半导体器件及其制造方法_2

文档序号:9709955阅读:来源:国知局
鳍片结构1F和衬底1上形成隔离介质层3。例如,在鳍片1F之间的沟槽1G中通过PECVD、HDPCVD、RTO (快速热氧化)、旋涂、FlowCVD等工艺沉积填充材质例如为氧化硅、氮氧化硅、氢氧化硅、有机物等的绝缘隔离介质层3。如图2所示,由于鳍片结构1F的存在,沉积的层3在鳍片结构1F顶部具有凸起。优选地,采用CMP、回刻(etch—back)等平坦化工艺处理层3,直至暴露硬掩模层2。
[0026]如图3所示,在鳍片1F中和/或底部形成穿通阻挡层(PTSL)4。在图2所示结构平坦化露出硬掩模层2之后,执行离子注入,可以包括N、C、F、P、Cl、As、B、In、Sb、Ga、S1、Ge等及其组合。随后执行退火,例如在500?1200摄氏度下热处理1ms?lOmin,使得注入的元素与鳍片1F反应,形成高掺杂的(掺杂上述材料的Si)或者绝缘材料的(例如掺杂有上述元素的氧化硅)的穿通阻挡层4。在本发明一个实施例中,控制注入能量和剂量,仅在鳍片1F中形成了沟道穿通阻挡层4A,如图3所示,以抑制沟道区通过STI侧面的泄漏。然而,在本发明另一优选实施例中,控制注入能量和剂量,使得穿通阻挡层4还分布在鳍片1F底部与衬底1界面处作为STI穿通阻挡层4B,以有效隔绝鳍片1F中沟道区、源漏区与相邻鳍片有源区之间的泄漏电流。层4B材质可以与层4A材质相同,也可以包含上述元素中的不同组分(但至少包含氧)。层4B可以与层4A同时一次性注入形成(不同元素注入深度不同),也可以先后两次不同深度、剂量的注入,例如可以先深距离注入形成层4B,后浅距离注入形成层4A,反之亦然。此外,除了上述高掺杂的穿通阻挡层之外,也可以注入大量的氧(0)以形成氧化硅基的绝缘层以作为穿通阻挡层(该氧化硅层内也可以进一步掺杂上述杂质)。值得注意的是,沟道穿通阻挡层4A距离鳍片1F顶部(或底部)的高度可以任意设定,在本发明一个实施例中优选为鳍片1F自身高度的1/3?1/2。STI穿通阻挡层4B和沟道穿通阻挡层4A厚度例如是5?30nm。层4A的宽度(沿第一和/或第二方向)依照整个器件有源区宽度而设定,层4A的宽度则与鳍片1F相同,也即层4B的宽度明显大于层4A的宽度。
[0027]如图4所示,选择性刻蚀隔离层3,再次形成沟槽1G,暴露出鳍片1F —部分。可以采用光刻胶图形或者其他硬掩模图形,选择各向异性的刻蚀方法,例如等离子体干法刻蚀、RIE,刻蚀隔离层3,使得剩余的隔离层3构成了浅沟槽隔离(STI)3。优选地,沟槽1G的深度,也即STI 3顶部距离鳍片1F顶部的距离,大于等于沟道穿通阻挡层4A顶部距离鳍片1F顶部的距离,以便完全抑制沟道区之间的穿通。随后,湿法腐蚀去除了硬掩模2。
[0028]如图5所示,在鳍片1F顶部形成沿第二方向延伸的假栅极堆叠结构5。在整个器件上通过LPCVD、PECVD、HDPCVD、UHVCVD、MOCVD、MBE、ALD、热氧化、化学氧化、蒸发、溅射等工艺形成假栅极绝缘层5A和假栅极材料层5B,并优选进一步包括硬掩模层5C。层5A例如是氧化娃,层5B例如是多晶娃、非晶??圭、非晶碳、氮化??圭等,层5C例如是氮化??圭。以具有垂直于第一方向的第二方向的矩形开口的掩模板,依次光刻/刻蚀(同样地,刻蚀是各向异性的,优选等离子体干法刻蚀、RIE)硬掩模层5C、假栅极材料层5Β以及假栅极绝缘层5Α,在鳍片1F顶部形成沿第二方向延伸的假栅极堆叠5。如图5上部以及中部所示,假栅极堆叠5 (5C/5B/5A)仅分布在沿Χ—Χ’轴线的一定宽度范围内,在一定距离之外的Χ1—Χ1’轴线处没有分布。
[0029]如图6所示,在整个器件上形成第一栅极侧墙6Α。在整个器件上通过LPCVD、PECVD、HDPCVD, UHVCVD、MOCVD、MBE、ALD、蒸发、(磁控)溅射等工艺形成绝缘材料层6,其材质例如氮化娃、氮氧化娃、氧化娃、含碳氧化娃、非晶碳、类金刚石无定形碳(DLC)等及其组合。在本发明一个实施例中,优选氮化硅。随后,采用各向异性刻蚀工艺,刻蚀绝缘材料层6,仅在假栅极堆叠结构5沿第一方向的两侧留下第一栅极侧墙6A。值得注意的是,虽然图6所示第一栅极侧墙6A为三角形,但是在本发明另一优选实施例中,侧墙6A优选具有L型,也即具有水平的第一部分以及垂直的第二部分,以便与假栅极堆叠5保持良好的共形,从而利于减薄栅极侧墙6A的厚度,以进一步缩减器件尺寸、提高器件均匀度。在本发明一个优选实施例中,层6A的厚度例如仅1?5nm、优选2?4nm、并最佳为3nm。随后,优选地,以第一栅极侧墙6A为掩模,对包含器件的晶片执行轻掺杂离子注入,在假栅极堆叠5和栅极侧墙6A沿第一方向的两侧鳍片1F中形成了轻掺杂源漏(LDD)或者源漏延伸区(SDE)结构(图中未示出)。
