[发明专利]基于SOI工艺的堆叠层栅极MOS场效应管及制备方法

说明书

本发明涉及一种基于SOI工艺的堆叠层栅极MOS场效应管及制备方法，主要解决常规器件可靠性差的问题。其自下而上包括：N型衬底层(1)、隐埋氧化层(2)、体区(3)、栅氧化层(8)、氮化硅阻抗层(9)和多晶硅层(10)；体区(3)两侧是浅槽隔离结构(4)；多晶硅层(10)两侧是Si₃N₄侧墙(11)；Si₃N₄侧墙(11)下方是轻掺杂源漏区(5)；轻掺杂源漏区(5)左侧与浅槽隔离结构(4)右侧之间是源极有源区(7)，轻掺杂源漏区(5)右侧与浅槽隔离结构(4)左侧之间是漏极有源区(6)。本发明由于引入了氮化硅阻抗层，有效地抑制器件中的NBTI效应，提高了器件可靠性，可用于制作半导体集成电路。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，特别涉及一种MOS场效应管，可用于制作半导体集成电路。

背景技术

随着半导体集成电路的集成度不断提高，MOS器件的特征尺寸越来越小，然而在器件尺寸缩小的同时，其工作电压不能同比例地降低，这使得栅氧化层的电场相对升高，从而导致一些器件可靠性问题的出现，如热载流子效应HCI、负偏置不稳定性效应NBTI变得更加严重。其中，NBTI效应是指在高温下对PMOS器件施加负偏置电压而引起的一系列电学参数的退化，包括阈值电压负向漂移、跨导减小以及漏电流减小等，从而导致PMOS器件更加容易失效，可靠性较低。

NBTI效应的产生主要是由于Si/SiO₂界面态的形成，其中氢气和水汽是引起NBTI效应发生的两种主要物质。随着栅氧化层的厚度减小，NBTI效应对PMOS器件可靠性的影响也越来越大，如何有效抑制NBTI效应成为半导体行业面临的严峻挑战。

在现有技术中，通常用以下两种方法来抑制PMOS器件中的NBTI效应，其中，第一种方法是通过在栅氧化层中掺氮和氮化处理来减少在PMOS中的硼扩散，从而改善PMOS器件可靠性，但需要控制氮的含量，因为高于额定浓度的氮会由于增大了介质层内的固定电荷密度而导致NBTI退化的增强。第二种方法是通过向栅氧化层中注入氟离子来抑制PMOS器件中的NBTI效应，但可能会因为过高的氟含量，使Si-F键成为栅介质层中的缺陷源而引起栅氧化层击穿，导致器件可靠性降低。

上述两种方法均需要精确控制掺入离子的浓度，增加了工艺难度和制造成本。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于SOI工艺的堆叠层栅极MOS场效应管及制备方法，以通过将多晶硅层与氮化钛阻挡层组合，形成的栅极结构来抑制MOS器件中的NBTI效应，提高MOS器件可靠性，并降低器件制造过程中的工艺难度和成本。

实现本发明目的的技术方案如下：

1、一种基于SOI工艺的堆叠层栅极MOS场效应管，自下而上包括N型衬底层(1)、隐埋氧化层(2)、体区(3)、栅氧化层(8)和多晶硅层(10)；该体区(3)两侧是浅槽隔离结构(4)；该多晶硅层(10)两侧是Si₃N₄侧墙(11)；该Si₃N₄侧墙(11)下方是轻掺杂源漏区(5)；该轻掺杂源漏区(5)左侧与浅槽隔离结构(4)右侧之间是源极有源区(7)，该轻掺杂源漏区(5)右侧与浅槽隔离结构(4)左侧之间是漏极有源区(6)，其特征在于：

所述栅氧化层(8)与所述多晶硅层(10)中间添加有一层厚度为2-5nm的氮化钛阻挡层(9)，以抑制MOS器件中的NBTI效应，提高MOS器件可靠性。

作为优选，所述N型衬底层(1)，掺杂有浓度为1×10¹⁵cm^-3的N型离子；所述体区(3)，掺杂有浓度为5×10¹⁷cm^-3的砷离子；所述多晶硅层(10)，掺杂有浓度为1×10¹⁹cm^-3-1×10²⁰cm^-3的硼离子；