專利名稱：柵極介質(zhì)層及其制造方法、半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種柵極介質(zhì)層及其制 造方法、半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
自金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管發(fā)明以來(lái)，氧化硅由于與硅、多晶硅良 好的集成特性， 一直作為柵極介質(zhì)層最主要的材料。隨著集成度的提高， 柵極尺寸越來(lái)越小，相應(yīng)的，作為柵極介質(zhì)層的氧化硅層的厚度也需要 不斷的減薄，這對(duì)形成的氧化硅層的厚度均勻性、缺陷控制以及抗擊穿 能力等膜層特征的要求也越來(lái)越高，從而對(duì)氧化硅層的制造工藝提出了 更高的要求，現(xiàn)有的制造氧化硅的方法形成的柵極介質(zhì)層已經(jīng)不能滿足
在90nm及其以下的技術(shù)節(jié)點(diǎn)對(duì)柵極介質(zhì)層電學(xué)特性的要求。
專利號(hào)為US 6555485 Bl的美國(guó)專利公開(kāi)了 一種形成柵極介質(zhì)層的 方法。圖1至圖3為所述美國(guó)專利公開(kāi)的形成柵極介質(zhì)層的方法各步驟相 應(yīng)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
請(qǐng)參考圖l,首先提供半導(dǎo)體襯底IOO，在所述半導(dǎo)體村底100上形成 氧化石圭層200。
接著，請(qǐng)參考圖2，對(duì)所述氧化硅200表面進(jìn)行氮化處理，使得所述 氧化硅層200中摻入氮，形成氮氧硅化合物層300，其中，對(duì)所述氧化硅 200表面進(jìn)行氮化的工藝為等離子體氮化(PlasmaNitridation)。
然后，對(duì)所述氮氧硅化合物層300執(zhí)行高溫退火工藝，如圖3所示， 使所述氮氧硅化合物300暴露于氧氣或一氧化氮400氣氛中，在600至1000 度的高溫下執(zhí)行退火工藝。
上述方法通過(guò)氧化工藝-氮化工藝-退火工藝形成柵極介質(zhì)層，形成的 氧化硅層中含有氮，可提高氧化硅層的抗擊穿能力。
所述的方法中，通過(guò)等離子氮化來(lái)在氧化硅層中摻入氮，形成含氮 的氧化硅層。然而，等離子體氮化工藝無(wú)法控制摻入氧化硅層中的氮的分布，也就無(wú)法有目的的形成一定分布的含氮的氧化硅。從而也就無(wú)法 形成不同性能的半導(dǎo)體器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種柵極介質(zhì)層及其制造方法、半導(dǎo)體器件及其制造方 法，本發(fā)明能夠根據(jù)需要調(diào)節(jié)柵極介質(zhì)層中氮的分布。
本發(fā)明提供的一種柵極介質(zhì)層的形成方法，包括 提供基底，在所述基底上具有氧化硅層； 對(duì)所述氧化硅層執(zhí)行氮化工藝，形成含氮的氧化硅層； 其中，
所述氮化工藝至少有一步為離子注入氮化工藝。
可選的，在執(zhí)行所述的離子注入氮化工藝之前，先在所述氧化硅層 上形成緩沖層；并在執(zhí)行完所述離子注入氮化工藝之后去除所述緩沖 層。
可選的，所述緩沖層為氮化硅或碳化硅或其它介質(zhì)層。
可選的，所述氮化工藝分為兩步進(jìn)行，其中，第二步為所述的離子 注入氮化。
