NMOS晶体管形成方法技术

一种NMOS晶体管形成方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底表面形成氧化层，在所述氧化层表面形成多晶硅层；对所述半导体衬底进行第一离子注入，所述注入的离子为氟离子和氮离子；对所述多晶硅层和氧化层进行刻蚀，分别形成栅电极和栅氧化层，在所述栅氧化层和栅电极两侧的半导体衬底内形成轻掺杂源/漏区；在所述栅氧化层和栅电极的侧壁表面形成侧墙，在所述侧墙两侧的半导体衬底内形成重掺杂源/漏区，形成NMOS晶体管。通过对所述半导体衬底进行氟离子和氮离子注入，提高了NMOS晶体管的栅氧化层的可靠性，降低NMOS晶体管中的热载流子注入效应，改善栅氧化层的TDDB特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造技术，特别涉及一种能提高栅氧化层可靠性的NMOS晶体管形成方法。
技术介绍
随着半导体器件集成度的不断提高，特征尺寸逐渐减小，MOS晶体管的沟道的长度也逐渐减小，栅氧化层的厚度也在不断降低，由于栅极电压不会持续降低(目前至少为 IV)，使得所述栅氧化层受到的电场强度变大，与时间相关的介质击穿(time dependent dielectric breakdown, TDDB)也更容易发生,更容易导致器件失效。同时，作为芯片外围电路的输入/输出器件和作为存储器的核心器件都需要较高的驱动电压，这就导致这些器件的沟道中的电场变的很强，使得载流子在输送过程中发生碰撞电离，产生额外的空穴电子对，产生热载流子。纵向的栅极电压会使部分热载流子注入栅氧化层，导致器件的阈值电压等参数发生漂移，形成较为严重的热载流子注入效应(HotCarrier Injection, HCI)。由于电子与空穴的平均自由程不同，电子注入的几率要比空穴高3个数量级，因此NMOS晶体管更容易引起热载流子注入效应(HCI)。现有技术中通常采用LDD (Lightly Doped Drain,轻掺杂漏注入)离子注入对热载流子注入效应进行优化，专利号为US 6004852的美国专利文献公开一种制作LDD源漏区的方法，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。但上述方法并不能改善栅氧化层的TDDB特性，而且还可能导致短沟道效应(SCE, Short Channel Effect)等问题。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种NMOS晶体管形成方法，通过提高栅氧化层可靠性， 降低NMOS晶体管中的热载流子注入效应，改善栅氧化层的TDDB特性。为解决上述问题，本专利技术技术方案提供了一种NMOS晶体管形成方法，包括提供半导体衬底；在所述半导体衬底表面形成氧化层，在所述氧化层表面形成多晶硅层；对所述半导体衬底进行第一离子注入，所述注入的离子为氟离子和氮离子；对所述多晶硅层和氧化层进行刻蚀，分别形成栅电极和栅氧化层，在所述栅氧化层和栅电极两侧的半导体衬底内形成轻掺杂源/漏区；在所述栅氧化层和栅电极的侧壁表面形成侧墙，在所 述侧墙两侧的半导体衬底内形成重掺杂源/漏区，形成NMOS晶体管。可选的，所述第一离子注入为对所述多晶硅层进行氟离子、氮离子注入，使得所述氟离子、氮离子贯穿多晶硅层、氧化硅层，直到注入到所述半导体衬底内。可选的，所述第一离子注入为在形成氧化层之前，直接对半导体衬底进行氟离子、 氮离子注入。可选的，所述第一离子注入包括两个步骤直接对半导体衬底进行氟离子和氮离子注入；对多晶硅层进行氟离子和氮离子注入，使得所述氟离子、氮离子贯穿多晶硅层、氧化硅层，直到注入到所述半导体衬底内。可选的，所述第一离子注入的氟离子和氮离子的反应源物质为NF3。可选的，所述即3离子注入的剂量范围为lE13atom/cm2 lE17atom/cm2,离子注入的能量范围为IKeV lOOKeV。可选的，还包括。在对所述半导体衬底进行第一离子注入之后，对所述半导体衬底进行第一退火处理。可选的，所述第一退火处理的温度范围为600°C 1000°C。可选的，还包括，在形成所述轻掺杂源/漏区之后，对所述栅电极两侧的半导体衬底内进行第二离子注入，所述注入的离子为氟离子和氮离子。可选的，所述第二离子注入的氟离子和氮离子的反应源物质为NF3。可选的，所述NF3离子注入的剂量范围为lE13atom/cm2 lE17atom/cm2,离子注入的能量范围为IKeV lOOKeV。