專利名稱：Cmos晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域，尤其涉及CMOS晶體管的制作方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體器件的特征尺寸(⑶)已經(jīng)進(jìn)入亞微米階段。為了得到更快的運(yùn)算速度、更大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量以及更多的功能，半導(dǎo)體集成電路不斷向更高的元件密度、高集成度方向發(fā)展。其中，互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)晶體管作為現(xiàn)代邏輯電路中的基本單元，包含PMOS與NM0S。當(dāng)CMOS晶體管的制作工藝進(jìn)展至微米級(jí)之后，由于源極/漏極區(qū)之間的 通道隨之變短，會(huì)產(chǎn)生短通道效應(yīng)(Short ChannelEffect)與熱載流子效應(yīng)(Hot CarrierEffect)并進(jìn)而導(dǎo)致元件無(wú)法運(yùn)作。為了減少由于尺寸縮小造成的問(wèn)題，可以通過(guò)應(yīng)變存儲(chǔ)技術(shù)(SMT, StressMemorization Technique)來(lái)改善溝道區(qū)的應(yīng)力，從而提高載流子的遷移率，提高器件的性能。具體的應(yīng)變存儲(chǔ)技術(shù)的原理是通過(guò)改變MOS管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，而運(yùn)行速度則會(huì)得到提升。比如，對(duì)于n型MOSFET來(lái)說(shuō)，增大柵極下溝道處的硅原子的間距，對(duì)于P型MOSFET來(lái)說(shuō)，減小柵極下溝道處的硅原子的間距。現(xiàn)有采用SMT的CMOS器件的形成過(guò)程參見(jiàn)圖I至圖6。如圖I所示，首先提供半導(dǎo)體基底10，在半導(dǎo)體基底10上形成通過(guò)淺溝槽11絕緣隔離的NMOS晶體管NI以及PMOS晶體管N2，所述NMOS晶體管NI以及PMOS晶體管N2包括柵極，源/漏極，以及位于柵極兩側(cè)的側(cè)墻。如圖2所示，在所述NMOS晶體管NI以及PMOS晶體管N2的表面形成應(yīng)力層101，所述應(yīng)力層101的材質(zhì)可以為SiN，可以通過(guò)等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)形成。假設(shè)所述第一應(yīng)力層101的應(yīng)力類型為拉伸應(yīng)力時(shí)，上述拉伸應(yīng)力作用于NMOS晶體管NI的溝道區(qū)域，將對(duì)NMOS晶體管NI產(chǎn)生有益影響。如圖3所示，采用光刻工藝進(jìn)行選擇性刻蝕，去除位于PMOS晶體管N2表面的應(yīng)力層101，而保留位于NMOS晶體管NI表面的部分。如圖4所示,對(duì)上述形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行尖峰退火(Spike anneal),對(duì)源/漏極的離子進(jìn)行激活。如圖5所示,對(duì)上述形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行激光退火(Laser anneal)。在所述激光退火過(guò)程中，由于應(yīng)力層101僅位于NMOS晶體管NI的表面，因此所述應(yīng)力層101的拉伸應(yīng)力將被存儲(chǔ)至NMOS晶體管NI的溝道區(qū)域中，從而提高了 NMOS晶體管NI溝道區(qū)域的載流子遷移率。上述通過(guò)退火工藝將應(yīng)力層101中的拉伸應(yīng)力存儲(chǔ)至晶體管溝道區(qū)域的方法，即稱之為應(yīng)變存儲(chǔ)技術(shù)(SMT)。如圖6所示，采用濕法刻蝕或干法刻蝕去除NMOS晶體管NI表面的應(yīng)力層101。現(xiàn)有的CMOS器件的制造工藝存在如下問(wèn)題NM0S晶體管容易通過(guò)激光退火等應(yīng)變存儲(chǔ)技術(shù)而將其表面應(yīng)力層的拉伸應(yīng)力作用于底部溝道區(qū)域中；在此過(guò)程中，激光退火使應(yīng)力層產(chǎn)生變形，并對(duì)半導(dǎo)體襯底造成擠壓，產(chǎn)生更大的損傷。