CN104752168B - 一种去除鳍式场效应晶体管中掺磷碳化硅薄膜缺陷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种去除鳍式场效应晶体管中掺磷碳化硅薄膜缺陷的方法，包括：第一步骤：在硅片上形成由隔离结构隔开的鳍形栅极结构；第二步骤：在鳍形栅极结构的暴露部分上形成掺磷碳化硅薄膜，其中在掺磷碳化硅薄膜上在<111>晶向上形成了缺陷层；第三步骤：采用四甲基氢氧化铵溶液作为刻蚀液处理硅片，以便完全去除掺磷碳化硅薄膜表面在<111>晶向上生成的缺陷层；第四步骤：在利用刻蚀液处理硅片之后，清洗去除第三步骤中在硅片上产生的颗粒物。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，更具体地说，本发明涉及一种去除鳍式场效应晶体管中掺磷碳化硅薄膜缺陷的方法。
背景技术
在提高集成电路芯片性能的众多方法中，硅应变技术(strain Si)技术能够提升器件性能而且节省制造成本而被广泛采用在传统的体硅CMOS(Bulk CMOS)工艺技术上。对于n型晶体管，一般在晶体管上沉积拉伸应力的氮化硅薄膜材料，如应力记忆层(SMT)薄膜和接触刻蚀停止层(CESL)薄膜。当晶体管上沉积的是伸张应力的氮化硅薄膜材料时，在晶体管沟道产生的应力也是拉伸应力，因此能够有效提升电子在沟道中的迁移率，提升芯片性能。
但是当工艺节点升级到20纳米时，体硅CMOS(bulk CMOS)工艺技术将无法获得等比例缩小(scaling)的性能、成本和功耗优势。面对体硅CMOS工艺技术的这个极限，三维立体架构的鳍式场效应晶体管(FinFET)技术因为具有功耗低、面积小的优点被业界广泛采用来取代传统体硅晶体管技术以延续CMOS工艺技术在20纳米及更先进技术节点的等比例缩小。
在鳍式场效应晶体管架构中，栅极被设计成类似鱼鳍的叉状三维结构，可以减小沟道漏电流(leakage current)，大幅改善栅极开关电路的控制能力。在n型鳍式场效应晶体管架构中，由于鳍间距(fin pitch)很小无法提供足够大的空间来填充应力记忆层薄膜或接触刻蚀停止层薄膜，通常采用外延生长工艺在鳍的源漏区域生成掺磷碳化硅(phosphorus doped SiC)薄膜来产生鳍形沟道中的拉伸应力提高电子在沟道中的迁移率。
在鳍式场效应晶体管的制造流程中，首先利用双重曝光法(double patterning)在硅片上刻蚀出鳍形沟道，再采用流动式化学气相沉积工艺(Flowable CVD，FCVD)沉积氧化物薄膜填充鳍形沟道间的孔隙，然后用外延生长工艺在鳍的源漏区域生成掺磷碳化硅薄膜。
外延工艺生成的掺磷碳化硅薄膜的一个突出难题是鳍形沟道的<111>晶向生成的薄膜材料存在缺陷层。掺磷碳化硅在鳍形沟道的生成初期，只在<001>晶向和<110>晶向上生长。<001>晶向和<110>晶向上生成的都是性能良好的薄膜可以帮助提高电子在沟道中的迁移率。而随着薄膜厚度增加，<111>晶向上薄膜开始生长，鳍形栅极的<111>晶向上生成的双胞结构缺陷(twins defect)，这层缺陷层会减低电子在沟道中的迁移率，直接影响芯片性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够去除鳍式场效应晶体管中掺磷碳化硅薄膜缺陷的方法。
