專利名稱：應(yīng)變cmos器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及一種采用了應(yīng)變技術(shù)的CMOS 器件制作方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件尤其MOS器件中，提高場效應(yīng)晶體管的開關(guān)頻率的一種主要方法是提高驅(qū)動電流，而提高驅(qū)動電流的主要途徑是提高載流子遷移率?，F(xiàn)有一種提高場效應(yīng)晶體管載流子遷移率的技術(shù)是應(yīng)變技術(shù)，通過在場效應(yīng)晶體管的表面形成應(yīng)力層，通過應(yīng)力層在晶體管溝道區(qū)域形成穩(wěn)定應(yīng)力，提高溝道中的載流子遷移率。其中，拉伸應(yīng)力可以使得溝道區(qū)域中的分子排列更加疏松，從而提高電子的遷移率，適用于NMOS晶體管；而壓縮應(yīng)力則使得溝道區(qū)域內(nèi)的分子排布更加緊密，有助于提高空穴的遷移率，適用于PMOS晶體管。所述應(yīng)變技術(shù)還包括采用S/D退火工藝，使得位于應(yīng)力層底部的多晶硅柵極再結(jié)晶，將應(yīng)力層所誘發(fā)的應(yīng)力，記憶至晶體管溝道區(qū)域中，致使晶體管的電性能改善6 10%。但上述退火工藝所帶來的應(yīng)變記憶效果，僅對于拉伸應(yīng)力有效，且容易導(dǎo)致溝道區(qū)域的壓縮應(yīng)力減弱。因此通常僅對NMOS晶體管表面的應(yīng)力層進行退火處理。更多關(guān)于應(yīng)力 CMOS器件結(jié)構(gòu)及其制作方法可以參見中國專利ZL02131611. 2內(nèi)容。圖1至圖7示出了現(xiàn)有的應(yīng)力CMOS器件制作方法的基本流程剖面示意圖。如圖1所示，首先提供CMOS器件，所述CMOS器件形成于半導(dǎo)體襯底10上，包括通過淺溝槽11相互絕緣隔離的NMOS晶體管以及PMOS晶體管。如圖2所示，在整個CMOS器件的表面依次沉積第一應(yīng)力層101以及薄膜氧化層 200。所述第一應(yīng)力層101材質(zhì)可以為氮化硅，采用熱驅(qū)動化學(xué)氣相沉積(TDCVD)或者等離子增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)形成。通過改變所述化學(xué)氣相沉積的參數(shù)(例如反應(yīng)氣體H2 的含量)，可以調(diào)節(jié)所述第一應(yīng)力層101的應(yīng)力類型以及應(yīng)力大小。具體的，所述第一應(yīng)力層101的應(yīng)力類型為拉伸應(yīng)力。所述薄膜氧化層200可以為氧化硅層。如圖3所示，采用光刻工藝進行選擇性刻蝕，去除薄膜氧化層200位于PMOS晶體管區(qū)域的部分，而保留位于NMOS晶體管區(qū)域的部分，然后去除光刻膠。如圖4所示，以薄膜氧化層200為硬掩模進行等離子刻蝕，去除所述第一應(yīng)力層 101位于PMOS晶體管區(qū)域的部分，然后進行尖峰退火(Spike anneal)工藝。由于經(jīng)過上述等離子刻蝕工藝后，第一應(yīng)力層101僅剩余位于NMOS晶體管區(qū)域的部分，因此該部分第一應(yīng)力層101的拉伸應(yīng)力將被記憶至NMOS晶體管的溝道區(qū)域中，從而增強了其溝道區(qū)域的載流子遷移率。如圖5所示，在上述形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)表面形成第二應(yīng)力層102，所述第二應(yīng)力層 102材質(zhì)也可以為氮化硅，采用TDCVD或PECVD形成，且具有壓縮應(yīng)力。所述第二應(yīng)力層102 將直接覆于PMOS晶體管的表面，對所述PMOS晶體管的溝道區(qū)域產(chǎn)生應(yīng)力作用。而在NMOS 晶體管區(qū)域，所述第二應(yīng)力層102通過所述薄膜氧化層200與第一應(yīng)力層101相間隔。
