專利名稱：晶體管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種晶體管的制造方法。
背景技術(shù)：
應(yīng)變記憶技術(shù)(Stress Memorization Technique,簡稱SMT)以及應(yīng)力刻蝕阻擋層技術(shù)(Stressd-CESL, contact etch stop layer)是現(xiàn)有的提高晶體管載流子遷移率的兩種技術(shù)。通過上述兩種技術(shù)，在晶體管的溝道區(qū)形成穩(wěn)定應(yīng)力，提高溝道中的載流子遷移率。所述應(yīng)力平行于溝道長度方向，可以為延伸應(yīng)力或壓縮應(yīng)力。通常拉伸應(yīng)力可以使得溝道區(qū)域中的原子排列更加疏松，從而提高電子的遷移率，適用于NMOS晶體管；而壓縮應(yīng)力使得溝道區(qū)域內(nèi)的原子排布更加緊密，有助于提高空穴的遷移率，適用于PMOS晶體管。 請參考圖I 圖3，為現(xiàn)有技術(shù)的晶體管的制作方法剖面結(jié)構(gòu)示意圖。首先，參考圖1，提供半導(dǎo)體襯底10，所述半導(dǎo)體襯底10上形成有NMOS晶體管和PMOS晶體管，所述NMOS晶體管和PMOS晶體管之間具有隔離結(jié)構(gòu)11。所述NMOS晶體管包括P阱(未示出)、形成于P阱內(nèi)的NMOS晶體管源/漏區(qū)12、位于源/漏區(qū)12之間半導(dǎo)體襯底上的NMOS晶體管柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)包括位于襯底10上的柵極氧化層17、位于柵極氧化層17上的柵極13、包圍所述柵極氧化層17和柵極15的側(cè)墻；所述PMOS晶體管包括N阱(未示出)、形成于N阱內(nèi)的PMOS晶體管的源/漏區(qū)14、位于源/漏區(qū)14之間的PMOS晶體管的柵極結(jié)構(gòu)15。然后，參考圖2，在所述NMOS晶體管以及PMOS晶體管表面形成覆蓋源/漏區(qū)12、柵極結(jié)構(gòu)以及半導(dǎo)體襯底10的應(yīng)力層16，所述應(yīng)力層16的材質(zhì)可以為氮化硅。所述應(yīng)力層16可以提供拉伸應(yīng)力或壓應(yīng)力。假設(shè)所述應(yīng)力層16提供拉伸應(yīng)力，對NMOS晶體管產(chǎn)生有益影響。然后，參考圖3，使用掩模層進(jìn)行刻蝕，去除PMOS晶體管表面的應(yīng)力層16，保留位于NMOS晶體管表面的應(yīng)力層16。然后，進(jìn)行退火，使得NMOS晶體管表面的應(yīng)力層16誘發(fā)拉伸應(yīng)力，所述拉伸應(yīng)力保留在NMOS晶體管中，提高了 NMOS晶體管溝道區(qū)載流子(即電子)的遷移率。在退火之后，通常進(jìn)行濕法刻蝕工藝去除位于NMOS晶體管的柵極13、源/漏區(qū)12以及半導(dǎo)體襯底10的應(yīng)力層16，具體地，對于氮化硅材料的應(yīng)力層16，所述濕法刻蝕采用的溶液包括熱磷酸和低濃度的氫氟酸等。在公開號為CN101393894A的中國專利申請中可以發(fā)現(xiàn)更多關(guān)于現(xiàn)有的MOS晶體管的制作方法。實際應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的晶體管的制造方法所形成的MOS管的耐壓性較差，在電性測試時會發(fā)現(xiàn)柵氧完整性(G0I,Gate Oxide Integrity)較差的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種晶體管的制造方法，避免柵氧完整性問題。