CN102646637A

CN102646637A - Cmos器件及其形成方法

Info

Publication number: CN102646637A
Application number: CN2011100396289A
Authority: CN
Inventors: 胥传金
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2011-02-17
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2012-08-22

Abstract

本发明提供一种CMOS器件及其形成方法，所述CMOS器件包含至少一个PMOS晶体管和至少一个NMOS晶体管，所述方法包括：在所述PMOS晶体管的源极区和漏极区中形成锗硅层；在所述PMOS晶体管和NMOS晶体管的源极区和漏极区中形成镍硅层；沉积张应力膜层，所述张应力膜层覆盖所述PMOS晶体管和NMOS晶体管；去除所述PMOS晶体管上的张应力膜层；对剩余的所述张应力膜层进行紫外线固化工艺；沉积压应力膜层，所述压应力膜层覆盖所述PMOS晶体管和NMOS晶体管；去除所述NMOS晶体管上的压应力膜层。通过本发明提供的CMOS器件及其形成方法改善了CMOS器件的特性。

Description

CMOS器件及其形成方法

技术领域

本发明涉及集成电路制造工艺，特别涉及一种CMOS器件及其形成方法。

背景技术

金属氧化半导体晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Transistor，MOS)因其耗电量非常小，并且适合高密度的集成制造等诸多优点，成为现今半导体工艺中，最重要而且应用最广泛的一种基本的电子元件。在过去的十几年之间，利用缩减金属氧化半导体晶体管尺寸的方式，借以持续地改善集成电路的每一功能元件的操作速度、效能表现、电路的元件密度以及成本，缩减的方法主要包括缩小栅极长度以及栅极氧化层的厚度。为了进一步提升晶体管的效能，常利用增进晶体管通道的应力以改善载流子迁移率。

此外，对于互补型金属氧化半导体晶体管(CMOS)，所述CMOS器件包含至少一个PMOS晶体管和至少一个NMOS晶体管而言，通常在NMOS晶体管上沉积一层张应力(Tensile Strain)膜，以增加电子的迁移率；而在PMOS晶体管上沉积一层压应力(Compressive Strain)膜，以增加空穴的迁移率。

在现有的CMOS器件的形成方法中，所述CMOS器件包含至少一个PMOS晶体管和至少一个NMOS晶体管，首先，沉积张应力膜层，所述张应力膜层覆盖所述PMOS晶体管和NMOS晶体管；其次，去除所述PMOS晶体管上的张应力膜层；接着，沉积压应力膜层，所述压应力膜层覆盖所述PMOS晶体管和NMOS晶体管(即所述压应力膜层位于所述NMOS晶体管上的张应力膜层之上)；最后，去除所述NMOS晶体管上的压应力膜层。

为了提高现有的CMOS器件的形成方法所形成的CMOS器件的特性，所述CMOS器件的形成方法需要进一步地改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CMOS器件及其形成方法，以进一步改进CMOS器件的特性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种CMOS器件的形成方法，所述CMOS器件包含至少一个PMOS晶体管和至少一个NMOS晶体管，包括：在所述PMOS晶体管的源极区和漏极区中形成锗硅层；在所述PMOS晶体管和NMOS晶体管的源极区和漏极区中形成镍硅层；沉积张应力膜层，所述张应力膜层覆盖所述PMOS晶体管和NMOS晶体管；去除所述PMOS晶体管上的张应力膜层；对剩余的所述张应力膜层进行紫外线固化工艺；沉积压应力膜层，所述压应力膜层覆盖所述PMOS晶体管和NMOS晶体管；去除所述NMOS晶体管上的压应力膜层。

