刻蚀方法、在半导体基材上形成凹槽的方法、pmos晶体管及其制作方法_2

文档序号:9218517阅读:来源:国知局
[0025] 在上述刻蚀方法中,本领域的技术人员可以根据实际工艺需求选择上述四甲基氢 氧化铵溶液的刻蚀工艺条件,比如温度和时间等。在一种优选实施方式中,在对待刻蚀器件 进行刻蚀的步骤中,刻蚀温度为25~40°C,刻蚀时间为60~400s。上述刻蚀工艺是在常 温条件下进行的,不但节能,而且在上述工艺条件下的刻蚀不会对形成的器件造成损伤。
[0026] 在采用上述四甲基氢氧化铵溶液对待刻蚀器件进行刻蚀的步骤之前,还可以采用 HF溶液清洗待刻蚀器件。HF溶液能够与待刻蚀器件表面上的氧化物发生反应,进而将氧化 物从待刻蚀器件表面剥离。因此,采用HF溶液清洗待刻蚀器件后,待刻蚀器件表面的洁净 度得到提高,进而有利于后续刻蚀过程中四甲基氢氧化铵溶液和待刻蚀器件的接触,并进 一步提高四甲基氢氧化铵溶液的刻蚀效率。
[0027] 在上述刻蚀方法中,本领域的技术人员可以根据现有技术,选择上述HF清洗的工 艺条件,比如HF的浓度、清洗的温度和时间等。在一种优选实施方式中,HF溶液中HF和 H20的体积比为1:100~500,HF溶液的清洗温度为25~40°C,清洗去除的氧化物的厚度 为10~20A。上述清洗工艺是在常温条件下进行的,具有上述工艺条件的清洗不会对形成的器 件造成损伤。
[0028] 上述HF清洗的方式可以是浸泡法或旋转喷淋法。在采用浸泡法对待刻蚀器件进 行清洗时,一种可选的方式包括:将HF和H20的体积比为1:100~500的HF溶液置于清洗 槽中,控制清洗槽中HF溶液的温度在25~40°C,然后将待刻蚀器件置于HF溶液中进行清 洗,清洗去除的氧化物的厚度为10~20A。在采用旋转喷淋法对待刻蚀器件进行清洗时,一种 可选的方式包括:将HF和H20的体积比为1:100~500的HF溶液喷涂到待刻蚀器件的表 面上,并通过低速旋转(300~500rpm)使HF溶液均匀分布在待刻蚀器件的表面,在温度为 25~40°C条件下进行清洗,清洗去除的氧化物的厚度为10~20A。
[0029] 同时,本申请还提供了一种在半导体基材上形成凹槽的方法,包括采用四甲基氢 氧化铵溶液对半导体基材进行刻蚀形成凹槽的步骤,其中刻蚀半导体基材的方法为本申请 提供的刻蚀方法。按照该方法制得的凹槽结构没有发生变形,进而获得了满足工艺要求的 凹槽。
[0030] 上述半导体基材可以为单晶硅、绝缘体上硅(SOI)或锗硅(SiGe)等,且半导体基 材上至少形成一种器件,比如浅沟槽、栅极、势阱或互连层等。本领域的技术人员可以根据 实际工艺需求,在上述半导体基材上形成器件。
[0031] 在采用上述四甲基氢氧化铵溶液对半导体基材进行刻蚀之前,可以先采用干法刻 蚀在半导体基材上形成一个预凹槽,再采用四甲基氢氧化铵溶液对预凹槽进行进一步刻蚀 以形成凹槽。通过上述形成预沟槽以及刻蚀预沟槽的步骤,可以获得具有所需形状的沟槽, 以便进行后续的工艺。
[0032] 本申请还提供了一种PM0S晶体管的制作方法。该制作方法包括:在衬底上形成凹 槽,然后在凹槽中沉积硅锗层,其中形成上述凹槽的方法为本申请提供的在半导体基材上 形成凹槽的方法。按照该方法制得PM0S晶体管中的凹槽结构没有发生变形,进而获得了满 足工艺要求的凹槽,并获得了达到设计性能的PM0S晶体管。
[0033] 形成上述凹槽的步骤包括:在采用干法刻蚀在衬底上形成一个预凹槽(例如"U" 形的预凹槽),再采用四甲基氢氧化铵溶液对"U"形的预凹槽进行进一步刻蚀以形成凹槽 (例如"E"形的凹槽)。