可選的，所述第一步氮化工藝為高溫爐管氮化、快速熱處理氮化、 低溫等離子體氮化或去耦等離子體氮化中的 一種。 可選的，所述離子注入氮化工藝分為多次進(jìn)行。 可選的，所述離子注入氮化工藝中注入時(shí)的能量小于10eV。 可選的，所述離子注入氮化工藝中注入的能量為4eV。 可選的，進(jìn)一步包括對(duì)執(zhí)行完氮化工藝的氧化硅層執(zhí)行退火工藝。 可選的，所述退火工藝為高溫爐管退火或快速熱退火。 本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括 提供基底；
在所述基底上形成氧化硅層；
對(duì)所述氧化硅層執(zhí)行氮化工藝，形成含氮的氧化硅層；在所述含氮的氧化硅層上形成柵極；
在所述柵極側(cè)壁形成側(cè)壁層，在所述柵極側(cè)壁的基底中形成源極和
漏極；其中，
所述氮化工藝至少有一步為離子注入氮化工藝。
可選的，執(zhí)行所述離子注入氮化工藝之前，先在所述氧化硅層上形 成緩沖層，并在執(zhí)行所述離子注入氮化工藝之后，去除所述緩沖層。 可選的，所述離子注入工藝中注入時(shí)的能量小于10eV。
本發(fā)明還提供一種柵極介質(zhì)層，包括氧化硅層，所述氧化硅層中摻 有雜質(zhì)氮，所述氧化硅層至少經(jīng)過(guò)一次離子注入氮化處理。
本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件，包含所述的柵極介質(zhì)層。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案的其中一個(gè)具有以下優(yōu)點(diǎn)
通過(guò)離子注入氮化工藝，能夠靈活控制摻入的氮的濃度，并能夠控 制氮的濃度分布，從而可根據(jù)需要形成不同電學(xué)特征的膜層作為柵極介 質(zhì)層；有利于改善形成的4冊(cè)纟及介質(zhì)層的膜層特性，改善形成的器件的電 學(xué)特性；
上述技術(shù)方案的另外一個(gè)具有以下優(yōu)點(diǎn)
在進(jìn)行離子注入氮化工藝時(shí)，為避免注入的氮離子穿透氧化硅層， 影響形成的柵極介質(zhì)層的膜層特性，在執(zhí)行離子注入工藝之前先形成緩 沖層作為保護(hù)層，減緩注入的離子的速率，避免或減少在離子穿透氧化 硅層現(xiàn)象，有助于形成電學(xué)性能更加穩(wěn)定的柵極介質(zhì)層；并在完成所述 離子注入氮化工藝之后，去除該緩沖層；不會(huì)對(duì)形成的柵極介質(zhì)層造成 影響；
上述技術(shù)方案的另外一個(gè)具有以下優(yōu)點(diǎn)
在進(jìn)行離子注入氮化工藝之前，先執(zhí)行第一步氮化工藝，形成氮氧 化硅層作為緩沖層，用于減緩離子注入工藝時(shí)注入的離子的速率，避免 或減少離子穿透氧化硅層現(xiàn)象，有助于形成電學(xué)性能更加穩(wěn)定的柵極介 質(zhì)層；而且，以所述氮氧化硅層作為緩沖層，在執(zhí)行完離子注入氮化工 藝后，不必將該氮氧化硅層去除，該氮氧化硅層經(jīng)過(guò)退火后可是作為棚-極介質(zhì)層的一部分，使得工藝簡(jiǎn)化；
上述技術(shù)方案的另外一個(gè)具有以下優(yōu)點(diǎn)
為避免離子注入時(shí)注入的離子穿透氧化硅層，所述離子注入氮化工 藝中注入時(shí)的能量可小于10eV,避免或減少在離子穿透氧化硅層現(xiàn)象， 有助于形成電學(xué)性能更加穩(wěn)定的柵極介質(zhì)層。


圖1至圖3為現(xiàn)有的一種形成柵極介質(zhì)層的方法各步驟相應(yīng)結(jié)構(gòu)的 剖面示意圖4至圖5為本發(fā)明的柵極介質(zhì)層的形成方法的第一實(shí)施例的各步 驟相應(yīng)結(jié)構(gòu)的剖面示意圖6至圖8為本發(fā)明的柵極介質(zhì)層的形成方法的第三實(shí)施例的各步 驟相應(yīng)結(jié)構(gòu)的剖面示意圖9至圖11為本發(fā)明的4冊(cè)極介質(zhì)層的形成方法的第四實(shí)施例的各 步驟相應(yīng)結(jié)構(gòu)的剖面示意圖12為本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法的實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
