專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法領(lǐng)域，特別地，涉及一種提高M(jìn)OS器件薄膜張應(yīng)力的結(jié)構(gòu)與方法。
背景技術(shù)：
從90nm CMOS集成電路工藝起，隨著器件特征尺寸的不斷縮小，以提高溝道載流子遷移率為目的應(yīng)變溝道工程(Strain Channel Engineering)起到了越來越重要的作用。多種單軸工藝誘致應(yīng)力被集成到器件工藝中去。在NMOS和PMOS上覆蓋不同性質(zhì)的應(yīng)力薄膜，以提高溝道中載流子遷移率。參見附圖1，半導(dǎo)體襯底I上具有NM0S2和PM0S3，STI將在NM0S2和PM0S3隔離。NM0S2上覆蓋具有張應(yīng)力的薄膜5，而在PM0S3上覆蓋具有壓應(yīng)力的薄膜6，通常，應(yīng)力薄膜為氮化硅。氮化硅薄膜中的本征應(yīng)力主要是由于三角形平面內(nèi)以氮為中心的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)單元趨向于形成具有低能量?jī)r(jià)鍵的以硅為中心的四面體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的固有本性造成的。由于這兩類原子化合價(jià)的不同，就會(huì)存在應(yīng)變。在氨氣-硅烷為反應(yīng)混合物的PECVD法SiNxHy張應(yīng)力產(chǎn)生機(jī)理中，主要包括乙硅烷和氨基硅烷基團(tuán)的氣相形成、這些等離子體產(chǎn)物的表面反應(yīng)以及隨后的通過氫氣和氨氣的剔除反應(yīng)而在次表面進(jìn)行的多余氫的釋放等過程。在這一致密工藝中形成的被拉伸的S1-N鍵會(huì)被周圍的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)所限制，從而被有效地凍結(jié)為張應(yīng)力狀態(tài)。與LPCVD相比較，由于PECVD工藝中襯底的溫度較低，則剔除反應(yīng)也較少。從而導(dǎo)致薄膜中含氫的組合較多，增強(qiáng)了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的靈活性，降低了薄膜應(yīng)力。因此需要進(jìn)行高溫表面退火處理(cure)工藝產(chǎn)生去氫致密過程，以增強(qiáng)薄膜應(yīng)力。較高溫度的表面退火處理排出更多含量的氫元素因而導(dǎo)`致較高的薄膜應(yīng)力。但是過高溫將使得PECVD工藝帶來的低溫優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)散失，對(duì)已形成的MOSFET硅化物、源漏摻雜等工藝結(jié)構(gòu)不利。因而一種紫外線輔助熱處理(UVTP)的技術(shù)被用于處理PECVD氮化硅來提高薄膜應(yīng)力。該技術(shù)利用紫外線的光子能量可以幫助打開薄膜中的S1-H鍵和N-H鍵。相鄰斷裂鍵中的氫原子相結(jié)合形成分子形式的氫氣，氫氣從薄膜中擴(kuò)散出來，從而在薄膜中形成懸掛鍵和微孔。懸掛鍵相互交聯(lián)，使得這些微孔收縮以得到最小的表面能。常規(guī)氮化硅薄膜在UVTP系統(tǒng)吸收系數(shù)較小，仍然需要襯底加熱來提高薄膜去氫效果。因此，需要提供一種新的半導(dǎo)體器件和制造方法，能夠在UVTP系統(tǒng)中獲得良好的去氫效果而不需要對(duì)襯底進(jìn)行加熱。

發(fā)明內(nèi)容
首先，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其中，包括提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成NMOS器件；通過PECVD工藝在所述NMOS器件上覆蓋高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜，其中，對(duì)于λ <410nm的紫外光，所述高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜的紫外光吸收系數(shù)為a > 500^1 ；
采用受激激光表面退火對(duì)所述高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜進(jìn)行處理，去除所述高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜中的氫；經(jīng)過受激激光表面退火處理之后的所述高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜具有大于IGPa的張應(yīng)力，用以提高NMOS器件的溝道載流子遷移率。在本發(fā)明提供的方法中，采用受激激光退火處理所述高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜時(shí)，所述半導(dǎo)體襯底溫度不高于300°C。在本發(fā)明提供的方法中，所述高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜為富硅氮化硅，即其化學(xué)式 SUx 中，X < 0. 5。在本發(fā)明提供的方法中，其特征在于，所述高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜中摻雜有碳、硼、鍺中至少一種。在本發(fā)明提供的方法中，其特征在于，所述高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜包括多層結(jié)構(gòu)，其中所述多層結(jié)構(gòu)具有碳、硼、鍺、類金剛石碳(DLC)紫外光吸收層中至少一種。在本發(fā)明提供的方法中，所述受激激光為準(zhǔn)分子激光，包括Arl26nm，Kr 146nm，Xe172nm, ArF 193nm, KrF 248nm，XeBr 282nm，XeCl 308nm，XeF 351nm。在本發(fā)明提供的方法中，所述受激激光為調(diào)制的氣體、固體激光。在本發(fā)明提供的方法中，所述受激激光表面退火處理中采用脈沖激光，其脈沖寬度在Ins Ims之間，能量密度大于150mJ/cm2。接著，本發(fā)明 還提供一種半導(dǎo)體器件，其中包括

