專利名稱：制作半導體器件間隙壁的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體制造工藝，特別涉及一種制作半導體器件間隙壁的方法。
背景技術(shù)：
目前，隨著超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，芯片的集成度越來越高，電路設(shè)計尺寸越來越小。目前，制造商已能夠制造具有32nm甚至更小線寬的半導體器件。在現(xiàn)有的MOS (金屬氧化物半導體)器件的制造過程中，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和圖IB為現(xiàn)有技術(shù)制作間隙壁的流程中各步驟所涉及的半導體器件的剖視圖。請參照圖1A，先提供襯底100，襯底 100上已形成有柵極結(jié)構(gòu)110。柵極結(jié)構(gòu)110例如包括柵氧化物層IlOA與柵極110B。柵氧化物層IlOA與柵極IlOB是利用傳統(tǒng)沉積、光刻及刻蝕工藝所形成的。其中，柵氧化物層 IlOA的材料例如是氧化硅，柵極IlOB的材料例如是摻雜多晶硅。然后，在襯底100及柵極結(jié)構(gòu)110上形成氧化物層101，其中氧化物層101的形成方法以化學氣相沉積工藝為佳，氧化物層101的厚度則以75埃到150埃為佳。然后，在氧化物層301上以LPCVD或PECVD等方法形成間隙壁材料層102，該層主要為含硅材料，例如氮化硅(SixNy)、富含硅的氮化物、 氮氧化硅(SiOxNy)和富含硅的氮氧化物中的一種或幾種。間隙壁材料層102的厚度以300 埃到2000埃為佳。請參照圖1B，對氧化物層101和間隙壁材料層102進行選擇性干法刻蝕工藝，形成間隙壁?？涛g氣體可包含碳氟化合物、惰性氣體和氧氣。碳氟化合物的實例包括CF4、CHF3、
匚2 6等。在間隙壁的制造過程中，隨著元件關(guān)鍵尺寸的縮小，間隙壁的厚度可能變得不均勻，將不同區(qū)域內(nèi)間隙壁的厚度差限制在容忍誤差范圍內(nèi)是實現(xiàn)器件可靠電學性能及避免短通道效應(yīng)的關(guān)鍵之一。然而，上述間隙壁材料層的沉積通常使用氣相沉積，例如化學氣相沉積或物理氣相沉積等。在薄膜沉積的過程中，電路中器件間距較小的密集區(qū)和器件間距較大的非密集區(qū)的薄膜厚度很容易出現(xiàn)差異，通常密集區(qū)薄膜厚度小于非密集區(qū)薄膜的厚度。傳統(tǒng)的刻蝕工藝會將這種差異傳遞下去，造成刻蝕后密集區(qū)的間隙壁薄于非密集區(qū)的間隙壁。間隙壁厚度不均勻會使器件的電學性能下降，并使器件在不同環(huán)境下運行速度不一致，從而造成良品率下降。因此，目前急需一種解決密集區(qū)和非密集區(qū)間隙壁厚度不均勻的有效方法，以改善器件的電學性能，使器件在不同環(huán)境下運行速度均勻，從而提高良品率。

發(fā)明內(nèi)容
在發(fā)明內(nèi)容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式
部分中進一步詳細說明。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的技術(shù)方案的保護范圍。本發(fā)明提供一種制作半導體器件間隙壁的方法，所述方法依次包括下列步驟提供一襯底，該襯底的表面具有柵極結(jié)構(gòu)；在所述襯底及所述柵極結(jié)構(gòu)上形成氧化物層；在所述氧化物層上形成間隙壁材料層；以及使用包含碳氟化合物和惰性氣體但不包含氧氣的刻蝕氣體對所述氧化物層和所述間隙壁材料層進行刻蝕，以形成間隙壁，其中，所述碳氟化合物與所述惰性氣體的流速比為0.1-1。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述制作半導體器件間隙壁的方法的特征在于，所述間隙壁材料層包含氮化硅、富含硅的氮化物、氮氧化硅和富含硅的氮氧化物中的一種或多種物質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述制作半導體器件間隙壁的方法的特征在于，所述碳氟化合物為碳/氟比小于等于0. 5的化合物。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述制作半導體器件間隙壁的方法的特征在于，所述碳氟化合物的流速為50-500sccm。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述制作半導體器件間隙壁的方法的特征在于，所述惰性氣體的流速為500-1000sccm。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述制作半導體器件間隙壁的方法的特征在于，所述惰性氣體的流速為700-1000sccm。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述制作半導體器件間隙壁的方法的特征在于，所述碳氟化合物與所述惰性氣體的流速比為0. 1-0. 5。根據(jù)本發(fā)明的方法能夠有效解決密集區(qū)和非密集區(qū)間隙壁厚度不均勻的問題，改善了器件的電學性能，使器件在不同環(huán)境下運行速度均勻，從而提高良品率。


