專利名稱:減小熱載流子注入損傷的側(cè)墻刻蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域,尤其涉及一種減小熱載流子注入損傷的側(cè)墻刻蝕方法。
背景技術(shù):
熱載流子效應(yīng)是MOS (金屬氧化物半導(dǎo)體)器件的一個重要的失效機理,隨著MOS 器件尺寸的日益縮小,器件的熱載流子注入效應(yīng)越來越嚴(yán)重。以PMOS (P型金屬氧化物半導(dǎo)體)器件為例,溝道中的空穴,在漏源之間高橫向電場的作用下被加速,形成高能載流子, 高能載流子與硅晶格碰撞,產(chǎn)生電離的電子空穴對,電子由襯底收集,形成襯底電流,大部分碰撞產(chǎn)生的空穴,流向漏極,但還有部分空穴,在縱向電場的作用下,注入到柵極中形成柵極電流,這種現(xiàn)象稱為熱載流子注入(Hot Carrier Injection)。熱載流子會造成娃襯底與二氧化硅柵氧界面處能鍵的斷裂,在硅襯底與二氧化硅柵氧界面處產(chǎn)生界面態(tài),導(dǎo)致器件性能,如閾值電壓、跨導(dǎo)以及線性區(qū)/飽和區(qū)電流的退化,最終造成MOS器件失效。MOS 器件失效通常首先發(fā)生在漏端,這是由于載流子通過整個溝道的電場加速,在到達(dá)漏端后, 載流子的能量達(dá)到最大值,因此漏端的熱載流子注入現(xiàn)象比較嚴(yán)重。因此,如何減小半導(dǎo)體器件熱載流子注入損傷成為本領(lǐng)域工作人員的研究熱點。如圖IA IC所示,通常工藝中,MOS器件的減小熱載流子注入損傷的側(cè)墻刻蝕方法包括首先,提供襯底11,所述襯底11包括源極區(qū)域和漏極區(qū)域,所述源極區(qū)域中形成有源極延伸區(qū)14,所述漏極區(qū)域中形成有漏極延伸區(qū)15,所述襯底11上形成有柵極結(jié)構(gòu) 12,隨后在襯底11和柵極結(jié)構(gòu)12上沉積形成側(cè)墻沉積層11,如圖IA所示;接下來,采用各向異性的干法刻蝕工藝對側(cè)墻沉積層13進(jìn)行刻蝕,以在源極區(qū)域上方形成源極側(cè)墻13a,在漏極區(qū)域上方形成漏極側(cè)墻13b,所述源極側(cè)墻13a和漏極側(cè)墻 13b為對稱結(jié)構(gòu),如圖IB所示;然后,進(jìn)行源漏重?fù)诫s以及退火工藝,在襯底中形成源極重?fù)诫s區(qū)141和漏極重?fù)诫s區(qū)151,可以得知,源極重?fù)诫s區(qū)141和漏極重?fù)诫s區(qū)151的位置受源極側(cè)墻13a和漏極側(cè)墻13b的影響,即,源極重?fù)诫s區(qū)141和漏極重?fù)诫s區(qū)151中摻雜離子距離器件溝道的距離由側(cè)墻的寬度所決定。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠減小半導(dǎo)體器件熱載流子注入損傷的側(cè)墻刻蝕方法。為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供一種減小熱載流子注入損傷的側(cè)墻刻蝕方法, 包括提供襯底,所述襯底上形成有柵極結(jié)構(gòu),所述襯底包括源極區(qū)域和漏極區(qū)域;在所述襯底上形成側(cè)墻沉積層;采用中性離子對所述側(cè)墻沉積層進(jìn)行離子注入,所述離子注入方向與垂直于所述襯底方向成一夾角且向源極方向傾斜;對所述側(cè)墻沉積層進(jìn)行刻蝕,以在所述源極區(qū)域上方形成源極側(cè)墻,并在所述漏極區(qū)域上方形成漏極側(cè)墻;所述源極側(cè)墻的截面寬度小于所述漏極側(cè)墻的截面寬度。