半导体器件及其制备方法与流程

1.本发明涉及半导体器件制造技术领域，特别涉及一种半导体器件及其制备方法。


背景技术：

2.目前，在半导体技术领域中，离子注入工艺是一种必不可少的材料表面改性技术。其基本原理是：用能量为100kev量级的离子束入射到材料中去，离子束与材料中的原子或分子将发生一系列物理的和化学的相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、结构和性能发生变化，从而优化材料表面性能，或获得某些新的优异性能。此项技术由于其独特而突出的优点，已经在半导体材料掺杂，金属、陶瓷、高分子聚合物等的表面改性上获得了极为广泛的应用，取得了巨大的经济效益和社会效益。
3.在实际工艺操作中，通常会在执行离子注入之前，于待注入的基底表面涂覆一层光阻，并通过光刻工艺，形成图案化的光阻。即，利用黄光照射，将掩模（mask）上的图形转移到光阻上，以形成图案化的光阻，从而暴露出待执行离子注入的基底区域，并遮蔽无需离子注入的基底区域。
4.然而，在执行离子注入时，根据掺杂要求，会选用特定的角度执行注入工艺。如图1所示，当以非垂直的角度注入时，会出现离子注入的阴影效应（shadowing effect）。所述阴影效应，可以理解的是，受光阻11厚度的影响，基底10中待注入区域a有至少一部分b被遮蔽，无法直接注入离子。这严重影响离子注入的工艺效果，影响产品性能。
5.针对离子注入的阴影效应，现有的解决方案如下：1、调整离子入射角度及离子浓度，以实现缩小遮蔽面积，保证注入离子的均匀度。但该方案仅能够应用于离子注入精准度不高的场景中，对于注入要求较高的场景会带来很大的误差，影响产品的性能。
6.2、多角度注入，以缩小遮蔽面积，保证均匀注入。但该方案极大地增加了工艺操作难度，也增加了制备的时间成本。同时，对于特定角度注入的工艺场景，无法适用。
7.3、利用黄光照射减薄光阻。减薄光阻可以高效地实现缩小遮蔽面积，提高离子注入的工艺效果。然而，黄光照射的方式虽然便捷，但受限于机台或光阻的特性，黄光照射减薄光阻厚度具有一极限值。极限值以下的厚度无法通过黄光照射来实现。且采用黄光调节光阻厚度于极限值附近时，会出现一些副作用。如图2所示，在基底的边缘一圈存在波纹式的缺陷12。除此之外，还易发生光阻剥离等问题。为解决这些副作用，只能通过升级设备或者更换光阻，不仅导致成本增加，还需花费大量的时间。
8.因此，需要一种新的半导体器件的制备方法，以实现不仅能够缓解阴影效应问题，还节约成本、可实施性强。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于提供一种半导体器件及其制备方法，以缓解离子注入的阴影效应问题。
10.为解决上述技术问题，本发明提供一种半导体器件的制备方法，包括：提供一基底，所述基底上形成有图案化光阻，所述图案化光阻具有暴露出所述基底的部分顶面的开口；采用刻蚀工艺修整所述图案化光阻，以减薄所述图案化光阻，减小所述开口的深度，和/或，去除所述图案化光阻侧壁顶部的部分厚度，增大所述开口顶部的宽度；以刻蚀后的所述图案化光阻为阻挡层，对所述基底执行离子注入工艺。
11.可选的，在所述的半导体器件的制备方法中，刻蚀后的所述图案化光阻的厚度小于或等于2200埃。
12.可选的，在所述的半导体器件的制备方法中，所述离子注入工艺的注入角度范围为大于0度且小于90度；其中，0度为垂直于所述基底的方向，90度为平行于所述基底的方向。
13.可选的，在所述的半导体器件的制备方法中，所述离子注入工艺中注入的离子包括n型离子或p型离子。
14.可选的，在所述的半导体器件的制备方法中，对所述基底执行离子注入工艺之后，所述半导体器件的制备方法还包括：去除刻蚀后的所述图案化光阻；对所述基底执行退火工艺。
15.可选的，在所述的半导体器件的制备方法中，采用湿法或干法刻蚀工艺去除所述图案化光阻。
16.可选的，在所述的半导体器件的制备方法中，所述退火工艺的工艺温度范围为：400摄氏度~1300摄氏度。
17.基于同一发明构思，本发明还提供一种半导体器件，采用所述半导体器件的制备方法制备，包括：一基底以及形成于所述基底上的图案化光阻；所述图案化光阻经刻蚀具有设定厚度，并且所述图案化光阻具有暴露出所述基底的部分顶面的开口，所述开口的顶部的宽度大于或等于所述开口底部的宽度；所述基底内掺杂有离子，且以所述图案化光阻为阻挡层对所述基底执行的离子注入。
