CN110828380A - 静态存储单元的形成方法及静态存储单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种静态存储单元的形成方法及静态存储单元，首先单独对所述鳍部中的源极区域执行第一离子注入工艺，然后再对所述源极区域及漏极区域执行第二离子注入工艺，以形成源极和漏极，使所述源极的掺杂浓度较所述漏极的掺杂浓度大，后续对静态存储单元进行读写操作时，所述源极到所述漏极的电流与所述漏极到所述源极的电流是不相等的，即读取电流与写入电流不相等，进而降低了读/写裕量，提高了器件的可靠性和性能。

Description

静态存储单元的形成方法及静态存储单元

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种静态存储单元的形成方法及静态存储单元。

背景技术

静态存储器中的鳍式场效应晶体管(Fin Field effect transistor，FinFET)是一种新型的金属氧化半导体场效应晶体管，相较于常规的静态存储器来说，鳍式场效晶体管的体积更小，性能更好，但是现有的鳍式场效晶体管的可靠性和性能都有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种静态存储单元的形成方法及静态存储单元，以提高现有的鳍式场效晶体管的可靠性和性能。

为了达到上述目的，本发明提供了一种静态存储单元的形成方法，所述静态存储单元的形成方法包括：

提供基底，所述基底包括衬底及形成于所述衬底上的鳍部，所述鳍部包括源极区域和漏极区域；

在所述基底上依次形成覆盖所述衬底及所述鳍部的多晶硅材料层及覆盖所述多晶硅材料层的第一介质层；

在所述第一介质层中形成对应所述源极区域的第一开口，所述第一开口暴露出部分所述多晶硅材料层；

在所述第一开口的侧壁形成第一侧墙以形成对准所述源极区域的第二开口，并执行第一离子注入工艺以对所述源极区域进行离子注入；

去除剩余的所述第一介质层、剩余的所述第一介质层下方的所述多晶硅材料层及所述第二开口下方的所述多晶硅材料层，形成对准所述源极区域的第三开口及对准所述漏极区域第四开口；

执行第二离子注入工艺以对所述源极区域及所述漏极区域进行离子注入以形成源极和漏极。

可选的，所述源极的离子注入的浓度较所述漏极的离子注入浓度高。

可选的，所述源极区域注入的离子包括砷离子和/或磷离子，所述漏极区域注入的离子包括硼离子和/或氟化硼离子。

可选的，执行所述第一离子注入工艺中，对所述源极区域进行离子注入的能量大于等于10⁵ev；执行所述第二离子注入工艺中，对所述源极区域及所述漏极区域进行离子注入的能量小于10⁵ev。

可选的，形成所述第三开口及所述第四开口之后，执行所述第二离子注入工艺之前，所述静态存储单元的形成方法还包括：

去除所述第一侧墙；

在所述第三开口及所述第四开口的侧壁形成第二侧墙。

可选的，所述第一侧墙的横截面宽度为10nm～15nm。

可选的，所述多晶硅材料层及所述第一介质层之间还形成有一第二介质层，所述第二介质层的材料包括氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的一种或多种。

可选的，所述第二介质层与所述多晶硅材料层之间及所述鳍部与所述多晶硅材料层之间均形成有栅介质层。

可选的，所述第一介质层的材料包括不定型碳或不定型硅中的一种。

本发明还提供了一种静态存储单元，所述静态存储单元中包括若干个静态存储单元，所述静态存储单元包括：

基底，所述基底包括衬底及形成与所述衬底上的鳍部，所述鳍部中形成有源极和漏极，所述源极的离子注入浓度较所述漏极的离子注入浓度大；

位于所述基底上的栅极结构，所述栅极结构位于所述源极与所述漏极之间且覆盖所述鳍部的顶壁和侧壁。

在本发明提供的静态存储单元的形成方法及静态存储单元中，首先单独对所述鳍部中的源极区域执行第一离子注入工艺，然后再对所述源极区域及漏极区域执行第二离子注入工艺，以形成源极和漏极，使所述源极的掺杂浓度较所述漏极的掺杂浓度大，后续对静态存储单元进行读写操作时，所述源极到所述漏极的电流与所述漏极到所述源极的电流是不相等的，即读取电流与写入电流不相等，进而降低了读/写裕量，提高了器件的可靠性和性能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的静态存储单元的形成方法的流程图；

