通過(guò)單步驟沉積實(shí)現(xiàn)柵極包覆的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及通過(guò)單步驟沉積實(shí)現(xiàn)柵極包覆，當(dāng)形成包覆晶體管的柵極電極結(jié)構(gòu)的間隙壁結(jié)構(gòu)時(shí)，常見(jiàn)的問(wèn)題是由于在第一室中執(zhí)行第一沉積制程以及在第二室中執(zhí)行第二后續(xù)制程而造成所獲得的間隙壁結(jié)構(gòu)的厚度變動(dòng)。本發(fā)明提供一種用于形成具有良好定義的厚度的間隙壁的方法。該方法依賴于通過(guò)原子層沉積執(zhí)行的單個(gè)沉積步驟。以不同溫度下執(zhí)行的兩個(gè)階段來(lái)執(zhí)行該沉積。
【專利說(shuō)明】
通過(guò)單步驟沉積實(shí)現(xiàn)柵極包覆

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明通常涉及用以制造集成電路的方法，尤其涉及用以制造具有改進(jìn)的間隙壁的集成電路的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，電子電路向越來(lái)越復(fù)雜的集成電路發(fā)展的趨勢(shì)要求降低電子裝置的尺寸，以實(shí)現(xiàn)越來(lái)越高的集成密度。
[0003]晶體管是當(dāng)前集成電路中的主要電路組件。目前，在當(dāng)前可獲得的復(fù)雜集成電路中可設(shè)置數(shù)億個(gè)晶體管，例如微處理器、CPU、存儲(chǔ)芯片等。因此至關(guān)重要的是，包括于集成電路中的晶體管的典型尺寸要盡可能地小，以實(shí)現(xiàn)高集成密度。
[0004]在集成電路的各種制造技術(shù)中，MOS(metal-oxide-semiconductor ;金屬-氧化物-半導(dǎo)體)技術(shù)是目前最有前景的方法，因?yàn)樗軌蛏a(chǎn)在操作速度、功耗以及成本效率方面具有優(yōu)越特性的裝置。CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor ;互補(bǔ)金屬-氧化物-半導(dǎo)體)技術(shù)是MOS技術(shù)的特定實(shí)施，其中，互補(bǔ)晶體管對(duì)，亦即成對(duì)分組的P溝道晶體管和N溝道晶體管，用以形成電路組件例如反相器以及其它邏輯門，從而設(shè)計(jì)高度復(fù)雜的電路組件。在使用CMOS技術(shù)制造復(fù)雜集成電路期間，數(shù)百萬(wàn)個(gè)晶體管，亦即N溝道晶體管和P溝道晶體管形成在由襯底支持的半導(dǎo)體層內(nèi)定義的主動(dòng)區(qū)中。
[0005]目前，在其中形成大多數(shù)集成電路的層是由硅制成。硅可以結(jié)晶、多晶或非晶的形式提供。可在原始半導(dǎo)體層中引入其它材料，例如摻雜物原子或離子。
[0006]MOS晶體管或通常的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(field-effect transistor ;FET),無(wú)論是N溝道晶體管還是P溝道晶體管，包括源區(qū)和漏區(qū)，對(duì)該源區(qū)和漏區(qū)使用相同種類的摻雜物高度摻雜。接著，在該源漏區(qū)之間設(shè)置反型或弱摻雜的溝道區(qū)。溝道區(qū)的電導(dǎo)率，亦即導(dǎo)電溝道的驅(qū)動(dòng)電流能力，可由形成于該溝道區(qū)附近并通過(guò)薄的絕緣層與該溝道區(qū)隔開(kāi)的柵極電極控制。溝道區(qū)的電導(dǎo)率尤其依賴于載流子的遷移率以及源漏區(qū)之間沿晶體管寬度方向的距離。該距離也被稱作溝道長(zhǎng)度。例如，通過(guò)降低溝道長(zhǎng)度，溝道電阻率降低。這樣，通過(guò)降低晶體管溝道長(zhǎng)度可使晶體管的開(kāi)關(guān)速度增加并獲得較高的驅(qū)動(dòng)電流能力。
[0007]不過(guò)，可能不會(huì)使晶體管的溝道長(zhǎng)度的降低達(dá)到極限而不會(huì)引起其它問(wèn)題。例如，柵極電極與溝道之間的電容隨溝道長(zhǎng)度降低而降低。在此情況下，可通過(guò)降低柵極與溝道之間的絕緣層的厚度來(lái)補(bǔ)償此效應(yīng)。例如，對(duì)于約80納米的柵極長(zhǎng)度，高速晶體管組件中可能需要厚度小于2納米的基于二氧化硅的柵極介電材料。不過(guò)，絕緣層如此的薄厚度可能導(dǎo)致因熱載流子注入以及載流子通過(guò)極薄的柵極介電材料的直接隧穿而引起漏電流增力口。由于二氧化硅基柵極介電材料的厚度的進(jìn)一步降低與復(fù)雜集成電路的熱功率要求可能日益變得不兼容，因此已開(kāi)發(fā)其它替代方法來(lái)增加溝道區(qū)中的載流子遷移率，以提升場(chǎng)效應(yīng)晶體管的總體性能。
[0008]針對(duì)隨晶體管溝道長(zhǎng)度的降低而增加電容的問(wèn)題，已找到的一種解決方案包括針對(duì)柵極電極中的絕緣層選擇適當(dāng)?shù)牟牧?。?dāng)制造典型的柵極尺寸低于50納米的晶體管時(shí)，“高k/金屬柵極”(high-k/metal gate ；HKMG)技術(shù)如今已成為新的制造標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)HKMG制造流程，包括于柵極電極中的絕緣層由高k材料組成。這與傳統(tǒng)的氧化物/多晶硅(poly/S1N)方法相反，在該傳統(tǒng)方法中，柵極電極絕緣層通常由氧化物組成，較佳地，針對(duì)硅基裝置，柵極電極絕緣層由二氧化硅或氮氧化硅組成。高k材料是指介電常數(shù)k高于10的材料。在柵極電極中用作絕緣層的高k材料例如為氧化鉭(Ta2O5)、氧化鈦鍶(SrT13)、氧化鉿(HfO2)、氧化娃鉿(HfS12)、氧化錯(cuò)(ZrO2)等。
[0009]HKMG能夠增加?xùn)艠O電極中絕緣層的厚度，因此，即使在晶體管溝道長(zhǎng)度低至30納米或更小的情況下，也能顯著降低流過(guò)柵極的漏電流。不過(guò)，相對(duì)傳統(tǒng)的poly/S1N技術(shù)，HKMG的實(shí)施帶來(lái)新的技術(shù)挑戰(zhàn)并需要新的集成方案。
[0010]例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用氧化鉿(HfO2)作為晶體管柵極中的絕緣層時(shí)，該絕緣層材料與該柵極中還具有的多晶硅發(fā)生相互作用，從而造成大量的問(wèn)題，例如晶體管的高閾值電壓。因此，必須找到新的材料來(lái)調(diào)整柵極電極種類的功函數(shù)，以將晶體管閾值電壓調(diào)整到想要的水平。為此目的，在高k介電材料與設(shè)于該高k介電材料上方的通常為多晶硅的柵極材料之間插入薄的“功函數(shù)金屬”層。這樣，通過(guò)改變?cè)摻饘賹拥暮穸瓤烧{(diào)整閾值電壓。這個(gè)柵極金屬層通常包括氮化鈦(TiN)膜，可能結(jié)合功函數(shù)金屬，例如鋁。
[0011]目前，為了在半導(dǎo)體制造流程中實(shí)施HKMG，存在兩種不同的方案。在被稱作先柵極的第一種方案中，制造流程與傳統(tǒng)poly/S1N方法中的后續(xù)制造流程類似。初始執(zhí)行包括高k介電膜以及功函數(shù)金屬層的柵極電極的形成，接著執(zhí)行晶體管制造的后續(xù)階段，例如定義源漏區(qū)、襯底表面的部分的硅化、金屬化等等。另一方面，依據(jù)被稱作后柵極或替代柵極的第二種方案，在具有犧牲偽柵極的情況下執(zhí)行例如摻雜物離子注入、源漏區(qū)形成以及襯底硅化等制造階段。在執(zhí)行高溫源/漏區(qū)形成以及所有的硅化退火循環(huán)以后，以真實(shí)柵極替代該偽柵極。
[0012]因此，該先柵極HKMG方法需要柵極電極堆迭，以承受例如為活化源漏區(qū)中注入的摻雜物種類或誘發(fā)硅化制程而執(zhí)行的退火步驟期間所達(dá)到的高溫。
[0013]而且，在裝置經(jīng)歷的熱預(yù)算期間，氧氣或其它氣態(tài)污染物可能擴(kuò)散進(jìn)入柵極絕緣層或柵極金屬層。在熱預(yù)算期間典型的高溫下，氧氣擴(kuò)散尤其快。應(yīng)當(dāng)避免在裝置制造期間發(fā)生氧氣或污染物納入柵極堆迭中，因?yàn)橐呀?jīng)發(fā)現(xiàn)這會(huì)以非預(yù)期的方式改變柵極結(jié)構(gòu)中所包括的材料的化學(xué)及物理特性。這樣，可能無(wú)法預(yù)先定義要制造的晶體管的關(guān)鍵特征，例如閾值電壓。