18.可选的，在所述的半导体器件中，经刻蚀的所述图案化光阻的设定厚度范围为：小于或等于2200埃。
19.可选的，在所述的半导体器件中，所述离子注入的注入角度范围为大于0度且小于90度；其中，0度为垂直于所述基底的方向，90度为平行于所述基底的方向。
20.综上所述，本发明提供一种半导体器件及其制备方法，包括：提供一基底，所述基底上形成有图案化光阻，所述图案化光阻具有暴露出所述基底的部分顶面的开口；采用刻蚀工艺修整所述图案化光阻，以减薄所述图案化光阻，减小所述开口的深度，和/或，去除所述图案化光阻侧壁顶部的部分厚度，增大所述开口顶部的宽度；以刻蚀后的所述图案化光阻为阻挡层，对所述基底执行离子注入工艺。其中，本发明采用刻蚀修整的方式调整所述图案化光阻的尺寸，以实现至少减薄所述图案化光阻和/或增大所述开口顶部的宽度，从而能够缓解在后续离子注入过程中出现的阴影效应，即缩小遮蔽面积，扩大离子注入范围，保证离子注入的均匀性，提高产品性能。并且，相比于黄光照射的减薄方式，本发明可避免出现
基底缺陷或光阻剥离等副作用，且本发明不受光阻或机台特性的限制，减薄的厚度可以小于黄光减薄的极限值，以达到更优的工艺效果。此外，较于更换光阻或升级机台，本发明成本低，操作简单，可实施性强。
附图说明
21.图1是现有技术的一种离子注入的示意图；图2是现有技术的基底边缘缺陷的示意图；图3是本发明实施例的半导体器件的制备方法的流程图；图4
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6是本发明实施例的半导体器件的制备方法中各步骤半导体结构的示意图；图7是本发明实施例的减薄150埃光阻的pd电压对比图；图8是本发明实施例的减薄150埃光阻的pg电压对比图；其中，附图标记为：10
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基底；11
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图案化光阻；12
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波纹缺陷；100
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基底；101
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图案化光阻；102
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刻蚀后的图案化光阻；p
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开口。
具体实施方式
22.为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
23.为解决上述技术问题，本实施例提供一种半导体器件的制备方法，请参阅图3，包括：步骤一s10：提供一基底，所述基底上形成有图案化光阻，所述图案化光阻具有暴露出所述基底的部分顶面的开口；步骤二s20：采用刻蚀工艺修整所述图案化光阻，以减薄所述图案化光阻，减小所述开口的深度，和/或，去除所述图案化光阻侧壁顶部的部分厚度，增大所述开口顶部的宽度；步骤三s30：以刻蚀后的所述图案化光阻为阻挡层，对所述基底执行离子注入工艺。
24.本实施例采用刻蚀修整的方式调整所述图案化光阻的尺寸，以实现至少减薄所述图案化光阻，和/或增大所述开口顶部的宽度，从而能够缓解在后续离子注入过程中出现的阴影效应，即缩小遮蔽面积，扩大离子注入范围，保证离子注入的均匀性，提高产品性能。
25.以下结合附图4
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8，具体介绍本实施例提供的所述半导体器件的制备方法。
26.步骤一s10：请参阅图4，提供一基底100，所述基底100上形成有图案化光阻101，所述图案化光阻101具有暴露出所述基底100的部分顶面的开口p。
