一種半導(dǎo)體裝置及其形成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體裝置及其形成方法，相鄰兩個(gè)柵極結(jié)構(gòu)間的相鄰兩個(gè)側(cè)墻之間為凹槽，所述凹槽具有自上而下間的漸窄側(cè)壁，即一定程度上減小了凹槽的深寬比，使得凹槽中較深位置所需沉積的應(yīng)力頂蓋層減少了，由此使得凹槽較深位置易于沉積應(yīng)力頂蓋層，即避免了應(yīng)力頂蓋層在凹槽內(nèi)的沉積出現(xiàn)空隙的問題，從而能夠使應(yīng)力頂蓋層起到較佳的誘發(fā)應(yīng)力的作用，提高了器件的性能。
【專利說明】一種半導(dǎo)體裝置及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體裝置及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在先進(jìn)的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)產(chǎn)業(yè)中，器件的特征尺寸在不斷縮小，然而各種現(xiàn)有材料、工藝等必然的存在著物理極限，比如短溝道效應(yīng)，熱載流子效應(yīng)等，都是限制器件性能的瓶頸。面對這些難題，采用新的材料，優(yōu)化生產(chǎn)工藝就迫在眉睫。
[0003]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在溝道區(qū)施加應(yīng)力，就能夠提高電子遷移率，從而解決短溝道效應(yīng)等難題，提高器件的性能。比如應(yīng)力記憶技術(shù)(stress memorization technology, SMT),傳統(tǒng)SMT工藝的做法為:在晶體管表面沉積應(yīng)力頂蓋層，并進(jìn)行退火工藝，改變柵電極非晶硅結(jié)構(gòu)，將應(yīng)力誘發(fā)至襯底中，之后將應(yīng)力頂蓋層去除即可。該技術(shù)能夠較好的改善N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(NMOS)的電學(xué)性能。
[0004]該技術(shù)雖然對性能提高的效果不錯(cuò)，卻由于尺寸的限制在形成應(yīng)力頂蓋層的過程中出現(xiàn)各種問題。如圖1所示，其為現(xiàn)有工藝形成應(yīng)力頂蓋層的示意圖，在襯底100上形成柵極結(jié)構(gòu)101，緊靠柵極結(jié)構(gòu)101形成側(cè)墻102，相鄰兩個(gè)柵極結(jié)構(gòu)101間的相鄰兩個(gè)側(cè)墻102之間為凹槽。其中側(cè)墻102為圓角矩形狀(即整體為矩形形狀，其中一角為圓角，在此為遠(yuǎn)離柵極結(jié)構(gòu)101及襯底100的一角為圓角，其他三個(gè)角為直角)，凹槽的側(cè)壁(即側(cè)墻102遠(yuǎn)離其緊靠的柵極結(jié)構(gòu)101的一面)為豎直的。之后覆蓋應(yīng)力頂蓋層103，通常由于距離很小，即凹槽的深寬比非常大，因此由于沉積工藝的特性，容易使得應(yīng)力頂蓋層103在凹槽內(nèi)的沉積出現(xiàn)空隙104。由于空隙104的存在，將不利于將應(yīng)力頂蓋層103中的應(yīng)力誘發(fā)至襯底中，即不能夠達(dá)到形成應(yīng)力頂蓋層103所需要的目的。因此，如何避免應(yīng)力頂蓋層中空隙的出現(xiàn)，是個(gè)亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體裝置的形成方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中形成應(yīng)力頂蓋層容易出現(xiàn)空隙的問題。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置的形成方法，包括:
[0007]提供襯底；
[0008]在所述襯底上形成多個(gè)柵極結(jié)構(gòu)；
[0009]在每個(gè)柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成側(cè)墻，相鄰兩個(gè)柵極結(jié)構(gòu)間的相鄰兩個(gè)側(cè)墻之間為凹槽，所述凹槽具有自上而下的漸窄側(cè)壁。
[0010]進(jìn)一步的，對于所述的半導(dǎo)體裝置的形成方法，在每個(gè)柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成側(cè)墻的工藝包括如下步驟:
[0011]形成第一材料層，所述第一材料層覆蓋所述襯底及柵極結(jié)構(gòu)；
[0012]刻蝕所述第一材料層形成第一側(cè)墻；
