半导体结构及其形成方法_2

文档序号:9580620阅读:来源:国知局
导体材料,所述半导 体衬底100可W是体材料,也可W是复合结构如绝缘体上娃。本领域的技术人员可W根据 半导体衬底100上形成的半导体器件选择所述半导体衬底100的类型,因此所述半导体衬 底100的类型不应限制本发明的保护范围。本实施例中,所述半导体衬底100为单晶娃衬 底。
[0036] 本实施例中,所述半导体衬底100包括第一区域I和第二区域II,所述半导体衬底 100内还形成有位于所述第一区域I和第二区域II之间的浅沟槽隔离结构101,所述第一 区域I和第二区域II之间通过浅沟槽隔离结构101隔离。后续分别在第一区域I和第二 区域II上各形成一个晶体管。在本发明的其他实施例中,所述半导体衬底100也可W包括 一个或多个区域。
[0037] 请参考图2,形成覆盖部分半导体衬底100表面的栅极结构,所述栅极结构包括覆 盖部分第一区域I的第一栅极结构110和覆盖部分第二区域II的第二栅极结构120。
[0038] 本实施例中,所述第一栅极结构110包括位于半导体衬底100表面的第一栅介质 层111、位于所述第一栅介质层111表面的第一栅极112 ;所述第二栅极结构120包括位 于半导体衬底100表面的第二栅介质层121、位于所述第二栅介质层121表面的第二栅极 122。所述第一栅极112和第二栅极122的材料相同,可W是多晶娃,也可W是铅、鹤、铁、氮 化铁、粗或碳化粗等栅极金属材料,所述第一栅介质层111和第二栅介质层121的材料可W 是氧化娃,也可W是氧化给、氧化铅、氧化铅、娃氧化给或娃氧化铅等高K介质材料。所述第 一栅极结构110作为第一区域I上待形成的晶体管的栅极结构,所述第二栅极结构120作 为第二区域II上待形成的晶体管的栅极结构。本实施例中,所述第一栅介质层111和第二 栅介质层121的材料为氧化娃,所述第一栅极112和第二栅极122的材料为多晶娃。
[0039] 本发明的其他实施例中,所述第一栅极结构110和第二栅极结构120为伪栅结构。 所述第一区域I上形成的第一栅极结构110包括位于半导体衬底100表面的第一伪栅介质 层111和位于所述第一伪栅介质层111表面的第一伪栅极112,所述第二区域II上形成的 第二栅极结构120包括位于半导体衬底100表面的第二伪栅介质层121和位于所述第二伪 栅介质层121表面的第二伪栅极122。所述第一伪栅介质层111和第二伪栅介质层121的 材料为氧化娃,所述第一伪栅极112和第二伪栅极122的材料为多晶娃,后续采用后栅工 艺,形成金属栅极结构W取代所述第一栅极结构110和第二栅极结构120。
[0040] 在本发明的其他实施例中,本实施例中,W在第一区域I和第二区域II上分别形 成一个晶体管为示例,所W,第一区域I上仅形成一个第一栅极结构110,第二区域II上仅 形成一个第二栅极结构120。在本发明的其他实施例中,可W在第一区域I上形成一个W上 的第一栅极结构,在第二区域II上形成一个W上的第二栅极结构。
[0041] 形成所述第一栅极结构110和第二栅极结构120的方法包括;在所述半导体衬底 100和浅沟槽隔离结构101表面依次形成栅介质材料层和位于所述栅介质材料层表面的栅 极材料层;刻蚀所述栅极材料层和栅介质材料层,形成位于第一区域I的第一栅极结构110 和第二区域II上的第二栅极结构120。
[0042] 请参考图3,对所述半导体衬底100、第一栅极结构110和第二栅极结构120表面 进行氧化处理,形成修复层130。
[0043] 所述修复层130可W采用热氧化工艺形成,用于修复所述第一栅极结构110、第二 栅极结构120和半导体衬底100表面的损伤。
[0044] 在本发明的其他实施例中,也可W不形成所述修复层。
[0045] 请参考图4,在所述栅极结构两侧的半导体衬底100内分别形成源极和漏极,所述 源极和漏极包括:分别位于第一栅极结构110两侧的第一区域I内的第一源极113和第一 漏极114,分别位于第二栅极结构120两侧的第二区域II内的第二源极123和第二漏极 124。
[0046] 可W采用离子注入工艺分别对第一栅极结构110两侧的第一区域I和第二栅极结 构120两侧的第二区域II进行渗杂离子注入,形成源极和漏极。本实施例中,在所述第一 区域I上形成N型场效应晶体管,在第二区域II上形成P型场效应晶体管,所W,对第一栅 极结构110两侧的第一区域I内进行N型离子注入,对第二栅极结构120两侧的第二区域 II内进行P型离子注入。
