CN101764057B

CN101764057B - 侧墙基层形成方法及侧墙形成方法

Info

Publication number: CN101764057B
Application number: CN2008102080626A
Authority: CN
Inventors: 赵林林; 韩宝东
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2008-12-25
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2028-12-25
Also published as: CN101764057A

Abstract

一种侧墙基层形成方法，包括：在基底上形成栅极；在形成有所述栅极的基底表面形成第一介质层，所述第一介质层覆盖所述栅极；在所述第一介质层上形成第二介质层；以所述第一介质层为终止层，刻蚀所述第二介质层，以形成环绕所述栅极的侧墙基层；其中，至少在刻蚀所述第二介质层的过程的前段，偏置参数设为零。可减小基底中心区域与边缘区域保留的第一介质层之间的厚度差。本发明还提供了一种侧墙形成方法，可减小基底中心区域与边缘区域保留的氧化硅层之间的厚度差。

Description

侧墙基层形成方法及侧墙形成方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种侧墙基层形成方法及侧墙形成方法。

背景技术

在半导体制程中，侧墙(spacer)用来环绕栅极，以防止更大剂量的源漏(S/D)注入过于接近沟道以致可能发生的源漏穿通。

随着器件临界尺寸的减小，短沟效应愈发明显，为减少短沟效应的发生，在基底上形成栅极之后，执行轻掺杂离子注入之前，还包含形成侧墙基层(offset spacer)的步骤；以在执行轻掺杂离子注入时，可以所述栅极和所述侧墙基层共同作为离子注入掩膜，即，形成所述侧墙基层的操作将对注入离子造成影响，进而将对超浅结造成影响。

此外，随着器件临界尺寸的减小，器件中包含的超浅结的结深也逐渐减小，使得本领域技术人员越来越难以精确控制结深的形成工艺。由于形成所述侧墙基层的操作将对所述超浅结造成影响，使得通过调整侧墙/侧墙基层形成工艺以优化所述超浅结形成工艺已为业界所重视，为此所进行的改进请参见如2006年6月7日公布的公开号为“CN1783437A”以及2008年4月2日公布的公开号为“CN101154574A”中公开的方法。

由此，当前，实践中，形成所述侧墙基层/侧墙的步骤包括：如图1所示，在基底10上形成栅极20；如图2所示，在已形成栅极20的基底10上形成氧化层30，所述氧化层30覆盖所述栅极；如图3所示，在所述氧化层30上形成氮化层40；如图4所示，刻蚀所述氮化层40，以形成环绕所述栅极20的侧墙基层/侧墙。

通常，在刻蚀所述氮化层以形成所述侧墙基层/侧墙后，承载所述氮化层的氧化层仍予以保留，为利于后续所述超浅结形成工艺的进行。

但是，实际生产发现，形成所述侧墙基层/侧墙后，在所述基底上保留的氧化层的厚度分布极不均匀，即，位于所述基底中心区域(以300mm制程为例，为半径由0至50mm之间涵盖的区域)与边缘区域(以300mm制程为例，为半径由50mm至150mm之间涵盖的区域)的氧化层之间存在较大的厚度差，具体地，如图5所示，实践中，形成侧墙后，位于所述基底中心区域与边缘区域的氧化层之间存在的厚度差最高可高达62.26-47.5415＝14.7185埃；由于保留的所述氧化层将在后续形成所述超浅结的工艺中作为保护层，利于控制所述超浅结的结深，其厚度不均匀，将导致对结深的控制不均匀，并由此对器件的电学性能产生影响。如何减小所述基底中心区域与边缘区域保留的氧化层的厚度差成为本领域技术人员亟待解决的主要问题。

发明内容

本发明提供了一种侧墙基层形成方法，可减小基底中心区域与边缘区域保留的第一介质层之间的厚度差；本发明提供了一种侧墙形成方法，可减小基底中心区域与边缘区域保留的氧化硅层之间的厚度差。

