一種半導(dǎo)體器件的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成有柵極結(jié)構(gòu)；在所述半導(dǎo)體襯底上形成一硼氮緩沖層，以覆蓋所述柵極結(jié)構(gòu)；紫外線處理所述硼氮緩沖層，以驅(qū)除所述硼氮緩沖層中的氫元素；在所述半導(dǎo)體襯底上形成一應(yīng)力材料層，以覆蓋所述硼氮緩沖層；實(shí)施一退火過程；去除所述應(yīng)力材料層和所述硼氮緩沖層。根據(jù)本發(fā)明，在實(shí)施應(yīng)力記憶技術(shù)的過程中，可以在實(shí)施所述退火過程之前不去除覆蓋于PMOS部分的應(yīng)力材料層的同時(shí)避免由所述應(yīng)力材料層中的氫原子導(dǎo)致產(chǎn)生的硼擴(kuò)散現(xiàn)象的發(fā)生，從而避免了PMOS的性能下降。
【專利說明】一種半導(dǎo)體器件的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，具體而言涉及一種實(shí)施應(yīng)力記憶的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了提升集成電路的性能，通過實(shí)施應(yīng)力記憶技術(shù)(SMT)來提高集成電路的溝道區(qū)中的載流子的遷移率是半導(dǎo)體制造工藝中經(jīng)常使用的一種方法。
[0003]所述應(yīng)力記憶技術(shù)的實(shí)施過程如下:在形成有柵極結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底上形成一應(yīng)力材料層，以覆蓋所述柵極結(jié)構(gòu)；實(shí)施一退火過程，以將所述應(yīng)力材料層中的應(yīng)力轉(zhuǎn)移到所述柵極結(jié)構(gòu)中的柵極、位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中的源/漏區(qū)和位于所述源/漏區(qū)之間的溝道區(qū)；去除所述應(yīng)力材料層。
[0004]所述應(yīng)力材料層的材料通常為含氮的物質(zhì)，最常見的為氮化硅，采用化學(xué)氣相沉積工藝將所述應(yīng)力材料層沉積到所述半導(dǎo)體襯底的過程所使用的源氣體為SiH4和NH3的混合氣體，因此，形成的所述應(yīng)力材料層中含有氫原子，所述氫原子以S1-H鍵和N-H鍵的形式存在。在隨后的退火過程中，所述氫原子將誘導(dǎo)PMOS的源/漏區(qū)中摻雜的硼向所述溝道區(qū)中的擴(kuò)散，增加了短溝道效應(yīng)，導(dǎo)致集成電路性能的下降。
[0005]為規(guī)避上述問題，通常在實(shí)施所述退火過程之前將覆蓋于PMOS部分的應(yīng)力材料層去除，這顯然要增加一掩膜形成過程、一光刻和蝕刻過程，導(dǎo)致集成電路制造工序的增加和制造成本的上升。
[0006]因此，需要提出一種方法，在實(shí)施所述退火過程之前不去除覆蓋于PMOS部分的應(yīng)力材料層的同時(shí)可以避免上述由氫原子導(dǎo)致產(chǎn)生的硼擴(kuò)散現(xiàn)象的發(fā)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括:提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成有柵極結(jié)構(gòu)；在所述半導(dǎo)體襯底上形成一硼氮緩沖層，以覆蓋所述柵極結(jié)構(gòu)；紫外線處理所述硼氮緩沖層，以驅(qū)除所述硼氮緩沖層中的氫元素；在所述半導(dǎo)體襯底上形成一應(yīng)力材料層，以覆蓋所述硼氮緩沖層；實(shí)施一退火過程；去除所述應(yīng)力材料層和所述硼氮緩沖層。
[0008]進(jìn)一步，采用化學(xué)氣相沉積工藝形成所述硼氮緩沖層。
[0009]進(jìn)一步，所述化學(xué)氣相沉積工藝的參數(shù)包括=B2H6氣體的流速為100-600sCCm、NH3氣體的流速為20-200sccm、N2氣體的流速為500-3000sccm，壓力為l_15Torr，射頻功率為200-1000W，溫度為 350-450°C。
[0010]進(jìn)一步，采用紫外光照射的方式實(shí)施所述固化。
[0011 ] 進(jìn)一步，所述紫外光照射的照射源來自紫外燈。
[0012]進(jìn)一步，所述紫外光照射的參數(shù)包括:照射時(shí)間為30-90S、溫度為350_450°C、紫外燈功率為50-150W、氦氣流速為5000-15000sccm、紫外光波長為200_300nm。
[0013]進(jìn)一步，采用化學(xué)氣相沉積工藝形成所述應(yīng)力材料層。[0014]進(jìn)一步，所述退火過程包括快速熱退火、激光退火、峰值退火或閃光燈退火
[0015]進(jìn)一步，所述柵極結(jié)構(gòu)包括依次層疊的柵極介電層、柵極材料層和柵極硬掩蔽層
[0016]進(jìn)一步，在位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中形成有經(jīng)摻雜的源/漏區(qū)，在所述源/漏區(qū)之間為溝道區(qū)。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，在實(shí)施應(yīng)力記憶技術(shù)的過程中可以避免由上述過程形成的應(yīng)力材料層中的氫原子導(dǎo)致產(chǎn)生的硼擴(kuò)散現(xiàn)象的發(fā)生。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。
[0019]附圖中:
[0020]圖1A-圖1F為本發(fā)明提出的實(shí)施應(yīng)力記憶的方法的各步驟的示意性剖面圖；