半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成有NMOS器件； 高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜，通過PECVD工藝覆蓋在所述NMOS器件上，其中，對(duì)于入<410nm的紫外光，所述高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜的紫外光吸收系數(shù)為a > 500^1 ；在經(jīng)過受激激光表面退火處理以去除氫之后的所述高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜具有大于IGPa的張應(yīng)力，用以提高NMOS器件的溝道載流子遷移率。在本發(fā)明提供的器件中，所述高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜為富硅氮化硅，即其化學(xué)式 SUx 中，X < 0. 5。在本發(fā)明提供的器件中，其特征在于，所述高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜中摻雜有碳、硼、鍺中至少一種。在本發(fā)明提供的器件中，其特征在于，所述高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜包括多層結(jié)構(gòu)，其中所述多層結(jié)構(gòu)具有碳、硼、鍺、類金剛石碳(DLC)紫外光吸收層中至少一種。本發(fā)明提出了一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，在NMOS器件上覆蓋一層具有高紫外光吸收系數(shù)的氮化硅膜，該氮化硅膜在受激激光表面退火處理時(shí)，能很好地吸收紫外光，從而獲得良好的去氫效果，并在去氫后，氮化硅膜具有很高的張應(yīng)力；由于氮化硅膜的紫外光吸收系數(shù)高，因此不需要對(duì)襯底進(jìn)行加熱，避免了由于需要加熱襯底去氫而給器件帶來的不良影響，保存了 PECVD工藝帶來的熱預(yù)算。


圖1常見應(yīng)變溝道工程結(jié)構(gòu)；圖2在半導(dǎo)體襯底上形成NMOS并覆蓋氮化硅膜；圖3采用受激激光表面退火處理去除氫；
圖4完成NMOS器件。
具體實(shí)施例方式以下，通過附圖中示出的具體實(shí)施例來描述本發(fā)明。但是應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對(duì)公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本發(fā)明的概念。本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，參見附圖2-4。首先，參見附圖2，提供半導(dǎo)體襯底10，在半導(dǎo)體襯底10上形成NMOS器件20以及STI結(jié)構(gòu)30。其中，半導(dǎo)體襯底10是單晶硅襯底或SOI。NMOS器件20以及STI結(jié)構(gòu)30采用本領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝形成。接著，采用PECVD工藝在襯底10上沉積一層具有高紫外光吸收系數(shù)的氮化硅膜，通過光刻，使高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜40僅覆蓋在NMOS器件20上。所述的高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜是指對(duì)于λ <410nm的紫外光，其吸收系數(shù)a > 500^1.高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜40可以是富硅的氮化硅膜，也即其化學(xué)式SihNx中，X < O. 5高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜40還可以是通過摻雜碳、硼、鍺中至少一種來獲得高紫外光吸收特性。另外，高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜40包括多層結(jié)構(gòu)，其中所述多層結(jié)構(gòu)具有碳、硼、鍺、類金剛石碳(DLC)紫外光吸收層中至少一種 ，這有助于提高氮化硅膜40對(duì)紫外光的吸收。在形成覆蓋NMOS器件20的高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜40之后，采用受激激光表面退火對(duì)高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜40進(jìn)行處理，去除高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜40中的氫，參見附圖3，圖中箭頭表示受激激光表面退火處理。