[0014]在制程期間可能威脅柵極堆迭的完整性的另一因素來(lái)自為了圖案化或清洗裝置表面而在柵極形成以后執(zhí)行的濕式或干式蝕刻系列。理想地說(shuō)，柵極堆迭應(yīng)當(dāng)不受柵極堆迭形成以后執(zhí)行的所有圖案化或表面清洗制程的影響。
[0015]因此，為了在后續(xù)制造階段期間保護(hù)敏感柵極材料，將柵極堆迭包覆進(jìn)在其側(cè)壁上形成的介電材料罩中。該保護(hù)層也被稱作“間隙壁”或“間隙壁結(jié)構(gòu)”。該保護(hù)層除保護(hù)敏感柵極材料外，在向其中形成晶體管的半導(dǎo)體層中注入想要的類型的摻雜物時(shí)，該保護(hù)層也有利于用作掩膜。在這方面，間隙壁結(jié)構(gòu)可形成于后續(xù)階段中，以在各注入步驟期間具有適當(dāng)?shù)男螤罴昂穸取?br> [0016]尤其，間隙壁結(jié)構(gòu)可包括鄰近堆迭側(cè)壁形成的包覆部分。接著，在該包覆部分上形成具有第一厚度的第一間隙壁部分。該第一部分通常被稱作“間隙壁-O”。通過(guò)使用間隙壁-O作為掩膜，可執(zhí)行第一系列注入。該第一系列可包括為了定義晶體管溝道區(qū)中的環(huán)狀(halo)區(qū)以及源漏區(qū)中的延伸區(qū)而執(zhí)行的注入。隨后，通過(guò)在先前形成的間隙壁-O上形成第二部分可擴(kuò)展該間隙壁結(jié)構(gòu)。該第二部分通常被稱作“間隙壁-1”。接著，在具有間隙壁-O及間隙壁-1的情況下可執(zhí)行第二系列注入，例如用以定義源漏區(qū)的深區(qū)。
[0017]依據(jù)當(dāng)前技術(shù)，通過(guò)使用兩階段制程來(lái)形成柵極包覆部分以及間隙壁-O。通過(guò)執(zhí)行第一沉積步驟在第一溫度下初始形成柵極包覆部分。在沉積柵極包覆部分以后，接著形成間隙壁-0，間隙壁-O暴露一表面于外部。通過(guò)在第二溫度下執(zhí)行第二沉積形成間隙壁-0，該第二溫度通常高于第一溫度。下面將更廣泛地討論整個(gè)制程。
[0018]圖1a至Ig顯示依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在FET制造期間的典型流程的一些態(tài)樣。圖1a顯示在較先進(jìn)制造階段中半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100的剖示示意圖。如圖所示，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100包括襯底101，例如半導(dǎo)體材料等，在該襯底上方形成半導(dǎo)體層102。
[0019]半導(dǎo)體層102通常由單晶硅制成。半導(dǎo)體層102被橫向劃分為多個(gè)主動(dòng)區(qū)102a?？蓪⑦@些主動(dòng)區(qū)102a理解為半導(dǎo)體區(qū)，在該半導(dǎo)體區(qū)之中及上方將形成一個(gè)或多個(gè)晶體管。出于方便，圖中顯示單個(gè)主動(dòng)區(qū)102a，其由隔離區(qū)102b例如淺溝槽隔離橫向界定。依據(jù)總體裝置要求，當(dāng)絕緣埋層(未圖示)直接形成于半導(dǎo)體層102下方時(shí)，襯底101以及半導(dǎo)體層102,例如初始設(shè)為娃材料,可形成絕緣體上娃(SOI ；silicon-on-1nsulator)架構(gòu)。在其它情況下，當(dāng)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100將使用塊體配置時(shí)，最初，半導(dǎo)體層102表示襯底101的結(jié)晶材料的一部分。
[0020]半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100包括形成于主動(dòng)區(qū)102a之中及上方的晶體管150。圖1a顯示形成柵極電極結(jié)構(gòu)160以后的制造階段期間的晶體管150。該晶體管可為場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
[0021]柵極結(jié)構(gòu)160包括柵極電極材料162，其可由多晶硅組成。柵極結(jié)構(gòu)160還包括絕緣層161，以將柵極電極材料162與將要形成于主動(dòng)區(qū)102a中的晶體管溝道區(qū)物理及電性隔離。柵極電極結(jié)構(gòu)160可具有任意適當(dāng)?shù)膸缀闻渲?，例如在長(zhǎng)度及寬度方面。例如，柵極長(zhǎng)度，亦即圖1a中電極材料162的水平延伸，可為50納米或更小。
[0022]依據(jù)柵極電極結(jié)構(gòu)160的配置，絕緣層161以及柵極電極材料162可以不同的方式形成。
[0023]例如，如果柵極電極160為傳統(tǒng)的氧化物/多晶硅柵極電極(例如poly/S1N)，則柵極絕緣層161可由傳統(tǒng)的柵極介電材料形成，例如二氧化硅、氮氧化硅等等，而柵極電極材料162可包括多晶硅。
[0024]或者，對(duì)于柵極電極結(jié)構(gòu)160可優(yōu)選HKMG配置。對(duì)于約50納米或更小的柵極長(zhǎng)度通常優(yōu)選HKMG。在此情況下，絕緣層161可為現(xiàn)有技術(shù)中已知的高k柵極介電材料的其中一種。例如，上面給出了晶體管柵極中可使用的高k材料的非詳盡清單。
[0025]如果已經(jīng)依據(jù)HKMG技術(shù)形成柵極電極結(jié)構(gòu)160，則該柵極電極結(jié)構(gòu)還包括柵極金屬層162a，例如氮化鉭等形式，可能結(jié)合功函數(shù)金屬種類，例如鋁等。柵極金屬層162a通常形成于絕緣層161上方，以調(diào)整適當(dāng)?shù)墓瘮?shù)并因此調(diào)整晶體管150的閾值電壓，如上所述。
[0026]如上所述，為保護(hù)組成柵極電極結(jié)構(gòu)160的堆迭，在柵極堆迭的側(cè)壁上形成間隙壁結(jié)構(gòu)。初始形成的該間隙壁結(jié)構(gòu)具有較小的厚度，且隨后擴(kuò)展至較大的厚度。
[0027]圖1b至Id顯示制造階段序列，以形成間隙壁結(jié)構(gòu)的部分，包括鄰近柵極堆迭的包覆部分以及具有預(yù)定厚度的外層。該外層通常被稱作間隙壁-O。
[0028]如圖1b所示，在間隙壁形成的初始階段期間，執(zhí)行沉積制程182，以在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100的表面上形成第一絕緣層144。第一絕緣層144通常包括絕緣材料例如氮化硅(SiN)。層144通常具有3至4納米之間的厚度，且較佳地具有約3.5納米的厚度。形成后與柵極結(jié)構(gòu)160接觸的層144適于經(jīng)圖案化以形成該間隙壁結(jié)構(gòu)的包覆部分。
[0029]通常通過(guò)原子層沉積(atomic layer deposit1n ；ALD)制程執(zhí)行沉積制程182以形成第一絕緣層144。在圖4a所示的隨時(shí)間變化的溫度圖表中，以折線482示意組成沉積182的操作序列。線段482a標(biāo)示在250°C下將舟推入ALD爐中。接著，在線段482b期間，溫度上升至500°C。隨后，在線482的線段482c期間執(zhí)行ALD沉積。在圖4a中使用完整的矩形482cbp標(biāo)示ALD沉積。在執(zhí)行ALD沉積482cbp以后，在500°C下執(zhí)行舟拉出482pull。
[0030]在執(zhí)行沉積182時(shí)，針對(duì)舟推入選擇較低溫度250°C且針對(duì)ALD選擇500°C，因?yàn)樗鼈冇行П苊獬练e室中的殘余氧氣到達(dá)柵極堆迭160。一旦柵極堆迭160被層144包覆，柵極堆迭160就可在后續(xù)步驟中承受更高的溫度。
[0031]現(xiàn)在請(qǐng)參照?qǐng)Dlc，其顯示圖1b中所示階段之后的制造階段期間的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100。在沉積第一絕緣層144以后，可通過(guò)使用第二沉積制程184沉積第二絕緣層146。第二絕緣層146沉積于第一絕緣層144的表面上。通常，第二絕緣層146包括與第一絕緣層144相同的絕緣材料。因此，第二絕緣層146通常由氮化硅組成。層146具有在8至9納米范圍內(nèi)的厚度，較佳地，具有約8.5納米的厚度。形成于第一絕緣層144上的第二絕緣層146適于經(jīng)圖案化以形成被稱為間隙壁-O的間隙壁結(jié)構(gòu)的部分。
