專利名稱：一種改善應(yīng)力層應(yīng)力作用的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種改善應(yīng)力層應(yīng)力作用的方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，集成電路的集成化程度越來越高，器件的尺寸也不斷減小。器件尺寸不斷減小導(dǎo)致器件的性能受到很大影響。例如，當(dāng)溝道的長(zhǎng)度縮小到50nm 以下時(shí)，器件開始表現(xiàn)出短溝道效應(yīng)，包括載流子遷移率下降、閾值電壓增大等問題。為了減少由于尺寸縮小造成的問題，可以通過應(yīng)力技術(shù)來改善器件溝道區(qū)的應(yīng)力，從而提高載流子的遷移率，提高器件的性能。具體是通過在金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)的溝道區(qū)引入雙軸應(yīng)變或者單軸應(yīng)變，以增加溝道區(qū)載流子的遷移速率，提高M(jìn)OSFET的器件響應(yīng)速度，改善MOSFET器件的性能。提供這種應(yīng)力的方式被稱為應(yīng)力記憶技術(shù)(SMT，Stress Memorization Technique)。具體的應(yīng)力記憶技術(shù)是在半導(dǎo)體器件的 NFET(N-type Field-Effect Transistor，N 型場(chǎng)效應(yīng)晶體管)或 PFET(P_type Field-Effect Transistor，P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管)上方的固有應(yīng)變材料層，即應(yīng)力層，(所述應(yīng)力層可以為氮化硅層等)，并進(jìn)行高溫退火工藝以使應(yīng)力被記憶在半導(dǎo)體器件上，例如記憶在柵極多晶硅或擴(kuò)散區(qū)或硅襯底中，通過應(yīng)力改變?cè)贔ET的柵極下溝道處的硅原子的間距，減小載流子通行所受到的阻礙，也就是相當(dāng)于減小了電阻，因而半導(dǎo)體器件發(fā)熱量和能耗都會(huì)降低，然后去除應(yīng)變材料，使應(yīng)力得以保留并改進(jìn)電子或空穴的遷移率，因而改善半導(dǎo)體整體的性能。對(duì)于NFET和PFET不同的應(yīng)力產(chǎn)生不同的效果，拉應(yīng)力(Tensi 1 e Stress) 可以增大NFET柵極下溝道處的硅原子的間距，運(yùn)行速度得到提升，壓應(yīng)力(Compressive Stress)可以減小PFET柵極下溝道處的硅原子的間距，使運(yùn)行速度得到提升。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中NFET表面應(yīng)力層的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中，針對(duì)NFET表面形成拉應(yīng)力層的步驟為提供一襯底100’，在所述襯底100’上完成初始處理， 包括在襯底100’上形成柵極102’，在所述柵極102’兩側(cè)沉積形成側(cè)壁隔離層104’，在所述側(cè)壁隔離層104’兩側(cè)的襯底100’上進(jìn)行源區(qū)101a’，漏區(qū)101b’摻雜離子注入，以形成初步NFET結(jié)構(gòu)；接著，在所述NFET上沉積氧化硅層103’;在所述氧化硅層103’上沉積應(yīng)力層 105’，進(jìn)行高溫退火工藝，以使應(yīng)力層105’的應(yīng)力記憶到NFET中，同時(shí)實(shí)現(xiàn)源區(qū)101a’、漏區(qū)101b’摻雜離子的推進(jìn)；最后，去除應(yīng)力層105’完成應(yīng)力記憶過程。在上述步驟中，所述側(cè)壁隔離層104’是采用爐管(furnace)加熱沉積法在襯底100’表面沉積形成氮化硅層， 所述爐管沉積法會(huì)在襯底的正面和背面同時(shí)沉積氮化硅層，在反應(yīng)溫度500-700 V條件下， 通過六氯硅烷和氨氣反應(yīng)，沉積形成厚度為200 500人的氮化硅層，在襯底100’正面沉積形成氮化硅層的同時(shí)，位于襯底100’背面同時(shí)沉積形成沉積氮化硅1040’層。