提高三維場效應(yīng)晶體管驅(qū)動電流的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種提高三維場效應(yīng)晶體管驅(qū)動電流的方法，包括在半導體襯底中形成NMOS區(qū)域和PMOS區(qū)域以及接觸孔，接觸孔的形成包括：在完成半導體器件前道工藝后，在整個半導體襯底上沉積金屬前介質(zhì)層；在金屬前介質(zhì)層中形成第一種接觸孔結(jié)構(gòu)，并填入第一種金屬填充物，經(jīng)化學機械拋光后形成第一種接觸孔；然后在金屬前介質(zhì)層中形成第二種接觸孔結(jié)構(gòu)，并填入第二種金屬填充物，經(jīng)化學機械拋光后形成第二種接觸孔；由于分別在第一接觸孔結(jié)構(gòu)和第二接觸孔結(jié)構(gòu)中填充了不同的金屬填充物，從而能夠同時提高NMOS溝道和PMOS溝道的應(yīng)力，進一步提高器件的載流子遷移率和驅(qū)動電流。
【專利說明】提高三維場效應(yīng)晶體管驅(qū)動電流的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種提高三維場效應(yīng)晶體管驅(qū)動電流的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導體技術(shù)的發(fā)展，硅半導體器件特征尺寸在不斷減小。各種CMOS技術(shù)發(fā)展都在尋求在不顯著增加半導體器件漏電流的前提下，提高器件開態(tài)導通電流，提高器件速度。應(yīng)力技術(shù)是通過改變硅半導體器件溝道應(yīng)力(壓應(yīng)力對應(yīng)于PM0S，張應(yīng)力對應(yīng)于NM0S)，提高載流子在導電溝道中遷移率，從而提高器件性能的有效方法。在半導體工藝技術(shù)發(fā)展到90nm技術(shù)代以下時，應(yīng)力技術(shù)對提升硅器件的驅(qū)動能力變得越來越重要。經(jīng)過幾代技術(shù)的發(fā)展，通過對器件源漏區(qū)外延和多晶柵極包覆對器件溝道施加應(yīng)力的技術(shù)已相對成熟。
[0003]但在20納米節(jié)點以后，平面CMOS技術(shù)的發(fā)展受到很大阻礙。近年來，在研究的各種新技術(shù)之中，多柵CMOS器件技術(shù)被認為是最有潛力應(yīng)用于20納米節(jié)點后的技術(shù)。目前，三維場效應(yīng)晶體管器件因其具有自對準結(jié)構(gòu)可由常規(guī)的平面CMOS工藝來實現(xiàn)，從而成為最有潛力的多柵CMOS器件。然而，三維場效應(yīng)晶體管器件在有源區(qū)上的接觸孔，其不再是平面接觸方式，而是采用溝槽式接觸孔的方式，這對器件溝道的應(yīng)力影響就遠超于平面器件中接觸孔對器件溝道應(yīng)力的影響。
[0004]請參閱圖1，圖1是常規(guī)的三維場效應(yīng)晶體管的制備方法；通常制作三維場效應(yīng)晶體管的方法，包括:
[0005]步驟Sll:在半導體襯底中形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)；
[0006]步驟S12:在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)之間形成P阱區(qū)和N阱區(qū)，分別對應(yīng)NMOS器件區(qū)域和PMOS器件區(qū)域；
[0007]步驟S13:在NMOS器件區(qū)域和PMOS器件區(qū)域上均形成柵極和隔離側(cè)墻；
[0008]步驟S14:分別在NMOS器件區(qū)域和PMOS器件區(qū)域的有源區(qū)形成源漏區(qū)域，以及形成硅碳外延層和嵌入式鍺硅，從而形成NMOS和PMOS ；
[0009]步驟S15:在整個半導體襯底上沉積金屬前介質(zhì)層；
[0010]步驟S16:經(jīng)刻蝕，在NMOS和PMOS的源、漏區(qū)域和柵極的接觸區(qū)上方形成接觸孔；
[0011]步驟S17:在半導體襯底上沉積介質(zhì)層，經(jīng)光刻、刻蝕和化學機械拋光等工藝，形成互連金屬層。