[0030]如图7所示,选择性刻蚀鳍片结构1F,在假栅极堆叠结构5沿第一方向两侧的鳍片结构1F中形成源漏区沟槽1T。优选采用各向异性的刻蚀工艺,例如等离子干法刻蚀、RIE刻蚀,并且调整刻蚀气体的配比(例如碳氟基刻蚀气体中的碳氟比增高可以有利于形成垂直侧壁,调节刻蚀气体中包含的氧化性气体含量也可以调整刻蚀速率),以假栅极堆叠结构5以及栅极侧墙6A为掩模,刻蚀鳍片结构1F,形成了源漏区沟槽1T。如图7所示,源漏区沟槽1T的深度小于穿通阻挡层4A顶部鳍片结构1F的高度,例如至少在穿通层4A顶部保留了至少5?30nm厚度的鳍片结构1F的水平部分;栅极6A和假栅极堆叠结构5下方的鳍片结构1F保留,稍后作为器件的沟道区1C。在本发明另一优选实施例中,除了采用各向异性的刻蚀工艺形成具有垂直侧壁的源漏区沟槽1T之外,还可以进一步采用各向同性的刻蚀工艺(例如减小刻蚀气体的碳氟比,或者采用TMAH、KOH等湿法刻蚀工艺),在源漏区沟槽1T侧壁形成侧面凹陷(未示出),以增强对于沟道的应力控制、或者利于精确控制沟道界面坐寸。
[0031]如图8所示,选择性刻蚀浅沟槽隔离(STI)3,增大鳍片结构1F暴露在STI 3上部的高度。选用光刻胶曝光、显影之后形成所需的光刻胶图案,覆盖了假栅极堆叠5、栅极侧墙6A、源漏沟槽1T,暴露了源漏沟槽1T沿第二方向两侧的、鳍片结构1F之间的沟槽1G,采用各向异性的干法和/或湿法刻蚀工艺,进一步增大沟槽1G的深度,使得剩余的STI 3的顶部高度等于或者低于第一穿通阻挡层4A的底部高度。如此,增加了未来源漏外延生长时沿第二方向的体积,可以从第二方向传递更多的应力,从而有效提高器件的整体驱动性能。在本发明一个优选实施例中,如图8下部所示、并参照图7下部所示,沟槽1G的深度增加了5?50nm,也即STI的高度减小了 5?50nm。
[0032]如图9所示,在源漏区沟槽1T中、以及沟槽1G暴露的鳍片结构1F顶部周围外延生长源漏区is和1D。例如通过PECVD、MOCVD、MBE、ALD、热分解、蒸发、溅射等工艺,在源漏区沟槽1T以及鳍片1F顶部假栅极堆叠结构5沿第一方向的两侧上方外延生长漏区1D和抬升漏区1HD(源漏区顶部超过假栅极堆叠结构底部的那一部分)、以及源区1S和提升源区1HS。其中,源漏区1S/1D、提升源漏区1HS/1HD材质优选与衬底1、鳍片1F不同,例如具有更高应力的SiGe、S1:C、S1:H、SiSn、GeSn、SiGe:C等及其组合。在此过程中,可以执行原位掺杂或者离子注入掺杂以调整源漏区的掺杂类型和/或浓度。随后,任选的,在第一栅极侧墙6A上进一步形成第二栅极侧墙6B,其材质工艺类似于第一栅极侧墙。此后,以第二栅极侧墙6B为掩模,进行第二次离子注入,执行源漏重掺杂(纵向结深浅),使得提升源漏1HD/1HS具有高于源漏1S/1D、轻掺杂源漏的杂质浓度。随后,退火以激活掺杂的杂质。与此同时,该退火还进一步减缓了 LDD/SDE的注入对于鳍片结构顶部的损伤以及减少外延层中的缺陷,有利于以精简的工艺提高器件的可靠性。如图9所示,受到源漏沟槽1T形状限制,在鳍片结构1F顶部正上方的源漏区1S/1D通常是矩形剖面,而在沟槽1G中暴露的鳍片结构1F的侧面不受沟槽1T形状限制而仅受到晶向生长速率不同的限制,因此源漏区1S/1D的剖面为菱形或钻石形。值得注意的是,如图9下部所示,由于减小了 STI 3的厚度、增大了鳍片结构1F暴露的高度,使得外延生长的源漏区1S/1D的底部低于沟道区1C的底部(或者图9下部图中鳍片结构1F在第一穿通阻挡层4A上方的那一部分,也即低于第一穿通阻挡层4A的底部),如此可以大大增加外延源漏区的体积,在小尺寸器件中利于增强源漏区
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