專利名稱：互補型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置、半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的領(lǐng)域，特別涉及具有一外置應(yīng)力源層的半導(dǎo)體 裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
在今日，小型的電子裝置的用途己經(jīng)相當(dāng)廣泛、多元，且已成為現(xiàn)代社 會中普遍存在的一部分，其應(yīng)用范圍包含電腦、電話通訊、家庭娛樂、及其 它領(lǐng)域之間。這是因為近來科技的進步，已擴大其功能范圍，并降低其價格。 這一先進科技的一項關(guān)鍵部分是半導(dǎo)體裝置的發(fā)展。所謂的半導(dǎo)體，是在某些特定情況下才具導(dǎo)電性的材料，該情況常包含少量電荷的存在，而得以制造固態(tài)開關(guān)(solid-state switch)，其不具有任何 活動元件(moving part)。同樣地，也可使用半導(dǎo)體來設(shè)計其他標(biāo)準(zhǔn)(與新 的)電氣裝置。除了不容易遭受疲勞或其他機械性的失效的活動元件之外， 在固態(tài)裝置的制造方面，將其尺寸制作得極小。目前使用非常小、甚至是在 顯微鏡中才看得到的電氣部件，才能提供今日電子應(yīng)用領(lǐng)域中所需的大量的 開關(guān)與電容器。用于制造非常微小的半導(dǎo)體元件的工藝種類很多，但是其基本工藝可大 致敘述如下。首先制造一材料例如硅，作為一基材或襯底，可在其上建構(gòu)出 各式各樣的電氣構(gòu)件。然后，將上述材料形成為一適當(dāng)?shù)男螤?，通常形成?一薄片，稱為"晶片"。然后，選擇性地以單一或多種稱為"摻雜物"的物 質(zhì)例如為離子化的硼或磷來處理純硅。通過上述摻雜物的植入，而開始了產(chǎn) 生所需半導(dǎo)體性質(zhì)的工藝。然后，可將各種結(jié)構(gòu)形成于上述晶片的一表面或 其附近，以導(dǎo)通所需的構(gòu)件?？赏ㄟ^蝕刻的步驟來形成上述表面結(jié)構(gòu)，在蝕刻的步驟中將上述表面暴 露于一蝕刻劑中；或更常見地是使用光刻工藝對上述表面作選擇性地蝕刻。 在光刻工藝中，將稱為光阻或阻劑的材料平均地沉積于晶片表面上，然后使用一光源經(jīng)由一圖形化的掩模選擇性地處理上述阻劑，以使上述阻劑的某些 部分暴露于光線的能量，而阻劑的其他部分則未受到暴露。對受到曝光的部 分進行顯影，而使其強化或弱化，視所使用的阻劑材料的形式而定，使用不 會影響晶片或己形成于其上的任何結(jié)構(gòu)的溶劑將弱化的部分洗掉。在后續(xù)蝕 刻步驟使用較強的蝕刻劑時，留下來的阻劑就會避免其所覆蓋的晶片表面受 到蝕刻。當(dāng)完成所需的晶片蝕刻時，則通過適當(dāng)?shù)娜軇⒘粝聛淼淖鑴┏ァ?請注意也可使用上述光刻工藝來形成一光阻圖形，以用于選擇性的外延、沉 積、或是摻雜的步驟。一示例性的晶體管示出于圖1，其為一剖面圖，顯示一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 10 (metal oxide semiconductor field effect transistor; MOSFET)的構(gòu)件。襯底15是由硅所形成，可在其上制造各種裝置。上述 晶體管包含一柵極結(jié)構(gòu)20，其具有由一導(dǎo)體材料例如金屬所形成的柵極25， 一薄層的柵極氧化層30則將柵極25與襯底15隔離。在圖1的晶體管10中， 間隔物35置于柵極25的兩側(cè)，而稱為一源極40與一漏極45的導(dǎo)體區(qū)則形 成于襯底15中、且在間隔物35的兩側(cè)。源極40、漏極45、與柵極25各分 別連接電性連接點50、 51、 52，每一個電性連接點50、 51、 52可依次連接 至一外部構(gòu)件(未示出)，因此電流可在適當(dāng)時候流至上述晶體管，或由上 述晶體管流出。經(jīng)由電性連接點52將少量電荷施加于柵極25時，電流會經(jīng) 由溝道區(qū)5在漏極45與源極40之間流動。上述金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶 體管是非常小的，例如晶體管10的柵極25的寬度不大于100nm。可選擇使用不同類型的材料來形成不同類型的晶體管。例如，如果以硼 離子來摻雜襯底15，而借此形成源極40與漏極45時，則形成P型阱。在一 P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管中，當(dāng)電壓施加于柵極25而啟動晶體管時，正 電荷載子(空穴)就在源極40與漏極45之間移動。在另一例子中，選擇性 地以磷離子來摻雜襯底15，則會形成N型的源極與漏極，而負電荷載子(電 子)則在源極與漏極之間流動，此種類型的晶體管可稱為N型金屬氧化物半 導(dǎo)體晶體管。一 N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管與一 P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶 體管可在一起使用以獲得某些效果，而成為所謂的互補型金屬氧化物半導(dǎo)體 (complimentary metal oxide semiconductor; CMOS)裝置。