專(zhuān)利名稱(chēng)：去除間隙壁結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，特別涉及一種半導(dǎo)體器件間隙壁的制作方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件微型化、高密度化、高速化、高可靠化和系統(tǒng)集成化等需求的推動(dòng)下，半導(dǎo)體器件的最小特征關(guān)鍵尺寸也從最初的1毫米發(fā)展到現(xiàn)在的90納米或65納米，并且在未來(lái)的幾年內(nèi)會(huì)進(jìn)入45納米及其以下結(jié)點(diǎn)的時(shí)代。隨著尺寸縮小，半導(dǎo)體制造方法也
往往需要改進(jìn)。在現(xiàn)有的MOS (Metal-oxide-semiconductor)器件的制造過(guò)程中，通常利用設(shè)置間隙壁的技術(shù)以幫助控制及定義摻雜劑注入MOS的源極區(qū)與漏極區(qū)。圖IA顯示現(xiàn)有的NMOS 半導(dǎo)體器件的剖視圖。現(xiàn)有的NMOS晶體管器件100通常包含半導(dǎo)體襯底。該半導(dǎo)體襯底含有硅層101，在硅層101中形成有源極102A以及與源極102A通過(guò)溝道區(qū)域103互相分割的漏極102B。通常，半導(dǎo)體NMOS晶體管器件100還有淺結(jié)源極延伸104A和淺結(jié)漏極延伸 104B。淺結(jié)源極延伸104A和淺結(jié)漏極延伸104B分別與源極102A和漏極102B相鄰。在溝道區(qū)域103上形成有柵氧化物層106，在柵氧化物層106上則形成有柵極107，其中柵極107 一般包含有多晶硅。柵氧化物層106將柵極107與溝道區(qū)域103隔離開(kāi)。半導(dǎo)體NMOS晶體管器件100的溝道區(qū)域103為注入硼的P型摻雜區(qū)域。在柵極107的側(cè)壁上形成有間隙壁 108。在間隙壁108與柵極107的側(cè)壁之間為偏移間隙壁層(offset spacer) 1090半導(dǎo)體 NMOS晶體管器件100的裸露硅表面上形成有自對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層105，所述裸露硅表面包括源極、漏極和柵極。目前，利用自對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物(self-aligned silicide)工藝來(lái)形成金屬硅化物，即在形成源極和漏極之后，利用濺射或沉積方法，形成一鈷(Co)、鈦(Ti)或鎳 (Ni)等金屬層覆蓋在源極、漏極和柵極結(jié)構(gòu)的上方，然后進(jìn)行快速高溫處理使金屬與源極、 漏極和柵極結(jié)構(gòu)中的硅反應(yīng)，形成金屬硅化物層105，來(lái)降低源極和漏極的薄層電阻(sheet resistance)。在現(xiàn)有的MOS制造技術(shù)中，往往在制造淺摻雜漏區(qū)(lightly dopeddrain, LDD) 時(shí)，使用間隙壁，以達(dá)到源極與漏極區(qū)與LDD區(qū)不同濃度的摻雜。接著，在已經(jīng)制造的間隙壁的襯底上形成介電層，用來(lái)隔離器件與之后形成的金屬互連層，并在介電層中形成接觸孔等。在65nm或更小尺寸的技術(shù)中，為了使相鄰柵極之間的間隙增大，以提高隨后沉積的介電層的填充能力，需要在沉積介電層之前移除間隙壁。由于該移除過(guò)程可能會(huì)損壞鄰近的結(jié)構(gòu)，例如，金屬硅化物層、柵極以及襯底，因此移除間隙壁在半導(dǎo)體制造工藝中是很關(guān)鍵的一步。圖IB是現(xiàn)有技術(shù)移除間隙壁工藝流程中器件的剖視圖。如圖IB所示，將間隙壁108去除，在柵極107的側(cè)壁上留下偏移間隙壁層109。在45nm技術(shù)中，偏移間隙壁層的材料通常是低溫氧化物(LTO)，而形成間隙壁層的步驟則包括先形成一層較薄的氧化物層，然后再形成一層主要的間隙壁材料層，該層的材料通常為氮化硅。此時(shí)，間隙壁結(jié)構(gòu)(偏移間隙壁層+間隙壁層)為氧化物-氧化物-氮化物型(LTO-Oxide-SiN，00N)，因此可以利用高選擇比的干法刻蝕，去除氮化硅層，而使刻蝕停止在氧化物層中。上述干法刻蝕所使用的刻蝕氣體例如是CH3F、氧氣和惰性氣體。然而，對(duì)于55nm技術(shù)來(lái)說(shuō)，雖然間隙壁層結(jié)構(gòu)與45nm基本相同，但是偏移間隙壁層則不同于45nm技術(shù)。55nm技術(shù)的偏移間隙壁層包括先沉積的一層氧化物層，以及隨后沉積的一層氮化硅層。因此，間隙壁結(jié)構(gòu)為氧化物-氮化物-氧化物-氮化物型 (Oxide-SiN-Oxide-SiN, 0Ν0Ν)。這時(shí)，如果仍利用45nm技術(shù)中通常采用的高選擇比的刻蝕工藝，則刻蝕后會(huì)在柵極兩側(cè)留下孤立的墻，如圖2所示。選擇性刻蝕僅能去除氮化物，但不能去除氧化物，因此柵極202兩側(cè)會(huì)分別留下間隙壁層中的氧化層203和偏移間隙壁層中的氧化層204。因此，在55nm技術(shù)中急需一種能去除ONON型間隙壁結(jié)構(gòu)且使金屬硅化物層的損失最小的有效方法，從而使相鄰柵極之間的間隙增大，以提高隨后沉積的介電層的填充能力。

