一種接觸孔刻蝕阻擋層結構及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種接觸孔刻蝕阻擋層結構及其制備方法，涉及半導體集成電路制造技術，尤其涉及一種接觸孔刻蝕阻擋層結構及其制備方法，包括：一包含有源區(qū)的襯底，在襯底上設有柵極結構，所述有源區(qū)位于所述柵極結構的兩側，所述有源區(qū)和所述柵極結構上均設置有金屬硅化物，所述金屬硅化物的表面和所述柵極結構的側表面均覆蓋有一接觸孔刻蝕阻擋層；其中，所述接觸孔刻蝕阻擋層由下至上依次包括一第一氮化物應力薄膜和一第二氮化物應力薄膜，所述第一氮化物薄膜中的應力小于所述第二氮化物薄膜中的應力。本發(fā)明的一種接觸孔刻蝕阻擋層結構及其制備方法在提高器件性能的同時，可以改善器件的負偏壓溫度不穩(wěn)定性。
【專利說明】一種接觸孔刻蝕阻擋層結構及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體集成電路制造技術，尤其涉及一種接觸孔刻蝕阻擋層結構及其制備方法。
【背景技術】
[0002]CMOS集成電路制造工藝的發(fā)展以及關鍵尺寸的縮小，很多新的方法被運用到器件制造工藝中，用以改善器件性能。高張應力氮化物薄膜由于能夠有效提高MOS管載流子遷移率，進而提高器件運行速度，因此被引入到集成電路制造工藝中。PMOS溝道方向上的壓應力能提高PMOS器件中空穴遷移率，而NMOS溝道方向上的張應力能提高NMOS器件中電子遷移率。圖1所示為高應力氮化物薄膜在MOS器件中的位置示意圖，其中，包括一襯底I’(襯底I’包括源區(qū)3’，漏區(qū)2’)，一柵氧層4’，一柵極層5’，二側墻6’，一 NiSi層7’，一高應力氮化物薄膜9’。
[0003]高張應力氮化娃薄膜(High Tensile Stress SiN)是在PECVD (等離子體增強化學氣相沉積系統)中沉積得到的，反應物為甲烷(SiH4)和氨氣(NH3),襯底溫度一般低于400°C，需要利用射頻激發(fā)等離子體維持反應的進行。由于這種方法形成的氮化硅薄膜中含有大量的H (氫原子)，結構疏松，其應力達不到要求，所以接下來還需要對薄膜進行紫外固化(UV cure)，利用紫外線破壞薄膜中的氫鍵，使氫原子形成氫氣析出，而留下的懸掛鍵S1-與N-能形成S1-N鍵，氮化硅薄膜的空間網絡結構發(fā)生變化，形成應力滿足要求的氮化硅薄膜。
[0004]目前，通過PECVD沉積得到的張應力氮化硅薄膜的應力極限為1.7Gpa左右(紫外固化之后)，能夠顯著提高NMOS性能。所以通常以這種氮化硅作為接觸孔刻蝕阻擋層，厚度一般為300 A -600 A (例如300 Λ、400 A、500 Λ、 600 A等)。另外在實驗過程中
我們發(fā)現調整這一層氮化硅的生長條件，能夠明顯影響器件的負偏壓溫度不穩(wěn)定性。最終我們得到了一種應力較低(約 1.3Gpa-l.4Gpa,例如 1.3Gpa、l.33Gpa、l.37Gpa、l.4Gpa 等)的張應力氮化硅，其特點是硅-氫鍵/氮-氫鍵比較低。
[0005]中國專利(CN101740328A)公開了一種刻蝕方法，以提高刻蝕質量，該方法包括:提供基體；于基體上順次形成遮擋層、底部抗反射層及光阻層，構成掩膜層；圖案化所述掩膜層；以及基于圖案化后的掩膜層刻蝕該基體。
[0006]中國專利(CN102842569A)公開了一種用于銅互連的刻蝕阻擋層及其制造方法，該種制作方法采用一層超薄的經過氧氣等離子體和紫外光照射處理的SiN刻蝕阻擋層和一層厚的介電常數值較小的碳含量豐富的SiCN刻蝕阻擋層來形成雙層刻蝕阻擋層，不僅工藝過程簡單，還可以改善目前刻蝕阻擋層的存在會影響整體介電常數值的現狀，使得互連電路中的延遲減小、提升互連電路的可靠性，有望在未來銅互連的刻蝕阻擋層的制造中得到應用。
