專利名稱：使用應(yīng)力記憶技術(shù)的半導(dǎo)體器件制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別涉及一種使用應(yīng)力記憶技術(shù)(SMT)的半導(dǎo)體器件制造方法。
背景技術(shù)：
隨著CMOS半導(dǎo)體器件工藝的發(fā)展以及按比例尺寸縮小，應(yīng)力工程在半導(dǎo)體工藝和器件性能方面起到越來越大的作用；CM0S器件中引入應(yīng)力，主要是為了提高器件載流子遷移率，在CMOS器件溝道方向(longitudinal)上張應(yīng)力對NMOS電子遷移率有益，而壓應(yīng)力對PMOS空穴遷移率有益，在溝道寬度方向(transverse)上的張應(yīng)力對NMOS和PMOS器件的載流子遷移率均有益，而在垂直溝道平面方向(out-of-plane)的壓應(yīng)力對NMOS器件電子遷移率有益，張應(yīng)力則對PMOS器件空穴遷移率有益。應(yīng)力記憶效應(yīng)(SMT,Stress memorization technique)是一種 CMOS 工藝中引入應(yīng)力的方法，其工藝流程為在器件源/漏注入之后，沉積一層氮化硅薄膜保護層(caplayer)，緊接著進行源/漏退火，在源/漏退火過程中，會產(chǎn)生氮化硅薄膜保護層、多晶硅柵以及側(cè)墻之間的熱應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力效應(yīng)，這些應(yīng)力會被記憶在多晶硅柵之中，在多晶硅中沿垂直溝道平面方向(out-of-plane)會產(chǎn)生張應(yīng)力，而溝道方向(longitudinal)會產(chǎn)生壓應(yīng)力；在接下來的工藝中，氮化硅薄膜保護層被刻蝕掉，但記憶在多晶硅柵中的應(yīng)力，仍然會傳導(dǎo)到CMOS半導(dǎo)體器件的溝道之中，傳導(dǎo)到溝道中的應(yīng)力為垂直溝道平面方向(out-of-plane)的壓應(yīng)力以及溝道方向(longitudinal)上的張應(yīng)力，由上述應(yīng)力對CMOS器件載流子遷移率的影響可以得出，這樣的應(yīng)力效果對提高NMOS器件電子遷移率有益，可提高NMOS器件性能。詳細的，現(xiàn)有技術(shù)在CMOS工藝中引入應(yīng)力的方法通常一次側(cè)墻成型和二次側(cè)墻成型工藝。其中，一次側(cè)墻成型工藝具體包括1)在襯底上形成柵極結(jié)構(gòu)并進行輕摻雜漏極注入；2)在襯底和柵極結(jié)構(gòu)上進行無定形碳沉積；3)干法刻蝕無定形碳從而形成一次側(cè)墻；4)在襯底和一次側(cè)墻上進行氮化硅薄膜沉積以形成氮化硅保護層，所述氮化硅保護層用以作為保護無定形碳，隨后進行S/D離子注入形成源/漏區(qū)；5)采用干法或濕法工藝去除氮化硅保護層；6)采用灰化工藝去除無定形碳材質(zhì)的一次側(cè)墻；7)在襯底和柵極結(jié)構(gòu)上沉積應(yīng)力氮化硅層，并進行退火處理；8)采用干法或濕法工藝去除應(yīng)力氮化硅層，至此完成了一次側(cè)墻成型工藝。然而，在現(xiàn)有的二次側(cè)墻成型工藝中，需要再沉積一薄層材料配合干法刻蝕形成二次側(cè)墻，然后再形成自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層輔助形成金屬硅化物層(silicide),整個金屬娃化物層的形成過程比較繁瑣,仍然存在優(yōu)化的空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種使用應(yīng)力記憶技術(shù)的半導(dǎo)體器件制造方法，以解決現(xiàn)有的制造方法工藝繁瑣的問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種使用應(yīng)力記憶技術(shù)的半導(dǎo)體器件制造方法，包括提供襯底，所述襯底上形成有柵極結(jié)構(gòu)，所述襯底中形成有源/漏區(qū)；在所述襯底和柵極結(jié)構(gòu)上形成應(yīng)力層，并進行退火處理；刻蝕需形成金屬硅化物區(qū)域上的應(yīng)力層，以在所述需形成金屬硅化物區(qū)域上的柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁形成側(cè)墻；在暴露出的源/漏區(qū)和柵極結(jié)構(gòu)上形成金屬硅化物層?？