CN110491780A - 增大多晶硅栅极硬掩膜去除工艺窗口的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种增大多晶硅栅极硬掩膜去除工艺窗口的方法,包括:提供一半导体衬底,通过预定工艺形成MOSFET器件结构;进行PMOS侧墙形成、P型注入和热退火工艺;沉积锗硅硬掩膜层;利用锗硅光罩通过光刻曝光,打开生长锗硅硬掩膜层的PMOS区域和多晶硅栅极顶部区域;蚀刻锗硅硬掩膜层,在PMOS源漏区域形成U型沟槽,同时刻蚀掉多晶硅栅极顶部的部分锗硅硬掩膜层;将U型沟槽蚀刻成Sigma型沟槽;沉积锗硅;去除多晶硅栅极顶部和侧壁的栅极硬掩膜层;重新生长NMOS侧墙,进行N型注入。通过打开多晶硅顶部,增大锗硅工艺中硬掩膜层去除工艺窗口,避免多晶硅栅极顶部硬掩膜层残留的缺陷。
Description
技术领域
本申请涉及半导体器件制造领域,具体涉及一种增大多晶硅栅极硬掩膜去除工艺窗口的方法。
背景技术
随着MOSFET器件的尺寸微缩,改善器件性能成为新工艺开发中急需解决的问题。应力技术的引入有效地提升了器件性能。对于PMOSFET而言,源漏嵌入式锗硅技术(Embedded SiGe)通过改善空穴的迁移率,可以大提升器件性能,但对于半导体制造,SiGe工艺模块是相当大的挑战。
SiGe模块工艺流程首先是生长一层氮化硅遮蔽层,其作用是保护多晶硅栅极并定义SiGe沟槽到栅极的水平距离,然后利用光刻和刻蚀在生长SiGe的区域形成“U型”沟槽,再经四甲基氢氧化铵容易蚀刻出“Sigma型”形貌,然后通过外延的方式在沟槽区域沉积SiGe,最后将氮化硅硬掩膜层通过磷酸溶液去除。然而,在热磷酸去除氮化硅的过程中往往会由于工艺波动,比如多晶硅栅极硬掩膜氮化层厚度偏厚,热磷酸溶液Lifetime降低等情况,会使得大尺寸多晶硅栅极顶部硬掩膜层去除不完全而形成缺陷,进而造成后续栅极无法形成镍硅层的问题。
发明内容
本申请提供了一种增大多晶硅栅极硬掩膜去除工艺窗口的方法,可以解决相关技术中由于工艺波动使得大尺寸多晶硅栅极顶部硬掩膜层去除不完全,进而造成后续栅极无法形成镍硅层的问题。
本申请提供了一种增大多晶硅栅极硬掩膜去除工艺窗口的方法,该方法包括:
步骤1,提供一半导体衬底,通过浅沟槽隔离、阱离子注入、栅氧成长、多晶硅刻蚀形成MOSFET器件结构;
步骤2,进行PMOS侧墙形成、P型注入和热退火工艺;
步骤3,沉积一层预定厚度的锗硅硬掩膜层;
步骤4,利用锗硅光罩通过光刻曝光,打开生长锗硅硬掩膜层的PMOS区域和多晶硅栅极顶部的预定尺寸区域;
步骤5,通过等离子体刻蚀蚀刻锗硅硬掩膜层,在PMOS源漏区域形成第一预定深度的U型沟槽,同时刻蚀掉多晶硅栅极顶部的部分锗硅硬掩膜层;
步骤6,将U型沟槽蚀刻成第二预定深度的Sigma型沟槽;
步骤7,进行锗硅的沉积;
步骤8,去除多晶硅栅极顶部和侧壁的栅极硬掩膜层;
步骤9,重新生长NMOS侧墙,进行N型注入。
进一步的,在步骤3中,沉积锗硅硬掩膜层的材料为氮化硅。
进一步的,在步骤3中,沉积锗硅硬掩膜层采用原子层沉积工艺或炉管成长工艺。
进一步的,在步骤3中,锗硅硬掩膜层的预定厚度为100~200A。
进一步的,在步骤5中,U型沟槽的第一预定深度为350~500A。
进一步的,在步骤6中,Sigma型沟槽的第二预定深度为600~750A。
进一步的,在步骤4中,预定尺寸区域的选取满足光刻机的曝光能力,预定尺寸至少为200nm。
