專利名稱：將四乙氧基硅烷用于形成高壓器件柵氧層的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及半導體制造工藝中MOS(metal oxide semiconductor)器件的制作過程，尤其涉及對MOS器件的柵氧層所采用材料進行改進的工藝。
背景技術(shù)：
高壓集成電路(HVIC，high voltage integrated circuit)器件通常需要很厚的柵氧化物層，以防止柵氧化物層在高電壓下?lián)舸?，例如，一個工作電壓為30V的器件，其柵氧化物層的厚度需要大于700。目前的實際應用中，由于熱預算及器件物理結(jié)構(gòu)匹配的問題，普通熱氧化生成二氧化硅的柵氧化層工藝不再適用于深亞微米(deep sub-micro)器件中。
通常使用化學氣相沉積(CVD，Chemical Vapor Deposition)的方法形成柵氧化物層，這些氧化物包括基于二氯硅烷(DCS)的高溫氧化物(HTO，High Temperature Oxide)，基于硅烷的高溫氧化物(HTO，High TemperatureOxide)，以及四乙氧基硅烷(TEOS)分解生成的氧化物，都可以用作柵氧化物層材料。但是不同的材料存在各自的不足，基于二氯硅烷的高溫氧化物形成柵氧化物的制程是一個低產(chǎn)出的制程，在實際生產(chǎn)中，如要形成厚度為700的柵氧化物膜，每一臺爐管每小時產(chǎn)出的晶片數(shù)(WPH)約為7片，極大地影響生產(chǎn)效率；而基于硅烷的高溫氧化物形成柵氧化物的制程雖然是高產(chǎn)出制程，其形成厚度為700的柵氧化物膜的每小時晶片數(shù)(WPH)約為15片，但是所形成的氧化物膜中會存在大量的微粒，在每一片硅片上可觀察到尺寸為0.10μm的微粒數(shù)目在10000以上，這將使集成電路器件經(jīng)過電壓(1.1Vcc)/高溫(150℃)作用后閾值電壓不穩(wěn)定；用四乙氧基硅烷形成柵氧化物的制程具有最高的產(chǎn)出能力，其形成厚度為700的柵氧化物膜的每小時晶片數(shù)約為30片，并且微粒污染的情況較好，在每一個觀測區(qū)域內(nèi)可以觀察到尺寸為0.10μm的微粒數(shù)目在200以下。
從上述內(nèi)容的對照可以知道，對于高壓器件的柵氧化物來說，四乙氧基硅烷分解生成的二氧化硅是低成本消耗和易于控制缺陷的材料。但是由于四乙氧基硅烷分解生成的二氧化硅中含有水，在其上面覆蓋其他膜層(如多晶電極)后，再進行高溫熱處理(例如快熱處理RTP，Rapid ThermalProcess)時會導致氧化層局部變薄(Localize Thinning)，最終使這種材料的分解生成的二氧化硅的抗電擊穿性能不適用于MOS器件的柵氧層。所以TEOS通常只能用作普通的絕緣層氧化物材料，對于柵氧層來說并不適用。

發(fā)明內(nèi)容
針對目前在制作高壓集成電路器件時，盡管理論上采用四乙氧基硅烷分解生成的二氧化硅作為絕緣層氧化物(如Spacer)是不錯的選擇，但實際上由于這種材料含水，在其上面覆蓋其他膜層(如多晶電極)后，再進行高溫熱處理(例如快熱處理RTP，Rapid Thermal Process)時會導致氧化層局部變薄(Localize Thinning)，最終使這種材料不適用于高壓MOS器件的柵氧化層，提出本發(fā)明。
本發(fā)明的目的在于，提供一種將四乙氧基硅烷分解生成的二氧化硅用作高壓器件柵氧化層的方法，這種方法可以提高四乙氧基硅烷分解生成的二氧化硅所形成柵氧化物的抗電擊穿性能，使其適合高壓器件的應用，例如對工作電壓為30V的高壓器件，所述材料的指標包括柵氧化層完整性，閾值電壓穩(wěn)定性，高溫工作壽命(HTOL，High Temperature Operating Life)等均達到標準，最終獲得性能優(yōu)異的產(chǎn)品。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案為，用常規(guī)的方法，例如化學氣相沉積，用四乙氧基硅烷分解生成的二氧化硅形成高壓器件的柵氧化物層，然后立即進行退火制程。退火制程的條件控制為常壓，790～800℃，N2氣氛，N2流量為10～20slm，退火時間視TEOS膜厚而定，一般為1～2小時。然后繼續(xù)按照常規(guī)的方法形成集成電路器件的柵極，源、漏極等結(jié)構(gòu)。
