应变记忆作用的半导体器件的制造方法及应力层结构技术

一种应变记忆作用的半导体器件的制造方法及应力层结构，包括：在衬底上形成NMOS管；形成覆盖于所述NMOS管上的、向NMOS管提供拉伸应力的第一应力层；形成覆盖于所述第一应力层上的、杨氏模量大于第一应力层的第二应力层；对所NMOS管的有源区进行退火处理；去除所述第一应力层和第二应力层；本发明专利技术提供的应力层结构中，所述应力层结构覆盖于NMOS管上，所述应力层结构包括第一应力层、位于第一应力层上的第二应力层，所述第一应力层对NMOS管提供拉伸应力，所述第二应力层的杨氏模量大于第一应力层的杨氏模量。本发明专利技术可以避免NMOS管栅极的过度膨胀。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种应变记忆作用的半导体器件的制造方法及应力层结构。
技术介绍
在半导体器件尤其MOS器件中，提高场效应晶体管的开关频率的一种主要方法是提高驱动电流，而提高驱动电流的主要途径是提高载流子迁移率。现有一种提高场效应晶体管载流子迁移率的技术是应变记忆技术GtressMemorization Technique，简称SMT)，通过在场效应晶体管的沟道区域形成稳定应力，提高沟道中的载流子迁移率。通常拉伸应力可以使得沟道区域中的分子排列更加疏松，从而提高电子的迁移率，适用于NMOS晶体管； 而压缩应力使得沟道区域内的分子排布更加紧密，有助于提高空穴的迁移率，适用于PMOS 晶体管。所述应变记忆技术SMT具体包括采用S/D退火工艺，使得应力层(Activation Capping Layer，简称ACL)底部的多晶硅栅极再结晶，使得应力层ACL所诱发的应力记忆于 MOS器件中，致使MOS器件的电性能改善6 10 %。而针对PMOS晶体管以及NMOS晶体管对不同应力的要求，还可以在MOS器件上进行选择性的局部应变，达到提高MOS器件的电性能的目的。见Chien-Hao Chen 等人发表的论文"Stress Memorization Technique (SMT) by Selectively Strained-Nitride Capping for Sub-65nm High-performanceStrained-Si Device Application，，(出自 2004 年"Symposium on VLSI TechnologyDigest of Technical Papers”)，介绍了一种典型的应变记忆作用的半导体器件的制造工艺，剖面示意图如图1至图6所示。如图1所示，首先提供半导体基底10，在半导体基底10上形成NMOS晶体管m以及PMOS晶体管N2，且NMOS晶体管附与PMOS晶体管N2之间通过浅沟槽11相隔离。如图2所示，在所述NMOS晶体管附以及PMOS晶体管N2的表面形成应力层101， 所述应力层101的材质可以为SiN，可以通过热驱动化学气相沉积(TDCVD)或者等离子增强化学气相沉积(PECVD)的方法形成。通过改变所述化学气相沉积的参数，可以调节应力层 101对底部晶体管所诱发的应力类型以及应力大小。假设，所述应力层101提供拉伸应力， 从而对NMOS晶体管m产生有益影响。如图3所示，使用掩膜进行刻蚀，选择性地去除所述PMOS晶体管N2表面的应力层 101，而保留位于NMOS晶体管m表面的部分应力层101 ；然后对晶体管的栅极以及源、漏区域进行热退火。在上述退火过程中，由于仅有NMOS晶体管m表面存在应力层101，因此退火后，应力层101所诱发的拉伸应力，将被保留在NMOS晶体管m中，从而提高了 NMOS晶体管m沟道区的载流子迁移率。如图4所示，去除应力层101，对NMOS晶体管附以及PMOS晶体管N2进行后端硅化工艺，形成金属硅化物层201，用于后续工艺形成接触孔并引出互连线，降低接触电阻。如图5所示，在NMOS晶体管m以及PMOS晶体管N2的表面形成刻蚀阻挡层102。所述刻蚀阻挡层102的材质也可以为SiN，可以通过热驱动化学气相沉积(Thermally-Driven CVD，TDCVD)或者等离子增强化学气相沉积(PlasmaEnhance CVD，PECVD)形成。