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(fā)明屬于超大規(guī)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(fā)展，器件的特征尺寸進入深亞微米(O.lum)范圍。 此時，傳統(tǒng)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(jié)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(chǎn)生的熱不能及時 散發(fā)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(qū)動電流下降、工作點不穩(wěn)定等問題，將影響電路 的輸出結(jié)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(qū)絕大部分被氧化層介質(zhì)包圍著，而 溝道區(qū)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(jié)構(gòu) 的優(yōu)勢在于(1)源漏區(qū)在氧化硅層上，有利于減少寄生的結(jié)電容，同時關 斷了源漏區(qū)和襯底區(qū)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(qū)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(qū)和襯底直接相連，熱可以通過硅襯底很快的散發(fā)出去，能夠有效的解決SOI結(jié)構(gòu)中的自熱效應；(4)溝道與襯底相連，也為后續(xù)的溝道工程提供了方面，比如采用溝道摻雜調(diào)整閾值電壓、采用逆向摻雜(retrograde)結(jié)構(gòu)提高短溝效應抑制能力等；(5 )相比于體硅結(jié)構(gòu)和SOI結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有更好的短溝特性；(6)采用常規(guī)的體硅襯底，花費代價低，等等。盡管上述結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)良的性能，但是在實際工藝實現(xiàn)中仍存在很多 的困難。主要4兆戰(zhàn)在于(1)需要實現(xiàn)單晶硅源漏以減小寄生電阻；(2)需 要全凹陷源漏區(qū)來減小寄生電容；(3)如何引入氧化硅層包圍源漏區(qū)的絕大 部分，同時不能引入應力；(4)工藝實現(xiàn)的可控制性(如對結(jié)深、抬升源漏 高度等的精確控制)等等。目前，采用現(xiàn)有的制備方法不能完全解決這些問 題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)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(xiàn)有的技術問題，實現(xiàn)全凹陷的源漏，并且保證源 漏區(qū)是單晶結(jié)構(gòu)，且與現(xiàn)有的工藝兼容，有利于應用到大規(guī)模生產(chǎn)中。 本發(fā)明的上述目的是通過如下的技術方案予以實現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(jié)深；(5) 保護好有源區(qū)單晶表面后，在場區(qū)開孔并刻蝕形成深槽，暴露出結(jié)構(gòu) 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(qū)的氧化層；(7) 接下來的工藝和常規(guī)的單柵工藝完全相同，依次定義柵區(qū)、源漏區(qū)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(qū)。 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(fā)明的技術效果和優(yōu)點采用上述方法能夠?qū)崿F(xiàn)圖1所示的凹陷源漏場效應晶體管。本發(fā)明和傳 統(tǒng)的單柵工藝相比，在開始階段對襯底區(qū)的優(yōu)化過程中，器件工藝參數(shù)和物 理參數(shù)諸如逆向摻雜濃度和深度、結(jié)深、凹陷源漏的深度、埋氧層的厚度等 參數(shù)都能夠4艮好的控制，可控性非常強。該方法可以實現(xiàn)全凹陷的源漏，并 且保證源漏區(qū)是單晶結(jié)構(gòu)；同時，該方法能夠很好地對要實現(xiàn)的凹陷源漏場 效應晶體管的進行優(yōu)化，有利于獲得最優(yōu)的器件性能；這種實現(xiàn)方法的絕大 部分都和現(xiàn)有的工藝兼容，有利于應用到大規(guī)j莫生產(chǎn)中。


下面結(jié)合附圖，對本發(fā)a月^故出詳細描述。圖l是凹陷源漏場效應晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2實現(xiàn)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(qū)，場區(qū) 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(zhì)，淀積柵材料，定義區(qū)柵區(qū)，源漏低摻雜注 入；圖2-i形成氧化層側(cè)墻，源漏區(qū)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(zhì)；8-柵材料；9-源漏輕摻雜 區(qū)；10-氧化硅側(cè)墻；11-源漏重摻雜區(qū)；12-深槽。
具體實施方式
下面我們將詳細介紹采用本發(fā)明制備凹陷源漏場效應晶體管的實現(xiàn)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(qū)；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(jié)構(gòu)，H,的數(shù)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(shù)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(jié)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(qū)；場區(qū)深 槽刻蝕，即依次刻蝕硬掩膜以及Si/GeSi區(qū)，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(diào)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(qū)淺注入，形成淺摻雜區(qū)，如圖2-h;(14) 低壓化學氣相淀積(LPCVD) Si02材料并刻蝕形成側(cè)墻；(15) 源漏區(qū)重摻雜；如圖2-i;(16) 快速熱退火激活雜質(zhì)；(17) 淀積金屬，形成硅化源漏區(qū)和柵區(qū)；(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(quán)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(jié)構(gòu)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(jié)深；(5)保護好有源區(qū)單晶表面后，在場區(qū)開孔并刻蝕形成深槽，暴露出結(jié)構(gòu)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(qū)的氧化層；(7)接下來的工藝和常規(guī)的單柵工藝完全相同，依次定義柵區(qū)、源漏區(qū)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(quán)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(qū)。
3、 如權(quán)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(quán)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(quán)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(quán)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(fā)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(guī)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(jié)構(gòu)。采用這種方法，器件工藝參數(shù)和物理參數(shù)諸如逆向摻雜濃度和深度、結(jié)深、凹陷源漏的深度、埋氧層的厚度等參數(shù)都能夠很好的控制。該方法的可控性非常強，且與現(xiàn)有的工藝兼容，有利于應用到大規(guī)模生產(chǎn)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(yōu)先權(quán)日2007年1月16日
發(fā)明者韓 肖, 如 黃 申請人:北京大學