專利名稱：一種晶體管形成方法
技術領域：
本發明涉及半導體領域，特別涉及一種晶體管形成方法。
背景技術：
自對準硅化物技術是一種通過在柵電極層和源/漏極表面形成金屬硅化物層，從而減小柵電極層和源/漏區的電阻的工藝技術。鎳、鉬、鈷等都是形成所述金屬硅化物層的可選金屬材料。在公開號為US 2010/0117238的專利中披露了一種鎳硅化物層的形成方法。圖1至圖3為現有技術通過鎳自對準硅化物技術形成鎳硅化物層的過程的剖面結構示意圖。首先如圖1所示，提供襯底001，所述襯底001表面形成有柵極，所述柵極包括依次位于所述襯底001上的柵極氧化層021和柵電極層022，及位于所述柵電極層022兩側的側墻030，所述側墻030表面的材料是氮化硅。如圖2所示，在所述柵極兩側的襯底001內形成源、漏極。如圖3所示，在所述襯底001上形成鎳層，所述鎳層覆蓋所述源、漏極的表面和柵極；對所述鎳層進行退火，經過所述退火，鎳層中的鎳與襯底001中的硅進行反應形成鎳硅化物層051，并去除鎳層中未反應的部分。但是在實際中發現，通過上述方法形成的晶體管的可靠性比較差。

發明內容
本發明解決的問題是提供一種晶體管形成方法，以解決現有方法形成的晶體管可靠性差的問題。為解決上述問題，本發明提供一種晶體管形成方法，包括提供襯底，所述襯底表面具有柵極；在所述柵極的側壁形成摻碳側墻；形成所述摻碳側墻后，在柵極兩側的襯底內形成源、漏極；在所述源、漏極表面，及柵極表面形成鎳硅化物層。可選地，形成所述摻碳側墻的步驟包括形成側墻介質層，所述側墻介質層覆蓋所述柵極和所述襯底暴露的表面；向所述側墻介質層注入碳離子，并進行第一退火處理激活所摻入的碳離子；激活碳離子后，刻蝕所述側墻介質層，形成位于柵極側壁的側墻。可選地，形成所述摻碳側墻的步驟包括形成側墻介質層，所述側墻介質層覆蓋所述柵極和所述襯底暴露的表面；刻蝕所述側墻介質層，形成位于柵極側壁的側墻；向所述側墻注入碳離子，并進行第一退火處理激活所摻入的碳離子。可選地，所述側墻介質層包括依次形成的二氧化硅層和氮化硅層。可選地，所述側墻的寬度是150-400埃。可選地，所述氮化硅層是采用六氯乙硅烷為前驅，通過低壓化學氣相沉積工藝形成。可選地，所述氮化硅層的厚度是150-300埃。可選地，注入碳離子采用的是離子注入工藝或者等離子體摻雜工藝。可選地，采用離子注入工藝注入碳離子的工藝參數是注入能量為l_5keV，注入劑量為5E14-5E15/平方厘米。可選地，所述第一退火處理采用尖峰退火工藝，退火溫度為800-1000攝氏度，退火氣體為氮氣或者氮氣和氦氣的混合氣體。可選地，所述第一退火處理采用毫秒退火工藝，退火溫度為1100-1300攝氏度，退火時長為O. 25-20暈秒。可選地，所述鎳硅化物層的形成工藝包括在所述柵極、側墻以及襯底暴露的表面形成金屬層，所述金 屬層含鎳；對所述金屬層進行退火處理，鎳與襯底及柵極中的硅材料在退火過程中進行反應，形成鎳硅化物層。可選地，所述退火處理包括第二退火處理和第三退火處理。可選地，所述第二退火是浸入式退火，退火溫度為220-320攝氏度，退火時長為30-90 秒。可選地，所述第三退火是毫秒退火，退火溫度為1100-1300攝氏度，退火時長為O. 25-20 暈秒。可選地，所述第二退火是低溫尖峰退火，退火溫度為350-550攝氏度，退火時長為0-60 秒。可選地，所述第二退火采用浸入式退火，退火溫度為350-450攝氏度，退火時長為20-90 秒。可選地，所述金屬層的材料還包括鉬。本發明的實施例通過向側墻中摻入碳原子，減小形成側墻之后，形成鎳硅化物層之前的工藝過程中的刻蝕工藝對側墻的刻蝕速度，從而減小所述刻蝕工藝中側墻寬度的損失量。而側墻的寬度越大，后續形成的鎳硅化物層向溝道區侵蝕對晶體管可靠性的影響就越小。進一步，本發明的實施例中，通過兩次退火形成所述鎳硅化物層，所述鎳硅化物層的主要成分是NiSi，NiSi材料的電阻率小，熱穩定性好，從而有利于提高晶體管的性能。


圖1至圖3是現有的晶體管形成過程的剖面結構示意圖；圖4(a)和圖4(b)為晶體管不同漏電流的出現概率示意圖；圖5是本發明第一實施例所提供的晶體管形成方法的流程示意圖；圖6至圖12是本發明的第一實施例所提供的晶體管形成過程的剖面結構示意圖；圖13是本發明第二實施例所提供的晶體管形成方法的流程示意圖；圖14至圖16是本發明的第二實施例所提供的晶體管形成過程的剖面結構示意圖。
