專利名稱：Pmos硅基底凹陷工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體元器件制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種PMOS硅基底凹陷工藝。
背景技術(shù)：
目前，由于硅鍺聚合物的晶格常數(shù)(lattice constant)在壓縮應(yīng)力的作用下減 小，從而提高空穴遷移率進而升高驅(qū)動電流的強度。將硅鍺聚合體與硅相比較，采用硅鍺聚 合體時源漏極注入的離子具有更高的活性，因而硅鍺聚合體構(gòu)成的源漏極的電阻更低，最 后制成的P型金屬氧化物半導(dǎo)體管(PM0Q具有更好的性能。并且，通過改變硅鍺聚合體中 Ge的濃度，該技術(shù)可以應(yīng)用于較小尺寸的制程。結(jié)合圖Ia至圖lf，對現(xiàn)有技術(shù)PMOS硅基底凹陷工藝進行說明，其包括以下步驟步驟11，在半導(dǎo)體襯底101上生成柵氧化層102，接著在該柵氧化層102上沉積 多晶硅層103，然后為了減少對多晶硅層進行摻雜時離子對多晶硅層的損傷，在多晶硅層 103上先生長一層接觸氧化硅層104，再對多晶硅層103進行離子摻雜，接著在接觸氧化硅 層104上沉積硬掩膜層105，為氮化硅層。最后，在硬掩膜層105上形成圖案化的光阻膠層 106，定義多晶硅層103所形成的柵極的位置。如圖Ia所示。其中半導(dǎo)體襯底為硅基底。步驟12，如圖Ib所示，以圖案化的光阻膠層106為掩膜，依次刻蝕硬掩膜層105、 接觸氧化硅層104、多晶硅層103及柵氧化層102，并去除圖案化的光阻膠層106。步驟13，如圖Ic所示，在上述結(jié)構(gòu)的表面，即半導(dǎo)體襯底101、硬掩膜層105的表 面，及柵氧化層102、多晶硅層103、接觸氧化硅層104和硬掩膜層105的側(cè)面，沉積氧化層 107，再在氧化層107的表面沉積氮化層108。其中，氧化層107和氮化層108的厚度用于在 形成側(cè)壁層后，定義后續(xù)多晶硅層103與硅基底凹陷中外延生長硅鍺聚合體的距離。步驟14，如圖Id所示，干法異向刻蝕氮化層108，形成位于柵氧化層102、多晶硅層 103、接觸氧化硅層104和硬掩膜層105兩側(cè)的側(cè)壁層，刻蝕停止在107的表面。步驟15、如圖Ie所示，干法異向刻蝕氧化層107，形成位于柵氧化層102、多晶硅層 103、接觸氧化硅層104和硬掩膜層105兩側(cè)的側(cè)壁層，刻蝕停止在半導(dǎo)體襯底101的表面， 此外將對硬掩膜層105造成一定的刻蝕。繼而刻蝕具有側(cè)壁層的多晶硅層兩側(cè)的半導(dǎo)體襯 底101，形成硅基底凹陷區(qū)109。步驟16，如圖If所示，在硅基底凹陷區(qū)109中外延生長硅鍺聚合體，即硅鍺聚合體 填充在凹陷區(qū)內(nèi)，最后以所述硅鍺聚合體為基礎(chǔ)，進行深離子注入形成源漏極，PMOS形成源 漏極時注入元素類型為P型，即硼、氟化硼等。其中，硅基底凹陷區(qū)109與多晶硅層103之 間的水平距離為氧化層107和氮化層108經(jīng)異向刻蝕之后形成的復(fù)合側(cè)壁層厚度。需要注意的是，在干法異向刻蝕氧化層107的過程中，由于刻蝕氣體一般為四氟 化碳，對氧化物和氮化物的選擇比不高，選擇比一般在1. 5 1，在刻蝕完顯露出的，位于硬 掩膜層105表面的氧化層107之后，很難停止刻蝕，導(dǎo)致很大部分的氮化層108形成的側(cè)壁 層，以及硬掩膜層105都被嚴(yán)重損耗。