[0013]形成第二材料層，所述第二材料層覆蓋所述襯底、第一側(cè)墻及柵極結(jié)構(gòu)；[0014]刻蝕所述第二材料層，形成第二側(cè)墻。
[0015]進(jìn)一步的，對于所述的半導(dǎo)體裝置的形成方法，所述第一側(cè)墻的厚度為50-200埃 。
[0016]進(jìn)一步的，對于所述的半導(dǎo)體裝置的形成方法，所述第一側(cè)墻的高度低于所述柵極結(jié)構(gòu)的高度。
[0017]進(jìn)一步的，對于所述的半導(dǎo)體裝置的形成方法，所述第二側(cè)墻的厚度為50-200埃。
[0018]進(jìn)一步的，對于所述的半導(dǎo)體裝置的形成方法，所述第二側(cè)墻的高度等于所述柵極結(jié)構(gòu)的高度。
[0019]進(jìn)一步的，對于所述的半導(dǎo)體裝置的形成方法，所述第一材料層為經(jīng)原子層沉積工藝形成的氮化娃層。
[0020]進(jìn)一步的，對于所述的半導(dǎo)體裝置的形成方法，所述第二材料層為經(jīng)原子層沉積工藝形成的氮化娃層。
[0021]進(jìn)一步的，對于所述的半導(dǎo)體裝置的形成方法，所述形成第一材料層及第二材料層的工藝條件均為:壓強(qiáng)5~lOTorr，溫度50(T600°C，功率10(T200W。
[0022]進(jìn)一步的，對于所述的半導(dǎo)體裝置的形成方法，所述原子層沉積工藝的反應(yīng)氣體均包括 SiH2Cl2'NH3、N2。
[0023]進(jìn)一步的，對于所述的半導(dǎo)體裝置的形成方法，所述反應(yīng)氣體流量為50~lOOOsccm。
[0024]進(jìn)一步的，對于所述的半導(dǎo)體裝置的形成方法，還包括:在形成第二側(cè)墻后，形成應(yīng)力頂蓋層，所述應(yīng)力頂蓋層覆蓋所述襯底、第二側(cè)墻及柵極結(jié)構(gòu)。
[0025]本發(fā)明提出一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，包括:
[0026]襯底，所述襯底上具有多個(gè)柵極結(jié)構(gòu)；
[0027]緊靠所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)墻及相鄰柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)墻之間的凹槽，所述凹槽具有自上而下的漸窄側(cè)壁。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，在本發(fā)明提供的半導(dǎo)體裝置的形成方法中，相鄰兩個(gè)柵極結(jié)構(gòu)間的相鄰兩個(gè)側(cè)墻之間為凹槽，所述凹槽具有自上而下間的漸窄側(cè)壁，即一定程度上減小了凹槽的深寬比，使得凹槽中較深位置所需沉積的應(yīng)力頂蓋層減少了，由此使得凹槽較深位置易于沉積應(yīng)力頂蓋層，即避免了應(yīng)力頂蓋層在凹槽內(nèi)的沉積出現(xiàn)空隙的問題，從而能夠使應(yīng)力頂蓋層起到較佳的誘發(fā)應(yīng)力的作用，提高了器件的性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為現(xiàn)有工藝形成應(yīng)力頂蓋層后各層關(guān)系的示意圖；
[0030]圖疒圖6為本發(fā)明實(shí)施例形成半導(dǎo)體裝置的過程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明提供的半導(dǎo)體裝置及其形成方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。[0032]請參考圖2，提供襯底200，例如硅襯底等，在所述襯底200上形成多個(gè)柵極結(jié)構(gòu)201，所述柵極結(jié)構(gòu)201可利用現(xiàn)有工藝中的任一種方法形成。在所述襯底200上形成第一材料層202，使所述襯底200及柵極結(jié)構(gòu)201被第一材料層202覆蓋。其中，所述第一材料層202為氮化娃(SiN)層，可經(jīng)原子層沉積(atomic layer deposition, ALD)工藝形成，或者經(jīng)爐管工藝形成。在本實(shí)施例中，采用原子層沉積工藝，其工藝條件為:壓強(qiáng)flOTorr，溫度50(T600°C，功率10(T200W。所述原子層沉積工藝的反應(yīng)氣體包括二氯硅烷(SiH2Cl2)、氨氣(NH3)、氮?dú)?N2)。所述反應(yīng)氣體流量為5(Tl000sccm，優(yōu)選的可以為5(Tl00sccm。第一材料層202的厚度為50~200埃，優(yōu)選的，可以為100~120埃。
