专利名称：∑形凹槽的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及Σ形凹槽的制作方法
背景技术：
随着半导体制造技术的进步，半导体器件的特征尺寸不断缩小，当半导体器件的特征尺寸缩小至40纳米及以下时，需要使用嵌入式锗娃外延(使用embedded epitaxialSiGe)技术来增强PMOS晶体管的驱动电流。而在锗硅外延生长之前需要形成在半导体衬底上形成凹槽。凹槽的形状有U形和Σ形两种，Σ形凹槽因为形状更接近沟道，增强驱动电流的效果更佳。现有的Σ形凹槽的制作方法请参考图1-图3所示。首先，提供半导体衬底10，所述半导体衬底10上形成有栅极20。在所述栅极20上形成保护层30，所述保护层30的材质为氮化硅层，用于保护栅极20。然后，请参考图2，进行等离子体刻蚀工艺，在所述半导体衬底10中形成凹槽40，所述凹槽的侧壁垂直于沟槽的底部或与沟槽底部倾斜。接着，请参考图3，进行湿法刻蚀工艺，形成Σ形凹槽。由于Σ形凹槽的侧壁方向是在湿法刻蚀工艺中形成，该Σ形凹槽的侧向距离L会受到Σ形凹槽的垂直深度D限制，当垂直深度D —定时，基本上无法实现增大侧向距离L的尺寸，这使得现有的Σ形凹槽的工艺窗口较小，影响了对器件的驱动电流的增强效果。
发明内容
本发明解决的问题是提供了一种Σ形凹槽的制作方法，能够使得Σ形凹槽的能够更加靠近够到，Σ形凹槽的侧向距离和垂直深度可单独控制，实现Σ形凹槽的形貌可调，增大了工艺窗口。
为解决上述问题，本发明提供一种Σ形凹槽的制作方法，包括:提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有栅极，所述栅极和半导体衬底表面形成有保护层；利用等离子体刻蚀工艺和湿法刻蚀工艺，对所述保护层和半导体衬底进行刻蚀，在所述半导体衬底内形成Σ形凹槽。可选地，所述等离子体刻蚀工艺包括:利用含第一刻蚀气体进行等离子体刻蚀工艺，所述第一刻蚀气体包括含碳的氟化物；利用第二刻蚀气体进行等离子体刻蚀工艺，所述第二刻蚀气体为含氮的氟化物；利用第三刻蚀气体进行等离子体刻蚀工艺，所述第三刻蚀气体包括溴化氢和02的混合气体。可选地，所述第一刻蚀气体包括CF4，CF4的流量范围为50-100sccm。可选地，所述第二刻蚀气体包括NF3，刻蚀腔室的压力范围为60-100mTorr，偏置功率为0W。可选地，第三刻蚀气体包括HBr和02形成聚合物气体，所述HBr的流量范围为200-300sccm, 02 的流量范围是 5-lOsccm。
可选地，依次利用所述第一刻蚀气体、第二刻蚀气体和第三刻蚀气体进行所述等离子体刻蚀工艺。可选地，所述等离子体刻蚀工艺利用LAM kiyo或kiyo45设备进行。可选地，所述等离子体刻蚀工艺在半导体衬底内形成开口，所述开口的宽度自沿半导体衬底上表面至下表面方向逐渐增大后逐渐减小。可选地，所述湿法刻蚀工艺包括:采用酸性溶液进行清洗，所述酸性溶液为含有氢氟酸的溶液；采用含有四甲基氢氧化铵的溶液进行刻蚀。可选地，所述含有四甲基氢氧化铵溶液中的四甲基氢氧化铵的浓度为5_20%，所述湿法刻蚀工艺温度范围为50-60摄氏度。可选地，所述保护层的材质为氮化硅，其厚度范围为100-150埃。可选地，所述Σ形凹槽的垂直深度范围为100-200埃，侧墙距离为30-75埃。与现有技术相此，本发明具有以下优点:本发明依次采用等离子体刻蚀和湿法刻蚀工艺对半导体衬底进行刻蚀，形成的Σ形凹槽的更加接近沟槽，对PMOS晶体管驱动电流的增强效果更佳，并且Σ形凹槽的侧向距离可以通过湿法刻蚀工艺进行调节控制，也能通过等离子体刻蚀工艺进行调节控制，所述Σ形凹槽的侧墙距离和垂直深度可分别调节，使得侧向距离的调节不依赖于垂直深度，增大了工艺窗口，更好的调整Σ形凹槽的形貌；由于本发明采用的等离子体刻蚀工艺在半导体衬底内形成开口，所述开口的宽度自沿半导体衬底上表面至下表面方向逐渐增大后逐渐减小，这样使得最终形成 的Σ形凹槽的深度和侧向距离更加单独可控制，使得Σ形凹槽的深度和侧向距离不受晶向的控制，工艺更加灵活。
