專利名稱：減小i/o nmos器件熱載流子注入的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的制造工藝方法，特別是涉及一種采用雙輕攙雜漏極(LDD)離子注入以及改變其退火減小I/O(輸入/輸出)NMOS器件熱載流子注入(HCI)的方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件的可靠性是半導(dǎo)體工藝可靠性的重要組成部分，而熱載流子注入又是I/O NMOS器件可靠性的主要測(cè)試項(xiàng)目。在半導(dǎo)體工藝開發(fā)過程中，為了通過HCI測(cè)試，I/O NMOS通常需要特殊設(shè)計(jì)。
HCI是由于在器件溝道內(nèi)存在較強(qiáng)的橫向電場(chǎng)，使得載流子在輸運(yùn)的過程中發(fā)生碰撞電離，產(chǎn)生額外的電子空穴對(duì)，部分熱載流子注入柵氧化層，從而影響器件特性。表現(xiàn)在閾值電壓的上升，飽和電流的下降以及載流子遷移率的下降等。LDD離子注入的優(yōu)化是減小HCI的最常見的手段，利用減小LDD離子注入的劑量和增大LDD注入能量，獲得較深的LDD結(jié)，減小橫向電場(chǎng)強(qiáng)度，從而改善HCI。但增大LDD離子注入能量，隨著結(jié)深的加大，器件的有效溝道長(zhǎng)度也將減小，這樣就會(huì)增加短溝道效應(yīng)(Short Channel Effect，簡(jiǎn)稱SCE)，引起器件直流特性的衰退。因此，單純通過改變LDD離子注入的劑量和能量來(lái)改善HCI是不夠的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種減小I/O NMOS器件熱載流子注入的方法，克服常規(guī)工藝中單純依靠增加LDD注入能量所引起的短溝道效應(yīng)和晶體管特性的偏移。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的減小I/O NMOS器件熱載流子注入的方法是，首先，進(jìn)行多晶硅柵刻蝕，再進(jìn)行多晶硅柵再氧化，然后，進(jìn)行LDD快速熱退火，退火后，先在LDD中采用小劑量的砷離子注入，接著在LDD中采用磷離子注入，最后進(jìn)行多晶硅側(cè)墻淀積與刻蝕。
由于本發(fā)明采用雙LDD離子注入(小劑量砷加常規(guī)劑量磷)方法，并把常規(guī)的快速熱退火放在LDD離子注入的前面，保留離子注入所形成的點(diǎn)缺陷，所以增強(qiáng)了LDD磷雜質(zhì)擴(kuò)散，有效地改善了HCI。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明圖1是常規(guī)的I/O NMOS LDD工藝流程圖；圖2是本發(fā)明的I/O NMOS LDD工藝流程圖；圖3是I/O NMOS在有無(wú)LDD快速退火(RTA)時(shí)閾值電壓的分布圖；圖4是I/O NMOS在有無(wú)LDD RTA時(shí)襯底電流與飽和電流比值的分布圖。
具體實(shí)施例方式
改善I/O NMOS HCI的基本思路是在保證晶體管正常特性不變的情況下，把LDD結(jié)做得更緩變，減小溝道的橫向電場(chǎng)，并把電場(chǎng)的最大值遠(yuǎn)離溝道表面。
常規(guī)的方法(其工藝流程圖如圖1所示)是增大LDD離子注入的能量并減小劑量，但可能會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的短溝道效應(yīng)。
