專利名稱：利用自對準的雙應(yīng)力膜增強nmosfet和pmosfet的性能的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于集成電路的半導(dǎo)體器件，更尤其涉及通過應(yīng)變工程(strain engineering)而改善性能的COMS晶體管。
背景技術(shù)：
運用應(yīng)力是改善金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管(MOSFET)的少數(shù)載流子遷移率并增加MOSFET的跨導(dǎo)(或減少其串聯(lián)電阻)的有效方式，其需要對半導(dǎo)體工藝進行相對較小的修改，同時對MOSFET性能提供明顯加強。
當將應(yīng)力施加到半導(dǎo)體晶體管的溝道時，載流子的遷移率以及由此導(dǎo)致的晶體管跨導(dǎo)與導(dǎo)通電流會從未加應(yīng)力的半導(dǎo)體的其原始值發(fā)生變化。這是因為在該溝道內(nèi)在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上所施加的應(yīng)力與結(jié)果導(dǎo)致的應(yīng)變會影響帶隙結(jié)構(gòu)(也即，破壞帶結(jié)構(gòu)的退化)并改變了載流子的有效質(zhì)量。該應(yīng)力的效果取決于溝道面的晶向、晶向內(nèi)的溝道方向、以及所施力p應(yīng)力的方向。
在半導(dǎo)體工業(yè)中，已經(jīng)深入地研究了單軸應(yīng)力(即，沿著一個晶向施加的應(yīng)力)對半導(dǎo)體器件的性能的影響，尤其是對構(gòu)建在硅基板上的MOSFET(或者簡而言之"FET〃 )器件的性能的影響。就使用硅溝道的PMOSFET (或者，簡而言之、、PFET〃 )而言，溝道中少數(shù)載流子(在此情形中為空穴)的遷移率在沿著溝道方向的單軸壓縮應(yīng)力下增加，也即，所述方向是空穴的移動方向或連接漏極到源極的方向。相反地，就4吏用珪溝道的NMOSFET(或者，簡而言之"NFET")器件而言，溝道中少數(shù)載流子的遷移率(在此情形中為電子)在沿著溝道方向的單軸拉伸應(yīng)力下增加，也即，所述方向是電子移動的方向或連接漏極到源極的方向。提高PMOSFET與NMOSFET之間的載流子遷移率的應(yīng)力類型的這些相反的要求，已經(jīng)導(dǎo)致了用于施加至少 兩種不同類型的應(yīng)力到相同集成芯片上的半導(dǎo)體器件的現(xiàn)有技術(shù)的 方法。
在MOSFET的溝道上，可替換地被稱為"應(yīng)力工程〃 或"應(yīng)變 工程〃 的不同方法在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。
一組方法產(chǎn)生了 、、全局應(yīng)力〃 ，也即，施加到從基板產(chǎn)生的整體 晶體管器件區(qū)域的應(yīng)力。全局應(yīng)力是利用如下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的，例如SiGe 應(yīng)力松弛緩沖層、Si: C應(yīng)力松弛緩沖層或絕緣體上的硅鍺結(jié)構(gòu)。
另一組方法則產(chǎn)生、、局部應(yīng)力〃 ，也即，從局部結(jié)構(gòu)僅僅施加到 與該溝道相鄰的局部區(qū)域的應(yīng)力。局部應(yīng)力是利用如下結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生 的，所述結(jié)構(gòu)例如是應(yīng)力襯里、嵌入的SiGe源極/漏極結(jié)構(gòu)、嵌入的 Si:C源極/漏極結(jié)構(gòu)、產(chǎn)生應(yīng)力的淺槽隔離結(jié)構(gòu)與產(chǎn)生應(yīng)力的硅化物。 關(guān)于使用這些方法的半導(dǎo)體器件，已經(jīng)報導(dǎo)了高達50 %的導(dǎo)通電流的 增加與高達40%整體芯片速度的增加。
施加局部應(yīng)力的其中一種最普遍的方法是使用應(yīng)力襯里或"應(yīng) 力膜〃 。因為每個應(yīng)力襯里都具有特定的應(yīng)力水平，或壓縮或拉伸， 因此兩個單獨的應(yīng)力襯里一般被稱為"雙襯里〃 ，其被用來分別在同 一個集成電路的兩個不同區(qū)域中產(chǎn)生拉伸應(yīng)力和壓縮應(yīng)力。形成兩個 單獨襯里的一種示例性方法披露在Doris等人的美國專利申請公開號 2005/0093030A1中，其披露了使用兩個單獨襯里，以使得NFET區(qū)域 被直接疊覆下層的NFET、可選的電介質(zhì)層與壓縮膜的拉伸膜所覆蓋， 同時PFET區(qū)域則僅僅4皮壓縮膜覆蓋。在NFET區(qū)域之上的膜堆疊對 下層NFET施加拉伸應(yīng)力，且PFET區(qū)域之上的壓縮膜則對下層PFET 施加壓縮應(yīng)力，從而4吏得PFET與NFET兩者通過應(yīng)力工程而具有增 強的性能。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，然而，在PFET區(qū)域與NFET區(qū)域之間的邊界 附近的部分PFET區(qū)域之上的壓縮膜的存在是不利的，這是因為壓縮 膜通過拉伸膜和可選的電介質(zhì)層向下層PFET施加壓縮應(yīng)力。因此， 在壓縮膜和拉伸膜疊覆的邊界區(qū)域下，拉伸膜所產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力被疊
8覆的壓縮膜產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力部分抵消。
由于需要額外的掩膜以從NFET區(qū)域之上蝕刻掉壓縮膜，因此 將壓縮膜從NFET區(qū)域上方移除將要面對一些挑戰(zhàn)。將光致抗蝕劑上 的暴露圖案的邊緣與事先存在的圖案化的拉伸膜邊緣對準會遭遇固 有光刻疊覆的變化。依據(jù)光致抗蝕劑與事先存在的圖案化的拉伸膜邊 緣的疊覆，可能會形成不具有任何拉伸膜或壓縮膜的區(qū)域，或者可選 地，可能會形成具有拉伸膜和壓縮膜兩者的區(qū)域。這兩種膜之間的邊 界的特性會影響相鄰MOSFET上的應(yīng)力水平，并導(dǎo)致MOSFET性能 的變化。此外，邊界的特性也影響隨后在源極和漏極區(qū)域中和柵電極 頂部上(例如，在反向器的柵電極上)的接觸孔的蝕刻工藝。
MOSFET的性能因此取決于蝕刻的壓縮膜與拉伸膜的疊覆。即 使使得壓縮膜和拉伸膜的形貌(topography)相反，但是問題卻仍然 存在，這是因為從包括在其下具有不同水平應(yīng)力的圖案化膜的結(jié)構(gòu)部 分地移除應(yīng)力覆蓋膜容易在各個膜邊界處產(chǎn)生不同的形貌，其取決于 兩個應(yīng)力膜的邊緣的疊覆。此外，由于蝕刻工藝需要從接觸區(qū)域移除 兩個應(yīng)力膜，因此在拉伸和壓縮氮化物膜之間的大的疊覆會使得接觸 孔的形成更加困難。然而，拉伸和壓縮氮化物膜之間的下層會導(dǎo)致在 下層區(qū)域中的過蝕刻硅化，其導(dǎo)致硅化區(qū)域的損壞。因此，期望自對 準拉伸和壓縮氮化物膜。
