專利名稱：一種采用應(yīng)力記憶技術(shù)的nmos器件制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域,特別涉及一種采用應(yīng)力記憶技術(shù)(SMT, StressMemorization Technique)的 NMOS 器件制作方法。
背景技術(shù)：
目前，半導(dǎo)體制造工業(yè)主要在硅襯底的晶片(wafer)器件面上生長器件，以金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(Metal-Oxide Semiconductor Field EffectTransistor, M0S)為例，MOS器件結(jié)構(gòu)包括有源區(qū)、源極、漏極和柵極，其中，所述有源區(qū)位于硅襯底中，所述柵極位于有源區(qū)上方，所述層疊柵極106兩側(cè)的有源區(qū)分別進(jìn)行離子注入后形成源極和漏極，柵極下方具有導(dǎo)電溝道，所述柵極和導(dǎo)電溝道之間有柵極電介質(zhì)層。根據(jù)導(dǎo)電溝道中多數(shù) 載流子的類型，將MOS分為多數(shù)載流子為空穴的PMOS和多數(shù)載流子為電子的NMOS。NMOS制作的具體步驟為首先，將硅襯底通過摻雜分別成為以電子為多數(shù)載流子的(η型)硅襯底或以空穴為多數(shù)載流子的(P型)硅襯底之后，在η型硅襯底或P型硅襯底中制作淺溝槽隔離(STI) 101，將硅襯底隔離為彼此獨(dú)立的有源區(qū)；然后在STI兩側(cè)用離子注入的方法形成空穴型摻雜擴(kuò)散區(qū)(P阱)102，接著在P阱102位置的wafer器件面依次制作由柵極電介質(zhì)層104和柵極105組成的層疊柵極106最后在P阱102中分別制作位于層疊柵極106兩側(cè)的源極和漏極(圖中未畫出)，得到如圖1所示的NMOS器件結(jié)構(gòu)。NMOS器件結(jié)構(gòu)還包括在層疊柵極106壁形成環(huán)繞層疊柵極106的氮氧化物(二氧化硅和氮化硅)側(cè)墻(spacer) 107，Spacerl07 一方面可以保護(hù)柵極，另一方面可以防止源、漏極注入與導(dǎo)電溝道過于接近而產(chǎn)生漏電流甚至源漏之間導(dǎo)通。同時(shí)，為減小柵極接觸孔、源極接觸孔和漏極接觸孔的歐姆接觸電阻，在源、漏極注入之后，會(huì)在柵極頂部以及源極、漏極上生長金屬硅化物(如鎳化硅層或鈦化硅層)，因此要求源、漏極區(qū)域的硅襯底表面的完整性不被破壞。隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的進(jìn)步，半導(dǎo)體期間的特征尺寸也越來也小，所以面對(duì)的關(guān)于半導(dǎo)體器件的性能問題也越來越多，為了提高半導(dǎo)體器件性能，需要進(jìn)一步提高柵極的拉應(yīng)力，所以采用SMT對(duì)NMOS的柵極增加拉應(yīng)力。下面結(jié)合附圖介紹采用SMT的NMOS制作方法。結(jié)合圖3 圖5的現(xiàn)有技術(shù)的SMT制作NMOS的剖面示意圖，詳細(xì)說明如圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)中SMT的NMOS制作方法，具體步驟如下。如圖3所示，晶片的硅襯底中具有的STIlOl將硅襯底隔離成若干個(gè)有源區(qū)，在硅襯底兩個(gè)相鄰有源區(qū)的器件面分別具有制作完成的NMOS器件，其中，NMOS器件的結(jié)構(gòu)包括硅襯底中形成的P阱102，硅襯底器件面依次生長的柵極電介質(zhì)層104和柵極105組成的層疊柵極106，以及包圍層疊柵極106的側(cè)墻107和分別位于層疊柵極106兩側(cè)硅襯底中的源極和漏極(圖中源極和漏極未畫出)。步驟201、晶片器件面沉積阻擋層108，如圖3所示；在本步驟中，沉積的阻擋層為氧化硅層或氮氧化硅層，用于保護(hù)柵極及柵極側(cè)壁層，并在后續(xù)刻蝕第一氮化硅層時(shí)作為刻蝕終止層存在。