發(fā)明內(nèi)容
在發(fā)明內(nèi)容部分中引入了一系列簡(jiǎn)化形式的概念，這將在具體實(shí)施方式
部分中進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù)的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。本發(fā)明提出一種去除間隙壁結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括下列步驟在半導(dǎo)體襯底上形成柵極；在所述柵極的側(cè)壁上依次形成偏移間隙壁層和間隙壁；進(jìn)行離子注入，形成源極和漏極；在露出的源極、露出的漏極和柵極上形成金屬硅化物層；以及通入同向的、無(wú)選擇比的刻蝕氣體對(duì)偏移間隙壁層和所述間隙壁進(jìn)行刻蝕。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，其特征在于，所述偏移間隙壁層包括氧化物層和氮化物層，所述間隙壁包括氧化物層和氮化物層。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，其特征在于，所述刻蝕氣體包括CF4、CHF3、CH2F2、NF3中的至少一種以及O2。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，其特征在于，所述刻蝕氣體包括CF4和02。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，其特征在于，所述刻蝕氣體還包括惰性氣體。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，其特征在于，所述惰性氣體為氦氣，其中所述氦氣的流速為 O-IOOsccm0根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，其特征在于，所述CF4的流速為50-500SCCm，所述A的流速為 0_50sccmo根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，其特征在于，所述甲烷的流速為120-200sCCm，所述氧氣的流速為25-35sccm。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，其特征在于，所述甲烷與氧氣的流速比為2-10。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，其特征在于，所述甲烷與氧氣的流速比為4-5。根據(jù)本發(fā)明的方法能有效去除ONON型間隙壁結(jié)構(gòu)且使金屬硅化物層的損失最小，使相鄰柵極之間的間隙增大，從而提高了隨后沉積的介電層的填充能力。


本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例及其描述，用來(lái)解釋本發(fā)明的原理。在附圖中，圖IA是現(xiàn)有的NMOS半導(dǎo)體器件的剖視圖；圖IB是現(xiàn)有技術(shù)移除間隙壁工藝流程中器件的剖視圖；圖2是采用現(xiàn)有技術(shù)的方法對(duì)ONON型間隙壁刻蝕后的剖視圖；圖3A至圖3D示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例去除間隙壁流程中各個(gè)步驟的剖視圖；圖4為采用本發(fā)明的方法去除間隙壁結(jié)構(gòu)后器件的TEM剖視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例去除間隙壁的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明可以無(wú)需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。