[发明专利]一种替代栅的制备方法

摘要

本发明属于超深亚微米及以下特征尺寸半导体器件制备方法，特别涉及用于超深亚微米金属栅CMOS制造的一种替代栅制备技术。用金属作栅电极，可以从根本上消除栅耗尽效应和硼穿透现象，同时获得非常低的栅电极薄层电阻。本发明采用嵌入式金属栅CMOS工艺(即替代栅制备工艺)实现了一种新颖的金属栅CMOS技术。在这种嵌入式金属栅CMOS工艺中，主要关键技术之一是一套替代栅的制备技术，它包括替代栅材料的选取，精细的替代栅图形的成形，平坦化和替代栅的去除。

主权项

1.一种替代栅的制备方法，包括以下步骤：1)在局部氧化隔离或浅槽隔离并调栅注入后，进行替代栅氧化：N2保护下600℃进舟，升温至750-870℃，N2恒温10分钟；同一温度下，N2/O2＝5∶1气氛氧化，氧化时间60-120分钟；接着750-870℃，N2退火20-60分钟；最后N2保护下降温至600℃，出舟；2)化学汽相沉积氮化硅：温度760-820℃，压力250-300毫乇，SiH2Cl2 25-35sccm，NH3 80-100sccm，薄膜厚度220-260nm；3)反应离子刻蚀形成氮化硅替代栅电极：功率130-200W，腐蚀气体CHF3 5-10sccm，SF6 20-40sccm，He 100sccm混合，压力300-500毫托；然后正硅酸乙酯热分解TEOS SiO2-1薄膜：温度720-760℃，厚度90-150nm；4)反应离子刻蚀TEOS SiO2-1，形成侧墙-1：压力200-250mτ，射频功率250-350W，CHF3/CF4/Ar＝40-60sccm/5-16sccm/200-300sccm，无过刻蚀，软刻蚀5-10秒；5)源/漏延伸区低能注入：PMOS：47BF2，能量5-8Kev，剂量3-6×1014cm-2；NMOS：75As，能量5-8Kev，剂量3-6×1014cm-2；6)正硅酸乙酯热分解SiO2-2：温度710-750℃，厚度200-260nm；然后反应离子刻蚀SiO2-2，形成侧墙-2：压力200-250mτ，RF功率250-350W，CHF3/CF4/Ar＝40-60sccm/5-16sccm/200-300sccm；7)源/漏注入及快速热退火：PMOS：47BF2，能量25-35Kev，剂量1.5-3×1015cm-2；NMOS：75As，能量40-55Kev，剂量2-4×1015cm-2；快速热退火温度1000-1020℃，时间4-8秒，形成源/漏结；8)源/漏区钴硅化物形成：钴/钛复合膜的溅射，先溅钛膜4-7nm，再溅钴膜9-15nm；溅射功率都为700-900W，溅钛工作压力为4-6×10-3乇，溅钴为5-7×10-3乇；然后两次快速热退火加上其间进行选择腐蚀：第一次快速热退火温度630-670℃，时间15-30秒；选择腐蚀后第二次快速热退火温度870-910℃，时间6-12分；9)化学气相淀积低温氧化硅和硼磷硅玻璃：先化学气相淀积低温氧化硅：温度350-450℃，薄膜厚度200-250nm；然后化学气相淀积硼磷硅玻璃：温度350-450℃，薄膜厚度700-800nm；10)硼磷硅玻璃回流：750-800℃，N2，时间20-30分钟；11)第一次SOG涂敷和热处理：涂敷条件为室温，厚度360-400nm；热处理条件：350-420℃，N2，30-50分钟；12)回刻SOG-1：RF功率150-250W，压力250-350毫乇，CF4 20-30sccm，CHF3 40-60sccm，O2 2sccm，Ar 250-350sccm；13)第二次SOG涂敷和热处理：条件同13步；14)回刻SOG-2，先用如下条件回刻，即RF功率150-250W，压力200-260毫乇，CF4 20-32sccm，CHF3 18-30sccm，Ar 250-350sccm；当SOG-2回刻完时，再用如下条件回刻，即CF4 15-25sccm，Ar 200-250sccm，RF功率250-350W，压力180-220毫乇，直至替代栅全部露出；15)腐蚀栅槽，湿法腐蚀净氮化硅替代栅：H3PO4，160-170℃，栅槽形成；16)漂去替代栅氧化硅：HF∶H2O＝1∶20漂净替代栅氧化硅；17)清洗：常规3#-常规1#-再用HF/异丙醇溶液室温下浸泡1-10分钟，水冲洗，甩干进炉；18)栅氧化：N2保护下600℃进舟，升温至750-850℃，N2恒温10分钟；同一温度下，N2/O2＝5∶1气氛氧化，氧化时间10-50分钟；N2气氛，750-850℃退火，15-60分钟；N2保护下降温至600℃，N2保护下慢拉出舟；19)溅射难熔金属，W/TiN＝100-150nm/30-45nm，并反应离子刻蚀形成金属栅电极。