27.所述基底100可为后续工艺提供操作平台，其可以是本领域技术人员熟知的任何
用以承载半导体集成电路组成元件的底材，可以是裸片，也可以是经过外延生长工艺处理后的晶圆，亦可以是已形成有器件的电路层。可选的，所述基底100包括绝缘体上硅（silicon
‑
on
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insulator，soi）基底、体硅（bulk silicon）基底、锗基底、锗硅基底、磷化铟(inp)基底、砷化镓(gaas)基底或者绝缘体上锗基底等。
28.在所述基底100的上表面涂覆一层光刻胶，并采用光刻工艺，将掩模上的图案印制于所述光刻胶上，以形成图案化光阻101。其中，所述图案化光阻101暴露出未被光刻胶遮挡的所述基底100的顶面，以备后续对暴露出的所述基底100进行离子掺杂。
29.步骤二s20：请参阅图4
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6，采用刻蚀工艺修整所述图案化光阻101，以减薄所述图案化光阻101，减小所述开口p的深度，和/或，去除所述图案化光阻101侧壁顶部的部分厚度，增大所述开口p顶部的宽度。
30.因采用黄光光刻而形成的所述图案化光阻101的厚度较大，当呈一定倾斜角进行离子注入时，会遮蔽较大面积的待注入区域，产生阴影效应，如图1所示。所以，本实施例在执行离子注入之前，采用刻蚀修整工艺，去除至少部分所述图案化光阻101，以缩小遮蔽面积，扩大后续离子注入的范围，提高注入的工艺效果。
31.优选的，刻蚀去除至少部分所述图案化光阻101的工艺包括但不限于为采用等离子体刻蚀工艺。当采用等离子体刻蚀工艺进行刻蚀修整时，所选用的刻蚀气体包括氧气和/或惰性气体。这些气体在化学过程和物理过程的共同作用下，形成等离子体，再通过电场加速，释放足够的力量以蚀刻所述图案化光阻101的表面。其中，可通过调节气体流量、反应时间以及偏置功率等方式来控制刻蚀量。当然，本实施例不限于使用等离子体刻蚀这一种刻蚀工艺，还可以选用其他刻蚀工艺，以实现去除至少部分所述图案化光阻101。
32.进一步的，本实施例采用刻蚀修整的方式，减薄所述图案化光阻101的厚度，实现减小所述开口p的深度。如图5所示，以垂直的气流刻蚀所述图案化光阻101，实现减薄所述图案化光阻101的厚度，缩小遮蔽面积，则刻蚀后的图案化光阻102的剖面呈矩形状，仅是在之前的厚度基础上减薄。此外，本实施例还提供一种图案化光阻101修整后的形貌，如图6所示，即：通过刻蚀工艺去除所述图案化光阻101侧壁顶部的部分厚度。换言之，仅对所述图案化光阻101的顶部进行刻蚀，并同时实现减薄所述图案化光阻101的厚度，以及刻蚀削减所述图案化光阻10顶端的侧壁，在保证与所述基底100相接的所述图案化光阻101的侧壁垂直于所述基底100的前提下，削减所述图案化光阻101的侧壁顶端的一部分光阻。刻蚀后的图案化光阻102的侧壁端部被削去拐角，以使得所述刻蚀后的图案化光阻102的顶部端面为非平面状，可呈圆弧状、波浪形或锯齿状等不规则形状，例如图6所示的所述刻蚀后的图案化光阻102的剖面呈六边形。进一步的，本实施例对于所述刻蚀后的图案化光阻102后的形貌不作具体限定。其中，保证所述刻蚀后的图案化光阻102的侧壁垂直于所述基底100目的在于保障光阻在后续离子注入工艺中的阻挡效果。削减所述图案化光阻101的侧壁顶端的一部分光阻，以进一步缩小遮蔽面积。
33.步骤三s30：请参阅图5
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6，以刻蚀后的所述图案化光阻102为阻挡层，对所述基底100执行离子注入工艺。
34.其中，本实施例所提供的半导体器件的制备方法，应用于非垂直的注入角度。即，所述离子注入的注入角度范围为大于0度且小于90度；其中，0度为垂直于所述基底100的方向，90度为平行于所述基底100的方向。因完全垂直的离子注入方式较难实现，且只有在非
垂直注入的情况下才会发生阴影效应，本实施例提供的所述半导体器件的制备方法用于缓解阴影效应的问题。
