專利名稱：互補型金屬氧化物半導體結(jié)構的形成方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造技術領域，特別涉及一種互補型金屬氧化物半導體結(jié)構的 形成方法。
背景技術：
目前，在制造半導體器件時，可使用氮化硅在晶體管溝道中引發(fā)應力，從而調(diào)節(jié)溝 道中載流子遷移率?；パa型金屬氧化物半導體(ComplementaryMetal-Oxide-kmiconduct or, CMOS)結(jié)構包括匪OS結(jié)構和PMOS結(jié)構，對于CMOS結(jié)構來說，需要在匪OS結(jié)構上沉積 具有張應力(tensile stress)的氮化硅層，在PMOS結(jié)構上沉積具有壓應力(compressive stress)的氮化硅層，以確保NMOS結(jié)構和PMOS結(jié)構的溝道中載流子具有相同的遷移率?，F(xiàn)有技術中CMOS結(jié)構的制作方法，結(jié)合其具體剖面結(jié)構示意圖，圖Ia至圖If進 行說明。請參閱圖la，提供一半導體襯底100，在該半導體襯底100上形成半導體器件的有 源區(qū)和隔離區(qū)。通過在半導體襯底100中注入雜質(zhì)離子形成阱結(jié)構11，定義有源區(qū)；在阱 結(jié)構11之間制作淺溝槽隔離區(qū)(STI) 12。其中，N阱結(jié)構用以制作PMOS結(jié)構，注入雜質(zhì)離 子為磷或砷；P阱結(jié)構用以制作NMOS結(jié)構，注入雜質(zhì)離子為硼或銦。在半導體襯底100上依次生長柵氧化層101和沉積多晶硅層102，然后對多晶硅層 102進行刻蝕，形成多晶硅柵極。其中位于STI12上的多晶硅柵極直接與STI12接觸。接下來在柵極兩側(cè)形成側(cè)壁層103，具體為可以通過化學氣相沉積(CVD)方法在 柵極表面及柵氧化層表面淀積一層氧化硅，然后刻蝕形成側(cè)壁層103，厚度約為幾十納米。以柵極和側(cè)壁層103為屏蔽，進行有源區(qū)注入步驟，以形成源極和漏極104。其中， 由于PMOS結(jié)構用空穴作為多數(shù)載流子，所以PMOS結(jié)構的源極和漏極為P型，注入的離子為 硼或銦；而NMOS結(jié)構用電子作為多數(shù)載流子，所以NMOS結(jié)構的源極和漏極為N型，注入的 離子為磷或砷。實施硅化物工藝(silicide process)，就是沉積鎳(Ni)、鈦(Ti)或者鈷(Co)等 任一種金屬，由于這些金屬可以與硅反應，但是不會與硅氧化物如二氧化硅(SiO2)、硅氮化 物如氮化硅(Si3N4)或者是硅氮氧化物(SiON)等反應，所以該工藝只會在露出的多晶硅柵 極表面或者半導體襯底100表面，硅與沉積的金屬反應形成硅化物層105。上述結(jié)構以STI12為界，將形成PMOS結(jié)構的左側(cè)區(qū)域定義為第一區(qū)域，將形成 NMOS結(jié)構的右側(cè)區(qū)域定義為第二區(qū)域。請參閱圖lb，在上述區(qū)域的表面沉積具有tensile stress的氮化硅層106，接 著在具有tensile stress的氮化硅層106的表面沉積硬掩膜氧化層(HardMask Oxide, ΗΜ0) 107，然后在HM0107的表面涂布光阻膠層108，并曝光顯影圖案化該光阻膠層108，使得 圖案化的光阻膠層108的開口顯露出第一區(qū)域上的HM0107，但覆蓋第二區(qū)域上的HM0107。請參閱圖lc，以圖案化的光阻膠層108為掩膜，對顯露出的第一區(qū)域上的HM0107 進行刻蝕。由于HM0107與具有tensile stress的氮化硅層106在刻蝕時具有很高的選擇比，所以刻蝕在具有tensile stress的氮化硅層106終止。接著采用光阻膠灰化(ashing) 的方法，將光阻膠干法刻蝕去除。這時，第二區(qū)域上的HM0107由于之前有圖案化的光阻 膠層108的覆蓋，所以仍然保留，以第二區(qū)域上的HM0107為硬掩膜，對第一區(qū)域上的具有 tensile stress的氮化硅層106進行去除。