本申请要求了 2011年 9月 29日提交的、申请号为 201 110300828.5、 发明名称为 "半导体器件及其制造方法" 的中国专利申请的优先权， 其全部内容通过引用结合在本申请中。 技术领域

本发明涉及半导体器件及其制造方法领域， 特别地， 涉及一种提 高 MOS器件薄膜张应力的结构与方法。 背景技术

从 90nm CMOS集成电路工艺起， 随着器件特征尺寸的不断缩小， 以提高沟道载流子迁移率为 目 的应变沟道工程 （ Strain Channel Engineering )起到了越来越重要的作用。 多种单轴工艺诱致应力被集成 到器件工艺中去。 在 NMOS和 PMOS上覆盖不同性质的应力薄膜， 以 提高沟道中载流子迁移率。 参见附图 1， 半导体衬底 1上具有 NMOS2 和 PMOS3 , STI将在 NMOS2和 PMOS3隔离。 NMOS2上覆盖具有张 应力的薄膜 5， 而在 PMOS3上覆盖具有压应力的薄膜 6， 通常， 应力 薄膜为氮化硅。

氮化硅薄膜中的本征应力主要是由于三角形平 面内以氮为中心的 网络结构单元趋向于形成具有低能量价键的以 硅为中心的四面体网络 结构的固有本性造成的。 由于这两类原子化合价的不同， 就会存在应 变。在氨气-硅烷为反应混合物的 PECVD法 SiN _x H _y 张应力产生机理中， 主要包括乙硅烷和氨基硅烷基团的气相形成、 这些等离子体产物的表 面反应以及随后的通过氢气和氨气的剔除反应 而在次表面进行的多余 氢的释放等过程。 在这一致密工艺中形成的被拉伸的 Si-N键会被周围 的网状结构所限制， 从而被有效地冻结为张应力状态。

与 LPCVD相比较， 由于 PECVD工艺中衬底的温度较低， 则剔除 反应也较少。 从而导致薄膜中含氢的组合较多， 增强了网状结构的灵 活性， 降低了薄膜应力。 因此需要进行高温表面退火处理 （cure ) 工 艺产生去氢致密过程， 以增强薄膜应力。 较高温度的表面退火处理排 出更多含量的氢元素因而导致较高的薄膜应力 。 但是过高温将使得

PECVD工艺带来的低温优势特点散失， 对已形成的 MOSFET硅化物、 源漏掺杂等工艺结构不利。

因而一种紫外线辅助热处理 (UVTP)的技术被用于处理 PECVD 氮 化硅来提高薄膜应力。 该技术利用紫外线的光子能量可以帮助打开薄 膜中的 Si-H键和 N-H键。相邻断裂键中的氢原子相结合形成分子 形式 的氢气， 氢气从薄膜中扩散出来， 从而在薄膜中形成悬桂键和微孔。 悬挂键相互交联， 使得这些微孔收缩以得到最小的表面能。

常规氮化硅薄膜在 UVTP 系统吸收系数较小， 仍然需要衬底加热 来提高薄膜去氢效果。 因此， 需要提供一种新的半导体器件和制造方 法， 能够在 UVTP 系统中获得良好的去氢效果而不需要对衬底进 行加 热。 发明内容

首先， 本发明提供一种半导体器件的制造方法， 其中， 包括： 提供半导体村底， 在所述半导体衬底上形成 NMOS器件； 通过 PECVD工艺在所述 NMOS器件上覆盖高紫外光吸收系数氮 化硅膜， 其中， 对于 λ<410ηπι的紫外光， 所述高紫外光吸收系数氮化 硅膜的紫外光吸收系数为 a^OOcm— ¹ ;

采用受激激光表面退火对所述高紫外光吸收系 数氮化硅膜进行处 理， 去除所述高紫外光吸收系数氮化硅膜中的氢；

经过受激激光表面退火处理之后的所述高紫外 光吸收系数氮化硅 膜具有大于 l GPa的张应力， 用以提高 NMOS器件的沟道载流子迁移 率。

在本发明提供的方法中， 采用受激激光退火处理所述高紫外光吸 收系数氮化硅膜时， 所述半导体衬底温度不高于 300°C。

在本发明提供的方法中， 所述高紫外光吸收系数氮化硅膜为富硅 氮化硅， 即其化学式 Si _{1 -X} N _X 中， χ<0·5。

在本发明提供的方法中， 其特征在于， 所述高紫外光吸收系数氮 化硅膜中掺杂有碳、 硼、 锗中至少一种。

在本发明提供的方法中， 其特征在于， 所述高紫外光吸收系数氮 化硅膜包括多层结构， 其中所述多层结构具有碳、 硼、 锗、.类金刚石 碳 （DLC ) 紫外光吸收层中至少一种。