进一步的,在步骤2中,P型注入为P型LDD/Halo离子注入。
进一步的,在步骤9中,N型注入为N型LDD/Halo离子注入。
进一步的,在步骤5中,通过等离子体刻蚀蚀刻锗硅硬掩膜层。
进一步的,在步骤6中,利用四甲基氢氧化铵溶液将U型沟槽蚀刻成第二预定深度的Sigma型沟槽。
进一步的,在步骤7中,通过外延生长进行锗硅的沉积。
进一步的,在步骤8中,通过热的磷酸溶液去除多晶硅栅极顶部和侧壁的栅极硬掩膜层。
进一步的,在步骤9之后,该方法还包括:
进行后续的源漏离子注入、热激活、SMT/SAB、CT引出及后段铜互连工艺。
本申请技术方案,至少包括如下优点:
在定义锗硅生长区域的时候,不仅将需要生长锗硅的PMOS区域打开,同时将PMOS区域以外达到预定尺寸的多晶硅栅极顶部打开,在后道形成锗硅沟槽的刻蚀工艺中,非PMOS区域顶部打开的多晶硅栅极硬掩膜层将被刻蚀掉一定的厚度,从而增大锗硅生长完成后,硬掩膜层湿法去除工艺的窗口,不易有多晶硅栅极顶部硬掩膜层残留的缺陷,进而保证了后续栅极镍硅层的形成。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本申请的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一个实施例提供的一种增大多晶硅栅极硬掩膜去除工艺窗口的方法的流程图。
图2是本申请一个实施例提供的MOSFET各模块的示意图。
图3是本申请一个实施例提供的生长锗硅的PMOS区域和多晶硅栅极顶部预定尺寸区域打开后的示意图。
图4是本申请一个实施例提供的经过蚀刻后形成Sigma型沟槽的示意图。
图5是本申请一个实施例提供的锗硅沉积后的示意图。
图6是本申请栅极硬掩膜层去除后的示意图。
图7是本申请另一个实施例提供的一种增大多晶硅栅极硬掩膜去除工艺窗口的方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
在本申请的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电气连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,还可以是两个元件内部的连通,可以是无线连接,也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
此外,下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本申请实施例提出一种可以有效增大锗硅(SiGe)工艺过程中多晶硅栅极(Polysilicon Gate)顶部硬掩膜层(Hard Mask)湿法去除工艺窗口的方法,适用于40~28~20nm技术节点CMOS工艺技术,应用于40~20nm技术节点集成电路制造领域。
如图1所示,其示出了一种增大多晶硅栅极硬掩膜去除工艺窗口的方法的流程图,该方法可以包括:
步骤1,提供一半导体衬底,通过浅沟槽隔离、阱离子注入、栅氧成长、多晶硅刻蚀形成MOSFET器件结构。
可选的,多晶硅蚀刻形成的栅极顶部需要保留一定厚度的硬掩膜氮化硅层,其厚度约为350A~450A,不仅能防止后续P型注入时穿通栅极,而且可以作为锗硅生长的硬掩膜层。
步骤2,进行PMOS侧墙形成、P型注入和热退火工艺。
可选的,P型注入为P型轻掺杂漏(Lightly Doped Drain,LDD)/Halo离子注入。
