一種接觸孔刻蝕阻擋層結(jié)構(gòu)及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種接觸孔刻蝕阻擋層結(jié)構(gòu)及其制備方法，涉及半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)，尤其涉及一種接觸孔刻蝕阻擋層結(jié)構(gòu)及其制備方法，包括：一包含有源區(qū)的襯底，在襯底上設(shè)有柵極結(jié)構(gòu)，所述有源區(qū)位于所述柵極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，所述有源區(qū)和所述柵極結(jié)構(gòu)上均設(shè)置有金屬硅化物，所述金屬硅化物的表面和所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)表面均覆蓋有一接觸孔刻蝕阻擋層；其中，所述接觸孔刻蝕阻擋層由下至上依次包括一第一氮化物應(yīng)力薄膜和一第二氮化物應(yīng)力薄膜，所述第一氮化物薄膜中的應(yīng)力小于所述第二氮化物薄膜中的應(yīng)力。本發(fā)明的一種接觸孔刻蝕阻擋層結(jié)構(gòu)及其制備方法在提高器件性能的同時，可以改善器件的負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性。
【專利說明】一種接觸孔刻蝕阻擋層結(jié)構(gòu)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)，尤其涉及一種接觸孔刻蝕阻擋層結(jié)構(gòu)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]CMOS集成電路制造工藝的發(fā)展以及關(guān)鍵尺寸的縮小，很多新的方法被運(yùn)用到器件制造工藝中，用以改善器件性能。高張應(yīng)力氮化物薄膜由于能夠有效提高M(jìn)OS管載流子遷移率，進(jìn)而提高器件運(yùn)行速度，因此被引入到集成電路制造工藝中。PMOS溝道方向上的壓應(yīng)力能提高PMOS器件中空穴遷移率，而NMOS溝道方向上的張應(yīng)力能提高NMOS器件中電子遷移率。圖1所示為高應(yīng)力氮化物薄膜在MOS器件中的位置示意圖，其中，包括一襯底I’(襯底I’包括源區(qū)3’，漏區(qū)2’)，一柵氧層4’，一柵極層5’，二側(cè)墻6’，一 NiSi層7’，一高應(yīng)力氮化物薄膜9’。
[0003]高張應(yīng)力氮化娃薄膜(High Tensile Stress SiN)是在PECVD (等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng))中沉積得到的，反應(yīng)物為甲烷(SiH4)和氨氣(NH3),襯底溫度一般低于400°C，需要利用射頻激發(fā)等離子體維持反應(yīng)的進(jìn)行。由于這種方法形成的氮化硅薄膜中含有大量的H (氫原子)，結(jié)構(gòu)疏松，其應(yīng)力達(dá)不到要求，所以接下來還需要對薄膜進(jìn)行紫外固化(UV cure)，利用紫外線破壞薄膜中的氫鍵，使氫原子形成氫氣析出，而留下的懸掛鍵S1-與N-能形成S1-N鍵，氮化硅薄膜的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，形成應(yīng)力滿足要求的氮化硅薄膜。
[0004]目前，通過PECVD沉積得到的張應(yīng)力氮化硅薄膜的應(yīng)力極限為1.7Gpa左右(紫外固化之后)，能夠顯著提高NMOS性能。所以通常以這種氮化硅作為接觸孔刻蝕阻擋層，厚度一般為300 A -600 A (例如300 Λ、400 A、500 Λ、 600 A等)。另外在實(shí)驗(yàn)過程中
我們發(fā)現(xiàn)調(diào)整這一層氮化硅的生長條件，能夠明顯影響器件的負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性。最終我們得到了一種應(yīng)力較低(約 1.3Gpa-l.4Gpa,例如 1.3Gpa、l.33Gpa、l.37Gpa、l.4Gpa 等)的張應(yīng)力氮化硅，其特點(diǎn)是硅-氫鍵/氮-氫鍵比較低。
[0005]中國專利(CN101740328A)公開了一種刻蝕方法，以提高刻蝕質(zhì)量，該方法包括:提供基體；于基體上順次形成遮擋層、底部抗反射層及光阻層，構(gòu)成掩膜層；圖案化所述掩膜層；以及基于圖案化后的掩膜層刻蝕該基體。
[0006]中國專利(CN102842569A)公開了一種用于銅互連的刻蝕阻擋層及其制造方法，該種制作方法采用一層超薄的經(jīng)過氧氣等離子體和紫外光照射處理的SiN刻蝕阻擋層和一層厚的介電常數(shù)值較小的碳含量豐富的SiCN刻蝕阻擋層來形成雙層刻蝕阻擋層，不僅工藝過程簡單，還可以改善目前刻蝕阻擋層的存在會影響整體介電常數(shù)值的現(xiàn)狀，使得互連電路中的延遲減小、提升互連電路的可靠性，有望在未來銅互連的刻蝕阻擋層的制造中得到應(yīng)用。
[0007]上述兩種方法均無法在提高NMOS器件性能的同時，改善器件的負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于解決上述問題，使獲得較低介電常數(shù)的同時增加了薄膜硬度，提高了器件穩(wěn)定性。