[0032]用以形成第二絕緣層146的沉積制程184通常通過(guò)低壓化學(xué)氣相沉積(lowpressure chemical vapor deposit1n ;LPCVD)制程執(zhí)行。在圖4b所示的溫度-制程時(shí)間圖表中以折線484示意該沉積制程。線段484a標(biāo)示在700°C下將舟推入LPCVD爐中。如線段484b所示，接著，溫度上升至750°C。在線段484c期間，通過(guò)在750°C下的LPCVD制程實(shí)現(xiàn)使用完整矩形標(biāo)示的層146的沉積。如線段484d所示，接著，溫度降低至700°C，且最后，在線段484e中，在700°C下執(zhí)行舟拉出。
[0033]在第二絕緣層146的LPCVD期間，750°C的溫度能夠形成具有改進(jìn)韌度的間隙壁-O。尤其，由通過(guò)在選擇溫度下執(zhí)行LPCVD而生長(zhǎng)的絕緣層146形成的間隙壁-O在形成后，當(dāng)間隙壁-O暴露于施加至晶圓的典型濕式蝕刻時(shí)，間隙壁-O證明具有極低的蝕刻速率。
[0034]現(xiàn)請(qǐng)參照?qǐng)Dld，其顯示在圖1c所示的制造階段之后的制造階段期間的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100。在形成第一絕緣層144及第二絕緣層146以后，可圖案化層144及146，以移除不與柵極結(jié)構(gòu)169鄰近的那些部分。尤其，可使用一個(gè)或多個(gè)干式或濕式蝕刻來(lái)圖案化層144及146。該圖案化步驟導(dǎo)致形成間隙壁140，包括鄰近柵極結(jié)構(gòu)160的側(cè)壁形成的包覆部分144enc。間隙壁結(jié)構(gòu)140的包覆部分144enc是來(lái)自圖案化的第一絕緣層144的一部分。在圖1d所示的制造流程階段中，間隙壁結(jié)構(gòu)140還包括外層部分146sp0，其暴露于外部并來(lái)自圖案化的第二絕緣層146的一部分。外層部分146sp0構(gòu)成被稱為間隙壁-O的間隙壁140的部分。
[0035]在形成如圖1d所示的間隙壁結(jié)構(gòu)140以后，可執(zhí)行一系列摻雜注入188，以定義延伸區(qū)和/或環(huán)狀區(qū)。注入188可包括環(huán)狀注入和/或用以定義源漏區(qū)151的延伸區(qū)151e的注入。圖1e顯示執(zhí)行注入188從而形成源漏區(qū)的延伸區(qū)151e以后的晶體管150。延伸區(qū)151e決定晶體管150的溝道區(qū)的長(zhǎng)度。
[0036]圖1f顯示在圖1e所示的制造階段之后的制造階段期間的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100。在執(zhí)行環(huán)狀和/或延伸區(qū)注入以后，可通過(guò)使用高度共形的沉積技術(shù)沉積第三絕緣層(未圖示)。該第三絕緣層可經(jīng)圖案化以形成間隙壁結(jié)構(gòu)140的部分148，其被稱為間隙壁-1。
[0037]通過(guò)形成間隙壁-1148擴(kuò)展間隙壁結(jié)構(gòu)140以后，可執(zhí)行另外的注入步驟(未圖示)，以定義源漏區(qū)151的深區(qū)151d。隨后，對(duì)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100退火，以活化注入的摻雜物并使半導(dǎo)體層的晶格在注入損傷后重結(jié)晶。摻雜種類的一定量的擴(kuò)散可能來(lái)自退火制程的施用。將晶體管150的溝道區(qū)155定義為由延伸區(qū)151e界定。圖1f示意執(zhí)行活化退火以后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100。
[0038]圖1g顯示在圖1f所示的制造流程之后的下一階段制造流程期間的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100。在執(zhí)行活化退火以后，在已經(jīng)形成柵極電極結(jié)構(gòu)160并創(chuàng)建源漏區(qū)151以后，在如圖1f所示的裝置100的表面上沉積難熔金屬層(未圖示)。接著，在300-500°C范圍內(nèi)的溫度下對(duì)該難熔金屬層進(jìn)行熱處理。作為該熱處理的結(jié)果，在柵極電極材料162的上表面之中及其頂部部分形成如圖1g所示的金屬硅化物層162b。在沉積該難熔金屬層以前暴露該柵極電極材料162的上表面。類似地，在半導(dǎo)體層102的上表面之中及其頂部部分形成金屬娃化物層153。在沉積該難熔金屬層以前暴露該半導(dǎo)體層102的上表面。
[0039]在形成金屬硅化物層153及162b以后，通過(guò)使用已知的沉積技術(shù)，例如等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(PECVD)，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100的暴露面上沉積應(yīng)力材料層120。在應(yīng)力材料層120沉積后可接著執(zhí)行UV固化制程。該UV固化制程在400-500°C范圍內(nèi)的溫度下執(zhí)行，導(dǎo)致應(yīng)力材料層120的拉伸應(yīng)力增加。應(yīng)力材料層120包括介電材料，通常為氮化硅(SiN)，其對(duì)于后續(xù)制造階段期間形成于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100上方的介電材料層130具有蝕刻選擇性。因此，應(yīng)力材料層120還充當(dāng)蝕刻停止層。
[0040]在應(yīng)力材料層120上沉積層間介電材料層130。介電層130可包括任意適當(dāng)?shù)慕殡姴牧?，例如二氧化?S12)。
[0041]介電材料層130及應(yīng)力材料層120通常作為連續(xù)層沉積。隨后，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100上執(zhí)行蝕刻制程，例如反應(yīng)離子蝕刻(reactive 1n etching ;RIE)。在結(jié)構(gòu)100的表面上設(shè)置適當(dāng)圖案化的蝕刻掩膜134以后可執(zhí)行蝕刻。執(zhí)行蝕刻以形成導(dǎo)孔開(kāi)口 172及174，從而分別暴露與源漏區(qū)151接觸的金屬硅化物層153的部分以及與柵極電極材料162接觸的金屬娃化物層162b的部分。
[0042]在隨后的制造步驟(未圖示)中，使用高導(dǎo)電性金屬例如鎢來(lái)填充導(dǎo)孔開(kāi)口 172及174。這允許自外部電性接觸源漏區(qū)151以及柵極電極160。
[0043]如參照?qǐng)D1b至Id所述，通過(guò)執(zhí)行兩個(gè)連續(xù)的薄膜沉積形成間隙壁結(jié)構(gòu)140的包覆部分144enc以及間隙壁-O部分146sp0。更具體而言，執(zhí)行包括ALD的第一沉積階段182導(dǎo)致形成第一絕緣層144，接著執(zhí)行包括LPCVD的第二沉積階段184，導(dǎo)致形成第二絕緣層146。
[0044]通常，在執(zhí)行第一沉積182以后，將其中形成有半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100的晶圓自第一沉積室取出并儲(chǔ)存在載體中，例如前開(kāi)口式統(tǒng)一傳送盒(front opening universal pod ；FOUP)。在一可變時(shí)間量以后，接著將承載該晶圓的載體傳送至將要執(zhí)行第二沉積184的室并載入其中。
[0045]這種方法并不令人滿意，因?yàn)長(zhǎng)PCVD184在時(shí)間上與ALD182隔開(kāi)一可變的時(shí)間間隔，該時(shí)間間隔被稱為“q-time”。ALD182與LPCVD184之間的等待時(shí)間的量級(jí)在約I小時(shí)至100小時(shí)的范圍內(nèi)。一般來(lái)說(shuō)，這兩個(gè)沉積步驟之間的等待時(shí)間可依據(jù)在方法步驟以及第二 LPCVD沉積步驟中的工具可用性而變化。
