TW200836296A - Method of forming strained CMOS transistor - Google Patents

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TW200836296A TW96106830A TW96106830A TW200836296A TW 200836296 A TW200836296 A TW 200836296A TW 96106830 A TW96106830 A TW 96106830A TW 96106830 A TW96106830 A TW 96106830A TW 200836296 A TW200836296 A TW 200836296A
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TW96106830A
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Jei-Ming Chen
Neng-Kuo Chen
Hsiu-Lien Liao
Teng-Chun Tsai
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United Microelectronics Corp
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200836296 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種製作應變矽互補式金氧半導體 (complementary metal,oxide semiconductor,以下簡稱 CMOS)電晶體的方法,特別是一種覆蓋高應力薄膜於 CMOS電晶體,利用一離子佈植製程以調整該高應力薄膜 之應力係數,可有效改善CMOS電晶體運作效能之應變石夕 CMOS電晶體之製作方法。 【先前技術】 近年來,利用微縮元件尺寸以提升金氧半導體 (metal-oxide semiconductor,以下簡稱MOS)電晶體表現效 能的製程方向,遭逢微影製程技術瓶頸、昂貴花費等因素 負面因素影響,業界開始尋求其他的方法來改善MOS電晶 體的運作效能,其中以利用材料特性對MOS電晶體造成應 變效應(strain effect)的方式最受矚目。 目前’業界發展出應變石夕(strained-silicon)技術,係利 用製程技術或自然晶格常數的差異,達成提升MOS電晶體 驅動電流的目的。應變矽技術主要分為基板應變方法 (substrate-strain based)與製程應變方法(process-induced strain based)二個系統,基板應變方法係利用一應變矽基板 或結合运擇性蠢晶成長(selective epitaxial growth)製程,由 200836296 材料間晶格常數的差異來產生應變;而製程應變方法係利 用某些製程步驟,在MOS電晶體表面形成應力薄膜,對 MOS電晶體施加伸張應力或壓縮應力,該些方法目的在於 使MOS電晶體閘極下方的通道矽晶格發生應變,降低載子 在通道遭受的阻力,使載子的遷移率增加,以期改善MOS 電晶體效能。 在深次微米製程時,若要提升同時設有P型金氧半導 * 體(PMOS)電晶體及N型金氧半導體(NMOS)電晶體的 CMOS電晶體的效能時,最常使用的方法是在p型金氧半 導體(PMOS)電晶體及N型金氧半導體(NMOS)電晶體表面 覆蓋一高伸張應力薄膜(high-tensile thin film),例如:多晶 矽應力覆蓋層(cap poly stressor)或接觸洞钱刻停止層 (contact etch stop layer,以下簡稱 CESL)等方式,對 NMOS 電晶體和PMO S電晶體同時施以一定程度的伸張應力。