其中，HM0107的材料為氧化硅層，采用化學氣相沉積的方法形成，例如采用正硅酸 乙酯-臭氧方法進行等離子增強方式(Plasma EnhancedTEOS, PETE0S)的沉積，或者等離子 增強型化學氣相沉積(PECVD)，或者深高寬比的亞大氣壓制程化學氣相沉積(HARP-CVD)。 HM0107的主要作用在于作為刻蝕具有tensile stress的氮化硅層106的硬掩膜，否則 如果將HM0107和具有tensile stress的氮化硅層106都刻蝕完成之后，再去除光阻膠層 108，這時下層的硅化物層105在氮化硅層106剝離之后就顯露出來，而灰化去除光阻膠層 108的時候是需要氧氣進行去除的，氧氣與硅化物層105 —旦接觸，就會將硅化物層105氧 化，這是制程中所不允許的。所以在將HM0107去除之后，需要先將光阻膠層108去除，再去 除具有tensilestress的氮化硅層106。請參閱圖ld，在第二區(qū)域上的HM0107的表面以及第一區(qū)域的表面沉積具有 compressive stress的氮化娃層109,接著在所述具有compressive stress的氮化娃層 109表面涂布第二光阻膠層110，并曝光顯影圖案化該第二光阻膠層110，使得圖案化的第 二光阻膠層Iio的開口顯露出第二區(qū)域上的具有compressive stress的氮化硅層109，同 時覆蓋第一區(qū)域上的具有compressivestress的氮化硅層109。請參閱圖le，以圖案化的第二光阻膠層110為掩膜，對顯露出的第二區(qū)域上具有 compressive stress的氮化硅層109進行刻蝕，以下層的HM0107作為蝕刻的停止層，并保 留剩余部分的HM0107。然后去除第二光阻膠層110。請參閱圖If，在上述結(jié)構基礎上形成層間介質(zhì)層(ILD) 111。ILD的成分也為氧化 硅。圖If中所示ILDlll為第一層ILD。后續(xù)會在該ILD上形成連接孔112，連接孔中有導 電金屬填充，與有源區(qū)電性連接。需要注意的是，在以第二區(qū)域上的HM0107為硬掩膜，對第一區(qū)域上的具有 tensile stress的氮化硅層106進行去除時，雖然HM0107與具有tensilestress的氮化硅 層106在刻蝕時具有很高的選擇比，但完全不對第二區(qū)域上的HM0107進行刻蝕，只是一種 理想狀況，除非選擇比能夠達到非常高的要求。所以此時第二區(qū)域上的HM0107會有一些損 耗(loss) ο另外，以圖案化的第二光阻膠層110為掩膜，對顯露出的第二區(qū)域上具有 compressive stress的氮化硅層109進行刻蝕時，雖然以下層的HM0107作為蝕刻的停止 層，但下層的HM0107仍然會被刻蝕掉一部分，出現(xiàn)與上述類似的第二區(qū)域上的HM0107損耗 問題。如果第二區(qū)域上的HM0107在兩個過程中都損耗的比較嚴重，那么在刻蝕第二區(qū)域上 具有compressivestress的氮化硅層109的速率非常快的情況下，非常容易將第二區(qū)域上 HM0107下層的具有tensile stress的氮化硅層106刻穿，從而導致第二區(qū)域上的NMOS結(jié) 構也遭受刻蝕，出現(xiàn)所稱的穿通(punch through)問題。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明解決的技術問題是減少第二區(qū)域上HMO的損耗。