圖2為現(xiàn)有技術(shù)中氮化硅層對(duì)襯底正面的應(yīng)力作用示意圖，圖3為氮化硅層對(duì)襯底背面的應(yīng)力示意圖。如圖2所示，位于襯底100’正面的氮化硅層200’在高溫退火工藝中對(duì)襯底100’產(chǎn)生向上彎曲的應(yīng)力，圖3所示，位于對(duì)襯底背面的氮化硅層202’在后續(xù)高溫退火工藝中，對(duì)襯底100’產(chǎn)生向下彎曲的應(yīng)力，則結(jié)合圖1，襯底正面的側(cè)壁隔離層104’對(duì)襯底產(chǎn)生的應(yīng)力作用為100 200MPa且應(yīng)力方向以垂向?yàn)橹?，?duì)應(yīng)力層105’的影響微弱，然而襯底背面的沉積氮化硅層1040’在后續(xù)高溫退火工藝中與應(yīng)力層105’產(chǎn)生方向相反應(yīng)力作用，且沉積氮化硅層1040’的應(yīng)力作用達(dá)到1. 6 1. 7GPa,大大削弱了應(yīng)力層105’ 的應(yīng)力作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠去除在形成柵極側(cè)壁隔離層時(shí)在襯底背面形成的沉積氧化硅層，避免所述沉積氧化硅層在影響應(yīng)力層應(yīng)力作用，從而改善應(yīng)力層對(duì)器件的應(yīng)力作用的方法。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種改善應(yīng)力層應(yīng)力作用的方法，包括以下步驟提供一襯底，所述襯底正面形成有柵極、柵極側(cè)壁隔離層，在所述襯底的背面同時(shí)形成有沉積氮化硅層；對(duì)柵極進(jìn)行摻雜離子注入工藝；在所述襯底正面上淀積形成氧化硅層；去除位于所述襯底背面的沉積氮化硅層；在所述氧化硅層表面形成應(yīng)力層；進(jìn)行高溫退火工藝。進(jìn)一步的，所述柵極側(cè)壁隔離層通過爐管加熱沉積法形成，所述沉積氮化硅層與所述柵極側(cè)壁隔離層同時(shí)形成。較佳的，所述摻雜離子注入工藝的摻雜離子為四氟化鍺。較佳的，所述摻雜離子注入工藝的摻雜離子注入能量為10 50KeV。較佳的，所述氧化硅層的形成方法為化學(xué)氣相沉積法。較佳的，所述氧化硅層的厚度為50~150人。優(yōu)選的，所述沉積氮化硅層采用濕法刻蝕法去除。優(yōu)選的，所述濕法刻蝕法為磷酸浸泡去除所述沉積氮化硅層。優(yōu)選的，所述磷酸的質(zhì)量濃度為70% 90%。優(yōu)選的，所述磷酸的溫度150-200°C。優(yōu)選的，浸泡時(shí)間為l-10min。較佳的，所述應(yīng)力層的材料為氮化硅。較佳的，所述應(yīng)力層的厚度為150 500人。較佳的，所述應(yīng)力層采用化學(xué)氣相沉積法形成。較佳的，所述高溫退火工藝的方法包括尖峰退火和激光退火。較佳的，所述高溫退火工藝的溫度為900 1100°C。綜上所述，本發(fā)明在襯底正面形成氧化硅層后，浸泡去除襯底背面的沉積氮化層， 再沉積應(yīng)力層并進(jìn)行高溫退火，從而防止沉積氮化層削弱應(yīng)力層的應(yīng)力作用，從而改善應(yīng)力層對(duì)器件的應(yīng)力作用。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中形成應(yīng)力層的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為現(xiàn)有技術(shù)中氮化硅層對(duì)襯底正面的應(yīng)力作用示意圖。圖3為現(xiàn)有技術(shù)中氮化硅層對(duì)襯底背面的應(yīng)力作用示意圖。圖4為本發(fā)明一實(shí)施例中所述提高應(yīng)力層應(yīng)力作用的方法的示意性流程圖。圖5為本發(fā)明一實(shí)施例中形成應(yīng)力層的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)的表述，在詳述本發(fā)明實(shí)例時(shí)，為了便于說明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應(yīng)以此作為對(duì)本發(fā)明的限定。本發(fā)明的核心思想是本發(fā)明在形成襯底正面形成氧化硅層后，浸泡去除襯底背面的沉積氮化層，再沉積應(yīng)力層并進(jìn)行高溫退火，從而防止沉積氮化層削弱應(yīng)力層的應(yīng)力作用，從而改善應(yīng)力層對(duì)器件的應(yīng)力作用。