參考圖1，其示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的示例性雙應(yīng)力膜結(jié)構(gòu)。第一 MOSFET 99和第二 MOSFET 199被顯示為具有基板10、淺槽隔離 (STI) 20和邊界區(qū)域72，該邊界區(qū)域包括第一應(yīng)力膜50和第二應(yīng) 力膜70的垂直堆疊。第一 MOSFET 99包括部分基板10、柵極電介 質(zhì)30、包括柵極多晶硅32和才冊極珪化物36的柵極導(dǎo)體38、間隔物 34、源極和漏極區(qū)域40、源極和漏極珪化物42、第一應(yīng)力膜50和蝕 刻停止層52。類似地，第二 MOSFET 199包括另一部分基板10、柵 極電介質(zhì)30、包括柵極多晶珪32和4冊極珪化物36的柵極導(dǎo)體38、 間隔物34、源極和漏極區(qū)域40、源極和漏極硅化物42和第二應(yīng)力膜 70。第一應(yīng)力膜50施加笫一應(yīng)力到第一 MOSFET 99，且第二應(yīng)力 膜70施加第二應(yīng)力到第二 MOSFET 199。第一應(yīng)力和第二應(yīng)力不同， 且通常兩應(yīng)力在性質(zhì)上相反，也即， 一為壓縮而另一為拉伸。最常見 地，該基板是硅基板，且壓縮應(yīng)力被施加到p型MOSFET (PMOSFET)，拉伸應(yīng)力被施加到n型MOSFET ( NMOSFET )。 依據(jù)制造方法，第一 MOSFET 99是具有壓縮應(yīng)力的PMOSFET或者 具有拉伸應(yīng)力的NMOSFET。相對于第一 MOSFET 99， MOSFET或 具有相反類型應(yīng)力的相反極性-陂選擇用于第二 MOSFET 199。
一般而言，不管膜的位置如何， 一個應(yīng)力膜僅具有一種水平的應(yīng) 力。為了在兩個不同器件上施加兩種不同水平的應(yīng)力，需要形成兩種 不同類型的應(yīng)力膜。在現(xiàn)有技術(shù)中，產(chǎn)生具有相反極性的區(qū)別 (significant)應(yīng)力程度的應(yīng)力膜(也即， 一個是壓縮膜而另一個是 拉伸膜)的嘗試遭遇了有限的成功。例如，迄今為止使用離子植入來 松弛部分應(yīng)力膜，其產(chǎn)生了具有限制應(yīng)力幅值的膜。因此，制造具有 兩種類型的高等級應(yīng)力的結(jié)構(gòu)(例如，大于約150MPa的壓縮應(yīng)力和 大于約150MPa的拉伸應(yīng)力)需要兩個不同的應(yīng)力膜的兩個單獨沉積。
利用兩個單獨應(yīng)力膜或"雙應(yīng)力膜〃 的現(xiàn)有技術(shù)方法的其中一 個共同方面是不能將第二應(yīng)力膜70的邊緣自對準到第一應(yīng)力膜50的 邊緣。只要施加恰當類型應(yīng)力的膜仍留在CMOS電路中的每個 MOSFET之上(其中CMOS電路使用了遷移率提高的PMOSFET和 遷移率提高的NMOSFET)，那么使用兩個光刻圖案化就是不可避免 的。 一個應(yīng)力膜被首先沉積和圖案化，其在圖l被標為"第一應(yīng)力膜 "50。在第一應(yīng)力膜50的光刻圖案化和蝕刻之后，定義了第一應(yīng)力 膜50的邊緣。此后，第二應(yīng)力膜70被沉積、光刻對準到第一應(yīng)力膜 50的現(xiàn)存邊緣、被圖案化和蝕刻。
然而，對于對準到現(xiàn)存的對準標記，任何光刻對準都具有固有的 非零疊覆變化。甚至某些目前最先進的光刻工具，例如193nm DUV 光刻系統(tǒng)，也具有約40nm至約50nm之間的總疊覆容差或疊覆變化， 其與典型的從約50nm至約100nm的應(yīng)力膜厚度是可以相提并論的(comparable)。嘗試將第二應(yīng)力膜邊緣對準到第一應(yīng)力膜邊緣導(dǎo)致 兩個膜之間大約50nm或更多的疊覆，或者可選的，可以導(dǎo)致大約 50nm或更多的其中不存在應(yīng)力膜的間隙，。由于這兩個膜具有相反 的應(yīng)力類型，因此疊覆的上述變化會導(dǎo)致施加到兩種應(yīng)力膜之間的邊 界附近的器件的應(yīng)力的過度變化。為了減小施加到附近器件的應(yīng)力的 變化，例如圖l所示的結(jié)構(gòu)通常應(yīng)用在現(xiàn)有技術(shù)中，以甚至在疊覆變 化的最糟情形中也確保第二應(yīng)力膜70疊覆第一應(yīng)力膜50。然而，由 于這兩個膜具有相反的應(yīng)力類型，因此將兩個應(yīng)力膜垂直疊覆會導(dǎo)致 施加到附近器件的應(yīng)力的部分抵消。包括一部分第一應(yīng)力膜50和一 部分第二應(yīng)力膜70的堆疊的圖1中的堆疊局部結(jié)構(gòu)72有效地中和或 減小了其中兩種應(yīng)力膜相鄰的邊界附近的應(yīng)力。
當可以應(yīng)用新方法以緩和此問題時，例如，在美國專利申請爿>開 2006/0099793A1中Yang等人所披露的，其中導(dǎo)電組件應(yīng)用下部疊覆 的拉伸膜和壓縮膜對，來保持每個MOSFET區(qū)域中的相同等級的應(yīng) 力，任何額外結(jié)構(gòu)的引入都易于增加芯片面積，因此成為較不經(jīng)濟的 選擇。此外，只有兩個應(yīng)力膜不具有疊覆或下部疊覆的情況下，也即，
不形成其中兩種應(yīng)力彼此抵消或削弱的區(qū)域，才可能將最大等級的應(yīng) 力施加邊界附近的MOSFET上。
因此需要存在一種方法，用于減小或消除與雙圖案化應(yīng)力膜的形 貌相關(guān)的疊覆變化的不利影響。
同樣地，需要存在一種結(jié)構(gòu)，其中使得與雙圖案化應(yīng)力膜的形貌 相關(guān)的疊覆變化的不利影響被最小化或被消除。
此外，需要存在一種具有其中第一應(yīng)力膜和第二應(yīng)力膜相鄰的邊 界區(qū)域的結(jié)構(gòu)，且在該結(jié)構(gòu)中與用于圖案化第二應(yīng)力膜的光致抗蝕劑 的疊覆無關(guān)地，邊界區(qū)域向相鄰的MOSFET器件傳遞相同等級的應(yīng) 力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供如下結(jié)構(gòu)和方法來滿足上述需求，其中雙應(yīng)力膜在它們邊緣處自對準，以避免疊覆變化的有害效果。
本發(fā)明還提供了與用于圖案化第二應(yīng)力膜的光致抗蝕劑的疊覆 無關(guān)地，在其中兩個應(yīng)力膜之間的邊界區(qū)域傳遞一致的應(yīng)力的結(jié)構(gòu)和 方法。
根據(jù)本發(fā)明，披露了具有自對準雙應(yīng)力村里的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其包
括
基板；
第一半導(dǎo)體上金屬場效晶體管(MOSFET)，具有形成在基板 上的第一溝道；
第二MOSFET,具有形成在基板上的第二溝道；
第一膜，形成在第一 MOSFET之上并且至少向第一晶體管的溝 道提供第一應(yīng)力；以及
第二膜，位于第二MOSFET之上并至少向第二晶體管的溝道提 供第二應(yīng)力，其中所述第二膜具有自對準到所述第 一膜邊緣的有角度 的凸起，且所述第一應(yīng)力不等于所述第二應(yīng)力。
優(yōu)選地，在邊界處，第一膜鄰接第二膜。因此，第一膜的側(cè)表面 接觸第二膜的側(cè)表面。然而，第一膜并不疊覆第二膜，且第二膜不疊 覆第一膜。因此，根據(jù)本發(fā)明，其中第一膜和第二膜兩者垂直堆疊的 區(qū)域并不存在?，F(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)具有包含其中兩個應(yīng)力膜堆疊的區(qū)域 的雙應(yīng)力膜，其具有或不具有兩個應(yīng)力膜之間的中間電介質(zhì)層，與該 現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)相對比，其沿著具有不同應(yīng)力水平的兩個膜的邊界而存 在。
