双应力薄膜的制造方法以及半导体器件的制作方法
专利名称：双应力薄膜的制造方法以及半导体器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种双应力薄膜的制造方法以及半导体器件。
背景技术：
随着CMOS半导体器件工艺的发展以及按比例尺寸缩小，应力工程在半导体工艺和器件性能方面起到越来越大的作用；CM0S器件中引入应力，主要是为了提高器件载流子迁移率，在CMOS器件沟道方向(longitudinal)上张应力对NMOS电子迁移率有益，而压应力对PMOS空穴迁移率有益，在沟道宽度方向(transverse)上的张应力对NMOS和PMOS器件的载流子迁移率均有益，而在垂直沟道平面方向(out-of-plane)的压应力对NMOS器件电子迁移率有益，张应力则对PMOS器件空穴迁移率有益。
应力记忆效应(SMT,Stress memorization technique)是一种 CMOS 工艺中引入应力的方法，通常其工艺流程为在器件源/漏注入之后，沉积一层氮化硅薄膜保护层 (cap layer)，紧接着进行源/漏退火，在源/漏退火过程中，会产生氮化硅薄膜保护层 、多晶硅栅以及侧墙之间的热应力和内应力效应，这些应力会被记忆在多晶硅栅之中，在多晶娃中沿垂直沟道平面方向(out-of-plane)会产生张应力，而沟道方向(longitudinal)会产生压应力；在接下来的工艺中，氮化硅薄膜保护层被刻蚀掉，但记忆在多晶硅栅中的应力，仍然会传导到CMOS半导体器件的沟道之中，传导到沟道中的应力为垂直沟道平面方向 (out-of-plane)的压应力以及沟道方向(longitudinal)上的张应力，由上述应力对CMOS 器件载流子迁移率的影响可以得出，这样的应力效果对提高NMOS器件电子迁移率有益，可提高NMOS器件性能。
应变娃技术(Stain silicon)集成工艺在45纳米节点开始已经得到大范围的应用。特别对于金属前介质沉积工艺段内(PMD loop),双应力薄膜(Dual Stress Liner)成为必选项，用来提高器件速度。目前业界选择氮化硅薄膜作为双应力薄膜，但是氮化硅薄膜介电常数较高(一般为7.0左右)，越来越不能满足一些先进器件对电阻电容延迟(RC delay) 的要求，即，满足不了器件速度的要求；而且就目前工艺集成来说，不同应力薄膜的交叠区域处理是一个难点，很容易因为交叠区域而造成良率的损失。因此，急需找到一种不会降低器件速度的低介电常数薄膜作为双应力薄膜，并且和现有工艺兼容，并且不产生工艺缺陷的工艺方法。目前对于交叠的问题，主要通过干法刻蚀工艺的调整或者在版图设计时候加以考虑，以尽量减少对良率的影响，但是增加了工艺控制的难度。并且上述方法都不能彻底有效地解决问题。
此外，由于碳化硅沉积过程中通常都使用了 NH3等含氮的反应气体，因此碳化硅薄膜中不可避免的存在氮元素(游离氮)，游离氮溢出与光阻层发生反应，使所述光阻层氮中毒，进而影响后续工艺的顺利进行。发明内容3
本发明提供一种双应力薄膜的制造方法，减少了碳化硅薄膜中的氮的含量，避免后续光刻工艺中光阻失效而导致曝光效率的下降，从而影响最终应力目标值和均匀性的风险，并可避免传统双应力薄膜(Dual Stress Liner)工艺存在的交叠区域问题,从而解决因为交叠区域而造成良率损失的问题，工艺简单易实施。
为解决上述技术问题，本发明提供一种双应力薄膜的制造方法，包括
提供一具有第一区域和第二区域的衬底；
采用含氮气体沉积碳化硅薄膜，所述碳化硅薄膜为压应力薄膜，并采用碳氢化合物对所述碳化硅薄膜进行远程等离子体处理；
在所述第一区域的碳化硅薄膜上覆盖光阻层；
利用UV光照射所述第二区域的碳化硅薄膜，使所述第二区域的碳化硅薄膜转变为拉应力薄 膜；
去除所述第一区域的碳化硅薄膜上的光阻层。
可选的，在所述的双应力薄膜的制造方法中，所述碳化硅薄膜的厚度在IOiTlOOO 埃之间。
可选的，在所述的双应力薄膜的制造方法中，利用UV光照射所述第二区域的碳化硅薄膜前，所述碳化硅薄膜的压应力在30(T400MPa之间。
可选的，在所述的双应力薄膜的制造方法中，利用UV光照射所述第二区域的碳化硅薄膜后，所述第二区域的碳化硅薄膜的拉应力在60(T800MPa之间。