[0009]為達(dá)到上述目的，具體技術(shù)方案如下:
[0010]一種接觸孔刻蝕阻擋層結(jié)構(gòu)，包括:
[0011]一包含有源區(qū)的襯底，在襯底上設(shè)有柵極結(jié)構(gòu)，所述有源區(qū)位于所述柵極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，所述有源區(qū)和所述柵極結(jié)構(gòu)上均設(shè)置有金屬硅化物，所述金屬硅化物的表面和所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)表面均覆蓋有一接觸孔刻蝕阻擋層；
[0012]其中，所述接觸孔刻蝕阻擋層由下至上依次包括一第一氮化物應(yīng)力薄膜和一第二氮化物應(yīng)力薄膜，所述第一氮化物應(yīng)力薄膜中的應(yīng)力小于所述第二氮化物應(yīng)力薄膜中的應(yīng)力。
[0013]優(yōu)選的，所述柵極結(jié)構(gòu)包括一柵氧層、一柵極層和側(cè)墻，所述柵氧層在所述襯底上方，所述柵極層在所述柵氧層上方，所述側(cè)墻位于所述柵氧層、所述柵極層、位于所述柵極層上方的部分所述金屬硅化物的兩側(cè)。
[0014]優(yōu)選的，所述金屬硅化物層為NiSi。
[0015]優(yōu)選的，所述接觸孔刻蝕阻擋層厚度力300 A -600 L.[0016]優(yōu)選的,所述第一氮化物應(yīng)力薄膜的應(yīng)力為張應(yīng)力，該張應(yīng)力為1.3Gpa-l.4Gpa,厚度為 150 A-300 A。
[0017]優(yōu)選的,所述第二氮化物應(yīng)力薄膜的應(yīng)力為張應(yīng)力，該張應(yīng)力為1.6Gpa_l.8Gpa，厚度為 150 A-300 A。
[0018]一種接觸孔刻蝕阻擋層的制備方法，主要包括以下步驟:
[0019]提供一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括包含有源區(qū)的襯底、柵極結(jié)構(gòu)和金屬硅化物；
[0020]制備一接觸孔刻蝕阻擋層覆蓋所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面，所述接觸孔刻蝕阻擋層由下至上一次包括一第一氮化物應(yīng)力薄膜和一第二氮化物應(yīng)力薄膜，所述第一氮化物應(yīng)力薄膜中的應(yīng)力小于所述第二氮化物應(yīng)力薄膜中的應(yīng)力；
[0021]紫外線固化所述第二氮化物應(yīng)力薄膜。
[0022]優(yōu)選的，在制備所述接觸孔刻蝕阻擋層之前，還包括對所述金屬硅化物進(jìn)行退火
工藝處理。
[0023]優(yōu)選的，通過PECVD生長所述第一氮化物應(yīng)力薄膜和所述第二氮化物應(yīng)力薄膜。
[0024]本發(fā)明的技術(shù)方案 相比傳統(tǒng)的接觸孔刻蝕阻擋層結(jié)構(gòu)及其制備方法來說，額外加入了一層氮化物薄膜，使接觸孔刻蝕阻擋層結(jié)構(gòu)同時具有一高應(yīng)力氮化物薄膜和一低應(yīng)力氮化物薄膜，且對高應(yīng)力氮化物薄膜進(jìn)行紫外固化，提高其應(yīng)力。本發(fā)明的一種接觸孔刻蝕阻擋層結(jié)構(gòu)及其制備方法在提高NMOS器件性能的同時，可以改善器件的負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性。
【專利附圖】

【附圖說明】[0025]構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0026]圖1是高應(yīng)力氮化硅薄膜在MOS器件中的位置示意圖；
[0027]圖2是本發(fā)明方法一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，顯然，所描述的實(shí)例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)例，而不是全部的實(shí)例?；诒景l(fā)明匯總的實(shí)例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有實(shí)例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0029]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)例及實(shí)例中的特征可以相互自
由組合。
[0030]一種接觸孔刻蝕阻擋層結(jié)構(gòu)，包括:
[0031]一包含有源區(qū)的襯底，在襯底上設(shè)有柵極結(jié)構(gòu)，所述有源區(qū)位于所述柵極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，所述有源區(qū)和所述柵極結(jié)構(gòu)上均設(shè)置有金屬硅化物，所述金屬硅化物的表面和所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)表面均覆蓋有一接觸孔刻蝕阻擋層；
