提高金属前介质层空隙填充能力的方法

摘要

本发明公开了一种提高金属前介质层空隙填充能力的方法：在半导体衬底上以浅沟槽隔离区为界，形成具有PMOS结构和NMOS结构的CMOS结构，所述PMOS结构和NMOS结构都至少包括在半导体衬底表面依次形成的栅氧化层和多晶硅栅极，位于多晶硅栅极两侧的侧壁层，以及位于多晶硅栅极两侧且在半导体衬底中的有源区；在CMOS结构表面沉积应力氮化硅层；在所述应力氮化硅层表面沉积氧化硅层，并进行各向异性刻蚀，保留应力氮化硅层侧壁上的氧化硅层；对所述氧化硅层和应力氮化硅层表面进行氟处理，提高金属前介质层在应力氮化硅层表面和氧化硅层表面的生长选择比；沉积金属前介质层。采用本发明能够有效减少栅极与栅极之间出现空洞缺陷。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件的制作技术，特别涉及一种提高金属前介质层（PMD）空隙填充能力（gap fill）的方法。 

背景技术

目前，在制造半导体器件时，可使用氮化硅在晶体管沟道中引发应力，从而调节沟道中载流子迁移率。互补型金属氧化物半导体（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS）结构包括NMOS结构和PMOS结构，现有技术中CMOS结构的制作方法，结合其具体剖面结构示意图，图1a至图1c进行说明。 

请参阅图1a，提供一半导体衬底100，在该半导体衬底100上制作浅沟槽隔离区（STI）101，分别在半导体衬底100上，STI101的两侧形成PMOS结构和NMOS结构；具体为： 

在半导体衬底100表面依次生长栅氧化层102和沉积多晶硅层，然后对多晶硅层进行刻蚀，形成多晶硅栅极103。 

接下来在栅极两侧形成侧壁层104，可以通过化学气相沉积（CVD）方法在栅极表面及栅氧化层表面淀积一层氧化硅，然后刻蚀形成侧壁层104，厚度约为几十纳米。 

以栅极和侧壁层104为屏蔽，进行有源区注入步骤，以形成源极和漏极105。其中，由于PMOS结构用空穴作为多数载流子，所以PMOS结构的源极和漏极为P型，注入的离子为硼或铟；而NMOS结构用电子作为多数载流子，所以NMOS结构的源极和漏极为N型，注入的离子为磷或砷。 

请参阅图1b，在上述结构的表面沉积应力氮化硅层106， 

请参阅图1c，在所述应力氮化硅层106表面沉积金属前介质层107。金属前介质层为氧化层。 

需要注意的是，对于飞速发展的亚微米级的半导体器件，栅极与栅极之间的间距是很窄的，大都小于10纳米，所以在前面步骤：在栅极与栅极之间的区域沉积金属前介质层时，就很容易导致材料填充不均匀，出现空洞（void）缺陷，void导致栅极与栅极之间的通路，当在该通路位置形成连接孔后，需要在该连接孔内填充导电金属，那么导电金属就会恰好填充在void所导致的栅极与栅极之间的通路内，使栅极与栅极连通，最终使半导体器件失效。 

因此如何提高金属前介质层空隙填充能力，成为业内关注的问题。 

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种提高金属前介质层空隙填充能力的方法，能够有效减少栅极与栅极之间出现void缺陷。 

本发明的技术方案是这样实现的： 

一种提高金属前介质层空隙填充能力的方法，该方法包括： 

在半导体衬底上以浅沟槽隔离区为界，形成具有PMOS结构和NMOS结构的CMOS结构，所述PMOS结构和NMOS结构都至少包括在半导体衬底表面依次形成的栅氧化层和多晶硅栅极，位于多晶硅栅极两侧的侧壁层，以及位于多晶硅栅极两侧且在半导体衬底中的有源区； 

在CMOS结构表面沉积应力氮化硅层； 

在所述应力氮化硅层表面沉积氧化硅层，并进行各向异性刻蚀，保留应力氮化硅层侧壁上的氧化硅层； 

对所述氧化硅层和应力氮化硅层表面进行氟处理，提高金属前介质层在应力氮化硅层表面和氧化硅层表面的生长选择比； 

沉积金属前介质层。 

所述金属前介质为氧化层，采用高密度等离子体化学气相沉积HDPCVD方 法，或者深高宽比的亚大气压制程化学气相沉积HARP-CVD方法形成。 

采用氟气或者含氟类气体对所述氧化硅层和应力氮化硅层表面进行氟处理。 

从上述方案可以看出，本发明在应力氮化硅层的侧壁形成氧化硅层，通过对氮化硅表面和侧壁氧化硅表面进行氟处理，改变金属前介质层在氮化硅表面和侧壁氧化硅表面的生长速度，从而使金属前介质层在栅极与栅极之间的区域的纵向生长速度高于横向生长速度，提高了金属前介质层空隙填充能力，有效减少了在栅极与栅极之间的区域出现void缺陷。 