[0047] 在本发明的其他实施例中,还可W在所述第一栅极结构110两侧的第一区域I和 第二栅极结构120两侧的第二区域II内形成凹槽之后,在所述第一区域I内的凹槽内填充 N型渗杂的第一应力层,作为第一源极和第一漏极;在所述第二区域II内的凹槽内填充P 型渗杂的第二应力层,作为第二源极和第二漏极。所述第一应力层可W对第一栅极结构110 下方的半导体衬底100施加张应力,提高第一区域I上形成的场效应晶体管的电子的迁移 率,从而提高形成的晶体管的性能,所述第一应力层的材料可W是SiC;所述第二应力层可 W对第二栅极结构120下方的半导体衬底100施加压应力,提高第二区域II上形成的场效 应晶体管的空穴的迁移率,从而提高形成的晶体管的性能,所述第二应力层的材料可W是 SiGe 或 Ge。
[0048] 请参考图5,在所述半导体衬底100上形成介质层200,所述介质层200的表面高 于第一栅极结构110和第二栅极结构120的顶部表面;在所述介质层200内形成通孔201, 所述通孔201暴露出源极和漏极的表面。
[0049] 所述介质层200的材料为氧化娃、氮氧化娃、碳氧化娃、多空氧化娃、渗测氧化娃、 渗磯氧化娃等绝缘介质材料。本实施例中,所述介质层200的材料为低K介质材料,可W降 低晶体管的寄生电容。
[0050] 所述介质层200的形成方法包括;采用常压化学气相沉积工艺、等离子体增强化 学气相沉积工艺或可流动性化学气相沉积工艺等沉积工艺形成介质材料层,所述介质材料 层覆盖半导体衬底100及第一栅极结构110和第二栅极结构120 ;对所述介质材料层表面 进行平坦化,形成表面平坦的介质层200,使所述介质层200的表面高于第一栅极结构110 和第二栅极结构120的顶部表面。
[0051] 形成所述介质层200之后,在所述介质层200表面形成具有开口的图形化掩膜层, 所述图形化掩膜层的开口位置和尺寸定义了后续在介质层200内形成的通孔201的位置和 尺寸。所述图形化掩膜层的材料可W是光刻胶、氮化娃、无定形碳等掩膜材料。本实施例中, 所述图形化掩膜层的材料为光刻胶,具体的,在所述介质层200表面形成光刻胶层后,对所 述光刻胶层进行曝光显影,形成图形化掩膜层。
[0052] 然后,W所述图形化掩膜层为掩膜,采用干法刻蚀工艺刻蚀所述介质层200,在所 述介质层200内形成若干通孔201,所述通孔201分别位于第一源极113、第一漏极114、第 二源极123和第二漏极124表面。由于本实施例中,在所述半导体衬底100表面形成有修复 层130,可W在刻蚀介质层200之后继续刻蚀所述修复层130至半导体衬底100表面,暴露 出源极和漏极的表面。本实施例中,在刻蚀所述介质层200至修复层130表面后,停止刻蚀, 然后通过湿法清洗工艺去除所述通孔201底部的修复层130,暴露出源极和漏极的表面,采 用湿法清洗工艺去除所述源极和漏极表面的修复层130,可W避免对源极、漏极表面造成损 伤,并且所述湿法清洗工艺还可W去除半导体衬底100 W及介质层200上的其他工艺步骤 中的残留物和杂质,有利于提高后续在源极和漏极表面形成的氧化层的质量。所述湿法清 洗的清洗溶液可W是氨氣酸溶液。
[0053] 请参考图6,在所述通孔201底部的源极和漏极表面形成氧化层202。
[0054] 所述氧化层202的厚度为6 A~10 A,所述氧化层202的材料为氧化娃。可W采 用沉积工艺或氧化工艺形成所述氧化层202。
[00巧]本实施例中,采用湿法氧化工艺形成所述氧化层202。所述湿法氧化工艺采用的 氧化溶液可W为莫氧的水溶液或氨氧化倭与过氧化氨的混合水溶液。所述氧化溶液具有一 定的氧化性能,能够使第一源极113、第一漏极114、第二源极123和第二漏极124的表面发 生氧化,形成氧化层202。由于所述湿法氧化工艺的氧化剂浓度易于控制,从而可W对氧化 速率进行较为准确的控制。本实施例中,采用莫氧溶液进行所述湿法氧化,其中莫氧溶液中 的〇3的浓度为0. 5mg/L~4mg/l,所述〇3浓度较低,对源极和漏极表面的氧化速率较低。并 且,在所述氧化层202的厚度到达一定厚度后,所述氧化层202能够阻挡氧化溶液渗透进入 氧化层202与源极、漏极交界面,对源极、漏极表面进行进一步的氧化,从而使得所述氧化 层202的厚度不会再增加。
[0056] 在本发明的其他实施中,所述氧化溶液
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