減小負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性的cmos器件制作方法
【專利摘要】一種減小負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性的CMOS器件制作方法，包括：第一步驟，在襯底中進(jìn)行阱注入形成P型阱以及N型阱；第二步驟，在襯底表面制作柵極氧化層；第三步驟，在柵極氧化層表面進(jìn)行柵極層的淀積；第四步驟，對(duì)柵極層進(jìn)行光刻以形成在P型阱上形成PMOS柵極，在N型阱上形成NMOS柵極；第五步驟，在PMOS柵極和NMOS柵極的側(cè)邊分別制作柵極側(cè)墻一；第六步驟，進(jìn)行輕摻雜注入在P型阱中形成PMOS輕摻雜源漏結(jié)構(gòu)，并在N型阱中形成NMOS輕摻雜源漏結(jié)構(gòu)；第七步驟，在器件表面淀積氮化硅薄膜；第八步驟，利用UV光對(duì)硅片進(jìn)行照射；第九步驟，在柵極側(cè)墻一側(cè)邊制作形成側(cè)墻二；第十步驟，進(jìn)行源漏注入形成，從而在P型阱中形成PMOS源漏極，在N型阱中形成NMOS源漏極。
【專利說明】減小負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性的CMOS器件制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種減小負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性(NBTI:Negative Bias Temperature Instability)的 CMOS 器件制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，MOSFET器件的尺寸在不斷減小。由于MOSFET晶體管尺寸的急劇減小，柵氧化層的厚度減小至2nm甚至更薄。在MOS器件按比例縮小尺寸的同時(shí)，工作電壓并未相應(yīng)地等比例降低，這使得MOS器件的溝道電場(chǎng)和氧化層電場(chǎng)顯著增加，NBTI效應(yīng)引起的退化日益顯著。NBTI，即負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性，通常指PMOS管在高溫、強(qiáng)場(chǎng)負(fù)柵壓作用下表現(xiàn)得器件性能退化。電性溫度在80-250度的范圍內(nèi)，如圖1所示。NBTI退化表現(xiàn)為器件的關(guān)態(tài)電流(1ff)增大，閾值電壓(Vth)負(fù)向漂移，跨導(dǎo)(Gm)和漏電流(Ids)減小等。此外，為了提高晶體管性能，減小柵氧化層的漏電流，在柵氧化層中引入N原子已經(jīng)成為一種工藝標(biāo)準(zhǔn)，但是，N原子的引入在一定程度上加劇了器件NBTI退化。
[0003]在對(duì)NBTI退化機(jī)理的研究中，普遍認(rèn)為是Si02/Si界面發(fā)生的Si的懸掛鍵引起的。在NBTI應(yīng)力過程中，氧化層固定電荷和由于表面空穴參與而產(chǎn)生的界面陷阱(Si3SSi.)是引起NBTI效應(yīng)的主要原因。而在固定電荷和界面陷阱造成的NBTI效應(yīng)中S1-H鍵都起了關(guān)鍵的作用。在NBTI應(yīng)力條件下，空穴在電場(chǎng)的作用下可以使S1-H鍵分解，從而形成界面陷阱，如圖2A和圖2B所示，造成器件的退化。反應(yīng)方程式如下:
[0004]界面陷拼Si3 ξ siH—Si3 ξ Si.十 H0
[0005]Si3 = SiH 十 H+ — Si3 — Si.十 H2
[0006]氧化層電荷O3 — SiH — O3 Ξ Si.十 H0
[0007]O3 三 SiH 十 H+ — O3 E Si.十 H2
[0008]但是，在CMOS器件柵氧化層中H作為固定電荷和界面陷阱中Si的主要成鍵物質(zhì)，是最常見和不可避免的雜質(zhì)，并在NBTI反應(yīng)過程中起主要作用。在現(xiàn)在的CMOS工藝流程中，已經(jīng)采取了相關(guān)措施來抑制NBTI效應(yīng)。比如在Si02/Si界面處通過氘⑶的缺陷鈍化，在提高器件可靠性方面有很大優(yōu)勢(shì)。因?yàn)楦鶕?jù)動(dòng)態(tài)同位素效應(yīng)，打破與氘形成的S1-D鍵比與氫形成的S1-H鍵更困難一些。但是在工藝中實(shí)現(xiàn)這種鈍化中也存在著重要的問題。在已有的生產(chǎn)線上，通常是通過在通孔形成之后的氘氣退火來完成界面的氘化，但是在生產(chǎn)線中后段執(zhí)行界面的氘化。另外一種方法是，通過減少器件制作工藝中H的引入來減少SiO2/Si界面處的S1-H鍵數(shù)目也能顯著提高器件的NBTI性能。但是由于在器件的制作過程中，許多工藝中諸如膜淀積、刻蝕、離子注入和清洗等中存在氫，這些氫在熱預(yù)算的驅(qū)動(dòng)下，會(huì)擴(kuò)散到Si02/Si界面，與Si懸掛鍵結(jié)合形成S1-H鍵，從而加劇了 NBTI效應(yīng)
