掺杂栅极和源漏极的方法及半导体器件的制备方法_2

文档序号:9689134阅读:来源:国知局
用或操作中的不同方位。例如,如果附图中的器件被倒置,则描述为"在其他器 件或构造上方"或"在其他器件或构造之上"的器件之后将被定位为"在其他器件或构造下 方"或"在其他器件或构造之下"。因而,示例性术语"在……上方"可以包括"在……上方" 和"在……下方"两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方 位),并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0033] 正如【背景技术】部分所介绍的,目前半导体制备过程中掺杂形成栅极和源漏极时, 容易出现源漏极导通所导致的隧穿效应。为了解决这一问题,本申请申请人提供了一种掺 杂栅极和源漏极的方法,如图1所示,其包括以下步骤:提供形成有预备栅极20"的衬底10 ; 快速热退火处理所述形成有预备栅极20"的衬底10 ;在衬底10表面上,形成环绕预备栅极 20"设置的抗反射层30 ;对预备栅极20"进行第一次离子注入,形成过渡栅极20';去除抗反 射层30,并对过渡栅极20'和过渡栅极20'两侧的衬底10进行第二次离子注入,以形成栅 极20和位于所述栅极两侧的源极110和漏极120 ;其中,抗反射层30为固体抗反射层30。 本申请上述的"预备栅极"指的是位于半导体衬底10上未进行掺杂前的待掺杂栅极。
[0034] 本申请上述的方法中,在环绕预备栅极20"的衬底10上方形成抗反射层30,有利 于在第一次离子注入过程中,利用该抗反射层30阻止离子进入预备栅极20"两侧的衬底10 中,而仅进入预备栅极20"中形成过渡栅极20'。待第一次离子注入结束后,将抗反射层30 去除,能够在第二次离子注入过程中使离子同时进入过渡栅极20'和其两侧的衬底10中, 形成栅极20、源极110和漏极120。上述过程中,两次离子注入时均对预备栅极20"进行了 掺杂,而仅在第二次离子注入时进行了源漏极的掺杂,使得栅极20中的离子掺杂浓度大于 源漏极的掺杂浓度。
[0035] 同时,本申请上述掺杂栅极和源漏极的方法中将快速热退火处理的步骤设定在进 行第一次离子注入之前进行,此时,快速热退火处理的执行能够提高预备栅极20"中的多晶 硅晶粒的完整性和密度。晶粒的完整性和密度越高,晶粒之间的缝隙越小,这就有利于避免 后期离子注入时所注入的离子穿过预备栅极20"进入衬底10,进而有利于避免因后期源漏 极的导通形成的隧穿效应。更值得注意的是,在快速热退火处理的步骤之后执行第一次离 子注入的步骤,还有利于防止在快速热退火的过程中由于掺杂离子的促进作用所导致的多 晶硅晶粒长大的问题。较小的晶粒之间的缝隙相对较小,这就有利于避免二次离子注入时 所注入离子易穿过预备栅极20"进入衬底10。从而进一步降低因源漏极导通所形成的隧穿 效应。
[0036] 此外,上述方法中所形成的抗反射层30为固态抗反射层。相比于流动态抗反射层 而言,固态抗反射层中晶粒或分子间距离较小,且晶粒或分子间的作用力较强,这就使得抗 反射层30能够承受更强的离子撞击。在此基础上,在第一次离子注入的过程中,能够进一 步防止离子穿过抗反射层30进入衬底10之中。同时还能够使更多的离子被掺杂至预备栅 极20"中,更有利于灵活调节最终栅极和源漏极中离子掺杂浓度之间的差异。
[0037] 下面将更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而,这些示例性实施方式 可以由多种不同的形式来实施,并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当 理解的是,提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整,并且将这些示例性实 施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员,在附图中,为了清楚起见,扩大了层和区域 的厚度,并且使用相同的附图标记表示相同的器件,因而将省略对它们的描述。
