[发明专利]栅极氧化层生长方法以及CMOS管制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体涉及CMOS半导体器件工艺，更具体地说，本发明涉及一种改善负温度偏压不稳定性(NBTI：Negative Bias Temperature Instability)的栅极氧化层生长方法以及CMOS管制作方法。

背景技术

随着超大规模集成电路技术的迅速发展，MOSFET器件的尺寸在不断减小。由于MOSFET晶体管尺寸的急剧减小，栅氧化层的厚度减小至2nm甚至更薄。在MOS器件按比例缩小尺寸的同时，工作电压并未相应地等比例降低，这使得MOS器件的沟道电场和氧化层电场显著增加，NBTI效应引起的退化日益显著。NBTI，即负偏压温度不稳定性，通常指PMOS管在高温、强场负栅压作用下表现得器件性能退化。电性温度在80-250度的范围内，如图1所示。NBTI退化表现为器件的关态电流（Ioff）增大，阈值电压(Vth)负向漂移，跨导(Gm)和漏电流(Ids)减小等。此外，为了提高晶体管性能，减小栅氧化层的漏电流，在栅氧化层中引入N原子已经成为一种工艺标准，但是，N原子的引入在一定程度上加剧了器件NBTI退化。

在对NBTI退化机理的研究中，普遍认为是SiO₂/Si界面发生的Si的悬挂键引起的。在NBTI应力过程中，氧化层固定电荷和由于表面空穴参与而产生的界面陷阱(Si3ΞSi·)是引起NBTI效应的主要原因。而在固定电荷和界面陷阱造成的NBTI效应中Si-H键都起了关键的作用。在NBTI应力条件下，空穴在电场的作用下可以使Si-H键分解，从而形成界面陷阱，如图2A和图2B所示，造成器件的退化。反应方程式如下：

界面陷阱

氧化层电荷

但是，在CMOS器件栅氧化层中H作为固定电荷和界面陷阱中Si的主要成键物质，是最常见和不可避免的杂质，并在NBTI反应过程中起主要作用。在现在的CMOS工艺流程中，已经采取了相关措施来抑制NBTI效应。比如在SiO₂/Si界面处通过氘(D)的缺陷钝化，在提高器件可靠性方面有很大优势。因为根据动态同位素效应，打破与氘形成的Si-D键比与氢形成的Si-H键更困难一些。但是，在工艺中实现这种钝化中也存在着重要的问题。在已有的生产线上，通常是通过在通孔形成之后的氘气退火来完成界面的氘化，但是在生产线中后段执行界面的氘化，但是由于在多晶硅淀积之后以及后端的工艺中诸如膜淀积、刻蚀、离子注入和清洗等中存在氢，大多数界面缺陷可能已经被氢钝化，所以在后端工艺之后执行氘退火会导致低氘化效率。

因此，如何提供一种能高效且廉价的减小SiO₂/Si界面缺陷，从而可减小NBTI效应的CMOS管制作方法，已成为业界亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够改善负温度偏压不稳定性的CMOS管制作方法。

为了实现上述技术目的，根据本发明的第一方面，提供了一种栅极氧化层生长方法，其包括：通过现场水汽生成来生长栅极氧化层；对栅极氧化层进行氮化；对栅极氧化层进行退火。

优选地，现场水汽生成工艺生长栅极氧化层所用到的反应气体包括包括氧气、氘气和氮气。

优选地，在现场水汽生成工艺生长栅极氧化层中，混合气体流量大致为O₂:1-5slm;D₂:0.1-1slm;N₂:30-50slm。

优选地，所述现场水汽生成的环境的温度范围为1000～1100℃，腔室压力10～15Torr，反应时间约为10～150秒。

根据本发明的第二方面，提供了一种CMOS管制作方法，其包括：进行阱注入形成N型阱或P型阱；在N型阱或P型阱上制作栅极氧化层；进行栅极的淀积；执行多晶硅的光刻以形成栅极。在栅极侧边制作栅极侧墙一；进行轻掺杂注入形成轻掺杂源漏结构；在栅极侧墙一侧边制作形成侧墙二；进行源漏注入形成源漏极；制作金属前介质、通孔、金属插塞和金属层。

优选地，在N型阱或P型阱上制作栅极氧化层包括：通过现场水汽生成来生长栅极氧化层；对栅极氧化层进行氮化；对栅极氧化层进行退火。

优选地，现场水汽生成工艺生长栅极氧化层所用到的反应气体包括氧气、氘气和氮气。

优选地，在现场水汽生成工艺生长栅极氧化层中，混合气体流量大致为O₂:1-5slm;D₂:0.1-1slm;N₂:30-50slm。