半導(dǎo)體器件的形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制作領(lǐng)域技術(shù)，特別涉及半導(dǎo)體器件的形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]集成電路尤其超大規(guī)模集成電路的主要半導(dǎo)體器件是金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSFET, Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) 0 隨著集成電路制作技術(shù)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體器件技術(shù)節(jié)點不斷減小，半導(dǎo)體器件的幾何尺寸遵循摩爾定律不斷縮小。當半導(dǎo)體器件尺寸減小到一定程度時，各種因為物理極限所帶來的二級效應(yīng)相繼出現(xiàn)，半導(dǎo)體器件的特征尺寸按比例縮小變得越來越困難。其中，在半導(dǎo)體制作領(lǐng)域，如何解決半導(dǎo)體器件漏電流大的問題是當前極具挑戰(zhàn)性的問題之一。
[0003]半導(dǎo)體器件的漏電流大，主要是由傳統(tǒng)柵介質(zhì)層厚度不斷減小所引起的。當前提出的解決方法是，采用高k柵介質(zhì)材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二氧化硅柵介質(zhì)材料，并使用金屬作為柵電極材料，以避免高k柵介質(zhì)材料與傳統(tǒng)柵電極材料發(fā)生費米能級釘扎效應(yīng)以及硼滲透效應(yīng)。
[0004]盡管高k柵介質(zhì)材料以及金屬柵電極材料的引入，在一定程度上能夠減小半導(dǎo)體器件的漏電流，然而現(xiàn)有技術(shù)中半導(dǎo)體器件的電學性能和可靠性仍有待提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的問題是提供一種半導(dǎo)體器件的形成方法，在不增加熱預(yù)算的條件下，提高層間介質(zhì)層的致密度以及柵介質(zhì)層的性能，從而提高半導(dǎo)體器件的電學性能和可靠性。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的形成方法，包括:提供襯底，所述襯底表面形成有偽柵結(jié)構(gòu)；在所述偽柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)的襯底內(nèi)形成摻雜區(qū)；在所述襯底表面以及偽柵結(jié)構(gòu)表面形成層間介質(zhì)層；對所述層間介質(zhì)層以及摻雜區(qū)進行第一步退火處理，提高層間介質(zhì)層的致密度，且第一次激活摻雜區(qū)的摻雜離子；去除所述偽柵結(jié)構(gòu)直至暴露出襯底表面，在所述層間介質(zhì)層內(nèi)形成凹槽；在所述凹槽底部的襯底表面形成柵介質(zhì)層；對所述柵介質(zhì)層以及摻雜區(qū)進行第二步退火處理，第二次激活摻雜區(qū)的摻雜離子。
[0007]可選的，所述第二步退火處理的退火時長小于第一步退火處理的退火時長，且所述第二步退火處理的退火溫度大于第一步退火處理的退火溫度。
[0008]可選的，所述第一步退火處理的工藝參數(shù)為:退火溫度為1000度至1100度，溫度上升速率為200至300度每秒，溫度下降速率為200度至350度每秒。
[0009]可選的，所述第二步退火處理的工藝參數(shù)為:退火溫度為1100度至1300度，退火時長為0.05暈秒至10暈秒。
[0010]可選的，采用流動性化學氣相沉積工藝或高縱寬比化學氣相沉積工藝形成所述層間介質(zhì)層。
[0011]可選的，所述高縱寬比化學氣相沉積工藝的工藝參數(shù)為:反應(yīng)氣體包括硅源氣體和氧源氣體，其中，娃源氣體流量為20sccm至2000sccm,氧源氣體流量為1sccm至100sccm,反應(yīng)腔室壓強為I毫托至50托，反應(yīng)腔室溫度為450度至800度。
[0012]可選的，在第一步退火處理之前，所述層間介質(zhì)層覆蓋于偽柵結(jié)構(gòu)頂部表面；在第一步退火處理之后，還包括步驟:去除高于偽柵結(jié)構(gòu)頂部表面的層間介質(zhì)層，使層間介質(zhì)層頂部與偽柵結(jié)構(gòu)頂部表面齊平。
