半导体器件的制作方法技术

本发明专利技术提供一种半导体器件的制作方法，通过在形成的栅极结构上形成第一应力层，并去除位于栅极结构上方的第一应力层，接着沉积具有高密度特性的第二应力层，第二应力层产生的压应力直接作用于栅极结构，对栅极结构产生向下的压力，大于第一应力层对栅极结构产生的拉力，从而第二应力层产生的向下的压力使沿着沟道长度方向产生的单轴拉伸应变增大，进一步增加电子迁移率；同时，第二应力层产生的压应力在退火工艺期间束缚了栅极结构的形变，进一步改善了栅极结构的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种用于提高应力记忆效果的。
技术介绍
随着晶体管的尺寸不断缩小，晶体管元件工作需要的电压和电流不断降低，晶体管开关的速度也随之加快，随之对半导体工艺各方面要求大幅提高。互补型金属氧化物半导体场效应(CMOS)晶体管是集成电路制造的主流技术，如何不断提高CMOS晶体管的形成工艺成为业界的主流课题。其中，如何提高CMOS晶体管的沟道迁移率是解决其性能的诸多问题的关键所在。当向CMOS晶体管的栅极施加适当的控制电压后，在栅极下方的半导体衬底中形成导电沟道，即沟道区，其中沟道区的导电率取决于掺杂浓度以及多数电荷载流子的迁移率，且对于沟道区在晶体管宽度方向的给定延伸部分而言，亦取决于源极区与漏极区之间的距离，即沟道长度。因此，沟道区的导电率为决定CMOS晶体管性能的关键因素。因此，如何减少沟道长度以及减少与沟道长度相关联的沟道电阻率，成为用来提高CMOS晶体管速度、功耗等性能的重要手段。增加电荷载流子迁移率的一个有效方法是改变沟道区内的晶格结构，例如，通过在沟道区附近产生拉应力(Tensile Stress)或压应力(Compressive Stress),以在沟道区内产生对应的应变(Strain)，从而改善电子和空穴的迁移率。例如，在沟道中沿着沟道长度方向产生单轴拉伸应变即拉应力，可以增加了电子迁移率，而在沟道中沿着沟道长度方向产生单轴压缩应变即压应力，则可增加空穴的迁移率，因此可分别提高NMOS晶体管和PMOS晶体管的性能。在CMOS晶体管制作过程中，完成源极和漏极的掺杂离子注入通常使用退火工艺，在退火工艺中，通过覆盖应力层产生的应力使晶格再重组，而后可移除该应力层，仅在再成长晶格部分内“保留”应力作用。上述方法称之为应力记忆技术(Stress MemoryTechnology, SMT)。目前在制作CMOS晶体管时，在半导体衬底上形成的高应力层能提高电荷载流子的迁移率。但是如果在PMOS晶体管和NMOS晶体管区域沉积同一类型的高应力层，例如都沉积拉应力层，则与PMOS晶体管所需要的压应力相反，拉应力传导至PMOS晶体管区的沟道中，会降低该区域的电荷载流子迁移率，进而降低了 PMOS晶体管的运转速度；而如果都沉积压应力层，则与NMOS晶体管所需要的拉应力相反，压应力传导至NMOS晶体管区的沟道中，会降低该区域的电荷载流子迁移率，进而降低了 NMOS晶体管的运转速度。现有技术通过在PMOS晶体管区沉积压应力层，在NMOS晶体管区沉积拉应力层来解决上述问题，然而持续缩减晶体管尺寸，则需要适应以及需要开发高度复杂的工艺技术，其中对给定的沟道长度如何进一步地增加沟道的电荷载流子迁移率显得尤为关键。然而，对于NMOS晶体管而言，现有技术仅通过沉积拉应力层来提高电荷载流子迁移率，仍不能满足NMOS晶体管较高运转速度的要求。因此，提供一种能够进一步增加沟道的电荷载流子迁移率的NMOS晶体管是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，如何进一步提高半导体器件中NMOS晶体管沟道的电荷载流子迁移率，从而改善半导体器件的性能。为解决上述问题，本专利技术一种，包括以下步骤:提供半导体衬底；在所述半导体衬底中形成栅极结构，并在所述栅极结构两侧的半导体衬底中形成源极和漏极；在所述半导体衬底和栅极结构上依次形成第一应力层和氧化层；进行化学机械研磨，直至暴露所述栅极结构；去除所述氧化层；在所述栅极结构和第一应力层上形成第二应力层，所述第二应力层的材质为高密度氮化硅；进行热退火工艺；去除所述第一应力层和第二应力层。进一步的，所述第二应力层的利用化学气相沉积法形成，反应物包括硅烷、氨气、氢气和IS气，所述娃烧、氨气、氢气和気气的流量分别为50 300sccm、100 lOOOsccm、1000 5000sccm、1000 5OOOsccm,反应温度为400 600°C，反应压力为I lOTorr，高频射频功率为50 300W，低频射频功率为10 100W。进一步的，所述第二应力层的厚度为100 300埃。进一步的，所述第二应力层的杨氏模量大于150GPa。进一步的，所述第一应力层的材质为氮化硅。进一步的，所述第一应力层采用化学气相沉积法形成，其中反应物包括硅烷、氨气和氮气，所述硅烷、氨气和氮气的流量分别为50 300sccm、500 500sccm、500 200000sccm,反应温度为350 500°C，反应压力为I IOTorr，高频射频功率为50 300W。进一步的，所述第一应力层的厚度为100 300埃。进一步的，所述第一应力层为拉应力层。