步骤3,沉积一层预定厚度的锗硅硬掩膜层。
结合参考图2,其示出了步骤1至3执行后的MOSFET各模块示意图,示例性的,图2中示出了硅衬底11,浅沟槽隔离12、多晶硅栅极13、栅极硬掩膜层14、锗硅硬掩膜层15、光阻16、PMOS侧墙17。其中,光阻16覆盖区域为非PMOS区域。
可选的,沉积锗硅硬掩膜层的材料为氮化硅。
可选的,沉积锗硅硬掩膜层采用原子层沉积工艺(ALD)或炉管成长工艺(Furnace)。
可选的,锗硅硬掩膜层的预定厚度为100~200A。
步骤4,利用锗硅光罩通过光刻曝光,打开生长锗硅硬掩膜层的PMOS区域和多晶硅栅极顶部的预定尺寸区域。
结合参考图3,其示出了生长锗硅的PMOS区域和多晶硅栅极顶部预定尺寸区域打开后的示意图。图3中示例性地示出了预定尺寸区域18。
可选的,预定尺寸区域的选取满足光刻机的曝光能力,预定尺寸至少为200nm。在实际应用中,预定尺寸并不局限,只需要满足所选择的光刻机的曝光能力。
步骤5,蚀刻锗硅硬掩膜层,在PMOS源漏区域形成第一预定深度的U型沟槽,同时刻蚀掉多晶硅栅极顶部的部分锗硅硬掩膜层。
由于步骤4中打开了多晶硅栅极顶部的预定尺寸区域,因此在蚀刻锗硅硬掩膜层的同时会刻蚀掉一定厚度的锗硅硬掩膜层(氮化硅)。
可选的,U型沟槽的第一预定深度为350~500A。
可选的,对于锗硅硬掩膜层的蚀刻可以通过等离子体刻蚀来完成。
步骤6,将U型沟槽蚀刻成第二预定深度的Sigma型沟槽。
可选的,在实际应用中,可以利用四甲基氢氧化铵溶液将U型沟槽蚀刻成第二预定深度的Sigma型沟槽。
利用四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液对硅晶体不同晶向蚀刻速率的不同,使得U型沟槽形成Sigma型沟槽。
可选的,Sigma型沟槽的第二预定深度为600~750A。
结合参考图4,其示出了经过蚀刻后形成Sigma型沟槽的示意图。示例性的,图4中示出了锗硅沟槽19。
步骤7,进行锗硅的沉积。
可选的,在实际应用中,可以通过外延生长的方式沉积锗硅。
结合参考图5,其示出了锗硅沉积后的示意图。
步骤8,去除多晶硅栅极顶部和侧壁的栅极硬掩膜层。
可选的,在实际应用中,可以通过热的磷酸溶液去除多晶硅栅极顶部和侧壁的栅极硬掩膜层。
对于一定尺寸以上的多晶硅栅极,由于其顶部硬掩膜层通过等离子体刻蚀已经去除一定厚度的氮化硅,因此在热磷酸溶液去除的时候不易由于窗口不足形成氮化硅残留缺陷。
结合参考图6,其示出了栅极硬掩膜层去除后的示意图。
步骤9,重新生长NMOS侧墙,进行N型注入。
可选的,N型注入为N型LDD/Halo离子注入。
可选的,如图7所示,在实际应用中,在步骤9之后,该方法还可以包括:
步骤10,进行后续的源漏离子注入、热激活、表面贴装/金属硅化物阻挡层生成(Surface Mounting Technology/Salicide Block,SMT/SAB)、焊盘(Contact,CT)引出及后段铜互连工艺。
综上所述,本申请实施例提供的增大多晶硅栅极硬掩膜去除工艺窗口的方法,在定义锗硅生长区域的时候,不仅将需要生长锗硅的PMOS区域打开,同时将PMOS区域以外达到预定尺寸的多晶硅栅极顶部打开,在后道形成锗硅沟槽的刻蚀工艺中,非PMOS区域顶部打开的多晶硅栅极硬掩膜层将被刻蚀掉一定的厚度,从而增大锗硅生长完成后,硬掩膜层湿法去除工艺的窗口,不易有多晶硅栅极顶部硬掩膜层残留的缺陷,进而保证了后续栅极镍硅层的形成。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。