為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案具體是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明公開一種互補型金屬氧化物半導體結(jié)構的形成方法，該方法包括在半導體襯底上以淺溝槽隔離區(qū)為界，形成具有PMOS結(jié)構的第一區(qū)域和具有 NMOS結(jié)構的第二區(qū)域；在所述區(qū)域的表面依次沉積具有張應力tensile stress的氮化硅層和硬掩膜氧 化層HMO ；在所述HMO的表面涂布光阻膠層，并曝光顯影圖案化該光阻膠層，使得圖案化的 光阻膠層的開口顯露出第一區(qū)域上的ΗΜ0，同時覆蓋第二區(qū)域上的HMO ；以圖案化的光阻膠層為掩膜，對顯露出的第一區(qū)域上的HMO進行刻蝕；灰化去除 所述圖案化的光阻膠層的一部分；以剩余部分的光阻膠層和第二區(qū)域上的HMO為掩膜，對第一區(qū)域上具有tensile stress的氮化硅層進行去除，顯露出第一區(qū)域，而且所述剩余部分的光阻膠層消耗完畢。在去除第一區(qū)域上具有tensile stress的氮化硅層過程中所述剩余部分的光阻 膠層消耗完畢。在去除第一區(qū)域上具有tensile stress的氮化硅層步驟完成時，所述剩余部分的 光阻膠層消耗完畢。在所述HMO的表面涂布光阻膠層的厚度為3000 3400埃；去除所述圖案化的 光阻膠層的一部分之后，剩余部分的光阻膠層的厚度為500 800埃；第一區(qū)域上具有 tensile stress的氮化硅層的厚度為400 500埃。該方法在去除第一區(qū)域上具有tensile stress的氮化硅層之后，進一步包括濕法 清洗的步驟。所述濕法清洗采用濃硫酸。所述HMO的形成方法為正硅酸乙酯-臭氧方法進行等離子增強方式PETEOS的沉 積，或者等離子增強型化學氣相沉積PECVD，或者深高寬比的亞大氣壓制程化學氣相沉積 HARP-CVD。由上述的技術方案可見，本發(fā)明以第二區(qū)域上的HMO以及位于其上的部分光阻膠 層為硬掩膜，對第一區(qū)域上的具有tensile stress的氮化硅層進行去除，由于HMO有了部 分光阻膠層的遮擋，不至于使得HMO在去除具有tensile stress的氮化硅層時被同時嚴重 地損耗。而且所述的部分光阻膠層，在去除具有tensile stress的氮化硅層的過程中，或 者在去除第一區(qū)域上具有tensile stress的氮化硅層步驟完成時被消耗完畢，不存在殘留 的光阻膠層，否則的話，下層的硅化物層在氮化硅層剝離之后就顯露出來，而灰化去除光阻 膠層是需要氧氣進行去除的，氧氣與硅化物層一旦接觸，就會將硅化物層氧化，這是制程中 所不允許的。與現(xiàn)有技術相比，不再以單獨的HMO為掩膜，在HMO之上有了一層較薄光阻膠 層的保護，所以HMO的損耗大大降低，厚度均勻性明顯提高，從而有效減少了后續(xù)第二區(qū)域 上的NMOS結(jié)構被穿通的可能性，提高了產(chǎn)品的良率。
圖Ia至圖If為現(xiàn)有技術CMOS結(jié)構的具體制作過程的結(jié)構示意圖。圖2為本發(fā)明CMOS結(jié)構的制作方法的流程示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案、及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例， 對本發(fā)明進一步詳細說明?，F(xiàn)有技術中，在圖Ib中，沉積HM0107之后，對所沉積的HM0107的厚度進行測量， 稱為刻蝕之前的HMO厚度；然后在如圖Ic中，以第二區(qū)域上的HM0107為硬掩膜，對第一區(qū) 域上的具有tensile stress的氮化硅層106進行去除之后，對此時第二區(qū)域上的HM0107厚 度進行測量，稱為刻蝕之后的HMO厚度。測量方法可以采用在線(inline)光學測量方法， 也可以采用透射電子顯微鏡(TEM，Transmission Electron Microscope)的切片測量方法。 TEM的工作原理是將需檢測的樣片，放入TEM觀測室，以高壓加速的電子束照射樣片，將樣 片形貌放大，投影到屏幕上，照相，然后進行分析，這里就是利用TEM進行尺寸測量。本實施例以TEM測量方法為例，對晶圓上的13個晶粒(die)中的HMO刻蝕之前和 刻蝕之后的厚度分別進行測量，將刻蝕之前的HMO厚度表示為Tl，將刻蝕之后的HMO厚度表 示為T2，HMO厚度變化表示為Δ，單位都為埃。如表1所示。晶粒TlT2Δ
