專(zhuān)利名稱(chēng)：氮氧化硅柵極電介質(zhì)的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制程，更具體地說(shuō)，涉及氮氧化硅柵極電介質(zhì)的制造。
背景技術(shù)：
為了改善器件的性能，以及隨著器件尺寸的越來(lái)越小，柵氧化層(gateoxide)的尺寸被主動(dòng)地越改越小。但是小的柵氧化層會(huì)導(dǎo)致柵極電流通過(guò)柵氧化層泄漏，從而顯著地增加設(shè)備待機(jī)時(shí)的電源消耗。在90nm等級(jí)的器件中，具有高氮濃度的氮氧化硅被廣泛地使用，因?yàn)楦叩獫舛鹊牡趸杈哂懈叩碾娊橘|(zhì)穩(wěn)定性、是一個(gè)有效的擴(kuò)散阻障層、同時(shí)其制程也容易與傳統(tǒng)的CMOS流程相結(jié)合。
在現(xiàn)有的技術(shù)中，最常用的等離子氮化物技術(shù)是Applied Material公司提供的去耦等離子氮化物(DPN )制程。該DPN制程能夠?qū)⒖煽亓康牡?原子或者離子)結(jié)合到二氧化硅Si02的表面。以等離子方式摻雜的氮通常會(huì)分布在Si02表面或者或填充在表面附近。但是，當(dāng)氧化層不斷的變薄、或者電壓增加時(shí)，在電磁場(chǎng)的作用下一些氮(原子或者離子)會(huì)聚集到Si與Si02的分界面上，或者穿透層，從而導(dǎo)致分界面消耗或者等離子體的破壞。如果分界面受到損壞，器件的性能將大大地降低。
當(dāng)上述的DPN制程被應(yīng)用于65nm、 45nm或者更小尺寸的工藝時(shí)，上述的缺陷顯得尤其地明顯，因?yàn)?5nm、 45nm或者更小尺寸的器件的柵氧化層尺寸更小，從而更加突出了上述的問(wèn)題。
由于氮(原子或者離子)的穿透而造成的器件性能下降的一種主要表現(xiàn)是氮氧化物電介質(zhì)對(duì)于二氧化硅和硅基材之間的Si/Si02分界面的穿透。
在制造器件時(shí)，通常都需要在位于由多晶硅柵極構(gòu)成的柵極和硅基材之間的二氧化硅層中形成氮氧化物結(jié)構(gòu)。目前常用的形成氮氧化物結(jié)構(gòu)的方法包括以下的幾種
3氮化氧化制程(NO)、氧化退火制程(N20)、快速熱處理氮化氧化制程(RTNO)、或者快速熱處理氧化退火制程(RTN20)，這些制程的共同特點(diǎn)是會(huì)在Si02層中接近Si02和Si基材的界面的位置形成氮氧化層，該氮氧化層具有低的N離子濃度。其制程結(jié)果參考圖1A所示。該種方案的缺點(diǎn)是N離子濃度太低，使得獲得的器件的界面性能較差。
首先進(jìn)行等離子氮化物制程，接著進(jìn)行后氮化物退火制程，該種制程能夠在Si02層中接近Si02和柵極硅的界面形成氮氧化物結(jié)構(gòu)，該氮氧化層結(jié)構(gòu)具有高的N離子濃度。理論上說(shuō)，首先進(jìn)行等離子氮化物制程，接著進(jìn)行后氮化物退火制程能得到理想的氮氧化硅柵極電介質(zhì)，參考圖1B所示的情況。即該氮氧化層結(jié)構(gòu)具有足夠高的N離子濃度，并且不穿透Si02和Si基材的界面。但是，在實(shí)際的情況中，上述的理想情況很難以達(dá)到。達(dá)到上述的理想狀況的制程條件是較低的等離子功率以及較厚的柵氧化層。在實(shí)際的情況中，處于工作效率的考慮，使用過(guò)低的等離子功率是不可行的。同時(shí)，隨著器件的尺寸越來(lái)越小，柵氧化層的厚度也變得越來(lái)越薄，在小尺寸的器件中提供厚的柵氧化層是不可能的。于是，在實(shí)際情況中，經(jīng)常出現(xiàn)的是如圖1C所示的情況。氮氧化層中的N離子或者N原子穿透了 Si02和Si基材的界面。如果Si02和Si基材的界面被穿透，那么器件的界面性能會(huì)由于界面被破壞而顯著地下降，甚至比圖1A所示的情況更差。