[0046]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在環(huán)狀及延伸注入以前的間隙壁結(jié)構(gòu)140的厚度嚴(yán)重依賴于ALD182與LPCVD184之間的q-time流逝。圖3顯示在一系列實(shí)驗(yàn)中所獲得的間隙壁結(jié)構(gòu)的厚度隨q-time變化的圖表。該厚度是圖1c中所示的第一絕緣層144與第二絕緣層146的厚度之和。圓形、三角形以及星形分別表示q-time小于6小時(shí)、在6_48小時(shí)范圍內(nèi)以及大于48小時(shí)的情況下所獲得的數(shù)據(jù)點(diǎn)。
[0047]圖3清楚顯示間隙壁厚度隨q-time的增加而趨向于降低。q-time越短,該降低越明顯。
[0048]上述兩階段沉積制程的另一個(gè)缺點(diǎn)在于載體或外殼例如F0UP，其中，在第一沉積182與第二沉積184之間儲(chǔ)存的晶圓通常沒(méi)有密封。這樣，晶圓暴露于空氣中導(dǎo)致通過(guò)ALD形成的第一絕緣層144的表面氧化。第一絕緣層144的表面氧化引起在氧化表面上的后續(xù)LPCVD生長(zhǎng)延遲。這導(dǎo)致這兩個(gè)沉積層及間隙壁結(jié)構(gòu)的總體厚度進(jìn)一步降低。
[0049]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，為了能夠在半導(dǎo)體層102的預(yù)定區(qū)中進(jìn)行精確的環(huán)狀和/或延伸注入，形成具有良好定義的可重復(fù)的厚度的間隙壁結(jié)構(gòu)140至關(guān)重要。不過(guò)，在當(dāng)前的生產(chǎn)線上可能無(wú)法獲得良好定義的不變的q-time。因此，隨q-time增加的厚度降低的效果極其不合需要。
[0050]可能想到的一種解決方案是增加第一沉積階段182中所包括的ALD的循環(huán)數(shù)，以在單個(gè)步驟中獲得與圖1c中所示的層144及146的厚度之和對(duì)應(yīng)的總的間隙壁厚度。以此方式，可徹底省略第二沉積階段184中所包括的LPCVD。不過(guò)，可能不會(huì)采用這種解決方案，因?yàn)橥ㄟ^(guò)ALD獲得的間隙壁對(duì)濕式蝕刻的耐性通常次于通過(guò)LPCVD制程獲得的間隙壁的耐性。尤其，在間隙壁包括氮化硅的情況下，與由LPCVD生長(zhǎng)的氮相比，由ALD生長(zhǎng)的氮證明具有較高的濕式蝕刻速率，特別是當(dāng)ALD執(zhí)行于較低溫度時(shí)。
[0051]為解決間隙壁結(jié)構(gòu)的厚度變化依賴于q-time的問(wèn)題，還可建議一種間隙壁形成制程，其中，可在同一裝置中執(zhí)行包括ALD及LPCVD制程的兩個(gè)生長(zhǎng)階段。例如，可建議具有兩個(gè)反應(yīng)室的裝置，具有組合的載入?yún)^(qū)。這兩個(gè)室的其中第一個(gè)室可用于ALD階段，且第二個(gè)室可用于LPCVD。不幸的是，當(dāng)前無(wú)法獲得這樣一個(gè)裝置。
[0052]另一個(gè)選擇是組合制程，包括在單個(gè)制程室中執(zhí)行ALD以及后續(xù)的LPCVD。不過(guò)，現(xiàn)有的ALD裝置可能不能用于執(zhí)行氮化物的LPCVD，以及現(xiàn)有的LPCVD裝置可能不能用于執(zhí)行氮化物的ALD。
[0053]因此，針對(duì)上述缺點(diǎn)及問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種形成具有不變的、可預(yù)測(cè)的以及可重復(fù)的厚度的間隙壁結(jié)構(gòu)的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0054]下面提供本發(fā)明的簡(jiǎn)要總結(jié)，以提供本發(fā)明的一些實(shí)施態(tài)樣的基本理解。本
【發(fā)明內(nèi)容】
并非詳盡概述本發(fā)明。其并非意圖識(shí)別本發(fā)明的關(guān)鍵或重要組件或劃定本發(fā)明的范圍。其唯一目的在于提供一些簡(jiǎn)化的概念，作為后面所討論的更詳細(xì)說(shuō)明的前序。
[0055]本發(fā)明基于下述發(fā)明思想:用以形成間隙壁結(jié)構(gòu)的包覆部分以及間隙壁-O的傳統(tǒng)兩步驟沉積可由在兩個(gè)不同溫度下執(zhí)行的單個(gè)原子層沉積有利替代。
[0056]基于該思想，本發(fā)明提供一種形成晶體管結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括在半導(dǎo)體層的主動(dòng)區(qū)上形成柵極結(jié)構(gòu)以及執(zhí)行原子層沉積制程以沉積一層，該層適于形成為該柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上的間隙壁結(jié)構(gòu)，其中，執(zhí)行該原子層沉積制程的該步驟包括在第一溫度下執(zhí)行第一沉積階段以及在該第一沉積階段以后，在第二溫度下執(zhí)行第二沉積階段，該第二溫度高于該第一溫度，其中，在同一沉積室內(nèi)執(zhí)行該原子層沉積的該第一及第二沉積階段。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0057]結(jié)合附圖參照下面的說(shuō)明可理解本發(fā)明，這些附圖中類似的附圖標(biāo)記代表類似的組件，其中:
[0058]圖1a至Ig顯示依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在制造流程的后續(xù)階段期間包括晶體管的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖視示意圖；
[0059]圖2a至2f顯示依據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施例在后續(xù)制造階段期間半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖視不意圖；
[0060]圖3顯示在各實(shí)驗(yàn)過(guò)程中獲得的間隙壁結(jié)構(gòu)的厚度隨第一沉積與第二沉積之間的等待時(shí)間變化的圖表；
[0061]圖4a顯示依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的沉積制程中溫度隨時(shí)間變化的圖表；
[0062]圖4b顯示依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的另一沉積制程中溫度隨時(shí)間變化的圖表；以及
[0063]圖4c顯示依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的沉積制程中溫度隨時(shí)間變化的圖表。
[0064]盡管這里揭露的發(fā)明主題容許各種修改及替代形式，但附圖中以示例形式顯示本發(fā)明主題的特定實(shí)施例，并在此進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。不過(guò)，應(yīng)當(dāng)理解，這里對(duì)特定實(shí)施例的說(shuō)明并非意圖將本發(fā)明限于所揭露的特定形式，相反，意圖涵蓋落入由所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神及范圍內(nèi)的所有修改、等同及替代。

【具體實(shí)施方式】
[0065]下面說(shuō)明本發(fā)明的各種示例實(shí)施例。出于清楚目的，不是實(shí)際實(shí)施中的全部特征都在本說(shuō)明書中進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)了解，在任意此類實(shí)際實(shí)施例的開(kāi)發(fā)中，必須作大量的特定實(shí)施決定以滿足開(kāi)發(fā)者的特定目標(biāo)，例如符合與系統(tǒng)相關(guān)及與商業(yè)相關(guān)的約束條件，該些約束條件因不同實(shí)施而異。而且，應(yīng)當(dāng)了解，此類開(kāi)發(fā)努力可能復(fù)雜而耗時(shí)，但其仍然是本領(lǐng)域技術(shù)人員借助本說(shuō)明書所執(zhí)行的常規(guī)程序。