優(yōu)選地，第一膜和第二膜兩者都為電介質(zhì)膜。電介質(zhì)膜的實例包 括各種摻雜的氮化硅、氧氮化硅、和氧化硅。優(yōu)選地，第一應(yīng)力和笫 二應(yīng)力具有相反的類型。例如，第一應(yīng)力是拉伸應(yīng)力，而第二應(yīng)力是 壓縮應(yīng)力。更優(yōu)選的，第一應(yīng)力是幅值大于150MPa的拉伸應(yīng)力，而 第二應(yīng)力幅值大于150MPa的壓縮應(yīng)力。最佳地，第一應(yīng)力是在幅值 上大于500MPa的拉伸應(yīng)力，而第二應(yīng)力是幅值大于500MPa的壓縮 應(yīng)力。在高度優(yōu)選的實施例中，被施加有第一應(yīng)力的第一 MOSFET是n型MOSFET ( NMOSFET )，以及被施加有第二應(yīng)力的第二 MOSFET是p型MOSFET ( PMOSFET )。
優(yōu)選地，第一膜直接接觸第一 MOSFET的柵極導(dǎo)體，其可以包 括柵極導(dǎo)體上的柵極硅化物，并接觸第一 MOSFET的源極和漏極區(qū) 域，其可以包括形成在源極和漏極上的硅化物。優(yōu)選地在淺槽隔離 (STI)上，第一膜鄰接第二膜。更優(yōu)選的，第一膜和第二膜兩者都 直接接觸STI。
有角度的凸起也可被 f立于柵極導(dǎo)體之上，且第一膜和第二膜可以 接觸柵極導(dǎo)體。
優(yōu)選地，第一膜是第一氮化硅膜，且第二膜是第二氮化物膜。同 樣地，優(yōu)選地，第一膜直接接觸第一MOSFE的間隔物，且第二膜直 接接觸第二 MOSFET的間隔物。
優(yōu)選地，蝕刻停止層直接位于所述第一膜頂部。此外，優(yōu)選地， 蝕刻停止層不存在于第二膜頂部。蝕刻停止層優(yōu)選是電介質(zhì)層。蝕刻 停止層對第二模具有蝕刻選擇性。在高度優(yōu)選的實施例中，第二膜是 第二氮化硅膜，且蝕刻停止層是氧化硅。
根據(jù)本發(fā)明，披露了一種制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第一方法，包括
提供具有第一 MOSFET和第二 MOSFET的半導(dǎo)體基板，其中 第一 MOSFET和第二 MOSFET的每一個都具有柵極導(dǎo)體、間隔物和 源極和漏極區(qū)域；
在所述第一 MOSFET之上和所述第二 MOSFET之上形成第一
應(yīng)力膜；
移除位于所述第二 MOSFET之上的部分所述第一應(yīng)力膜； 在所述第一應(yīng)力膜和所述第二 MOSFET之上形成第二應(yīng)力膜； 光刻圖案化所述第二應(yīng)力膜，以使得光致抗蝕劑的邊緣位于所述 第一應(yīng)力膜之上的所述第二應(yīng)力膜的臺階附近，且被布置為從所述臺 階朝向所述第二應(yīng)力膜的疊覆所述第一應(yīng)力膜的部分；以及
蝕刻所述第二應(yīng)力膜，以使得鄰接所述第一應(yīng)力膜的有角度的凸 起形成在所述第二應(yīng)力膜的邊緣處，并且沒有任何部分的所述第二應(yīng)力膜直接疊覆所述第一應(yīng)力膜。
優(yōu)選地，在形成柵極導(dǎo)體以及源極和漏極區(qū)域之后，第一應(yīng)力膜 會被形成在整個半導(dǎo)體表面上。在形成第一應(yīng)力膜之后，第一應(yīng)力膜
疊覆第一 MOSFET和第二 MOSFET。第一應(yīng)力膜隨后被光刻圖案化 和蝕刻，以使得只有第一晶體管具有疊覆的第一膜而第二晶體管不具 有疊覆的第一膜時。臺階的位置被限定為其中笫二應(yīng)力膜的剖面具有 大體上垂直的外表面的位置。該外表面不接觸第一應(yīng)力膜。
根據(jù)本發(fā)明的第 一 實施例，在臺階和光致抗蝕劑邊緣之間的相鄰 程度被控制，以使得蝕刻工藝能夠通過第二應(yīng)力膜的橫向蝕刻來橫向 地蝕刻直接疊覆第一應(yīng)力膜的部分第二應(yīng)力膜。優(yōu)選地，通過控制光 致抗蝕劑到第一應(yīng)力膜上的第二應(yīng)力膜臺階的疊覆來保持所述相鄰。 光致抗蝕劑相對于第二應(yīng)力膜邊緣的疊覆優(yōu)選地小于第二應(yīng)力膜厚 度的兩倍，且更優(yōu)選的小于第二應(yīng)力膜的厚度，以促進蝕刻工藝期間 第二應(yīng)力膜的側(cè)向蝕刻。
根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，披露了 一種制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，
包括
提供具有第一 MOSFET和第二 MOSFET的半導(dǎo)體基板，其中 第一 MOSFET和第二 MOSFET的每一個都具有柵極導(dǎo)體、間隔物、 以及源極和漏極區(qū)域；
在所述第一 MOSFET之上和所述第二 MOSFET之上形成第一
應(yīng)力膜；
移除位于所述第二 MOSFET之上的部分所述第一應(yīng)力膜； 在所述第一應(yīng)力膜和所述第二 MOSFET之上形成第二應(yīng)力膜； 光刻圖案化所迷第二應(yīng)力膜，以使得光致抗蝕劑的邊緣位于所述
第一應(yīng)力膜之上的所述第二應(yīng)力膜的臺階附近，且被布置為從所述臺
階朝向所述第二應(yīng)力膜的不疊覆所述第一應(yīng)力膜的部分；以及
蝕刻所述第二應(yīng)力膜，以使得鄰接所述第一應(yīng)力膜的有角度的凸
起形成在所述第二應(yīng)力膜的邊緣處，并且沒有任何部分的所述第二應(yīng)
力膜直接疊覆所述第一應(yīng)力膜。以與上述第一實施例中相同的方式來形成第一應(yīng)力膜和第二應(yīng) 力膜。然而，根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，與第一實施例相比，光致抗 蝕劑的邊緣位于臺階的相反側(cè)上，也即，在不具有第一應(yīng)力膜的一側(cè) 上。
優(yōu)選地，光致抗蝕劑的邊緣是利用光刻掩模上的次光刻輔助特征 形成的圓邊緣。所述光致抗蝕劑的所述邊緣在部分所述第一應(yīng)力膜之 上殘留到所述第二應(yīng)力膜中的臺階?？刂婆_階和光致抗蝕劑邊緣之間 的相鄰程度，以使得在光致抗蝕劑邊緣底部從光致抗蝕劑側(cè)壁移動以 疊覆光致抗蝕劑原始邊緣以外的鄰近區(qū)域的光致抗蝕劑的殘留或光 致抗蝕劑材料的堆積，完全地覆蓋原始光致抗蝕劑邊緣和臺階之間的 第二應(yīng)力膜部分。換句話說，在光致抗蝕劑底部的殘留材料的累積覆 蓋原始光致抗蝕劑邊緣和臺階之間的第二應(yīng)力膜部分，從而保護第二 應(yīng)力膜的被覆蓋部分。
優(yōu)選地，通過控制疊覆來保持光致抗蝕劑到第 一應(yīng)力膜之上的第 二應(yīng)力膜臺階的鄰近。光致抗蝕劑相對于臺階的疊覆變化優(yōu)選小于第 二應(yīng)力膜厚度的兩倍，更優(yōu)選的小于第二應(yīng)力膜的厚度，以促進蝕刻 期間第二應(yīng)力膜的側(cè)向蝕刻。
在第一和第二方法兩者中，優(yōu)選地，第一應(yīng)力膜至少向第一晶體 管的溝道施加第一應(yīng)力，第二應(yīng)力膜至少向第二晶體管溝道施加第二 應(yīng)力，且第一應(yīng)力和第二應(yīng)力并不相等。更優(yōu)選的，第一應(yīng)力和第二 應(yīng)力相反。例如，第一應(yīng)力為拉伸應(yīng)力，而第二應(yīng)力為壓縮應(yīng)力?；?者，第一應(yīng)力為壓縮應(yīng)力，而第二應(yīng)力為拉伸應(yīng)力。更優(yōu)選的，第一
應(yīng)力和第二應(yīng)力兩者的幅值都大于約150MPa。更優(yōu)選的，第一應(yīng)力 和第二應(yīng)力兩者的幅值都大于約500MPa。
