栅极结构的形成方法以及栅极结构技术

本发明专利技术提供一种栅极结构的形成方法以及栅极结构，形成方法包括：提供衬底；形成第一氧化层；形成氮化物层；形成第一栅极，使位于第一区域的第一氧化层以及氮化物层形成输入/输出MOS器件的栅极介质层；在第二区域的衬底上形成第二栅极。栅极结构包括：衬底、位于第一区域的衬底上的第一氧化层、位于第一氧化层的表面的氮化物层，氮化物层为对第一氧化层进行氮化处理而形成的、位于第一区域氮化物层上的第一栅极以及位于第二区域衬底上的第二栅极。本发明专利技术的有益效果在于：在输入/输出MOS器件的栅极介质层的物理厚度不变的情况下，减少栅极介质层的漏电几率，并增加栅极介质层的电学稳定性，并减小了等效氧化层厚度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，具体涉及一种栅极结构的形成方法以及栅极结构。
技术介绍
现今的市场对集成电路的集成密度要求越来越高，半导体器件尺寸需要变得越来越小，相应的，作为半导体器件一部分的栅极介质层的等效氧化层厚度(EffectiveOxideThickness,EOT)也需等比例地减薄。但是，栅极介质层在厚度减小到一定程度后，栅极介质层的漏电几率会明显增大，栅极介质层的电学可靠性也会降低。以互补金属氧化物半导体器件(MOS)为例，当MOS器件中的栅极介质层在减薄到一定程度后，栅极结构的电学可靠性会下降，进而会影响MOS器件的可靠性。因此，如何在形成性能可靠的栅极结构，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种栅极结构的形成方法以及栅极结构，以提高形成的栅极结构的可靠性，进而提高MOS器件的工作性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种栅极结构的形成方法，包括：提供衬底，所述衬底包括用于形成输入/输出MOS器件的第一区域和用于形成核心MOS器件的第二区域；在第一区域以及第二区域的衬底上分别形成第一氧化层；对所述第一氧化层的表面进行氮化处理以形成氮化物层；在第一区域的氮化物层上形成第一栅极，使位于第一区域的第一氧化层以及氮化物层形成输入/输出MOS器件的栅极介质层；在第二区域的衬底上形成第二栅极。可选的，所述衬底为硅衬底，所述第一氧化层为二氧化硅。可选的，形成所述第一氧化层的步骤包括：采用湿法热氧化或者干法热氧化的方式形成所述第一氧化层。可选的，进行氮化处理的步骤包括：采用氮离子轰击所述第一氧化层的表面，以在所述第一氧化层表面形成氮化物层。可选的，采用射频等离子体设备或者微波等离子设备形成氮离子，以轰击第一氧化层的表面形成所述氮化物层。可选的，采用射频等离子体设备形成氮离子以轰击第一氧化层表面的步骤包括：使射频等离子体设备的功率在1000～2500瓦的范围内，占空比在10％～40％的范围内；氮气的流量在5～30标准升每分钟的范围内，氧气的流量在0.05～10标准升每分钟的范围内，氮离子轰击第一氧化层表面的时间在5～150秒的范围内，环境压强在5～500毫托的范围内。可选的，在采用射频等离子体设备形成氮离子以轰击第一氧化层表面以形成所述氮化物层的步骤还包括：在形成所述氮化物层之后，对第一氧化层以及所述氮化物层进行氮化后热处理。可选的，氮化后热处理的步骤包括：使氮化后热处理的温度在1000～110摄氏度的范围内，处理时间在2～90秒的范围内，环境压强在1～20托的范围内。可选的，采用微波等离子设备形成氮离子以轰击第一氧化层表面的步骤包括：使微波等离子设备的功率在1000～5000瓦的范围内，氮气的流量在50～500标准毫升/分钟，氩气的流量在100～2000标准毫升/分钟，氮离子轰击第一氧化层表面的时间在5～50秒的范围内，环境压强在0.05～1托的范围内，环境温度在300～500托的范围内。可选的，在形成氮化物层的步骤之后，形成第一栅极的步骤之前，所述形成方法还包括：去除位于第二区域的第一氧化层以及氮化物层；在所述第二区域的衬底上形成第二氧化层，用作所述核心MOS器件的栅极介质层。可选的，形成氮化物层的步骤之后，去除位于第二区域的第一氧化层以及氮化物层的步骤之前，所述形成方法还包括：在位于第一区域的第一氧化层上形成保护层。可选的，所述保护层的材料为二氧化硅。可选的，形成保护层的步骤包括：采用化学气相沉积的方式形成所述保护层，并且所述化学气相沉积中以六氯乙硅烷或者双叔丁基氨基硅烷作为氧化硅材料保护层的硅源，以水蒸汽、氧气或者臭氧作为氧化硅材料保护层的氧源。可选的，在去除位于第二区域的第一氧化层以及氮化物层以形成输入/输出MOS器件的栅极介质层步骤之后，所述形成方法还包括：去除所述保护层。可选的，形成氮化物层的步骤还包括：使位于第二区域的第一氧化层以及氮化物层形成核心MOS器件的栅极介质层。可选的，所述第一栅极和第二栅极为伪栅，所述形成方法还包括：去除伪栅；在第一栅极原位置处形成第一金属栅，在所述第二栅极原位置处形成第二金属栅。此外，本专利技术还提供一种栅极结构，所述栅极结构形成于一衬底上，包括：衬底，所述衬底包括用于形成输入/输出MOS器件的第一区域和用于形成核心MOS器件的第二区域；位于第一区域的衬底上的第一氧化层；位于所述第一氧化层的表面的氮化物层，所述氮化物层为对所述第一氧化层进行氮化处理而形成的；位于第一区域氮化物层上的第一栅极；位于第二区域衬底上的第二栅极。可选的，所述第一氧化层的材料为二氧化硅，所述氮化物层的材料为氮氧化硅。可选的，所述氮化物层的厚度不大于10埃。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术通过在第一氧化层的表面形成氮化物层来进而提高形成的输入/输出MOS器件的栅极介质层的介电常数，因为氮化物的介电常数高于氧化物的介电常数，这样可以在输入/输出MOS器件的栅极介质层的物理厚度不变的情况下，减少栅极介质层的漏电几率，并增加栅极介质层的电学稳定性，也就是说，提升了栅极结构的可靠性；同时，根据等效氧化层公式，增加栅极介质层的介电常数可以减小等效氧化层厚度，这样也有利于减小MOS器件尺寸。进一步，在去除部分第一氧化层之前，在位于第一区域的第一氧化层上形成保护层，这样有利于在去除部分第一氧化层以形成输入/输出MOS器件的栅极介质层的过程中，保护剩余的第一氧化层表面的氮化物层不受影响。附图说明图1至图8是本专利技术栅极结构的形成方法一实施例中各个步骤的结构示意图。具体实施方式以包含输入/输出MOS器件与核心MOS器件的半导体器件为例，输入/输出MOS器件所需要使用的电压值一般比较高，也就是说，输入/输出MOS器件的栅极介质层厚度需要做的更大，但是这样不利于减小输入/输出MOS器件的EOT尺寸，因为减小EOT尺寸通常的方式是减小栅极介质层的物理厚度，但是这样做会导致栅极介质层漏电、电学可靠性降低，进而导致输入/输出MOS器件的电学性能降低。因此，本专利技术提供一种栅极结构的形成方法，包括以下步骤：提供衬底，所述衬底包括用于形成输入/输出MOS器件的第一区域和用于形成核心MOS器件的第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种栅极结构的形成方法，其特征在于，包括：提供衬底，所述衬底包括用于形成输入/输出MOS器件的第一区域和用于形成核心MOS器件的第二区域；在第一区域以及第二区域的衬底上分别形成第一氧化层；对所述第一氧化层的表面进行氮化处理以形成氮化物层；在第一区域的氮化物层上形成第一栅极，使位于第一区域的第一氧化层以及氮化物层形成输入/输出MOS器件的栅极介质层；在第二区域的衬底上形成第二栅极。