[0066]下面參照【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】本發(fā)明。附圖中示意各種結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)及裝置僅是出于解釋目的以及避免使本發(fā)明與本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的細(xì)節(jié)混淆。然而，本發(fā)明仍包括該些附圖以說(shuō)明并解釋本發(fā)明的示例。這里所使用的詞語(yǔ)和詞組的意思應(yīng)當(dāng)被理解并解釋為與相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)這些詞語(yǔ)及詞組的理解一致。這里的術(shù)語(yǔ)或詞組的連貫使用并不意圖暗含特別的定義，亦即與本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的通常慣用意思不同的定義。若術(shù)語(yǔ)或詞組意圖具有特定意思，亦即不同于本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的意思，則此類特別定義會(huì)以直接明確地提供該術(shù)語(yǔ)或詞組的特定定義的定義方式明確表示于說(shuō)明書中。
[0067]要注意的是，適當(dāng)?shù)脑?，用于說(shuō)明圖2a至2f以及圖4a至3c中所示的各種組件的附圖標(biāo)記基本對(duì)應(yīng)上面用于說(shuō)明圖1a至Ig中所示的相應(yīng)組件的附圖標(biāo)記，只是將第一個(gè)數(shù)字從“I”變?yōu)椤?”或者從“I”變?yōu)椤?”。例如，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)“100”對(duì)應(yīng)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)“200”，半導(dǎo)體層“102”對(duì)應(yīng)半導(dǎo)體層“202”，柵極結(jié)構(gòu)“160”對(duì)應(yīng)柵極結(jié)構(gòu)“260”，間隙壁結(jié)構(gòu)“140”對(duì)應(yīng)柵極結(jié)構(gòu)“240”，離子注入“188”對(duì)應(yīng)離子注入“288”等等。因此，用于識(shí)別當(dāng)前揭露的主題的一些組件的附圖標(biāo)記可能顯示于圖2a至2f和/或圖4a至4c中，但可能沒(méi)有在下面的揭露中進(jìn)行特別說(shuō)明。在這些情況下，應(yīng)當(dāng)理解，在圖2a至2f中和/或圖4a至4c中顯示但下面未詳細(xì)說(shuō)明的編號(hào)組件與在圖1a至Ig中顯示并在上述相關(guān)揭露中說(shuō)明的與這些組件類似編號(hào)的對(duì)等物基本對(duì)應(yīng)。
[0068]類似地，圖4c中使用的附圖標(biāo)記與用于說(shuō)明圖2a至2f中顯示的相應(yīng)組件的附圖標(biāo)記基本對(duì)應(yīng)，只是將第一個(gè)數(shù)字從“ 2 ”變?yōu)椤?4 ”。例如，沉積制程“ 286 ”對(duì)應(yīng)沉積“ 486 ”。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于在圖4a至4c顯示但未詳細(xì)說(shuō)明的組件，應(yīng)當(dāng)理解，參照?qǐng)D1a至Ig以及2a至2f針對(duì)它們的對(duì)應(yīng)組件所作的說(shuō)明適用于這些情況，除非特別注明。
[0069]而且，應(yīng)當(dāng)理解，除非特別指出，下述說(shuō)明中可能使用的任意相對(duì)位置的或者方向的術(shù)語(yǔ)-例如“上方的”、“下方的”、“上”、“相鄰”、“在上方”、“在下方”、“在正上方”、“在正下方”、“頂部”、“底部”、“垂直的”、“水平的”等等-應(yīng)當(dāng)相對(duì)參照附圖中的組件或組件的顯示，依據(jù)該術(shù)語(yǔ)的標(biāo)準(zhǔn)及日常意思理解。例如，參照?qǐng)D2a中所示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200的剖視示意圖，應(yīng)當(dāng)理解，柵極電極結(jié)構(gòu)260形成于主動(dòng)區(qū)202a及半導(dǎo)體襯底201的“上方”，且半導(dǎo)體層202處于柵極絕緣層261 “下方”或“正下方”。類似地，應(yīng)當(dāng)注意，第一絕緣層244與柵極電極材料262的側(cè)壁“相鄰”，但在特定情況下，在無(wú)其它層或結(jié)構(gòu)設(shè)于二者之間的實(shí)施例中，第一絕緣層244可位于柵極電極材料262的側(cè)壁“上”。
[0070]圖2a至2f顯示依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200及其制法。
[0071]圖2a顯示處于與圖1a中所示的制造階段對(duì)應(yīng)的制造階段期間的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200。如圖所示，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200包括襯底201，例如半導(dǎo)體材料等，在該襯底201上方形成半導(dǎo)體層202。如上所述，依據(jù)裝置要求，襯底201及半導(dǎo)體層202可形成SOI架構(gòu)?；蛘?，半導(dǎo)體層202可作為襯底201的一部分形成，因此較佳地，襯底201包括單晶半導(dǎo)體。
[0072]在一實(shí)施例中，半導(dǎo)體層202包括硅。在一特定實(shí)施例中，半導(dǎo)體層202包括單晶娃。在半導(dǎo)體層202中已形成一個(gè)或多個(gè)主動(dòng)區(qū)202a。出于方便，圖中僅顯不一個(gè)主動(dòng)區(qū)202a。主動(dòng)區(qū)202a由隔離結(jié)構(gòu)202b界定。例如，隔離結(jié)構(gòu)202b可實(shí)施為淺溝槽隔離。
[0073]盡管圖中未顯示，但應(yīng)當(dāng)注意，在形成主動(dòng)區(qū)202a以后，可執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)阱注入，以在主動(dòng)區(qū)202a中定義阱區(qū)。阱區(qū)為輕摻雜區(qū)，包含與晶體管溝道區(qū)中的主要載流子的極性相反的雜質(zhì)。例如，如果要在主動(dòng)區(qū)202a之中及頂部上形成N溝道晶體管，則通過(guò)阱注入可注入低劑量的P摻雜物。相反，如果要在主動(dòng)區(qū)202a之中及頂部上形成P溝道晶體管，則可執(zhí)行阱注入以向主動(dòng)區(qū)202a中引入低濃度的N摻雜物。
[0074]晶體管250已部分形成于主動(dòng)區(qū)202a之中及其上。依據(jù)一實(shí)施例，晶體管250可為場(chǎng)效應(yīng)晶體管。依據(jù)一更具體的實(shí)施例，晶體管250可為金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)。
[0075]晶體管250包括已形成于主動(dòng)區(qū)202a的表面上的柵極結(jié)構(gòu)260。如上面參照?qǐng)D1a所述，柵極結(jié)構(gòu)260包括柵極電極材料262以及柵極絕緣層261。柵極電極材料262通常包括多晶硅。柵極結(jié)構(gòu)260的長(zhǎng)度由沿圖中的水平方向的柵極電極材料262的延伸定義。依據(jù)一實(shí)施例，柵極結(jié)構(gòu)262的長(zhǎng)度小于約50納米。依據(jù)一特定實(shí)施例，柵極結(jié)構(gòu)262的長(zhǎng)度小于約35納米。柵極絕緣層261可依據(jù)用以形成柵極結(jié)構(gòu)260的技術(shù)而變化。
[0076]依據(jù)一實(shí)施例，已經(jīng)依據(jù)傳統(tǒng)的poly/S1N技術(shù)形成柵極結(jié)構(gòu)260。依據(jù)該實(shí)施例，柵極結(jié)構(gòu)260包括氧化物，例如二氧化硅或氮氧化硅。