1359.6195.3-164.2
2357186.8-170.1
3363.3201.2-162.2
4364.6196.8-167.8
5351.2229.8-121.5
6345.6204.2-141.4
7349208.2-140.9
8354.9217.9-137
9353.1214.9-138.2
10358.6199.4-159.2
11360.6202.6-158
12363.2205.2-158
13364.6204.3-160.3
最大值364.6229.8-121.5
最小值345.6186.8-170.1
range194348.rU% 2. 70% 10. 50% -16. 00%表 1從表1可以看出，HMO厚度變化很大，也就是說以第二區(qū)域上的HM0107為硬掩膜， 對第一區(qū)域上的具有tensile stress的氮化硅層106進行去除時，HMO損耗比較嚴重。而 且，HMO在刻蝕之后的均勻性范圍(range)為43埃，均勻性指標為10. 5%，說明在以第 二區(qū)域上的HM0107為硬掩膜，對第一區(qū)域上的具有tensile stress的氮化硅層106進行 去除后，HMO的均勻性變得較差。range指的是刻蝕之后的最大值與最小值的差，是指 (刻蝕后最大值-刻蝕后最小值)/2倍平均值。
為了解決上述問題，本發(fā)明以第二區(qū)域上的HM0107以及位于其上的部分光阻膠 層為硬掩膜，對第一區(qū)域上的具有tensile stress的氮化硅層106進行去除，由于HMO有了 部分光阻膠層的遮擋，不至于使得HMO在去除具有tensile stress的氮化硅層106時被同 時嚴重地損耗。而且所述的部分光阻膠層，在去除具有tensile stress的氮化硅層106的 過程中，或者在去除第一區(qū)域上具有tensile stress的氮化硅層步驟完成時被消耗完畢， 不存在殘留的光阻膠層，否則的話，下層的硅化物層105在氮化硅層106剝離之后就顯露出 來，而灰化去除光阻膠層是需要氧氣進行去除的，氧氣與硅化物層105 —旦接觸，就會將硅 化物層105氧化，這是制程中所不允許的。本發(fā)明CMOS結(jié)構的制作方法的流程示意圖如圖2所示，其包括以下步驟步驟21、在半導體襯底上以淺溝槽隔離區(qū)為界，形成具有PMOS結(jié)構的第一區(qū)域和 具有NMOS結(jié)構的第二區(qū)域；步驟22、在所述區(qū)域的表面依次沉積具有張應力tensile stress的氮化硅層和 HMO ；步驟23、在HMO的表面涂布光阻膠層，并曝光顯影圖案化該光阻膠層，使得圖案化 的光阻膠層的開口顯露出第一區(qū)域上的ΗΜ0，同時覆蓋第二區(qū)域上的HMO ；步驟24、以圖案化的光阻膠層為掩膜，對顯露出的第一區(qū)域上的HMO進行刻蝕，然 后灰化去除上述圖案化的光阻膠層的一部分；步驟25、以剩余部分的光阻膠層和第二區(qū)域上的HMO為掩膜，對第一區(qū)域上具有 tensile stress的氮化硅層進行去除，顯露出第一區(qū)域，而且所述剩余部分的光阻膠層消 耗完畢。具體地，可以在去除第一區(qū)域上具有tensile stress的氮化硅層過程中，或者在 去除第一區(qū)域上具有tensile stress的氮化硅層步驟完成時，剩余部分的光阻膠層消耗完 畢。顯然，在去除第一區(qū)域上具有tensile stress的氮化硅層步驟完成時，剩余部分的光 阻膠層消耗完畢的情況下，為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，因為這樣HMO被光阻膠層保護的時間 最長，因而HMO的損耗也就最小。需要說明的是，在不同的制程中，第一區(qū)域上具有tensile stress的氮化硅層厚 度是不同的，所以在去除第一區(qū)域上具有tensile stress的氮化硅層時，能夠同時消耗剩 余部分光阻膠層的厚度也是不同的。