一种半导体器件的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种半导体器件的制造方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有栅极结构；在所述半导体衬底上形成一牺牲层，以覆盖所述栅极结构；回蚀刻所述牺牲层；在所述半导体衬底上依次形成一底部抗反射涂层和一具有用于形成实施LDD注入的工艺窗口的图形的光刻胶层；将所述图形转移到所述底部抗反射涂层和所述牺牲层中；去除所述具有所述图形的光刻胶层；以所述半导体衬底上残留的牺牲层和底部抗反射涂层为掩膜，执行一LDD注入过程；去除所述半导体衬底上残留的牺牲层和底部抗反射涂层。根据本发明，可以改善实施LDD注入工艺的工艺窗口。
【专利说明】一种半导体器件的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造工艺，具体而言涉及一种改善轻掺杂漏极(LDD)注入工艺 的工艺窗口的方法。
【背景技术】
[0002]当半导体制造工艺的节点来到32nm及以下时，对于静态随机存储器(SRAM)而言， 其所包含的栅极阵列中的各个栅极之间具有窄的节距(pitch)和小的间距(space)，由此 导致在栅极两侧的半导体衬底中形成LDD注入区时所使用的LDD注入工艺的工艺窗口过 小，进而无法形成预期的LDD注入区。
[0003]现有的LDD注入工艺的实施过程如下:首先，如图1A所示，提供半导体衬底100， 所述半导体衬底100上具有栅极结构，所述栅极结构包括自下而上依次层叠的栅极介电层 101和栅极材料层102，在所述栅极结构的侧壁和顶部形成有侧壁体103 ;接着，如图1B所 示，在所述半导体衬底100上形成一具有实施LDD注入工艺所需的图形的光刻胶层104 ;接 着，如图1C所示，以所述光刻胶层104为掩膜，实施所述LDD注入工艺105 ;最后，如图1D所 示，去除所述光刻胶层104。
[0004]上述工艺存在的问题是:如图1C所示，所述LDD注入工艺105的倾角很小(注入离 子的运动方向与垂直于所述半导体衬底100的方向之间的夹角小于10° )，即所述LDD注入 工艺105的工艺窗口过小，导致无法形成预期的LDD注入区。
[0005]因此，需要提出一种方法，以解决上述问题。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的不足，本发明提供一种半导体器件的制造方法，包括:a)提供半 导体衬底，所述半导体衬底上形成有栅极结构；
[0007]b)在所述半导体衬底上形成一牺牲层，以覆盖所述栅极结构；
[0008]c)回蚀刻所述牺牲层；
[0009]d)在所述半导体衬底上依次形成一底部抗反射涂层和一具有用于形成实施LDD 注入的工艺窗口的图形的光刻胶层；
[0010]e)将所述图形转移到所述底部抗反射涂层和所述牺牲层中；
[0011]f)去除所述具有所述图形的光刻胶层；
[0012]g)以所述半导体衬底上残留的牺牲层和底部抗反射涂层为掩膜，执行一 LDD注入 过程；
[0013]h)去除所述半导体衬底上残留的牺牲层和底部抗反射涂层。
[0014]进一步,采用旋涂工艺实施步骤b)。
[0015]进一步，所述旋涂工艺可以一次完成，也可以分多次实施。
[0016]进一步，所述牺牲层的材料为有机材料。
[0017]进一步,所述有机材料包括ODL或聚酰亚胺。[0018]进一步，步骤c)直至所述栅极结构顶部的牺牲层的厚度为5-10纳米为止。
[0019]进一步，所述底部抗反射涂层为富含硅的底部抗反射涂层，其中，硅的含量为20-50%。
[0020]进一步,所述底部抗反射涂层的厚度为5-10nm。
[0021]进一步，形成所述具有所述图形的光刻胶层的步骤包括:采用旋涂工艺在所述底部抗反射涂层上形成一光刻胶层；通过曝光、显影过程在所述光刻胶层中形成所述图形。
[0022]进一步，通过执行一以所述具有所述图形的光刻胶层为掩膜的各向异性的干法蚀刻工艺来实施步骤e)。
[0023]进一步，采用灰化工艺来实施步骤f)。
[0024]进一步,所述掩膜的厚度比所述栅极结构的高度高10_20nm。
[0025]进一步,采用一步湿法蚀刻工艺实施步骤h)。
[0026]进一步，采用先湿法蚀刻再灰化最后湿法蚀刻的工艺顺序实施步骤h)。
[0027]进一步，所述残留的牺牲层和底部抗反射涂层同时被去除。
[0028]进一步，所述栅极结构包括依次层叠的栅极介电层和栅极材料层。
[0029]进一步，所述栅极结构的顶部和侧壁上形成有侧壁体。
[0030]根据本发明，可以改善实施LDD注入工艺的工艺窗口。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
[0032]附图中:
[0033]图1A-图1D为现有的LDD注入工艺的实施过程的各步骤的示意性剖面图；