如果氮化層108形成的側(cè)壁層的厚度沒有足夠厚，對 其里面的多晶硅層103保護不夠的話，在步驟16中外延生長硅鍺聚合體的時候，鍺離子會同時打到相當(dāng)薄的氮化層108上，很容易滲透到其里面的多晶硅層，形成硅鍺聚合物，在外 延生長的整個過程中，硅鍺聚合物會在PMOS結(jié)構(gòu)上越堆越多，形成蘑菇頭缺陷(mushroom head defect)，如圖2中橢圓內(nèi)所示的絮狀蘑菇頭缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是克服PMOS結(jié)構(gòu)上的蘑菇頭缺陷。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明公開了一種P型金屬氧化物半導(dǎo)體管硅基底凹陷工藝，該方法包括在半導(dǎo)體襯底上依次形成柵氧化層、多晶硅層和接觸氧化硅層；所述半導(dǎo)體襯底 為硅基底；對所述多晶硅層摻雜之后，在所述接觸氧化硅層的表面形成低溫氧化物層；在所述低溫氧化物層的表面形成圖案化的光阻膠層，定義所述多晶硅層形成柵極 的位置；以圖案化的光阻膠層為掩膜，依次刻蝕低溫氧化物層、接觸氧化硅層、多晶硅層及 柵氧化層，并去除圖案化的光阻膠層；在半導(dǎo)體襯底、低溫氧化物層的表面，及柵氧化層、多晶硅層、接觸氧化硅層和低 溫氧化物層的側(cè)面，沉積氮化層；干法異向刻蝕氮化層，形成位于柵氧化層、多晶硅層、接觸氧化硅層和低溫氧化物 層兩側(cè)的側(cè)壁層；刻蝕具有側(cè)壁層的多晶硅層兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底，形成硅基底凹陷區(qū)；在硅基底凹陷區(qū)中外延生長硅鍺聚合體；以所述硅鍺聚合體為基礎(chǔ)，進行P型離 子注入形成源漏極。所述低溫氧化物層為干法異向刻蝕氮化層時的刻蝕終止層。由上述的技術(shù)方案可見，本發(fā)明在PMOS硅基底凹陷工藝中，在接觸氧化硅層的表 面沉積致密的低溫氧化物層，而不是硬掩膜氮化層，而且用于形成側(cè)壁層的只有單層的氮 化層，在與現(xiàn)有技術(shù)復(fù)合側(cè)壁層沉積厚度相同的情況下，本發(fā)明刻蝕氮化層形成側(cè)壁層之 后的厚度明顯比現(xiàn)有技術(shù)刻蝕復(fù)合側(cè)壁層的厚，側(cè)壁層留有足夠的厚度就可以對其里面的 多晶硅層形成保護，從而有效防止外延生長硅鍺聚合體的時候，鍺滲透到多晶硅層，形成硅 鍺聚合物，進而形成mushroom head defect。


圖Ia至圖If為現(xiàn)有技術(shù)PMOS硅基底凹陷工藝的具體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為硅基底凹陷工藝完成之后，具有蘑菇頭缺陷的PM0S。圖3為本發(fā)明PMOS硅基底凹陷工藝的流程示意圖。圖如至圖如為本發(fā)明PMOS硅基底凹陷工藝的具體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案、及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例， 對本發(fā)明進一步詳細說明。本發(fā)明的核心思想是公開了一種P型金屬氧化物半導(dǎo)體管硅基底凹陷工藝，該方法包括在半導(dǎo)體襯底上依次形成柵氧化層、多晶硅層和接觸氧化硅層；所述半導(dǎo)體襯底 為硅基底；對所述多晶硅層摻雜之后，在所述接觸氧化硅層的表面形成低溫氧化物層；在所述低溫氧化物層的表面形成圖案化的光阻膠層，定義所述多晶硅層形成柵極 的位置；以圖案化的光阻膠層為掩膜，依次刻蝕低溫氧化物層、接觸氧化硅層、多晶硅層及 柵氧化層，并去除圖案化的光阻膠層；在半導(dǎo)體襯底、低溫氧化物層的表面，及柵氧化層、多晶硅層、接觸氧化硅層和低 溫氧化物層的側(cè)面，沉積氮化層；干法異向刻蝕氮化層，形成位于柵氧化層、多晶硅層、接觸氧化硅層和低溫氧化物 層兩側(cè)的側(cè)壁層；刻蝕具有側(cè)壁層的多晶硅層兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底，形成硅基底凹陷區(qū)；在硅基底凹陷區(qū)中外延生長硅鍺聚合體；以所述硅鍺聚合體為基礎(chǔ)，進行P型離 子注入形成源漏極。