[0033]請參考圖3，刻蝕所述第一材料層，去除位于所述襯底200上、柵極結(jié)構(gòu)201上表面的全部及柵極結(jié)構(gòu)201兩側(cè)的部分第一材料層，形成第一側(cè)墻300，所述第一側(cè)墻300的緊靠所述柵極結(jié)構(gòu)201及所述襯底200，所述第一側(cè)墻300的高度低于所述柵極結(jié)構(gòu)201的高度，所述第一側(cè)墻300的厚度為50-200埃，優(yōu)選的，可以為100-120埃，所述第一側(cè)墻300形狀為圓角矩形狀(此處與【背景技術(shù)】中所涉及的為同一概念，即遠(yuǎn)離柵極結(jié)構(gòu)201及襯底200的一角為圓角，其他三個(gè)角為直角。但是，由于所形成的第一側(cè)墻300的截面寬度較小，因此，圖中表現(xiàn)為緊靠柵極結(jié)構(gòu)201且遠(yuǎn)離襯底200的一角由于寬度略窄而成為尖角，緊靠襯底200的兩個(gè)角為直角)。其中，刻蝕工藝可采用現(xiàn)有干法刻蝕或濕法刻蝕，可采用柵氧化層(較常見故未示出)作為刻蝕停止層。
[0034]請參考圖4，形成第二材料層400，所述第二材料層400覆蓋所述襯底200、第一側(cè)墻300及柵極結(jié)構(gòu)201。其中，所述第二材料層400為氮化硅層，可經(jīng)原子層沉積工藝形成，或者經(jīng)爐管工藝形成。在本實(shí)施例中，采用原子層沉積工藝，其工藝條件為:壓強(qiáng)5~lOTorr，溫度50(T60(TC，功率10(T200W。所述原子層沉積工藝的反應(yīng)氣體包括SiH2Cl2、NH3、N2。所述反應(yīng)氣體流量為5(Tl000sccm，優(yōu)選的，可以為5(Tl00sccm。第一材料層202的厚度為50-200埃，優(yōu)選的，可以為100-120埃。
[0035]接著，請參考圖5，刻蝕所述第二材料層，去除位于所述襯底200上及柵極結(jié)構(gòu)201上表面的第二材料層，形成第二側(cè)墻500，第一側(cè)墻300和第二側(cè)墻500結(jié)合形成所需的側(cè)墻501。其中，刻蝕工藝可采用現(xiàn)有干法刻蝕或濕法刻蝕。所述第二側(cè)墻500的高度等于所述柵極結(jié)構(gòu)201的高度，所述第二側(cè)墻500的厚度為50-200埃，優(yōu)選的，可以為10(Tl20埃。由圖5中可知，相鄰兩個(gè)柵極結(jié)構(gòu)201間的相鄰兩個(gè)側(cè)墻501之間為凹槽503，所述凹槽503具有自上而下的漸窄側(cè)壁(即側(cè)墻501遠(yuǎn)離其緊靠的柵極結(jié)構(gòu)201的一面，這是由于第一側(cè)墻300的存在，因此第二側(cè)墻500形成后將很容易具有一定傾斜角度，而由于該傾斜角度的存在，凹槽503便具有自上而下的漸窄側(cè)壁)。優(yōu)選的，所述凹槽503的側(cè)壁具有85° ^86°的傾角502，優(yōu)選的，可以為85.5°。所述傾角502便于后續(xù)的沉積工藝，能夠避免現(xiàn)有工藝中凹槽的深高比非常大，應(yīng)力頂蓋層在凹槽內(nèi)的沉積出現(xiàn)空隙的問題。
[0036]具體的，請參考圖6，形成應(yīng)力頂蓋層600，所述應(yīng)力頂蓋層600覆蓋所述襯底200、第二側(cè)墻500及柵極結(jié)構(gòu)201，可見，在相鄰側(cè)墻501之間的凹槽內(nèi)的應(yīng)力頂蓋層600沉積良好，應(yīng)力頂蓋層600內(nèi)沒有間隙。其中，所述應(yīng)力頂蓋層600為氮化物，形成工藝可以為化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝，優(yōu)選的，可以在形成應(yīng)力頂蓋層600之前預(yù)先形成一層緩沖氧化層(未示出)，以避免應(yīng)力頂蓋層600對柵極結(jié)構(gòu)201造成不必要的破壞，也能夠在后續(xù)去除應(yīng)力頂蓋層600時(shí)作為刻蝕停止層。[0037]之后，進(jìn)行退火工藝，將由于形成應(yīng)力頂蓋層所帶來的應(yīng)力記憶到所述襯底之中，提高溝道區(qū)的電子遷移率，改善器件的電學(xué)性能。后續(xù)可繼續(xù)去除應(yīng)力頂蓋層等其他工藝，本申請對此不作贅述。
[0038]上述所形成的第一材料層及第二材料層，其厚度之和應(yīng)當(dāng)與傳統(tǒng)工藝中僅沉積一次材料層的厚度相當(dāng)，以避免厚度差異較大而導(dǎo)致關(guān)鍵尺寸(CD)出現(xiàn)較大變動(dòng)，給實(shí)際生產(chǎn)帶來不便。自然，所述半導(dǎo)體裝置經(jīng)刻蝕形成側(cè)墻后，器件的最終關(guān)鍵尺寸也應(yīng)當(dāng)與傳統(tǒng)具有圓角矩形狀側(cè)墻的器件相近，便于后續(xù)工藝的順利進(jìn)行和保障器件的整體性能。
