[发明专利]一种提高MOS器件阈值电压稳定性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件制造工艺，尤其涉及一种提高MOS器件阈值电压稳定性的方法。

背景技术

金属氧化物半导体(Metal Oxide Semiconductor，MOS)器件在各领域的应用十分广泛，一个MOS器件的阈值电压(threshold voltage，Vt)的稳定性是评价其性能好坏的重要指标，阈值电压Vt随物理条件的变化而产生的漂移越小，则MOS器件的性能越可靠。

由于制作完毕的MOS器件，其表面存在一些游离态的悬空键，于实际应用环境下，随着物理条件的变化，这些悬空键将导致阈值电压Vt稳定性的下降。因此，在晶圆制造厂中，需要对制作完毕的MOS器件进行高温处理，来模拟实际应用环境，以测试阈值电压Vt在实际工作环境下的稳定性。其测试步骤如下：先测试初始的Vt值，记为Vt(0)；接着，将待测MOS器件放入高温炉中，在150℃的高温下烘焙168小时；然后再测试Vt值，记为Vt(168)，则Vt漂移量Vtshift可用如下公式计算：

Vtshift＝[Vt(168)-Vt(0)]/Vt(0)

Vt漂移量Vtshift越小，说明MOS器件的工作稳定性越好，可靠性越高；当Vtshift大于某一预定值时，则该MOS器件失效，其性能不符合要求。

通常，在完成MOS器件制作后，需要执行一合金化(alloy)步骤来改善器件的稳定性。该合金化步骤主要是将MOS器件置于高温环境下，并通入氢气、氮气的混合气体，使氢离子与器件中游离态的悬空键结合，形成稳定的形态，同时，释放器件与金属层、金属层与导线层等各层之间的应力，从而提高器件的稳定程度。

然而，采用现有方法处理的MOS器件，其阈值电压的稳定性并不高，尤其对于0.13微米制程而言，其Vt漂移量高达12～14％，严重影响了产品的良率。因此，需要一种方法来改善MOS器件阈值电压的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高MOS器件阈值电压稳定性的方法，以减小MOS器件阈值电压在实际工作环境下的漂移量，从而提高器件性能的稳定性。

为了达到上述的目的，本发明提供一种提高MOS器件阈值电压稳定性的方法，包括在完成MOS器件制作后，对MOS器件执行合金化步骤，其中，所述方法对MOS器件执行两次合金化步骤。

在上述的提高MOS器件阈值电压稳定性的方法中，所述的两次合金化步骤之间还包括让MOS器件冷却的步骤，且所述的冷却步骤在常温下进行。

在上述的提高MOS器件阈值电压稳定性的方法中，在合金化步骤中加入氢气和氮气的混合气体，使MOS器件与所述的混合气体反应。

本发明通过对制作完成的MOS器件执行两次合金化步骤，来提高氢离子与器件表面悬空键的结合程度，并有效释放层间应力，使MOS器件阈值电压的稳定程度大大提高。

具体实施方式

以下将对本发明的提高MOS器件阈值电压稳定性的方法作进一步的详细描述。

本发明的方法主要是在完成MOS器件制作后，对MOS器件执行两次合金化步骤。该合金化步骤可在400℃左右的高温炉管中进行，于合金化过程中，向炉管内通入氢气和氮气的混合气体，与器件充分反应，使氢离子与器件表面游离态的悬空键结合，从而形成稳定的形态，同时，释放层间应力，来改善器件的稳定性。

两次合金化步骤之间，还包括一常温冷却步骤，使MOS器件从前一次合金化步骤的高温环境中回到常温状态，再执行后一次合金化步骤。与单纯地延长第一次合金化步骤的时间相比，采用此方法可以缩短每一次合金化步骤的反应时间，并且能够达到更明显的效果。实验结果表明，采用本发明的方法，与现有技术相比，可以使MOS器件的阈值电压漂移量减小1～1.5％，大大提高了器件的可靠性及产品的良率。