一种改善FDSOI器件接触孔大小的方法与流程

一种改善fdsoi器件接触孔大小的方法
技术领域
1.本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种改善fdsoi器件接触孔大小的方法。


背景技术：

2.随着集成电路制造技术的不断发展，为了提高集成电路的集成度，同时提升器件的工作速度和降低它的功耗，器件的关键尺寸不断地缩小，相应的与器件相连的通孔大小也越来越小。更小的接触尺寸需要更先进的光刻机台，传统的器件接触孔工艺，通常通过曝光、显影后刻蚀得到，并且接触孔的尺寸也由光刻直接定义，因此需要光刻机台具有更先进的功能才能满足更小接触孔的要求，因此传统的光刻机台在满足直接形成22nm及其以下技术节点的接触孔大小时，出现工艺限制；并且先进的光刻机台十分昂贵，成为限制工艺发展的瓶颈。
3.因此，需要提出一种新的方法来解决上述问题。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种改善fdsoi器件接触孔大小的方法，用于解决现有技术中因传统光刻机台无法满足先进工艺中更小尺寸的接触孔工艺要求的问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种改善fdsoi器件接触孔大小的方法，所述方法至少包括以下步骤：
6.步骤一、提供用于形成fdsoi器件的半导体结构，在所述半导体结构至少包括nmos区域的源漏区和栅极；pmos区域的源漏区和栅极；所述源漏区以及栅极上覆盖有氧化硅层；
7.步骤二、刻蚀所述nmos区域和所述pmos区域的源漏区上的所述氧化硅层形成源漏接触孔；
8.步骤三、去除所述半导体结构上由刻蚀形成所述源漏接触孔而产生的副产物；
9.步骤四、在所述半导体结构上形成第一氧化薄膜层，所述源漏接触孔的底部和侧壁被所述第一氧化薄膜层覆盖；
10.步骤五、刻蚀去除所述半导体结构上表面以及所述源漏接触孔底部的所述第一氧化薄膜层，保留所述源漏接触孔侧壁的所述第一氧化薄膜层；
11.步骤六、对所述半导体结构进行清洗，去除由刻蚀所述第一氧化薄膜层而产生的副产物；
12.步骤七、在所述半导体结构上沉积金属以填充所述源漏接触孔，接着对所述半导体结构进行表面平坦化以调整所述源漏接触孔的深度；
13.步骤八、刻蚀所述nmos区域、pmos区域栅极上的所述氧化硅层，形成栅极接触孔；
14.步骤九、去除所述半导体结构上由刻蚀形成所述栅极接触孔而产生的副产物；
15.步骤十、在所述半导体结构上形成第二氧化薄膜层，所述栅极接触孔的底部和侧壁被所述第二氧化薄膜层覆盖；
16.步骤十一、刻蚀去除所述半导体结构上以及所述栅极接触孔底部的所述第二氧化薄膜层，保留所述栅极接触孔侧壁的所述第二氧化薄膜层；
17.步骤十二、对所述半导体结构进行清洗，去除由刻蚀所述第二氧化薄膜层而产生的副产物；
18.步骤十三、在所述半导体结构上沉积金属以填充所述栅极接触孔，接着所述半导体结构进行表面平坦化以调整所述栅极接触孔的深度。
19.优选地，所述nmos区域还包括：p型硅衬底、位于所述p型硅衬底上的氧化层，位于所述氧化层上的第一硅层，所述nmos区域的栅极位于所述第一硅层上，所述nmos区域的源漏区分别位于所述nmos区域的栅极的两侧；所述pmos区域还包括n型硅衬底、位于所述n型硅衬底上的氧化层，位于所述氧化层上的第一硅层，所述pmos区域的栅极位于所述第一硅层上，所述pmos区域的源漏区分别位于所述pmos区域的栅极的两侧。
20.优选地，所述nmos区域的p型硅衬底中注入由b离子；所述pmos区域的n型硅衬底中注入有p离子。