可选的，在所述的双应力薄膜的制造方法中，去除所述第一区域的碳化硅薄膜上的光阻层之后，还包括
在所述第二区域的碳化硅薄膜上覆盖光阻层；
利用惰性气体等离子体处理所述第一区域的碳化硅薄膜；
去除所述第二区域的碳化硅薄膜上的光阻层。
可选的，在所述的双应力薄膜的制造方法中，利用惰性气体等离子体处理所述第一区域的碳化硅薄膜后，所述第一区域的碳化硅薄膜的压应力在2. (Γ3. 7GPa之间。
可选的，在所述的双应力薄膜的制造方法中，所述碳化硅薄膜的介电常数为4飞。
可选的，在所述的双应力薄膜的制造方法中，所述第一区域用以形成PMOS晶体管，所述第二区域用以形成NMOS晶体管。
本发明还提供一种半导体器件，利用上述双应力薄膜的制造方法获得，包括具有第一区域和第二区域的衬底；以及形成于所述衬底上的碳化硅薄膜，所述第一区域上的碳化硅薄膜为压应力薄膜，所述第二区域上的碳化硅薄膜为拉应力薄膜。
与现有技术相比，采用含氮气体沉积碳化硅薄膜，所述碳化硅薄膜为压应力薄膜， 并采用碳氢化合物对所述碳化硅薄膜进行远程等离子体处理，减少了碳化硅薄膜中的氮的含量，避免后续光刻工艺中光阻失效而导致曝光效率的下降，从而影响最终应力目标值和均匀性的风险；并且，相比于原位等离子体处理，远程等离子体处理(等离子体是腔外产生然后通过管路通入腔内)对被处理的碳化硅薄膜表面几乎没有任何损伤，因而最后形成的碳化硅薄膜的品质没有任何的变差，不影响后续的蚀刻、湿法清洗等工艺，并可延长腔体内一些部件的使用寿命。此外，本发明利用UV光照射碳化硅薄膜，经过UV光照射的碳化硅薄膜从压应力薄膜转变成拉应力薄膜，解决了氮化硅薄膜双应力薄膜不能满足一些先进器件RC delay的要求的问题，并且避免传统双应力薄膜工艺存在的交叠区域问题，从而防止因为交叠区域而造成良率的损失，工艺简单易实施。
图I为本发明一实施例的双应力薄膜的制造方法的流程示意图2至图10为本发明一实施例的双应力薄膜的制造方法过程中的器件剖面结构示意图。
具体实施方式
尽管下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应当理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有利效果。 因此，下列的描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛教导，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下列说明和权利要求书本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于，采用含氮气体沉积碳化硅薄膜，所述碳化硅薄膜为压应力薄膜，并采用碳氢化合物对所述碳化硅薄膜进行远程等离子体处理，减少了碳化硅薄膜中的氮的含量，避免后续光刻工艺中光阻失效而导致曝光效率的下降，从而影响最终应力目标值和均匀性的风险；同时，利用UV光照射碳化硅薄膜，经过UV光照射的碳化硅薄膜从压应力薄膜转变成拉应力薄膜，解决了氮化硅薄膜双应力薄膜不能满足一些先进器件RC delay的要求的问题，并且避免传统双应力薄膜工艺存在的交叠区域问题，从而防止因为交叠区域而造成良率的损失，工艺简单易实施。
如图I所示，本发明一实施例的双应力薄膜的制造方法，包括如下步骤
步骤SI :提供一具有第一区域和第二区域的衬底；
如图2所示，首先，提供包括第一区域IOOa和第二区域IOOb的衬底100，所述第一区域IOOa上形成有第一栅极111以及围绕所述第一栅极111的第一侧墙121，所述第二区域IOOb上形成有第二栅极112以及围绕所述第二栅极112的第二侧墙122。所述衬底100 包含但不限于包括半导体元素的硅材料，例如单晶、多晶或非晶结构的硅或硅锗(SiGe)，也可以是绝缘体上硅(SOI)。所述第一区域IOOa用以形成PMOS晶体管，所述第二区域IOOb 用以形成NMOS晶体管。所述衬底100中还可以形成有掺杂阱，其中，所述掺杂阱可利用离子注入工艺完成，所述P型或N型的掺杂阱用于形成NMOS或PMOS的导电沟道。以NMOS为例，所述掺杂阱是P型的，该掺杂阱未示出。所述第一区域IOOa上还形成有第一栅介质层 131，所述第二区域IOOb上还形成有第二栅介质层132，所述第一栅介质层131和第二栅介质层132包含氧化硅层或氮氧化硅层。所述第一侧墙121和第二侧墙122包含氧化硅层、 氮氧化硅层及/或氮化硅层。此外，所述衬底100中还形成有浅沟槽隔离结构200。
