CMOS器件的制备方法与流程

cmos器件的制备方法
技术领域
1.本技术涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种cmos器件的制备方法。


背景技术：

2.应力记忆技术(smt)是90nm节点以下出现的一种提高nmos器件速度的应力工程，通常需要在侧墙(spacer)工艺和自对准硅化物(salicide)工艺之间，沉积保护层和高应力薄膜并进行高温退火。
3.40nm节点对热预算控制要求严格，smt工艺通常会采用尖峰退火(spike anneal)完成应力传递，然后将高应力薄膜去除，再通过激光退火(lsa)提高源漏的离子激活率。
4.激光的薄膜干涉以及热量的传导与nmos器件以及pmos器件(cmos器件)表面二氧化硅层的厚度有关。然而湿法去除二氧化硅层上的氮化硅层(smt sin)后，二氧化硅层的厚度均匀性变差，从而影响源/漏区形貌(s/d profile)以及源/漏区掺杂离子激活率的稳定。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种cmos器件的制备方法，可以解决目前应力记忆技术工艺中cmos器件的栅极结构表面保护层的厚度均匀性差导致激光退火后的源/漏区形貌产生差异以及源/漏区掺杂离子激活率不稳定的问题。
6.一方面，本技术实施例提供了一种cmos器件的制备方法，包括：
7.提供一衬底，所述衬底包含nmos器件区域和pmos器件区域，其中，所述pmos器件区域的衬底上形成有第一栅极结构，所述nmos器件区域的衬底上形成有第二栅极结构，所述第一栅极结构、所述第二栅极结构和露出的所述衬底表面上覆盖有堆叠的第一保护层和应力层；
8.去除所述pmos器件区域的所述应力层；
9.执行快速热退火工艺；
10.去除所述nmos器件区域的所述应力层；
11.去除所述nmos器件区域和所述pmos器件区域的所述第一保护层；
12.形成第二保护层，所述第二保护层覆盖所述第一栅极结构、所述第二栅极结构和露出的所述衬底表面；
13.执行激光退火工艺；以及，
14.去除所述nmos器件区域和所述pmos器件区域的所述第二保护层。
15.可选的，在所述cmos器件的制备方法中，工艺腔室压力为25torr～35torr；反应气体包括：teos和o3，其中，teos的流量为3800sccm～4200sccm；o3的流量为17200sccm～17800sccm。
16.可选的，在所述cmos器件的制备方法中，采用干法刻蚀工艺去除所述pmos器件区域的所述应力层。
17.可选的，在所述cmos器件的制备方法中，采用湿法刻蚀工艺去除所述nmos器件区
域的所述应力层。
18.可选的，在所述cmos器件的制备方法中，采用湿法刻蚀工艺去除所述nmos器件区域和所述pmos器件区域的所述第一保护层。
19.可选的，在所述cmos器件的制备方法中，采用湿法刻蚀工艺去除所述nmos器件区域和所述pmos器件区域的所述第二保护层。
20.可选的，在所述cmos器件的制备方法中，所述第一保护层的材质为二氧化硅。
21.可选的，在所述cmos器件的制备方法中，所述第二保护层的材质为二氧化硅。
22.可选的，在所述cmos器件的制备方法中，执行快速热退火工艺的过程中，工艺温度小于或者等于1100℃。
23.可选的，在所述cmos器件的制备方法中，执行激光退火工艺的过程中，工艺温度大于或者等于1200℃。
24.本技术技术方案，至少包括如下优点：
25.本技术通过在快速热退火之后，去除nmos器件区域的应力层过程中损伤的第一保护层，并形成厚度均匀的第二保护层，避免了由于第一保护层膜厚不均匀导致的后续激光退火过程中，第一保护层底部器件受热不一致的情况，改善了激光退火后的源/漏区形貌以及提高了源/漏区掺杂离子激活率，避免了aa阻值波动的情况，改善了nmos器件以及pmos器件的性能，即，改善了应力记忆工艺cmos器件稳定性。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1是本发明实施例的cmos器件的制备方法的流程图；