具體實施例方式由背景技術可知，現有技術形成的晶體管的可靠性比較差。請參考圖3，發明人針對上述問題進行研究，發現在對鎳層退火形成鎳硅化物層051的過程中，鎳層中的鎳會向溝道區擴散，并與溝道區的硅材料進行反應，使得退火工藝中所形成的鎳硅化物層051向溝道區侵蝕，造成晶體管的可靠性降低。進一步研究發現，側墻的寬度越大，鎳硅化物層向溝道區侵蝕對晶體管可靠性的影響越小。請參考圖4,圖4(a)中側墻的寬度是150-200埃，圖4(a)中橫坐標為源漏之間的漏電流，縱坐標為多次測量過程中，測量結果為對應漏電流的概率，其中□對應的是采用浸入式低溫退火工藝形成晶體管的鎳硅化物層，〇對應的是采用激光退火工藝形成晶體管中的鎳硅化物層；圖4 (b)中側墻的寬度是250-400埃，圖4 (b)中橫坐標為源漏之間的漏電流，縱坐標為多次測量過程中，測量結果為對應漏電流的概率，其中□對應的是采用一步浸入式低溫退火工藝和一步激光退火工藝形成晶體管的鎳硅化物層，〇對應的是采用兩步激光退火工藝形成晶體管中的鎳硅化物層。比較圖4(a)和圖4(b)，在晶體管的側墻小的情況下，漏電流出現的概率更容易受鎳硅化物層形成工藝的影響，即晶體管的側墻越小，晶體管的可靠性越低。但是在實際工藝中，在形成側墻到形成鎳硅化物層之間還需要進行多次濕法刻蝕和干法刻蝕工藝。比如說，在形成側墻后，先采用干法刻蝕工藝在所述側墻兩側的半導體襯底內形成U形凹槽；再采用氫氟酸或磷酸或氫氧化鉀是否刻蝕所述U形凹槽的側壁，形成具有sigma形狀的凹槽。以及在形成鎳層之前，采用氫氟酸去除襯底表面的氧化層。在所述刻蝕工藝中，因為氫氟酸等溶液對側墻的刻蝕速度過大，會造成側墻的寬度明顯減小，影響后續形成的晶體管的可靠性；又 因為側墻的寬度需要根據工藝需要設定，所以不可能為了提高晶體管的可靠性而任意增加側墻的寬度。為了進一步闡明本發明的精神與實質，在下文中結合附圖和實施例，對本發明進行詳細闡述。第一實施例圖5本發明的第一實施例所提供的晶體管形成方法的流程示意圖，包括步驟S101，提供襯底，所述襯底表面的材料含硅，所述襯底表面具有柵極；步驟S102，在所述柵極的表面以及襯底暴露的表面形成側墻介質層；步驟S103，向所述側墻介質層摻入碳離子；步驟S104，摻入碳離子后，刻蝕所述側墻介質層，形成位于柵極側壁的摻碳的側m ;步驟S105，形成所述摻碳側墻后，在柵極兩側的襯底內形成源、漏極；步驟S106，在所述源、漏極表面，以及柵極表面形成金屬層，所述金屬層含鎳；步驟S107，對所述金屬層進行退火處理，鎳與襯底表面的硅以及柵極表面的硅發生反應,形成鎳娃化物層。圖6至圖12是本發明第一實施例所提供的晶體管形成過程的剖面結構示意圖。參考圖6,提供襯底100,所述襯底100表面的材料含娃,所述襯底表面具有柵極，所述柵極包括依次形成在襯底表面的柵介質層110和柵電極層120。所述襯底100是硅襯底，或者SOI襯底。
所述柵介質層110的材料是二氧化硅，所述柵電極層120的材料是多晶硅。參考圖7，在所述柵極的表面以及襯底100暴露的表面形成側墻介質層130。所述側墻介質層130的厚度是300-600埃，所述側墻介質層130包括形成在所述柵極和襯底100暴露的表面的二氧化硅層(未示出)，以及形成在所述二氧化硅層表面的氮化娃層(未不出)。所述氮化娃層是采用六氯乙娃燒(HCD, Hexachlorodisilane)為前驅,通過低壓化學氣相沉積工藝形成。所述氮化硅層的厚度是150-300埃。所述襯底100內還形成有以柵極為掩膜，向襯底100摻雜所形成的淺摻雜源、漏極。參考圖8，向所述側墻介質層130摻入碳離子。采用離子注入或者等離子體摻雜工藝向所述側墻介質層130注入碳離子，注入碳離子后，還包括對所述側墻介質層進行第一退火處理，激活所摻入的碳離子，在所述退火過程中，碳離子與氮化硅層中的氮化硅反應形成新的物質。所述退火工藝是尖峰退火工藝或者毫秒退火工藝。本實施例中，采用離子注入工藝向所述側墻介質層130注入碳離子，具體的工藝參數是注入能量為l_5keV,注入劑量為5E14-5E15/平方厘米。所述注入能量過小,碳離子被注入到碳化硅層中的深度可能不夠深；所述注入能量過大，碳離子注入深度可能過深，脫離氮化硅層。所述注入劑量過小可能因為碳離子的量過小而不足以降低在后續刻蝕工藝中對氮化硅層的刻蝕速度；所注入的劑量過大，會增加工藝成本，并且會降低工藝效率。本發明的一個實施例中，所述第一退火處理采用尖峰退火工藝，退火溫度為800-1000攝氏度，退火氣體為氮氣或者氮氣和氦氣的混合氣體。本發明的另外一個實施例中，所述第一退火處理采用毫秒退火工藝，退火溫度為1100-1300攝氏度，退火時長為O. 25-20毫秒。表I為碳離子注入前、后，氫氟酸對氮化硅層的刻蝕速率
權利要求
1.一種晶體管形成方法，其特征在于，包括提供襯底，所述襯底表面具有柵極；在所述柵極的側壁形成摻碳側墻；形成所述摻碳側墻后，在柵極兩側的襯底內形成源、漏極；在所述源、漏極表面，及柵極表面形成鎳硅化物層。
2.如權利要求1所述的晶體管形成方法，其特征在于，形成所述摻碳側墻的步驟包括形成側墻介質層，所述側墻介質層覆蓋所述柵極和所述襯底暴露的表面；向所述側墻介質層注入碳離子，并進行第一退火處理激活所摻入的碳離子；激活碳離子后，刻蝕所述側墻介質層，形成位于柵極側壁的側墻。