可选的，在所述的CMOS器件的形成方法中，所述镍硅层是利用自对准工艺形成的。

可选的，在所述的CMOS器件的形成方法中，所述张应力膜层的材料为氮化硅。

可选的，在所述的CMOS器件的形成方法中，所述张应力膜层的厚度为300埃～700埃。

可选的，在所述的CMOS器件的形成方法中，在温度为300℃～600℃的反应腔室内沉积张应力膜层。

可选的，在所述的CMOS器件的形成方法中，所述紫外线固化工艺的工艺时间为5min～15min。

可选的，在所述的CMOS器件的形成方法中，所述紫外线固化工艺的紫外光源的波长为150nm～380nm。

可选的，在所述的CMOS器件的形成方法中，通过对剩余的所述张应力膜层进行紫外线固化工艺，使得所述张应力膜层的应力强度提高600MPa～1000MPa。

可选的，在所述的CMOS器件的形成方法中，所述压应力膜层的材料为氮化硅。

可选的，在所述的CMOS器件的形成方法中，所述压应力膜层的厚度为400埃～800埃。

可选的，在所述的CMOS器件的形成方法中，在温度为300℃～600℃的反应腔室内沉积压应力膜层。

本发明还提供一种如前述方法所形成的CMOS器件，所述CMOS器件包含至少一个PMOS晶体管和至少一个NMOS晶体管，在所述PMOS晶体管的源极区和漏极区中形成有锗硅层；在所述PMOS晶体管和NMOS晶体管的源极区和漏极区中形成有镍硅层；所述NMOS晶体管上覆盖有经紫外线固化的张应力膜层；所述PMOS晶体管上覆盖有压应力膜层。

可选的，在所述的CMOS器件中，所述张应力膜层的厚度为300埃～700埃。

可选的，在所述的CMOS器件中，所述压应力膜层的厚度为400埃～800埃。

在本发明提供的CMOS器件及其形成方法中，所述CMOS器件的特性得到了如下一些的改进：

1、通过在所述PMOS晶体管的源极区和漏极区中形成锗硅层，增进了空穴的迁移率，从而提高了CMOS器件的电气性能；

2、通过在所述PMOS晶体管和NMOS晶体管的源极区和漏极区中形成镍硅层，可改善后续形成的接触插塞与PMOS晶体管和NMOS晶体管的源极和漏极之间的连接性能，从而提高了CMOS器件的可靠性；

3、通过对剩余的所述张应力膜层进行紫外线固化工艺，提高了张应力膜层的应力强度，通常应力强度能提高600MPa～1000MPa；

4、通过先将所述PMOS晶体管上的张应力膜层去除，再对NMOS晶体管上的剩余的张应力膜层进行紫外线固化工艺，可防止PMOS晶体管源极区和漏极区表面(即镍硅层表面)不平整的结块的出现。根据发明人的深入研究和观察，发现当进行紫外线固化工艺时，张应力膜层的应力强度变化非常大，而镍硅层位于锗硅层之上时稳定性比较差，若不先将所述PMOS晶体管上的张应力膜层去除，经过对张应力膜层的紫外线固化工艺后，锗硅化合物中的锗很容易扩散到源极区和漏极区表面并结块，造成源极区和漏极区表面不平整。

附图说明

图1是本发明实施例的CMOS器件的形成方法的流程图；

图2a～2f是本发明实施例的CMOS器件的形成方法的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的CMOS器件及其形成方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，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例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图1和图2a～2f，其中，图1为本发明实施例的CMOS器件的形成方法的流程图；图2a～2f为本发明实施例的CMOS器件的形成方法的示意图。结合该图1和图2a～2f，本发明实施例提供的CMOS器件的形成方法包括以下步骤：

本实施例中，在CMOS器件2中示意性的标示出了一个PMOS晶体管20和一个NMOS晶体管21，在本发明的其它实施例中，当然地可以有更多个PMOS晶体管20和更多个NMOS晶体管21，即至少包括一个PMOS晶体管20和一个NMOS晶体管21即可。