在具體實施禮中，當?shù)谝粎^(qū)域上具有tensile stress 的氮化硅層的厚度為400 500埃時，在所述HMO的表面涂布光阻膠層的厚度為3000 3400埃；去除所述圖案化的光阻膠層的一部分之后，剩余部分的光阻膠層的厚度為500 800埃。這樣與現(xiàn)有技術相比，不再以單獨的HMO為掩膜，在HMO之上有了一層較薄光阻膠 層的保護，所以刻蝕具有tensile stress的氮化硅層時，就不會被損耗嚴重。此時，500 800埃的剩余的光阻膠層在去除具有tensile stress的氮化硅層的過程中，或者在去除第 一區(qū)域上具有tensile stress的氮化硅層步驟完成時被消耗完畢，不存在殘留的光阻膠 層，否則的話，下層的硅化物層105在氮化硅層106剝離之后就顯露出來，而灰化去除光阻 膠層是需要氧氣進行去除的，氧氣與硅化物層105 —旦接觸，就會將硅化物層105氧化，這 是制程中所不允許的。一般，為去除過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，例如聚合物(polymer)等，采用濃硫酸或者其 他酸溶液，在步驟25之后濕法清洗上述副產(chǎn)物。
通過本發(fā)明的方法，對第一區(qū)域上的具有tensile stress的氮化硅層106進行去除之后，得到的HMO損耗明顯降低，厚度均勻性明顯升高，具體數(shù)據(jù)如表2所示。表2為通過本發(fā)明的方法測量得到刻蝕前后HMO的厚度變化的數(shù)據(jù)表。同樣，本實施例以／EM測量方法為例，對晶圓上的13個die中的HMO刻蝕之前和刻蝕之后的厚度分別進行測量，將刻蝕之前的HMO厚度表示為Tl，將刻蝕之后的HMO厚度表示為／2，HMO厚度變化表示為厶，單位都為埃。
晶粒TlT2厶
l376．6277．1—99．5
2378．2273．9—104．2
3374．1269．6—104．5
4364．4256．4—108
5368．9275．3—93．6
6370．3275．8—94．5
7370．7275．2—95．6
8358257．2—100．8
9357．1259．1—97．9
10377277．3—99．7
l l376．4276．7—99．8
12366．1258—108．1
13368．9268．5—100．4
最大值378．2 277．3 —93．6
最小值357．1 256．4 —108．1
range 21．120．914．5
U％2．90％ 3．90％ 一7．20％
表2
從表2可以看出，[9／i0厚度變化明顯變小，也就是說[9／i0損耗比較小。而且，[9／i0在刻蝕之后的range為20．9埃，U％為3．9％，與原來的range為43埃，U％為lo．5％相比，說明HMO的均勻性也明顯提高。
從現(xiàn)有技術中可以得知，IM?？赡艹霈F(xiàn)兩次loss，一次為以第二區(qū)域上的HMO為硬掩膜，對第一區(qū)域上的具有tensile stress的氮化硅層進行去除時；一次為以圖案化的第二光阻膠層為掩膜，對顯露出的第二區(qū)域上具有compressive stress的氮化硅層進行刻蝕時，下層的[9／i0作為蝕刻停止層。本發(fā)明的技術方案主要在于減少[9／i0在上述第一種情況下的loss，同時提高了HMO的厚度均勻性，這樣HMO雖然在第二種情況下會有損耗，但由于已經(jīng)克服了第一種情況下出現(xiàn)的問題，所以大大減少了第二區(qū)域上的NMOS結(jié)構被穿通的可能性，提高了產(chǎn)品的良率。