于是，在現(xiàn)有的技術(shù)中，無(wú)法提供一種合適的氮氧化硅柵極電介質(zhì)的制造工藝，既能獲得較高的N離子濃度，有不會(huì)穿透Si02和Si基材的界面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種能夠同時(shí)提供高N離子濃度的氮氧化物結(jié)構(gòu)，又能防止氮氧化物結(jié)構(gòu)穿透Si02和Si基材的界面的制程。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種氮氧化硅柵極電介質(zhì)的形成方法，在位于由多晶硅柵極構(gòu)成的柵極和硅基材之間的二氧化硅層中形成氮氧化物結(jié)構(gòu)，該方法包括在所述二氧化硅層中接近二氧化硅和硅基材的界面的
4位置形成基氮氧化層，該基氮氧化層具有低的N離子濃度；形成主氮氧化 物結(jié)構(gòu)，該主氮氧化物結(jié)構(gòu)具有高的N離子濃度；其中，該基氮氧化層防 止該主氮氧化物結(jié)構(gòu)中的N離子或者N原子穿透該二氧化硅和硅基材的界面。
該基氮氧化層通過(guò)下述制程的其中之一而制作氮化氧化制程、氧化 退火制程、快速熱處理氮化氧化制程、或者快速熱處理氧化退火制程。
該主氮氧化物結(jié)構(gòu)通過(guò)下述制程而制作首先進(jìn)行等離子氮化物制程， 接著進(jìn)行后氮化物退火制程。
該方法應(yīng)用于45nm或者更小的器件制造制程中。其中，該45nm或 者更小的器件的柵氧化層的厚度不大于10A。
采用本發(fā)明的技術(shù)方案，首先會(huì)在接近二氧化硅和硅基材的界面的位 置形成基氮氧化層，該基氮氧化層能有效阻止N離子或者原子對(duì)于Si02 和Si基材的界面的穿透，從而在提供高N離子濃度的同時(shí)確保Si02和 Si基材的界面不被穿透破壞。


本發(fā)明的上述的以及其他的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢(shì)將通過(guò)下面結(jié)合附圖和實(shí)施 例的描述而變得更加明顯，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的特征， 其中，
圖1A-1C示出了現(xiàn)有技術(shù)中各種制程制作氮氧化硅結(jié)構(gòu)的效果； 圖2示出了本發(fā)明的氮氧化硅柵極電介質(zhì)的形成方法的一實(shí)施例的流 程圖。
圖3A-3B示出了根據(jù)本發(fā)明的氮氧化硅柵極電介質(zhì)的形成方法制作氮 氧化硅結(jié)構(gòu)的效果。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的氮氧化硅柵極電介質(zhì)的形成方法100用于在位于由多晶硅柵 極構(gòu)成的柵極和硅基材之間的二氧化硅層中形成氮氧化物結(jié)構(gòu)，參考圖2 所示，該方法的一個(gè)實(shí)施例包括102.在二氧化硅層中接近二氧化硅和硅基材的界面的位置形成基氮 氧化層，該基氮氧化層具有低的N離子濃度。該基氮氧化層通過(guò)下述制程 的其中之一而制作氮化氧化制程(NO)、氧化退火制程(N20)、快速 熱處理氮化氧化制程(RTNO )、或者快速熱處理氧化退火制程(RTN20 )。 圖3A揭示了該步驟地實(shí)施效果，其與圖1A的效果接近。
104.形成主氮氧化物結(jié)構(gòu)，該主氮氧化物結(jié)構(gòu)具有高的N離子濃度。 該主氮氧化物結(jié)構(gòu)通過(guò)下述制程而制作首先進(jìn)行等離子氮化物制程，接 著進(jìn)行后氮化物退火制程。圖3B揭示了該步驟地實(shí)施效果，其與圖1B或 者圖1C的效果接近。但是需要注意的一點(diǎn)是，之前形成的基氮氧化層有 效防止該主氮氧化物結(jié)構(gòu)中的N離子或者N原子穿透該Si02和Si基材的 界面。于是，在本發(fā)明的方案中，由于基氮氧化層的存在，可以使用較高 的等離子能量，也可以用于較小的柵氧化層的厚度。比如該方法可應(yīng)用于 45nm或者更小的器件制造制程中，在這些器件中，柵氧化層的厚度不大 于10A。