[0013]可選的，所述柵介質(zhì)層包括:位于凹槽底部的界面層、位于界面層表面以及凹槽側(cè)壁表面的高k柵介質(zhì)層。
[0014]可選的，所述高k柵介質(zhì)層的材料為相對介電常數(shù)大于氧化硅的相對介電常數(shù)的材料。
[0015]可選的，所述高k柵介質(zhì)層的材料為LaO、A10、BaZrO, HfS1, HfZrO, HfZrON,HfLaO, HfS1N, LaS1, AlS1, HfTaO, HfT1, Al2O3, Si3N4 或鈦酸鍶鋇。
[0016]可選的，還包括步驟:在所述柵介質(zhì)層表面形成柵導(dǎo)電層，且所述柵導(dǎo)電層填充滿所述凹槽。
[0017]可選的，所述柵導(dǎo)電層的材料為Al、Cu、Ag、Au、Pt、N1、T1、TiN、TaN、Ta、TaC、TaSiN、W、WN 或 WSi。
[0018]可選的，在形成摻雜區(qū)之前，在所述偽柵結(jié)構(gòu)側(cè)壁形成側(cè)墻。
[0019]可選的，在形成所述摻雜區(qū)之前，還包括步驟:刻蝕所述偽柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)部分厚度的襯底形成開口 ；采用選擇性外延工藝形成填充滿所述開口的應(yīng)力層。
[0020]可選的，所述應(yīng)力層的材料為SiGe、SiC、SiGeB或SiCP。
[0021]可選的，所述應(yīng)力層的材料為SiGeB時,B原子濃度為lE18atom/cm3至3E20atom/cm3 ;所述應(yīng)力層的材料為SiCP時，P原子濃度為lE15atom/cm3至5E18atom/cm3。
[0022]可選的，所述摻雜區(qū)的摻雜離子為N型離子或P型離子。
[0023]可選的，形成的半導(dǎo)體器件為平面半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)或鰭式場效應(yīng)管。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點:
[0025]本發(fā)明實施例中，在偽柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)的襯底內(nèi)形成摻雜區(qū)；在襯底表面以及偽柵結(jié)構(gòu)表面形成層間介質(zhì)層；對層間介質(zhì)層以及摻雜區(qū)進行第一步退火處理，提高層間介質(zhì)層的致密度，且第一次激活摻雜區(qū)的摻雜離子；去除偽柵結(jié)構(gòu)形成凹槽；在凹槽底部形成柵介質(zhì)層；對柵介質(zhì)層以及摻雜區(qū)進行第二步退火處理，第二次激活摻雜區(qū)的摻雜離子。本發(fā)明實施例在對摻雜區(qū)進行第一步退火處理的同時對層間介質(zhì)層進行第一步退火處理，在對摻雜區(qū)進行第二步退火處理的同時對柵介質(zhì)層進行第二步退火處理，有效的減少了熱預(yù)算，避免了對層間介質(zhì)層進行退火處理的工藝造成摻雜區(qū)的摻雜離子過度擴散，避免了對柵介質(zhì)層進行退火處理的工藝造成摻雜區(qū)的摻雜離子過度擴散，且在經(jīng)歷第一步退火處理后提高了層間介質(zhì)層的性能，在經(jīng)歷第二步退火處理后提高了柵介質(zhì)層的性能，降低刻蝕工藝對層間介質(zhì)層的刻蝕速率，提高了形成的半導(dǎo)體器件的電學性能和可靠性。
[0026]并且，本發(fā)明實施例對層間介質(zhì)層進行第一步退火處理的退火溫度與對摻雜區(qū)進行第一步退火處理的退火溫度相同，與現(xiàn)有技術(shù)相比，層間介質(zhì)層經(jīng)歷的退火溫度更高，形成的層間介質(zhì)層的致密度更好。同時，本發(fā)明實施例對柵介質(zhì)層進行第二步退火處理的退火溫度與對摻雜區(qū)進行第二步退火處理的退火溫度相同，與現(xiàn)有技術(shù)相比，柵介質(zhì)層經(jīng)歷的退火溫度更高，形成的柵介質(zhì)層的性能更優(yōu)良，從而提高半導(dǎo)體器件的電學性能和可靠性。