需要說明的是，在本發(fā)明實施例中定義PMOS結(jié)構和NMOS結(jié)構的位置時，將PMOS結(jié)構定義在左側(cè)，NMOS結(jié)構定義在右側(cè)，其實也可以將NMOS結(jié)構定義在左側(cè)，PMOS結(jié)構定義在右側(cè)，那么最終具有tensile stress的氮化硅層就形成在左側(cè)，具有compressivestress的氮化硅層就形成在右側(cè)。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在 本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護 范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種互補型金屬氧化物半導體結(jié)構的形成方法，該方法包括在半導體襯底上以淺溝槽隔離區(qū)為界，形成具有PMOS結(jié)構的第一區(qū)域和具有NMOS結(jié) 構的第二區(qū)域；在所述區(qū)域的表面依次沉積具有張應力tensile stress的氮化硅層和硬掩膜氧化層HMO ；在所述HMO的表面涂布光阻膠層，并曝光顯影圖案化該光阻膠層，使得圖案化的光阻 膠層的開口顯露出第一區(qū)域上的ΗΜ0，同時覆蓋第二區(qū)域上的HMO ；以圖案化的光阻膠層為掩膜，對顯露出的第一區(qū)域上的HMO進行刻蝕；灰化去除所述 圖案化的光阻膠層的一部分；以剩余部分的光阻膠層和第二區(qū)域上的HMO為掩膜，對第一區(qū)域上具有tensile stress的氮化硅層進行去除，顯露出第一區(qū)域，而且所述剩余部分的光阻膠層消耗完畢。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在去除第一區(qū)域上具有tensilestress的氮 化硅層過程中所述剩余部分的光阻膠層消耗完畢。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在去除第一區(qū)域上具有tensilestress的氮 化硅層步驟完成時，所述剩余部分的光阻膠層消耗完畢。
4.如權利要求2或3所述的方法，其特征在于，在所述HMO的表面涂布光阻膠層的厚度 為3000 3400埃；去除所述圖案化的光阻膠層的一部分之后，剩余部分的光阻膠層的厚度 為500 800埃；第一區(qū)域上具有tensile stress的氮化硅層的厚度為400 500埃。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，該方法在去除第一區(qū)域上具有tensile stress的氮化硅層之后，進一步包括濕法清洗的步驟。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述濕法清洗采用濃硫酸。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述HMO的形成方法為正硅酸乙酯-臭氧方 法進行等離子增強方式PETEOS的沉積，或者等離子增強型化學氣相沉積PECVD，或者深高 寬比的亞大氣壓制程化學氣相沉積HARP-CVD。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種互補型金屬氧化物半導體結(jié)構的形成方法在半導體襯底上以淺溝槽隔離區(qū)為界，形成具有PMOS結(jié)構的第一區(qū)域和具有NMOS結(jié)構的第二區(qū)域；在所述區(qū)域表面依次沉積具有張應力的氮化硅層和HMO；在HMO的表面涂布光阻膠層，并曝光顯影圖案化該光阻膠層，使圖案化的光阻膠層開口顯露出第一區(qū)域上的HMO，覆蓋第二區(qū)域上的HMO；以圖案化的光阻膠層為掩膜，對顯露出的第一區(qū)域上的HMO進行刻蝕；灰化去除所述圖案化的光阻膠層的一部分；以剩余部分的光阻膠層和第二區(qū)域上的HMO為掩膜，去除第一區(qū)域上具有張應力的氮化硅層，顯露出第一區(qū)域，而且剩余部分的光阻膠層消耗完畢。該方法有效減少第二區(qū)域上HMO的損耗。
文檔編號H01L21/8238GK102097380SQ20091020107
公開日2011年6月15日 申請日期2009年12月10日 優(yōu)先權日2009年12月10日
發(fā)明者王新鵬, 韓秋華, 黃敬勇 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司