于半導(dǎo)體設(shè)備的層間介電質(zhì)中的壓縮應(yīng)力轉(zhuǎn)移的制作方法
【專利摘要】本揭示內(nèi)容涉及于半導(dǎo)體設(shè)備的層間介電質(zhì)中的壓縮應(yīng)力轉(zhuǎn)移，提供數(shù)種制造技術(shù)及半導(dǎo)體裝置，其中基于涉及介電質(zhì)雙層系統(tǒng)的沉積的應(yīng)力機構(gòu)，可增強P型信道晶體管的效能。與現(xiàn)有策略相反，在無電漿制程氣氛中沉積附著層之前，可進行額外的預(yù)處理，借此致能減少附著層的厚度以及后續(xù)頂層有較高的內(nèi)部應(yīng)力位準。
【專利說明】于半導(dǎo)體設(shè)備的層間介電質(zhì)中的壓縮應(yīng)力轉(zhuǎn)移
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本揭示內(nèi)容大體有關(guān)于集成電路的領(lǐng)域，且更特別的是，有關(guān)基于形成于晶體管上方以及用于在晶體管的信道區(qū)中產(chǎn)生應(yīng)變的帶應(yīng)力介電層的場效晶體管及制造技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]集成電路通常包含根據(jù)特定電路布局安置于給定芯片區(qū)上的大量電路組件，其中，在復(fù)雜電路中，場效晶體管為主要電路組件中的一種。目前大體實施多種制程技術(shù)，其中，對于基于場效晶體管的復(fù)雜電路，例如微處理器、儲存芯片及其類似者，CMOS技術(shù)是目前最有前途的方法之一，因為在操作速度及/或耗電量及/或成本效率方面有優(yōu)異的特性。在用CMOS技術(shù)制造復(fù)雜集成電路期間，在半導(dǎo)體層中及上形成數(shù)百萬個互補晶體管，也就是，N型信道晶體管與P型信道晶體管。不論考量的是N型信道晶體管還是P型信道晶體管，場效晶體管都包含所謂的PN接面，其由高度摻雜漏極/源極區(qū)與配置于漏極區(qū)、源極區(qū)之間的反向或弱摻雜信道區(qū)的接口形成。用形成于信道區(qū)上方(如果是平面晶體管架構(gòu))或大體與其鄰接(如果是任何其它晶體管架構(gòu)，例如鰭片型晶體管或其類似物)以及用薄絕緣層隔開的柵極來控制信道區(qū)的導(dǎo)電率，也就是，導(dǎo)電信道的驅(qū)動電流能力。在因施加適當?shù)目刂齐妷褐翓艠O而形成導(dǎo)電信道后，除了別的以外，該信道區(qū)域的導(dǎo)電率取決于摻雜物濃度、電荷載子的遷移率(mobility)，以及對于在晶體管寬度方向有給定延伸部分的信道區(qū)，則取決于源極區(qū)與漏極區(qū)的距離，此一距離也被稱作信道長度。因此，結(jié)合在施加控制電壓至柵極時能夠迅速地建立與柵極介電層鄰接的導(dǎo)電信道，信道區(qū)的導(dǎo)電率實質(zhì)決定晶體管的效能?；诖艘焕碛梢约拌b于集成電路的封裝密度(packing density)大體持續(xù)在增加，縮短信道長度可能為實現(xiàn)增加集成電路的操作速度的主要設(shè)計準則。
[0003]然而，晶體管尺寸的微縮(shrinkage)涉及與其相關(guān)的多種問題，必須予以解決以免不當?shù)氐窒ㄟ^持續(xù)縮短MOS晶體管的信道長度所得到的效益。與減少柵極長度有關(guān)的問題之一是出現(xiàn)所謂的短信道效應(yīng)，這可能導(dǎo)致信道導(dǎo)電率的可控性降低?？赡苡媚承┰O(shè)計技術(shù)來對抗短信道效應(yīng)，不過，其中有些可能伴隨信道導(dǎo)電率的減少，從而部分抵消減少關(guān)鍵尺寸所得到的優(yōu)點。
[0004]鑒于此情形，已有人建議不僅通過減少晶體管尺寸，也通過增加信道區(qū)在給定信道長度下的電荷載子遷移率，從而增加驅(qū)動電流能力及晶體管效能，來增強晶體管組件的裝置效能。例如，可修改信道區(qū)的晶格結(jié)構(gòu)，例如，通過在其中產(chǎn)生拉伸或壓縮應(yīng)變，這各自可修改電子及電洞的遷移率。例如，在有標準結(jié)晶組構(gòu)的硅層的信道區(qū)中建立拉伸應(yīng)變可增加電子的遷移率，接著，它可直接轉(zhuǎn)化成N型晶體管的導(dǎo)電率的對應(yīng)增加。另一方面，信道區(qū)中的壓縮應(yīng)變可增加電洞的遷移率，從而提供增強P型晶體管的效能的潛力。
[0005]在此方面，有效的方法之一是以下技術(shù):通過調(diào)整形成于基本晶體管結(jié)構(gòu)上方的介電層堆棧的應(yīng)力特性，使得能夠在不同晶體管組件的信道區(qū)內(nèi)產(chǎn)生所欲應(yīng)力條件。該介電層堆棧通常包含一個或多個介電層，其是靠近晶體管以及也可用來控制各個蝕刻制程以形成柵極的接觸開口與漏極/源極端子。因此，通過個別調(diào)整這幾層(也可稱為接觸蝕刻終止層)的內(nèi)部應(yīng)力，以及通過安置具有內(nèi)部壓縮應(yīng)力的接觸蝕刻終止層于P型信道晶體管上方同時安置有內(nèi)部拉伸應(yīng)變的接觸蝕刻終止層于N型信道晶體管上方，從而各自在信道區(qū)中各自產(chǎn)生壓縮及拉伸應(yīng)變，可實現(xiàn)信道區(qū)的機械應(yīng)力的有效控制，也就是，有效的應(yīng)力工程。
[0006]通常用電漿增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)制程形成接觸蝕刻終止層于晶體管上方，也就是，于柵極結(jié)構(gòu)及漏極/源極區(qū)上方，其中，例如，可使用氮化硅，因為它對于二氧化硅有高蝕刻選擇性，這是公認有效的層間介電材料。此外，可沉積有高本征應(yīng)力(intrinsicstress)的PECVD氮化硅，例如，達3千兆巴斯卡(GPa)或明顯更高的壓縮應(yīng)力以及達IGPa及明顯較高的拉伸應(yīng)力，其中通過選擇適當沉積參數(shù)，可有效地調(diào)整本征應(yīng)力的類型及大小。例如，離子轟擊、沉積壓力、襯底溫度、氣體流率及其類似者各自為可用來控制所欲本征應(yīng)力的參數(shù)。
[0007]在當前CMOS邏輯技術(shù)中，形成于基本晶體管上方的介電層堆棧因此通常由厚度有數(shù)百埃的接觸蝕刻終止層組成，其時常直接沉積于晶體管的暴露表面區(qū)上，例如在硅化制程后，取決于所使用的制程策略，硅化制程時常用來增強漏極/源極區(qū)及有可能柵極結(jié)構(gòu)的整體導(dǎo)電率。之后，形成厚度有數(shù)百埃的層間介電材料，也被稱作前金屬沉積層(pre-metal deposition layer),時常為氧化娃材料，隨后可加以圖案化以便各自接受隨后會填滿適當?shù)慕佑|材料(例如，鎢及其類似者)的接觸開口。在應(yīng)用上述技術(shù)后，形成蝕刻終止層以在各個晶體管的信道區(qū)中誘發(fā)拉伸及/或壓縮應(yīng)變以便增強晶體管特性，也就是，驅(qū)動電流能力及其類似者。在此應(yīng)變誘發(fā)機構(gòu)中，各種晶體管的效能改善取決于蝕刻終止層的內(nèi)部應(yīng)力位準及此層的厚度。由于蝕刻終止層的厚度大體實質(zhì)由整體設(shè)計規(guī)則(其是要求相鄰柵極電極結(jié)構(gòu)之間有某一最小間距)決定，因此正在持續(xù)的傾向是通過適當?shù)卦黾游g刻終止層的內(nèi)部應(yīng)力位準來改善晶體管特性。不過,似乎單純地增加內(nèi)部應(yīng)力位準不一定導(dǎo)致各個信道區(qū)的應(yīng)變位準增加，因為應(yīng)力轉(zhuǎn)移機構(gòu)在形成于晶體管的暴露表面區(qū)上時強烈取決于高應(yīng)力介電材料的附著特性，如在說明圖1時所解釋的。