^f故詳細(xì)的it明。
隨著半導(dǎo)體集成電路制造工藝的日益發(fā)展，柵極尺寸越來(lái)越小，柵 極介質(zhì)層的厚度也越來(lái)越薄，對(duì)柵極介質(zhì)層的厚度均勻性以及電學(xué)特性 要求也越來(lái)越高，單一 的氧化硅作為柵極介質(zhì)層材料已經(jīng)不能滿足對(duì)器 件性能日益提高的要求。本發(fā)明提供一種作為柵極介質(zhì)層的含氮的氧化 硅層的制造方法，并能夠根據(jù)需要調(diào)節(jié)和控制氧化硅層中氮的含量及分 布。
本發(fā)明還提供一種柵極介質(zhì)層，該柵極介質(zhì)層是通過(guò)本發(fā)明的含氮 的氧化硅的制造方法獲得的。
本發(fā)明還提供其中半導(dǎo)體器件的制造方法，其中，所述的半導(dǎo)體器 件的制造方法中，柵極介質(zhì)層是通過(guò)本發(fā)明的含氮的氧化硅的制造方法 獲得的。
7本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件包含有本發(fā)明提供的 柵極介質(zhì)層。描述。
實(shí)施例一
圖4至圖5為本發(fā)明的柵極介質(zhì)層的制造方法的第一實(shí)施例的制造 方法的各步驟相應(yīng)的結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
請(qǐng)參考圖4，首先，提供基底10，在所述基底10上具有氧化硅層12。
其中，所述基底IO可以是半導(dǎo)體材料，例如，單晶硅、多晶硅或 非晶硅中的一種，也可以是絕緣層上硅(Silicon On Insulator, SOI)結(jié)構(gòu) 或硅上外延層結(jié)構(gòu)。在所述基底10中可以摻入N型雜質(zhì)或P型雜質(zhì)。
所述氧化硅層12的形成方法包括但不限于高溫爐管氧化、快速熱 退火氧化或原位水蒸氣產(chǎn)生氧化(ISSG)工藝。
在所述基底IO上形成氧化硅層12之前，可選的，可以先對(duì)所述基 底IO表面進(jìn)行預(yù)清洗，去除基底IO表面的自然氧化層或其它污染物、 雜質(zhì)、顆粒等。這是由于基底10暴露在空氣中會(huì)在表面形成自然氧化 層，該自然氧化層的厚度均勻性以及膜層特性均較差，為避免該自然氧 化層對(duì)后續(xù)形成的柵極介質(zhì)層膜層特性以及該柵極介質(zhì)層對(duì)基底10的 粘附性的影響，需要將該自然氧化層去除。通常的去除方法為濕法腐蝕， 例如BOE或HF或RCA清洗等。
執(zhí)行完所述的清洗之后，執(zhí)行氧化工藝，形成氧化硅層12。在其 中的一個(gè)實(shí)施例中，形成所述氧化爿眭層12的工藝為ISSG工藝。
其中，ISSG為一種濕法氧化工藝，其不同于現(xiàn)有通過(guò)氫氣在氧氣 中燃燒生成水蒸汽、并將該水蒸氣通入反應(yīng)腔室的濕法氧化工藝；
ISSG將氫氣和氧氣(或N20)按一定的比例通入反應(yīng)腔室中，并 在所述反應(yīng)腔室中的基底的高溫表面發(fā)生反應(yīng)生成H20、 OH以及氧原 子，所述氧原子與基底表面發(fā)生反應(yīng)，生成氧化硅層12。所述ISSG的氧化速率與所述反應(yīng)腔室中的氧原子的含量具有較大
的關(guān)系，通過(guò)控制氧原子的含量可控制所述ISSG氧化的速率，該ISSG
