專(zhuān)利名稱(chēng)：一種制備柵極氧化層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及CMOS半導(dǎo)體器件制造工藝，更確切的說(shuō)，本發(fā)明涉及一種制備柵極氧化層的方法。
背景技術(shù)：
柵極氧化層是調(diào)節(jié)器件特性的媒介，更是影響可靠性測(cè)試的一個(gè)重要因素，是整個(gè)半導(dǎo)體工藝流程中極其關(guān)鍵的一道工序。理想金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的柵極氧化層類(lèi)似于平板電容器，就氧化層本身而言，它的壽命會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于我們所要求的，但氧化層中的缺陷是影響柵極氧化層壽命的主要因素。對(duì)于某一固定的柵極工作電壓，當(dāng)柵極氧化層變薄的時(shí)候，其電場(chǎng)強(qiáng)度就增加；同時(shí)，柵極氧化層中如果存在雜質(zhì)從而導(dǎo)致缺陷，也會(huì)導(dǎo)致局部電場(chǎng)聚集，影響柵極氧化層的完整性。如此一來(lái)，載流子就更容易發(fā)生隧穿而導(dǎo)致柵極氧化層被擊穿，同時(shí)由于擊穿時(shí)的高溫影響，頂部的硅化物就會(huì)鉆入到多晶硅中，對(duì)產(chǎn)品造成一些不利影響。當(dāng)今較為普遍的工藝是用剩余的襯墊氧化層作為后續(xù)離子注入的阻擋層，直至所有阱注入工序完成后，去除該襯墊氧化層并做清洗后再在表面生長(zhǎng)厚柵極氧化層。該方法在有源區(qū)邊角生成的臺(tái)階深度較淺且臺(tái)階圖案的角度比較尖銳，暴露出的硅面積較小，造成有源區(qū)邊角生長(zhǎng)的柵氧化層厚度較淺與其他部位生長(zhǎng)的柵氧化層厚度差異較大，同時(shí)邊角區(qū)也容易存在雜質(zhì)進(jìn)而影響器件的穩(wěn)定性。中國(guó)專(zhuān)利(公開(kāi)號(hào):CN101145543)公開(kāi)了一種提高高壓柵極氧化層均勻性的工藝方法，其中，包括如下步驟:步驟1，高壓阱注入；步驟2，生長(zhǎng)柵極氧化層；步驟3，刻蝕淺溝槽隔離；步驟4，淀積多晶硅及制造柵極的氧化硅側(cè)墻。該發(fā)明通過(guò) 調(diào)換常規(guī)高壓器件淺溝槽隔離與柵極氧化層生長(zhǎng)的前后順序，避開(kāi)了淺溝槽邊緣與硅襯底表面氧化層生長(zhǎng)速率不同的問(wèn)題，從而可以得到均勻的氧化層厚度，優(yōu)化了晶體管特性。但是該發(fā)明同樣是采用剩余氧化層作為阻擋層，直至所有阱注入工序完成后，去除該襯墊氧化層并做清洗后再在表面生長(zhǎng)厚柵極氧化層并進(jìn)行后續(xù)步驟，在有源區(qū)邊角的生長(zhǎng)的柵極氧化層厚度均勻性較大，影響了柵極氧化層的穩(wěn)定性。中國(guó)專(zhuān)利(公開(kāi)號(hào):CN101620996)公開(kāi)了一種柵氧化層的制造方法，包括以下步驟:在基底表面的墊層氧化層上沉積第一氮化物層；以該第一氮化物層作為硬罩幕層蝕刻該氮化物層和基底形成具有預(yù)定厚度的深溝槽；再沉積第二氮化物層；蝕刻去除深溝槽底部的第二氮化物層，而后在深溝槽底部形成底部氧化物層；蝕刻去除墊層氧化層上的氮化物層和溝槽內(nèi)的氮化物層；在以上形成的結(jié)構(gòu)上表面形成柵極氧化物層。該發(fā)明的方法制造柵氧化層可以使晶體管的溝槽底部的氧化層厚度增加，減少柵極充放電容，而不影響晶體管的其他電性參數(shù)，但是該發(fā)明只是單純?cè)黾恿藮叛趸瘜拥暮穸?，同時(shí)也只是簡(jiǎn)單的沉積氮化物層后進(jìn)行刻蝕，在溝槽內(nèi)生成柵氧化物層容易有雜質(zhì)的存在，從而可能導(dǎo)致頂部的硅化物就會(huì)鉆入到多晶硅中，對(duì)產(chǎn)品造成一些不利影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的不足提供了一種提高柵極氧化層穩(wěn)定性的方法，在使用濕法刻蝕工藝去除襯墊氧化層后，利用原位蒸汽合成法在襯底上表面重新生長(zhǎng)一層與襯墊氧化層同等厚度的犧牲氧化層，在厚柵極氧化層生長(zhǎng)之前再次濕法去除該氧化層。