[0034]图2A-图2F为本发明提出的改善LDD注入工艺的工艺窗口的方法的各步骤的示意性剖面图；
[0035]图3为本发明提出的改善LDD注入工艺的工艺窗口的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0036]在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
[0037]为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本发明提出的改善LDD注入工艺的工艺窗口的方法。显然，本发明的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
[0038]应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
[0039]下面，参照图2A-图2F和图3来描述本发明提出的改善LDD注入工艺的工艺窗口的方法的详细步骤。
[0040]参照图2A-图2F，其中示出了本发明提出的改善LDD注入工艺的工艺窗口的方法 的各步骤的示意性剖面图。
[0041]首先，如图2A所示，提供半导体衬底200，所述半导体衬底200的构成材料可以采 用未掺杂的单晶硅、掺杂有杂质的单晶硅、绝缘体上硅(SOI)等。作为示例，在本实施例中， 所述半导体衬底200选用单晶硅材料构成。在所述半导体衬底200中形成有隔离结构和各 种阱(well)结构，为了简化，图示中予以省略。
[0042]在所述半导体衬底200上形成有栅极结构，作为一个示例，所述栅极结构可包括 自下而上依次层叠的栅极介电层201和栅极材料层202。所述栅极介电层201可包括氧化 物层，如，二氧化娃(SiO2)层。所述栅极材料层202可包括多晶娃层、金属层、导电性金属氮 化物层、导电性金属氧化物层和金属硅化物层中的一种或多种，其中，金属层的构成材料可 以是钨(W)、镍(Ni)或钛(Ti);导电性金属氮化物层可包括氮化钛(TiN)层；导电性金属氧 化物层可包括氧化铱(IrO2)层；金属硅化物层可包括硅化钛(TiSi )层。
[0043]此外，作为示例，在所述栅极结构的顶部和侧壁上形成有侧壁体203。所述侧壁体 203可包括氧化物层，如，二氧化硅(SiO2)层。
[0044]接下来，采用旋涂工艺在所述半导体衬底200上形成一牺牲层204，以覆盖所述栅 极结构。所述旋涂工艺可以一次完成，也可以分多次实施，以保证形成的所述牺牲层204具 有良好的覆盖性和表面平整性。所述牺牲层204的材料为有机材料，所述有机材料包括ODL (一种有机物质)或聚酰亚胺。
[0045]接着，如图2B所示，回蚀刻所述牺牲层204，直至所述栅极结构顶部的牺牲层204 的厚度为5-10纳米为止。所述回蚀刻过程所采用的工艺为本领域技术人员所熟习，在此不 再赘述。
[0046]接着，如图2C所示，在所述半导体衬底200上依次形成一底部抗反射涂层(BARC) 205和一具有图形207的光刻胶层206，所述图形207用于在所述半导体衬底200上形成 用于实施LDD注入的工艺窗口。所述底部抗反射涂层205优选富含硅的底部抗反射涂层 (S1-BARC)，其中，硅的含量为20-50%;所述底部抗反射涂层205的厚度为5_10nm。形成所 述底部抗反射涂层205的工艺可以采用本领域技术人员所熟习的工艺，例如化学气相沉积 工艺或旋涂工艺。形成所述具有所述图形207的光刻胶层206的步骤包括:采用旋涂工艺 在所述底部抗反射涂层205上形成一光刻胶层；通过曝光、显影过程在所述光刻胶层中形 成所述图形207。
[0047]接着，如图2D所示，将所述图形207转移到所述底部抗反射涂层205和所述牺牲 层204中，通过执行一以所述具有图形207的光刻胶层206为掩膜的各向异性的干法蚀刻 工艺来实施所述转移过程。然后，去除所述具有图形207的光刻胶层206，采用灰化工艺来 实施所述去除过程。
[0048]接着，如图2E所示，以所述半导体衬底200上残留的牺牲层204和底部抗反射 涂层205为掩膜，执行一 LDD注入过程208，所述掩膜的厚度比所述栅极结构的高度高 10_20nm。
[0049]接着，如图2F所示，同时去除所述半导体衬底200上残留的牺牲层204和底部抗 反射涂层205。实施所述去除过程可以采用一步湿法蚀刻工艺，也可以采用先湿法蚀刻再灰化最后湿法蚀刻的工艺顺序，后者可以获得更为理想的缺陷控制(例如光刻胶层的残留)。
[0050]至此，完成了根据本发明示例性实施例的方法实施的全部工艺步骤，接下来，可以通过后续工艺完成整个半导体器件的制作，所述后续工艺与传统的半导体器件加工工艺完全相同。根据本发明，可以改善实施LDD注入工艺的工艺窗口。
[0051]参照图3，其中示出了本发明提出的改善LDD注入工艺的工艺窗口的方法的流程图，用于简要示出整个制造工艺的流程。
[0052]在步骤301中，提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有栅极结构；