上述退火制程的目的在于防止TEOS的柵氧化物膜在后續(xù)的高溫制程中氧化層局部變薄，而經(jīng)過退火，TEOS中的水分揮發(fā)，其氧化物微觀結(jié)構(gòu)更致密，這樣就可以提高四乙氧基硅烷分解生成的二氧化硅所形成柵氧化物的抗電擊穿性能，使其適合高壓器件的應用，前期試驗的數(shù)據(jù)顯示，退火前其擊穿電場強度為8MV/cm，退火后其擊穿電場強度為10MV/cm。退火處理后的柵氧層性質(zhì)不容易受到后續(xù)的高溫制程影響。經(jīng)過測試，用本發(fā)明方法生產(chǎn)的高壓器件，其柵氧化物完整性(GOI，Gate OxideIntegrity)，閾值電壓穩(wěn)定性，高溫工作壽命(HTOL，High TemperatureOperating Life)測試等各項參數(shù)均在規(guī)格之內(nèi)，產(chǎn)品性能良好。
本發(fā)明的優(yōu)點在于，TEOS是一種低成本消耗和易于控制缺陷的材料，通過本發(fā)明的方法，可以使原本不適合用作高壓器件柵氧化物的TEOS應用于高壓器件，這能提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品性能，應用本發(fā)明的方法可以得到優(yōu)異的良率性能，最高良率＞95％，平均良率＞90％，D0＜0.1。
為了更容易理解本發(fā)明的目的、特征以及其優(yōu)點，下面將配合附圖和實施例對本發(fā)明加以詳細說明。


本申請中包括的附圖是說明書的一個構(gòu)成部分，附圖與說明書和權(quán)利要求書一起用于說明本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容，用于更好地理解本發(fā)明。
圖1為采用本發(fā)明方法的柵氧層器件制作流程，其中數(shù)字1表示襯底，數(shù)字2表示四乙氧基硅烷分解淀積生成的柵氧層，數(shù)字3表示柵極，字母S表示源極，D表示漏極；圖2顯示了按照本發(fā)明方法用TEOS分解生成的二氧化硅柵氧層擊穿電壓測試結(jié)果，此圖表為累積失效的對數(shù)-常態(tài)(Log-Normal)分布圖，CDF％代表累積失效率，圖表左邊的縱坐標軸表示常態(tài)分布的數(shù)值，右邊的縱坐標軸表示對數(shù)分布的數(shù)值。圖中的豎直線Spec.表示預定規(guī)格，a、b分別為PMOS和NMOS器件的測試數(shù)據(jù)分布曲線，其具體含義為30伏的高壓MOS器件用TEOS做柵氧，其NMOS柵氧層擊穿電壓為55V，PMOS柵氧層擊穿電壓為59V，兩者均符合規(guī)格即大于45V。
具體實施例方式
為了更好地理解本發(fā)明的工藝，下面結(jié)合本發(fā)明的具體實施例作進一步說明，但其不限制本發(fā)明。
實施例1根據(jù)本發(fā)明方法將四乙氧基硅烷應用于高壓MOS器件制作過程如圖1所示，按照目前通用的MOS器件制作工藝，首先在晶片上沉積一層襯底1，例如NMOS器件即采用硼摻雜的硅作為P型襯底，在襯底上用TEOS沉積分解生成柵氧層2，所述沉積可以采用例如化學氣相沉積方法，然后立即進行退火制程，退火制程條件為常壓，790～800℃，N2氣氛，N2流量為10～20slm，退火時間視TEOS膜厚而定，一般為1～2小時。
用上述退火制程對柵氧層處理后，繼續(xù)進行光刻，烘焙，離子注入等制程，先淀積形成數(shù)字3表示的NMOS器件柵極層，再經(jīng)過柵蝕刻后形成源(S)、漏(D)極等結(jié)構(gòu)。由于柵氧層在本發(fā)明方法中經(jīng)過退火處理，其性質(zhì)不容易受其后的高溫制程影響。最后得到的高壓NMOS器件的柵氧化物完整性(GOI，Gate Oxide Integrity)，閾值電壓穩(wěn)定性，高溫工作壽命(HTOL，High Temperature Operating Life)測試等各項參數(shù)均在高壓器件需要滿足的規(guī)格之內(nèi)，產(chǎn)品性能良好。