在一互補型金屬 氧化物半導(dǎo)體裝置中，形成一 N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管與一 P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管或類似裝置時，是使其相互毗鄰，在此處"毗鄰"的意思 是接近，即使此兩個元件之間是電性隔離的情況。當(dāng)半導(dǎo)體元件持續(xù)變小，需要高度優(yōu)先處理的是使電流理想化，目前已 發(fā)展出許多改良方式。例如應(yīng)力作用于半導(dǎo)體裝置例如晶體管時，會改善其 電流及其他電氣性質(zhì)，而能增進整體系統(tǒng)的效能與可靠度。在金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管加上一預(yù)施應(yīng)力層(pre-stressed layer)例如為一蝕刻停止 層，可強化上述金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管內(nèi)的驅(qū)動電流。此強化效應(yīng) 在現(xiàn)在所制造的相對較小的裝置中顯得特別重要，P型溝道與N型溝道的驅(qū) 動電流均可通過此方法來得到改善，但是不同的裝置類型需要不同的應(yīng)力類 型來作改善，其中張應(yīng)力會增加N型溝道的驅(qū)動電流，而壓應(yīng)力則增加P型 溝道的驅(qū)動電流。不幸地，N型元件與P型元件均存在于一互補型金屬氧化 物半導(dǎo)體裝置中，且相互接近。對上述互補型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置中的其 中一項元件有利的應(yīng)力類型，會對另一項元件不利。因此，業(yè)界需要一種結(jié) 構(gòu)，可對一互補型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置在應(yīng)力作用方面展現(xiàn)正面的技術(shù)功 效，并減少負面的效果。發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明提供一種施加應(yīng)力的嶄新方式，特別是使用在一互補 型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置上時，對其展現(xiàn)正面的功效。為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)所產(chǎn)生的問題、或防止其問題的發(fā)生，而達成上 述的技術(shù)功效，本發(fā)明的較佳實施例提供一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法，其 具有一外置應(yīng)力層，而得以對電流產(chǎn)生加強效果。在本發(fā)明的較佳實施例中， 一或多個晶體管形成于一襯底上；然后以一 接觸孔蝕刻停止層(contact etch stop layer; CESL)覆于上述晶體管上；而 一層間介電(inter-layer dielectric; ILD)層則位于上述接觸孔蝕刻停止層上； 通過加入適當(dāng)形成的層間介電應(yīng)力源層，而選擇性地對上述晶體管施加額外 的應(yīng)力；然后以一金屬間介電(inter-metal dielectric; IMD)層覆蓋上述結(jié)構(gòu)。在一特定的較佳實施例中，上述半導(dǎo)體裝置為一互補型金屬氧化物半導(dǎo) 體裝置；且上述接觸孔蝕刻停止層為一張應(yīng)力膜，其位于上述互補型金屬氧 化物半導(dǎo)體裝置的N型金屬氧化物半導(dǎo)體部分的源極區(qū)與漏極區(qū)上(接近但未直接接觸)，并覆蓋P型金屬氧化物半導(dǎo)體部分的多晶硅柵極結(jié)構(gòu)區(qū)，在 本實施例中，在上述互補型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置的P型金屬氧化物半導(dǎo)體 部分的源極區(qū)與漏極區(qū)上形成一壓應(yīng)力膜。在另一實施例中，上述半導(dǎo)體裝置為一N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置，其包含一晶體管，上述晶體管具有一多 晶硅柵極結(jié)構(gòu)、 一壓應(yīng)力層于上述多晶硅區(qū)的上方、形成于襯底中的一源極 區(qū)與一漏極區(qū)、以及一張應(yīng)力膜形成于上述源極區(qū)與漏極區(qū)的上方。另一方面，本發(fā)明提供具有外置應(yīng)力層的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其制 造工藝包含下列步驟提供一襯底例如為一硅晶片；形成一或多個晶體管； 與形成一接觸孔蝕刻停止層于上述晶體管上；沉積一層間介電層于上述接觸 孔蝕刻停止層上；加上一層間介電應(yīng)力源層；以及形成一金屬間介電層于上 述層間介電應(yīng)力源層上。在上述方法之后，可以適當(dāng)?shù)剡x擇進行封裝或是額 外的制造步驟。在一特定的較佳實施例中，本發(fā)明為一互補型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置的 制造方法，包含形成一N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管與一P型金屬氧化物 半導(dǎo)體晶體管于一襯底上；形成一壓應(yīng)力蝕刻停止層于上述P型金屬氧化物 半導(dǎo)體晶體管的源極區(qū)與漏極區(qū)的上方；形成一張應(yīng)力蝕刻停止層于上述N 型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的源極區(qū)與漏極區(qū)的上方；形成一張應(yīng)力層間絕 緣層于上述P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的多晶硅區(qū)域的上方；以及形成一 壓應(yīng)力層間絕緣層于上述N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的多晶硅區(qū)域的上 方。通過針對不同的晶體管分別形成對應(yīng)的張/壓應(yīng)力膜外置應(yīng)力源層，本發(fā) 明能夠有效強化兩種晶體管的功能。