21.优选地，所述nmos区域的源漏区包括：第二硅层、位于所述第二硅层上的金属硅化物；所述pmos区域的源漏区包括：sige层，位于所述sige层上的金属硅化物。
22.优选地，步骤二中刻蚀所述nmos区域和所述pmos区域的源漏区上的所述氧化硅层至露出所述金属硅化物为止，形成所述源漏接触孔。
23.优选地，步骤三中采用湿法清洗的方法去除所述半导体结构上刻蚀形成所述源漏接触孔而产生的副产物；所述副产物包括有机物和微小颗粒。
24.优选地，步骤四中采用原子层沉积法在所述半导体结构上生长形成所述第一氧化薄膜层。
25.优选地，步骤四中生长形成的所述第一氧化薄膜层的厚度为至
26.优选地，步骤五中采用干法刻蚀的方法去除所述半导体结构上表面以及所述源漏接触孔底部的所述第一氧化薄膜层。
27.优选地，步骤六中采用湿法清洗的方法去除由刻蚀所述第一氧化薄膜层而产生的副产物，所述副产物包括有机物和微小颗粒。
28.优选地，步骤七中在所述半导体结构上沉积的金属为钨。
29.优选地，步骤九中采用湿法清洗的方法去除由刻蚀形成所述栅极而产生的副产物，所述副产物包括有机物和微小颗粒。
30.优选地，步骤十中采用原子层沉积法在所述半导体结构上生长形成所述第二氧化薄膜层。
31.优选地，步骤十中生长形成的所述第一氧化薄膜层的厚度为至
32.优选地，步骤十一中采用干法刻蚀的方法去除所述半导体结构上以及所述栅极接触孔底部的所述第二氧化薄膜层。
33.优选地，步骤十二中采用湿法清洗的方法去除由刻蚀所述第二氧化薄膜层而产生的副产物，所述副产物包括有机物和微小颗粒。
34.优选地，步骤十三中在所述半导体结构上沉积的金属为钨。
35.如上所述，本发明的改善fdsoi器件接触孔大小的方法，具有以下有益效果：本发明应用于22nm及以下fdsoi cmos半导体器件工艺。与传统fdsoi工艺相比，本发明在通孔填
充金属前，通孔刻蚀工艺完成后在通孔侧壁生长一层氧化薄膜层，之后通过刻蚀去除栅极上表面的氧化薄膜层,从而调整通孔的大小。
附图说明
36.图1显示为本发明中刻蚀形成源漏接触孔后的结构示意图；
37.图2显示为本发明中nmos区域的栅极放大结构示意图；
38.图3显示为本发明中pmos区域的栅极放大结构示意图；
39.图4显示为本发明中在半导体结构上形成第一氧化薄膜层后的结构示意图；
40.图5显示为本发明中在源漏接触孔侧壁形成第一氧化薄膜层后的结构示意图；
41.图6显示为本发明中用金属填充源漏接触孔后的结构示意图；
42.图7显示为本发明中刻蚀形成栅极接触孔后的结构示意图；
43.图8显示为本发明中在半导体结构上形成第二氧化薄膜层后的结构示意图；
44.图9显示为本发明中栅极接触孔侧壁形成第二氧化薄膜层后的结构示意图。
具体实施方式
45.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
46.请参阅图1至图9。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
47.本发明提供一种改善fdsoi器件接触孔大小的方法，所述方法至少包括以下步骤：
48.步骤一、提供用于形成fdsoi器件的半导体结构，在所述半导体结构至少包括nmos区域的源漏区和栅极；pmos区域的源漏区和栅极；所述源漏区以及栅极上覆盖有氧化硅层；
49.本发明进一步地，如图1所示，步骤一中的所述nmos区域还包括：p型硅衬底01、位于所述p型硅衬底01上的氧化层03，位于所述氧化层03上的第一硅层04，所述nmos区域的栅极14位于所述第一硅层04上，所述nmos区域的源漏区分别位于所述nmos区域的栅极14的两侧；所述pmos区域还包括n型硅衬底02、位于所述n型硅衬底02上的氧化层03’，位于所述氧化层03’上的第一硅层04’，所述pmos区域的栅极15位于所述第一硅层04’上，所述pmos区域的源漏区分别位于所述pmos区域的栅极15的两侧。