上述的方法也同樣可以用于其它MOS器件，例如PMOS器件的制作過程中。
實施例2四乙氧基硅烷分解生成的二氧化硅應用于高壓器件柵氧層的性能測試取得按照實施例1所述方法制作的NMOS或/PMOS樣品，對其進行各項高壓器件性能測試。
閾值電壓穩(wěn)定性(Threshold Voltage Stability)測試，測試條件為30V，150℃持續(xù)作用168小時，所述NMOS器件的閾值電壓漂移＜3％(規(guī)格＜15％)，PMOS器件的閾值電壓為漂移33％(規(guī)格＜50％)。高溫工作壽命(HTOL，High Temperature Operating Life)測試125℃，1.1*Vop施壓500小時，測試100個器件，故障率為零。
圖2顯示了按照本發(fā)明方法用TEOS分解生成的二氧化硅柵氧層擊穿電壓測試結(jié)果，此圖表為累積失效的對數(shù)-常態(tài)(Log-Normal)分布圖，CDF％代表累積失效率，圖表左邊的縱坐標軸表示常態(tài)分布的數(shù)值，右邊的縱坐標軸表示對數(shù)分布的數(shù)值。圖中的豎直線Spec.表示預定規(guī)格，a、b分別為PMOS和NMOS器件的測試數(shù)據(jù)分布曲線，其具體含義為30伏的高壓MOS器件用TEOS做柵氧，其NMOS及PMOS柵氧層擊穿電壓均大于50V，兩者均符合規(guī)格即大于45V。
可以看到應用本發(fā)明提供的方法后，四乙氧基硅烷分解生成的二氧化硅所形成的柵氧層完全符合高壓器件的各項性能規(guī)格。
權(quán)利要求
1.一種將四乙氧基硅烷用于形成高壓MOS器件柵氧層的方法，所述方法采用常規(guī)的MOS器件制作工藝，用四乙氧基硅烷分解生成的二氧化硅作為柵氧層材料，其特征在于包括下列步驟四乙氧基硅烷分解淀積形成柵氧層后，對柵氧層進行退火處理。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中退火的條件為常壓，790～800℃，N2氣氛。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中N2流量為10～20slm。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其中退火時間根據(jù)TEOS膜厚度而調(diào)整，持續(xù)1～2小時。
全文摘要
本發(fā)明提供一種將四乙氧基硅烷(TEOS)分解生成的二氧化硅用于高壓MOS器件柵氧化層的方法，四乙氧基硅烷分解生成的二氧化硅作為絕緣層氧化物是理想的選擇，但由于這種材料含有水，在其上面覆蓋其他膜層(如多晶電極)后，再進行高溫熱處理時會導致氧化層局部變薄(Localize Thinning)，最終使這種材料的抗電擊穿性能不適用于MOS器件的柵氧層。本發(fā)明的方法可以防止TEOS的氧化物膜在后續(xù)的高溫制程中局部變薄，并且提升四乙氧基硅烷分解生成的二氧化硅的抗電擊穿性能，使其適用于高壓集成電路的柵氧化層。用這種方法生成的高壓MOS器件的柵氧化層，其柵氧化物完整性，閾值電壓穩(wěn)定性，高溫工作壽命測試等各項參數(shù)均在預定規(guī)格之內(nèi)，產(chǎn)品性能良好。
文檔編號H01L21/336GK101022079SQ20061002384
公開日2007年8月22日 申請日期2006年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月13日
發(fā)明者陸肇勇, 黃柏喻, 秦宏志, 王燕軍, 張純壽, 陸文怡 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司