專利名稱：改善mos器件載流子遷移率的方法以及mos器件制造方法
技術領域：
本發明涉及半導體制造領域，更具體地說，本發明涉及一種改善MOS器件載流子遷移率的方法、以及采用了該改善MOS器件載流子遷移率的方法的MOS器件制造方法。
背景技術：
半導體制造行業一直致力于提高MOSFET (金屬-氧化層-半導體-場效晶體管， Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，以下稱為 MOS 器件)載流子遷移率。當前，業界為改善 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金屬氧化物半導體)晶體管載流子的遷移率，通常采用在制程中引入應力工程或采用不同半導體材料溝道，但這些方法大大提高了工藝復雜度。所以，希望能夠提供一種能夠改善MOS器件載流子遷移率而不會大大提高工藝復雜度的方法。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在上述缺陷，提供一種不會大大提高工藝復雜度的改善MOS器件載流子遷移率的方法、以及采用了該改善MOS器件載流子遷移率的方法的MOS器件制造方法。根據本發明的第一方面，提供了一種改善MOS器件載流子遷移率的方法，其包括 柵極氧化層形成步驟，用于在襯底的器件區域上形成柵極氧化層，所述器件區域包括將要制成PMOS器件的區域以及將要制成NMOS器件的區域；氮化步驟，用于對器件結構執行分耦式等離子體氮化；其中，通過調節分耦式等離子體氮化工藝的時間和/或功率，使得氮在柵氧中的分布遠離Si02-Si襯底界面；氮化后退火步驟，用于在所述氮化步驟之后執行氮化后退火；其中通過控制氮化后退火的時間和/或溫度，使得氮在柵氧中的分布遠離Si02-Si 襯底界面；多晶硅層形成步驟，用于在晶片表面形成多晶硅層；以及氮元素注入步驟，用于利用掩膜掩蓋將要制成PMOS器件的區域，并暴露將要制成NMOS器件的區域，并且在布置了所述掩膜之后，執行氮元素注入。優選地，所述氮元素注入步驟在MOS器件的NMOS器件的離子注入過程中執行。優選地，在所述柵極氧化層形成步驟中，根據最后所需柵氧電性厚度目標，通過調節硅基氧化物氧化時間控制氧化層厚度。優選地，在所述氮化后退火步驟中，根據最終PMOS器件中期望的氮元素輪廓分布要求來控制氮化后退火的時間及溫度，使得在氮在柵氧中的分布遠離Si02-Si襯底界面的情況下滿足最終PMOS器件中期望的氮元素輪廓分布要求。優選地，在氮元素注入步驟中，根據多晶硅層的厚度來決定氮元素的注入劑量。優選地，在所述氮元素注入步驟中，氮元素注入劑量介于lel4至加15原子/cm2 之間。
優選地，所述MOS器件是CMOS器件。根據本發明的第一方面，在柵氧制備過程中，根據最后所需柵氧電性厚度目標，通過優化硅基氧化物氧化時間控制氧化層厚度，調節DPN(decoupled plasma nitridation， 分耦式等離子體氮化)時間或功率，以及精確優化PNA(Post Nitridation Anneal，氮化后退火)時間；使得氮在柵氧中的分布遠離Si02-Si襯底界面。然后，在NMOS器件的離子注入過程中，使得NMOS的Si02-Si襯底界面具有少量的氮元素。由此提高了 NMOS和PMOS的載流子遷移率。即，根據本發明，可通過改善優化氮元素在柵氧中的位置分布，提高MOS器件(尤其是CMOS器件)的載流子遷移率。根據本發明的第二方面，提供了一種采用了根據本發明第一方面所述的改善MOS 器件載流子遷移率的方法的MOS器件制造方法。由于采用了根據本發明第一方面所述的改善MOS器件載流子遷移率的方法，因此，本領域技術人員可以理解的是，根據本發明第二方面的MOS器件制造方法同樣能夠實現根據本發明的第一方面的改善MOS器件載流子遷移率的方法所能實現的有益技術效果。