圖1為一剖面圖，顯示一示例性的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的基 本構(gòu)件；圖2為一剖面圖，顯示一示例性的互補楚金屬氧化物半導(dǎo)體裝置的基本 構(gòu)件；圖3為一剖面圖，顯示本發(fā)明一實施例的互補型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置; 圖4a 圖4j為一系列剖面圖，顯示本發(fā)明一實施例的互補型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置的制造階段；圖5a 圖5g為一系列剖面圖，顯示本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體裝置的制造 階段；圖6為一流程圖，顯示本發(fā)明一實施例的方法； 圖7為一流程圖，顯示本發(fā)明一實施例的方法。其中，附圖標(biāo)記說明如下5~溝道區(qū)15 襯底25~柵極35~間隔物45~漏極51-電性連接點100-互補型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置 110 N型阱120~ P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置124~漏極區(qū)126~溝道130~柵極134~間隔物137~連接點140~ N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置144 漏極區(qū)146~溝道區(qū)150 N型金屬氧化物半導(dǎo)體柵極154~間隔物157~連接點200 應(yīng)力區(qū)210~張應(yīng)力層215 第二壓應(yīng)力層305-圖形化的掩模層10~晶體管20 柵極結(jié)構(gòu)30~柵極氧化層40~源極50 電性連接點52~電性連接點105~襯底115-場氧化區(qū)122~源極區(qū)125~柵極結(jié)構(gòu)128 柵極氧化物132~間隔物136 電性連接點138-電性連接點142~源極區(qū)145~柵極結(jié)構(gòu)148 柵極氧化物152H司隔物156 電性連接點158 電性連接點205 第一壓應(yīng)力層250 層間介電層 315 第二圖形化的光阻層400 方法405~步驟410 步驟415~步驟420 步驟425~步驟430 步驟500 半導(dǎo)體裝置501~上表面505 溝道區(qū)510 晶體管515~襯底525~柵極530 柵極氧化物535-間隔物540 源極區(qū)545~漏極區(qū)560 接觸孔蝕刻停止層565~層間介電層570 層間介電應(yīng)力源層575 金屬間介電層600 方法605 步驟610 步驟615~步驟620 步驟625~步驟630~步驟具體實施方式
為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，并配合附圖作詳細說明如下以下以一特定的敘述方式，通過一些較佳的實施例來針對本發(fā)明進行說 明，亦即以具有一氮化硅外置應(yīng)力源層的一互補型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管 為例，進行本發(fā)明的敘述。而本發(fā)明同樣可應(yīng)用于其它類型的半導(dǎo)體裝置并 使用其它的材料。圖2顯示一典型的互補型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置100。圖2為一側(cè)視剖面圖，顯示在加工中的一中間階段的典型的互補型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置100。在此階段，互補型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置100包含一 P型金屬氧化物 半導(dǎo)體裝置120與一 N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置140， 二者經(jīng)由一系列的步 驟而被建構(gòu)于襯底105上。在本實施例中，襯底105是由植入P型離子的硅 所形成，因此形成一 N型阱110作為建構(gòu)P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置120之 處。場氧化區(qū)115的形成用于使P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置120與N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置140相互隔離，也可用于隔離許多其它也形成于襯底105 上的其它相似或不相似的裝置。