一種半導(dǎo)體器件的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的制備方法，所述方法包括：提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上形成虛擬柵極；在所述虛擬柵極的側(cè)壁上形成第一偏移側(cè)壁和第二偏移側(cè)壁；去除所述虛擬柵極；去除所述第一偏移側(cè)壁，形成關(guān)鍵尺寸增大的凹槽。在本發(fā)明中在形成虛擬柵極之后，在虛擬柵極上形成熱處理氧化物層、第一偏移側(cè)壁以及第二偏移側(cè)壁，其中在執(zhí)行完LDD以及源漏離子注入后，去除所述熱處理氧化物層、所述第一偏移側(cè)壁，形成凹槽，所述凹槽的關(guān)鍵尺寸即為所述金屬柵極的關(guān)鍵尺寸，所述金屬柵極的關(guān)鍵尺寸相比常規(guī)金屬柵極的關(guān)鍵尺寸更大，而且所述源漏離子注入之后形成，在獲得較大的關(guān)鍵尺寸的同時，能好的避免了遮蔽效應(yīng)(SHADOW-EFFECT)，提高了器件的性能。
【專利說明】一種半導(dǎo)體器件的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件工藝，具體地，本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，集成電路性能的提高主要是通過不斷縮小集成電路器件的尺寸以提高它的速度來實(shí)現(xiàn)的。目前，由于在追求高器件密度、高性能和低成本中半導(dǎo)體工業(yè)已經(jīng)進(jìn)步到納米技術(shù)工藝節(jié)點(diǎn)，特別是當(dāng)半導(dǎo)體器件尺寸降到20nm或以下時，半導(dǎo)體器件的制備受到各種物理極限的限制。
[0003]當(dāng)半導(dǎo)體器件的尺寸降到20nm或以下時，器件中柵極關(guān)鍵尺寸(gate⑶)相應(yīng)的縮小為24nm。隨著技術(shù)節(jié)點(diǎn)的降低，傳統(tǒng)的柵介質(zhì)層不斷變薄，晶體管漏電量隨之增加，弓丨起半導(dǎo)體器件功耗浪費(fèi)等問題。為解決上述問題，同時避免高溫處理過程，現(xiàn)有技術(shù)提供一種將金屬柵極替代多晶硅柵極的解決方案。其中，“后柵極(high-K&gate last)”工藝為形成金屬柵極的一個主要工藝。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中使用“后柵極(high-K&gate last) ”工藝形成金屬柵極的方法，包括:提供基底，所述基底上形成有虛擬柵結(jié)構(gòu)(dummy gate)、及位于所述基底上覆蓋所述虛擬柵結(jié)構(gòu)的層間介質(zhì)層；以所述虛擬柵結(jié)構(gòu)作為停止層，對所述層間介質(zhì)層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光工藝；除去所述替代柵結(jié)構(gòu)后形成溝槽；最后對所述溝槽填充介質(zhì)和金屬，以形成柵介質(zhì)層和金屬柵電極層。
[0005]相對與前柵工藝(gate first),在“后柵極(high-K&gate last)”工藝中不僅對所述溝槽填充金屬，而且還要在所述溝槽中填充高K介電質(zhì)以及覆蓋層(cap layer)，因此后柵(high-K&gate last)工藝中蝕刻去除虛擬柵極后空隙的填充成為關(guān)鍵問題，現(xiàn)有技術(shù)中為了提高后柵(high-K&gate last)工藝中空隙的填充，通常采用增大虛擬柵極的關(guān)鍵尺寸的方法，所述虛擬柵極的關(guān)鍵尺寸太大時，在輕摻雜漏極(LDD)離子注入過程中則容易引起遮蔽效應(yīng)(SHAD0W-EFFECT)，導(dǎo)致器件性能下降。
[0006]因此，隨著半導(dǎo)體器件尺寸不斷減小，特別是當(dāng)器件尺寸降到20nm以下時，如何擴(kuò)大金屬柵極的關(guān)鍵尺寸，并且同時使器件具有更好的性能，是目前金屬柵極制備過程中亟需解決的技術(shù)難題，目前的技術(shù)手段都不能實(shí)現(xiàn)所述目的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]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(shí)施方式】部分中進(jìn)一步詳細(xì)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(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。
[0008]為了有效解決上述問題，本發(fā)明提出了一種半導(dǎo)體器件的制備方法，包括:
[0009]提供半導(dǎo)體襯底；
[0010]在所述半導(dǎo)體襯底上形成虛擬柵極；
