改善栅极氧化层的方法及半导体器件的制造方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110473780A(43)申请公布日2019.11.19(21)申请号201910816556.0(22)申请日2019.08.30(71)申请人上海华力微电子有限公司地址201315上海市浦东新区良腾路6号(72)发明人康俊龙(74)专利代理机构上海思微知识产权代理事务所(普通合伙)31237代理人曹廷廷(51)Int.Cl.H01L21/28(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图1页(54)发明名称改善栅极氧化层的方法及半导体器件的制造方法(57)摘要本发明提供了一种改善栅极氧化层的方法及半导体器件的制造方法，所述改善栅极氧化层的方法包括：在栅极氧化层形成工艺之前对衬底进行高温热处理工艺，所述高温热处理工艺的温度不低于500℃。通过优先对衬底进行高温热处理，之后再形成栅氧化层的方法，一方面，可以将衬底中残留的一些Si-H的键合形态去除，减少Si-SiO2界面处的硅“悬挂”键缺陷，保证了Si-SiO2界面的质量；另一方面，可以消除外界因素对栅氧化层质量影响，避免了Si-SiO2界面的恶化，提高了产品的性能。CN110473780ACN110473780A权利要求书1/1页1.一种改善栅极氧化层的方法，其特征在于，包括：在栅极氧化层形成工艺之前对衬底进行高温热处理工艺，所述高温热处理工艺的温度不低于500℃。2.如权利要求1所述的改善栅极氧化层的方法，其特征在于，所述高温热处理工艺与所述栅极氧化层形成工艺在同一炉管内进行。3.如权利要求2所述的改善栅极氧化层的方法，其特征在于，在所述高温热处理工艺中所述炉管内处于无氧环境。4.如权利要求2所述的改善栅极氧化层的方法，其特征在于，在所述高温热处理工艺中所述炉管内的气源包括氮气；和/或，在所述栅极氧化层形成工艺中所述炉管内的气源包括氮气和氧气。5.如权利要求4所述的改善栅极氧化层的方法，其特征在于，所述氮气的流量为5～20slm。6.如权利要求1所述的改善栅极氧化层的方法，其特征在于，所述高温热处理工艺包括加热阶段和第一稳定阶段，所述加热阶段用于将所述高温热处理工艺所使用的加热腔体内的温度升至第二设定温度，所述第一稳定阶段用于将所述加热腔体内的温度恒温在所述第二设定温度。7.如权利要求6所述的改善栅极氧化层的方法，其特征在于，所述第一稳定阶段的时间为20～60min，和/或，所述第一稳定阶段的温度为800～1000℃。8.如权利要求6所述的改善栅极氧化层的方法，其特征在于，所述栅极氧化层形成工艺包括在所述第一稳定阶段之后依次经历的第一冷却阶段、第二稳定阶段和第二冷却阶段，所述第一冷却阶段用于将所述加热腔体内的温度由所述第二设定温度降温至第三设定温度，所述第二稳定阶段用于将所述加热腔体内的温度维持在所述第三设定温度，所述第二冷却阶段用于将所述加热腔体内的温度由所述第三设定温度降温至第四设定温度，所述第四设定温度低于所述第三设定温度，所述第三设定温度低于所述第二设定温度。9.如权利要求2所述的改善栅极氧化层的方法，其特征在于，所述栅极氧化层的质量通过界面陷阱密度进行表征。10.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括：提供一衬底，并采用如权利要求1～9中任一项所述的改善栅极氧化层的方法，在所述衬底上形成所需的栅极氧化层。2CN110473780A说明书1/5页改善栅极氧化层的方法及半导体器件的制造方法技术领域[0001]本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种改善栅极氧化层的方法及半导体器件的制造方法。背景技术[0002]随着工艺的发展，半导体器件关键尺寸不断减小。现在的CMOS晶体管的制造技术中，负偏压不稳定性(negativebiastemperatureinstability，简称NBTI)效应逐渐成为影响40纳米以及28纳米以下器件可靠性的主要因素之一。NBTI效应是由于在高温下(通常大于100℃)对P-MOSFET栅极加大的负栅压偏置所造成的，表现为阈值电压漂移ΔVth不断增大。这种变化是由于在负栅压和高温应力作用下在Si-SiO2界面处形成了界面态和氧化层正电荷所造成的。实验表明NBTI效应发生的条件是在Si-SiO2界面处有空穴的存在。[0003]在CMOS晶体管的栅氧化层和硅衬底的界面处是硅单晶的边界，研究表明Si-SiO2界面并不是一个几何平面，在界面处存在厚度约为的过渡层。所述过渡层的结构为SiOx(x介于1～2之间)，因而出现许多硅的“悬挂”键，这些悬挂键会在禁带中产生额外的能带。当电荷载流子运动到Si-SiO2界面时，有一些被随机俘获，随后又被产生的能带释放，Si-SiO2界面电荷填充的变化引起了衬底表面电势的变化，从而调整了沟道表面载流子的浓度，并且随着频率产生波动，结果在漏源