制造受应力电晶体结构的集成制程制造技术

一种流程整合架构，其使用一或多种技术，以控制由此形成的一半导体元件中的应力。根据一实施例，利用一氮化物间隙物及多晶栅的ＲＴＰ（快速热处理制程）以及后续一高应力蚀刻终止层的沉积所构成的累积应力，来增进应变并改善元件性能。也可将锗沉积或植入该栅结构以助应力控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造受应力电晶体结构的集成制程
技术介绍
在对一基板进行加工以制作电路或显示器的过程中，通常要将基板曝 露于一能将材质沉积其上或蚀刻其上的材质的受激发制程气体。化学气相沉积(CVD)制程，使用受一高频电压或微波能激发的制程气体，将材质 沉积在基板上，其可为一层、 一接触孔充填物、或是其他选择性的沉积结 构。此沉积层可经蚀刻或采用别的方法加工而在基板上形成主动或被动元 4牛，例J;口金氧半导体场岁文电晶体(metal-oxide-semiconductor field effect transistors; MOSFETs )及其他元件。 一个MOSFET典型上具有一源极 (source)区、 一漏4及(drain)区、以及一介于源极和漏才及间的通道 (channel)区。在MOSFET元件中，一栅极(gate electrode)形成于上 方，并通过一栅介电质与通道隔离，以控制源极和漏极间的传导。这类元件可以利用如减低供给电压、栅介电质厚度或通道长度等方法 而改善其性能。然而，在元件的尺寸和间隙越变越变小的当下，像这样的 传统方法面临到装载(mounting)的问题。例如，在通道长度很短的情况 下，通过减少通道长度而产生的增加单位面积电晶体数以及饱和电流的好 处，会4皮不受？欠迎的载体速度々包和爻文应(carrier velocity saturation effect) 抵销掉。而通过减小栅介电质厚度所带来的类似优势，如栅极阻滞的降 低，则在小型元件上受到局限，这是因为栅极泄漏电流的增多及电荷贯通 介电质，因而逐渐损毁电晶体。降低供给电压可使操作功率度下降，但是 电晶体的临界电压(threshold voltage )使得上述之下降情形同样受到限制。 在一个相当近期才发展出来而用以增进电晶体效能的方法中，是施加 应力于一沉积材质的原子晶格(atomic lattice),以增进此材质本身或是 由一受应力沉积材质施力而产生应变(strain)的上方或下方材质的电子特 性。晶格应变(lattice strain )能够提升半导体(例如硅)的载体迁移率， 因而提高经掺杂的硅电晶体的饱和电流，进而增进其性能。例如，经由沉 积具有压缩(compressive)或拉伸(tensile)应力本质的电晶体组成材质， 则局部晶格应变可在电晶体通道区中被引发。例如，用作为蚀刻终止材质 及栅极硅化物材质之间隔层的氮化硅材质，可经沉积而作为应力材质，而 可在电晶体通道区中引发一应变。而沉积材质所需求的应力型态则视受应 力材质的种类而定。例如，CMOS元件制程中，负通道(NMOS)掺杂 区覆有一具有正4i伸应力(positive tensile stress)的净元才立才才质(tensile stressed material),而正通道MOS ( PMOS )掺杂区覆有一具有负应力 值的高度压缩材质(compressive stressed material)。因此，期望可制作具有预定应力型态的受应力材质，像是拉伸应力或 压缩应力；亦可控制沉积材质产生的应力度；更可沉积此类的受应力材质， 而能在基板上产生均匀的局部应力或应变；另外亦期望具有一可在基板上 的主动或被动元件上面形成受应力材质，而不毁损元件的制程。更进一步 期望沉积膜层是高度均匀覆盖(或保形；conformal),以作为表面形貌 (topography)的基础。
技术实现思路
有许多技术可以单独或合并地使用，以制作具需求特性的受应力膜层。 本专利技术的 一 第 一组实施例是降低以高压缩应力氮化硅膜层制作的元件的元 件缺陷，而该具高压缩应力的氮化硅膜层是于存有氢气的状态下形成。可 以通过在沉积之前于表面进行等离子处理，以及/或在沉积之前于表面形成 一緩冲层而抑制氢气的渗入。 一氮化硅膜层可包含一初始层，其于无氬气 流下形成，作为一氢气流下制成的一高应力氮化物层的底层。另一实施例 则利用辐射源与一工件(workpiece)的相对运动，以及/或制造一'卜于90 度的特征部位的边墙，而增进辐射硬化效能。另一增进膜层应力的实施例， 是以一成孔剂(porogen)伴随沉积制程，并使成孔剂于接续暴露于UV辐 射或是等离子处理时释出。另 一 实施例则利用 一 氮化物间隙物及多晶栅的 RTP(快速热处理制程)，以及后续一高应力蚀刻终止层的沉积所构成的 累积应力来增进应变并改善效能。根据本专利技术用以形成氮化硅的一方法的一实施例，其包含配置一含 一表面的工件(workpiece)于一制程室中；在缺乏沉积的条件下，将此表 面曝露于一等离子，以移除污染物；在存有一氢气流的状态下，于此经等 离子处理过的表面上沉积一氮化硅层。根据本专利技术用以形成氮化硅的一方法的另一实施例，其包含配置一 含一表面的工件于一制程室中；于此表面上形成一緩沖层；在一氬气流存 在下，于此缓冲层上沉积一氮化硅层。