[0008]圖1的橫截面圖示意圖標半導(dǎo)體裝置100，其包含襯底101，例如硅襯底，或用于形成半導(dǎo)體層102于其上的任何其它適當承載材料，在半導(dǎo)體層102中及上方是形成晶體管150a、150b。通常半導(dǎo)體層102可為可含有大量硅的結(jié)晶半導(dǎo)體材料，因為硅目前為用以與量產(chǎn)技術(shù)一致地制造精密CMOS裝置的較佳基材。照例，半導(dǎo)體層102通常被橫向劃定成有多個主動區(qū)102a，其中，為方便起見，圖1圖標單一主動區(qū)。此外，未圖標用于橫向劃定主動區(qū)102a的任何隔離結(jié)構(gòu)。在圖標實施例中，在主動區(qū)102a中及上方形成兩個晶體管150a、150b，其中，應(yīng)了解，取決于整體要求，主動區(qū)102a中可形成單一晶體管或兩個以上的晶體管。例如，在密集封裝裝置區(qū)(例如，內(nèi)存區(qū)及其類似者)中，在單一主動區(qū)中及上方可形成多個個別晶體管。晶體管150a、150b圖標為有平面晶體管架構(gòu)的晶體管，其中漏極/源極區(qū)152橫向劃定信道區(qū)151，它可被理解為各自與柵極電極結(jié)構(gòu)160a、160b的柵極介電材料161有實質(zhì)二維接口區(qū)的區(qū)域，也如以上所述。應(yīng)了解，在其它的晶體管架構(gòu)中，信道區(qū)151可具有可為不同平面從而可提供三維晶體管架構(gòu)的對應(yīng)接口區(qū)，如眾所周知的鰭片型晶體管，也被稱作FinFET。此外，取決于整體組構(gòu)，柵極電極結(jié)構(gòu)160a、160b可包含一或更多電極材料162、163。在此方面，應(yīng)了解，柵極電極結(jié)構(gòu)160a、160b可為復(fù)雜結(jié)構(gòu)，其包含高k介電材料以及經(jīng)適當選定的電極材料以便增加電極材料的整體生產(chǎn)率以及也調(diào)整柵極電極結(jié)構(gòu)160a、160b的適當功函數(shù)。在圖標實施例中，柵極電極結(jié)構(gòu)160a、160b可包含半導(dǎo)體材料，有可能結(jié)合電極材料162內(nèi)的適當含金屬材料以及材料163中的金屬娃化物,不過，其中，可使用任何其它組構(gòu)。
[0009]此外，通常在漏極/源極區(qū)152內(nèi)形成金屬硅化物區(qū)域153以便減少接觸電阻及改善晶體管150a、150b的串聯(lián)電阻。此外，在晶體管150a、150b上方形成有高內(nèi)部應(yīng)力位準的蝕刻終止層120以便誘發(fā)有所欲類型的應(yīng)變151s于信道區(qū)151中。由于與N型信道晶體管相比，P型信道晶體管通常經(jīng)受減少的電荷載子遷移率，因此，特別是，適當?shù)卦黾覲型信道晶體管的信道區(qū)的壓縮應(yīng)變極為重要。因此，在圖標實施例中，晶體管150a、150b為P型信道晶體管，其中提供有高內(nèi)部壓縮應(yīng)力的蝕刻終止層120以便有效地改善晶體管150a、150b的驅(qū)動電流能力及切換速度。此外，如上述，通常在蝕刻終止層120上方形成前金屬沉積層或形式為二氧化硅及其類似者的層間介電材料124。
[0010]晶體管150a、150b的形成可基于任何適當制造策略，例如，根據(jù)必要的設(shè)計規(guī)則來形成柵極結(jié)構(gòu)160a、160b，精密應(yīng)用可能要求40奈米及更小的柵極長度，從而使得應(yīng)用高度精密圖案化策略成為必需。如上述，如有必要，可實現(xiàn)精密的高k金屬柵極結(jié)構(gòu)。之后，漏極/源極區(qū)152通常用植入、磊晶成長技術(shù)及其類似者形成，其中柵極電極結(jié)構(gòu)160a、160b的間隔體結(jié)構(gòu)164通常用來適當?shù)囟x漏極/源極區(qū)152的側(cè)面輪廓(lateralprofile)。應(yīng)了解,可實現(xiàn)其它的應(yīng)變誘發(fā)機構(gòu)，例如，通過應(yīng)用應(yīng)力記憶技術(shù)(stressmemorization technique)及其類似者來加入應(yīng)變誘發(fā)半導(dǎo)體材料以便進一步改善整體晶體管特性。在任何高溫制程(例如，用以激活植入摻雜物及其類似者)后，基于公認有效的硅化技術(shù)來形成金屬硅化物153，從而完成基本的晶體管組構(gòu)。
[0011]之后，形成蝕刻終止層120以便具有所欲高內(nèi)部應(yīng)力位準用來誘發(fā)應(yīng)變151s。為此目的，如果P型信道晶體管納入考慮，氮化硅已證明為用公認有效的電漿增強化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)沉積成有高內(nèi)部壓縮應(yīng)力的可行候選物，同時也提供必要的蝕刻終止能力。結(jié)果，已開發(fā)出多種沉積處方用來控制制程參數(shù)，例如氣體流率、離子轟擊、壓力及其類似者，以沉積有高本征(intrinsic)壓縮應(yīng)力的氮化硅材料。雖然可實現(xiàn)有3GPa甚至更高的內(nèi)部應(yīng)力位準，結(jié)果表明蝕刻終止層中的高內(nèi)部應(yīng)力位準無法按照預(yù)期有效地轉(zhuǎn)移至信道區(qū)151。原因之一被認為是在氮化硅材料對于晶體管150a、150b的暴露表面區(qū)的附著特性。因此之故，已有人建議提供形式為雙層的蝕刻終止層120，其包含有明顯較低內(nèi)部應(yīng)力位準以及經(jīng)設(shè)計成對于晶體管表面區(qū)可提供優(yōu)異附著性的附著層121，同時后續(xù)層122可提供必要的高內(nèi)部應(yīng)力位準。結(jié)果，通常用兩個不同沉積處方來形成雙層120以便得到有優(yōu)異附著性的層121以及得到有極高內(nèi)部應(yīng)力位準的層122。在有些情形下，如組件123所示，例如如果層120將會予以圖案化以提供有不同應(yīng)力特性的蝕刻終止層于不同的晶體管類型上方，可提供額外蝕刻終止層，例如形式為細薄二氧化硅材料。在其它情形下，雙層120是直接形成于晶體管150a、150b的暴露表面區(qū)上。
[0012]基本上，雙層120提供極為有效的應(yīng)變誘發(fā)機構(gòu)，其中，在精密應(yīng)用中，可提供厚約10奈米及1.7至1.9GPa的應(yīng)力位準的附著層，同時層122可具有所欲增加厚度及3GPa及明顯較高(例如，達3.6GPa)的內(nèi)部應(yīng)力位準。由于層120內(nèi)部應(yīng)力位準所誘發(fā)的機械力大體上簡單地取決于內(nèi)部應(yīng)力位準與層120的厚度的乘積，平均應(yīng)力位準取決于整體厚度及層121與122的組合應(yīng)力位準。因此，為了增加信道區(qū)151的最終所得應(yīng)變151s，整體厚度及平均應(yīng)力位準的增加是高度合乎需要的，不過，這與持續(xù)增加精密半導(dǎo)體裝置的封裝密度的需求不兼容。也就是，由于相鄰柵極電極結(jié)構(gòu)(例如，結(jié)構(gòu)160a、160b)的間距減少，雙層120的整體厚度必須經(jīng)適合成允許可靠地沉積帶有應(yīng)力的氮化硅材料于在相鄰結(jié)構(gòu)之間的空間中，從而包含柵極長度約40奈米及更小的柵極結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置需要約40奈米的沉積厚度。