[0011]在所述虛擬柵極的側(cè)壁上形成第一偏移側(cè)壁和第二偏移側(cè)壁；
[0012]去除所述虛擬柵極；
[0013]去除所述第一偏移側(cè)壁，形成關(guān)鍵尺寸增大的凹槽。
[0014]作為優(yōu)選，在形成所述凹槽之后，所述方法還包括在所述凹槽中形成金屬柵極的步驟。
[0015]作為優(yōu)選，在形成所述第一偏移側(cè)壁和所述第二偏移側(cè)壁之前還包括對所述虛擬柵極進(jìn)行熱氧化處理的步驟，以在所述虛擬柵極的側(cè)壁上形成氧化物層。
[0016]作為優(yōu)選，在形成所述虛擬柵極之前還包括在所述半導(dǎo)體襯底上形成柵極氧化物層。
[0017]作為優(yōu)選，所述柵極氧化物層通過熱氧化處理的方法形成。
[0018]作為優(yōu)選，所述第一偏移側(cè)壁和所述第二偏移側(cè)壁的形成方法為:
[0019]在所述半導(dǎo)體襯底上共形沉積第一偏移側(cè)壁材料層；
[0020]在所述第一偏移側(cè)壁材料層上共形沉積第二偏移側(cè)壁材料層；
[0021]蝕刻所述第一偏移側(cè)壁材料層和所述第二偏移側(cè)壁材料層，以形成關(guān)鍵尺寸均一的所述第一偏移側(cè)壁和所述第二偏移側(cè)壁。
[0022]作為優(yōu)選，所述第一偏移側(cè)壁為氧化物。
[0023]作為優(yōu)選，所述第一偏移側(cè)壁通過原子層沉積方法形成。
[0024]作為優(yōu)選，所述第二偏移側(cè)壁為氮化物。
[0025]作為優(yōu)選，所述第二偏移側(cè)壁通過原子層沉積方法形成。
[0026]作為優(yōu)選，在去除所述虛擬柵極之前，所述方法還包括:
[0027]在所述襯底上沉積接觸孔蝕刻停止層；
[0028]在所述接觸孔蝕刻停止層上沉積層間介質(zhì)層；
[0029]執(zhí)行一平坦化步驟，并停止于所述虛擬柵極。
[0030]作為優(yōu)選，在形成所述層間介質(zhì)層之前，所述方法還包括以下步驟:
[0031]在所述虛擬柵極的兩側(cè)執(zhí)行LDD離子注入；
[0032]在所述源漏區(qū)上生長應(yīng)力層；
[0033]在所述第二偏移側(cè)壁上形成柵極間隙壁；
[0034]進(jìn)行源漏離子注入，以形成源漏區(qū)；
[0035]執(zhí)行應(yīng)力記憶步驟。
[0036]作為優(yōu)選，所述方法還包括去除所述柵極氧化物層的步驟。
[0037]作為優(yōu)選，選用濕法蝕刻同時去除所述柵極氧化物層和所述第一偏移側(cè)壁，所述柵極氧化物層和所述第一偏移側(cè)壁的蝕刻速率相同。
[0038]在本發(fā)明中在形成虛擬柵極之后，在所述虛擬柵極上形成熱處理氧化物層、第一偏移側(cè)壁以及第二偏移側(cè)壁，其中在執(zhí)行完LDD以及源漏離子注入后，去除所述熱處理氧化物層、所述第一偏移側(cè)壁，形成凹槽，所述凹槽的關(guān)鍵尺寸即為所述金屬柵極的關(guān)鍵尺寸，所述金屬柵極的關(guān)鍵尺寸等于虛擬柵極的關(guān)鍵尺寸+熱處理氧化物層的厚度+2 X第一偏移側(cè)壁的厚度，所述金屬柵極的關(guān)鍵尺寸相比常規(guī)金屬柵極的關(guān)鍵尺寸更大，而且所述熱處理氧化物層、第一偏移側(cè)壁104在所述LDD、以及源漏離子注入之前形成，在LDD以及源漏離子注入時，器件柵極尺寸由虛擬柵極決定，因此在獲得較大的關(guān)鍵尺寸的同時，能好的避免了遮蔽效應(yīng)(SHAD0W-EFFECT)，提高了器件的性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]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，用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中，
[0040]圖1為本發(fā)明中包含虛擬柵極結(jié)構(gòu)的襯底的剖面示意圖；
[0041]圖2為本發(fā)明中在所述虛擬柵極上形成第一偏移側(cè)壁和第二偏移側(cè)壁的剖面示意圖；
[0042]圖3為本發(fā)明中進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光工藝后器件的剖面示意圖；
[0043]圖4為本發(fā)明中在所述襯底上形成接觸孔蝕刻停止層的剖面示意圖；
[0044]圖5為在所述接觸孔蝕刻停止層上沉積層間介質(zhì)層后的剖面示意圖；
[0045]圖6為去除所述虛擬柵極以及第一偏移側(cè)壁后的剖面示意圖；
[0046]圖7所述半導(dǎo)體器件制備方法的工藝流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0047]在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)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)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細(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，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。