35.请参阅图5，图5所示的是在减薄所述图案化光阻101厚度的情况下，相同注入角度，遮蔽的面积缩小很多。其中d1表示，从截面上看，遮蔽区域所缩小的长度。请参阅图6，图6所示的是在减薄所述图案化光阻101厚度的基础上，进一步削减部分厚度的侧壁顶端，在相同注入角度的情况下，遮蔽的面积进一步缩小。其中d2表示，从截面上看，遮蔽区域所缩小的长度。显然d2>d1，则遮蔽区域得到了大幅度的缩小，较佳地缓解了离子注入的阴影效应，扩大离子注入范围，保证离子注入的均匀性，提高产品性能。
36.其中，本实施例中所涉及的离子注入包括在半导体领域中的所有种类的离子掺杂。其中，注入的离子包括但不限于为n型离子或p型离子，或者为非晶化离子注入，如掺杂锑离子、锗离子或者硅离子。
37.进一步的，本实施例所提供的所述半导体器件的制备方法，不受机台型号和光阻特性的限制，即在黄光减薄的极限值下，还能够减薄所述图案化光阻101。其中，在55ll开发过程中，采用黄光减薄所述图案化光阻101至2200埃时，会出现波纹缺陷，光阻剥离等副作用。而在本实施例提供的所述半导体器件的制备方法中，刻蚀后的图案化光阻102的厚度小于或等于2200埃，且避免产生副作用，且较于更换光阻或升级机台，成本更低，工艺操作更简便，工艺时间短，具有很高的可实施性。当然，本实施提供的方法也可以适用于黄光减薄的极限值之上的情况，工程师可根据制备成本、操作时间以及调节精度来选择使用本实施例所提供的方法刻蚀修整所述图案化光阻101。
38.进一步的，对所述基底100执行离子注入工艺之后，所述半导体器件的制备方法还包括：去除所述刻蚀后的图案化光阻102；对所述基底100执行退火工艺。其中，去除所述刻蚀后的图案化光阻102的工艺可选的为湿法刻蚀或干法刻蚀。退火工艺用来激活所述基底100中的掺杂元素，以及将基底100中由离子注入造成的非晶结构恢复为完整晶格结构。可选的，所述退火工艺的工艺温度范围为：400摄氏度~1300摄氏度。
39.进一步的，申请人采用本实施例所提供的半导体器件的制备方法，在55ll开发过程中，将原有的光阻厚度从2350埃刻蚀修整至2200埃，并对后续形成的晶体管进行电压检测，请参阅图7
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8（横坐标表示光阻边界与器件之间的距离；纵坐标表示电压），发现将光阻减薄可使pd电压波动由39mv降至17mv，pg电压波动由13mv降至3mv，提高了器件电压稳定性。且以上数据充分证明，通过减薄150埃厚度的光阻，极大地缓解了阴影效应，使得器件的性能提高了50%及以上。
40.基于同一发明构思，本实施例还提供一种半导体器件，所述半导体器件采用本实施例提供的所述半导体器件的制备方法制备而成，请参阅图5和6，包括：一基底100以及形成于所述基底上的刻蚀后的图案化光阻102；所述刻蚀后的图案化光阻102经刻蚀具有设定厚度，并且所述刻蚀后的图案化光阻102具有暴露出所述基底100的部分顶面的开口p，所述开口p的顶部的宽度大于所述开口p底部的宽度（如图6所示），或者所述开口p的顶部的宽度等于所述开口p底部的宽度（如图5所示）；所述基底100内掺杂有离子，且以所述刻蚀后的图案化光阻102为阻挡层对所述基底100执行的离子注入。
41.所述离子注入为非垂直的注入角方式，即注入角度范围为大于0度且小于90度；其中，0度为垂直于所述基底100的方向，90度为平行于所述基底100的方向。进一步的，刻蚀后
的所述图案化光阻102的设定厚度能够小于或等于2200埃，不受机台和光阻的特性的影响，可以减薄至更低的厚度，而黄光照射的方式却无法减薄至该厚度范围，即便减薄至黄光照射的极限厚度，也会产生照射缺陷，影响离子注入的效果和器件的性能。因此，本实施例所提供的所述半导体器件不仅能够缓解离子注入过程中产生的阴影效应，还不受光阻和机台特性的影响，能够大幅度提高器件性能。
