[发明专利]改善栅极氧化层的方法及半导体器件的制造方法

说明书

本发明提供了一种改善栅极氧化层的方法及半导体器件的制造方法，所述改善栅极氧化层的方法包括：在栅极氧化层形成工艺之前对衬底进行高温热处理工艺，所述高温热处理工艺的温度不低于500℃。通过优先对衬底进行高温热处理，之后再形成栅氧化层的方法，一方面，可以将衬底中残留的一些Si‑H的键合形态去除，减少Si‑SiO₂界面处的硅“悬挂”键缺陷，保证了Si‑SiO₂界面的质量；另一方面，可以消除外界因素对栅氧化层质量影响，避免了Si‑SiO₂界面的恶化，提高了产品的性能。

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种改善栅极氧化层的方法及半导体器件的制造方法。

背景技术

随着工艺的发展，半导体器件关键尺寸不断减小。现在的CMOS晶体管的制造技术中，负偏压不稳定性(negative bias temperature instability，简称NBTI)效应逐渐成为影响40纳米以及28纳米以下器件可靠性的主要因素之一。NBTI效应是由于在高温下(通常大于100℃)对P-MOSFET栅极加大的负栅压偏置所造成的，表现为阈值电压漂移ΔVth不断增大。这种变化是由于在负栅压和高温应力作用下在Si-SiO₂界面处形成了界面态和氧化层正电荷所造成的。实验表明NBTI效应发生的条件是在Si-SiO₂界面处有空穴的存在。

在CMOS晶体管的栅氧化层和硅衬底的界面处是硅单晶的边界，研究表明Si-SiO₂界面并不是一个几何平面，在界面处存在厚度约为的过渡层。所述过渡层的结构为SiO_x(x介于1～2之间)，因而出现许多硅的“悬挂”键，这些悬挂键会在禁带中产生额外的能带。当电荷载流子运动到Si-SiO₂界面时，有一些被随机俘获，随后又被产生的能带释放，Si-SiO₂界面电荷填充的变化引起了衬底表面电势的变化，从而调整了沟道表面载流子的浓度，并且随着频率产生波动，结果在漏源电流中产生“闪烁”噪声。闪烁噪声的增加对于器件在低频方面造成了横向干扰，从而影响了低频下的灵敏度。

目前业界的逻辑器件尤其是手机芯片逐渐往SOC方向发展，把CPU、IO控制器、Ram控制器、音频电路甚至是基带芯片都集成在一颗SOC上，闪烁噪声的存在将影响基带在杂波下的过滤能力，从而导致手机的弱信号下通话不流畅，影响效果。同时对于集成的音频电路，将严重影响其信噪比(db)，影响手机的体验度，因此业界对于闪烁噪声的控制也越来越高。因此，如何保证高质量的Si-SiO₂界面是问题的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改善栅极氧化层的方法，以提高Si-SiO₂界面的质量，从而提高产品的性能。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种改善栅极氧化层的方法，包括：在栅极氧化层形成工艺之前对衬底进行高温热处理工艺，所述高温热处理工艺的温度不低于500℃。

可选的，在所述改善栅极氧化层的方法中，所述高温热处理工艺与所述栅极氧化层形成工艺在同一炉管内进行。

可选的，在所述改善栅极氧化层的方法中，在所述高温热处理工艺中所述炉管内处于无氧环境。

可选的，在所述改善栅极氧化层的方法中，在所述高温热处理工艺中所述炉管内的气源包括氮气；和/或，在所述栅极氧化层形成工艺中所述炉管内的气源包括氮气和氧气。

可选的，在所述改善栅极氧化层的方法中，所述氮气的流量为5～20slm。

可选的，在所述改善栅极氧化层的方法中，所述高温热处理工艺包括加热阶段和第一稳定阶段，所述加热阶段用于将所述高温热处理工艺所使用的加热腔体内的温度升至第二设定温度，所述第一温度阶段用于将所述加热腔体内的温度恒温在所述第二设定温度。