步骤S2 :采用含氮气体沉积碳化硅薄膜，所述碳化硅薄膜为压应力薄膜，并采用碳氢化合物对所述碳化硅薄膜进行远程等离子体处理；
如图3所示，本实施例中，所述碳化硅薄膜的介电常数(K)可以为4飞，优选介电常数为5的碳化硅薄膜。可利用等离子体增强化学气相沉积工艺(PECVD)形成所述预设厚度的碳化硅薄膜，其中，所述等离子体增强化学气相沉积工艺的工艺条件例如为反应腔压力在2 IOtorr之间，射频功率在50(Tl500w之间，温度在30(T40(TC之间。所述等离子体增强化学气相沉积工艺的反应气体为3MS (三甲基硅烷)和NH3,或者为4MS (四甲基硅烷)和 NH3。此步骤中还可采用氦气(He)作为反应的保护气体，以保证反应顺利进行，不被空气当中的氧气干扰。可知，由于碳化硅沉积过程中使用了 NH3等含氮的反应气体，因此碳化硅薄膜中不可避免的存在氮元素(游离氮)。
接着，如图4所示，采用碳氢化合物对碳化硅薄膜进行远程等离子体处理，碳化硅薄膜中的氮元素与碳氢化合物产生的等离子体发生反应，从而显著的减少了碳化硅薄膜中的游离氮的含量，防止游离氮污染后续形成的光阻层，避免了光阻层氮中毒，从而确保以所述光阻层为 掩膜的工艺顺利进行；相比于原位等离子体处理，远程等离子体处理，即，等离子体是腔外产生然后通过管路通入腔内，对被处理的碳化硅薄膜表面几乎没有任何损伤， 因而最后形成的碳化硅薄膜的品质没有任何的变差，不影响后续的蚀刻、湿法清洗等工艺， 并可延长腔体内一些部件的使用寿命。其中，所述碳氢化合物为分子式为CxHy成份的气体， X、I为大于或等于I的自然数，本实施例中，所述碳氢化合物选自于ch4、C2H4, C3H6, C3H8中的一种或至少两种的混合物，此外，还可选用氢气与所述碳氢化合物共同对所述碳化硅薄膜进行等离子体处理，CxHy的流量在10(Tl0000sccm之间，氢气的流量在100(T500000sccm 之间，反应腔压力在2 10Torr之间，射频功率在5(T1000W之间。需要说明的是，所述碳氢化合物的反应气体的选择并不限于上述具体气体，其不能够用于限定本发明，具体碳氢成分的反应气体的选择可根据实际工艺来确定。
步骤S3 :在所述第一区域的碳化硅薄膜上覆盖光阻层；
如图5所示，采用传统方法在所述第一区域IOOa的碳化硅薄膜上覆盖光阻层 150a，所述光阻层150a用以遮挡所述第一区域IOOa的碳化硅薄膜不受后续的步骤影响，所述光阻层150a的厚度可根据工艺需要来进行调整。
步骤S4 :利用UV光照射所述第二区域的碳化硅薄膜，使所述第二区域的碳化硅薄膜转变为拉应力薄膜；
如图6所示，利用UV光照射所述第二区域IOOb的碳化硅薄膜，经本申请发明人反复实验和长期研究发现，经过UV光照射后，原本具有压应力的碳化硅薄膜转变为拉应力薄膜，也就是说，经过照射后，碳化硅薄膜转变为拉应力薄膜，为描述方便，后续将经过UV光照射的碳化硅薄膜记为碳化硅薄膜140’。在本实施例中，初始的碳化硅薄膜140的压应力在30(T400MPa之间，经过UV光照射后的碳化硅薄膜140’的拉应力为60(T800MPa之间。采用业界通用机台来进行UV光照射，其中所述UV光具有17(T300nm的波长，UV光照射的时间在Γ8分钟之间，UV光强度(照度)可以在1%至100%的范围内改变，反应腔压力在3 10Torr 之间，并且根据实际的应力变化情况进行控制。
步骤S5 :去除所述第一区域的碳化硅薄膜上的光阻层；
如图7所示，经过步骤S4后，即可利用传统的方法去除第一区域IOOa的碳化硅薄膜上的光阻层150a。
步骤S6 :在所述第二区域的碳化硅薄膜上覆盖光阻层；
如图8所示，采用传统方法在所述第二区域IOOb的碳化硅薄膜上覆盖光阻层 150b，所述光阻层150b用以遮挡所述第二区域IOOb的碳化硅薄膜不受后续的步骤影响，所述光阻层150b的厚度可根据工艺需要来进行调整。