經(jīng)過(guò)兩次濕法工藝，更有效地去除硅襯底與柵極氧化層交界面的雜質(zhì)顆粒；同時(shí)加深襯底與氧化隔離層交接處形成溝槽的深度，使厚柵極氧化層生長(zhǎng)更均勻，避免了有源區(qū)邊角處柵極氧化層過(guò)薄或硅-柵氧層界面雜質(zhì)存在而對(duì)器件造成一些不利影響，提高了柵極氧化層的完整性。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種制備柵極氧化層的方法，其中，包括以下步驟:步驟S1、于硅襯底的上表面自下至上順序依次沉積襯墊氧化層和硅化物層；步驟S2、回蝕所述硅化物層和所述襯墊氧化層至所述硅襯底中，形成淺溝槽隔離區(qū)，并形成剩余襯墊氧化層、剩余娃化物層和剩余襯底；步驟S3、填充氧化物充滿所述淺溝槽隔離區(qū)并覆蓋所述剩余硅化物層的上表面，形成氧化物層；步驟S4、采用平坦化工藝去除部分所述氧化物層，暴露出所述剩余硅化物層的上表面，并在所述淺溝槽隔離區(qū)形成氧化隔離層；步驟S5、移除所述剩余硅化物層及所述剩余襯墊氧化層暴露出剩余所述剩余襯底的上表面；步驟S6、于所述剩余襯底暴露部分的表面生長(zhǎng)一層犧牲氧化層，以該犧牲氧化層為阻擋層進(jìn)行離子注入 工藝后，去除該犧牲氧化層，并繼續(xù)進(jìn)行清洗工藝；步驟S7、于剩余襯底的暴露部分的上表面生長(zhǎng)一層厚柵極氧化層至所述氧化隔離層的上表面。上述的一種提高柵極氧化層完整性的方法，其中，所述硅化物層為氮化硅層。上述的一種提高柵極氧化層完整性的方法，其中，步驟S5中采用濕法刻蝕去除剩余所述剩余襯墊氧化層。上述的一種提高厚柵極氧化層完整性的方法，其中，采用氫氟酸進(jìn)行濕法刻蝕工藝去除所述襯墊氧化層。上述的一種提高厚柵極氧化層完整性的方法，其中，所述氫氟酸的溶液比例為80:I 120:1。上述的一種提高厚柵極氧化層完整性的方法，其中，步驟S6中采用原位蒸汽合成法于所述襯底的上表面生長(zhǎng)一層所述犧牲氧化層。上述的一種提高厚柵極氧化層完整性的方法，其中，所述原位蒸汽合成法采用氫氣和氧氣于所述剩余襯底的上表面反應(yīng)生長(zhǎng)一層所述犧牲氧化層。上述的一種提高厚柵極氧化層完整性的方法，其中，所述原位蒸汽合成法的反應(yīng)溫度為900 1200。。。上述的一種提高厚柵極氧化層完整性的方法，其中，步驟S6中所述犧牲氧化層為
二氧化硅層。上述的一種提高厚柵極氧化層完整性的方法，其中，所述犧牲氧化層與所述襯墊氧化層的厚度相等。由于本發(fā)明采用了以上技術(shù)方案，在去除襯墊氧化層后，再使用原位蒸汽合成法生成一層犧牲氧化層后去除，增大了有源區(qū)邊角暴露出硅的面積，同時(shí)制造的溝槽圖案也更加平整，有效地去除硅襯底與柵極氧化層交界面生長(zhǎng)的柵極氧化層的雜質(zhì)顆粒，防止了有源區(qū)邊角厚柵極氧化層過(guò)薄或形成溝槽有雜質(zhì)的存在從而造成電場(chǎng)的聚集而導(dǎo)致對(duì)柵極氧化層造成一些不利的影響，保證了厚柵極氧化層生長(zhǎng)的穩(wěn)定性，提高了生產(chǎn)工藝。


圖1-9為本發(fā)明實(shí)施例的一種提高柵極氧化層制造方法的流程圖；圖10為本發(fā)明實(shí)施例中去除襯墊氧化層后有源區(qū)邊角放大的示意圖；圖11為本發(fā)明實(shí)施例中去除犧牲氧化層后有源區(qū)邊角放大的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不作為本發(fā)明的限定。圖1-9為本發(fā)明一種提高柵極氧化層制造方法的流程圖，包括以下步驟:步驟S1、于硅襯底101的上表面自下至上順序依次沉積襯墊氧化層102和氮化硅層103，該步驟完成后形成圖1所示結(jié)構(gòu)。步驟S2、回蝕氮化硅層103和襯墊氧化層102至硅襯底101中，形成淺溝槽隔離區(qū)104，并形成剩余襯墊氧化層103'、剩余硅化物層103'和剩余襯底101'，該步驟完成后形成圖2所示結(jié)構(gòu)。