在第一和第二方法兩者中，優(yōu)選地，第一應(yīng)力膜直接接觸第一 MOSFET的間隔物以及第一 MOSFET的源極和漏極區(qū)域，且第二應(yīng) 力膜直接接觸第二 MOSFET的間隔物以及第二 MOSFET的源極和漏 極區(qū)域。同樣，優(yōu)選地，蝕刻停止層形成在第一應(yīng)力膜上方。例如， 覆蓋物蝕刻停止層沉積在第一應(yīng)力膜上，并通過第一應(yīng)力膜被圖案化。優(yōu)選地，蝕刻停止層提供蝕刻工藝的選擇性，以使得蝕刻能夠針 對蝕刻停止層選擇性地移除第二應(yīng)力膜。在示例性實施方式中，蝕刻 停止層是氧化物，第一應(yīng)力膜是第一氮化物，且第二應(yīng)力膜是第二氮 化物，其中第一氮化物和第二氮化物不相同。
根據(jù)本發(fā)明的第一和第二方法兩者均產(chǎn)生了上述的結(jié)構(gòu)，其中第 一應(yīng)力膜和第二應(yīng)力膜僅僅在它們的側(cè)面彼此鄰接，即，僅僅在它們 的側(cè)面彼此相連，也即，在它們的"側(cè)壁〃 彼此鄰接。第一應(yīng)力膜和 第二應(yīng)力膜在頂表面或底表面處不彼此相連。與圖案化第二應(yīng)力膜的
光致抗蝕劑的疊覆無關(guān)，所獲得的結(jié)構(gòu)向第一 MOSFET和第二 MOSFET兩者施加預(yù)定水平的應(yīng)力。與被用于將第二應(yīng)力膜對準到 第一應(yīng)力膜的光刻工藝的疊覆無關(guān)，自對準的結(jié)構(gòu)具有到兩種 MOSFET的受控水平的應(yīng)力。
通過以下的優(yōu)選實施例的敘述并配合圖式說明，本發(fā)明的目的、 特征和優(yōu)點將更為清楚。


現(xiàn)在，將僅通過舉例的方式參考所附的附圖來描述本發(fā)明的實施 例，其中
圖1是具有雙應(yīng)力膜的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的截面圖，其中邊界區(qū)域 72包括兩個應(yīng)力膜的堆疊。
圖2-4是本發(fā)明第一實施例和第二實施例共同工藝的示例性結(jié)構(gòu) 的順序截面圖。
圖5-7是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的示例性結(jié)構(gòu)的順序截面圖。 圖8-10是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的示例性結(jié)構(gòu)的順序截面圖。 圖11是根據(jù)本發(fā)明的示例性結(jié)構(gòu)的頂視圖，其顯示了兩種應(yīng)力 膜之間的邊界。
具體實施例方式
本發(fā)明消除了根據(jù)圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)的兩個應(yīng)力膜(50、 70)的堆疊局部結(jié)構(gòu)72。相反，本發(fā)明使兩個應(yīng)力膜(50、 70)僅僅在側(cè) 面接觸而沒有任何垂直疊覆。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明，即使兩種器件被設(shè) 置為接近兩個應(yīng)力膜(50、 70)的邊界，也可向它們施加全部應(yīng)力。
根據(jù)本發(fā)明，可使用制造創(chuàng)造性結(jié)構(gòu)的兩個實施例的方法。由于 兩個實施例直到特定點為止都使用了共同的工藝方法和結(jié)構(gòu)，因此， 這里將共同描述這兩個實施例，直到兩個實施例彼此區(qū)分為止。
參考圖2，第一 MOSFET 100和第二 MOSFET 200被示出為具 有基板10和STI 20。該基板優(yōu)選地為外延半導(dǎo)體基板，也即是，單 晶半導(dǎo)體基板。半導(dǎo)體材料可從(但不限于)硅、鍺、硅鍺合金、硅 碳合金、硅鍺碳合金、砷化鎵、砷化銦、磷化銦、ni-v族化合物半導(dǎo) 體材料、II-VI族化合物半導(dǎo)體材料、有機半導(dǎo)體材料和其它化合物半 導(dǎo)體材料選出。半導(dǎo)體基板IO可以是體基板、絕緣體上半導(dǎo)體(SOI) 基板、或混合基板。雖然本發(fā)明以體基板來說明，但是此處也明確地 考慮了在SOI基板或混合基板上的本發(fā)明的實施方式。
形成MOSFET結(jié)構(gòu)的方法在本領(lǐng)域中是公知的，所述MOSFET 結(jié)構(gòu)包括井(未顯示于圖中)、閾值電壓調(diào)整植入、和HALO植入 (未顯示于圖中)、STI20、包括高-K電介質(zhì)選擇的柵極電介質(zhì)30、 在此情形中包括柵極多晶硅32和柵極珪化物36的柵極導(dǎo)體38、源極 和漏極40、以及源極和漏極硅化物42。第一 MOSFET 100可以是 PMOSFET，且第二 MOSFET 200可以是NMOSFET?；蛘?，第一 MOSFET 100可以是NMOSFET，且第二 MOSFET 200可以是 PMOSFET。
根據(jù)本發(fā)明，第一應(yīng)力膜50沉積在第一 MOSFET 100和第二 MOSFET 200兩者上。第一應(yīng)力膜50優(yōu)選是電介質(zhì)膜。第一應(yīng)力膜 50可以是氮化硅、氧化硅、氧氮化硅、其他電介質(zhì)材料或這些材料的 堆疊。更優(yōu)選的，第一應(yīng)力膜50是氮化硅膜。第一應(yīng)力膜50形成在 半導(dǎo)體基板的整個頂表面之上并且疊覆第一 MOSFET 100和第二 MOSFET200。優(yōu)選地，通過化學氣相沉積(CVD )沉積第一應(yīng)力膜。 各種CVD方法都是可用的，例如低壓化學氣相沉積(LPCVD)、離子增強型化學氣相沉積(PECVD )、次大氣壓化學氣相沉積(SAC VD ) 和高密度離子(HDP)沉積。優(yōu)選地，離子增強型化學氣相沉積被用 于沉積第一應(yīng)力膜50。
第一應(yīng)力膜50至少向第一 MOSFET 100的溝道提供第一應(yīng)力。 如果第一MOSFET IOO是NMOSFET，則第一應(yīng)力膜施加拉伸應(yīng)力 到第一 MOSFET 100。拉伸應(yīng)力的幅值優(yōu)選大于約150MPa，且更優(yōu) 選的大于約500MPa。如果第一 MOSFET 100是PMOSFET，則第一 應(yīng)力膜施加壓縮應(yīng)力到第一 MOSFET 100。壓縮應(yīng)力的幅值優(yōu)選地大 于約150MPa，且更優(yōu)選的大于約500MPa。在沉積后并且在圖案4匕 第一應(yīng)力膜50之前，第一應(yīng)力膜向以下包括圖2的第二MOSFET 200 的其它器件施加相同程度的應(yīng)力。
第一應(yīng)力膜50直接接觸第一 MOSFET 100的柵極導(dǎo)體38。在 沉積后并且在圖案化第一應(yīng)力膜50之前，第一應(yīng)力膜50也可直接接 觸第二 MOSFET 200的柵極導(dǎo)體38。
第一應(yīng)力膜50直接接觸第一 MOSFET 100的源極和漏極區(qū)域， 其包括第一 MOSFET 100的源極和漏極40以及源極和漏極硅化物 42。在沉積后以及在圖案化第一應(yīng)力膜50之前，第一應(yīng)力膜50也同 樣直接接觸第二 MOSFET 200的源極和漏極區(qū)域。
第一應(yīng)力膜50直接接觸第一 MOSFET 100的間隔物34。在沉 積后并且在圖案化第一應(yīng)力膜50之前，第一應(yīng)力膜50也直接接觸第 二 MOSFET 200的間隔物34。
優(yōu)選地，第一應(yīng)力膜50也直接接觸STI20。
第一應(yīng)力膜50的厚度范圍優(yōu)選為從約50nm至約100nm。
優(yōu)選地，如圖3所示，蝕刻停止層52沉積在第一應(yīng)力膜50之上。 蝕刻停止層52與隨后將被沉積的第二應(yīng)力膜70 (將在圖4中示出) 是不同的材料。優(yōu)選地，蝕刻停止層52是電介質(zhì)層。蝕刻停止層52 被選擇為使得用于蝕刻第二應(yīng)力膜70的蝕刻工藝對蝕刻停止層52而 言是選擇性的，并且基本上不會蝕刻蝕刻停止層52。例如，如果第二 應(yīng)力膜70是氬化硅膜，則氧化硅可被用作蝕刻停止層52。對于蝕刻停止層52，范圍為從約lOnm至約20nm的厚度是優(yōu)選的。任何沉積 方法，包括上述的各種CVD方法，都可被用于沉積蝕刻停止層52。