本发明提供的一种侧墙基层形成方法，包括：

在基底上形成栅极；

在形成有所述栅极的基底表面形成第一介质层，所述第一介质层覆盖所述栅极；

在所述第一介质层上形成第二介质层；

以所述第一介质层为终止层，刻蚀所述第二介质层，以形成环绕所述栅极的侧墙基层；

其中，至少在刻蚀所述第二介质层的过程的前段，偏置参数设为零。

可选地，所述第一介质层材料包括氧化硅或氮氧化硅；可选地，所述第二介质层材料包括异于所述第一介质层材料的氧化硅、氮化硅或氮氧化硅；可选地，所述偏置参数包括等离子体增强刻蚀模式下的偏置电压或磁增强刻蚀模式下的磁感应强度；可选地，在磁增强刻蚀模式下，在反应压力为30mT-40mT，反应气体总流量为300sccm-350sccm时，所述磁感应强度小于或等于5G。

本发明提供的一种侧墙形成方法，包括：

在基底上形成栅极；

在形成有所述栅极的基底表面形成氧化硅层，所述氧化硅层覆盖所述栅极；

在所述氧化硅层上形成氮化硅层或氮氧化硅层；

以所述氧化硅层为终止层，刻蚀所述氮化硅层或氮氧化硅层，以形成环绕所述栅极的侧墙；

其中，至少在刻蚀所述氮化硅层或氮氧化硅层的过程的前段，偏置参数设为零。

可选地，在形成所述栅极和形成所述氧化硅层的步骤之间，还包括：形成如前所述的侧墙基层的步骤；可选地，所述偏置参数包括等离子体增强刻蚀模式下的偏置电压或磁增强刻蚀模式下的磁感应强度；可选地，在磁增强刻蚀模式下，在反应压力为30mT-40mT，反应气体总流量为300sccm-350sccm时，所述磁感应强度小于或等于5G。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

上述技术方案提供的侧墙基层形成方法，考虑到偏置参数对刻蚀过程中涉及的等离子体作用于待刻蚀膜层(如所述第二介质层)的均匀程度将产生影响，通过在刻蚀所述第二介质层的过程中，将偏置参数设为零，以减少甚至消除所述偏置参数对上述均匀程度的影响，利于减小所述基底中心区域与边缘区域保留的第一介质层之间的厚度差；此外，若仅在刻蚀所述第二介质层过程的前段，将偏置参数设为零，而在过程的后段，仍采用包含不为零的偏置参数在内的工艺执行刻蚀操作，利于增强在刻蚀过程前段由于将偏置参数设为零而导致的刻蚀后表面平整度的降低；

上述技术方案提供的侧墙形成方法，考虑到偏置参数对刻蚀过程中涉及的等离子体作用于待刻蚀膜层(如所述氮化硅层或氮氧化硅层)的均匀程度将产生影响，通过在刻蚀所述氮化硅层或氮氧化硅层的过程中，将偏置参数设为零，以减少甚至消除所述偏置参数对上述均匀程度的影响，利于减小所述基底中心区域与边缘区域保留的氧化硅层之间的厚度差；此外，若仅在刻蚀所述氮化硅层或氮氧化硅层过程的前段，将偏置参数设为零，而在过程的后段，仍采用包含不为零的偏置参数在内的工艺执行刻蚀操作，利于增强在刻蚀过程前段由于将偏置参数设为零而导致的刻蚀后表面平整度的降低。

附图说明

图1-图4为说明现有技术中侧墙基层/侧墙形成流程的结构示意图；

图5为现有技术中形成侧墙后基底表面氧化层厚度均匀性的检测结果示意图；

图6-图10为说明本发明第一实施例的例墙基层形成流程的结构示意图；

图11为应用本发明优选实施例形成侧墙后基底表面氧化层厚度均匀性的检测结果示意图。

具体实施方式

尽管下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应当理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列的描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛教导，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下列说明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率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实际生产发现，形成侧墙基层/侧墙后，难以保证保留的氧化层的厚度的均匀性，而此厚度的均匀性将影响其后形成的超浅结的结深；其厚度不均匀，将导致对结深的控制不均匀，并由此对器件的电学性能产生影响。如何提高保留的氧化层的厚度的均匀性，即减小基底中心区域与边缘区域保留的氧化层的厚度差成为本领域技术人员亟待解决的主要问题。

