场效应晶体管及其形成方法与流程

本发明涉及一种半导体技术领域，尤其涉及一种场效应晶体管及其形成方法。

背景技术：

场效应晶体管制造技术是现代超大规模集成电路(vlsi)半导体工业的基础。高速、高效、低能耗的市场需求推动着半导体工业沿着摩尔定律不断发展。为了达到高速、高效、低能耗的市场需求，半导体器件单元，特别是金属-氧化物-半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductorfieldeffecttransistor,mosfet)，持续微缩，进入到了纳米时代。器件尺寸的缩小要求栅极按照一定的设计规则相应微缩，而为了降低短沟道效应，源漏极的结深也要相应地缩小。

图1为一种场效应晶体管制备的制备方法，如图1所示，目前场效应晶体管的制备流程包括以下步骤：首先，在衬底上形成栅介质层和栅极；接着，在栅极的两侧形成偏移侧墙，其中，所述偏移侧墙需在形成一第一侧墙的基础上，对所述侧墙进行刻蚀以使剩余的部分覆盖栅极的两侧，而构成所述偏移侧墙；接着，利用偏移侧墙为掩膜，在所述偏移侧墙的两侧及下方的衬底中形成浅结源漏区；接着，在所述偏移侧墙的侧壁上形成补充侧墙，以进一步构成第二侧墙；进而，利用所述第二侧墙为掩膜，在所述浅结源漏区远离栅极一侧的衬底中形成深结源漏区，并使所述深结源漏区和所述浅结源漏区相互连接。

根据现有的场效应晶体管的制备方法所制成的场效应晶体管中，其宽度和高度等物理特性成为限制场效应晶体管等比例微缩的关键因素。例如，在现有的制备方法中，需利用侧墙定义出深结源漏区，因此，对应于需形成的深结源漏区的位置和结构，相应的需使侧墙具有较大的宽度。然而，在等比例微缩的小尺寸器件中，过宽的侧墙会导致侧墙在远离栅极一侧的空间较小，进而使工艺窗口也较小。如此，一方面，会使后续的制备工艺的难度较大，并影响所形成的器件的性能；另一方面，也不利于对器件尺寸的缩减。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种场效应晶体管及其形成方法，以解决现有的侧墙过宽，而不利于器件尺寸的缩减的问题；同时进一步提升应力记忆技术对器件载流子迁移率提高的效果。