為了解決上述問(wèn)題，美國(guó)專利US7858482公開(kāi)的技術(shù)方案中描述在NMOS晶體管表面形成應(yīng)力層后，先進(jìn)行激光退火；然后再進(jìn)行尖峰退火，以修復(fù)激光退火而對(duì)半導(dǎo)體襯底產(chǎn)生的破壞。但是由于在激光退火之前，離子注入半導(dǎo)體襯底形成源/漏極時(shí)，離子對(duì)半導(dǎo)體襯底會(huì)產(chǎn)生破壞和缺陷；激光退火溫度非常高，并不能修復(fù)這些缺陷，并且在經(jīng)過(guò)激光退火后，硅晶格中的缺陷會(huì)俘獲注入原子，從而引發(fā)源/漏極間寄生電阻增大，從而降低半導(dǎo)體器件的性能。

發(fā)明內(nèi)容
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本發(fā)明解決的問(wèn)題是一種CMOS晶體管的制作方法，防止半導(dǎo)體襯底內(nèi)產(chǎn)生損傷，或源/漏極間寄生電阻增大。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種CMOS晶體管的制作方法，包括下列步驟提供半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底以及形成于其上的NMOS晶體管與PMOS晶體管；在所述NMOS晶體管表面形成應(yīng)力層；刻蝕所述應(yīng)力層，露出PMOS晶體管；進(jìn)行第一次尖峰退火工藝后，進(jìn)行激光退火工藝；進(jìn)行第二次尖峰退火以修復(fù)激光退火產(chǎn)生的損傷；去除NMOS晶體管表面的應(yīng)力層?？蛇x的，所述第二次尖峰退火的溫度為900°C 1100°C，退火時(shí)間為I分鐘 5分鐘?？蛇x的，所述第二次尖峰退火采用的氣氛是N2?？蛇x的，所述第一次尖峰退火的溫度為900°C 1100°C，退火時(shí)間為I分鐘 5分鐘。可選的，所述第一次尖峰退火采用的氣氛是N2?？蛇x的，所述激光退火的溫度為1100°C 1300°C，退火時(shí)間為小于等于I秒?？蛇x的，所述激光退火采用的激光波長(zhǎng)為2000nm 20000nm?？蛇x的，形成應(yīng)力層的步驟包括在所述NMOS晶體管以及PMOS晶體管的表面形成應(yīng)力層；在所述應(yīng)力層的表面形成光刻膠層；圖形化所述光刻膠層，暴露出PMOS晶體管區(qū)域；以光刻膠層為掩膜，刻蝕去除PMOS晶體管表面的應(yīng)力層；去除光刻膠層。可選的，所述應(yīng)力層材料為氮化硅。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)在制作CMOS晶體管過(guò)程中，進(jìn)行第一次尖峰退火工藝，激活注入至半導(dǎo)體襯底的離子，使離子分布均勻；然后進(jìn)行激光退火工藝，將NMOS晶體管表面應(yīng)力層的拉伸應(yīng)力作用于底部溝道區(qū)域；再進(jìn)行第二次尖峰退火以修復(fù)激光退火過(guò)程中，激光退火使應(yīng)力層產(chǎn)生變形，使半導(dǎo)體襯底產(chǎn)生的損傷，進(jìn)而提高半導(dǎo)體器件的性能及良率。


圖I至圖6是現(xiàn)有CMOS晶件管制造工藝示意圖；圖7是本發(fā)明制作CMOS晶體管的具體實(shí)施方式
流程示意圖；圖8至圖15是本發(fā)明制作CMOS晶體管的實(shí)施例示意圖16是現(xiàn)有技術(shù)與本發(fā)明的方法形成的CMOS晶體管的界面陷阱比較圖；圖17是現(xiàn)有技術(shù)與本發(fā)明的方法形成的CMOS晶體管的寄生電阻比較圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)有技術(shù)在制造CMOS器件過(guò)程中，通常采用尖峰退火激活源/漏極的離子；通過(guò)激光退火將NMOS晶體管表面應(yīng)力層的拉伸應(yīng)力作用于底部溝道區(qū)域中，以提高載流子遷移率、減小閾值電壓等。然而，先采用尖峰退火，后采用激光退火，則會(huì)產(chǎn)生激光退火使應(yīng)力層產(chǎn)生變形，并對(duì)半導(dǎo)體襯底造成擠壓，產(chǎn)生無(wú)法修復(fù)的更大損傷；先采用激光退火，后采用尖峰退火，則造成源/漏極時(shí)在半導(dǎo)體襯底內(nèi)產(chǎn)生的破壞和缺陷被激活，引發(fā)源/漏極間寄生電阻增大。針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的發(fā)明人在制作CMOS晶體管過(guò)程中，先進(jìn)行第一次尖峰退火工藝，激活注入至半導(dǎo)體襯底的離子，使離子分布均勻；然后進(jìn)行激光退火工藝，將NMOS