Cl的氣體作為輔助氣體，相對(duì)增大反應(yīng)速率。ISSG工藝能夠形成厚度 均勻、膜層特性好的氧化硅層。
需要說(shuō)明的是，所述的氧化硅層12也可以通過(guò)其它工藝形成，包 括氧化工藝或沉積工藝，這里不再贅述。
接著，對(duì)所述氧化硅層12進(jìn)行氮化處理，形成含氮的氧化硅層13, 請(qǐng)參考圖5。
在氧化硅層12中摻入氮雜質(zhì)作為柵極介質(zhì)層，可以減小后續(xù)形成 的柵極到基底10的隧道漏電流、阻止柵極中的摻雜離子穿透柵極介質(zhì) 層并提高形成的柵極介質(zhì)層的擊穿電壓，從而提高形成的器件的性能和 穩(wěn)定性。
在現(xiàn)有的方法中，對(duì)所述氧化硅層12進(jìn)行氮化處理的工藝一般為 高溫爐管氮化或快速熱退火氮化，以及等離子體氮化。所述的氮化工藝 均無(wú)法控制氮在氧化硅層12中分布，而氮在氧化硅層12中的分布會(huì)影 響形成的柵極介質(zhì)層的電學(xué)特性。
本實(shí)施例中，采用離子注入氮化工藝，即通過(guò)離子注入工藝將氮摻 入到氧化硅層中，如圖5所示，形成含氮的氧化硅層13,該含氮的氧化 硅層13即為后續(xù)形成的器件的棚-極介質(zhì)層。離子注入工藝可以通過(guò)調(diào) 節(jié)離子注入時(shí)的能量以及劑量來(lái)調(diào)節(jié)和控制摻入氧化硅層中的濃度分 布。
在離子注入工藝中，將所述的基底10放置入離子注入設(shè)備的反應(yīng) 腔室中，在反應(yīng)腔室中通入反應(yīng)氣體，例如，N2或其它的含氮的氣體。 通過(guò)射頻或微波的激發(fā)，將所述的反應(yīng)氣體電離，生成等離子體，并將 所述等離子體加速后注入氧化硅層12中。
從而，通過(guò)離子注入氮化工藝，能夠靈活控制摻入的氮的濃度，并 能夠控制氮的濃度分布，可根據(jù)需要形成不同電學(xué)特征的膜層作為柵極介質(zhì)層。有利于改善形成的柵極介質(zhì)層的膜層特性，改善形成的器件的 電學(xué)特性。
完成離子注入工藝后，對(duì)所述含氮的氧化硅層執(zhí)行退火工藝，使所
述氧化硅層中的氮進(jìn)行再分布，并使氮與硅或氧結(jié)合成Si-N或O-N鍵； 其次，修復(fù)在離子注入工藝中對(duì)氧化硅層12造成的離子注入損傷。其 中，所述退火工藝可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員所習(xí)知的高溫爐管退火或快速 熱退火工藝，這里不再贅述。
實(shí)施例二
通過(guò)一次離子注入氮化工藝，氧化硅層中的氮可能不能達(dá)到所需要 的分布，本實(shí)施例中，所述離子注入氮化工藝可以分為多次進(jìn)行?？蛇x 的，在每一次離子注入氮化工藝中，注入的能量不同或注入的劑量不同， 或注入的能量和劑量均不同，從而形成氮濃度分布滿足要求的氧化硅 層。這里不再贅述。
實(shí)施例三
隨著半導(dǎo)體制造工藝的不斷進(jìn)步，柵極介質(zhì)層的厚度越來(lái)越?。幌?應(yīng)，在形成含氮的氧化硅層的柵極介質(zhì)層時(shí)，氧化硅層的厚度也不斷減 薄，例如，在65nm的技術(shù)節(jié)點(diǎn)時(shí)，氧化硅層的厚度僅為12A,在45nm 時(shí)，氧化硅層的厚度會(huì)更薄。如此薄的氧化硅層，在采用離子注入氮化 工藝時(shí)，注入的氮離子會(huì)產(chǎn)生穿透氧化硅層的現(xiàn)象，從而會(huì)影響形成的 柵極介質(zhì)層的膜層特性。本實(shí)施例中，通過(guò)在待摻雜的氧化硅層上先形 成緩沖層(buffer layer)來(lái)改善氮離子穿透氧化硅層的問(wèn)題。
