改进SiO2层的偏置温度不稳定性制造技术

公开了改进SiO2层的偏置温度不稳定性。在第1方面中，本发明专利技术涉及改进SiO2层的偏置温度不稳定性的方法，所述方法包括：(a)将SiO2层暴露于原子氢。露于原子氢。露于原子氢。

【技术实现步骤摘要】
改进SiO2层的偏置温度不稳定性


[0001]本专利技术涉及包含SiO2层的半导体结构——尤其是金属氧化物半导体结构，更具体地，其涉及偏置温度不稳定性成为顾虑的此类结构。

技术介绍

[0002]金属氧化物半导体(MOS)结构——例如场效应晶体管(FET)和电容器——例如用于标准CMOS(互补金属氧化物半导体)技术中的那些，其电学特性表现出不令人满意的偏置温度不稳定性(BTI)。这可归因于在介质堆叠中存在电活性缺陷，这可捕获/解除捕获沟道载流子，并且影响装置静电学和沟道中的载流子运输，从而引起性能劣化。例如，已知空穴阱的存在在天然SiO2中引起了NBTI(负BTI)；天然SiO2在互补高k金属栅极(HKMG)技术中也用作界面层。在商业技术中，通过下式方式来最大程度地减小空穴密度：(1)在高温下形成层(例如，在900+℃下迅速热氧化)，或者(2)将SiO2层暴露于1000+℃时的源极/漏极掺杂活化退火，或者(3)在介质堆叠沉积后，在称为“可靠性退火”中应用迅速热退火(例如>800℃持续1
‑
2s)，即使是在替换金属栅极(RMG)工艺流程中。相较之下，Franco等人(2018)已经证明，省略可靠性退火导致RMG HKMG堆叠具有极差的NBTI可靠性(图1再现了结果)和PBTI(正BTI)可靠性[FRANCO,J.,等人，BTI reliability improvement strategies in low thermal budget gate stacks for 3D sequential integration(用于3D循序集成的低热预算栅极堆叠的BTI可靠性改进策略)，2018IEEE International Electron Devices Meeting(国际电子设备会议，IEDM).IEEE,2018.第34.2.1
‑
34.2.4.页]；由此证明栅极堆叠可靠性对制造温度的极端敏感性。
[0003]然而，先进技术中的热预算限制阻碍了使用高温制造步骤。例如，已经证明，在3D循序集成流程中堆叠多个半导体装置层是不断增加每芯片面积的CMOS功能性的具有前途的方法。然而，为了维持较低层的功能性，可用减小的热预算来形成较高层。因此，在这种情况下，需要不同的方法来改进BTI。
[0004]Franco等人(2018；参见同上)证明了通过在SiO2‑
HfO2界面处插入偶极形成层，以在HfO2和Si带边之间诱导更有利的对齐，从而使得电荷捕获更少，在低热预算时具有足够的nMOS(n
‑
型MOS)PBTI可靠性。这种方式对于pMOS(p
‑
型MOS)NBTI也有用，但是仅在SiO2界面层(IL)大幅减小(<0.7nm)的情况下有用。相较之下，对于～1
–
1.2nm的界面层(仍与现有技术相关)，低温SiO2中的过量空穴捕获代表了NBTI可靠性的限制因素。
[0005]在IEEE SISC 2019，Franco等人提出，在降低的温度(<600℃)下的后金属退火可减小HfO2中的电荷捕获密度；然而，相同的方式对SiO2空穴阱无效。
[0006]因此，本领域仍然需要更好的方法以使用减小的热预算改进SiO2层的BTI——尤其是NBTI。