[0027]進一步，本發(fā)明實施例中，第二步退火處理的退火時長小于第一步退火處理的退火時長，減小了第二步退火處理過程中摻雜區(qū)摻雜離子擴散能力，有效的避免在第二步退火處理過程中摻雜區(qū)的摻雜離子過度擴散；且第二步退火處理的退火溫度大于第一步退火處理的退火溫度，使得第二次激活摻雜區(qū)的摻雜區(qū)離子的激活程度高，保證摻雜區(qū)的摻雜區(qū)離子全部被激活，從而進一步提高半導(dǎo)體器件的電學性能。
[0028]進一步，本發(fā)明實施例中第一步退火處理的工藝的退火溫度為1000度至1100度，溫度上升速率為200至300度每秒，溫度下降速率為200度至350度每秒，層間介質(zhì)層經(jīng)歷的退火溫度較高且退火時長較長，從而有效的提高層間介質(zhì)層的致密度，降低刻蝕工藝對層間介質(zhì)層的刻蝕速率。
[0029]進一步，本發(fā)明實施例中，柵介質(zhì)層厚度小于層間介質(zhì)層的厚度，在經(jīng)歷退火時長較短的第二步退火處理即可提高柵介質(zhì)層的質(zhì)量；且第二步退火處理的退火溫度為1100度至1300度，退火時長為0.05毫秒至10毫秒，在較高溫度下保證摻雜區(qū)的摻雜離子被完全激活，并且由于退火時長較短可進一步減小摻雜區(qū)摻雜離子的擴散。
[0030]更進一步，本發(fā)明實施例在偽柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)的襯底內(nèi)形成應(yīng)力層，所述應(yīng)力層向溝道區(qū)施加應(yīng)力作用，提高載流子遷移率，從而提高半導(dǎo)體器件的驅(qū)動性能。
【附圖說明】
[0031]圖1為一實施例半導(dǎo)體器件形成方法的流程示意圖；
[0032]圖2至圖12為本發(fā)明另一實施例提供的半導(dǎo)體器件形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0033]由【背景技術(shù)】可知，現(xiàn)有技術(shù)形成的半導(dǎo)體器件的電學性能和可靠性仍有待提高。
[0034]針對半導(dǎo)體器件的形成方法進行研究，半導(dǎo)體器件的形成過程包括以下步驟:步驟S101、提供襯底，在所述襯底表面形成有偽柵結(jié)構(gòu)，所述偽柵結(jié)構(gòu)側(cè)壁形成有側(cè)墻；步驟S102、以所述側(cè)墻為掩膜，對所述偽柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)的襯底進行摻雜形成摻雜區(qū)，對所述摻雜區(qū)進行第一退火處理，激活摻雜區(qū)的摻雜離子；步驟S103、在所述襯底表面形成層間介質(zhì)層，且所述層間介質(zhì)層頂部與偽柵結(jié)構(gòu)頂部表面齊平；步驟S104、去除所述偽柵結(jié)構(gòu)，在所述層間介質(zhì)層內(nèi)形成凹槽；步驟S105、在所述凹槽底部的襯底表面形成柵介質(zhì)層，在所述柵介質(zhì)層表面形成柵電極層，且所述柵電極層填充滿所述凹槽。
[0035]所述偽柵結(jié)構(gòu)包括偽柵介質(zhì)層以及位于偽柵介質(zhì)層表面的偽柵電極層，所述偽柵介質(zhì)層的材料為氧化硅。為了獲得更低的等效柵氧化層厚度，在去除偽柵結(jié)構(gòu)時，偽柵結(jié)構(gòu)中的偽柵介質(zhì)層也需要刻蝕去除，使凹槽底部的襯底表面被暴露出來，以利于在凹槽底部的襯底表面形成界面層，進而在界面層表面以及凹槽側(cè)壁形成高k柵介質(zhì)層。
[0036]隨著半導(dǎo)體器件尺寸的不斷減小，相鄰偽柵結(jié)構(gòu)之間的距離越來越小，在相鄰偽柵結(jié)構(gòu)之間的襯底表面形成層間介質(zhì)層的難度越來越大，偽柵結(jié)構(gòu)底部和襯底表面之間拐角處的層間介質(zhì)層內(nèi)容易出現(xiàn)孔洞；為了降低形成層間介質(zhì)層的工藝難度，提高層間介質(zhì)層的填充效果，采用流動性化學氣相沉積工藝(FCVD)或高縱寬比化學氣相沉積工藝(HARPCVD)取代傳統(tǒng)的沉積工藝，形成填充效果更好的層間介質(zhì)層。
[0037]然而，盡管采用上述工藝形成的層間介質(zhì)層的填充效果好，層間介質(zhì)層材料的致密度變低，導(dǎo)致刻蝕工藝對層間介質(zhì)層的刻蝕速率增加。且由于層間介質(zhì)層的材料和偽柵介質(zhì)層的材料相同或相近，當刻蝕去除偽柵介質(zhì)層時，所述刻蝕工藝也會