[發明專利]一種提高柵氧可靠性和抗輻射特性的HTO/SiO2

有效

• 申請號: 201911121337.7
• 申請日: 2019-11-15
• 公開（公告）號: CN110854076B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 陳曉宇;趙桂茹;葛洪磊;孫有民;薛智民
• 申請（專利權）人: 西安微電子技術研究所
• 主分類號: H01L21/8238
• 分類號: H01L21/8238;H01L27/092
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 張海平

本發明一種提高柵氧可靠性和抗輻射特性的HTO/SiO₂復合柵CMOS器件及工藝，所述工藝先分別按照鋁柵工藝和硅柵工藝在在硅襯底上完成閾值注入，然后按改進的工藝依次生長SiO₂柵氧層、形成SiO₂氮氧硅層、淀積HTO柵氧層并形成SiO₂氮氧硅層，最后完成之后相應的工藝流程；缺陷線在HTO層和SiO₂層中隨機分布，通過錯位排列無法擴展到整個復合柵氧層，避免從HTO層上表面到SiO₂層下表面形成的漏電通路問題，提高了柵氧的可靠性，在SiO₂和HTO生長后增加了含氮氣氛的退火工藝，減少了氧化層中的缺陷和陷阱，進一步提高柵氧的可靠性，并能減少輻射后器件的閾值漂移量從而提高抗總劑量輻射能力。

技術領域

本發明涉及硅微電子技術領域，特別是涉及超大規模集成電路加工技術領域，具體為一種提高柵氧可靠性和抗輻射特性的HTO/SiO₂復合柵CMOS 器件及工藝。

背景技術

在大規模集成電路中，柵氧的可靠性是電路可靠穩定工作的保證。柵氧的退化可以引起輸出特性曲線的變化，柵氧的擊穿可以引起柵極和襯底短接，從而引起電路直接失效。隨著CMOS器件特征尺寸的縮小和柵氧層厚度的減薄，柵氧損傷成為CMOS集成電路在實際應用中的主要失效模式之一。CMOS集成電路的失效可以用滲渝模型(英文名稱為Percolation Model) 來描述。在電場作用(即電應力)下，首先是氧化層中出現缺陷點，隨著電應力的累積，缺陷點逐步發展成為缺陷線，缺陷線不斷生長和合并，最終形成從柵氧上表面到下表面的漏電通路，導致柵氧漏電不可恢復地突然增大，如圖1所示，缺陷線13從柵氧上表面延伸到下表面，形成了漏電通道。

另外，在總劑量輻射環境下，SiO₂層中會產生電子空穴對，電子很快被復合或漂移出SiO₂層，空穴則被SiO₂/Si界面俘獲，在SiO₂/Si界面出現正空間電荷(即氧化物陷阱電荷)，同時會在SiO₂/Si界面引入界面態，最終會引發CMOS器件閾值電壓V_th的漂移、遷移率降低和漏電流增大等電學特性的變化，導致器件退化或者失效，文獻“Radiation effectsand hardening of MOS technology:devices and circuits”(IEEE Transactions onNuclear Science,2003年第50期第500頁)指出，總劑量輻射效應引起的閾值漂移量△V_th和氧化層厚度t_oxⁿ成正比關系，n的值約為1.5～2。因此，抗總劑量輻射的加固需要對柵氧進行加固。

文獻“Radiation effects in MOS oxides”(IEEE Transactions on NuclearScience,2008年第55期第1833頁)在總結柵氧質量和抗輻射能力的提升時，提到可以采用氮氧柵工藝，具體通過表面氮化提高柵氧的防硼穿透(英文名稱為Boron Penetration)、防熱載流子(英文名稱為Hot-Carrier)能力和抗總劑量能力，但是這種方法沒有解決缺陷線生長形成漏電通路的問題。