[发明专利]NMOS晶体管形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术，特别涉及一种能提高栅氧化层可靠性的NMOS晶体管形成方法。

背景技术

随着半导体器件集成度的不断提高，特征尺寸逐渐减小，MOS晶体管的沟道的长度也逐渐减小，栅氧化层的厚度也在不断降低，由于栅极电压不会持续降低(目前至少为1V)，使得所述栅氧化层受到的电场强度变大，与时间相关的介质击穿(time dependent dielectric breakdown，TDDB)也更容易发生，更容易导致器件失效。同时，作为芯片外围电路的输入/输出器件和作为存储器的核心器件都需要较高的驱动电压，这就导致这些器件的沟道中的电场变的很强，使得载流子在输送过程中发生碰撞电离，产生额外的空穴电子对，产生热载流子。纵向的栅极电压会使部分热载流子注入栅氧化层，导致器件的阈值电压等参数发生漂移，形成较为严重的热载流子注入效应(HotCarrier Injection，HCI)。由于电子与空穴的平均自由程不同，电子注入的几率要比空穴高3个数量级，因此NMOS晶体管更容易引起热载流子注入效应(HCI)。

现有技术中通常采用LDD(Lightly Doped Drain，轻掺杂漏注入)离子注入对热载流子注入效应进行优化，专利号为US 6004852的美国专利文献公开一种制作LDD源漏区的方法，利用减小LDD离子注入的剂量和增大LDD注入能量，获得较深的LDD结，减小横向电场强度，从而减弱热载流子注入问题。但上述方法并不能改善栅氧化层的TDDB特性，而且还可能导致短沟道效应(SCE，Short Channel Effect)等问题。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种NMOS晶体管形成方法，通过提高栅氧化层可靠性，降低NMOS晶体管中的热载流子注入效应，改善栅氧化层的TDDB特性。

为解决上述问题，本发明技术方案提供了一种NMOS晶体管形成方法，包括：

提供半导体衬底；

在所述半导体衬底表面形成氧化层，在所述氧化层表面形成多晶硅层；

对所述半导体衬底进行第一离子注入，所述注入的离子为氟离子和氮离子；

对所述多晶硅层和氧化层进行刻蚀，分别形成栅电极和栅氧化层，在所述栅氧化层和栅电极两侧的半导体衬底内形成轻掺杂源/漏区；

在所述栅氧化层和栅电极的侧壁表面形成侧墙，在所述侧墙两侧的半导体衬底内形成重掺杂源/漏区，形成NMOS晶体管。

可选的，所述第一离子注入为对所述多晶硅层进行氟离子、氮离子注入，使得所述氟离子、氮离子贯穿多晶硅层、氧化硅层，直到注入到所述半导体衬底内。

可选的，所述第一离子注入为在形成氧化层之前，直接对半导体衬底进行氟离子、氮离子注入。

可选的，所述第一离子注入包括两个步骤：直接对半导体衬底进行氟离子和氮离子注入；对多晶硅层进行氟离子和氮离子注入，使得所述氟离子、氮离子贯穿多晶硅层、氧化硅层，直到注入到所述半导体衬底内。

可选的，所述第一离子注入的氟离子和氮离子的反应源物质为NF₃。

可选的，所述NF₃离子注入的剂量范围为1E13atom/cm²～1E17atom/cm²，离子注入的能量范围为1KeV～100KeV。

可选的，还包括。在对所述半导体衬底进行第一离子注入之后，对所述半导体衬底进行第一退火处理。

可选的，所述第一退火处理的温度范围为600℃～1000℃。

可选的，还包括，在形成所述轻掺杂源/漏区之后，对所述栅电极两侧的半导体衬底内进行第二离子注入，所述注入的离子为氟离子和氮离子。

可选的，所述第二离子注入的氟离子和氮离子的反应源物质为NF₃。

可选的，所述NF₃离子注入的剂量范围为1E13atom/cm²～1E17atom/cm²，离子注入的能量范围为1KeV～100KeV。

可选的，还包括，在对所述半导体衬底进行第二离子注入之后，对所述半导体衬底进行第二退火处理。

可选的，所述第二退火处理的温度范围为600℃～1000℃。

可选的，还包括，在形成所述重掺杂源/漏区后，对所述侧墙两侧的半导体衬底内进行第三离子注入，所述注入的离子为氟离子和氮离子。