[0032]其中，所述接觸孔刻蝕阻擋層由下至上依次包括一第一氮化物應(yīng)力薄膜和一第二氮化物應(yīng)力薄膜，所述第一氮化物應(yīng)力薄膜中的應(yīng)力小于所述第二氮化物應(yīng)力薄膜中的應(yīng)力。
[0033]一種接觸孔刻蝕阻擋層的制備方法，主要包括以下步驟:
[0034]提供一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括包含有源區(qū)的襯底、柵極結(jié)構(gòu)和金屬硅化物；
[0035]制備一接觸孔刻蝕阻擋層覆蓋所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面，所述接觸孔刻蝕阻擋層由下至上一次包括一第一氮化物應(yīng)力薄膜和一第二氮化物應(yīng)力薄膜，所述第一氮化物應(yīng)力薄膜中的應(yīng)力小于所述第二氮化物應(yīng)力薄膜中的應(yīng)力；
[0036]紫外線固化所述第二氮化物應(yīng)力薄膜。
[0037]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)例做具體闡釋。
[0038]如圖2所示，本發(fā)明的實(shí)例是一種接觸孔刻蝕阻擋層結(jié)構(gòu)及其制備方法，其結(jié)構(gòu)包括:一包含有源區(qū)的襯底1，其有源區(qū)分為一源區(qū)3和一漏區(qū)2 ;在襯底I上設(shè)有柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)包括一柵氧層4、一柵極層5和側(cè)墻6，所述有源區(qū)位于所述柵極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，所述有源區(qū)和所述柵極結(jié)構(gòu)上均設(shè)置有金屬硅化物7，優(yōu)選的，所述金屬硅化物7為NiSi ;所述柵氧層4在所述襯底I上方，所述柵極層5在所述柵氧層4上方，所述側(cè)墻6位于所述柵氧層4、所述柵極層5、位于所述柵極層上方的部分所述金屬硅化物7的兩側(cè)。所述金屬硅化物7的表面和所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)表面均覆蓋有一接觸
孔刻蝕阻擋層，優(yōu)選的，所述接觸孔刻蝕阻擋層厚度為300 A -600 A (例如300 A、
100 A、500 As 600 A等)；其中，所述接觸孔刻蝕阻擋層由下至上依次包括一第一
氮化物應(yīng)力薄膜8和一第二氮化物應(yīng)力薄膜9，所述第一氮化物應(yīng)力薄膜8中的應(yīng)力小于所述第二氮化物應(yīng)力薄膜9中的應(yīng)力。優(yōu)選的,相對于所述第二氮化物應(yīng)力薄膜9而言，所述第一氮化物應(yīng)力薄膜8為低應(yīng)力氮化物薄膜且具有較低的硅-氫鍵比/氮-氫鍵比,張應(yīng)力為 1.3Gpa-1.4Gpa (例如 1.3Gpa、1.33Gpa、1.37Gpa、1.4Gpa 等)，厚度為 1,50 A.-:300 A
(例如150 A、200 A、250 L 300 A等);相對于所述第一氮化物應(yīng)力薄膜8而言，所述第二氮化物應(yīng)力薄膜9為高應(yīng)力氮化物薄膜且具有較高的硅-氫鍵比/氮-氫鍵比，張應(yīng)力為 1.6-1.8Gpa (例如 1.6Gpa、l.68Gpa、l.74Gpa、l.8Gpa 等)，厚度為 150 A _300 A
(例如 150 A、200 A、250 Λ、 300 A 等);
[0039]由于與器件接觸的是下層的低應(yīng)力氮化物層也就是第一氮化物應(yīng)力薄膜8，所以器件負(fù)偏壓不穩(wěn)定性依然可以得到提高。同時，上層采用高應(yīng)力氮化物薄膜也就是第二氮化物應(yīng)力薄膜9，其所表現(xiàn)的高張應(yīng)力可以通過下層的第一氮化物應(yīng)力薄膜8傳遞到器件上。由此可知，所述第一氮化物應(yīng)力薄膜8和所述第二氮化物應(yīng)力薄膜9都可以作為接觸孔刻蝕阻擋層，一種具有很好的應(yīng)力特性，另一種應(yīng)力雖然較低，但是可以明顯改善器件的負(fù)偏壓不穩(wěn)定性，即本發(fā)明一種接觸孔刻蝕阻擋層結(jié)構(gòu)在提高NMOS器件性能的同時，可以改善器件的負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性；
[0040]本發(fā)明的一種接觸孔刻蝕阻擋層的制備方法，主要包括以下步驟:提供一襯底I ;制備一柵氧層4 ;制備一柵極層5 ;制備一硅化物層7，優(yōu)選的，所述硅化物層7經(jīng)過退火工藝處理；制備側(cè)墻6，通過PECVD生長第一氮化物應(yīng)力薄膜8 ;通過PECVD生長第二氮化物應(yīng)力薄膜9 ;紫外固化所述第二氮化物應(yīng)力薄膜9。由于未經(jīng)紫外固化的第二氮化物應(yīng)力薄膜9中含有大量的H (氫原子)，結(jié)構(gòu)疏松，其應(yīng)力達(dá)不到要求，所以還需要對第二氮化物應(yīng)力薄膜9進(jìn)行紫外固化(UV cure)，利用紫外線破壞第二氮化物應(yīng)力薄膜9中的氫鍵，使氫原子形成氫氣析出，而留下的懸掛鍵S1-與N-能形成S1-N鍵，第二氮化物應(yīng)力薄膜9的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，形成應(yīng)力滿足要求的第二氮化物應(yīng)力薄膜9。