除了在后续工艺形成接触孔的过程中起到刻蚀阻挡的作用，另一方面也起到诱发晶体管应力的作用。 所述刻蚀阻挡层102的应力类型与应力层101相同，使得产生的应力效果叠加，进一步提高器件的电性能。如图6所示，在所述刻蚀阻挡层102的表面形成金属前介质层202。后续工艺中， 在金属前介质层202中形成接触孔203，引出半导体器件的有源区互连线。虽然应力层提供的拉伸应力可以增大NMOS晶体管的载流子迁移率。但是，在退火过程中，较高的温度会造成栅极过度膨胀，从而造成NMOS晶体管性能的下降。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种可以避免栅极过度膨胀的应变记忆作用的半导体器件的制造方法和应力层结构。为解决上述问题，本专利技术提供一种应变记忆作用的半导体器件的制造方法，其特征在于，包括在衬底上形成NMOS管；形成覆盖于所述NMOS管上的、向NMOS管提供拉伸应力的第一应力层；形成覆盖于所述第一应力层上的、杨氏模量大于第一应力层的第二应力层；对所NMOS管的有源区进行退火处理；去除所述第一应力层和第二应力层。相应地，本专利技术还提供一种应力层结构，所述应力层结构覆盖于NMOS管上，所述应力层结构包括第一应力层、位于第一应力层上的第二应力层，所述第一应力层对NMOS管提供拉伸应力，所述第二应力层的杨氏模量大于第一应力层的杨氏模量。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点1.退火过程中的高温作用下，所述NMOS晶体管中栅极的膨胀受到杨氏模量大于第一应力层的第二应力层的限制，从而避免了栅极的过度膨胀而影响NMOS晶体管的性能；2.所述第一应力层和第二应力层的材料相同，可采用相同的成膜装置，在一个工艺步骤中完成第一应力层和第二应力层，从而降低了工艺复杂度。附图说明图1至图6是现有的应变记忆作用的半导体器件制造工艺示意图；图7是本专利技术应变记忆作用的半导体器件制造方法一实施方式的流程示意图；图8至图12是本专利技术应变记忆作用的半导体器件制造方法一实施例的示意图。具体实施例方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。4如
技术介绍
所描述的，为了使应力层具有较大的拉伸应力，需对所述NMOS管进行退火处理，但是，在退火过程中，较高的温度会造成NMOS管栅极的过度膨胀，这会成NMOS晶体管性能的下降。针对上述问题，本专利技术提供一种应力层结构，所述应力层结构覆盖于NMOS管上， 所述应力层结构包括第一应力层、位于第一应力层上的第二应力层，所述第一应力层的厚度大于第二应力层的厚度，其中，第一应力层对NMOS管提供拉伸应力，所述第二应力层的杨氏模量大于第一应力层的杨氏模量，所述第二应力层可以限制NMOS管的形状，避免栅极在受热时的过度膨胀问题。较佳地，所述第一应力层可提供的拉伸应力在500 1700MPa的范围内，所述第二应力层的杨氏模量大于150GPa。相应地，本专利技术提供一种应变记忆作用的半导体器件制造方法，通过在所述NMOS 管上形成具有较大拉伸应力的第一应力层、以及不易变形的第二应力层，所述第二应力层可以限制NMOS管栅极的形状，从而使所述NMOS管在提高迁移率的同时，避免栅极受热时的过度膨胀造成其性能的下降。参考图7，示出了本专利技术应变记忆作用的半导体器件制造方法一实施方式的流程示意图，所述制造方法包括以下步骤步骤Si，在半导体基底上形成多个NMOS管和PMOS管；步骤S2，形成覆盖于所述NMOS管上的第一应力层；步骤S3，形成覆盖于所述第一应力层上的第二应力层；步骤S4，对所NMOS管上的有源区进行退火处理；步骤S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

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