專利名稱：一種半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，具體而言涉及一種形成Σ狀鍺硅層的制作方法。
背景技術(shù)：
對于深亞微米半導(dǎo)體技術(shù)而言，Σ狀鍺硅層可以顯著提高PMOS的性能。在形成Σ狀鍺硅層的工藝過程中，首先需要聯(lián)合采用干法蝕刻和濕法蝕刻在PMOS的源/漏區(qū)形成Σ狀凹槽。所述干法蝕刻過程結(jié)束之后，在半導(dǎo)體襯底100中形成碗狀凹槽101，如圖1A所示；接著，利用濕法蝕刻在所述半導(dǎo)體襯底100的不同晶向上的蝕刻速率的不同，即相對于所述半導(dǎo)體襯底100的水平及垂直方向的蝕刻速率快，其它方向蝕刻速率慢的特點，在所述半導(dǎo)體襯底100中形成Σ狀凹槽102，如圖1B所示。由于受到器件特征尺寸(CD)的限制，所形成的Σ狀凹槽102的底部區(qū)域的寬度很小，導(dǎo)致后續(xù)外延生長鍺硅的工藝窗口變小。因此，需要提出一種方法，以便形成底部區(qū)域較寬的Σ狀鍺硅層。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括:提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成有柵極結(jié)構(gòu)；在所述半導(dǎo)體襯底的源/漏區(qū)中形成碗狀凹槽；對所述碗狀凹槽進行縱向蝕刻，以在所述碗狀凹槽的底部區(qū)域形成一平底溝槽；蝕刻所述碗狀凹槽，以形成Σ狀凹槽；在所述Σ狀凹槽和所述平底溝槽中形成嵌入式鍺硅層。進一步，所述形成碗狀凹槽的過程包括:先對所述半導(dǎo)體襯底的源/漏區(qū)進行第一蝕刻以形成凹槽，然后對所述凹槽進行第二蝕刻。進一步，所述第一蝕刻為采用干法蝕刻工藝的縱向蝕刻。進一步，所述第二蝕刻為采用干法蝕刻工藝的各向同性蝕刻。進一步，所述縱向蝕刻為干法蝕刻。進一步，所述平底溝槽的深度為50-150埃。 進一步，所述形成Σ狀凹槽的蝕刻為濕法蝕刻。進一步，在所述濕法蝕刻后，所述溝槽的深度大于600埃。進一步，在所述濕法蝕刻后，所述溝槽的底部寬度大于150埃。進一步，采用外延生長工藝形成所述嵌入式鍺硅層。進一步，所述柵極結(jié)構(gòu)包括依次層疊的柵極介電層、柵極材料層和柵極硬掩蔽層。根據(jù)本發(fā)明，可以形成底部區(qū)域較寬的Σ狀凹槽，以擴大后續(xù)外延生長鍺硅的工
藝窗口。


本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。
附圖中:
圖1A為形成Σ狀鍺硅層的過程中所形成的碗狀凹槽的示意性剖面 圖1B為形成Σ狀鍺硅層的過程中所形成的Σ狀凹槽的示意性剖面 圖2A-圖2E為本發(fā)明提出的形成Σ狀鍺硅層的制作方法的各步驟的示意性剖面圖； 圖3為本發(fā)明提出的形成Σ狀鍺硅層的制作方法的流程圖。
具體實施例方式在下文的描述中，給出了大量具體的細節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細節(jié)而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進行描述。為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細的步驟，以便闡釋本發(fā)明提出的形成Σ狀鍺硅層的制作方法。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細節(jié)。本發(fā)明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發(fā)明還可以具有其他實施方式。應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個或多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。下面，以PMOS為例，參照圖2A-圖2E和圖3來描述本發(fā)明提出的形成Σ狀鍺硅層的制作方法的詳細步驟。參照圖2A-圖2E，其中示出了本發(fā)明提出的形成Σ狀鍺硅層的制作方法的各步驟的示意性剖面圖。首先，如圖2A所示，提供半導(dǎo)體襯底200，所述半導(dǎo)體襯底200的構(gòu)成材料可以采用未摻雜的單晶硅、摻雜有雜質(zhì)的單晶硅、絕緣體上硅(SOI)等。作為示例，在本實施例中，半導(dǎo)體襯底200選用單晶硅材料構(gòu)成。