在本发明提供的方法中， 所述受激激光为准分子激光， 包括 Ar 126醒， Kr 146nm, Xe 172nm, ArF 193nm, KrF 248nm, XeBr 282nm, XeCl 308nm， XeF 351nm。

在本发明提供的方法中， 所述受激激光为调制的气体、 固体激光。 在本发明提供的方法中， 所述受激激光表面退火处理中采用脉沖 激光， 其脉冲宽度在 Ins ~ lms之间， 能量密度大于 150mJ/cm ² 。

接着， 本发明还提供一种半导体器件， 其中包括：

半导体衬底， 在所述半导体衬底上形成有 NMOS器件；

高紫外光吸收系数氮化硅膜，通过 PECVD工艺覆盖在所述 NMOS 器件上， 其中， 对于 λ<410ηιη的紫外光， 所述高紫外光吸收系数氮化 硅膜的紫外光吸收系数为 a^OOcm- ¹ ;

在经过受激激光表面退火处理以去除氢之后的 所述高紫外光吸收 系数氮化硅膜具有大于 l GPa的张应力， 用以提高 NMOS器件的沟道 载流子迁移率。

在本发明提供的器件中， 所述高紫外光吸收系数氮化硅膜为富硅 氮化硅， 即其化学式 Si _1-X N _X 中， x<0.5。

在本发明提供的器件中， 其特征在于， 所述高紫外光吸收系数氮 化硅膜中掺杂有碳、 硼、 锗中至少一种。

在本发明提供的器件中， 其特征在于， 所述高紫外光吸收系数氮 化硅膜包括多层结构， 其中所述多层结构具有碳、 硼、 锗、 类金刚石 碳 （DLC ) 紫外光吸收层中至少一种。

本发明提出了一种半导体器件及其制造方法， 在 NMOS器件上覆 盖一层具有高紫外光吸收系数的氮化硅膜， 该氮化硅膜在受激激光表 面退火处理时， 能很好地吸收紫外光， 从而获得良好的去氢效果， 并 在去氢后， 氮化硅膜具有很高的张应力； 由于氮化硅膜的紫外光吸收 系数高， 因此不需要对衬底进行加热， 避免了由于需要加热衬底去氢 而给器件带来的不良影响， 保存了 PECVD工艺带来的热预算。 附图说明

图 1 常见应变沟道工程结构；

图 2 在半导体衬底上形成 NMOS并覆盖氮化硅膜； 图 3 采用受激激光表面退火处理去除氢；

图 4 完成 NMOS器件。 具体实施方式

以下， 通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。 但是应该理 解， 这些描述只是示例性的， 而并非要限制本发明的范围。 此外， 在 以下说明中， 省略了对公知结构和技术的描述， 以避免不必要地混淆 本发明的概念。

本发明提供一种半导体器件的制造方法， 参见附图 2-4。

首先， 参见附图 2， 提供半导体衬底 10 , 在半导体衬底 10上形成

NMOS器件 20以及 STI结构 30。 其中， 半导体衬底 10是单晶硅衬底 或 SOI。 NMOS器件 20以及 STI结构 30采用本领域标准 CMOS工艺 形成。

接着， 釆用 PECVD工艺在衬底 10上沉积一层具有高紫外光吸收 系数的氮化硅膜， 通过光刻， 使高紫外光吸收系数氮化硅膜 40仅覆盖 在 NMOS 器件 20 上。 所述的高紫外光吸收系数氮化硅膜是指对于 λ<410ηπι的紫外光， 其吸收系数 c ^OOcm— ¹ 。 高紫外光吸收系数氮化硅 膜 40可以是富硅的氮化硅膜， 也即其化学式 Si _{1 -X} N _X 中， x<0.5 ; 高紫 外光吸收系数氮化硅膜 40还可以是通过掺杂碳、 硼、 锗中至少一种来 获得高紫外光吸收特性。 另外， 高紫外光吸收系数氮化硅膜 40包括多 层结构， 其中所述多层结构具有碳、 硼、 锗、 类金刚石碳 （DLC ) 紫 外光吸收层中至少一种， 这有助于提高氮化硅膜 40对紫外光的吸收。

