[发明专利]一种制作SIGMA型锗硅的沟槽及器件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，特别涉及一种制作SIGMA型锗硅的沟槽及器件的方法。

背景技术

在半导体制造工艺中，为提高PMOS器件载流子迁移率，业界普通采用锗硅沉积技术，在应力作用下，轻空穴带与重空穴带在布里渊区中心(价带顶)递减并消失，自旋-轨道分裂能增大，价带曲率半径变小，从而使得空穴的有效质量和带间散射几率都大大减小，迁移率得到明显改善。然而，当使用西格玛(SIGMA)型锗硅结构时，PMOS锗硅沟槽制作技术面临一种新的挑战，如图1-3所示，现有技术中制作SIGMA型锗硅沟槽的方法包括以下步骤：

S101，在衬底上形成有源层；

S102，在有源层上形成晶硅栅极层；

S103，形成晶硅栅极侧墙；

S104，形成锗硅硬掩模层；

S105，锗硅光刻；

S106，锗硅干法刻蚀形成U型沟槽；

S107，光刻胶干法剥离和湿法清洗；

S108，TMAH处理形成SIGMA型锗硅沟槽；

S109，锗硅外延沉积。

如图2所示，即在保证SIGMA型锗硅中部尖端(Tip)与栅极边缘垂直的情况下，又要保证锗硅体结构深度达到要求时，如何实现PMOS区的栅极底部到SIGMA型锗硅中部尖端的深度A的缩小，最大化锗硅对栅极沟道的压应力，提高了栅极沟道载流子迁移率，进而改善了PMOS器件的性能。如图1-3所示，目前的方法是在U型的锗硅沟槽上进行较深的等离子刻蚀，然后干法剥离光刻胶并湿法清洗，然后用四甲基氢氧化铵(TMAH)形成SIGMA型的锗硅沟槽，然后外延生长特定深度的锗硅。图2-3中附图标记如下，300为硅衬底，301为有源层，302为晶硅栅极，303为晶硅栅极侧墙，304为晶硅栅极硬掩膜，305为锗硅硬掩化膜，306为U型沟槽406，307为SIGMA型的锗硅沟槽，308为外延生长结构。这种方法虽然实现了特定深度的锗硅体结构，但是仍然不能缩小PMOS区的栅极底部到SIGMA型锗硅中部尖端的深度A，因为A的经验值大约为U型的锗硅沟槽上等离子刻蚀后的沟槽深度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供了一种非晶化离子注入制作SIGMA型锗硅沟槽的方法，以同时在保证SIGMA型锗硅中部尖端与栅极边缘垂直的情况下，PMOS区的栅极底部到SIGMA型锗硅中部尖端的深度的缩小，最大化锗硅对栅极沟道的压应力，提高了栅极沟道载流子迁移率，进而改善了PMOS器件的性能。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种非晶化离子注入制作SIGMA型锗硅沟槽的方法，包括以下步骤：

S201，在硅衬底上形成有源层；

S202，在有源层上形成晶硅栅极；

S203，形成晶硅栅极侧墙；

S204，形成锗硅硬掩化膜；

S205，锗硅光刻；

S206，锗硅干法刻蚀形成U型浅沟槽；

S207，对U型浅沟槽在常温下进行非晶化离子注入，使所述浅沟槽底部形成非晶化层；

S208，光刻胶干法剥离；

S209，TMAH处理形成SIGMA型锗硅沟槽；

S210，锗硅外延生长。

进一步的，本发明提供的非晶化离子注入制作SIGMA型锗硅沟槽的方法，在步骤S206中，锗硅干法刻蚀形成U型浅沟槽的深度小于不采用非晶化离子注入形成的沟槽的深度。

进一步的，本发明提供的非晶化离子注入制作SIGMA型锗硅沟槽的方法，在步骤S207中，非晶化离子注入的离子为Ⅳ族元素。

进一步的，本发明提供的非晶化离子注入制作SIGMA型锗硅沟槽的方法，所述的Ⅳ族元素为硅元素或者锗元素。

进一步的，本发明提供的非晶化离子注入制作SIGMA型锗硅沟槽的方法，离子注入能量范围为0.5K-10K，注入剂量范围为9.0E13/cm3-9.0E14/cm3，注入深度范围为

进一步的，本发明提供的非晶化离子注入制作SIGMA型锗硅沟槽的方法，在步骤207中，离子注入的环境温度为20℃-30℃。

进一步的，本发明提供的非晶化离子注入制作SIGMA型锗硅沟槽的方法，晶硅栅极薄膜堆栈包括厚度为的晶硅薄膜、的氮化硅、的非晶碳化物、的氧化硅盖帽层。

进一步的，本发明提供的非晶化离子注入制作SIGMA型锗硅沟槽的方法，U型锗硅浅沟槽的深度范围为