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種晶體管的制造方法，包括提供襯底，所述襯底上形成有晶體管；在所述晶體管上覆蓋應(yīng)力層；去除所述應(yīng)力層；在晶體管上形成介質(zhì)層結(jié)構(gòu)；對所述介質(zhì)層結(jié)構(gòu)進(jìn)行第一平坦化；翻轉(zhuǎn)所述襯底，在襯底背面形成抗腐蝕絕緣結(jié)構(gòu)；翻轉(zhuǎn)所述襯底，進(jìn)行第二平坦化。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點在襯底背面形成了抗腐蝕絕緣結(jié)構(gòu)，所述抗腐蝕絕緣結(jié)構(gòu)不會被化學(xué)溶液腐蝕，同時，由于具有絕緣特性可以避免襯底在被等離子體轟擊時，使襯底自上而下的導(dǎo)通。進(jìn)而增強(qiáng)了耐壓性，避免了 GOI問題。


圖I 圖3是現(xiàn)有技術(shù)的晶體管的制作方法剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的晶體管制造方法一實施方式的流程示意圖；圖5 圖11是本發(fā)明晶體管制造方法一實施例所形成的晶體管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式現(xiàn)有的方法形成所形成的MOS管的耐壓性較差，存在GOI問題的晶體管。經(jīng)過發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，造成所述晶體管GOI問題的原因是，在沉積氮化硅時，會在襯底的背面也形成一層氮化硅，而在后續(xù)濕法刻蝕時，位于襯底背面的氮化硅會被一并去除，而使襯底背面暴露出來。在后續(xù)形成插塞、金屬內(nèi)連線，進(jìn)行蝕刻、CVD和PVD的步驟中，會使用高能量的等離子體，由于襯底背面完全暴露，所述高能量的等離子體很容易使襯底自上至下地導(dǎo)通，與未導(dǎo)通襯底相比，在柵極上只能加載較小的電壓，從而造成了晶體管的耐壓性下降，進(jìn)而導(dǎo)致了 GOI問題。本發(fā)明的發(fā)明人，提出了一種晶體管的制造方法，請參考圖4所示的本發(fā)明的晶體管制造方法一實施方式的流程示意圖。所述方法包括步驟SI，提供襯底，所述襯底上形成有晶體管；步驟S2,在所述晶體管上覆蓋應(yīng)力層；步驟S3,去除所述應(yīng)力層；步驟S4，在晶體管上形成介質(zhì)層結(jié)構(gòu)；步驟S5，對所述介質(zhì)層結(jié)構(gòu)進(jìn)行第一平坦化；步驟S6，翻轉(zhuǎn)所述襯底，在襯底背面形成抗腐蝕絕緣結(jié)構(gòu)；步驟S7，翻轉(zhuǎn)所述襯底，對介質(zhì)層結(jié)構(gòu)進(jìn)行第二平坦化。下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。為了更好地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，請參考圖5 圖11所示的本發(fā)明一個實施例的晶體管制造方法剖面結(jié)構(gòu)示意圖。首先，請參考圖5，執(zhí)行步驟SI，提供襯底100，所述襯底100上形成多個MOS晶體管，本實施例中所述襯底100上形成有NMOS管103、PMOS管105。所述MOS管包括依次位 于襯底上的柵極氧化層107、柵極，所述柵極為多晶硅柵極；形成于包圍所述柵極和柵極氧化層107側(cè)壁上的側(cè)墻，形成于柵極兩側(cè)襯底上的源區(qū)(漏區(qū))102，在襯底100上形成MOS管的使用的材料和工藝與現(xiàn)有技術(shù)相同，在此不再贅述。其中，所述襯底100可以是單晶硅或硅鍺；也可以是絕緣體上硅(Silicononinsulator, SOI);或者還可以包括其它的材料,例如砷化鎵等III-V族化合物。所述襯底100還可以具有一定的隔離結(jié)構(gòu)101，所述隔離結(jié)構(gòu)可以為淺溝槽隔離(STI)、局部場氧化隔尚(LOCOS)。