由于业界通常采用沉积工艺形成所述氧化层，而利用所述沉积工艺形成的膜层在基底中心区域与边缘区域存在厚度差的客观存在已被业界广泛接受，因此，业界通常将保留的氧化层的厚度均匀性变差的原因归结于：在经历刻蚀操作之前，预先通过沉积工艺形成的氧化层的厚度的均匀程度不够高导致的。

而本发明的发明人分析后则认为，保留的氧化层的厚度均匀性变差的原因还在于：在实际的刻蚀过程中，无论采用等离子体增强刻蚀模式还是磁增强刻蚀模式，均需设置一定的偏置参数(在等离子体增强刻蚀模式下为偏置电压；在磁增强刻蚀模式下为磁感应强度)，以促进涉及的等离子体在反应腔室内的定向运动，增强所述刻蚀操作的定向性；然而，在实际的生产机台中，控制所述偏置参数的装置通常设置于反应腔室的顶端中央，其实际能够有效控制等离子体的定向运动的区域(其在水平方向上的投影面积通常小于基底的表面积)仅限于位于所述装置之下的反应腔室空间，而形成有待刻蚀膜层的基底通常置于所述反应腔室的底面的中央，即，可有效控制等离子体的定向运动的刻蚀操作的执行范围仅为所述基底上待刻蚀膜层的中心区域；换言之，等离子体在反应腔室空间范围内运动趋势不均衡，导致所述待刻蚀膜层的中心区域与边缘区域刻蚀效果不均衡，经历刻蚀操作后，所述待刻蚀膜层的中心区域与边缘区域间存在厚度差。

由此，本发明的发明人分析后提出，调节所述偏置参数成为减小所述厚度差的指导方向。

本发明的发明人提供了一种侧墙基层形成方法，通过至少在刻蚀所述第二介质层的过程的前段，将偏置参数设为零，以减少甚至消除所述偏置参数对上述厚度差的影响。

需说明的是，本文件中，术语““前段”意指尚未完成刻蚀过程时所经历的刻蚀过程；术语““后段”意指在完成““前段”后经历的刻蚀过程。

应用上述方法形成侧墙基层的具体步骤包括：

首先，如图6所示，在基底100上形成栅极120。

在衬底(substrate)上定义器件有源区并完成浅沟槽隔离后形成所述基底100。所述衬底包含但不限于包括半导体元素的硅材料，例如单晶、多晶或非晶结构的硅或硅锗(SiGe)，也可以是绝缘体上硅(SOI)。

所述栅极120的材料可为多晶硅。具体地，在基底100上形成多晶硅栅极的步骤包括：在基底100上形成多晶硅层；在所述多晶硅层上形成图形化的抗蚀剂层；以所述图形化的抗蚀剂层为掩膜，刻蚀所述多晶硅层，形成多晶硅栅极。

可采用低压化学气象沉积(LPCVD)工艺形成所述多晶硅层。实践中，通常需对所述多晶硅层执行掺杂操作，用以调整所述多晶硅的阻值；所述掺杂操作利用离子注入工艺进行，所述掺杂操作执行所述离子注入操作工艺可采用任何传统的方法，在此不再赘述。

随后，如图7所示，在形成有所述栅极120的基底100表面形成第一介质层140。

所述第一介质层140材料可包括氧化硅或氮氧化硅。

再后，如图8所示，在所述第一介质层140上形成第二介质层160。

所述第二介质层160材料包括异于所述第一介质层140材料的氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。即，所述第一介质层140材料为氧化硅时，所述第二介质层160材料可为氮化硅或氮氧化硅；所述第一介质层140材料为氮氧化硅时，所述第二介质层160材料可为氮化硅或氧化硅。

可采用PECVD(等离子体增强化学气相淀积)、SACVD(亚常压化学气相淀积)或LPCVD(低压化学气相淀积)等传统工艺形成所述第一介质层140和第二介质层160。

