包括具有在其侧壁上增强的氮浓度的SiON栅电介质的MOS晶体管制造技术

一种形成集成电路的方法（100），该集成电路具有至少一个MOS器件，该方法包括在硅表面上形成SiON栅电介质层（101，102，103），在SiON栅层上淀积栅电极层（104），并且接着进行图形化（105）从而形成栅堆叠并暴露栅电介质侧壁。接着在暴露的SiON侧壁上形成（106）补充的氧化硅层，之后进行氮化（107）和氮化后退火（108）。这得到包括N增强型SiON侧壁的退火的N增强型SiON栅电介质层，其中，沿着恒定厚度的线，在N增强型SiON侧壁处的氮浓度＞退火的N增强型SiON栅层的体内的氮浓度-2at.%。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括具有在其侧壁上增强的氮浓度的SiON栅电介质的MOS晶体管
本公开实施例涉及包括具有SiON栅电介质的MOS晶体管的集成电路（IC）。
技术介绍
已知对于MOS晶体管，以氮氧化硅（SiON）层取代传统的氧化硅（例如SiO2）栅电介质减少了栅电介质的漏电以及从栅电极（用于PMOS的P+多晶硅栅极）到下面的半导体表面上的硼（B）渗透（其会引起阈值电压（Vt）漂移）。形成SiON栅电介质层的传统方法包括：对含硅的表面进行热氧化，从而形成氧化硅“基底”电介质；接着通过等离子体氮化在整个氧化硅电介质中加入氮（N）；然后在1100℃左右的温度下，在O2/N2中进行热氮化后退火。SiON电介质中的氮浓度越高，其电介质常数越高，对于给定的等效氧化物厚度（EOT），这允许使用较厚的电介质膜。SiON层的厚度可以表示为EOT，其是用来将具有高k电介质层的MOS晶体管性能与具有二氧化硅栅电介质层的MOS晶体管的性能进行比较的参数。EOT被定义为，获得与用相比于二氧化硅（SiO2的k约为3.9）具有较高电介质常数k的栅电介质所获得的栅电容相同的二氧化硅栅电介质的厚度。例如，1nm的EOT将产生于使用k值为39的10nm厚的高k电介质。随着栅电介质中氮浓度不断增加，工艺变得易受栅氧化物完整性（GOI）降低和/或早期失效率（EFR）增加的影响，沿着栅电介质的边缘最明显。在晶圆制造工程界，与具有每总单位面积上多晶硅边缘面积比率较高的结构的多晶硅指状物相比，当类似尺寸（面积）的多晶硅块结构以减小的速率失效时，这被称为提高的多晶硅指状物失效。解决该问题的大多数工作已经指向改善氧化硅基底电介质质量，或减小栅刻蚀耗尽效应（例如，通过改变刻蚀条件）。
技术实现思路
公开的实施例是基于专利技术人认识到，一旦执行了栅（例如多晶硅）刻蚀，常规的栅优先工艺（gate-firstprocess）流程固有地暴露了SiON栅电介质的侧壁，并且该暴露导致了在侧壁处与暴露时间有关的显著的氮损失。进一步地，专利技术人认识到，用覆盖层及时覆盖暴露的SiON侧壁是不现实的，因为直到栅刻蚀后清洗了晶圆表面之后，才能实施这类覆盖层，这样已经太迟而不能避免沿着SiON侧壁的显著的氮损失。公开的实施例不要求最小化在栅刻蚀后沿着暴露的SiON侧壁的氮损失。相反，公开的实施例包括如下处理，通过补充氧化和氮化添加氮，从而偿还（在一些实施例中，提供超过偿还的足够的氮）在栅刻蚀后暴露的SiON侧壁处的氮损失。在典型的实施例中，在暴露的SiON侧壁上形成补充的氧化硅层，并且借着氮化补充的氧化硅层。可以通过基于溶液的化学氧化形成补充的氧化硅层，例如通过栅刻蚀后清洗来提供，或通过栅刻蚀后清洗之后的淀积或热生长来提供。补充的氧化硅层的氮化可以包括等离子体氮化工艺，例如解耦等离子体氮化（DPN）。氮化后退火（PNA）跟在氮化之后，从而形成包括N增强型SiON侧壁的退火的N增强型SiON栅电介质层。PNA可以包括氧气并且包括形成高达的额外SiON的条件。PNA可以稳定添加的氮并修复SiON栅层中引起的沿着SiON侧壁的缺陷，其可以由等离子体氮化引起。附图说明图1是根据本专利技术实施例的流程图，其示出用于形成包括MOS晶体管的IC的示例方法中的步骤，所述MOS晶体管包括具有N增强型SiON侧壁的N增强型SiON栅电介质层。图2是以栅电极下沿着恒定厚度的线从一个侧壁到另一个侧壁的横向位置为函数的氮浓度分布的曲线图，其针对具有N增强型SiON侧壁的示例N增强型SiON栅电介质层和具有N耗尽型SiON侧壁的常规“现有技术”SiON栅电介质层进行比较。图3是根据公开的实施例的IC的一部分的简化剖面图，所述IC包括衬底，所述衬底具有含硅的顶表面，所述IC被示为包括至少一个MOS器件，MOS器件包括具有N增强型SiON侧壁的N增强型SiON栅电介质层。图4是根据公开的实施例的示例SiON栅电介质层的体区（远离SiON侧壁）的氮浓度在厚度方向上的分布曲线图。具体实施方式图1是根据本专利技术实施例的流程图，其示出用于形成包括MOS晶体管的IC的示例方法100中的步骤，所述MOS晶体管包括具有N增强型SiON侧壁的N增强型SiON栅电介质层。步骤101包括形成厚为0.5nm到4.0nm的基底氧化硅层，例如通过热氧化或化学氧化暴露的晶圆顶部硅表面。当步骤106-108被配置为形成厚为到的SiON时，在步骤101中形成的基底氧化硅层通常厚为到典型地厚为到如本文所使用的，除非另有指明，否则术语“硅”指代所有形式的硅，包括但不限于单晶硅、多晶硅和无定形硅，以及某些硅化合物（合金），包括但不限于锗硅（SiGe）和碳化硅（SiC）。