图2-图8为本发明实施例提供的采用所述静态存储单元的形成方法形成的半导体结构的剖面示意图；

其中，1-基底，11-衬底，12-鳍部，21-第一氧化层，22-第二氧化层，3-多晶硅材料层，4-第二介质层，5-第一介质层，61-第一侧墙，62-第二侧墙，71-第一开口，72-第二开口，73-第三开口，74-第四开口，81-源极，82-漏极，H-第一侧墙的截面宽度。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

参阅图1，其为本实施例提供的静态存储单元的形成方法的流程图，所述静态存储单元的形成方法包括：

S1：提供基底，所述基底包括衬底及形成于所述衬底上的鳍部，所述鳍部包括源极区域和漏极区域；

S2：在所述基底上依次形成覆盖所述衬底及所述鳍部的多晶硅材料层及覆盖所述多晶硅材料层的第一介质层；

S3：在所述第一介质层中形成对应所述源极区域的第一开口，所述第一开口暴露出部分所述多晶硅材料层；

S4：在所述第一开口的侧壁形成第一侧墙以形成对准所述源极区域的第二开口，并执行第一离子注入工艺以对所述源极区域进行离子注入；

S5：去除剩余的所述第一介质层、剩余的所述第一介质层下方的所述多晶硅材料层及所述第二开口下方的所述多晶硅材料层，形成对准所述源极区域的第三开口及对准所述漏极区域第四开口；

S6：执行第二离子注入工艺以对所述源极区域及所述漏极区域进行离子注入以形成源极和漏极。

本发明首先单独对所述鳍部中的源极区域进行一次离子注入，然后再对所述源极区域及漏极区域进行一次离子注入，以形成源极和漏极，使所述源极和漏极的掺杂浓度不同，使后续对静态存储单元进行读写操作时，所述源区到所述漏区的电流与所述漏区到所述源区的电流是不相等的，即读取电流与写入电流不相等，进而降低了读/写裕量，提高了器件的可靠性和性能。

具体的，请参阅图2-图8，其为本实施例提供的采用所述静态存储单元的形成方法形成的半导体结构的剖面示意图，接下来，将结合图2-图8对本发明提供的静态存储单元的形成方法作进一步描述。

首先，请参阅图2，提供基底1，所述基底1包括衬底11及鳍部12，本实施例中，所述衬底11为硅衬底，当然，所述衬底11的材料还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟，所述衬底11还可以是绝缘体上的硅衬底或者绝缘体上的锗衬底等，可选的，所述鳍部12的材料与所述衬底11的材料相同。具体地，形成所述基底1的步骤包括：提供一硅材料层，在所述硅材料层上形成图形化的硬掩膜层，以所述硬掩模层为掩膜，刻蚀所述硅材料层，形成多个分立的凸起，所述凸起即为鳍部12，刻蚀后的所述硅材料层作为衬底11，进一步，所述鳍部12的侧壁与所述衬底11的表面相垂直，即所述鳍部12的顶部尺寸等于底部尺寸，在其他实施例中，所述鳍部12的顶部尺寸还可以小于其底部尺寸，进一步，所述鳍部12包括交错排布的源极区域及漏极区域，即，所述鳍部12上的源极区域及漏极区域是以源极区域-漏极区域-源极区域-漏极区域的形式交替设置的。

接着请参阅图3，在所述基底1上依次形成第一氧化层21、多晶硅材料层3、第二氧化层22及第二介质层4，所述第一氧化层21覆盖所述鳍部12的顶壁和侧壁，所述多晶硅材料层3覆盖所述第一氧化层21，所述第二氧化层22覆盖所述多晶硅材料层3，所述第一氧化层21及所述第二氧化层22均为栅介质层，其作用是隔离和保护所述多晶硅材料层3，所述第一氧化层21及所述第二氧化层22的材料均为高k介质材料，其中，高k栅介质材料指的是相对介电常数大于氧化硅的相对介电常数的栅介质材料，例如HfO2、HfSiO、HfSiON、HfTaO、HfTiO、HfZrO、ZrO2或Al2O3。所述第二介质层4覆盖所述第二氧化层22，其材料可以是氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的一种或多种，所述第二介质层4可以作为一层硬掩膜层，在后续的刻蚀工艺中起到保护多晶硅材料层3的作用。接着在所述第二介质层4上形成第一介质层5，所述第一介质层5的材料可以是不定型材料，例如不定型碳和/或不定形硅等。形成所述第一氧化层21、多晶硅材料层3、第二氧化层22、第二介质层4及第一介质层5的方法可以是化学气相沉积、物理气相沉积或者原子层沉积，本发明不作限制。

