[发明专利]制造氮化栅极电介质的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制造半导体器件，并且更特别地涉及制造具有氮化栅极电介质的半导体器件结构。

背景技术

随着半导体器件结构继续变得越来越小，栅极电介质也变得越来越薄。在图1的半对数图中说明了关于这点的困难，其中图1显示当有效栅极度Tox(作为从栅极到沟道的电测量值的有效栅极氧化物厚度)降低时，通过栅极电介质的漏电流密度Jg显著地增加。在较低的栅极厚度下，2埃的轻微变化引起漏电流密度增加10倍。降低栅极电介质厚度的主要动机在于提高晶体管的电流驱动Ion。电流驱动和栅极厚度一般地具有以下的对应性：厚度降低10％，电流驱动增加10％。这样，对于厚度降低2埃是大约10％的情况，驱动电流只有10％的增加，但漏电流密度有10倍的增加。因此，当栅极电介质厚度已进入20-30埃的范围时，已变得越来越难以找到一种方法，以通过栅极电介质厚度的降低来实现电流驱动的增加，同时将漏电流维持在合理水平上。

因此，需要找到一种方法，以实现电流驱动的增加，同时将栅极漏电流维持在合理水平上。

附图说明

作为例子通过附图说明本发明，但是本发明不被附图所限制，其中相似参考符号指示类似元素，并且其中：

图1是有效栅极厚度对栅极漏电流密度的曲线；

图2是在根据发明第一实施方案的过程的某个阶段中的器件结构的横截面；

图3是在图2中所示之后的过程的某个阶段中的图2的器件结构的横截面；

图4是在图3中所示之后的过程的某个阶段中的图3的器件结构的横截面；

图5是在图4中所示之后的过程的某个阶段中的图4的器件结构的横截面；

图6是在图5中所示之后的处理的某个阶段中的图5的器件结构的横截面；

图7是在图6中所示之后的过程的某个阶段中的图6的器件结构的横截面；

图8是显示对应一个氮化和退火以及对应额外的氮化和退火的电流驱动对栅极漏电流密度的曲线；

图9是根据发明的第一实施方案的方法的流程图；

图10是在根据发明的第二实施方案的过程的某个阶段中的器件结构的横截面；

图11是在图10中所示之后的过程的某个阶段中的图10的器件结构的横截面；

图12是在图11中所示之后的过程的某个阶段中的图11的器件结构的横截面；

图13是在图12中所示之后的过程的某个阶段中的图12的器件结构的横截面；

技术人员应当认识到，图中的元素是为了简单和清楚而示例，因此不一定按比例画出。例如，可以相对于其他元素放大图中的某些元素的尺寸，以帮助改善本发明的实施方案的理解。

具体实施方式

在一个方面中，用氮化步骤和退火来处理栅极电介质。在此之后，执行额外的氮化步骤和退火。第二氮化和退火导致最终形成的晶体管的栅极漏电流密度和电流驱动之间关系的改善。参考附图和下面描述可以更好地理解这点。

图2中所示的是包括半导体衬底12和在衬底12上的栅极电介质14的器件结构10。衬底12优选地是硅，但可以是另外的半导体材料例如硅锗。半导体衬底12显示为体硅衬底，但也可以是SOI衬底。该例子中的栅极电介质14是在高温下生长的二氧化硅，并且厚度大约为12埃。这里的厚度是物理厚度，除非另外说明。

图3中所示的是在等离子体氮化步骤16之后的器件结构10，步骤16促使栅极电介质14改变成掺杂氮的栅极电介质18。优选地，通过等离子体来实现掺杂栅极电介质14以变成栅极电介质18，但是可以使用其他方法例如高炉或注入。通过高炉和注入掺杂氮的缺点在于在栅极电介质18和衬底12之间的界面处可能有比通过等离子体更多的氮。这种等离子体氮化的例子用于获得3～10个原子百分比的氮浓度。