專利名稱：Nmos晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種NMOS晶體管及其制作方法。
背景技術(shù)：
N型金屬-半導(dǎo)體-氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管(NM0SFET)，是集成電路中最常見(jiàn)的元件之一，而飽和電流值是衡量NM0SFET性能的重要指標(biāo)，飽和電流值越高表明NM0SFET的電流驅(qū)動(dòng)性能越好。在現(xiàn)有的技術(shù)中，通過(guò)在NM0SFET器件上沉積應(yīng)力層來(lái)提高導(dǎo)電溝道載流子的遷移率，進(jìn)而可以有效的提高晶體管飽和電流值。然而，隨著半導(dǎo)體器件向高密度和小尺寸發(fā)展，特別是對(duì)于工藝節(jié)點(diǎn)在45nm以下的NMOS晶體管(窄器件)，就會(huì)出現(xiàn)窄寬度效應(yīng) (narrow width effect)變差的現(xiàn)象，即隨著NMOS晶體管溝道寬度變小，器件的閾值電壓滾降。閾值電壓Vt是NMOS晶體管的一個(gè)重要的電參數(shù)，也是制造工藝中重要的控制參數(shù)。一個(gè)NMOS晶體管的閾值電壓的穩(wěn)定性是評(píng)價(jià)其性能好壞的重要指標(biāo)，閾值電壓隨物理?xiàng)l件的變化而產(chǎn)生的漂移越小，則NMOS晶體管的性能越可靠。顯然，上述通過(guò)在NM0SFET 器件上沉積應(yīng)力層來(lái)提高飽和電流的方法仍然存在有不便與缺陷。在公開(kāi)號(hào)為CN 1992343A的中國(guó)專利申請(qǐng)中還可以發(fā)現(xiàn)更多關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)的信肩、ο因此，隨著工藝節(jié)點(diǎn)的降低，在增加NMOS晶體管中的載流子的遷移率同時(shí)降低 NMOS晶體管的窄寬度效應(yīng)變差趨勢(shì)，對(duì)增強(qiáng)NMOS晶體管性能是十分重要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種NMOS晶體管的制作方法，所述方法制作的NMOS晶體管載流子的遷移率高，且能夠改善工藝節(jié)點(diǎn)在45nm以下的NMOS晶體管閾值電壓隨溝道寬度變窄而滾降的趨勢(shì)。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種匪OS晶體管的制作方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有柵極結(jié)構(gòu)，柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底包括非晶化注入?yún)^(qū)；在所述非晶化注入?yún)^(qū)形成NMOS晶體管的源/漏區(qū)，其中形成源/漏區(qū)包括對(duì)所述非晶化注入?yún)^(qū)進(jìn)行氮離子注入；在所述NMOS晶體管上沉積應(yīng)力層；對(duì)所述NMOS晶體管的源/漏區(qū)進(jìn)行熱處理，激活源/漏區(qū)的摻雜離子；去除所述NMOS晶體管上的應(yīng)力層?？蛇x的，所述非晶化注入?yún)^(qū)采用離子注入的方法形成?？蛇x的，所述非晶化注入?yún)^(qū)離子注入的摻雜離子為鍺或砷中任意一種或幾種的組合，離子注入的能量范圍為IOKeV至20KeV，劑量范圍為lE14/cm-2至lE15/cm2。