为了解决现有的技术问题，本发明的场效应晶体管的制备方法包括以下步骤：

在衬底上形成栅介质层和栅极，所述栅极形成在所述栅介质层上；

在所述栅极两侧的侧壁上形成多层薄膜组成的侧墙；

在所述栅极两侧的所述衬底中形成器件的深结源漏区；

利用不同薄膜刻蚀速率的差异选择性去除所述侧墙中远离所述栅极的外层薄膜，以形成l形偏移侧墙，所述l形偏移侧墙覆盖所述栅极的侧壁和靠近所述栅极的部分所述源漏区；

利用所述l形偏移侧墙和所述栅极，在所述衬底中形成器件的浅结源漏区，所述浅结源漏区从所述深结源漏区延伸至所述栅极的下方。

可选的，所述多层薄膜组成的侧墙包括但不限于氮化硅层和/或氧化硅层。

可选的，所述多层薄膜组成的侧墙包括但不限于氮化硅层/氧化硅层/氮化硅层的三层non结构。

可选的，所述l形偏移侧墙为靠近所述栅极的氮化硅层。

可选的，所述多层薄膜组成的侧墙包括但不限于氧化硅层/氮化硅层的双层on结构。

可选的，当所述氧化硅层靠近所述栅极时，所述l形偏移侧墙为所述氧化硅层；当所述氮化硅层靠近所述栅极时，所述l形偏移侧墙为所述氮化硅层。

可选的，所述深结源漏区的形成方法包括：

利用所述侧墙为掩膜执行离子注入工艺，以及执行高温离子活化工艺，以在所述衬底中自对准地形成所述深结源漏区。

可选的，在所述深结源漏区高温离子活化工艺中，活化温度为900℃-1200℃，活化时间为20s-60s。

可选的，所述浅结源漏区的形成方法包括：

利用所述l形偏移侧墙为掩膜执行离子注入工艺，以及执行高温离子活化工艺，以在所述衬底中形成所述浅结源漏区。

可选的，在所述浅结源漏区高温离子活化工艺中，活化温度为700℃-1200℃，活化时间为0s-30s。

可选的，所述侧墙的形成方法包括：

在所述衬底上形成一多层薄膜组成的侧墙材料层，所述侧墙材料层覆盖所述栅极的顶部和侧壁，以及用于形成源漏区的区域；

执行回刻工艺，去除所述侧墙材料层中位于所述栅极顶部和位于所述用于形成源漏区的区域上且远离所述栅极的部分，使剩余的所述侧墙材料层覆盖所述栅极的侧壁和部分所述用于形成源漏区的区域，以构成所述侧墙。

本发明的另一目的在于，提供一种场效应晶体管，包括：

衬底；

栅介质层，形成在所述衬底上；

栅极，形成在所述栅介质层上；

深结源漏区，形成在所述栅极两侧的所述衬底中；

浅结源漏区，形成在所述衬底中，且从所述深结离子注入区延伸至所述栅极的下方；

l形偏移侧墙，覆盖所述栅极的侧壁和靠近所述栅极的部分所述深结源漏区，所述浅结源漏区从所述l形偏移侧墙覆盖所述栅极侧壁的部分的一侧延伸至所述部分的另一侧。

可选的，所述衬底为硅衬底。

可选的，所述栅介质层为栅氧层。

可选的，所述栅极为多晶硅栅。

可选的，所述l形偏移侧墙包括但不限于氮化硅层或氧化硅层。

本发明提供的场效应晶体管的制备方法中，首先形成多层薄膜组成的侧墙，并利用侧墙限定出深结源漏区，接着部分去除所述侧墙以形成l形偏移侧墙，从而可利用所述l形偏移侧墙界定出浅结源漏区。可见，本发明中，利用侧墙和l形偏移侧墙的工艺，依次形成深结源漏区和浅结源漏区；同时，l形偏移侧墙可以有效控制浅结源漏区离子注入的均一性，包括结深和注入浓度等。与现有的场效应晶体管的制备方法相比，不需要执行两次的侧墙制备过程，而是直接利用所形成的侧墙进一步形成l形偏移侧墙，有利于简化工艺。

并且，根据本发明提供的制备方法所形成的场效应晶体管中，在栅极的两侧仅保留了l形偏移侧墙，使栅极两侧预留有更大的空间。相对于现有的场效应晶体管而言，由于在栅极的两侧多出了相应的空间，有利于增加后续制程的工艺窗口度。例如，针对后续工艺中，源漏区接触孔的形成、金属硅化物的形成、孔塞刻蚀阻挡层的形成和层间介质的填充等工艺，由于其工艺窗口的增大，进而有利于降低后续工艺的制备难度。

同时，由于l形偏移侧墙的厚度较薄，而使栅极两侧的空间较大，从而在制备应力记忆技术中的应力薄膜时，有利于减少应力薄膜与器件沟道的距离，从而增强应力效应，进一步提高载流子的迁移率，进而提高了器件性能。

附图说明

图1是现有的一种场效应晶体管的制备方法的流程示意图；

图2是本发明实施例一中的场效应晶体管的制备方法的流程示意图；

图3至图6是本发明实施例一中的场效应晶体管的制备方法在其制备过程中的结构示意图；

图7是本发明实施例二中的场效应晶体管的制备方法的在其制备过程中的结构示意图；

图8是本发明实施例三中的场效应晶体管的制备方法的在其制备过程中的结构示意图；

图9是本发明实施例四中的场效应晶体管的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的场效应晶体管及其制备方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

图2是本发明实施例一中的场效应晶体管的制备方法的流程示意图；图3至图6是本发明实施例一中的场效应晶体管的制备方法的在其制备过程中的结构示意图。以下参考图2、图3、图4和图5，详细说明本发明的一种具体实施方式，本实施例中，场效应晶体管的制备方法依次包含下述步骤：

首先，执行步骤s100，具体参考图3所示，在衬底100上形成栅介质层105和栅极101，所述栅极101形成在栅介质层105上，所述栅极101两侧暴露出衬底表面。可选的，所述衬底100为硅衬底或锗硅衬底等，所述栅介质层105例如为栅氧层，以及，所述栅极101的材质例如为多晶硅等。其中，所述栅介质层105的厚度优选为