图1-图3是现有技术的Σ形凹槽的制作方法剖面结构示意图；图4是本发明的Σ形凹槽的制作方法流程示意图；图5-图6是本发明一个实施例的Σ形凹槽的制作方法剖面结构示意图。
具体实施例方式本发明提供一种Σ形凹槽的制作方法，请参考图4，图4为本发明的Σ形凹槽的制作方法流程示意图，所述制作方法包括:步骤SI，提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有栅极，所述栅极和半导体衬底表面形成有保护层；步骤S2，利用等离子体刻蚀工艺和湿法刻蚀工艺，对所述保护层和半导体衬底进行刻蚀，在所述半导体衬底内形成Σ形凹槽。下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。为了更好说明本发明的技术方案，请参考图5-图6所示的本发明一个实施例的Σ形凹槽的制作方法的剖面结构示意图。请参考图5，提供半导体衬底100，所述半导体衬底100上形成有栅极200。在所述栅极200上形成保护层300，所述保护层300的材质为氮化硅，用于保护栅极200。所述保护层300的厚度范围为100-150埃。然后，请参考图6，依次进行等离子体刻蚀工艺和湿法刻蚀工艺，在半导体衬底100内形成Σ形凹槽500。作为一个实施例，所述等离子体刻蚀工艺包括:利用含第一刻蚀气体进行等离子体刻蚀工艺，所述第一刻蚀气体包括含碳的氟化物，目的是对要形成Σ形凹槽500位置的氮化硅进行刻蚀，捋氮化硅去除；利用第二刻蚀气体进行等离子体刻蚀工艺，所述第二刻蚀气体为含氮的氟化物；利用第三刻蚀气体进行等离子体刻蚀工艺，所述第三刻蚀气体包括溴化氢和02的混合气体，该步骤的聚合物重。本实施例中，所述第一刻蚀气体包括CF4，CF4的流量范围为50-100sCCm ;所述第二刻蚀气体包括NF3，刻蚀腔室的压力范围为60-100mTorr，偏置功率为OW ;第三刻蚀气体包括HBr和02形成聚合物气体，所述HBr的流量范围为200-300sCCm，02的流量范围是5-10sccmo作为本发明的一个实施例，依次利用所述第一刻蚀气体、第二刻蚀气体和第三刻蚀气体进行所述等离子体刻蚀工艺。所述等离子体刻蚀工艺利用LAM kiyo或kiyo45设备进行。所述等离子体刻蚀工艺的目的是在半导体衬底100内形成开口，所述开口的宽度自沿半导体衬底100的上表面至下表面方向逐渐增大后逐渐减小，这样使得最终形成的Σ形凹槽500的深度和侧向距离更加单独可控制，使得Σ形凹槽500的深度和侧向距离不受晶向的控制，工艺更加灵活。 所述湿法刻蚀工艺包括:首先采用酸性溶液进行清洗，所述酸性溶液为含有氢氟酸的溶液，目的是清除等离子体刻蚀工艺后半导体衬底表面的聚合物以及氧化物残留；然后采用含有四甲基氢氧化铵的溶液进行刻蚀，其中所述含有四甲基氢氧化铵溶液中的四甲基氢氧化铵的浓度为5-20%，所述湿法刻蚀工艺温度范围为50-60摄氏度。由于本发明利用等离子体特性，分别选择水平方向刻蚀和聚合物重的刻蚀气体，能够形成Σ型凹槽结构。在此基础上再利用湿法刻蚀工艺沿晶向不同速率的特性形成Σ形凹槽结构；并且该凹槽结构能够更靠近沟道，侧向距离L和垂直深度D可单独控制，即Σ形凹槽500的形貌可调，并能增加工艺窗口。作为一个实施例，所述Σ形凹槽500的垂直深度范围为100-200埃，侧墙距离为30-75埃。综上，本发明依次采用等离子体刻蚀和湿法刻蚀工艺对半导体衬底进行刻蚀，形成的Σ形凹槽的更加接近沟槽，对PMO S晶体管驱动电流的增强效果更佳，并且Σ形凹槽的侧向距离可以通过湿法刻蚀工艺进行调节控制，也能通过等离子体刻蚀工艺进行调节控制，所述Σ形凹槽的侧墙距离和垂直深度可分别调节，使得侧向距离的调节不依赖于垂直深度，增大了工艺窗口，更好的调整Σ形凹槽的形貌。