可選的，在所述非晶化注入?yún)^(qū)依次進(jìn)行輕摻雜離子注入、氮離子注入和重?fù)诫s離子注入，形成NMOS晶體管的源/漏區(qū)?？蛇x的，在所述非晶化注入?yún)^(qū)依次進(jìn)行氮離子注入、輕摻雜離子注入和重?fù)诫s離子注入，形成NMOS晶體管的源/漏區(qū)?？蛇x的，在所述非晶化注入?yún)^(qū)依次進(jìn)行輕摻雜離子注入、重?fù)诫s離子注入和氮離子注入，形成NMOS晶體管的源/漏區(qū)?？蛇x的，所述氮離子注入的能量范圍為IeV至20KeV，劑量范圍為lE14/cm2至 3E15/cm2?？蛇x的，所述在NMOS晶體管上沉積應(yīng)力層采用化學(xué)氣相沉積的方法?？蛇x的，所述應(yīng)力層為氮化硅或氮化硅層，所述應(yīng)力層的厚度范圍為250埃至500埃。可選的，采用熱處理的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體襯底的摻雜離子激活，該熱處理為快速熱退火?？蛇x的，所述快速熱退火的溫度峰值范圍為900°C至1070°C，退火時(shí)間為5秒至60 秒，所述退火的氣體為氮?dú)?。可選的，采用干法刻蝕或濕法腐蝕或兩種方法結(jié)合去除NMOS晶體管上的應(yīng)力層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明通過(guò)在形成源/漏區(qū)時(shí)進(jìn)行氮離子注入，并利用熱處理激活這些摻雜離子來(lái)提高窄器件寄生MOS的閾值電壓，進(jìn)而提高整個(gè)NMOS晶體管的閾值電壓，改善了工藝節(jié)點(diǎn)在45nm以下的NMOS晶體管閾值電壓隨其溝道寬度變窄而滾降的現(xiàn)象。


圖1是本發(fā)明中NMOS晶體管制造方法流程示意圖。圖2 圖7是本發(fā)明的NMOS晶體管制作方法剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施例的限制。正如背景技術(shù)部分所述，現(xiàn)有制作NMOS晶體管技術(shù)通過(guò)在NMOS晶體管上沉積應(yīng)力層來(lái)改善其載流子遷移率，進(jìn)而改善NMOS晶體管的性能。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，隨著器件特征尺寸的縮小，這種提高載流子遷移率的方法會(huì)導(dǎo)致NMOS晶體管的窄寬度效應(yīng)變差，即隨著器件溝道寬度變窄，其閾值電壓出現(xiàn)滾降的現(xiàn)象，使利用現(xiàn)有技術(shù)制造的NMOS晶體管可靠性降低。為了解決上述問(wèn)題，發(fā)明人提出一種NMOS晶體管的制作方法，所述方法利用源/ 漏區(qū)氮離子注入并通過(guò)熱處理激活源/漏區(qū)的摻雜離子來(lái)提高晶體管的閾值電壓，從而改善NMOS晶體管的窄寬度效應(yīng)變差的現(xiàn)象。
本發(fā)明一種制造NMOS晶體管的制作方法，包括步驟S101，提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有柵極結(jié)構(gòu)，柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底包括非晶化注入?yún)^(qū)；步驟S102，在所述非晶化注入?yún)^(qū)形成NMOS晶體管的源/漏區(qū)，其中形成源/漏區(qū)包括對(duì)所述非晶化注入?yún)^(qū)進(jìn)行氮離子注入；步驟S103，在所述NMOS晶體管上沉積應(yīng)力層；步驟S104，對(duì)所述NMOS晶體管的源/漏區(qū)進(jìn)行熱處理，激活源/漏區(qū)的摻雜離子；步驟S105，去除所述NMOS晶體管上的應(yīng)力層。下面將結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。請(qǐng)結(jié)合附圖2 圖7，為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的NMOS晶體管制作方法剖面結(jié)構(gòu)流程示意圖。首先，請(qǐng)參考圖2，提供半導(dǎo)體襯底200，所述半導(dǎo)體襯底200上形成有柵極結(jié)構(gòu)， 柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底包括非晶化注入?yún)^(qū)203。所述半導(dǎo)體襯底200的材質(zhì)可以為硅、 鍺硅、絕緣體上硅(SOI)等。