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如圖6所示，采用光刻工藝進行選擇性刻蝕，去除第二應(yīng)力層102位于NMOS晶體管區(qū)域的部分。其中所述選擇性刻蝕為等離子刻蝕，且以所述薄膜氧化層200為刻蝕停止層。去除光刻膠，最終形成圖7所示的應(yīng)變CMOS器件，所述應(yīng)變CMOS器件的不同晶體管區(qū)域具有不同應(yīng)力作用的應(yīng)變層。現(xiàn)有的應(yīng)變CMOS器件的制造工藝存在如下問題隨著半導(dǎo)體器件的集成度日益增大，CMOS器件中相鄰柵極的間距也越來越小，為了避免在所述相鄰柵極之間產(chǎn)生空洞缺陷(Void issue)，同時保證應(yīng)力層的厚度以提供足夠應(yīng)力，在圖2所示步驟中，薄膜氧化層 200的沉積厚度需要非常薄，通常不超過50A，遠小于應(yīng)力層的厚度。所述薄膜氧化層200 在刻蝕第一應(yīng)力層101時作為硬掩模，而在刻蝕第二應(yīng)力層102時作為刻蝕停止層。由于薄膜氧化層200相對于第二應(yīng)力層102的厚度過薄，且先前在作為硬掩模時厚度會被進一步消耗，因此在刻蝕第二應(yīng)力層102時，很容易因為無法準(zhǔn)確停止于薄膜氧化層200，直接穿通所述薄膜氧化層200而過刻蝕損傷第一應(yīng)力層101，具體參見圖8中所圈區(qū)域所示。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)變CMOS器件的制作方法，改善NMOS晶體管區(qū)域的過刻蝕問題。本發(fā)明提供的應(yīng)變CMOS器件的制作方法，包括提供CMOS器件；在所述CMOS器件表面依次形成第一應(yīng)力層以及薄膜氧化層；圖形化所述薄膜氧化層，曝露出第一應(yīng)力層位于PMOS晶體管區(qū)域的部分；以所述薄膜氧化層為硬掩模刻蝕所述第一應(yīng)力層；至少在所述薄膜氧化層的表面形成犧牲阻擋層；在上述形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)表面形成第二應(yīng)力層；以所述犧牲阻擋層為刻蝕停止層，刻蝕所述第二應(yīng)力層位于NMOS晶體管區(qū)域的部分；去除所述犧牲阻擋層。優(yōu)選的，在刻蝕所述第一應(yīng)力層后，還包括進行尖峰退火。所述尖峰退火的參數(shù)為退火溫度950°C 1100°C，退火時間1秒-2. 5秒?？蛇x的，所述薄膜氧化層的厚度為30A~50A?？蛇x的，所述犧牲阻擋層還形成于PMOS晶體管區(qū)域的表面?？蛇x的，所述第一應(yīng)力層的應(yīng)力類型為拉伸應(yīng)力，材質(zhì)為氮化硅，采用化學(xué)氣相沉積形成，厚度為350A~500A。所述第二應(yīng)力層的應(yīng)力類型為壓縮應(yīng)力，材質(zhì)為氮化硅，采用化學(xué)氣相沉積形成，厚度為200A~400A。優(yōu)選的，所述犧牲阻擋層與第二應(yīng)力層的選擇刻蝕比大于10?？蛇x的，所述犧牲阻擋層的材質(zhì)為無定形碳，采用化學(xué)氣相沉積形成，厚度為 50A~100A?？梢圆捎没一に嚾コ鰻奚钃鯇?。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點通過在薄膜氧化層的表面形成犧牲阻擋層，作為刻蝕停止層，以解決過刻蝕的問題；進一步的，所述犧牲阻擋層可以為無定形碳，具有沉積工藝簡單，且便于去除的特點。