蛇x的，所述的使用應(yīng)力記憶技術(shù)的半導(dǎo)體器件制造方法中，在暴露出的源/漏區(qū)和柵極結(jié)構(gòu)上形成金屬硅化物層之后，還包括去除所述側(cè)墻；在所述襯底和柵極結(jié)構(gòu)上形成CESL應(yīng)力層。可選的，所述的使用應(yīng)力記憶技術(shù)的半導(dǎo)體器件制造方法中，所述CESL應(yīng)力層為應(yīng)力氮化硅。 可選的，所述的使用應(yīng)力記憶技術(shù)的半導(dǎo)體器件制造方法中，所述襯底包括需形成金屬硅化物區(qū)域和無需形成金屬硅化物區(qū)域，刻蝕需形成金屬硅化物區(qū)域上的應(yīng)力層的步驟包括在所述襯底和柵極結(jié)構(gòu)上形成光刻膠層；利用曝光和顯影工藝去除所述需形成金屬硅化物區(qū)域上的光刻膠層；刻蝕需形成金屬硅化物區(qū)域上的應(yīng)力層，以在所述需形成金屬硅化物區(qū)域上的柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁形成側(cè)墻；去除剩余的光刻膠層?？蛇x的，所述的使用應(yīng)力記憶技術(shù)的半導(dǎo)體器件制造方法中，所述應(yīng)力層為應(yīng)力氮化硅?？蛇x的，所述的使用應(yīng)力記憶技術(shù)的半導(dǎo)體器件制造方法中，所述退火是快速熱退火或者激光脈沖退火。本發(fā)明的使用應(yīng)力記憶技術(shù)的半導(dǎo)體器件制造方法，形成應(yīng)力層后并不全部去除，而是選擇性刻蝕需形成金屬硅化物區(qū)域上的應(yīng)力層，以在所述需形成金屬硅化物區(qū)域上的柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁形成側(cè)墻，直接利用側(cè)墻作為自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層(SAB)，在暴露出的源/漏區(qū)和柵極結(jié)構(gòu)上形成金屬硅化物層，從而簡化了工藝步驟；進一步的，形成金屬硅化物層之后去除側(cè)墻，采用應(yīng)力鄰近效應(yīng)(stress proximity technique, SPT)技術(shù),使得CESL應(yīng)力層更加鄰近溝道，有利于提到器件的性能。


圖I為本發(fā)明一實施例的使用應(yīng)力記憶技術(shù)的半導(dǎo)體器件制造方法的流程圖；圖2 10為本發(fā)明一實施例的使用應(yīng)力記憶技術(shù)的半導(dǎo)體器件制造方法中器件的剖面示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提供的使用應(yīng)力記憶技術(shù)的半導(dǎo)體器件制造方法作進一步詳細說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。下面結(jié)合圖I至圖10詳細說明本發(fā)明的使用應(yīng)力記憶技術(shù)的半導(dǎo)體器件制造方法，該制造方法包括下列步驟
步驟SOI :提供襯底，所述襯底上形成有柵極結(jié)構(gòu)，襯底中形成有源/漏區(qū)；參考圖2所示，所述襯底100的材質(zhì)可以為單晶硅、多晶硅、無定形硅、硅鍺化合物或絕緣體上硅(SOI)等，所述襯底100中通常形成有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(STI) 200。本實施例中，襯底100包括需形成金屬硅化物區(qū)域A和無需形成金屬硅化物區(qū)域B，其中，需形成金屬硅化物區(qū)域A是指其上形成的柵極結(jié)構(gòu)以及源/漏區(qū)上需要形成金屬硅化物層，無需形成金屬硅化物區(qū)域B是指其上所有區(qū)域均無需形成金屬硅化物?？梢岳斫獾氖?，在其它實施例中，所述襯底的全部區(qū)域可均為需形成金屬硅化物區(qū)域。所述柵極結(jié)構(gòu)110包括柵介質(zhì)層111和柵電極112，所述柵介質(zhì)層111通常為二氧化硅層，所述柵電極112通常為多晶硅。所述襯底100中已經(jīng)形成有輕摻雜源漏區(qū)和源/漏區(qū)102。