《偏移侧墙及晶体管的形成方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《偏移侧墙及晶体管的形成方法.pdf（12页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201310382850.8(22)申请日 2013.08.28H01L 21/336(2006.01)H01L 21/28(2006.01)(71)申请人中芯国际集成电路制造（上海）有限公司地址 201203 上海市浦东新区张江路18号(72)发明人张海洋 王冬江(74)专利代理机构北京集佳知识产权代理有限公司 11227代理人骆苏华(54) 发明名称偏移侧墙及晶体管的形成方法(57) 摘要一种偏移侧墙及晶体管的形成方法，其中偏移侧墙的形成方法包括：提供基底；在所述基底上形成多晶硅栅极；氧化所述多晶硅栅极的侧壁形成偏移侧墙。本发明提供的。
2、方法可以在栅极侧壁形成厚度均匀的偏移侧墙。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书5页 附图4页(10)申请公布号 CN 104425272 A(43)申请公布日 2015.03.18CN 104425272 A1/2页21.一种偏移侧墙的形成方法，其特征在于，包括：提供基底；在所述基底上形成多晶硅栅极；氧化所述多晶硅栅极的侧壁形成偏移侧墙。2.如权利要求1所述的偏移侧墙的形成方法，其特征在于，形成所述多晶硅栅极的方法包括：在所述基底上形成多晶硅层；在所述多晶硅层上形成图形化的光刻胶，所述图形化的光刻胶定义多晶硅栅极的位置；以所述图形。
3、化的光刻胶为掩膜，刻蚀所述多晶硅层，形成多晶硅栅极。3.如权利要求2所述的偏移侧墙的形成方法，其特征在于，形成多晶硅栅极后，使用自由基氧化或热氧化法氧化所述多晶硅栅极的侧壁，然后去除所述图形化的光刻胶。4.如权利要求3所述的偏移侧墙的形成方法，其特征在于，使用自由基氧化法氧化所述多晶硅栅极的侧壁的方法包括：将形成有多晶硅栅极的基底放入反应腔内；在所述反应腔内通入O2和H2，并在所述反应腔内施加电压，使O2产生氧自由基；在所述基底上施加偏置电压，使所述氧自由基与所述多晶硅栅极侧壁发生反应，在所述多晶硅栅极侧壁形成偏移侧墙。5.如权利要求4所述的偏移侧墙的形成方法，其特征在于，所述反应腔内的温度为。
4、500-1000，所述O2的体积分数为10%-60%。6.如权利要求1或3所述的偏移侧墙的形成方法，其特征在于，所述偏移侧墙的厚度为4-10nm。7.如权利要求2所述的偏移侧墙的形成方法，其特征在于，在所述基底上形成多晶硅层前，在所述基底上由下至上依次形成有高k介质层和用于保护所述高k介质层的保护层。8.如权利要求7所述的偏移侧墙的形成方法，其特征在于，以所述图形化的光刻胶为掩膜，刻蚀所述多晶硅层时，所述刻蚀停止于所述多晶硅层下表面或保护层中，形成偏移侧墙后，使用湿法刻蚀去除暴露的保护层和高k介质层。9.如权利要求7所述的偏移侧墙的形成方法，其特征在于，以所述图形化的光刻胶为掩膜，刻蚀所述多晶。
5、硅层时，所述刻蚀停止于高k介质层中，形成偏移侧墙后，使用湿法刻蚀去除暴露的高k介质层。10.如权利要求2所述的偏移侧墙的形成方法，其特征在于，在所述基底上形成多晶硅层前，在所述基底上形成第一氧化硅层，所述多晶硅层形成于所述第一氧化硅层上。11.如权利要求2所述的偏移侧墙的形成方法，其特征在于，在所述多晶硅层上形成图形化的光刻胶前，在所述多晶硅层上形成硬掩膜层，所述图形化的光刻胶形成在所述硬掩膜层上。12.如权利要求11所述的偏移侧墙的形成方法，其特征在于，在所述硬掩膜层上形成图形化的光刻胶前，在所述硬掩膜层上由下至上依次形成有无定形碳、第二氧化硅层和抗反射层。13.如权利要求12所述的偏移侧墙。
6、的形成方法，其特征在于，所述抗反射层为含硅抗权 利 要 求 书CN 104425272 A2/2页3反射层。14.如权利要求7所述的偏移侧墙的形成方法，其特征在于，所述高k介质层的材料为HfSiON、HfO2、HfSiO、HfTaO、HfTiO、HfZrO、Al2O3、La2O3、ZrO2、或LaAlO。15.如权利要求7所述的偏移侧墙的形成方法，其特征在于，所述保护层的材料为TaN或TiN。16.如权利要求11所述的偏移侧墙的形成方法，其特征在于，所述硬掩膜层的材料为氮化硅或氮氧化硅。17.一种晶体管的形成方法，其特征在于，包括：使用1-16任一所述的方法形成偏移侧墙。权 利 要 求 书CN。