在所述半導(dǎo)體襯底200中還可以形成有隔離槽、埋層(圖中未示出)等。此外，對于PMOS而言，所述半導(dǎo)體襯底200中還可以形成有N阱(圖中未示出)，并且在形成柵極結(jié)構(gòu)之前，可以對整個N阱進行一次小劑量硼注入，用于調(diào)整PMOS的閾值電壓Vth。在所述半導(dǎo)體襯底200上形成有柵極結(jié)構(gòu)，作為一個示例，所述柵極結(jié)構(gòu)可包括自下而上依次層疊的柵極介電層、柵極材料層和柵極硬掩蔽層。柵極介電層可包括氧化物，如，二氧化硅(SiO2)層。柵極材料層可包括多晶硅層、金屬層、導(dǎo)電性金屬氮化物層、導(dǎo)電性金屬氧化物層和金屬硅化物層中的一種或多種，其中，金屬層的構(gòu)成材料可以是鎢(W)、鎳(Ni)或鈦(Ti);導(dǎo)電性金屬氮化物層可包括氮化鈦(TiN)層；導(dǎo)電性金屬氧化物層可包括氧化銥(IrO2)層；金屬硅化物層可包括硅化鈦(TiSi)層。柵極硬掩蔽層可包括氧化物層、氮化物層、氮氧化物層和無定形碳中的一種或多種，其中，氧化物層可包括硼磷硅玻璃(BPSG)、磷硅玻璃(PSG)、正硅酸乙酯(TE0S)、未摻雜硅玻璃(USG)、旋涂玻璃(S0G)、高密度等離子體(HDP)或旋涂電介質(zhì)(S0D);氮化物層可包括氮化硅(Si3N4)層；氮氧化物層可包括氮氧化硅(SiON)層。作為另一示例，所述柵極結(jié)構(gòu)可以是半導(dǎo)體-氧化物-氮化物-氧化物-半導(dǎo)體(SONOS)層疊柵結(jié)構(gòu)。
此外，作為示例，在所述半導(dǎo)體襯底200上還形成有位于柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)且緊靠柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁結(jié)構(gòu)。其中，所述側(cè)壁結(jié)構(gòu)可以包括至少一層氧化物層和/或至少一層氮化物層。接著，如圖2B所示，在所述半導(dǎo)體襯底200的源/漏區(qū)中形成碗狀凹槽201。形成所述碗狀凹槽201的工藝步驟包括:先采用干法蝕刻工藝對所述半導(dǎo)體襯底200進行縱向蝕刻，以在所述半導(dǎo)體襯底200的源/漏區(qū)中形成凹槽，所述凹槽的深度為100-150埃，所采用的蝕刻氣體主要為HBr氣體，功率300-500W，偏壓50-200V，溫度40_60°C，時間根據(jù)蝕刻深度而定；接下來，采用各向同性的干法蝕刻工藝繼續(xù)蝕刻所述凹槽，是所述凹槽轉(zhuǎn)變?yōu)樗鐾霠畎疾?01，其中，所述碗狀凹槽201最深處的深度為350-450埃，其側(cè)壁向所述半導(dǎo)體襯底200的溝道區(qū)凹進的深度為100-200埃，采用Cl2和NF3作為主蝕刻氣體，功率100-500W，偏壓 0-10V，溫度 40-60°C，時間 5_50s。接著，如圖2C所示，采用干法蝕刻工藝對所述碗狀凹槽201進行縱向蝕刻，以在所述碗狀凹槽201的底部區(qū)域形成一平底溝槽202。所述平底溝槽202的深度為50-150埃。此步驟所采用的干法蝕刻工藝的工藝條件與前述縱向蝕刻所采用的干法蝕刻工藝的工藝條件相同。接著，如圖2D所示，采用濕法蝕刻工藝蝕刻所述碗狀凹槽201，以形成Σ狀凹槽203。利用所述濕法蝕刻的蝕刻劑在所述半導(dǎo)體襯底200的材料的不同晶向上的蝕刻速率不同的特性(100和110晶向的蝕刻速率高于111晶向的蝕刻速率)，擴展蝕刻所述碗狀凹槽201以形成所述Σ狀凹槽203。所述濕法蝕刻的溫度為30-60°C，時間依據(jù)所述Σ狀凹槽203的期望尺寸而定，一般為100-300S。在所述濕法蝕刻過程結(jié)束后，所述溝槽202的深度大于600埃，所述溝槽202的底部寬度大于150埃，由此可以為后續(xù)采用外延生長工藝形成嵌入式鍺硅層預(yù)留足夠大的工藝窗口。接著，如圖2E所示，采用外延生長工藝在所述Σ狀凹槽203和所述溝槽202中形成嵌入式鍺硅層204。所述外延生長工藝可以采用低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)、超高真空化學(xué)氣相沉積(UHVCVD)、快速熱化學(xué)氣相沉積(RTCVD)和分子束外延(MBE)中的一種。