专利名称：Mos器件形成方法
技术领域：
本发明涉及半导体领域，特别涉及MOS器件形成方法。
背景技术：
在半导体制造工艺中，经常需要形成MOS器件。一般地，制造MOS器件的步骤包括首先在半导体衬底上形成栅氧层和多晶硅层，然后依次刻蚀所述多晶硅层和栅氧层直至暴露所述半导体衬底形成栅极；接着，以所形成的栅极为掩膜向半导体衬底注入掺杂离子，形成浅掺杂源、漏极；再形成覆盖所述栅极的侧壁的侧墙，并以所述侧墙和栅极为掩膜向半导体衬底注入掺杂离子，形成源、漏极；接着对半导体衬底进行快速热退火(RTA，rapid thermal anneal)，以激活源、漏极的掺杂离子。在公开号为US20040140569的美国专利中详细介绍了一种MOS器件的形成方法。但是在所述RTA过程中，源、漏极的掺杂离子会四处扩散，一部分掺杂离子会脱离源、漏极，聚集在半导体衬底表面之上，从而引起源、漏极电阻值发生偏移。为了避免源、漏极电阻值发生偏移，在实际工艺中，会在形成源、漏极之后，在半导体衬底表面形成一层阻挡氧化层，以防止源、漏极的掺杂离子扩散到半导体衬底表面之上。为了防止所述阻挡氧化层增加导电插塞与半导体衬底之间的电阻，在后续形成导电插塞的步骤中，采用刻蚀工艺去除所述阻挡氧化层。随着半导体器件的小型化，MOS器件的密度越来越大，所以在很多情况下，导电插塞的一部分直接形成在栅极结构的侧墙20的表面。请参考图1和图2，现有的形成导电插塞的方法是，先通过刻蚀工艺形成暴露阻挡氧化层30的第一通孔10 ；再去除所述第一通孔 10底部的阻挡氧化层30，以形成用于形成导电插塞的第二通孔40。因为第一通孔10同时暴露部分侧墙20，所以在去除所述阻挡氧化层30的步骤中，会损伤到侧墙20，从而影响半导体器件的性能。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种MOS器件形成方法，以解决现有MOS器件形成方法在去除阻挡氧化层的步骤中容易损伤侧墙的问题。为解决上述问题，本发明提供一种MOS器件形成方法，包括提供半导体衬底，所述半导体衬底表面形成有栅极结构，所述栅极结构包括侧墙；以所述栅极结构为掩膜，向栅极结构两侧的半导体衬底注入掺杂离子，形成源、漏极；向源、漏极表面通入氧气等离子体，在源、漏极表面形成阻挡氧化层，然后进行退火处理，所述退火处理激活源、漏区的掺杂离子；形成覆盖所述阻挡氧化层和栅极结构的绝缘介质层；在所述绝缘介质层表面形成具有开口的掩膜层，所述开口的位置与源、漏极的位置相对应；沿所述开口去除所述绝缘介质层，直至暴露所述阻挡氧化层；
去除所暴露的阻挡氧化层，形成暴露源、漏极的通孔，所述通孔还暴露部分侧墙；形成填充满所述通孔的导电插塞。可选地，形成所述阻挡氧化层的工艺条件为 压强是8-16mtorr，氧气等离子体的流量是80_120sccm，电压是负200-负230V，沉积时间 25-40 秒。可选地，所形成的阻挡氧化层的厚度是40-50埃。可选地，采用干法刻蚀的方法去除所述阻挡氧化层。可选地，所述绝缘介质层的材料是高浓度含磷的硅玻璃。可选地，所述栅极结构还包括栅极且所述侧墙形成在栅极两侧。可选地，形成导电插塞的步骤包括在通孔底部形成金属硅化物层，所述金属硅化物层的金属材料是钛。与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点先向所述源、漏极表面通入氧气等离子体，所述氧气等离子体与半导体衬底材料发生反应，在源、漏极表面形成阻挡氧化层，所形成的阻挡氧化层的厚度小，所以在后续工艺中容易去除，并且不容易损伤侧墙，因此通过本发明的技术方案提高了工艺效率，以及所形成的器件的性能；进一步，本发明的技术方案在形成阻挡氧化层后进行退火激活源、漏极的掺杂离子，在退火过程中，所述阻挡氧化层阻挡源、漏极的掺杂离子扩散到半导体衬底表面，从而使得源、漏极的电阻值稳定。