接下来，请参阅图4-图5，采用刻蚀的工艺去除部分所述第一介质层5，形成若干个第一开口71，使所述第一介质层5被图形化，其中，所述第一开口71的位置可以对应所述鳍部12的源极区域，且，所述第一开口71的尺寸可以较所述源极区域的尺寸略大一些，为后续形成的第一侧墙61留出位置。然后如图5所示，在所述第一开口71的侧壁形成第一侧墙61，以形成第二开口72，可以理解的是，所述第一侧墙61占据了所述第一开口71内的一部分，导致所述第一开口71的尺寸减小，进而形成所述第二开口72，所述第二开口72仍然对准所述源极区域。可选的，还可以对所述第一侧墙61进行退火工艺，以增强所述第一侧墙61的致密性，进一步，所述第一侧墙61的截面宽度H与后续形成的栅极的长度可以保持一致，可选的，所述第一侧墙61的截面宽度H为10nm～15nm，当然，所述第一侧墙61的截面宽度H可以根据实际需要形成的器件的栅极的长度进行调整，这里不再一一举例。

请继续参阅图5，以所述第一侧墙61及剩余的所述第一介质层5为掩膜，向所述鳍部12的源极区域执行第一离子注入工艺，注入的杂质离子为N型的杂质离子，例如砷(AS)离子和/或磷(P)离子，而被所述第一侧墙61及剩余的所述第一介质层5挡住的部分所述鳍部12，则没有掺杂进杂质离子。进一步，此时所述鳍部12上方仍有多个较厚的膜层，所述第一离子注入工艺的注入能量可以较大一些，例如大于等于100000eV，以保证离子注入的深度，使所述杂质离子被注入鳍部12中。

接下来请参阅图6，首先去除剩余的所述第一介质层5，然后再刻蚀以去除所述第二开口72下方及剩余的所述第一介质层5下方的第二介质层4、第二氧化层22及多晶硅材料层3，以形成第三开口73及第四开口74，而仅有所述第一侧墙61下方的第二介质层4、第二氧化层22及多晶硅材料层3则被保留，此时剩余的多晶硅材料层3作为栅电极，与后续在所述多晶硅材料层3的侧壁上形成保护的侧墙及栅介质层一同构成栅极结构。如图6所示，所述第三开口73对准所述源极区域，所述第四开口74对准所述漏极区域。

接着，请参阅图7-图8，去除所述第一侧墙61并在所述第三开口73及所述第四开口74的侧壁形成第二侧墙62，再对所述第二侧墙62进行退火工艺，所述第二侧墙62的材料与所述第一侧墙61的材料可以均为氧化硅，以保护所述多晶硅材料层3的侧壁，这样，所述多晶硅材料层3的四周都被绝缘材料隔离及保护住。最后请参阅图8，对所述第三开口73对准的源极区域及所述第四开口73对准的漏极区域执行第二离子注入工艺，使所述源极区域形成源极81，而漏极区域形成漏极82。此时，由于所述源极区域进行了两次离子注入(第一离子注入工艺及第二离子注入工艺)，而所述漏极区域则只进行了一次离子注入(第二离子注入工艺)，形成的所述源区81的离子注入浓度较所述漏区82的离子注入浓度大。进一步，对所述源极区域进行两次离子注入的杂质离子可以保持一致，而在所述漏极区域注入的杂质离子可以是P型杂质离子，例如是硼(B)离子和/或氟化硼(BF2)离子。而由于此时所述鳍部12上方只有一层第一氧化层21，所述第二离子注入工艺的离子注入的能量可以相应减少，例如可以小于100000eV。

通过两次离子注入工艺后，所述源极81的杂质离子浓度大于所述漏极82的杂质离子浓度，进而，在读/写的时候，所述源极81流向所述漏极82的电流与所述漏极82流向所述源极81的电流是不相等的，即读取电流与写入电流不相等，进而降低了读/写裕量，提高了器件的可靠性和性能。