晶體管表面應(yīng)力層的拉伸應(yīng)力作用于底部溝道區(qū)域；再進(jìn)行第二次尖峰退火以修復(fù)激光退火過(guò)程中，激光退火使應(yīng)力層產(chǎn)生變形，使半導(dǎo)體襯底產(chǎn)生的損傷，以提高半導(dǎo)體器件的性能及良率。參考圖7，示出了本發(fā)明制作CMOS晶體管具體實(shí)施方式
的流程，基本步驟包括執(zhí)行步驟SI，提供半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底以及形成于其上的NMOS晶體管與PMOS晶體管；執(zhí)行步驟S2，在所述NMOS晶體管表面形成應(yīng)力層；執(zhí)行步驟S3，刻蝕所述應(yīng)力層，露出PMOS晶體管；執(zhí)行步驟S4，進(jìn)行第一次尖峰退火工藝后，進(jìn)行激光退火工藝；執(zhí)行步驟S5，進(jìn)行第二次尖峰退火以修復(fù)激光退火產(chǎn)生的損傷；執(zhí)行步驟S6，去除NMOS晶體管表面的應(yīng)力層。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。圖8至圖15是本發(fā)明制作CMOS晶體管的實(shí)施例示意圖。如圖8所示，提供半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100內(nèi)包括多個(gè)隔離結(jié)構(gòu)110，所述隔離結(jié)構(gòu)110將NMOS晶體管區(qū)和PMOS晶體管區(qū)絕緣隔離，現(xiàn)有隔離結(jié)構(gòu)110通常采用淺溝槽隔離，由于淺溝槽隔離的形成方法是公知技術(shù)，在此不作描述。位于相鄰的隔離結(jié)構(gòu)110之間的NMOS有源區(qū)、PMOS有源區(qū)，所述NMOS有源區(qū)與PMOS有源區(qū)相鄰。其中NMOS有源區(qū)120的半導(dǎo)體襯底100上形成有柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)包括NMOS晶體管NlO的柵氧化層(未示出)和位于柵氧化層上方的柵極115a，位于柵極115a兩側(cè)的側(cè)墻114a ；PM0S有源區(qū)的半導(dǎo)體襯底100上形成有柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)包括PMOS晶體管N20的柵氧化層(未示出)和位于所述柵氧化層上方的柵極115b，位于柵極115b兩側(cè)的側(cè)墻114b?，F(xiàn)有技術(shù)中，在形成側(cè)墻114a、114b之前，在柵極115a、115b兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)還會(huì)形成低摻雜漏極。繼續(xù)參考圖8，所述NOMS晶體管NlO還包括在NOMS有源區(qū)的半導(dǎo)體襯底100內(nèi)形成的源/漏極112a ;所述POMS晶體管N20還包括在PMOS有源區(qū)的半導(dǎo)體襯底100內(nèi)形成的源/漏極112b。具體形成源/漏極112a、112b的流程如下在PMOS有源區(qū)的半導(dǎo)體襯底100上形成第一光刻膠層(未示出)；以第一光刻膠層及NMOS有源區(qū)的柵極為掩膜，向NMOS有源區(qū)的半導(dǎo)體襯底100內(nèi)注入n型離子；去除第一光刻膠層；在NMOS有源區(qū)的半導(dǎo)體襯底100上形成第二光刻膠層(未示出)； 以第二光刻膠層及PMOS有源區(qū)的柵極為掩膜，向PMOS有源區(qū)的半導(dǎo)體襯底100內(nèi)注入p型離子；去除第二光刻膠層。再參考圖8，用化學(xué)氣相沉積法在半導(dǎo)體襯底100上形成氧化硅層120，所述氧化硅層120覆蓋NMOS晶體管NlO和PMOS晶體管N20。所述氧化硅層120的厚度為20埃 300埃，作用是在后續(xù)刻蝕過(guò)程中作為刻蝕停止層，同時(shí)起到應(yīng)力緩沖的作用。如圖9所示，在氧化硅層120的表面形成應(yīng)力層130。