步驟S02 :在所述襯底和柵極結(jié)構(gòu)上形成應(yīng)力層，并進行退火處理；參考圖3所示，在所述襯底100和柵極結(jié)構(gòu)110上形成應(yīng)力層120，所述應(yīng)力層120優(yōu)選為應(yīng)力氮化硅層，其具有良好的應(yīng)力效果，所述應(yīng)力層120的厚度例如30-60納米，所述退火工藝例如是快速熱退火(RTA)或者激光脈沖退火(LSA)工藝。在退火過程中，會產(chǎn)生應(yīng)力，這些應(yīng)力會被記憶下來；在接下來的工藝中應(yīng)力層被刻蝕掉，但記憶在柵極結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力仍然會傳導(dǎo)到溝道之中，有利于提高載流子遷移率?！げ襟ES03 :刻蝕需形成金屬硅化物區(qū)域上的應(yīng)力層，以在所述需形成金屬硅化物區(qū)域上的柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁形成側(cè)墻；首先，參考圖4所示，在襯底100和柵極結(jié)構(gòu)110上形成光刻膠層130 ；然后，參考圖5所示，利用曝光和顯影工藝去除所述需形成金屬硅化物區(qū)域A上的光刻膠層，僅保留無需形成金屬硅化物區(qū)域B上的光刻膠層；接著，參考圖6所示，刻蝕需形成金屬硅化物區(qū)域A上的應(yīng)力層120，以在需形成金屬硅化物區(qū)域A上的柵極結(jié)構(gòu)110側(cè)壁形成側(cè)墻121，而無需形成金屬硅化物區(qū)域B上的應(yīng)力層120則未被刻蝕，從而將需形成金屬硅化物區(qū)域A上源/漏區(qū)和柵極結(jié)構(gòu)的頂面暴露出來；其中，所述刻蝕工藝的工藝條件如下壓力為1-lOmTorr，source RF功率為100-300瓦，Bias RF功率為100-300瓦，氧氣流量為10_30sccm，CF4流量為10_50sccm，He流量為20-100sccm,溫度為 40-50 度。最后，參考圖7所示，灰化去除剩余的光刻膠層。特別的，由于需形成金屬硅化物區(qū)域A上源/漏區(qū)和柵極結(jié)構(gòu)的頂面被暴露出來，其上會不可避免的形成一薄層的自然氧化層(native oxide layer),因而在形成金屬娃化物層之前，先濕法去除源/漏區(qū)和柵極結(jié)構(gòu)上自然氧化層和殘余的聚合物(polymer)。步驟S04 :在暴露出的源/漏區(qū)和柵極結(jié)構(gòu)上形成金屬硅化物層；參考圖8所示，由于需形成金屬硅化物區(qū)域A上的源/漏區(qū)和柵極結(jié)構(gòu)已經(jīng)暴露出來，因而可直接在應(yīng)力層被移除的地方進行常規(guī)的金屬硅化物工藝，例如采用現(xiàn)有技術(shù)沉積金屬并進行退火工藝，從而在暴露出的源/漏區(qū)102和柵極結(jié)構(gòu)110上形成金屬硅化物層140，相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明直接利用側(cè)墻作為自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層(SAB)，工藝簡單。步驟S05 :去除所述側(cè)墻；參考圖9所示，形成金屬硅化物層140后，即可采用灰化工藝去除側(cè)墻121和無需形成金屬硅化物區(qū)域B上的應(yīng)力層。
步驟S06 :在所述襯底和柵極結(jié)構(gòu)上形成CESL應(yīng)力層；參考圖10所示,在所述襯底100和柵極結(jié)構(gòu)110上形成通孔刻蝕停止層(Contactetch stop layer, CESL)應(yīng)力層150，由于側(cè)墻121已經(jīng)被移除，因而此步驟可采用應(yīng)力鄰近效應(yīng)(stress proximity technique, SPT)技術(shù)，即CESL應(yīng)力層150更加鄰近溝道,有利于提到器件的性能。綜上所述，本發(fā)明的使用應(yīng)力記憶技術(shù)的半導(dǎo)體器件制造方法，形成應(yīng)力層后并不全部去除，而是選擇性刻蝕需形成金屬硅化物區(qū)域上的應(yīng)力層，以在所述需形成金屬硅化物區(qū)域上的柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁形成側(cè)墻，直接利用側(cè)墻作為自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層，在暴露出的源/漏區(qū)和柵極結(jié)構(gòu)上形成金屬硅化物層，從而簡化了工藝步驟；進一步的，形成金屬硅化物層之后去除側(cè)墻，采用應(yīng)力鄰近效應(yīng)技術(shù)，使得CESL應(yīng)力層更加鄰近溝道，有利于提到器件的性能。