圖4為本發(fā)明一實(shí)施例中所述提高應(yīng)力層應(yīng)力作用的方法的示意性流程圖。圖5 為本發(fā)明一實(shí)施例中形成應(yīng)力層的結(jié)構(gòu)示意圖。結(jié)合圖4和圖5，本發(fā)明提供一種改善應(yīng)力層應(yīng)力作用的方法，包括以下步驟SOl 提供一襯底100，所述襯底100正面形成有柵極102、柵極側(cè)壁隔離層104，在所述襯底100的背面同時(shí)形成有沉積氮化硅層，所述柵極側(cè)壁隔離層通過爐管加熱沉積法形成，爐管(furnace)加熱沉積法在反應(yīng)溫度500-70(TC條件下，六氯硅烷和氨氣反應(yīng)，沉積形成厚度為200 500人的氮化硅層，所述爐管沉積法會(huì)在襯底的正面和背面同時(shí)沉積氮化硅層，故在所述襯底100的背面同時(shí)沉積形成所述沉積氮化硅層。所述沉積氮化層圖中未標(biāo)示，因其在后續(xù)步驟中去除。S02 對(duì)柵極102進(jìn)行摻雜離子注入工藝；較佳的，所述摻雜離子注入工藝的摻雜離子為四氟化鍺，摻雜離子注入能量為10 50KeV。摻雜離子注入工藝使柵極102由多晶 (Poly)變?yōu)榉蔷?amorphous)，在后續(xù)高溫退火時(shí)，柵極102再由非晶變?yōu)槎嗑?，從而產(chǎn)生塑性形變，達(dá)到應(yīng)力記憶的效果。S03 在所述襯底100正面上淀積形成氧化硅層103 ；所述氧化硅層103的形成方法為化學(xué)氣相沉積法。所述氧化硅層的厚度為50~150人，所述氧化硅層103的形成可以通過控制化學(xué)氣相沉積工藝中沉積時(shí)間、氣體流量和環(huán)境壓強(qiáng)等參數(shù)控制氧化硅層103的厚度，為業(yè)內(nèi)技術(shù)人員所熟知，故在此不贅述。所述氧化硅層103作為保護(hù)層和緩沖層，保護(hù)柵極側(cè)壁層104在后續(xù)濕法刻蝕去除沉積氮化硅層的過程中不被損耗，同時(shí)完成應(yīng)力記憶后刻蝕去除應(yīng)力層105時(shí)起到停止層的作用。S03 去除位于所述襯底100背面的沉積氮化硅層；所述沉積氮化硅層采用濕法刻蝕去除。所述濕法刻蝕為磷酸浸泡去除所述沉積氮化硅層。磷酸可以刻蝕氮化硅層，但不侵蝕氧化硅層，故可以有效去除沉積氮化硅層的同時(shí)，不損壞柵極側(cè)壁隔離層104 ；較佳的所述磷酸的質(zhì)量濃度為70% 90%，磷酸的溫度150 200°C，浸泡時(shí)間為1 lOmin，從而有效去除位于襯底100背面的沉積氮化硅層。S04 在所述氧化硅層103表面形成應(yīng)力層105 ；所述應(yīng)力層的材料為氮化硅。所
5述應(yīng)力層的厚度為150~500人。所述應(yīng)力層采用化學(xué)氣相沉積法形成，可以為等離子體化學(xué)氣相沉積(Plasma Enhanced CVD)、或低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、或快速熱化化學(xué)氣相沉積(RTCVD)形成，所述氮化硅層的反應(yīng)氣體包括SiH4、SiH2Cl2、SiH2F2或上述幾種的組合， 此外其他形成應(yīng)力層的方法，例如高密度等離子體沉積(HDP)等都在本發(fā)明的思想范圍之內(nèi)。所述氮化硅層的形成可以通過控制化學(xué)氣相沉積工藝中沉積時(shí)間、氣體流量和環(huán)境壓強(qiáng)等參數(shù)控制氮化硅層的厚度，為業(yè)內(nèi)技術(shù)人員所熟知，故在此不贅述。S05 進(jìn)行高溫退火工藝。所述高溫退火工藝的方法包括尖峰退火和激光退火。所述高溫退火工藝的溫度為900 1100°C。進(jìn)一步的，對(duì)所述應(yīng)力層105進(jìn)行退火工藝的方法包括高溫退火和激光退火，對(duì)所述應(yīng)力層105進(jìn)行退火工藝的溫度為900 1100°C。在本實(shí)施例中，所述高溫快速退火溫度為1000 1200°C，所述激光退火溫度為1000 1300°C， 所述退火工藝不僅使應(yīng)力層的應(yīng)力充分記憶到NFET上，同時(shí)所述高溫快速退火有助于源區(qū)101a、漏區(qū)IOlb中摻雜離子的擴(kuò)散，而激光退火使摻雜離子進(jìn)入襯底100硅原子的晶格中，從而產(chǎn)生載流子，改善器件性能。