42.综上所述，本实施例提供一种半导体器件及其制备方法，包括：提供一基底100，所述基底100上形成有图案化光阻101，所述图案化光阻101具有暴露出所述基底100的部分顶面的开口p；采用刻蚀工艺修整所述图案化光阻101，以减薄所述图案化光阻101，减小所述开口p的深度，和/或，去除所述图案化光阻101侧壁顶部的部分厚度，增大所述开口p顶部的宽度；以所述刻蚀后的所述图案化光阻102为阻挡层，对所述基底100执行离子注入工艺。其中，本实施例采用刻蚀修整的方式调整所述图案化光阻101的尺寸，以实现至少减薄所述图案化光阻101和/或增大所述开口p顶部的宽度，从而能够缓解在后续离子注入过程中出现的阴影效应，即缩小遮蔽面积，扩大离子注入范围，保证离子注入的均匀性，提高产品性能。并且，相比于黄光照射的减薄方式，本实施例可避免出现基底缺陷或光阻剥离等副作用，且本实施例提供的方法不受机台和光阻的特性限制，减薄的厚度可以小于黄光减薄的极限值，以达到更优的工艺效果。此外，较于更换光阻或升级机台，本实施例提供的方法成本低，操作简单，可实施性强。
43.此外还应该认识到，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

技术特征：
1.一种半导体器件的制备方法，其特征在于，包括：提供一基底，所述基底上形成有图案化光阻，所述图案化光阻具有暴露出所述基底的部分顶面的开口；采用刻蚀工艺修整所述图案化光阻，以减薄所述图案化光阻，减小所述开口的深度，和/或，去除所述图案化光阻侧壁顶部的部分厚度，增大所述开口顶部的宽度；以刻蚀后的所述图案化光阻为阻挡层，对所述基底执行离子注入工艺。2.根据权利要求1所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，刻蚀后的所述图案化光阻的厚度小于或等于2200埃。3.根据权利要求1所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，所述离子注入工艺的注入角度范围为大于0度且小于90度；其中，0度为垂直于所述基底的方向，90度为平行于所述基底的方向。4.根据权利要求1所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，所述离子注入工艺中注入的离子包括n型离子或p型离子。5.根据权利要求1所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，对所述基底执行离子注入工艺之后，所述半导体器件的制备方法还包括：去除刻蚀后的所述图案化光阻；对所述基底执行退火工艺。6.根据权利要求5所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，采用湿法刻蚀工艺去除所述图案化光阻。7.根据权利要求5所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，所述退火工艺的工艺温度范围为：400摄氏度~1300摄氏度。8.一种半导体器件，其特征在于，采用如权利要求1~7中任一项所述的半导体器件的制备方法制备，包括：一基底以及形成于所述基底上的图案化光阻；所述图案化光阻经刻蚀具有设定厚度，并且所述图案化光阻具有暴露出所述基底的部分顶面的开口，所述开口的顶部的宽度大于或等于所述开口底部的宽度；所述基底内掺杂有离子，且以所述图案化光阻为阻挡层对所述基底执行的离子注入。9.根据权利要求8所述的半导体器件，其特征在于，经刻蚀的所述图案化光阻的设定厚度范围为：小于或等于2200埃。10.根据权利要求8所述的半导体器件，其特征在于，所述离子注入的注入角度范围为大于0度且小于90度；其中，0度为垂直于所述基底的方向，90度为平行于所述基底的方向。
技术总结
本发明提供一种半导体器件及其制备方法，其中，本发明采用刻蚀修整的方式调整所述图案化光阻的尺寸，以实现减薄所述图案化光阻和/或增大所述开口顶部的宽度，从而能够缓解在后续离子注入过程中出现的阴影效应，即缩小遮蔽面积，扩大离子注入范围，保证离子注入的均匀性，提高产品性能。并且，相比于黄光照射的减薄方式，本发明可避免出现基底缺陷或光阻剥离等副作用，且本发明不受光阻或机台特性的限制，以刻蚀修整的方式减薄所述图案化光阻的厚度可以小于黄光减薄的极限值，以达到更优的工艺效果。此外，较于更换光阻或升级机台，本发明成本低，操作简单，可实施性强。可实施性强。可实施性强。


技术研发人员：张静 许宗能
受保护的技术使用者：晶芯成（北京）科技有限公司
技术研发日：2021.06.09
技术公布日：2021/7/8