS晶体管的第一应力种子层和第二应力种子层的材质分别选自硅碳、碳硅磷、碳硅砷、碳硅锑、碳硅磷砷、碳硅磷锑、碳硅砷锑或碳硅磷砷锑,所述离子注入的离子包括磷(P)、砷(As)和锑(Sb)中的至少一种;所述PMOS晶体管的第一应力种子层和第二应力种子层的材质分别选自硅锗、硅锗硼、硅锗镓、硅锗铟、硅锗硼铟、硅锗硼镓、硅锗铟镓或硅锗硼镓铟,所述离子注入中的注入离子包括硼(B)和/或铟(In)。可选的,所述离子注入中的注入离子还包括碳和/或氟。可选的,所述的半导体器件,还包括形成在所述半导体衬底上的栅极堆叠结构和侧墙,所述侧墙位于所述栅极堆叠结构的侧壁上,所述源漏凹槽位于所述栅极堆叠结构和侧墙两侧的半导体衬底中;所述栅极堆叠结构包括依次形成在所述半导体衬底表面上的栅介质层和栅电极层,所述栅介质层包括高K栅介层或氧化硅栅介质层,所述栅电极层为多晶硅栅极层或者金属栅电极层;当所述栅介质层包括高K栅介层且所述栅电极层为金属栅电极层时,所述栅极堆叠结构还包括形成在所述高K栅介质层和金属栅电极层之间的功函数层。可选的,所述侧墙包括依次覆盖在所述栅极堆叠结构侧壁的第一侧墙和第二侧墙,所述第一侧墙和第二侧墙的材质分别选自氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的至少一种。可选的,所述源漏凹槽的侧壁与所述半导体衬底表面呈“L”形、“C”形或“Σ”形。可选的,所述第一应力种子层的各个位置处的注入离子的类型不完全相同,和/或注入离子的浓度不完全相同。可选的,所述目标形状呈菱形开口。可选的,所述第一应力种子层的表面呈光滑的“U”形表面。本专利技术还提供一种上述之一的半导体器件的制造方法,包括以下步骤:提供具有源漏凹槽的半导体衬底;在所述源漏凹槽的内表面上外延生长第一应力种子层;至少对所述第一应力种子层的表层进行离子注入;在所述第一应力种子层的表面上外延生长第二应力种子层,且所述离子注入控制所述第二应力种子层在所述第一应力种子层的表面上各个位置的生长速率,以使得所述第二应力种子层达到目标形状;在所述第二应力种子层的表面上外延生长至少填满所述源漏凹槽的应力层,以形成嵌入式源漏。可选的,所述半导体器件包含NMOS晶体管和/或PMOS晶体管时,所述NMOS晶体管的应力层的材质为硅碳、碳硅磷、碳硅砷、碳硅锑、碳硅磷砷、碳硅磷锑、碳硅砷锑或碳硅磷砷锑,所述PMOS晶体管的应力层的材质为硅锗、硅锗硼、硅锗镓、硅锗铟、硅锗硼铟、硅锗硼镓、硅锗铟镓或硅锗硼镓铟。可选的,所述NMOS晶体管的第一应力种子层和第二应力种子层的材质分别选自硅碳、碳硅磷、碳硅砷、碳硅锑、碳硅磷砷、碳硅磷锑、碳硅砷锑或碳硅磷砷锑,所述离子注入的离子包括磷、砷和锑中的至少一种;所述PMOS晶体管的第一应力种子层和第二应力种子层的材质分别选自硅锗、硅锗硼、硅锗镓、硅锗铟、硅锗硼铟、硅锗硼镓、硅锗铟镓或硅锗硼镓铟,所述离子注入中的注入离子包括硼、镓和铟中的至少一种。可选的,,所述离子注入中的注入离子还包括碳和/或氟。可选的,所述离子注入通过一步或多步离子注入工艺完成,所述离子注入工艺包括垂直离子注入工艺和/或倾斜离子注入工艺;所述离子注入使得至少所述第一应力种子层的表层的各个位置的注入离子的浓度不完全相同,和/或,使得至少所述第一应力种子层的表层的各个位置的注入离子的类型不完全相同。