半导体器件及其制造方法_2

文档序号:9647802阅读:来源:国知局
要指出的是,各个附图并未严格按 照比例绘制,仅用于说明各个部件之间的相对位置关系,而并非用于限定其绝对位置。
[002引参照图IA W及图1B,形成沿第一方向延伸的多个鶴片结构,其中第一方向为未来 器件沟道区延伸方向。提供衬底1,衬底1依照器件用途需要而合理选择,可包括单晶体娃 (Si)、单晶体错(Ge)、应变娃(Strained Si)、错娃(SiGe),或是化合物半导体材料,例如 氮化嫁(GaN)、神化嫁(GaAs)、磯化钢(InP)、錬化钢(In訊),W及碳基半导体例如石墨帰、 SiC、碳纳管等等。出于与CMOS工艺兼容的考虑,衬底1优选地为体Si或SOI。光刻/刻蚀 衬底1,在衬底1中形成多个沿第一方向平行分布的沟槽IG W及沟槽IG之间剩余的衬底1 材料所构成的鶴片1F。沟槽IG的深宽比优选地大于5:1。在鶴片IF之间的沟槽IG中通 过PECVD、皿PCVD、RTO (快速热氧化)、旋涂、FIowCVD等工艺沉积填充材质例如为氧化娃、 氮氧化娃、氨氧化娃、有机物等的绝缘隔离介质层,从而构成了浅沟槽隔离(STI) 2。
[0027] 参照图2A W及图2B,在鶴片IF上形成假栅极堆叠结构3/4 W及栅极侧墙5。在 晶片衬底上沉积假栅极绝缘层3和假栅极层4。通过LPCVD、阳CVD、皿PCVD、RTO、MBE、ALD、 M0CVD、蒸发、瓣射等常规方法,依次在衬底1上沉积假栅极绝缘层3和假栅极层4,使得假栅 极绝缘层3覆盖了 STI2的顶部、鶴片IF顶部和侧壁,假栅极层4覆盖假栅极绝缘层3。假 栅极绝缘层3厚度例如仅1~5nm并优选1~3nm,其材质例如是氧化娃。假栅极层4材质 例如是多晶娃、非晶娃、非晶错、非晶碳、SiGe、Si:C及其组合,其厚度例如为20~500皿。 此外,W上各层的厚度不必按照图示的比例,而是根据具体的器件尺寸W及电学性能需求 而合理设定。随后,平坦化假栅极层4 W消除鶴片IF顶部处的突起,避免线条在后续刻蚀 过程中失真。例如,采用化学机械抛光(CM巧或者回刻(etch-back)技术,平坦化假栅极层 4,消除顶部的突起。之后,图案化假栅极层4和假栅极绝缘层3,形成假栅极堆叠。可W在 假栅极层4上涂覆光刻胶形成软掩模、或者沉积并刻蚀形成氮化娃等材质的硬掩模(均未 示出),W软/硬掩模为掩模,刻蚀假栅极层4和假栅极绝缘层3,形成沿第二方向延伸的假 栅极堆叠4/3。其中,刻蚀可W是湿法刻蚀,例如采用TMAH针对娃材质的假栅极层4、稀释 的缓释刻蚀剂(地O巧或者稀释氨氣酸(地巧针对氧化娃材质的假栅极绝缘层3 ;刻蚀也可 W是干法刻蚀,例如采用等离子体刻蚀、反应离子刻蚀巧IE),刻蚀气体可W是碳氣基气体、 氯基气体,并且可W增加氧气等氧化性气体W及惰性气体W调节刻蚀速率。接着,在假栅极 堆叠4/3沿第一方向的两侧形成栅极侧墙5。在假栅极堆叠上,通过LPCVD、PECVD、皿PCVD、 MOCVD、MBE、ALD等方法沉积氮化娃、非晶碳、DLC等材料及其组合,并采用湿法或者干法刻 蚀,形成栅极侧墙5。在本发明一个实施例中,刻蚀方法是RIE。
[002引参照图3A和图3B所示,在栅极侧墙5两侧形成源漏区1S/1D。例如,W栅极侧墙 5为掩模,刻蚀鶴片IF形成源漏沟槽(未示出),并在源漏沟槽中外延生长形成抬升的源漏 区IS与1D。在本发明一个实施例中,采用各向异性的刻蚀方法沿栅极侧墙5的两侧向下 刻蚀鶴片1F,直至抵达鶴片IF与衬底1之间的界面,也即STI2的顶部,形成具有垂直侧壁 的源漏区凹槽(未示出)。在本发明的其他实施例中,可W继续采用各向同性的刻蚀方法 横向刻蚀源漏区凹槽的垂直侧壁,在鶴片IF的顶部的侧面W及下方形成朝向沟道区凹进 的源漏区凹槽,优选地互相穿通从而使得鶴片IF的顶部部分地或者完全与衬底1分离,从 而提供良好绝缘隔离。