如圖3所示，第一光致抗蝕劑61被施加在半導(dǎo)體基板的頂表面 之上，并被光刻圖案化。優(yōu)選地，如圖3所示地使用蝕刻停止層52, 且第一光致抗蝕劑61被施加到蝕刻停止層52之上。在圖案化第一光 致抗蝕劑61之后，第一 MOSFET 100之上的區(qū)域被圖案化的光致抗 蝕劑61所覆蓋，同時暴露第二 MOSFET 200之上的區(qū)域。圖案化的 光致抗蝕劑61的邊緣優(yōu)選地位于STI 20之上。
隨后的蝕刻會蝕刻暴露的部分蝕刻停止層52和之下的第一應(yīng)力 膜50。優(yōu)選地，第一應(yīng)力膜50的蝕刻工藝對之下的材料而言是選擇 性的，也即，對第二 MOSFET 200的柵極硅化物36、第二 MOSFET 200的間隔物34、第二 MOSFET 200的源極和漏極硅化物42以及STI 20。
此后，第二應(yīng)力膜70沉積在圖案化的第一應(yīng)力膜50之上，如圖 4所示。如果可選的蝕刻停止層52出現(xiàn)在該結(jié)構(gòu)中，則第二應(yīng)力膜 70會直接接觸蝕刻停止層52、第一應(yīng)力膜50的側(cè)壁、以及第二 MOSFET 200的柵極導(dǎo)體38、第二 MOSFET 200的間隔物34、以及 第二 MOSFET 200的源極和漏極珪化物42。如果可選的蝕刻停止層 52沒有出現(xiàn)在該結(jié)構(gòu)中，則第二應(yīng)力膜70直接接觸第 一應(yīng)力膜50的 頂表面、第一應(yīng)力膜50的側(cè)壁、以及第二 MOSFET 200的柵極導(dǎo)體 38、第二 MOSFET 200的間隔物34、以及第二 MOSFET 200的源極 和漏極珪化物42。
第二應(yīng)力膜70優(yōu)選是電介質(zhì)膜。第二應(yīng)力膜70可以是氮化硅、 氧化硅、氧氮化硅、其他電介質(zhì)材料或這樣的材料的堆疊。優(yōu)選地， 第二應(yīng)力膜70是氮化硅。優(yōu)選地，利用所提到的包括用于沉積第一 應(yīng)力膜50的任何方法的化學氣相沉積(CVD)來沉積第二應(yīng)力膜。
沿著下層圖案化的第一應(yīng)力膜50的邊緣形成第二應(yīng)力膜70中的 臺階71，并且臺階71從該下層邊緣移開約第二應(yīng)力膜70的厚度，以 及該臺階71朝著第二應(yīng)力膜70的沒有疊覆圖案化的第一應(yīng)力膜50的部分。臺階71的位置被定義為其中第二應(yīng)力膜70的截面輪廓具有 大體上垂直的外表面73的位置。如圖4所示，垂直外表面73是第二 應(yīng)力膜70表面、大體上垂直、不接觸第一應(yīng)力膜50，并且緊鄰第二 應(yīng)力膜70的大體上水平的上表面。第一應(yīng)力膜50的邊緣優(yōu)選地置于 STI20之上。此外，第二應(yīng)力膜70的臺階71也同樣優(yōu)選地置于STI 20之上。在此情形中，第一應(yīng)力膜50和第二應(yīng)力膜70兩者均直接接 觸STI 20。
第二應(yīng)力膜70至少向第二 MOSFET 200的溝道提供第二應(yīng)力。 如果第一 MOSFET 100是NMOSFET,則第二 MOSFET 200優(yōu)選是 PMOSFET,且第二應(yīng)力膜向第二 MOSFET 200施加壓縮應(yīng)力。壓縮 應(yīng)力的幅值優(yōu)選大于約150MPa且更優(yōu)選的大于約500MPa。如果第 一 MOSFET 100是PMOSFET，則第二 MOSFET 200優(yōu)選是 NMOSFET,且第二應(yīng)力膜向第二 MOSFET 200施加拉伸應(yīng)力。拉伸 應(yīng)力的幅值優(yōu)選地大于約150MPa，且更優(yōu)選的大于約500MPa。
第二應(yīng)力膜70直接接觸第二 MOSFET 200的^冊極導(dǎo)體38以及 第二 MOSFET 200的源極和漏極區(qū)域，所述第二 MOSFET 200的源 極和漏極區(qū)域包括第二 MOSFET 200的源極和漏極40以及源極和漏 極硅化物42。同樣地，第一應(yīng)力膜50直接接觸第二 MOSFET 200的 間隔物34和STI 20。
第一應(yīng)力膜厚度的優(yōu)選范圍是從約50nm至約100nm。
第二光致抗蝕劑81被施加在圖4所示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的整個頂表 面之上，并且被圖案化以從第一 MOSFET 100的區(qū)域上方移除部分 第二應(yīng)力膜70。圖案化的第二光致抗蝕劑81的邊緣位于第二應(yīng)力膜 70的臺階71的附近。第二光致抗蝕劑81的相對于臺階71的邊緣的 位置取決于本發(fā)明的具體實施例。
根據(jù)本發(fā)明第一實施例，第二光致抗蝕劑81的邊緣位于臺階71 上，或朝向第二應(yīng)力膜70疊覆第一應(yīng)力膜50的部分，也即，如圖5 所示，朝向第一 MOSFET 100，所述第一MOSFET 100位于圖案化 的第一應(yīng)力膜50和覆蓋的第二應(yīng)力膜70的堆疊之下。在圖5中，第
20二光致抗蝕劑81的邊緣是在臺階71的左邊或者朝向第一 MOSFET 100。優(yōu)選地，該堆疊還包括第一應(yīng)力膜50和第二應(yīng)力膜70之間的 蝕刻停止層52。
根據(jù)本發(fā)明第一實施例，控制臺階71和第二光致抗蝕劑81邊緣 之間的相鄰程度，以使得隨后的蝕刻工藝橫向地蝕刻第二應(yīng)力膜70 的直接疊覆笫一應(yīng)力膜50的部分。在蝕刻工藝期間，第二應(yīng)力膜70 的接近第二光致抗蝕劑70邊緣且被第二光致抗蝕劑70覆蓋的部分被 從側(cè)面蝕刻。這導(dǎo)致從第二光致抗蝕劑81底部的第二應(yīng)力膜70的底 切。所得到第二應(yīng)力膜70的輪廓示出于圖6中。
根據(jù)本發(fā)明第一實施例，蝕刻留下了有角度的凸起82，其靠近 第二應(yīng)力膜70和第一應(yīng)力膜50的接觸部分。這是由于在蝕刻工藝的 原始部分，蝕刻劑從側(cè)面進入第二光致抗蝕劑81的底切區(qū)域，并且 水平地蝕刻第二應(yīng)力膜，但是一旦該蝕刻劑在蝕刻工藝的后期部分期 間經(jīng)過第一應(yīng)力層50邊緣時，蝕刻方向會垂直地改變。有角度的凸 起82的寬度大體上與第二應(yīng)力膜70的厚度相同。從水平表面測量到 的有角度的凸起82角度a是由第二光致抗蝕劑81的邊緣相對于臺階 71之間的疊覆量所確定的。有角度的凸起82的角度a也由蝕刻的化 學性所確定，尤其是用于蝕刻第二應(yīng)力膜70的蝕刻工藝的各向異性 程度。有角度的凸起82的角度a在0。和60。之間，優(yōu)選地在0。和45。 之間，且更優(yōu)地在0。和35。之間。
優(yōu)選地通過控制該疊覆來維持第二光致抗蝕劑81與第二應(yīng)力膜 70在笫一應(yīng)力膜50上的臺階71的相鄰。從其上不存在第二光致抗蝕 劑81的暴露區(qū)域移除所有的第二應(yīng)力膜70。第二應(yīng)力膜70的蝕刻的 等效厚度因此大于第二應(yīng)力膜70的厚度。為了確保充分的工藝裕度， 蝕刻工藝對下層蝕刻停止層52的高選擇性是優(yōu)選的。蝕刻停止層52 優(yōu)選是電介質(zhì)層。例如，如果第二應(yīng)力膜70是氮化硅，則蝕刻停止 層52是氧化硅層。
