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当CMOS工艺发展到深亚微米阶段,传统的二氧化硅栅氧介质已经接近其物理极限。为减少栅氧化层的隧穿电流,提高其对硼的阻挡能力,势必要引入新的栅介质材料。在0.15μm至0.065μm的CMOS工艺中,通常的做法是在氧化层中掺氮。氮的掺入会提高栅介质的介电常数,缓解短沟器件对栅氧化层减薄的依赖,降低栅介质的隧穿电流,提高其对硼的阻挡能力。但是,传统的掺氮方法是在热氧化后通过高温氮化退火实现,氮掺杂在Si-SiO2界面。由于氮在界面的引入改变了界面附近的晶格结构,使CMOS器件某些性能出现退化,其中特别值得注意的是,氮在界面的掺杂降低了器件的某些可靠性,增加了器件的1/f噪声（flicker noise,也叫闪烁噪声）,这对低频应用的模拟器件尤其不利。通常认为CMOS器件的1/f噪声来自沟道中载流子密度或迁移率的不规则变化,前者取决于Si-SiO2界面态密度及其在禁带能级中的位置,后者则由载流子与声子群的散射决定。本文探讨了不同氮化及退火条件生成的掺氮氧化硅栅介质对0.13μm CMOS器件1/f噪声特性的影响。通过在线测试掺氮氧化层界面陷阱密度、氧化层总电荷、氧化层可移动电荷、氮浓度及其分布等,分析氮在氧化层中的掺杂分布对氧化层特性及作为栅介质时对CMOS器件1/f噪声特性的影响。在线监控表明,氮在Si-SiO2界面的掺杂增加了氧化层的总电荷,在相同的退火条件下,氮的掺杂浓度越高,或其分布越靠近界面,则氧化层总电荷越高。而CMOS器件的1/f噪声测试结果表明,氮在Si-SiO2界面的掺杂是0.13μm掺氮氧化硅栅介质CMOS器件1/f噪声特性恶化的主要原因。其机理可能是氮在界面的引入使Si-N键替代了扭曲的Si-O键,释放了过渡氧化层的应力,改变了界面附近的硅衬底的晶格结构,增强了载流子与由晶格结构决定的声子群的散射,导致CMOS器件的1/f噪声恶化。通过先氮化后氧化等方法,可将氮掺杂由Si-SiO2界面提升到SiO2表面附近,降低氮掺杂对Si-SiO2界面应力的影响,该方法将0.13μm CMOS器件的1/f噪声降低了14～20dB。在进行CMOS掺氮栅氧化工艺开发时,可设计不同的掺氮工艺条件,通过在线监控氧化层总电荷的方法,选择较优的栅氧化工艺来降低器件的1/f噪声,缩短工艺开发周期和成本。