由于本发明采用的等离子体刻蚀工艺在半导体衬底内形成开口，所述开口的宽度自沿半导体衬底上表面至下表面方向逐渐增大后逐渐减小，这样使得最终形成的Σ形凹槽的深度和侧向距离更加单独可控制，使得Σ形凹槽的深度和侧向距离不受晶向的控制，工艺更加灵活。因此，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种Σ形凹槽的制作方法，在其特征在于，包括: 提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有栅极，所述栅极和半导体衬底表面形成有保护层； 利用等离子体刻蚀工艺和湿法刻蚀工艺，对所述保护层和半导体衬底进行刻蚀，在所述半导体衬底内形成Σ形凹槽。
2.如权利要求1所述Σ形凹槽的制作方法，其特征在于，所述等离子体刻蚀工艺包括: 利用含第一刻蚀气体进行等离子体刻蚀工艺，所述第一刻蚀气体包括含碳的氟化物；利用第二刻蚀气体进行等离子体刻蚀工艺，所述第二刻蚀气体为含氮的氟化物；利用第三刻蚀气体进行等离子体刻蚀工艺，所述第三刻蚀气体包括溴化氢和02的混合气体。
3.如权利要求2所述的Σ形凹槽的制作方法，其特征在于，所述第一刻蚀气体包括CF4, CF4的流量范围为50-100sccm。
4.如权利要求2所述的Σ形凹槽的制作方法，其特征在于，所述第二刻蚀气体包括NF3，刻蚀腔室的压力范围为60-100mTorr，偏置功率为0W。
5.如权利要求2所述的Σ形凹槽的制作方法，其特征在于，第三刻蚀气体包括HBr和02形成聚合物气体，所述HBr的流量范围为200-300sccm，02的流量范围是5-10sccm。
6.如权利要求2所述的Σ形凹槽的制作方法，其特征在于，依次利用所述第一刻蚀气体、第二刻蚀气体和 第三刻蚀气体进行所述等离子体刻蚀工艺。
7.如权利要求2所述的Σ形凹槽的制作方法，其特征在于，所述等离子体刻蚀工艺利用LAM kiyo或kiyo45设备进行。
8.如权利要求2所述的Σ形凹槽的制作方法，其特征在于，所述等离子体刻蚀工艺在半导体衬底内形成开口，所述开口的宽度自沿半导体衬底上表面至下表面方向逐渐增大后逐渐减小。
9.如权利要求1所述的Σ形凹槽的制作方法，其特征在于，所述湿法刻蚀工艺包括:采用酸性溶液进行清洗，所述酸性溶液为含有氢氟酸的溶液；采用干有四甲基氢氧化铵的溶液进行刻蚀。
10.如权利要求9所述的Σ形凹槽的制作方法，其特征在于，所述含有四甲基氢氧化铵溶液中的四甲基氢氧化铵的浓度为5-20%，所述湿法刻蚀工艺温度范围为50-60摄氏度。
11.如权利要求1所述的Σ形凹槽的制作方法，其特征在于，所述保护层的材质为氮化硅，其厚度范围为100-150埃。
12.如权利要求1所述的Σ形凹槽的制作方法，其特征在于，所述Σ形凹槽的垂直深度范围为100-200埃，侧墙距离为30-75埃。
全文摘要
本发明提供一种∑形凹槽的制作方法，包括；提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有栅极，所述栅极和半导体衬底表面形成有保护层；利用等离子体刻蚀工艺和湿法刻蚀工艺，对所述保护层和半导体衬底进行刻蚀，在所述半导体衬底内形成∑形凹槽。于本发明利用等离子体特性，分别选择水平方向刻蚀和聚合物重的刻蚀气体，能够形成∑型凹槽结构。在此基础上再利用湿法刻蚀工艺沿晶向不同速率的特性形成∑形凹槽结构；并且该凹槽结构能够更靠近沟道，侧向距离L和垂直深度D可单独控制，即∑形凹槽的形貌可调，并能增加工艺窗口。
文档编号H01L21/3065GK103247524SQ20131015618
公开日2013年8月14日 申请日期2013年4月28日 优先权日2013年4月28日
发明者李全波, 李芳 , 张瑜, 方精训, 彭树根 申请人:上海华力微电子有限公司