參考圖6，執(zhí)行步驟S2，向NMOS晶體管103和PMOS晶體管105上沉積氮化硅材料，形成應(yīng)力層106，需要說明的是，由于可提供拉伸應(yīng)力的應(yīng)力層106可提高NMOS晶體管103的電子遷移率，因此在形成應(yīng)力層106之后還需要去除PMOS晶體管105上的部分應(yīng)力層106，之后，還需要通過退火工藝，從而將應(yīng)力層106提供的拉伸應(yīng)力“記憶”到NMOS晶體管103的柵極中。此外，還需要說明的是，所述柵極側(cè)墻的材料為氮化硅，在形成側(cè)墻的過程中，會在襯底100的背面(也就是未形成晶體管的一面)也形成一氮化硅層(圖未示)。參考圖7，執(zhí)行步驟S3，在退火之后，通過濕法腐蝕法去除所述氮化硅材料的應(yīng)力層106，具體地，所述濕法腐蝕步驟中采用的溶液為熱磷酸溶液，所述熱磷酸溶液在去除所述應(yīng)力層106的同時會去除襯底100背面的氮化硅。參考圖8，執(zhí)行步驟S4，依次在NMOS晶體管103和PMOS晶體管上沉積刻蝕阻擋層108和介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，所述刻蝕阻擋層108用作后續(xù)平坦化工藝的停止層，本實施例中，所述介質(zhì)層結(jié)構(gòu)包括依次位于刻蝕阻擋層108上的第一氧化硅層109和第二氧化硅層110，其中，所述第一氧化娃層109為通過高縱深比填溝(High Aspect Ratio Polymer, HARP)制程形成的，第二氧化硅層110通過正硅酸乙酯(TEOS)形成，由于位于襯底100上的NMOS晶體管103和PMOS晶體管105具有一定的高度，因此覆蓋于NMOS晶體管103和PMOS晶體管105上的介質(zhì)層結(jié)構(gòu)的表面凹凸不平。參考圖9，執(zhí)行步驟S5，對所述介質(zhì)層結(jié)構(gòu)進(jìn)行第一平坦化處理，使所述介質(zhì)層結(jié)構(gòu)形成第一平整表面，所述第一平整表面位于晶體管的上方，也就是說第一平坦化處理不露出晶體管的柵極。具體地，本發(fā)明通過化學(xué)機(jī)械研磨(Chemical Mechanical Polishing, CMP)的方法，在本實施例中，CMP去除部分第二氧化層，以獲得平整的表面。需要說明的是，本實施例中第一平坦化處理只對第二氧化層110進(jìn)行，但是本發(fā)明并不限制于此，所述第一平坦化處理的目的是獲取介質(zhì)層結(jié)構(gòu)的平整表面，為后續(xù)翻轉(zhuǎn)襯底100后，提供平整的支撐表面，進(jìn)而使在襯底100的背面形成介質(zhì)層結(jié)構(gòu)的過程中，位于底部的支撐表面粗糙度較小，一方面不會造成支撐表面的破壞，另一方面不會影響介質(zhì)層結(jié)構(gòu)的沉積；還需要說明的是，本發(fā)明中，只要所述第一平坦化處理不會露出晶體管的柵極即可，因為如果第一平坦化處理露出柵極，會污染柵極表面，因此第一平坦化處理還可以是針對第二氧化層110和第一氧化層109進(jìn)行；或者，所述第一平坦化處理針對第二氧化層110、第一氧化層109以及刻蝕阻擋層108進(jìn)行，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)平坦化處理所去除的材料選擇適當(dāng)選擇比的工藝條件，在此不再贅述。參考圖10，執(zhí)行步驟S6，翻轉(zhuǎn)襯底100，使第一平整表面位于下方，作為支撐面，而使襯底100的背面朝上，在襯底100的背面上形成抗腐蝕絕緣結(jié)構(gòu)。本實施例中，所述抗腐蝕絕緣結(jié)構(gòu)包括位于襯底100背面上的絕緣層111、位于絕緣層上的抗腐蝕層112，具體地，所述絕緣層111為氧化鉿(HfO2),所述抗腐蝕層112為位于氧化鉿上的摻氮的碳化娃(Nitrogen Doped Silicon Carbon, NDC)。