P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置120包含一 P型摻雜的源極區(qū)122與一 P型 摻雜的漏極區(qū)124， 二者形成于P型襯底105的N型阱110中。源極區(qū)122 與漏極區(qū)124實質(zhì)上置于柵極結(jié)構(gòu)125的兩側(cè)，但是如圖2所示，其淺層延 伸區(qū)延伸至柵極130的下方，而使位于二者之間的溝道126變窄。柵極130 通過一柵極氧化物128與源極區(qū)122、漏極區(qū)124、及二者所定義出的溝道 126結(jié)構(gòu)性地隔離。間隔物132與134置于柵極130的兩側(cè)，且分別位于部 分源極區(qū)122與部分漏極區(qū)124的上方,但通過柵極氧化物128與源極區(qū)122 及漏極區(qū)124隔離。在本實施例中，電性連接點136與138形成于源極區(qū)122 與漏極區(qū)124的未被柵極氧化物128所覆蓋的上表面，而連接點137則置于 柵極130的頂端。N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置140通過一場氧化區(qū)115而與P型金屬氧化 物半導(dǎo)體裝置120 (以及N型阱110)隔離。N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置140 包含一 N型摻雜的源極區(qū)142與一 N型摻雜的漏極區(qū)144，形成于P型襯底 105中。源極區(qū)142與漏極區(qū)144實質(zhì)上置于柵極結(jié)構(gòu)145的兩側(cè)，但與P 型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置120相同，其淺層的源極與漏極延伸區(qū)延伸至N型 金屬氧化物半導(dǎo)體柵極150的一部分的下方，而借此在襯底105中的源極區(qū) 142與漏極區(qū)144之間定義出溝道區(qū)146。N型金屬氧化物半導(dǎo)體柵極150通過一柵極氧化物148與源極區(qū)142、 漏極區(qū)144、及二者所定義出的溝道區(qū)146結(jié)構(gòu)性地隔離。間隔物152與154 置于N型金屬氧化物半導(dǎo)體柵極150的兩側(cè)，且分別位于部分N型摻雜的 源極區(qū)142與部分N型摻雜的漏極區(qū)144的上方，但通過柵極氧化物148與 源極區(qū)142及漏極區(qū)144隔離。在本實施例中，電性連接點156與158形成 于N型摻雜的源極區(qū)142與N型摻雜的漏極區(qū)144的未被柵極氧化物148 所覆蓋的上表面，而連接點157則置于N型金屬氧化物半導(dǎo)體柵極150的頂 端。如上所述，在后續(xù)步驟中(圖2所示階段之后)，加到互補型金屬氧化 物半導(dǎo)體裝置100上的薄膜所引發(fā)的應(yīng)力可改善溝道區(qū)126與146的電流可 驅(qū)動性。例如，通過形成于柵極結(jié)構(gòu)125與145上方的一接觸孔蝕刻停止層或?qū)娱g介電層可引發(fā)上述應(yīng)力。然而，本發(fā)明并不建議僅簡單地加上一張應(yīng)力層或一壓應(yīng)力層，因為這樣的應(yīng)力層會對N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置140 或P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置120其中之一造成不良影響。 一種解決方案是 形成某一種形式的應(yīng)力層于其中一種裝置上方，而形成另一種形式的應(yīng)力層 于另一種裝置的上方。盡管上述方法可帶來一些改善，仍無法適用于所有的 應(yīng)用領(lǐng)域中。另一方面，本發(fā)明則提出嶄新的應(yīng)力設(shè)計結(jié)構(gòu)，在提供有益的 結(jié)構(gòu)時，使其對鄰近裝置的負面影響最小化。圖3則顯示這樣的裝置。圖3為一剖面圖，顯示本發(fā)明一實施例的互補 型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置100。請注意在圖3所顯示的階段中，互補型金屬 氧化物半導(dǎo)體裝置100的制造已完成或接近完成，此階段是在圖2所顯示的 階段之后。為了凸顯本發(fā)明的特征，有些顯示于圖2的元件符號，在圖3中 則予以省略。具體而言，在本實施例中， 一張應(yīng)力層形成于N型金屬氧化物半導(dǎo)體的 源極與漏極上方，而一壓應(yīng)力層則形成于P型金屬氧化物半導(dǎo)體的源極與漏 極的上方。 一壓應(yīng)力層形成于N型金屬氧化物半導(dǎo)體的多晶硅結(jié)構(gòu)的上方， 而一張應(yīng)力層則形成于P型金屬氧化物半導(dǎo)體的多晶硅結(jié)構(gòu)的上方。在圖3 的本實施例中，應(yīng)力區(qū)200具有許多與前述的發(fā)明概念相關(guān)的應(yīng)力引發(fā)層。 應(yīng)力區(qū)200包含一第一壓應(yīng)力層205，其通常置于柵極結(jié)構(gòu)125的兩側(cè)且因 此而置于P型金屬氧化物半導(dǎo)體源極區(qū)122與P型金屬氧化物半導(dǎo)體漏極區(qū) 124的上方。