首先，执行步骤S20，在所述PMOS晶体管20的源极区和漏极区中形成锗硅层201。所述锗硅层201可通过选择性外延成长层工艺实现，所述锗硅层201具有压应力，从而可增进空穴的迁移率。在本实施例中，所述NMOS晶体管21的源极区和漏极区为半导体硅层203。

其次，执行步骤S21，在所述PMOS晶体管20和NMOS晶体管21的源极区和漏极区中形成镍硅层202。所述镍硅层202可通过金属镍的自对准过程(Salicide)形成。在PMOS晶体管20中，所述镍硅层202位于所述锗硅层201之上。通过所述镍硅层202可改善后续形成的接触插塞与PMOS晶体管20和NMOS晶体管21的源极和漏极之间的连接性能。

接着，执行步骤S22，如图2a所示，沉积张应力膜层22，所述张应力膜层22覆盖所述PMOS晶体管20和NMOS晶体管21。在本实施例中，所述张应力膜层22的材料为氮化硅，厚度为300埃～700埃，可在温度为300℃～600℃的反应腔室内形成。通过一定的反应温度，可提高张应力膜层22的应力强度。通常，由此沉积的张应力膜层22的应力强度为600MPa～800MPa。

执行步骤S23，去除所述PMOS晶体管20上的张应力膜层，即只在NMOS晶体管21上有剩余的张应力膜层22’。具体的，如图2b和2c所示，可先在所述张应力膜层22上形成蚀刻阻止层23，作为后续蚀刻PMOS晶体管上的张应力膜层和NMOS晶体管上的压应力膜层时的阻止层；然后，通过蚀刻去除所述PMOS晶体管20上的张应力膜层和蚀刻阻止层，即只在所述NMOS晶体管21上覆盖有剩余的张应力膜层22’和剩余的蚀刻阻止层23’。优选的，所述PMOS晶体管20上的张应力膜层可通过干法刻蚀去除。

执行步骤S24，如图2d所示，对剩余的所述张应力膜层22’进行紫外线固化工艺。在本实施例中，剩余的所述张应力膜层22’的材料为氮化硅，厚度为300埃～700埃。所述紫外线固化工艺的工艺时间为5min～15min，所述紫外线固化工艺中所采用的紫外光源的波长为150nm～380nm。经过所述紫外线固化工艺后，剩余的所述张应力膜层22’的应力强度通常能提高至1200MPa～1800MPa，即提高了600MPa～1000MPa，大大增强了剩余的所述张应力膜层22’应力强度。

通过先将所述PMOS晶体管20上的张应力膜层去除，再对NMOS晶体管21上的剩余的张应力膜层进行紫外线固化工艺，可防止PMOS晶体管20源极区和漏极区表面(即镍硅层202表面)不平整的结块的出现。

接着，执行步骤S25，如图2e所示，沉积压应力膜层24，所述压应力膜层24覆盖所述PMOS晶体管20和NMOS晶体管21。在本实施例中，具体的，所述NMOS晶体管21上的压应力膜层在所述剩余的蚀刻阻止层23’上。所述压应力膜层24的材料为氮化硅，厚度为400埃～800埃，可在温度为300℃～600℃的反应腔室内形成。

最后，执行步骤S26，如图2f所示，去除所述NMOS晶体管21上的压应力膜层，即只在PMOS晶体管20上有剩余的压应力膜层24’，从而得到了CMOS器件3。

所述CMOS器件3包含至少一个PMOS晶体管20和至少一个NMOS晶体管21，在所述PMOS晶体管20的源极区和漏极区中形成有锗硅层201；在所述PMOS晶体管20和NMOS晶体管21的源极区和漏极区中形成有镍硅层202；所述NMOS晶体管21上覆盖有经紫外线固化的张应力膜层22’；所述PMOS晶体20管上覆盖有压应力膜层24’。

在本实施例中，在PMOS晶体管20中，所述镍硅层202位于所述锗硅层201之上；所述张应力膜层22’的厚度为300埃～700埃；所述压应力膜层24’的厚度为400埃～800埃。

