一種形成多層復(fù)合式接觸孔刻蝕阻擋層的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備多層復(fù)合式接觸孔刻蝕阻擋層的方法，包括以下步驟：依次沉積多層第一氮化硅層形成第一阻擋層，并在每次沉積每層氮化硅層后都進(jìn)行紫外線輻射處理；沉積第二氮化硅層形成第二阻擋層；所述第一阻擋層和第二阻擋層共同構(gòu)成所述復(fù)合結(jié)構(gòu)應(yīng)力接觸孔刻蝕停止層。通過采用兩種不同的工藝制備兩層氮化硅層共同構(gòu)成應(yīng)力接觸孔刻蝕停止層，不僅增加了PMOS?NBTI的特性，在多晶硅拐角處不容易產(chǎn)生斷裂，同時(shí)還增大了CT干法刻蝕的窗口，極大改善了生產(chǎn)工藝，提升了器件性能。
【專利說明】一種形成多層復(fù)合式接觸孔刻蝕阻擋層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及CMOS半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，具體涉及一種形成多層復(fù)合式接觸孔刻蝕阻擋層的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著CMOS半導(dǎo)體器件工藝的發(fā)展，溝道寬度越來越小，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。對(duì)溝道形成拉力應(yīng)可以提高NMOS電子遷移率，壓應(yīng)力可以提高PMOS的空穴遷移率。溝道應(yīng)力主要通過沉積應(yīng)力CESL (接觸孔刻蝕停止層)引入?，F(xiàn)有技術(shù)中形成拉應(yīng)力的CESL有兩種常見方法:
[0003]①PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積)沉積后，經(jīng)UV (Ultra Violet，紫外線)輻射處理的Si3N4 ;本領(lǐng)域技術(shù)人員發(fā)現(xiàn):在經(jīng)過PECVD沉積，再經(jīng)UV處理Si3N4形成的CESL，由于UV處理的過程中降低了 H的含量，從而提高了 PMOS NBTI (Negative Bias Temperature Instability,負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定效應(yīng))的特性。但是這種方法形成的CESL容易在poly (多晶硅)與Si的拐角處容易形成開裂，如圖1所示，I為單晶硅襯底，3為多晶硅柵極，2為柵極側(cè)墻，采用PECVD沉積后，經(jīng)UV(Ultra Violet紫外線)輻射處理的Si3N4容易在多晶硅拐角處形成開裂，進(jìn)而影響了器件性能；此外，經(jīng)過UV處理的CESL質(zhì)地比較疏松，刻蝕速率較快。經(jīng)過干法刻蝕實(shí)驗(yàn)表明，SiO2與經(jīng)過UV輻射處理后的Si3N4之間的選擇比為2.6:1。這也容易導(dǎo)致經(jīng)過UV處理后的CESL起不到刻蝕阻擋層的作用，進(jìn)而對(duì)接觸層形成損傷，特別是會(huì)導(dǎo)致沒有硅化物的η型poly接觸電阻Re增大。
[0004]②PECVD沉積后Si3N4層后，采用N2進(jìn)行等離子處理的Si3N4。第二種方法形成的CESL質(zhì)地致密，同樣實(shí)驗(yàn)條件下，SiO2與N2plasma (等離子)處理的Si3N4之間的選擇比為5:1，而且不容易形成開裂，但是PMOS NBTI特性不好，降低了器件性能。
[0005]中國(guó)專利(CN102403264A)公開了一種金屬柵MOS器件的接觸孔刻蝕方法，其中，該方法包括如下步驟:提供半導(dǎo)體襯底，并在所述半導(dǎo)體襯底上形成MOS器件有源區(qū)及金屬柵極結(jié)構(gòu)，所述金屬柵極結(jié)構(gòu)位于層間介質(zhì)層內(nèi)，且所述金屬柵極結(jié)構(gòu)的頂部與所述層間介質(zhì)層的頂部齊平；沉積刻蝕阻擋層，所述刻蝕阻擋層覆蓋所述層間介質(zhì)層及所述金屬柵極結(jié)構(gòu)，并利用柵極掩模版對(duì)所述刻蝕阻擋層進(jìn)行光刻及刻蝕，形成圖形化的刻蝕阻擋層；在所述半導(dǎo)體襯底上沉積層間介質(zhì)層，并對(duì)所述層間介質(zhì)層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，所述層間介質(zhì)層覆蓋所述被圖形化的刻蝕阻擋層；在所述層間介質(zhì)層上涂上光阻，并利用第一掩模版對(duì)所述光阻進(jìn)行光刻，將所述光阻圖形化，其中所述第一掩模版上具有柵極接觸孔圖形及有源區(qū)接觸孔圖形；以所述被圖形化的光阻為掩膜，對(duì)所述層間介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，形成金屬柵極接觸孔和有源區(qū)接觸孔，所述金屬柵極接觸孔與所述刻蝕阻擋層相連；去除所述光阻及所述金屬柵極接觸孔正下方的刻蝕阻擋層，使所述金屬柵極接觸孔與所述金屬柵極結(jié)構(gòu)相連。