[0013]此沉積處方為用于形成雙層120以便在信道區(qū)151中得到高所欲壓縮應(yīng)變的精密沉積技術(shù)。該沉積可在基于沉積工具(售自美國應(yīng)用材料公司商標為Producer)來建立的制程環(huán)境中進行，該制程環(huán)境經(jīng)適當?shù)亟M構(gòu)成可加工直徑300毫米的半導(dǎo)體襯底。在第一步驟中，附著層121的形成是通過首先設(shè)置沉積工具的處理室，其中襯底101置于適當?shù)囊r底固持器上使得能調(diào)整襯底的溫度至可在300至550°C (例如，480°C)之間的所欲值，同時調(diào)整襯底101與處理室的蓮蓬頭使其間有250至350密耳的間隔。此外，通過施加形式為硅烷及氨的前驅(qū)物氣體與形式為氮及氬的載流氣體來建立所欲壓力。
[0014]此外，在形成附著層121的下一個步驟中，通過供給低頻功率至處理室內(nèi)的制程氣氛(process atmosphere)來激活氮化娃材料的實際沉積,借此產(chǎn)生電衆(zhòng),接著電衆(zhòng)產(chǎn)生各自與暴露表面區(qū)相互作用的自由基，這為本技藝所現(xiàn)有。在沉積步驟期間，可施加約30至150瓦特的低頻功率，借此用15秒的沉積時間得到約10奈米的厚度。
[0015]之后，執(zhí)行兩個移轉(zhuǎn)步驟(transition step)以便重新組構(gòu)處理室內(nèi)的沉積氣氛使得能沉積有所欲高內(nèi)部應(yīng)力位準的頂層122。在這兩個移轉(zhuǎn)步驟的第一步驟中，供給高頻功率至制程氣氛，然而在第二移轉(zhuǎn)步驟中，可另外增加氬流率以便在沉積制程期間得到增加的離子轟擊。因此，在所述移轉(zhuǎn)步驟期間，維持電漿氣氛以便預(yù)備用于層122之后續(xù)沉積的條件。在下一個步驟中，維持先前所調(diào)整的制程條件持續(xù)72至110秒，借此得到厚約30奈米的層122。之后，以應(yīng)用吹掃(purge)及抽氣(pump)步驟來結(jié)束沉積制程。
[0016]以下表I列出可用于形成雙層120的上述制程順序的各個參數(shù)值。
[0017]表I
[0018]附著層121的形成
[0019]設(shè)置15秒:
[0020]T=480°C (300-550°C )，p=l.5-2.5 托耳，
[0021]間隔=250-350密耳，
[0022]SiH4=40-120立方厘米/分鐘，NH3=50-200立方厘米/分鐘，
[0023]N2=1000-3000立方厘米/分鐘，Ar=1500-3000立方厘米/分鐘，
[0024]沉積15 秒(100 埃):
[0025]T=480°C (300-550°C )，p=l.5-2, 5 托耳，
[0026]間隔=250-350密耳，低頻功率=30-150瓦特，
[0027]SiH4=40-120立方厘米/分鐘，NH3=50-200立方厘米/分鐘，
[0028]N2=1000-3000立方厘米/分鐘，Ar=1500-3000立方厘米/分鐘，
[0029]移轉(zhuǎn)步驟
[0030]移轉(zhuǎn)步驟1:
[0031]Prell 秒，T=480°C (300-550°C )，p=l.5-2.5 托耳，
[0032]間隔=250-350密耳，低頻功率=20-120瓦特，高頻功率=60-160瓦特，[0033]SiH4=40-120立方厘米/分鐘，NH3=50_200立方厘米/分鐘，
[0034]N2=1000-3000立方厘米/分鐘，Ar=1500_3000立方厘米/分鐘，
[0035]移轉(zhuǎn)步驟4:
[0036]Pre21 秒，T=480°C (300-550°C )，p=l.5-2.5 托耳，
[0037]間隔=250-350密耳，低頻功率=20-120瓦特，高頻功率=60-160瓦特，
[0038]SiH4=40-120立方厘米/分鐘，NH3=50_200立方厘米/分鐘，
[0039]N2=1000-2000立方厘米/分鐘，Ar=2000-5000立方厘米/分鐘，
[0040]形成高應(yīng)力頂層122
[0041]沉積70-110 秒(300 埃):
[0042]T=480°C (300-550°C )，p=l.5-2.5 托耳，
[0043]間隔=250-350密耳，低頻功率=20-130瓦特，高頻功率=60-160瓦特，
[0044]SiH4=40-120立方厘米/分鐘，NH3=50_200立方厘米/分鐘，
[0045]Ar=2000-5000立方厘米/分鐘，H2=2000-5000立方厘米/分鐘，
[0046]吹掃及抽氣
[0047]吹掃10秒:
[0048]T=480°C (300-550°C )，p=l.5-2.5 托耳，
[0049]間隔=250-350密耳，低頻功率=0瓦特，高頻功率=0瓦特，
[0050]SiH4=O立方厘米/分鐘，NH3=O立方厘米/分鐘，Ar=2000-5000立方厘米/分鐘，H2=O立方厘米/分鐘，
[0051]抽氣10秒:
[0052]T=480°C (300-550°C )，節(jié)流活門打開，
[0053]間隔=上升位置，低頻功率=0瓦特，高頻功率=0瓦特，
[0054]S i H4=-1, NH3=-1，Ar=-1, H2=-1。
[0055]利用以上所指定的沉積處方，可得到上述內(nèi)部應(yīng)力位準。不過，信道區(qū)所得到的應(yīng)變位準小于預(yù)期，以及進一步改善P型信道晶體管的特性高度合乎需要。不過，變成單單以相同數(shù)量的方式減少附著層121的厚度以及增加頂層122的厚度實際上無法產(chǎn)生較高的力以及改善P型信道晶體管的效能，因為附著性的損失可能伴隨附著層121的厚度的減少。
[0056]鑒于上述情況，本揭示內(nèi)容是有關(guān)于多種制程技術(shù)及半導(dǎo)體裝置，其中基于高應(yīng)力介電材料可提供有效的應(yīng)變誘發(fā)機構(gòu)，同時避免或至少減少上述一個或多個問題的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0057]為供基本理解本發(fā)明的一些方面，提出以下簡化的總結(jié)。此總結(jié)并非本發(fā)明的窮舉式總覽。它不是想要識別本發(fā)明的關(guān)鍵或重要組件或者是描繪本發(fā)明的范疇。唯一的目的是要以簡要的形式提出一些概念作為以下更詳細的說明的前言。
[0058]本揭示內(nèi)容大體有關(guān)于多種制程技術(shù)及所得的半導(dǎo)體裝置，其中通過增加作用于信道區(qū)的力，可改善P型信道晶體管的信道區(qū)的應(yīng)變位準。為此目的，已認識到，特別是，有優(yōu)異附著性的附著層可顯著影響整體應(yīng)力轉(zhuǎn)移效率，例如，因為改善附著性使得雙層系統(tǒng)能夠減少附著層的厚度，同時附著層的內(nèi)部應(yīng)力位準也有一定程度的增加而有助于增加作用于P型信道晶體管的整體力。此外，基于優(yōu)異的附著，可施加所欲高應(yīng)力位準于頂層，對于有給定總厚度的雙層系統(tǒng)，由于附著層的厚度減少而可提供厚度增加的頂層。此外，在有些示范具體實施例中，頂層甚至可實現(xiàn)增加的內(nèi)部應(yīng)力位準，從而進一步有助于提高雙層系統(tǒng)的整體應(yīng)力位準。