为了进一步说明本发明实施例中，通过先将所述PMOS晶体管上的张应力膜层去除，再对NMOS晶体管上的剩余的张应力膜层进行紫外线固化工艺，从而带来的防止PMOS晶体管源极区和漏极区表面(即镍硅层表面)不平整的结块出现的有益效果，发明人分别在其他条件相同的情况下，针对PMOS晶体管上覆盖有以及未覆盖有张应力膜层的情况下，经过紫外线固化工艺后，对PMOS晶体管源极区和漏极区表面的进行SEM观察。

我们能够明显的看到，当PMOS晶体管上覆盖有张应力膜层时，经过紫外线固化工艺后PMOS晶体管源极区和漏极区表面有明显的结块，表面非常的不平整。而PMOS晶体管上未覆盖有张应力膜层的情况下，经过紫外线固化工艺后PMOS晶体管源极区和漏极区表面基本没有任何结块，表面非常平整。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims

1.一种CMOS器件的形成方法，所述CMOS器件包含至少一个PMOS晶体管和至少一个NMOS晶体管，其特征在于，包括：

在所述PMOS晶体管的源极区和漏极区中形成锗硅层；

在所述PMOS晶体管和NMOS晶体管的源极区和漏极区中形成镍硅层；

沉积张应力膜层，所述张应力膜层覆盖所述PMOS晶体管和NMOS晶体管；

去除所述PMOS晶体管上的张应力膜层；

对剩余的张应力膜层进行紫外线固化工艺；

沉积压应力膜层，所述压应力膜层覆盖所述PMOS晶体管和NMOS晶体管；

去除所述NMOS晶体管上的压应力膜层。

2.如权利要求1所述的CMOS器件的形成方法，其特征在于，所述镍硅层是利用自对准工艺形成的。

3.如权利要求1所述的CMOS器件的形成方法，其特征在于，所述张应力膜层的材料为氮化硅。

4.如权利要求3所述的CMOS器件的形成方法，其特征在于，所述张应力膜层的厚度为300埃～700埃。

5.如权利要求3或4所述的CMOS器件的形成方法，其特征在于，在温度为300℃～600℃的反应腔室内沉积张应力膜层。

6.如权利要求1所述的CMOS器件的形成方法，其特征在于，所述紫外线固化工艺的工艺时间为5min～15min。

7.如权利要求1所述的CMOS器件的形成方法，其特征在于，所述紫外线固化工艺的紫外光源的波长为150nm～380nm。

8.如权利要求1所述的CMOS器件的形成方法，其特征在于，通过对剩余的所述张应力膜层进行紫外线固化工艺，使得所述张应力膜层的应力强度提高600MPa～1000MPa。

9.如权利要求1所述的CMOS器件的形成方法，其特征在于，所述压应力膜层的材料为氮化硅。

10.如权利要求9所述的CMOS器件的形成方法，其特征在于，所述压应力膜层的厚度为400埃～800埃。

11.如权利要求9或10所述的CMOS器件的形成方法，其特征在于，在温度为300℃～600℃的反应腔室内沉积压应力膜层。

12.一种如权利要求1所述的CMOS器件的形成方法所形成的CMOS器件，所述CMOS器件包含至少一个PMOS晶体管和至少一个NMOS晶体管，其特征在于，在所述PMOS晶体管的源极区和漏极区中形成有锗硅层；在所述PMOS晶体管和NMOS晶体管的源极区和漏极区中形成有镍硅层；所述NMOS晶体管上覆盖有经紫外线固化的张应力膜层；所述PMOS晶体管上覆盖有压应力膜层。

13.如权利要求12所述的CMOS器件，其特征在于，所述张应力膜层的厚度为300埃～700埃。

14.如权利要求12所述的CMOS器件，其特征在于，所述压应力膜层的厚度为400埃～800埃。