可选的，还包括，在对所述半导体衬底进行第二离子注入之后，对所述半导体衬底进行第二退火处理。可选的，所述第二退火处理的温度范围为600°C 1000°C。可选的，还包括，在形成所述重掺杂源/漏区后，对所述侧墙两侧的半导体衬底内进行第三离子注入，所述注入的离子为氟离子和氮离子。可选的，所述第三离子注入的氟离子和氮离子的反应源物质为NF3。可选的，所述NF3离子注入的剂量范围为lE13atom/cm2 lE17atom/cm2,离子注入的能量范围为IKeV lOOKeV。可选的，还包括，在对所述半导体衬底进行第三离子注入之后，对所述半导体衬底进行第三退火处理。可选的，所述第三退火处理的温度范围为600°C 1000°C。 可选的，还包括，在所述半导体衬底内形成P型阱区。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点在形成NMOS晶体管的过程中，对所述半导体衬底进行第一离子注入，注入的离子为氟离子和氮离子，使得所述半导体衬底接近表面的位置形成硅氟键和硅氮键，位于栅极结构下方的硅氟键能阻挡沟道区中的热载流子注入到栅氧化层，缓解NMOS晶体管的热载流子注入效应，位于栅极结构下方的硅氮键能提高栅氧化层的击穿电压，提高栅氧化层的 TDDB特性。进一步的，还包括，对所述栅电极两侧的半导体衬底进行第二离子注入，所述注入的离子为氟离子和氮离子，使得所述栅氧化层边缘下方和栅氧化层两侧的半导体衬底内形成硅氟键、硅氮键，从而增强了栅氧化层边缘的抗击穿能力，有效地降低NMOS晶体管中的热载流子注入效应，并改善栅氧化层的TDDB特性。进一步的，所述氟离子和氮离子的反应源物质为NF3,利用所述NF3作离子注入的反应源物质，只需要一种反应源物质，降低了生产成本，且由于所述NF3中的氟离子和氮离子对栅氧化层的可靠性都有益处，同时没有其他杂质离子注入到半导体衬底内，便于控制半导体衬底的掺杂浓度。附图说明图1为本专利技术实施例的NMOS晶体管形成方法的流程示意图2至图8为本专利技术实施例的NMOS晶体管形成方法的剖面结构示意图9为半导体衬底内掺杂有氟离子的NMOS晶体管和半导体衬底内未掺杂有氟离子的NMOS晶体管的测试结果对比图10为半导体衬底内掺杂有氮离子的NMOS晶体管和半导体衬底内未掺杂有氮离子的NMOS晶体管的测试结果对比图。具体实施方式由于现有技术中不能同时解决NMOS晶体管的热载流子注入效应和TDDB特性降低的问题，本专利技术实施例提供了一种NMOS晶体管形成方法，包括提供半导体衬底；在所述半导体衬底表面形成氧化层，在所述氧化层表面形成多晶硅层；对所述半导体衬底进行第一离子注入，所述注入的离子为氟离子和氮离子；对所述多晶硅层和氧化层进行刻蚀，分别形成栅电极和栅氧化层，在所述栅氧化层和栅电极两侧的半导体衬底内形成轻掺杂源/漏区；在所述栅氧化层和栅电极的侧壁表面形成侧墙，在所述侧墙两侧的半导体衬底内形成重掺杂源/漏区，形成NMOS晶体管。由于利用所述氟离子在半导体衬底内形成的硅氟键能抑制热载流子注入效应，利用所述氮离子在半导体衬底内形成的硅氮键能改善栅氧化层的 TDDB特性，利用本专利技术实施例的NMOS晶体管形成方法能有效地降低NMOS晶体管中的热载流子注入效应，并改善栅氧化层的TDDB特性。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。本专利技术实施例提供一种NMOS晶体管形成方法，具体的流程示意图请参考图1，包括 步骤S101，提供半导体衬底；步骤S102，在所述半导体衬底表面形成氧化层，在所述氧化层表面形成多晶硅层；步骤S10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种NMOS晶体管形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底表面形成氧化层，在所述氧化层表面形成多晶硅层；对所述半导体衬底进行第一离子注入，所述注入的离子为氟离子和氮离子；对所述多晶硅层和氧化层进行刻蚀，分别形成栅电极和栅氧化层，在所述栅氧化层和栅电极两侧的半导体衬底内形成轻掺杂源/漏区；在所述栅氧化层和栅电极的侧壁表面形成侧墙，在所述侧墙两侧的半导体衬底内形成重掺杂源/漏区，形成NMOS晶体管。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：甘正浩，冯军宏，
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：