CN101673674A

CN101673674A - 一种多晶硅预掺杂方法

Info

Publication number: CN101673674A
Application number: CN200810222176A
Authority: CN
Inventors: 魏莹璐; 何学缅
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2008-09-10
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2028-09-10
Also published as: CN101673674B

Abstract

本发明提供一种多晶硅预掺杂方法，具体为：在多晶硅薄膜上沉积一层隔离层，所述隔离层易于从多晶硅薄膜上剥离；在隔离层上覆盖一层光刻胶，并将图形转移到光刻胶上；在进行离子注入后利用干法和湿法去除光刻胶；最后利用湿法去除隔离层。应用本发明方案，由于可以先在多晶硅薄膜上沉积一层隔离层，可以很容易在离子注入后被去除，既可以使多晶硅薄膜不直接与光刻胶等物质接触，又可以彻底去除光刻胶残留物等缺陷，并同时保护多晶硅薄膜不受损伤。

Description

一种多晶硅预掺杂方法

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺技术领域，特别是涉及一种多晶硅预掺杂的方法。

背景技术

在半导体器件微型化、高密度化、高速化、高可靠性化、系统集成化等需求的推动下，半导体器件的最小特征尺寸已经从最初的1毫米发展到目前的90纳米或65纳米，并且在未来还将进入45纳米及其以下结点的时代。这样，如果不改变半导体器件的组成成分和结构，仅单纯的按比例缩小会因半导体器件漏电过大而变得不可行，所以半导体器件在按比例缩小的同时会改变一些构件的成分或结构来减小漏电且提高电性能。比如，当半导体器件的最小特征尺寸进入65纳米的结点时，在进行金属氧化物半导体(MOS)管栅极的制作步骤时，为提高MOS管的器件性能，会在沉积多晶硅或非晶硅薄膜后，通过离子注入工艺对该薄膜进行预掺杂(pre-doping)，之后再刻蚀形成MOS管的栅极。

实际应用中，为了使NMOS或PMOS等器件的性能更好，需要较高的掺杂剂量，即需要向多晶硅薄膜中掺入较多的磷或硼等各种离子。

为了准确地向需要注入离子的区域注入离子，通常还需要利用光刻胶(PR，Photo Resist)在多晶硅薄膜上进行图像定义，即：先在多晶硅薄膜上覆盖一层光刻胶，再进行曝光、显影等一系列光刻工艺过程，将事先设计的掩膜板上的图形转移到光刻胶上。然后，就可以直接在覆盖有光刻胶的多晶硅薄膜上注入离子，再利用干法(Asher)和湿法(Wet)除去光刻胶。

图1a～图1e显示了多晶硅薄膜预掺杂工艺各步骤中的截面图，其大致过程包括：步骤1：先在多晶硅薄膜101上覆盖一层光刻胶102(图1a)。步骤2：利用光刻技术将图形转移到光刻胶102上(图1b)。步骤3：离子注入(图1c)；步骤4：利用干法和湿法去除光刻胶(图1d)。此步骤中，由于注入离子会与光刻胶发生聚合反应，光阻表面会灰化形成一层硬壳(crust)，特别是在高能量高剂量的离子注入条件下导致很难彻底去除光刻胶，通常会留下大量的光刻胶残留物(PR residue)103和微小颗粒(tiny particle)104这类的缺陷(defect)，还可能对多晶硅薄膜表面造成损伤。可见，现有多晶硅薄膜预掺杂工艺中，还没有一种既可以有效去除光刻胶残留物等缺陷，又可以保护多晶硅薄膜不受损伤的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种多晶硅预掺杂方法，既可以有效去除光刻胶残留物等缺陷，又可以保护多晶硅薄膜不受损伤。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：