圖6至圖8為本發(fā)明的柵極介質(zhì)層的制造方法的第三實(shí)施例的各步 驟相應(yīng)結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
請(qǐng)參考圖6,在具有氧化硅層12的基底10上，形成緩沖層16。
其中，所述緩沖層16用于減緩對(duì)氧化硅層12進(jìn)行離子注入氮化時(shí)， 注入的離子的速率，從而防止注入的離子穿透所述氧化硅層12,也減小 對(duì)注入的離子對(duì)氧化硅層12的損傷。
在選擇緩沖層16的材料和厚度時(shí)，首先要保證注入的離子能夠穿透或部分離子能夠穿透該緩沖層16,可以到達(dá)氧化硅層12;其次，還 要保證能夠減緩離子的速率，使得注入的離子能量減小。
在其中的一個(gè)實(shí)施例中，所述緩沖層16可以是氮化硅層。該氮化 硅層可以通過(guò)沉積工藝形成，具體得，可以通過(guò)化學(xué)氣相沉積或原子層 沉積工藝形成。
在另外的實(shí)施例中，所述緩沖層16可以是碳化硅。
需要說(shuō)明的是，這里以氮化硅或碳化硅作為具體的例子來(lái)說(shuō)明緩沖 層，并非說(shuō)明該緩沖層僅僅可以選用上述的兩種材質(zhì)，而應(yīng)當(dāng)理解為所 述緩沖層16的材料可以是所有能夠減緩注入的離子的速率而又保證有 離子能夠穿透的材料。
形成所述緩沖層16之后，對(duì)所述氧化硅層12執(zhí)行離子注入氮化工 藝，請(qǐng)參考圖7,形成含氮的氧化硅層13,該含氮的氧化硅層13即為 后續(xù)形成的器件的柵極介質(zhì)層。根據(jù)需要調(diào)整注入時(shí)的能量和劑量，形 成濃度及分布滿足要求的含氮的氧化硅層。
可選的，所述的離子注入氮化工藝也可以分為多次執(zhí)行，這里不再 贅述。
完成所述的離子注入工藝之后，去除所述緩沖層16，請(qǐng)參考圖8。 去除所述緩沖層16的方法可以是干法刻蝕或濕法刻蝕。例如，當(dāng)所述 緩沖層16為氮化硅時(shí)，可以采用干法刻蝕，刻蝕氣體可以是含氟的氣 體，如CF4、 SiF4、 NF3、 CHF3或C2F6;還可以采用濕法刻蝕，刻蝕溶 液為磷酸。
在采用所述的方法去除緩沖層16時(shí)，要盡量避免損傷該緩沖層16 下面含氮的氧化硅層13。
去除所述緩沖層16后，執(zhí)行退火工藝，對(duì)所述含氮的氧化硅層13 執(zhí)行退火工藝，使氧化硅層中的氮進(jìn)行再分布，并使氮與硅或氧結(jié)合成 Si-N或O-N鍵；其次，通過(guò)退火工藝還可以j務(wù)復(fù)在離子注入工藝中對(duì) 氧化硅層12造成的離子注入損傷。其中，所述退火工藝可以是本領(lǐng)域 技術(shù)人員所習(xí)知的高溫爐管退火或快速熱退火工藝。在其中的一個(gè)實(shí)施例中，所述退火在氮?dú)庵羞M(jìn)行，所述退火的溫度
可以是800至1100度。
在另外的實(shí)施例中，去除所述緩沖層16的工藝也可以在退火之后 進(jìn)行，這里不再贅述。
通過(guò)離子注入氮化工藝，能夠靈活控制摻入的氮的濃度，并能夠控 制氮的濃度分布，可根據(jù)需要形成不同電學(xué)特征的膜層作為柵極介質(zhì) 層；有利于改善形成的柵極介質(zhì)層的膜層特性，改善形成的器件的電學(xué) 特性。
此外，在進(jìn)行所述的離子注入氮化工藝時(shí)，為避免注入的氮離子穿 透氧化硅層，影響形成的柵極介質(zhì)層的膜層特性，在執(zhí)行離子注入工藝 之前先形成緩沖層作為保護(hù)層，減緩注入的離子的速率，并在完成所述 離子注入氮化工藝之后，去除該緩沖層。
實(shí)施例四