[0009]因此，如何提供一種能減小MOS器件制作過程中引入氫的工藝方法，從而減少Si02/Si界面處S1-H鍵的數(shù)目，進(jìn)而可以提高NBTI性能，已經(jīng)成為一個(gè)比較重要的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在上述缺陷，提供一種能夠減小負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性的CMOS器件制作方法。
[0011]為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種減小負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性的CMOS器件制作方法，其包括:
[0012]第一步驟，在襯底中進(jìn)行阱注入形成P型阱以及N型阱；
[0013]第二步驟，在襯底表面制作柵極氧化層；
[0014]第三步驟，在柵極氧化層表面進(jìn)行柵極層的淀積；
[0015]第四步驟，對(duì)柵極層進(jìn)行光刻以形成在P型阱上形成PMOS柵極，在N型阱上形成NMOS柵極；[0016]第五步驟，在PMOS柵極和NMOS柵極的側(cè)邊分別制作柵極側(cè)墻一；
[0017]第六步驟，進(jìn)行輕摻雜注入在P型阱中形成PMOS輕摻雜源漏結(jié)構(gòu)，并在N型阱中形成NMOS輕摻雜源漏結(jié)構(gòu)；
[0018]第七步驟，在器件表面淀積氮化硅薄膜；
[0019]第八步驟，利用UV光對(duì)硅片進(jìn)行照射；
[0020]第九步驟，在柵極側(cè)墻一側(cè)邊制作形成側(cè)墻二 ；
[0021 ] 第十步驟，進(jìn)行源漏注入形成，從而在P型阱中形成PMOS源漏極，在N型阱中形成NMOS源漏極。
[0022]優(yōu)選地，所述減小負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性的CMOS器件制作方法還包括:第十一步驟，用于制作金屬前介質(zhì)、通孔、金屬插塞和金屬層。
[0023]優(yōu)選地，在第一步驟中，通過磷摻雜形成N阱，通過B摻雜形成P阱。
[0024]優(yōu)選地，第三步驟中，淀積的柵極層的材料是多晶硅。
[0025]優(yōu)選地，在第五步驟中，柵極側(cè)墻一的形成包括多晶硅柵的氧化和SiN的淀積。
[0026]優(yōu)選地，第六步驟中輕摻雜雜質(zhì)為氟化硼。
[0027]優(yōu)選地，第八步驟中利用UV光對(duì)硅片進(jìn)行照射的溫度為450-480°C，照射時(shí)間為100-150S。
[0028]優(yōu)選地，第九步驟中側(cè)墻二的形成包括氧化物的淀積，SiN的淀積以及SiN的刻蝕。
[0029]優(yōu)選地，在第十步驟中，通過P型摻雜注入形成P型的源漏極，所述P型摻雜為硼摻雜。
[0030]本方法提供一種半導(dǎo)體集成電路工藝的一種新的工藝用以改善MOS器件的NBTI效應(yīng)。通過在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體MOS器件制作過程中，在干法刻蝕形成第二道氮化硅側(cè)墻前和氮化硅膜淀積之后，用UV光對(duì)晶片進(jìn)行照射以去除氮化硅薄膜中的殘留的一些氫原子，氫分子以及水汽，避免形成的氮化硅側(cè)墻中的氫元素?cái)U(kuò)散到柵極氧化層下表面Si02/Si界面處與界面處的Si懸掛鍵結(jié)合，達(dá)到減小Si02/Si界面處S1-H鍵數(shù)目，從而提高M(jìn)OS器件中的NBTI性能，進(jìn)而提高CMOS器件性能。與傳統(tǒng)的工藝的NBTI改善工藝相比，該工藝具有工藝簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】[0031]結(jié)合附圖，并通過參考下面的詳細(xì)描述，將會(huì)更容易地對(duì)本發(fā)明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優(yōu)點(diǎn)和特征，其中:
[0032]圖1示意性地示出了 NBTI效應(yīng)。
[0033]圖2A和圖2B示意性地示出了 Si/Si02界面的成鍵結(jié)構(gòu)。
[0034]圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的減小負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性的CMOS器件制作方法的流程圖。
[0035]圖4-圖14示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的減小負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性的CMOS器件制作方法的各個(gè)步驟的器件截面圖。