[0048]為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的描述，以說明本發(fā)明所述半導(dǎo)體器件的制備方法。顯然，本發(fā)明的施行并不限于半導(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。
[0049]應(yīng)予以注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實(shí)施例，而非意圖限制根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式。此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個或多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。
[0050]現(xiàn)在，將參照附圖更詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例。然而，這些示例性實(shí)施例可以多種不同的形式來實(shí)施，并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為只限于這里所闡述的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解的是，提供這些實(shí)施例是為了使得本發(fā)明的公開徹底且完整，并且將這些示例性實(shí)施例的構(gòu)思充分傳達(dá)給本領(lǐng)域普通技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚起見，夸大了層和區(qū)域的厚度，并且使用相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，因而將省略對它們的描述。
[0051]下面結(jié)合附圖1-6對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說明。
[0052]首先參照圖1，提供半導(dǎo)體襯底101，并在所述襯底上形成虛擬柵極103 ；
[0053]具體地，在本發(fā)明的一【具體實(shí)施方式】中所述半導(dǎo)體襯底101可以是以下所提到的材料中的至少一種:硅、絕緣體上硅(SOI)、絕緣體上層疊硅(SS0I)、絕緣體上層疊鍺化硅(S-SiGeOI )、絕緣體上鍺化硅(SiGeOI)以及絕緣體上鍺(GeOI)等。在本發(fā)明的一【具體實(shí)施方式】中優(yōu)選絕緣體上娃(SOI),所述絕緣體上娃(SOI)包括從下往上依次為支撐襯底、氧化物絕緣層以及半導(dǎo)體材料層，但并不局限于上述示例。
[0054]在所述襯底中可以形成有摻雜區(qū)域和/或隔離結(jié)構(gòu)，所述隔離結(jié)構(gòu)為淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)或者局部氧化硅(LOCOS)隔離結(jié)構(gòu)。
[0055]在所述襯底中形成N阱或者P阱結(jié)構(gòu)，在本發(fā)明的一實(shí)施例中所述襯底選用P型襯底，具體地，本領(lǐng)域技術(shù)人員選用本領(lǐng)域常用的P型襯底即可，接著在所述P型襯底中形成N阱，在本發(fā)明的實(shí)施例中，首先在所述P型襯底上形成N阱窗口，在所述N阱窗口中進(jìn)行離子注入，然后執(zhí)行退火步驟推進(jìn)以形成N阱。
[0056]接著，在所述半導(dǎo)體襯底101上形成虛擬柵極103:
[0057]具體地，首先在所述半導(dǎo)體襯底101上形成柵極氧化物層102，作為優(yōu)選，所述氧化物層為S12層，所述S12層通過快速熱氧化工藝(RTO)來形成，其厚度為8-50埃，但并不局限于該厚度。
[0058]然后在所述柵極氧化物層102上沉積柵極材料層，所述柵極材料包含但不限于硅、多晶硅、摻雜的多晶硅和多晶硅-鍺合金材料(即，具有從每立方厘米大約IX118到大約IX 122個摻雜原子的摻雜濃度)以及多晶硅金屬硅化物(polycide)材料(摻雜的多晶娃/金屬娃化物疊層材料)。
[0059]類似地，也可以采用數(shù)種方法的任何一個形成前述材料。非限制性實(shí)例包括自對準(zhǔn)金屬硅化物方法。通常，所述柵極材料包括具有厚度從大約50埃到大約2000埃的摻雜的多晶硅材料。