图1和图2是现有MOS器件形成过程的剖面结构示意图；图3是本发明的实施例所提供的MOS器件形成方法的流程示意图；图4至图6，图8至图12是本发明的实施例所提供的MOS器件形成过程的剖面结构示意图；图7是在硅衬底表面生长得到的氧化层的厚度与测量位置的关系示意图。
具体实施例方式由背景技术可知，随着器件小型化的发展，在去除源、漏极表面用于形成导电插塞的通孔底部的阻挡氧化层的步骤中，会损伤到侧墙，从而影响半导体器件的性能。发明人针对上述问题进行研究，发现现有技术中，一般是采用化学气相沉积工艺形成所述阻挡氧化层，所形成的阻挡氧化层的厚度一般是在300-400埃的范围，所以在去除的时候比较难，会损伤到侧墙。发明人由此想到减小所形成的阻挡氧化层的厚度，就可以降低后续工艺中需要去除的阻挡氧化层的厚度，相对容易去除，从而可以避免对侧墙造成损伤。但是经过尝试发现，采用化学气相沉积工艺难以形成厚度小于300埃，并且比较均勻的阻挡氧化层。发明人经过进一步研究，在本发明中提供一种MOS器件形成方法。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式
做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。图3是本发明的实施例所提供的MOS器件形成方法的流程示意图，包括步骤S101，提供半导体衬底，所述半导体衬底表面形成有栅极结构，所述栅极结构包括侧墙；步骤S102，以所述栅极结构为掩膜，向栅极结构两侧的半导体衬底注入掺杂离子， 形成源、漏极；步骤S103，向源、漏极表面通入氧气等离子体，在源、漏极表面形成阻挡氧化层；步骤S104，形成所述阻挡氧化层后，进行退火处理，所述退火处理激活源、漏极的掺杂离子；步骤S105，形成覆盖所述阻挡氧化层和栅极结构的绝缘介质层；步骤S106，在所述绝缘介质层表面形成具有开口的掩膜层，所述开口的位置与源、 漏极的位置相对应；步骤S107，沿所述开口去除所述绝缘介质层，直至暴露所述阻挡氧化层；步骤S108，去除所暴露的阻挡氧化层，形成暴露源、漏极的通孔，所述通孔还暴露部分侧墙；步骤S109，形成填充满所述通孔的导电插塞。图4至图6，以及图8至图12是本发明的实施例所提供的MOS器件形成过程的剖面结构示意图。参考图4，提供半导体衬底100，所述半导体衬底100表面形成有栅极结构，所述栅极结构包括栅极，以及位于栅极两侧的侧墙130 ；所述半导体衬底100可以是一切支持形成MOS器件的半导体衬底。本实施例中， 所述半导体衬底100是硅衬底或者SOI衬底。本实施例中，所述栅极包括依次形成在半导体衬底100表面的栅介质层110和栅电极层120，侧墙130覆盖所述栅极两侧的侧壁。所述栅介质层110的材料是二氧化硅或者高K材料，所述栅电极层120的材料是多晶硅或者金属材料。作为一个实施例，在形成所述栅极后，以所述栅极为掩膜，向半导体衬底100注入掺杂离子，形成浅掺杂区；然后在所述栅极两侧形成侧墙130。参考图5，以所述栅极结构为掩膜，向栅极结构两侧的半导体衬底100注入掺杂离子，形成源、漏极140。在本实施例中以形成PMOS晶体管为例，对本发明进行示意性说明。本实施例中，向所述半导体衬底100注入P型掺杂离子，比如硼离子。注入P型离子的能量、剂量以及角度可以根据工艺需要进行设置，在本实施例中不再详述。参考图6，向源、漏极140表面通入氧气等离子体，在源、漏极140表面形成阻挡氧化层150。在本实施例中，向源、漏极140表面通入氧气等离子体，所通入的氧气等离子体在源、漏极140表面与半导体衬底中的硅发生化学反应形成阻挡氧化层150，所述阻挡氧化层 150的材料是二氧化硅，所述阻挡氧化层150用于在后续退火激活源、漏极140的掺杂离子的过程中防止源、漏极140内的掺杂离子因为扩散而离开源、漏极140。因为侧墙130的材料是氮化硅，所以此步骤中，侧墙130表面不会形成阻挡氧化层150。此外，相邻MOS结构之间的隔离结构的表面的材料是二氧化硅，隔离结构表面也不会形成阻挡氧化层150。