在形成覆盖 NMOS器件 20的高紫外光吸收系数氮化硅膜 40之后， 采用受激激光表面退火对高紫外光吸收系数氮 化硅膜 40进行处理， 去 除高紫外光吸收系数氮化硅膜 40中的氢， 参见附图 3， 图中箭头表示 受激激光表面退火处理。 如前所述， 之所以采用 PECVD工艺形成高紫 外光吸收系数氮化硅膜 40， 是因为 PECVD所需温度较低， 不会对已 形成的器件产生不良影响。 然而， 由于工艺温度较低， PECVD形成氮 化硅膜时在膜中包含的氢不能很好地去除， 需要进行一步表面退火处 理， 以去除氮化硅膜中的氢并对氮化硅膜进行致密 ， 以增强薄膜应力。 由于本发明采用了具有高紫外光吸收系数的氮 化硅膜， 在采用受激激 光表面退火进行处理时， 紫外光的光子能量可以有效地打开氮化硅膜 40中的 Si-H键和 N-H键，相邻断裂键中的氢原子相结合形成分子 形式 的氢气， 氢气从薄膜中扩散出来， 从而在薄膜中形成悬挂键和微孔， 悬挂键相互交联， 使得这些微孔收缩以得到最小的表面能， 而整个过 程中不需要对衬底 10进行加热， 即可获得良好的去氢效果， 这样避免 了现有技术中采用高温表面退火处理时对已形 成的 MOS器件硅化物、 源漏掺杂等工艺结构的不利， 保存了 PECVD工艺带来的热预算。 在本 发明提供的方法中， 采用受激激光表面退火处理高紫外光吸收系数 氮 化硅膜 40 时， 由于不需要高温处理， 半导体衬底 10 的温度不高于 300°C。

在本发明提供的方法中， 受激激光表面退火处理时采用的可以为 准分子激光，例如包括 Ar 126nm， Kr 146nm, Xe 172nm, ArF 193nm, KrF 248nm, XeBr 282nm, XeC1 308nm, XeF 351 nm。 另外， 受激激光还可以 是调制的气体、 固体激光， 波长小于 410nm。 受激激光表面退火处理 中采用脉沖激光， 其脉冲宽度在 Ins ~ lms 之间， 能量密度大于 15 OmJ/cm ² 。 经过受激激光表面退火处理之后的高紫外光吸 收系数氮化 硅膜具有大于 lGPa的张应力， 用以提高 NMOS器件的沟道载流子迁 移率。

接着， 参见附图 4, 经过受激激光表面退火处理之后， 在衬底 10 上形成层间介质层 50; 在层间介质层 50中形成通孔， 并采用导电材料 填充通孔， 形成引出源漏极的导电插塞 60, 之后可进行后续工艺。 至 此， 本发明的制造方法已详细地阐述。

接着， 本发明还提供一种半导体器件， 可参见附图 4。 该半导体器 件包括半导体村底 10, 在半导体衬底 10上形成有 NMOS器件 20以及 STI结构 30; 高紫外光吸收系数氮化硅膜 40， 通过 PECVD工艺覆盖 在 NMOS器件 20上， 其中， 对于 λ<410ηηι的紫外光， 所述高紫外光 吸收系数氮化硅膜的紫外光吸收系数为 a^OOcm— ¹ ; 在经过受激激光表 面退火处理以去除氢之后的所述高紫外光吸收 系数氮化硅膜具有大于 lGPa的张应力， 用以提高 NMOS器件的沟道载流子迁移率。 在本发明 提供的器件中，高紫外光吸收系数氮化硅膜 40可以是富硅的氮化硅膜， 也即其化学式 Si N _x 中， x<0.5; 高紫外光吸收系数氮化硅膜 40还可 以是通过掺杂碳、 硼、 锗中至少一种来获得高紫外光吸收特性。 另外， 高紫外光吸收系数氮化硅膜 40包括多层结构， 其中所述多层结构具有 碳、 硼、 锗、 类金刚石碳 （DLC ) 紫外光吸收层中至少一种， 这有助 于提高氮化硅膜 40对紫外光的吸收。

在本发明中， 采用 PECVD在 NMOS器件上覆盖一层具有高紫外 光吸收系数的氮化硅膜， 该氮化硅膜在受激激光表面退火处理时， 能 很好地吸收紫外光， 从而获得良好的去氢效果， 并在去氢后， 氮化硅 膜具有很高的张应力； 由于氮化硅膜的紫外光吸收系数高， 因此不需 要对衬底进行加热， 避免了由于需要加热衬底去氢而给器件带来的 不 良影响， 保存了 PECVD工艺带来的热预算。

以上参照本发明的实施例对本发明予以了说明 。 但是， 这些实施 例仅仅是为了说明的目的， 而并非为了限制本发明的范围。 本发明的 范围由所附权利要求及其等价物限定。 不脱离本发明的范围， 本领域 技术人员可以做出多种替换和修改， 这些替换和修改都应落在本发明 的范围之内。