步骤S7 :利用惰性气体等离子体处理所述第一区域的碳化硅薄膜；
如图9和图10所示,利用惰性气体等离子体处理所述第一区域IOOa的碳化娃薄膜140，所述惰性气体例如是氩离子，经本申请发明人反复实验和长期研究发现，通过此步骤可以提高所述碳化硅薄膜140的压应力，从而获得较高压应力状态的碳化硅薄膜。为描述方便，后续将经过惰性气体等离子体处理的碳化硅薄膜记为碳化硅薄膜140’’。所述第一区域的碳化硅薄膜140’ ’的压应力在2. (Γ3. 7GPa之间。本实施例中，进行惰性气体等离子体处理的时间在3飞分钟之间，惰性气体的流量在100(T6000sccm之间，反应腔压力在 Γ5Τογγ之间，射频功率在5CT200W之间。
步骤S8 :去除所述第二区域的碳化硅薄膜上的光阻层；
如图10所示，最后，即可利用传统的方法去除第二区域IOOb的碳化硅薄膜上的光阻层150b，如此，即可同时获得具有较高拉应力和较高压应力的双应力薄膜(碳化硅薄膜 140，、140，，)。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种双应力薄膜的制造方法，包括 提供一具有第一区域和第二区域的衬底； 采用含氮气体沉积碳化硅薄膜，所述碳化硅薄膜为压应力薄膜，并采用碳氢化合物对所述碳化硅薄膜进行远程等离子体处理； 在所述第一区域的碳化硅薄膜上覆盖光阻层； 利用UV光照射所述第二区域的碳化硅薄膜，使所述第二区域的碳化硅薄膜转变为拉应力薄膜； 去除所述第一区域的碳化硅薄膜上的光阻层。
2.如权利要求I所述的双应力薄膜的制造方法，其特征在于，所述碳化硅薄膜的厚度在100 IOOO埃之间。
3.如权利要求I所述的双应力薄膜的制造方法，其特征在于，利用UV光照射所述第二区域的碳化硅薄膜前，所述碳化硅薄膜的压应力在30(T400MPa之间。
4.如权利要求I所述的双应力薄膜的制造方法，其特征在于，利用UV光照射所述第二区域的碳化硅薄膜后，所述第二区域的碳化硅薄膜的拉应力在60(T800MPa之间。
5.如权利要求I所述的双应力薄膜的制造方法，其特征在于，去除所述第一区域的碳化硅薄膜上的光阻层之后，还包括 在所述第二区域的碳化硅薄膜上覆盖光阻层； 利用惰性气体等离子体处理所述第一区域的碳化硅薄膜； 去除所述第二区域的碳化硅薄膜上的光阻层。
6.如权利要求5所述的双应力薄膜的制造方法，其特征在于，利用惰性气体等离子体处理所述第一区域的碳化硅薄膜后，所述第一区域的碳化硅薄膜的压应力在2. (Γ3. 7GPa之间。
7.如权利要求I所述的双应力薄膜的制造方法，其特征在于，所述碳化硅薄膜的介电常数为4 6。
8.如权利要求I所述的双应力薄膜的制造方法，其特征在于，所述第一区域用以形成PMOS晶体管，所述第二区域用以形成NMOS晶体管。
9.一种半导体器件，利用权利要求广8中任意一项的双应力薄膜的制造方法获得，包括 具有第一区域和第二区域的衬底； 形成于所述衬底上的碳化硅薄膜，所述第一区域上的碳化硅薄膜为压应力薄膜，所述第二区域上的碳化硅薄膜为拉应力薄膜。
全文摘要
本发明公开了一种双应力薄膜的制造方法以及半导体器件，采用含氮气体沉积碳化硅薄膜，所述碳化硅薄膜为压应力薄膜，并采用碳氢化合物对所述碳化硅薄膜进行远程等离子体处理，减少了碳化硅薄膜中的氮的含量，避免后续光刻工艺中光阻失效而导致曝光效率的下降，从而影响最终应力目标值和均匀性的风险；同时，利用UV光照射碳化硅薄膜，经过UV光照射的碳化硅薄膜从压应力薄膜转变成拉应力薄膜，解决了氮化硅薄膜双应力薄膜不能满足一些先进器件RC delay的要求的问题，并且避免传统双应力薄膜工艺存在的交叠区域问题，从而防止因为交叠区域而造成良率的损失，工艺简单易实施。
文档编号H01L21/3105GK102931072SQ20121045174
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月12日 优先权日2012年11月12日
发明者张文广, 陈玉文 申请人:上海华力微电子有限公司
技术领域：