根据本专利技术用以形成氮化硅的一方法的再一实施例，其包含配置一 含一表面的工件于一制程室中；于此表面上沉积一膜层迭(film stack), 此膜层迭包含一在无氩气流的状态下形成的氮化硅初始层，以及接着在氪 气流存在下所形成的 一 高压缩应力的氮化硅层。根据本专利技术用以避免 一元件内的缺陷形成的 一 方法的 一 实施例，其包 含将一表面以一等离子处理，并在一氢气流的存在下，于此处理过的表 面上沉积一氮化硅层。根据本专利技术用以避免 一 元件内的缺陷形成的 一 方法的另 一 实施例，其 包含在一表面上沉积一緩冲层，并且在一氢气流的存在下，于此缓冲层 上沉积一氮化硅层。根据本专利技术用以避免一元件内的缺陷形成的一方法的再一实施例，其 包含在一无氬气流的状态下，于一表面上沉积一氮化硅初始层；在一氢 气流存在下，将一高压缩应力氮化硅层沉积在此氮化珪初始层上；及以一 稀释的NF3等离子回蚀该高压缩应力氮化硅层。根据本专利技术的一膜层迭的一实施例，其包含 一氧化緩冲层，以及一 位于其上的氮化硅层，此氮化硅层于氢气存在下沉积且具一 高压缩应力。根据本专利技术的一膜层迭的一实施例，其包含 一氧化緩冲层、 一高压 缩应力的氮化硅层，以及介于两者之间的 一氮化硅初始层，而初始层相较 于其上方的氮化硅层具有较低的压缩应力。根据本专利技术以UV辐射用以硬化一沉积膜层的一方法的一实施例，其 包含在一制程室内配置一工件，且工件具有一沉积于其上的膜层；及当使该工件及曝源间产生相对运动时，则该膜层会曝露于由一紫外辐射源所发射的辐射，而使紫外辐射以一布鲁斯德角度(Brewster angle)照射在该表面上。根据本专利技术以UV辐射用以硬化一沉积膜层的一方法的另 一实施例， 其包含在一制程室内配置一工件，其上形成多个特征部位，此特征部位 的升高边墙形成一实质上小于90。的角度；及将该工件曝露于由一紫外辐 射源发射的辐射，因而此升高的特征部位的边墙所具有的角度使得紫外辐 射由该辐射源以一布鲁斯德角度而照射至在该工件的一膜层上。根据本专利技术用以形成一具高拉伸应力的氮化硅膜层的 一方法的 一 实施 例，其包含在存有一成孔剂(porogen)的状态下，沉积氮化硅膜层；将 此氮化硅沉积膜层曝露于一等离子或紫外辐射两者的至少其一处理，以释 出成孔剂；并稠化此膜层，以减低因释出成孔剂而造成的气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制作一ＭＯＳ电晶体结构的方法，该方法包含：于一栅氧化物层上形成一多晶硅层；置入锗，使之与该多晶硅层的一第一部分接触；移除位于制作一栅极所选定的一部分以外的该多晶硅层及该栅氧化物层；于该栅极上方形成一具有拉 伸应力的均匀覆盖氮化物层；施用热能于该栅极；及蚀刻该均匀覆盖的氮化物层，以于邻接该栅极处形成一间隙物结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-5-26 60/685,365;US 2005-7-21 60/701,854;US1.一种制作一MOS电晶体结构的方法，该方法包含于一栅氧化物层上形成一多晶硅层；置入锗，使之与该多晶硅层的一第一部分接触；移除位于制作一栅极所选定的一部分以外的该多晶硅层及该栅氧化物层；于该栅极上方形成一具有拉伸应力的均匀覆盖氮化物层；施用热能于该栅极；及蚀刻该均匀覆盖的氮化物层，以于邻接该栅极处形成一间隙物结构。2. 如权利要求1所述的方法，其中上述的均匀覆盖氮化物层形成的步 骤包括(i) 在无一等离子的状态下，将一含硅前导气体流入一制程室中，由 此形成一硅层；(ii) 流入一气体以将该含硅前导气体由该制程室涤除；(iii) 将该位于该制程室中的该硅层曝露于一含氮等离子，由此形成 氮化珪；及重复步骤(i) -(iii)以增加该氮化硅的一厚度。3. 如权利要求2所述的方法，还包含在涤除该含硅前导气体前，对该 制程室抽真空。4. 如权利要求2所述的方法，其中上述的硅及氮化硅是于一介于约 20至150毫托(mTorr)的压力下形成。5. 如权利要求1所述的方法，其中上述的锗是利用植入法被置入而与 该第一部份接触。6. 如权利要求1所述的方法，其中上述的锗被置入与该第一部份接触，是通过在该多晶硅层中形成一 凹处，然后在该凹处内部沉积石圭锗(silicon germanium; SiGe )。7. 如权利要求1所述的方法，其中上述的热能增进该均匀覆盖层的该 4i伸应力至2.0 GPa或更高。8. 如权利要求1所述的方法，还包含于该栅极及该间隙物结构上方形成一氮化硅蚀刻终止层；及 处理该蚀刻终止层以增进该蚀刻终止层的 一拉伸应力。9. 如权利要求8所述的方法，其中上述处理该蚀刻终止层包含将该蚀 刻终止层曝露于选自一等离子或UV辐射两者的至少其一处理。10. 如权利要求8所述的方法，其中上述的蚀刻终止层于...

【专利技术属性】
技术研发人员：M柏西留，J李，舍美叶，A阿巴亚缇，谢利群，H姆塞德，
申请(专利权)人：应用材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]