步驟202、在阻擋層上方沉積第一氮化硅SIN層109 ；本步驟中，晶片放置在爐管中，在晶片的阻擋層上方沉積第一 SIN層109，得到如圖4所示的NMOS器件剖面示意圖。步驟203、對(duì)晶片進(jìn)行尖峰退火(spike anneal)和激光退火(laser anneal) 110 ；本步驟中，第一 SIN層109的原子在spike anneal和laser anneal 110過程中重新排列得更加緊密，從而對(duì)NMOS柵極105施加更大的拉應(yīng)力，得到如圖5所示的NMOS器件剖面示意圖。其中，第一 SIN層109對(duì)NMOS的柵極施加的拉應(yīng)力會(huì)增加NMOS導(dǎo)電溝道內(nèi)電子的遷移率，提高NMOS的導(dǎo)電能力。步驟204、去除第一 SIN層109和阻擋層108，如圖6所示； 在本步驟中，可以采用濕法或干法去除第一 SIN層和阻擋層108，濕法刻蝕的刻蝕溶液可以對(duì)第一 SIN層109和阻擋層108的刻蝕速率比大的刻蝕溶液，根據(jù)第一 SIN層109的厚度和刻蝕溶液對(duì)第一 SIN層109的刻蝕速率確定刻蝕時(shí)間。例如采用溫度范圍是100 250攝氏度的熱磷酸溶液，選擇濕法刻蝕時(shí)間范圍是30秒 10分鐘，保證完全去除第一 SIN層109到阻擋層108 ;采用干法刻蝕時(shí)以阻擋層108為刻蝕停止層。采用上述方法雖然可以提高NMOS器件的柵極拉應(yīng)力，但是也會(huì)引起負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性(NBTI, Negative Bias Temperature Instability)效應(yīng)，NBTI 效應(yīng)是指在高溫下對(duì)MOS施加負(fù)柵壓而引起的一系列電學(xué)參數(shù)的退化(一般應(yīng)力條件為125°C恒溫下柵氧電場，源、漏極和襯底接地)，還會(huì)出現(xiàn)柵極漏電流等問題。這些問題產(chǎn)生的部分原因是因?yàn)椴捎肧MT制作NMOS器件過程產(chǎn)生的帶電粒子，會(huì)擴(kuò)散到柵極電介質(zhì)層表面以及內(nèi)部，影響NMOS器件在使用過程中的柵極電介質(zhì)層的表面以及內(nèi)部俘獲電荷的分布。因此，為了克服這個(gè)問題，需要提高柵極電介質(zhì)層的表面以及內(nèi)部俘獲電荷的能力。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種采用SMT方式的NMOS器件制作方法，該方法能夠提高NMOS器件在使用過程中的柵極電介質(zhì)層的表面以及內(nèi)部俘獲電荷的能力，從而提高所制作的半導(dǎo)體器件性能。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種采用應(yīng)力記憶技術(shù)的NMOS器件制作方法，應(yīng)用在具有硅襯底和NMOS器件的晶片上，該方法包括在所述晶片器件面沉積阻擋層；對(duì)阻擋層進(jìn)行氮原子離子注入后，快速熱處理；在阻擋層沉積第一氮化硅SIN層后，進(jìn)行尖峰退火和激光退火；去除第一氮化硅層和阻擋層。所述阻擋層為氧化硅層或氮氧化硅層。所述離子注入采用低摻雜低溫度的離子注入，溫度小于125攝氏度。所述快速熱處理的溫度為650攝氏度到1200攝氏度。在所述快速熱處理的過程中在所述晶片放入的爐管中通入氮?dú)猓趸蜓趸?。所述去除第一氮化硅層和阻擋層采用濕法刻蝕或干法刻蝕。
