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随着半导体制造技术推进到更加先进的深亚微米技术,我们面临着一些新的障碍和挑战。NBTI(负偏压温度不稳定性)是我们要面对的可靠性问题之一。然而,对NBTI特性的改进却是极具挑战性的,尤其是像0.13微米这种最后一代以氧化硅作为栅极的逻辑电路,因为几乎所有的集成电路制造工艺流程因素都会对其产生影响。现有国内某集成电路制造公司的0.13微米1.5/3.3V集成电路器件的输入输出PMOS的NBTI的寿命只有8年,核心器件的寿命则只有1.3年,而合格的标准是要大于10年。所以,我们需要通过实验将它们的NBTI寿命提高到10年以上。首先,我们通过对NBTI产生机制的分析发现,NBTI的形成主要是由于栅极氧化层中产生的界面陷阱和氧化层固定电荷所引起的。然后,我们又分析了影响NBTI特性的各种因素,并从中挑选出现有设备和实验条件可以进行改进的一些因素。其中包括:栅极氧化层生长之前的硅表面,栅极氧化层中氮的含量,栅极氧化层中氟的含量,和电浆损伤的防治。本研究课题正是基于以上分析,将目前条件下可以改进的影响因素结合对现有0.13微米逻辑工艺的分析,确定了需要改进的工艺步骤。其中前段工艺包括:牺牲氧化层去除工艺,栅极氧化层生长工艺,源漏离子注入工艺和氢气退火工艺。后段工艺包括:氟化硅玻璃沉积工艺,内连线凹槽蚀刻工艺和合金化工艺。通过两个批次的晶圆,我们分别对前后段的相关工艺进行了分批实验。实验结果显示:增加牺牲氧化层的过蚀刻会导致良率变低,对NBTI有负向的影响;氧化层的生长工艺过程中,降低一氧化氮与氮气的比例可以提高器件NBTI特性;离子注入相关工艺中,源漏离子注入使用氟化硼代替硼离子,对NBTI特性有一定的改进;后段工艺设备的改变对NBTI没有明显的影响;增加纯氢气合金化的时间对NBTI有一定的改善。最终,我们根据实验结果,通过对生产工艺的改进,使现有0.13微米逻辑电路器件的NBTI寿命大于10年,达到了工艺可靠性的要求。