[0036]需要說明的是，附圖用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。注意，表示結(jié)構(gòu)的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類似的元件標(biāo)有相同或者類似的標(biāo)號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0037]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚和易懂，下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0038]圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的減小負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性的CMOS器件制作方法的流程圖。
[0039]如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的減小負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性的CMOS器件制作方法包括:
[0040]首先進(jìn)行第一步驟S0，在襯底中進(jìn)行阱注入形成P型阱100以及N型阱200。在本實(shí)施例中，通過磷摻雜形成N阱200 ;通過B摻雜形成P阱100，如圖4所示。
[0041]接著進(jìn)行第二步驟SI，在襯底表面制作柵極氧化層300，如圖5所示。
[0042]接著繼續(xù)第三步驟S2，在柵極氧化層300表面進(jìn)行柵極層400的淀積，例如，淀積的柵極層400的材料是多晶硅，如圖6所示。
[0043]接著繼續(xù)第四步驟S3，對(duì)柵極層400進(jìn)行光刻以形成在P型阱100上形成PMOS柵極401，在N型阱200上形成NMOS柵極402，如圖7所示。
[0044]接著繼續(xù)第五步驟S4，在PMOS柵極401和NMOS柵極402的側(cè)邊分別制作柵極側(cè)墻一 11、21 ;例如，柵極側(cè)墻一 11、12的形成包括多晶硅柵的氧化和SiN的淀積，如圖8所
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[0045]接著繼續(xù)第六步驟S5，進(jìn)行輕摻雜注入在P型阱100中形成PMOS輕摻雜源漏結(jié)構(gòu)12和13，并在N型阱200中形成NMOS輕摻雜源漏結(jié)構(gòu)22和23，如圖9所示。在本實(shí)施例中，所述輕摻雜雜質(zhì)為氟化硼。
[0046]接著繼續(xù)第七步驟S6，在器件表面淀積氮化硅薄膜500，如圖10所示
[0047]接著繼續(xù)第八步驟S7，利用UV光(紫外光線)對(duì)硅片進(jìn)行照射，如圖11所示。在本例中，通過適當(dāng)溫度和適當(dāng)時(shí)間的UV光照射晶片用以去除氮化硅薄膜生長過程中殘留的一些氫原子，氫分子和水汽。其中UV光的合適條件非常重要，優(yōu)選地，溫度450-480°C，時(shí)間100-150S比較合適。過低的溫度不足以驅(qū)趕氫元素和水汽:過高的溫度又比較容易影響前面工藝中的阱注入和輕摻雜源漏注入的離子的激活和擴(kuò)散。上述條件的UV光照射可以有效地去除氮化硅薄膜中的氫原子和氫分子，避免氮化硅側(cè)墻形成后氫元素?cái)U(kuò)散到柵極氧化層下表面Si02/Si界面處與界面處的Si懸掛鍵結(jié)合，達(dá)到減小Si02/Si界面處S1-H鍵數(shù)目，從而提高M(jìn)OS器件中的NBTI性能，進(jìn)而提高CMOS器件性能。
[0048]接著繼續(xù)第九步驟S8，在柵極側(cè)墻一 11、21側(cè)邊制作形成側(cè)墻二 14、14，如圖12所示。例如，側(cè)墻二的形成包括氧化物的淀積，SiN的淀積以及SiN的刻蝕。
[0049]接著繼續(xù)第十步驟S9，進(jìn)行源漏注入形成，從而在P型阱100中形成PMOS源漏極15、16，在N型阱200中形成NMOS源漏極25、26，如圖13所示。在本實(shí)施例中，通過P型摻雜注入形成P型的源漏極，所述P型摻雜為硼摻雜。
[0050]接著可以繼續(xù)第^ 步驟S10,最后制作金屬前介質(zhì)600、通孔700、金屬插塞和金屬層(未示出)等，如圖14所示。
[0051]在上述的可改善NBTI的MOS管制作方法中，第八步驟S7中的UV光照射的溫度和時(shí)間非常重要:一般溫度450-480°C，時(shí)間100-150S比較合適。這個(gè)條件既不會(huì)出現(xiàn)不能驅(qū)趕走氫元素和水汽，也不會(huì)出現(xiàn)過高的溫度會(huì)影響前面工藝中的阱(Well)注入和輕摻雜源漏(LDD)注入的離子的激活和擴(kuò)散。
[0052]本方法提供一種半導(dǎo)體集成電路工藝的一種新的工藝用以改善MOS器件的NBTI效應(yīng)。通過在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體MOS器件制作過程中，在干法刻蝕形成第二道氮化硅側(cè)墻前和氮化硅膜淀積之后，用UV光對(duì)晶片進(jìn)行照射以去除氮化硅薄膜中的殘留的一些氫原子，氫分子以及水汽，避免形成的氮化硅側(cè)墻中的氫元素?cái)U(kuò)散到柵極氧化層下表面Si02/Si界面處與界面處的Si懸掛鍵結(jié)合，達(dá)到減小Si02/Si界面處S1-H鍵數(shù)目，從而提高M(jìn)OS器件中的NBTI性能，進(jìn)而提高CMOS器件性能。與傳統(tǒng)的工藝的NBTI改善工藝相比，該工藝具有工藝簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。