在本實施例中，第一壓應(yīng)力層205并未完全延伸至P型金屬氧 化物半導(dǎo)體柵極結(jié)構(gòu)125的上方；而在其它實施例中，第一壓應(yīng)力層205可 完全延伸至P型金屬氧化物半導(dǎo)體柵極結(jié)構(gòu)125的上方。在圖3的本實施例中，張應(yīng)力層210置于P型金屬氧化物半導(dǎo)體柵極結(jié) 構(gòu)125的上方，因此也位于第一壓應(yīng)力層205的上方。再一次強調(diào)，雖然第 一壓應(yīng)力層205的一部分可位于P型金屬氧化物半導(dǎo)體柵極結(jié)構(gòu)125與張應(yīng) 力層210之間，但這并非本實施例的重點。最后在本實施例中，應(yīng)力區(qū)200 包含一第二壓應(yīng)力層215，其置于N型金屬氧化物半導(dǎo)體柵極結(jié)構(gòu)145的上 方，并因此也位于張應(yīng)力層210的上方。在本實施例中， 一層間介電層250 置于應(yīng)力區(qū)200的上方，且填滿任何形成于第二壓應(yīng)力層215與張應(yīng)力層210 的上部之間的缺口。在一實施例中，層間介電層250并無應(yīng)力，但其非必要的條件。圖4a 圖4j示出本發(fā)明一實施例的互補型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置100的 制造。圖4a示出在圖2的互補型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置100上加上一圖形 化的掩模層305，圖形化的掩模層305可由光致抗蝕劑、氮化硅、或氧化硅 所構(gòu)成。再次強調(diào)，為了凸顯本發(fā)明的特征，某些用于圖2的元件符號，在 圖4a 圖4j中則予以省略。在沉積圖形化的掩模層305后，將其曝光并顯影 而產(chǎn)生圖4a所示的圖形。如圖所示，圖形化的掩模層305防護性地覆蓋互 補型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置100的N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置140。根據(jù)本發(fā)明，加工中的下一個步驟是如圖4b所示，沉積一第一壓應(yīng)力 層205,然后執(zhí)行一蝕刻程序，降低第一壓應(yīng)力層205的上部延伸范圍如圖 4c所示。在此處，可使用適當(dāng)?shù)娜軇﹣硪瞥龍D形化的掩模層305，而留下互 補型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置100中的欲留下的部分，包含完整無缺的第一壓 應(yīng)力層205 (請參考圖4d)。接下來，在圖4a 圖4j所示的實施例中，形成一張應(yīng)力層210。如圖4e 所示，張應(yīng)力層210覆蓋互補型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置100，也包含覆蓋剛 剛形成的第一壓應(yīng)力層205。然后可使用一蝕刻工藝以縮減張應(yīng)力層210的 厚度，且減少或消除存在于N型金屬氧化物半導(dǎo)體柵極結(jié)構(gòu)145正上方區(qū)域 內(nèi)的張應(yīng)力層210，完成后的結(jié)構(gòu)顯示于圖4f。請注意在其它實施例中，如 果可形成所需結(jié)構(gòu)的張應(yīng)力層210，此一或其他的蝕刻工藝就可以省略。另 外，也可使用選擇性的蝕刻或化學(xué)機械研磨(chemical mechanical polishing; CMP)。然后，可沉積一第二圖形化的光致抗蝕劑層315并將其圖形化，而 成為圖4g所示的結(jié)構(gòu)。如圖4g所示，第二圖形化的光致抗蝕劑層315通常 覆蓋P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置120?，F(xiàn)在可以加上本實施例的最后(第二)壓應(yīng)力結(jié)構(gòu)。圖4h所示出的是 加入一第二壓應(yīng)力層215。在本實施例中，接下來可使用一蝕刻或化學(xué)機械 研磨的步驟，以調(diào)整第二壓應(yīng)力層215的厚度至所需的值，此一制造階段示 出于圖4i中。最后，將第二圖形化的光致抗蝕劑層315移除，并形成一層間 絕緣層250，以均勻地覆蓋整個結(jié)構(gòu)，此一階段示出于圖4j。請注意在襯底 上的裝置制造可在此處完成或不是在此處完成。也請注意除非有相反的意 見，可使用任何具邏輯性的加工順序，來執(zhí)行至前述步驟為止的工藝步驟。在某些實施例中，可將中間層加入上述結(jié)構(gòu)之間，但是一般來說并不建議這 么做。圖7為一流程圖，顯示本發(fā)明一實施例的方法400。在"開始"的階段 意味著準(zhǔn)備好方法400所需的設(shè)備與材料，并確認其可操作。方法400始于 提供一互補型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置，其具有一 N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效 應(yīng)晶體管與一 P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，如步驟405。方法400 的下一個工藝是形成一第一張應(yīng)力層于上述N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng) 晶體管的源極與漏極上方，如步驟410。