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)明的實施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中，圖IA和圖IB為現(xiàn)有技術(shù)制作間隙壁的流程中各步驟所涉及的半導體器件的示意性剖視圖；圖2A至圖2C是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例制造間隙壁的各個流程所涉及的半導體器件的剖視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例制作間隙壁的工藝流程圖。
具體實施例方式在下文的描述中，給出了大量具體的細節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細節(jié)而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進行描述。為了徹底了解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細的步驟，以便說明本發(fā)明是如何通過改進間隙壁的刻蝕工藝，來解決刻蝕后間隙壁厚度不均勻的問題。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于半導體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習的特殊細節(jié)。本發(fā)明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發(fā)明還可以具有其他實施方式。雖然下文以MOS晶體管為例來解釋本發(fā)明所述的方法，然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，該方法及使用該方法形成的間隙壁可應(yīng)用于任何MOS晶體管及M0SEFT。圖2A至圖 2C示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例制造間隙壁的各個流程所涉及的半導體器件的剖視圖。請參照圖2A，先提供襯底200，襯底200上已形成有柵極結(jié)構(gòu)210。柵極結(jié)構(gòu)210 例如包括柵氧化物層210A與柵極210B。柵極結(jié)構(gòu)210可通過傳統(tǒng)的沉積、光刻及等離子體刻蝕或濕法刻蝕形成。襯底200可以包含但不限于以下所提到的材料中的至少一種例如硅、絕緣體上硅(silicon oninsulator, 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 on insulator, SiGeOI)以及絕緣體上鍺(Ge on insulator，GeOI)。其中， 柵氧化物層210A的材料例如是氧化硅，柵極210B的材料例如是摻雜多晶硅。柵極結(jié)構(gòu)包括柵氧化物層210A與柵極210B。柵氧化物層210A可通過常用的工藝，例如熱氧化法、氮化、濺射沉積或化學氣相沉積法形成。柵氧化物層210A可包含氧化硅 (SiO2)、氮化硅(SixNy)、氮氧化硅(SixOyNz)或高介電常數(shù)的介電材料等。柵極210B可通過例如化學氣相沉積、磁控濺射等常用的沉積、濺射工藝形成。柵極210B可由例如多晶硅、非晶多晶硅、摻雜多晶硅及多晶鍺化硅中的至少一種組成。然后，請參照圖2B，在襯底200及柵極結(jié)構(gòu)210上形成氧化物層201，其中形成氧化物層201的方法優(yōu)選是化學氣相沉積工藝，例如等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)或低壓化學氣相沉積(LPCVD)。優(yōu)選的氧化物層201的厚度為75-150埃。氧化物層201可利用四甲基硅烷(TEOS)和/或雙(叔丁基氨基)硅烷(BTBAS)及氧源形成，其中氧源以臭氧或氧氣/臭氧混合物為佳，也可以是其它形式的氧化硅。也可利用熱爐管或快速加熱退火形成氧化物層201，其中退火溫度以介于800°C到1100°C為佳。然后，在氧化物層201上以 LPCVD或PECVD等方法形成間隙壁材料層202，該層主要為含硅材料，例如氮化硅(SixNy)、 富含硅的氮化物、氮氧化硅(SiOxNy)和富含硅的氮氧化物中的一種或幾種。優(yōu)選的間隙壁材料層202的厚度為300-2000埃。請參照圖2C，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，對氧化物層201和間隙壁材料層202進行選擇性干法刻蝕工藝，以形成間隙壁。刻蝕工藝例如使用單一或復合射頻電場進行反應(yīng)性離子刻蝕(RIE)。