綜上所述，本發(fā)明在所述襯底100正面形成有柵極102、柵極側(cè)壁隔離層104，在所述襯底100的背面同時(shí)形成有沉積氮化硅層，在襯底正面形成氧化硅層后，浸泡去除襯底 100背面的沉積氮化層，再沉積應(yīng)力層105并進(jìn)行高溫退火，從而防止沉積氮化層削弱應(yīng)力層的應(yīng)力作用，從而改善應(yīng)力層105對(duì)器件的應(yīng)力作用。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種改善應(yīng)力層應(yīng)力作用的方法，其特征在于，包括以下步驟提供一襯底，所述襯底正面形成有柵極、柵極側(cè)壁隔離層，在所述襯底的背面形成有沉積氮化硅層；對(duì)所述柵極進(jìn)行摻雜離子注入工藝；在所述襯底正面上淀積形成氧化硅層；去除位于所述襯底背面的沉積氮化硅層；在所述氧化硅層表面形成應(yīng)力層；進(jìn)行高溫退火工藝。
2.如權(quán)利要求1所述的改善應(yīng)力層應(yīng)力作用的方法，其特征在于，所述柵極側(cè)壁隔離層通過爐管加熱沉積法形成，所述沉積氮化硅層與所述柵極側(cè)壁隔離層同時(shí)形成。
3.如權(quán)利要求1所述的改善應(yīng)力層應(yīng)力作用的方法，其特征在于，所述摻雜離子注入工藝的摻雜離子為四氟化鍺。
4.如權(quán)利要求1所述的改善應(yīng)力層應(yīng)力作用的方法，其特征在于，所述摻雜離子注入工藝的摻雜離子注入能量為10 50KeV。
5.如權(quán)利要求1所述的改善應(yīng)力層應(yīng)力作用的方法，其特征在于，所述氧化硅層的形成方法為化學(xué)氣相沉積法。
6.如權(quán)利要求1所述的改善應(yīng)力層應(yīng)力作用的方法，其特征在于，所述氧化硅層的厚度為50~150人。
7.如權(quán)利要求1所述的改善應(yīng)力層應(yīng)力作用的方法，其特征在于，所述沉積氮化硅層采用濕法刻蝕法去除。
8.如權(quán)利要求7所述的改善應(yīng)力層應(yīng)力作用的方法，其特征在于，所述濕法刻蝕法為磷酸浸泡去除所述沉積氮化硅層。
9.如權(quán)利要求8所述的改善應(yīng)力層應(yīng)力作用的方法，其特征在于，所述磷酸的質(zhì)量濃度為70% 90%。
10.如權(quán)利要求8所述的改善應(yīng)力層應(yīng)力作用的方法，其特征在于，所述磷酸的溫度 150 200°C。
11.如權(quán)利要求8所述的改善應(yīng)力層應(yīng)力作用的方法，其特征在于，浸泡時(shí)間為1 IOmin0
12.如權(quán)利要求1所述的改善應(yīng)力層應(yīng)力作用的方法，其特征在于，所述應(yīng)力層的材料為氮化硅。
13.如權(quán)利要求1所述的改善應(yīng)力層應(yīng)力作用的方法，其特征在于，所述應(yīng)力層的厚度為150 500人。
14.如權(quán)利要求1所述的改善應(yīng)力層應(yīng)力作用的方法，其特征在于，所述應(yīng)力層采用化學(xué)氣相沉積法形成。
15.如權(quán)利要求1所述的改善應(yīng)力層應(yīng)力作用的方法，其特征在于，所述高溫退火工藝的方法包括尖峰退火和激光退火。
16.如權(quán)利要求15所述的改善應(yīng)力層應(yīng)力作用的方法，其特征在于，所述高溫退火工藝的溫度為900 1100°C。
全文摘要
一種改善應(yīng)力層應(yīng)力作用的方法，包括以下步驟提供一襯底，所述襯底正面形成有柵極、柵極側(cè)壁隔離層，在所述襯底的背面同時(shí)形成有沉積氮化硅層；對(duì)所述柵極進(jìn)行摻雜離子注入工藝；在所述襯底正面上淀積形成氧化硅層；去除位于所述襯底背面的沉積氮化硅層；在所述氧化硅層表面形成應(yīng)力層；進(jìn)行高溫退火工藝。綜上所述，本發(fā)明在襯底正面形成氧化硅層后，浸泡去除襯底背面的沉積氮化層，再沉積應(yīng)力層并進(jìn)行高溫退火，從而防止沉積氮化層削弱應(yīng)力層的應(yīng)力作用，從而改善應(yīng)力層的應(yīng)力記憶作用。
文檔編號(hào)H01L21/336GK102468171SQ201010534190
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者向陽輝, 楊瑞鵬, 荊學(xué)珍 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司