NMOS晶体管的形成方法技术

一种NMOS晶体管的形成方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上依次形成栅介质层和栅电极；在所述栅介质层两侧的半导体衬底中分别形成源区和漏区；在形成所述栅介质层和栅电极之后，对所述栅介质层下方的半导体衬底进行氟离子注入；在所述氟离子注入之后还包括：对所述半导体衬底进行退火，退火气氛包括氢气或氢气的等离子体。本发明专利技术有利于抑制NMOS晶体管的热载流子注入问题，延长器件的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体技术，尤其涉及一种NMOS晶体管的形成方法。
技术介绍
随着半导体器件集成度的不断提高，其特征尺寸逐渐减小，MOS晶体管的栅极的长度减小，源/漏区以及源/漏延伸区(Source/Drain Extension)相应地变浅，当前工艺水平要求半导体器件的源/漏区的深度小于1000埃，甚至深度在200埃或者更小的数量级。为了形成深度较小的源/漏区,热预算(thermal budget)也要相应地减小,往往使用更低的热处理温度和更短的热处理时间，这导致了 NMOS晶体管的热载流子注入(HCI，Hot Carrier Injection)问题。热载流子注入是指沟道中受电场作用而高速移动的载流子(在NMOS晶体管中沟道区的多数载流子为电子)进入栅介质层中，导致器件的阈值电压等参数发生漂移，随着器件的使用，由热载流子注入问题导致进入栅介质层中的电子越来越多，器件参数漂移问题也越来越严重，因此，热载流子注入问题会严重缩短器件的使用寿命。当前，业界为改善NMOS晶体管的HCI问题，通常采用LDD (Lightly DopedDrain，轻掺杂漏注入)离子注入进行优化，利用减小LDD离子注入的剂量和增大LDD注入能量，获得较深的LDD结，减小横向电场强度，从而减弱热载流子注入问题。但上述方法的效果有限，而且还可能导致短沟道效应(SCE, Short Channel Effect)等问题。关于解决热载流子注入问题的更多方法，请参考专利号为7，795，101，以及专利号为7，875，521的美国专利文献。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是热载流子注入导致NMOS晶体管的器件使用寿命缩短的问题。为解决上述问题，本专利技术提供了一种NMOS晶体管的形成方法，包括提供半导体衬底；在所述半导体衬底上依次形成栅介质层和栅电极；在所述栅介质层两侧的半导体衬底中分别形成源区和漏区；在形成所述栅介质层和栅电极之后还包括对所述栅介质层下方的半导体衬底进行氟离子注入；在所述氟离子注入之后，对所述半导体衬底进行退火，退火气氛包括氢气或氢气的等离子体。可选地，所述氟离子注入的能量为2KeV至20KeV。可选地，所述氟离子注入的剂量为lE14atom/cm2 (原子/平方厘米)至3E15atom/2cm o可选地，所述氟离子注入在形成所述源区和漏区之前或之后进行。、可选地，所述在所述栅介质层两侧的半导体衬底中分别形成源区和漏区包括以所述栅电极为掩膜对所述半导体衬底进行第一离子注入，形成源延伸区和漏延伸区；在所述栅电极和栅介质层的侧壁形成侧墙；以所述栅电极和侧墙为掩膜对所述半导体衬底进行第二离子注入，形成源区和漏区。 可选地，所述氟离子注入在所述第一离子注入之前进行。可选地，所述氟离子注入在所述第一离子注入之后、形成所述侧墙之前进行。可选地，所述氟离子注入在形成所述侧墙之后、所述第二离子注入之前进行。 可选地，所述氟离子注入在所述第二离子注入之后进行。可选地，在所述第一离子注入之后还包括对所述半导体衬底进行第一退火，对注入的离子进行激活。可选地，在所述第二离子注入之后还包括对所述半导体衬底进行第二退火，对注入的离子进行激活。可选地，所述退火的温度为350°C至550°C。可选地，所述退火的持续时间为20min至60min。可选地，所述退火的气氛选自氢气和氮气的混合气体，或氢气和氩气的混合气体，或氢气和氦气的混合气体，或氢气、氮气和IS气的混合气体，或氢气、氮气和氦气的混合气体，或氢气的等离子体和氮气的混合气体，或氢气的等离子体和氩气的混合气体，或氢气的等离子体和氦气的混合气体，或氢气的等离子体、氮气和氩气的混合气体，或氢气的等离子体、氮气和氦气的混合气体。可选地，所述退火的气氛为氮气和氢气的混合气体，其中氮气与氢气的体积比为15 I 至 25 : I。可选地，在形成所述源区和漏区之后还包括形成介质层，覆盖所述栅电极和半导体衬底的表面；在所述介质层中形成接触孔(contact)；在所述接触孔的底部和侧壁形成阻挡层；在所述接触孔中填充金属并平坦化，使得填充的金属表面与所述介质层的表面齐平。可选地，所述退火在形成所述阻挡层之后、在所述接触孔中填充金属之前原位(in-situ)进行。可选地，所述退火在所述接触孔中填充金属之后、对填充的金属进行平坦化之前原位进行。可选地，所述退火在对填充的金属进行平坦化之后原位进行。与现有技术相比，本专利技术实施例具有以下优点通过在形成源区和漏区之前或者之后对栅介质层下方的半导体衬底进行氟离子注入，并对半导体衬底进行退火，退火的气氛包括氢气或氢气的等离子体，从而在栅介质层和半导体衬底的接触界面上引入氟离子和氢离子，有利于改善栅介质层下方的半导体衬底的表面态，能够有效的减弱热载流子注入问题，延长器件的使用寿命。