本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种双应力薄膜的制造方法以及半导体器件。
背景技术：
随着CMOS半导体器件工艺的发展以及按比例尺寸缩小，应力工程在半导体工艺和器件性能方面起到越来越大的作用；CM0S器件中引入应力，主要是为了提高器件载流子迁移率，在CMOS器件沟道方向(longitudinal)上张应力对NMOS电子迁移率有益，而压应力对PMOS空穴迁移率有益，在沟道宽度方向(transverse)上的张应力对NMOS和PMOS器件的载流子迁移率均有益，而在垂直沟道平面方向(out-of-plane)的压应力对NMOS器件电子迁移率有益，张应力则对PMOS器件空穴迁移率有益。
应力记忆效应(SMT,Stress memorization technique)是一种 CMOS 工艺中引入应力的方法，通常其工艺流程为在器件源/漏注入之后，沉积一层氮化硅薄膜保护层 (cap layer)，紧接着进行源/漏退火，在源/漏退火过程中，会产生氮化硅薄膜保护层 、多晶硅栅以及侧墙之间的热应力和内应力效应，这些应力会被记忆在多晶硅栅之中，在多晶娃中沿垂直沟道平面方向(out-of-plane)会产生张应力，而沟道方向(longitudinal)会产生压应力；在接下来的工艺中，氮化硅薄膜保护层被刻蚀掉，但记忆在多晶硅栅中的应力，仍然会传导到CMOS半导体器件的沟道之中，传导到沟道中的应力为垂直沟道平面方向 (out-of-plane)的压应力以及沟道方向(longitudinal)上的张应力，由上述应力对CMOS 器件载流子迁移率的影响可以得出，这样的应力效果对提高NMOS器件电子迁移率有益，可提高NMOS器件性能。
应变娃技术(Stain silicon)集成工艺在45纳米节点开始已经得到大范围的应用。特别对于金属前介质沉积工艺段内(PMD loop),双应力薄膜(Dual Stress Liner)成为必选项，用来提高器件速度。目前业界选择氮化硅薄膜作为双应力薄膜，但是氮化硅薄膜介电常数较高(一般为7.0左右)，越来越不能满足一些先进器件对电阻电容延迟(RC delay) 的要求，即，满足不了器件速度的要求；而且就目前工艺集成来说，不同应力薄膜的交叠区域处理是一个难点，很容易因为交叠区域而造成良率的损失。因此，急需找到一种不会降低器件速度的低介电常数薄膜作为双应力薄膜，并且和现有工艺兼容，并且不产生工艺缺陷的工艺方法。目前对于交叠的问题，主要通过干法刻蚀工艺的调整或者在版图设计时候加以考虑，以尽量减少对良率的影响，但是增加了工艺控制的难度。并且上述方法都不能彻底有效地解决问题。
此外，由于碳化硅沉积过程中通常都使用了 NH3等含氮的反应气体，因此碳化硅薄膜中不可避免的存在氮元素(游离氮)，游离氮溢出与光阻层发生反应，使所述光阻层氮中毒，进而影响后续工艺的顺利进行。发明内容3
本发明提供一种双应力薄膜的制造方法，减少了碳化硅薄膜中的氮的含量，避免后续光刻工艺中光阻失效而导致曝光效率的下降，从而影响最终应力目标值和均匀性的风险，并可避免传统双应力薄膜(Dual Stress Liner)工艺存在的交叠区域问题,从而解决因为交叠区域而造成良率损失的问题，工艺简单易实施。
为解决上述技术问题，本发明提供一种双应力薄膜的制造方法，包括
提供一具有第一区域和第二区域的衬底；
采用含氮气体沉积碳化硅薄膜，所述碳化硅薄膜为压应力薄膜，并采用碳氢化合物对所述碳化硅薄膜进行远程等离子体处理；
在所述第一区域的碳化硅薄膜上覆盖光阻层；
利用UV光照射所述第二区域的碳化硅薄膜，使所述第二区域的碳化硅薄膜转变为拉应力薄 膜；
去除所述第一区域的碳化硅薄膜上的光阻层。
可选的，在所述的双应力薄膜的制造方法中，所述碳化硅薄膜的厚度在IOiTlOOO 埃之间。
可选的，在所述的双应力薄膜的制造方法中，利用UV光照射所述第二区域的碳化硅薄膜前，所述碳化硅薄膜的压应力在30(T400MPa之间。
可选的，在所述的双应力薄膜的制造方法中，利用UV光照射所述第二区域的碳化硅薄膜后，所述第二区域的碳化硅薄膜的拉应力在60(T800MPa之间。
