[发明专利]提高PMOS栅氧负偏压温度不稳定性的方法

说明书

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（gate oxide）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（native oxide），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（Negative Bias Temperature Instability，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。