專利名稱：一種硅刻蝕工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及CMOS半導(dǎo)體器件制造工藝，尤其涉及一種結(jié)合離子注入工藝?yán)昧姿峥涛g硅的方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體技術(shù)中，提高半導(dǎo)體器件的性能是一個(gè)很重要的課題。隨著器件特征尺寸的不斷縮小，以硅作為溝道材料的CMOS器件的遷移率越來越低，已經(jīng)無法滿足器件性能的不斷提升的要求，因此就需要引入應(yīng)變工程來提高硅材料的遷移率，或者是直接采用其它的遷移率比較高的材料來代替硅作為器件的溝道材料，比如鍺等，而由于硅工藝及設(shè)備非常成熟，考慮成本和兼容性的要求，就需要以硅晶圓作為載體僅在表面處使用新材料做為器件層。傳統(tǒng)工藝中，通過干法刻蝕的方法對Si進(jìn)行刻蝕，然后在形成的界面通過外延生長的方式形成新的溝道材料。但傳統(tǒng)干法刻蝕工藝復(fù)雜，會(huì)對Si表面造成破壞而且會(huì)生成氧化層，需要經(jīng)過后續(xù)的工藝對其 進(jìn)行修復(fù)。圖1A-圖1E為傳統(tǒng)硅刻蝕工藝的步驟圖，如圖1A所示，首先，在一單晶硅I’上制備一層保護(hù)層2’，該保護(hù)層2’覆蓋于單晶硅I’之上；如圖1B所示，在保護(hù)層2’上制備一層光阻層3’，使得光阻層3’覆蓋于單晶硅I’的表面；如圖1C所示，對光阻層3’進(jìn)行光刻工藝，使得光阻層3’形成生產(chǎn)所需要的圖案；如圖1D所示，對暴露的保護(hù)層2’以及其下方的部分單晶硅I’進(jìn)行干法刻蝕，從而在單晶硅I’內(nèi)形成所需要的溝槽；如圖1E所示，最后，去除覆蓋于保護(hù)層2’之上的剩余光阻層3’。中國專利(公開號(hào):CN101226899A)公開了一種包括半導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體集成電路器件。該器件具有覆蓋半導(dǎo)體襯底的電介質(zhì)層以及覆蓋電介質(zhì)層的柵極結(jié)構(gòu)。該器件還具有位于柵極結(jié)構(gòu)附近內(nèi)的半導(dǎo)體襯底的一部分內(nèi)的溝道區(qū)域；以及半導(dǎo)體襯底中的輕摻雜源極區(qū)域/漏極區(qū)域，以在部分柵極結(jié)構(gòu)下方形成擴(kuò)散的袋狀區(qū)域。該器件還具有位于柵極結(jié)構(gòu)邊緣上的側(cè)壁間隔層。該器件還具有蝕刻的源極區(qū)域和蝕刻的漏極區(qū)域。第一源極區(qū)域和第一漏極區(qū)域的每一個(gè)特征在于:凹陷區(qū)域具有基本垂直壁、底部區(qū)域以及將垂直壁連接到底部區(qū)域的圓形拐角區(qū)域。底切區(qū)域位于凹陷區(qū)域的每個(gè)內(nèi)。該器件的凹陷區(qū)域的一個(gè)或多個(gè)暴露表面免于和各向異性刻蝕工藝相關(guān)的任何損傷。硅鍺材料形成于源極區(qū)域和漏極區(qū)域中，以填充蝕刻的源極區(qū)域和蝕刻的漏極區(qū)域。源極區(qū)域和漏極區(qū)域之間的溝道區(qū)域特征在于應(yīng)變區(qū)域。應(yīng)變區(qū)域?yàn)橹辽購脑礃O區(qū)域和漏極區(qū)域中形成的硅鍺材料的受壓模式。中國專利(公開號(hào):CN102479818A)公開了一種半導(dǎo)體器件，包括襯底、位于襯底中的溝道區(qū)、位于溝道區(qū)兩側(cè)的源漏區(qū)、位于溝道區(qū)上的柵極結(jié)構(gòu)、位于柵極結(jié)構(gòu)周圍的柵極側(cè)墻，其特征在于:源漏區(qū)由外延生長的超薄金屬硅化物構(gòu)成，源漏區(qū)與溝道區(qū)的界面處具有摻雜離子的分離凝結(jié)區(qū)。在半導(dǎo)體工藝中，磷酸化學(xué)液和離子注入都是比較常見和比較成熟的工藝。磷酸通常用來進(jìn)行氮化硅的刻蝕，而離子注入技術(shù)更是半導(dǎo)體工藝中不可或缺的技術(shù)。如果能夠?qū)⑦@兩種技術(shù)加以結(jié)合并應(yīng)用于硅的刻蝕中去，便能夠克服單一干法刻蝕和單一濕法刻蝕中所存在的不足。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明提供一種硅刻蝕工藝。