[0059]揭示于本文的一示范方法包括:暴露半導(dǎo)體裝置的晶體管的表面區(qū)于無電漿含氨及氮氣氛，以使該表面區(qū)備妥沉積第一應(yīng)變誘發(fā)材料層。該方法更包括:用第一電漿輔助沉積制程形成該第一應(yīng)變誘發(fā)材料層于該表面區(qū)上，其中該第一應(yīng)變誘發(fā)材料層在該晶體管的信道區(qū)中誘發(fā)壓縮應(yīng)變，以及其中該第一應(yīng)變誘發(fā)材料層有第一內(nèi)部應(yīng)力位準。該方法更包括:用第二電漿輔助沉積制程形成第二應(yīng)變誘發(fā)材料層于該第一應(yīng)變誘發(fā)材料層上，其中該第一電漿輔助沉積制程的至少一個制程參數(shù)設(shè)定與該第二電漿輔助沉積制程不同。此外，該第二應(yīng)變誘發(fā)材料層在該信道區(qū)中誘發(fā)壓縮應(yīng)變以及有高于該第一內(nèi)部應(yīng)力位準的第二內(nèi)部應(yīng)力位準。
[0060]揭示于本文的另一示范方法是有關(guān)于形成壓縮雙層于晶體管上方。該方法包括:通過建立化學(xué)反應(yīng)氣氛而不供給離子化功率給該化學(xué)反應(yīng)氣氛，移除在該晶體管上方的表面區(qū)的含氧污染物。該方法更包括:通過建立第一電漿氣氛來形成第一應(yīng)變誘發(fā)材料層于該表面區(qū)上，其中該第一應(yīng)變誘發(fā)材料層有第一內(nèi)部應(yīng)力位準與第一厚度。該方法也包括:通過建立第二電漿氣氛來形成第二應(yīng)變誘發(fā)材料層于該第一應(yīng)變誘發(fā)材料層上，其中該第二電漿氣氛的至少一個制程參數(shù)與該第一電漿氣氛不同。此外，該第二應(yīng)變誘發(fā)材料層有第二內(nèi)部應(yīng)力位準及第二厚度，其中該第二內(nèi)部應(yīng)力位準高于該第一內(nèi)部應(yīng)力位準，以及其中該第二厚度大于該第一厚度。
[0061]一個示范半導(dǎo)體裝置包含形成于P型信道晶體管上方的第一應(yīng)變誘發(fā)材料層，其中該第一應(yīng)變誘發(fā)材料層有第一厚度與2.2至2.5GPa的第一內(nèi)部應(yīng)力位準，以便在該晶體管的信道區(qū)中誘發(fā)壓縮應(yīng)變。該半導(dǎo)體裝置更包含形成于在該晶體管上方的第一應(yīng)變誘發(fā)材料層上的第二應(yīng)變誘發(fā)材料層，其中該第二應(yīng)變誘發(fā)材料層有第二厚度與3.0GPa及更高的第二內(nèi)部應(yīng)力位準，其中該第一厚度小于該第二厚度。
[0062]應(yīng)了解，在本申請案的背景下，無電漿氣氛應(yīng)被視為制程氣氛，其中是抑制能量的供給而導(dǎo)致分子的故意離子化。不過，應(yīng)了解，在無電漿氣氛中，仍然可能存在游離粒子，其數(shù)量遵循在給定熱力條件下由熱移動分子造成以及由任何天然輻射(通常存在于用以形成半導(dǎo)體裝置的制程環(huán)境中)造成的碰撞離子化程度。同樣，用語“在不供給離子化功率下建立化學(xué)反應(yīng)氣氛”應(yīng)被理解成抑制供給想要用于在氣氛中離子化粒子的額外功率同時仍無法避免高能輻射及粒子和熱移動可能有助于受考量的制程氣體有一定程度但是低度的離子化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0063]參考以下結(jié)合附圖的說明可明白本揭示內(nèi)容，其中類似的組件是以相同的組件符號表不。
[0064]圖1的橫截面圖示意圖標有基于現(xiàn)有沉積處方形成的雙層的精密半導(dǎo)體裝置；以及
[0065]圖2a至圖2d的橫截面圖根據(jù)示范具體實施例示意圖標在形成有優(yōu)異內(nèi)部應(yīng)力位準的雙層系統(tǒng)時處于不同制造階段期間的半導(dǎo)體裝置。
[0066]盡管本發(fā)明容易做成各種修改及替代形式，本文仍以附圖為例圖標幾個本發(fā)明的特定具體實施例且詳述其中的細節(jié)。不過，應(yīng)了解本文所描述的特定具體實施例不是想要把本發(fā)明限定成本文所揭示的特定形式，反而是，本發(fā)明是要涵蓋落入由隨附權(quán)利要求書定義的本發(fā)明精神及范疇內(nèi)的所有修改、等價及替代性陳述。
[0067]符號說明
[0068]100半導(dǎo)體裝置
[0069]101襯底
[0070]102半導(dǎo)體層
[0071]102a主動區(qū)
[0072]120蝕刻終止層
[0073]121附著層
[0074]122后續(xù)層
[0075]123額外蝕刻終止層
[0076]124層間介電材料
[0077]I5OaU5Ob晶體管
[0078]151信道區(qū)
`[0079]151s應(yīng)變
[0080]152漏極/源極區(qū)
[0081]153金屬硅化物區(qū)域
[0082]160a、160b柵極電極結(jié)構(gòu)
[0083]161柵極介電材料
[0084]162U63電極材料
[0085]164間隔體結(jié)構(gòu)
[0086]200半導(dǎo)體裝置
[0087]201襯底
[0088]202半導(dǎo)體層
[0089]202a單一主動區(qū)
[0090]203與氧有關(guān)的污染物
[0091]204無電漿制程氣氛
[0092]205a第一步驟
[0093]205b后續(xù)沉積步驟
[0094]206a、206b、206c 移轉(zhuǎn)步驟
[0095]207沉積制程
[0096]220雙層
[0097]221附著層
[0098]221a所得接口
[0099]221t厚度
[0100]222頂層[0101]222a接口
[0102]222t所欲厚度
[0103]223厚蝕刻終止層
[0104]250晶體管
[0105]250s表面區(qū)
[0106]251信道區(qū)
[0107]252漏極/源極區(qū)
[0108]253金屬硅化物
[0109]260柵極電極結(jié)構(gòu)
[0110]260a、260b、260c 移轉(zhuǎn)步驟
[0111]261柵極介電層
[0112]262、263電極材料
[0113]264間隔體結(jié)構(gòu)
[0114]270制程環(huán)境
[0115]HF高頻
[0116]LF低頻。
【具體實施方式】
[0117]以下描述本發(fā)明的各種示范具體實施例。為了清楚說明，本說明書沒有描述實際具體實作的所有特征。當然，應(yīng)了解，在開發(fā)任一此類的實際具體實施例時，必需做許多與具體實作有關(guān)的決策以達成開發(fā)人員的特定目標，例如遵循與系統(tǒng)相關(guān)及商務(wù)有關(guān)的限制，這些都會隨著每一個具體實作而有所不同。此外，應(yīng)了解，此類開發(fā)即復(fù)雜又花時間，不過對本技藝一般技術(shù)人員而言在閱讀本揭示內(nèi)容后將會是例行工作。
[0118]此時以參照附圖來描述本發(fā)明。示意圖標于附圖的各種結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)及裝置僅供解釋以及避免熟諳此藝者所熟習(xí)的細節(jié)混淆本發(fā)明。盡管如此，仍納入附圖用來描述及解釋本揭示內(nèi)容的示范實施例。應(yīng)使用與相關(guān)技藝技術(shù)人員所熟悉的意思一致的方式理解及解釋用于本文的字匯及詞組。本文沒有特別定義的術(shù)語或詞組(也就是，與熟諳此藝者所理解的普通慣用意思不同的定義)是想要用術(shù)語或詞組的一致用法來暗示。在這個意義上，希望術(shù)語或詞組具有特定的意思時(也就是，不同于熟諳此藝者所理解的意思)，則會在本說明書中以直接明白地提供特定定義的方式清楚地陳述用于該術(shù)語或詞組的特定定義。