可选的，在所述的双应力薄膜的制造方法中，去除所述第一区域的碳化硅薄膜上的光阻层之后，还包括
在所述第二区域的碳化硅薄膜上覆盖光阻层；
利用惰性气体等离子体处理所述第一区域的碳化硅薄膜；
去除所述第二区域的碳化硅薄膜上的光阻层。
可选的，在所述的双应力薄膜的制造方法中，利用惰性气体等离子体处理所述第一区域的碳化硅薄膜后，所述第一区域的碳化硅薄膜的压应力在2. (Γ3. 7GPa之间。
可选的，在所述的双应力薄膜的制造方法中，所述碳化硅薄膜的介电常数为4飞。
可选的，在所述的双应力薄膜的制造方法中，所述第一区域用以形成PMOS晶体管，所述第二区域用以形成NMOS晶体管。
本发明还提供一种半导体器件，利用上述双应力薄膜的制造方法获得，包括具有第一区域和第二区域的衬底；以及形成于所述衬底上的碳化硅薄膜，所述第一区域上的碳化硅薄膜为压应力薄膜，所述第二区域上的碳化硅薄膜为拉应力薄膜。
与现有技术相比，采用含氮气体沉积碳化硅薄膜，所述碳化硅薄膜为压应力薄膜， 并采用碳氢化合物对所述碳化硅薄膜进行远程等离子体处理，减少了碳化硅薄膜中的氮的含量，避免后续光刻工艺中光阻失效而导致曝光效率的下降，从而影响最终应力目标值和均匀性的风险；并且，相比于原位等离子体处理，远程等离子体处理(等离子体是腔外产生然后通过管路通入腔内)对被处理的碳化硅薄膜表面几乎没有任何损伤，因而最后形成的碳化硅薄膜的品质没有任何的变差，不影响后续的蚀刻、湿法清洗等工艺，并可延长腔体内一些部件的使用寿命。此外，本发明利用UV光照射碳化硅薄膜，经过UV光照射的碳化硅薄膜从压应力薄膜转变成拉应力薄膜，解决了氮化硅薄膜双应力薄膜不能满足一些先进器件RC delay的要求的问题，并且避免传统双应力薄膜工艺存在的交叠区域问题，从而防止因为交叠区域而造成良率的损失，工艺简单易实施。
图I为本发明一实施例的双应力薄膜的制造方法的流程示意图2至图10为本发明一实施例的双应力薄膜的制造方法过程中的器件剖面结构示意图。
具体实施方式
尽管下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应当理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有利效果。 因此，下列的描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛教导，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下列说明和权利要求书本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于，采用含氮气体沉积碳化硅薄膜，所述碳化硅薄膜为压应力薄膜，并采用碳氢化合物对所述碳化硅薄膜进行远程等离子体处理，减少了碳化硅薄膜中的氮的含量，避免后续光刻工艺中光阻失效而导致曝光效率的下降，从而影响最终应力目标值和均匀性的风险；同时，利用UV光照射碳化硅薄膜，经过UV光照射的碳化硅薄膜从压应力薄膜转变成拉应力薄膜，解决了氮化硅薄膜双应力薄膜不能满足一些先进器件RC delay的要求的问题，并且避免传统双应力薄膜工艺存在的交叠区域问题，从而防止因为交叠区域而造成良率的损失，工艺简单易实施。
如图I所示，本发明一实施例的双应力薄膜的制造方法，包括如下步骤
步骤SI :提供一具有第一区域和第二区域的衬底；
如图2所示，首先，提供包括第一区域IOOa和第二区域IOOb的衬底100，所述第一区域IOOa上形成有第一栅极111以及围绕所述第一栅极111的第一侧墙121，所述第二区域IOOb上形成有第二栅极112以及围绕所述第二栅极112的第二侧墙122。所述衬底100 包含但不限于包括半导体元素的硅材料，例如单晶、多晶或非晶结构的硅或硅锗(SiGe)，也可以是绝缘体上硅(SOI)。所述第一区域IOOa用以形成PMOS晶体管，所述第二区域IOOb 用以形成NMOS晶体管。所述衬底100中还可以形成有掺杂阱，其中，所述掺杂阱可利用离子注入工艺完成，所述P型或N型的掺杂阱用于形成NMOS或PMOS的导电沟道。以NMOS为例，所述掺杂阱是P型的，该掺杂阱未示出。所述第一区域IOOa上还形成有第一栅介质层 131，所述第二区域IOOb上还形成有第二栅介质层132，所述第一栅介质层131和第二栅介质层132包含氧化硅层或氮氧化硅层。所述第一侧墙121和第二侧墙122包含氧化硅层、 氮氧化硅层及/或氮化硅层。此外，所述衬底100中还形成有浅沟槽隔离结构200。