在一个实施例中，氧化硅层的厚度是1.0nm到3.0nm。例如，可以通过在诸如O2、O2+H2、N2O、N2O+H2、H2O的环境中，在800℃到1100℃的温度范围下，在0.001托到100托的压力下进行氧化，持续1s到60s的时间，以此生长基底氧化硅层。减压（即低于大气压的压力）的氧化降低了氧化速率，从而限制了得到的基底氧化硅层的厚度。步骤102包括氮化基底氧化硅层，从而形成SiON。本领域技术人员应该理解，不同的等离子体方法可以用于将氮引入到氧化硅层中。例如，可以使用等离子体增强化学气相淀积（PECVD）方法，其中衬底在常规的CVD装置中经受等离子体气氛。例如，可以在NH3或含NH3的环境气体中，在500℃到1000℃的温度下，在0.001托到100托的压力下执行氮化，持续1s到60s的时间。进一步地，平行板等离子体淀积系统也可以用于将氮引入到电介质材料中。也可以使用DPN。DPN将感应耦合使用于等离子体形成。在DPN中，射频（RF）功率经由RF磁场传递到等离子体，其进而产生电离的电场。等离子体环境可以包括N2、N2+He、N2+惰性气体或NH3。如本文所使用的，“SiON”指代包括硅（Si）、氧（O）和氮（N）的电介质材料，氮（N）包括以下两种情形：对于沿着其厚度方向具有均匀的氮浓度的SiON层，氮浓度为6at.%到35at.%；对于沿着其厚度方向具有不均匀的氮浓度的SiON层，最大氮浓度为8at.%到35at.%。Si浓度的范围可以在34at.%到40at.%内，O浓度的范围可以在26at.%到60at.%内。在一个实施例中，在步骤102中执行的氮化用于在其厚度上设置氮浓度分布的基本形状，使得SiON栅层中远离硅界面的最大氮浓度足够高，例如至少10at.%。SiON层中远离硅界面的氮浓度足够高，这减小了漏电流（Jg）并且阻挡B（对于掺杂B的多晶硅栅），同时足够浅以防止硅界面的氮化和得到的迁移率/deltaVt降低。步骤103包括第一次PNA。第一次PNA可以包括多步PNA。多步PNA可以包括在非氧化环境中进行第一次退火103（a），这可以去除SiON栅层中弱键合的氮并且稳定余下的氮，使得其在随后的热处理中不太可能扩散出来。在一个实施例中，在N2或惰性气体环境中，在500℃到1100℃的温度下，在0.001托到760托的压力下执行第一次退火103（a），持续0.1s到60s的时间。对于多步PNA，第一次退火103（a）之后是在氧化环境中进行第二次退火103（b）。第二次（氧化）退火103（b）本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.04 US 12/850,0971.一种形成集成电路的方法，所述集成电路包括在晶圆上的至少一个MOS器件，所述晶圆具有包括硅的顶表面，所述方法包括：在所述顶表面上形成SiON栅电介质层；在所述SiON栅电介质层上淀积栅电极层；对所述栅电极层图形化，从而形成栅堆叠，其中通过所述图形化暴露SiON侧壁和栅电极侧壁；在暴露的所述SiON侧壁上形成补充的氧化硅层；氮化所述补充的氧化硅层；在所述氮化以后，执行退火，由此形成包括氮增强型SiON侧壁的退火的氮增强型SiON栅电介质层；其中，沿着所述退火的氮增强型SiON栅电介质层的恒定厚度的线，在所述氮增强型SiON侧壁处的氮浓度≥所述退火的氮增强型SiON栅电介质层的体内的氮浓度-2at.％；以及在所述栅堆叠的相对侧上形成彼此间隔开的源极区和漏极区，从而定义所述栅堆叠下面的沟道区。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述补充的氧化硅层由热氧化在以下条件下形成：在800℃到1100℃的温度下，在0.001托到10托的压力下，持续1s到60s的时间。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述氮化后退火包括第一次退火和第二次退火，其中在N2或惰性气体环境中，在500℃到1100℃的温度下和0.001托到760托的压力下执行第一次退火，持续0.1s到60s的时间，以及在含氧气的气体中，在500℃到1100℃的温度下，在0.001托到100托的压力下执行第二次退火，持续0.1s到120s的时间。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述氮化后退火在以下条件下执行：在1000℃到1105℃的温度下和0.1托到3.0托的压力下，在包括1.2slm到3.6slm的O2、1.2/3.6到3.6/1.2的O2/N2或0.4/2.0到2.0/0.4的O2/N2的氧化环境中，持续5s到30s的时间。5.根据权利要求1所述的方法，其中使用基于溶液的化学氧化形成所述补充的氧化硅层，并且所述氮化后退火在以下条...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·K·柯克帕特里克，J·J·阐莫波斯，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：
国别省市：