接着，执行步骤s200，接着参考图4和图5所示，在所述栅极101两侧的侧壁上形成侧墙。

具体的，所述侧墙的形成方法包括：首先在所述衬底上形成一多层薄膜组成的侧墙材料层所述侧墙材料层覆盖所述栅极的顶部和侧壁，以及用于形成源漏区的区域；接着，去除所述侧墙材料层中位于所述栅极顶部和位于所述用于形成源漏区的区域上且远离所述栅极的部分，使剩余的所述侧墙材料层覆盖所述栅极的侧壁和部分所述用于形成源漏区的区域，以构成所述侧墙。

此外，所述侧墙为多层结构。可采用多种材料形成侧墙，例如，多层结构的侧墙可包括氮化硅层和氧化硅层，并且，可对两种不同材质的膜层的排布顺序进行调整，以得到两层或大于两层的叠层结构。当然，在多层结构的侧墙中，也可是利用同一种材料执行多次不同方式的沉积工艺，以构成多层结构的侧墙，此处不做限制。

本实施例中，所形成的侧墙为多层结构，其具体为三层结构。进一步的，所述侧墙的结构为氮化硅层112/氧化硅层113/氮化硅层114的三层non结构。其具体的形成方法可参考如下步骤：

第一步骤，可以运用氮化硅层102，例如可利用原子层沉积(atomiclayerdeposition,ald)技术沉积所述氮化硅层102，氮化硅层102的厚度优选为

第二步骤，可以利用化学气相沉积(chemicalvapordeposition,cvd)工艺沉积氧化硅层103，氧化硅层103的厚度优选为

第三步骤，同样可以利用低温化学气相沉积工艺或等离子体增强化学气相沉淀工艺沉积所述氮化硅层104，氮化硅层104的厚度优选为其中，所沉积的氮化硅层102、氧化硅层103和氮化硅层104中，此时均覆盖所述栅极101的顶部和侧壁以及用于形成源漏区的区域；

第四步骤，执行刻蚀工艺以得到侧墙，例如，可利用各向异性较强的干法刻蚀依次对氮化硅层104、氧化硅层103和氮化硅层102执行回刻工艺。需要注意的是干法刻蚀以氮化硅层102为刻蚀停止层，以过量刻蚀方法刻蚀氮化硅层102，以暴露衬底表面，并刻蚀表面过多的硅衬底；同时，刻蚀工艺去除了栅极101顶部的氮化硅层102/氧化硅层103/氮化硅层104膜层。

接着，执行步骤s300，接着参考图5所示，以所述侧墙为掩膜，在所述栅极101两侧的所述衬底100中形成深结源漏区106。即，在侧墙的掩膜作用下，可自对准地形成所述深结源漏区106。本实施例中，所述深结源漏区106形成在侧墙远离栅极101的一侧并进一步延伸至所述侧墙的下方。

具体的，可通过离子注入工艺和离子活化工艺，形成所述深结源漏区106，其中，在执行离子注入工艺时，可利用侧墙作为掩膜。在具体的实施例中，深结源漏区106的离子活化工艺的活化温度例如为900℃-1200℃，时间一般为20s-60s。

接着，执行步骤s400，具体参考图6所示，去除所述侧墙中远离所述栅极101的部分，以形成l形偏移侧墙，所述l形偏移侧墙覆盖所述栅极101的侧壁。其中，当采用多层结构的侧墙时，所形成的l形偏移侧墙即为靠近栅极的膜层。本实施例中，所述l形偏移侧墙为靠近栅极101的氮化硅层112。

结合图5和图6所示，本实施例中，所述侧墙为氮化硅层112/氧化硅层113/氮化硅层114的三层non结构，因此在部分去除侧墙时，可相应的去除栅极101外侧的氧化硅层113和氮化硅层114。例如，其中所述氮化硅层114可利用选择性强的湿法刻蚀工艺，可以使用但不限于磷酸为刻蚀剂的湿法移除工艺；氧化硅层113也可利用选择性强的湿法刻蚀工艺，可以使用但不限于稀释氢氟酸为刻蚀剂的湿法移除工艺；余下的氮化硅层112作为l形偏移侧墙保留。本实施例中，采用不同的材质组合构成所述侧墙，从而在部分去除侧墙时，可直接利用选择比较高的刻蚀方法，去除远离栅极的部分侧墙，有利于控制对侧墙的刻蚀量，使刻蚀过程易于控制，简化刻蚀工艺。