結合附圖，并通過參考下面的詳細描述，將會更容易地對本發明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優點和特征，其中圖1示意性地示出了根據本發明實施例的改善MOS器件載流子遷移率的方法的流程圖。圖2示意性地示出了根據本發明實施例的改善MOS器件載流子遷移率的方法的柵極氧化層形成步驟之后的器件結構圖。圖3示意性地示出了根據本發明實施例的改善MOS器件載流子遷移率的方法的氮化步驟之后的器件結構圖。圖4示意性地示出了根據本發明實施例的改善MOS器件載流子遷移率的方法的多晶硅層形成步驟之后的器件結構圖。圖5示意性地示出了根據本發明實施例的改善MOS器件載流子遷移率的方法的氮元素注入步驟的器件結構圖。圖6示意性地示出了根據本發明實施例的改善MOS器件載流子遷移率的方法的氮元素注入步驟的PMOS器件區域的氮元素分布圖。圖7示意性地示出了根據本發明實施例的改善MOS器件載流子遷移率的方法的氮元素注入步驟的NMOS器件區域的氮元素分布圖。需要說明的是，附圖用于說明本發明，而非限制本發明。注意，表示結構的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類似的元件標有相同或者類似的標號。
具體實施例方式為了使本發明的內容更加清楚和易懂，下面結合具體實施例和附圖對本發明的內容進行詳細描述。圖1示意性地示出了根據本發明實施例的改善MOS器件載流子遷移率的方法的流程圖。
如圖1所示，根據本發明實施例的改善MOS器件載流子遷移率的方法包括柵極氧化層形成步驟Si、氮化步驟S2、氮化后退火步驟S3、多晶硅層形成步驟S4以及氮元素注入步驟S5。下面將結合圖1并參考圖2至圖7詳細描述各個步驟。在柵極氧化層形成步驟Sl中，在襯底1的器件區域(2、；3)上形成柵極氧化層4。 器件區域包括將要制成PMOS器件的區域2以及將要制成NMOS器件的區域3。例如，該柵極氧化層4為二氧化硅。圖2示意性地示出了柵極氧化層形成步驟Sl之后的器件結構圖。優選地，在柵極氧化層形成步驟Sl過程中，根據最后所需柵氧電性厚度目標，通過優化硅基氧化物氧化時間控制氧化層厚度。在氮化步驟S2中，對器件結構執行分耦式等離子體氮化工藝；其中，通過調節分耦式等離子體氮化工藝的時間和/或功率，使得氮在柵氧中的分布遠離Si02-Si襯底界面 (可參考圖6)。圖3示意性地示出了氮化步驟S2之后的器件結構圖。其中例如器件區域上方的層由氧化物層4變成了氮氧化物5。在氮化后退火步驟S3中，在氮化步驟S2之后執行氮化后退火。該步驟可用于損傷修復以及氮元素輪廓控制。并且，優選地，在氮化后退火步驟S3中，可精確優化氮化后退火的時間及溫度，使得氮在柵氧中的分布遠離Si02-Si襯底界面。并且進一步優選地，可根據最終PMOS器件中期望的氮元素輪廓分布要求來控制氮化后退火的時間和/或溫度，使得在氮在柵氧中的分布遠離Si02-Si襯底界面的情況下滿足最終PMOS器件中期望的氮元素輪廓分布要求。在多晶硅層形成步驟S4中，在晶片表面形成多晶硅層6。該多晶硅層6可在后續步驟中用于形成PMOS器件的柵極以及NMOS器件的柵極。圖4示意性地示出了多晶硅層形成步驟S4之后的器件結構圖。在氮元素注入步驟S5中，用于在NMOS器件的離子注入過程中利用掩膜8掩蓋將要制成PMOS器件的區域，并暴露將要制成NMOS器件的區域，并且在布置了掩膜8之后，執行氮元素注入。圖5示意性地示出了氮元素注入步驟S5的器件結構圖，其中掩膜8覆蓋了將要制成PMOS器件的區域，并暴露將要制成NMOS器件的區域。由此，在NMOS器件的離子注入過程中，可使得NMOS器件的Si02_Si襯底界面具有少量的氮元素，提高NMOS器件和PMOS器件的載流子遷移率。圖6示意性地示出了氮元素注入步驟S5的PMOS器件區域的氮元素分布圖，如圖 6所示，由于在氮元素注入步驟S5步驟中，PMOS器件區域被掩膜8覆蓋，從而在PMOS器件的柵極G到襯底sub之間的氮元素分布仍保持Si02-Si襯底界面沒有氮元素。圖7示意性地示出了氮元素注入步驟S5的NMOS器件區域的氮元素分布圖。由于在氮元素注入步驟S5步驟中，NMOS器件區域未被掩膜8覆蓋，從而在NMOS器件的柵極G 到襯底sub之間的氮元素分布由于進一步的氮注入而使得Si02-Si襯底界面有少量的氮元
ο并且，優選地，在氮元素注入步驟S5中，根據多晶硅層6的厚度來決定氮元素的注入劑量。例如，在一個具體優選示例中，氮元素注入劑量介于Iew至加15原子/cm2之間。對于NMOS器件及PMOS器件的制造工藝，可繼續執行后續工藝步驟，后續的工藝步驟可采用本發明的任何已知的適當工藝。