步骤S2 :采用含氮气体沉积碳化硅薄膜，所述碳化硅薄膜为压应力薄膜，并采用碳氢化合物对所述碳化硅薄膜进行远程等离子体处理；
如图3所示，本实施例中，所述碳化硅薄膜的介电常数(K)可以为4飞，优选介电常数为5的碳化硅薄膜。可利用等离子体增强化学气相沉积工艺(PECVD)形成所述预设厚度的碳化硅薄膜，其中，所述等离子体增强化学气相沉积工艺的工艺条件例如为反应腔压力在2 IOtorr之间，射频功率在50(Tl500w之间，温度在30(T40(TC之间。所述等离子体增强化学气相沉积工艺的反应气体为3MS (三甲基硅烷)和NH3,或者为4MS (四甲基硅烷)和 NH3。此步骤中还可采用氦气(He)作为反应的保护气体，以保证反应顺利进行，不被空气当中的氧气干扰。可知，由于碳化硅沉积过程中使用了 NH3等含氮的反应气体，因此碳化硅薄膜中不可避免的存在氮元素(游离氮)。
接着，如图4所示，采用碳氢化合物对碳化硅薄膜进行远程等离子体处理，碳化硅薄膜中的氮元素与碳氢化合物产生的等离子体发生反应，从而显著的减少了碳化硅薄膜中的游离氮的含量，防止游离氮污染后续形成的光阻层，避免了光阻层氮中毒，从而确保以所述光阻层为 掩膜的工艺顺利进行；相比于原位等离子体处理，远程等离子体处理，即，等离子体是腔外产生然后通过管路通入腔内，对被处理的碳化硅薄膜表面几乎没有任何损伤， 因而最后形成的碳化硅薄膜的品质没有任何的变差，不影响后续的蚀刻、湿法清洗等工艺， 并可延长腔体内一些部件的使用寿命。其中，所述碳氢化合物为分子式为CxHy成份的气体， X、I为大于或等于I的自然数，本实施例中，所述碳氢化合物选自于ch4、C2H4, C3H6, C3H8中的一种或至少两种的混合物，此外，还可选用氢气与所述碳氢化合物共同对所述碳化硅薄膜进行等离子体处理，CxHy的流量在10(Tl0000sccm之间，氢气的流量在100(T500000sccm 之间，反应腔压力在2 10Torr之间，射频功率在5(T1000W之间。需要说明的是，所述碳氢化合物的反应气体的选择并不限于上述具体气体，其不能够用于限定本发明，具体碳氢成分的反应气体的选择可根据实际工艺来确定。
步骤S3 :在所述第一区域的碳化硅薄膜上覆盖光阻层；
如图5所示，采用传统方法在所述第一区域IOOa的碳化硅薄膜上覆盖光阻层 150a，所述光阻层150a用以遮挡所述第一区域IOOa的碳化硅薄膜不受后续的步骤影响，所述光阻层150a的厚度可根据工艺需要来进行调整。
步骤S4 :利用UV光照射所述第二区域的碳化硅薄膜，使所述第二区域的碳化硅薄膜转变为拉应力薄膜；
如图6所示，利用UV光照射所述第二区域IOOb的碳化硅薄膜，经本申请发明人反复实验和长期研究发现，经过UV光照射后，原本具有压应力的碳化硅薄膜转变为拉应力薄膜，也就是说，经过照射后，碳化硅薄膜转变为拉应力薄膜，为描述方便，后续将经过UV光照射的碳化硅薄膜记为碳化硅薄膜140’。在本实施例中，初始的碳化硅薄膜140的压应力在30(T400MPa之间，经过UV光照射后的碳化硅薄膜140’的拉应力为60(T800MPa之间。采用业界通用机台来进行UV光照射，其中所述UV光具有17(T300nm的波长，UV光照射的时间在Γ8分钟之间，UV光强度(照度)可以在1%至100%的范围内改变，反应腔压力在3 10Torr 之间，并且根据实际的应力变化情况进行控制。
步骤S5 :去除所述第一区域的碳化硅薄膜上的光阻层；
如图7所示，经过步骤S4后，即可利用传统的方法去除第一区域IOOa的碳化硅薄膜上的光阻层150a。
步骤S6 :在所述第二区域的碳化硅薄膜上覆盖光阻层；
如图8所示，采用传统方法在所述第二区域IOOb的碳化硅薄膜上覆盖光阻层 150b，所述光阻层150b用以遮挡所述第二区域IOOb的碳化硅薄膜不受后续的步骤影响，所述光阻层150b的厚度可根据工艺需要来进行调整。