為避免由于氧化硅層太薄，離子注入氮化時(shí)注入的離子穿透該氧化 硅層，在執(zhí)行離子注入氮化之前，可以先對(duì)所述氧化硅層執(zhí)行一步其它 的氮化工藝，例如，高溫爐氮化工藝、快速熱退火氮化工藝或等離子體 氮化工藝，在氧化硅層表面先形成氮氧化硅層，然后再執(zhí)行等離子體氮 化工藝。
此外，所述的兩步氮化工藝結(jié)合形成含氮氧化^e圭層的方法中，所述 等離子氮化工藝也是對(duì)第一步氮化工藝形成的膜層中氮的含量和分布 的進(jìn)一步調(diào)整，以形成滿足要求的含氮的氧化硅層。
下面結(jié)合圖9和圖11進(jìn)行詳細(xì)描述。
請(qǐng)參考圖9,提供具有氧化硅層12的基底10,對(duì)所述氧化硅層12 執(zhí)行第一步氮化工藝，在所述氧化硅層12表面形成一薄層氮氧化硅層 18。
其中，所述氮化工藝包括但不限于高溫爐氮化工藝、快速熱退火氮 化工藝或等離子體氮化工藝。所述等離子體氮化包括但不限于低溫等離 子體氮化(Low Temperature Plasma Nitridation )或去耦等離子體氮化(Decoupled Plasma Nitridation, DPN )。所述的低溫等離子體氮化的工 藝還可以是遠(yuǎn)程等離子體氮化(Remote Plasma Nitridation， RPN )。
下面以DPN為例來(lái)說(shuō)明第一步氮化工藝。
在所述DPN工藝中，向工藝腔室中通入含氮的氣體，所述含氮的 氣體為N2,或N2與He的混合氣體；然后將射頻作用于所述氣體，使 其電離，在工藝腔中產(chǎn)生含氮離子。
工藝腔中的含氮離子與氧化硅層12表面發(fā)生碰撞，植入所述氧化 硅層12表面或表面以下，經(jīng)過(guò)退火后植入的氮與氧化硅層12中的氧或 硅反應(yīng)，從而形成氮氧化石圭層18。
在其中的一個(gè)實(shí)施例中，DPN的射頻源的功率為0至2000W,工 藝腔的壓力為5至200mTorr， N2流量為100sccm至lslm，所述去耦等 離子體氮化的時(shí)間約為1至120s。
形成氮氧化硅層18后，請(qǐng)參考圖10,執(zhí)行離子注入氮化工藝，向 所述氧化硅層12中注入氮離子，并通過(guò)離子注入的能量和劑量調(diào)整注 入的氮在所述氧化硅層12中的含量以及分布，形成滿足要求的含氮的 氧化硅層13,所述的含氮的氧化硅層13即為后續(xù)形成的器件的柵極介 質(zhì)層。
可選的，所述的離子注入氮化工藝也可以分為多次執(zhí)行，這里不再 贅述。
由于在執(zhí)行離子注入氮化工藝之前，已經(jīng)先形成了氮氧化硅層18, 所述氮氧化硅層18可以減緩離子注入工藝時(shí)注入的速率，從而可避免 或減少離子穿透氧化硅層12現(xiàn)象，有助于形成電學(xué)性能更加穩(wěn)定的柵 極介質(zhì)層。此外，以所述氮氧化硅層18作為緩沖層，在執(zhí)行完離子注 入氮化工藝后，該氮氧化硅層18不必去除，而是作為柵極介質(zhì)層的一 部分。相對(duì)于實(shí)施例三，使得工藝簡(jiǎn)化。
此外，本實(shí)施例中的兩步氮化工藝結(jié)合的方法中，也可以;現(xiàn)第二步 的離子注入工藝為對(duì)第一步氮化工藝的補(bǔ)充和對(duì)第一步氮化工藝形成 的膜層中氮的含量和分布的進(jìn)一步調(diào)整，通過(guò)二者結(jié)合以形成滿足要求的含氮的氧化硅層。
接著，請(qǐng)參考圖11，對(duì)所述含氮的氧化硅層13執(zhí)行退火工藝，使
所述氧化硅層中的氮進(jìn)行再分布，并使氮與硅或氧結(jié)合成Si-N或O-N 鍵；其次，通過(guò)退火工藝也可修復(fù)在離子注入工藝中對(duì)氧化硅層12造 成的離子注入損傷。其中，所述退火工藝可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員所習(xí)知 的高溫爐管退火或快速熱退火工藝。