由此，如上所述，在柵氧制備過程中，根據最后所需柵氧電性厚度目標，通過優化硅基氧化物氧化時間控制氧化層厚度，調節DPN時間或功率，以及精確優化PNA時間；使得氮在柵氧中的分布遠離Si02-Si襯底界面。然后，在NMOS器件的離子注入過程中，使得NMOS 的Si02-Si襯底界面具有少量的氮元素。由此提高了 NMOS和PMOS的載流子遷移率。艮口， 根據本發明，可通過改善優化氮元素在柵氧中的位置分布，提高CMOS載流子遷移率。上述方法可用于執行MOS器件，例如CMOS器件。可以理解的是，雖然本發明已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例并非用以限定本發明。對于任何熟悉本領域的技術人員而言，在不脫離本發明技術方案范圍情況下， 都可利用上述揭示的技術內容對本發明技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍內。
權利要求
1.一種改善MOS器件載流子遷移率的方法，其特征在于包括柵極氧化層形成步驟，用于在襯底的器件區域上形成柵極氧化層，所述器件區域包括將要制成PMOS器件的區域以及將要制成NMOS器件的區域；氮化步驟，用于對器件結構執行分耦式等離子體氮化；其中，通過調節分耦式等離子體氮化工藝的時間和/或功率，使得氮在柵氧中的分布遠離Si02-Si襯底界面；氮化后退火步驟，用于在所述氮化步驟之后執行氮化后退火；其中通過控制氮化后退火的時間和/或溫度，使得氮在柵氧中的分布遠離Si02-Si襯底界面；多晶硅層形成步驟，用于在晶片表面形成多晶硅層；以及氮元素注入步驟，用于利用掩膜掩蓋將要制成PMOS器件的區域，并暴露將要制成NMOS 器件的區域，并且在布置了所述掩膜之后，執行氮元素注入。
2.根據權利要求1所述的改善MOS器件載流子遷移率的方法，其特征在于，所述氮元素注入步驟在NMOS器件的離子注入過程中執行。
3.根據權利要求1或2所述的改善MOS器件載流子遷移率的方法，其特征在于，在所述柵極氧化層形成步驟中，根據最后所需柵氧電性厚度目標，通過調節硅基氧化物氧化時間控制氧化層厚度。
4.根據權利要求1或2所述的改善MOS器件載流子遷移率的方法，其特征在于，在所述氮化后退火步驟中，根據最終PMOS器件中期望的氮元素輪廓分布要求來控制氮化后退火的時間及溫度，使得在氮在柵氧中的分布遠離Si02-Si襯底界面的情況下滿足最終PMOS 器件中期望的氮元素輪廓分布要求。
5.根據權利要求1或2所述的改善MOS器件載流子遷移率的方法，其特征在于，在所述氮元素注入步驟中，氮元素注入劑量介于Ie14至加15原子/cm2之間。
6.根據權利要求1或2所述的改善MOS器件載流子遷移率的方法，其特征在于，在氮元素注入步驟中，根據多晶硅層的厚度來決定氮元素的注入劑量。
7.根據權利要求1或2所述的改善MOS器件載流子遷移率的方法，其特征在于，所述 MOS器件是CMOS器件。
8.—種MOS器件制造方法，其特征在于材料與根據權利要求1至7之一所述的所述的改善MOS器件載流子遷移率的方法。
全文摘要
本發明提供一種改善MOS器件載流子遷移率的方法以及MOS器件制造方法。方法包括柵極氧化層形成步驟，用于在襯底的器件區域上形成柵極氧化層；氮化步驟，用于對器件結構執行分耦式等離子體氮化；通過調節分耦式等離子體氮化工藝的時間和/或功率，使得氮在柵氧中的分布遠離SiO2-Si襯底界面；氮化后退火步驟，用于在氮化步驟之后執行氮化后退火；其中通過控制氮化后退火的時間和/或溫度，使得氮在柵氧中的分布遠離SiO2-Si襯底界面；多晶硅層形成步驟，用于在晶片表面形成多晶硅層；以及氮元素注入步驟，用于利用掩膜掩蓋將要制成PMOS器件的區域，并暴露將要制成NMOS器件的區域，并且在布置了掩膜之后，執行氮元素注入。
文檔編號H01L21/8238GK102394220SQ201110366179
公開日2012年3月28日 申請日期2011年11月17日 優先權日2011年11月17日
發明者謝欣云, 陳玉文, 黃曉櫓 申請人:上海華力微電子有限公司