[0006]但是該專利的刻蝕停止層是簡(jiǎn)單通過沉積單層氮化硅或氮氧化硅或氮摻雜的碳化硅，如果是采用PECVD沉積的碳化硅，雖然抗NBTI穩(wěn)定性較好，但是容易在拐角處產(chǎn)生斷裂；如果是經(jīng)過N2等離子處理的碳化硅，雖然致密性較好，不易產(chǎn)生斷裂，但是NBTI效應(yīng)又得不到保證。
[0007]所以現(xiàn)有技術(shù)中，并沒有一個(gè)很好的技術(shù)方案能夠保證接觸孔刻蝕阻擋層既不產(chǎn)生斷裂，同行保證NBTI穩(wěn)定性。因此，如何如何制備出一較佳的接觸孔刻蝕阻擋層成了本領(lǐng)域技術(shù)人員致力研究的方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本申請(qǐng)根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足提供了一種形成多層復(fù)合式接觸孔刻蝕阻擋層的方法，通過采用不同工藝多次沉積氮化硅層形成復(fù)合式結(jié)構(gòu)的阻擋層，可有效避免多晶硅在拐角處容易開裂的問題，同時(shí)增大刻蝕的窗口。
[0009]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0010]一種制備多層復(fù)合式接觸孔刻蝕阻擋層的方法，其中，包括以下步驟:
[0011]依次沉積多層第一氮化硅層形成第一阻擋層，并在每次沉積每層第一氮化硅層后立即進(jìn)行紫外線輻射處理；
[0012]沉積第二氮化硅層形成第二阻擋層；
[0013]所述第一阻擋層和第二阻擋層共同構(gòu)成所述復(fù)合結(jié)構(gòu)應(yīng)力接觸孔刻蝕停止層。
[0014]上述的方法，其中，所述第一氮化硅層和第二氮化硅層均為Si3N4。
[0015]上述的方法，其中，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積工藝沉積每層所述第一氮化娃層;
[0016]其中，在溫度條件為250-300°C的條件下進(jìn)行所述等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積工藝，進(jìn)行所述紫外線輻射處理的溫度為450-500°C。
[0017]上述的方法，其中，所述第一阻擋層至少包括三層所述第一氮化硅層，且每層所述第一氮化硅層的厚度均相等。
[0018]上述的方法，其中，所述第一阻擋層厚度為200-300埃。
[0019]上述的方法，其中，所述第二氮化硅層為經(jīng)過N2等離子處理的Si3N4。
[0020]上述的方法，其中，在溫度條件為400-500°C進(jìn)行所述等離子處理工藝。
[0021]上述的方法，其中，所述第二氮化硅層厚度為200-300埃。
[0022]由于本發(fā)明采用了以上技術(shù)方案，通過沉積多層相同厚度的Si3N4層，并在沉積每層Si3N4后進(jìn)行紫外線輻射處理，當(dāng)全部沉積的Si3N4層到達(dá)一定厚度時(shí)，然后再沉積一層經(jīng)過N2等離子處理的Si3N4層，形成復(fù)合結(jié)構(gòu)應(yīng)力接觸孔刻蝕停止層，通過以上制備方法制備的接觸孔刻蝕停止層致密性較好，而且具有更低的刻蝕速率，同時(shí)該接觸孔刻蝕停止層在多晶硅拐角處也不容易產(chǎn)生斷裂，更加穩(wěn)定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明及其特征、夕卜形和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯。在全部附圖中相同的標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按照比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。
[0024]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中制備的一種接觸孔刻蝕停止層的截面圖；[0025]圖2為本申請(qǐng)制備的多層復(fù)合式接觸孔刻蝕阻擋層的截面圖；
[0026]圖3為本申請(qǐng)制備的多層復(fù)合式接觸孔刻蝕阻擋層放大后的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說明:
[0028]本發(fā)明提供了一種準(zhǔn)備多層復(fù)合式接觸孔刻蝕阻擋層的方法，并集合圖2和圖3所示，圖2為本申請(qǐng)制備的多層復(fù)合式接觸孔刻蝕阻擋層的截面圖；圖3為本申請(qǐng)制備的多層復(fù)合式接觸孔刻蝕阻擋層放大后的截面圖，包括以下步驟:
[0029]步驟S1、采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積工藝沉積多層厚度相等的第一氮化硅層5'，并在沉積每層第一氮化硅層5'后立即進(jìn)行一紫外線輻射處理。優(yōu)選的，該第一氮化娃層5'為Si3N4層,沉積的多層第一氮化娃層5'共同構(gòu)成第一阻擋層5。優(yōu)選的,第一阻擋層5至少包括三層第一氮化硅層5,，且第一阻擋層5的厚度為200-300埃(如200埃，220 埃，250 埃，280 埃，300 埃);并在溫度條件為 250-300 °C (如 250 °C，270 °C，290 °C，300 °C等值)的條件下進(jìn)行等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積工藝，紫外線輻射處理的溫度為450-500°C(如450°C，470°C，50(TC等值)。由于在進(jìn)行PECVD沉積后再進(jìn)行一 UV處理，可降低其H的含量，從而提高了 PMOS NBTI的特性。