采用本發(fā)明的技術(shù)方案，首先會(huì)在接近二氧化硅和硅基材的界面的位 置形成基氮氧化層，該基氮氧化層能有效阻止N離子或者原子對(duì)于Si02 和Si基材的界面的穿透，從而在提供高N離子濃度的同時(shí)確保Si02和 Si基材的界面不被穿透破壞。
上述實(shí)施例是提供給熟悉本領(lǐng)域內(nèi)的人員來(lái)實(shí)現(xiàn)或使用本發(fā)明的，熟 悉本領(lǐng)域的人員可在不脫離本發(fā)明的發(fā)明思想的情況下，對(duì)上述實(shí)施例做 出種種修改或變化，因而本發(fā)明的保護(hù)范圍并不被上述實(shí)施例所限，而應(yīng) 該是符合權(quán)利要求書(shū)提到的創(chuàng)新性特征的最大范圍。
權(quán)利要求
1. 一種氮氧化硅柵極電介質(zhì)的形成方法，在位于由多晶硅柵極構(gòu)成的柵極和硅基材之間的二氧化硅層中形成氮氧化物結(jié)構(gòu)，該方法包括在所述二氧化硅層中接近二氧化硅和硅基材的界面的位置形成基氮氧化層，該基氮氧化層具有低的N離子濃度；形成主氮氧化物結(jié)構(gòu)，該主氮氧化物結(jié)構(gòu)具有高的N離子濃度；其中，該基氮氧化層防止該主氮氧化物結(jié)構(gòu)中的N離子或者N原子穿透該二氧化硅和硅基材的界面。
2. 如權(quán)利要求1所述的氮氧化硅柵極電介質(zhì)的形成方法，其特征在于， 該基氮氧化層通過(guò)下述制程的其中之一 而制作氮化氧化制程； 氧化退火制程；快速熱處理氮化氧化制程；或者 快速熱處理氧化退火制程。
3. 如權(quán)利要求1所述的氮氧化硅柵極電介質(zhì)的形成方法，其特征在于， 該主氮氧化物結(jié)構(gòu)通過(guò)下述制程而制作首先進(jìn)行等離子氮化物制程； 接著進(jìn)行后氮化物退火制程。
4. 如權(quán)利要求1所述的氮氧化硅柵極電介質(zhì)的形成方法，其特征在于， 該方法應(yīng)用于45nm或者更小的器件制造制程中。
5. 如權(quán)利要求1所述的氮氧化硅柵極電介質(zhì)的形成方法，其特征在于， 該45nm或者更小的器件的柵氧化層的厚度不大于10A。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種氮氧化硅柵極電介質(zhì)的形成方法，在位于由多晶硅柵極構(gòu)成的柵極和硅基材之間的二氧化硅層中形成氮氧化物結(jié)構(gòu)，該方法包括在二氧化硅層中接近二氧化硅和硅基材的界面的位置形成基氮氧化層，該基氮氧化層具有低的N離子濃度；形成主氮氧化物結(jié)構(gòu)，該主氮氧化物結(jié)構(gòu)具有高的N離子濃度；其中，該基氮氧化層防止該主氮氧化物結(jié)構(gòu)中的N離子或者N原子穿透該二氧化硅和硅基材的界面。該方法能在提供高N離子濃度的同時(shí)確保SiO₂和Si基材的界面不被穿透破壞。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101488454SQ200810032608
公開(kāi)日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2008年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月14日
發(fā)明者何永根, 郭佳衢 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司