CN110729293B - 一种增大有源区有效面积的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种增大有源区有效面积的方法，有源区刻蚀形成之后对单个晶片进行光阻去除与清洗；其中HF溶液清洗90s，SPM清洗剂清洗60s，SC1清洗剂清洗30s，SCN清洗30s。有源区氮化硅回刻之后对单个晶片进行清洗；O3清洗30s；SC1清洗剂清洗30s，SCN清洗剂清洗30s；SC2清洗剂清洗15s；STI区薄氧化层形成之前对单个晶片进行清洗，O3清洗30s，HF溶液清洗6min；SC1清洗剂清洗30s，SCN清洗剂清洗30s；SC2清洗15s。本发明将批量作业方式改为单个晶片的作业方式，改进清洗溶液的化学配比，减小晶片被清洗时间，在有源区被清洗干净的基础上，保留有源区的有效面积，增加MOS器件沟道宽度，改善SRAM均一性，提高SRAM性能，极大提升了各种MOS器件的性能。

Description

一种增大有源区有效面积的方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种增大有源区有效面积的方法。
背景技术
SRAM器件是由几个MOS器件组合形成的一个工作单元，如果各器件均一性不高，会影响到整个SRAM器件的性能。随着超大规模集成电路技术的发展，MOSFET器件的尺寸在不断减小，对光刻刻蚀工艺提出了更高的要求。随着MOS器件的减小，每个器件大小的微小差异就会被放大表现出来，进而影响SRAM的工作性能。在满足28nm工艺节点的基础上，通过改善其它工艺步骤，增大有源区的宽度，可以有效的增加器件沟道宽度，进而可以提高SRAM器件的局部均一性(local variation),提高SRAM工作性能。
在28nm技术节点开发的前期，有源区(AA)刻蚀形成后，用湿法刻蚀去除光刻胶以及刻蚀残留物，采用的是批量(batch)作业的方式，此种作业方式一次性可以清洗多片晶片，作业效率高。为了保证清洗质量，这种作业方式采用了比较长的作业时间，使晶片长时间浸泡在化学溶液中，可能存在过度清洗的情况，降低了有源区的有效面积，因此会降低SRAM工作性能。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种增大有源区有效面积的方法，用于解决现有技术中批量清洗中将晶片长时间浸泡在化学溶液中，从而发生过度清洗，减小有源区的有效面积，降低SRAM工作性能的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种增大有源区有效面积的方法，该方法至少包括以下步骤：
步骤一、刻蚀形成有源区；
步骤二、所述有源区刻蚀形成之后对单个晶片进行光阻去除与清洗；
步骤三、对所述有源区氮化硅进行回刻；
步骤四、所述有源区氮化硅回刻之后对所述单个晶片进行清洗；
步骤五、STI区薄氧化层形成之前对所述单个晶片进行清洗。
优选地，该方法还包括步骤六、STI区薄氧化层生长；步骤七、在所述STI区生长第一HARP氧化层；步骤八、在所述STI区生长第二HARP氧化层。
优选地，该方法还包括步骤九、对所述STI区进行退火；步骤十、对所述STI区进行化学机械研磨；步骤十一、形成栅氧化层以及栅极多晶硅。
优选地，步骤二中所采用的清洗步骤包括：(a)采用HF溶液清洗90s；(b)采用SPM清洗剂清洗60s，所述SPM清洗剂中硫酸和双氧水的配比为2:1；(c)采用SC1清洗剂清洗30s，所述SC1清洗剂中氨水、双氧水以及去离子水的配比为1:2:50；(d)采用SCN清洗剂清洗30s。
优选地，步骤(a)中所述HF溶液的配比为：HF与水的体积比为200:1。
优选地，步骤(a)中所述HF溶液的温度为23℃。
