[發明專利]一種消除側墻寬度負載效應的工藝

有效

• 申請號: 201210259241.9
• 申請日: 2012-07-25
• 公開（公告）號: CN102768953A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 楊渝書;李程;陳玉文
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/3065
• 分類號: H01L21/3065;H01L21/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 王敏杰

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種消除側墻寬度負載效應的工藝。

背景技術

由于氧化硅-氮化硅結構（Oxide-Nitride，簡稱ON）的側墻，主要用于隔離源漏區和柵極，以避免源漏區離子注入區域離柵極太近而引發的短溝道效應，同時對柵極側壁也有一定保護作用；所以，氧化硅-氮化硅結構的側墻刻蝕是關系到晶體管工作性能的關鍵性工藝，其中，側墻寬度是側墻刻蝕工藝中的一個非常關鍵的指標，決定了源漏區與柵極的距離，對器件電性有很大的影響。

由于薄膜沉積或刻蝕的速率在圖形空曠區（isolation，簡稱ISO）和圖形密集區（Dense）有差別，在制備ON結構的側墻時會產生負載效應，即側墻的寬度在不同圖形密度的區域大小不同，上述的負載效應會嚴重影響器件的電學性能，甚至會造成器件的失效，進而大大降低產品的良率。

在制備ON結構的側墻時產生負載效應主要有薄膜沉積產生的負載效應和刻蝕產生的負載效應。薄膜沉積產生的負載效應是指氮化硅薄膜沉積時引入的負載效應，這是由于氧化硅薄膜是作為刻蝕的阻擋層，其沉積的厚度比較薄（在100A以內），所以負載效應不明顯，而氮化硅薄膜沉積的厚度一般在300~800A左右，其負載效應比較明顯；由于在進行氮化硅薄膜沉積時，沉積因子在圖形密集區難以進入并附著在柵極側壁上，就使得圖形空曠區氮化硅薄膜的側壁較厚，而圖形密集區氮化硅薄膜的側壁較薄；刻蝕產生的負載效應是因為圖形空曠區刻蝕速度慢，且側墻寬度大，而圖形密集區刻蝕速度快，但側墻寬度小，進而在刻蝕工藝之后，圖形空曠區的側墻寬度相對圖形密集區的側墻寬度更大，其原因是因為主要利用高能離子轟擊的偏向物理刻蝕特性的各向異性的反應物刻蝕進行氮化硅刻蝕工藝，在圖形空曠區，側墻的刻蝕反應聚合物沉積較少，造成側向的離子轟擊程度較輕，而在圖形密集區，側墻的刻蝕反應聚合物沉積較多（因為較難揮發），造成側向的離子轟擊程度由于轟擊離子的反射而更重，進而造成圖形密集區的側墻寬度更小。

圖1-3是本發明背景技術中制備ON結構側墻時產生負載效應的結構流程示意圖；如圖1-3所示，在具有柵極結構11的半導體襯底1上，采用化學氣相沉積(Plasma?Enhanced?Chemical?Vapor?Deposition，簡稱PECVD)工藝沉積氮化硅薄膜2覆蓋半導體襯底1的上表面和柵極結構11的側壁及其上表面，由于沉積因子在圖形密集區難以進入并附著在柵極側壁上，就使得圖形空曠區氮化硅薄膜的側壁的厚度D1大于圖形密集區氮化硅薄膜的側壁厚度D2；繼續進行氮化硅薄膜2的刻蝕工藝，以形成側墻21，由于高能離子轟擊的偏向物理刻蝕特性的各向異性的反應物刻蝕特性，在進行氮化硅刻蝕工藝，圖形空曠區，側墻的刻蝕反應聚合物沉積較少，造成側向的離子轟擊程度較輕，而在圖形密集區，側墻的刻蝕反應聚合物沉積較多（因為較難揮發），造成側向的離子轟擊程度由于轟擊離子的反射而更重，即形成的圖像空曠區的側墻的厚度D3大于即形成的圖像密集區的側墻的厚度D4，且D1-D2＞D3-D4。

傳統解決在制備ON結構的側墻時產生負載效應的方法，一般從氮化硅沉積和刻蝕兩個方面入手，在氮化硅沉積工藝中，采用低溫爐管生長的方法來沉積氮化硅，雖然能改善其沉積特性，使得側墻氮化硅沉積厚度差可以接近零，但在單位時間產出比較低，且工藝溫度較高，會增加器件的熱預算（thermal?budget）；另一方面是改善氮化硅刻蝕的負載效應，通過減少主刻蝕的射頻功率，以減少對圖形密集區的離子反射轟擊效應，但只能減輕側墻寬度差，不能從根本上消除刻蝕工藝產生的負載效應。

發明內容

本發明公開了一種消除側墻寬度負載效應的工藝，應用于設置有柵極結構的半導體襯底上，所述半導體襯底上具有圖形密集區域和圖形空曠區域，其中，包括以下步驟：

步驟S1：沉積阻擋層覆蓋所述柵極結構的上表面及其側壁，并同時覆蓋暴露的所述半導體襯底的上表面；

步驟S2：沉積氮化硅薄膜覆蓋所述阻擋層的上表面，于柵極結構的側壁上形成氮化硅側墻，其中，位于圖形密集區域中的氮化硅側墻的厚度小于位于圖形空曠區域中的氮化硅側墻的厚度；

步驟S3：在20-40mT的反應腔室壓力的環境條件下，采用350-500V的偏壓射頻功率，利用CF₄/CH₂F₂/O₂?的混合氣體，對所述氮化硅薄膜進行主刻蝕工藝，以部分去除所述氮化硅薄膜；其中，氣體比例CF₄：CH₂F₂的范圍為1:2-1:3；