[0012]為了提高三維場效應(yīng)晶體管的驅(qū)動電流和載流子遷移率，需要對PMOS的溝道施加壓應(yīng)力和對NMOS的溝道施加張應(yīng)力。在三維場效應(yīng)晶體管有源區(qū)上的接觸孔是立體包覆在硅鰭上，其產(chǎn)生的應(yīng)力效果遠遠大于平面器件上的效果。然而，在上述通常制作三維場效應(yīng)晶體管的接觸孔的方法中，由于接觸孔是在半導體襯底上一次形成的，也即是同時在PMOS和NMOS上形成接觸孔，這樣，就不能同時滿足提高NMOS和PMOS的驅(qū)動電流的應(yīng)力要求。此外，由于在接觸孔中填充同一種金屬，往往在NMOS的溝道應(yīng)力提高的情況下，PMOS的 溝道應(yīng)力并未得到提高，并且此種情況下對PMOS的驅(qū)動電流也可能產(chǎn)生不利的影響。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0013]為了克服以上問題，本發(fā)明旨在提供一種提高三維場效應(yīng)晶體管驅(qū)動電流的方法，從而達到同時提高PMOS和NMOS的溝道應(yīng)力的目的，并進一步提高器件的載流子遷移率和驅(qū)動電流。
[0014]本發(fā)明提供一種提高三維場效應(yīng)晶體管驅(qū)動電流的方法，包括在半導體襯底中形成NMOS區(qū)域和PMOS區(qū)域以及接觸孔，其中，所述接觸孔的形成包括:
[0015]步驟SOl:在所述整個半導體襯底上沉積金屬前介質(zhì)層；
[0016]步驟S02:在所述金屬前介質(zhì)層中形成第一種接觸孔結(jié)構(gòu)，并填充第一種金屬填充物，形成第一種接觸孔；
[0017]步驟S03:然后，在所述金屬前介質(zhì)層中形成第二種接觸孔結(jié)構(gòu)，并填充第二種金屬填充物，形成第二種接觸孔；其中，
[0018]所述第一種接觸孔為提高NMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的NMOS接觸孔，所述第一種金屬填充物為提高NMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的材料，所述第二種接觸孔為提高PMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的PMOS接觸孔，所述第二種金屬填充物為提高PMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的材料；或者，
[0019]所述第一種接觸孔為提高PMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的PMOS接觸孔，所述第一種金屬填充物為提高PMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的材料，所述第二種接觸孔為提高NMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的NMOS接觸孔，所述第二種金屬填充物為提高NMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的材料。
[0020]優(yōu)選地，所述第一種接觸孔為提高NMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的NMOS接觸孔，所述第一種金屬填充物為提高NMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的材料，所述第二種接觸孔為提高PMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的PMOS接觸孔，所述第二種金屬填充物為提高PMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的材料。
[0021]優(yōu)選地，所述第一種金屬填充物為鎢，所述第二種金屬填充物為TiN。
[0022]優(yōu)選地，所述提高NMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的NMOS接觸孔的形成方法包括:
[0023]步驟S21:經(jīng)光刻和刻蝕所述金屬前介質(zhì)層，在所述NMOS區(qū)域形成NMOS接觸孔結(jié)構(gòu)；
[0024]步驟S22:在所述NMOS接觸孔結(jié)構(gòu)中填充所述第一種金屬填充物，其中，包括沉積第一阻擋層和填充第一導電材料；
[0025]步驟S23:經(jīng)化學機械拋光，形成所述NMOS接觸孔。
[0026]優(yōu)選地，所述提高PMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的PMOS接觸孔的形成方法包括:
[0027]步驟S31:經(jīng)光刻和刻蝕所述金屬前介質(zhì)層，在所述PMOS區(qū)域形成PMOS接觸孔結(jié)構(gòu)；
[0028]步驟S32:在所述PMOS接觸孔結(jié)構(gòu)中填充所述第二種金屬填充物，其中，包括沉積第二阻擋層和填充第二導電材料；
[0029]步驟S33:經(jīng)化學機械拋光，形成所述PMOS接觸孔。
[0030]優(yōu)選地，所述NMOS接觸孔結(jié)構(gòu)中沉積的第一阻擋層材料為Ti/TiN，所述填充的第一導電材料為鶴。