[0021]圖2為本發(fā)明提出的實(shí)施應(yīng)力記憶的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。
[0023]為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟，以便闡釋本發(fā)明提出的實(shí)施應(yīng)力記憶的方法。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。
[0024]應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。
[0025]下面，參照圖1A-圖1F和圖2來描述本發(fā)明提出的實(shí)施應(yīng)力記憶的方法的詳細(xì)步驟。
[0026]參照圖1A-圖1F，其中示出了本發(fā)明提出的實(shí)施應(yīng)力記憶的方法的各步驟的示意性剖面圖。
[0027]首先，如圖1A所示，提供半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100的構(gòu)成材料可以采用未摻雜的單晶硅、摻雜有雜質(zhì)的單晶硅、絕緣體上硅(SOI)等。作為示例，在本實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底100選用單晶娃材料構(gòu)成。在半導(dǎo)體襯底100中形成有將所述半導(dǎo)體襯底100分為NMOS區(qū)和PMOS區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)，所述隔離結(jié)構(gòu)為淺溝槽隔離(S TI)結(jié)構(gòu)或者局部氧化硅(LOCOS)隔離結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體襯底100中還形成有各種阱(well)結(jié)構(gòu)，為了簡化，圖示中予以省略。
[0028]在所述半導(dǎo)體襯底100上形成有柵極結(jié)構(gòu)，作為一個(gè)示例，所述柵極結(jié)構(gòu)可包括自下而上依次層疊的柵極介電層101、柵極材料層102和柵極硬掩蔽層103。柵極介電層101可包括氧化物，如，二氧化硅(SiO2)層。柵極材料層102可包括多晶硅層、金屬層、導(dǎo)電性金屬氮化物層、導(dǎo)電性金屬氧化物層和金屬硅化物層中的一種或多種，其中，金屬層的構(gòu)成材料可以是鎢(W)、鎳(Ni)或鈦(Ti);導(dǎo)電性金屬氮化物層可包括氮化鈦(TiN)層；導(dǎo)電性金屬氧化物層可包括氧化銥(IrO2)層；金屬硅化物層可包括硅化鈦(TiSi)層。柵極硬掩蔽層103可包括氧化物層、氮化物層、氮氧化物層和無定形碳中的一種或多種，其中，氧化物層可包括硼磷硅玻璃(BPSG)、磷硅玻璃(PSG)、正硅酸乙酯(TE0S)、未摻雜硅玻璃(USG)、旋涂玻璃(S0G)、高密度等離子體(HDP)或旋涂電介質(zhì)(S0D);氮化物層可包括氮化硅(Si3N4)層；氮氧化物層可包括氮氧化硅(SiON)層。
[0029]此外，作為示例，在所述半導(dǎo)體襯底100上還形成有位于柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)且緊靠柵極結(jié)構(gòu)的間隙壁結(jié)構(gòu)104。其中，所述間隙壁結(jié)構(gòu)104可以包括至少一層氧化物層和/或至少一層氮化物層。
[0030]此外，作為示例，在位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100中形成有經(jīng)摻雜的源/漏區(qū)，在所述源/漏區(qū)之間為溝道區(qū)，為了簡化，圖示中予以省略。位于PMOS區(qū)的源/漏區(qū)摻雜有η型雜質(zhì)，位于NMOS區(qū)的源/漏區(qū)摻雜有P型雜質(zhì)。
[0031]接著，如圖1B所示，采用化學(xué)氣相沉積工藝在所述半導(dǎo)體襯底100上形成一硼氮(BN)緩沖層105，以覆蓋所述柵極結(jié)構(gòu)。所述化學(xué)氣相沉積工藝的參數(shù)包括=B2H6氣體的流速為100-600sccm、NH3氣體的流速為20_200sccm、N2氣體的流速為500-3000sccm，壓力為l-15Torr，射頻功率為 200-1000W，溫度為 350_450°C。
[0032]接著，如圖1C所示，采用紫外光照射106的方式處理所述硼氮緩沖層105，以驅(qū)除所述硼氮緩沖層105中的氫元素。在本實(shí)施例中，所述紫外光照射106的照射源來自紫外燈，所述紫外光照射106的參數(shù)包括:照射時(shí)間為30-90s、溫度為350-450°C、紫外燈功率為50-150W、氦氣流速為5000-15000sccm、紫外光波長為200_300nm。
[0033]接著，如圖1D所示，采用化學(xué)氣相沉積工藝在所述半導(dǎo)體襯底100上形成一應(yīng)力材料層107，以覆蓋所述硼氮緩沖層105。所述應(yīng)力材料層107的構(gòu)成材料包括可以在后續(xù)實(shí)施的退火過程中將其本身固有的應(yīng)力轉(zhuǎn)移到所述柵極結(jié)構(gòu)中的柵極、所述源/漏區(qū)和所述溝道區(qū)的任一物質(zhì)，優(yōu)選具有拉應(yīng)力的氮化物。此外，可以理解的是，所述沉積工藝的多個(gè)參數(shù)，例如反應(yīng)物的流速、壓力、溫度、射頻(RF)功率、反應(yīng)物的組成、所述應(yīng)力材料層的厚度等，都可以根據(jù)期望實(shí)現(xiàn)的所述應(yīng)力材料層的應(yīng)力值來加以調(diào)整。