[0030]步驟S2、繼續(xù)沉積第二氮化硅層形成第二阻擋層6，且該第二阻擋層6為經(jīng)過N2等離子處理的Si3N4層，并保證第二阻擋層6的厚度為200-300埃(如200埃，220埃，250埃，280埃，300埃)的第二阻擋層6。其中，在溫度條件為400-5000C (如400°C，420°C，450°C，480°C，50(TC等值)進(jìn)行該等離子處理工藝。由于第一阻擋層5和第二阻擋層6均為Si3N4層，共同構(gòu)成了一厚度約為500埃的復(fù)合結(jié)構(gòu)應(yīng)力接觸孔刻蝕停止層，其應(yīng)力約為1.2GPa。
[0031]由于經(jīng)過PEV⑶沉積并經(jīng)過UV處理的Si3N4第一阻擋層5的抗負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定效應(yīng)較好，同時(shí)，第二阻擋層6為通入N2氣體進(jìn)行等離子處理的Si3N4，其致密性較好；第一阻擋層5和第二阻擋層6共同構(gòu)成的復(fù)合CESL，不僅能夠提高PMOS器件的穩(wěn)定性(表現(xiàn)為良好的NBTI特性)的特點(diǎn)，又抑制了單一 UV接觸孔刻蝕停止層容易在多晶硅拐角處容易開裂的問題；進(jìn)一步的，由于N2等離子處理的Si3N4與UV處理的Si3N4相比，密度更致密，有更低的刻蝕速率，所以經(jīng)過N2等離子處理的Si3N4與Si02之間具有更高的選擇比，因此，這種復(fù)合形的CESL可以增大CT (contact，接觸孔)干法刻蝕的窗口，提高了生產(chǎn)工藝。
[0032]綜上所述，由于本發(fā)明采用了以上技術(shù)方案，通過采用兩種不同的工藝制備兩層Si3N4層共同構(gòu)成應(yīng)力接觸孔刻蝕停止層，不僅增加了 PMOS NBTI的特性，在多晶硅拐角處不容易產(chǎn)生斷裂，同時(shí)還增大了 CT干法刻蝕的窗口，極大改善了生產(chǎn)工藝，提升了器件性倉泛。
[0033]以上對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實(shí)施；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。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(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種制備多層復(fù)合式接觸孔刻蝕阻擋層的方法，其特征在于，包括以下步驟: 依次沉積多層第一氮化硅層形成第一阻擋層，并在每次沉積每層第一氮化硅層后立即進(jìn)行紫外線輻射處理； 沉積第二氮化硅層形成第二阻擋層； 所述第一阻擋層和第二阻擋層共同構(gòu)成所述復(fù)合結(jié)構(gòu)應(yīng)力接觸孔刻蝕停止層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一氮化硅層和第二氮化硅層均為Si3N4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積工藝沉積每層所述第一氮化硅層； 其中，在溫度條件為250-300°C的條件下進(jìn)行所述等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積工藝，進(jìn)行所述紫外線輻射處理的溫度為450-500°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一阻擋層至少包括三層所述第一氮化硅層，且每層所述第一氮化硅層的厚度均相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一阻擋層厚度為200-300埃。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二氮化硅層為經(jīng)過N2等離子處理的 Si3N4。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在溫度條件為400-500°C進(jìn)行所述等離子處理工藝。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二氮化硅層厚度為200-300埃。
【文檔編號(hào)】H01L21/3105GK103606519SQ201310505137
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】王奇?zhèn)? 陳昊瑜, 張文廣, 鄭春生, 田志 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司