一种多晶硅预掺杂方法，该方法包括以下步骤：

在多晶硅薄膜上沉积一层隔离层，所述隔离层易于从多晶硅薄膜上剥离；

在隔离层上覆盖一层光刻胶，并将图形转移到光刻胶上；

在进行离子注入后利用干法和湿法去除光刻胶；

最后利用湿法去除隔离层。

上述方案中，所述在多晶硅薄膜上沉积一层隔离层的方法为：在温度不超过事先沉积多晶硅薄膜时的温度的条件下，利用化学气相CVD方法在多晶硅薄膜上沉积一层隔离层。

上述方案中，所述隔离层为硅氧化合物。

上述方案中，所述硅氧化合物为二氧化硅。

上述方案中，所述二氧化硅是将正硅酸乙脂TEOS作为来源来沉积的二氧化硅。

上述方案中，所述利用湿法去除硅氧化合物的方法为：利用氢氟酸去除二氧化硅。

上述方案中，所述隔离层为氮氧化硅或掺碳的氮化硅。

上述方案中，所述利用湿法去除氮氧硅化合物或掺碳的氮化硅的方法为：利用磷酸去除氮氧化硅或掺碳的氮化硅。

综上所述，本发明提供一种多晶硅预掺杂方法，可以在多晶硅薄膜上先沉积一层隔离层，并在实现离子注入后去除隔离层，所述隔离层容易被剥离。这样，由于多晶硅薄膜不直接与光刻胶等物质接触，且隔离层容易被剥离，所以，在完成掺杂之后既可以彻底去除光刻胶残留物、微小颗粒等缺陷，又可以同时保护多晶硅薄膜不受损伤。

附图说明

图1a～图1d是现有技术中多晶硅薄膜预掺杂工艺各步骤实施后的截面图。

图2是本发明实现多晶硅预掺杂方法的流程图。

图3是本发明实施例中实现多晶硅预掺杂方法的流程图。

图4a～图4f是本发明实施例中多晶硅薄膜预掺杂工艺各步骤实施后的截面图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。

在现有多晶硅预掺杂方法中，由于多晶硅薄膜直接与各类物质接触，比如：在利用光刻胶定义图形时直接与光刻胶接触，在干法去除光刻胶时直接与等离子体接触，在湿法去除光刻胶时又直接与各种化学制品直接接触等等。正是由于多晶硅薄膜直接与上述各类物质接触，很容易对多晶硅薄膜造成损伤。同时，高能量高剂量的离子注入也会导致在多晶硅薄膜表面留下难以去除的光刻胶残留物等缺陷。

为此，本发明提出一种多晶硅预掺杂方法，其关键在于，多晶硅薄膜不再与光刻胶等各类物质直接接触，而是增加一层隔离层。具体地，该方法如图2所示，包括：

步骤201：在多晶硅薄膜上沉积一层隔离层，所述隔离层容易被剥离。

本步骤所述的隔离层可以为硅氧化合物(SI_xO_y)、氮氧化硅(SI_xO_yN_z)、掺碳的氮化硅等。其中，x、y、z表示对应元素原子的个数，其比例可以根据实际情况设定，不同的比例为不同的物质。这类物质的特点是是后续容易被剥离，且不损伤多晶硅薄膜表面。

本步骤是在多晶硅薄膜上进行掺杂，之前必定已经进行了多晶硅薄膜的沉积。实际应用中，由于多晶硅薄膜沉积后的晶圆温度比较高，这里就可以不再增加额外的温度(Thermal)，或者说在温度不超过事先沉积多晶硅薄膜时的温度的条件下，直接利用化学气相(CVD)方法在多晶硅薄膜上沉积一层隔离层。这种情况下，如果事先已经在现有多晶硅预掺杂方法的基础上确定了其后续工艺，由于本步骤的实施并没有增加额外的温度，不会对晶圆本身产生任何影响，那么，在完成本发明多晶硅预掺杂之后仍然可以执行在现有多晶硅预掺杂方法基础上确定的后续工艺。当然，如果本步骤增加了额外的温度，则可能对晶圆产生影响，需要重新确定后续工艺。