[0038] 首先,提供如图2所示的形成有预备栅极20"的衬底10。其中,预备栅极20"和 衬底10的材料可以为单晶硅、绝缘体上硅(SOI)或锗硅(SiGe)等。作为示例,在本实施例 中,衬底10选用P型的单晶硅材料构成。此外,在实际操作中,可以在预备栅极20"和衬底 10之间还设置有一层栅极介质层以隔离预备栅极20"和衬底10。该栅极介质层如图2中 标号40所示,该栅极介质层40可以为氧化物层,优选为氧化硅层。
[0039] 在实际操作中,优选在上述预备栅极20"的侧壁上形成侧壁层210,形成如图3所 示的基体结构。该侧壁层210可以在后续步骤形成及去除抗反射层30的步骤中对预备栅 极20"进行保护,同时,还能够用于定义所欲形成的源漏极的位置。而且该侧壁层210有利 于在后期工作中防止漏电流的产生。在一种优选实施方式中,该侧壁层210包括第一侧壁 层201和第二侧壁层202。侧壁层设定采用本领域技术人员的惯常手段即可。而第一侧壁 层201和第二侧壁层202的材料采用本领域技术人员所惯用的侧壁层材料即可。作为示例, 在本实施例中,第一侧壁层201的材料为氧化硅,第二侧壁层202的材料为氮化硅。
[0040] 在提供形成有预备栅极20"的衬底10的步骤后(优选在上述预备栅极20"的侧 壁上形成侧壁层210后),在衬底10的表面上,形成环绕预备栅极20"设置的抗反射层30, 形成如图4所示的基体结构(该图以形成有侧壁层210的结构为例,下同)。在一种优选 实施方式中,在衬底10的表面上,形成环绕预备栅极20"设置的抗反射层30的步骤包括: 在衬底10上形成覆盖预备栅极20"的预备抗反射层30',进而形成如图4-1所示的基体结 构;去除位于预备栅极20"上方的预备抗反射层30',形成抗反射层30。其中优选在去除位 于所述预备栅极20"上方的预备抗反射层30'的步骤中,平坦化处理以形成如图4中所示 的上表面与所述预备栅极20"的上表面平齐的所述抗反射层30。通过将预备抗反射层30' 平坦化处理至上表面与预备栅极20"的上表面平齐,有利于在第一次离子注入时减少调节 注入程序的次数,简化操作流程。
[0041] 上述形成抗反射层的步骤中,制备预备抗反射层30'的方法可以是本领域技术人 员惯用的方法,采用的抗反射层30材料只要能够阻挡所注入的离子进入衬底10,并且能够 在后期被去除即可。在一种更优选的实施方式中,采用不同于侧壁层210的材料形成预备 抗反射层30'(抗反射层30)。这能够避免在后期去除抗反射层30时对侧壁层210造成伤 害。更优选上述预备抗反射层30'(抗反射层30)为通过化学气相沉积法形成的氧化物层、 氮氧化物层或石墨层。氧化物层、氮化物层和石墨层均具有较完整的晶体结构,晶粒之间的 距离较近,在离子注入时,有利于阻止更高能量的离子进入衬底10中。优选氧化物层为二 氧化硅层,氮氧化物层为氮氧化硅层。以二氧化硅或氮氧化硅作为抗反射层30的材料,有 利于在阻碍离子进入衬底10的同时,避免向半导体中引入其他杂质,从而影响半导体的使 用性能。
[0042] 上述形成预备抗反射层30'的步骤中,预备抗反射层30'的厚度可以根据预备栅 极20"及过渡栅极20'中的掺杂量进行调整,优选将其设定为2000~5000A。该厚度下的预 备抗反射层30'有利于阻止第一次离子注入过程中喷向预备栅极20"两侧的离子进入衬底 10之中,同时使预备抗反射层30的平坦化处理时间缩短,从而提高掺杂效率。
[0043] 在衬底10的表面上,形成环绕预备栅极20"设置的抗反射层30的步骤后,如图5 所示,对如图4所示的基体结构进行第一次离子注入,其中预备栅极20"进行第一次离子注 入,形成过渡栅极20',进
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