[0119]根據(jù)本揭示內(nèi)容，已認識到只有高本征應(yīng)力位準是不足以改善P型信道晶體管的效能的。別是，在使用有優(yōu)異內(nèi)部應(yīng)力位準的介電質(zhì)雙層系統(tǒng)的概念時，已認識到，對于給定幾何組構(gòu)(也就是，雙層的整體厚度)，改善附著性為P型信道晶體管得到優(yōu)異力的重要方面。之后，根據(jù)示范具體實施例，應(yīng)用經(jīng)適當設(shè)計的表面處理或預(yù)處理，這導(dǎo)致經(jīng)特別設(shè)計的制程氣氛與暴露表面區(qū)相互作用，其中該表面處理可基于無電漿氣氛(例如，含氨及氮氣氛)來完成，以便通過移除氧污染物來清潔暴露表面區(qū)。因此，無電漿處理對于附著層可產(chǎn)生強有力的接口以便轉(zhuǎn)移附著層所得到的高機械力及后續(xù)有高應(yīng)力的頂層至底下的表面區(qū)從而最后進入所考量的晶體管的信道區(qū)。例如，P型信道晶體管可包含含有金屬硅化物的漏極/源極區(qū)，其中所述敏感區(qū)域的特性實質(zhì)不受前面的處理影響，因為沒有電漿。因此，可實質(zhì)保留所述敏感區(qū)域的電氣特性，同時仍可增強經(jīng)由所述區(qū)域至信道區(qū)的應(yīng)力轉(zhuǎn)移，因為先前處理實現(xiàn)優(yōu)異的附著特性。
[0120]此外，在有些示范具體實施例中，優(yōu)異表面特性能沉積有增加內(nèi)部應(yīng)力的附著層，例如，這可通過各自建立基于低頻功率及高頻功率的電衆(zhòng)氣氛來實現(xiàn)。例如，在有些示范具體實施例中，高頻功率與低頻功率的比例在1.5至2.5的范圍內(nèi)，借此得到增加的離子轟擊(bombardment),同時可適當?shù)卣{(diào)整其它制程參數(shù),例如前驅(qū)物氣體及阻障氣體(barriergas)的氣體流率、襯底與蓮蓬頭的間隔及其類似者，以便得到增加的內(nèi)部應(yīng)力以及整個襯底有優(yōu)良均勻度的層厚。以此方式，在有些示范具體實施例中，實現(xiàn)有2.2至2.5GPa的附著層內(nèi)部應(yīng)力位準，這大約比現(xiàn)有附著層高25至35%。
[0121]由于有優(yōu)異附著性，根據(jù)揭示于本文的原理，可減少附著層的厚度，因而甚至使得厚度比現(xiàn)有附著層的厚度大約少50%而實質(zhì)不損失轉(zhuǎn)移至底下晶體管區(qū)域的機械力。
[0122]在有些示范具體實施例中，基于適當移轉(zhuǎn)階段(transition phase)但是不中斷電漿，可分離用于沉積附著層的電漿氣氛與用于沉積有高應(yīng)力的頂層的電漿氣氛，其中，在有些示范具體實施例中，可應(yīng)用額外移轉(zhuǎn)步驟以更進一步改善附著層與頂層之間的接口特性。
[0123]在其它示范具體實施例中，頂層的內(nèi)部應(yīng)力位準可增加到大約比現(xiàn)有頂層的內(nèi)部應(yīng)力位準高5%的3.8GPa，這可通過增加制程氣氛中的壓力以及用以誘發(fā)離子轟擊的氣體數(shù)量以及增加電漿稀釋氣體的數(shù)量來達成。
[0124]在有些示范具體實施例中，沉積附著層之前的表面處理可有效地結(jié)合附著層的增加內(nèi)部應(yīng)力位準及/或減少厚度以及結(jié)合頂層的增加內(nèi)部應(yīng)力位準使得P型信道晶體管因機械接口性質(zhì)大幅改善而可得到進一步增強的晶體管效能，從而使得內(nèi)部應(yīng)力位準可有效地轉(zhuǎn)移至底下的晶體管區(qū)域。此外，附著層與頂層的接口特性也可被適當?shù)囊妻D(zhuǎn)影響，也就是，兩個沉積步驟之間的高頻/低頻功率與氣體流率的變化，使得經(jīng)由附著層，頂層的增加內(nèi)部應(yīng)力位準也可有效地轉(zhuǎn)移至晶體管區(qū)域。
[0125]參考圖2a至圖2d，此時更詳細地描述其它的示范具體實施例，其中若合適，也參考圖1。
[0126]圖2a的橫截面圖示意圖標可在制程環(huán)境270中加工的半導(dǎo)體裝置200，制程環(huán)境270可為沉積工具的處理室及其類似者。半導(dǎo)體裝置200在此制造階段可包含有半導(dǎo)體層202形成于其上的襯底201。半導(dǎo)體層202可為可包含大量硅的任何適當半導(dǎo)體材料，如以上在說明裝置100時所述者。不過，應(yīng)了解，半導(dǎo)體層202也可有其它的成分，例如鍺、碳或其它半導(dǎo)體合金及其類似者。此外，應(yīng)了解，在精密應(yīng)用中也可提供呈實質(zhì)結(jié)晶形式的半導(dǎo)體層202，因為，在這些情形下，可實現(xiàn)優(yōu)異的驅(qū)動電流能力從而切換速度。在其它情形下，揭示于本文的原理也可應(yīng)用于非晶半導(dǎo)體材料。此外，可提供至少有些部分呈含金屬材料(例如，金屬硅化物)的形式的半導(dǎo)體層202，從而可提供實質(zhì)非結(jié)晶態(tài)，這取決于整體制程與裝置要求。此外，如上述，半導(dǎo)體層202可分成多個主動區(qū)，其中，為方便起見，圖標單一主動區(qū)202a于圖2a。也應(yīng)了解，如果是絕緣體上硅(SOI)組構(gòu)，在半導(dǎo)體層202下面可形成埋入絕緣材料(未圖標)。
[0127]晶體管250形成于主動區(qū)202a中及上方以及包含柵極電極結(jié)構(gòu)260，接著它包含柵極介電層261、一個或多個電極材料262、263以及間隔體結(jié)構(gòu)264。應(yīng)了解，柵極電極結(jié)構(gòu)260可具有任何適當組構(gòu)，例如與實現(xiàn)高介電常數(shù)(k)介電材料、含金屬電極材料及其類似者有關(guān)的。此外，柵極電極結(jié)構(gòu)260的長度，也就是，電極材料262在柵極介電層261的水平延伸部分，在精密應(yīng)用可等于40奈米及更小，然而根據(jù)所考量的裝置的設(shè)計要求可實現(xiàn)其它尺寸。此外，晶體管250可包含可用信道區(qū)251連接的漏極/源極區(qū)252，其中，也如以上在說明裝置100時所述，平面晶體管架構(gòu)圖標于圖2a，然而應(yīng)了解，揭示于本文的原理也可應(yīng)用于任何其它晶體管架構(gòu)，例如FinFET裝置及其類似者。此外，在有些情形下，在漏極/源極區(qū)252中可形成金屬硅化物253。此外，在某些情況下，可提供厚蝕刻終止層223，例如二氧化硅材料及其類似者，以便在必須提供有不同內(nèi)部應(yīng)力位準的雙層于不同類型的晶體管上方時，增強例如與圖案化介電質(zhì)雙層有關(guān)的其它加工。在其它情形下，可省略蝕刻終止襯里223。
[0128]基于任何適當制程策略，可形成為P型信道晶體管的晶體管250，也如以上在說明裝置100時所述者。結(jié)果，在執(zhí)行任何高溫制程及完成金屬硅化物區(qū)域253 (有可能結(jié)合區(qū)域263之中的金屬硅化物)后,如有必要,可通過形成蝕刻終止襯里223而繼續(xù)進一步的加工。在其它情形下，可省略襯里223使得雙層系統(tǒng)可直接沉積于晶體管250的暴露表面區(qū)上。應(yīng)了解，通常與氧有關(guān)的污染物，用203表示，可能粘著至例如在柵極電極結(jié)構(gòu)260及漏極/源極區(qū)252的表面區(qū)上的暴露表面區(qū)250s，如果不提供蝕刻終止襯里223的話，然而在其它情形下，污染物203可能黏著至襯里223的表面。應(yīng)了解，暴露表面區(qū)250s因而可為襯里223的表面(若有的話)，然而在其它情形下，區(qū)域250s可為漏極/源極區(qū)252的任何暴露表面區(qū)，例如形式為金屬硅化物253，以及可能也為柵極電極結(jié)構(gòu)260的任何暴露區(qū)。
