[发明专利]一种提高栅氧可靠性和抗辐射特性的HTO/SiO2

说明书

本发明一种提高栅氧可靠性和抗辐射特性的HTO/SiO₂复合栅CMOS器件及工艺，所述工艺先分别按照铝栅工艺和硅栅工艺在在硅衬底上完成阈值注入，然后按改进的工艺依次生长SiO₂栅氧层、形成SiO₂氮氧硅层、淀积HTO栅氧层并形成SiO₂氮氧硅层，最后完成之后相应的工艺流程；缺陷线在HTO层和SiO₂层中随机分布，通过错位排列无法扩展到整个复合栅氧层，避免从HTO层上表面到SiO₂层下表面形成的漏电通路问题，提高了栅氧的可靠性，在SiO₂和HTO生长后增加了含氮气氛的退火工艺，减少了氧化层中的缺陷和陷阱，进一步提高栅氧的可靠性，并能减少辐射后器件的阈值漂移量从而提高抗总剂量辐射能力。

技术领域

本发明涉及硅微电子技术领域，特别是涉及超大规模集成电路加工技术领域，具体为一种提高栅氧可靠性和抗辐射特性的HTO/SiO₂复合栅CMOS 器件及工艺。

背景技术

在大规模集成电路中，栅氧的可靠性是电路可靠稳定工作的保证。栅氧的退化可以引起输出特性曲线的变化，栅氧的击穿可以引起栅极和衬底短接，从而引起电路直接失效。随着CMOS器件特征尺寸的缩小和栅氧层厚度的减薄，栅氧损伤成为CMOS集成电路在实际应用中的主要失效模式之一。CMOS集成电路的失效可以用渗渝模型(英文名称为Percolation Model) 来描述。在电场作用(即电应力)下，首先是氧化层中出现缺陷点，随着电应力的累积，缺陷点逐步发展成为缺陷线，缺陷线不断生长和合并，最终形成从栅氧上表面到下表面的漏电通路，导致栅氧漏电不可恢复地突然增大，如图1所示，缺陷线13从栅氧上表面延伸到下表面，形成了漏电通道。

另外，在总剂量辐射环境下，SiO₂层中会产生电子空穴对，电子很快被复合或漂移出SiO₂层，空穴则被SiO₂/Si界面俘获，在SiO₂/Si界面出现正空间电荷(即氧化物陷阱电荷)，同时会在SiO₂/Si界面引入界面态，最终会引发CMOS器件阈值电压V_th的漂移、迁移率降低和漏电流增大等电学特性的变化，导致器件退化或者失效，文献“Radiation effectsand hardening of MOS technology:devices and circuits”(IEEE Transactions onNuclear Science,2003年第50期第500页)指出，总剂量辐射效应引起的阈值漂移量△V_th和氧化层厚度t_oxⁿ成正比关系，n的值约为1.5～2。因此，抗总剂量辐射的加固需要对栅氧进行加固。

文献“Radiation effects in MOS oxides”(IEEE Transactions on NuclearScience,2008年第55期第1833页)在总结栅氧质量和抗辐射能力的提升时，提到可以采用氮氧栅工艺，具体通过表面氮化提高栅氧的防硼穿透(英文名称为Boron Penetration)、防热载流子(英文名称为Hot-Carrier)能力和抗总剂量能力，但是这种方法没有解决缺陷线生长形成漏电通路的问题。