[0060]所述多晶硅柵極材料的形成方法可選用低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)工藝。形成所述多晶硅層的工藝條件包括:反應(yīng)氣體為硅烷(SiH4)，所述硅烷的流量范圍可為100?200立方厘米/分鐘(sccm)，如150sccm ;反應(yīng)腔內(nèi)溫度范圍可為700?750攝氏度；反應(yīng)腔內(nèi)壓力可為250?350mTorr，如300mTorr ;所述反應(yīng)氣體中還可包括緩沖氣體，所述緩沖氣體可為氦氣(He)或氮?dú)?所述氦氣和氮?dú)獾牧髁糠秶蔀??20升/分鐘(slm)，如8slm、1slm 或 15slm。
[0061]然后對所述柵極材料層進(jìn)行蝕刻，以得到虛擬柵極103，具體地，在本發(fā)明的實(shí)施例中，首先在所述柵極材料層上形成圖案化的光刻膠層，所述光刻膠層定義了所述虛擬柵極的形狀以及關(guān)鍵尺寸的大小，以所述光刻膠層為掩膜蝕刻所述柵極材料層以及柵極氧化物層102，形成虛擬柵極103，然后去除所述光刻膠層，所述光刻膠層的去除方法可以選用氧化灰化法，還可以選用本領(lǐng)域中常用的其他方法，在此不再贅述。
[0062]對所述虛擬柵極103進(jìn)行熱氧化處理，以在所述虛擬柵極103上再氧化形成一層氧化物層108，具體地，在本發(fā)明的一【具體實(shí)施方式】中選用O2或者含有O2的氣氛對所述虛擬柵極103進(jìn)行熱處理，所述熱處理溫度在800-1500°C，優(yōu)選為1100-1200°C，處理時間為2-30min，經(jīng)過所述處理在所述虛擬柵極103上形成一層厚度為5_25埃的氧化物層108，執(zhí)行所述熱氧化處理后改善了所述虛擬柵極103的刻線邊緣粗糙度(Line Edge Roughness,LER)，使所述虛擬柵極103的蝕刻邊緣變得更為光滑，以更加清楚的定義所述虛擬柵極103的關(guān)鍵尺寸。
[0063]在所述虛擬柵極103上形成第一偏移側(cè)壁104，具體地，在所述襯底上共形沉積(conformal deposit1n)第一偏移側(cè)壁的材料層，以在所述虛擬柵極103上形成厚度相同或大致相同的覆蓋層，在蝕刻去除襯底以及虛擬柵極水平面上的偏移側(cè)壁的材料層后，形成第一偏移側(cè)壁104,共形沉積形成的所述第一偏移側(cè)壁104厚度均一,在所述多晶娃側(cè)壁上可以更加清楚地確定所述第一偏移側(cè)壁的關(guān)鍵尺寸，在后面的步驟中更加清楚地確定所述金屬柵極的關(guān)鍵尺寸。
[0064]作為優(yōu)選，在本發(fā)明的實(shí)施例中，為了使獲得的形成第一偏移側(cè)壁104的厚度更加均一，清楚地確定所述金屬柵極的關(guān)鍵尺寸，所述第一偏移側(cè)壁104材料層選用原子層沉積(ALD)的方法沉積形成，選用原子層沉積(ALD)的方法沉積第一偏移側(cè)壁的材料層時，在水平面以及虛擬柵極103的側(cè)壁上形成的厚度都一樣，更加均一，確保了所述半導(dǎo)體器件的性能；在本發(fā)明的一【具體實(shí)施方式】中所述第一偏移側(cè)壁104選用氧化物,優(yōu)選氧化娃，所述氧化物通過原子層沉積(ALD)的方法形成。
[0065]所述第一偏移側(cè)壁104的厚度大于所述熱氧化物處理得到的氧化物層108的厚度，所述第一偏移側(cè)壁104的厚度為15-150埃，優(yōu)選為15-30埃，但并不局限于該數(shù)值范圍，所述第一偏移側(cè)壁104在形成金屬柵極的后續(xù)步驟中、所述氧化物層以及虛擬柵極103一起被蝕刻去除，成為金屬柵極的關(guān)鍵尺寸的一部分。
[0066]接著在所述第一偏移側(cè)壁104上形成第二偏移側(cè)壁105,在本發(fā)明的一【具體實(shí)施方式】具體地，在所述襯底上共形沉積(conformal deposit1n)第二偏移側(cè)壁的材料層，以在所述第一偏移側(cè)壁104上形成厚度相同或大致相同的覆蓋層，在蝕刻去除襯底以及所述第一偏移側(cè)壁104水平面上的第二偏移側(cè)壁的材料層后，形成第二偏移側(cè)壁105，共形沉積形成的所述第二偏移側(cè)壁105厚度均一，所述第二偏移側(cè)壁在后續(xù)工藝中仍然保留，在所述多晶硅側(cè)壁上可以更加清楚地確定最終形成的偏移側(cè)壁的關(guān)鍵尺寸。
[0067]作為優(yōu)選，所述第二偏移側(cè)壁105選用和所述第一偏移側(cè)壁104具有較大蝕刻選擇比的材料，以確保在去除所述第一偏移側(cè)壁104以及虛擬柵極103的過程中，所述第二偏移側(cè)壁105幾乎不被蝕刻，作為優(yōu)選，在本發(fā)明的一【具體實(shí)施方式】中所述第二偏移側(cè)壁105的材料例如是氮化硅絕緣材料。隨著器件尺寸的進(jìn)一步變小，器件的溝道長度越來越小，源漏極的離子注入深度也越來越小，偏移側(cè)墻的作用在于以提高形成的晶體管的溝道長度，減小短溝道效應(yīng)和由于短溝道效應(yīng)弓I起的熱載流子效應(yīng)。
[0068]作為優(yōu)選，為了使獲得的形成第二偏移側(cè)壁105的厚度更加均一，清楚地確定所述金屬柵極的關(guān)鍵尺寸，所述第二偏移側(cè)壁105材料層選用原子層沉積(ALD)的方法沉積形成，選用原子層沉積(ALD)的方法沉積第二偏移側(cè)壁的材料層時，能夠獲得更加均一的形狀和厚度，確保了所述半導(dǎo)體器件的性能。
