DOI:10．13290/j．cnki．bdtjs．2014．02．009ISSG及其氮化工艺对栅氧化层性能的改善张红伟，高剑琴，曹永峰，彭树根(上海华力微电子有限公司，上海201203)摘要:栅氧化层的击穿和漏电是阻碍半导体集成电路发展的重要因素，提高栅氧化层的均匀性可极大地改善栅氧化层的性能。通过引入N2等惰性气体，在高温下对原位水汽氧化法形成的栅氧化层进行实时退火处理。实验结果表明:与没有经过高温N2实时退火处理的栅氧化层相比，经过高温N2实时退火处理的栅氧化层表面均匀度可提高40%左右，栅氧界面态总电荷可减少一个数量级。PMOS器件负偏压不稳定性(NBTI)测试中0.1%样品失效时间(t0.1%)和50%样品失效时间(t50%)分别提高28.6%和40.7%。关键词:原位水汽生成(ISSG);氮化工艺;栅氧化层;界面态;负偏压不稳定性(NBTI)中图分类号:TN305.5;TN305.2文献标识码:A文章编号:1003－353X(2014)02－0124－04ImprovementofISSGandItsNitridationProcessonthePerformanceoftheThinGateOxideZhangHongwei，GaoJianqin，CaoYongfeng，PengShugen(ShanghaiHualiMicroelectronicsCorporation，Shanghai201203，China)Abstract:Gateoxidebreakdownandleakageareimportantfactorswhichhinderthedevelopmentofthesemiconductorintegratedcircuit．Improvetheuniformityofthegateoxidecangreatlyimprovetheper-formanceofthegateoxide．HightemperatureN2real-timeannealingtreatmentwasperformedtothegateoxideatin-situstreamgeneration(ISSG)oxidationprocesswithintroductiontheinertgassuchasN2．TheexperimentalresultsshowthattheuniformityofgateoxideafterhightemperatureN2real-timeannea-lingtreatmentcanbeincreasedby40%，thetotalchargeoftheinterfacecanbedecreaseanorderofmagnitude．ThePMOSdevicenegativebiastemperatureinstability(NBTI)testshowsthatthelifetimeof0.1%samplesfailure(t0．1%)and50%samplesfailure(t50%)canbeincreasedby28.6%and40.7%，respectively．Keywords:in-situstreamgeneration(ISSG);nitridationprocess;gateoxide;interfacestate;negativebiastemperatureinstability(NBTI)EEACC:2550A0引言随着超大规模集成电路(verylargescaleinte-gratedcircuit，VLSI)和特大规模集成电路(ultralargescaleintegration，ULSI)的飞速发展，MOS器件的尺寸不断地减小。在器件尺寸等比例缩小的同时，工作电压却没有相应地等比例缩小，这就使得基金项目:国家重大科技资助项目(2011ZX02501)E-mail:zhanghongwei_td@hlmc．cn薄栅氧化层中的电场强度增大，器件的击穿电压降低;另一方面，栅氧化层中存在的缺陷和氧化层表面不均匀等会造成局部电场集中，容易产生内部放电而形成许多导电通道，降低击穿电压。此外，在氧化层中存在正电荷的情况下，当栅氧化层厚度不均匀时，在较薄区域内的局部电场很强，使势垒尖端的厚度变薄，在负栅电压时即会产生隧道电流，从而形成漏电流。2孙凌等人［1］对超薄栅氧化层的电学特性研究表明击穿和漏电严重影响器件电路的电学特性和可靠性，表面粗糙度与栅氧化层的漏电流呈正比，表面不均匀容易形成局部突起而降低击穿电场与漏电流突增，一般而言，表面粗糙度增加一倍，漏电流增加两个数量级。由此可见，提高栅氧化层的均匀性对改善击穿和漏电现象的重要性。目前栅氧化层的材料主要采用SiO2薄膜。以往主要利用炉管进行SiO2的生长，由于反应气体是沿着炉壁进入反应腔体，硅片边缘部分的反应气体浓度总是高于硅片中心部分，最终造成了硅片表面薄膜从硅片中心到硅片边缘逐渐变厚。陶凯等人［2－3］研究表明，当生长SiO为15nm时，硅片边缘部分的薄膜往往比中心部分厚1nm。SiO2厚度不均匀造成了器件特性的变化，导致产品的良率降低10%以上。随着半导体器件的尺寸持续减小，栅氧化层厚度被要求小于2nm［4］，对其均匀性要求越2结果与讨论2.1N2稀释反应气体对栅氧化层均匀性的影响鉴于ISSG反应中的自由基氧原子反应活性很高、氧化速率快，很容易造成表面氧原子未形成规则排列就已经反应，形成部分表面缺陷，本文通过引入N2对反应气体进行稀释，希望在一定程度上减少...