[發明專利]一種MOS場效應晶體管結構及其制備方法

有效

• 申請號: 200910197839.8
• 申請日: 2009-10-28
• 公開（公告）號: CN102054839A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發明（設計）人: 胡金節;李月影;趙英翰;陳正培;吳孝嘉
• 申請（專利權）人: 無錫華潤上華半導體有限公司;無錫華潤上華科技有限公司
• 主分類號: H01L27/088
• 分類號: H01L27/088;H01L23/522;H01L21/8234;H01L21/336;H01L21/265;H01L21/768
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 王潔

技術領域

本發明涉及半導體器件的可靠性，具體涉及對于MOS器件熱載流子注入可靠性的改善，屬于半導體加工技術。

背景技術

根據摩爾定律和等比例縮小原則，隨著半導體集成電路的規模越來越大，金屬-氧化物-半導體場效應晶體管(MOSFET)的特征尺寸越來越小，現在已經縮小到亞微米和深亞微米的范圍。為了與其它電路相容，電源電壓并不能夠隨其器件尺寸按比例下降，因此，器件的橫向(溝道方向)和垂直方向(垂直溝道方向)的電場強度會明顯增強。在強電場的作用下，載流子的能量會大大提高，使其平均能量大大超過熱能量kT，即等效載流子溫度T_e將超過環境(晶格)溫度T_A，這時的載流子稱為熱載流子。由于熱載流子的存在，會產生一系列的熱載流子效應，其中最重要的一個是熱載流子注入(Hot-carrier?injection，HCI)引起MOS器件性能的退化。當熱載流子中能量超過Si-SiO₂界面勢壘的部分經散射后到達Si-SiO₂界面時，若仍具有穿越勢壘的速度，則可能出現三種情況：(1)部分載流子穿過SiO₂層形成柵電流；(2)部分載流子注入到SiO₂并被陷阱俘獲形成陷阱電荷；(3)部分載流子陷落前以其能量打開Si-O、Si-H等處于界面上的鍵，形成受主型界面態。其中，后兩種情況最后都會導致界面(或等效的)電荷隨注入時間而積累，使MOS器件的閾值電壓V_T和跨導Gm等參數退化，產生器件的長期可靠性問題。又由于電子的遷移率約為空穴遷移率的3倍，電子的運動速度遠高于空穴，因此熱載流子注入(HCI)引起的可靠性問題，主要表現在NMOS器件中。

對于亞微米器件，現有技術的半導體集成電路器件制造工藝中，為了實現對熱載流子注入(HCI)可靠性的控制，公認的方法是采用輕摻雜漏(LightlyDoped?Drain，LDD)結構來減弱靠近漏端的電場強度，利用減小輕摻雜漏結構(LDD)離子注入的劑量和增大輕摻雜漏結構(LDD)離子注入能量，獲得較深的輕摻雜漏(LDD)結，減小橫向電場強度，從而減少熱載流子注入(HCI)的發生概率，以提高MOS器件，特別是NMOS器件對熱載流子注入(HCI)的可靠性。

現有技術常規且簡單的制造輕摻雜漏(LDD)結構的方法是：減小輕摻雜漏(LDD)注入的濃度，或通過調整輕摻雜漏(LDD)注入的角度(如20～60度)，并4次旋轉注入離子束方向以實現均勻摻雜。在現有技術中，通常采用其中一種或兩種方法結合來實現大多數熱載流子注入(HCI)的可靠性控制。然而，在降低漏端摻雜濃度以保證熱載流子注入(HCI)可靠性的同時，隨著結深的加大，MOS器件的有效溝道長度也將減小，這樣就會增加短溝道效應(Short?Channel?Effect，SCE)，引起器件直流特性的衰退，MOS器件的電流驅動能力隨之降低，因此無法得到最優性能的MOS器件。

為了改善輕摻雜漏(LDD)結構低劑量離子注入對MOS器件直流特性的影響，中國專利CN1787192A中提供了一種將常規快速退火放到NMOS輕摻雜漏(LDD)離子注入前、并采用小劑量砷加上常規劑量磷的雙輕摻雜漏(LDD)離子注入方法，使得輕摻雜漏(LDD)中的磷原子在點缺陷的幫助下增強擴散，增大結的濃度階梯，從而改善熱載流子注入(HCI)，來獲得更長的器件壽命。然而，該專利文件中所提供的方法，仍然是通過加大輕摻雜漏(LDD)結深來實現對熱載流子注入(HCI)的改善，隨著MOS器件尺寸的不斷縮小，當熱載流子注入(HCI)要求提高時，該方法仍很難達到要求。

由此可見，現有技術難以實現對高可靠性熱載流子注入(HCI)的實現，且在一定程度上犧牲了對于器件本身即為關鍵的電流驅動能力，對器件的直流性能有較大影響，因此不能滿足信息和電子工藝飛速發展的需求。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，在不犧牲MOS器件性能的情況下，改善熱載流子注入(HCI)的可靠性。