半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在制造半導(dǎo)體器件時(shí)，可使用應(yīng)力層在晶體管溝道中引發(fā)應(yīng)力，從而調(diào)節(jié)溝道中 載流子遷移率。互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor， CMO巧結(jié)構(gòu)包括NMOS結(jié)構(gòu)和PMOS結(jié)構(gòu)，對(duì)于CMOS結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，需要在NMOS結(jié)構(gòu)上沉積具有張 應(yīng)力（tensile stress)的應(yīng)力層，在PMOS結(jié)構(gòu)上沉積具有壓應(yīng)力（compressive stress) 的應(yīng)力層，應(yīng)力層通常采用氮化娃制作。
[0003] 隨著半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)幾何尺寸的減小，高深寬比工藝化i曲Aspect Ratio Process， HARP)被用來(lái)形成層間介質(zhì)層，W提高層間介質(zhì)層（inter-layer dielectric, ILD)的間隙 填充（gap-fill)性能。相比于高密度等離子體化學(xué)氣相沉積法（皿P-CVD)而言，高深寬比 工藝具有更好的間隙填充能力，并且形成的膜層沒(méi)有等離子體損傷。
[0004] 然而，采用高深寬比工藝在上述應(yīng)力層上形成層間介質(zhì)層后，無(wú)論是在生產(chǎn)線上 還是線下，在晶圓進(jìn)行故障檢測(cè)（trouble shooting)時(shí)，出現(xiàn)故障率過(guò)高的困擾，運(yùn)種困擾 在進(jìn)行顆粒物問(wèn)題檢測(cè)時(shí)表現(xiàn)得尤為嚴(yán)重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，W在形成位于應(yīng)力層上的 層間介質(zhì)層后，進(jìn)行晶圓的故障檢測(cè)時(shí)，消除故障檢測(cè)時(shí)故障率過(guò)高的困擾。
[0006] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：
[0007] 在半導(dǎo)體襯底上形成柵極堆疊結(jié)構(gòu)；
[0008] 在所述半導(dǎo)體襯底上形成應(yīng)力層覆蓋所述柵極堆疊結(jié)構(gòu)；
[0009] 對(duì)所述應(yīng)力層表面進(jìn)行臭氧等離子體處理，W在所述應(yīng)力層表面形成氧化薄層；
[0010] 在所述臭氧等離子體處理后，在所述應(yīng)力層上形成層間介質(zhì)層。 W11] 可選的，所述臭氧等離子體處理中，采用的臭氧流量范圍為17000sccm~ 18000sccm〇
[0012] 可選的，所述臭氧等離子體處理中，采用的處理時(shí)間范圍為35s~45s。
[0013] 可選的，所述臭氧等離子體處理中，采用的溫度范圍為370°C~430°C。
[0014] 可選的，所述臭氧等離子體處理中，采用的壓強(qiáng)范圍為4Tott~lOTott。
[0015] 可選的，所述應(yīng)力層的材料為氮化娃。
[0016] 可選的，所述氧化薄層的厚度范圍為30A~35乂。 陽(yáng)017] 可選的，采用高深寬比工藝形成所述層間介質(zhì)層。
[001引可選的，采用正娃酸乙醋形成所述層間介質(zhì)層。
[0019] 可選的，所述應(yīng)力層具有拉伸應(yīng)力或者壓縮應(yīng)力。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0021] 本發(fā)明的技術(shù)方案中，在半導(dǎo)體襯底上形成柵極堆疊結(jié)構(gòu)，并在所述半導(dǎo)體襯底 上形成應(yīng)力層覆蓋所述柵極堆疊結(jié)構(gòu)，之后，對(duì)所述應(yīng)力層進(jìn)行臭氧等離子體處理，W在 所述應(yīng)力層表面形成氧化薄層，然后再在具有所述氧化薄層的所述應(yīng)力層上形成層間介質(zhì) 層。由于所述氧化薄層的存在，所述層間介質(zhì)層相當(dāng)于直接形成在所述氧化薄層上方，而層 間介質(zhì)層在所述氧化薄層上的形成速率較快，形成層間介質(zhì)層的液態(tài)材料在汽化過(guò)程中， 還未來(lái)得及在膜層表面形成氣泡，便被繼續(xù)覆蓋，因此膜層表面形成的氣泡少，最終形成的 層間介質(zhì)層表面粗糖度降低，而層間介質(zhì)層表面粗糖度降低能夠防止后續(xù)在晶圓進(jìn)行故障 檢測(cè)時(shí)，發(fā)生誤檢的情況，從而消除故障檢測(cè)時(shí)故障率過(guò)高的困擾。