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:—種娃刻蝕工藝,應(yīng)用于一娃襯底上，所述娃襯底的上表面覆蓋有一層保護(hù)膜，其中，包括以下步驟:旋涂光刻膠覆蓋所述保護(hù)膜的上表面，曝光、顯影后，去除多余的光刻膠，于所述保護(hù)膜的上表面形成具有刻蝕圖形的光阻；以所述光阻為掩膜，刻蝕所述保護(hù)膜至所述硅襯底的上表面；繼續(xù)離子注入工藝，于所述硅襯底中形成摻雜區(qū)；去除所述光阻后，以剩余的所述保護(hù)膜為掩膜刻蝕所述摻雜區(qū)，形成溝槽。所述的硅刻蝕工藝，其中，采用濕法刻蝕工藝刻蝕所述摻雜區(qū)。所述的硅刻蝕工藝，其中，采用磷酸化學(xué)液進(jìn)行所述濕法刻蝕工藝。所述的硅刻蝕工藝，其中，通過所述離子注入工藝中的注入離子類型控制所述濕法刻蝕的速率；通過所述磷酸化學(xué)液的溫度控制所述濕法刻蝕的速率。所述的硅刻蝕工藝，其中，所述保護(hù)膜的材質(zhì)為二氧化硅。所述的硅刻蝕工藝，其中，采用化學(xué)氣相淀積工藝制備所述保護(hù)膜。所述的硅刻蝕工藝，其中，所述摻雜區(qū)的形狀通過所述離子注入的注入方向和注入深度來控制。所述的硅刻蝕工藝，其中，采用干法刻蝕工藝去除所述保護(hù)膜。所述的硅刻蝕工藝，其中，采用干法去膠工藝去除所述光阻。所述的硅刻蝕工藝，其中，采用濕法去膠工藝去除所述光阻。上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果:本發(fā)明通過將離子注入的工藝引入到硅刻蝕的工藝步驟中，并且將傳統(tǒng)的干法刻蝕替換為磷酸濕法刻蝕，由于單晶硅層中經(jīng)注入離子的區(qū)域與磷酸反應(yīng)的速率和未經(jīng)離子注入的單晶硅區(qū)域與磷酸反應(yīng)的速率具有明顯的不同，經(jīng)過離子注入的區(qū)域與磷酸反應(yīng)的速率更快，因而使得在整個(gè)硅刻蝕工藝中的刻蝕效果能夠得到更好的控制，且本發(fā)明方法的工藝相較傳統(tǒng)硅刻蝕工藝中的干法刻蝕過程更為簡單。


參考所附附圖，以更加充分的描述本發(fā)明的實(shí)施例。然而，所附附圖僅用于說明和闡述，并不構(gòu)成對本發(fā)明范圍的限制。圖1A是現(xiàn)有技術(shù)硅刻蝕方法中在單晶硅上制備保護(hù)膜后的器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖1B是現(xiàn)有技術(shù)硅刻蝕方法中在保護(hù)膜上制備光阻層后的器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖1C是現(xiàn)有技術(shù)硅刻蝕方法中在光阻層上形成圖案后的器件結(jié)構(gòu)示意圖1D是現(xiàn)有技術(shù)硅刻蝕方法中對保護(hù)膜和單晶硅層進(jìn)行干法刻蝕后器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖1E現(xiàn)有技術(shù)硅刻蝕方法中去除剩余光阻層后的器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖2A是本發(fā)明方法實(shí)施例中在單晶硅上制備保護(hù)膜后的器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖2B是本發(fā)明方法實(shí)施例中在保護(hù)膜上制備光阻層后的器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖2C是本發(fā)明方法實(shí)施例中在光阻層上形成圖案后的器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖2D是本發(fā)明方法實(shí)施例中刻蝕部分保護(hù)膜后的器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖2E是本發(fā)明方法實(shí)施例中進(jìn)行離子注入后的器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖2F是本發(fā)明方法實(shí)施例中對剩余光阻層進(jìn)行去除后的器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖2G是本發(fā)明方法實(shí)施例中進(jìn)行磷酸刻蝕后的器件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是一種硅刻蝕工藝，更具體的說是一種結(jié)合離子注入工藝進(jìn)行磷酸刻蝕硅的方法，本發(fā)明方法的具體實(shí)施方式