其中，所述氧化鉿的厚度在20~100A的范圍內(nèi)，可以通過化學(xué)氣相沉積(Chemical Vapor Deposition, CVD)或者原子層沉積(AtomicLayerDeposition, ALD)的方法形成,所述NDC的厚度在200 500A的范圍內(nèi)，也可以通過CVD的方法形成。所述氧化鉿為介電常數(shù)25的絕緣材料，其絕緣性能非常好，覆蓋于襯底100背面的氧化鉿可以避免后續(xù)制程中等離子體導(dǎo)通襯底，使晶體管的耐壓性能增強(qiáng)，從而使晶體管在電學(xué)性能測試中的GOI較好。與此同時，所述NDC具有抗腐蝕性強(qiáng)的特性，因為后續(xù)的制程中包括多個清洗步驟，而清洗步驟中會采用氫氟酸和硝酸的混合溶液(HF HNO3 = I 50)，所述混合溶液具有一定的腐蝕性，而NDC被氫氟酸和硝酸的混合溶液腐蝕的速率非常低，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)對于厚度為200A的NDC經(jīng)過氫氟酸和硝酸混合溶液的30次清洗，其去除量僅為5A,從而可以較好地保護(hù)氧化鉿，避免氧化鉿在后續(xù)的清洗過程中受到腐蝕，進(jìn)而有效地保障了晶體管的GOI性能。 需要說明的是，本實施例的抗腐蝕絕緣結(jié)構(gòu)以依次位于襯底100背面上的氧化鉿、NDC為例，但是本發(fā)明并不限制與此，所述氧化鉿還可以替換為Al203、Zr02、La203、Ta205、TiO2等材料中的一種或多種，只要所述絕緣層的材料的介電常數(shù)大于10，就可以實現(xiàn)較好的絕緣性能，進(jìn)而避免GOI問題。相應(yīng)地，由于本發(fā)明制程后續(xù)的清洗溶液為氫氟酸和硝酸的混合溶液，所述清洗溶液對NDC的腐蝕速率較低，因此NDC可以較好地保護(hù)氧化鉿。此外，上述實施例中，所述絕緣抗腐蝕層中絕緣層和抗腐蝕層均為單層結(jié)構(gòu)，但是本發(fā)明并不限制于此，所述絕緣層和抗腐蝕層均可以為單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)上述實施例進(jìn)行相應(yīng)地修改和替換。參考圖11，執(zhí)行步驟S7，進(jìn)行第二平坦化處理，以露出NMOS晶體管103的柵極和PMOS晶體管105的柵極，以備后續(xù)形成插塞等工藝步驟，具體地，所述第二平坦化處理通過CMP方法進(jìn)行，本實施例中，所述CMP依次去除第二氧化層110、位于柵極上的部分第一氧化層109和刻蝕阻擋層108，直至露出柵極，從而獲得平整的表面，而在其他實施例中，通過CMP使第一氧化層109達(dá)到第一厚度即可，需要說明的是，此處第一厚度為阻擋層108上的第一氧化層109的厚度，具體地，所述第一氧化層109的厚度在900 1500A的范圍內(nèi))，無需露出柵極。需要說明的是，對于第二平坦化處理露出柵極的實施例，所述第二平坦化處理在露出柵極之后即可停止，避免第二平坦化處理去除較多的柵極(多晶硅)，進(jìn)而避免了柵極高度較小的問題。還需要說明的是，本實施例中，所述介質(zhì)層結(jié)構(gòu)包括第一氧化層109和第二氧化層109，并且，所述第一平坦化處理針對第二氧化層110進(jìn)行，第二平坦化處理針對剩余第二氧化層110和第一氧化層109，但是，本發(fā)明并不限制于此，還可以是，第一平坦化處理針對第二氧化層110和第一氧化層109，第二平坦化處理針對剩余的第一氧化層109。所述晶體管的制造方法還包括后續(xù)在柵極、第一氧化層109上形成層間介質(zhì)層；之后，圖形化所述層間介質(zhì)層，形成露出柵極和源區(qū)(漏區(qū))的通孔；隨后，向通孔中填充導(dǎo)電材料形成插塞等的工藝步驟，均與現(xiàn)有技術(shù)相同，在此不再贅述。