比如：在现有多晶硅薄膜预掺杂方法的基础上已经事先确定了后续多晶硅栅的光刻图形掩膜，并且在沉积隔离层时没有增加额外的温度，那么在完成多晶硅预掺杂之后，可以直接利用该多晶硅栅的光刻图形掩膜。相反，如果沉积隔离层时增加了额外的温度，可能对晶圆表面应力、离子参杂浓度等因素产生影响，需要重新评估多晶硅栅的光刻图形掩膜，也就有可能重新确定光刻图形掩膜。当然，增加额外的温度可以对晶圆表面沉积的多晶硅薄膜进行修复和晶格重组，这有利于减轻受损伤的程度。

另外，实际应用中，沉积隔离层可能还需要考虑其厚度。沉积隔离层的厚度与离子注入的深度、离子注入的能量等因素相关，只要离子可以穿过隔离层到达多晶硅薄膜预先器件设计的深度即可。至于如何确定离子注入的深度、离子注入的能量等则与不同的器件设计相关，由应用本发明方案的用户根据实际情况自行确定，此处不再赘述。

步骤202：在隔离层上覆盖一层光刻胶，并将图形转移到光刻胶上。

本步骤与现有技术相同，实际上就是先将光刻胶均匀涂在最顶层的隔离层上，然后利用曝光、显影等光刻技术将预先设置的图形转移到光刻胶上。由于图形明确地定义了哪些区域需要注入离子，哪些区域不需要注入离子，所以只要将图形转移到光刻胶上，后续就可以直接从最顶层进行离子注入。至于具体如何实施本步骤，可以参见现有技术，此处不再赘述。

步骤203：进行离子注入，再利用干法和湿法去除光刻胶。

本步骤所述的离子注入是掺杂的主要步骤，可以在离子反应室中实现。这里，虽然隔离层覆盖了多晶硅薄膜，但由于可以控制离子注入的能量，高能量的离子仍然可以穿过隔离层到达多晶硅薄膜，达到掺杂的目的。

另外，本步骤所述的“干法”也称为“灰化”，通常是利用氧气、氮气、氨气等产生等离子体，再利用等离子体剥离或去除晶圆上的光刻胶。利用干法可以去除大部分光刻胶，但还会存在残留物，所以还需要利用湿法进一步去除。这里所述的湿法就是利用各种化学溶液来去除光刻胶残留物的方法，比如采用浓硫酸等溶液。具体如何利用干法和湿法去除光刻胶也属于现有技术，此处不再赘述。

步骤204：利用湿法去除隔离层。

本步骤中，由于最顶层的隔离层是容易被剥离的物质，可以根据实际情况利用不同化学溶液进行剥离。比如：隔离层为硅氧化合物(SI_xO_y)，就可以利用不同浓度的氢氟酸(HF)等化学溶液剥离。实际应用中，可以采用H₂O∶HF＝50∶1，或者H₂O∶HF＝100∶1，或者H₂O∶HF＝200∶1，或者，H₂O∶HF＝500∶1等各种浓度的溶液。再比如，隔离层为氮氧硅化合物(SI_xO_yN_z)，就可以利用比如浓度为98％的磷酸(H₃PO₄)等化学溶液来剥离隔离层。

这样，即使在步骤203实施之后，隔离层上仍然存在光刻胶残留物等缺陷，也可以随隔离层被彻底去除。

另外，虽然硅氧化合物(SI_xO_y)很容易地被氢氟酸(HF)等化学溶液去除，氮氧硅化合物(SI_xO_yN_z)可以被磷酸去除，但被覆盖的多晶硅薄膜则不容易与氢氟酸、磷酸等化学溶液反应，从而可以避免多晶硅薄膜不受损伤。