[0069]在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述第二偏移側(cè)壁105在金屬柵極形成的過程中不會去除，而且在執(zhí)行LDD以及形成源漏的過程中、在濕法蝕刻過程中作為保護(hù)層，保護(hù)位于內(nèi)側(cè)的第一偏移側(cè)壁104以及所述氧化層不被蝕刻，以降低在后續(xù)工藝中關(guān)鍵尺寸的損失。
[0070]并沒有嚴(yán)格的限制，所述第二偏移側(cè)壁105的厚度與所述第一偏移側(cè)壁104的厚度可以相同，也可以不同，作為優(yōu)選，所述第二偏移側(cè)壁105的厚度為15-150埃，優(yōu)選為15-50埃，但并不局限于該數(shù)值范圍。
[0071]作為進(jìn)一步的優(yōu)選，在本發(fā)明的一【具體實(shí)施方式】中對所述虛擬柵極103進(jìn)行熱氧化處理后，沉積第一偏移側(cè)壁材料層、第二偏移側(cè)壁材料層，然后經(jīng)過一個蝕刻步驟，同時形成所述第一偏移側(cè)壁104、第二偏移側(cè)壁105，以簡化所述工藝過程，在步驟中以所述多晶硅柵極作為蝕刻停止層。
[0072]在形成所述第一偏移側(cè)壁104、第二偏移側(cè)壁105之后，執(zhí)行LDD注入的步驟，所述形成LDD的方法可以是離子注入工藝或擴(kuò)散工藝。所述LDD注入的離子類型根據(jù)將要形成的半導(dǎo)體器件的電性決定，即形成的器件為匪OS器件，則LDD注入工藝中摻入的雜質(zhì)離子為磷、砷、銻、鉍中的一種或組合；若形成的器件為PMOS器件，則注入的雜質(zhì)離子為硼。根據(jù)所需的雜質(zhì)離子的濃度，離子注入工藝可以一步或多步完成。
[0073]然后在所述柵極兩側(cè)源漏區(qū)生長應(yīng)力層，在CMOS晶體管中，通常在NMOS晶體管上形成具有拉應(yīng)力的應(yīng)力層，在PMOS晶體管上形成具有壓應(yīng)力的應(yīng)力層，CMOS器件的性能可以通過將所述拉應(yīng)力作用于NM0S，壓應(yīng)力作用于PMOS來提高?，F(xiàn)有技術(shù)中在NMOS晶體管中通常選用SiC作為拉應(yīng)力層，在PMOS晶體管中通常選用SiGe作為壓應(yīng)力層。
[0074]作為優(yōu)選，生長所述SiC作為拉應(yīng)力層時，可以在所述襯底上外延生長，在離子注入后形成抬升源漏，在形成所述SiGe層時，通常在所述襯底中形成凹槽，然后在所述凹槽中沉積形成SiGe層。更優(yōu)選，在所述襯底中形成“Σ”形凹槽。
[0075]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，可以選用干法蝕刻所述源漏區(qū)以形成凹槽，在所述干法蝕刻中可以選用CF4、CHF3,另外加上N2、CO2, O2中的一種作為蝕刻氣氛，其中氣體流量為CF410-200sccm，CHF310-200sccm，N2 或 CO2 或 0210_400sccm，所述蝕刻壓力為 30_150mTorr，蝕刻時間為5-120s，優(yōu)選為5-60s，更優(yōu)選為5-30s。然后在所述凹槽中外延生長SiGe層；所述外延可以選用減壓外延、低溫外延、選擇外延、液相外延、異質(zhì)外延、分子束外延中的一種。
[0076]在形成所述SiGe層后,還可以進(jìn)一步在所述SiGe層上形成覆蓋層(cap layer),所述覆蓋層(cap layer)為SiGe或Si,所述覆蓋層(cap layer)的沉積方法可以為化學(xué)氣相沉積法(CVD)，如低溫化學(xué)氣相沉積(LTCVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、快熱化學(xué)氣相沉積(LTCVD)、等離子體化學(xué)氣相沉積(PECVD)中的一種，沉積形成所述材料層后圖案化該材料層，以形成所述覆蓋層(cap layer)。
[0077]然后在所述虛擬柵極105上形成間隙壁109，所述柵極間隙壁109可以為Si02、SiN, S1CN中一種或者它們組合構(gòu)成。作為本實(shí)施例的一個優(yōu)化實(shí)施方式，所述柵極間隙壁109為氧化硅、氮化硅共同組成，具體工藝為:在半導(dǎo)體襯底上形成第一氧化硅層、第一氮化硅層以及第二氧化硅層，然后采用蝕刻方法形成柵極間隙壁。所述柵極間隙壁的厚度為 5_50nmo
[0078]然后執(zhí)行離子注入工藝，以于柵極周圍的半導(dǎo)體襯底中形成源極/漏極區(qū)域。緊接著進(jìn)行快速升溫退火工藝，利用900至1050°C的高溫來活化源極/漏極區(qū)域內(nèi)的摻雜質(zhì)，并同時修補(bǔ)在各離子注入工藝中受損的半導(dǎo)體襯底表面的晶格結(jié)構(gòu)。此外，亦可視產(chǎn)品需求及功能性考量，另于源極/漏極區(qū)域與各柵極之間分別形成輕摻雜漏極(LDD)。