為了徹底了解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟，以便說(shuō)明本發(fā)明是如何去除ONON型間隙壁結(jié)構(gòu)的。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。雖然下文以55nm技術(shù)的MOS晶體管為例來(lái)解釋本發(fā)明所述的方法，然而使用該方法去除間隙壁的工藝可應(yīng)用于任何MOS晶體管及M0SEFT。圖3A至圖3D示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例去除間隙壁流程中各個(gè)步驟的剖視圖。請(qǐng)參照?qǐng)D3A，先提供一半導(dǎo)體襯底301，該半導(dǎo)體襯底301可以包括但不限于以下所提到的材料，例如硅、絕緣體上硅(silicon on insulator, SOI)、絕緣體上層疊硅(stacked silicon on insulator, SS0I)、絕緣體上層疊鍺化硅(stacked SiGe on insulator，S-SiGeOI)、絕緣體上鍺化硅(SiGe oninsulator, SiGeOI)以及絕緣體上鍺(Ge on insulator,GeOI)中的至少一種材料。在半導(dǎo)體襯底301上形成電極，例如柵極307。在半導(dǎo)體襯底301中形成有淺結(jié)源極延伸304A和淺結(jié)漏極延伸304B，在淺結(jié)源極延伸304A 和淺結(jié)漏極延伸304B之間隔著溝道區(qū)域303?？稍跍系绤^(qū)域303上形成柵氧化物層306，以隔開(kāi)柵極307與溝道區(qū)域303。柵極 307通常包含多晶硅。柵氧化物層306可由高介電常數(shù)的材料，例如二氧化硅所構(gòu)成。隨后，在柵極307的側(cè)壁上形成間隙壁結(jié)構(gòu)，該間隙壁結(jié)構(gòu)包括在間隙壁308與偏移間隙壁層 309。雖然在圖3A中未示出，但間隙壁308與偏移間隙壁層309都分別包含雙層結(jié)構(gòu)。具體地，間隙壁308包括先形成的一層較薄的氧化物層，以及隨后形成的一層主要的間隙壁材料層，該層的材料通常為氮化硅。形成偏移間隙壁層309的步驟包括先以常用的薄膜沉積法形成一層氧化物層，例如二氧化硅層，然后以常用的薄膜沉積法形成一層氮化物層，例如氮化硅層。偏移間隙壁層309通常為L(zhǎng)型，且厚度約在30-120埃之間。包括間隙壁308 與偏移間隙壁層309間隙壁結(jié)構(gòu)為0Ν0Ν型。然后，請(qǐng)參照?qǐng)D;3B，在間隙壁308形成之后，可進(jìn)一步進(jìn)行離子注入工藝，將N型摻雜劑，例如砷、銻或磷等注入到半導(dǎo)體襯底301中，或者將P型摻雜劑，例如硼等注入到半導(dǎo)體襯底301中，來(lái)形成NMOS或PMOS器件300的源極302A和漏極302B。在完成源極302A和漏極302B的摻雜后，通?？蓪?duì)半導(dǎo)體襯底301進(jìn)行退火或活化摻雜劑的熱處理，以修復(fù)離子注入對(duì)晶格造成的損傷，并使摻雜劑向半導(dǎo)體襯底301內(nèi)較深的區(qū)域擴(kuò)散。接著，請(qǐng)參照?qǐng)D3C，在露出的源極302A、露出的漏極302B和柵極307上形成物質(zhì)層，例如金屬硅化物層305。利用自對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物工藝來(lái)形成金屬硅化物層305，即在形成源極和漏極之后，利用濺射或沉積方法，形成一鈷(Co)、鈦(Ti)或鎳(Ni)等金屬層覆蓋在源極302A、漏極302B和柵極307的上方，然后進(jìn)行快速高溫處理(RTP)使金屬與源極 302A、漏極302B和柵極307中的硅反應(yīng)，形成金屬硅化物層305。RTP溫度可在700°C至 1000°C之間。最后，請(qǐng)參照?qǐng)D3D，通入同向的、無(wú)選擇比的刻蝕氣體對(duì)間隙壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行刻蝕。該步驟需要進(jìn)行同向的、無(wú)選擇比的刻蝕，以去除ONON型的間隙壁結(jié)構(gòu)，從而增大相鄰柵極之間的間隙，提高隨后沉積的介電層的填充能力?？涛g氣體包括CF4、CHF3、CH2F2, NF3中的至少一種以及O2，優(yōu)選地包括CF4和02。根據(jù)本發(fā)明，在相同的工藝條件下，使用甲烷和氧氣所組成的混合氣體對(duì)氮化硅和氧化物的刻蝕速率僅相差約1 %，并且保持各向同性，因此為了使刻蝕過(guò)程同時(shí)滿足刻蝕各向同性，且對(duì)氮化物和氧化物不具有選擇比兩個(gè)條件，優(yōu)選地刻蝕氣體包括甲烷和氧氣。