【技术特征摘要】
1.一种栅极结构的形成方法，其特征在于，包括：
提供衬底，所述衬底包括用于形成输入/输出MOS器件的第一区域和用于
形成核心MOS器件的第二区域；
在第一区域以及第二区域的衬底上分别形成第一氧化层；
对所述第一氧化层的表面进行氮化处理以形成氮化物层；
在第一区域的氮化物层上形成第一栅极，使位于第一区域的第一氧化层以
及氮化物层形成输入/输出MOS器件的栅极介质层；
在第二区域的衬底上形成第二栅极。
2.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，
所述衬底为硅衬底，所述第一氧化层为二氧化硅。
3.如权利要求1或2所述的形成方法，其特征在于，形成所述第一氧化层的
步骤包括：采用湿法热氧化或者干法热氧化的方式形成所述第一氧化层。
4.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，进行氮化处理的步骤包括：
采用氮离子轰击所述第一氧化层的表面，以在所述第一氧化层表面形成氮
化物层。
5.如权利要求4所述的形成方法，其特征在于，采用射频等离子体设备或者
微波等离子设备形成氮离子，以轰击第一氧化层的表面形成所述氮化物层。
6.如权利要求5所述的形成方法，其特征在于，采用射频等离子体设备形成
氮离子以轰击第一氧化层表面的步骤包括：使射频等离子体设备的功率在
1000～2500瓦的范围内，占空比在10％～40％的范围内；氮气的流量在5～
30标准升每分钟的范围内，氧气的流量在0.05～10标准升每分钟的范围
内，氮离子轰击第一氧化层表面的时间在5～150秒的范围内，环境压强在
5～500毫托的范围内。
7.如权利要求6所述的形成方法，其特征在于，在采用射频等离子体设备形
成氮离子以轰击第一氧化层表面以形成所述氮化物层的步骤还包括：
在形成所述氮化物层之后，对第一氧化层以及所述氮化物层进行氮化后热

\t处理。
8.如权利要求7所述的形成方法，其特征在于，氮化后热处理的步骤包括：
使氮化后热处理的温度在1000～110摄氏度的范围内，处理时间在2～90
秒的范围内，环境压强在1～20托的范围内。
9.如权利要求5所述的形成方法，其特征在于，采用微波等离子设备形成氮
离子以轰击第一氧化层表面的步骤包括：使微波等离子设备的功率在
1000～5000瓦的范围内，氮气的流量在50～500标准毫升/分钟，氩气的流
量在100～2000标准毫升/分钟，氮离子轰击第一氧化层表面的时间在5...

【专利技术属性】
技术研发人员：何有丰，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31