制備凹陷源漏場效應晶體管的方法

專利名稱：制備凹陷源漏場效應晶體管的方法
技術領域：
本發明屬于超大規模集成電路技術(ULSI)領域，尤其涉及一種制備凹 陷源漏場效應晶體管的方法。
技術背景隨著微電子技術的發展，器件的特征尺寸進入深亞微米(O.lum)范圍。 此時，傳統的CMOS體硅技術制備的場效應晶體管，由于受到嚴重的短溝效 應和其它寄生效應的影響，在應用方面受到很大的限制。采用SOI襯底硅片 制備的SOI ( silicon on insulator)器件尤其是全耗盡SOI器件，可以很好的抑 制短溝效應，獲得較小的閾值電壓波動和接近理想的亞閾值斜率；同時，將器 件制作在Si02上，可以減少寄生的結電容，從而提高器件的速度。但是，采 用SOI硅片的花費非常高。同時，SOI器件會受到散熱問題的限制由于埋 氧層的熱導率比較小(僅僅約為硅材料的0.01)，器件工作時產生的熱不能及時 散發出去，引起熱量在器件中的積累，從而造成器件的晶格溫度升高，遷移 率的退化，從而引起諸如驅動電流下降、工作點不穩定等問題，將影響電路 的輸出結果不好甚至造成邏輯錯誤，這就是所謂的自熱效應。采用如圖1所 示的凹陷源漏的場效應晶體管，其源漏區絕大部分被氧化層介質包圍著，而 溝道區和襯底之間通過硅相連，可以很大程度的避免上述的問題。這種結構 的優勢在于(1)源漏區在氧化硅層上，有利于減少寄生的結電容，同時關 斷了源漏區和襯底區之間的泄漏電流通路；(2)采用凹陷源漏可以減小源漏 寄生電阻的影響，同時相比于采用抬升源漏區來減小電阻的方法，其寄生的 柵源、柵漏電容也要小，也就有利于在高頻方面的應用；(3)溝道區和襯底直接相連，熱可以通過硅襯底很快的散發出去，能夠有效的解決SOI結構中的自熱效應；(4)溝道與襯底相連，也為后續的溝道工程提供了方面，比如采用溝道摻雜調整閾值電壓、采用逆向摻雜(retrograde)結構提高短溝效應抑制能力等；(5 )相比于體硅結構和SOI結構，該結構有更好的短溝特性；(6)采用常規的體硅襯底，花費代價低，等等。盡管上述結構具有很多優良的性能，但是在實際工藝實現中仍存在很多 的困難。主要4兆戰在于(1)需要實現單晶硅源漏以減小寄生電阻；(2)需 要全凹陷源漏區來減小寄生電容；(3)如何引入氧化硅層包圍源漏區的絕大 部分，同時不能引入應力；(4)工藝實現的可控制性(如對結深、抬升源漏 高度等的精確控制)等等。目前，采用現有的制備方法不能完全解決這些問 題。發明內容本發明的目的是提供一種在體硅硅片上制備上述凹陷源漏場效應晶體管 的方法，該方法可以克服現有的技術問題，實現全凹陷的源漏，并且保證源 漏區是單晶結構，且與現有的工藝兼容，有利于應用到大規模生產中。 本發明的上述目的是通過如下的技術方案予以實現的 一種凹陷源漏場效應晶體管的制備方法，其步驟包括(1) 釆用體硅硅片作為襯底，光刻并刻蝕得到單晶硅臺，其高度為H,;(2) 在襯底上依次外延生長一犧牲層和一單晶硅材料層，其厚度分別為H2 和Hp 且H2 + H3〉Hr，(3) 采用化學機械拋光將結構的上表面平坦化，并刻蝕暴露出單晶硅臺的上 表面；(4) 再外延生長一層單晶硅層，其厚度為tsi,這層厚度將決定場效應晶體管中的結深；(5) 保護好有源區單晶表面后，在場區開孔并刻蝕形成深槽，暴露出結構 中的犧牲層，濕法選擇腐蝕掉犧牲層，形成空洞；(6) 在空洞和深槽中填滿氧化硅材料，并采用化學機械拋光使之平坦化， 形成一包圍源漏區的氧化層；(7) 接下來的工藝和常規的單柵工藝完全相同，依次定義柵區、源漏區注 入、退火、硅化、淀積氧化層、刻蝕引線孔、合金、鈍化、電極引出。