栅极侧壁层的形成方法技术

公开了一种栅极侧壁层的形成方法，包括步骤：提供表面具有至少一个栅极的衬底；在所述衬底上形成第一介质层；在所述第一介质层上形成第二介质层；刻蚀所述第一和第二介质层；对所述衬底进行湿法腐蚀处理，形成侧壁层。本发明专利技术的栅极侧壁层的形成方法，在不增加工艺步骤的前提下，减小了工艺制作中的热预算，改善了侧壁层在湿法腐蚀工艺中易出现凹陷，造成器件性能衰退的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造
，特别涉及一种。技术背景半导体器件中，栅极侧壁层(sidewall spacer) —般位于栅极的侧壁上， 由氧化硅/氮化硅(ON)介质薄膜或氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)介质薄膜 组合而成。图1A至1E为说明现有的栅极侧壁层形成方法的器件剖面示意图。图1A为 形成栅极以后的器件结构示意图，如图1A所示，在衬底的各器件之间刻蚀填 充形成了隔离沟槽102，在硅衬底101上沉积了栅氧化硅层103 (Gate Oxide); 通过沉积、刻蚀多晶珪，在衬底上形成了栅极104;在栅极两侧的衬底上，具 有以栅极为掩膜进行浅离子注入形成的浅掺杂区域110 (LDD, lightly doped drain )。图1B为形成介质层后的器件结构示意图，如图1B所示，形成多晶硅栅极 后，利用化学气相沉积(CVD, Chemical Vapor Deposition )方法在该衬底上 沉积介质层。通常会先沉积一层氧化硅介质层105,该氧化硅层可以实现与多 晶硅栅极之间的紧密连接，再沉积一层致密的氮化硅介质层106,其可实现对 多晶硅栅极的良好保护。传统方法中，本步CVD工艺是在700。C左右的温度下， 利用反应源四乙氧基硅烷(TEOS, Tetra Ethyl Ortho Silicate, C8H20O4Si)与氧 气反应形成氧化硅，二氯甲硅烷(DCS, dichloro-silane，SiCl2H2)与氨气反应 形成氮化硅而实现的。本图中所示的是由氧化硅和氮化硅介质层组成的ON结 构的侧壁层，也可以在沉积氧化硅和氮化硅介质层后，再在其上沉积一层氧 化硅层，以形成ONO结构的側壁层。图1C为干法刻蚀介质层后的器件结构示意图，如图1C所示，各层介质层 都生长完成后，利用干法刻蚀在栅极侧壁处形成侧壁层。因干法刻蚀的各向 异性，栅极侧壁处的氧化硅/氮化硅介质层105、 106会保留下来，而在栅极顶 部和栅极间硅衬底表面处的介质层会被刻蚀去除，形成栅极侧壁层。但是在 本步的干法刻蚀工艺中，通常不会将所有介质层完全去除干净，而是在衬底 表面留下一薄层氧化硅105,以防止干法刻蚀对硅衬底造成损伤，使得器件性能衰退。故而，在干法刻蚀完成后，还需要再对该衬底进行湿法腐蚀， 一则 是为了去除干法刻蚀后表面残留的氧化硅介质层，二则也可以去除因曝露于 空气中而在硅衬底表面形成的自然氧化层。图1D为湿法腐蚀后的器件结构示意图。本步湿法腐蚀所用的腐蚀液通常是配比为HF: H20= 1: 100的DHF湿法腐蚀液，在该腐蚀液中，由传统CVD 方法形成的TEOS氧化硅层和氮化硅层的腐蚀速率较快，不易控制，结果导致 其橫向腐蚀较为严重。如图1D所示， 一方面氮化硅层106因湿法腐蚀各向同性 的特点，会发生横向腐蚀而变得较瘦，另一方面，氧化硅层105的湿法腐蚀速 率要远高于氮化硅，故而，侧壁层中位于氮化硅层106下方的氧化硅层会被快 速横向腐蚀，向内形成凹陷120，实验测得，该凹陷宽度平均值可达26nm左右， 这必然会导致器件的漏电流增大，性能衰退。图lE为形成源/漏极后的器件结构示意图，如图1E所示，利用多晶硅栅极 及其侧壁上保留的侧壁层作为掩膜进行离子注入形成了源/漏极掺杂区107和 108。其中，可以看到源/漏极到栅极间的距离与栅极侧壁层的厚度密切相关， 而前面湿法腐蚀造成的侧壁层中氮化硅变瘦和氧化硅凹陷，会导致器件的源/ 漏极到栅极间的距离的变短。且因氮化硅和氧化硅湿法腐蚀速率较快，这一 变化量无法得到精确控制，造成器件电参数的一致性和均匀性较差。除因湿法腐蚀速率较快，侧向腐蚀严重，造成的侧壁层尺寸不易控制和 易出现凹陷外，传统的TEOS氧化膜所需的生长温度也较高，与90nm以下 CMOS工艺中所要求的热预算低不一致。根据按比例缩放的要求，90nm工艺 以下的CMOS器件具有的结深更浅，为了将线结区外的不可接受杂质扩散降至 最小，对工艺制作中的热预算必须进行严格的控制。此外，在形成栅极后， 为了改善短沟道效应通常会以栅极为掩膜对衬底进行轻掺杂处理，如果后面 进行的介质层生长所用的温度过高，就可能会导致该轻掺杂区域的杂质扩散 至栅极下方，造成器件性能衰退。在栅极侧壁层制作工艺中，如何在保证介 质层的形成质量的条件下，通过降温或者减少工艺时间使沉积介质层的热预 算最小化是必须关注的重点问题之一 。