通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及其他目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。附圖中與現(xiàn)有技術(shù)相同的部件使用了相同的附圖標(biāo)記。附圖并未按比例繪制，重點在于示出本發(fā)明的主旨。在附圖中為清楚起見，放大了層和區(qū)域的尺寸。圖1至圖7是現(xiàn)有的應(yīng)變CMOS器件的制作方法示意圖；圖8是現(xiàn)有應(yīng)變CMOS器件的NMOS晶體管區(qū)域出現(xiàn)過刻蝕的示意圖；圖9是本發(fā)明所述應(yīng)變CMOS器件制作方法流程圖；圖10至圖17是本發(fā)明實施例應(yīng)變CMOS器件制作方法的剖面示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。正如背景技術(shù)部分所述，現(xiàn)有的應(yīng)變CMOS器件制作方法中，由于薄膜氧化層相對于厚度過薄，而容易在頂部應(yīng)變層的刻蝕過程中出現(xiàn)過刻蝕現(xiàn)象，穿通并損傷底部應(yīng)變層。針對上述問題，本發(fā)明的發(fā)明人提供了一種應(yīng)變CMOS器件的制作方法，在所述薄膜氧化層的表面形成可去除的犧牲阻擋層作為刻蝕停止層，以避免上述過刻蝕現(xiàn)象產(chǎn)生。參考圖9，示出了本發(fā)明所述應(yīng)變CMOS器件的制作方法流程，基本步驟包括執(zhí)行步驟S101、提供CMOS器件，所述CMOS器件形成于半導(dǎo)體襯底上，包括通過淺溝槽絕緣隔離的NMOS晶體管以及PMOS晶體管；具體的，所述NMOS晶體管以及PMOS晶體管， 已完成了有源區(qū)域及其表面接觸層的制作，相鄰的柵極之間露出半導(dǎo)體襯底以及所述接觸層。執(zhí)行步驟S102、在所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)表面依次形成第一應(yīng)力層以及薄膜氧化層；所述第一應(yīng)力層的應(yīng)力類型應(yīng)當(dāng)為拉伸應(yīng)力，用于增強NMOS晶體管溝道區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力。執(zhí)行步驟S103、圖形化所述薄膜氧化層，曝露出第一應(yīng)力層位于PMOS晶體管區(qū)域的部分。具體的，可以采用光刻工藝，對所述薄膜氧化層進行選擇性刻蝕。執(zhí)行步驟S104、以薄膜氧化層為硬掩膜，刻蝕所述第一應(yīng)力層，去除第一應(yīng)力層位于PMOS晶體管區(qū)域的部分；在完成刻蝕后，還可以對上述形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進行尖峰退火；使得第一應(yīng)力層位于NMOS晶體管區(qū)域的剩余部分的應(yīng)力記憶至NMOS晶體管的溝道區(qū)域中。執(zhí)行步驟S105、至少在所述薄膜氧化層的表面形成犧牲阻擋層；所述犧牲阻擋層還可以覆于PMOS晶體管區(qū)域的表面，厚度較薄，并不會影響后續(xù)第二應(yīng)力層對PMOS晶體管的應(yīng)力作用，且可以在應(yīng)變CMOS器件的接觸孔制作工藝中保護該區(qū)域的接觸層。執(zhí)行步驟S106、在上述形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)表面形成第二應(yīng)力層；所述第二應(yīng)力層應(yīng)當(dāng)為壓縮應(yīng)力，用于增強PMOS晶體管溝道區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力。其中第二應(yīng)力層位于NMOS晶體管區(qū)域的部分，通過犧牲阻擋層以及薄膜氧化層與第一應(yīng)力層相隔絕。