所述應(yīng)力層102均勻地覆蓋于NMOS晶體管NlO以及PMOS晶體管N20的表面，其應(yīng)力類型為拉伸應(yīng)力，材質(zhì)可以為氮化硅，可以通過(guò)化學(xué)氣相沉積工藝形成。本實(shí)施例中，所述應(yīng)力層130的厚度為100埃 600 ±矣，應(yīng)力大小為-1000 IOOOMPa0如圖10所示，通過(guò)涂覆光刻膠，并進(jìn)行曝光顯影，在NMOS晶體管NlO區(qū)域上形成光刻膠層140，而暴露出PMOS晶體管N20區(qū)域。繼續(xù)參考圖10，以光刻膠層140為掩膜，采用等離子刻蝕工藝刻蝕位于所述PMOS晶體管N20表面的應(yīng)力層130，直至露出氧化硅層120。所述光刻膠掩模201保護(hù)NMOS晶體管區(qū)域不受所述等離子刻蝕工藝的影響，而位于所述PMOS晶體管表面的應(yīng)力層130則被刻蝕。本實(shí)施例中，所述等離子刻蝕工藝采用的刻蝕氣體可以為NF3。如圖11所示，灰化法去除光刻膠層140 ;進(jìn)行第一次尖峰退火，用于激活源/漏極112a、112b區(qū)的離子，使離子分布均勻，并且修復(fù)由于離子轟擊對(duì)半導(dǎo)體襯底100造成的晶格破壞。本實(shí)施例中，第一次尖峰退火所采用的溫度為900°C 1100°C，退火時(shí)間為I分鐘 5分鐘；退火在N2氣氛中完成。在一個(gè)優(yōu)化實(shí)例中，第一次尖峰退火所采用的溫度為1060°C，退火時(shí)間為4分鐘。如圖12所示，進(jìn)行激光退火，將應(yīng)力層130的拉伸應(yīng)力記憶至底部的NMOS晶體管溝道區(qū)域中，來(lái)改善溝道區(qū)的應(yīng)力，從而提高載流子的遷移率，提高器件的性能。本實(shí)施例中，激光退火采用的是2000nm 20000nm波長(zhǎng)的激光，退火的溫度為1100°C 1300°C，退火時(shí)間為小于等于I秒。優(yōu)化的退火溫度是1250°C，退火時(shí)間為小于等于I秒。由于NMOS晶體管的應(yīng)變存儲(chǔ)技術(shù)SMT對(duì)退火的工藝要求更高，故應(yīng)當(dāng)以NMOS晶體管進(jìn)行應(yīng)變記憶的需求為準(zhǔn)選擇具體的退火工藝參數(shù)。如圖13所示，進(jìn)行第二次尖峰退火，用于以修復(fù)激光退火過(guò)程中，激光退火使應(yīng)力層130產(chǎn)生變形，使半導(dǎo)體襯底產(chǎn)生的損傷，進(jìn)而提高半導(dǎo)體器件的性能及良率。本實(shí)施例中，第二次尖峰退火所采用的溫度為900°C 1100°C，退火時(shí)間為I分鐘 5分鐘；退火在N2氣氛中完成。在一個(gè)優(yōu)化實(shí)例中，第二次尖峰退火所采用的溫度為1060°C，退火時(shí)間為4分鐘。如圖14所示，去除應(yīng)力層130。具體的，本實(shí)施例可以采用濕法刻蝕工藝，例如使用熱磷酸去除剩余的應(yīng)力層130。如圖15所示，去除氧化硅層。去除氧化硅層采用的是濕法刻蝕或干法刻蝕方法。圖16是現(xiàn)有技術(shù)與本發(fā)明的方法形成的CMOS晶體管的界面陷阱比較圖。如圖16所示，現(xiàn)有技術(shù)在制作CMOS器件的制造中，先采用尖峰退火激源/漏極離子，再采用激光退火將NMOS晶體管表面應(yīng)力層的拉伸應(yīng)力作用于底部溝道區(qū)域中；采用此技術(shù)方案所導(dǎo)致的在負(fù)偏差-溫度不穩(wěn)定性應(yīng)力后半導(dǎo)體襯底界面陷阱密度最大。而現(xiàn)有美國(guó)專利US7858482公開(kāi)的先采用激光退火將NMOS晶體管表面應(yīng)力層的拉伸應(yīng)力作用于底部溝道區(qū)域中，然后采用尖峰退火激活源/漏極離子；采用此方法而產(chǎn)生的負(fù)偏差-溫度不穩(wěn)定性應(yīng)力后半導(dǎo)體襯底界面陷阱密度次之。采用本發(fā)明的方法制作CMOS晶體管，即先采用尖峰退火激源/漏極離子，采用激光退火將NMOS晶體管表面應(yīng)力層的拉伸應(yīng)力作用于底部溝道區(qū)域中，最后再采用尖峰退火修復(fù)激光退火過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷；此方法產(chǎn)生的負(fù)偏差-溫度不穩(wěn)定性應(yīng)力后半導(dǎo)體襯底界面陷阱密度較小，小于I。 圖17是現(xiàn)有技術(shù)與本發(fā)明的方法形成的CMOS晶體管的寄生電阻比較圖。