接着，执行步骤s500，具体参考图6所示，以所述l形偏移侧墙为掩膜，在所述衬底中形成浅结源漏区107，所述浅结源漏区107从所述深结源漏区106延伸至所述栅极101的下方。即，在l形偏移侧墙的掩膜作用下，可自对准地形成所述浅结源漏区107。利用浅结源漏区实现器件尺寸缩减的同时，不以结电阻为代价来减少重叠电容。

与深结源漏区106类似的，所述浅结源漏区107也可利用离子注入工艺和离子活化工艺形成。在具体的实施例中，浅结源漏区107的离子活化工艺的活化温度例如为700℃-1200℃，时间一般为0s-30s。

本实施例中的浅结源漏区的离子活化工艺可采用快速热退火(rapidthermalannealing,rta)，快速的升温过程和短暂的持续时间能够在晶格缺陷的修复、激活杂质和最小化杂质扩散三者之间取得平衡，是控制浅结注入中结深的最佳方法。然而，现有技术中浅结源漏区离子注入与活化工艺在先，因而会受到后续深结源漏区离子活化时的高温影响，导致浅结杂质扩散致使其区域发生扩展，依旧存在难以控制其杂质浓度与注入范围的问题，而本发明提供的晶体管形成方法中，将浅结源漏区107的离子活化注入与活化工艺置于深结源漏区106的离子注入与活化工艺之后，从而达到更有效控制浅结源漏离子注入形成的浅结浓度和轮廓的的效果，进而也能定义出小尺寸器件的有效沟道。

结合图5和图6所示，通过部分去除侧墙，从而可在栅极101的两侧预留出一空间，所述空间对应深结源漏区106和栅极101之间的区域，因此，后续可在所述l形偏移侧墙的掩膜下，在对应所述空间的衬底100中自对准地形成浅结源漏区107。此外，预留出的所述空间自然为后续工艺中，源漏区接触孔的形成、金属硅化物的形成、孔塞刻蚀阻挡层的形成和层间介质的填充提供了更大的工艺窗口，降低了后续工艺实施的难度。

同时，由于在栅极的两侧能够预留出更大的空间，从而也有利于减小应力记忆技术中应力薄膜和沟道的间距。具体的说，在40nm及以下工艺中，应力记忆技术成为提高器件载流子迁移率，提高mos器件电流的主要手段，而应力薄膜的沉积以及应力薄膜与沟道的间距决定了应力记忆工艺提高载流子迁移率的幅度。通过缩短应力薄膜与沟道中心距离，从而可增强应力效应，可获得更高的载流子迁移率，有效提高了器件的性能。

实施例二

图7为本发明实施例二中的场效应晶体管的制备方法的在其制备过程中的部分结构示意图。结合图5和图7所示，与实施例一的区别在于，本实施例中，侧墙采用两层的结构。从而，实施例一和实施例二的区别主要体现在步骤s200和步骤s400中，因此，以下仅对本实施例中的这两个步骤分别进行详细的说明。

具体结合图2和图7所示，在步骤s200中，在所述栅极101两侧形成侧墙的过程中，所形成的侧墙的结构为氧化硅层202/氮化硅层203的双层on结构。其具体的形成方法可参考如下步骤形成：首先，可以利用原子层沉积(atomiclayerdeposition,ald)技术沉积氧化硅层202；接着，可以运用化学气相沉积(chemicalvapordeposition,cvd)方法沉积氮化硅层203，例如可利用低温化学气相沉积工艺或等离子体增强化学气相沉淀工艺沉积所述氮化硅层203；需说明的是，在沉积之后以及刻蚀之前的氧化硅层202和氮化硅层203覆盖所述栅极的顶部和侧壁；最后，执行刻蚀工艺以得到侧墙，例如，可利用各向异性较强的干法刻蚀依次对氧化硅层202和氮化硅层203执行回刻工艺。

在所述步骤s400中，部分去除所述侧墙以形成l形偏移侧墙，所述l形偏移侧墙覆盖所述栅极201的侧壁。本实施例中，所述l形偏移侧墙为靠近栅极的氧化硅层202。因此在部分去除侧墙时，可相应的去除栅极外侧的氮化硅层203。例如，其中所述氮化硅层203可以利用选择性强的湿法刻蚀工艺，可以使用但不限于磷酸为刻蚀剂的湿法移除工艺；余下的氧化硅层202作为l形偏移侧墙保留。