[0129]根據(jù)揭示于本文的原理，已認識到，基于可用氨(NH3)及氮氣(N2)建立的無電漿制程氣氛204來移除至少一些與氧有關(guān)的污染物203，可大幅改善區(qū)域250s的表面特性。為此目的，在一個示范具體實施例中，可調(diào)整裝置200的溫度使其在300至550°C的范圍內(nèi)，例如約480°C。此外，在有些示范具體實施例中，控制氣氛204的壓力使其在1.8至3.0托耳的范圍內(nèi)，例如2.5托耳。此外，為了維持氣氛204，可調(diào)整氨與氮的流率比例使其在2/35至1.0的范圍內(nèi)。此外，可供給氬至制程環(huán)境270以便建立氣氛204，其中可控制氬與氮氣的流率比例使其在10/35至3.5的范圍內(nèi)。
[0130]以下表2提供基于經(jīng)裝備成能夠加工毫米直徑襯底的沉積工具(售自美國應(yīng)用材料公司商標為Producer)可用來建立制程氣氛204的制程參數(shù)值。
[0131]表2
[0132]基于制程氣氛204的處理
[0133]持續(xù)時間:20-60秒，
[0134]T=480°C (300-550 °C ),
[0135]p=2.5 托耳(1.8-3.0 托耳)，
[0136]間隔=350密耳(250-450 密耳)，
[0137]NH3=600立方厘米/分鐘(200-1000立方厘米/分鐘)，
[0138]N2=2500立方厘米/分鐘(1000-3500立方厘米/分鐘)，
[0139]Ar=2500立方厘米/分鐘(1000-3500立方厘米/分鐘)。
[0140]圖2b示意圖標處于更進一步加工階段的裝置200，其中在適當制程環(huán)境內(nèi)可形成有優(yōu)異附著性的附著層221于晶體管250上方，在圖標具體實施例中，該環(huán)境與用于前面制造階段的制程環(huán)境270相同。在形成附著層221的第一步驟205a中，可建立也用相同組件符號205a表示的制程氣氛以便使裝置200備妥隨后沉積氮化硅基材料。例如，可供給硅烷(SIH4)及氨至制程環(huán)境270，不過，在環(huán)境270內(nèi)不產(chǎn)生電漿。此外，可供給有適當流率的氮氣及氬氣，在后續(xù)沉積步驟205b期間也可保持此供給以便在沉積步驟205b期間得到穩(wěn)定的條件。在形成建立制程氣氛的附著層221以使裝置200備妥隨后沉積氮化硅基材料的此一第一步驟205a中，氬的供給為視需要。裝置的預(yù)處理不需要氬用于后續(xù)沉積。反而，在實際沉積步驟205b期間可首先導(dǎo)入氬于制程氣氛中。
[0141]在實際沉積期間，在環(huán)境270中通過供給低頻功率及高頻功率來產(chǎn)生電漿，其中低頻功率應(yīng)被理解為以在數(shù)Hz至數(shù)百KHz的頻率供給的電磁功率，而高頻功率應(yīng)被理解為以數(shù)mHz至數(shù)百mHz的頻率供給的電磁功率，這取決于制程環(huán)境270的能力。結(jié)果，與用于附著層的現(xiàn)有沉積處方相反，也供給高頻功率至環(huán)境270以便增加離子轟擊從而層221得到增加的內(nèi)部應(yīng)力位準。由于有效的表面處理204 (圖2a)，用層221與底下表面區(qū)250s形成的所得接口 221a，與現(xiàn)有方法相比，可避免損失附著性，從而允許層221有較高的內(nèi)部應(yīng)力位準及減少的厚度221t，其中可調(diào)整厚度使其對應(yīng)地減少約達現(xiàn)有附著層的百分之50。例如，可選定約50奈米的厚度221t，不過，其中應(yīng)了解，可根據(jù)整體制程及裝置要求來選定任何其它數(shù)值。
[0142]表3描述基于制程步驟205a及205b用以形成附著層221的典型制程條件及參數(shù)，其中對應(yīng)制程參數(shù)值與上述沉積工具有關(guān)。
[0143]表3
[0144]形成附著層221
[0145]步驟205a:
[0146]設(shè)置SiH4IO 秒(5-15 秒)，
[0147]T=480°C (300-550 °C ),
[0148]p=2.5 托耳(1.8-3.0 托耳)，
[0149]間隔=350密耳(250-450 密耳)，
[0150]SiH4=45立方厘米/分鐘(20-60立方厘米/分鐘)，
[0151 ] NHS=30立方厘米/分鐘(0-100立方厘米/分鐘)，
[0152]N2=2500立方厘米/分鐘(1000-3500立方厘米/分鐘)，
[0153]Ar=2500立方厘米/分鐘(1000-3500立方厘米/分鐘)。
[0154]步驟205b:
[0155]沉積5 秒 /50 埃(4-10 秒 /40-100 埃)，
[0156]T=480°C (300-550 °C ),
[0157]p=2.5 托耳(1.8-3.0 托耳)，
[0158]間隔=350密耳(250-450 密耳)，
[0159]低頻功率=200瓦特(130-280瓦特)，
[0160]高頻功率=80瓦特(50-150瓦特)，
[0161 ] SiH4=45立方厘米/分鐘(20-60立方厘米/分鐘)，
[0162]NHS=30立方厘米/分鐘(0-100立方厘米/分鐘)，[0163]N2=2500立方厘米/分鐘(1000-3500立方厘米/分鐘)，
[0164]Ar=2500立方厘米/分鐘(1000-3500立方厘米/分鐘)。
[0165]圖2c示意圖標處于更進一步加工階段的裝置200，其中在沉積附著層221之后以及在沉積高應(yīng)力頂層之前實現(xiàn)適當?shù)囊妻D(zhuǎn)階段。在圖標具體實施例中，在相同的處理室270中可建立移轉(zhuǎn)階段以便使得電漿氣氛持續(xù)存在。在一個示范具體實施例中，基于三個后續(xù)移轉(zhuǎn)步驟206a、206b及206c可實現(xiàn)該移轉(zhuǎn)階段。例如，在第一步驟206a期間，可調(diào)整適當?shù)臍怏w流率和低頻功率及高頻功率的適當值，接著是步驟206b，其將各個功率值設(shè)定成為在實際沉積步驟期間也可使用的數(shù)值。此外，在步驟206a、206b期間，可適當?shù)馗髯詼p少及增加氮及氬的載流氣體的供給，使得，在最終移轉(zhuǎn)步驟206c中，可建立與增加所欲氬流率有關(guān)的穩(wěn)定條件，同時可中斷氮流率。此外，在最后移轉(zhuǎn)步驟206c期間可供給適當高數(shù)量的稀釋氫氣。以此方式，可建立適當制程氣氛以便能沉積有極高內(nèi)部應(yīng)力的氮化硅材料。
[0166]表4圖標使用上述沉積制程工具的移轉(zhuǎn)步驟206a、206b、206c的各自參數(shù)值及加工時間。
[0167]表4:
[0168]在形成附著層221之后和在形成頂層222之前的移轉(zhuǎn)步驟
[0169]步驟206a:
[0170]Prell 秒(0.5-3 秒)，
[0171]480 0C (300-550 0C ),
[0172]p=2.5 托耳(1.8-3.0 托耳)，
[0173]間隔=350密耳(290-450 密耳)，
[0174]低頻功率=50瓦特，
[0175]高頻功率=75瓦特，
[0176]SiH4=45立方厘米/分鐘(20-80立方厘米/分鐘)，
[0177]NHS=30立方厘米/分鐘(0-100立方厘米/分鐘)，
[0178]N2=2600立方厘米/分鐘(1000-3500立方厘米/分鐘)，
[0179]Ar=2500立方厘米/分鐘(1000-3500立方厘米/分鐘)。
[0180]步驟206b:
[0181]Pre21 秒(0.5-3 秒)，
[0182]480 0C (300-550 0C ),