为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种去除鳍式场效应晶体管中掺磷碳化硅薄膜缺陷的方法，包括：第一步骤：在硅片上形成由隔离结构隔开的鳍形栅极结构；第二步骤：在鳍形栅极结构的暴露部分上形成掺磷碳化硅薄膜，其中在掺磷碳化硅薄膜上在<111>晶向上形成了缺陷层；第三步骤：采用四甲基氢氧化铵溶液作为刻蚀液处理硅片，以便完全去除掺磷碳化硅薄膜表面在<111>晶向上生成的缺陷层；第四步骤：在利用刻蚀液处理硅片之后，清洗去除第三步骤中在硅片上产生的颗粒物。
优选地，在第二步骤中，通过将鳍形栅极结构的暴露部分浸渍在氢氟酸中来成长掺磷碳化硅薄膜。
优选地，在第二步骤中，在形成掺磷碳化硅薄膜之后去除薄膜表面的颗粒物、有机物和金属沾污。
优选地，四甲基氢氧化铵溶液的浓度重量比小于2％且大于0.5％。
优选地，四甲基氢氧化铵溶液的浓度重量比小于1.8％且大于0.5％。
优选地，四甲基氢氧化铵溶液的浓度重量比为1.5％。
优选地，四甲基氢氧化铵溶液的温度介于摄氏75度至85度之间。
优选地，四甲基氢氧化铵溶液的温度为摄氏80度。
优选地，在第四步骤中，利用1号标准清洗液清洗去除第三步骤中在硅片上产生的颗粒物。
优选地，所述隔离结构是浅沟槽隔离结构。
本发明成功的解决了鳍式场效应晶体管工艺应用中遇到的掺磷碳化硅薄膜缺陷问题，利用四甲基氢氧化铵在<001>，<110>和<111>晶向上较均匀的刻蚀速率去除掺磷碳化硅薄膜表面在<111>晶向上生成的缺陷层，同时保证掺磷碳化硅薄膜在鳍形沟道顶部剩余足够的厚度。
附图说明
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的去除鳍式场效应晶体管中掺磷碳化硅薄膜缺陷的方法的流程图。
图2至图4示意性地示出了根据本发明优选实施例的去除鳍式场效应晶体管中掺磷碳化硅薄膜缺陷的方法的各个步骤的器件结构图。
需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
本发明提出一种基于鳍式场效应晶体管架构的工艺流程，利用四甲基氢氧化铵在<001>、<110>和<111>晶向上较均匀的刻蚀速率去除掺磷碳化硅薄膜表面在<111>晶向上生成的缺陷层，为20纳米及以下技术节点提供一种去除掺磷碳化硅薄膜缺陷的解决方案。
图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的去除鳍式场效应晶体管中掺磷碳化硅薄膜缺陷的方法的流程图，而且图2至图4示意性地示出了根据本发明优选实施例的去除鳍式场效应晶体管中掺磷碳化硅薄膜缺陷的方法的各个步骤的器件结构图。
如图1至图4所示，根据本发明优选实施例的去除鳍式场效应晶体管中掺磷碳化硅薄膜缺陷的方法包括：
第一步骤S1：在硅片上形成由隔离结构20(例如浅沟槽隔离结构)隔开的鳍形栅极结构10，如图2所示；
第二步骤S2：在鳍形栅极结构10的暴露部分上形成掺磷碳化硅薄膜；
优选地，在第二步骤S2中，通过将鳍形栅极结构10的暴露部分浸渍在稀释的氢氟酸中来成长掺磷碳化硅薄膜30，此时在掺磷碳化硅薄膜30上在<111>晶向上形成了缺陷层40，如图3所示。
优选地，在第二步骤S2中，在形成掺磷碳化硅薄膜之后去除薄膜表面的颗粒物、有机物和金属沾污。
第三步骤S3：采用四甲基氢氧化铵溶液作为刻蚀液处理硅片，以便完全去除掺磷碳化硅薄膜表面在<111>晶向上生成的缺陷层40；图4是去除后剩余掺磷碳化硅薄膜在鳍形沟道顶部的一种可能形貌。
优选地，四甲基氢氧化铵溶液的浓度重量比小于2％且大于0.5％。进一步优选地，四甲基氢氧化铵溶液的浓度重量比小于1.8％且大于0.5％。
