CN103199013B - 提高pmos栅氧负偏压温度不稳定性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种提高PMOS栅氧负偏压温度不稳定性的方法，通过采用SiCoNi清洗工艺对PMOS衬底进行预清洗后，于该衬底上继续生长栅氧层后，进行退火工艺，以使得制备的PMOS器件的NBTI能够得到有效的改善，且降低了BF2的注入的同时，还避免如鼓包等缺陷的产生，进而提高产品的性能和良率。

Description

提高PMOS栅氧负偏压温度不稳定性的方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种提高PMOS栅氧负偏压温度不稳定性的方法。
背景技术
目前，在半导体器件工艺过程中，通常会在B离子注入形成PMOS源漏后，会使用BF2取代B进行源漏注入（由于氟可以在SiO2/Si界面形成较强的Si-F-H键，通过减少Si-H键，能明显减少栅极氧化层表面的界面的陷阱Qit），使得掺杂在BF2中的少量F离子能够穿透至栅极，以减少SiO2/Si界面的陷阱，进而有效改善NBTI的性能。但是，随着工艺的发展，对器件的性能要求越来越高，尤其是超浅结工艺的限制，使得无法使用较大能量的BF2注入，只能在源漏区通过增加较低能量的纯F离子注入，用以改善PMOS的性能。
由于过多的F离子会加速硼（B）原子在栅氧（gateoxide）中的扩散，会使得PN结的漏电流加大。所以，在F离子或BF2注入后，容易造成在后续的热制程工艺中形成氟气外溢，而导致覆积在有源区上面的氮化膜形成鼓包缺陷，即要控制进行F离子或BF2离子注入时的剂量，以避免缺陷的产生。
传统控制F离子或BF2离子注入时的剂量时，主要是采用HF溶液进行预清洗工艺（pre-clean），以去除自然氧化层（nativeoxide），进而去除多余的F离子；但是经过HF预清洗工艺后，会造成SiO2/Si界面处的F离子浓度过低，还得需要再次通过BF2离子注入工艺引入一定浓度的F离子，才能达到减少SiO2/Si界面陷阱的目的，使得工艺步骤过多，增大了工艺成本和缺陷（如栅氧形成负偏压温度不稳定性效应等）产生的风险，导致产品良率的降低。
负偏压温度不稳定性（NegativeBiasTemperatureInstability，简称NBTI）指在高温下对PMOSFET施加负栅压而引起的一系列电学参数的退化（一般应力条件为125℃恒温下栅氧电场，源、漏极和衬底接地）。
NBTI效应的产生过程主要涉及正电荷的产生和钝化，即界面陷阱电荷和氧化层固定正电荷的产生以及扩散物质的扩散过程，而氢气和水汽是引起NBTI的两种主要物质。NBTI效应对器件和电路能产生较大的影响，如：使得器件出现栅电流增大、阈值电压负向漂移、亚阈值斜率减小、跨导和漏电流变小等，在模拟电路中引起晶体管间失配，而在数字电路中则会导致时序漂移、噪声容限缩小，甚至产品失效等严重后果。
中国专利（公开号：CN1722408A）公开了一种栅氧化膜的制造方法，通过在衬底上形成绝缘膜之后，形成牺牲或栅氧化膜作为氧化膜，并利用抗蚀剂层作为掩膜，经由氧化膜，通过氩（或氟）离子的一个或多个注入工艺形成离子注入层。当使用氧化膜作为牺牲氧化膜时，在除去抗蚀剂膜及氧化膜之后，在元件口中形成栅氧化膜。当使用氧化膜作为栅氧化膜时，通过刻蚀一次减薄氧化膜，并且在除去抗蚀剂层之后使其加厚。由于形成离子注入层，形成较厚的栅氧化膜。该技术文献没有公开任何有关如何改善栅氧的NBTI效应的技术特征。
中国专利（公开号：CN1264164A）公开了一种形成金属氧化物半导体的栅氧化物的方法，通过采用半导体的干、湿、干氧化的工艺程序，以降低半导体一氧化物界面处的界面状态密度。该技术文献也没有公开有关如何改善栅氧的NBTI效应相关的技术特征。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明公开了一种提高PMOS栅氧负偏压温度不稳定性的方法，其中，包括：
采用预清洗工艺对一半导体衬底的表面进行处理；
继续对所述半导体衬底进行栅氧生长工艺后，进行退火工艺；
其中，所述预清洗工艺为SiCoNi清洗工艺。
上述的提高PMOS栅氧负偏压温度不稳定性的方法，其中，当采用炉管方式进行所述栅氧生长工艺时，对所述半导体衬底进行所述预清洗工艺和进行所述栅氧生长工艺之间的间隔时间小于1小时。
上述的提高PMOS栅氧负偏压温度不稳定性的方法，其中，所述半导体衬底为PMOS硅衬底。
上述的提高PMOS栅氧负偏压温度不稳定性的方法，其中，采用NF3和NH3进行所述SiCoNi清洗工艺。
上述的提高PMOS栅氧负偏压温度不稳定性的方法，其中，所述NF3和NH3的流量为1-1000sccm。
上述的提高PMOS栅氧负偏压温度不稳定性的方法，其中，所述SiCoNi清洗工艺的工艺时间为3-30s。
上述的提高PMOS栅氧负偏压温度不稳定性的方法，其中，所述退火工艺的温度大于100℃。
上述的提高PMOS栅氧负偏压温度不稳定性的方法，其中，所述退火工艺的退火时间为15-80s。
综上所述，本发明一种提高PMOS栅氧负偏压温度不稳定性的方法，通过采用SiCoNi清洗工艺对PMOS衬底进行预清洗后，于该衬底上继续生长栅氧层后，进行退火工艺，以使得制备的PMOS器件的NBTI能够得到有效的改善，且降低了BF2的注入的同时，还避免如鼓包等缺陷的产生，进而提高产品的性能和良率。
附图说明
图1为实施例中提高PMOS栅氧负偏压温度不稳定性的方法的流程示意图；
图2-4为实施例中提高PMOS栅氧负偏压温度不稳定性的方法的结构流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：
图1为实施例中提高PMOS栅氧负偏压温度不稳定性的方法的流程示意图，图2-4为实施例中提高PMOS栅氧负偏压温度不稳定性的方法的结构流程示意图；如图1-4所示，一种提高PMOS栅氧负偏压温度不稳定性的方法，主要应用于如Logic、Memory、RF、HV、Analog/Power等平台上，在一半导体衬底1如PMOS硅衬底（晶圆）进行栅氧生长工艺前，采用1-1000sccm（如1sccm、100sccm、500sccm或1000sccm等）流量的NF3和NH3对该半导体衬底1的表面进行3-30s（如3s、10s、20s或30s等）的SiCoNi清洗工艺。
然后，对进行过清洗工艺后的半导体衬底1进行栅氧生长工艺，以于半导体衬底1生长一层栅氧层2，并继续在大于100℃（如150℃、200℃、300℃或500℃等）的温度条件下，对覆盖有栅氧层2的半导体衬底1进行15-80s（如15s、25s、40s、60s或80s等）的热退火工艺3，并继续后续工艺，以制备半导体器件。
其中，当采用炉管方式进行栅氧层2的生长时，对半导体衬底1进行的预清洗工艺和栅氧生长工艺之间的间隔时间要小于1h（如20min、30min或50min等）。
由于，SiCoNi清洗工艺能够低强度、低化学刻蚀的从硅表面（半导体衬底1）上去除氧化膜，且该与传统的氢氟酸清洗工艺相比，SiCoNi清洗工艺所得到的晶片（硅）表面的氟元素含量要高两个数量级。所以，使用SiCoNi清洗工艺对即将进行栅氧工艺的半导体衬底进行预清洗，可以有效提高SiO2/Si界面的F离子浓度，以减少Si-H键，从而能明显减少生长的栅极氧化层表面的界面陷阱数量，进而改善NBTI的性能。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明实施例提出一种提高PMOS栅氧负偏压温度不稳定性的方法，通过采用SiCoNi清洗工艺对PMOS衬底进行预清洗后，于该衬底上继续生长栅氧层后，进行退火工艺，以使得制备的PMOS器件的NBTI能够得到有效的改善，且降低了BF2的注入的同时，还避免如鼓包等缺陷的产生，进而提高产品的性能和良率。
通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。
对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (8)