7、 104425272 A1/5页4偏移侧墙及晶体管的形成方法技术领域0001 本发明涉及半导体领域，特别涉及到一种偏移侧墙的形成方法及包括该偏移侧墙的晶体管的形成方法。背景技术0002 在半导体制作过程中，常采用离子注入以形成源极和漏极，在执行离子注入工艺之后，需要进行退火，使得注入的离子在半导体衬底内进一步向更深更广方向扩散，并且分布的更均匀，而且还可以修复在离子注入过程中对半导体衬底带来的损伤。0003 但随着器件尺寸的下降，源极区和漏极区之间的导电沟道已经很短，这样如果按照传统工艺在LDD之后要进行退火，可能使得源极和漏极穿通，从而就会导致器件性能不合格。0004 现有技术中，在进行LD。
8、D之前，形成环绕栅极的偏移侧墙（spacer），以防止更大剂量的离子注入过于接近沟道，可以防止源极和漏极穿通。0005 现有技术中，形成所述偏移侧墙的方法包括：0006 参考图1，提供基底1，在所述基底1上形成栅极2。0007 参考图2，使用化学气相沉积、物理气相沉积或原子层沉积，在所述基底1和栅极2上表面，以及所述栅极2的侧壁形成偏移侧墙3。0008 随着器件关键尺寸的减小，使用化学气相沉积、物理气相沉积或原子层沉积形成的偏移侧墙3的厚度不均匀，这会影响后续的离子注入工艺。发明内容0009 本发明解决的问题是现有技术中，偏移侧墙的厚度很不均匀。0010 为解决上述问题，本发明提供一种偏移侧墙。
9、的形成方法，包括：提供基底；在所述基底上形成多晶硅栅极；氧化所述多晶硅栅极的侧壁形成偏移侧墙。0011 可选的，形成所述多晶硅栅极的方法包括：在所述基底上形成多晶硅层；在所述多晶硅层上形成图形化的光刻胶，所述图形化的光刻胶定义多晶硅栅极的位置；以所述图形化的光刻胶为掩膜，刻蚀所述多晶硅层，形成多晶硅栅极。0012 可选的，形成多晶硅栅极后，使用自由基氧化或热氧化法氧化所述多晶硅栅极的侧壁，然后去除所述图形化的光刻胶。0013 可选的，使用自由基氧化法氧化所述多晶硅栅极的侧壁的方法包括：将形成有多晶硅栅极的基底放入反应腔内；在所述反应腔内通入O2和H2，并在所述反应腔内施加电压，使O2产生氧自由。
10、基；在所述基底上施加偏置电压，使所述氧自由基与所述多晶硅栅极侧壁发生反应，在所述多晶硅栅极侧壁形成偏移侧墙。0014 可选的，所述反应腔内的温度为500-1000，所述O2的体积分数为10%-60%。0015 可选的，所述偏移侧墙的厚度为4-10nm。0016 可选的，在所述基底上形成多晶硅层前，在所述基底上由下至上依次形成有高k说 明 书CN 104425272 A2/5页5介质层和用于保护所述高k介质层的保护层。0017 可选的，以所述图形化的光刻胶为掩膜，刻蚀所述多晶硅层时，所述刻蚀停止于所述多晶硅层下表面或保护层中，形成偏移侧墙后，使用湿法刻蚀去除暴露的保护层和高k介质层。0018 可。
11、选的，以所述图形化的光刻胶为掩膜，刻蚀所述多晶硅层时，所述刻蚀停止于高k介质层中，形成偏移侧墙后，使用湿法刻蚀去除暴露的高k介质层。0019 可选的，在所述基底上形成多晶硅层前，在所述基底上形成第一氧化硅层，所述多晶硅层形成于所述第一氧化硅层上。0020 可选的，在所述多晶硅层上形成图形化的光刻胶前，在所述多晶硅层上形成硬掩膜层，所述图形化的光刻胶形成在所述硬掩膜层上。0021 可选的，在所述硬掩膜层上形成图形化的光刻胶前，在所述硬掩膜层上由下至上依次形成有无定形碳、第二氧化硅层和抗反射层。0022 可选的，所述抗反射层为含硅抗反射层。0023 可选的，所述高k介质层的材料为HfSiON、Hf。