为了更好地说明本发明方案，下面用一个实施例进行详细说明。

本实施例中，假设隔离层的物质为硅氧化合物(SI_xO_y)，其中X∶Y＝1∶2，即硅氧化合物为二氧化硅(SIO₂)，并在后续采用H₂O∶HF＝50∶1的氢氟酸(HF)来去除。

另外，假设本实施例在沉积二氧化硅时不增加额外的温度，直接在之前沉积多晶硅薄膜时温度的基础上进行。

图3是本实施例实现多晶硅预掺杂的流程图，图4a～图4f是各工艺步骤实施后的截面图。参见图3、图4a～图4f，该方法包括：

步骤301：在多晶硅薄膜401上沉积一层二氧化硅402。

实际应用中，本步骤可以将正硅酸乙脂(TEOS)作为二氧化硅的来源，在多晶硅薄膜401上进行沉积，直到到达预先设置的厚度，比如沉积50～100埃。

本步骤实施后的情况可以参见图4a，至于具体如何沉积二氧化硅402则可以采用现有技术，比如化学气相沉积(CVD)方法。此处不再赘述。

另外，本步骤是沉积一层二氧化硅402，实际应用中也可以沉积SI₃O₄等硅氧化合物，或者沉积富硅的氧化硅(SRO，Silicon Rich Oxides)、氮氧硅化合物等物质，只要后续容易去除且不影响多晶硅薄膜即可。

步骤302：在二氧化硅402上覆盖一层光刻胶403。

本步骤实施后的情况可以参见图4b，至于如何覆盖光刻胶属于现有技术，此处不再赘述。

步骤303：将图形转移到光刻胶403上。

本步骤实施后的情况可以参见图4c。从图4c可以看出，由于预先的图形定义，光刻胶403a和403b区域部分可以阻挡后续步骤304中离子的注入，而光刻胶403c则允许后续步骤304中离子注入。

步骤304：进行离子注入。

本步骤实施后的情况可以参见图4d。实际应用中，本步骤可以控制离子能量，使其穿过二氧化硅到达多晶硅薄膜中，以实现向多晶硅薄膜掺杂的目的。具体如何进行离子注入也为现有技术，此处不再赘述。

步骤305：利用干法和湿法去除光刻胶403。

本步骤方法参见上述步骤203，其实施后的情况可以参见图4e。与现有技术相同，本步骤利用干法和湿法去除光刻胶后，也仍然可能在二氧化硅这一层上留有光刻胶残留物404和微小颗粒405等缺陷。

步骤306：利用氢氟酸(HF)去除二氧化硅。

本步骤实施后的情况可以参见图4f。

本实施例中，由于先在多晶硅薄膜上沉积了一层二氧化硅，在完成离子注入后再利用氢氟酸(HF)去除二氧化硅，这样既可以避免多晶硅薄膜直接与光刻胶、等离子体、各种化学制品等接触，又可以彻底去除光刻胶残留物、微小颗粒等缺陷，同时保护多晶硅薄膜表面不受损伤的目的。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1、一种多晶硅预掺杂方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

在隔离层上覆盖一层光刻胶，并将图形转移到光刻胶上；

在进行离子注入后利用干法和湿法去除光刻胶；

最后利用湿法去除隔离层。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在多晶硅薄膜上沉积一层隔离层的方法为：在温度不超过事先沉积多晶硅薄膜时的温度的条件下，利用化学气相CVD方法在多晶硅薄膜上沉积一层隔离层。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述隔离层为硅氧化合物。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述硅氧化合物为二氧化硅。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述二氧化硅是将正硅酸乙脂TEOS作为来源来沉积的二氧化硅。

6、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用湿法去除硅氧化合物的方法为：利用氢氟酸去除二氧化硅。

7、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述隔离层为氮氧化硅或掺碳的氮化硅。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述利用湿法去除氮氧硅化合物或掺碳的氮化硅的方法为：

利用磷酸去除氮氧化硅或掺碳的氮化硅。