具體地，本發(fā)明PMOS硅基底凹陷工藝的流程示意圖如圖3所示，下面結(jié)合圖如至 圖如對方法制作中的具體結(jié)構(gòu)示意圖詳細進行說明。步驟31，在半導(dǎo)體襯底101上生成柵氧化層102，接著在該柵氧化層102上沉積多 晶硅層103，然后為了減少對多晶硅層進行摻雜時離子對多晶硅層的損傷，在多晶硅層103 上先生長一層接觸氧化硅層104，再對多晶硅層103進行離子摻雜，接著在接觸氧化硅層 104上沉積低溫氧化物層(LTO) 305，LTO的成分為氧化硅，由于采用了低溫下的沉積方法所 以比較致密，可以用來作為刻蝕PMOS硅基底凹陷區(qū)時的硬掩膜層。最后，在LT0305上形成 圖案化的光阻膠層106，定義多晶硅層103所形成的柵極的位置。如圖如所示。其中半導(dǎo) 體襯底為硅基底。步驟32，如圖4b所示，以圖案化的光阻膠層106為掩膜，依次刻蝕LT0305、接觸氧 化硅層104、多晶硅層103及柵氧化層102，并去除圖案化的光阻膠層106。步驟33，如圖如所示，在上述結(jié)構(gòu)的表面，即半導(dǎo)體襯底101、LT0305的表面，及 柵氧化層102、多晶硅層103、接觸氧化硅層104和LT0305的側(cè)面，沉積氮化層306，氮化層 306的厚度用于在形成側(cè)壁層后，定義后續(xù)多晶硅層103與硅基底凹陷中外延生長硅鍺聚 合體的距離。步驟34，如圖4d所示，干法異向刻蝕氮化層306，形成位于柵氧化層102、多晶硅層 103、接觸氧化硅層104和LT0305兩側(cè)的側(cè)壁層，繼而刻蝕具有側(cè)壁層的多晶硅層兩側(cè)的半 導(dǎo)體襯底101，形成硅基底凹陷區(qū)109。步驟35，如圖如所示，在硅基底凹陷區(qū)109中外延生長硅鍺聚合體，最后以所述硅 鍺聚合體為基礎(chǔ)，進行深離子注入形成源漏極，PMOS形成源漏極時注入元素類型為P型，即 硼、氟化硼等。其中，硅基底凹陷區(qū)109與多晶硅層103之間的水平距離為氮化層306經(jīng)異 向刻蝕之后形成的側(cè)壁層厚度。從上述方案中可以看出，與現(xiàn)有技術(shù)不同的是在接觸氧化硅層104的表面沉積 了致密的LT0305，而不是硬掩膜層，而且用于形成側(cè)壁層的只有單層的氮化層306。這樣刻 蝕氮化層306形成側(cè)壁層時，刻蝕氣體一般為C4F6，C4F8，C5F8，CH2F2，CHF3等，此類刻蝕氣體的特點是碳元素和氟元素的比例較高，對氮化物和氧化物的選擇比也較高，選擇比一 般在3 4，在刻蝕完LT0305表面的氮化層306之后，停止刻蝕很容易控制，不但LT0305的 厚度不會被嚴(yán)重損耗，而且更重要的是干法異向刻蝕氮化層306之后，側(cè)壁層可以保留很 好的形狀，即側(cè)壁層留有足夠的厚度對其里面的多晶硅層103形成保護，從而有效防止外 延生長硅鍺聚合體的時候，鍺滲透到多晶硅層，形成硅鍺聚合物，進而形成mushroom head defect。具體實施例中，通過本發(fā)明的方法，氮化層306形成側(cè)壁層之后，其厚度為120 130埃，而現(xiàn)有技術(shù)中氧化層107和氮化層108形成側(cè)壁層之后，其總共厚度只有75 80 埃。上述數(shù)值比較，足以說明現(xiàn)有技術(shù)方法的缺陷。按照現(xiàn)有技術(shù)中PMOS硅基底凹陷工藝的制作方法，mushroom headdefect非常嚴(yán) 重，經(jīng)缺陷掃描檢測，晶圓中mushroom head defect的數(shù)量為4000多顆(ea)，而通過本發(fā) 明的流程方法，晶圓中mushroom head defect的數(shù)量只有不到100多顆。