為了確保在即使疊覆發(fā)生變化的極端情形中在蝕刻之后仍然有 一些第二應(yīng)力膜70保留在第一應(yīng)力膜50和第二應(yīng)力膜70的邊界處，在所述疊覆中第二光致抗蝕劑的邊緣和臺階71共形(coincide)，第 二應(yīng)力膜70的蝕刻等效厚度小于蝕刻之前第二應(yīng)力膜70的最大厚 度，其是第一應(yīng)力膜50厚度、蝕刻停止層52厚度和第二應(yīng)力膜70 厚度的總和。由于第一應(yīng)力膜50的厚度和第二應(yīng)力膜70的厚度傾向 于相似，且蝕刻停止層的厚度通常小于第二應(yīng)力膜70的厚度，因此 第二光致抗蝕劑81相對于第二應(yīng)力膜的臺階的疊覆容差優(yōu)選小于第 二應(yīng)力膜70厚度的兩倍，更優(yōu)選地，小于大約第二應(yīng)力膜70的厚度， 以促進蝕刻工藝期間第二應(yīng)力膜70的側(cè)向蝕刻，同時確保所有半導(dǎo) 體表面都被覆蓋有應(yīng)力膜且沒有區(qū)域被兩個膜所覆蓋或沒有#:任何 膜覆蓋。
在本發(fā)明的示例中，提供了 一組示例性尺寸。在此示例性情形中， 第一 MOSFET 100是NMOSFET且第二 MOSFET 200是PMOSFET。 第一應(yīng)力膜包括拉伸氮化物膜。第一應(yīng)力膜50的厚度范圍為從大約 50nm至大約100nm。該蝕刻停止層是氧化硅層。蝕刻停止層52的厚 度范圍為從大約10nm至大約20nm。第二應(yīng)力膜70包括壓縮氮化物 膜。第二應(yīng)力膜的厚度范圍為從大約50nm至大約100nm。具有疊覆 容差+/-3511111 (總變化70nm)的示例性深紫外(DUV)光刻工具4皮用 于第二光致抗蝕劑81的對準。根據(jù)本發(fā)明的需要，第二應(yīng)力膜罰的 蝕刻等效厚度優(yōu)選小于大約第二應(yīng)力膜70厚度的兩倍，其范圍為從 約100nm至約200nm，且更優(yōu)選的小于第二應(yīng)力膜70厚度的約1.3 倍，其范圍為從約50nm至約100nm。在此示例性的例子中，(總變 化的)疊覆容差是70nm，其滿足厚度大于約58nm的第二應(yīng)力膜70。 優(yōu)選厚度范圍會隨著用于將第二光致抗蝕劑81的邊緣對準到臺階71 的光刻工具的性能而改變。上述實例并不是給出了限制本發(fā)明結(jié)構(gòu)的 尺寸的約束條件，而是應(yīng)當被理解為論證其實用性的本發(fā)明的示例性 實施方式。
在移除光致抗蝕劑81，如圖7所示，所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)具有第一 MOSFET 100、第二 MOSFET 200、第一 MOSFET IOO之上的第一 應(yīng)力膜50、以及第二 MOSFET 200之上的第二應(yīng)力膜70。第一應(yīng)力膜50施加第 一應(yīng)力到第一 MOSFET 100,且第二應(yīng)力膜70施加第二 應(yīng)力到第二 MOSFET200。優(yōu)選地，兩個應(yīng)力并不相等。更優(yōu)選的， 兩個應(yīng)力的極性相反。如果第一MOSFET 100是NMOSFET，且第 二 MOSFET 200是PMOSFET,則第一應(yīng)力膜50優(yōu)選地施加拉伸應(yīng) 力到NMOSFET的溝道，且第二應(yīng)力膜70優(yōu)選地施加壓縮應(yīng)力到 PMOSFET的溝道。如果第一 MOSFET 100是PMOSFET且第二 MOSFET 200是NMOSFET，則第一應(yīng)力膜50優(yōu)選地施加壓縮應(yīng)力 到NMOSFET的溝道，且第二應(yīng)力膜70優(yōu)選地施加拉伸應(yīng)力到 PMOSFET的溝道。
本發(fā)明一方面是將第二應(yīng)力膜70的邊緣自對準到第一應(yīng)力膜50 的邊緣，如圖7所示。第一膜50鄰接或緊鄰第二膜70。第一應(yīng)力膜 50不疊覆第二應(yīng)力膜70。第二應(yīng)力膜70不疊覆第一應(yīng)力膜50。
根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，第二光致抗蝕劑81的邊緣位于臺階 71上，或朝向第二應(yīng)力膜70的沒有疊覆第一應(yīng)力膜50的部分，也即， 朝向位于第二應(yīng)力膜70之下的第二 MOSFET 200，如圖8所示。在 本實施例中，第二光致抗蝕劑81的邊緣在臺階71的右邊或朝向第二 MOSFET 200。
根據(jù)本發(fā)明第二實施例，控制臺階71和第二光致抗蝕劑81的邊 緣之間的鄰近程度，以使得殘留(scum)的第二光致抗蝕劑81形成 了殘留部分92，該殘留部分完全疊覆了如圖8所示的第二光致抗蝕劑 的原始邊緣和臺階71之間的第二應(yīng)力膜70部分。第二光致抗蝕劑81 的殘留是如下第二光致抗蝕劑81材料的累積，該材料在圖8所示的 第二光致抗蝕劑81原始邊緣93的底部91處從第二光致抗蝕劑81的 側(cè)壁移動從而覆蓋第二光致抗蝕劑81的原始邊緣之外的鄰近區(qū)域。 光致抗蝕劑81的殘留部分92因而保護了第二應(yīng)力膜70在第二光致 抗蝕劑81的原始邊緣和臺階71之間的覆蓋部分。在蝕刻第二應(yīng)力膜 70期間的結(jié)構(gòu)示出在圖9中，其中第二應(yīng)力膜70被部分地蝕刻，且 殘留部分92發(fā)展到光致抗蝕劑81在第二光致抗蝕劑81的原始邊緣 和臺階71之間的原始底部91之外。光刻技術(shù)被用于形成圖8所示的在臺階71附近的光致抗蝕劑81 的"圓邊緣〃 93，其中臺階71附近的光致抗蝕劑81的邊緣93具有 斜面，該斜面在底部從垂直角和圓頂和底部91偏離。如果光致抗蝕 劑81的兩個邊緣位于次光刻距離內(nèi)，或靠近所使用光刻工具的臨界 尺寸，則在曝光期間通過掩模上的圖案的光子千射而自然地形成了該 圓邊緣。例如，照射在光致抗蝕劑上的圖案邊緣上的光強度只是逐漸 地改變，導(dǎo)致抗蝕劑產(chǎn)生圓邊緣93。如果光致抗蝕劑82的另一邊緣 沒被定位，則次光刻輔助特征被放置在與光致抗蝕劑81上邊緣93相 對應(yīng)的位置附近的掩模上，由此所得到的干擾使得抗蝕劑邊緣附近的 光強度逐漸發(fā)生改變。通過應(yīng)用這樣的光刻技術(shù)，圓邊緣93和底部 91被形成在PFET區(qū)域和NFET區(qū)域之間的每個邊界上，也即，在 圖8的臺階71附近。
因此，以與第一實施例相似的方式，根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的 結(jié)構(gòu)在第二應(yīng)力膜70和第一應(yīng)力膜50的接觸位置附近具有有角度的 凸起82。與本發(fā)明第一實施例不同的是，該有角度的凸起是由殘留的 第二光致抗蝕劑81的粘性所導(dǎo)致的。在第二應(yīng)力膜的蝕刻工藝期間 產(chǎn)生了所述殘留。當?shù)诙庵驴刮g劑81的原始側(cè)壁或邊緣上或附近 的材料在蝕刻笫二應(yīng)力膜期間由于蝕刻劑而移動，并由于重力而流下 第二光致抗蝕劑81側(cè)壁時，第二光致抗蝕劑81發(fā)生了殘留。然而， 由于其高粘性，移動的材料并不會像固體那樣自由落下或像具有低粘 性的液體那樣流動。而是，移動的材料會緩慢地滑下第二光致抗蝕劑 的側(cè)壁，其并與蝕刻之前的原始光致抗蝕劑側(cè)壁不一樣，并在第二光 致抗蝕劑的原始邊緣的底部累積。隨著該蝕刻工藝的繼續(xù)，以及有更 多材料移動并流下第二光致抗蝕劑81變化的側(cè)壁，由此在第二光致 抗蝕劑81的底部處累積了更多的材料，從而形成了殘留的光致抗蝕 劑。此外，由于累積了更多的材料，因此殘留的光致抗蝕劑生長得更 大，并且其也從第二光致抗蝕劑81的原始邊緣流動離開。
因此，隨著殘留的光致抗蝕劑逐漸流動并且保護了遠離蝕刻之前 存在臺階71的位置的區(qū)域，因此第二應(yīng)力膜的蝕刻在第二應(yīng)力膜70