[0077]依據(jù)一替代的優(yōu)選實(shí)施例，已依據(jù)HKMG技術(shù)形成柵極結(jié)構(gòu)260。依據(jù)該實(shí)施例，絕緣層261包括至少一高k柵極介電材料。例如，絕緣層261可包括上面在說(shuō)明如圖1a所示的柵極電極結(jié)構(gòu)160時(shí)提供的非詳盡清單中所包括的高k材料中的其中一種。
[0078]還請(qǐng)參照?qǐng)D2a，柵極電極結(jié)構(gòu)260還包括設(shè)于絕緣層261與柵極電極材料262之間的柵極金屬層262a。柵極金屬層262a較佳地用于HKMG技術(shù)中，以將晶體管閾值電壓調(diào)整至想要的值。柵極金屬層262a通常包括氮化鉭，可能結(jié)合功函數(shù)金屬，例如鋁。
[0079]如上所述，在半導(dǎo)體裝置制造流程的后續(xù)階段期間應(yīng)當(dāng)保護(hù)柵極堆迭260中所包括的敏感金屬。尤其，應(yīng)當(dāng)避免柵極金屬層262a和/或絕緣層261與殘余氣體組合，該殘余氣體在制程熱預(yù)算期間所達(dá)到的高溫下以高速率擴(kuò)散。尤其，氧氣可能擴(kuò)散進(jìn)入柵極金屬層262a并迅速與金屬層反應(yīng)，從而形成氧化物，影響其化學(xué)及物理屬性。在此情況下，在柵極電極結(jié)構(gòu)260的側(cè)壁上形成間隙壁結(jié)構(gòu)，以保護(hù)這些敏感材料。
[0080]由于在為了定義晶體管的源漏區(qū)而執(zhí)行的注入步驟期間也將該間隙壁結(jié)構(gòu)用作掩膜，因此初始形成的該間隙壁結(jié)構(gòu)具有較小的厚度，后續(xù)在執(zhí)行第一系列注入后可增加該厚度。更具體而言，在柵極電極結(jié)構(gòu)260的側(cè)壁上或與之相鄰初始形成該間隙壁的包覆部分。接著，通過(guò)具有預(yù)定厚度的被稱為間隙壁-O的該間隙壁結(jié)構(gòu)的部分?jǐn)U展該包覆部分。隨后，執(zhí)行第一系列注入，包括例如環(huán)狀及延伸注入。接著，通過(guò)添加被稱為間隙壁-1的外層部分正常擴(kuò)展該間隙壁結(jié)構(gòu)。接著，在具有該擴(kuò)展的間隙壁結(jié)構(gòu)的情況下執(zhí)行第二系列注入，包括，例如，深注入。
[0081]本發(fā)明提供一種新穎的方法，以在第一系列注入(亦即環(huán)狀及延伸注入)之前形成間隙壁結(jié)構(gòu)。換句話說(shuō)，本發(fā)明提供一種新穎而優(yōu)越的方法，以形成包括包覆部分及間隙壁-O的間隙壁結(jié)構(gòu)的部分。圖2b至2d以及4c示意所提出的方法。
[0082]請(qǐng)參照?qǐng)D2b及2c，本發(fā)明所提出的方法依賴于單個(gè)沉積步驟286，其用以形成間隙壁結(jié)構(gòu)的包覆部分以及間隙壁-O。在圖4c中，構(gòu)成沉積286的操作序列由溫度-制程時(shí)間關(guān)系圖中的折線486不意。
[0083]沉積286通過(guò)ALD執(zhí)行，并分為兩個(gè)階段。這兩個(gè)階段在圖2b及2c中分別使用附圖標(biāo)記286a及286b表示。沉積制程286的第一階段286a及第二階段286b執(zhí)行于不同的溫度。第一階段286a及第二階段286b執(zhí)行于同一沉積室或反應(yīng)室中。
[0084]圖2c顯示作為沉積制程286a的沉積結(jié)果，在半導(dǎo)體層200的表面上形成絕緣材料膜2401。在沉積制程286結(jié)束時(shí)，通過(guò)沉積286沉積的膜2401包括在第一沉積階段286a期間沉積的第一部分244以及在第二沉積階段286b期間沉積的第二部分246。
[0085]請(qǐng)參照?qǐng)D2b，沉積286的第一階段286a導(dǎo)致形成絕緣層2401的第一部分244。在一實(shí)施例中，第一部分244包括氮化硅。形成的絕緣層2401的第一部分244與柵極結(jié)構(gòu)260的側(cè)壁相鄰。在一實(shí)施例中，第一部分244直接形成于柵極結(jié)構(gòu)260的側(cè)壁上，而無(wú)任何中間層。
[0086]以與上面參照?qǐng)D1b說(shuō)明的沉積182類似的方式執(zhí)行沉積286的第一階段286a。沉積286的第一階段286a及相關(guān)操作對(duì)應(yīng)如圖4c所示的線486的線段486a至486c。
[0087]請(qǐng)參照?qǐng)D4c，沉積486開(kāi)始于在250°C下將舟推入將要發(fā)生沉積的沉積或反應(yīng)室，如線段486a所示。接著，溫度漸升至沉積溫度，如線段486b所示。依據(jù)一實(shí)施例，在該坡道末端以及執(zhí)行第一沉積階段286a的溫度在450至550°C的范圍內(nèi)。圖4c顯示一特定實(shí)施例。依據(jù)該特定實(shí)施例，在約500°C的溫度下執(zhí)行原子層沉積的第一階段。
[0088]在最終溫度到達(dá)坡道486b的末端以后，執(zhí)行第一沉積286a，如線段486c中的完整矩形所示。通過(guò)ALD執(zhí)行該第一沉積階段，導(dǎo)致形成要沉積的絕緣層2401的第一部分244。較佳地，在由線段486c表示的ALD的第一階段期間沉積氮化硅。依據(jù)一實(shí)施例，絕緣層2401的第一部分244的厚度在3至4納米之間。依據(jù)一特定實(shí)施例，絕緣層2401的第一部分244具有約3.5納米的厚度。
[0089]較佳地，形成后與柵極結(jié)構(gòu)260接觸的層2401的第一部分244適于經(jīng)圖案化以形成間隙壁結(jié)構(gòu)的包覆部分。這樣，通過(guò)ALD沉積第一部分244時(shí)，最好采用約500°C的溫度，因?yàn)檫@個(gè)溫度范圍允許形成共形絕緣層，同時(shí)避免在沉積期間，殘余氧氣擴(kuò)散穿過(guò)柵極堆迭260。
[0090]請(qǐng)參照?qǐng)D2c，在執(zhí)行沉積制程286的第一階段286a以后，執(zhí)行沉積286的第二階段286b，從而形成將要通過(guò)沉積286形成的絕緣層2401的第二部分246。在沉積制程286的第二階段286b期間，沉積與第一階段286a相同的材料。因此，依據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例，在第二階段286b期間沉積氮化硅。
[0091]再請(qǐng)參照?qǐng)D4c，沉積制程286的第二階段286b及其相關(guān)操作由線段486d至486g表示。如線段486d所示，在線段486c期間執(zhí)行第一沉積階段以后，再次增加溫度直至使其達(dá)到要執(zhí)行該第二沉積階段的目標(biāo)值。
[0092]要注意的是，在溫度坡道486d期間以及，一般來(lái)說(shuō)，在將第二沉積階段286b與第一沉積階段286a隔開(kāi)的時(shí)間間隔期間，不會(huì)從該沉積室中拉出其中形成有半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200的支持(例如晶圓)。接著，在先前執(zhí)行第一沉積階段286a的同一沉積室中執(zhí)行第二沉積階段286b。這樣，在沉積286的整個(gè)過(guò)程期間，避免半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200的表面暴露于大氣壓空氣中。
[0093]依據(jù)一實(shí)施例，在600至650°C范圍內(nèi)的溫度下執(zhí)行第二沉積階段286b。依據(jù)圖4c中所示的優(yōu)選實(shí)施例，在約630°C的溫度下執(zhí)行第二沉積階段286b。
[0094]依據(jù)一實(shí)施例，在由線段486d表示的溫度上行坡道期間，通過(guò)氣體流動(dòng)清洗沉積室中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200的表面。依據(jù)特定的實(shí)施例，用于清洗半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200的該氣體流動(dòng)由純氮提供。以此方式，在第二沉積階段開(kāi)始以前可除去在第一沉積階段過(guò)程中引入沉積室中的所有未反應(yīng)氣體。