執(zhí)行步驟S107、以所述犧牲阻擋層為刻蝕停止層，刻蝕所述第二應(yīng)力層位于NMOS 晶體管區(qū)域的部分；具體的，采用光刻工藝，刻蝕所述第二應(yīng)力層。在先前形成犧牲阻擋層時，選用與第二應(yīng)力層具有較大刻蝕選擇比的材料，一方面可以使得進行第二應(yīng)力層的刻蝕時，能夠準(zhǔn)確停止于犧牲阻擋層上，從而避免發(fā)生穿通過刻蝕的現(xiàn)象，保護第一應(yīng)力層， 另一方面，有利于節(jié)省薄膜氧化層的厚度，進一步避免相鄰柵極間空洞缺陷的產(chǎn)生。執(zhí)行步驟S108，去除犧牲阻擋層。具體的，由于第二應(yīng)力層位于NMOS晶體管區(qū)域的部分已被刻蝕，該區(qū)域的犧牲阻擋層已被曝露，因而易于去除；而位于PMOS晶體管區(qū)域的犧牲阻擋層，則由于依然位于第二應(yīng)力層底部，將被保留。經(jīng)過上述步驟后，便形成本發(fā)明所述的應(yīng)變CMOS器件。以下結(jié)合具體的實施例，對本發(fā)明所述應(yīng)變CMOS器件的制作方法做進一步介紹， 闡述其優(yōu)點。圖10至圖20示出了本發(fā)明半導(dǎo)體器件制作方法的一個具體實施例的各制作階段剖面示意圖。如圖10所示，提供CMOS器件。所述CMOS器件包括形成于半導(dǎo)體襯底10，且通過淺溝槽11相互絕緣隔離的NMOS晶體管Ml以及PMOS晶體管M2。其中，所述NMOS晶體管以及PMOS晶體管的有源區(qū)(包括源、漏以及柵電極)均已完成離子摻雜以及硅化工藝，形成有接觸層12，所述接觸層12用于減小有源區(qū)的接觸電阻，材質(zhì)為鎳硅化合物。如圖11所示，在上述CMOS器件的表面依次沉積第一應(yīng)力層101以及薄膜氧化層 200。所述第一應(yīng)力層101的材質(zhì)可以為氮化硅，可以通過TDCVD或PECVD等化學(xué)氣相沉積工藝形成，以提高成膜的均勻性。此外，應(yīng)當(dāng)在保證第一應(yīng)力層101的厚度的前提下， 盡可能減小薄膜氧化層200的厚度，以進一步降低因為相鄰柵極之間的介質(zhì)過厚，而在沉積時出現(xiàn)空洞缺陷的可能性。所述薄膜氧化層可以為采用化學(xué)氣相沉積形成的正硅酸乙酯 TEOS或者低溫氧化層LT0，本質(zhì)上均為氧化硅。本實施例中，第一應(yīng)力層ιο 的厚度為350A~500A,應(yīng)力類型為拉伸應(yīng)力，應(yīng)力大小為0. 6GPa 1. 5GPa(假設(shè)拉伸應(yīng)力為正應(yīng)力)。所述薄膜氧化層200的厚度為 30 A~50 A。如圖12所示，通過涂覆光刻膠，并進行曝光顯影，在NMOS晶體管區(qū)域上形成第一光刻膠掩模501，而曝露出PMOS晶體管區(qū)域。然后在PMOS晶體管區(qū)域上進行選擇性刻蝕，去除該區(qū)域內(nèi)的薄膜氧化層200。本實施例中，可以采用氫氟酸進行濕法刻蝕，選擇性刻蝕所述薄膜氧化層200，完成對薄膜氧化層200的圖形化。所述PMOS晶體管由于受到氮化硅材質(zhì)的第一應(yīng)力層101的保護，并不會受到濕法刻蝕的影響。采用灰化工藝去除覆蓋于NMOS 晶體管區(qū)域上的第一光刻膠掩模501，所述圖形化后的薄膜氧化層200曝露出了第一應(yīng)力層101位于PMOS晶體管區(qū)域的部分。如圖13所示，以所述薄膜氧化層200為硬掩模，刻蝕所述第一應(yīng)力層101，去除第一應(yīng)力層101位于PMOS晶體管區(qū)域的部分。