在 ⑩ 此環境之下,NMOS電晶體通道内晶格間距增加,有利於 通道内電子的移動,NMOS電晶體的載子遷移率也因而上 升,此種覆蓋伸張應力薄膜於CMOS電晶體表面的方法在 NMOS電晶體達成預期改善的效果;然而反觀PM〇S電晶 體,覆蓋於PMOS電晶體表面的伸張應力,不僅無法提升 PMOS電晶體的效能,反而導致pMOS電晶體驅動電流大 幅下降,對PMOS造成負面的損害;就另一方面來說,若 在CMOS電晶體表面覆蓋一高壓縮應力的薄膜,雖可有效 200836296 提升NMOS電晶體的效能,卻也會對pm〇S電晶體造成損 害’習知技藝中產生通道應變的技術對於如何提升KMOS 電晶體與PMOS電晶體效能因而陷入兩難。 基於上述理由,業界積極尋找一種CMOS電晶體的製 造方法,以改善習知應變矽技術,改善CMOS電晶體效能, 且同時確保CMOS電晶體可靠度。 ® 【發明内容】 因此,本發明之一目的在於提供一種應變矽CMOS電 晶體之製作方法,以改善CMOS電晶體效能同時確保 CMOS電晶體可靠度,並克服其他先前技術的缺點。 據此,本發明提供一種應變矽CMOS電晶體之製作方 法,該方法包含下列步驟。首先提供一半導體基底,該半 • 導體基底上包含至少一第一主動區域以及至少一第二主動 區域’接著形成一鬲應力薄膜(high-strained thin film)覆蓋 該半導體基底、該第一主動區域以及該第二主動區域,然 後形成一遮罩覆蓋該第一主動區域,隨即進行一離子佈植 (implantation)製程,針對未被該遮罩遮蔽之第二主動區域 植入摻質,以調整該處之應力係數,之後移除該遮罩並進 行快速熱回火(raPid thermal annealing)製程,最後移除該 * 咼應力薄膜,以完成本發明所述應變矽CMOS電晶體之製 8
I 200836296 作方法。 本發明另提供一種應變矽CM〇S電晶體之製作方法, 该方法包含下列步驟。首先,提供一半導體基底,該半導 體基底上包含至少一 N型井以及至少一 p型井,且該贝型 井及該P型井上各设置至少—閘極結構,然後形成一高伸 張應力薄膜(high-tensile thin film)覆蓋該半導體基底、該N 型井以及该P型井,接著形成一遮罩覆蓋該N型井,隨即 進行一離子佈植製程,針對未被該遮罩遮蔽之p型井上方 之部分該高伸張應力薄膜植入摻質,使其伸張應力係數下 降,之後再移除邊遮罩並進行一快速熱回火製程,最後移 除該高伸張應力薄膜,以完成本發明所述應變矽CM0S電 晶體之製作方法。 此外,本發明又提供一種應變矽CMOS電晶體之製作 方法,该方法包含下列步驟。首先提供一半導體基底,該 半V體基底上包含至少一 N型井以及至少一 p型井,接著 形成一面壓縮應力薄膜(high_c〇mpressive thin film)覆蓋該 半導體基底、該N型井以及該p型井,之後形成一遮罩覆 ,盖该p型井,然後進行一離子佈植製程,針對未 遮菽之N型井上方之部分高壓縮應力薄膜植入 正垓處之應力係數,使其壓縮應力係數下降,該步驟完成 後隨即移除該遮罩並進行一快速熱回火製程,最後移=該 9 200836296 高伸張應力薄膜 之製作方法。 以70成本發明所述應變矽CMOS電晶體 明日揭露的應變石夕CM〇S之製作方法,不僅能提升 处:阳體載子漂移速率、提升MW電晶體運作效 此’.有可整合於半導體製程、可與其他應㈣製程併行 以及石保CMOS電晶體可靠度等等多項優點。 【實施方式】 為了使突顯本發明之優點及特徵,下文列舉本發明之 數個較佳實施例,並配合圖示作詳細說明如下·· 叫芩考第1圖至第7圖,第i圖至第7圖係依據本發 明之第一較佳實施例繪示製作應變矽CMOS電晶體各步驟 之方法不意圖。如第i圖所示,首先提供一半導體基底1〇, ⑩半導體基底1〇可為矽、應變矽基板、化合物半導體、矽覆 絕緣(silicon-〇n-insulator)基板或其組合。半導體基底1〇可 藉由習知技藝者所熟習之方法,例如罩幕製程、離子佈植 製程與快速熱回火(rapid thermal annealing,以下簡稱RTA) 等製程方法,在半導體基底1〇上各別地形成複數個p型井 及π型井。