本实施例还提供了一种静态存储单元，所述静态存储单元采用上述静态存储单元的形成方法形成。

具体的，如图8所示，所述静态存储单元包括基底1，所述基底1包括衬底11及形成与所述衬底11上的鳍部12，所述鳍部12中形成有源极81和漏极82，所述源极81的离子注入浓度较所述漏极82的离子注入浓度大；位于所述基底1上的栅极结构，所述栅极结构位于所述源极81与所述漏极82之间且覆盖所述鳍部12的顶壁和侧壁。

可选的，所述栅极结构包括由多晶硅材料构成的栅电极及围绕所述栅电极的栅介质层及第二侧墙，所述栅介质层及所述第二侧墙用于保护所述栅电极不受损伤。

综上，在本发明实施例提供的静态存储单元的形成方法及静态存储单元中，首先单独对所述鳍部中的源极区域执行第一离子注入工艺，然后再对所述源极区域及漏极区域执行第二离子注入工艺，以形成源极和漏极，使所述源极的掺杂浓度较所述漏极的掺杂浓度大，后续对静态存储单元进行读写操作时，所述源极到所述漏极的电流与所述漏极到所述源极的电流是不相等的，即读取电流与写入电流不相等，进而降低了读/写裕量，提高了器件的可靠性和性能。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种静态存储单元的形成方法，其特征在于，所述静态存储单元的形成方法包括：

提供基底，所述基底包括衬底及形成于所述衬底上的鳍部，所述鳍部包括源极区域和漏极区域；

在所述基底上依次形成覆盖所述衬底及所述鳍部的多晶硅材料层及覆盖所述多晶硅材料层的第一介质层；

在所述第一介质层中形成对应所述源极区域的第一开口，所述第一开口暴露出部分所述多晶硅材料层；

在所述第一开口的侧壁形成第一侧墙以形成对准所述源极区域的第二开口，并执行第一离子注入工艺以对所述源极区域进行离子注入；

去除剩余的所述第一介质层、剩余的所述第一介质层下方的所述多晶硅材料层及所述第二开口下方的所述多晶硅材料层，形成对准所述源极区域的第三开口及对准所述漏极区域第四开口；

执行第二离子注入工艺以对所述源极区域及所述漏极区域进行离子注入以形成源极和漏极。

2.如权利要求1所述的静态存储单元的形成方法，其特征在于，所述源极的离子注入的浓度较所述漏极的离子注入浓度高。

3.如权利要求2所述的静态存储单元的形成方法，其特征在于，所述源极区域注入的离子包括砷离子和/或磷离子，所述漏极区域注入的离子包括硼离子和/或氟化硼离子。

4.如权利要求1所述的静态存储单元的形成方法，其特征在于，执行所述第一离子注入工艺中，对所述源极区域进行离子注入的能量大于等于10⁵ev；执行所述第二离子注入工艺中，对所述源极区域及所述漏极区域进行离子注入的能量小于10⁵ev。

5.如权利要求1所述的静态存储单元的形成方法，其特征在于，形成所述第三开口及所述第四开口之后，执行所述第二离子注入工艺之前，所述静态存储单元的形成方法还包括：

去除所述第一侧墙；

在所述第三开口及所述第四开口的侧壁形成第二侧墙。

6.如权利要求1所述的静态存储单元的形成方法，其特征在于，所述第一侧墙的横截面宽度为10nm～15nm。

7.如权利要求1所述的静态存储单元的形成方法，其特征在于，所述多晶硅材料层及所述第一介质层之间还形成有一第二介质层，所述第二介质层的材料包括氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的一种或多种。

8.如权利要求7所述的静态存储单元的形成方法，其特征在于，所述第二介质层与所述多晶硅材料层之间及所述鳍部与所述多晶硅材料层之间均形成有栅介质层。

9.如权利要求1所述的静态存储单元的形成方法，其特征在于，所述第一介质层的材料包括不定型碳或不定型硅中的一种。

10.一种静态存储单元，其特征在于，所述静态存储单元包括：

基底，所述基底包括衬底及形成与所述衬底上的鳍部，所述鳍部中形成有源极和漏极，所述源极的离子注入浓度较所述漏极的离子注入浓度大；

位于所述基底上的栅极结构，所述栅极结构位于所述源极与所述漏极之间且覆盖所述鳍部的顶壁和侧壁。

Images