最后，以所述第一介质层为终止层，刻蚀所述第二介质层，以形成环绕所述栅极的侧墙基层；其中，至少在刻蚀所述第二介质层的过程的前段，偏置参数设为零。

实践中，所述第一介质层通常为氧化硅层，所述第二介质层通常为氮化硅层，采用磁增强刻蚀模式执行刻蚀操作时，传统工艺选用的工艺参数包括：刻蚀气体中可包括CF₄和CHF₃；刻蚀气体中还可包括辅助气体Ar和O₂，以利于刻蚀反应均匀地进行；实践中，CF₄的流量范围为10sccm-50sccm，如20sccm、30sccm或40sccm；CHF₃的流量范围为50sccm-200sccm，如80sccm、90sccm或150sccm；Ar的流量范围为100sccm-500sccm，如180sccm、200sccm或400sccm；O₂的流量范围为10sccm-50sccm，如20sccm、30sccm或40sccm；反应电压为150V；反应压力范围为20mTorr-50mTorr，如30mTorr、35mTorr或40mTorr；磁感应强度为15G。具体地，选取的工艺条件为CF₄的流量为30sccm；CHF₃的流量为90sccm；Ar的流量为180sccm；O₂的流量为20sccm；反应电压为150V；反应压力为35mTorr；磁感应强度为15G。

作为本发明的第一实施例，在刻蚀所述第二介质层的过程的前段，将偏置参数设为零。即，刻蚀所述第二介质层的步骤包括：如图9所示，偏置参数为零的刻蚀前段；和，如图10所示，偏置参数不为零的刻蚀后段。

在所述刻蚀前段，选取的工艺条件为CF₄的流量为30sccm；CHF₃的流量为90sccm；Ar的流量为180sccm；O₂的流量为20sccm；反应电压为150V；反应压力为35mTorr；磁感应强度为0。

在所述刻蚀后段，选取的工艺条件为CF₄的流量为30sccm；CHF₃的流量为90sccm；Ar的流量为180sccm；O₂的流量为20sccm；反应电压为150V；反应压力为35mTorr；磁感应强度可为5G。或，在反应压力为30mT-40mT，反应气体总流量为300sccm-350sccm时，所述磁感应强度可小于或等于5G。

作为本发明的其他实施例，所述第一介质层还可选为氮氧化硅层，相应地，所述第二介质层为氧化硅层；此时，与第一实施例相比，应用本发明提供的方法时，区别仅在于：执行刻蚀操作时，选取的刻蚀气体不同，以及，具体的工艺参数不同，在前述实施例的教导下，本领域技术人员可确定该方法在不同工艺条件下的具体应用，不再赘述。

此外，本发明还提供了一种侧墙形成方法，包括：在基底上形成栅极；在形成有所述栅极的基底表面形成氧化硅层；在所述氧化硅层上形成氮化硅层或氮氧化硅层；以所述氧化硅层为终止层，刻蚀所述氮化硅层或氮氧化硅层，以形成环绕所述栅极的侧墙；其中，至少在刻蚀所述氮化硅层或氮氧化硅层的过程的前段，偏置参数设为零。

所述偏置参数包括等离子体增强刻蚀模式下的偏置电压或磁增强刻蚀模式下的磁感应强度。

在形成所述栅极和形成所述氧化硅层的步骤之间，还包括：应用前述实施例以形成侧墙基层的步骤，不再赘述。

作为本发明的其他实施例，执行所述刻蚀操作的步骤可包括偏置参数为零的刻蚀前段和偏置参数不为零的刻蚀后段。

具体地，在所述刻蚀前段，选取的工艺条件为CF₄的流量为30sccm；CHF₃的流量为90sccm；Ar的流量为180sccm；O₂的流量为20sccm；反应电压为150V；反应压力为35mTorr；磁感应强度为0。

在所述刻蚀后段，选取的工艺条件为CF₄的流量为30sccm；CHF₃的流量为90sccm；Ar的流量为180sccm；O₂的流量为20sccm；反应电压为150V；反应压力为35mTorr；磁感应强度可为5G。或，在反应压力为30mT-40mT，反应气体总流量为300sccm-350sccm时，所述磁感应强度可小于或等于5G。在所述刻蚀后段，磁感应强度为0时，检测到的刻蚀后保留的氧化层的厚度如图11所示，可见，其厚度差的最高值已降至55.64-51.15＝4.49埃，厚度差被大大地减小。