28.图2-图9是本发明实施例的制备cmos器件的各工艺步骤中的半导体结构示意图；
29.其中，附图标记说明如下：
30.100-衬底，101-浅沟槽隔离结构，102-第一保护层，103-应力层，104-第二保护层；
31.10-pmos器件区域，11-第一轻掺杂漏区，121-第一源区，122-第一漏区，12-pmos栅极，13-pmos第一侧墙层，14-pmos第二侧墙层，15-pmos第三侧墙层，16-第一栅氧化层；
32.20-nmos器件区域；21-第二轻掺杂漏区，221-第二源区，222-第二漏区，22-nmos栅极，23-nmos第一侧墙层，24-nmos第二侧墙层，25-nmos第三侧墙层，26-第二栅氧化层。
具体实施方式
33.下面将结合附图，对本技术中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
34.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了
便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
35.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
36.此外，下面所描述的本技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
37.本技术实施例提供了一种cmos器件的制备方法，参考图1，图1是本发明实施例的cmos器件的制备方法的流程图，参考图2-图9，图2-图9是本发明实施例的制备cmos器件的各工艺步骤中的半导体结构示意图。
38.所述cmos器件的制备方法包括：
39.步骤s10：如图2所示，提供一衬底100，所述衬底100包含nmos器件区域20和pmos器件区域10，其中，所述pmos器件区域10的衬底上形成有第一栅极结构，所述nmos器件区域20的衬底上形成有第二栅极结构，所述第一栅极结构、所述第二栅极结构和露出的所述衬底100表面上覆盖有堆叠的第一保护层102和应力层103。
40.具体的，所述pmos器件区域10的衬底100中形成有n阱(未图示)、第一轻掺杂漏区11、第一源区121和第一漏区122；所述nmos器件区域20的衬底100中形成有p阱(未图示)、第二轻掺杂漏区21，第二源区221，第二漏区222。
41.进一步的，所述第一栅极结构包括：第一栅氧化层16、位于第一栅氧化层16上的pmos栅极12以及位于pmos栅极12两侧的pmos第一侧墙层13、pmos第二侧墙层14和pmos第三侧墙层15；其中，pmos第一侧墙层13的材质可以是氮化硅，pmos第二侧墙层14的材质可以是二氧化硅，pmos第三侧墙层15的材质可以是氮化硅。
42.所述第二栅极结构包括：第二栅氧化层26、位于第二栅氧化层26上的nmos栅极22、nmos第一侧墙层23、nmos第二侧墙层24和nmos第三侧墙层25；其中，nmos第一侧墙层23的材质可以是氮化硅，nmos第二侧墙层24的材质可以是二氧化硅，nmos第三侧墙层25的材质可以是氮化硅。
43.优选的，所述第一保护层102的材质为二氧化硅；所述应力层103的材质为氮化硅。
44.进一步的，在步骤s10之后以及在步骤s20之前，所述cmos器件的制备方法还可以包括：形成光刻胶层(未图示)，所述光刻胶层覆盖所述应力层103。
45.步骤s20：如图3所示，去除所述pmos器件区域10的所述应力层103。
46.具体的，采用干法刻蚀工艺去除所述pmos器件区域10的所述应力层103。因为需要保留所述nmos器件区域20的应力层103，所以先通过光刻在所述pmos器件区域10的光刻胶层中打开窗口以露出pmos器件区域10的应力层103，然后在步骤s20选择干法刻蚀工艺去除所述pmos器件区域10的应力层103。
47.步骤s30：如图4所示，对执行完步骤s20的半导体结构执行快速热退火工艺。