具體的，以底部PMOS晶體管中硅材質(zhì)的半導(dǎo)體襯底或柵電極為刻蝕停止層，采用等離子刻蝕工藝，進行第一應(yīng)力層101的刻蝕。為了增強NMOS晶體管的應(yīng)力效果，可以在第一應(yīng)力層101的刻蝕結(jié)束后，對上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進行尖峰退火，將位于NMOS晶體管區(qū)域的第一應(yīng)力層101的應(yīng)力記憶至底部的NMOS晶體管溝道區(qū)域中。本實施例中，所述尖峰退火的參數(shù)可以為退火溫度950°C 1100°C，退火時間1秒-2. 5秒。如圖14所示，在尖峰退火結(jié)束后，至少在所述薄膜氧化層200的表面形成犧牲阻擋層300。所述犧牲阻擋層300的材質(zhì)應(yīng)當(dāng)與后續(xù)形成的第二應(yīng)變層的材質(zhì)具有顯著的選擇刻蝕性，以增強刻蝕停止的作用。本實施例中，所述犧牲阻擋層300的材質(zhì)為無定形碳，采用化學(xué)氣相沉積形成于上述步驟形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面，厚度為50 A -100 A。所述無定形碳與氮化硅的選擇刻蝕比超過 ο以上，在刻蝕氮化硅時，具有非常良好的刻蝕停止作用。如圖15所示，在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面，也即犧牲阻擋層300的表面，形成第二應(yīng)力層102。與第一應(yīng)力層101相同，所述第二應(yīng)力層102的材質(zhì)也可以為氮化硅，并通過 TDCVD或PECVD等化學(xué)氣相沉積工藝形成。本實施例中，所述第二應(yīng)力層102的厚度為200Λ~400Α,應(yīng)力類型為壓縮應(yīng)力， 應(yīng)力大小為-2. 5GPa -3. 5GPa。在NMOS晶體管區(qū)域，由于犧牲阻擋層300與薄膜氧化層 200的存在，所述第二應(yīng)力層102與第一應(yīng)力層101相互隔絕。如圖16所示，再次通過涂覆光刻膠，并進行曝光顯影，在PMOS晶體管區(qū)域上形成第二光刻膠掩模502，而曝露出NMOS晶體管區(qū)域。然后以所述犧牲阻擋層300為刻蝕停止層，進行等離子刻蝕工藝，去除第二應(yīng)力層102位于位于NMOS晶體管區(qū)域內(nèi)的部分。由于犧牲阻擋層300與第二應(yīng)力層102之間的選擇刻蝕比較大，上述等離子刻蝕工藝很容易停止于犧牲阻擋層300上，且底部的薄膜氧化層300還能夠起到雙重保險的作用，進一步避免了發(fā)生過刻蝕穿通薄膜氧化層300，而損傷第一應(yīng)力層101的現(xiàn)象。如圖17所示，去除所述犧牲介質(zhì)層300。由于本實施例所述的犧牲介質(zhì)層300為無定形碳，因此可以采用灰化工藝使之與第二光刻掩模502 —并去除，無需增加額外的濕法或干法刻蝕等去除工藝，進一步簡化了工藝步驟。此外，在經(jīng)過前述對第二應(yīng)力層102的等離子刻蝕后，僅有NMOS晶體管區(qū)域的犧牲阻擋層300被曝露，而PMOS晶體管區(qū)域的犧牲阻擋層300位于第二應(yīng)力層102底部，因此也僅有NMOS晶體管區(qū)域的犧牲介質(zhì)層300被去除。所述位于PMOS晶體管區(qū)域的犧牲阻擋層300可以在后續(xù)的接觸孔制作工藝中保護接觸層12，減少鎳硅化合物的損耗，因此并無去除的必要。綜上實施例，本發(fā)明在薄膜氧化層的表面形成與第二應(yīng)力層具有較大選擇刻蝕比的犧牲阻擋層，替代所述薄膜氧化層起到刻蝕停止的作用，有效改善了 NMOS晶體管區(qū)域的過刻蝕問題。而且有助于節(jié)省薄膜氧化層的厚度，降低鄰近柵極之間出現(xiàn)空洞缺陷的可能性。雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)變CMOS器件的制作方法，其特征在于，包括提供CMOS器件；在所述CMOS器件表面依次形成第一應(yīng)力層以及薄膜氧化層；圖形化所述薄膜氧化層，曝露出第一應(yīng)力層位于PMOS晶體管區(qū)域的部分；以所述薄膜氧化層為硬掩模刻蝕所述第一應(yīng)力層；至少在所述薄膜氧化層的表面形成犧牲阻擋層；在上述形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)表面形成第二應(yīng)力層；以所述犧牲阻擋層為刻蝕停止層，刻蝕所述第二應(yīng)力層位于NMOS晶體管區(qū)域的部分；去除所述犧牲阻擋層。
2.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，在刻蝕所述第一應(yīng)力層后，還包括進行尖峰退火。
3.如權(quán)利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述尖峰退火的參數(shù)為退火溫度 9501100°C，退火時間 1 秒-2. 5 秒。
4.如權(quán)利要求ι所述的制作方法，其特征在于，所述薄膜氧化層的厚度為30A~50A。
5.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述犧牲阻擋層還形成于PMOS晶體管區(qū)域的表面。
6.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述第一應(yīng)力層的應(yīng)力類型為拉伸應(yīng)力，材質(zhì)為氮化硅，采用化學(xué)氣相沉積形成，厚度為350A~500A。
7.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述第二應(yīng)力層的應(yīng)力類型為壓縮應(yīng)力，材質(zhì)為氮化硅，采用化學(xué)氣相沉積形成，厚度為200A~400A。
8.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述犧牲阻擋層與第二應(yīng)力層的選擇刻蝕比大于10。
9.如權(quán)利要求1、7或8所述的制作方法，其特征在于，所述犧牲阻擋層的材質(zhì)為無定形碳，采用化學(xué)氣相沉積形成，厚度為50A~100A。
10.如權(quán)利要求9所述的制作方法，其特征在于，采用灰化工藝去除所述犧牲阻擋層。
全文摘要
本發(fā)明提供的應(yīng)變CMOS器件的制作方法，包括提供CMOS器件；在所述CMOS器件表面依次形成第一應(yīng)力層以及薄膜氧化層；圖形化所述薄膜氧化層，暴露出第一應(yīng)力層位于PMOS晶體管區(qū)域的部分；以所述薄膜氧化層為硬掩模刻蝕所述第一應(yīng)力層；至少在所述薄膜氧化層的表面形成犧牲阻擋層；在上述形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)表面形成第二應(yīng)力層；以所述犧牲阻擋層為刻蝕停止層，刻蝕所述第二應(yīng)力層位于NMOS晶體管區(qū)域的部分；去除所述犧牲阻擋層。本發(fā)明通過在薄膜氧化層的表面形成犧牲阻擋層，作為刻蝕停止層，以解決過刻蝕的問題；進一步的，所述犧牲阻擋層可以為無定形碳，具有沉積工藝簡單，且便于去除的特點。
文檔編號H01L21/336GK102487017SQ20101057325
公開日2012年6月6日 申請日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者張翼英, 韓秋華, 黃敬勇 申請人:中芯國際集成電路制造(北京)有限公司