[0034]接著，如圖1E所示，實(shí)施一退火過程108，以將所述應(yīng)力材料層107本身固有的應(yīng)力轉(zhuǎn)移到所述柵極結(jié)構(gòu)中的柵極、所述源/漏區(qū)和所述溝道區(qū)。所述退火過程可以實(shí)施為使所述源/漏區(qū)中摻雜的物質(zhì)均勻擴(kuò)散并電性激活的任一退火工藝，包括快速熱退火、激光退火、峰值退火和閃光燈退火。
[0035]接著，如圖1F所示，去除所述應(yīng)力材料層107和所述硼氮緩沖層105。所述去除過程可以通過各種適宜的刻蝕工藝來實(shí)施，例如各向同性的刻蝕工藝。
[0036]至此，完成了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的方法實(shí)施的全部工藝步驟，接下來，可以通過后續(xù)工藝完成整個(gè)半導(dǎo)體器件的制作，所述后續(xù)工藝與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體器件加工工藝完全相同，包括自對準(zhǔn)硅化物的形成、接觸孔的形成、互連金屬層的形成等。
[0037]根據(jù)本發(fā)明，在實(shí)施應(yīng)力記憶技術(shù)的過程中，可以在實(shí)施所述退火過程之前不去除覆蓋于PMOS部分的應(yīng)力材料層的同時(shí)避免由所述應(yīng)力材料層中的氫原子誘導(dǎo)產(chǎn)生的硼擴(kuò)散現(xiàn)象的發(fā)生。在此可以理解的是，由其它材料構(gòu)成的所述緩沖層如果可以起到上述在實(shí)施所述退火過程中避免由所述應(yīng)力材料層中的氫原子誘導(dǎo)產(chǎn)生的硼擴(kuò)散現(xiàn)象的發(fā)生的作用，也將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0038]參照圖2，其中示出了本發(fā)明提出的實(shí)施應(yīng)力記憶的方法的流程圖，用于簡要示出整個(gè)制造工藝的流程。
[0039]在步驟201中，提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成有柵極結(jié)構(gòu)；
[0040]在步驟202中，在所述半導(dǎo)體襯底上形成一硼氮緩沖層，以覆蓋所述柵極結(jié)構(gòu)；
[0041]在步驟203中，紫外線處理所述硼氮緩沖層，以驅(qū)除所述硼氮緩沖層中的氫元素；
[0042]在步驟204中，在所述半導(dǎo)體襯底上形成一應(yīng)力材料層，以覆蓋所述硼氮緩沖層；
[0043]在步驟205中，實(shí)施一退火過程；
[0044]在步驟206中，去除所述應(yīng)力材料層和所述硼氮緩沖層。
[0045]本發(fā)明已經(jīng)通過上述實(shí)施例進(jìn)行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實(shí)施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括: 提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成有柵極結(jié)構(gòu)； 在所述半導(dǎo)體襯底上形成一硼氮緩沖層，以覆蓋所述柵極結(jié)構(gòu)； 紫外線處理所述硼氮緩沖層，以驅(qū)除所述硼氮緩沖層中的氫元素； 在所述半導(dǎo)體襯底上形成一應(yīng)力材料層，以覆蓋所述硼氮緩沖層； 實(shí)施一退火過程； 去除所述應(yīng)力材料層和所述硼氮緩沖層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采用化學(xué)氣相沉積工藝形成所述硼氮緩沖層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述化學(xué)氣相沉積工藝的參數(shù)包括=B2H6氣體的流速為100-600sccm、NH3氣體的流速為20-200sccm、N2氣體的流速為500-3000sccm，壓力為l_15Torr，射頻功率為200-1000W，溫度為350_450°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采用紫外光照射的方式實(shí)施所述處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述紫外光照射的照射源來自紫外燈。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述紫外光照射的參數(shù)包括:照射時(shí)間為30-90s、溫度為350-450°C、紫外燈功率為50-150W、氦氣流速為5000-15000sccm、紫外光波長為 200-300nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采用化學(xué)氣相沉積工藝形成所述應(yīng)力材料層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述退火過程包括快速熱退火、激光退火、峰值退火或閃光燈退火
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述柵極結(jié)構(gòu)包括依次層疊的柵極介電層、柵極材料層和柵極硬掩蔽層
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中形成有經(jīng)摻雜的源/漏區(qū)，在所述源/漏區(qū)之間為溝道區(qū)。
【文檔編號】H01L21/336GK103489778SQ201210190200
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月11日
【發(fā)明者】鄧浩 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司