在步驟1中，在刻蝕單晶硅臺之前可進行摻雜注入，形成高摻雜區。 在步驟2中，犧牲層可采用鍺硅材料，其厚度H2要小于單晶硅臺的厚度H。單晶硅臺高度H,的范圍可為10納米至200納米之間。犧牲層厚度H2的范圍可為IO納米至IOO納米之間。單晶硅材料層H3厚度的范圍可為IO納米至IOO納米之間。單晶硅材料層Tsi厚度的范圍可為1納米至50納米之間。 本發明的技術效果和優點采用上述方法能夠實現圖1所示的凹陷源漏場效應晶體管。本發明和傳 統的單柵工藝相比，在開始階段對襯底區的優化過程中，器件工藝參數和物 理參數諸如逆向摻雜濃度和深度、結深、凹陷源漏的深度、埋氧層的厚度等 參數都能夠4艮好的控制，可控性非常強。該方法可以實現全凹陷的源漏，并 且保證源漏區是單晶結構；同時，該方法能夠很好地對要實現的凹陷源漏場 效應晶體管的進行優化，有利于獲得最優的器件性能；這種實現方法的絕大 部分都和現有的工藝兼容，有利于應用到大規j莫生產中。


下面結合附圖，對本發a月^故出詳細描述。圖l是凹陷源漏場效應晶體管的結構示意圖。 圖2實現凹陷源漏場效應晶體管的工藝流程示意圖。其中 圖2-a刻蝕硅臺；圖2-b外延單晶鍺硅層；圖2-c外延單晶硅層；圖 2-d平坦化多層單晶層；圖2-e外延第二層單晶硅；圖2-f保護有緣區，場區 深槽刻蝕，暴露埋藏陳底的鍺硅層；圖2-g選擇腐蝕鍺硅層，深槽中填充氧 化硅并平坦化；圖2-h形成柵介質，淀積柵材料，定義區柵區，源漏低摻雜注 入；圖2-i形成氧化層側墻，源漏區注入。圖中，l-體硅襯底；2-犧牲層；3-外延生長的單晶硅；4-第二次外延的 單晶硅 ；5-硬掩膜層；6-氧化硅；7-柵介質；8-柵材料；9-源漏輕摻雜 區；10-氧化硅側墻；11-源漏重摻雜區；12-深槽。
具體實施方式
下面我們將詳細介紹采用本發明制備凹陷源漏場效應晶體管的實現流程。(1) 清洗體硅片；(2) 淀積硬掩膜，硅片表面摻雜注入形成逆向摻雜的重摻雜區；再去掉 硬掩膜；(3) 淀積光刻膠，采用柵線條的版圖為掩膜，光刻定義硅臺，干法刻蝕 得到高度為I^的硅臺，去膠，得到如圖2-a的結構，H,的數值范圍 可為10納米至200納米之間；(4) 清洗、去自然氧化層，在名圭表面外延生長鍺硅(GeSi)材料，外延 厚度為H2， H2 < H,;如圖2-b, H2的數值范圍可為10納米至100納 米之間；(5 )清洗、去自然氧化層，在GeSi材料上外延生長單晶硅(Si)材料， 外延厚度為H3;要求H3 + H^H,，暨使最上層硅的表面最低位置也能 夠高于硅臺；如圖2-c, H3厚度的范圍可為IO納米至100納米之間；(6) 化學機械拋光(CMP)，平坦化單晶Si層和GeSi層，形成如圖2-d 所示平坦的單晶表面；(7) 清洗、去自然氧化層，再在硅表面外延生長單晶硅(Si)材料，外 延厚度為Tsi，該厚度基本上決定了源漏結深；如圖2-e， T^厚度的 范圍可為1納米至50納米之間；(8) 