通過(guò)離子注入氮化工藝，能夠靈活控制4參入的氮的濃度，并能夠控 制氮的濃度分布，從而可根據(jù)需要形成不同電學(xué)特征的膜層作為柵極介 質(zhì)層；有利于改善形成的柵極介質(zhì)層的膜層特性，改善形成的器件的電 學(xué)特性。
此外，在進(jìn)行所述的離子注入氮化工藝之前，先執(zhí)行第一步氮化工 藝，形成氮氧化硅層作為緩沖層，用于減緩離子注入工藝時(shí)注入的速率， 避免或減少離子穿透氧化硅層現(xiàn)象，有助于形成電學(xué)性能更加穩(wěn)定的柵 極介質(zhì)層。而且，以所述氮氧化硅層作為緩沖層，在執(zhí)行完離子注入氮 化工藝后，不必將該氮氧化硅層去除，該氮氧化硅層經(jīng)過(guò)退火后可是作 為柵極介質(zhì)層的一部分。使得工藝簡(jiǎn)化。
在上述的實(shí)施例中，為避免離子注入時(shí)注入的離子穿透氧化硅層， 所述離子注入氮化工藝中注入時(shí)的能量可小于10eV。在其中的一個(gè)實(shí) 施例中，所述離子注入氮化工藝中注入的能量為4eV。 一般的，當(dāng)?shù)入x 子體中離子的密度變化時(shí)，離子的能量也會(huì)相應(yīng)變化，可以采用習(xí)知的
改變等離子體的密度的方法改變注入時(shí)的離子的能量。也可以采用其它 的方法減小注入時(shí)離子的能量，這里不再贅述。
本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，圖12為本發(fā)明的半導(dǎo) 體器件的制造方法的實(shí)施例的流程圖。
請(qǐng)參考圖12,步驟S100為提供基底。
步驟S110為在所述基底上形成氧化硅層。
步驟S120為對(duì)所述氧化硅層執(zhí)行氮化工藝，形成含氮的氧化硅層。 所述氮化工藝至少有一步為離子注入氮化工藝。所述的等離子體氮化工藝包括但不限于上述的實(shí)施例一至實(shí)施例四的工藝，這里不再贅 述。
步驟S130為在所述含氮的氧化硅層上形成柵極。
步驟S140為在所述柵極側(cè)壁形成側(cè)壁層，在所述柵極側(cè)壁的基底 中形成源極和漏才及。
本發(fā)明還提供一種柵極介質(zhì)層，所述的柵極介質(zhì)層為含氮的氧化硅 層，其中，所述對(duì)冊(cè)極介質(zhì)層至少經(jīng)過(guò)一次等離子體氮化，所述的等離子 體氮化工藝包括但不限于上述的實(shí)施例一至實(shí)施例四的工藝，這里不再 贅述。
本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括含氮的氧化^圭 層作為柵極介質(zhì)層，其中，所述柵極介質(zhì)層至少經(jīng)過(guò)一次等離子體氮化， 所述的等離子體氮化工藝包括但不限于上述的實(shí)施例一至實(shí)施例四的 工藝，例如，所述半導(dǎo)體器件可以是金屬氧化硅半導(dǎo)體晶體管，這里不 再贅述。
本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并不是用來(lái)限定本發(fā)明， 任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能 的變動(dòng)和修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的 范圍為準(zhǔn)。
1權(quán)利要求
1、一種柵極介質(zhì)層的形成方法，其特征在于，包括提供基底，在所述基底上具有氧化硅層；對(duì)所述氧化硅層執(zhí)行氮化工藝，形成含氮的氧化硅層；其中，所述氮化工藝至少有一步為離子注入氮化工藝。