实施例三

图8为本发明实施例三中的场效应晶体管的制备方法的在其制备过程中的部分结构示意图。结合图7和图8所示，与实施例二的区别在于，本实施例中，侧墙中靠近栅极的膜层为氧化硅层。

本实施例中，具体参考图8所示，在所述步骤s200中，在所述栅极101两侧形成侧墙的过程中，所形成的侧墙的结构为氮化硅层302/氧化硅层303的双层no结构。其具体的形成方法可参考如下步骤形成：首先可以利用原子层沉积(atomiclayerdeposition,ald)技术沉积氮化硅层302；接着，可以运用化学气相沉积(chemicalvapordeposition,cvd)方法沉积氧化硅层303，例如可利用低温化学气相沉积工艺或等离子体增强化学气相沉淀工艺沉积所述氧化硅层303；最后，执行刻蚀工艺以得到侧墙，例如，可利用各向异性较强的干法刻蚀依次对氮化硅层302和氧化硅层303执行回刻工艺。

在所述步骤s400中，部分去除所述侧墙以形成l形偏移侧墙，所述l形偏移侧墙覆盖所述栅极的侧壁。本实施例中，所述l形偏移侧墙为靠近栅极的氮化硅层302。因此在部分去除侧墙时，可相应的去除栅极外侧的氧化硅层303。例如，其中所述氧化硅层303可以利用选择性强的湿法刻蚀工艺，可以使用但不限于稀释氢氟酸为刻蚀剂的湿法移除工艺；余下的氮化硅层302作为l形偏移侧墙保留。

实施例四

基于以上所述的场效应晶体管的形成方法，本发明还提供了一种场效应晶体管。所述场效应晶体管有利于器件尺寸的缩减。

图9为本发明实施例四中的场效应晶体管的结构示意图。参考图9所示，所述场效应晶体管包括：

衬底400；

栅介质层405，形成在所述衬底400上；

栅极401，形成在所述栅介质层405上；

深结源漏区406，形成在所述栅极401两侧的所述衬底400中；

浅结源漏区407，形成在所述衬底400中，且从所述深结离子注入区延伸至所述栅极401的下方。

l形偏移侧墙402，覆盖在所述栅极401的两侧的侧壁和靠近所述栅极401的部分所述源漏区；

具体的，衬底400材质可以为硅衬底或锗硅衬底，栅介质层405可以为栅氧层或含氮氧化硅层，栅极401可以为多晶硅栅，l形偏移侧墙402可以为氧化硅层或氮化硅层，具体形成方法可以参考实施例一至三中的场效应晶体管的形成方法。

所述场效应晶体管中与现有的场效应晶体管的最大区别在于，所述场效应晶体管中的侧墙仅保留了一层最靠近栅极两侧的膜层作为l形偏移侧墙，因而在栅极两侧及源漏区上方，对应现有的场效应晶体管中侧墙所在位置处，预留出了相应的空间，为后段工艺的实施提供了更大的工艺窗口。

综上所述，本发明提供的场效应晶体管的形成方法中，利用侧墙和l形偏移侧前依次定义出深结源漏区和浅结源漏区，有利于简化工艺；并且还将浅结源漏区的离子活化注入与活化工艺置于深结源漏区的离子注入与活化工艺之后，从而达到更有效控制浅结源漏离子注入形成的结深、浅结浓度和轮廓的效果，进而也能定义出小尺寸器件的有效沟道。

根据本发明提供的形成方法所形成的场效应晶体管中，在栅极的两侧仅保留了l形偏移侧墙。相对于现有的场效应晶体管中，因为部分侧墙的去除而在栅极两侧多出了相应的空间，因此在等比例微缩的小尺寸器件中，有效增加了后续的源漏区接触孔的形成，金属硅化物的形成、孔塞刻蚀阻挡层的形成和层间介质的填充等制程的工艺窗口。

同时，由于在栅极两侧预留有更大的空间，有利于减少应力记忆技术中应力薄膜与器件沟道的距离，从而增强应力效应，进一步提高载流子的迁移率，进而提高了器件性能。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。