[0183]p=2.5 托耳(1.8-3.0 托耳)，
[0184]間隔=350密耳(290-450 密耳)，
[0185]低頻功率=40瓦特(20-100瓦特)，
[0186]高頻功率=120瓦特(60-160瓦特)，
[0187]SiH4=50立方厘米/分鐘(30-90立方厘米/分鐘)，
[0188]NH3=HO立方厘米/分鐘(70-200立方厘米/分鐘)，
[0189]N2=1500立方厘米/分鐘(500-2500立方厘米/分鐘)，
[0190]Ar=3500立方厘米/分鐘(2000-5000立方厘米/分鐘)。
[0191]步驟206c:
[0192]Pre32 秒(0.5-4 秒)，[0193]480 °C (300-550 °C ),
[0194]p=2.5 托耳(1.8-3.0 托耳)，
[0195]間隔=350密耳(290-450 密耳)，
[0196]低頻功率=40瓦特(20-100瓦特)，
[0197]高頻功率=120瓦特(60-160瓦特)，
[0198]SiH4=50立方厘米/分鐘(30-90立方厘米/分鐘)，
[0199]NH3=HO立方厘米/分鐘(70-200立方厘米/分鐘),
[0200]Ar=3500立方厘米/分鐘(2000-4000立方厘米/分鐘)，
[0201 ] H2=4500立方厘米/分鐘(2500-4500立方厘米/分鐘)。
[0202]圖2d示意圖標在制程環(huán)境270中進行基于適當沉積氣氛的沉積制程207的半導(dǎo)體裝置200。在制程207期間，可形成有顯著比附著層221還厚的所欲厚度222t的頂層222，如上述。此外，可調(diào)整頂層222的內(nèi)部應(yīng)力位準以便得到有3GPa及更高的中高內(nèi)部應(yīng)力位準，例如實現(xiàn)達3.8GPa的內(nèi)部壓縮應(yīng)力位準，從而改進現(xiàn)有頂層的內(nèi)部應(yīng)力位準約有5%。為此目的，可使用有中高濃度的氬及氫氣作為用于離子轟擊及電漿稀釋的氣體以及有適當選定的氣體流率的前驅(qū)物氣體，硅烷與氨。此外，可選定高頻功率位準與低頻功率位準以便得到所欲內(nèi)部應(yīng)力位準。同樣，適當?shù)剡x定該壓力以及可高于現(xiàn)有沉積處方。
[0203]表5圖標用上述制程工具形成厚約30奈米的層222的各個加工時間及參數(shù)值。應(yīng)了解，可增加頂層222的厚度，例如，通過增加整體沉積時間，以便得到約35奈米的厚度，借此得到厚度總共有40奈米的雙層220，因此它有與現(xiàn)有雙層相同的總厚度，如以上在說明圖1時所述，然而有較高的平均內(nèi)部應(yīng)力位準，借此賦予增加的應(yīng)變給晶體管250的信道區(qū)，如上述。此外，由于前面已進行移轉(zhuǎn)步驟260a、260b、260c (圖2c)，所以形成于頂層222與附著層221之間的接口 222a也有優(yōu)異附著特性，從而允許應(yīng)力由頂層222高效地轉(zhuǎn)移至附著層221
[0204]以及最終至信道區(qū)251。
[0205]表5
[0206]用于形成頂層222的沉積制程207
[0207]沉積80-120 秒(300 埃)，
[0208]480 0C (300-550 0C ),
[0209]p=2.5 托耳(1.8-3.0 托耳)，
[0210]間隔=350密耳(290-450 密耳)，
[0211 ] 低頻功率=40瓦特(20-100瓦特)，
[0212]高頻功率=120瓦特(70-200瓦特)，
[0213]SiH4=50立方厘米/分鐘(30-90立方厘米/分鐘)，
[0214]NH3=HO立方厘米/分鐘(70-200立方厘米/分鐘),
[0215]Ar=4500立方厘米/分鐘(3000-7000立方厘米/分鐘)，
[0216]H2=5500立方厘米/分鐘(3000-7000立方厘米/分鐘)。
[0217]在沉積制程207后，可通過進行吹掃及抽氣步驟而繼續(xù)進一步的加工，也如應(yīng)用于現(xiàn)有制程處方者，其中表6圖標可與上述沉積工具適當?shù)亟Y(jié)合的對應(yīng)制程參數(shù)及加工時間。[0218]表6
[0219]吹掃及抽氣
[0220]吹掃10秒，
[0221]480 0C (300-550 0C ),
[0222]ρ=2.3 托耳(1.8-2.8 托耳)，
[0223]間隔=350密耳(290-450 密耳)，
[0224]低頻功率=0瓦特，
[0225]高頻功率=0瓦特，
[0226]SiH4=O立方厘米/分鐘，
[0227]NH3=O立方厘米/分鐘(10-200立方厘米/分鐘)，
[0228]Ar=4500立方厘米/分鐘(2000-6000立方厘米/分鐘)，
[0229]H2=O立方厘米/分鐘(0-3000立方厘米/分鐘)，
[0230]抽氣10秒，
[0231]480 0C (300-550 0C ),
[0232]節(jié)流活門打開，
[0233]間隔=上升位置，
[0234]低頻功率=0瓦特，
[0235]高頻功率=0瓦特，
[0236]SiH4=-1, NH3=-1, Ar=-1, H2=-1。
[0237]應(yīng)了解，以上給出用于各種制程參數(shù)的數(shù)值對于300毫米沉積工具(也就是，售自美國應(yīng)用材料公司的Producer系統(tǒng))有高效，其中可適當?shù)乜s放所述參數(shù)值使得上述制程順序也可應(yīng)用于其它襯底尺寸及處理室?guī)缀?。例如，?00毫米組構(gòu)的Producer系統(tǒng)而言，在大部分的情形下，氣流及RF功率可減少約一半。在大部分的情形下，可能不需要改變其它的制程參數(shù)，例如間隔、壓力、溫度。
[0238]此外，給出用于35奈米雙層的各種移轉(zhuǎn)步驟的沉積時間及加工時間。由于厚度取決于所考量的技術(shù)節(jié)點，通常選定在30至100奈米范圍內(nèi)的附著層221與頂層222的總厚度，其中頂層厚度的變化可能對于總層厚的修改有顯著貢獻。另一方面，可用較不明顯的程度調(diào)整附著層的厚度以及對應(yīng)沉積時間以得到最佳化的應(yīng)力轉(zhuǎn)移，這取決于所考量的晶體管幾何。也就是，對于附著層221的優(yōu)異附著特性，與標準附著層相比，大體顯著減少的厚度可充分保證應(yīng)力由頂層適當?shù)剞D(zhuǎn)移至底下的晶體管區(qū)域，以及為了適應(yīng)特定裝置要求，只需要輕度修改附著層的厚度。
[0239]結(jié)果，本揭示內(nèi)容提供數(shù)種制造技術(shù)及半導(dǎo)體裝置，其中可得到由雙層系統(tǒng)至P型信道晶體管的信道區(qū)的優(yōu)異應(yīng)力轉(zhuǎn)移。為此目的，可改善頂層與底下晶體管區(qū)域之間的移轉(zhuǎn)，此是通過在沉積附著層之前應(yīng)用額外的無電漿表面處理，在有些示范具體實施例中，相較于標準制程處方，可提供減少的厚度與較高的內(nèi)部應(yīng)力位準。同樣，通過適當?shù)卦O(shè)計用于形成附著層的沉積制程與用于形成頂層的沉積制程兩者之間的移轉(zhuǎn)，可得到優(yōu)異的附著，從而允許在頂層中施加高內(nèi)部應(yīng)力。例如，在28奈米的技術(shù)節(jié)點中，使用基于額外表面預(yù)處理的改良雙層系統(tǒng)的概念，P型信道晶體管的驅(qū)動電流可增加約5%。
[0240]以上所揭示的特定具體實施例均僅供圖解說明，因為熟諳此藝者在受益于本文的教導(dǎo)后顯然可以不同但等價的方式來修改及實施本發(fā)明。例如，可用不同的順序完成以上所提出的制程步驟。此外，除非在權(quán)利要求書有提及，不希望本發(fā)明受限于本文所示的構(gòu)造或設(shè)計的細節(jié)。因此，顯然可改變或修改以上所揭示的特定具體實施例而所有此類變體都被認為仍然是在本發(fā)明的范疇與精神內(nèi)。因此，本文提出隨附的權(quán)利要求書尋求保護。