如前所述，之所以采用PECVD工藝形成高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜40，是因?yàn)镻ECVD所需溫度較低，不會(huì)對(duì)已形成的器件產(chǎn)生不良影響。然而，由于工藝溫度較低，PECVD形成氮化硅膜時(shí)在膜中包含的氫不能很好地去除，需要進(jìn)行一步表面退火處理，以去除氮化硅膜中的氫并對(duì)氮化硅膜進(jìn)行致密，以增強(qiáng)薄膜應(yīng)力。由于本發(fā)明采用了具有高紫外光吸收系數(shù)的氮化硅膜，在采用受激激光表面退火進(jìn)行處理時(shí)，紫外光的光子能量可以有效地打開氮化硅膜40中的S1-H鍵和N-H鍵，相鄰斷裂鍵中的氫原子相結(jié)合形成分子形式的氫氣，氫氣從薄膜中擴(kuò)散出來，從而在薄膜中形成懸掛鍵和微孔，懸掛鍵相互交聯(lián)，使得這些微孔收縮以得到最小的表面能，而整個(gè)過程中不需要對(duì)襯底10進(jìn)行加熱，即可獲得良好的去氫效果，這樣避免了現(xiàn)有技術(shù)中采用高溫表面退火處理時(shí)對(duì)已形成的MOS器件硅化物、源漏摻雜等工藝結(jié)構(gòu)的不利，保存了 PECVD工藝帶來的熱預(yù)算。在本發(fā)明提供的方法中，采用受激激光表面退火處理高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜40時(shí)，由于不需要高溫處理，半導(dǎo)體襯底10的溫度不高于300°C。在本發(fā)明提供的方法中，受激激光表面退火處理時(shí)采用的可以為準(zhǔn)分子激光，例如包括 Ar 126nm, Kr 146nm, Xe 172nm, ArF 193nm, KrF 248nm, XeBr 282nm, XeCl 308nm,XeF 351nm。另外,受激激光還可以是調(diào)制的氣體、固體激光,波長(zhǎng)小于410nm。受激激光表面退火處理中采用脈沖激光，其脈沖寬度在Ins Ims之間，能量密度大于150mJ/cm2。經(jīng)過受激激光表面退火處理之后的高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜具有大于IGPa的張應(yīng)力，用以提高NMOS器件的溝道載流子遷移率。接著，參見附圖4，經(jīng)過受激激光表面退火處理之后，在襯底10上形成層間介質(zhì)層50;在層間介質(zhì)層50中形成通孔，并采用導(dǎo)電材料填充通孔，形成引出源漏極的導(dǎo)電插塞60，之后可進(jìn)行后續(xù)工藝。至此，本發(fā)明的制造方法已詳細(xì)地闡述。接著，本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件，可參見附圖4。該半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底10，在半導(dǎo)體襯底10上形成有NMOS器件20以及STI結(jié)構(gòu)30 ;高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜40，通過PECVD工藝覆蓋在NMOS器件20上，其中，對(duì)于入< 410nm的紫外光，所述高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜的紫外光吸收系數(shù)為a > 500cm-1 ;在經(jīng)過受激激光表面退火處理以去除氫之后的所述高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜具有大于IGPa的張應(yīng)力，用以提高NMOS器件的溝道載流子遷移率。在本發(fā)明提供的器件中，高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜40可以是富硅的氮化硅膜，也即其化學(xué)式SihNx中，X < 0. 5高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜40還可以是通過摻雜碳、硼、鍺中至少一種來獲得高紫外光吸收特性。另外，高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜40包括多層結(jié)構(gòu)，其中所述多層結(jié)構(gòu)具有碳、硼、鍺、類金剛石碳(DLC)紫外光吸收層中至少一種，這有助于提高氮化硅膜40對(duì)紫外光的吸收。在本發(fā)明中，采用PECVD在NMOS器件上覆蓋一層具有高紫外光吸收系數(shù)的氮化硅膜，該氮化硅膜在受激激光表面退火處理時(shí)，能很好地吸收紫外光，從而獲得良好的去氫效果，并在去氫后，氮化硅膜具有很高的張應(yīng)力；由于氮化硅膜的紫外光吸收系數(shù)高，因此不需要對(duì)襯底進(jìn)行加熱，避免了由于需要加熱襯底去氫而給器件帶來的不良影響，保存了PECVD工藝帶來的熱預(yù)算。以上參照本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明予以了說明。但是，這些實(shí)施例僅僅是為了說明的目的，而并非為了限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等價(jià)物限定。