此外半導體基底1 〇上包含複數個電晶體 分別位於該等P型井或該等n型井,如PMOS電晶體12 • 之閘極結構14A與NMOS電晶體16之閘極結構14B ;以 200836296 及複數個設於MOS電晶體間以防止相鄰MOS電晶體發生 短路的絶緣結構,如場氧化層(field oxide)或淺溝隔離 (shallow trench isolation)17。閘極結構 14A、14B 各包含一 閘極介電層18、一設於閘極介電層18上方之閘極20以及 一覆蓋層(cap layer)22,其中閘極介電層18可由氧化矽、 鼠氧化發、氣化梦或其組合所構成’閘極介電層18可藉由 熱氧化、氮化、化學氣相沉積等製程形成;閘極2〇可利用 多晶矽、多晶矽鍺化物(SiGe)、金屬、金屬矽化物、金屬 氮化物或金屬氧化物所構成。另外,閘極結構14A、14β 兩侧之半導體基底1 〇分別形成一輕雜摻汲極(lightly d〇ped
drain,LDD)22A、22B,以防止 pm〇S 電晶體 12 或 NMOS 電晶體16的熱電子效應(hot electron effects)。 接著請參考第2圖,進行一沈積製程,例如利用爐管 (fenace)或一化學氣相沈積製程(cVD),形成—高伸張^力 薄膜24覆蓋於PMOS電晶體12、NM〇s電晶體16以及半 導體基底10 ’例如將包含氮切、氧切、或氮氧化石夕等 材料之高伸張應力薄膜24沉積在p聰電晶體12、胸⑽ 電晶體16及半導體基底1G表面,較佳之高伸張應 24係藉由—電M強化學氣相沈積製___enhaneed CVD,PECVD)配合適#之财製程條件所沉積之氮化石夕薄 膜(如SiN),其較佳的製程溫度約在2〇叱到4机 = 高伸張應力薄膜24之伸張應力係數約在〇 7Gpa左右,其 200836296 厚度約在100埃(angstrom)到600埃間,較佳之厚度約為 500埃。另外在高伸張應力薄膜24形成後,可選擇性地進 行一紫外線快速熱處理(ultra violet rapid thermal)製程,固 化(curing)高伸張應力薄膜24,並調整高伸張應力薄膜24 的伸張應力係數至1.5GPa左右。 如第3圖所示,形成一遮罩26於高伸張應力薄膜24 表面,於本較佳實施例中,係將一光阻塗佈於高伸張應力 * 薄膜2 4表面,然後進行一曝光暨顯影製程,將覆蓋於P μ 〇 S 電晶體12上方的部分光阻移除,僅留下NMOS電晶體16 上方光阻作為後續製程之遮罩使用。 請參考第4圖,隨後進行一第一離子佈植製程,針對 PMOS電晶體12上方未被遮罩26遮蔽的部分高伸張應力 薄膜24植入摻質,藉以改變此處高伸張應力薄膜24的伸 • 張應力係數,其較佳之佈植能量約為50 KeV,較佳之佈植 劑量約為3.15xl015ion/cm2。該摻質可包含鍺、砷、氙、銦、 銻、石夕、硫、氮、氧、碳、氟等元素,且該第一離子佈植 製程亦可採用一共植入(co-implantation)製程,植入前述二 種或二種以上之元素組合至PMOS電晶體12上之部分高伸 張應力薄膜24,經由該第一離子佈植製程或該共植入製程 後,設於PMOS電晶體12上方之高伸張應力薄膜24的伸 - 張係數會下降至O.IGpa至0.2Gpa左右。 12 200836296 在該第一離子佈植製程完成後,如第5圖所示,移除 遮罩26露出高伸張應力薄膜24後,進行一 RTA製程,利 用爐管或快速升溫處理(rapid thermal process),使PM〇s 電晶體12閘極14A與NM0S電晶體16閘極14B下方的 通道矽晶格發生應變,其反應溫度為800°C至1200°C,敎 佳之反應溫度為1〇5〇。(:,另外,RTA製程的期間,可另知 入氣氣配合反應進行。之後如第6圖所示,對高伸張應力 凑興24進行一回蝕刻(etch back)製程,用以移除大部分的 巧伸張應力薄膜24,並保留在閘極結構14A、14B的側髮 的部分,形成侧壁子28A、28B。