进一步的，所述氟离子注入可以是在形成源延伸区和漏延伸区之前或之后进行，也可以在形成源区和漏区之前或之后进行，能够灵活的应用于半导体生产工艺中。此外，所述退火过程可以在接触孔中形成阻挡层之后、填充金属之前原位进行，也可以在接触孔中填充金属后、在对填充的金属进行平坦化之前或之后原位进行。优选的，所述退火过程可以和形成源延伸区和漏延伸区之后的第一退火过程共同进行，或者可以和形成源区和漏区之后的第二退火过程共同进行，以简化工艺步骤。附图说明图I是本专利技术实施方式的NMOS晶体管的形成方法的流程示意图； 图2至图10是本专利技术实施例的NMOS晶体管的形成方法的剖面结构示意图。具体实施例方式现有技术中，随着器件的特征尺寸不断减小，热载流子注入问题会严重影响NMOS晶体管性能，使其使用寿命大大缩短。本专利技术实施例通过在形成源区和漏区之前或者之后对栅介质层下方的半导体衬底进行氟离子注入，并对半导体衬底进行退火，退火的气氛包括氢气或氢气的等离子体，从而在栅介质层和半导体衬底的接触界面上引入氟离子和氢离子，有利于改善栅介质层下方的半导体衬底的表面态，能够有效的减弱热载流子注入问题，延长器件的使用寿命。进一步的，所述氟离子注入可以是在形成源延伸区和漏延伸区之前或之后进行，也可以在形成源区和漏区之前或之后进行，能够灵活的应用于半导体生产工艺中。此外，所述退火过程可以在接触孔中形成阻挡层之后、填充金属之前原位进行，也可以是在接触孔中填充金属后、在对填充的金属进行平坦化之前或之后原位进行。优选的，所述退火过程可以和形成源延伸区和漏延伸区之后的第一退火过程共同进行，或者可以和形成源区和漏区之后的第二退火过程共同进行，以简化工艺步骤。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广。因此本专利技术不受下面公开的具体实施方式的限制。图I示出了本专利技术实施方式的NMOS晶体管的形成方法的流程示意图，如图I所示，包括步骤SI I，提供半导体衬底；步骤S12，在所述半导体衬底上依次形成栅介质层和栅电极；步骤S14，在所述栅介质层两侧的半导体衬底中分别形成源区和漏区；在所述步骤S14之前或之后，还包括步骤S13，对所述栅介质层下方的半导体衬底进行氟离子注入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.ー种NMOS晶体管的形成方法，包括 提供半导体衬底； 在所述半导体衬底上依次形成栅介质层和栅电极； 在所述栅介质层两侧的半导体衬底中分别形成源区和漏区； 其特征在于，在形成所述栅介质层和栅电极之后还包括 对所述栅介质层下方的半导体衬底进行氟离子注入； 在所述氟离子注入之后，对所述半导体衬底进行退火，退火气氛包括氢气或氢气的等离子体。2.根据权利要求I所述的NMOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述氟离子注入的能 量为 2KeV 至 20KeV。3.根据权利要求2所述的NMOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述氟离子注入的剂量为 lE14atom/cm2 至 3E15atom/cm2。4.根据权利要求I所述的NMOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述氟离子注入在形成所述源区和漏区之前或之后进行。5.根据权利要求I所述的NMOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述在所述栅介质层两侧的半导体衬底中分别形成源区和漏区包括 以所述栅电极为掩膜对所述半导体衬底进行第一离子注入，形成源延伸区和漏延伸区； 在所述栅电极和栅介质层的侧壁形成侧墙； 以所述栅电极和侧墙为掩膜对所述半导体衬底进行第二离子注入，形成源区和漏区。6.根据权利要求5所述的NMOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述氟离子注入在所述第一离子注入之前进行。7.根据权利要求5所述的NMOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述氟离子注入在所述第一离子注入之后、形成所述侧墙之前进行。8.根据权利要求5所述的NMOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述氟离子注入在形成所述侧墙之后、所述第二离子注入之前进行。9.根据权利要求5所述的NMOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述氟离子注入在所述第二离子注入之后进行。10.根据权利要求5所述的NMOS晶体管的形成方法，其特征在于，在所述第一离子注入之后还包括对所述半导体衬底进行第一退火，对注...

【专利技术属性】
技术研发人员：林仰魁，陈志豪，卢炯平，
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：