[0039]上述實(shí)施例提供的半導(dǎo)體裝置的形成方法中，相鄰兩個(gè)柵極結(jié)構(gòu)間的相鄰兩個(gè)側(cè)墻之間為凹槽，所述凹槽具有自上而下間的漸窄側(cè)壁，即一定程度上減小了凹槽的深寬比，使得凹槽中較深位置所需沉積的應(yīng)力頂蓋層減少了，由此使得凹槽較深位置易于沉積應(yīng)力頂蓋層，即避免了應(yīng)力頂蓋層在凹槽內(nèi)的沉積出現(xiàn)空隙的問題，從而能夠使應(yīng)力頂蓋層起到較佳的誘發(fā)應(yīng)力的作用，提高了器件的性能。
[0040]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體裝置的形成方法，其特征在于，包括: 提供襯底； 在所述襯底上形成多個(gè)柵極結(jié)構(gòu)； 在每個(gè)柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成側(cè)墻，相鄰兩個(gè)柵極結(jié)構(gòu)間的相鄰兩個(gè)側(cè)墻之間為凹槽，所述凹槽具有自上而下的漸窄側(cè)壁。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的形成方法，其特征在于，在每個(gè)柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成側(cè)墻的工藝包括如下步驟: 形成第一材料層，所述第一材料層覆蓋所述襯底及柵極結(jié)構(gòu)； 刻蝕所述第一材料層形成第一側(cè)墻； 形成第二材料層，所述第二材料層覆蓋所述襯底、第一側(cè)墻及柵極結(jié)構(gòu)； 刻蝕所述第二材料層，形成第二側(cè)墻。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置的形成方法，其特征在于，所述第一側(cè)墻的厚度為50?200埃。
4.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置的形成方法，其特征在于，所述第一側(cè)墻的高度低于所述柵極結(jié)構(gòu)的高度。
5.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置的形成方法，其特征在于，所述第二側(cè)墻的厚度為50?200埃。
6.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置的形成方法，其特征在于，所述第二側(cè)墻的高度等于所述柵極結(jié)構(gòu)的高度。
7.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置的形成方法，其特征在于，所述第一材料層為經(jīng)原子層沉積工藝形成的氮化硅層。
8.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置的形成方法，其特征在于，所述第二材料層為經(jīng)原子層沉積工藝形成的氮化硅層。
9.如權(quán)利要求7或8所述的半導(dǎo)體裝置的形成方法，其特征在于，形成第一材料層及第二材料層的工藝條件均為:壓強(qiáng)5?lOTorr，溫度50(T600°C，功率10(T200W。
10.如權(quán)利要求7或8所述的半導(dǎo)體裝置的形成方法，其特征在于，所述原子層沉積工藝的反應(yīng)氣體均包括SiH2Cl2、NH3> N2。
11.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置的形成方法，其特征在于，所述反應(yīng)氣體流量為50?lOOOsccm。
12.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置的形成方法，其特征在于，還包括:在形成第二側(cè)墻后，形成應(yīng)力頂蓋層，所述應(yīng)力頂蓋層覆蓋所述襯底、第二側(cè)墻及柵極結(jié)構(gòu)。
13.—種如權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)的半導(dǎo)體裝置的形成方法所形成的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，包括: 襯底，所述襯底上具有多個(gè)柵極結(jié)構(gòu)； 緊靠所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)墻，相鄰兩個(gè)柵極結(jié)構(gòu)間的相鄰兩個(gè)側(cè)墻之間為凹槽，所述凹槽具有自上而下的漸窄側(cè)壁。
【文檔編號(hào)】H01L21/28GK103515320SQ201210206464
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月20日
【發(fā)明者】隋運(yùn)奇 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司