[0079]然后執(zhí)行應(yīng)力記憶效應(yīng)(Stress memorizat1n technique,簡稱SMT),以在所述器件制備工藝中弓I入應(yīng)力，具體地，在器件源漏注入之后，沉積一層氮化硅薄膜保護(hù)層(caplayer)，緊接著進(jìn)行源漏退火，在源漏退火過程中，會產(chǎn)生氮化硅薄膜保護(hù)層、多晶硅柵以及側(cè)墻之間的熱應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力效應(yīng)，所述應(yīng)力會被記憶在多晶硅柵之中。然后，蝕刻去除所述氮化硅薄膜保護(hù)層，但記憶在多晶硅柵中的應(yīng)力，仍然會傳導(dǎo)到半導(dǎo)體器件的溝道之中。所述應(yīng)力對提高NMOS器件電子遷移率有益。
[0080]參照圖4，在所述半導(dǎo)體襯底101上沉積接觸孔蝕刻停止層(CESL) 106，所述接觸孔蝕刻停止層(CESL) 106可包含SiCN、SiN, SiC、S1F, S1N中的一種或者多種，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，優(yōu)選在所述襯底上形成一層SiN，然后在所述SiN上繼續(xù)沉積一層SiC，以形成所述接觸孔蝕刻停止層106，其中所述接觸孔蝕刻停止層106并不局限于上述一種組合。
[0081]參照圖5，沉積層間介電層107 (ILD)于柵極結(jié)構(gòu)上。所述層間介電層107可為氧化硅層，包括利用熱化學(xué)氣相沉積(thermal CVD)制造工藝或高密度等離子體(HDP)制造工藝形成的有摻雜或未摻雜的氧化硅的材料層，例如未經(jīng)摻雜的硅玻璃(USG)、磷硅玻璃(PSG)或硼磷硅玻璃(BPSG)。此外，層間介電層也可以是摻雜硼或摻雜磷的自旋涂布式玻璃(spin-on-glass，S0G)、摻雜磷的四乙氧基硅烷(PTEOS)或摻雜硼的四乙氧基硅烷(BTEOS)。
[0082]沉積層間介電層107之后，還可以進(jìn)一步包含一平坦化步驟，可以使用半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中常規(guī)的平坦化方法來實(shí)現(xiàn)表面的平坦化。該平坦化方法的非限制性實(shí)例包括機(jī)械平坦化方法和化學(xué)機(jī)械拋光平坦化方法。化學(xué)機(jī)械拋光平坦化方法更常用。所述平坦化步驟停止于所述虛擬柵極上。
[0083]參照圖6，去除所述虛擬柵極103，具體地，在本發(fā)明中選用干法蝕刻或者濕法蝕刻以去除所述虛擬柵極103 ；
[0084]當(dāng)選用干法蝕刻時，可以選用HBr作為主要蝕刻氣體；還包括作為刻蝕補(bǔ)充氣體的O2或Ar，其可以提高刻蝕的品質(zhì)?；蛘哌x用濕法蝕刻，選用濕法蝕刻時，選用KOH和四甲基氫氧化氨(TMAH)中的一種或者多種，在本發(fā)明選用KOH進(jìn)行蝕刻，在本發(fā)明中優(yōu)選質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5-50%的KOH進(jìn)行蝕刻，同時嚴(yán)格控制該蝕刻過程的溫度，在該步驟中優(yōu)選蝕刻溫度為 20-60 °C。
[0085]接著蝕刻去除虛擬柵極下面的柵極氧化物層102、所述氧化物層108以及第一偏移側(cè)壁104，在本發(fā)明的一【具體實(shí)施方式】中選用干法蝕刻或者濕法去除所述柵極氧化物層102以及第一偏移側(cè)壁104，其中，在該蝕刻中所述柵極氧化物層102以及第一偏移側(cè)壁104的蝕刻速率應(yīng)該相同，但是在該過程中不會對所述第二偏移側(cè)壁105造成損壞，例如所述柵極氧化物層102以及第一偏移側(cè)壁104為氧化物，而所述第二偏移側(cè)壁105為氮化物，在去除所述熱處理氧化物層102以及第一偏移側(cè)壁104后，幾乎沒有蝕刻所述第二偏移側(cè)壁105的氮化物。作為優(yōu)選，在所述干法蝕刻中選用SiCoNi制程蝕刻所述柵極氧化物層102、所述氧化物層108以及第一偏移側(cè)壁104，所述SiCoNi制程對所述柵極氧化物層102以及第一偏移側(cè)壁104的蝕刻速率應(yīng)該相同，以實(shí)現(xiàn)所述目的，所述SiCoNi制程中具體參數(shù)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)工藝需要進(jìn)行選擇，并不局限于某一數(shù)值。
[0086]作為優(yōu)選，當(dāng)選用濕法蝕刻時，選用氫氟酸HF或稀釋氫氟酸DHF進(jìn)行蝕刻，其中組成為HF:H20=1:2-1:10，以去除虛擬柵極下面的柵極氧化物層102、所述氧化物層108以及第一偏移側(cè)壁104，所述蝕刻溫度為20-25°C。
[0087]需要說明的是，上述濕法或者干法去除所述虛擬柵極下面的柵極氧化物層102、所述氧化物層108以及第一偏移側(cè)壁104的方法均為示例性的，并不局限于所述方法，本領(lǐng)域其他方法只要能夠?qū)崿F(xiàn)所述目的，均可以應(yīng)用于本發(fā)明，在此不再贅述。