[0031]優(yōu)選地，所述PMOS接觸孔結(jié)構(gòu)中沉積的第二阻擋層材料為Ti，所述填充的第二導電材料為TiN。[0032]優(yōu)選地，在步驟S03之后，還包括在所述半導體襯底上形成金屬互連層。
[0033]優(yōu)選地，所述半導體襯底為硅襯底。
[0034]優(yōu)選地，所述三維場效應(yīng)晶體管的溝道材料為硅或鍺。
[0035]本發(fā)明的提高三維場效應(yīng)晶體管驅(qū)動電流的方法，通過分別刻蝕出NMOS接觸孔結(jié)構(gòu)和PMOS接觸孔結(jié)構(gòu)，并分別在其中沉積不同的阻擋層和填充不同的導電材料，能夠同時提高NMOS溝道的張應(yīng)力和PMOS溝道的壓應(yīng)力，從而提高整個器件的載流子遷移率和驅(qū)動電流，并進一步提聞器件的性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0036]圖1是常規(guī)的三維場效應(yīng)晶體管的制備方法
[0037]圖2是本發(fā)明的一個較佳實施例的提高三維場效應(yīng)晶體管驅(qū)動電流的方法的流程示意圖
[0038]圖3-11是本發(fā)明上述較佳實施例的提高三維場效應(yīng)晶體管驅(qū)動電流的方法的各制備步驟所對應(yīng)的結(jié)構(gòu)示意圖
[0039]圖12為本發(fā)明的上述較佳實施例的NMOS接觸孔和PMOS接觸孔的形成方法的流程示意圖
【具體實施方式】
[0040]體現(xiàn)本發(fā)明特征與優(yōu)點的實施例將在后段的說明中詳細敘述。應(yīng)理解的是本發(fā)明能夠在不同的示例上具有各種的變化，其皆不脫離本發(fā)明的范圍，且其中的說明及圖示在本質(zhì)上當做說明之用，而非用以限制本發(fā)明。
[0041]以下結(jié)合附圖2-12，通過具體實施例對本發(fā)明的提高三維場效應(yīng)晶體管驅(qū)動電流的方法作進一步詳細說明。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式、使用非精準的比例，且僅用以方便、明晰地達到輔助說明本發(fā)明實施例的目的。
[0042]如前所述，由于常規(guī)的制備三維場效應(yīng)晶體管的方法中，后道工藝中，PMOS和NMOS的接觸孔是同時形成的，因此不能夠同時提高PMOS和NMOS的溝道應(yīng)力，從而影響器件的性能；本發(fā)明的方法中，在CMOS后道工藝中，改進了現(xiàn)有的做法，分別形成具有較高溝道應(yīng)力的NMOS和PMOS的接觸孔。
[0043]在本發(fā)明中，可以首先形成PMOS接觸孔，然后再形成NMOS接觸孔；當然，也可以首先形成NMOS接觸孔，然后再形成NMOS接觸孔；本發(fā)明的提高三維場效應(yīng)晶體管驅(qū)動電流的方法，可以應(yīng)用于22nm高性能的CMOS工藝中。
[0044]需要說明的是，在本實施例中，在NMOS接觸孔中填充的導電材料為鎢，由于鎢接觸孔會對PMOS接觸孔的驅(qū)動電流產(chǎn)生不利影響，因此，在本實施例中，在后道工藝中，首先進打NMOS接觸孔的制備，然后再進彳丁 PMOS接觸孔的制備。在另一實施例中，在后道工藝中，首先進行PMOS接觸孔的制備，然后再進行NMOS接觸孔的制備。
[0045]請參閱圖2-11，圖2是本發(fā)明的一個較佳實施例的提高三維場效應(yīng)晶體管驅(qū)動電流的方法的流程示意圖，圖3-11是本發(fā)明上述較佳實施例的提高三維場效應(yīng)晶體管驅(qū)動電流的方法的各制備步驟所對應(yīng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0046]需要說明的是，圖3-11中所顯示的結(jié)構(gòu)示意圖僅顯示出了一個PMOS區(qū)域和一個NMOS區(qū)域以及其二者接觸孔的結(jié)構(gòu)，這不用于限制本發(fā)明的范圍，在本發(fā)明中的三維場效應(yīng)晶體管中可以具有多個NMOS區(qū)域和PMOS區(qū)域。
[0047]本發(fā)明的本實施例的提高三維場效應(yīng)晶體管驅(qū)動電流的方法，包括前道工藝和后道工藝，前道工藝可以為任意的常規(guī)工藝，包括淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成、阱區(qū)的形成、柵極的形成、隔離側(cè)墻的形成、源漏區(qū)以及嵌入式鍺硅的形成等，本實施例中僅對上述前道工藝做簡要說明，但不用于限制本發(fā)明的范圍；本發(fā)明的本實施例中，三維場效應(yīng)晶體管的溝道材料為硅或鍺。