然后，將一第一壓應(yīng)力層形成于上 述P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的上方，如步驟415。接下來， 一第 二壓應(yīng)力層形成于N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的柵極結(jié)構(gòu)與上述 第一張應(yīng)力層的上方，如步驟420;然后，將一第二張應(yīng)力層形成于P型金 屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的柵極結(jié)構(gòu)與上述第一壓應(yīng)力層的上方，如步 驟425?？蛇x擇性地加上一個步驟，就是形成一層間介電層，如步驟430。 再一次強調(diào)，可以任何邏輯上可允許的順序來執(zhí)行方法400。在其它的實施例中，本發(fā)明關(guān)于一半導(dǎo)體裝置例如一 N型金屬氧化物半 導(dǎo)體晶體管的形成，其具有一外置應(yīng)力源層，本實施例示出于圖5a 圖5g中。 圖5a 圖5g為一系列的剖面圖，顯示本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體裝置的制造階 段。在圖5a中，提供一襯底515，本實施例中的襯底515為硅，但同樣也可 以使用各種其它材料例如硅鍺。請注意"襯底" 一詞，可指其上已形成一或 多組集成電路、作為底材的硅晶片，也可指目前工藝所及的該層材料或結(jié)構(gòu)。 半導(dǎo)體裝置內(nèi)可形成有多層結(jié)構(gòu)，而通過具傳導(dǎo)性的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，將各層中 原本分離的構(gòu)件予以連接。簡單而言，在本發(fā)明中的襯底僅指在某特定的制 造階段中，形成為晶片的外表面的該層材料或結(jié)構(gòu)。也請注意圖5a 圖5g中 與圖l所示相同構(gòu)件可以是等效的構(gòu)件，但不使用相同的元件符號，這是為 了方便將本發(fā)明的各種實施例之間相互比較、或是將其與現(xiàn)有技術(shù)比較，但 這不代表具有類似的元件符號的結(jié)構(gòu)在本質(zhì)上是相等的，除非說明書中有明 確的說明或舉證。襯底515提供用于制造半導(dǎo)體裝置500的平臺，其具有一 上(目前已暴露的)表面501。半導(dǎo)體裝置500的制造始于襯底515的提供；以及接著繼續(xù)對特定的區(qū)域作選擇性的摻雜，而產(chǎn)生所欲構(gòu)建的晶體管的源極區(qū)與漏極區(qū)。此一選擇性的摻雜的實施，例如可通過使用圖形化的光阻層來保護襯底515的上表面 501的特定部分，然后使半導(dǎo)體裝置500暴露于磷離子中。圖5b所顯示的制 造階段是在將源極區(qū)540與漏極區(qū)545形成為此形狀之后，且已移除(選擇 性的)保護性的光阻層。請注意在圖5a中顯示出上表面501與下表面，而 在圖5b 圖5g中則只示出出襯底515的上表面501，也即只示出出用于制造 半導(dǎo)體裝置500的那一面。持續(xù)進行與圖示實施例相關(guān)的半導(dǎo)體裝置500的制造步驟，在本步驟加 入了一晶體管510。晶體管510包含一柵極氧化物530與位于間隔物535之 間的一柵極525，其制造方法通常是使用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的步驟， 故在此處未一一列舉。請注意晶體管510與圖1所示的晶體管10相似、但 不相同，且為了突顯本發(fā)明的特征而省略了某些元件。在晶體管510中，在 柵極525施加電壓時，電流會流經(jīng)形成于源極區(qū)540與漏極區(qū)545之間的襯 底515內(nèi)溝道區(qū)505。此階段的半導(dǎo)體裝置500示出于圖5c。如圖5d所示，繼續(xù)半導(dǎo)體裝置500的制造，并形成一接觸孔蝕刻停止 層560。接觸孔蝕刻停止層560形成于包含源極區(qū)540與漏極區(qū)545的整體 的晶體管510的上方，然后將一層間介電層565形成于接觸孔蝕刻停止層560 上。在本實施例中，通過例如化學(xué)機械研磨法的實施，將層間介電層565作 實質(zhì)上的平坦化，其所形成的結(jié)構(gòu)如圖5e所示。此時，已可以在半導(dǎo)體裝 置500加上外置應(yīng)力源層。在本發(fā)明圖示的實施例中，上述的外置應(yīng)力源層是一層間介電應(yīng)力源層 570，其形成于經(jīng)化學(xué)機械研磨而平坦化的層間介電層565的上方，其結(jié)構(gòu) 顯示于圖5f。在本發(fā)明的本實施例中，層間介電應(yīng)力源層570優(yōu)選為包含氮 化硅(SiN)，但也可加入其它的適當(dāng)材料或?qū)⑵淙〈?。在一N型金屬氧化 物半導(dǎo)體裝置中，優(yōu)選為以加熱化學(xué)氣相沉積的技術(shù)來形成層間介電應(yīng)力源 層570，以產(chǎn)生壓應(yīng)力，因為可通過張應(yīng)力來強化N型驅(qū)動電流。將氮化硅 作為層間介電應(yīng)力源時，其產(chǎn)物有時會被稱為"C-SiN"。另一方面在一P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置中，優(yōu)選為以等離子體增益化 學(xué)氣相沉積的技術(shù)來形成層間介電應(yīng)力源層570，以產(chǎn)生張應(yīng)力，而強化P 型驅(qū)動電流。