12、O2、HfSiO、HfTaO、HfTiO、HfZrO、Al2O3、La2O3、ZrO2、或LaAlO。0024 可选的，所述保护层的材料为TaN或TiN。0025 可选的，所述硬掩膜层的材料为氮化硅或氮氧化硅。0026 本发明还提供一种晶体管的形成方法，包括：使用上述方法形成偏移侧墙。0027 与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：0028 本技术方案通过氧化所述多晶硅栅极的侧壁形成氧化硅，所述氧化硅作为所述多晶硅栅极的偏移侧墙，避免了现有技术中通过使用化学气相沉积、物理气相沉积或原子层沉积来形成偏移侧墙，进而避免了偏移侧墙厚度不均匀的难题。0029 进一步，本技术方案采用自由基氧化法。
13、氧化所述多晶硅栅极的侧壁，由于自由基氧化法可以精确控制氧化层的厚度，因此可以得到尺寸精确，且厚度均匀的偏移侧墙。附图说 明0030 图1和图2是现有技术中偏移侧墙形成方法各制作阶段的剖面结构示意图；0031 图3至图12是本发明第一实施例的偏移侧墙形成方法各制作阶段的剖面结构示意图；0032 图13是本发明第二实施例的晶体管形成方法的剖面结构示意图。具体实施方式0033 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。0034 第一实施例0035 本实施例提供一种偏移侧墙的形成方法，包括：0036 参考图3，提供基底110。0037 在具体实施例。
14、中，所述基底110的材料可以为硅、硅锗、绝缘体上硅（silicon on insulator，简称SOI）等常规的半导体材料。说 明 书CN 104425272 A3/5页60038 参考图4，在所述基底110上形成第一氧化硅层120。0039 形成所述第一氧化硅层120的方法可以为：在所述基底110上沉积一层氧化硅作为所述第一氧化硅层120。0040 在其他实施例中，也可以通过热氧化所述基底110形成第一氧化硅层120。0041 形成所述第一氧化硅层120的作用是保护所述基底110在后续刻蚀工艺中不受损伤和污染。0042 参考图5，在所述第一氧化硅层120上由下至上依次形成有高k介质层131。
15、和用于保护所述高k介质层131的保护层132。0043 形成高k介质层131可以提高多晶硅栅极与沟道区之间的电容值，有效降低晶体管的阈值电压和提高驱动电流。0044 但由于高k介质层131在空气中容易被氧化而降低其性能，所以一般还需要在所述高k介质层131上形成保护层132，以防止高k介质层131性能的降低。0045 在具体实施例中，所述高k介质层131的材料为HfSiON、HfO2、HfSiO、HfTaO、HfTiO、HfZrO、Al2O3、La2O3、ZrO2、或LaAlO。所述保护层132的材料为TaN或TiN。0046 参考图6，在所述保护层132上形成多晶硅层140。0047 形成所。
16、述多晶硅层140的方法可以为沉积法。0048 参考图7，在所述多晶硅层140上形成有硬掩膜层150。0049 所述硬掩膜层150的作用是先将图形化的光刻胶中的图形转移至硬掩膜层150中，然后以图形化的硬掩膜层为掩膜刻蚀所述多晶硅层140。一方面可以提高图形化的光刻胶中的图形的转移精度；另一方面，由于图形化的光刻胶容易在刻蚀所述多晶硅层140时被消耗，导致多晶硅层140还未被完全图形化，所述图形化的光刻胶就已经被消耗完，无法完成多晶硅层140的图形化。刻蚀所述多晶硅层140时，所述多晶硅层140一般与硬掩膜层150具有较高的刻蚀选择比，可以顺利完成多晶硅层140的图形化。0050 所述硬掩膜层1。
17、50的材料为氮化硅、氮氧化硅、氧化硅或本领域所熟知的其他材料。0051 参考图8，在所述硬掩膜层150上形成图形化的光刻胶160，所述图形化的光刻胶160定义多晶硅栅极的位置。0052 在其他实施例中，在所述硬掩膜层150上形成图形化的光刻胶160之前，先在所述硬掩膜层150上形成抗反射层，图形化的光刻胶160形成在所述抗反射层上。0053 所述抗反射层用于减小曝光过程中产生的反射，以提高精细图案的转移效果。为了增加曝光过程中曝光景深（DOF），实现光刻胶的均匀曝光，所述抗反射层可以为含Si抗反射层（Si-ARC）。0054 在其他实施例中，在所述硬掩膜层150上形成抗反射层前，先在所述硬掩膜。
