[發(fā)明專利]西格瑪溝槽刻蝕方法、鍺硅外延層的形成方法及PMOS器件

在審

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• 申請日: 2019-07-30
• 公開（公告）號: CN110416088A
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱靖堯
• 申請（專利權(quán)）人: 上海華力集成電路制造有限公司
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L29/08
• 代理公司: 上海浦一知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31211
• 代理人: 郭四華

本發(fā)明涉及西格瑪溝槽刻蝕方法和鍺硅外延層的形成方法及PMOS器件，涉及半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)，通過在干法刻蝕后進(jìn)行兩次濕法刻蝕，第一次濕法刻蝕形成西格瑪溝槽的初始形貌，第二次濕法刻蝕控制西格瑪溝槽的關(guān)鍵尺寸，以此提高對西格瑪溝槽形貌的控制能力，進(jìn)而提高PMOS器件性能及器件間參數(shù)的一致性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)，尤其涉及一種西格瑪溝槽刻蝕方法和鍺硅外延層的形成方法及PMOS器件。

背景技術(shù)

在半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，各種半導(dǎo)體器件的特征尺寸不斷減小，且對半導(dǎo)體器件性能的要求越來越高。應(yīng)力溝道晶體管，在集成電路工業(yè)中被廣泛的研究，利用鑲嵌的SiGE技術(shù)，可以顯著的提高溝道的載流子遷移率，從而提高器件的性能，進(jìn)而不斷地微縮晶體管的尺寸，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的集成度。

壓應(yīng)力可以提高PMOS器件的驅(qū)動電流。然而，伴隨著CMOS技術(shù)集成度的日益增大以及關(guān)鍵尺寸的日漸縮小，傳統(tǒng)CMOS工藝中采用的應(yīng)力拉升方式已經(jīng)無法滿足器件對于PMOS驅(qū)動電流的要求，特別是隨著CMOS技術(shù)進(jìn)入28nm及以下關(guān)鍵尺寸后，為了進(jìn)一步增加PMOS區(qū)的壓應(yīng)力，必須采用鍺硅(SiGe)外延技術(shù)來達(dá)到器件大幅微縮后加大PMOS的壓應(yīng)力的需求。請參閱圖1，圖1為鍺硅外延增加PMOS壓應(yīng)力的示意圖。如圖1所示，通過鍺硅(SiGe)外延技術(shù)在PMOS的漏源區(qū)形成鍺硅外延層，以提高PMOS器件的性能。

鍺硅外延技術(shù)首先在PMOS器件的漏源區(qū)形成西格瑪(Sigma)溝槽結(jié)構(gòu)，然后在Sigma溝槽結(jié)構(gòu)中形成外延層。在鍺硅(SiGe)外延技術(shù)中，西格瑪溝槽形貌是影響PMOS器件參數(shù)(如驅(qū)動電流)的關(guān)鍵因數(shù)，因此西格瑪溝槽刻蝕的關(guān)鍵尺寸和穩(wěn)定性決定了器件性能和穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種西格瑪溝槽刻蝕方法，以提高對西格瑪溝槽形貌的控制能力，進(jìn)而提高PMOS器件性能及器件間參數(shù)的一致性。

本發(fā)明提供的西格瑪溝槽刻蝕方法，包括：S1：提供一半導(dǎo)體襯底，半導(dǎo)體襯底上包括由場氧化層隔離出的有源區(qū)，在有源區(qū)內(nèi)形成有N阱，在N阱上形成有PMOS的柵極結(jié)構(gòu)和PMOS的源漏區(qū)；S2：進(jìn)行干法刻蝕，在PMOS的源漏區(qū)形成半導(dǎo)體襯底溝槽；S3：進(jìn)行第一次濕法刻蝕，刻蝕半導(dǎo)體襯底溝槽以形成西格瑪溝槽初始形貌；以及S4：進(jìn)行第二次濕法刻蝕，刻蝕西格瑪溝槽初始形貌以形成西格瑪溝槽。

更進(jìn)一步的，在S3中，第一次濕法刻蝕工藝持續(xù)的時(shí)間為140秒至220秒之間。

更進(jìn)一步的，在S3中，使用DHF+TMAH+SC1進(jìn)行濕法刻蝕半導(dǎo)體襯底溝槽以形成西格瑪溝槽初始形貌。

更進(jìn)一步的，在S3之后與S4之前還包括步驟Sa：測量S3中形成的西格瑪溝槽初始形貌的尺寸，并根據(jù)測得的西格瑪溝槽始形貌的尺寸計(jì)算S4中的第二次濕法刻蝕工藝所需的刻蝕時(shí)間。

更進(jìn)一步的，利用光學(xué)關(guān)鍵尺寸度量機(jī)臺測量S3中形成的西格瑪溝槽初始形貌的關(guān)鍵尺寸，先進(jìn)制程控制系統(tǒng)根據(jù)測得的西格瑪溝槽初始形貌的關(guān)鍵尺寸計(jì)算第二次濕法刻蝕工藝所需的刻蝕時(shí)間。

更進(jìn)一步的，S4中的第二次濕法刻蝕工藝的刻蝕時(shí)間為50秒至100秒之間。

更進(jìn)一步的，在S4中，使用TMAH進(jìn)行濕法刻蝕西格瑪溝槽初始形貌以形成西格瑪溝槽。

更進(jìn)一步的，在S2之后還包括步驟Sb：濕法清洗半導(dǎo)體襯底溝槽以清洗干法刻蝕后的副產(chǎn)物。

更進(jìn)一步的，在步驟Sb中使用DHF+SPM+SC1進(jìn)行濕法清洗半導(dǎo)體襯底溝槽以清洗干法刻蝕后的副產(chǎn)物。