較佳的,在所述的減小熱載流子注入損傷的側(cè)墻刻蝕方法中,所述離子注入方向夾角為5度 45度。較佳的,在所述的減小熱載流子注入損傷的側(cè)墻刻蝕方法中,所述中性離子為鍺離子或氙離子。本發(fā)明采用中性離子對所述側(cè)墻沉積層進(jìn)行離子注入,所述離子注入方向與垂直于所述襯底方向成一夾角且向源極方向傾斜,使得在側(cè)墻刻蝕工藝中對源極區(qū)域上方的側(cè)墻刻蝕速率高于漏極區(qū)域上方的側(cè)墻刻蝕速率,刻蝕后源極側(cè)墻的截面寬度相對較小,而漏極側(cè)墻的截面寬度相對增大。當(dāng)柵極加上電壓后,在漏端產(chǎn)生的縱向電場強度減弱,因此,由橫向電場加速的載流子碰撞產(chǎn)生的電子空穴對,空穴會在較弱的縱向電場作用下向柵極中注入,從而減小了由于熱載流子注入而形成的柵極電流,減小了半導(dǎo)體器件熱載流子注入的損傷。
圖IA IC為現(xiàn)有技術(shù)中側(cè)墻刻蝕方法中的器件剖面示意圖;圖2A 2F為本發(fā)明一具體實施例的減小熱載流子注入損傷的側(cè)墻刻蝕方法中的器件剖面示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂,下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細(xì)的說明。以形成MOS器件的柵極側(cè)墻為例,本發(fā)明的減小熱載流子注入損傷的側(cè)墻刻蝕方法,包括請參照圖2A,提供襯底21,在襯底21上形成柵極結(jié)構(gòu)22,所述襯底21包括源極區(qū)域和漏極區(qū)域,所述源極區(qū)域是指后續(xù)要形成源極延伸區(qū)和源極重?fù)诫s區(qū)的區(qū)域,同理,所述漏極區(qū)域是指后續(xù)要形成漏極延伸區(qū)和漏極重?fù)诫s區(qū)的區(qū)域;請參照圖2B,以柵極結(jié)構(gòu)22為掩膜,在柵極結(jié)構(gòu)22兩側(cè)的襯底21內(nèi)進(jìn)行輕摻雜, 形成源極延伸區(qū)23和漏極延伸區(qū)24 ;請參照圖2C,在上述襯底21和柵極結(jié)構(gòu)22上形成側(cè)墻沉積層25,所述側(cè)墻沉積層25包括覆蓋在源極區(qū)域上方的側(cè)墻沉積層以及覆蓋在漏極區(qū)域上方的側(cè)墻沉積層,其中,側(cè)墻沉積層材質(zhì)為氧化硅或氮化硅;請參照圖2D,采用中性離子對襯底21和柵極結(jié)構(gòu)22上的側(cè)墻沉積層25進(jìn)行離子注入,其中所述中性離子可為鍺、氙等離子,離子注入方向與垂直于襯底方向成一夾角a 并向源極方向傾斜,夾角a大小為5度-45度。本發(fā)明實施例采用鍺離子對源極上方的側(cè)墻沉積層進(jìn)行離子注入,離子注入方向為15度至30度之間的角度,優(yōu)選為25度。由于離子注入方向向源極傾斜,漏極延伸區(qū)24上方(即柵極22側(cè)壁角落處,圖中虛線所示區(qū)域) 的側(cè)墻沉積層252因為柵極結(jié)構(gòu)阻擋未被離子注入,而其它的側(cè)墻沉積層因為被離子注入而發(fā)生變化,在后續(xù)刻蝕過程中被離子注入的部分刻蝕速率變大,故,被離子注入的側(cè)墻沉積層251的刻蝕速率大于未被注入的側(cè)墻沉積層252的刻蝕速率;請參照圖2E,對側(cè)墻沉積層25進(jìn)行刻蝕,因為被離子注入側(cè)墻沉積層251的刻蝕速率要高于漏極延伸區(qū)24上方(柵極22側(cè)壁角落處)的側(cè)墻沉積層252的刻蝕速率,適當(dāng)調(diào)節(jié)刻蝕機臺的側(cè)墻刻蝕菜單(recipe),最終刻蝕后的側(cè)墻,在源極的寬度會減小,在漏極會增大,即源極側(cè)墻251A的寬度小于漏極側(cè)墻252A的寬度;請參照圖2F,對上述器件進(jìn)行源漏重?fù)诫s以及退火步驟,在源漏重?fù)诫s以及退火工藝中,由于摻雜離子與器件溝道的距離由側(cè)墻的寬度所決定,因此摻雜后,源極重?fù)诫s區(qū) 