當(dāng)以等離子體增益化學(xué)氣相沉積法沉積氮化硅時，其產(chǎn)物可被稱為"T-SiN"。如圖5g所示，無論層間介電應(yīng)力源層570是C-SiN或T-SiN，然后可使用一金屬間介電層575覆蓋層間介電應(yīng)力源層570。接著可對此裝 置進行進一步的制造步驟或?qū)⑵浞庋b，以作為特定用途所需的裝置。在其它實施例(未示出)中，本發(fā)明為一互補型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置， 其包含與一P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管鄰接形成的一N型金屬氧化物半導(dǎo) 體晶體管(但是彼此之間可使用淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)而相互電性隔離)。在本實 施例中，N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置的源極區(qū)、漏極區(qū)與P型金屬氧化物半 導(dǎo)體裝置的源極區(qū)、漏極區(qū)的形成步驟是分開的，因為會使用不同的摻雜離 子。 一旦形成了源極區(qū)與漏極區(qū)，可同時或依次形成本身的晶體管； 一旦形 成了上述晶體管，形成于其正上方的一接觸孔蝕刻停止層會覆蓋相鄰的晶體 管。與圖5a 圖5g所示出的單一晶體管的情況相同，然后以一層間介電層覆 蓋由N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管與相鄰的P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管所 形成的互補型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置，而在一較佳實施例中，此層間介電層 是形成于上述接觸孔蝕刻停止層的正上方。然后執(zhí)行一化學(xué)機械研磨的平坦 化步驟，將上述層間介電層均勻地平坦化，或是降低在N型金屬氧化物半導(dǎo) 體晶體管上方與P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管上方的層間介電層之間的階 差。然后加入一層間介電應(yīng)力源層。在一較佳實施例中，上述層間介電應(yīng)力 源層為氮化硅?？墒褂脝我坏墓に嚥襟E來沉積上述層間介電應(yīng)力源層；但在 某些特定的實施例中，上述層間介電應(yīng)力源層的形成以便于在P型金屬氧化 物半導(dǎo)體晶體管的上方形成一 P-SiN層、以及在N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體 管形成一T-SiN層。借此，兩種晶體管的功能都得到強化。圖6為一流程圖，顯示本發(fā)明一實施例的方法600。在"開始"的階段 意味著準(zhǔn)備好方法600所需的設(shè)備與材料，并確認其可操作。此工藝始于提 供一襯底例如為硅晶片，如步驟605。然后，形成一或多個晶體管，如步驟 610。然后，在每個晶體管的上方形成一接觸孔蝕刻停止層，如步驟615。在 上述接觸孔蝕刻停止層的上方沉積一層間絕緣層，如步驟620。然后，加入 一層間介電應(yīng)力源層，如步驟625。最后，將一金屬間介電層形成于上述層 間介電應(yīng)力源層的上表面上，如步驟630。在步驟600之后，可視情況進行封裝或進一步的制造步驟。雖然本發(fā)明己以較佳實施例揭示如上，然其并非用于限定本發(fā)明，任何 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)當(dāng)可作一些修改或改 進，因此本發(fā)明的保護范圍以所附權(quán)利要求界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種互補型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置，具有至少一N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，每個晶體管具有一源極區(qū)、一漏極區(qū)、與一柵極結(jié)構(gòu)，該互補型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置包含一第一張應(yīng)力層，置于該N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的源極區(qū)與該N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的漏極區(qū)上；以及一第一壓應(yīng)力層，位于該N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極結(jié)構(gòu)上方。
2. 如權(quán)利要求1所述的互補型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置，還包含至少一 P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管； 一第二張應(yīng)力層，置于該P型金屬氧化物半 導(dǎo)體晶體管的柵極結(jié)構(gòu)上方；以及一第二壓應(yīng)力層，形成于該P型金屬氧化 物半導(dǎo)體晶體管的源極區(qū)與該P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的漏極區(qū)的上 方。
