[发明专利]栅极介质层及其制造方法、半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种栅极介质层及其制造方法、半导体器件及其制造方法。

背景技术

自金属氧化物半导体晶体管发明以来，氧化硅由于与硅、多晶硅良好的集成特性，一直作为栅极介质层最主要的材料。随着集成度的提高，栅极尺寸越来越小，相应的，作为栅极介质层的氧化硅层的厚度也需要不断的减薄，这对形成的氧化硅层的厚度均匀性、缺陷控制以及抗击穿能力等膜层特征的要求也越来越高，从而对氧化硅层的制造工艺提出了更高的要求，现有的制造氧化硅的方法形成的栅极介质层已经不能满足在90nm及其以下的技术节点对栅极介质层电学特性的要求。

专利号为US 6555485 B1的美国专利公开了一种形成栅极介质层的方法。图1至图3为所述美国专利公开的形成栅极介质层的方法各步骤相应的剖面结构示意图。

请参考图1，首先提供半导体衬底100，在所述半导体衬底100上形成氧化硅层200。

接着，请参考图2，对所述氧化硅200表面进行氮化处理，使得所述氧化硅层200中掺入氮，形成氮氧硅化合物层300，其中，对所述氧化硅200表面进行氮化的工艺为等离子体氮化(Plasma Nitridation)。

然后，对所述氮氧硅化合物层300执行高温退火工艺，如图3所示，使所述氮氧硅化合物300暴露于氧气或一氧化氮400气氛中，在600至1000度的高温下执行退火工艺。

上述方法通过氧化工艺-氮化工艺-退火工艺形成栅极介质层，形成的氧化硅层中含有氮，可提高氧化硅层的抗击穿能力。

所述的方法中，通过等离子氮化来在氧化硅层中掺入氮，形成含氮的氧化硅层。然而，等离子体氮化工艺无法控制掺入氧化硅层中的氮的分布，也就无法有目的的形成一定分布的含氮的氧化硅。从而也就无法形成不同性能的半导体器件。

发明内容

本发明提供一种栅极介质层及其制造方法、半导体器件及其制造方法，本发明能够根据需要调节栅极介质层中氮的分布。

本发明提供的一种栅极介质层的形成方法，包括：

提供基底，在所述基底上具有氧化硅层；

对所述氧化硅层执行氮化工艺，形成含氮的氧化硅层；

其中，

所述氮化工艺至少有一步为离子注入氮化工艺。

可选的，在执行所述的离子注入氮化工艺之前，先在所述氧化硅层上形成缓冲层；并在执行完所述离子注入氮化工艺之后去除所述缓冲层。

可选的，所述缓冲层为氮化硅或碳化硅或其它介质层。

可选的，所述氮化工艺分为两步进行，其中，第二步为所述的离子注入氮化。

可选的，所述第一步氮化工艺为高温炉管氮化、快速热处理氮化、低温等离子体氮化或去耦等离子体氮化中的一种。

可选的，所述离子注入氮化工艺分为多次进行。

可选的，所述离子注入氮化工艺中注入时的能量小于10eV。

可选的，所述离子注入氮化工艺中注入的能量为4eV。

可选的，进一步包括：对执行完氮化工艺的氧化硅层执行退火工艺。

可选的，所述退火工艺为高温炉管退火或快速热退火。

本发明还提供一种半导体器件的制造方法，包括：

提供基底；

在所述基底上形成氧化硅层；

对所述氧化硅层执行氮化工艺，形成含氮的氧化硅层；

在所述含氮的氧化硅层上形成栅极；

在所述栅极侧壁形成侧壁层，在所述栅极侧壁的基底中形成源极和漏极；其中，

所述氮化工艺至少有一步为离子注入氮化工艺。

可选的，执行所述离子注入氮化工艺之前，先在所述氧化硅层上形成缓冲层，并在执行所述离子注入氮化工艺之后，去除所述缓冲层。

可选的，所述离子注入工艺中注入时的能量小于10eV。

本发明还提供一种栅极介质层，包括氧化硅层，所述氧化硅层中掺有杂质氮，所述氧化硅层至少经过一次离子注入氮化处理。

本发明还提供一种半导体器件，包含所述的栅极介质层。

与现有技术相比，上述技术方案的其中一个具有以下优点：

通过离子注入氮化工艺，能够灵活控制掺入的氮的浓度，并能够控制氮的浓度分布，从而可根据需要形成不同电学特征的膜层作为栅极介质层；有利于改善形成的栅极介质层的膜层特性，改善形成的器件的电学特性；

上述技术方案的另外一个具有以下优点：