如下:圖2A是本發(fā)明方法實(shí)施例中在單晶硅上制備保護(hù)膜后的器件結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2A所示，在需要被刻蝕的單晶硅襯底I上制備保護(hù)膜2，該保護(hù)膜2覆蓋于單晶硅襯底I的表面。其中，制備的保護(hù)膜2可以是氧化層或是氮化硅或是其他材料的保護(hù)膜，優(yōu)選的，可采用二氧化硅層，二氧化硅氧化層是半導(dǎo)體制造工藝中一種常見的氧化保護(hù)膜，二氧化硅的穩(wěn)定性極高，除了氫氟酸外和別的酸幾乎不起作用，且不溶于水，并且，具有一定厚度的二氧化硅膜在一定的溫度和一定的時(shí)間內(nèi)能夠阻止硼、磷、砷等雜質(zhì)源的侵入。制備二氧化硅層的過程中可采用熱生長氧化工藝、化學(xué)氣相淀積工藝、熱分解淀積工藝和濺射工藝等來制備。圖2B是本發(fā)明方法實(shí)施例中在保護(hù)膜上制備光阻層后的器件結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2B所示，在先前制備的保護(hù)膜2的表面制備一層光阻層3 (Photoresist)，該光阻層3覆蓋于保護(hù)膜2的上表面。圖2C是本發(fā)明方法實(shí)施例中在光阻層上形成圖案后的器件結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2C所示，接著對該光阻層3進(jìn)行曝光工藝，對涂有光刻膠的單晶硅襯底I進(jìn)行選擇性的光照，使用顯影液將曝光后的單晶硅襯底I表面保護(hù)膜2上的相應(yīng)光刻膠膜溶除干凈，在一定的溫度下對顯影后的光刻膠進(jìn)行烘干處理，將顯影工藝完成后硅片上殘留的顯影液和水分去除。在完成了該步驟后，光阻層3可以形成需要的圖案。其中，光阻層3可以采用正向光阻，也可采用負(fù)向光阻，采用正、負(fù)向的光阻均涵蓋于本發(fā)明之中。在形成了光阻層3的圖案后，保護(hù)膜上的光阻會(huì)相應(yīng)的減少，根據(jù)具體生產(chǎn)工藝的要求，光阻層3上的相應(yīng)部分被選擇性的去除。圖2D是本發(fā)明方法實(shí)施例中刻蝕部分保護(hù)膜后的器件結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2D所示，刻蝕位于光阻層3被去除部分下方的保護(hù)膜2，使光阻層的殘留部分與其下方的保護(hù)膜2的殘留部分向?qū)?yīng)。圖2E是本發(fā)明方法實(shí)施例中進(jìn)行離子注入后的器件結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2E所示，在完成保護(hù)膜2的刻蝕之后，進(jìn)行離子注入工藝，對單晶硅襯底I的暴露部分進(jìn)行離子注入，使得在單晶硅襯底I暴露的表面和一定深度處形成離子注入?yún)^(qū)域4。其中，對于離子注入的深度和方向，可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需要進(jìn)行變化，其注入的離子類型也可根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)需要進(jìn)行選擇。在此步驟中，可通過離子注入機(jī)完成離子注入的工藝過程。圖2F是本發(fā)明方法實(shí)施例中對剩余光阻層進(jìn)行去除后的器件結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2F所示，在完成了上述的離子注入步驟后，對保護(hù)膜2上覆蓋的光阻層3進(jìn)行去除，在此過程中可采用干法刻蝕工藝或者濕法刻蝕工藝進(jìn)行光阻層3的去除，對于具體的光阻層3去除的方法可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需要來進(jìn)行選擇。