采用本实施例所提供的通入氧气等离子体的方法形成的阻挡氧化层150 —个好处就是所形成的阻挡氧化层150的厚度可以通过通入氧气等离子体的流量或/和时间进行控制，从而有利于后续退火工艺之后去除阻挡氧化层150。本实施例中，所述阻挡氧化层150的厚度范围为40-50埃。所述阻挡氧化层150 的厚度过大，会增加后续去除阻挡氧化层150的工艺的复杂度，不利于提高工艺效率，所述的阻挡氧化层150的厚度过小，可能会不足以阻挡源、漏极140的掺杂离子因为扩散而离开源、漏极140。发明人经过大量的实验研究发现，所述阻挡氧化层150可以阻挡源、漏极140 的掺杂离子因为扩散而离开源、漏极140的最小厚度在40-50埃的范围。同时，如果所形成的阻挡氧化层150的厚度不均勻，在后续去除阻挡氧化层150的过程中，可能会产生残留，或者为了全部去除阻挡氧化层150，而在部分区域产生过多的过刻蚀量，并因此造成半导体衬底100表面材料的损失。如果产生残留，可能会增加后续形成的导电插塞与源、漏极之间的电阻，甚至断路；如果造成半导体衬底100表面材料的损失， 可能会产生漏电流。为此，发明人进行了大量的实验研究，并发现通过调整工艺条件，可以得到厚度均勻的阻挡氧化层150。并在本发明的实施例中提供一组可以形成厚度均勻的阻挡氧化层 150的工艺条件压强为8-16mtorr，氧气等离子体的流量为80_120sccm，电压为负200-负 230V，沉积时间为25-40秒。优选地，形成阻挡氧化层150的工艺条件是压强为12mt0rr，氧气等离子体的流量为80sccm，电压为负215V，沉积时间为35秒。图7是采用本发明的实施例所提供的一组工艺条件下，在硅衬底表面生长得到的氧化层的厚度与测量位置的关系示意图，所述硅衬底的直径是200mm。发明人选取了 A、B、 (、0工4、6、!1、1，九个点测量所形成的氧化层的厚度，其中点4靠近圆心，？、6、!1、1点靠近圆周，B、C、D、E位于圆心和圆周之间，点A、B、C、D、E、F、G、H、I处的氧化层的厚度分别是
2.7nm、2. 9nm、2. 9nm、2. 9nm、2. 9nm、2. 7nm、2. 7nm、2. 7nm、2. 9nm,平均厚度为 2. 8nm,误差为
3.5%，所以可以认为所形成的氧化层是均勻的。请继续参考图6，形成所述阻挡氧化层150后，进行退火处理以激活源、漏140内的掺杂离子。所述退火处理的目的是激活源、漏极140的掺杂离子。本实施例中所述退火处理采用的快速热退火处理。所形成的阻挡氧化层150可以防止源、漏极140的掺杂离子在退火处理中扩散到半导体沉底100表面。因为采用退火处理激活掺杂离子的工艺已为本领域技术人员所熟知，故在此不再详述。参考图8，形成覆盖所述阻挡氧化层150和栅极结构的绝缘介质层160。本实例中，所述绝缘介质层160的材料是高掺杂的含磷的硅玻璃，所掺的离子可根据需要进行调节。高掺杂的含磷的硅玻璃相对于二氧化硅和氮化硅来说，有比较高的干法蚀刻选择比，所以在后续去除绝缘介质层160的步骤中，不会损伤MOS管之间的隔离结构以及侧墙130。参考图9，在所述绝缘介质层160表面形成具有开口 200的掩膜层170，所述开口200的位置与源、漏极140的位置相对应，且所述开口 200的宽度大于源、漏极140的宽度。本实施例中，所述掩膜层170的是光刻胶层，在其他实施例中，掩膜层170也可以由其他材料形成。参考图10，采用干法刻蚀工艺沿所述开口 200刻蚀所述绝缘介质层160，直至暴露所述阻挡氧化层150以及部分侧墙130。本实施例中，所述绝缘介质层160的材料是高掺杂的含磷的硅玻璃，侧墙130的材料是二氧化硅或者氮化硅，或者二氧化硅与氮化硅的混合物。因为所述干法刻蚀工艺对绝缘介质层160及二氧化硅、氮化硅的刻蚀选择比高，所以在本步刻蚀中，不会损伤侧墙130。 所以如图10所示，在所述开口 200的位置与源、漏极140以及部分侧墙130正对的情况下， 所述刻蚀工艺可以停止在侧墙130和阻挡氧化层150的表面。参考图11，去除所暴露的阻挡氧化层150，形成通孔180。