如圖17所示，現(xiàn)有美國(guó)專利US7858482公開(kāi)的先采用激光退火將NMOS晶體管表面應(yīng)力層的拉伸應(yīng)力作用于底部溝道區(qū)域中，然后采用尖峰退火激活源/漏極離子；采用此方法在源/漏極間產(chǎn)生的寄生電阻最大，為345歐姆。現(xiàn)有技術(shù)在制作CMOS器件的制造中，先采用尖峰退火激源/漏極離子，再采用激光退火將NMOS晶體管表面應(yīng)力層的拉伸應(yīng)力作用于底部溝道區(qū)域中；采用此技術(shù)方案所導(dǎo)致的在源/漏極間產(chǎn)生的寄生電阻次之，為340歐姆。而采用本發(fā)明的方法制作CMOS晶體管，即先采用尖峰退火激源/漏極離子，采用激光退火將NMOS晶體管表面應(yīng)力層的拉伸應(yīng)力作用于底部溝道區(qū)域中，最后再采用尖峰退火修復(fù)激光退火過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷；此方法產(chǎn)生的源/漏極間產(chǎn)生的寄生電阻最小，為330歐姆。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種CMOS晶體管的制作方法，其特征在于，包括下列步驟 提供半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底以及形成于其上的NMOS晶體管與PMOS晶體管； 在所述NMOS晶體管表面形成應(yīng)力層； 刻蝕所述應(yīng)力層，露出PMOS晶體管； 進(jìn)行第一次尖峰退火工藝后，進(jìn)行激光退火工藝； 進(jìn)行第二次尖峰退火以修復(fù)激光退火產(chǎn)生的損傷； 去除NMOS晶體管表面的應(yīng)力層。
2.如權(quán)利要求I所述的制作方法，其特征在于，所述第二次尖峰退火的溫度為900°C 1100°C，退火時(shí)間為I分鐘 5分鐘。
3.如權(quán)利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述第二次尖峰退火采用的氣氛是N2。
4.如權(quán)利要求I所述的制作方法，其特征在于，所述第一次尖峰退火的溫度為900°C 1100°C，退火時(shí)間為I分鐘 5分鐘。
5.如權(quán)利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述第一次尖峰退火采用的氣氛是N2。
6.如權(quán)利要求I所述的制作方法，其特征在于，所述激光退火采用的激光波長(zhǎng)為2000nm 20000nm。
7.如權(quán)利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述激光退火的溫度為1100°C 1300°C，退火時(shí)間為小于等于I秒。
8.如權(quán)利要求I所述的制作方法，其特征在于，形成應(yīng)力層的步驟包括 在所述NMOS晶體管以及PMOS晶體管的表面形成應(yīng)力層； 在所述應(yīng)力層的表面形成光刻膠層； 圖形化所述光刻膠層，暴露出PMOS晶體管區(qū)域； 以光刻膠層為掩膜，刻蝕去除PMOS晶體管表面的應(yīng)力層； 去除光刻膠層。
9.如權(quán)利要求I或8所述的制作方法，其特征在于，所述應(yīng)力層材料為氮化硅。
全文摘要
一種CMOS晶體管的制作方法，包括下列步驟提供半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底以及形成于其上的NMOS晶體管與PMOS晶體管；在所述NMOS晶體管表面形成應(yīng)力層；刻蝕所述應(yīng)力層，露出PMOS晶體管；進(jìn)行第一次尖峰退火工藝后，進(jìn)行激光退火工藝；進(jìn)行第二次尖峰退火以修復(fù)激光退火產(chǎn)生的損傷；去除NMOS晶體管表面的應(yīng)力層。本發(fā)明避免了半導(dǎo)體襯底產(chǎn)生的損傷，進(jìn)而提高半導(dǎo)體器件的性能及良率。
文檔編號(hào)H01L21/324GK102790013SQ201110126339
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2011年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月16日
發(fā)明者馮軍宏, 甘正浩 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司