[0095]在溫度坡道486d的末端達(dá)到想要的目標(biāo)溫度以后，執(zhí)行第二沉積階段286b，如線段486e中的完整矩形所示。通過(guò)ALD執(zhí)行該第二沉積階段以及第一沉積階段。因此，線段486c及486e中所示的第一及第二沉積階段分別為在兩個(gè)不同溫度下執(zhí)行的單個(gè)ALD制程的兩個(gè)子步驟。
[0096]該第二沉積階段導(dǎo)致形成絕緣層2401的第二部分246。絕緣層2401的第二部分246直接形成于先前沉積的第一部分244的表面上。依據(jù)一實(shí)施例，絕緣層2401的第二部分246具有在8至9納米范圍內(nèi)的厚度。依據(jù)一特定實(shí)施例，絕緣層2401的第二部分246具有約8.5納米的厚度。
[0097]形成于第一部分244上的絕緣層2401的第二部分246適于經(jīng)圖案化以形成被稱為間隙壁-O的間隙壁結(jié)構(gòu)的部分。由于間隙壁-O具有暴露于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200外部的表面，較佳地，形成間隙壁-O以承受在形成間隙壁結(jié)構(gòu)以后為了圖案化或清洗半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200的表面而執(zhí)行的化學(xué)蝕刻系列。因此，約630°C的溫度保證了通過(guò)ALD制程獲得的間隙壁-O對(duì)于濕式或干式蝕刻的韌度與例如前面參照?qǐng)D1c及4b所述通過(guò)傳統(tǒng)LPCVD制程形成的間隙壁-O的韌度相當(dāng)。因此，通過(guò)在稍高于600°C的溫度下執(zhí)行ALD形成的間隙壁-O的質(zhì)量與在750°C下通過(guò)LPCVD形成的間隙壁-O的質(zhì)量相當(dāng)。
[0098]在實(shí)現(xiàn)線段486e所示的ALD的第二階段286b以后，降低溫度，如線段486f所示。依據(jù)一實(shí)施例，溫度可降低至約600°C的溫度。接著，在溫度下行坡道486f的末端，舟拉出結(jié)束第二階段286b。由線段486g表示的舟拉出也結(jié)束了沉積制程286。
[0099]請(qǐng)參照?qǐng)D2c，在執(zhí)行第二階段286b以后以及在沉積制程286結(jié)束時(shí)，絕緣層2401包括與柵極電極材料262相鄰形成的第一部分244以及在第一部分244上形成并具有暴露于外部的表面的第二部分246。依據(jù)一實(shí)施例，通過(guò)沉積制程286形成的絕緣層2401的最終厚度在11至13納米范圍內(nèi)。依據(jù)一特定實(shí)施例，在沉積制程286結(jié)束時(shí)，絕緣層2401的厚度為約12納米。
[0100]圖2d基本類似圖ld，顯示通過(guò)沉積制程286形成的絕緣層2401可經(jīng)圖案化以獲得具有第一厚度的間隙壁結(jié)構(gòu)240。圖案化可包括非等向性、定向蝕刻制程。例如，可通過(guò)干式蝕刻實(shí)現(xiàn)圖案化。
[0101]通過(guò)絕緣層2401的圖案化獲得的間隙壁結(jié)構(gòu)240包括與柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁160相鄰形成的包覆部分244enc。間隙壁結(jié)構(gòu)240的包覆部分244enc來(lái)自絕緣層2401的第一部分244的部分。在圖2d所示的制造流程階段中，間隙壁結(jié)構(gòu)240還包括暴露于外部并來(lái)自絕緣層2401的第二部分246的部分的外層部分246sp0。外層部分246sp0形成被稱為間隙壁-O的間隙壁結(jié)構(gòu)240的部分。
[0102]通過(guò)分為兩個(gè)階段的單個(gè)原子層沉積制程獲得由如圖2d所示的包括包覆部分244enc及間隙壁-0246sp0的間隙壁結(jié)構(gòu)240。兩個(gè)階段執(zhí)行于單個(gè)沉積室中。
[0103]可精確控制第二階段與第一階段之間的時(shí)間間隔。一般來(lái)說(shuō)，該時(shí)間間隔可在由如圖4c所示的線段486d期間在第一沉積階段與第二沉積階段之間增加溫度所需的最小時(shí)間限定的范圍內(nèi)任意選擇。依據(jù)一實(shí)施例，第一與第二沉積階段之間的時(shí)間間隔可在10分鐘至I小時(shí)的范圍內(nèi)。以此方式，可以高度的精確度預(yù)先設(shè)定最終的間隙壁結(jié)構(gòu)的厚度。
[0104]因此，本發(fā)明所提出的方法能夠消除由于不可能精確控制初始執(zhí)行的ALD與該初始ALD后執(zhí)行的LPCVD之間的等待時(shí)間而引起的間隙壁結(jié)構(gòu)的厚度變化的不想要的效果。尤其，通過(guò)使用所揭露的方法獲得的間隙壁的厚度可在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中保持不變。這樣，可消除間隙壁厚度在不同批量之間的變動(dòng)(run-to-run variat1n),從而實(shí)現(xiàn)高度的制程可重復(fù)性。
[0105]本發(fā)明所提出的方法依賴于單個(gè)ALD制程，以沉積間隙壁結(jié)構(gòu)的包覆部分以及間隙壁-O。該ALD以兩個(gè)連續(xù)階段執(zhí)行。在保證有效保護(hù)柵極堆迭使其不受反應(yīng)室中的殘余氣體種類污染的溫度下執(zhí)行ALD的第一階段期間，沉積該包覆部分。接著，在高于該第一階段的溫度的第二溫度下執(zhí)行該ALD的第二階段，以獲得間隙壁-O。與通過(guò)傳統(tǒng)LPCVD制程形成的間隙壁-O相比，該第二溫度經(jīng)選擇以使自該ALD獲得的該間隙壁-O具有同樣高的性能，例如就蝕刻韌度以及低蝕刻率而言。
[0106]在同一室內(nèi)執(zhí)行該ALD的第一及第二階段。而且，在第二沉積階段與第一沉積階段之間相隔的整個(gè)時(shí)間間隔期間，其中形成有半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的襯底保持于該室內(nèi)。因此，在第一階段的結(jié)束與第二階段的開(kāi)始之間，通過(guò)第一階段沉積的第一層部分的表面不會(huì)暴露于大氣壓空氣中。這樣，可在第一部分的自由表面上直接沉積第二部分，而不會(huì)出現(xiàn)中間氧化物或雜質(zhì)膜。這與現(xiàn)有技術(shù)已知的方法相反。在現(xiàn)有技術(shù)中，在第一室中首先執(zhí)行ALD，接著在不同于第一室的第二室中執(zhí)行LPCVD。在此情況下，如上所述，由于在該ALD與該LPCVD之間，樣本暴露于空氣中，因此會(huì)觀察到在該ALD期間生長(zhǎng)的膜發(fā)生氧化。
[0107]因此，本發(fā)明建議使用由在同一室中執(zhí)行的兩階段組成的單個(gè)沉積步驟替代在兩個(gè)不同室中執(zhí)行的傳統(tǒng)兩步驟沉積。使用單個(gè)反應(yīng)室而不是兩個(gè)反應(yīng)室的操作還能夠?qū)崿F(xiàn)較好的吞吐量以及可制造性，特別是對(duì)于大批量生產(chǎn)。
[0108]在形成如圖2d所示的具有第一厚度的間隙壁240以后，可執(zhí)行一系列離子注入288，如圖2e所示?？蓤?zhí)行注入288，以在主動(dòng)區(qū)202a中定義源漏區(qū)251的延伸區(qū)251e和/或環(huán)狀區(qū)(未圖示)。應(yīng)當(dāng)注意，由于間隙壁結(jié)構(gòu)249具有精確的預(yù)定厚度，因此注入288導(dǎo)致形成具有良好定義的想要的注入分布。
[0109]以參照?qǐng)D1f及Ig的上述傳統(tǒng)方式繼續(xù)該制造流程。
[0110]圖2f顯示在如圖2e所示以后以及與如圖1g所示的制造階段對(duì)應(yīng)的制造階段期間的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200。如圖2f所示，通過(guò)添加被稱為間隙壁-1的外層部分248擴(kuò)展間隙壁結(jié)構(gòu)240。接著，通過(guò)額外的注入步驟系列(未圖示)形成包括于源漏區(qū)251中的深區(qū)251d。隨后，可對(duì)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200退火，以活化注入的摻雜物并使半導(dǎo)體層的晶格在注入損傷后重結(jié)晶。這完成了晶體管250的源漏區(qū)251的形成并定義晶體管250的溝道區(qū)255為由延伸區(qū)251e界定的主動(dòng)區(qū)202a的部分。在執(zhí)行該活化退火以后，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200的表面上沉積難熔金屬層(未圖示)。較佳地，該難熔金屬包括鎳。
