[发明专利]用于对3-D IC晶体管的鳍形沟道区进行掺杂的覆盖ALD膜

说明书

技术领域

本发明涉及半导体处理领域，具体涉及用于对3-D IC晶体管的鳍形沟道区进行掺杂的覆盖ALD膜。

背景技术

通常，集成电路(IC)晶体管已使用平面设计，其中所述晶体管元件(源极、漏极和沟道)形成在半导体衬底的表面，并且栅极元件被形成作为在衬底表面的沟道区顶上的平坦结构。然而，最近对于越来越小的器件尺寸的期望已促进所谓的3-D晶体管的发展，其中源极、漏极和沟道形成在鳍形结构中，鳍形结构从衬底表面垂直地延伸，通常具有高深宽比。在这些垂直鳍结构内形成有沟道时，可以将3-D晶体管的栅极组件制造成环绕沟道区，从而相对于其直接暴露于栅极电压的体积显著增大了沟道区的表面积。

平面晶体管和3-D晶体管之间的结构差异在图1A和1B中示意性地示出。图1A示意性地示出了传统的平面IC晶体管100。在图左侧是表示形成在硅衬底110中的源极120、沟道130和漏极140的侧视图，栅极150位于沟道130之上，栅极150与沟道130通过栅极介电质149分隔开。图右侧是相同晶体管100的从垂直虚线的视点截取的剖视图(如水平箭头所指示的)。从两个视图可以看出，栅极150仅邻近沟道130的一侧(由栅极介电质149隔开)定位。图1B提供了现代的3-D晶体管设计101的简化示意图，其侧视图(左)和剖视图(右)与图1A中所示的平面晶体管100的侧视图(左)和剖视图(右)类似。从侧视图可见，源极121、沟道131和漏极141从硅衬底110的平面垂直地延伸(与平面晶体管100不同)。然而，在图1B(右)的剖视图示出了3-D晶体管101的栅极151能够从三侧环绕沟道区域131(与平面型晶体管100中的栅极150的配置比较)。栅极围绕垂直鳍结构的这种环绕在图1C进一步示出(再次示出3-D晶体管101具有源极121、漏极141和栅极151，但沟道131被栅极遮盖)；并且图1D示出了从平行的垂直鳍结构形成的多个三维晶体管101可以如何由3-D栅极元件151环绕。晶体管架构的这种从平面型设计向3-D设计的根本转变已经对IC制造提出了挑战，并且要最佳地解决这些挑战，必须研发新的制造技术。

发明内容

本发明公开了一种对在半导体衬底上的部分制成的3-D晶体管的鳍形沟道区进行掺杂的方法。在一些实施方式中，所述方法包括：在所述衬底上形成含掺杂剂膜；形成覆盖膜使得所述含掺杂剂膜位于所述衬底和所述覆盖膜之间；以及将掺杂剂从所述含掺杂剂膜驱动到所述鳍形沟道区内。在某些这样的实施方式中，该覆盖膜包括硅碳化物材料、硅氮化物材料、硅碳氮化物材料、或它们的组合。在某些这样的实施方式中，所述含掺杂剂膜的多个含掺杂剂层通过原子层沉积工艺形成，所述原子层沉积工艺包括：使含掺杂剂膜前体吸附到所述衬底上，使得所述前体形成吸附受限层；从所吸附的所述前体周围的容积去除至少一些未被吸附的含掺杂剂膜前体；使所吸附的含掺杂剂膜前体反应以在所述衬底上形成含掺杂剂层；在使所吸附的所述前体反应后，当含掺杂剂层周围的所述容积存在解吸的含掺杂剂膜前体和/或反应副产物时，将所述解吸的含掺杂剂膜前体和/或反应副产物从所述含掺杂剂层周围的所述容积去除；以及重复该工艺序列以形成所述含掺杂剂膜的多个含掺杂剂层。

本发明还公开了一种对在半导体衬底上的部分制成的3-D晶体管的鳍形沟道区进行掺杂的含掺杂剂膜。在一些实施方式中，所述膜可以包括：第一富掺杂剂部分和第二富掺杂剂部分；第一实质上无掺杂剂部分和第二实质上无掺杂剂部分；覆盖膜，其包括硅碳化物材料、硅氮化物材料、硅碳氮化物材料、或它们的组合。在一些这样的实施方式中，所述膜的第一富掺杂剂部分可以在没有插入实质上无掺杂剂层的沉积的情况下，通过按顺序地共形地沉积多个含掺杂剂层形成，并且所述膜的第二富掺杂剂部分也可以在没有插入实质上无掺杂剂层的沉积的情况下，通过按顺序地共形地沉积多个含掺杂剂层形成。同样，在一些这样的实施方式中，所述膜的第一实质上无掺杂剂部分可以在没有插入含掺杂剂层的沉积的情况下，通过按顺序地共形地沉积多个实质上无掺杂剂层形成，并且所述膜的第二实质上无掺杂剂部分也可以在没有插入含掺杂剂层的沉积的情况下，通过按顺序地共形地沉积多个实质上无掺杂剂层形成。在某些这样的实施方式中，可以定位所述膜的所述部分使得所述第一实质上无掺杂剂部分位于所述第一富掺杂剂部分和所述第二富掺杂剂部分之间；可以定位所述膜的所述部分使得所述第二富掺杂剂部分位于所述第一实质上无掺杂剂部分和所述第二实质上无掺杂剂部分之间；以及定位所述覆盖膜层使得所述第一富掺杂剂部分和所述第二富掺杂剂部分和所述第一实质上无掺杂剂部分和所述第二实质上无掺杂剂部分在所述衬底和所述覆盖膜之间。