48.具体的，执行快速热退火工艺的过程中，工艺温度小于或者等于1100℃，例如980
℃，1030℃，1080℃等等。
49.其中，在所述快速热退火工艺中，nmos栅极22受热膨胀，可以将所述应力层103的压应力传递到沟道，形成沿水平方向的拉应力；此外，所述快速热退火工艺也起到激活第一源区121、第一漏区122、第二源区221以及第二漏区222中掺杂离子的作用。
50.步骤s40：如图5所示，去除所述nmos器件区域20的所述应力层103。
51.具体的，采用湿法刻蚀工艺去除所述nmos器件区域20的所述应力层103。在本实施例中，可以采用热磷酸溶液作为湿法刻蚀所述应力层103的溶液。
52.在本实施例中，采用湿法刻蚀工艺去除所述nmos器件区域20的所述应力层103可以将所述第一保护层102表面的应力层103去除干净，避免了残留氮化硅(氮化硅主要是应力层103残留)、聚合物等杂质的情况。
53.值得注意的是，采用湿法刻蚀工艺去除所述nmos器件区域20的所述应力层103之后，所述第一保护层102的厚度均匀性变差，这会导致所述第一保护层102的厚度产生波动。从器件性能角度，要获得稳定的源/漏区形貌及离子激活率，需要减小所述第一栅极结构、所述第二栅极结构和露出的所述衬底表面上的所述第一保护层102的厚度波动。为了解决上述问题，本技术实施例继续执行步骤s50～步骤s80。
54.步骤s50：如图6所示，去除所述nmos器件区域20和所述pmos器件区域10的所述第一保护层102。
55.具体的，采用湿法刻蚀工艺去除所述nmos器件区域20和所述pmos器件区域10的所述第一保护层102。在本实施例中，可以采用热磷酸溶液作为湿法刻蚀第一保护层102的溶液。采用湿法刻蚀工艺去除所述第一保护层102可以将所述第一栅极结构、所述第二栅极结构和露出的所述衬底100表面地所述第一保护层102去除干净，避免了残留氮化硅(氮化硅主要是应力层103残留)、聚合物等杂质的情况。
56.步骤s60：如图7所示，形成第二保护层104，所述第二保护层104覆盖所述第一栅极结构、所述第二栅极结构和露出的所述衬底100表面。
57.具体的，采用sacvd工艺形成所述第二保护层104，其中，形成所述第二保护层104的所述sacvd工艺的工艺参数包括：工艺腔室压力为25torr～35torr；反应气体包括：teos和o3，其中，teos的流量为3800sccm～4200sccm；o3的流量为17200sccm～17800sccm。
58.较佳的，所述第二保护层104的材质为二氧化硅。
59.在本实施例中，采用sacvd工艺在所述第一栅极结构、所述第二栅极结构和露出的所述衬底100表面重新淀积一层厚度均匀的所述第二保护层104，改善了所述第一栅极结构、所述第二栅极结构和露出的所述衬底100表面的保护层(二氧化硅层)的厚度均匀性和膜层质量。
60.优选的，所述第二保护层104的厚度为
61.步骤s70：如图8所示，对执行完步骤s60的半导体结构执行激光退火工艺。
62.具体的，执行激光退火工艺的过程中，工艺温度大于或者等于1200℃，例如1270℃，1320℃，1360℃等等。
63.其中，在激光退火工艺中，高温可以分别提高第一源区121、第一漏区122、第二源区221以及第二漏区222中掺杂离子的激活率，同时可以抑制第一源区121、第一漏区122、第二源区221以及第二漏区222中的掺杂离子扩散。
64.步骤s80：如图9所示，去除所述nmos器件区域20和所述pmos器件区域10的所述第二保护层104。
65.具体的，采用湿法刻蚀工艺去除所述nmos器件区域20和所述pmos器件区域10的所述第二保护层104。
66.在本实施例中，可以采用热磷酸溶液作为湿法刻蚀第二保护层104的溶液。采用湿法刻蚀工艺可以将所述第一栅极结构、所述第二栅极结构和露出的所述衬底100表面的所述第二保护层104去除干净，避免了残留聚合物等杂质的情况。
67.发明人研究发现，使用本技术提供的cmos器件的制备方法得到的cmos器件中nmos管的饱和电流比传统应力记忆工艺的nmos管的饱和电流更稳定，波动幅度明显降低。