[0053]在步骤302中，在所述半导体衬底上形成一牺牲层，以覆盖所述栅极结构；
[0054]在步骤303中，回蚀刻所述牺牲层；
[0055]在步骤304中，在所述半导体衬底上依次形成一底部抗反射涂层和一具有用于形成实施LDD注入的工艺窗口的图形的光刻胶层；
[0056]在步骤305中，将所述图形转移到所述底部抗反射涂层和所述牺牲层中，并去除所述具有所述图形的光刻胶层；
[0057]在步骤306中，以所述半导体衬底上残留的牺牲层和底部抗反射涂层为掩膜，执行一 LDD注入过程；
[0058]在步骤307中，去除所述半导体衬底上残留的牺牲层和底部抗反射涂层。
[0059]本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
【权利要求】
1.一种半导体器件的制造方法，包括: a)提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有栅极结构； b)在所述半导体衬底上形成一牺牲层，以覆盖所述栅极结构； c)回蚀刻所述牺牲层； d)在所述半导体衬底上依次形成一底部抗反射涂层和一具有用于形成实施LDD注入的工艺窗口的图形的光刻胶层； e)将所述图形转移到所述底部抗反射涂层和所述牺牲层中； f)去除所述具有所述图形的光刻胶层； g)以所述半导体衬底上残留的牺牲层和底部抗反射涂层为掩膜，执行一LDD注入过程; h)去除所述半导体衬底上残留的牺牲层和底部抗反射涂层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用旋涂工艺实施步骤b)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述旋涂工艺可以一次完成，也可以分多次实施。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述牺牲层的材料为有机材料。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述有机材料包括ODL或聚酰亚胺。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c)直至所述栅极结构顶部的牺牲层的厚度为5-10纳米为止。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述底部抗反射涂层为富含硅的底部抗反射涂层，其中，硅的含量为20-50%。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述底部抗反射涂层的厚度为5-10nm。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述具有所述图形的光刻胶层的步骤包括:采用旋涂工艺在所述底部抗反射涂层上形成一光刻胶层；通过曝光、显影过程在所述光刻胶层中形成所述图形。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过执行一以所述具有所述图形的光刻胶层为掩膜的各向异性的干法蚀刻工艺来实施步骤e)。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用灰化工艺来实施步骤f)。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述掩膜的厚度比所述栅极结构的高度高 10_20nm。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用一步湿法蚀刻工艺实施步骤h)。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用先湿法蚀刻再灰化最后湿法蚀刻的工艺顺序实施步骤h)。
15.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述残留的牺牲层和底部抗反射涂层同时被去除。
16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述栅极结构包括依次层叠的栅极介电层和栅极材料层。
17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述栅极结构的顶部和侧壁上形成有侧壁体。
【文档编号】H01L21/336GK103515241SQ201210219600
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年6月28日 优先权日:2012年6月28日
【发明者】王新鹏 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司