[發(fā)明專(zhuān)利]MOSFET的制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210407433.X
• 申請(qǐng)日: 2012-10-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103779223A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尹海洲;秦長(zhǎng)亮;朱慧瓏
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院微電子研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01L21/336
• 分類(lèi)號(hào): H01L21/336;H01L21/20
• 代理公司: 中科專(zhuān)利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 蔡純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制造方法，更具體地，涉及應(yīng)力增強(qiáng)的MOSFET的制造方法。

背景技術(shù)

集成電路技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向是金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)的尺寸按比例縮小，以提高集成度和降低制造成本。然而，在MOSFET的尺寸減小時(shí)，半導(dǎo)體材料的性能(例如遷移率)以及MOSFET自身的器件性能(例如閾值電壓)均可能變劣。

通過(guò)向MOSFET的溝道區(qū)施加合適的應(yīng)力，可以提高載流子的遷移率，從而減小導(dǎo)通電阻并提高器件的開(kāi)關(guān)速度。當(dāng)形成的器件是n型MOSFET時(shí)，應(yīng)當(dāng)沿著溝道區(qū)的縱向方向?qū)系绤^(qū)施加拉應(yīng)力，并且沿著溝道區(qū)的橫向方向?qū)系绤^(qū)施加壓應(yīng)力，以提高作為載流子的電子的遷移率。相反，當(dāng)晶體管是p型MOSFET時(shí)，應(yīng)當(dāng)沿著溝道區(qū)的縱向方向?qū)系绤^(qū)壓應(yīng)力，并且沿著溝道區(qū)的橫向方向?qū)系绤^(qū)施加拉應(yīng)力，以提高作為載流子的空穴的遷移率。

采用與半導(dǎo)體襯底的材料不同的半導(dǎo)體材料形成源區(qū)和漏區(qū)，可以產(chǎn)生期望的應(yīng)力。對(duì)于n型MOSFET，在Si襯底上形成的Si:C源區(qū)和漏區(qū)可以作為應(yīng)力源(stressor)，沿著溝道區(qū)的縱向方向?qū)系绤^(qū)施加拉應(yīng)力。對(duì)于p型MOSFET，在Si襯底上形成的SiGe源區(qū)和漏區(qū)可以作為應(yīng)力源，沿著溝道區(qū)的縱向方向?qū)系绤^(qū)施加壓應(yīng)力。

圖1-4示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法制造應(yīng)力增強(qiáng)的MOSFET的各個(gè)階段的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖，其中在圖1a、2a、3a、4a中示出了半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)沿溝道區(qū)的縱向方向的截面圖，在圖3b、4b中示出了半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)沿溝道區(qū)的橫向方向的截面圖，在圖1b、2b、3c、4c中示出了半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖。在圖中，線(xiàn)AA表示沿溝道區(qū)的縱向方向的截取位置，線(xiàn)BB表示沿溝道區(qū)的橫向方向的截取位置。

該方法開(kāi)始于圖1a和1b所示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，在半導(dǎo)體襯底101中形成淺溝槽隔離102以限定MOSFET的有源區(qū)，在半導(dǎo)體襯底101上形成由側(cè)墻105包圍的柵疊層，柵疊層包括柵極電介質(zhì)103和柵極導(dǎo)體104。

以淺溝槽隔離102、柵極導(dǎo)體104和側(cè)墻105作為硬掩模，蝕刻半導(dǎo)體襯底101，達(dá)到期望的深度，從而在半導(dǎo)體襯底101對(duì)應(yīng)于源區(qū)和漏區(qū)的位置形成開(kāi)口，如圖2a和2b所示。

在半導(dǎo)體襯底101的位于開(kāi)口內(nèi)的暴露表面上，外延生長(zhǎng)半導(dǎo)體層106，以形成源區(qū)和漏區(qū)。半導(dǎo)體襯底101的位于柵極電介質(zhì)103下方以及源區(qū)和漏區(qū)之間的一部分將作為溝道區(qū)。

半導(dǎo)體層106從半導(dǎo)體襯底101的表面開(kāi)始生長(zhǎng)，并且是選擇性的。也即，半導(dǎo)體層106在半導(dǎo)體襯底101的不同晶面(crystalline?surface)上的生長(zhǎng)速率不同。在半導(dǎo)體襯底101由Si組成、以及半導(dǎo)體層106由SiGe組成的示例中，半導(dǎo)體層106在半導(dǎo)體襯底101的{111}晶面上生長(zhǎng)最慢。結(jié)果，所形成的半導(dǎo)體層106不僅包括與半導(dǎo)體襯底101的表面平行的(100)主表面，而且在與淺溝槽隔離102和側(cè)墻105相鄰的位置還包括{111}刻面(facet)，這稱(chēng)為半導(dǎo)體層106生長(zhǎng)的邊緣效應(yīng)(edge?effect)，如圖3a、3b和3c所示。

然而，半導(dǎo)體層106的小刻面是不期望的，因?yàn)檫@導(dǎo)致其自由表面的增加，使得半導(dǎo)體層106中的應(yīng)力得以釋放，從而減小對(duì)溝道區(qū)施加的應(yīng)力。

進(jìn)一步地，在半導(dǎo)體層106的表面進(jìn)行硅化以形成金屬硅化物層107，如圖4a、4b和4c所示。該硅化消耗半導(dǎo)體層106的一部分半導(dǎo)體材料。由于半導(dǎo)體層106的小刻面的存在，硅化可以沿著小刻面進(jìn)行，最終可能到達(dá)半導(dǎo)體襯底101。

然而，半導(dǎo)體襯底101中的硅化是不期望的，因?yàn)檫@可能在結(jié)區(qū)形成金屬硅化物，導(dǎo)致結(jié)泄漏的增加。

因此，期望在應(yīng)力增強(qiáng)的MOSFET抑制用于形成源區(qū)和漏區(qū)的半導(dǎo)體層的邊緣效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種提高溝道區(qū)應(yīng)力和/或減小結(jié)泄漏的MOSFET的制造方法。

根據(jù)本發(fā)明，提供一種MOSFET的制造方法，包括：在半導(dǎo)體襯底上外延生長(zhǎng)第一半導(dǎo)體層；在第一半導(dǎo)體層上外延生長(zhǎng)第二半導(dǎo)體層；在第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層中形成用于限定MOSFET的有源區(qū)的淺溝槽隔離；在第二半導(dǎo)體上形成柵疊層和圍繞柵疊層的側(cè)墻；以淺溝槽隔離、柵疊層和側(cè)墻為硬掩模在第二半導(dǎo)體層中形成開(kāi)口；以開(kāi)口的底面和側(cè)壁為生長(zhǎng)籽層，外延生長(zhǎng)第三半導(dǎo)體層，其中第三半導(dǎo)體層的材料與第二半導(dǎo)體層的材料不同；以及對(duì)第三半導(dǎo)體層進(jìn)行離子注入以形成源區(qū)和漏區(qū)。