在所述采用干法刻蝕時(shí)，所述阻擋層為刻蝕停止層。從上述方案可以看出，本發(fā)明提供的方法在沉積了阻擋層之后，在沉積第一氮化娃層之前，先經(jīng)過離子注入氮，再通過快速熱處理(RTP,rapidthermal process)退火工藝，這樣可以提高阻擋層的均勻度和致密度，就可以形成較致密的阻擋層，增加制作第一氮化硅層過程中所產(chǎn)生的氫擴(kuò)散阻擋能力，從而在后續(xù)沉積第一氮化硅層以及尖峰和激光退火步驟中抑制源/漏極所注入硼離子的擴(kuò)散到柵極介質(zhì)層，之后第一氮化硅層和阻擋層會(huì)被濕法或干法刻蝕去掉。這樣，就不會(huì)影響NMOS器件在使用過程中的柵極電介質(zhì)層的表面以及內(nèi)部俘獲電荷的分布，提高NMOS器件在使用過程中的柵極電介質(zhì)層的表面以及內(nèi)部俘獲電荷的能力，從而提高所制作的半導(dǎo)體器件性能。


圖1為NMOS器件結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；
圖2為現(xiàn)有技術(shù)SMT的NMOS制作方法流程圖；圖3 圖6為現(xiàn)有技術(shù)SMT制作NMOS的剖面示意圖；圖7為本發(fā)明SMT的NMOS制作方法流程圖；圖8 圖12為本發(fā)明SMT制作NMOS過程的剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。為了提高NMOS器件在使用過程中的柵極電介質(zhì)層的表面以及內(nèi)部俘獲電荷的能力，從而提高所制作的半導(dǎo)體器件性能，本發(fā)明在沉積了阻擋層之后，在沉積第一氮化硅層之前，先經(jīng)過離子注入氮，再通過RTP退火工藝，這樣可以提高阻擋層的均勻度和致密度，就可以形成較致密的阻擋層，增加制作第一氮化硅層過程中所產(chǎn)生的氫擴(kuò)散阻擋能力，從而在后續(xù)沉積第一氮化硅層以及尖峰和激光退火步驟中抑制源/漏極所注入硼離子的擴(kuò)散到柵極介質(zhì)層，之后第一氮化硅層和阻擋層會(huì)被濕法或干法刻蝕去掉。這樣，就不會(huì)影響NMOS器件在使用過程中的柵極電介質(zhì)層的表面以及內(nèi)部俘獲電荷的分布。結(jié)合圖8 圖12的本發(fā)明SMT制作NMOS過程的剖面示意圖，詳細(xì)說明如圖7所示的現(xiàn)有技術(shù)中SMT的NMOS制作方法，具體步驟如下。步驟晶片的娃襯底中具有的STIlOl將娃襯底隔尚成若干個(gè)有源區(qū)，在娃襯底兩個(gè)相鄰有源區(qū)的器件面分別具有制作完成的NMOS器件，其中，NMOS器件的結(jié)構(gòu)包括硅襯底中形成的P阱102，硅襯底器件面依次生長的柵極電介質(zhì)層104和柵極105組成的層疊柵極106,以及包圍層疊柵極106的側(cè)墻107和分別位于層疊柵極106兩側(cè)娃襯底中的源極和漏極(圖中源極和漏極未畫出)。步驟701、晶片器件面沉積阻擋層108,如圖8所不；在本步驟中，沉積的阻擋層為氧化硅層或氮氧化硅層，用于保護(hù)柵極及柵極側(cè)壁層，并在后續(xù)刻蝕第一氮化硅層時(shí)作為刻蝕終止層存在。步驟702、對(duì)阻擋層108進(jìn)行離子注入11，注入氮原子，如圖9所示；
在本步驟中，采用低摻雜濃度的離子注入，注入的劑量比較小，反應(yīng)腔采用小于125攝氏度的低溫度，使得離子注入的氮原子只是存在在阻擋層108表面區(qū)域，這樣，可以增加阻擋層108的氮密度，但是在阻擋層108作為刻蝕終止層和保護(hù)柵極的用途沒有更改。步驟703、進(jìn)行 RTP;在本步驟中，RTP過程采用的溫度為650攝氏度到1200攝氏度，在爐管中退火的同時(shí)，可以通入氧化氮或氧化二氮，在RTP過程中，防止離子注入的氮原子溢出，退火過程可以保證離子注入的氮原子均勻存在在阻擋層108表面區(qū)域；這樣，就提高阻擋層的均勻度和致密度，就可以形成較致密的阻擋層。步驟704、在阻擋層上方沉積第一 SIN層109，如圖10所示；本步驟中，晶片放置在爐管中，在晶片的阻擋層上方沉積第一 SIN層109 ； 步驟705、對(duì)晶片進(jìn)行 spike anneal 和 laser anneal 110,如圖 11 所不；本步驟中，第一 SIN層109的原子在spike anneal和laser anneal 110過程中重新排列得更加緊密，從而對(duì)NMOS柵極105施加更大的拉應(yīng)力。