所述半導(dǎo)體襯底200上的柵極結(jié)構(gòu)包括柵介質(zhì)層205和位于所述柵介質(zhì)層205上方的多晶硅柵極206。所述柵介質(zhì)層205的材質(zhì)為氧化硅、氮氧化硅等。所述柵介質(zhì)層205、多晶硅柵極206的制作方法與現(xiàn)有技術(shù)相同，作為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)，在此不作贅述。以柵極結(jié)構(gòu)為掩膜，在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成非晶化注入?yún)^(qū)203。 所述非晶化注入的目的在于減小器件尺寸減小所帶來(lái)的擊穿效應(yīng)(punch through)以及由其引起的結(jié)漏電(junction leakage)，并提高器件的瞬時(shí)增強(qiáng)擴(kuò)散(TED)效應(yīng)。所述非晶化離子注入?yún)^(qū)203通過(guò)離子注入形成，該步非晶化處理是利用原子量較大的離子源，如鍺或砷中的任意一種或幾種的組合對(duì)襯底進(jìn)行非晶化離子注入處理而實(shí)現(xiàn)的。為了破壞硅襯底的晶格結(jié)構(gòu)，其注入的能量與注入的劑量應(yīng)滿足一定的條件，離子注入的能量范圍為IOKeV至20KeV，劑量范圍為lE14/cm2至lE15/cm2。接著，請(qǐng)參考圖3，以柵極結(jié)構(gòu)為掩膜，進(jìn)行輕摻雜離子注入，在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成深度大于非晶化注入?yún)^(qū)深度的源/漏延伸區(qū)208。形成源/漏延伸區(qū)208的方法為本技術(shù)領(lǐng)域人員公知技術(shù)。所述輕摻雜離子注入的摻雜離子為磷離子或砷離子。作為一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)輕摻雜離子注入的離子為磷離子時(shí)，離子注入的能量范圍為 IKeV至20KeV，離子注入劑量范圍為lE14/cm2至lE15/cm2 ；作為又一實(shí)施例，當(dāng)輕摻雜離子注入的離子為砷離子時(shí)，離子注入能量范圍為IeV至35KeV，離子注入劑量范圍為1E14/ cm2 至 lE15/cm2。接著，請(qǐng)參考圖4，在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底上形成側(cè)墻211。本實(shí)施例中，所述側(cè)墻211可以為單層結(jié)構(gòu)，其材質(zhì)為氮化硅。在其他實(shí)施例中，所述側(cè)墻211還可以為多層結(jié)構(gòu)，例如為氧化硅-氮化硅-氧化硅組成的ONO結(jié)構(gòu)。所述側(cè)墻211的制作方法與現(xiàn)有技術(shù)相同，作為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)，在此不做詳細(xì)的說(shuō)明。接著，參考圖5，以所述柵極結(jié)構(gòu)為掩膜，進(jìn)行氮離子注入和重?fù)诫s離子注入，在半導(dǎo)體襯底200內(nèi)形成源/漏區(qū)。先進(jìn)行氮離子注入，所述氮離子注入的能量范圍為IeV至20KeV，劑量范圍為 1E14至3E15/cm2。再進(jìn)行重?fù)诫s離子注入，對(duì)于NMOS晶體管，所述源/漏區(qū)重?fù)诫s離子注入的離子導(dǎo)電類型為N型，重?fù)诫s離子注入的離子可以為磷離子或砷離子，離子注入的能量范圍為8KeV至30KeV，劑量范圍為1. 5E14/cm2至6E15/cm2。需要說(shuō)明的是，在其他實(shí)施例中，所述氮離子注入可以在輕摻雜離子注入之前進(jìn)行。在另外一個(gè)實(shí)施例中，所述氮離子注入還可在重?fù)诫s離子注入之后進(jìn)行。接著，參考圖6，在所述NMOS晶體管上沉積應(yīng)力層213。