作为一个实施例，采用刻蚀工艺去除所暴露的阻挡氧化层150。比如选择各向异性的干法刻蚀工艺。如图11所示，本实施例中，所形成的通孔180会暴露部分侧墙，在这种情况下，因为阻挡氧化层的厚度很小，所以去除阻挡氧化层的工艺对侧墙130造成的影响可以忽略， 并且因为阻挡氧化层的厚度远小于现有技术中所形成的阻挡氧化层的厚度，所以同时可以提高去除阻挡氧化层的效率。参考图12，形成填充满所述通孔180的导电插塞190。可选地，形成所述导电插塞190的步骤还包括在所述通孔180底部形成金属硅化物层(未示出)，所述金属硅化物层的金属材料是钛。所述金属硅化物层可以减小导电插塞与源、漏极140之间的电阻。本步骤还包括去除绝缘介质层160表面的掩膜层。综上，本发明的技术方案先向所述源、漏极表面通入氧气等离子体，所述氧气等离子体与半导体衬底材料发生反应，在源、漏极表面形成阻挡氧化层，所形成的阻挡氧化层的厚度小，所以在后续工艺中容易去除，并且不容易损伤侧墙，因此通过本发明的技术方案提高了工艺效率，以及提高所形成的器件的性能；进一步，本发明的技术方案在形成阻挡氧化层后进行退火激活源、漏极的掺杂离子，在退火过程中，所述阻挡氧化层阻挡源、漏极的掺杂离子扩散到半导体衬底表面，从而使得源、漏极的电阻值稳定。本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
权利要求
1.一种MOS器件形成方法，包括提供半导体衬底，所述半导体衬底表面形成有栅极结构，所述栅极结构包括侧墙；以所述栅极结构为掩膜，向栅极结构两侧的半导体衬底注入掺杂离子，形成源、漏极；其特征在于，还包括向源、漏极表面通入氧气等离子体，在源、漏极表面形成阻挡氧化层，然后进行退火处理，所述退火处理激活源、漏区的掺杂离子；形成覆盖所述阻挡氧化层和栅极结构的绝缘介质层；在所述绝缘介质层表面形成具有开口的掩膜层，所述开口的位置与源、漏极的位置相对应；沿所述开口去除所述绝缘介质层，直至暴露所述阻挡氧化层；去除所暴露的阻挡氧化层，形成暴露源、漏极的通孔，所述通孔还暴露部分侧墙；形成填充满所述通孔的导电插塞。
2.依据权利要求1所述的MOS器件形成方法，其特征在于，形成所述阻挡氧化层的工艺条件为压强是8-16mtorr，氧气等离子体的流量是80-120sccm，电压是负200-负230V，沉积时间是25-40秒。
3.依据权利要求1所述的MOS器件形成方法，其特征在于，所形成的阻挡氧化层的厚度是40-50埃。
4.依据权利要求1所述的MOS器件形成方法，其特征在于，采用干法刻蚀的方法去除所述阻挡氧化层。
5.依据权利要求1所述的MOS器件形成方法，其特征在于，所述绝缘介质层的材料是高掺杂的含磷的硅玻璃。
6.依据权利要求1所述的MOS器件形成方法，其特征在于，所述栅极结构还包括栅极， 且所述侧墙形成在栅极两侧。
7.依据权利要求1所述的MOS器件形成方法，其特征在于，形成导电插塞的步骤还包括在通孔底部形成金属硅化物层，所述金属硅化物层的金属材料是钛。
全文摘要
一种MOS器件形成方法，包括提供半导体衬底，所述半导体衬底表面形成有包括侧墙的栅极结构；以所述栅极结构为掩膜，向栅极结构两侧的半导体衬底注入掺杂离子，形成源、漏极；向源、漏极表面通入氧气等离子体，在源、漏极表面形成阻挡氧化层；形成所述阻挡氧化层后，进行退火处理以激活掺杂离子；形成覆盖所述阻挡氧化层和栅极结构的绝缘介质层；在所述绝缘介质层表面形成具有开口的掩膜层，所述开口的位置与源、漏极的位置相对应；沿所述开口去除所述绝缘介质层，直至暴露所述阻挡氧化层；去除所暴露的阻挡氧化层，形成暴露源、漏极以及部分侧墙的通孔；形成填充满所述通孔的导电插塞。本发明提供的方法提高了MOS器件的性能和生产效率。
文档编号H01L21/336GK102332401SQ20111021352
公开日2012年1月25日 申请日期2011年7月28日 优先权日2011年7月28日
发明者时廷, 肖海波 申请人:上海宏力半导体制造有限公司