其中，第一 SIN層109對(duì)NMOS的柵極施加的拉應(yīng)力會(huì)增加NMOS導(dǎo)電溝道內(nèi)電子的遷移率，提高NMOS的導(dǎo)電能力。在此過程中，由于在與第一氮化硅層接觸的阻擋層中均勻地增加氮含量，形成較致密的阻擋層，使得所沉積的第一氮化硅層在尖峰退火和激光退火步驟中抑制源/漏極所注入硼離子的擴(kuò)散到柵極介質(zhì)層。步驟706、去除第一 SIN層109和阻擋層108，如圖12所示；在本步驟中，可以采用濕法或干法去除第一 SIN層109和阻擋層108，濕法刻蝕的刻蝕溶液可以對(duì)第一 SIN層109和阻擋層108的刻蝕速率比大的刻蝕溶液，根據(jù)第一 SIN層109的厚度和刻蝕溶液對(duì)第一 SIN層109的刻蝕速率確定刻蝕時(shí)間。例如采用溫度范圍是100 250攝氏度的熱磷酸溶液，選擇濕法刻蝕時(shí)間范圍是30秒 10分鐘，保證完全去除第一 SIN層109到阻擋層108 ;采用干法刻蝕時(shí)以阻擋層108為刻蝕停止層。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種采用應(yīng)力記憶技術(shù)的NMOS器件制作方法，應(yīng)用在具有硅襯底和NMOS器件的晶片上，其特征在于，該方法包括在所述晶片器件面沉積阻擋層；對(duì)阻擋層進(jìn)行氮原子離子注入后，快速熱處理；在阻擋層沉積第一氮化硅SIN層后，進(jìn)行尖峰退火和激光退火；去除第一氮化硅層和阻擋層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述阻擋層為氧化硅層或氮氧化硅層。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述離子注入采用低摻雜低溫度的離子注入，溫度小于125攝氏度。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述快速熱處理的溫度為650攝氏度到 1200攝氏度。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在所述快速熱處理的過程中在所述晶片放入的爐管中通入氮?dú)?，氧化氮或氧化二氮?br> 6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述去除第一氮化硅層和阻擋層采用濕法刻蝕或干法刻蝕。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在所述采用干法刻蝕時(shí)，所述阻擋層為刻蝕停止層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用應(yīng)力記憶技術(shù)SMT的NMOS器件制作方法，在沉積了阻擋層之后，在沉積第一氮化硅層之前，先經(jīng)過離子注入氮，再通過RTP退火工藝，這樣可以提高阻擋層的均勻度和致密度，就可以形成較致密的阻擋層，增加制作第一氮化硅層過程中所產(chǎn)生的氫擴(kuò)散阻擋能力，從而在后續(xù)沉積第一氮化硅層以及尖峰和激光退火步驟中抑制源/漏極所注入硼離子的擴(kuò)散到柵極介質(zhì)層，之后第一氮化硅層和阻擋層會(huì)被濕法或干法刻蝕去掉。這樣，就不會(huì)影響NMOS器件在使用過程中的柵極電介質(zhì)層的表面以及內(nèi)部俘獲電荷的分布，從而提高所制作的半導(dǎo)體器件性能。
文檔編號(hào)H01L21/285GK103021849SQ20111028044
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者張彬, 鮑宇, 鄧浩 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司