50.图2显示为nmos区域栅极14的放大结构示意图，所述栅极14包括：第一氧化硅结构17，位于所述第一氧化硅结构17上的hfo层18，位于所述hfo层18上的tin层19，位于所述tin层19上的tan凹槽20，位于所述tan凹槽20内的tial凹槽21，填充于所述tial凹槽21的金属铝22，位于所述第一氧化硅结构17、hfo层18、tin层19以及所述tan凹槽20外侧的sicn层23，位于所述sicn层23外侧的第二氧化硅结构24。
51.图3显示为pmos区域栅极15的放大结构示意图，所述栅极15包括：第三氧化硅结构25、位于所述第三氧化硅结构25上的hfo层26，位于所述hfo层26上的tin层27，位于所述tin
层27上的tan凹槽28，位于所述tan凹槽28内的tin凹槽29，位于所述tin凹槽29内的tial凹槽30，填充于所述tial凹槽30的金属铝31，位于所述第三氧化硅结构25、hfo层26、tin层27以及所述tan凹槽28外侧的sicn层32，位于所述sicn层32外侧的第四氧化硅结构33，依附于所述第四氧化硅结构33的sin层34，所述sin层34与源漏区外侧的sin层07在同一工序中形成。
52.由图1可知，所述nmos区域和所述pmos区域之间由sti区11隔离，在所述sti区上设有sin层16，所述sin层16与所述sin层34以及sin层07在同一工序中形成。
53.本发明再进一步地，步骤一中的所述nmos区域的p型硅衬底01中注入由b(硼)离子；所述pmos区域的n型硅衬底02中注入有p(磷)离子。
54.本实施例中，步骤一中的所述nmos区域的源漏区包括：第二硅层05、位于所述第二硅层05上的金属硅化物06，本实施例中的所述金属硅化物06为nisi。所述pmos区域的源漏区包括：sige层12，位于所述sige层12上的金属硅化物13。
55.步骤二、刻蚀所述nmos区域和所述pmos区域的源漏区上的所述氧化硅层形成源漏接触孔；进一步地，步骤二中刻蚀所述nmos区域和所述pmos区域的源漏区上的所述氧化硅层至露出所述金属硅化物为止，形成所述源漏接触孔。如图1所示，位于所述nmos区域和所述pmos区域上的氧化硅层包括08、09、10，所述氧化硅层08、09、10分三次形成于所述nmos区域和所述pmos区域上。步骤二中刻蚀所述nmos区域和所述pmos区域的源漏区上的所述氧化硅层(08～10)直至将所述nmos区域上的所述金属硅化物06和所述pmos区域的源漏区上的所述金属硅化物13暴露出为止，形成源漏接触孔a。
56.步骤三、去除所述半导体结构上由刻蚀形成所述源漏接触孔而产生的副产物；进一步地，步骤三中采用湿法清洗的方法去除所述半导体结构上刻蚀形成所述源漏接触孔而产生的副产物；所述副产物包括有机物和微小颗粒。
57.步骤四、在所述半导体结构上形成第一氧化薄膜层，所述源漏接触孔的底部和侧壁被所述第一氧化薄膜层覆盖；如图4所示，所述第一氧化薄膜层35覆盖了所述源漏接触孔a的侧壁(即氧化硅层08～10的侧壁)，同时覆盖了剩余的氧化硅层(08～10)的上表面。
58.进一步地，步骤四中采用原子层沉积法(ald)在所述半导体结构上生长形成所述第一氧化薄膜层35。步骤四中生长形成的所述第一氧化薄膜层35的厚度为至通过在所述源漏接触孔a的侧壁生长所述第一氧化薄膜层35，同时调整其厚度，可以得到需要的所述源漏接触孔a的尺寸大小。