硅片表面依次淀積Si(VSi3N4層作為硬掩膜，光刻有源區；場區深 槽刻蝕，即依次刻蝕硬掩膜以及Si/GeSi區，暴露出埋藏的"L，，型GeSi 層；如圖2-f;(9) 再選擇腐蝕GeSi材料，形成空洞；填充Si02材料至將空洞和深槽 完全填滿；CMP形成STI隔離；如圖2-g;(10) 去掉硬掩膜層；(11) 氧化形成柵氧，溝道注入調整閾値電壓；(12) 淀積柵材料，如多晶硅，并重摻雜，再光刻定義柵長； (13 ) 源漏區淺注入，形成淺摻雜區，如圖2-h;(14) 低壓化學氣相淀積(LPCVD) Si02材料并刻蝕形成側墻；(15) 源漏區重摻雜；如圖2-i;(16) 快速熱退火激活雜質；(17) 淀積金屬，形成硅化源漏區和柵區；(18) 淀積氧化層，光刻引線孔(19) 淀積金屬，光刻引線(20 ) 合金化；(21 ) 淀積鈍化層(22) 開孔形成電^L
權利要求
1. 一種凹陷源漏場效應晶體管的制備方法，其步驟包括(1)采用體硅硅片作為襯底，光刻并刻蝕得到單晶硅臺，其高度為H1；(2)在襯底上依次外延生長一犧牲層和一單晶硅材料層，其厚度分別為H2和H3，且H2+H3＞H1；(3)采用化學機械拋光將結構的上表面平坦化，并刻蝕暴露出單晶硅臺的上表面；(4)再外延生長一層單晶硅層，其厚度為Tsi，這層厚度將決定場效應晶體管中的結深；(5)保護好有源區單晶表面后，在場區開孔并刻蝕形成深槽，暴露出結構中的犧牲層，濕法選擇腐蝕掉犧牲層，形成空洞；(6)在空洞和深槽中填滿氧化硅材料，并采用化學機械拋光使之平坦化，形成一包圍源漏區的氧化層；(7)接下來的工藝和常規的單柵工藝完全相同，依次定義柵區、源漏區注入、退火、硅化、淀積氧化層、刻蝕引線孔、合金、鈍化、電極引出。
2、 如權利要求1所述的凹陷源漏場效應晶體管的制備方法，其特征在于在步驟l中，在刻蝕單晶硅臺之前進行摻雜注入，形成高摻雜區。
3、 如權利要求1所述的凹陷源漏場效應晶體管的制備方法，其特征在于在步驟2中，犧牲層采用鍺硅材料，其厚度H2要小于單晶硅臺的厚度H,。
4、 如權利要求1或2所述的凹陷源漏場效應晶體管的制備方法，其特征在于單晶硅臺高度H,的范圍為10納米至200納米之間。
5、 如權利要求1或3所述的凹陷源漏場效應晶體管的制備方法，其特征在于:犧牲層厚度Kb的范圍為10納米至100納米之間。
6、 如外又利要求1所述的凹陷源漏場效應晶體管的制備方法，其特征在于單晶硅材料層H3厚度的范圍為IO納米至100納米之間。
7、 如權利要求1所述的凹陷源漏場效應晶體管的制備方法，其特征在于單晶硅材料層Td厚度的范圍為1納米至50納米之間。
全文摘要
本發明提供了一種凹陷源漏場效應晶體管的制備方法，屬于超大規模集成電路技術(ULSI)領域。該方法引入了外延工藝和采用犧牲層的辦法，在襯底中引入兩個“L”型的埋氧層結構。采用這種方法，器件工藝參數和物理參數諸如逆向摻雜濃度和深度、結深、凹陷源漏的深度、埋氧層的厚度等參數都能夠很好的控制。該方法的可控性非常強，且與現有的工藝兼容，有利于應用到大規模生產中。
文檔編號H01L21/336GK101226881SQ20071000068
公開日2008年7月23日 申請日期2007年1月16日 優先權日2007年1月16日
發明者韓 肖, 如 黃 申請人:北京大學