[0007]上述兩種方法均無法在提高NMOS器件性能的同時，改善器件的負偏壓溫度不穩(wěn)定性。
【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目的在于解決上述問題，使獲得較低介電常數的同時增加了薄膜硬度，提高了器件穩(wěn)定性。
[0009]為達到上述目的，具體技術方案如下:
[0010]一種接觸孔刻蝕阻擋層結構，包括:
[0011]一包含有源區(qū)的襯底，在襯底上設有柵極結構，所述有源區(qū)位于所述柵極結構的兩側，所述有源區(qū)和所述柵極結構上均設置有金屬硅化物，所述金屬硅化物的表面和所述柵極結構的側表面均覆蓋有一接觸孔刻蝕阻擋層；
[0012]其中，所述接觸孔刻蝕阻擋層由下至上依次包括一第一氮化物應力薄膜和一第二氮化物應力薄膜，所述第一氮化物應力薄膜中的應力小于所述第二氮化物應力薄膜中的應力。
[0013]優(yōu)選的，所述柵極結構包括一柵氧層、一柵極層和側墻，所述柵氧層在所述襯底上方，所述柵極層在所述柵氧層上方，所述側墻位于所述柵氧層、所述柵極層、位于所述柵極層上方的部分所述金屬硅化物的兩側。
[0014]優(yōu)選的，所述金屬硅化物層為NiSi。
[0015]優(yōu)選的，所述接觸孔刻蝕阻擋層厚度力300 A -600 L.[0016]優(yōu)選的,所述第一氮化物應力薄膜的應力為張應力，該張應力為1.3Gpa-l.4Gpa,厚度為 150 A-300 A。
[0017]優(yōu)選的,所述第二氮化物應力薄膜的應力為張應力，該張應力為1.6Gpa_l.8Gpa，厚度為 150 A-300 A。
[0018]一種接觸孔刻蝕阻擋層的制備方法，主要包括以下步驟:
[0019]提供一半導體結構，所述半導體結構包括包含有源區(qū)的襯底、柵極結構和金屬硅化物；
[0020]制備一接觸孔刻蝕阻擋層覆蓋所述半導體結構的表面，所述接觸孔刻蝕阻擋層由下至上一次包括一第一氮化物應力薄膜和一第二氮化物應力薄膜，所述第一氮化物應力薄膜中的應力小于所述第二氮化物應力薄膜中的應力；
[0021]紫外線固化所述第二氮化物應力薄膜。
[0022]優(yōu)選的，在制備所述接觸孔刻蝕阻擋層之前，還包括對所述金屬硅化物進行退火
工藝處理。
[0023]優(yōu)選的，通過PECVD生長所述第一氮化物應力薄膜和所述第二氮化物應力薄膜。
[0024]本發(fā)明的技術方案 相比傳統的接觸孔刻蝕阻擋層結構及其制備方法來說，額外加入了一層氮化物薄膜，使接觸孔刻蝕阻擋層結構同時具有一高應力氮化物薄膜和一低應力氮化物薄膜，且對高應力氮化物薄膜進行紫外固化，提高其應力。本發(fā)明的一種接觸孔刻蝕阻擋層結構及其制備方法在提高NMOS器件性能的同時，可以改善器件的負偏壓溫度不穩(wěn)定性。
【專利附圖】

【附圖說明】[0025]構成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中:
[0026]圖1是高應力氮化硅薄膜在MOS器件中的位置示意圖；
[0027]圖2是本發(fā)明方法一實施例的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，顯然，所描述的實例僅僅是本發(fā)明一部分實例，而不是全部的實例。基于本發(fā)明匯總的實例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有實例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0029]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實例及實例中的特征可以相互自
由組合。
[0030]一種接觸孔刻蝕阻擋層結構，包括:
[0031]一包含有源區(qū)的襯底，在襯底上設有柵極結構，所述有源區(qū)位于所述柵極結構的兩側，所述有源區(qū)和所述柵極結構上均設置有金屬硅化物，所述金屬硅化物的表面和所述柵極結構的側表面均覆蓋有一接觸孔刻蝕阻擋層；
[0032]其中，所述接觸孔刻蝕阻擋層由下至上依次包括一第一氮化物應力薄膜和一第二氮化物應力薄膜，所述第一氮化物應力薄膜中的應力小于所述第二氮化物應力薄膜中的應力。
[0033]一種接觸孔刻蝕阻擋層的制備方法，主要包括以下步驟:
[0034]提供一半導體結構，所述半導體結構包括包含有源區(qū)的襯底、柵極結構和金屬硅化物；
[0035]制備一接觸孔刻蝕阻擋層覆蓋所述半導體結構的表面，所述接觸孔刻蝕阻擋層由下至上一次包括一第一氮化物應力薄膜和一第二氮化物應力薄膜，所述第一氮化物應力薄膜中的應力小于所述第二氮化物應力薄膜中的應力；
[0036]紫外線固化所述第二氮化物應力薄膜。
[0037]以下將結合附圖對本發(fā)明的實例做具體闡釋。
[0038]如圖2所示，本發(fā)明的實例是一種接觸孔刻蝕阻擋層結構及其制備方法，其結構包括:一包含有源區(qū)的襯底1，其有源區(qū)分為一源區(qū)3和一漏區(qū)2 ;在襯底I上設有柵極結構，所述柵極結構包括一柵氧層4、一柵極層5和側墻6，所述有源區(qū)位于所述柵極結構的兩側，所述有源區(qū)和所述柵極結構上均設置有金屬硅化物7，優(yōu)選的，所述金屬硅化物7為NiSi ;所述柵氧層4在所述襯底I上方，所述柵極層5在所述柵氧層4上方，所述側墻6位于所述柵氧層4、所述柵極層5、位于所述柵極層上方的部分所述金屬硅化物7的兩側。所述金屬硅化物7的表面和所述柵極結構的側表面均覆蓋有一接觸
孔刻蝕阻擋層，優(yōu)選的，所述接觸孔刻蝕阻擋層厚度為300 A -600 A (例如300 A、
100 A、500 As 600 A等)；其中，所述接觸孔刻蝕阻擋層由下至上依次包括一第一
氮化物應力薄膜8和一第二氮化物應力薄膜9，所述第一氮化物應力薄膜8中的應力小于所述第二氮化物應力薄膜9中的應力。優(yōu)選的,相對于所述第二氮化物應力薄膜9而言，所述第一氮化物應力薄膜8為低應力氮化物薄膜且具有較低的硅-氫鍵比/氮-氫鍵比,張應力為 1.3Gpa-1.4Gpa (例如 1.3Gpa、1.33Gpa、1.37Gpa、1.4Gpa 等)，厚度為 1,50 A.-:300 A
(例如150 A、200 A、250 L 300 A等);相對于所述第一氮化物應力薄膜8而言，所述第二氮化物應力薄膜9為高應力氮化物薄膜且具有較高的硅-氫鍵比/氮-氫鍵比，張應力為 1.6-1.8Gpa (例如 1.6Gpa、l.68Gpa、l.74Gpa、l.8Gpa 等)，厚度為 150 A _300 A
(例如 150 A、200 A、250 Λ、 300 A 等);
[0039]由于與器件接觸的是下層的低應力氮化物層也就是第一氮化物應力薄膜8，所以器件負偏壓不穩(wěn)定性依然可以得到提高。同時，上層采用高應力氮化物薄膜也就是第二氮化物應力薄膜9，其所表現的高張應力可以通過下層的第一氮化物應力薄膜8傳遞到器件上。由此可知，所述第一氮化物應力薄膜8和所述第二氮化物應力薄膜9都可以作為接觸孔刻蝕阻擋層，一種具有很好的應力特性，另一種應力雖然較低，但是可以明顯改善器件的負偏壓不穩(wěn)定性，即本發(fā)明一種接觸孔刻蝕阻擋層結構在提高NMOS器件性能的同時，可以改善器件的負偏壓溫度不穩(wěn)定性；