[0048]下面具體介紹本實施例的提高三維場效應(yīng)晶體管驅(qū)動電流的方法，包括:
[0049]步驟SOl:請參閱圖3，圖3為本步驟所對應(yīng)的半導體襯底的俯視結(jié)構(gòu)示意圖，在半導體襯底中形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)I和鰭形結(jié)構(gòu)2 ；
[0050]這里，本實施例中，所采用的半導體襯底為硅襯底，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)I的方法可以但不限于包括:首先，經(jīng)光刻和刻蝕工藝，在半導體襯底中形成淺溝槽結(jié)構(gòu)；然后，在淺溝槽結(jié)構(gòu)中可以但不限于采用化學氣相沉積法或熱氧化法形成隔離介質(zhì)層，并經(jīng)化學機械拋光平坦化隔離介質(zhì)層直至露出半導體襯底，從而形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)I;
[0051]然后，可以采用刻蝕氧化物等工藝，在半導體襯底中形成鰭形結(jié)構(gòu)2。
[0052]步驟S02:請參閱圖4，圖4為本步驟所對應(yīng)的半導體襯底的俯視結(jié)構(gòu)示意圖，在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)I之間形成P阱區(qū)3和N阱區(qū)4 ;
[0053]本實施例中，可以采用離子注入的方法在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)I之間的進行P阱區(qū)離子注入和N阱區(qū)離子注入，從而形成P阱區(qū)3和N阱區(qū)4。
[0054]步驟S03:請參閱圖5和圖6，在P阱區(qū)3和N阱區(qū)4上分別形成柵極5 ;圖5為本步驟所對應(yīng)的半導體襯底的俯視結(jié)構(gòu)示意圖，圖6(a)為沿著圖5中AA’方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖，圖6 (b)為沿著圖5中BB’方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0055]本實施例中，柵極5的形成可以但不限于為:首先，在半導體襯底中的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)I之間形成鰭形結(jié)構(gòu)2 ;然后，在鰭形結(jié)構(gòu)2上沉積柵介質(zhì)層，比如氧化硅或高K介質(zhì)材料等；然后，在柵介質(zhì)層上沉積柵電極層，比如多晶硅或金屬；接著，經(jīng)光刻和刻蝕形成柵極5。
[0056]當然，在實際工藝中，柵極5形成之后，在整個半導體襯底上沉積絕緣隔離層比如氮化硅隔離層，并經(jīng)刻蝕，在柵極5的側(cè)壁上形成隔離側(cè)墻(未畫出)，本發(fā)明的本實施例中對此不再作進一步描述。
[0057]以下分別以沿著與圖5中AA’和BB’方向相同的半導體襯底的截面結(jié)構(gòu)圖對本實施例中的三維場效應(yīng)晶體管進行說明。
[0058]步驟S04:請參閱圖7，在P阱區(qū)3和N阱區(qū)4的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)I和柵極5之間形成源漏區(qū)，從而形成NM0S10和PMOSll ;需說明的是，圖7(a)和圖7(b)中的半導體襯底結(jié)構(gòu)分別與圖6(a)和圖6 (b)中的半導體襯底結(jié)構(gòu)的截面方向一致。圖7(b)示出了 P阱區(qū)3的源漏區(qū)6。
[0059]本實施例中，源區(qū)和漏區(qū)的形成可以但不限于以下過程:首先，在P阱區(qū)3和N阱區(qū)4的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)2和隔離側(cè)墻之間經(jīng)光刻形成源漏區(qū)域圖形；然后，經(jīng)離子注入在源漏區(qū)域圖形中形成源區(qū)和漏區(qū)，源區(qū)和漏區(qū)形成之后，還包括在PMOS區(qū)域的源漏區(qū)域中形成嵌入式鍺硅；這里，可以但不限于采用外延生長法在PMOS區(qū)域的源區(qū)和漏區(qū)上形成嵌入式鍺硅。
[0060]步驟S05:請參閱圖8，在整個半導體襯底上沉積金屬前介質(zhì)層7 ;需說明的是，圖8(a)和圖8(b)中的半導體襯底的結(jié)構(gòu)分別與圖7(a)和(b)中的半導體襯底結(jié)構(gòu)的截面方
向一致
[0061]本實施例中，可以但不限于采用化學氣相沉積法在整個半導體襯底上沉積金屬前介質(zhì)層7 ;金屬前介質(zhì)層7的材料可以為氧化娃等介質(zhì)材料。