[0022] 進(jìn)一步，所述氧化薄層的厚度范圍為30A~35A。一方面所述氧化薄層的厚度控 制在撕A W上，W保證后續(xù)層間介質(zhì)層全部直接形成在氧化薄層上，從而保證層間介質(zhì)層 的形成速率提高至所需要求。另一方面，所述氧化薄層的厚度控制在35A W下，W防止所形 成氧化薄層對(duì)應(yīng)力層內(nèi)部的應(yīng)力造成影響。此外，氧化薄層的厚度增大會(huì)不可避免地延長(zhǎng) 工藝時(shí)間，導(dǎo)致工藝效率下降。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1至圖3是本發(fā)明實(shí)施例所提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法各步驟對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)示意 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 正如【背景技術(shù)】所述，現(xiàn)有方法在采用高深寬比工藝形成位于上的應(yīng)力層層間介質(zhì) 層后，進(jìn)行故障檢測(cè)時(shí)，出現(xiàn)故障率過(guò)高的困擾，運(yùn)種困擾在進(jìn)行顆粒物問(wèn)題檢測(cè)時(shí)表現(xiàn)得 尤為嚴(yán)重。
[00巧]分析原因，原來(lái)采用高深寬比工藝形成的層間介質(zhì)層結(jié)構(gòu)較軟，并且表面粗糖度 較大，導(dǎo)致在例如顆粒物問(wèn)題檢測(cè)時(shí)，將粗糖表面誤檢為顆粒物的情況，造成故障檢測(cè)時(shí)故 障率過(guò)高的困擾。
[00%] 進(jìn)一步分析層間介質(zhì)層表面粗糖度較大的原因，發(fā)現(xiàn)層間介質(zhì)層的形成材料通常 為正娃酸乙醋，高深寬比工藝直接在應(yīng)力層上形成層間介質(zhì)層時(shí)，由于應(yīng)力層通常為氮化 娃材料，由正娃酸乙醋生成的層間介質(zhì)層在應(yīng)力層上的沉積形成速率慢，此時(shí)液態(tài)的正娃 酸乙醋在膜層表面汽化不完全，導(dǎo)致膜層表面生成較多氣泡，因此形成的層間介質(zhì)層表面 粗糖度大。
[0027] 為此，本發(fā)明提供一種新的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，所述方法在形成應(yīng)力層之后， 先對(duì)應(yīng)力層進(jìn)行臭氧等離子體處理，W在所述應(yīng)力層表面形成氧化薄層，然后再在具有所 述氧化薄層的所述應(yīng)力層上形成層間介質(zhì)層。由于所述氧化薄層的存在，所述層間介質(zhì)層 相當(dāng)于直接形成在所述氧化薄層上方，而層間介質(zhì)層在所述氧化薄層上的形成速率較快， 因此膜層表面形成的氣泡少，從而提高層間介質(zhì)層表面粗糖度，消除故障檢測(cè)時(shí)故障率過(guò) 高的困擾。
[0028] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明 的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0029] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，請(qǐng)結(jié)合參考圖I至圖3。
[0030] 請(qǐng)參考圖1，在半導(dǎo)體襯底100上形成柵極堆疊結(jié)構(gòu)。所述柵極堆疊結(jié)構(gòu)包括柵介 質(zhì)層120和柵極130。
[0031] 本實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底100為娃襯底。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯 底100也可W為錯(cuò)娃襯底、III- V族元素化合物襯底、碳化娃襯底或其疊層結(jié)構(gòu)襯底，或絕 緣體上娃襯底，還可W是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他半導(dǎo)體襯底。
[0032] 本實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底100包含n型滲雜物，滲雜的區(qū)域在半導(dǎo)體襯底100上形 成N阱結(jié)構(gòu)110，N阱結(jié)構(gòu)110用W制作PMOS晶體管結(jié)構(gòu)，n型滲雜物可為憐（phosphorus) 或石申（arsenic)。