[0053]此外，需要說明的是，除非特別說明或者指出，否則說明書中的術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等描述僅僅用于區(qū)分說明書中的各個(gè)組件、元素、步驟等，而不是用于表示各個(gè)組件、元素、步驟之間的邏輯關(guān)系或者順序關(guān)系等。
[0054]可以理解的是，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而上述實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明。對(duì)于任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種減小負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性的CMOS器件制作方法，其特征在于包括: 第一步驟，在襯底中進(jìn)行阱注入形成P型阱以及N型阱； 第二步驟，在襯底表面制作柵極氧化層； 第三步驟，在柵極氧化層表面進(jìn)行柵極層的淀積； 第四步驟，對(duì)柵極層進(jìn)行光刻以形成在P型阱上形成PMOS柵極，在N型阱上形成NMOS柵極； 第五步驟，在PMOS柵極和NMOS柵極的側(cè)邊分別制作柵極側(cè)墻一； 第六步驟，進(jìn)行輕摻雜注入在P型阱中形成PMOS輕摻雜源漏結(jié)構(gòu)，并在N型阱中形成NMOS輕摻雜源漏結(jié)構(gòu)； 第七步驟，在器件表面淀積氮化硅薄膜； 第八步驟，利用UV光對(duì)硅片進(jìn)行照射； 第九步驟，在柵極側(cè)墻一側(cè)邊制作形成側(cè)墻二； 第十步驟，進(jìn)行源漏注入形成，從而在P型阱中形成PMOS源漏極，在N型阱中形成NMOS源漏極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減小負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性的CMOS器件制作方法，其特征在于還包括:第十一步驟，用于制作金屬前介質(zhì)、通孔、金屬插塞和金屬層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的減小負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性的CMOS器件制作方法，其特征在于，在第一步驟中，通過磷摻雜形成N阱，通過B摻雜形成P阱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的減小負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性的CMOS器件制作方法，其特征在于，第三步驟中，淀積的柵極層的材料是多晶硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的減小負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性的CMOS器件制作方法，其特征在于，在第五步驟中，柵極側(cè)墻一的形成包括多晶硅柵的氧化和SiN的淀積。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的減小負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性的CMOS器件制作方法，其特征在于，第六步驟中輕摻雜雜質(zhì)為氟化硼。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的減小負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性的CMOS器件制作方法，其特征在于，第八步驟中利用UV光對(duì)硅片進(jìn)行照射的溫度為450-480°C，照射時(shí)間為100-150S。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的減小負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性的CMOS器件制作方法，其特征在于，第九步驟中側(cè)墻二的形成包括氧化物的淀積，SiN的淀積以及SiN的刻蝕。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的減小負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性的CMOS器件制作方法，其特征在于，在第十步驟中，通過P型摻雜注入形成P型的源漏極，所述P型摻雜為硼摻雜。
【文檔編號(hào)】H01L21/8238GK103531542SQ201310492053
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】張冬明, 劉巍 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司