可选的,提供具有源漏凹槽的半导体衬底的步骤包括:提供表面具有栅极堆叠结构的半导体衬底,所述栅极堆叠结构的侧壁上形成有侧墙;刻蚀所述栅极堆叠结构和侧墙两侧的半导体衬底形成源漏凹槽。可选的,刻蚀所述半导体衬底形成源漏凹槽之前或之后,向所述源漏凹槽周围的半导体衬底中引入碳或氟。可选的,所述栅极堆叠结构包括依次形成在所述半导体衬底表面上的栅介质层和栅电极层,所述栅介质层包括高K栅介层或氧化硅栅介质层,所述栅电极层为多晶硅栅极层或者金属栅电极层;当所述栅介质层包括高K栅介层且所述栅电极层为金属栅电极层时,所述栅极堆叠结构还包括形成在所述高K栅介质层和金属栅电极层之间的功函数层。可选的,所述侧墙的形成过程包括:在所述栅极堆叠结构的侧壁上形成第一侧墙;在所述半导体衬底、栅极堆叠结构以及第一侧墙表面上沉积用于刻蚀所述源漏凹槽的掩膜层;在所述掩膜层上形成图案化光刻胶,所述图案化光刻胶定义出所述掩膜层的待刻蚀区域;以所述图案化光刻胶为掩膜,刻蚀所述待刻蚀区域中的掩膜层,直至所述待刻蚀区域中的掩膜层在所述第一侧墙侧壁上形成第二侧墙。可选的,在沉积所述掩膜层之后且在形成所述图案化光刻胶之前,对所述掩膜层进行氮化处理。可选的,对所述掩膜层进行氮化处理后且在形成所述图案化光刻胶之前,在所述掩膜层上沉积一层氮氧化硅;以所述图案化光刻胶为掩膜,依次刻蚀所述待刻蚀区域中的氮氧化硅和掩膜层,所述氮氧化硅在所述第二侧墙侧壁上形成第三侧墙。可选的,在形成所述第一侧墙之后且在形成所述第二侧墙之前,对所述栅极堆叠结构和第一侧墙两侧的半导体衬底进行轻掺杂漏区离子注入;和/或,在形成第二侧墙之后,对所述栅极堆叠结构、第一侧墙和第二侧墙两侧的半导体衬底进行轻掺杂漏区离子注入。可选的,在形成所述应力层之后,对所述应力层的表面进行离子掺杂。与现有技术相比,本专利技术的技术方案具有以下有益效果:1、在源漏凹槽中形成第一应力种子层后,先至少对所述第一应力种子层的表层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件,其特征在于,包括:具有源漏凹槽的半导体衬底;第一应力种子层,形成在所述源漏凹槽的内表面上且至少所述第一应力种子层的表层被离子注入;第二应力种子层,形成在所述第一应力种子层的表面上,且所述第二应力种子层在所述第一应力种子层各个位置处的注入离子控制下达到目标形状;应力层,形成在所述第二应力种子层的表面上,且至少填满所述源漏凹槽。

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件,其特征在于,包括:具有源漏凹槽的半导体衬底;第一应力种子层,形成在所述源漏凹槽的内表面上且至少所述第一应力种子层的表层被离子注入;第二应力种子层,形成在所述第一应力种子层的表面上,且所述第二应力种子层在所述第一应力种子层各个位置处的注入离子控制下达到目标形状;应力层,形成在所述第二应力种子层的表面上,且至少填满所述源漏凹槽。2.如权利要求1所述的半导体器件,其特征在于,所述半导体器件包含NMOS晶体管和/或PMOS晶体管时,所述NMOS晶体管的应力层的材质为硅碳、碳硅磷、碳硅砷、碳硅锑、碳硅磷砷、碳硅磷锑、碳硅砷锑或碳硅磷砷锑,所述PMOS晶体管的应力层的材质为硅锗、硅锗硼、硅锗镓、硅锗铟、硅锗硼铟、硅锗硼镓、硅锗铟镓或硅锗硼镓铟。