如圖2所示，本發(fā)明的減小I/O NMOS器件熱載流子注入的方法是，在LDD中采用低劑量的砷離子注入加磷離子注入代替常規(guī)的單一磷離子注入的方法，并在LDD中采用磷離子注入后，取消常規(guī)的LDD快速熱退火工藝，使得LDD中的磷原子在點(diǎn)缺陷的幫助下增強(qiáng)擴(kuò)散，增大結(jié)的濃度梯度，從而改善HCI。在LDD離子注入中，砷的劑量比磷小得多，但由于其原子量較大，可以產(chǎn)生大量的點(diǎn)缺陷包括間隙原子和空位。采用雙LDD離子注入后，取消常規(guī)的LDD快速熱退火，則可以在多晶硅側(cè)墻淀積之前保留住這些點(diǎn)缺陷，并在側(cè)墻形成的熱過程中增強(qiáng)硼和磷原子的擴(kuò)散，這樣一方面有更多的反短溝道效應(yīng)(Reverse Short Channel Effect)，補(bǔ)償由于短溝道效應(yīng)所引起的閾值電壓下降和漏電的增加，更重要的是增強(qiáng)的磷擴(kuò)散增加了磷的分布梯度，加大LDD結(jié)深，對(duì)HCI大有益處。
在半導(dǎo)體工藝流程中，將I/O NMOS LDD離子注入放在邏輯NMOS、邏輯PMOS和I/O PMOS LDD離子注入之后進(jìn)行，LDD快速熱退火放在I/O NMOS LDD離子注入之前，并將單一的磷注入換成砷注入加上磷注入。砷注入的劑量控制在1013cm-2以下，適當(dāng)降低磷注入劑量，保持I/O NMOS的閾值電壓和飽和電流不變。該發(fā)明不需要增加額外光刻板，只需增加一次離子注入，基本不增加工藝成本，是解決HCI問題的經(jīng)濟(jì)、有效的方法。
圖3是I/O NMOS在有無(wú)LDD RTA時(shí)閾值電壓的分布圖，圖中橫坐標(biāo)是器件柵長(zhǎng)，縱坐標(biāo)是器件的閾值電壓。由圖中可以看出，取消LDD RTA后，增加了反短溝道效應(yīng)的同時(shí)也增加了LDD中磷原子的擴(kuò)散，使得閾值電壓隨柵長(zhǎng)的減小先有較大的上升，而后又有較大的下降，從而保持了0.35微米器件的閾值電壓不變，但有效地改善了HCI。
圖4是I/O NMOS在有無(wú)LDD RTA時(shí)襯底電流與飽和電流比值的分布圖，圖中橫坐標(biāo)是器件柵長(zhǎng)，縱坐標(biāo)是器件襯底電流與飽和電流之比。襯底電流與飽和電流之比的高低反應(yīng)出熱載流子效應(yīng)的程度，圖中可以看出，當(dāng)退火在LDD之前，熱載流子效應(yīng)明顯降低。
實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，如采用本發(fā)明的方法，即把常規(guī)的快速退火放到I/ONMOS LDD離子注入之前，并采用小劑量砷加上常規(guī)劑量磷的雙LDD離子注入，獲得了是常規(guī)工藝兩倍以上的器件壽命。
權(quán)利要求
1.一種減小I/O NMOS器件熱載流子注入的方法，首先，進(jìn)行多晶硅柵刻蝕，再進(jìn)行多晶硅柵再氧化，其特征在于然后，進(jìn)行LDD快速熱退火，退火后，先在LDD中采用小劑量的砷離子注入，接著在LDD中采用磷離子注入，最后進(jìn)行多晶硅側(cè)墻淀積與刻蝕。
2.如權(quán)利要求1所述的減小I/O NMOS器件熱載流子注入的方法，其特征在于砷離子注入劑量在1013cm-2以下。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種減小I/O NMOS器件熱載流子注入的方法，在LDD中采用低劑量的砷注入加磷注入代替常規(guī)的單一磷注入，并在LDD中采用磷離子注入后，取消常規(guī)的LDD快速熱退火工藝，使得LDD中的磷原子在點(diǎn)缺陷的幫助下增強(qiáng)擴(kuò)散，增大結(jié)的濃度梯度，從而改善HCI。本發(fā)明可以克服常規(guī)工藝中單純依靠增加LDD注入能量所引起的短溝道效應(yīng)和晶體管特性的偏移。適用于I/O NMOS器件制造工藝。
文檔編號(hào)H01L21/265GK1787192SQ20041008922
公開日2006年6月14日 申請(qǐng)日期2004年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月8日
發(fā)明者錢文生 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司