68.在本技术中，通过在快速热退火工艺之后，去除nmos器件区域的应力层103过程中损伤(厚度不均匀)的第一保护层102，并重新形成厚度均匀的第二保护层104，避免了由于第一保护层102膜厚不均匀导致的后续激光退火过程中，第一保护层102底部器件结构受热不一致的情况，改善了激光退火后nmos器件区域20和所述pmos器件区域10的源/漏区形貌以及提高了源/漏区掺杂离子激活率，避免了aa阻值波动的情况，改善了nmos器件以及pmos器件的性能。
69.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本技术创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种cmos器件的制备方法，其特征在于，包括：提供一衬底，所述衬底包含nmos器件区域和pmos器件区域，其中，所述pmos器件区域的衬底上形成有第一栅极结构，所述nmos器件区域的衬底上形成有第二栅极结构，所述第一栅极结构、所述第二栅极结构和露出的所述衬底表面上覆盖有堆叠的第一保护层和应力层；去除所述pmos器件区域的所述应力层；执行快速热退火工艺；去除所述nmos器件区域的所述应力层；去除所述nmos器件区域和所述pmos器件区域的所述第一保护层；形成第二保护层，所述第二保护层覆盖所述第一栅极结构、所述第二栅极结构和露出的所述衬底表面；执行激光退火工艺；以及，去除所述nmos器件区域和所述pmos器件区域的所述第二保护层。2.根据权利要求1所述的cmos器件的制备方法，其特征在于，采用sacvd工艺形成所述第二保护层，其中，形成所述第二保护层的所述sacvd工艺的工艺参数包括：工艺腔室压力为25torr～35torr；反应气体包括：teos和o3，其中，teos的流量为3800sccm～4200sccm；o3的流量为17200sccm～17800sccm。3.根据权利要求1所述的cmos器件的制备方法，其特征在于，采用干法刻蚀工艺去除所述pmos器件区域的所述应力层。4.根据权利要求1所述的cmos器件的制备方法，其特征在于，采用湿法刻蚀工艺去除所述nmos器件区域的所述应力层。5.根据权利要求1所述的cmos器件的制备方法，其特征在于，采用湿法刻蚀工艺去除所述nmos器件区域和所述pmos器件区域的所述第一保护层。6.根据权利要求1所述的cmos器件的制备方法，其特征在于，采用湿法刻蚀工艺去除所述nmos器件区域和所述pmos器件区域的所述第二保护层。7.根据权利要求1所述的cmos器件的制备方法，其特征在于，所述第一保护层的材质为二氧化硅。8.根据权利要求1所述的cmos器件的制备方法，其特征在于，所述第二保护层的材质为二氧化硅。9.根据权利要求1所述的cmos器件的制备方法，其特征在于，执行快速热退火工艺的过程中，工艺温度小于或者等于1100℃。10.根据权利要求1所述的cmos器件的制备方法，其特征在于，执行激光退火工艺的过程中，工艺温度大于或者等于1200℃。

技术总结
本发明提供一种CMOS器件的制备方法，包括：提供一衬底，NMOS器件区域上形成有第一栅极结构，PMOS器件区域上形成有第二栅极结构，第一栅极结构、第二栅极结构和露出的衬底表面上形成有第一保护层和应力层；去除PMOS器件区域的应力层；执行快速热退火；去除NMOS器件区域的应力层；去除第一保护层；形成第二保护层；执行激光退火；去除第二保护层。本申请在快速热退火之后，去除NMOS器件区域的应力层过程中损伤的第一保护层，并形成厚度均匀的第二保护层，避免了由于第一保护层膜厚不均匀导致的后续激光退火过程中第一保护层底部器件受热不一致的情况，改善了激光退火后的源/漏区形貌，提高了源/漏区掺杂离子激活率。提高了源/漏区掺杂离子激活率。提高了源/漏区掺杂离子激活率。


技术研发人员：王冉阳 徐丰 黄鹏 郭振强
受保护的技术使用者：华虹半导体（无锡）有限公司
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/9/6