本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，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)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā) 明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種晶體管的制造方法，其特征在于，包括提供襯底，所述襯底上形成有晶體管；在所述晶體管上覆蓋應(yīng)力層；去除所述應(yīng)力層；在晶體管上形成介質(zhì)層結(jié)構(gòu)；對所述介質(zhì)層結(jié)構(gòu)進(jìn)行第一平坦化；翻轉(zhuǎn)所述襯底，在襯底背面形成抗腐蝕絕緣結(jié)構(gòu)；翻轉(zhuǎn)所述襯底，對介質(zhì)層結(jié)構(gòu)進(jìn)行第二平坦化。
2.如權(quán)利要求I所述的晶體管的制造方法，其特征在于，所述抗腐蝕絕緣結(jié)構(gòu)包括位于襯底背面的絕緣層、位于絕緣層上的抗腐蝕層。
3.如權(quán)利要求2所述的晶體管的制造方法，其特征在于，所述絕緣層的介電常數(shù)大于10。
4.如權(quán)利要求3所述的晶體管的制造方法，其特征在于，所述絕緣層的材料是A1203、ZrO2> HfO2> La2O3、Ta2O5> TiO2 中的一種或多種。
5.如權(quán)利要求2所述的晶體管的制造方法，其特征在于，所述抗腐蝕層的材料為摻氮的碳化硅。
6.如權(quán)利要求4所述的晶體管的制造方法，其特征在于，所述絕緣層的材料為HfO2，所述HfO2的厚度在20 100A的范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求5所述的晶體管的制造方法，其特征在于，所述摻氮的碳化硅的厚度在200 500A的范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求I所述的晶體管的制造方法，其特征在于，對所述介質(zhì)層結(jié)構(gòu)進(jìn)行第一平坦化的步驟包括通過第一平坦化處理獲得第一平整表面，并且所述第一平整表面位于晶體管的上方。
9.如權(quán)利要求I所述的晶體管的制造方法，其特征在于，所述進(jìn)行第二平坦化的步驟包括進(jìn)行第二平坦化處理，直至介質(zhì)層結(jié)構(gòu)達(dá)到第一厚度或露出晶體管的柵極。
10.如權(quán)利要求9所述的晶體管的制造方法，其他特征在于，所述介質(zhì)層結(jié)構(gòu)的第一厚度在900 1500A的范圍內(nèi)。
11.如權(quán)利要求8或9所述的晶體管的制造方法，其特征在于，所述第一平坦化處理和第二平坦化處理為化學(xué)機(jī)械研磨。
12.如權(quán)利要求2所述的晶體管的制造方法，其特征在于，所述絕緣層為單層或多層結(jié)構(gòu)。
13.如權(quán)利要求2所述的晶體管的制造方法，其特征在于，所述抗腐蝕層為單層或多層結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種晶體管的制造方法，包括提供襯底，所述襯底上形成有晶體管；在所述晶體管上覆蓋應(yīng)力層；去除所述應(yīng)力層；在晶體管上形成介質(zhì)層結(jié)構(gòu)；對所述介質(zhì)層結(jié)構(gòu)進(jìn)行第一平坦化；翻轉(zhuǎn)所述襯底，在襯底背面形成抗腐蝕絕緣結(jié)構(gòu)；翻轉(zhuǎn)所述襯底，進(jìn)行第二平坦化。本發(fā)明制造方法形成的晶體管耐壓性較好，可避免GOI問題。
文檔編號H01L21/336GK102646591SQ20111004399
公開日2012年8月22日 申請日期2011年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月22日
發(fā)明者劉煥新 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司