[0062]步驟S06:在金屬前介質(zhì)層7中形成第一種接觸孔結(jié)構(gòu)，并填充第一種金屬填充物，形成第一種接觸孔；這里，本發(fā)明中，形成第一種接觸孔的方法可以包括光刻、刻蝕等工藝。
[0063]步驟S07:在金屬前介質(zhì)層7中形成第二種接觸孔結(jié)構(gòu)，并填充第二種金屬填充物，形成第二種接觸孔；這里，本發(fā)明中，形成第二種接觸孔的方法可以包括光刻、刻蝕等工藝。其中，
[0064]所述第一種接觸孔為提高NMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的NMOS接觸孔，第一種金屬填充物為提高NMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的材料，第二種接觸孔為提高PMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的PMOS接觸孔，第二種金屬填充物為提高PMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的材料；或者，
[0065]第一種接觸孔為提高PMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的PMOS接觸孔，第一種金屬填充物為提高PMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的材料，第二種接觸孔為提高NMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的NMOS接觸孔，第二種金屬填充物為提高NMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的材料。
[0066]這里，本實施例中，如前所述，首先在NMOS區(qū)域11形成NMOS接觸孔8，如圖9 (a)和(b)所示，在NMOS區(qū)域的柵極和源漏區(qū)域的上方均形成了 NMOS接觸孔8，NMOS接觸孔8中填充第一種金屬填充物，該第一種金屬填充物為鎢，需說明的是，圖9(a)和圖9(b)中的半導體襯底結(jié)構(gòu)分別與圖6(a)和圖6(b)中的半導體襯底結(jié)構(gòu)的截面方向一致；
[0067]然后，如圖10(a)、圖10(b)和圖11所示，在PMOS區(qū)域12形成PMOS接觸孔9，PMOS接觸孔9中填充第二種金屬填充物，該第二種金屬填充物為TiN ;需要說明的是，圖10(a)中的半導體襯底結(jié)構(gòu)與圖6(a)中的半導體襯底結(jié)構(gòu)的截面方向一致，為清楚的顯示出各個接觸孔的位置，圖10(b)為形成PMOS接觸孔9之后的半導體襯底的俯視剖面結(jié)構(gòu)示意圖(將金屬前介質(zhì)層7剖除)；圖11為沿圖10(b)中沿CC’方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖，其中，在PMOS區(qū)域11的源漏區(qū)具有嵌入式鍺硅12。
[0068]具體的，請參閱圖12，圖12為本發(fā)明的上述較佳實施例的NMOS接觸孔和PMOS接觸孔的形成方法的流程示意圖，本實施例的提高NMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的NMOS接觸孔的形成方法包括:
[0069]步驟S21:經(jīng)光刻和刻蝕金屬前介質(zhì)層，在NMOS區(qū)域形成NMOS接觸孔結(jié)構(gòu)；
[0070]這里，本實施例中，NMOS接觸孔結(jié)構(gòu)的形成可以包括:
[0071]首先，在金屬前介質(zhì)層表面涂覆一層光刻膠；
[0072]然后，經(jīng)光刻，在光刻膠中形成NMOS接觸孔結(jié)構(gòu)的圖案；此時，PMOS區(qū)域完全被光刻膠遮擋住，這樣，在刻蝕NMOS接觸孔結(jié)構(gòu)的時候，不會刻蝕到PMOS區(qū)域；
[0073]最后，可以但不限于采用等離子體干法刻蝕，在金屬前介質(zhì)層中形成NMOS接觸孔結(jié)構(gòu)；該刻蝕過程中，僅對NMOS區(qū)域的金屬前介質(zhì)層進行刻蝕。
[0074]步驟S22:在NMOS接觸孔結(jié)構(gòu)中填充第一種金屬填充物，其中，包括沉積第一阻擋層和填充第一導電材料；
[0075]本實施例中，可但不限于采用化學氣相沉積法，在NMOS接觸孔結(jié)構(gòu)中沉積第一阻擋層，然后再填充第一導電材料，本實施例中，NMOS接觸孔結(jié)構(gòu)中沉積的第一阻擋層材料為Ti/TiN，填充的第一導電材料為鎢。當然，該填充的第一導電材料也可以為其他材料。這里，第一阻擋層的作用是阻止填充第一導電材料和NMOS區(qū)域表面的材料相互擴散混合。