接著再進行一第二離子稀 植製程,以於PMOS電晶體12之側壁子28A與NM0S電 9曰體16之28B兩侧的半導體基底10中分別形成一源極/ &拖預定區域,其中該第二離子佈植製程可分別針對 P]Vl〇S電晶體12與NMOS電晶體16施予不同的佈植劑 量, ’且較佳之程序為施行兩次的離子佈植。隨後並進行一 汉Τα制和 氣私,以於PMOS電晶體12與NMOS電晶體16之源 概心及極預定區域内各形成一源極/汲極30Α、30Β。接著進 “ 自行對準金屬石夕化物(self-aligned silicide,salicide)製 王’在閘極結構14A、14B或源極/汲極30A、30B表面形 <金屬石夕化物(圖未示),該些製程係為該領域之人或熟習 亥技藝者所熟知,故於此不再贅述。 最後,如第7圖所示,進行一電漿增強化學氣相沈積 13 200836296 製程,於閘極結構14A、14B、側壁子28A、28B與源極/ 汲極30A、30B表面形成一接觸洞停止層(CESL)32,接觸 洞停止層32的厚度約在800埃至1100埃之間。之後可於 CESL 32 上再覆蓋一層間介電(inter-layer dielectric,ILD) 層(圖未示),然後利用一圖案化光阻層(圖未示)當作蝕刻遮 罩並進行一非等向性钱刻製程,在該層間介電層與接觸洞 停止層32中形成複數個接觸洞(contact hole),作為PMOS 電晶體12與NM0S電晶體16之閘極結構14A、14B或源 極/汲極30A、30B與其他電子元件連接的橋樑。 相較習知技術,本發明所述應變矽CMOS電晶體之製 作方法,係在形成金屬矽化物前進行,在NM〇s電晶體上 方的高伸張應力薄膜之伸張應力係數值保持在l.5GPa,以 對NMOS電晶體通道施予伸張應力,進而提升NM〇s的載 子漂移速度;反觀PMOS電晶體上方的高伸張應力薄膜, 則是利用離子佈植製程來調整高伸張應力薄膜的伸張應力 係數大幅下降至〇.19GPa左右,如此低的伸張應力係數將 不會對PMOS電晶體有負面的影響,更不可能造成pM〇s 電晶體的損害。此外,本發明所述之高伸張應力薄膜與係 在完成對NMOS電晶體通道施以伸張應力的階段性任務 後,將自CMOS電晶體表面移除,因此可視為一種犠牲層 的結構。 200836296 前述之第一較佳實施例係將高伸張應力薄膜沉積在不 * ,具侧壁子之CMOS 電晶體表面,以增加NMOS電晶體表現 效能又不傷及PMOS電晶體的前提下,經由一連串的離子 佈植製程、RTA製程增進NMOS電晶體的載子漂移速率, 最後蝕刻高伸張應力薄膜以形成CMOS電晶體的侧壁子。 另一方面,本發明所述之高應力薄膜亦可應用在增進 PMOS電晶體效能之製程,其係於包含側壁子之CMOS電 晶體表面沉積高壓縮應力薄膜,並進行後續的製程,相關 * 的實施方法請見本發明之另一較佳實施例。 如第8圖至第11圖所示,係依據本發明之一第二較佳 實施例所繪示之應變矽CMOS電晶體之製作方法示意圖, 其中相同的元件或部位仍沿用與第一較佳實施例相同之元 件符號。請參考第8圖,提供一半導體基底10,半導體基 底10已定義有複數個P型井及η型井。半導體基底10上 參 設有複數個MOS電晶體分別位於該等Ρ型井或該等η型 井,如PMOS電晶體12之閘極結構14Α與NMOS電晶體 16之閘極結構14B ;設於閘極結構14A、14B侧壁之側壁 子34A、34B ;以及設於MOS電晶體間以防止相鄰MOS 電晶體發生短路的絶緣結構,如場氧化層(圖未示)或淺溝 隔離17。閘極結構14A、14B各包含^一閘極介電層18、一 設於閘極介電層18上方之閘極20以及一覆蓋層22。另外, ^ 閘極結構14A、14B兩側之半導體基底10分別形成一輕雜 15 200836296 _推汲極22A、22B,以防止PMOS電晶體12或丽OS電晶 體16的熱電子效應。 