[发明专利]一种制作Sigma型锗硅沟槽的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造技术领域，涉及一种制作Sigma型锗硅沟槽的方法。

背景技术

在半导体技术领域中，随着纳米加工技术的迅速发展，晶体管的特征尺寸已进入纳米级。通过等比例缩小的方法来提高当前主流的硅CMOS器件的性能这一方式，受到越来越多的物理及工艺的限制。为了提高CMOS器件中NMOS和PMOS晶体管的性能，应力技术(stress engineering)越来越受到业界的关注。

在现有技术中，一般通过外延锗硅(SiGe)源漏引入沟道压应力(即锗硅技术)，利用源漏和沟道的晶格常数失配控制应变大小，进而改善空穴迁移率，来提高PMOS的性能。

如图1.1至1.7所示，图1.1至1.7为现有形成Sigma型锗硅沟槽的结构示意图，如图1.1所示，首先在具有PMOS区栅极2以及NMOS区栅极2的半导体衬底1上形成锗硅掩膜层3以及光刻胶4；如图1.2所示，对光刻胶4进行曝光显影；如图1.3所示，采用等离子刻蚀工艺在PMOS区衬底中刻蚀U型沟槽5；如图1.4所示，采用氧化工艺去除NMOS区的光刻胶4；如图1.5所示，采用TMAH(Tetramethylammonium Hydroxide四甲基氢氧化铵)处理形成Sigma型沟槽6；如图1.6所示，采用外延生长工艺在Sigma型沟槽6内进行锗硅7沉积；如图1.7所示，去除半导体衬底1上的锗硅掩膜层3。

在现有Sigma型锗硅沟槽的制作工艺中，图1.6中在在Sigma型沟槽内进行锗硅沉积之后，需要采用磷酸去除硅片表面的锗硅掩膜层，而此时，NMOS区栅极上的锗硅掩膜层的厚度最厚，其厚度大于PMOS区栅极上的锗硅掩膜层，同时也大于NMOS区栅极底部的锗硅掩膜层。去除这些锗硅掩膜层采用的磷酸的作用时间是由NMOS区栅极上最厚的锗硅掩膜层决定，即由NMOS区栅极顶层的锗硅掩膜层决定。在去除完NMOS区栅极顶层的锗硅掩膜层时，NMOS区栅极底部的锗硅掩膜层由于厚度较薄，早已去除且过多的磷酸作用时间导致其下方的硅衬底相应的过多的损失，如图1.7所示，进而影响器件性能。

因此，本领域技术人员亟需提供一种制作Sigma型锗硅沟槽的方法，减少在制作Sigma型锗硅沟槽过程中，由于PMOS区和NMOS区栅极顶层锗硅掩膜层厚度不均一，而去除锗硅掩膜层时导致NMOS区硅衬底的损失，进而提高NMOS器件性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种制作Sigma型锗硅沟槽的方法，减少在制作Sigma型锗硅沟槽过程中，由于PMOS区和NMOS区栅极顶层锗硅掩膜层厚度不均一，而导致的去除锗硅掩膜层时NMOS区硅衬底的损失，进而提高NMOS器件性能。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种制作Sigma型锗硅沟槽的方法，包括以下步骤：

步骤S01、在具有PMOS区栅极以及NMOS区栅极的半导体衬底上依次形成锗硅掩膜层、富碳填充层、富硅硬膜层以及光刻胶；

步骤S02、对所述光刻胶进行曝光显影，采用等离子刻蚀工艺刻蚀富硅硬膜层以及富碳填充层，并在PMOS区衬底中形成预设深度的U型沟槽；

步骤S03、去除PMOS区栅极顶层的富碳填充层以及NMOS区栅极顶层的富碳填充层；

步骤S04、对所述PMOS区栅极顶层的锗硅掩膜层以及NMOS区栅极顶层的锗硅掩膜层进行减薄刻蚀，并去除剩余的富碳填充层；

步骤S05、对所述U型沟槽采用预设浓度的TMAH进行处理以形成Sigma型沟槽；

步骤S06、在所述Sigma型沟槽内进行锗硅沉积；

步骤S07、去除剩余的锗硅掩膜层。

优选的，所述步骤S01中，富碳填充层的厚度为富硅硬膜层的厚度为光刻胶的厚度为

优选的，所述步骤S02中，等离子刻蚀工艺后，所述锗硅掩膜层的厚度为

优选的，所述步骤S02中，采用CF₄或CH₂F₂对富硅硬膜层进行等离子刻蚀工艺，然后采用O₂或SO₂对富碳填充层进行等离子刻蚀工艺，接着采用HBr或O₂对PMOS区衬底进行等离子刻蚀工艺，以在PMOS区衬底中形成预设深度的U型沟槽。

优选的，所述步骤S03中，采用O₂或SO₂对所述富碳填充层进行若干秒的等离子刻蚀工艺。