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之 內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種使用應(yīng)力記憶技術(shù)的半導(dǎo)體器件制造方法，包括 提供襯底，所述襯底上形成有柵極結(jié)構(gòu)，所述襯底中形成有源/漏區(qū)； 在所述襯底和柵極結(jié)構(gòu)上形成應(yīng)力層，并進行退火處理； 刻蝕需形成金屬硅化物區(qū)域上的應(yīng)力層，以在所述需形成金屬硅化物區(qū)域上的柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁形成側(cè)墻； 在暴露出的源/漏區(qū)和柵極結(jié)構(gòu)上形成金屬硅化物層。
2.如權(quán)利要求I所述的使用應(yīng)力記憶技術(shù)的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于，在暴露出的源/漏區(qū)和柵極結(jié)構(gòu)上形成金屬硅化物層之后，還包括 去除所述側(cè)墻； 在所述襯底和柵極結(jié)構(gòu)上形成CESL應(yīng)力層。
3.如權(quán)利要求2所述的使用應(yīng)力記憶技術(shù)的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于，所述CESL應(yīng)力層為應(yīng)力氮化硅。
4.如權(quán)利要求I所述的使用應(yīng)力記憶技術(shù)的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于，所述襯底包括需形成金屬硅化物區(qū)域和無需形成金屬硅化物區(qū)域，刻蝕需形成金屬硅化物區(qū)域上的應(yīng)力層的步驟包括 在所述襯底和柵極結(jié)構(gòu)上形成光刻膠層； 利用曝光和顯影工藝去除所述需形成金屬硅化物區(qū)域上的光刻膠層； 刻蝕需形成金屬硅化物區(qū)域上的應(yīng)力層，以在所述需形成金屬硅化物區(qū)域上的柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁形成側(cè)墻； 去除剩余的光刻膠層。
5.如權(quán)利要求I所述的使用應(yīng)力記憶技術(shù)的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于，所述應(yīng)力層為應(yīng)力氮化硅。
6.如權(quán)利要求I所述的使用應(yīng)力記憶技術(shù)的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于，所述退火是快速熱退火或者激光脈沖退火。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種使用應(yīng)力記憶技術(shù)的半導(dǎo)體器件制造方法，本發(fā)明的使用應(yīng)力記憶技術(shù)的半導(dǎo)體器件制造方法，形成應(yīng)力層后并不全部去除，而是選擇性刻蝕需形成金屬硅化物區(qū)域上的應(yīng)力層，以在所述需形成金屬硅化物區(qū)域上的柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁形成側(cè)墻，直接利用側(cè)墻作為自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層，在暴露出的源/漏區(qū)和柵極結(jié)構(gòu)上形成金屬硅化物層，從而簡化了工藝步驟；進一步的，形成金屬硅化物層之后去除側(cè)墻，采用應(yīng)力鄰近效應(yīng)技術(shù)，使得CESL應(yīng)力層更加鄰近溝道，有利于提高器件的性能。
文檔編號H01L21/8238GK102709250SQ20121020896
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者鄭春生 申請人:上海華力微電子有限公司