[發(fā)明專利]半導(dǎo)體器件制造方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410685729.7
• 申請(qǐng)日: 2014-11-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105702575A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王桂磊;劉金彪;李俊峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院微電子研究所
• 主分類號(hào): H01L21/318
• 分類號(hào): H01L21/318;H01L21/3105;H01L21/3115
• 代理公司: 北京藍(lán)智輝煌知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11345
• 代理人: 陳紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造方法領(lǐng)域，特別地，涉及一種具有張 應(yīng)力的應(yīng)變氮化硅的制造方法。

背景技術(shù)

在當(dāng)前的半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，僅通過(guò)縮減特征尺寸來(lái)降低成本的方法已經(jīng)遇到了瓶頸。特別是當(dāng)特征尺寸降至150nm以下時(shí)，半導(dǎo)體器件的很多物理參數(shù)不能按比例變化，例如硅禁帶寬度E_g、費(fèi)米勢(shì)界面態(tài)及氧化層電荷Q_ox、熱電勢(shì)V_t以及pn結(jié)自建勢(shì)等等，這些參數(shù)將影響按比例縮小的器件性能。若試圖使得器件仍然能保持良好的性能，則載流子遷移率增強(qiáng)技術(shù)對(duì)于CMOS等比例縮小是至關(guān)重要的。其中，應(yīng)變硅技術(shù)通過(guò)增大載流子遷移率而提高了器件的開(kāi)關(guān)速度，這成為當(dāng)前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

為了進(jìn)一步改進(jìn)器件性能，人們通過(guò)不同的工藝方案將應(yīng)變引入 MOSFET的溝道區(qū)，用來(lái)提高載流子的遷移率。例如，在晶面為(100) 的晶片上，溝道區(qū)晶向?yàn)?lt;110>，在PMOS中沿著縱軸方向(沿源 漏方向)的應(yīng)力需要為壓應(yīng)力，沿著橫軸方向的應(yīng)力需要為張力；而 在NMOS中沿著縱軸方向的應(yīng)力需要為張應(yīng)力，而沿著橫軸方向的 應(yīng)力為壓力。近期，在高性能邏輯器件中，廣泛采用了平面共軸工藝 應(yīng)變硅。已研發(fā)了通過(guò)在器件結(jié)構(gòu)上淀積不同應(yīng)力類型的氮化物蓋層 (CESLSiN：contactetchstoplayer，接觸刻蝕阻擋層)來(lái)引入溝 道應(yīng)變，例如在NMOS器件中覆蓋張應(yīng)力SiN從而誘發(fā)溝道應(yīng)變來(lái) 提高NMOS載流子遷移率。同樣地，可以在PMOS器件結(jié)構(gòu)上形成 壓應(yīng)力氮化物蓋層以增大PMOS載流子遷移率。對(duì)于NMOS而言， 通過(guò)氮化硅薄膜由上述工藝誘導(dǎo)得到了高達(dá)約1.4GPa的張應(yīng)力，而 對(duì)于PMOS而言，則產(chǎn)生了高達(dá)約3.0GPa的壓應(yīng)力。

以上所介紹的雙應(yīng)變襯層集成工藝不僅需要高的氮化硅應(yīng)變，而且，更值得注意的是，當(dāng)使用后柵工藝時(shí)，需要氮化硅薄膜具有良好的致密性以及抗腐蝕性。例如，在高介電常數(shù)和金屬柵工藝(HKMG，High-kandMetalGate)集成中，去除虛設(shè)柵極及其墊氧化層時(shí)，腐蝕所用的稀釋氫氟酸(dHF)會(huì)使得暴露在外的應(yīng)變層具有較大的、乃至不可接受的損傷，從而嚴(yán)重影響器件的性能。采用dHF腐蝕劑時(shí)(濃度(與水的體積比)1：100，溫度23℃)，熱氧化物(柵氧化物)的腐蝕速率為壓應(yīng)力氮化硅的腐蝕速率為而張應(yīng)力氮化硅的腐蝕速率為由此可見(jiàn)，在同樣的腐蝕條件下，常規(guī)方法淀積的張應(yīng)力氮化硅在dHF中刻蝕速率明顯快于壓應(yīng)力氮化硅以及熱氧化物，這樣，為了適應(yīng)上述的腐蝕工藝，在后柵工藝的雙應(yīng)變襯層中就難以集成采用常規(guī)方法淀積的張應(yīng)力氮化硅。

因此，需要提供一種新的具有張應(yīng)力的應(yīng)變氮化硅制造方法，使 制備獲得的張應(yīng)力氮化硅適應(yīng)工藝的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種張應(yīng)力氮化硅制造方法，通過(guò)氮離子注入的處 理，使獲得的張應(yīng)力氮化硅能夠適應(yīng)當(dāng)前半導(dǎo)體工藝的要求。

本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件制造方法，用于制備具有張應(yīng)力的 氮化硅，包括：

步驟c1，在沉積設(shè)備腔體內(nèi)通入氨氣和氮?dú)猓㈩A(yù)穩(wěn)定，使所述 腔體內(nèi)部氣體擴(kuò)散均勻、壓力穩(wěn)定；

步驟c2，向所述腔體內(nèi)通入硅烷；

步驟c3，射頻點(diǎn)火；

步驟c4，在上述步驟c1-c3順序執(zhí)行的基礎(chǔ)上，在晶片上沉積具 有張應(yīng)力的氮化硅，步驟c1-c4的順序執(zhí)行即為一個(gè)沉積循環(huán)；

步驟c5，采用氮離子注入工藝處理所述氮化硅。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，步驟c1中，氨氣流量為80sccm，氮?dú)? 流量為4000sccm。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，步驟c2中，硅烷流量為20sccm。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，步驟c3中，在保持步驟c1和步驟c2 中氣體流量的同時(shí)，開(kāi)啟射頻，設(shè)定功率為40W，時(shí)間為5s。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，步驟c4的時(shí)間設(shè)定為1.5s，使得晶片上沉積的所述氮化硅的厚度為

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，步驟c1至步驟c4執(zhí)行過(guò)程中，所述沉 積設(shè)備腔體內(nèi)壓力穩(wěn)定控制在6T。