所述應(yīng)力層的材料可為氮化硅、四乙氧基硅(TE0S)、氮氧化硅(SiON)、氧化物或富含硅的氮化物，更佳的為SiN或 SiON。沉積的厚度為200埃到1000埃，更佳的范圍為250埃到500埃。上述應(yīng)力層213可以采用快速升溫化學(xué)氣相沉積(RTCVD)形成。然后，進(jìn)行熱處理，激活所述源/漏區(qū)的N型摻雜離子和氮離子。所述熱處理為快速熱退火。所述快速熱退火的溫度峰值范圍為900°C至1070°C，退火時(shí)間為5秒至60秒， 在上述的溫度峰值范圍內(nèi)，可以有效激活所述源/漏區(qū)的摻雜離子，修復(fù)離子注入工藝在半導(dǎo)體襯底200內(nèi)造成的損傷，并且，不會(huì)引起所述源/漏區(qū)的摻雜離子橫向擴(kuò)散，防止器件穿通。本實(shí)施例中，所述退火的氣體為氮?dú)狻Ｋ龅獨(dú)饪梢杂行迯?fù)離子注入工藝在半導(dǎo)體襯底表面造成的損傷。在其他的實(shí)施例中，所述退火工藝的氣體還可以為氮?dú)夂脱鯕獾幕旌蠚怏w，其中氧氣的在混合氣體中的體積比例為至10%，以保護(hù)半導(dǎo)體襯底200表面，減小注入劑量損失。通過(guò)對(duì)NMOS晶體管源/漏區(qū)的氮離子注入以及退火激活源/漏區(qū)的摻雜離子，可以有效的提高窄器件寄生MOS的閾值電壓，進(jìn)而提高整個(gè)晶體管的閾值電壓，改善其器件性能。最后，去除NMOS晶體管表面的應(yīng)力層213。所述應(yīng)力層可以采用干法刻蝕或濕法腐蝕或兩種方法結(jié)合去出除，去除應(yīng)力層之后的NMOS晶體管的示意圖如圖7。作為一個(gè)實(shí)施例，采用干法刻蝕去除應(yīng)力層213，如等離子體刻蝕工藝進(jìn)行刻蝕， 刻蝕至襯底200表面。在刻蝕過(guò)程中，在反應(yīng)室內(nèi)，采用等離子體刻蝕工藝進(jìn)行刻蝕。在刻蝕器件，刻蝕的方向可以通過(guò)控制等離子源的偏置功率和陰極(也就是襯底)偏壓功率來(lái)實(shí)現(xiàn)。以所述應(yīng)力層為氮化硅為例，刻蝕劑可以采用SF6、CHF3、CF4、氯氣Cl2、氮?dú)釴2、氦氣 He和氧氣&的混合氣體，通過(guò)控制刻蝕速率和刻蝕時(shí)間使刻蝕過(guò)程停止在襯底200表面?；谏鲜龇椒?，制作的NMOS晶體管如圖7所示，所述NMOS晶體管包括半導(dǎo)體襯底200 ；柵極結(jié)構(gòu)，位于所述半導(dǎo)體襯底200上方，所述柵極結(jié)構(gòu)包括位于所述半導(dǎo)體襯底表面柵介質(zhì)層205和位于柵介質(zhì)層205上方的多晶硅柵極206 ；側(cè)墻211，位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底200上；源/漏區(qū)，位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底200內(nèi)。綜上，本發(fā)明提供的NMOS晶體管的制作方法，所述方法利用源/漏區(qū)氮離子注入和對(duì)源/漏區(qū)摻雜離子的熱處理激活來(lái)提高窄器件寄生MOS的閾值電壓，進(jìn)而提高整個(gè) NMOS晶體管的閾值電壓，本發(fā)明的制作方法更適用于工藝節(jié)點(diǎn)在45nm以下的NMOS晶體管制作工藝。本發(fā)明的制作方法獲得的NMOS晶體管電流驅(qū)動(dòng)性能好，器件的閾值電壓穩(wěn)定。本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并不是用來(lái)限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種NMOS晶體管的制作方法，其特征在于，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有柵極結(jié)構(gòu)，柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底包括非晶化注入?yún)^(qū)；在所述非晶化注入?yún)^(qū)形成NMOS晶體管的源/漏區(qū)，其中形成源/漏區(qū)包括對(duì)所述非晶化注入?yún)^(qū)進(jìn)行氮離子注入；在所述NMOS晶體管上沉積應(yīng)力層；對(duì)所述NMOS晶體管的源/漏區(qū)進(jìn)行熱處理，激活源/漏區(qū)的摻雜離子；去除所述NMOS晶體管上的應(yīng)力層。