[0034] 上述PM0S晶体管的制作方法还包括在衬底上形成隔离沟槽和栅极的步骤。衬底 上会同时制作成百上千个器件,为了每个器件能够独立于其他器件工作,使各器件之间互 不干扰,因此需要在衬底中形成隔离沟槽。上述形成隔离沟槽的方法为本领域现有技术,在 此不再赘述。上述栅极可以包括依次层叠的栅极介电层、栅极材料层和栅极硬掩蔽层。其 中,栅极介电层包括但不限于采用氧化物,比如二氧化硅层;栅极材料层包括但不限于采用 多晶硅层、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;金属层 包括但不限于采用钨、镍或钛。本领域的技术人员可以根据实际工艺需求,选择形成上述栅 极的结构及工艺。
[0035] 在本申请的一种优选实施方式中,形成上述隔离沟槽和栅极的步骤在沉积硅锗层 的步骤之后进行,且形成隔离沟槽和栅极的步骤包括:在衬底中硅锗层远离欲形成栅极的 位置的一侧形成隔离沟槽;以及在衬底上欲形成栅极的位置形成栅极。这种先形成硅锗层 后形成隔离沟槽和栅极的方式,能够提高所制备的硅锗层的质量,进而提高PM0S晶体管的 性能。
[0036] 本申请还提供了一种PM0S晶体管。该PM0S晶体管采用本申请提供的PM0S晶体 管的制作方法制作而成。这种PM0S晶体管中凹槽通过采用四甲基氢氧化铵溶液在无光的 条件下刻蚀而成,因而可以改善凹槽结构发生变形的问题。同时,通过先形成硅锗层后形成 隔离沟槽和栅极的方式,能够提高所制备的硅锗层的质量,进而提高PM0S晶体管的性能。
[0037] 下面将更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而,这些示例性实施方式 可以由多种不同的形式来实施,并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当 理解的是,提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整,并且将这些示例性实 施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员。
[0038] 实施例1
[0039] 本实施例提供了一种在PM0S晶体管中形成凹槽的方法,包括以下步骤:
[0040] 通过等离子刻蚀工艺刻蚀衬底,形成"U"形的预凹槽。上述刻蚀的工艺条件为:以 CF4和CHF3为刻蚀气体,溅射功率为1000瓦,刻蚀温度为240°C,刻蚀时间为120秒。
[0041] 对"U"形的预凹槽进行湿法刻蚀,形成"E"形的凹槽。上述湿法刻蚀的工艺条件 为:以四甲基氢氧化铵溶液作为刻蚀剂,其中四甲基氢氧化铵的浓度2. 0%,在无光的条件 下进行刻蚀,刻蚀的温度为40°C,刻蚀的时间为60s。
[0042] 实施例2
[0043] 本实施例提供了一种在PM0S晶体管中形成凹槽的方法,包括以下步骤:
[0044] 通过等离子刻蚀工艺刻蚀衬底,形成"U"形的预凹槽。上述刻蚀的工艺条件为:以 CF4和CHF3为刻蚀气体,溅射功率为1000瓦,刻蚀温度为240°C,刻蚀时间为120秒。
[0045] 采用HF溶液清洗刻蚀后的"U"形的预凹槽以去除凹槽表面的氧化物,清洗的工艺 条件为:HF溶液中HF和H20的体积比为1:100,清洗的温度为25°C,清洗去除的氧化物的厚 度为i〇A。
[0046] 对"U"形的预凹槽进行湿法刻蚀,形成"E"形的凹槽。上述湿法刻蚀的工艺条件 为:以四甲基氢氧化铵溶液作为刻蚀剂,其中四甲基氢氧化铵的浓度为2. 38%,在无光的条 件下进行刻蚀,刻蚀的温度为25°C,刻蚀的时间为200s。
[0047] 实施例3
[0048] 本实施例提供了一种在PM0S晶体管中形成凹槽的方法,包括以下步骤:
[0049] 通过等离子刻蚀工艺刻蚀衬底,形成"U"形的预凹槽。上述刻蚀的工艺条件为:以 CF4和CHF3为刻蚀气体,溅射功率为1000瓦,刻蚀温度为240°C,刻蚀时间为120秒。<
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