优选地，在第三步骤S3中，可采用温度为摄氏75度至85度之间(优选地，温度为摄氏80度)、浓度重量比小于2％(优选地，浓度重量比为1.5％)的四甲基氢氧化铵溶液作为刻蚀液处理硅片，此时四甲基氢氧化铵在<001>、<110>和<111>晶向上的刻蚀速率比较接近，可以做到完全去除掺磷碳化硅薄膜表面在<111>晶向上生成的缺陷层时减少对<001>晶向和<110>晶向上性能良好薄膜的损伤。通过控制四甲基氢氧化铵溶液的刻蚀时间可以完全去除掺磷碳化硅薄膜表面在在<111>晶向上生成的缺陷层，同时保证掺磷碳化硅在鳍形沟道顶部有足够的剩余厚度。
第四步骤S4：在利用刻蚀液处理硅片之后，清洗去除第三步骤S3中在硅片上产生的颗粒物。优选地，在第四步骤S4中，可利用1号标准清洗液(SC1)清洗去除第三步骤S3中在硅片上产生的颗粒物。
本发明成功的解决了鳍式场效应晶体管工艺应用中遇到的掺磷碳化硅薄膜缺陷问题，利用四甲基氢氧化铵在<001>，<110>和<111>晶向上较均匀的刻蚀速率去除掺磷碳化硅薄膜表面在<111>晶向上生成的缺陷层，同时保证掺磷碳化硅薄膜在鳍形沟道顶部剩余足够的厚度。
此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种去除鳍式场效应晶体管中掺磷碳化硅薄膜缺陷的方法，其特征在于包括：
第一步骤：在硅片上形成由隔离结构隔开的鳍形栅极结构；
第二步骤：在鳍形栅极结构的暴露部分上形成掺磷碳化硅薄膜，其中在掺磷碳化硅薄膜上在<111>晶向上形成了缺陷层；
第三步骤：采用四甲基氢氧化铵溶液作为刻蚀液处理硅片，以便完全去除掺磷碳化硅薄膜表面在<111>晶向上生成的缺陷层；
第四步骤：在利用刻蚀液处理硅片之后，清洗去除第三步骤中在硅片上产生的颗粒物。
2.根据权利要求1所述的去除鳍式场效应晶体管中掺磷碳化硅薄膜缺陷的方法，其特征在于，在第二步骤中，通过将鳍形栅极结构的暴露部分浸渍在氢氟酸中来成长掺磷碳化硅薄膜。
3.根据权利要求1或2所述的去除鳍式场效应晶体管中掺磷碳化硅薄膜缺陷的方法，其特征在于，在第二步骤中，在形成掺磷碳化硅薄膜之后去除薄膜表面的颗粒物、有机物和金属沾污。
4.根据权利要求1或2所述的去除鳍式场效应晶体管中掺磷碳化硅薄膜缺陷的方法，其特征在于，四甲基氢氧化铵溶液的浓度重量比小于2％且大于0.5％。
5.根据权利要求1或2所述的去除鳍式场效应晶体管中掺磷碳化硅薄膜缺陷的方法，其特征在于，四甲基氢氧化铵溶液的浓度重量比小于1.8％且大于0.5％。
6.根据权利要求1或2所述的去除鳍式场效应晶体管中掺磷碳化硅薄膜缺陷的方法，其特征在于，四甲基氢氧化铵溶液的浓度重量比为1.5％。
7.根据权利要求1或2所述的去除鳍式场效应晶体管中掺磷碳化硅薄膜缺陷的方法，其特征在于，四甲基氢氧化铵溶液的温度介于摄氏75度至85度之间。
8.根据权利要求1或2所述的去除鳍式场效应晶体管中掺磷碳化硅薄膜缺陷的方法，其特征在于，四甲基氢氧化铵溶液的温度为摄氏80度。
9.根据权利要求1或2所述的去除鳍式场效应晶体管中掺磷碳化硅薄膜缺陷的方法，其特征在于，在第四步骤中，利用1号标准清洗液清洗去除第三步骤中在硅片上产生的颗粒物。
10.根据权利要求1或2所述的去除鳍式场效应晶体管中掺磷碳化硅薄膜缺陷的方法，其特征在于，所述隔离结构是浅沟槽隔离结构。
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