圖2G是本發(fā)明方法實(shí)施例中進(jìn)行磷酸刻蝕后的器件結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2G所示，在去除了保護(hù)膜2上的剩余光阻層3之后，將單晶硅襯底I浸泡于磷酸液之中，磷酸液開始對單晶硅襯底I中不被保護(hù)膜保護(hù)的部分進(jìn)行刻蝕，在刻蝕的過程中，磷酸液從與之直接接觸的單晶硅襯底I表面開始刻蝕，并且沿著離子注入所形成的區(qū)域進(jìn)行刻蝕，最終實(shí)現(xiàn)將離子注入部分的單晶硅全部刻蝕掉，從而形成溝槽。磷酸液與離子注入過的單晶硅區(qū)域反應(yīng)速率明顯高于未進(jìn)行過離子注入的單晶硅區(qū)域，因此，在刻蝕的過程中能夠有效控制刻蝕的方向和區(qū)域，以實(shí)現(xiàn)特定的工藝要求。綜上所述，本發(fā)明一種磷酸刻蝕硅的方法，是通過將半導(dǎo)體生產(chǎn)制造工藝中常用的磷酸濕法刻蝕工藝與離子注入工藝進(jìn)行巧妙地結(jié)合，并應(yīng)用于硅的刻蝕中。離子注入工藝的加入使得本發(fā)明的磷酸硅刻蝕方法雖為濕法刻蝕，但依然保證了良好的精確度和可控性。無需像傳統(tǒng)的干法刻蝕硅那樣，需要在后續(xù)的工藝中對刻蝕過程中損傷的硅表面進(jìn)行修復(fù)。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，閱讀上述說明后，各種變化和修正無疑將顯而易見。因此，所附的權(quán)利要求書應(yīng)看作是涵蓋本發(fā)明的真實(shí)意圖和范圍的全部變化和修正。在權(quán)利要求書范圍內(nèi)任何和所有等價(jià)的范圍與內(nèi)容，都應(yīng)認(rèn)為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種硅刻蝕工藝，應(yīng)用于一硅襯底上，所述硅襯底的上表面覆蓋有一層保護(hù)膜，其特征在于，包括以下步驟: 旋涂光刻膠覆蓋所述保護(hù)膜的上表面，曝光、顯影后，去除多余的光刻膠，于所述保護(hù)膜的上表面形成具有刻蝕圖形的光阻； 以所述光阻為掩膜，刻蝕所述保護(hù)膜至所述硅襯底的上表面； 繼續(xù)離子注入工藝，于所述硅襯底中形成摻雜區(qū)； 去除所述光阻后，以剩余的所述保護(hù)膜為掩膜刻蝕所述摻雜區(qū)，形成溝槽。
2.如權(quán)利要求1所述的硅刻蝕工藝，其特征在于，采用濕法刻蝕工藝刻蝕所述摻雜區(qū)。
3.如權(quán)利要求2所述的硅刻蝕工藝，其特征在于，采用磷酸化學(xué)液進(jìn)行所述濕法刻蝕工藝。
4.如權(quán)利要求3所述的硅刻蝕工藝，其特征在于，通過所述離子注入工藝中的注入離子類型控制所述濕法刻蝕的速率； 通過所述磷酸化學(xué)液的溫度控制所述濕法刻蝕的速率。
5.如權(quán)利要求1所述的硅刻蝕工藝，其特征在于，所述保護(hù)膜的材質(zhì)為二氧化硅。
6.如權(quán)利要求5所述的硅刻蝕工藝，其特征在于，采用化學(xué)氣相淀積工藝制備所述保護(hù)膜。
7.如權(quán)利要求1所述的硅刻蝕工藝，其特征在于，所述摻雜區(qū)的形狀通過所述離子注入的注入方向和注入深度來控制。
8.如權(quán)利要求1所述的硅刻蝕工藝，其特征在于，采用干法刻蝕工藝去除所述保護(hù)膜。
9.如權(quán)利要求1所述的硅刻蝕工藝，其特征在于，采用干法去膠工藝去除所述光阻。
10.如權(quán)利要求1所述的硅刻蝕工藝，其特征在于，采用濕法去膠工藝去除所述光阻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種硅刻蝕工藝，應(yīng)用于一硅襯底上，所述硅襯底的上表面覆蓋一層保護(hù)膜，包括如下步驟旋涂光刻膠覆蓋所述保護(hù)膜的上表面，經(jīng)曝光、顯影后去除多余的光刻膠，于所述保護(hù)膜的上表面形成具有刻蝕圖形的光阻；以所述光阻為掩膜，刻蝕所述保護(hù)膜至所述硅襯底的上表面；繼續(xù)離子注入工藝，于所述硅襯底中形成摻雜區(qū)；去除所述光阻后，以剩余的所述保護(hù)膜為掩膜刻蝕所述摻雜區(qū)，形成溝槽。本發(fā)明方法能夠使在整個(gè)硅刻蝕工藝中的刻蝕效果能夠得到更好的控制，且本發(fā)明方法的工藝相較傳統(tǒng)硅刻蝕工藝中的干法刻蝕過程更為簡單。
文檔編號(hào)H01L21/02GK103165435SQ20131008210
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月14日
發(fā)明者李芳 , 劉文燕, 黃耀東 申請人:上海華力微電子有限公司