[發(fā)明專利]一種制造高拉應力氮化硅薄膜的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110110367.5
• 申請日: 2011-04-29
• 公開（公告）號: CN102412125A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發(fā)明（設計）人: 徐強;張文廣;鄭春生;陳玉文
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/26
• 分類號: H01L21/26;H01L21/318;H01L21/8234
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 王敏杰

技術領域

本發(fā)明涉及一種制造氮化硅薄膜的方法，尤其涉及一種制造具有高拉應力氮化硅薄膜的方法。

背景技術

在現(xiàn)代CMOS器件的制造中，尤其是針對90納米（nm）以下薄膜技術工藝，人們引入了很多方法用于提高載流子的電遷移率。其中在對于NMOS器件制造工藝中，通常采用高拉應力的氮化硅作為通孔刻蝕停止層（Contact?Etch?Stop?Layer，簡稱CESL），通過其高拉應力來改變NMOS溝道中的應力狀況，從而提高其電遷移率。

為了能夠得到更高拉應力的氮化硅薄膜，目前通常采用含氮的環(huán)境下的等離子體處理或者紫外光照射的方法來去除薄膜中的一定含量的氫，使薄膜收縮來增加薄膜的應力。根據(jù)現(xiàn)在行業(yè)中的規(guī)定，目前65納米工藝對于氮化硅薄膜來說至少需要大于1.5GPa，而對于45納米工藝對于氮化硅薄膜來說至少需要1.8GPa。

公開號為CN1819121A的中國專利申請披露了一種制造超高伸張應力膜以及應變硅晶體的方法，其中首先進行等離子體增強化學氣相沉積工藝，于襯底的表面上沉積一過渡氮化硅膜，之后對過渡氮化硅膜進行UV照射工藝，將該過渡氮化硅膜的第一氫原子濃度降低至第二氫原子濃度。使用該方法制造出的氮化硅薄膜的應力最大不超過1.8GPa，無法滿足高應力的要求。

此外，目前制作高應力氮化硅薄膜的成本還是相對高的，且制造工藝也比較復雜，如能在較低的制造成本下制造出高拉應力的氮化硅薄膜，則NMOS器件的電遷移率將會得到很大程度的提高。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供一種制造高拉應力氮化硅薄膜的方法，可以在不增加多余設備的前提下，制備出更高應力的氮化硅薄膜，將其應用于CMOS中的CESL層，提高NMOS器件的性能。

為了實現(xiàn)上述的目的提供一種制造高拉應力氮化硅薄膜的方法，其特征在于包括以下順序步驟：

步驟1，先在硅基板上沉積一層第一氮化硅薄膜層，利用等離子體對第一氮化硅薄膜進行處理；

步驟2，在第一氮化硅薄膜層之上沉積第二氮化硅薄膜，并利用等離子體處理該第二氮化硅薄膜層；

步驟3，重復步驟1和2，直至自下而上的多層氮化硅薄膜層的總厚度達到工藝所需要求；

步驟4，對所述多層氮化硅薄膜層進行紫外光照射。

在上述的制造高拉應力氮化硅薄膜的方法中，還有重復步驟1和步驟2的過程，循環(huán)沉積氮化硅薄膜層并利用等離子體轟擊該氮化硅薄膜層的過程，直至自下而上的多層氮化硅薄膜層的總厚度達到工藝所需要求。沉積和轟擊過程在同一個反應腔室內進行。優(yōu)選重復步驟1和2的次數(shù)為5~30次，每次沉積薄膜的厚度為15~50A。

本發(fā)明制造高拉應力氮化硅薄膜的方法中，等離子體選用含有氫元素的等離子體，用于提高氮化硅薄膜層的含氫量。在淀積氮化硅薄膜過程中，用含有氫元素的等離子體對薄膜進行處理以增加薄膜的含氫量。薄膜在生長過程中進行若干次的等離子體處理，最終生成一種富含氫的氮化硅薄膜。優(yōu)選含有氫元素的等離子體為氫氣等離子體、和/或氨氣等離子體。

本發(fā)明制造高拉應力氮化硅薄膜的方法中，氮化硅薄膜層覆蓋在硅基板中所制備的CMOS器件中所包含的NMOS器件上。在富含氫的氮化硅經過紫外光照射后，其最終薄膜的應力則會得到大量增加。將該薄膜制備方法應用于CMOS制造中CESL層中，可以提高NMOS器件的性能。

本發(fā)明制造高拉應力氮化硅薄膜的方法中，利用紫外光照射氮化硅薄膜層之后，以增大氮化硅薄膜層中凈含氫量的損失度，用于提高多層氮化硅薄膜層的拉應力。

本發(fā)明提供的制造高拉應力氮化硅薄膜的方法，可以在較低的制造成本下制造出應力最少為1.8GPa的氮化硅薄膜，將應用NMOS器件上將極大的增加的電遷移率且生產工藝也相當簡單。

附圖說明

圖1是本發(fā)明氮化硅薄膜應力與凈損失量關系圖。

圖2是本發(fā)明高拉應力應用在NMOS器件上的結構示意圖。圖中1為柵極，2為氮化硅薄膜。

具體實施方式

本發(fā)明提出了一種制造高拉應力氮化硅薄膜的方法。利用薄膜中氫含量的損失量與薄膜最終的應力成正比的關系，來增加薄膜內氫含量的凈損失量，以達到具有高拉應力的薄膜。

主要制造方法如下：先在硅基板上沉積一層第一氮化硅薄膜層，利用等離子體對第一氮化硅薄膜進行處理。在第一氮化硅薄膜層之上沉積一層第二氮化硅薄膜層，并再次用等離子體對第二氮化硅薄膜進行轟擊。之后，對多層氮化硅薄膜層進行紫外光照射。