进一步的，在形成第一应力层时，所述第一应力层的拉应力为0 1200MPa，在进行热退火工艺的步骤之后，所述第一应力层的拉应力为500 1700MPa。进一步的，在形成栅极结构的步骤与形成第一应力层的步骤之间，还包括在所述半导体衬底和栅极上形成缓冲层。进一步的，所述缓冲层的厚度为50 150埃。 进一步的，所述缓冲层的材质为氧化层或氮氧化层，采用化学气相沉积法形成。进一步的，所述氧化层的厚度大于所述栅极结构的高度。进一步的，所述热退火工艺步骤包括尖峰退火步骤和激光退火；在所述尖峰退火步骤中，退火温度为800 1200°C，退火时间为0.5 5秒；在所述激光退火步骤中，退火温度为1000 1400°C，退火时间为0.1 2秒。相比于现有技术，本专利技术通过在栅极结构上形成第一应力层，并去除位于栅极结构上方的第一应力层，接着沉积具有高密度特性的高密度氮化硅材质的第二应力层，使第二应力层产生的压应力直接作用于栅极结构，并对栅极结构产生向下的压力，从而使沿着沟道长度方向产生的单轴拉伸应变增大，进一步增加了电子迁移率；同时，第二应力层产生的压应力在退火工艺期间能够束缚栅极结构的形变，进一步改善栅极结构的性能。附图说明图1为本专利技术一实施例中的流程示意图。图2 图7为本专利技术一实施例中半导体器件的制作过程中的结构示意图。具体实施例方式为使本专利技术的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本专利技术的内容作进一步说明。当然本专利技术并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本专利技术的保护范围内。其次，本专利技术利用示意图进行了详细的表述，在详述本专利技术实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应以此作为对本专利技术的限定。图1为本专利技术一实施例中的流程示意图，如图1所示，本专利技术提供一种，包括以下步骤:步骤SOl:提供半导体衬底；步骤S02:在所述半导体衬底上形成栅极结构，并在所述栅极结构两侧的半导体衬底中形成源极和漏极；步骤S03:在所述半导体衬底和栅极结构上依次形成第一应力层和氧化层；步骤S04:进行化学机械研磨工艺，直至暴露所述栅极结构；步骤S05:去除所述氧化层；步骤S06:在所述栅极结构和第一应力层上形成第二应力层，所述第二应力层的材质为高密度氮化硅；步骤S07:进行热退火工艺；步骤S08:去除所述第一应力层和第二应力层。本专利技术所述主要针对半导体器件中的NMOS晶体管，也可应用于NFET等器件结构中。所述制作方法通过将位于栅极结构上端覆盖的具有拉应力的第一应力层去除，保留位于栅极结构侧壁以及半导体衬底上的第一应力层，接着覆盖高密度(Dense)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件的制作方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底中形成栅极结构，并在所述栅极结构两侧的半导体衬底中形成源极和漏极；在所述半导体衬底和栅极结构上依次形成第一应力层和氧化层；进行化学机械研磨，直至暴露所述栅极结构；去除所述氧化层；在所述栅极结构和第一应力层上形成第二应力层，所述第二应力层的材质为高密度氮化硅；进行热退火工艺；去除所述第一应力层和第二应力层。

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件的制作方法，包括: 提供半导体衬底； 在所述半导体衬底中形成栅极结构，并在所述栅极结构两侧的半导体衬底中形成源极和漏极； 在所述半导体衬底和栅极结构上依次形成第一应力层和氧化层； 进行化学机械研磨，直至暴露所述栅极结构； 去除所述氧化层； 在所述栅极结构和第一应力层上形成第二应力层，所述第二应力层的材质为高密度氮化硅； 进行热退火工艺； 去除所述第一应力层和第二应力层。2.按权利要求1所述的半导体器件的制作方法，其特征在于，所述第二应力层的利用化学气相沉积法形成，反应物包括硅烷、氨气、氢气和氩气，所述硅烷、氨气、氢气和氩气的流量分别为 50 300sccm、100 lOOOsccm、1000 5000sccm、1000 5000sccm,反应温度为400 600°C，反应压力为I lOTorr，高频射频功率为50 300W，低频射频功率为10 IOOff03.按权利要求1所述的半导体器件的制作方法，其特征在于，所述第二应力层的厚度为100 300埃。4.按权利要求1所述的半导体器件的制作方法，其特征在于，所述第二应力层的杨氏模量大于150GPa。5.按权利要求1所述的半导体器件的制作方法，其特征在于，所述第一应力层的材质为氮化硅。6.按权利要求5所述的半导体器件的制作方法，其特征在于，所述第一应力层采用化学气相沉积法形成，其中反应物包括娃烧、氨气和氮气，所述娃烧、氨气和氮气的流量分别为 50 300sccm、500 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍宇，平延磊，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：