[發(fā)明專利]半導(dǎo)體器件的制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110147173.2
• 申請日: 2011-06-02
• 公開（公告）號: CN102810480A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張翼英;何其旸
• 申請（專利權(quán)）人: 中芯國際集成電路制造（北京）有限公司
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L21/266;H01L21/31;H01L21/8234
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 鄒姍姍

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及制造半導(dǎo)體器件的方法，尤其是涉及制造包括具有嵌入式SiGe(eSiGe)的PMOS器件的半導(dǎo)體器件的方法。

背景技術(shù)

為了滿足終端用戶對小尺寸電子器件的需求，在改進(jìn)的超大規(guī)模集成電路(VLSI)工藝中，采用應(yīng)力技術(shù)來提高器件的性能。其中一種有效的方法是采用嵌入式SiGe(eSiGe)結(jié)構(gòu)來提高PMOS器件溝道區(qū)的空穴遷移率。

在∑形狀的eSiGe結(jié)構(gòu)中，由于SiGe的晶格常數(shù)大于Si的晶格常數(shù)，而且∑形狀的SiGe減小了源區(qū)和漏區(qū)之間的間距，所以有效地增大了溝道區(qū)中的應(yīng)力。

圖1A至1D示出了現(xiàn)有技術(shù)的在PMOS器件中形成∑形SiGe的方法。在Si襯底之上形成柵極以及位于柵極兩側(cè)側(cè)壁上的側(cè)壁間隔件(參見圖1A)之后，通過干法刻蝕，在相鄰柵極之間的Si襯底中形成凹槽，如圖1B所示。圖1B中所示的凹槽基本上是截面由A、B、C和D四個(gè)頂點(diǎn)限定的平底矩形形狀。

接著，如圖1C所示，對形成的矩形凹槽進(jìn)行晶向選擇性的濕法刻蝕，從而將該矩形凹槽擴(kuò)展為∑形狀。通常，晶向選擇性的濕法刻蝕沿(100)晶面刻蝕得比沿(111)晶面快。實(shí)際上，這里晶向選擇性的濕法刻蝕沿(111)晶面基本上刻蝕不動(dòng)。結(jié)果是，如圖1C所示，在圖1B中的干法刻蝕之后形成的凹槽的C和D兩個(gè)頂點(diǎn)作為(111)晶向的刻蝕停止點(diǎn)而保留。最后，如圖1D所示，在所形成的∑形凹槽中外延生長SiGe，從而形成SiGe的源區(qū)和漏區(qū)。

本發(fā)明的發(fā)明人在對形成∑形SiGe的方法進(jìn)行深入研究后發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)有技術(shù)的方法存在難以外延生長SiGe的問題。

具體而言，在圖1B所示的對襯底進(jìn)行干法刻蝕的工藝中，由于等離子體的連續(xù)轟擊使得所形成的矩形凹槽邊緣處，尤其是圖1B中示出的C和D頂點(diǎn)處，出現(xiàn)Si晶格失配等缺陷。如前所述，作為晶向選擇性的濕法刻蝕的結(jié)果，C和D兩點(diǎn)成為(111)晶向的刻蝕停止點(diǎn)而保留不會被刻蝕掉。后續(xù)的SiGe外延生長工藝中，籽層對于Si的表面狀況(例如，清潔度、Si晶格情況)非常敏感。諸如Si晶格適配等缺陷會導(dǎo)致籽層難以生長。因此，如圖1E所示，C和D處出現(xiàn)的Si晶格缺陷會使得在后續(xù)工藝中難以外延生長SiGe籽層。

發(fā)明內(nèi)容

為了消除或者至少部分地減輕現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，提出了本發(fā)明。

鑒于干法刻蝕處理會對襯底造成損傷，本公開的實(shí)施例采用諸如離子注入或氧化處理的改變襯底特性的工藝與各向同性濕法刻蝕處理相結(jié)合，來代替使用干法刻蝕，由此避免了對襯底造成損傷及對后續(xù)SiGe外延生長的不利影響。

本公開的實(shí)施例提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟：在襯底上形成柵極，柵極上形成有頂部掩模層；形成位于所述柵極兩側(cè)側(cè)壁上的側(cè)壁間隔件；以所述頂部掩模層和所述側(cè)壁間隔件為掩模，改變在相鄰的側(cè)壁間隔件之間的襯底的一部分的特性；利用各向同性濕法刻蝕，去除具有改變的特性的襯底部分，以在襯底中形成凹槽；以及對所述凹槽進(jìn)行晶向選擇性的濕法刻蝕，以將所述凹槽的內(nèi)壁形成為具有∑形狀。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述改變在相鄰的側(cè)壁間隔件之間的襯底的一部分的特性的步驟包括：通過對所述襯底進(jìn)行離子注入或氧化處理來改變在相鄰的側(cè)壁間隔件之間的襯底的一部分的特性。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述氧化處理包括熱氧化或等離子體氧化工藝。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述離子注入工藝包括向所述襯底注入以下離子中的任一種或多種：砷、硼、鍺或者碳。

在一個(gè)實(shí)施例中，對所述襯底進(jìn)行離子注入的步驟包括：以不超過100keV的能量向所述襯底前非晶化注入(PAI)鍺或者碳離子達(dá)10¹³至10¹⁵離子/cm²的注入量。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述頂部掩模層是硅氮化物。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述頂部掩模層的厚度是基于包括該頂部掩模層的材料、注入離子的種類以及注入能量的參數(shù)來選擇的。

在一個(gè)實(shí)施例中，在注入砷離子且所述頂部掩模層為Si₃N₄的情況下，所述頂部掩模層的厚度與注入能量的關(guān)系是：

Thk＝4.2X+25.5，

其中，Thk表示所述頂部掩模層的厚度，單位是埃；

X表示注入砷離子的能量，單位是keV。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述對所述凹槽進(jìn)行晶向選擇性的濕法刻蝕的步驟包括：采用四甲基氫氧化銨(TMAH)對所述凹槽進(jìn)行濕法刻蝕。