[发明专利]应变记忆作用的半导体器件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种应变记忆作用的半导体器件的制造方法。

背景技术

在半导体器件尤其MOS器件中，提高场效应晶体管的开关频率的一种主要方法是提高驱动电流，而提高驱动电流的主要途径是提高载流子迁移率。现有一种提高场效应晶体管载流子迁移率的技术是应变记忆技术(Stress Memorization Technique，简称SMT)，通过在场效应晶体管的沟道区域形成稳定应力，提高沟道中的载流子迁移率。通常拉伸应力可以使得沟道区域中的分子排列更加疏松，从而提高电子的迁移率，适用于NMOS晶体管；而压缩应力使得沟道区域内的分子排布更加紧密，有助于提高空穴的迁移率，适用于PMOS晶体管。

然而SMT技术的引入也造成半导体器件性能的降低，在Ricardo Borges发表的论文“Modeling of stress and narrow width effects in shallow trench isolation”(出自Solid State Technology)中就揭示了SMT技术形成的MOS晶体管有窄宽度效应(narrow width effect)，即随着MOS晶体管栅极宽度的减小，阈值电压减小。

本领域技术人员对所述窄宽度现象进行了分析，发现所述窄宽度现象与SMT技术在MOS管中形成的应力相关。在C.Ortolland等人发表的论文“Stress Memorization Technique(SMT)Optimization for 45nm CMOS”(出自2006年VLSI Symp.Tech.Dig.)中公开了一种SMT技术对PMOS管的影响，参考图1，示出了所示论文中公开的SMT技术形成的PMOS管的示意图。

所述PMOS管包括衬底10；位于衬底上的栅极结构，所述栅极结构包括栅极14、包围所述栅极14的侧墙15；形成于栅极结构两侧衬底10中的掺杂区11，覆盖于所述掺杂区11和栅极结构上的氧化层12；覆盖于所述氧化层12上的应力层13。其中，所述应力层13的材料为氮化硅，在形成氮化硅时采用氢气作为反应气体，因此在氮化硅和氧化层12中包含有一定数量的氢原子，由于氮化硅材料致密，所述氢原子不会扩散出PMOS管外，所述氢原子会扩散至掺杂区中，所述论文中公开的掺杂区的掺杂离子为硼离子，氢原子会使硼离子去激活化，同时，应力层13对PMOS管的较大压力会使硼离子向氧化层12中扩散，从而造成PMOS管的重叠电容(overlap capacitance)下降。

所述论文还发表了通过多孔氮化硅材料的应力层(如图2所示的应力层23)，使氢原子通过多孔氮化硅中的孔隙扩散出PMOS管，以避免重叠电阻下降的技术方案，但是所述技术方案的效果有限。

在Po-Tsun Liu等人发表的论文“Anomalous Gate Edge Leakage Induced by High Tensile Stress in NMOSFET”(发表于2008年的IEEE ELECTRONDEVICE LETTERS)中分析了SMT技术对NMOS管的影响，在所述论文中发现，NMOS管中较大的拉伸应力一方面使掺杂区扩散较为严重，另一方面造成栅极边缘的损伤，这两方面均造成栅极沟道电流的增大。

综上，对于应变记忆作用(SMT)的半导体器件而言，如何避免较大应力造成的电学性能下降，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种应变记忆作用的半导体器件的制造方法，避免较大应力造成的电学性能下降。

为解决上述问题，本发明提供一种应变记忆作用的半导体器件的制造方法，在半导体基底上形成多个MOS管；形成位于所述MOS管上的第一应力层，所述第一应力层包括第一化学键；对所述第一应力层进行湿化学处理，向第一应力层提供化学键结合原子，形成包括第一化学键和第二化学键的第二应力层，所述第二化学键的应力小于第一化学键的应力；对所MOS管进行退火处理；去除所述第二应力层。

所述湿化学处理的工艺为通过包含所述化学键结合原子的化学溶液对所述第一应力层进行超声处理。

所述第一应力层的材料为氮化硅，第一化学键为硅氮键，所述化学键结合原子为氧原子，第二化学键为硅氧键。

所述化学溶液为双氧水和/或含臭氧的去离子水。

所述化学溶液为双氧水，所述湿化学处理的步骤包括：采用浓度为2-30％的双氧水，在15～40℃的温度下，采用10k-2000kHz的频率进行1～10分钟的超声处理。