附图说明

图1a至图1c为现有技术形成CMOS结构的具体过程的结构示意图。 

图2a至2d为本发明形成CMOS结构具体过程的结构示意图。 

图3为本发明CMOS结构制作方法的流程示意图。 

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。 

研究表明，在正常情况下，金属前介质层在氧化硅层表面比在应力氮化硅层表面生长速度要快，但是将应力氮化硅层表面和氧化硅层表面进行氟处理之后，金属前介质层在应力氮化硅层表面比在氧化硅层表面生长速度要快，因此本发明利用氟处理来提高金属前介质层在应力氮化硅层表面和氧化硅层表面的生长选择比，从而达到本发明的目的。 

本发明CMOS结构的具体制作过程示意图请参阅图2a至图2d，具体制作方法的流程示意图如图3所示，包括如下步骤： 

步骤21、请参阅图2a，在半导体衬底100上以浅沟槽隔离区101为界，形成具有PMOS结构和NMOS结构的CMOS结构，所述PMOS结构和NMOS结构都至少包括在半导体衬底表面依次形成的栅氧化层102和多晶硅栅极103，位 于多晶硅栅极103两侧的侧壁层104，以及位于多晶硅栅极103两侧且在半导体衬底中的有源区105； 

该步骤的形成与现有技术相同，在此作简单介绍： 

提供一半导体衬底100，在该半导体衬底100上制作STI101，分别在半导体衬底100上，STI101的两侧形成PMOS结构和NMOS结构；具体为： 

在半导体衬底100表面依次生长栅氧化层102和沉积多晶硅层，然后对多晶硅层进行刻蚀，形成多晶硅栅极103。 

接下来在栅极两侧形成侧壁层104，可以通过化学气相沉积（CVD）方法在栅极表面及栅氧化层表面淀积一层氧化硅，然后刻蚀形成侧壁层104，厚度约为几十纳米。 

以栅极和侧壁层104为屏蔽，进行有源区注入步骤，以形成源极和漏极105。其中，由于PMOS结构用空穴作为多数载流子，所以PMOS结构的源极和漏极为P型，注入的离子为硼或铟；而NMOS结构用电子作为多数载流子，所以NMOS结构的源极和漏极为N型，注入的离子为磷或砷。 

步骤22、请参阅图2b，在CMOS结构表面沉积应力氮化硅层106； 

步骤23、请参阅图2c，在所述应力氮化硅层106表面沉积氧化硅层201，并进行各向异性刻蚀，保留应力氮化硅层106侧壁上的氧化硅层； 

该步骤中氧化硅层201比较薄，在不影响半导体器件功能的基础上，主要用于后续金属前介质层在侧壁上的生长，因此各向异性刻蚀氧化硅层之后，水平面上的氧化硅层201被刻蚀掉，显露出应力氮化硅层106，只保留应力氮化硅层106侧壁上的氧化硅层201。 

步骤24、对所述氧化硅层201和应力氮化硅层106表面进行氟处理，提高金属前介质层在应力氮化硅层106表面和氧化硅层201表面的生长选择比； 

该步骤是本发明的关键，将应力氮化硅层表面和氧化硅层表面进行氟处理之后，金属前介质层在应力氮化硅层表面比在氧化硅层表面生长速度要快。 

本发明实施例采用氟气或者含氟类气体对所述氧化硅层和应力氮化硅层表 面进行氟处理。 

步骤25、请参阅图2d，沉积金属前介质层107。 

金属前介质层为氧化层，可以采用高密度等离子体化学气相沉积（HDPCVD）方法，或者深高宽比的亚大气压制程化学气相沉积（HARP-CVD）方法形成。 

从图2d可以看出，金属前介质层107在显露出的应力氮化硅层表面形成快速的纵向生长，而栅极与栅极之间的区域，金属前介质层107在氧化硅层201表面进行缓慢的横向生长，因此，相对来说，金属前介质层107在栅极与栅极之间的区域的生长基本上属于快速的纵向生长，即使栅极与栅极之间的间距很窄，金属前介质层107也不会堆积在此，形成void缺陷。 

至此，本发明实施例CMOS结构已经形成。 

综上，本发明形成CMOS结构的方法，通过对氮化硅表面和氧化硅表面进行氟处理，改变金属前介质层在氮化硅表面和氧化硅表面的生长速度，从而使金属前介质层在栅极与栅极之间的区域的纵向生长速度高于横向生长速度，提高了金属前介质层空隙填充能力，有效减少了在栅极与栅极之间的区域出现void缺陷，提高了半导体器件的性能。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。