18、层150上由下至上依次形成无定形碳和第二氧化硅层，所述抗反射层形成在所述第二氧化硅层上，以进一步提高形成的多晶硅栅极的形貌。0055 参考图9，以所述图形化的光刻胶160为掩膜，刻蚀所述硬掩膜层150和所述多晶硅层140，形成图形化的硬掩膜层151和多晶硅栅极141。0056 刻蚀停止在所述多晶硅层140下表面。刻蚀所述硬掩膜层150的方法可以为等离子体刻蚀，等离子体的气源为N2和O2。说 明 书CN 104425272 A4/5页70057 在具体实施例中，可以采用CCl4等离子体刻蚀所述多晶硅层140。0058 在其他实施例中，刻蚀也可以停止于所述保护层132中，可以防止后续氧化所述多晶硅。
19、栅极141的侧壁时，也氧化所述高k介质层131。0059 在其他实施例中，刻蚀也可以停止于高k介质层131中。0060 参考图10，氧化所述多晶硅栅极141的侧壁形成偏移侧墙142。0061 氧化所述多晶硅栅极141的方法为自由基氧化。0062 进行自由基氧化的方法包括：0063 将形成有多晶硅栅极141的基底110放入反应腔内；0064 在所述反应腔内通入O2和H2，并在所述反应腔内施加电压，使O2产生氧自由基；0065 在所述基底110上施加偏置电压，使所述氧自由基与所述多晶硅栅极141侧壁发生反应，在所述多晶硅栅极141侧壁形成氧化层，所述氧化层为所述偏移侧墙142。0066 其中，反应。
20、腔内的温度为500-1000，所述O2的体积分数为10%-60%。通过控制反应的时间、反应腔内的温度以及O2的体积分数，可以精确控制所述多晶硅栅极141侧壁形成的氧化层的厚度。0067 H2的作用是使O2在反应腔内分布均匀，在所述多晶硅栅极141侧壁形成厚度均匀的氧化层。0068 在具体实施例中，所述偏移侧墙的厚度为4-10nm。0069 在自由基氧化过程中，所述图形化的光刻胶160和图形化的硬掩膜层151保护了所述多晶硅栅极141的上表面，使其不会被氧化。0070 由于氧化所述多晶硅栅极141的侧壁形成偏移侧墙142时，会消耗多晶硅栅极141，使其尺寸减小，所以所述图形化的光刻胶160定义的。
21、尺寸应大于最终得到的多晶硅栅极141的尺寸。0071 所述保护层132和高k介质层131也起到了保护所述基底110的作用，使其不被氧化。0072 本技术方案通过氧化所述多晶硅栅极141的侧壁形成氧化硅，所述氧化硅作为所述多晶硅栅极141的偏移侧墙142，避免了现有技术中通过使用化学气相沉积、物理气相沉积或原子层沉积来形成偏移侧墙，进而避免了偏移侧墙厚度不均匀的难题。0073 由于采用自由基氧化法氧化所述多晶硅栅极141的侧壁，由于自由基氧化法可以精确控制氧化层的厚度，因此可以得到尺寸精确，且厚度均匀的偏移侧墙142。0074 在其他实施例中，也可以使用热氧化等方法氧化所述多晶硅栅极141的侧壁。
22、形成偏移侧墙142。0075 参考图11，使用湿法刻蚀去除暴露的保护层132和高k介质层131，形成图形化的保护层133和图形化的高k介质层134。0076 使用湿法刻蚀，由于刻蚀速率比较慢，使得刻蚀容易控制，不会因为过刻蚀而损伤基底110。0077 参考图12，去除所述图形化的光刻胶160和图形化的硬掩膜层151。0078 以上以形成有第一氧化硅层120、高k介质层131和保护层132为例对所述偏移侧墙142的形成方法进行描述，在其他实施例中，也可以不形成第一氧化硅层120和高k介质层131中的一种。如果不形成高k介质层131，也可以不形成所述保护层132。说 明 书CN 104425272。
23、 A5/5页80079 以上以形成硬掩膜层150为例，对所述偏移侧墙的形成方法进行描述，在其他实施例中，也可以不形成硬掩膜层150。0080 第二实施例0081 本实施例提供一种晶体管的形成方法，包括：0082 按照第一实施例的方法形成偏移侧墙142；0083 然后，参考图13，在多晶硅栅极141两侧的基底110中形成源极S和漏极D。0084 形成所述源极S和漏极D的方法为离子注入或热扩散。0085 虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。说 明 书CN 104425272 A1/4页9图1图2图3图4说 明 书 附 图CN 104425272 A2/4页10图5图6图7说 明 书 附 图CN 104425272 A10。