、再來請參考第9圖,進行-沈積製程 ,例如利用爐管 =化學氣相沈積製程,形成包含氮化石夕、氧化石夕、或氧 氧化矽等材料之一尚壓縮應力薄膜⑶皿passive tMn 體扭)36 >儿積在PM0S電晶體12、nm〇s電晶體μ及半導 春掩底1G表面’較佳之高壓縮應力薄膜36係藉由一電漿 ,化孥氣相沈積製程,配合適當之頻率製程條件所沉積 之氮化石夕薄膜(如SlN),其較佳的製程溫度約在到· ]其厗度約在100埃到500埃間,較佳之厚度為500 :。另外在高壓縮應力薄膜36形成後,可選擇性地進行一 士 =線快速熱處理製程,固化高壓縮應力薄膜36,以調整 向堡縮應力薄膜36的壓縮應力係數。 接著如第1〇圖所示,形成一遮罩26於高壓縮應力薄 膜36表面,該遮罩僅覆蓋PMOS電晶體12上方之高壓縮 "、力薄膜36 ’曝露NMOS電晶體16上方的高壓縮應力薄 、36。隨後進行一第一離子佈植製程,針對nmqs電晶體 上方未被遮罩遮敵的南堡細應力薄膜3 6植入摻質, 並㊅整佈植能量、佈植劑量或其他製程參數至最佳之製程 _ '件該播質包含錯、砰、氤、銦、録、石夕、硫、氮、氧、 碳、氟等元素,且該第一離子佈植製程亦可採用一共植入 16 200836296 製程’植入前述二種或二種以上之元素組合至NMOS電晶 體16上的高壓縮應力薄膜36,經由該第一離子佈植製程 或該共植入製程後’將會舒緩Nm〇s電晶體16上方之高 壓縮應力薄膜36的壓縮應力。 如第11圖所示’在該離子佈植製程完成後,移除遮罩 26並露出高壓縮應力薄膜36後,進行一 RTA製程,利用 爐管或快速升溫處理,使PM〇s電晶體12閘極14A與 NMOS電晶體16閘極14B下方的通道矽晶格發生應變,其 反應溫度為800 C至l2〇〇°c,較佳之反應溫度為1〇5〇。〇。 然後進行-回#刻製程,移除高壓縮應力薄膜36。後續的 製寿王將進行與第-較佳實施例後段製成相同之第二離子佈 植製程及RTA製程,以於PM〇S電晶體12之側壁子34a 與NMOS電晶體16之34B兩侧的半導體基底1〇中各形成 一源極/汲極30A、30B。最後,於源極/汲極3〇Α、3〇β完 •成後,即可接續如第一較佳實施例所述之金屬石夕化物^ 程、進行一沉積製程以形成接觸洞停止層(圖未示)及層間 介電層(圖未示)、形成圖案化光阻(圖未示)以及進行非等向 性姓刻以形成接觸洞(圖未示)等製程,相_的實施細節如 第一較佳實施例所述,在此不再重覆。
因此,第二較佳實施例係利用離子佈植製程,針 * 成KNM0S電晶體上方的高壓縮應力薄膜進行離子佈植V 17 200836296 以有效舒緩NMOS電晶體上方的壓縮應力,且其對贝]^〇8 電晶體不會造成負面的影響;就另一方面來看,在離子佈 植製程、RTP製程完成後,位於PMOS電晶體上方的高壓 縮應力薄膜仍保有相當程度的壓縮應力,故可大幅提升 PMOS電晶體的運作效能,因而解決習知技藝中,僅能以 具有單一壓縮特性的薄膜提升PMOS電晶體效能、而同時 必須損害NMOS電晶體的窘境。 由此觀之,本發明所述之製作應變石夕CMOS之方法, 利用離子佈植製程調整南應力薄膜的應力係數,針對 PMOS電晶體或NMOS電晶體施予不同的應力,以提升其 運作效能。基於本發明之精神,另揭露一第三較佳實施例, 如第12圖所示。第12圖為本發明第三較佳實施例之操作 流程示意圖,實施各流程步驟的順序如下: 步驟40:提供同時包含至少一 pmos電晶體與至少_ • NM〇s電晶體之一半導體基底。 步驟42:進行一沉積製程,形成一不具應力的薄膜 (stress-less thin film) ’ 例如一氮化矽(SiN)薄膜覆 蓋遠PMOS電晶體與該NMOS電晶體。 步驟44 1成-第-圖案化遮罩於該氮切薄膜表面,該 第一圖案化遮罩係設於該NM〇s電晶體上方, 做為後續離子佈植製程之遮罩。隨即,進行—第 • —離子佈植製程’針對該PMQS電晶體上方未被 18 200836296 行植 該第-圖案=處罩應力為壓縮應力’之後移除 步驟46:形成一第二 口茶化遮罩於該PMOS雷曰獅 之氮化矽薄膜/ 书日日體上方 、犋表面,做為後續離子 刻遮罩。