优选地，步骤(b)中所述SPM清洗剂的温度为80℃。
优选地，步骤(c)中所述SC1清洗剂的温度为40℃。
优选地，步骤四中所采用的清洗步骤包括：(e)采用O3清洗30s；(f)采用SC1清洗剂清洗30s，所述SC1清洗剂中氨水、双氧水以及去离子水的配比为1:2:50；(g)采用SCN清洗剂清下30s；(h)采用SC2清洗剂清洗15s，所述SC2清洗剂中氨水、双氧水以及去离子水的配比为1:1:50。
优选地，步骤(f)中所述SC1清洗剂的温度为40℃。
优选地，步骤(h)中所述SC2清洗剂的温度为40℃。
优选地，步骤五中所采用的清洗步骤包括：(i)采用O3清洗30s；(j)采用HF溶液清洗6min；(k)采用SC1清洗剂清洗30s，所述SC1清洗剂中氨水、双氧水以及去离子水的配比为1:2:50；(l)采用SCN清洗剂清洗30s；(m)采用SC2清洗剂在40℃条件下清洗15s，所述SC2清洗剂中氨水、双氧水以及去离子水的配比为1:1:50。
优选地，步骤(j)中所述HF溶液的温度为23℃。
优选地，步骤(k)中所述SC1清洗剂的温度为40℃。
优选地，步骤(m)中所述SC2清洗剂的温度为40℃。
优选地，步骤二、步骤四以及步骤五进行清洗后，对所述单个晶片进行干燥。
优选地，所述干燥剂为异丙酮。
优选地，步骤五中进行的所述清洗距离步骤六中STI区薄氧化层生长的时间不超过24小时。
优选地，该方法用于28nm节点的SRAM工艺中。
优选地，将清洗参数保存至清洗机台的测试程式中。
如上所述，本发明的增大有源区有效面积的方法，具有以下有益效果：本发明从优化有源区刻蚀后清洗的角度出发，将现有技术中批量作业方式修改为单个晶片的作业方式，改进清洗溶液的化学配比，减小晶片被清洗的时间，在有源区被清洗干净的基础之上，保留有源区的有效面积，可以增加MOS器件沟道宽度，改善SRAM的均一性，提高SRAM的工作性能。该方法同时也增大了晶片中所有有源区的有效面积，极大的提升了各种MOS器件的性能。
附图说明
图1显示为本发明的增大有源区有效面积的方法流程示意图；
图2a显示为现有技术批量清洗多个晶片的SRAM区域的SEM切片图；
图2b显示为本发明中单独清洗一片晶片的SRAM区域的SEM切片图；
图3a显示为现有技术批量清洗多个晶片的PFET区域的SEM切片图；
图3b显示为本发明中单独清洗一片晶片的PFET区域的SEM切片图；
图4显示为现有技术批量清洗和本发明单独清洗一片晶片的工艺中，有源区各区域的线宽对比图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明提供一种增大有源区有效面积的方法，如图1所示，图1显示为本发明的增大有源区有效面积的方法流程示意图。该方法至少包括以下步骤：
步骤一、刻蚀形成有源区；提供晶片，在所述晶片上进行刻蚀，刻蚀形成STI区域(浅沟道隔离区域)，每两个STI区域之间形成了有源区，所述有源区用于形成器件。
步骤二、所述有源区刻蚀形成之后对单个晶片进行光阻去除与清洗；本发明的该步骤中对所述有源区刻蚀后进行光阻的去除和清洗中，针对的是单个晶片，因此该步骤是对单个晶片的单独清洗。并且本实施例中，步骤二采用的清洗包括如下步骤：(a)采用HF溶液清洗90s；本发明进一步地，步骤(a)中所述HF溶液的配比为：HF与水的体积比为200:1。本发明更进一步地，步骤(a)中所述HF溶液的温度为23℃。亦即该步骤(a)采用HF溶液在23℃的条件下对单个晶片进行清洗，所述HF溶液中HF与水的体积比为200:1。该步骤二在进行了步骤(a)之后，接着进行步骤(b)：采用SPM清洗剂清洗60s，所述SPM清洗剂中硫酸和双氧水的配比为2:1；该步骤(b)中所述SPM清洗剂的温度为80℃。亦即该步骤(b)采用80℃的SPM清洗剂对所述单个晶片进行清洗。在该步骤二中接着进行步骤(c)：采用SC1清洗剂清洗30s，所述SC1清洗剂为包含有氨水、双氧水的混合溶液，溶剂为去离子水(DIW)，所述SC1清洗剂中氨水、双氧水以及去离子水的配比为1:2:50；进一步地，步骤(c)中所述SC1清洗剂的温度为40℃。亦即该步骤(c)采用40℃的SC1清洗剂对所述单个晶片进行清洗，时间为30s。接着进行步骤(d)：采用SCN清洗剂清洗30s。