3.如權利要求1所述的晶體管形成方法，其特征在于，形成所述摻碳側墻的步驟包括形成側墻介質層，所述側墻介質層覆蓋所述柵極和所述襯底暴露的表面；刻蝕所述側墻介質層，形成位于柵極側壁的側墻；向所述側墻注入碳離子，并進行第一退火處理激活所摻入的碳離子。
4.如權利要求2或3所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述側墻介質層包括依次形成的二氧化硅層和氮化硅層。
5.如權利要求1所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述側墻的寬度是150A-400埃。
6.如權利要求4所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述氮化硅層是采用六氯乙硅烷為前驅，通過低壓化學氣相沉積工藝形成。
7.如權利要求4所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述氮化硅層的厚度是150-300埃。
8.如權利要求2或3所述的晶體管形成方法，其特征在于，注入碳離子采用的是離子注入工藝或者等離子體摻雜工藝。
9.如權利要求8所述的晶體管形成方法，其特征在于，采用離子注入工藝注入碳離子的工藝參數是注入能量為l_5keV，注入劑量為5E14-5E15/平方厘米。
10.如權利要求2或3所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述第一退火處理采用尖峰退火工藝，退火溫度為800-1000攝氏度，退火氣體為氮氣或者氮氣和氦氣的混合氣體。
11.如權利要求2或3所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述第一退火處理采用毫秒退火工藝，退火溫度為1100-1300攝氏度，退火時長為O. 25-20毫秒。
12.如權利要求1所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述鎳硅化物層的形成工藝包括在所述柵極、側墻以及襯底暴露的表面形成金屬層，所述金屬層含鎳；對所述金屬層進行退火處理，鎳與襯底及柵極的硅材料在退火過程中進行反應，形成鎳硅化物層。
13.如權利要求12所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述退火處理包括第二退火處理和第三退火處理。
14.如權利要求13所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述第二退火是浸入式退火，退火溫度為220-320攝氏度，退火時長為30-90秒。
15.如權利要求13所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述第三退火是毫秒退火，退火溫度為700-950攝氏度，退火時長為O. 25-20毫秒。
16.如權利要求13所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述第三退火是低溫尖峰退火，退火溫度為350-550攝氏度。
17.如權利要求13所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述第三退火是浸入式退火， 退火溫度為350-450攝氏度，退火時長為20-90秒。
18.如權利要求 12所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述金屬層的材料還包括鉬。
全文摘要
一種晶體管形成方法，包括提供襯底，所述襯底表面的材料含硅，所述襯底表面具有柵極；在所述柵極的表面以及襯底暴露的表面形成側墻介質層；向所述側墻介質層摻入碳離子；摻入碳離子后，刻蝕所述側墻介質層，形成位于柵極側壁的摻碳的側墻；形成所述摻碳側墻后，在柵極兩側的襯底內形成源、漏極；在所述源、漏極表面，及柵極表面形成金屬層，所述金屬層含鎳；對所述金屬層進行退火處理，鎳與襯底表面的硅以及柵極表面的硅發生反應，形成鎳硅化物層。通過本發明所提供的晶體管形成方法，可以提高晶體管的可靠性。
文檔編號H01L21/28GK103035523SQ20111029800
公開日2013年4月10日 申請日期2011年9月30日 優先權日2011年9月30日
發明者何永根, 劉佳磊, 禹國賓, 吳兵 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司