需说明的是，所述刻蚀前段和刻蚀后段的分界可根据工艺及产品要求灵活确定。偏置参数为零时，刻蚀后获得的膜层的厚度均匀性更好，但是表面平整度将变差；而偏置参数不为零时，刻蚀后获得的膜层的厚度均匀性虽差些，但其表面平整度较好。因此，本领域技术人员可根据本发明给出的教导以及其对厚度均匀性和表面平整度的综合考量选取所述刻蚀前段和刻蚀后段的分界方式。若忽略对表面平整度的要求，则在所述刻蚀后段，所述磁感应强度也可为0，即，所述刻蚀过程不再分界。

此外，在所述刻蚀后段，所述磁感应强度还可为15G，即，在所述刻蚀后段，仍采用传统工艺，可在对传统工艺进行尽量少的改动的前提下改善刻蚀后膜层厚度的均匀性。但是，如第一实施例中所给出的，减小所述磁感应强度的取值，如将15G减至5G，利于在改善表面平整度的前提下，进一步减小所述偏置参数对厚度均匀性的影响。

上述实施例仅为本发明提供的方法在磁增强刻蚀模式下的应用；该方法在等离子体增强刻蚀模式下的应用与之类似，区别仅在于偏置参数有磁感应强度改为偏置电压，在前述实施例的教导下，本领域技术人员可确定该方法在不同刻蚀模式下的具体应用，不再赘述。

通过考虑到偏置参数对刻蚀过程中涉及的等离子体作用于待刻蚀膜层(如所述氮化硅层或氮氧化硅层)的均匀程度产生的影响，以在刻蚀所述氮化硅层或氮氧化硅层的过程中，将偏置参数设为零，以减少甚至消除所述偏置参数对上述均匀程度的影响，利于减小所述基底中心区域与边缘区域保留的氧化硅层之间的厚度差；此外，若仅在刻蚀所述氮化硅层或氮氧化硅层过程的前段，将偏置参数设为零，而在过程的后段，仍采用包含不为零的偏置参数在内的工艺执行刻蚀操作，利于增强在刻蚀过程前段由于将偏置参数设为零而导致的刻蚀后表面平整度的降低。

需强调的是，未加说明的步骤均可采用传统的方法获得，且具体的工艺参数根据产品要求及工艺条件确定。

尽管通过在此的实施例描述说明了本发明，和尽管已经足够详细地描述了实施例，申请人不希望以任何方式将权利要求书的范围限制在这种细节上。对于本领域技术人员来说另外的优势和改进是显而易见的。因此，在较宽范围的本发明不限于表示和描述的特定细节、表达的设备和方法和说明性例子。因此，可以偏离这些细节而不脱离申请人总的发明概念的精神和范围。

Claims

1.一种侧墙基层形成方法，其特征在于，包括：

在基底上形成栅极；

在所述第一介质层上形成第二介质层；

其特征在于，至少在刻蚀所述第二介质层的过程的前段，偏置参数设为零 ;其中，所述偏置参数包括等离子体增强刻蚀模式下的偏置电压或磁增强刻蚀模式下的磁感应强度。

2.根据权利要求1所述的侧墙基层形成方法，其特征在于：所述第一介质层材料包括氧化硅或氮氧化硅。

3.根据权利要求1所述的侧墙基层形成方法，其特征在于：所述第二介质层材料包括异于所述第一介质层材料的氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。

4.根据权利要求1所述的侧墙基层形成方法，其特征在于：在磁增强刻蚀模式下，在反应压力为30mT-40mT，反应气体总流量为300sccm-350sccm时，所述磁感应强度小于或等于5G。

5.一种侧墙形成方法，其特征在于，包括：

在基底上形成栅极；

在所述氧化硅层上形成氮化硅层或氮氧化硅层；

其特征在于，至少在刻蚀所述氮化硅层或氮氧化硅层的过程的前段，偏置参数设为零 ;其中，所述偏置参数包括等离子体增强刻蚀模式下的偏置电压或磁增强刻蚀模式下的磁感应强度。

6.根据权利要求5所述的侧墙形成方法，其特征在于：在磁增强刻蚀模式下，在反应压力为30mT-40mT，反应气体总流量为300sccm-350sccm时，所述磁感应强度小于或等于5G。