[0033] 在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底100也可W包含P型滲雜物或同時(shí)含有兩 種滲雜物，其中P型滲雜物可為棚化oron)或BF2, W構(gòu)成P型阱結(jié)構(gòu)或雙阱結(jié)構(gòu)。
[0034] 本實(shí)施例中，在半導(dǎo)體襯底100上形成有隔絕區(qū)101，W隔絕半導(dǎo)體襯底100的 各種區(qū)域。例如，隔絕區(qū)101可W用來(lái)隔絕NMOS與PMOS晶體管區(qū)域。隔絕區(qū)101可W 采用區(qū)域娃氧化（local oxidation of silicon, LOCO巧或淺溝槽隔絕（shallow trench isolation, STI)。隔絕區(qū)101的材料可W包含氧化娃、氮化娃、氮氧化娃或其他合適的材 料，或前述材料的組合。
[0035] 本實(shí)施例中，柵介質(zhì)層120直接形成在半導(dǎo)體襯底100上。柵介質(zhì)層120的材料 可W為氧化娃。柵介質(zhì)層120可W采用化學(xué)氣相沉積法形成。
[0036] 本實(shí)施例中，柵極130的材料可W為多晶娃。柵極130和柵介質(zhì)層120的形成過(guò) 程可W為，在半導(dǎo)體襯底100上直接形成氧化娃層，在氧化娃層上沉積多晶娃層，對(duì)所述多 晶娃層和氧化娃層進(jìn)行刻蝕，直至形成柵極130和柵介質(zhì)層120。 陽(yáng)037] 本實(shí)施例中，還可W在柵極130和柵介質(zhì)層120兩側(cè)形成側(cè)墻140,如圖1所示。 具體側(cè)墻140的形成過(guò)程可W為：通過(guò)化學(xué)氣相沉積方法在半導(dǎo)體襯底100表面、柵極130 表面和柵介質(zhì)層120表面淀積一層側(cè)墻材料層（未示出），然后刻蝕去除位于半導(dǎo)體襯底 100表面和柵極130上表面的側(cè)墻材料層，剩余位于柵極130和柵介質(zhì)層120側(cè)面的側(cè)墻材 料層保留為側(cè)墻140。
[0038] 本實(shí)施例中，所述柵極堆疊結(jié)構(gòu)兩側(cè)下方的半導(dǎo)體襯底100內(nèi)還包括源區(qū)（未標(biāo) 注）和漏區(qū)（未標(biāo)注）。具體的，所述源區(qū)和漏區(qū)的形成過(guò)程可W為：W所述柵極堆疊結(jié)構(gòu) 和側(cè)墻為屏蔽掩模，對(duì)半導(dǎo)體襯底100進(jìn)行有源區(qū)注入工藝。由于PMOS結(jié)構(gòu)用空穴作為多 數(shù)載流子，所W PMOS晶體管結(jié)構(gòu)的源極和漏極為P型，注入的離子為棚或銅等。
[0039] 在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，當(dāng)形成NMOS晶體管結(jié)構(gòu)時(shí)，采用電子作為多數(shù)載流 子，相應(yīng)的源極和漏極為N型，注入的離子為憐或神。
[0040] 圖中雖未顯示，半導(dǎo)體襯底100內(nèi)還可W包括其它滲雜區(qū)，例如輕滲雜的源/漏區(qū) (LDD)，且可實(shí)施退火工藝W活化LDD區(qū)，退火工藝可包含快速加熱退火（RTA)或激光退火 工藝。
[0041 ] 圖中雖未顯示，但本實(shí)施例還包括實(shí)施娃化物工藝（silicide process)。具體的， 可在所述源區(qū)、漏區(qū)和柵極130表面沉積儀（Ni)、鐵（Ti)或者鉆（Co)等任一種金屬，并使 運(yùn)些金屬可W與娃反應(yīng)，形成娃化物層。
[0042] 請(qǐng)繼續(xù)參考圖1，在半導(dǎo)體襯底100上形成應(yīng)力層150覆蓋所述柵極堆疊結(jié)構(gòu)。
[0043] 本實(shí)施例中，應(yīng)力層150的材料可W為氮化娃。應(yīng)力層150可W采用化學(xué)氣相沉 積法形成。應(yīng)力層150的厚度可W為420A~460A。
[0044] 本實(shí)施例中，應(yīng)力層150具有拉伸應(yīng)力（tensile stress)的應(yīng)力層150,應(yīng)力層 150的其中一個(gè)作用是拉大PMOS晶體管的孔隙率，從而提高載電流子的流動(dòng)速度，提高晶 體管性能。 W45] 在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，當(dāng)形成NMO