本发明进一步地，步骤二进行清洗后，对所述单个晶片进行干燥，所述干燥剂为异丙酮。
步骤三、对所述有源区(AA)氮化硅(Nitride)进行回刻(pull back)。
步骤四、所述有源区氮化硅回刻之后对所述单个晶片进行清洗；本发明进一步地，步骤四中所采用的清洗步骤包括：(e)采用O3清洗30s；(f)采用SC1清洗剂清洗30s，所述SC1清洗剂中氨水、双氧水以及去离子水的配比为1:2:50；本发明更进一步地，步骤(f)中所述SC1清洗剂的温度为40℃。亦即该步骤(f)采用40℃的SC1清洗剂清洗30s。
接着进行步骤(g)：采用SCN清洗剂清下30s；之后进行步骤(h)：采用SC2清洗剂清洗15s，所述SC2清洗剂中氨水、双氧水以及去离子水的配比为1:1:50。本发明进一步地优选地，步骤(h)中所述SC2清洗剂的温度为40℃。亦即该步骤中采用40℃的SC2清洗剂对所述单个晶片进行清洗15s。
本发明进一步地，步骤四进行清洗后，对所述单个晶片进行干燥，所述干燥剂为异丙酮。
步骤五、STI区薄氧化层形成之前对所述单个晶片进行清洗。本发明进一步地，步骤五中所采用的清洗步骤包括：(i)采用O3清洗30s；(j)采用HF溶液清洗6min；进一步地，步骤(j)中所述HF溶液的温度为23℃。亦即该步骤中采用23℃的HF溶液对所述单个晶片清洗6min。接着进行步骤(k)：采用SC1清洗剂清洗30s，所述SC1清洗剂中氨水、双氧水以及去离子水的配比为1:2:50；本发明进一步地，步骤(k)中所述SC1清洗剂的温度为40℃。亦即该步骤中采用温度为40℃的SC1清洗剂对所述单个晶片进行清洗。进一步地，清洗时将离子化的氮气开关打开。之后进行步骤(l)：采用SCN清洗剂清洗30s；接着进行步骤(m)：采用SC2清洗剂在40℃条件下清洗15s，所述SC2清洗剂中氨水、双氧水以及去离子水的配比为1:1:50。进一步地，步骤(m)中所述SC2清洗剂的温度为40℃。亦即该步骤中采用40℃的SC2清洗剂对单个晶片进行清洗，时间为15s。
本发明进一步地，步骤五进行清洗后，对所述单个晶片进行干燥，所述干燥剂为异丙酮。
本发明进一步地，该方法还包括步骤六、STI区薄氧化层生长；该步骤中在形成的STI区域(浅沟道隔离区)形成薄氧化层(liner oxide)。本发明更进一步地，步骤五中进行的所述清洗距离步骤六中STI区薄氧化层生长的时间不超过24小时。亦即进行步骤五中的所有清洗后，距离所述步骤六形成所述liner oxide的时间(Q time)不超过24小时。
本发明进一步地，该方法还包括步骤七、在所述STI区生长第一HARP氧化层，以及步骤八、在所述STI区生长第二HARP氧化层。所述步骤七中形成的所述第一HARP氧化层相比步骤八中形成的所述第二HARP氧化层为liner oxide，即步骤七中形成的所述第一HARP氧化层是更薄的一层氧化层。
本发明进一步地，该方法还包括步骤九、对所述STI区进行退火(anneal)；步骤十、对所述STI区进行化学机械研磨(cmp)；步骤十一、形成栅氧化层以及栅极多晶硅。