[0041]綜上所述，本發(fā)明的技術(shù)方案相比傳統(tǒng)的接觸孔刻蝕阻擋層結(jié)構(gòu)及其制備方法來說，額外加入了一層氮化物應(yīng)力薄膜，使接觸孔刻蝕阻擋層結(jié)構(gòu)同時具有一高應(yīng)力氮化物薄膜和一低應(yīng)力氮化物薄膜，且對高應(yīng)力氮化物薄膜進(jìn)行紫外固化，提高其應(yīng)力。本發(fā)明的一種接觸孔刻蝕阻擋層結(jié)構(gòu)及其制備方法在提高NMOS器件性能的同時，可以改善器件的負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性。
[0042]以上所述僅為本發(fā)明較佳的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的實(shí)施方式及保護(hù)范圍，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，應(yīng)當(dāng)能夠意識到凡運(yùn)用本發(fā)明說明書及圖示內(nèi)容所做出的等同替換和顯而易見的變化所得到的方案，均應(yīng)當(dāng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種接觸孔刻蝕阻擋層結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 一包含有源區(qū)的襯底，在襯底上設(shè)有柵極結(jié)構(gòu)，所述有源區(qū)位于所述柵極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，所述有源區(qū)和所述柵極結(jié)構(gòu)上均設(shè)置有金屬硅化物，所述金屬硅化物的表面和所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)表面均覆蓋有一接觸孔刻蝕阻擋層； 其中，所述接觸孔刻蝕阻擋層由下至上依次包括一第一氮化物應(yīng)力薄膜和一第二氮化物應(yīng)力薄膜，所述第一氮化物應(yīng)力薄膜中的應(yīng)力小于所述第二氮化物應(yīng)力薄膜中的應(yīng)力。
2.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述柵極結(jié)構(gòu)包括一柵氧層、一柵極層和側(cè)墻，所述柵氧層在所述襯底上方，所述柵極層在所述柵氧層上方，所述側(cè)墻位于所述柵氧層、所述柵極層、位于所述柵極層上方的部分所述金屬硅化物的兩側(cè)。
3.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬硅化物層為NiSi。
4.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述接觸孔刻蝕阻擋層厚度為300 A-600 A0
5.如權(quán)利要求4所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一氮化物應(yīng)力薄膜的應(yīng)力為張應(yīng)力，該張應(yīng)力為1.3Gpa-l.4Gpa，厚度為丨50 A -300 L
6.如權(quán)利要求4所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二氮化物應(yīng)力薄膜的應(yīng)力為張應(yīng)力，該張應(yīng)力為1.6Gpa-l.8Gpa，厚度為I 50 A -300 A0
7.一種接觸孔刻蝕阻擋層的制備方法，其特征在于，主要包括以下步驟: 提供一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括包含有源區(qū)的襯底、柵極結(jié)構(gòu)和金屬硅化物； 制備一接觸孔刻蝕阻擋層覆 蓋所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面，所述接觸孔刻蝕阻擋層由下至上一次包括一第一氮化物應(yīng)力薄膜和一第二氮化物應(yīng)力薄膜，所述第一氮化物應(yīng)力薄膜中的應(yīng)力小于所述第二氮化物應(yīng)力薄膜中的應(yīng)力； 紫外線固化所述第二氮化物應(yīng)力薄膜。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在制備所述接觸孔刻蝕阻擋層之前，還包括對所述金屬硅化物進(jìn)行退火工藝處理。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，通過PECVD生長所述第一氮化物應(yīng)力薄膜和所述第二氮化物應(yīng)力薄膜。
【文檔編號】H01L21/768GK103904055SQ201410106580
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月20日
【發(fā)明者】雷通, 桑寧波 申請人:上海華力微電子有限公司