2.如權(quán)利要求1所述的NMOS晶體管的制造方法，其特征在于，所述非晶化注入?yún)^(qū)采用離子注入的方法形成。
3.如權(quán)利要求2所述的NMOS晶體管的制造方法，其特征在于，所述非晶化注入?yún)^(qū)離子注入的摻雜離子為鍺或砷中任意一種或幾種的組合，離子注入的能量范圍為IOKeV至 20KeV，劑量范圍為 lE14/cm2 至 lE15/cm2。
4.如權(quán)利要求1所述的NMOS晶體管的制造方法，其特征在于，在所述非晶化注入?yún)^(qū)形成源/漏區(qū)包括在所述非晶化注入?yún)^(qū)依次進(jìn)行輕摻雜離子注入、氮離子注入和重?fù)诫s離子注入。
5.如權(quán)利要求1所述的NMOS晶體管的制造方法，其特征在于，在所述非晶化注入?yún)^(qū)形成源/漏區(qū)包括在所述非晶化注入?yún)^(qū)依次進(jìn)行氮離子注入、輕摻雜離子注入和重?fù)诫s離子注入。
6.如權(quán)利要求1所述的NMOS晶體管的制造方法，其特征在于，在所述非晶化注入?yún)^(qū)形成源/漏區(qū)包括在所述非晶化注入?yún)^(qū)依次進(jìn)行輕摻雜離子注入、重?fù)诫s離子注入和氮離子注入。
7.如權(quán)利要求4至6任一項(xiàng)所述的NMOS晶體管的制作方法，其特征在于，所述氮離子注入的能量范圍為IeV至20KeV，劑量范圍為lE14/cm2至3E15/cm2。
8.如權(quán)利要求1所述的NMOS晶體管的制造方法，其特征在于，采用化學(xué)氣相沉積的方法在NMOS晶體管上沉積應(yīng)力層。
9.如權(quán)利要求8所述的NMOS晶體管的制造方法，其特征在于，所述應(yīng)力層為氮化硅、四乙氧基硅、氮氧化硅、氧化物或富含硅的氮化物，所述應(yīng)力層的厚度范圍為250埃至500埃。
10.如權(quán)利要求1所述的NMOS晶體管的制造方法，其特征在于，所述熱處理為快速熱退火。
11.如權(quán)利要求10所述的NMOS晶體管的制造方法，其特征在于，所述快速熱退火的溫度峰值范圍為900°C至1070°C，退火時(shí)間為5秒至60秒，所述退火的氣體為氮?dú)狻?br> 12.如權(quán)利要求1所述的NMOS晶體管的制造方法，其特征在于，去除應(yīng)力層采用干法刻蝕或濕法腐蝕或兩種方法結(jié)合去除。
全文摘要
一種NMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有柵極結(jié)構(gòu)，柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底包括非晶化注入?yún)^(qū)；在所述非晶化注入?yún)^(qū)形成NMOS晶體管的源/漏區(qū)，其中形成源/漏區(qū)包括對(duì)所述非晶化注入?yún)^(qū)進(jìn)行氮離子注入；在所述NMOS晶體管上沉積應(yīng)力層；對(duì)所述NMOS晶體管的源/漏區(qū)進(jìn)行熱處理，激活源/漏區(qū)的摻雜離子；去除所述NMOS晶體管上的應(yīng)力層。本發(fā)明通過(guò)對(duì)NMOS晶體管源/漏區(qū)的氮離子注入和對(duì)NMOS晶體管的熱處理，改善了工藝節(jié)點(diǎn)小于45nm的NMOS晶體管溝道寬度變窄時(shí)，閾值電壓滾降的現(xiàn)象。
文檔編號(hào)H01L21/324GK102468162SQ20101053204
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者謝欣云, 陳志豪 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(北京)有限公司