至此，完成了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的方法實施的全部工藝步驟，接下來，可以通過后續(xù)工藝完成整個半導(dǎo)體器件的制作，所述后續(xù)工藝與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體器件加工工藝完全相同。本發(fā)明提出的工藝方法操作簡便，具有很高的可重復(fù)性，與現(xiàn)有的半導(dǎo)體制造工藝的流程相兼容。根據(jù)本發(fā)明，可以形成底部區(qū)域較寬的Σ狀凹槽，以擴大后續(xù)外延生長鍺硅的工藝窗口。參照圖3，其中示出了本發(fā)明提出的的流程圖，用于簡要示出整個制造工藝的流程。在步驟301中，提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成有柵極結(jié)構(gòu)；
在步驟302中，在所述半導(dǎo)體襯底的源/漏區(qū)中形成碗狀凹槽；
在步驟303中，對所述碗狀凹槽進行縱向蝕刻，以在所述碗狀凹槽的底部區(qū)域形成一平底溝槽；
在步驟304中，蝕刻所述碗狀凹槽，以形成Σ狀凹槽；
在步驟305中，在所述Σ狀凹槽和所述平底溝槽中形成嵌入式鍺硅層。
本發(fā)明已經(jīng)通過上述實施例進行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括: 提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成有柵極結(jié)構(gòu)； 在所述半導(dǎo)體襯底的源/漏區(qū)中形成碗狀凹槽； 對所述碗狀凹槽進行縱向蝕刻，以在所述碗狀凹槽的底部區(qū)域形成一平底溝槽； 蝕刻所述碗狀凹槽，以形成Σ狀凹槽； 在所述Σ狀凹槽和所述平底溝槽中形成嵌入式鍺硅層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成碗狀凹槽的過程包括:先對所述半導(dǎo)體襯底的源/漏區(qū)進行第一蝕刻以形成凹槽，然后對所述凹槽進行第二蝕刻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一蝕刻為采用干法蝕刻工藝的縱向蝕刻。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二蝕刻為采用干法蝕刻工藝的各向同性蝕刻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述縱向蝕刻為干法蝕刻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述平底溝槽的深度為50-150埃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成Σ狀凹槽的蝕刻為濕法蝕刻。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在所述濕法蝕刻后，所述溝槽的深度大于600 埃。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在所述濕法蝕刻后，所述溝槽的底部寬度大于150埃。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采用外延生長工藝形成所述嵌入式鍺硅層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述柵極結(jié)構(gòu)包括依次層疊的柵極介電層、柵極材料層和柵極硬掩蔽層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成有柵極結(jié)構(gòu)；在所述半導(dǎo)體襯底的源/漏區(qū)中形成碗狀凹槽；對所述碗狀凹槽進行縱向蝕刻，以在所述碗狀凹槽的底部區(qū)域形成一平底溝槽；蝕刻所述碗狀凹槽，以形成∑狀凹槽；在所述∑狀凹槽和所述平底溝槽中形成嵌入式鍺硅層。根據(jù)本發(fā)明，可以形成底部區(qū)域較寬的∑狀凹槽，以擴大后續(xù)外延生長鍺硅的工藝窗口。
文檔編號H01L21/336GK103151264SQ201110400600
公開日2013年6月12日 申請日期2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者隋運奇, 韓秋華 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司