另外，本發(fā)明的技術(shù)方案不但效果明顯，而且實現(xiàn)簡單，由于現(xiàn)有技術(shù)中采用硬掩 膜氮化層作為刻蝕PMOS硅基底凹陷區(qū)時的硬掩膜層，所以側(cè)壁層采用了氧化層107和氮化 層108的復(fù)合結(jié)構(gòu)，這樣，刻蝕形成氮化層108的側(cè)壁層時，刻蝕很容易在氧化層107上停 止，否則的話在該刻蝕過程中會大量損耗硬掩膜層105，而本發(fā)明省略了沉積氧化層107， 以及刻蝕氧化層107形成側(cè)壁層的步驟，節(jié)省了產(chǎn)出時間，提高了生產(chǎn)效率。需要說明的 是，本發(fā)明卻不會出現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中硬掩膜層被大量損耗的問題，這是因為本發(fā)明將LTO作 為刻蝕PMOS硅基底凹陷區(qū)時的硬掩膜層，刻蝕形成氮化層306的側(cè)壁層時，刻蝕很容易在 LTO上停止，所以采用本發(fā)明的方法實現(xiàn)起來更為簡單、高效。雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù) 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種P型金屬氧化物半導(dǎo)體管硅基底凹陷工藝，該方法包括在半導(dǎo)體襯底上依次形成柵氧化層、多晶硅層和接觸氧化硅層；所述半導(dǎo)體襯底為硅 基底；對所述多晶硅層摻雜之后，在所述接觸氧化硅層的表面形成低溫氧化物層； 在所述低溫氧化物層的表面形成圖案化的光阻膠層，定義所述多晶硅層形成柵極的位置；以圖案化的光阻膠層為掩膜，依次刻蝕低溫氧化物層、接觸氧化硅層、多晶硅層及柵氧 化層，并去除圖案化的光阻膠層；在半導(dǎo)體襯底、低溫氧化物層的表面，及柵氧化層、多晶硅層、接觸氧化硅層和低溫氧 化物層的側(cè)面，沉積氮化層；干法異向刻蝕氮化層，形成位于柵氧化層、多晶硅層、接觸氧化硅層和低溫氧化物層兩 側(cè)的側(cè)壁層；刻蝕具有側(cè)壁層的多晶硅層兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底，形成硅基底凹陷區(qū)；在硅基底凹陷區(qū)中外延生長硅鍺聚合體；以所述硅鍺聚合體為基礎(chǔ)，進行P型離子注 入形成源漏極。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述低溫氧化物層為干法異向刻蝕氮化層 時的刻蝕終止層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種P型金屬氧化物半導(dǎo)體管硅基底凹陷工藝在半導(dǎo)體襯底，即硅基底上依次形成柵氧化層、多晶硅層和接觸氧化硅層；對所述多晶硅層摻雜之后，在接觸氧化硅層的表面形成低溫氧化物層；在低溫氧化物層的表面形成圖案化的光阻膠層，定義所述多晶硅層形成柵極的位置；以圖案化的光阻膠層為掩模，依次刻蝕低溫氧化物層、接觸氧化硅層、多晶硅層及柵氧化層，并去除圖案化的光阻膠層；形成位于柵氧化層、多晶硅層、接觸氧化硅層和低溫氧化物層兩側(cè)的氮化硅側(cè)壁層；刻蝕具有側(cè)壁層的多晶硅層兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底，形成硅基底凹陷區(qū)；在硅基底凹陷區(qū)中外延生長硅鍺聚合體。該方法克服了PMOS結(jié)構(gòu)上的蘑菇頭缺陷。
文檔編號H01L21/336GK102110607SQ20091020099
公開日2011年6月29日 申請日期2009年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者王新鵬 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司