接菩,、即植衣羲之蝕 該_〇S雷曰* L 倾衣私’針對 戒齡沾知日日體上方未被該第一圖案化遮罩所 .....11切_進行植人摻質,調整該處之 力為伸張廊、力,十# n正邊處之應 牛驟仙.、隹後移除該第二圖案化遮罩。 乂驟48·進仃一 RTA製程,使?聽電晶體與n 晶體閘極下方的通道石夕晶格發生應變。至此,电 本不具伸張或壓縮應力的氮化石夕薄膜,因前述、 製程將使位於PM〇s電晶體上方的氮化石夕薄= 具有壓縮應力,而位於NMOS電晶體上方的/ 化矽薄膜則具有伸張的應力,即同一層的氮化: 薄膜,依其所覆蓋之MOS電晶體種類,分別具 有伸張應力或壓縮應力之一。 步驟5 0 ·移除氣化砍層。 步驟52:進行一第三離子佈植製程,形成pmOS電晶體與 NMOS電晶體兩侧之源極/汲極 最後,於源極/汲極完成後,即可接續如前述較佳實施 例所述之金屬矽化物製程、進行一沉積製程以形成接觸洞 19 200836296 停止層及層間介電層、形成圖案化光阻以及進行非等向性 蝕刻以形成接觸洞等製程,相關的實施細節如前述較佳實 施例所述,在此不再贅述。綜觀本發明之第三較佳實施例, 係結合第一較佳實施例與第二較佳實施例之方法,分別對 覆蓋於PMOS電晶體&NM0S電晶體表面的應力薄膜各自 進行一次的離子佈植製程,使PM0S電晶體上方的應力薄 膜具有壓縮應力,而NMOS電晶體上方的應力薄膜具有伸 張應力,同日寸1¾:升PMOS電晶體及NMQS電晶體的運作效 月匕。此外,弟二較佳實施例不侷限於先針對PM〇s電晶體 上方的應力薄膜進行離子佈植、再對NMOS電晶體上方的 應力溥膜進行離子佈植的順序,相反的操作順序如:先針 對NMOS電晶體上方的應力薄膜進行離子佈植、再對 PMOS電晶體上方的應力薄膜進行離子佈植的方式亦可適 用於本發明。 此外,本發明之製作應變矽CMOS電晶體之方法,更 可與其他應變砍製程方法相結合,例如磊晶、雙接觸洞蚀 刻停止層(dual CESL)等製程。以本發明第一較佳實施例所 述之製程方法為例,完成本發明所述之製作應變==m〇s 電晶體之方法後,NMOS電晶體已因伸張應力而使其運作 效能提升,之後可自下列之製程步驟中任選其一,再次對 PMOS電晶體或NMOS電晶體施予應力,以提升其運^效 能。該些製程步驟為: 、 20 200836296 製程步驟A:形成雙接觸洞钮刻停止層,係在NMOS電晶 體表面覆蓋具伸張應力的CESL,再於PMOS 電晶體表面覆蓋具壓縮應力的CESL,利用雙 接觸洞蝕刻停止層分別對NMOS電晶體及 PMOS電晶體通道施予伸張應力及壓縮應力。 製程步驟B:在NMOS電晶體表面覆蓋具伸張應力的 CESL,另於PMOS閘極結構兩侧之半導體基 φ 底中形成凹槽,再於凹槽中分別形成磊晶層, 例如石夕錯遙晶層(SiGe epitaxial layer),利用晶 格排列的差異對PMOS電晶體通道施於壓縮 的應力。 製程步驟r · + M〇S電晶體表面覆蓋、具壓縮應力的 CESL,另於NMOS閘極兩側之半導體基底中 形成凹槽,再於凹槽中分別形成磊晶層,例如 _ 石夕兔爲晶層(SiC epitaxial layer),利用晶格排 列的差異對NMOS電晶體通道施於伸張的應 製程步驟D:步 U战具壓縮應力之CESL覆蓋PMOS電晶體表 面’針對PMOS電晶體通道施予壓縮應力。 由此觀之,卷士 製作方、去與 > 爾本發明所揭露之應變矽CMOS電晶體之 ” CBST仏、€知之CESL製程並行時,可大幅度地減少 厅需的晨& • 哎’進而能有效避免因沉積在MOS電晶體 21 200836296 側土的CESL過厚而發生裂縫_⑻的情形,同時可提升 後續製程中餘刻接觸洞的㈣效率。 上Γ述’本發明所述之應變矽cm〇s電晶體之製作 曰 、形成同應力薄膜於pMOS電晶體及NMOS電 兩曰辦,再彻離子佈植製程及遮罩保護其中—種M0S =言靡ϋ對覆蓋於另—方的高應力薄膜進行離子佈植, 此:门:、薄臈的應力係數’最後再將高應力薄膜移除。 之,方法,可整合於半導體咖^ p_電晶體層:CESL製程,同時提升 电日日體一者的運作作效能。 