3.如权利要求2所述的半导体器件,其特征在于,所述NMOS晶体管的第一应力种子层和第二应力种子层的材质分别选自硅碳、碳硅磷、碳硅砷、碳硅锑、碳硅磷砷、碳硅磷锑、碳硅砷锑或碳硅磷砷锑,所述离子注入的离子包括磷、砷和锑中的至少一种;所述PMOS晶体管的第一应力种子层和第二应力种子层的材质分别选自硅锗、硅锗硼、硅锗镓、硅锗铟、硅锗硼铟、硅锗硼镓、硅锗铟镓或硅锗硼镓铟,所述离子注入中的注入离子包括硼、镓和铟中的至少一种。4.如权利要求3所述的半导体器件,其特征在于,所述离子注入中的注入离子还包括碳和/或氟。5.如权利要求1所述的半导体器件,其特征在于,还包括形成在所述半导体衬底上的栅极堆叠结构和侧墙,所述侧墙位于所述栅极堆叠结构的侧壁上,所述源漏凹槽位于所述栅极堆叠结构和侧墙两侧的半导体衬底中;所述栅极堆叠结构包括依次形成在所述半导体衬底表面上的栅介质层和栅电极层,所述栅介质层包括高K栅介层或氧化硅栅介质层,所述栅电极层为多晶硅栅极层或者金属栅电极层;当所述栅介质层包括高K栅介层且所述栅电极层为金属栅电极层时,所述栅极堆叠结构还包括形成在所述高K栅介质层和金属栅电极层之间的功函数层。6.如权利要求5所述的半导体器件,其特征在于,所述侧墙包括依次覆盖在所述栅极堆叠结构侧壁的第一侧墙和第二侧墙,所述第一侧墙和第二侧墙的材质分别选自氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的至少一种。7.如权利要求1至6中任一项所述的半导体器件,其特征在于,所述源漏凹槽的侧壁呈“L”形、“C”形或“Σ”形。8.如权利要求1至6中任一项所述的半导体器件,其特征在于,所述第一应力种子层的各个位置处的注入离子的类型不完全相同,和/或注入离子的浓度不完全相同。9.如权利要求1至6中任一项所述的半导体器件,其特征在于,所述目标形状呈菱形开口。10.如权利要求1至6中任一项所述的半导体器件,其特征在于,所述第一应力种子层的表面呈光滑的“U”形表面。11.一种权利要求1至10中任一项所述的半导体器件的制造方法,其特征在于,包括以下步骤:提供具有源漏凹槽的半导体衬底;在所述源漏凹槽的内表面上外延生长第一应力种子层;至少对所述第一应力种子层的表层进行离子注入;在所述第一应力种子层的表面上外延生长第二应力种子层,且所述离子注入控制所述第二应力种子层在所述第一应力种子层的表面上各个位置的生长速率,以使得所述第二应力种子层达到目标形状;在所述第二应力种子层的表面上外延生长至少填满所述源漏凹槽的应力层,以形成嵌入式源漏。12.如权利要求11所述的半导体器件的制造方法,其特征在于,所述半导体器件包含NMOS晶体管和/或PMOS晶体管时,所述NMOS晶体管的应力层的材质为硅碳、碳硅磷、碳硅砷、碳硅锑、碳硅磷砷、碳硅磷...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵猛
申请(专利权)人:中芯国际集成电路制造上海有限公司中芯国际集成电路制造北京有限公司
类型:发明
国别省市:上海,31

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