24和第一應(yīng)力膜50的接觸位置附近留下了有角度的凸起82。有角度的 凸起82的寬度大體上與第二應(yīng)力膜70的厚度相等。從水平表面所測 出的有角度的凸起82的角度a是由第二光致抗蝕劑81的邊緣相對于 臺階71之間的疊覆量所決定的。同樣地，有角度的凸起82的角度a 是由第二光致抗蝕劑82的蝕刻化學性和化學特性所決定的，尤其是 第二光致抗蝕劑81的粘性。有角度的凸起82的角度a在0°和60°之 間，優(yōu)選在0。和45。之間，更優(yōu)選在0°和35。之間。
蝕刻工藝和必要條件類似于第一實施例。優(yōu)選地，通過控制疊覆 來保持第二光致抗蝕劑81與第一應(yīng)力膜50上第二應(yīng)力膜70臺階的 鄰近。從其上不存在第二光致抗蝕劑81的暴露區(qū)域移除全部第二應(yīng) 力膜70。蝕刻第二應(yīng)力膜70的等效厚度因此大于第二應(yīng)力膜70的厚 度。為了確保足夠的工藝裕度，蝕刻工藝對下層蝕刻停止層52的高 選擇性是期望的。蝕刻停止層52優(yōu)選是電介質(zhì)層。如果第二應(yīng)力膜 70是氮化硅，則蝕刻停止層52可以是氧化硅層。
為了確保在疊覆變化(其中第二光致抗蝕劑的邊緣與臺階71共 形)的極端情形下在蝕刻之后仍然留下一些第二應(yīng)力膜70,第二應(yīng)力 膜70的蝕刻等效厚度小于第二應(yīng)力膜70的最大厚度，其是第一應(yīng)力 膜50的厚度、蝕刻停止層52的厚度和第二應(yīng)力膜70的厚度的總和。 由于第一應(yīng)力膜50的厚度和第二應(yīng)力膜70的厚度傾向于類似，且蝕 刻停止層的厚度通常小于第二應(yīng)力膜70的厚度，因此第二光致抗蝕 劑81相對于第二應(yīng)力膜的臺階的疊覆容差優(yōu)選小于大約兩倍的第二 應(yīng)力膜81厚度，且更優(yōu)選的小于大約第二應(yīng)力膜81的厚度，由此促 進蝕刻工藝期間第二應(yīng)力膜70的側(cè)向蝕刻。
結(jié)果，圖IO所示的所得到的本發(fā)明第二實施例的結(jié)構(gòu)與根據(jù)本 發(fā)明第一實施例的相應(yīng)結(jié)構(gòu)共享了全部特征。事實上，兩個結(jié)構(gòu)共享 了相同的結(jié)構(gòu)特征。
第一和第二實施例的"混合〃 實施過程，其中根據(jù)第一實施例的 側(cè)向蝕刻和根據(jù)第二實施例的第二光致抗蝕劑81的殘留，可被用于 實現(xiàn)關(guān)于將第二光致抗蝕劑81的邊緣對準到第二應(yīng)力膜70在第一應(yīng)力膜50之上的臺階71的增加的疊覆容差。此處也明確地考慮了所述 本發(fā)明兩個實施例的混合實施方式。
參考圖11，其示出了根據(jù)本發(fā)明的具有第一應(yīng)力膜50和第二應(yīng) 力膜70之間邊界(115、 155)的示例性結(jié)構(gòu)的俯視圖。用虛線示出 了第一應(yīng)力膜50之下的第一類型的MOSFET110的位置和第二應(yīng)力 膜70之下的第二類型的MOSFET 120位置。柵極導(dǎo)體150以實線顯 示。第一應(yīng)力膜50和第二應(yīng)力膜70之間的邊界(115、 155)包括位 于STI上方的第一應(yīng)力膜50和第二應(yīng)力膜70之間的邊界115以及柵 極導(dǎo)體150上方的第一應(yīng)力膜50和第二應(yīng)力膜70之間的邊界155。 在圖11中，該結(jié)構(gòu)中第一應(yīng)力膜50和第二應(yīng)力膜70的未疊覆特征 是很明顯的。
有角度的凸起82形成在第一應(yīng)力膜50和第二應(yīng)力膜70之間的 每個邊界處。有角度的凸起82形成在第二應(yīng)力膜70內(nèi)。所有有角度 的凸起的寬度都大體上等于第二應(yīng)力膜70的厚度。此外，所有有角 度的凸起均接觸第一應(yīng)力膜70。沒有任何一部分第一應(yīng)力膜50位于 第二應(yīng)力膜70之上。同樣地，沒有任何一部分第二應(yīng)力膜70位于第 一應(yīng)力膜50之上。第一應(yīng)力膜50鄰接或"緊鄰〃 第二應(yīng)力膜70,或 者更確切地，根據(jù)本發(fā)明，第一應(yīng)力膜50僅通過它們的側(cè)壁鄰接或 "緊鄰〃 第二應(yīng)力膜70的有角度的凸起82。
本發(fā)明也可在第一應(yīng)力膜50中沒有應(yīng)力或在第二應(yīng)力膜70中沒 有應(yīng)力且同時也保持了相同結(jié)構(gòu)的情況下實施。此處明確考慮了這樣 的實施方式。
雖然已經(jīng)利用其優(yōu)選實施例具體示出并描述了本發(fā)明，然而本領(lǐng) 域技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以在不背離本發(fā)明的精神和保護范圍的情況 下作出形式上以及細節(jié)上的上述及其他改變。因此，本發(fā)明的保護范 圍并不限于所描述和講述的確切形式和細節(jié)，而是落入所附的^5L利要 求書的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括基板；第一半導(dǎo)體上金屬場效晶體管MOSFET，具有形成于所述基板上的第一溝道；第二MOSFET，具有形成于所述基板上的第二溝道；第一膜，位于所述第一MOSFET之上，并且至少向所述第一晶體管的溝道提供第一應(yīng)力；以及第二膜，位于所述第二MOSFET之上，并且至少向所述第二晶體管的溝道提供第二應(yīng)力，其中所述第二膜具有有角度的凸起，其自對準到所述第一膜的邊緣，且所述第一應(yīng)力不等于所述第二應(yīng)力。
2. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第一膜鄰接所述 第二膜，所述第一膜不疊覆所述第二膜，且所述第二膜不疊覆所述第 一膜。
3. 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第一M和所述第 二膜是電介質(zhì)膜。
4. 如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第一應(yīng)力是拉伸 應(yīng)力，且所述笫二應(yīng)力是壓縮應(yīng)力。
5. 如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第一膜具有大于 約150MPa的拉伸應(yīng)力，且所述第二膜具有大于約150MPa的壓縮應(yīng) 力。
6. 如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第一 MOSFET 是n型MOSFET( NMOSFET )且所述第二 MOSFET是p型MOSFET(PMOSFET)。
7. 如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第一膜直接接觸 所述第一 MOSFET的柵極導(dǎo)體以及所述第一 MOSFET的源極和漏極 區(qū)域。
8. 如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，進一步包括淺槽隔離STI， 其中在所述STI之上所述第 一膜鄰接所述第二膜，且所述第 一膜和所 述第二膜接觸所述STI。
9. 如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述有角度的凸起位 于柵極導(dǎo)體之上，且所述第一膜和所述第二膜接觸所述柵極導(dǎo)體。
10. 如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第一膜是第一氮 化硅膜，且所述第二膜是第二氮化硅膜。
11. 如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第一膜直接接 觸所述第一 MOSFET的間隔物，且所述第二膜直接接觸所述第二 MOSFET的間隔物。