2、 如權(quán)利要求1所述的柵極介質(zhì)層的形成方法，其特征在于在 執(zhí)行所述的離子注入氮化工藝之前，先在所述氧化硅層上形成緩沖層； 并在執(zhí)行完所述離子注入氮化工藝之后去除所述緩沖層。
3、 如權(quán)利要求2所述的柵極介質(zhì)層的形成方法，其特征在于所 述緩沖層為氮化硅或碳化硅或其它介質(zhì)層。
4、 如權(quán)利要求1所述的柵極介質(zhì)層的形成方法，其特征在于所 述氮化工藝分為兩步進(jìn)行，其中，第二步為所述的離子注入氮化。
5、 如權(quán)利要求4所述的柵極介質(zhì)層的形成方法，其特征在于所 述第一步氮化工藝為高溫爐管氮化、快速熱處理氮化、低溫等離子體氮 化或去耦等離子體氮化中的 一種。
6、 如權(quán)利要求1至5任一權(quán)利要求所述的柵極介質(zhì)層的形成方法， 其特征在于所述離子注入氮化工藝分為多次進(jìn)行。
7、 如權(quán)利要求1至5任一權(quán)利要求所述的柵極介質(zhì)層的形成方法， 其特征在于所述離子注入氮化工藝中注入時(shí)的能量小于10eV。
8、 如權(quán)利要求1所述的柵極介質(zhì)層的形成方法，其特征在于所 述離子注入氮化工藝中注入的能量為4eV。
9、 如權(quán)利要求1至5任一權(quán)利要求所述的柵極介質(zhì)層的形成方法， 其特征在于，進(jìn)一步包括對(duì)執(zhí)行完氮化工藝的氧化硅層執(zhí)行退火工藝。
10、 如權(quán)利要求9所述的柵極介質(zhì)層的形成方法，其特征在于所 述退火工藝為高溫爐管退火或快速熱退火。
11、 一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，包括 提供基底；在所述基底上形成氧化硅層；對(duì)所述氧化硅層執(zhí)行氮化工藝，形成含氮的氧化硅層； 在所述含氮的氧化硅層上形成柵極；在所述柵極側(cè)壁形成側(cè)壁層，在所述柵極側(cè)壁的基底中形成源極和 漏極；其中，所述氮化工藝至少有一步為離子注入氮化工藝。
12、 如權(quán)利要求11所述的柵極介質(zhì)層的制造方法，其特征在于 執(zhí)行所述離子注入氮化工藝之前，先在所述氧化硅層上形成緩沖層，并 在執(zhí)行所述離子注入氮化工藝之后，去除所述緩沖層。
13、 如權(quán)利要求11所述的柵極介質(zhì)層的形成方法，其特征在于 所述離子注入工藝中注入時(shí)的能量小于10eV。
14、 一種柵極介質(zhì)層，包括氧化硅層，所述氧化硅層中摻有雜質(zhì)氮， 其特征在于所述氧化硅層至少經(jīng)過(guò)一次離子注入氮化處理。
15、 一種半導(dǎo)體器件，其特征在于包含權(quán)利要求14所述的柵極 介質(zhì)層。
全文摘要
一種柵極介質(zhì)層的形成方法，包括提供基底，在所述基底上具有氧化硅層；對(duì)所述氧化硅層執(zhí)行氮化工藝，形成含氮的氧化硅層；其中，所述氮化工藝至少有一步為離子注入氮化工藝。本發(fā)明還提供一種柵極介質(zhì)層、半導(dǎo)體器件及其制造方法。本發(fā)明能夠根據(jù)需要調(diào)節(jié)柵極介質(zhì)層中氮的分布。
文檔編號(hào)H01L21/28GK101620995SQ20081011596
公開(kāi)日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2008年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月30日
發(fā)明者吳漢明, 高大為 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(北京)有限公司