另外，還可以通入起到稀釋作用和轟擊作用的惰性氣體， 例如氦氣或氬氣，優(yōu)選地為氦氣。其中，甲烷的流速可以是50-500sCCm，氧氣的流速可以是 0-50sCCm，并且甲烷與氧氣的流速比在2-10范圍內(nèi)效果較佳，在4-5范圍內(nèi)效果更佳。惰性氣體的流速可以是Ο-lOOsccm，其中，sccm是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，也就是1個(gè)大氣壓、25攝氏度下每分鐘1立方厘米(Icm3Aiin)的流量。反應(yīng)腔室內(nèi)的壓力為20-100毫托，偏壓功率為 0-300W，功率為200-1000W。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，反應(yīng)腔室內(nèi)的氣壓約為40-60 毫托，更優(yōu)選地為50毫托；偏壓功率約為200-500W，更優(yōu)選地為250V ；功率為300-500W，更優(yōu)選地為400W ；甲烷的流速則約為120-200sCCm，更優(yōu)選地為150sCCm ；氧氣的流速則約為 25-3kccm，更優(yōu)選地為30sccm ；氦氣的流速則約為5_30sccm，更優(yōu)選地為lOsccm?？涛g時(shí)間為50-150s，優(yōu)選的時(shí)間為IOOs0圖4為采用本發(fā)明的方法去除間隙壁結(jié)構(gòu)后器件的TEM剖視圖。如圖4所示，經(jīng)刻蝕后ONON型間隙壁結(jié)構(gòu)基本被去除，僅留下小三角400在柵極兩側(cè)，于是，增大了相鄰柵極之間的間隙。由于甲烷和氧氣所組成的混合氣體對(duì)氮化硅和氧化物的刻蝕速率基本相同，且各向同性，因此能夠在刻蝕ONON型間隙壁結(jié)構(gòu)的過(guò)程中同時(shí)去除氮化物和氧化物。另外，上述刻蝕工藝還能控制金屬硅化物層的損失。因此，采用甲烷和氧氣所組成的混合氣體對(duì)間隙壁進(jìn)行刻蝕能夠解決現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法刻蝕ONON型結(jié)構(gòu)的難題，從而增大了間隙壁結(jié)構(gòu)為 ONON型的器件中相鄰柵極之間的間隙，進(jìn)而提高了隨后要沉積的介電層的填充能力。根據(jù)本發(fā)明方法還可應(yīng)用于更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，例如ONONON型等。圖5的流程圖示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例去除間隙壁的工藝流程。在步驟501中， 先提供一半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底上形成柵極。在半導(dǎo)體襯底中形成有淺結(jié)源極延伸和淺結(jié)漏極延伸，在淺結(jié)源極延伸和淺結(jié)漏極延伸之間隔著溝道區(qū)域?？稍跍系绤^(qū)域上形成柵氧化物層，以隔開(kāi)柵極與溝道區(qū)域。隨后，在柵極的側(cè)壁上形成間隙壁結(jié)構(gòu)，該間隙壁結(jié)構(gòu)包括在間隙壁與偏移間隙壁層，該間隙壁結(jié)構(gòu)為ONON型。在步驟502中，在間隙壁形成之后，可進(jìn)一步進(jìn)行離子注入工藝，來(lái)形成源極和漏極。在完成源極和漏極的摻雜后，通?？蓪?duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行退火或活化摻雜劑的熱處理。在步驟503中，在露出的源極、露出的漏極和柵極上形成物質(zhì)層，例如金屬硅化物層。在步驟504中，通入同向的、無(wú)選擇比的刻蝕氣體對(duì)間隙壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行刻蝕，以去除ONON型的間隙壁結(jié)構(gòu)。刻蝕氣體包括CF4、CHF3、CH2F2、 NF3中的至少一種以及O2，優(yōu)選地包括CF4和02。另外，還可以通入起到稀釋作用和轟擊作用的惰性氣體。具有根據(jù)如上所述實(shí)施例制造的間隙壁的半導(dǎo)體器件可應(yīng)用于多種集成電路 (IC)中。根據(jù)本發(fā)明的IC例如是存儲(chǔ)器電路，如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、動(dòng)態(tài)RAM(DRAM)、 同步DRAM (SDRAM)、靜態(tài)RAM(SRAM)、或只讀存儲(chǔ)器(ROM)等等。