12. 如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，進一步包括直接位于所述 第一膜頂部的蝕刻停止層。
13. —種制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括 提供具有第一 MOSFET和第二 MOSFET的半導(dǎo)體基板； 在所述第一 MOSFET和所述第二 MOSFET之上形成第一應(yīng)力膜；移除位于所述第二 MOSFET之上的部分所述第一應(yīng)力膜； 在所述第一應(yīng)力膜和所述第二 MOSFET之上形成第二應(yīng)力膜；光刻圖案化所述第二應(yīng)力膜，以使得光致抗蝕劑的邊緣位于所述 第一應(yīng)力膜之上的所述第二應(yīng)力膜的臺階附近，且被布置為從所述臺階朝向所述第二應(yīng)力膜的疊覆所述第一膜的部分；以及蝕刻所述第二應(yīng)力膜，以使得鄰接所述第一應(yīng)力膜的有角度的凸 起形成在所述第二應(yīng)力膜的邊緣處，并且沒有任何部分的所述第二應(yīng) 力膜直接疊覆所述第一應(yīng)力膜。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中在所述蝕刻所述第二應(yīng)力 膜期間，從所述光致抗蝕劑下蝕刻一部分所述第二應(yīng)力膜。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述光致抗蝕劑相對于所 述第二應(yīng)力膜中的臺階的疊覆容差小于所述第二應(yīng)力膜厚度的約兩 倍。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第一應(yīng)力膜具有第一 應(yīng)力且所述第二層具有第二應(yīng)力，其中所述第 一應(yīng)力和所述第二應(yīng)力 不相等。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述第一應(yīng)力膜直接接觸 所述第一 MOSFET的間隔物和所述第一 MOSFET的源極和漏極區(qū) 域，且所述第二應(yīng)力膜直接接觸所述第二 MOSFET的間隔物和所述 第二 MOSFET的源極和漏極區(qū)域。
18. 如權(quán)利要求16所述的方法，進一步包括在所述第一應(yīng)力膜 之上形成蝕刻停止層。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述蝕刻停止層是氧化物， 所述第一應(yīng)力膜是第一氮化物，且所述第二應(yīng)力膜是第二氮化物，其 中所述第一氮化物和所述第二氮化物不相同。
20. —種制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括 提供具有第一 MOSFET和第二 MOSFET的半導(dǎo)體基板； 在所述第一 MOSFET之上和所述第二 MOSFET之上形成第一應(yīng)力膜；移除位于所述第二 MOSFET之上的部分所述第 一應(yīng)力膜； 在所述第 一應(yīng)力膜和所述第二 MOSFET之上形成第二應(yīng)力膜； 光刻圖案化所述第二應(yīng)力膜，以使得光致抗蝕劑的邊緣位于所述第一應(yīng)力膜之上的所述第二應(yīng)力膜的臺階附近，且被布置為從所述臺階朝向所述第二應(yīng)力膜的不疊覆所述第一膜的部分；以及蝕刻所述第二應(yīng)力膜，以使得鄰接所述第一應(yīng)力膜的有角度的凸起形成在所述第二應(yīng)力膜的邊緣處，并且沒有任何部分的所述第二應(yīng)力膜直接疊覆所述第一應(yīng)力膜。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述光致抗蝕劑的所述邊 緣是利用光刻掩模上的次光刻輔助特征形成的圓邊緣。
22. 如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述光致抗蝕劑的所述邊 緣殘留在部分所述第一應(yīng)力膜之上，并延伸到所述第二應(yīng)力膜中的臺 階。
23. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述光致抗蝕劑相對于所 述第二應(yīng)力膜中的所述臺階的疊覆小于所述第二應(yīng)力膜厚度的兩倍。
24. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述第一應(yīng)力膜具有第一 應(yīng)力且所述第二層具有第二應(yīng)力，其中所述第一應(yīng)力和所述第二應(yīng)力 不相等。
25. 如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述第一應(yīng)力膜直接接觸所述第一 MOSFET的間隔物和所述第一 MOSFET的源極和漏極區(qū) 域，且所述第二應(yīng)力膜直接接觸所述第二 MOSFET的間隔物和所述 第二 MOSFET的源極和漏極區(qū)域。
26. 如權(quán)利要求24所述的方法，進一步包括在所述第一應(yīng)力膜 之上形成蝕刻停止層。
27. 如權(quán)利要求26所述的方法，其中所述蝕刻停止層是氧化物， 所述第一應(yīng)力膜是第一氫化物，且所述第二應(yīng)力膜是第二氫化物，其 中所述第一氮化物和所述第二氮化物不相同。
28. —種制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括 提供具有第一 MOSFET和第二 MOSFET的半導(dǎo)體基板； 在所述第一 MOSFET之上和所述第二 MOSFET之上形成第一應(yīng)力膜；移除位于所述第二 MOSFET之上的部分所述第一應(yīng)力膜； 在所述第一應(yīng)力膜和所述第二 MOSFET之上形成第二應(yīng)力膜； 光刻圖案化所述第二應(yīng)力膜，以使得光致抗蝕劑的邊緣位于所述第一應(yīng)力膜之上的所述第二應(yīng)力膜的臺階附近；以及蝕刻所述第二應(yīng)力膜，以使得鄰接所述第一應(yīng)力膜的有角度的凸起形成在所述第二應(yīng)力膜的邊緣處，并且沒有任何部分的所述第二應(yīng)力膜直接疊覆所述第一應(yīng)力膜。
29. 如權(quán)利要求28所述的方法，其中在所述蝕刻所述第二應(yīng)力 膜期間，從所述光致抗蝕劑下蝕刻所述第二應(yīng)力膜，且所述光致抗蝕 劑的所述邊緣是利用光刻掩模上的次光刻輔助特征形成的圓邊緣。
30. 如權(quán)利要求29所述的方法，其中所述第一應(yīng)力膜具有第一 應(yīng)力且所述第二層具有第二應(yīng)力，其中所述第一應(yīng)力和所述第二應(yīng)力 不相等。
全文摘要
在包括PMOSFET及NMOSFET兩者的集成電路中，在使用雙應(yīng)力膜的這兩種FETs上，載流子遷移率會增強。通過利用第二應(yīng)力膜邊緣到第一應(yīng)力膜事先存在邊緣的自對準，可消除因具有沿著不同種膜之間邊界上兩層應(yīng)力膜的不利影響。在兩應(yīng)力膜之間的邊界上，應(yīng)力膜鄰接另一應(yīng)力膜，但卻沒有任何應(yīng)力膜疊覆另一應(yīng)力膜。通過避免應(yīng)力膜的疊覆，將施加在MOSFET溝道上的應(yīng)力最大化。
文檔編號H01L27/092GK101584039SQ200880002379
公開日2009年11月18日 申請日期2008年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月17日
發(fā)明者M·庫馬爾, 朱慧瓏 申請人:國際商業(yè)機器公司