[发明专利]改善NMOSFET热载流子效应的方法及NMOSFET器件

说明书

本发明涉及改善NMOSFET热载流子效应的方法构，涉及半导体集成电路技术，通过在源区侧的轻掺杂漏区与漏区侧的轻掺杂漏区之间设置晕环注入区，即形成中间型晕环注入区，使得晕环注入区与轻掺杂漏区之间增加一段相较于晕环注入区掺杂浓度更低的衬底Pwell掺杂区域，轻掺杂漏区与PW形成缓变结，耗尽区从轻掺杂漏区与PW的交界面向PW延伸至中间型晕环注入区内部，从而使得电场可以再向沟道方向延伸，进一步降低峰值电场，由于改良的中间型晕环注入区结构具有更加缓变的缓变结，可以使得电场向沟道方向延伸，进一步降低峰值电场，改变电场分布，最终达到进一步有效改善HCI效应的目的，且在改善HCI效应的同时，中间型晕环注入区LDD结构可以有效防止短沟道效应。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路技术，尤其涉及一种改善NMOSFET热载流子效应的方法。

背景技术

集成电路的器件尺寸随着工艺的发展不断微缩，带来性能提升与功耗降低的同时，由于微缩而带来的可靠性问题变得日益严峻。其中，器件的沟道横向电场强度随着器件尺寸的不断缩小而增加，特别是漏极附近的电场最强。当器件的特征尺寸缩小到亚微米级别时，漏极附近会出现热载流子效应(Hot Carrier Inject,HCI)。

为了改善热载流子注入效应，研发人员开发出降低器件漏极附近峰值电场的轻掺杂(Light Doped Drain,LDD)工艺技术。请参阅图1，图1为现有技术的NMOSFET器件结构示意图。如图1所示NMOSFET器件包括栅极结构110、源区103、漏区104、轻掺杂漏区105和106和侧墙113，所述栅极结构110形成在半导体衬底101表面上。在所述半导体衬底101上还形成有场氧102，所述场氧102隔离出有源区。通常，在所述半导体衬底101上形成有P型阱，所述NMOSFET的形成区域位于所述P型阱的形成区域中，所述栅极结构110形成在所述P型阱的表面上。所述栅极结构110包括依次叠加的栅介质层111和栅极导电材料层112。通常，所述栅介质层111为二氧化硅或高介电常数材料；所述栅极导电材料层112为多晶硅栅或者金属栅。所述轻掺杂漏区105和106自对准形成于所述栅极结构110两侧的所述半导体衬底101中。所述侧墙113自对准形成于所述栅极结构110的两个侧面上。N+掺杂的源区103和漏区104形成于所述栅极结构110两侧的所述半导体衬底101中且所述源区103和所述漏区104和对应的所述侧墙113的侧面自对准。

具有轻掺杂漏区105和106结构的MOS晶体管，当器件工作在饱和区时，轻掺杂漏区105和106与PW形成耗尽区，耗尽区从轻掺杂漏区105和106与PW的交接向沟道方向延伸的同时也会向轻掺杂漏区105和106内部延伸，并到达重掺杂的源区103和漏区104有源区，在重掺杂的源区103和漏区104有源区内部只会形成很小的耗尽区。轻掺杂漏区106作为漏区104与衬底中间的缓变区域，使得电场向漏区104延伸，削弱了峰值电场，使电场强度重新分布。改善了HCI效应。但是随着工艺的微缩，传统LDD结构对于HCI效应的改善变得非常有限。

同时，为了抑制短沟道效应，在轻掺杂漏区105和106结构中使用晕环(Halo,或者称为口袋Pocket)离子注入来提高衬底与源漏交界面的掺杂浓度，从而降低源漏耗尽区的宽度，达到抑制段沟道器件的DIBL效应，如图1中的晕环注入区107和108，晕环注入区107和108与PW同类型掺杂且掺杂浓度更高，在晕环注入时，离子注入的方向与晶圆存在一定的角度。晕环离子注入的深度比LDD离子注入深，从而有效降低源区103和漏区104的耗尽区横向扩展，防止源漏穿通现象。请参阅图2，图2为现有技术的NMOSFET器件结构与器件沟道横向电场强度示意图，如图2所示，使得电场向漏区104延伸，削弱了峰值电场，使电场强度重新分布，改善了HCI效应，但对于HCI效应的改善有限。传统轻掺杂漏区105和106结构与晕环注入区107和108直接接触，晕环注入区107和108侧的耗尽区宽度较窄，限制了电场向沟道方向的延伸。

因此需要新的结构进一步降低漏端峰值电场，进一步改善HCI效应。

发明内容