CN102412201A - 一种在半导体器件中提高氮化硅薄膜拉应力的方法 - Google Patents

一种在半导体器件中提高氮化硅薄膜拉应力的方法 Download PDF

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徐强
张文广
郑春生
陈玉文
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Abstract

本发明公开了一种提高氮化硅薄膜拉应力的方法，其中，包括：在淀积氮化硅薄膜过程中在氮化硅薄膜中加入一定量的有机成孔剂；利用紫外光对氮化硅薄膜进行照射，氮化硅薄膜中的部分Si-H/N-H键在获得能量后会断裂收缩，同时由于有机成孔剂的挥发，使得薄膜的收缩增加，所述有机成孔剂为阿尔法-松油烯或者降冰片二烯。将本薄膜制备方法应用于CMOS制造中CESL层中，可以提高NMOS器件的性能。

Description

一种在半导体器件中提高氮化硅薄膜拉应力的方法
技术领域
本发明一般涉及集成电路制造技术领域，更确切地说，本发明涉及一种在半导体器件中提高氮化硅薄膜拉应力的方法。
背景技术
随着集成电路特征线宽缩小到90nm以下，通过栅极厚度、栅极介电常数及结深提高器件性能已经不能满足工艺的要求，即使栅极厚度控制在5个原子层，而结深也只有10nm。顺应开关速度的要求，高应力氮化硅技术已经得到广泛的研究，伴随氮化硅在栅极机构上施加的高应力，MOS器件的载流子迁移率可以得到很大的提高。具体而言，PMOS结构上的压应力能够提高空穴的迁移率，而NMOS结构上的张应力能够提高电子的迁移率。对于NMOS器件，通常采用高拉应力的氮化硅作为通孔刻蚀停止层（Contact Etch Stop Layer，CESL），通过其高拉应力来改变NMOS沟道中的应力状况，从而提高其电迁移率。已经有大量的实验结果证明，通孔刻蚀停止层高的拉应力，对应于高的NMOS电迁移率。为了能够得到更高拉应力的氮化硅薄膜，如图1所示，目前通常采用氮气氛下的等离子体处理或者紫外光照射的方法来去除薄膜1中一定含量的氢2（图1示出的是紫外线照射的方法），使薄膜1收缩来增加薄膜1的应力，但是，目前氮化硅能达到的最高应力为1.7GPa左右。如何得到更高应力的氮化硅薄膜，仍然是研究的一个难点。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种提高氮化硅薄膜拉应力的方法，在不增加多余设备的前提下，制备出更高应力的氮化硅薄膜，将其应用于CMOS的通孔刻蚀停止层，提高NMOS器件的性能，具体是通过下述技术方案实现的：
一种在半导体器件中提高氮化硅薄膜拉应力的方法，其中，包括：
在淀积氮化硅薄膜过程中在氮化硅薄膜中加入一定量的有机成孔剂；
利用紫外光对氮化硅薄膜进行照射，由于有机成孔剂的挥发，使得薄膜的收缩增加。
上述提高碳化硅薄膜拉应力的方法，其中，所述有机成孔剂为阿尔法-松油烯。
上述提高碳化硅薄膜拉应力的方法，其中，所述有机成孔剂为降冰片二烯。
上述提高碳化硅薄膜拉应力的方法，其中，所述氮化硅薄膜中的部分Si-H/N-H键在获得能量后会断裂收缩，并且由于所述有机成孔剂的挥发，使得所述氮化硅薄膜的收缩增加。
上述提高碳化硅薄膜拉应力的方法，其中，所述半导体器件为CMOS器件，所述方法增加了所述氮化硅薄膜的拉伸应力，从而提高了所述CMOS器件的驱动性能。
上述提高碳化硅薄膜拉应力的方法，其中，所述CMOS器件为NMOS器件。
本领域的技术人员阅读以下较佳实施例的详细说明，并参照附图之后，本发明的这些和其他方面的优势无疑将显而易见。
附图说明
参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例，然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
图1A~图1B是现有技术中用于提高氮化硅薄膜拉应力的方法的流程结构示意图；
图2A~图2B是本发明提高碳化硅薄膜拉应力的方法的最佳实施例的流程结构示意图；
图3是表明氮化硅薄膜的收缩比正比于薄膜的应力的实验数据结果图。
具体实施方式
本发明提高碳化硅薄膜拉应力的方法的最佳实施例主要过程为：
在淀积氮化硅薄膜过程中在氮化硅薄膜1中加入一定量的有机成孔剂3，此处的有机成孔剂3为阿尔法-松油烯（ATRP）或者降冰片二烯（BCHD）等，如图2A所示；
利用紫外光对薄膜1进行照射，氮化硅薄膜1中的部分Si-H/N-H键在获得能量后会断裂收缩，同时由于有机成孔剂3的挥发，使得薄膜1的收缩增加，去除了薄膜1中一定含量的氢2，如图2B所示，并且通过实验得知，薄膜的拉伸应力正比于薄膜的收缩率，数据结果图可参看图3所示，从而增加了氮化硅薄膜的拉伸应力。
将本薄膜制备方法应用于CMOS制造中的通孔刻蚀停止层中，可以提高NMOS器件的性能。
通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，因此，尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正，在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (6)

1.一种在半导体器件中提高氮化硅薄膜拉应力的方法，其特征在于，包括：
在淀积氮化硅薄膜过程中在氮化硅薄膜中加入一定量的有机成孔剂；
利用紫外光对氮化硅薄膜进行照射，由于有机成孔剂的挥发，使得薄膜的收缩增加。
2.根据权利要求1所述的提高碳化硅薄膜拉应力的方法，其特征在于，所述有机成孔剂为阿尔法-松油烯。
3.根据权利要求1所述的提高碳化硅薄膜拉应力的方法，其特征在于，所述有机成孔剂为降冰片二烯。
4.根据权利要求1所述的提高碳化硅薄膜拉应力的方法，其特征在于，所述氮化硅薄膜中的部分Si-H/N-H键在获得能量后会断裂收缩，并且由于所述有机成孔剂的挥发，使得所述氮化硅薄膜的收缩增加。
5.根据权利要求1所述的提高碳化硅薄膜拉应力的方法，其特征在于，所述半导体器件为CMOS器件，所述方法增加了所述氮化硅薄膜的拉伸应力，从而提高了所述CMOS器件的驱动性能。
6.根据权利要求1所述的提高碳化硅薄膜拉应力的方法，其特征在于，所述CMOS器件为NMOS器件。
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