專利範圍所斤/1僅為本發明之較佳實施例’凡依本發明申請 圍所做之均等變化與修飾,皆應屬本發明之涵蓋範圍。 【圖式簡單說明】 第1圖至第7圖係依據本發第 應變石夕CM〇S電晶各步狀方_^實_緣不製作 11圖係依據本發明之第二較佳實施例所繪示之 應k石夕C Μ Ο S電晶體之製作方法 墙 Λ、 •办圓 〇 圖林發明第三較佳實施狀操作_示意圖。 22 200836296 【主要元件符號說明】 10 半導體基底 12 PMOS電晶體 14A、14B閘極結構 16 NMOS電晶體 17 淺溝隔離 18 閘極介電層 20 閘極 22 覆蓋層 22A、22B輕雜摻汲極 24 高伸張應力薄膜 26 遮罩 28A、28B 側壁子 30A、30B源極/汲極 32 接觸洞停止層 34A、34B侧壁子 36 高壓縮應力,薄膜 4〇、42、44、46、48、
50、52 本發明第三較佳實施例之操 作步驟
23

Claims (1)

  1. 200836296 十、申請專利範圍: 1. 一種製作應變矽互補式金氧半導體電晶體之方法,包 含: 提供一半導體基底,該半導體基底上包含至少一第一主動 區域以及至少一第二主動區域; 形成一高應力薄膜(high-strained thin film)覆蓋該半導體基 底、該第一主動區域以及該第二主動區域; 0 形成一遮罩覆蓋該第一主動區域; 進行一離子佈植(implantation)製程,針對該第二主動區 域上方之部分高應力薄膜植入摻質; 移除該遮罩; 進行一快速熱回火(rapid thermal annealing)製程;以及 移除該高應力薄膜。 2. 如請求項1所述之方法,其中該第一主動區域包含一 • NM0S電晶體之一閘極結構,且該第二主動區域包含 一 PM0S.電晶體之一閘極結構。 3 ·如請求項1所述之方法,其中該第一主動區域包含一 PM0S之一閘極結構,且該第二主動區域包含一 NM0S 電晶體之閘極結構。 - 4.如請求項1所述之方法,其中該第一主動區域之該閘極 24 200836296 結構兩侧與該第二主動區域之該閘極結構兩側各包含 一輕摻雜汲極。 5. 如請求項1所述之方法,於該高應力薄膜形成後,另包 含一紫外線快速熱處理製程,以固化該高應力薄膜。 6. 如請求項1所述之方法,其中該高應力薄膜係被部分移 除,保留部分位於各閘極結構側壁之高應力薄膜,各 自形成該第一主動區域與該第二主動區域之側壁子。 7. 如請求項1所述之方法,其中該離子佈植製程之掺質包 含鍺、神、氤、銦、銻、石夕、硫、氮、氧、碳或II。 8. 如請求項7所述之方法,其中該離子佈植製程之佈植能 量約為50 KeV,佈植劑量約為3.15xl015ion/cm2。 9. 如請求項1所述之方法,其中該快速熱回火製程之反應 溫度約介於80(TC至120(TC。 10. 如請求項1所述之方法,其中該快速熱回火製程反應溫 度約為1050°C。 11. 如請求項1所述之方法,其中該高應力薄膜之應力係數 約介於-3.0Gpa至2.0Gpa之間。 25 200836296 12. 如請求項1所述之方法,其中於該高應力薄膜移除後, 另包含一自行對準金屬石夕化物(self-aligned silicide, salicide)製程。 13. 如請求項1所述之方法,其中於該高應力薄膜移除後, 另包含一沉積製程,形成一接觸洞姓刻停止層(contact etch stop layer)覆蓋該半導體基底、該第一主動區域與 該第二主動區域。 14. 一種製作應變矽互補式金氧半導體電晶體之方法,包 含: 提供一半導體基底,該半導體基底具有至少一 N型井以及 至少一 P型井,且該N型井及該P型井上各設置至少一 閘極結構; 形成一高伸張應力薄膜(high-tensile thin film)覆蓋該半導 ⑩ 體基底、該N型井以及該P型井; 形成一遮罩覆蓋該N型井; 進行一離子佈植製程,針對該P型井上方之部分高伸張應 力薄膜植入摻質,使其伸張應力係數下降; 移除該遮罩; 進行一快速熱回火製程;以及 移除該高伸張應力薄膜。 