[發明專利]一種在半導體器件中提高氮化硅薄膜拉應力的方法

無效

• 申請號: 201110123697.8
• 申請日: 2011-05-13
• 公開（公告）號: CN102412201A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（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: H01L21/8238
• 分類號: H01L21/8238;H01L21/318
• 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

本發明一般涉及集成電路制造技術領域，更確切地說，本發明涉及一種在半導體器件中提高氮化硅薄膜拉應力的方法。

背景技術

隨著集成電路特征線寬縮小到90nm以下，通過柵極厚度、柵極介電常數及結深提高器件性能已經不能滿足工藝的要求，即使柵極厚度控制在5個原子層，而結深也只有10nm。順應開關速度的要求，高應力氮化硅技術已經得到廣泛的研究，伴隨氮化硅在柵極機構上施加的高應力，MOS器件的載流子遷移率可以得到很大的提高。具體而言，PMOS結構上的壓應力能夠提高空穴的遷移率，而NMOS結構上的張應力能夠提高電子的遷移率。對于NMOS器件，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，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。已經有大量的實驗結果證明，通孔刻蝕停止層高的拉應力，對應于高的NMOS電遷移率。為了能夠得到更高拉應力的氮化硅薄膜，如圖1所示，目前通常采用氮氣氛下的等離子體處理或者紫外光照射的方法來去除薄膜1中一定含量的氫2（圖1示出的是紫外線照射的方法），使薄膜1收縮來增加薄膜1的應力，但是，目前氮化硅能達到的最高應力為1.7GPa左右。如何得到更高應力的氮化硅薄膜，仍然是研究的一個難點。

發明內容

針對上述存在的問題，本發明的目的在于提供一種提高氮化硅薄膜拉應力的方法，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的通孔刻蝕停止層，提高NMOS器件的性能，具體是通過下述技術方案實現的：

一種在半導體器件中提高氮化硅薄膜拉應力的方法，其中，包括：

在淀積氮化硅薄膜過程中在氮化硅薄膜中加入一定量的有機成孔劑；

利用紫外光對氮化硅薄膜進行照射，由于有機成孔劑的揮發，使得薄膜的收縮增加。

上述提高碳化硅薄膜拉應力的方法，其中，所述有機成孔劑為阿爾法-松油烯。

上述提高碳化硅薄膜拉應力的方法，其中，所述有機成孔劑為降冰片二烯。

上述提高碳化硅薄膜拉應力的方法，其中，所述氮化硅薄膜中的部分Si-H/N-H鍵在獲得能量后會斷裂收縮，并且由于所述有機成孔劑的揮發，使得所述氮化硅薄膜的收縮增加。

上述提高碳化硅薄膜拉應力的方法，其中，所述半導體器件為CMOS器件，所述方法增加了所述氮化硅薄膜的拉伸應力，從而提高了所述CMOS器件的驅動性能。

上述提高碳化硅薄膜拉應力的方法，其中，所述CMOS器件為NMOS器件。

本領域的技術人員閱讀以下較佳實施例的詳細說明，并參照附圖之后，本發明的這些和其他方面的優勢無疑將顯而易見。

附圖說明

參考所附附圖，以更加充分的描述本發明的實施例，然而，所附附圖僅用于說明和闡述，并不構成對本發明范圍的限制。

圖1A~圖1B是現有技術中用于提高氮化硅薄膜拉應力的方法的流程結構示意圖；

圖2A~圖2B是本發明提高碳化硅薄膜拉應力的方法的最佳實施例的流程結構示意圖；

圖3是表明氮化硅薄膜的收縮比正比于薄膜的應力的實驗數據結果圖。

具體實施方式

本發明提高碳化硅薄膜拉應力的方法的最佳實施例主要過程為：

在淀積氮化硅薄膜過程中在氮化硅薄膜1中加入一定量的有機成孔劑3，此處的有機成孔劑3為阿爾法-松油烯（ATRP）或者降冰片二烯（BCHD）等，如圖2A所示；

利用紫外光對薄膜1進行照射，氮化硅薄膜1中的部分Si-H/N-H鍵在獲得能量后會斷裂收縮，同時由于有機成孔劑3的揮發，使得薄膜1的收縮增加，去除了薄膜1中一定含量的氫2，如圖2B所示，并且通過實驗得知，薄膜的拉伸應力正比于薄膜的收縮率，數據結果圖可參看圖3所示，從而增加了氮化硅薄膜的拉伸應力。

將本薄膜制備方法應用于CMOS制造中的通孔刻蝕停止層中，可以提高NMOS器件的性能。

通過說明和附圖，給出了具體實施方式的特定結構的典型實施例，因此，盡管上述發明提出了現有的較佳實施例，然而，這些內容并不作為局限。對于本領域的技術人員而言，閱讀上述說明后，各種變化和修正無疑將顯而易見。因此，所附的權利要求書應看作是涵蓋本發明的真實意圖和范圍的全部變化和修正，在權利要求書范圍內任何和所有等價的范圍與內容，都應認為仍屬本發明的意圖和范圍內。