申请号为200510065628.0的中国专利公开了 一种形成较低湿的氮化硅侧 壁层的方法，该方法为了兼顾制作侧壁层过程中的低温及抗HF酸腐蚀性强的 要求，首先在较低的550。C下，使用六氯乙硅烷(HCD， Si2Cl6)和02，利用CVD方法沉积并刻蚀形成氮化硅侧壁层，因该低温下生长的氮化硅HF酸腐蚀液中 腐蚀速率过快，在随后又对该氮化硅进行脉沖光照射的操作以改善其膜质量，降低其在HF腐蚀液中的腐蚀速率，从而防止了侧壁层凹陷的出现。该方法可 以实现在较低温度下的介质层的沉积，也可以改善侧壁层出现凹陷的问题， 但是该方法需要增加光照射的步骤，增加了工艺的复杂性，加长了生产周期， 降低了生产效率。另外，光照射对被照射体是否会造成新的缺陷和应力，目 前仍是未知。
技术实现思路
本专利技术提供了一种，在不增加工艺步骤的前提下， 改善了侧壁层出现凹陷的问题，提高了器件性能。本专利技术提供的一种，包括步骤提供表面具有至少 一个栅极的衬底；在所述衬底上形成第一介质层；在所述第一介质层上形成第二介质层；刻蚀所述第一和第二介质层；对所述衬底进行湿法腐蚀处理，形成侧壁层。 其中，所述第一介质层为氧化硅层，第二介质层为氮化硅层或氮氧化硅层。其中，形成第一介质层之前，先对所述衬底进行轻掺杂处理。并且在形 成所述第一介质层与所述第二介质层步骤之间，对所述衬底进行快速热退火 处理。其中，形成所述第一或第二介质层的过程类似，分别包括步骤 将所述衬底放入反应室内； 对所述反应室进行抽真空处理，以达到工作压力； 加热所述反应室；向所述反应室内通入第 一反应源和第二反应源。 其中，所述工作压力在0.05至3Torr之间，形成第一介质层时所述的加 热温度在400至600°C之间；形成第二介质层时所述的加热温度在500至600°C之间。其中，形成所述第一介质层时通入的第 一反应源为双叔丁基氨基硅烷， 第二反应源为氧气、臭氧或水蒸汽。形成所述第二介质层时通入的第一反应 源为双叔丁基氨基硅烷，第二反应源为氨气。其中，生成第一介质层或第二介质层时，所述第一反应源的流量在25sccm 到500sccm之间，所述第二反应源的流量在50sccm到1 OOOsccm。本专利技术具有相同或相应^支术特征的另 一种晶体管的形成方法，包括步骤 在衬底上形成至少一个栅极； 在所述衬底和栅极上形成第一介质层； 在所述第一介质层上形成第二介质层； 刻蚀所述第一和第二介质层； 对所述衬底进行湿法腐蚀处理，形成侧壁层； 以所述栅极和所述侧壁层为掩膜进行离子注入，形成源/漏区。 其中，形成第一介质层之前，先对所述衬底进行轻掺杂处理，且在形成 所述第一介质层与所述第二介质层步骤之间，对所述衬底进行快速热退火处 理。其中，形成所述第一介质层是利用双叔丁基氨基硅烷和氧气，或者双叔 丁基氨基硅烷和臭本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种栅极侧壁层的形成方法，其特征在于，包括步骤：提供表面具有至少一个栅极的衬底；在所述衬底上形成第一介质层；在所述第一介质层上形成第二介质层；刻蚀所述第一和第二介质层；对所述衬底进行湿法腐蚀处理，形成 侧壁层。

【技术特征摘要】
1、一种栅极侧壁层的形成方法，其特征在于，包括步骤提供表面具有至少一个栅极的衬底；在所述衬底上形成第一介质层；在所述第一介质层上形成第二介质层；刻蚀所述第一和第二介质层；对所述衬底进行湿法腐蚀处理，形成侧壁层。2、 如权利要求1所述的形成方法，其特征在于所述第一介质层为氧化 硅层，第二介质层为氮化硅层或氮氧化硅层。3、 如权利要求1所述的形成方法，其特征在于形成第一介质层之前， 先对所述衬底进行轻掺杂处理。4、 如权利要求1或3所述的形成方法，其特征在于在形成所述第一介 质层与所述第二介质层步骤之间，对所述衬底进行快速热退火处理。5、 如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，形成所述第一或第二介 质层，包括步骤将所述衬底i欠入反应室内； 对所述反应室进行抽真空处理，以达到工作压力； 力口热所述反应室；向所述反应室内通入第 一反应源和第二反应源。6、 如权利要求5所述的形成方法，其特征在于所述工作压力在0.05至 3Torr之间。7、 如权利要求5所述的形成方法，其特征在于形成第一介质层时所述 的加热温度在400至600°C之间；形成第二介质层时所述的加热温度在500 至600。C之间。8、 如权利要求5所述的形成方法，其特征在于形成所述第一介质层时 的第一反应源为双叔丁基氨基硅烷，第二反应源为氧气、臭氧或水蒸汽。9、 如权利要求5所述的形成方法，其特征在于形成所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：何有丰，朴松源，白杰，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]