本发明所采用的以上步骤中各清洗的参数值均保存至清洗机台的测试程式中，当清洗时直接调用即可，避免重复设定费时费力。所述的参数包括：步骤(a)采用HF溶液清洗90s；所述HF溶液的配比为：HF与水的体积比为200:1。所述HF溶液的温度为23℃。(b)采用SPM清洗剂清洗60s，所述SPM清洗剂中硫酸和双氧水的配比为2:1；所述SPM清洗剂的温度为80℃。(c)采用SC1清洗剂清洗30s，所述SC1清洗剂中氨水、双氧水以及去离子水的配比为1:2:50；所述SC1清洗剂的温度为40℃。(d)采用SCN清洗剂清洗30s。以及步骤四中的步骤：(e)采用O3清洗30s；(f)采用SC1清洗剂清洗30s，所述SC1清洗剂中氨水、双氧水以及去离子水的配比为1:2:50；所述SC1清洗剂的温度为40℃。(g)采用SCN清洗剂清下30s；(h)采用SC2清洗剂清洗15s，所述SC2清洗剂中氨水、双氧水以及去离子水的配比为1:1:50。所述SC2清洗剂的温度为40℃；以及步骤五中的步骤：(i)采用O3清洗30s；(j)采用HF溶液清洗6min；所述HF溶液的温度为23℃。(k)采用SC1清洗剂清洗30s，所述SC1清洗剂中氨水、双氧水以及去离子水的配比为1:2:50；所述SC1清洗剂的温度为40℃。(l)采用SCN清洗剂清洗30s；(m)采用SC2清洗剂在40℃条件下清洗15s，所述SC2清洗剂中氨水、双氧水以及去离子水的配比为1:1:50。所述SC2清洗剂的温度为40℃。
相比于现有技术，现有技术中的步骤二、步骤四以及步骤五中分别是进行批量清洗，并且一次清洗的晶片数目最多可达50片。并且现有技术中的步骤二中，步骤(a)所采用的HF溶液的温度为25℃，步骤(b)中采用的SPM清洗剂清洗时间为5min，并且该SPM清洗剂的温度达到120℃；并且现有技术中的步骤四中的SPM溶液清洗时间为5min,SC2清洗剂的清洗时间为5min,并且在步骤五中采用的清洗时间也较本发明步骤五中的清洗时间长，因此，现有技术中批量浸泡式清洗时间较长，对有源区的有效面积产生影响。
参见图2a，图2a显示为现有技术批量清洗多个晶片的SRAM区域的切片图。同时参见图2b，图2b显示为本发明中单独清洗一片晶片的SRAM区域的切片图。由此可见，采用了本发明的方法对单个晶片进行清洗后，SRAM区域有源区的有效面积增大。参见图3a和图3b，其中图3a显示为现有技术批量清洗多个晶片的PFET区域的切片图，图3b显示为本发明中单独清洗一片晶片的PFET区域的切片图。由此可见，采用了本发明的方法对单个晶片进行清洗后，PFET区域有源区的有效面积增大。
进一步地，该方法用于28nm节点的SRAM工艺中。参见图4，图4显示为现有技术批量清洗和本发明单独清洗一片晶片的工艺中，有源区各区域的线宽对比图。其中，NPG代表pass gate；PPU代表P型的PULL UP；NPD代表N型的PULL DOWN。SRAM127为SRAM的最小单位面积为127，SRAM155为SRAM的最小单位面积为155。图4中NPG、PPU、NPD各有两个柱形值，其中左侧的为采用本发明的方法所得的值，右侧为现有技术中批量清洗所得的值，经对比可知，采用了本发明的清洗方法后，各区域的有源区(AA)的CD(关键尺寸)有所增大。
综上所述，本发明引进了单片晶片清洗(single wafer clean)的机台设备，减少作业时间，尽可能的保留有源区(AA)的有效面积，这样就做到了增加器件的沟道宽度，提升了MOS器件的性能。同时有源区(AA)面积增大之后，器件与器件之间线宽的差别会变小，即每个器件之间的差异性会变小。对于SRAM这类需要多个MOS器件合作完成的工作单元来说，其性能的提升会更加显著。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (19)

1.一种增大有源区有效面积的方法，其特征在于，该方法至少包括以下步骤：
步骤一、刻蚀形成有源区；
步骤二、所述有源区刻蚀形成之后对单个晶片进行光阻去除与清洗；