1.一种提高PMOS栅氧负偏压温度不稳定性的方法，其特征在于，包括：
采用预清洗工艺对一半导体衬底的表面进行处理；
继续对所述半导体衬底进行栅氧生长工艺后，进行退火工艺；
其中，所述预清洗工艺为SiCoNi清洗工艺，用以提高SiO2/Si界面的F离子浓度，以减少Si-H键。
2.根据权利要求1所述的提高PMOS栅氧负偏压温度不稳定性的方法，其特征在于，当采用炉管方式进行所述栅氧生长工艺时，对所述半导体衬底进行所述预清洗工艺和进行所述栅氧生长工艺之间的间隔时间小于1小时。
3.根据权利要求1所述的提高PMOS栅氧负偏压温度不稳定性的方法，其特征在于，所述半导体衬底为PMOS硅衬底。
4.根据权利要求1所述的提高PMOS栅氧负偏压温度不稳定性的方法，其特征在于，采用NF3和NH3进行所述SiCoNi清洗工艺。
5.根据权利要求4所述的提高PMOS栅氧负偏压温度不稳定性的方法，其特征在于，所述NF3和NH3的流量为1-1000sccm。
6.根据权利要求1所述的提高PMOS栅氧负偏压温度不稳定性的方法，其特征在于，所述SiCoNi清洗工艺的工艺时间为3-30s。
7.根据权利要求1所述的提高PMOS栅氧负偏压温度不稳定性的方法，其特征在于，所述退火工艺的温度大于100℃。
8.根据权利要求1所述的提高PMOS栅氧负偏压温度不稳定性的方法，其特征在于，所述退火工艺的退火时间为15-80s。
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