[0111]在沉積該難熔金屬層以后，實(shí)施硅化制程(例如熱處理)，從而在柵極電極260的上邊緣形成金屬半導(dǎo)體層262b以及對(duì)應(yīng)源/漏區(qū)251形成金屬半導(dǎo)體層253。較佳地，金屬半導(dǎo)體層253及262b為鎳硅化物層，不過(guò)它們還可包含其它種類。
[0112]如圖2f所示，在形成硅化物層253及262b以后，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200的表面上沉積應(yīng)力材料層220。隨后，在400至500°C范圍內(nèi)的溫度下實(shí)施UV固化制程。
[0113]接著，在應(yīng)力材料層220上沉積層間介電層230。接著，例如通過(guò)圖案化掩膜234實(shí)施蝕刻制程，以形成導(dǎo)孔開(kāi)口 272及274。開(kāi)口 272暴露與源漏區(qū)251接觸的金屬半導(dǎo)體層253的預(yù)定部分。另一方面，導(dǎo)孔開(kāi)口 274暴露與柵極電極材料262接觸的金屬半導(dǎo)體層262b的預(yù)定部分。
[0114]最后，可使用金屬，例如鎢，填充導(dǎo)孔開(kāi)口 272及274，以形成與晶體管250的源漏區(qū)以及柵極電極材料的電性接觸。
[0115]因此，本發(fā)明提供一種形成具有良好定義的厚度及形狀的間隙壁結(jié)構(gòu)的方法。尤其，在延伸和/或環(huán)狀注入之前可以高度的精確性預(yù)先選擇間隙壁結(jié)構(gòu)的厚度。本發(fā)明所揭露的方法尤其有利于應(yīng)用于HKMG技術(shù)，特別是在先柵極的HKMG方法中。本發(fā)明的方法可較佳地應(yīng)用于先進(jìn)半導(dǎo)體制造技術(shù)，例如32納米技術(shù)、22納米技術(shù)以及22納米以下技術(shù)。
[0116]由于本領(lǐng)域的技術(shù)人員借助這里的教導(dǎo)可以很容易地以不同但等同的方式修改并實(shí)施本發(fā)明，因此上述特定的實(shí)施例僅為示例性質(zhì)。例如，可以不同的順序執(zhí)行上述制程步驟。而且，本發(fā)明并不限于這里所示架構(gòu)或設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)，而是如權(quán)利要求所述。因此，顯然，可對(duì)上面揭露的特定實(shí)施例進(jìn)行修改或變更，所有此類變更落入本發(fā)明的范圍及精神內(nèi)。因此，權(quán)利要求規(guī)定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種形成晶體管結(jié)構(gòu)的方法，包括: 在半導(dǎo)體層的主動(dòng)區(qū)上形成柵極結(jié)構(gòu)；以及 執(zhí)行原子層沉積以沉積絕緣層，該絕緣層適于形成為該柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上的間隙壁結(jié)構(gòu)； 其中，執(zhí)行該原子層沉積的該步驟包括: 在第一溫度下執(zhí)行第一沉積階段；以及 在該第一沉積階段以后，在第二溫度下執(zhí)行第二沉積階段，該第二溫度高于該第一溫度； 其中，在同一沉積室內(nèi)執(zhí)行該原子層沉積的該第一及第二沉積階段。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，該絕緣層經(jīng)沉積以與該間隙壁結(jié)構(gòu)的該側(cè)壁接觸。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 在執(zhí)行該原子層沉積的該第一階段以前，將該晶體管結(jié)構(gòu)插入該沉積室內(nèi)；以及 將該晶體管結(jié)構(gòu)保持于該沉積室內(nèi)，直至完成該原子層沉積的該第二階段以后。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在約500°C的溫度下執(zhí)行該原子層沉積的該第一沉積階段。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在約600至650°C范圍內(nèi)的溫度下執(zhí)行該原子層沉積的該第二沉積階段。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過(guò)該原子層沉積所沉積的該絕緣層包括氮化硅(Si3N4)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在該原子層沉積的該第一沉積階段期間所沉積的該絕緣層的部分的厚度在3至4納米范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過(guò)該原子層沉積的該第二沉積階段所沉積的該絕緣層的部分的厚度在8至9納米范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在執(zhí)行該原子層沉積以后，該絕緣層的厚度在11至13納米范圍內(nèi)。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，該原子層沉積的該第一沉積階段與該第二沉積階段之間的時(shí)間間隔在10分鐘至I小時(shí)范圍內(nèi)。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，在執(zhí)行該第一沉積階段以后且在開(kāi)始該原子層沉積的該第二沉積階段以前，還包括清洗該晶體管結(jié)構(gòu)的表面。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，通過(guò)氮?dú)怏w流動(dòng)執(zhí)行該清洗步驟。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在該原子層沉積以后處理該沉積層，以形成該間隙壁結(jié)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，處理該沉積層的該步驟包括非等向性蝕刻。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括在該半導(dǎo)體層的該主動(dòng)區(qū)上執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)摻雜物離子注入，在形成該間隙壁結(jié)構(gòu)以后執(zhí)行該一個(gè)或多個(gè)離子注入。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括: 在該間隙壁結(jié)構(gòu)上沉積第二層；以及 處理該第二層，以獲得擴(kuò)展間隙壁結(jié)構(gòu)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括:在具有該擴(kuò)展間隙壁結(jié)構(gòu)的情況下執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)摻雜物離子注入；以及在預(yù)定溫度下對(duì)該半導(dǎo)體層退火。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，該半導(dǎo)體層包括晶體硅。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，該晶體管包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
20.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，依據(jù)高k/金屬柵極技術(shù)形成該柵極結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】H01L21/316GK104299911SQ201410339010
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月16日
【發(fā)明者】F·克勒, I·侯賽因, B·安東尼奧利-特瑞普 申請(qǐng)人:格羅方德半導(dǎo)體公司