[0076]這里，第一阻擋層和填充的第一導電材料是為了提高NMOS區(qū)域溝道張應(yīng)力，因此，在本發(fā)明中，凡是能夠提高NMOS區(qū)域溝道張應(yīng)力的第一阻擋層材料和第一導電材料都可以應(yīng)用于本發(fā)明的本步驟中。
[0077]步驟S23:經(jīng)化學機械拋光，形成NMOS接觸孔。
[0078]本實施例中，采用化學機械拋光法，平坦化第一阻擋層和填充的第一導電材料，直至露出NMOS區(qū)域的金屬前介質(zhì)層的頂部。
[0079]接下來，本實施例中，在上述步驟S23之后，再形成提高PMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的PMOS接觸孔，其包括:
[0080]步驟S31:經(jīng)光刻和刻蝕金屬前介質(zhì)層，在PMOS區(qū)域形成PMOS接觸孔結(jié)構(gòu)；
[0081]這里，本實施例中，PMOS接觸孔結(jié)構(gòu)的形成可以包括:
[0082]首先，在金屬前介質(zhì)層表面涂覆一層光刻膠；
[0083]然后，經(jīng)光刻，在光刻膠中形成PMOS接觸孔結(jié)構(gòu)的圖案；此時，NMOS區(qū)域完全被光刻膠遮擋住，這樣，在刻蝕PMOS接觸孔結(jié)構(gòu)的時候，不會刻蝕到NMOS區(qū)域；
[0084]最后，可以但不限于采用等離子體干法刻蝕，在金屬前介質(zhì)層中形成PMOS接觸孔結(jié)構(gòu)；該刻蝕過程中，僅對PMOS區(qū)域的金屬前介質(zhì)層進行刻蝕。
[0085]步驟S32:在PMOS接觸孔結(jié)構(gòu)中填充第二種金屬填充物，其中，包括沉積第二阻擋層和填充第二導電材料；
[0086]本實施例中，可但不限于采用氣相沉積法，在PMOS接觸孔結(jié)構(gòu)中沉積第二阻擋層，然后再填充第二導電材料，本實施例中，PMOS接觸孔結(jié)構(gòu)中沉積的第二阻擋層材料為Ti,填充的第二導電材料為TiN。當然，該填充的第二導電材料也可以為其他材料。
[0087]這里，第二阻擋層和第二填充導電材料是為了提高PMOS區(qū)域溝道壓應(yīng)力，因此，在本發(fā)明中，凡是能夠提高PMOS區(qū)域溝道壓應(yīng)力的第二阻擋層材料和第二導電材料都可以應(yīng)用于本發(fā)明的本步驟中。
[0088]步驟S33:經(jīng)化學機械拋光，形成PMOS接觸孔。
[0089]本實施例中，采用化學機械拋光法，平坦化阻擋層和填充導電材料，直至露出PMOS區(qū)域的金屬前介質(zhì)層的頂部。
[0090]到此，NMOS接觸孔和PMOS接觸孔已形成，在本實施例中，在此之后還包括:
[0091]步驟S08:在半導體襯底上形成金屬互連層；具體的，首先在半導體襯底上沉積介質(zhì)層；然后，經(jīng)光刻和刻蝕，在介質(zhì)層中形成互連圖案，從而形成金屬互連層。
[0092]本發(fā)明的提高三維場效應(yīng)晶體管驅(qū)動電流的方法，通過分別刻蝕出NMOS接觸孔結(jié)構(gòu)和PMOS接觸孔結(jié)構(gòu)，并分別在其中沉積不同的阻擋層和填充不同的導電材料，能夠同時提高NMOS的張應(yīng)力和PMOS的壓應(yīng)力，從而提高整個器件的載流子遷移率和驅(qū)動電流，并進一步提聞器件的性能。
[0093]以上所述的僅為本發(fā)明的實施例，所述實施例并非用以限制本發(fā)明的專利保護范圍，因此凡是運用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種提高三維場效應(yīng)晶體管驅(qū)動電流的方法，包括在半導體襯底中形成NMOS區(qū)域和PMOS區(qū)域以及接觸孔，其特征在于，所述接觸孔的形成包括: 步驟SOl:在所述整個半導體襯底上沉積金屬前介質(zhì)層； 步驟S02:在所述金屬前介質(zhì)層中形成第一種接觸孔結(jié)構(gòu)，并填充第一種金屬填充物，形成第一種接觸孔； 步驟S03:然后，在所述金屬前介質(zhì)層中形成第二種接觸孔結(jié)構(gòu)，并填充第二種金屬填充物，形成第二種接觸孔；其中， 所述第一種接觸孔為提高NMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的NMOS接觸孔，所述第一種金屬填充物為提高NMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的材料，所述第二種接觸孔為提高PMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的PMOS接觸孔，所述第二種金屬填充物為提高PMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的材料；或者， 