步骤S7 :利用惰性气体等离子体处理所述第一区域的碳化硅薄膜；
如图9和图10所示,利用惰性气体等离子体处理所述第一区域IOOa的碳化娃薄膜140，所述惰性气体例如是氩离子，经本申请发明人反复实验和长期研究发现，通过此步骤可以提高所述碳化硅薄膜140的压应力，从而获得较高压应力状态的碳化硅薄膜。为描述方便，后续将经过惰性气体等离子体处理的碳化硅薄膜记为碳化硅薄膜140’’。所述第一区域的碳化硅薄膜140’ ’的压应力在2. (Γ3. 7GPa之间。本实施例中，进行惰性气体等离子体处理的时间在3飞分钟之间，惰性气体的流量在100(T6000sccm之间，反应腔压力在 Γ5Τογγ之间，射频功率在5CT200W之间。
步骤S8 :去除所述第二区域的碳化硅薄膜上的光阻层；
如图10所示，最后，即可利用传统的方法去除第二区域IOOb的碳化硅薄膜上的光阻层150b，如此，即可同时获得具有较高拉应力和较高压应力的双应力薄膜(碳化硅薄膜 140，、140，，)。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种双应力薄膜的制造方法，包括 提供一具有第一区域和第二区域的衬底； 采用含氮气体沉积碳化硅薄膜，所述碳化硅薄膜为压应力薄膜，并采用碳氢化合物对所述碳化硅薄膜进行远程等离子体处理； 在所述第一区域的碳化硅薄膜上覆盖光阻层； 利用UV光照射所述第二区域的碳化硅薄膜，使所述第二区域的碳化硅薄膜转变为拉应力薄膜； 去除所述第一区域的碳化硅薄膜上的光阻层。
2.如权利要求I所述的双应力薄膜的制造方法，其特征在于，所述碳化硅薄膜的厚度在100 IOOO埃之间。
3.如权利要求I所述的双应力薄膜的制造方法，其特征在于，利用UV光照射所述第二区域的碳化硅薄膜前，所述碳化硅薄膜的压应力在30(T400MPa之间。
4.如权利要求I所述的双应力薄膜的制造方法，其特征在于，利用UV光照射所述第二区域的碳化硅薄膜后，所述第二区域的碳化硅薄膜的拉应力在60(T800MPa之间。
5.如权利要求I所述的双应力薄膜的制造方法，其特征在于，去除所述第一区域的碳化硅薄膜上的光阻层之后，还包括 在所述第二区域的碳化硅薄膜上覆盖光阻层； 利用惰性气体等离子体处理所述第一区域的碳化硅薄膜； 去除所述第二区域的碳化硅薄膜上的光阻层。
6.如权利要求5所述的双应力薄膜的制造方法，其特征在于，利用惰性气体等离子体处理所述第一区域的碳化硅薄膜后，所述第一区域的碳化硅薄膜的压应力在2. (Γ3. 7GPa之间。
7.如权利要求I所述的双应力薄膜的制造方法，其特征在于，所述碳化硅薄膜的介电常数为4 6。
8.如权利要求I所述的双应力薄膜的制造方法，其特征在于，所述第一区域用以形成PMOS晶体管，所述第二区域用以形成NMOS晶体管。
9.一种半导体器件，利用权利要求广8中任意一项的双应力薄膜的制造方法获得，包括 具有第一区域和第二区域的衬底； 形成于所述衬底上的碳化硅薄膜，所述第一区域上的碳化硅薄膜为压应力薄膜，所述第二区域上的碳化硅薄膜为拉应力薄膜。
全文摘要
本发明公开了一种双应力薄膜的制造方法以及半导体器件，采用含氮气体沉积碳化硅薄膜，所述碳化硅薄膜为压应力薄膜，并采用碳氢化合物对所述碳化硅薄膜进行远程等离子体处理，减少了碳化硅薄膜中的氮的含量，避免后续光刻工艺中光阻失效而导致曝光效率的下降，从而影响最终应力目标值和均匀性的风险；同时，利用UV光照射碳化硅薄膜，经过UV光照射的碳化硅薄膜从压应力薄膜转变成拉应力薄膜，解决了氮化硅薄膜双应力薄膜不能满足一些先进器件RC delay的要求的问题，并且避免传统双应力薄膜工艺存在的交叠区域问题，从而防止因为交叠区域而造成良率的损失，工艺简单易实施。
文档编号H01L21/3105GK102931072SQ20121045174
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月12日 优先权日2012年11月12日
发明者张文广, 陈玉文 申请人:上海华力微电子有限公司
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