[0040]本發(fā)明的一種接觸孔刻蝕阻擋層的制備方法，主要包括以下步驟:提供一襯底I ;制備一柵氧層4 ;制備一柵極層5 ;制備一硅化物層7，優(yōu)選的，所述硅化物層7經過退火工藝處理；制備側墻6，通過PECVD生長第一氮化物應力薄膜8 ;通過PECVD生長第二氮化物應力薄膜9 ;紫外固化所述第二氮化物應力薄膜9。由于未經紫外固化的第二氮化物應力薄膜9中含有大量的H (氫原子)，結構疏松，其應力達不到要求，所以還需要對第二氮化物應力薄膜9進行紫外固化(UV cure)，利用紫外線破壞第二氮化物應力薄膜9中的氫鍵，使氫原子形成氫氣析出，而留下的懸掛鍵S1-與N-能形成S1-N鍵，第二氮化物應力薄膜9的空間網絡結構發(fā)生變化，形成應力滿足要求的第二氮化物應力薄膜9。
[0041]綜上所述，本發(fā)明的技術方案相比傳統的接觸孔刻蝕阻擋層結構及其制備方法來說，額外加入了一層氮化物應力薄膜，使接觸孔刻蝕阻擋層結構同時具有一高應力氮化物薄膜和一低應力氮化物薄膜，且對高應力氮化物薄膜進行紫外固化，提高其應力。本發(fā)明的一種接觸孔刻蝕阻擋層結構及其制備方法在提高NMOS器件性能的同時，可以改善器件的負偏壓溫度不穩(wěn)定性。
[0042]以上所述僅為本發(fā)明較佳的實施例，并非因此限制本發(fā)明的實施方式及保護范圍，對于本領域技術人員而言，應當能夠意識到凡運用本發(fā)明說明書及圖示內容所做出的等同替換和顯而易見的變化所得到的方案，均應當包含在本發(fā)明的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種接觸孔刻蝕阻擋層結構，其特征在于，包括: 一包含有源區(qū)的襯底，在襯底上設有柵極結構，所述有源區(qū)位于所述柵極結構的兩側，所述有源區(qū)和所述柵極結構上均設置有金屬硅化物，所述金屬硅化物的表面和所述柵極結構的側表面均覆蓋有一接觸孔刻蝕阻擋層； 其中，所述接觸孔刻蝕阻擋層由下至上依次包括一第一氮化物應力薄膜和一第二氮化物應力薄膜，所述第一氮化物應力薄膜中的應力小于所述第二氮化物應力薄膜中的應力。
2.如權利要求1所述的結構，其特征在于，所述柵極結構包括一柵氧層、一柵極層和側墻，所述柵氧層在所述襯底上方，所述柵極層在所述柵氧層上方，所述側墻位于所述柵氧層、所述柵極層、位于所述柵極層上方的部分所述金屬硅化物的兩側。
3.如權利要求1所述的結構，其特征在于，所述金屬硅化物層為NiSi。
4.如權利要求1所述的結構，其特征在于，所述接觸孔刻蝕阻擋層厚度為300 A-600 A0
5.如權利要求4所述的結構，其特征在于，所述第一氮化物應力薄膜的應力為張應力，該張應力為1.3Gpa-l.4Gpa，厚度為丨50 A -300 L
6.如權利要求4所述的結構，其特征在于，所述第二氮化物應力薄膜的應力為張應力，該張應力為1.6Gpa-l.8Gpa，厚度為I 50 A -300 A0
7.一種接觸孔刻蝕阻擋層的制備方法，其特征在于，主要包括以下步驟: 提供一半導體結構，所述半導體結構包括包含有源區(qū)的襯底、柵極結構和金屬硅化物； 制備一接觸孔刻蝕阻擋層覆 蓋所述半導體結構的表面，所述接觸孔刻蝕阻擋層由下至上一次包括一第一氮化物應力薄膜和一第二氮化物應力薄膜，所述第一氮化物應力薄膜中的應力小于所述第二氮化物應力薄膜中的應力； 紫外線固化所述第二氮化物應力薄膜。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，在制備所述接觸孔刻蝕阻擋層之前，還包括對所述金屬硅化物進行退火工藝處理。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，通過PECVD生長所述第一氮化物應力薄膜和所述第二氮化物應力薄膜。
【文檔編號】H01L21/768GK103904055SQ201410106580
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月20日 優(yōu)先權日:2014年3月20日
【發(fā)明者】雷通, 桑寧波 申請人:上海華力微電子有限公司