横向凹进的源漏区凹槽的截面形状依照需要可W是2形(多段折 线构成)、梯形、倒梯形、H角形、D形(曲面的一半,曲面例如为圆球面、楠圆球面、双曲面、 马鞍面等等)、C形(曲面的大部分,超过曲面的一半,其中曲面例如为圆球面、楠圆球面、 双曲面、马鞍面等等)、矩形等。在上述形成的垂直或者具有凹进部分的源漏沟槽中,通过 UHVCVD、M0CVD、ALD、MBE、常压外延等外延生长工艺,在上述源漏凹槽中外延生长了嵌入式 的源漏区IS和1D,源漏区1S/1D之间(沿第一方向)的鶴片IF的顶部稍后将用于制造器 件的例如Ge材料的沟道区。源漏区1S/1D的材质优选与Ge材料具有不同晶格常数的材料。 对于PMOS而言,源漏区1S/1D可W是SiGe、SiSn、GeSn、Si等及其组合,从而向沟道区施加 压应力,提高空穴迁移率;而对于NMOS而言,源漏区1S/1D可W是Si:C、Si:H、SiGe:C、Si 等及其组合,从而向沟道区施加张应力,提高电子迁移率。其中,如图2B所示,源漏区IS/ID 顶部高于鶴片IF的沟道区(因此构成提升源漏,可W有效降低接触电阻)并且低于假栅极 层4的顶部,送种配置仅出于示意目的,因此顶部高度差可W任意设定。优选地,在外延生 长源漏区的同时可W进行原位渗杂,W改变源漏区导电类型和浓度。此外,可W在外延生长 之后进行源漏离子注入。渗杂方法为外延之后的离子注入、多角度离子注入,等离子体渗 杂,分子层或者原子层沉积渗杂。渗杂深度可W是包覆源漏鶴片的表面渗杂,也可W是体渗 杂。依照MOS阳T类型而调整源漏区的导电类型,例如对于NMOS而言渗杂磯P、神As、錬訊 等,对于PMOS而言渗杂测B、铅A1、嫁Ga、钢In等。随后可W退火W激活上述各种渗杂剂。 优选地,在源漏区顶部形成金属娃化物W降低源漏接触电阻。
[0029] 参照图4A和图4B,在晶片衬底上形成层间介质层(ILD) 6 W及栅极沟槽6G。ILD6 的材质例如是氧化娃、氮氧化娃或低k材料,低k材料包括但不限于有机低k材料(例如含 芳基或者多元环的有机聚合物)、无机低k材料(例如无定形碳氮薄膜、多晶测氮薄膜、氣 娃玻璃、BSG、PSG、BPSG)、多孔低k材料(例如二娃H氧焼(SS曲基多孔低k材料、多孔二 氧化娃、多孔SiOCH、渗C二氧化娃、渗F多孔无定形碳、多孔金刚石、多孔有机聚合物),形 成方法包括旋涂、喷涂、丝网印刷、CVD沉积等方法。采用刻蚀工艺去除假栅极堆叠4/3,在 ILD6中留下栅极沟槽6G。其中,刻蚀可W是湿法刻蚀,例如采用TMAH针对娃材质的假栅极 层4、稀释的缓释刻蚀剂(地犯)或者稀释氨氣酸(地巧针对氧化娃材质的假栅极绝缘层3 ; 刻蚀也可W是干法刻蚀,例如采用等离子体刻蚀、反应离子刻蚀巧IE),刻蚀气体可W是碳 氣基气体、氯基气体,并且可W增加氧气等氧化性气体W及惰性气体W调节刻蚀速率。在图 4所示刻蚀过程中,由于栅极侧墙5的保护,形成的栅极沟槽6G具有垂直侧壁,并且沟槽6G 的尺寸与栅极侧墙5的间距相等。
[0030] 参照图5A和图5B,通过栅极沟槽6G,进一步刻蚀去除鶴片结构IF的一部分,使得 剩余的鶴片结构IF的顶部低于STI2的顶部。针对鶴片IF的材质,可W选用湿法或者干法 刻蚀。对于娃材质的鶴片IF而言,可W选用TMAH、K0H湿法腐蚀,并调节温度和浓度,使得各 向异性刻蚀形成深宽比(AR)大于等于3:1的沟槽2T。也可W采用碳氣基、氯基气体等离子 体干法刻蚀,调整刻蚀气体比例使得各向异性刻蚀形成沟槽2T。优选地,沟槽2T底部距离 STI2顶部的距离至少为10~200nm并优选15~50nm。在本发明另一个实施例中,可W进 一步延长刻蚀时间或加大刻蚀速率,使得沟槽2T深入衬底1中(未示出),W便于通过长距 离的晶格生长减少错位而增强外延生长的质量。在本发明另一个实施例中,可W在各向异 性刻蚀形成
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