26 200836296 15.如請求項14所述之方法,其中各該N型井與各該P型 * 井上另設有至少一側壁子設於各該閘極結構之側壁以 及一輕摻雜汲極設於各該閘極結構兩側。 16·如請求項14所述之方法,於該高伸張應力薄膜形成後, 另包含一紫外線快速熱處理製程,以固化該高伸張應 力薄膜。 • 17·如請求項14所述之方法,其中該離子佈植製程之摻質 包含鍺、砷、氙、銦、銻、矽、硫、氮、氧、碳或氟。 18. 如請求項17所述之方法,其中該離子佈植製程之佈植 能量約為50 KeV,佈植劑量約為3·15χ1015 ion/cm2。 19. 如請求項14所述之方法,其中該快速熱回火製程之反 φ 應溫度約介約800°C至1200°C。 20. 如請求項14所述之方法,其中該快速熱回火製程反應 溫度約為1050°C。 21. 如請求項14所述之方法,其中該高伸張應力薄膜之應 力係數約介於-3.0Gpa至2.0Gpa之間。 22. 如請求項14所述之方法,其中於該高伸張應力薄膜移 27 200836296 除後,另包含一自行對準金屬矽化物製程。 23. 如請求項14所述之方法,其中於‘該高伸張應力薄膜移 除後,另包含一沉積製程,形成一接觸洞蝕刻停止層 覆蓋該半導體基底、該N型井與該P型井。 24. —種製作應變矽互補式金氧半導體電晶體之方法,包 含: • 提供一半導體基底,該半導體基底具有至少一 N型井以及 至少一 P型井,且該N型井及該P型井上各設置一閘極 結構; 形成一高壓縮應力薄膜(high-compressive thin film)覆蓋該 半導體基底、該N型井以及該P型井; 形成一遮罩覆蓋該P型井; 進行一離子佈植製程,針對該N型井上方之部分高壓縮應 參 力薄膜植入摻質使其壓縮應力係數下降; 移除該遮罩; 進行一快速熱回火製程;以及 移除該高壓縮應力薄膜。 25. 如請求項24所述之方法,其中各該N型井與各該P型 井上另設有至少一侧壁子設於各該閘極結構之側壁以 .· 及一輕摻雜汲極設於各該閘極結構兩侧。 28 200836296 26.如請求項24所述之方法,於該高壓縮應力薄膜形成後, - 另包含一紫外線快速熱處理製程,以固化該高壓縮應 力薄膜。 27·如請求項24所述之方法,其中該離子佈植製程之摻質 包含鍺、砷、氙、銦、銻、矽、硫、氮、氧、碳或氟。 28.如請求項24所述之方法,其中該快速熱回火製程之反 • 應溫度約介於800°C至1200Χ。 29·如請求項24所述之方法,其中該快速熱回火製程反應 溫度約為1050°C。 30. 如請求項24所述之方法,其中該高壓縮應力薄膜之應 力係數約介於j.OGpa至2.0Gpa之間。 31. 如請求項24所述之方法,其中於該高壓縮應力薄膜移 除後,另包含一自行對準金屬石夕化物製程。 32. 如請求項24所述之方法,其中於該高壓縮應力薄膜移 除後,另包含一沉積製程,形成一接觸洞餘刻停止層 覆蓋該半導體基底、該N型井與該P型井。 29
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI451531B (zh) * 2008-12-17 2014-09-01 United Microelectronics Corp 降低閘極漏電流並控制啟始電壓偏移量之方法及互補式金氧半導體裝置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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TWI451531B (zh) * 2008-12-17 2014-09-01 United Microelectronics Corp 降低閘極漏電流並控制啟始電壓偏移量之方法及互補式金氧半導體裝置

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