[0088]在去除所述第一偏移側(cè)壁104之后，形成凹槽，所述凹槽的關(guān)鍵尺寸即為所述金屬柵極的關(guān)鍵尺寸，所述金屬柵極的關(guān)鍵尺寸等于虛擬柵極的關(guān)鍵尺寸+熱處理氧化物層的厚度+2X第一偏移側(cè)壁的厚度，所述金屬柵極的關(guān)鍵尺寸相比常規(guī)金屬柵極的關(guān)鍵尺寸更大，而且所述氧化物層、第一偏移側(cè)壁104在所述LDD、以及源漏離子注入之后形成，因此在獲得較大的關(guān)鍵尺寸的同時，能好的避免了遮蔽效應(yīng)(SHADOW-EFFECT)，提高了器件的性能。
[0089]所述凹槽的關(guān)鍵尺寸即為所述金屬柵極的關(guān)鍵尺寸，所述凹槽的關(guān)鍵尺寸相對于現(xiàn)有技術(shù)中形成的凹槽的關(guān)鍵尺寸大35-330埃，作為優(yōu)選，所述凹槽的關(guān)鍵尺寸相對于現(xiàn)有技術(shù)中形成的凹槽的關(guān)鍵尺寸大35-85埃，需要注意的是，所述凹槽即所述金屬柵極的關(guān)鍵尺寸增加的數(shù)值范圍并不局限于該數(shù)值范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)目標(biāo)器件的需要對所述凹槽進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0090]在形成所述凹槽之后還包括在凹槽中沉積高K介電層、覆蓋層、金屬柵極等步驟。[0091 ] 具體地，在所述凹槽中形成柵極介電層，優(yōu)選高K介電層來形成所述柵極介電層，例如用在HfO2中引入S1、Al、N、La、Ta等元素并優(yōu)化各元素的比率來得到的高K材料等。
[0092]形成所述高K介電層的方法可以是物理氣相沉積工藝或原子層沉積工藝。在本發(fā)明的實(shí)施例中，在凹槽中形成HfAlON柵極介電層，其厚度為15到60埃。
[0093]然后，在高K介電層上形成柵極堆棧結(jié)構(gòu)的覆蓋層，作為優(yōu)選，所述覆蓋層可以選用TiN，作為進(jìn)一步的優(yōu)選，還可以在所述覆蓋層上形成擴(kuò)散阻擋層，可以是TaN層或AlN層。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，在CVD反應(yīng)腔中進(jìn)行所述TaN層或AlN層的沉積，所選擇的工藝條件包括壓強(qiáng)為1-100乇，溫度為500-1000攝氏度。所沉積的TaN層或AlN層具有10-50埃的厚度。
[0094]最后形成金屬柵極，所述金屬柵極通過沉積多個薄膜堆棧形成，所述薄膜包括功函數(shù)金屬層，阻擋層和導(dǎo)電層。所述阻擋層包括TaN、TiN、TaC, TaSiN、WN、TiAl、TiAlN或上述的組合。所述沉積阻擋層方法非限制性實(shí)例包括化學(xué)氣相沉積法(CVD)，如低溫化學(xué)氣相沉積(LTCVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、快熱化學(xué)氣相沉積(LTCVD)、等離子體化學(xué)氣相沉積(PECVD)。
[0095]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中使用原子層沉積(ALD)、濺鍍及物理氣相沉積(PVD)的方法，所形成的阻擋層的厚度在10-100埃之間。所述功函數(shù)金屬層包括一層或多層金屬層。所述金屬層可以是TiN、TaN、TiN和TaN、上述的組合。所述金屬層可以用ALD、PVD或CVD的方法形成。優(yōu)選地，所述功函數(shù)金屬層的厚度在10-200埃之間。所述導(dǎo)電層可以是鋁層，也可以是銅或鎢層。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中使用Al形成所述導(dǎo)電層，可以用CVD或PVD的方法進(jìn)行沉積。在該導(dǎo)電層形成之后，在300-500攝氏度溫度下進(jìn)行退火。其在含氮環(huán)境中反應(yīng)的時間為10-60分鐘。最后進(jìn)行導(dǎo)電層的平坦化，以除去溝槽以外的導(dǎo)電層而形成金屬柵極。
[0096]參照圖7，其中示出了本發(fā)明的一【具體實(shí)施方式】的工藝流程圖，具體地包括以下步驟:
[0097]步驟201:提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成柵極氧化物層，然后在所述半導(dǎo)體襯底上形成虛擬柵極；
[0098]步驟202對所述虛擬柵極進(jìn)行熱氧化處理的步驟，以在所述虛擬柵極的側(cè)壁上形成氧化物層；
[0099]步驟203在所述虛擬柵極的側(cè)壁上形成第一偏移側(cè)壁和第二偏移側(cè)壁；
[0100]步驟204在所述虛擬柵極的兩側(cè)執(zhí)行LDD離子注入；