技术实现思路

[0007]本专利技术的一个目的是提供一种改进SiO2层的偏置温度不稳定性的优良方法。本发
明的另一个目的是提供与所述方法有关的优良用途和产品。该目的通过使用本专利技术的方法、用途和SiO2层来实现。
[0008]本专利技术实施方式的一个优点在于可以改进SiO2层的偏置温度不稳定性，尤其是负偏置温度不稳定性。
[0009]本专利技术实施方式的一个优点在于有效钝化了电活性缺陷，例如羟基
‑
E
’
和/或氢桥缺陷。本专利技术实施方式的另一个优点在于，悬空键(Pb)——其在一些情况中可作为原子氢(H*)处理的副作用形成——可使用后续的分子氢(H2)处理(再)钝化；例如，在H*暴露后紧接着进行和/或在之后的工艺流程中(例如，在RMG流程结束时)进行。
[0010]本专利技术实施方式的一个优点在于减少了SiO2层中的电荷(例如，氧化物正电荷)。
[0011]本专利技术实施方式的一个优点在于它们与SiO2层的形成方式(例如，热氧化或化学氧化)无关。
[0012]本专利技术实施方式的一个优点在于，它们与形成SiO2层或之前处理SiO2层时的温度无关；例如，即使在高温(例如，～900℃)下形成的SiO2层或进行可靠性退火的SiO2层的偏置温度不稳定性本身上已经更为优异，但是它们仍可使用本专利技术的原子氢处理得到进一步改进。
[0013]本专利技术的实施方式的优点在于，可在相对较低的温度下(例如，相比于可靠性退火)进行原子氢处理。尽管上文提到了一些优点，本专利技术实施方式的另一个优点是它们对必须最大程度减少热预算的情况特别有益，因为在这种情况下还未形成改进SiO2层的偏置温度不稳定性的其他有效解决方案。
[0014]不囿于理论，本专利技术人发现，导致SiO2中的偏置温度不稳定性——尤其是NBTI——的电活性缺陷主要可追溯到羟基
‑
E
’
缺陷。另外，如在下文将详细论述的，令人惊奇的是，发现了将SiO2暴露于原子氢可用于使这些缺陷有效地电失活，从而显著改进SiO2层的BTI。该处理可在相对较低的温度(例如，在100℃至300℃之间)下进行，并且对在低温下形成的SiO2层具有特别强的影响；由此得到针对需遵照低热预算的情况的有潜力的方式。尽管上文提到的这些，仍发现，原子氢处理对在高温(例如，～900℃)下形成的SiO2层也有效；因此，其优点不限于低温情况。
[0015]在第1方面中，本专利技术涉及一种改进SiO2层的偏置温度不稳定性的方法，所述方法包括：(a)将SiO2层暴露于原子氢。
[0016]在第2方面中，本专利技术涉及一种形成用于金属氧化物半导体的SiO2层的方法，所述方法包括：(a)沉积SiO2层，和(b)使用根据第1方面的任何实施方式所述的方法改进SiO2层的偏置温度不稳定性。
[0017]在第3方面中，本专利技术涉及原子氢用于改进SiO2层的偏置温度不稳定性的用途。
[0018]在第4方面中，本专利技术涉及可通过根据第1方面的任何实施方式所述的方法获得的SiO2层。
[0019]在所附的独立和从属权利要求中陈述了本专利技术的特定和优选方面。来自从属权利要求的特征可以适当地与独立权利要求的特征以及其他从属权利要求的特征相结合，而不仅是权利要求中明确提出的。
[0020]虽然本领域中一直存在对装置的改进、改变和发展，但本专利技术的概念被认为代表了充分新和新颖的改进，包括改变现有实践，导致提供了该性质的更有效、更稳定和更可靠
的装置。
[0021]本专利技术的上述和其它特性、特征和优点会在下文具体实施方式中结合附图变得显而易见本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于改进SiO2层的偏置温度不稳定性的方法，所述方法包括：a.将SiO2层暴露于原子氢。2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤a在60℃至750℃，优选75℃至600℃，更优选85℃至450℃，更优选100℃至300℃的温度下进行。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤a进行1s至120min，优选2s至60min，更优选5s至30min，更优选7s至15min，最优选10s至10min的持续时间。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤a包括：将SiO2层暴露于来自远程等离子体的原子氢。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其还包括在步骤a之前的步骤a'：a'.使SiO2层在低于或等于750℃的温度下生长，优选在低于或等于700℃，更优选在低于或等于650℃，更优选在低于或等于600℃的温度下生长。6.根据前述权利要求中任一项所述这的方法，其中，SiO2层未被暴露于超过900℃的温度，优选不超过800℃，更优选不超过700℃，更优选不超过600℃，最优选不超过300℃。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：IMEC非营利协会，
类型：发明
国别省市：