231的摻雜離子與器件溝道的距離被拉近,漏極重?fù)诫s區(qū)241的摻雜離子與器件溝道的距離被拉遠(yuǎn)。使得漏極重?fù)诫s區(qū)241與柵極結(jié)構(gòu)22之間的交疊區(qū)域面積減小,當(dāng)柵極加上電壓后,在漏極產(chǎn)生的縱向電場強度減弱,因此,由橫向電場加速的載流子碰撞產(chǎn)生的的電子空穴對,空穴會在較弱的縱向電場作用下想柵極中注入,從而減小了由于熱載流子注入而形成的柵極電流,減小了半導(dǎo)體器件熱載流子注入的損傷。此外,由于在漏極重?fù)诫s區(qū)的摻雜離子與溝道的距離被拉遠(yuǎn)的同時,源極重?fù)诫s區(qū)的摻雜離子與溝道的距離被拉近,總的源漏重?fù)诫s離子之間的距離保持不變,因此器件的有效溝道長度(Effective Channel Length)基本保持不變,器件的其他性能得以保持。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例,凡依本發(fā)明權(quán)利要求范例所作的均等變化與修飾,皆應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種減小熱載流子注入損傷的側(cè)墻刻蝕方法,其特征在于,包括提供襯底,所述襯底上形成有柵極結(jié)構(gòu),所述襯底包括源極區(qū)域和漏極區(qū)域;在所述襯底上形成側(cè)墻沉積層;采用中性離子對所述側(cè)墻沉積層進(jìn)行離子注入,所述離子注入方向與垂直于所述襯底方向成一夾角且向源極方向傾斜;對所述側(cè)墻沉積層進(jìn)行刻蝕,以在所述源極區(qū)域上方形成源極側(cè)墻,并在所述漏極區(qū)域上方形成漏極側(cè)墻,所述源極側(cè)墻的截面寬度小于所述漏極側(cè)墻的截面寬度。
2.如權(quán)利要求I所述的減小熱載流子注入損傷的側(cè)墻刻蝕方法,其特征在于,所述離子注入方向夾角為5度-45度。
3.如權(quán)利要求I所述的減小熱載流子注入損傷的側(cè)墻刻蝕方法,其特征在于,所述中性離子為鍺離子或氙離子。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種減小熱載流子注入損傷的側(cè)墻刻蝕方法,通過采用中性離子對側(cè)墻沉積層進(jìn)行離子注入,所述離子注入方向與垂直于襯底方向成一夾角且向源極方向傾斜,使得在側(cè)墻刻蝕工藝中對源極區(qū)域上方的側(cè)墻刻蝕速率高于漏極區(qū)域上方的側(cè)墻刻蝕速率,刻蝕后源極側(cè)墻的截面寬度相對較小,而漏極側(cè)墻的截面寬度相對增大。當(dāng)柵極加上電壓后,在漏端產(chǎn)生的縱向電場強度減弱,因此,由橫向電場加速的載流子碰撞產(chǎn)生的電子空穴對,空穴會在較弱的縱向電場作用下向柵極中注入,從而減小了由于熱載流子注入而形成的柵極電流,減小了半導(dǎo)體器件熱載流子注入的損傷。
文檔編號H01L21/311GK102610526SQ20121008121
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日
發(fā)明者俞柳江 申請人:上海華力微電子有限公司