根據(jù)本發(fā)明的IC還可以是邏輯器件，如可編程邏輯陣列(PLA)、專(zhuān)用集成電路(ASIC)、合并式DRAM邏輯集成電路(掩埋式DRAM)、射頻電路或任意其他電路器件。根據(jù)本發(fā)明的IC芯片可用于例如用戶電子產(chǎn)品，如個(gè)人計(jì)算機(jī)、便攜式計(jì)算機(jī)、游戲機(jī)、蜂窩式電話、個(gè)人數(shù)字助理、攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、 手機(jī)等各種電子產(chǎn)品中，尤其是射頻產(chǎn)品中。本發(fā)明已經(jīng)通過(guò)上述實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)施例只是用于舉例和說(shuō)明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實(shí)施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求書(shū)及其等效范圍所界定。
權(quán)利要求
1.一種去除間隙壁結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括下列步驟 在半導(dǎo)體襯底上形成柵極；在所述柵極的側(cè)壁上依次形成偏移間隙壁層和間隙壁； 進(jìn)行離子注入，形成源極和漏極；在露出的源極、露出的漏極和柵極上形成金屬硅化物層；以及通入同向的、無(wú)選擇比的刻蝕氣體對(duì)所述偏移間隙壁層和所述間隙壁進(jìn)行刻蝕。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述偏移間隙壁層包括氧化物層和氮化物層，所述間隙壁包括氧化物層和氮化物層。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述刻蝕氣體包括CF4、CHF3、CH2F2、NF3中的至少一種以及O2。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述刻蝕氣體包括CF4和02。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述刻蝕氣體還包括惰性氣體。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述惰性氣體為氦氣，其中所述氦氣的流速為 O-IOOsccm0
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述CF4的流速為50-500SCCm，所述A的流速為 0_50sccmo
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述甲烷的流速為120-200Sccm，所述氧氣的流速為25-35sccm。
9.如權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述甲烷與氧氣的流速比為2-10。
10.如權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述甲烷與氧氣的流速比為4-5。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種去除間隙壁結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括下列步驟在半導(dǎo)體襯底上形成柵極；在所述柵極的側(cè)壁上依次形成偏移間隙壁層和間隙壁；進(jìn)行離子注入，形成源極和漏極；在露出的源極、露出的漏極和柵極上形成金屬硅化物層；以及通入同向的、無(wú)選擇比的刻蝕氣體對(duì)所述偏移間隙壁層和所述間隙壁進(jìn)行刻蝕。根據(jù)本發(fā)明的方法能有效去除ONON型間隙壁結(jié)構(gòu)，使相鄰柵極之間的間隙增大，從而提高了隨后沉積的介電層的填充能力。
文檔編號(hào)H01L21/336GK102194695SQ201010131819
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2010年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月15日
發(fā)明者孫武, 尹曉明, 趙林林, 韓寶東 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司