步骤三、对所述有源区氮化硅进行回刻；
步骤四、所述有源区氮化硅回刻之后对所述单个晶片进行清洗；清洗步骤包括：(e)采用O3清洗30s；(f)采用SC1清洗剂清洗30s，所述SC1清洗剂中氨水、双氧水以及去离子水的配比为1:2:50；(g)采用SCN清洗剂清洗30s；(h)采用SC2清洗剂清洗15s，所述SC2清洗剂中氨水、双氧水以及去离子水的配比为1:1:50；
步骤五、STI区薄氧化层形成之前对所述单个晶片进行清洗。
2.根据权利要求1所述的增大有源区有效面积的方法，其特征在于：该方法还包括步骤六、STI区薄氧化层生长；步骤七、在所述STI区生长第一HARP氧化层；步骤八、在所述STI区生长第二HARP氧化层。
3.根据权利要求2所述的增大有源区有效面积的方法，其特征在于：该方法还包括步骤九、对所述STI区进行退火；步骤十、对所述STI区进行化学机械研磨；步骤十一、形成栅氧化层以及栅极多晶硅。
4.根据权利要求3所述的增大有源区有效面积的方法，其特征在于：步骤二中所采用的清洗步骤包括：(a)采用HF溶液清洗90s；(b)采用SPM清洗剂清洗60s，所述SPM清洗剂中硫酸和双氧水的配比为2:1；(c)采用SC1清洗剂清洗30s，所述SC1清洗剂中氨水、双氧水以及去离子水的配比为1:2:50；(d)采用SCN清洗剂清洗30s。
5.根据权利要求4所述的增大有源区有效面积的方法，其特征在于：步骤(a)中所述HF溶液的配比为：HF与水的体积比为200:1。
6.根据权利要求5所述的增大有源区有效面积的方法，其特征在于：步骤(a)中所述HF溶液的温度为23℃。
7.根据权利要求6所述的增大有源区有效面积的方法，其特征在于：步骤(b)中所述SPM清洗剂的温度为80℃。
8.根据权利要求7所述的增大有源区有效面积的方法，其特征在于：步骤(c)中所述SC1清洗剂的温度为40℃。
9.根据权利要求1所述的增大有源区有效面积的方法，其特征在于：步骤(f)中所述SC1清洗剂的温度为40℃。
10.根据权利要求9所述的增大有源区有效面积的方法，其特征在于：步骤(h)中所述SC2清洗剂的温度为40℃。
11.根据权利要求3所述的增大有源区有效面积的方法，其特征在于：步骤五中所采用的清洗步骤包括：(i)采用O3清洗30s；(j)采用HF溶液清洗6min；(k)采用SC1清洗剂清洗30s，所述SC1清洗剂中氨水、双氧水以及去离子水的配比为1:2:50；(l)采用SCN清洗剂清洗30s；(m)采用SC2清洗剂在40℃条件下清洗15s，所述SC2清洗剂中氨水、双氧水以及去离子水的配比为1:1:50。
12.根据权利要求11所述的增大有源区有效面积的方法，其特征在于：步骤(j)中所述HF溶液的温度为23℃。
13.根据权利要求12所述的增大有源区有效面积的方法，其特征在于：步骤(k)中所述SC1清洗剂的温度为40℃。
14.根据权利要求13所述的增大有源区有效面积的方法，其特征在于：步骤(m)中所述SC2清洗剂的温度为40℃。
15.根据权利要求3所述的增大有源区有效面积的方法，其特征在于：步骤二、步骤四以及步骤五进行清洗后，对所述单个晶片进行干燥。
16.根据权利要求15所述的增大有源区有效面积的方法，其特征在于：采用干燥剂为异丙酮。
17.根据权利要求2所述的增大有源区有效面积的方法，其特征在于：步骤五中进行的所述清洗距离步骤六中STI区薄氧化层生长的时间不超过24小时。
18.根据权利要求1所述的增大有源区有效面积的方法，其特征在于：该方法用于28nm节点的SRAM工艺中。
19.根据权利要求8、10、16中任意一项所述的增大有源区有效面积的方法，其特征在于：将清洗参数保存至清洗机台的测试程式中。
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