所述第一種接觸孔為提高PMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的PMOS接觸孔，所述第一種金屬填充物為提高PMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的材料，所述第二種接觸孔為提高NMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的NMOS接觸孔，所述第二種金屬填充物為提高NMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高三維場效應(yīng)晶體管驅(qū)動電流的方法，其特征在于，所述第一種接觸孔為提高NMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的NMOS接觸孔，所述第一種金屬填充物為提高NMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的材料，所述第二種接觸孔為提高PMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的PMOS接觸孔，所述第二種金屬填充物為提高PMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高三維場效應(yīng)晶體管驅(qū)動電流的方法，其特征在于，所述第一種金屬填充物為鎢，所述第二種金屬填充物為TiN。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高三維場效應(yīng)晶體管驅(qū)動電流的方法，其特征在于，所述提高NMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的NMOS接觸孔的形成方法包括: 步驟S21:經(jīng)光刻和刻蝕所述金屬前介質(zhì)層，在所述NMOS區(qū)域形成NMOS接觸孔結(jié)構(gòu)； 步驟S22:在所述NMOS接觸孔結(jié)構(gòu)中填充所述第一種金屬填充物，其中，包括沉積第一阻擋層和填充第一導電材料； 步驟S23:經(jīng)化學機械拋光，形成所述NMOS接觸孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高三維場效應(yīng)晶體管驅(qū)動電流的方法，其特征在于，所述提高PMOS區(qū)域溝道應(yīng)力的PMOS接觸孔的形成方法包括: 步驟S31:經(jīng)光刻和刻蝕所述金屬前介質(zhì)層，在所述PMOS區(qū)域形成PMOS接觸孔結(jié)構(gòu)； 步驟S32:在所述PMOS接觸孔結(jié)構(gòu)中填充所述第二種金屬填充物，其中，包括沉積第二阻擋層和填充第二導電材料； 步驟S33:經(jīng)化學機械拋光，形成所述PMOS接觸孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的提高三維場效應(yīng)晶體管驅(qū)動電流的方法，其特征在于，所述NMOS接觸孔結(jié)構(gòu)中沉積的第一阻擋層材料為Ti/TiN，所述填充的第一導電材料為鎢。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的提高三維場效應(yīng)晶體管驅(qū)動電流的方法，其特征在于，所述PMOS接觸孔結(jié)構(gòu)中沉積的第二阻擋層材料為Ti，所述填充的第二導電材料為TiN。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高三維場效應(yīng)晶體管驅(qū)動電流的方法，其特征在于，在步驟S03之后，還包括在所述半導體襯底上形成金屬互連層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高三維場效應(yīng)晶體管驅(qū)動電流的方法，其特征在于，所述半導體襯底為娃襯底。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高三維場效應(yīng)晶體管驅(qū)動電流的方法，其特征在于，所述三維場效應(yīng)晶體管的溝道材料為硅或鍺。
【文檔編號】H01L21/8238GK103474398SQ201310419525
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】王全, 胡少堅 申請人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司