[發明專利]NMOS晶體管形成方法

有效

• 申請號: 201110276316.X
• 申請日: 2011-09-16
• 公開（公告）號: CN103000501A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 甘正浩;馮軍宏
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/265
• 分類號: H01L21/265;H01L21/336
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術領域

本發明涉及半導體制造技術，特別涉及一種能提高柵氧化層可靠性的NMOS晶體管形成方法。

背景技術

隨著半導體器件集成度的不斷提高，特征尺寸逐漸減小，MOS晶體管的溝道的長度也逐漸減小，柵氧化層的厚度也在不斷降低，由于柵極電壓不會持續降低(目前至少為1V)，使得所述柵氧化層受到的電場強度變大，與時間相關的介質擊穿(time?dependent?dielectric?breakdown，TDDB)也更容易發生，更容易導致器件失效。同時，作為芯片外圍電路的輸入/輸出器件和作為存儲器的核心器件都需要較高的驅動電壓，這就導致這些器件的溝道中的電場變的很強，使得載流子在輸送過程中發生碰撞電離，產生額外的空穴電子對，產生熱載流子?？v向的柵極電壓會使部分熱載流子注入柵氧化層，導致器件的閾值電壓等參數發生漂移，形成較為嚴重的熱載流子注入效應(HotCarrier?Injection，HCI)。由于電子與空穴的平均自由程不同，電子注入的幾率要比空穴高3個數量級，因此NMOS晶體管更容易引起熱載流子注入效應(HCI)。

現有技術中通常采用LDD(Lightly?Doped?Drain，輕摻雜漏注入)離子注入對熱載流子注入效應進行優化，專利號為US?6004852的美國專利文獻公開一種制作LDD源漏區的方法，利用減小LDD離子注入的劑量和增大LDD注入能量，獲得較深的LDD結，減小橫向電場強度，從而減弱熱載流子注入問題。但上述方法并不能改善柵氧化層的TDDB特性，而且還可能導致短溝道效應(SCE，Short?Channel?Effect)等問題。

發明內容

本發明解決的問題是提供一種NMOS晶體管形成方法，通過提高柵氧化層可靠性，降低NMOS晶體管中的熱載流子注入效應，改善柵氧化層的TDDB特性。

為解決上述問題，本發明技術方案提供了一種NMOS晶體管形成方法，包括：

提供半導體襯底；

在所述半導體襯底表面形成氧化層，在所述氧化層表面形成多晶硅層；

對所述半導體襯底進行第一離子注入，所述注入的離子為氟離子和氮離子；

對所述多晶硅層和氧化層進行刻蝕，分別形成柵電極和柵氧化層，在所述柵氧化層和柵電極兩側的半導體襯底內形成輕摻雜源/漏區；

在所述柵氧化層和柵電極的側壁表面形成側墻，在所述側墻兩側的半導體襯底內形成重摻雜源/漏區，形成NMOS晶體管。

可選的，所述第一離子注入為對所述多晶硅層進行氟離子、氮離子注入，使得所述氟離子、氮離子貫穿多晶硅層、氧化硅層，直到注入到所述半導體襯底內。

可選的，所述第一離子注入為在形成氧化層之前，直接對半導體襯底進行氟離子、氮離子注入。

可選的，所述第一離子注入包括兩個步驟：直接對半導體襯底進行氟離子和氮離子注入；對多晶硅層進行氟離子和氮離子注入，使得所述氟離子、氮離子貫穿多晶硅層、氧化硅層，直到注入到所述半導體襯底內。

可選的，所述第一離子注入的氟離子和氮離子的反應源物質為NF₃。

可選的，所述NF₃離子注入的劑量范圍為1E13atom/cm²～1E17atom/cm²，離子注入的能量范圍為1KeV～100KeV。

可選的，還包括。在對所述半導體襯底進行第一離子注入之后，對所述半導體襯底進行第一退火處理。

可選的，所述第一退火處理的溫度范圍為600℃～1000℃。

可選的，還包括，在形成所述輕摻雜源/漏區之后，對所述柵電極兩側的半導體襯底內進行第二離子注入，所述注入的離子為氟離子和氮離子。

可選的，所述第二離子注入的氟離子和氮離子的反應源物質為NF₃。

可選的，所述NF₃離子注入的劑量范圍為1E13atom/cm²～1E17atom/cm²，離子注入的能量范圍為1KeV～100KeV。

可選的，還包括，在對所述半導體襯底進行第二離子注入之后，對所述半導體襯底進行第二退火處理。

可選的，所述第二退火處理的溫度范圍為600℃～1000℃。

可選的，還包括，在形成所述重摻雜源/漏區后，對所述側墻兩側的半導體襯底內進行第三離子注入，所述注入的離子為氟離子和氮離子。