刻蝕氣體可包含碳氟化合物和較大流量的惰性氣體，但是不包含氧氣。 碳氟化合物的實例包括碳/氟比小于等于0. 5的化合物，例如CF4、CHF3、C2F6等。碳氟化合物是主要刻蝕氣體，對氧化物層201和間隙壁材料層202的材料起到刻蝕作用。碳氟化合物的流速為50-500SCCm。惰性氣體的流速為500-1000SCCm。流速較大的惰性氣體可以起到稀釋主要刻蝕氣體的作用，進而可以對密集區(qū)與非密集區(qū)間隙壁材料層的刻蝕速率進行更精確的控制，所以，更優(yōu)選的流速是700-1000sCCm。優(yōu)選的惰性氣體是氬氣或氦氣。另外，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，刻蝕氣體中不包含氧氣時，這樣的刻蝕氣體可以更好地減少電路中器件間距較小的密集區(qū)和器件間距較大的非密集區(qū)的薄膜厚度之間的差異。其原因尚不清楚，但發(fā)明人推測如下氧氣可能與氮化硅反應(yīng)生成鈍化物沉積在側(cè)壁，尤其是在非密集區(qū)，這樣會使非密集區(qū)側(cè)壁的寬度大于密集區(qū)。根據(jù)本發(fā)明的實施例，刻蝕氣體中碳氟化合物與惰性氣體的流速比在0. 1-1范圍內(nèi)效果較佳，在0. 1-0. 5范圍內(nèi)效果更佳。利用透射電子顯微鏡(TEM)對通過本發(fā)明一個實施例所述的方法形成的密集區(qū)和非密集區(qū)的間隙壁的剖面結(jié)構(gòu)進行分析。TEM分析結(jié)果如下密集區(qū)柵極兩側(cè)間隙壁的厚度分別為20. 2nm和19. 4nm，非密集區(qū)柵極兩側(cè)間隙壁的厚度分別為20. 3nm和19. 9nm。兩組數(shù)據(jù)對比可以看出，非密集區(qū)的間隙壁與密集區(qū)的間隙壁的厚度基本相同，柵極兩側(cè)間隙壁的厚度分別僅增加0. Inm和0. 5nm。同樣利用TEM對采用現(xiàn)有技術(shù)中的方法形成的密集區(qū)和非密集區(qū)的間隙壁的剖面結(jié)構(gòu)進行分析，現(xiàn)有技術(shù)中的方法是指形成間隙壁的步驟與根據(jù)本發(fā)明方法形成間隙壁的步驟相同，不同之處在于刻蝕氣體中包括流速較小的惰性氣體和氧氣。TEM分析結(jié)果如下密集區(qū)內(nèi)柵極左右兩側(cè)的間隙壁厚度分別為20. 4nm和 19. lnm，但非密集區(qū)內(nèi)柵極左右兩側(cè)的間隙壁厚度分別為23. 2nm和23. 6nm，也就是說，密集區(qū)的間隙壁比非密集區(qū)的間隙壁薄3nm。上述實驗數(shù)據(jù)對比可以看出，根據(jù)本發(fā)明的方法可以有效地改善非密集區(qū)間隙壁厚度相對于密集區(qū)間隙壁厚度的增加，使刻蝕后不同區(qū)域的間隙壁厚度均勻。此外，分別在正常測試電壓下和較低測試電壓下，對根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的方法和根據(jù)本發(fā)明方法制造的間隙壁進行對照試驗，以比較采用兩種方法得到的器件的良品率。對照試驗結(jié)果表明，根據(jù)本發(fā)明方法制造的器件的良品率相對于根據(jù)傳統(tǒng)方法制造的器件的良品率分別提高約15%和10%。圖3的流程圖示出了根據(jù)本發(fā)明實施例制作柵極的工藝流程。在步驟301中，先提供襯底，襯底上已形成有柵極結(jié)構(gòu)。柵極結(jié)構(gòu)例如包括柵氧化物層部分與柵極部分。在步驟302中，在襯底及柵極結(jié)構(gòu)上形成厚度為75-150埃的氧化物層，其中形成氧化物層的方法優(yōu)選是化學氣相沉積(CVD)工藝。也可利用熱爐管或快速加熱退火形成氧化物層。然后， 在氧化物層上以CVD等方法形成間隙壁材料層，該層主要為含硅材料，例如氮化硅(SixNy)、 富含硅的氮化物、氮氧化硅(SiOxNy)和富含硅的氮氧化物中的一種或幾種。優(yōu)選的間隙壁材料層的厚度為300-2000埃。在步驟303中，對氧化物層和間隙壁材料層進行選擇性干法刻蝕工藝，以形成間隙壁?？涛g氣體可包含碳氟化合物和較大流量的惰性氣體，但是不包含氧氣。碳氟化合物的實例包括碳/氟比小于等于0.5的化合物，例如CF4、CHF3、C2F6等。碳氟化合物是主要刻蝕氣體，對氧化物層和間隙壁材料層的材料起到刻蝕作用。碳氟化合物的流速為50-500sccm。惰性氣體的流速為500-1000sccm，更優(yōu)選的流速是700-1000sccm。 優(yōu)選的惰性氣體是氬氣或氦氣。根據(jù)本發(fā)明的實施例，刻蝕氣體中碳氟化合物與惰性氣體的流速比在0. 1-1范圍內(nèi)效果較佳，在0. 1-0. 5范圍內(nèi)效果更佳。本發(fā)明主要通過控制刻蝕氣體的種類和流速來改善采用氣相沉積法沉積薄膜的過程中非密集區(qū)相對于密集區(qū)間隙壁材料層厚度的增加。在刻蝕過程中，使用碳氟化合物等主要刻蝕氣體來完成間隙壁材料層的主要刻蝕。