不脫離本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以做出多種替換和修改，這些替換和修改都應(yīng)落在本發(fā)明的 范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于，包括 提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成NMOS器件； 通過PECVD工藝在所述NMOS器件上覆蓋高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜，其中，對(duì)于入<410nm的紫外光，所述高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜的紫外光吸收系數(shù)為a > 500^1 ； 采用受激激光表面退火對(duì)所述高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜進(jìn)行處理，去除所述高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜中的氫； 經(jīng)過受激激光表面退火處理之后的所述高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜具有大于IGPa的張應(yīng)力，用以提高NMOS器件的溝道載流子遷移率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采用受激激光退火處理所述高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜時(shí)，所述半導(dǎo)體襯底溫度不高于300°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜為富硅氮化娃，即其化學(xué)式Si1Jx中，X < 0. 5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜中摻雜有碳、硼、鍺中至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜包括多層結(jié)構(gòu)，其中所述多層結(jié)構(gòu)具有碳、硼、鍺、類金剛石碳(DLC)紫外光吸收層中至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述受激激光為準(zhǔn)分子激光，包括Ar126nm，Kr 146nm，Xe 172nm，ArF 193nm，KrF248nm，XeBr 282nm，XeCl 308nm，XeF 351nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述受激激光為調(diào)制的氣體、固體激光。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述受激激光表面退火處理中采用脈沖激光，其脈沖寬度在Ins Ims之間，能量密度大于150mJ/cm2。
9.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括 半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成有NMOS器件； 高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜，通過PECVD工藝覆蓋在所述NMOS器件上，其中，對(duì)于入<410nm的紫外光，所述高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜的紫外光吸收系數(shù)為a > 500^1 ； 在經(jīng)過受激激光表面退火處理以去除氫之后的所述高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜具有大于IGPa的張應(yīng)力，用以提高NMOS器件的溝道載流子遷移率。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的器件，其特征在于，所述高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜為富硅氮化娃，即其化學(xué)式Si1Jx中，X < 0. 5。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的器件，其特征在于，所述高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜中摻雜有碳、硼、鍺中至少一種。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的器件，其特征在于，所述高紫外光吸收系數(shù)氮化硅膜包括多層結(jié)構(gòu)，其中所述多層結(jié)構(gòu)具有碳、硼、鍺、類金剛石碳(DLC)紫外光吸收層中至少一種。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，采用PECVD在NMOS器件上覆蓋一層具有高紫外光吸收系數(shù)的氮化硅膜，該氮化硅膜在受激激光表面退火處理時(shí)，能很好地吸收紫外光，從而獲得良好的去氫效果，并在去氫后，氮化硅膜具有很高的張應(yīng)力；由于氮化硅膜的紫外光吸收系數(shù)高，因此不需要對(duì)襯底進(jìn)行加熱，避免了由于需要加熱襯底去氫而給器件帶來的不良影響，保存了PECVD工藝帶來的熱預(yù)算。
文檔編號(hào)H01L21/3105GK103035524SQ201110300828
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者殷華湘, 徐秋霞, 陳大鵬 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所