[0101]步驟205在所述源漏區(qū)上生長應(yīng)力層；
[0102]步驟206在所述第二偏移側(cè)壁上形成柵極間隙壁，進(jìn)行源漏離子注入，以形成源漏區(qū)，并執(zhí)行應(yīng)力記憶步驟；
[0103]步驟207在所述襯底上沉積接觸孔蝕刻停止層，在所述接觸孔蝕刻停止層上沉積層間介質(zhì)層；
[0104]步驟208去除所述虛擬柵極，去除所述第一偏移側(cè)壁，形成關(guān)鍵尺寸增大的凹槽；
[0105]步驟209在所述凹槽中形成金屬柵極。
[0106]本發(fā)明已經(jīng)通過上述實(shí)施例進(jìn)行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)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(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)利要求書及其等效范圍所界定。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體器件的制備方法,包括: 提供半導(dǎo)體襯底； 在所述半導(dǎo)體襯底上形成虛擬柵極； 在所述虛擬柵極的側(cè)壁上形成第一偏移側(cè)壁和第二偏移側(cè)壁； 去除所述虛擬柵極； 去除所述第一偏移側(cè)壁，形成關(guān)鍵尺寸增大的凹槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在形成所述凹槽之后，所述方法還包括在所述凹槽中形成金屬柵極的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在形成所述第一偏移側(cè)壁和所述第二偏移側(cè)壁之前還包括對所述虛擬柵極進(jìn)行熱氧化處理的步驟，以在所述虛擬柵極的側(cè)壁上形成氧化物層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在形成所述虛擬柵極之前還包括在所述半導(dǎo)體襯底上形成柵極氧化物層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述柵極氧化物層通過熱氧化處理的方法形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一偏移側(cè)壁和所述第二偏移側(cè)壁的形成方法為: 在所述半導(dǎo)體襯底上共形沉積第一偏移側(cè)壁材料層； 在所述第一偏移側(cè)壁材料層上共形沉積第二偏移側(cè)壁材料層； 蝕刻所述第一偏移側(cè)壁材料層和所述第二偏移側(cè)壁材料層，以形成關(guān)鍵尺寸均一的所述第一偏移側(cè)壁和所述第二偏移側(cè)壁。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述第一偏移側(cè)壁為氧化物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述第一偏移側(cè)壁通過原子層沉積方法形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述第二偏移側(cè)壁為氮化物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述第二偏移側(cè)壁通過原子層沉積方法形成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在去除所述虛擬柵極之前，所述方法還包括: 在所述襯底上沉積接觸孔蝕刻停止層； 在所述接觸孔蝕刻停止層上沉積層間介質(zhì)層； 執(zhí)行一平坦化步驟，并停止于所述虛擬柵極。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，在形成所述層間介質(zhì)層之前，所述方法還包括以下步驟: 在所述虛擬柵極的兩側(cè)執(zhí)行LDD離子注入； 在所述源漏區(qū)上生長應(yīng)力層； 在所述第二偏移側(cè)壁上形成柵極間隙壁； 進(jìn)行源漏離子注入，以形成源漏區(qū)； 執(zhí)行應(yīng)力記憶步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法還包括去除所述柵極氧化物層的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，選用濕法蝕刻同時去除所述柵極氧化物層和所述第一偏移側(cè)壁，選用對所述柵極氧化物層和所述第一偏移側(cè)壁的蝕刻速率相同的蝕刻制程。
【文檔編號】H01L21/336GK104051245SQ201310077046
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月11日
【發(fā)明者】趙杰 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司