Claims (14)
1.一种增大多晶硅栅极硬掩膜去除工艺窗口的方法,其特征在于,所述方法包括:
步骤1,提供一半导体衬底,通过浅沟槽隔离、阱离子注入、栅氧成长、多晶硅刻蚀形成MOSFET器件结构;
步骤2,进行PMOS侧墙形成、P型注入和热退火工艺;
步骤3,沉积一层预定厚度的锗硅硬掩膜层;
步骤4,利用锗硅光罩通过光刻曝光,打开生长所述锗硅硬掩膜层的PMOS区域和多晶硅栅极顶部的预定尺寸区域;
步骤5,蚀刻锗硅硬掩膜层,在PMOS源漏区域形成第一预定深度的U型沟槽,同时刻蚀掉所述多晶硅栅极顶部的部分锗硅硬掩膜层;
步骤6,将所述U型沟槽蚀刻成第二预定深度的Sigma型沟槽;
步骤7,进行锗硅的沉积;
步骤8,去除所述多晶硅栅极顶部和侧壁的栅极硬掩膜层;
步骤9,重新生长NMOS侧墙,进行N型注入。
2.根据权利要求1所述的增大多晶硅栅极硬掩膜去除工艺窗口的方法,其特征在于,在所述步骤3中,沉积所述锗硅硬掩膜层的材料为氮化硅。
3.根据权利要求1所述的增大多晶硅栅极硬掩膜去除工艺窗口的方法,其特征在于,在所述步骤3中,沉积所述锗硅硬掩膜层采用原子层沉积工艺或炉管成长工艺。
4.根据权利要求1所述的增大多晶硅栅极硬掩膜去除工艺窗口的方法,其特征在于,在所述步骤3中,所述锗硅硬掩膜层的预定厚度为100~200A。
5.根据权利要求1所述的增大多晶硅栅极硬掩膜去除工艺窗口的方法,其特征在于,在所述步骤5中,所述U型沟槽的第一预定深度为350~500A。
6.根据权利要求1所述的增大多晶硅栅极硬掩膜去除工艺窗口的方法,其特征在于,在所述步骤6中,所述Sigma型沟槽的第二预定深度为600~750A。
7.根据权利要求1所述的增大多晶硅栅极硬掩膜去除工艺窗口的方法,其特征在于,在所述步骤4中,所述预定尺寸区域的选取满足光刻机的曝光能力,所述预定尺寸至少为200nm。
8.根据权利要求1所述的增大多晶硅栅极硬掩膜去除工艺窗口的方法,其特征在于,在所述步骤2中,所述P型注入为P型LDD/Halo离子注入。
9.根据权利要求1所述的增大多晶硅栅极硬掩膜去除工艺窗口的方法,其特征在于,在所述步骤9中,所述N型注入为N型LDD/Halo离子注入。
10.根据权利要求1所述的增大多晶硅栅极硬掩膜去除工艺窗口的方法,其特征在于,在所述步骤5中,通过等离子体刻蚀蚀刻所述锗硅硬掩膜层。
11.根据权利要求1所述的增大多晶硅栅极硬掩膜去除工艺窗口的方法,其特征在于,在所述步骤6中,利用四甲基氢氧化铵溶液将所述U型沟槽蚀刻成第二预定深度的Sigma型沟槽。
12.根据权利要求1所述的增大多晶硅栅极硬掩膜去除工艺窗口的方法,其特征在于,在所述步骤7中,通过外延生长进行锗硅的沉积。
13.根据权利要求1所述的增大多晶硅栅极硬掩膜去除工艺窗口的方法,其特征在于,在所述步骤8中,通过热的磷酸溶液去除所述多晶硅栅极顶部和侧壁的栅极硬掩膜层。
14.根据权利要求1至13任一所述的增大多晶硅栅极硬掩膜去除工艺窗口的方法,其特征在于,在所述步骤9之后,所述方法还包括:
进行后续的源漏离子注入、热激活、SMT/SAB、CT引出及后段铜互连工艺。
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