【權(quán)利要求】
1.一種方法，其包含: 暴露半導(dǎo)體裝置的晶體管的表面區(qū)于無電漿含氨(NH3)及氮(N2)氣氛，以便使該表面區(qū)備妥用于沉積第一應(yīng)變誘發(fā)材料層； 使用第一電漿輔助沉積制程形成該第一應(yīng)變誘發(fā)材料層于該表面區(qū)上，該第一應(yīng)變誘發(fā)材料層在該晶體管的信道區(qū)中誘發(fā)壓縮應(yīng)變以及具有第一內(nèi)部應(yīng)力位準；以及 使用第二電漿輔助沉積制程形成第二應(yīng)變誘發(fā)材料層于該第一應(yīng)變誘發(fā)材料層上，該第一電漿輔助沉積制程至少具有一個制程參數(shù)設(shè)定與該第二電漿輔助沉積制程不同，該第二應(yīng)變誘發(fā)材料層在該信道區(qū)中誘發(fā)壓縮應(yīng)變以及具有高于該第一內(nèi)部應(yīng)力位準的第二內(nèi)部應(yīng)力位準。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，更包括:在暴露該晶體管的該表面區(qū)于該無電漿含氨及氮氣氛時，維持該半導(dǎo)體裝置的溫度在300至550°C的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，暴露半導(dǎo)體裝置的晶體管的表面區(qū)于無電漿含氨及氮氣氛包括:控制該氣氛的壓力，使其在1.8至3.0托耳的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，暴露半導(dǎo)體裝置的晶體管的表面區(qū)于無電漿含氨及氮氣氛包括:調(diào)整氨與氮的流率比例，使其在2/35至1.0的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，更包括:供給氬至該無電漿含氨及氮氣氛，以及控制該氬與該氮的流率比例，使其在10/35至3.5的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該表面區(qū)暴露于該無電漿含氨及氮氣氛的時段至少有20秒。
7.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的方法，其中，使用該第一電漿輔助沉積制程形成該第一應(yīng)變誘發(fā)材料層包括:使用具有第一高頻功率位準的高頻(HF)功率與具有第一低頻功率位準的低頻(LF)功率以建立第一電漿氣氛，其中高頻功率位準與低頻功率位準的比例是在1.5至2.5的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，使用該第二電漿輔助沉積制程形成該第二應(yīng)變誘發(fā)材料層包括:使用具有高于該第一高頻功率位準的第二高頻功率位準的高頻功率以及使用具有低于該第一低頻功率位準的第二低頻功率位準的低頻功率以建立第二電漿氣氛。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該第一應(yīng)變誘發(fā)材料層的厚度小于該第二應(yīng)變誘發(fā)材料層的厚度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，該第一應(yīng)變誘發(fā)材料層的該厚度為15奈米或更小。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該第一及該第二應(yīng)變誘發(fā)材料層包含硅及氮。
12.—種形成壓縮雙層于晶體管上方的方法，該方法包含: 通過在不供給離子化功率至化學(xué)反應(yīng)氣氛下建立該化學(xué)反應(yīng)氣氛，而移除在該晶體管上方的表面區(qū)的含氧污染物； 通過建立第一電漿氣氛而形成第一應(yīng)變誘發(fā)材料層于該表面區(qū)上，該第一應(yīng)變誘發(fā)材料層具有第一內(nèi)部應(yīng)力位準及第一厚度；以及 通過建立第二電漿氣氛而形成第二應(yīng)變誘發(fā)材料層于該第一應(yīng)變誘發(fā)材料層上，該第二電漿氣氛至少具有一個制程參數(shù)與該第一電漿氣氛不同，該第二應(yīng)變誘發(fā)材料層具有第二內(nèi)部應(yīng)力位準及第二厚度，該第二內(nèi)部應(yīng)力位準高于該第一內(nèi)部應(yīng)力位準，該第二厚度大于該第一厚度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，建立該化學(xué)反應(yīng)氣氛包括:供給氨氣(NH3)及氮氣(N2)進入用于容納該化學(xué)反應(yīng)氣氛的制程環(huán)境。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，建立該化學(xué)反應(yīng)氣氛包括:控制壓力，使其在1.8至3.0托耳的范圍內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，形成該第二應(yīng)變誘發(fā)材料層包括:控制該第二內(nèi)部應(yīng)力位準，使其具有3.0GPa或更高。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，形成該第一應(yīng)變誘發(fā)材料層包括:控制該第一內(nèi)部應(yīng)力位準，使其在2.2至2.5GPa的范圍內(nèi)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，建立該第二電漿氣氛包括:控制壓力，使其在1.8至3.0托耳的范圍內(nèi)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，建立該第二電漿氣氛包括:供給氨及硅烷(SiH4)作為前驅(qū)物氣體，以及供給氬及氫作為載子及稀釋氣體，以及其中前驅(qū)物氣體的流率與載子及稀釋氣體的流率的比例是在1/140至1/20的范圍內(nèi)。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，更包括:在形成該第一應(yīng)變誘發(fā)材料層之后以及在形成該第二應(yīng)變誘發(fā)材料層之前，執(zhí)行三個或更多移轉(zhuǎn)步驟，其中在所述三個或更多移轉(zhuǎn)步驟的每一個中維持電漿 氣氛。
20.一種半導(dǎo)體裝置， 其包含: 形成于P型信道晶體管上方的第一應(yīng)變誘發(fā)材料層，該第一應(yīng)變誘發(fā)材料層具有第一厚度與2.2至2.5GPa的第一內(nèi)部應(yīng)力位準，以便在該晶體管的信道區(qū)中誘發(fā)壓縮應(yīng)變；以及 形成于在該晶體管上方的該第一應(yīng)變誘發(fā)材料層上的第二應(yīng)變誘發(fā)材料層，該第二應(yīng)變誘發(fā)材料層具有第二厚度與3.0GPa及更高的第二內(nèi)部應(yīng)力位準，該第一厚度小于該第二厚度。
【文檔編號】H01L21/8238GK103594421SQ201310358916
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月17日
【發(fā)明者】J·霍哈格, H·呂爾克, R·里克特 申請人:格羅方德半導(dǎo)體公司