59.步骤五、刻蚀去除所述半导体结构上表面以及所述源漏接触孔底部的所述第一氧化薄膜层，保留所述源漏接触孔侧壁的所述第一氧化薄膜层；如图5所示，该步骤五刻蚀所述半导体结构上表面(即位于所述氧化硅层10上表面的所述第一氧化薄膜层35)以及所述源漏接触孔a底部的所述第一氧化薄膜层35，将所述nmos区域和pmos区域的源漏区的所述金属硅化物06、金属硅化物13暴露出来，同时所述源漏接触孔a侧壁的所述第一氧化薄膜层35被保留。
60.进一步地，步骤五中采用干法刻蚀的方法去除所述半导体结构上表面以及所述源漏接触孔底部的所述第一氧化薄膜层。
61.步骤六、对所述半导体结构进行清洗，去除由刻蚀所述第一氧化薄膜层而产生的副产物；进一步地，步骤六中采用湿法清洗的方法去除由刻蚀所述第一氧化薄膜层而产生
的副产物，所述副产物包括有机物和微小颗粒。
62.步骤七、在所述半导体结构上沉积金属以填充所述源漏接触孔，接着对所述半导体结构进行表面平坦化以调整所述源漏接触孔的深度；进一步地，步骤七中在所述半导体结构上沉积的金属为钨。如图6所示，图6显示为本发明中在源漏接触孔中填充金属钨后的半导体结构示意图。填充金属钨的源漏接触孔aa与所述金属硅化物形成接触。
63.步骤八、刻蚀所述nmos区域、pmos区域栅极上的所述氧化硅层，形成栅极接触孔；如图7所示，对在所述nmos区域的栅极14上和pmos区域栅极15上的所述氧化硅层08～10进行刻蚀，形成将所述栅极14、15顶部暴露出来的栅极接触孔b。
64.步骤九、去除所述半导体结构上由刻蚀形成所述栅极接触孔而产生的副产物；进一步地，步骤九中采用湿法清洗的方法去除由刻蚀形成所述栅极而产生的副产物，所述副产物包括有机物和微小颗粒。
65.步骤十、在所述半导体结构上形成第二氧化薄膜层，所述栅极接触孔的底部和侧壁被所述第二氧化薄膜层覆盖；进一步地，步骤十中采用原子层沉积法在所述半导体结构上生长形成所述第二氧化薄膜层。再进一步地，步骤十中生长形成的所述第一氧化薄膜层的厚度为至如图8所示，本实施例中，该步骤十在所述半导体结构上生长的所述第二氧化薄膜层36覆盖了所述栅极接触孔b的侧壁以及所述半导体结构的上表面。
66.步骤十一、刻蚀去除所述半导体结构上以及所述栅极接触孔底部的所述第二氧化薄膜层，保留所述栅极接触孔侧壁的所述第二氧化薄膜层；进一步地，步骤十一中采用干法刻蚀的方法去除所述半导体结构上以及所述栅极接触孔底部的所述第二氧化薄膜层。如图9所示，本实施例中，该步骤十一采用干法刻蚀将所述栅极接触孔b底部以及所述半导体结构上表面的所述第二氧化薄膜层36去除，在所述栅极接触孔b的侧壁留下所述第二氧化薄膜层36，而所述栅极接触孔b的底部，所述nmos区域的栅极14和所述pmos区域的栅极15被暴露出来。
67.步骤十二、对所述半导体结构进行清洗，去除由刻蚀所述第二氧化薄膜层而产生的副产物；进一步地，步骤十二中采用湿法清洗的方法去除由刻蚀所述第二氧化薄膜层而产生的副产物，所述副产物包括有机物和微小颗粒。
68.步骤十三、在所述半导体结构上沉积金属以填充所述栅极接触孔，接着所述半导体结构进行表面平坦化以调整所述栅极接触孔的深度。进一步地，步骤十三中在所述半导体结构上沉积的金属为钨。
69.综上所述，本发明应用于22nm及以下fdsoi cmos半导体器件工艺。与传统fdsoi工艺相比，本发明在通孔填充金属前，通孔刻蚀工艺完成后在通孔侧壁生长一层氧化薄膜层，之后通过刻蚀去除栅极上表面的氧化薄膜层,从而调整通孔的大小。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
70.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。