3. —種互補型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置，具有至少一 P型金屬氧化物半導(dǎo) 體晶體管，每個晶體管具有一源極區(qū)、 一漏極區(qū)、與一柵極結(jié)構(gòu)，該互補型 金屬氧化物半導(dǎo)體裝置包含一第一張應(yīng)力層，置于該N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的源極區(qū)與該P 型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的漏極區(qū)上；以及一第一壓應(yīng)力層，位于該P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極結(jié)構(gòu)上方。
4. 一種半導(dǎo)體裝置，包含 一襯底；至少一晶體管，形成于該襯底上； 一接觸孔蝕刻停止層，形成于該晶體管上方； 一層間介電層，形成于該接觸孔蝕刻停止層上方；以及 一層間介電應(yīng)力源層，形成于該層間絕緣層的上方。
5. 如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置，其中該至少一晶體管為P型金屬氧 化物半導(dǎo)體晶體管或N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
6. 如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置，其中該至少一晶體管包含形成于一 P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管旁的一N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
7. 如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，其中該層間介電應(yīng)力源層形成于該 N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管與該P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的上方。
8. —種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包含 提供一襯底；形成一晶體管于該襯底上； 形成一蝕刻停止層于該晶體管上方； 形成一層伺介電層于該蝕刻停止層上方；以及 形成一層間介電應(yīng)力源層于該層間絕緣層的上方。
9. 如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中該晶體管為一 N型 金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
10. 如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，還包含形成一第二晶體 管于該晶體管旁。
11. 如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中該第二晶體管為 一 P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
12. 如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中該蝕刻停止層覆 蓋該N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管與該P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置及其制造方法，其中半導(dǎo)體裝置具有為一外置應(yīng)力源層所覆蓋的至少一晶體管。在一N型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置中，上述外置應(yīng)力源層包含一張應(yīng)力膜，位于源極與漏極區(qū)上方；與一壓應(yīng)力膜外置應(yīng)力源層，位于多晶硅上方。在一P型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置中，上述外置應(yīng)力源層包含一壓應(yīng)力膜，位于源極與漏極區(qū)上方；與一張應(yīng)力膜外置應(yīng)力源層，位于多晶硅上方。在一較佳實施例中，上述半導(dǎo)體裝置包含一N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管與一P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，而形成一互補型金屬氧化物半導(dǎo)體裝置，且其為一外置應(yīng)力源層所覆蓋。通過針對不同晶體管分別形成對應(yīng)的張/壓應(yīng)力膜外置應(yīng)力源層，本發(fā)明能夠有效強化晶體管的功能。
文檔編號H01L27/02GK101241913SQ20081000960
公開日2008年8月13日 申請日期2008年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月7日
發(fā)明者李文欽, 柯志欣, 葛崇祜 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司