[发明专利]淀积含碳的薄膜用于形成掺杂区域间隔层的方法

说明书

技术领域

半导体器件的制造方法，特别涉及形成栅极结构侧壁隔离层的处理方法。

背景技术

在半导体工艺中，掺杂剂是用于改变半导体晶体电特性的材料，使之变为N型或P型，以根据需要获得相应的元器件结构。在半导体工艺的硅制程中，会包括数个热周期，例如快热制程(Rapid ThermalProcessing)、炉管、淀积、蚀刻等。这些热周期会引起器件(栅、源极/漏极)中，即掺杂区域中所含的掺杂剂向外扩散，最终使器件的各种性能参数产生偏离，并使器件的电阻值升高。

一般地，在半导体器件的制造工艺中，当形成例如晶体管中的栅极结构时，退火工艺用来驱使掺杂剂利用栅极结构形成源极、漏极，而栅极结构的硅层中的掺杂剂在高温下进行退火处理时可以向外扩散。本领域的技术人员应该能够明白这一点。

出于对半导体器件性能的考虑，有必要控制上述掺杂区域中的掺杂剂向外扩散，目前采用的方法是在淀积制程中先形成一层间隔层(spacer)，阻止其扩散。

通常用于形成栅极结构侧壁间隔层的材料为氮化硅(SiN)，或者二氧化硅(SiO₂)/氮化硅(SiN)/二氧化硅(SiO₂)型的多层复合材料。图1为一种现有技术中常见的栅极结构的示意图，其中，数字101表示栅极氧化物层，数字102表示多晶硅层，数字103表示硅化物层，数字104表示间隔层，该间隔层104用于防止硅层中掺杂的元素(例如硅衬底中掺杂的硼、磷、砷等元素，其用于改变该硅衬底材料的电特性，使之变为N型或P型)向外扩散。

目前常见的手段是用氮化硅(SiN)，或者二氧化硅(SiO₂)/氮化硅(SiN)/二氧化硅(SiO₂)型的复合层材料作为间隔层，但是采用这些材料的隔离效果不够理想，不能很好地改善掺杂剂向外扩散，容易产生栅极结构的阈值电压Vt数值偏移，电阻值例如薄膜电阻R_S升高等一系列问题。并且，采用这样的间隔层结构显然还会导致较高的热预算。

发明内容

为了克服在晶体管制造工艺中由于采用传统材料的隔离层而引起的掺杂剂向外扩散，并且阈值电压Vt偏移，薄膜电阻R_S升高等缺点，提出本发明的淀积含碳薄膜用于形成掺杂区域间隔层的方法，其适用于MOS器件的制作过程，尤其适用于PMOS器件的制造过程。

本发明目的在于提供一种效果良好的减少或阻止集成电路器件中掺杂区域的掺杂剂向外扩散，并且可以减少整个制程中热预算的方法，这种方法采用的主要方案是在进行薄膜淀积工艺时淀积一含碳的薄膜作为间隔层(Spacer)。

发明人发现，具有高碳含量的薄膜减少硼(PMOS器件中的掺杂剂)向外扩散的性能非常好，淀积的作为间隔层的薄膜中含碳量越高，硼向外扩散得也越少。另外，由于硼向外扩散能引起基材的薄膜电阻值升高，因此当采用含碳薄膜作为间隔层时，硼向外扩散减少，器件的薄膜电阻值(R_S)不会升得过高，当间隔层的碳含量较低时，由于硼向外扩散较多，电阻值呈明显的线性上升趋势。

由此，本发明相应地提出一种淀积含碳薄膜以形成掺杂区域间隔层的方法，所述间隔层用于在集成电路结构中阻止该集成电路结构的掺杂区域中的掺杂剂向外扩散，其主要的技术方案是以三甲基硅烷、四甲基硅烷、四甲基环四硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、二甲基二甲氧基硅烷、和二乙氧基甲基硅烷中的一种或多种为原料，淀积形成含碳的氮化硅和/或二氧化硅薄膜，作为所述间隔层。

采用本发明的方法时，通常并不需要对现有技术中采用的栅极结构作任何改动，不同之处在于，通过该方法形成的间隔层是含碳的间隔层。因此，和现有技术常见的间隔层结构相应，根据本发明方法形成的含碳间隔层可以是含碳的氮化硅层，或者含碳的二氧化硅/氮化硅/二氧化硅复合结构层，具体地，所述含碳的二氧化硅/氮化硅/二氧化硅复合结构层可以是各层均包含碳，或者其中的一层或多层包含碳，均可达到减少掺杂剂向外扩散的效果。