另外，使用了較大流速的惰性氣體，較大流速的惰性氣體稀釋了主要刻蝕氣體，因而密集區(qū)由于要刻蝕掉較多的間隙壁材料，使密集區(qū)整體的反應(yīng)速度比非密集區(qū)慢。因此，根據(jù)本發(fā)明方法制造的間隙壁在密集區(qū)和非密集區(qū)的厚度基本保持一致，于是提高了器件的電學性能，使器件在不同環(huán)境下運行速度相同，從而提高良品率。具有根據(jù)如上所述實施例制造的間隙壁的半導體器件可應(yīng)用于多種集成電路 (IC)中。根據(jù)本發(fā)明的IC例如是存儲器電路，如隨機存取存儲器(RAM)、動態(tài)RAM(DRAM)、 同步DRAM (SDRAM)、靜態(tài)RAM(SRAM)、或只讀存儲器(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)、專用集成電路(ASIC)、合并式DRAM邏輯集成電路(掩埋式DRAM)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，如個人計算機、便攜式計算機、游戲機、蜂窩式電話、個人數(shù)字助理、攝像機、數(shù)碼相機、手機等各種電子產(chǎn)品中，尤其是射頻產(chǎn)品中。 本發(fā)明已經(jīng)通過上述實施例進行了說明，但應(yīng)當理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實施例范圍內(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施例，根據(jù)本發(fā)明的教導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)明所要求保護的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
權(quán)利要求
1.一種制作半導體器件間隙壁的方法，所述方法依次包括下列步驟提供一襯底，該襯底的表面具有柵極結(jié)構(gòu)；在所述襯底及所述柵極結(jié)構(gòu)上形成氧化物層；在所述氧化物層上形成間隙壁材料層；以及使用包含碳氟化合物和惰性氣體但不包含氧氣的刻蝕氣體對所述氧化物層和所述間隙壁材料層進行刻蝕，以形成間隙壁，其中，所述碳氟化合物與所述惰性氣體的流速比為0.1-1。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述間隙壁材料層包含氮化硅、富含硅的氮化物、氮氧化硅和富含硅的氮氧化物中的一種或多種物質(zhì)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳氟化合物為碳/氟比小于等于0.5的化合物。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述碳氟化合物的流速為50-500sCCm。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述惰性氣體的流速為500-1000sCCm。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述惰性氣體的流速為700-1000sCCm。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳氟化合物與所述惰性氣體的流速比為 0. 1-0. 5。
8.一種包含通過如權(quán)利要求1所述的方法制造的半導體器件間隙壁的集成電路，其中所述集成電路選自隨機存取存儲器、動態(tài)隨機存取存儲器、同步隨機存取存儲器、靜態(tài)隨機存取存儲器、只讀存儲器、可編程邏輯陣列、專用集成電路、掩埋式DRAM和射頻電路。
9.一種包含通過如權(quán)利要求1所述的方法制造的半導體器件間隙壁的電子設(shè)備，其中所述電子設(shè)備選自個人計算機、便攜式計算機、游戲機、蜂窩式電話、個人數(shù)字助理、攝像機和數(shù)碼相機。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制作半導體器件間隙壁的方法，包括提供一襯底，該襯底的表面具有柵極結(jié)構(gòu)；在所述襯底及所述柵極結(jié)構(gòu)上形成氧化物層；在所述氧化物層上形成間隙壁材料層；以及使用包含碳氟化合物和惰性氣體但不包含氧氣的刻蝕氣體對所述氧化物層和所述間隙壁材料層進行刻蝕，以形成間隙壁，其中，所述碳氟化合物與所述惰性氣體的流速比為0.1-1。根據(jù)本發(fā)明的方法能夠有效解決密集區(qū)和非密集區(qū)間隙壁厚度不均勻的問題，改善了器件的電學性能，使器件在不同環(huán)境下運行速度均勻，從而提高良品率。
文檔編號H01L21/311GK102194677SQ20101012469
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月11日
發(fā)明者張海洋, 沈滿華, 黃敬勇 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司