步驟S3、填充氧化物充滿淺溝槽隔離104區(qū)并覆蓋剩余的氮化硅層103'的上表面，形成氧化物層105，該步驟完成后形成圖3所示結(jié)構(gòu)。步驟S4、采用平坦化工藝去除部分氧化物層105，在本發(fā)明的實(shí)施例中，采用化學(xué)機(jī)械研磨拋光工藝移除氧化物層105以暴露出剩余氮化硅層103'的上表面，同時(shí)于淺溝槽隔離區(qū)104內(nèi)形成氧化隔離層105'，該步驟完成后形成圖4所示結(jié)構(gòu)。步驟S5、去除剩余氮化硅層103'，暴露出剩余襯墊氧化層102'的上表面，該步驟完成后形成圖5中所示結(jié)構(gòu)。步驟S6、刻蝕去除剩余襯墊氧化層102'，暴露出剩余襯底10Γ的上表面，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中采用濃度為80:1 120:1的氫氟酸進(jìn)行濕法刻蝕，優(yōu)選的，采用濃度為100:1的氫氟酸進(jìn)行濕法刻蝕以去除剩余襯墊氧化層102'，該步驟完成后形成圖6中所示結(jié)構(gòu)。步驟S7、采用原位蒸汽合成法于剩余襯底101'的上表面生長(zhǎng)形成一層犧牲氧化層106，在本發(fā)明的實(shí)施例中，將反應(yīng)溫度控制在900 1200°C之間，如900°C，1000°C，Ii00°c，i20(rc等，在此條件下通入氫氣與氧氣，氫氣和氧氣形成的氧離子在催化作用下在與剩余襯底10Γ上表面暴露在外的硅反應(yīng)生成一層二氧化硅層，并以該二氧化硅層作為犧牲氧化層106，同時(shí)保證該犧牲氧化層106的生長(zhǎng)厚度與襯墊氧化層102的厚度相等，由于原位蒸汽合成法工藝具有可控制補(bǔ)償氧化生長(zhǎng)機(jī)制，且以單片硅片為單位進(jìn)行工藝制程，在殘余襯底101'，暴露的上表面可以形成厚度均勻較穩(wěn)定的犧牲氧化層106，該步驟完成后形成圖7所示結(jié)構(gòu)。
步驟S8、進(jìn)行離子的注入工藝及阱區(qū)的注入工藝，阱區(qū)注入完成后采用濕法刻蝕工藝去除犧牲氧化層106并進(jìn)行清洗，暴露出殘余襯底101'，的上表面，該步驟完成后形成圖8所示結(jié)構(gòu)。步驟S9、于殘余襯底101''的暴露的上表面生長(zhǎng)一層厚柵極氧化層107至氧化隔離層105'的上表面，該步驟完成后形成圖9所示結(jié)構(gòu)。圖10為本發(fā)明去除襯墊氧化層后有源區(qū)邊角放大的示意圖，如圖所示，在濕法刻蝕去除剩余襯墊氧化層102'后，于襯底101'和氧化隔離層105'的有源區(qū)邊角形成了一溝槽，該溝槽的深度較淺，且溝槽圖案比較尖銳，故在溝槽處生長(zhǎng)的厚柵氧化層較薄，同時(shí)剩余襯底101'與氧化隔離層105'交界處也容易有雜質(zhì)的存在；圖11為本發(fā)明去除犧牲氧化層后有源區(qū)邊角放大的示意圖，如圖所示，由于使用兩次濕法刻蝕工藝后，在有源區(qū)邊角形成了較圖10深度更深的溝槽，可在溝槽處生長(zhǎng)更厚的柵極氧化層，保證了生長(zhǎng)的厚柵極氧化層的厚度的均勻性；同時(shí)有源區(qū)邊角生長(zhǎng)的厚柵極氧化層底面圖案也比較平整，有效地去除了殘余襯底101'，與氧化隔離層105'交界處可能存在的雜質(zhì)，避免厚柵極氧化層被載流子擊穿從而造成一些不利的影響，提高了生長(zhǎng)的厚柵極氧化層的穩(wěn)定性。綜上所述，本發(fā)明通過(guò)在N型深阱工序前氮化物去除后，首先濕法去除襯墊氧化層，然后用原位蒸汽合成工藝重新生長(zhǎng)與襯墊氧化層同等厚度的犧牲氧化層，在濕法去除該犧牲氧化層后再進(jìn)行厚柵極氧化層生長(zhǎng)工藝。經(jīng)過(guò)兩次濕法工藝，更有效地去除硅襯底與柵極氧化層交界面的雜質(zhì)顆粒；同時(shí)加深淺溝道隔離區(qū)臺(tái)階，使厚柵氧生長(zhǎng)更均勻，防止有源區(qū)邊角處生長(zhǎng)的柵極氧化層過(guò)薄或襯底與柵極氧化層界面存在雜質(zhì)從而對(duì)器件造成一些不利的影響，在不影響器件特性的基礎(chǔ)上提高了厚柵極氧化層的完整性，提高了生產(chǎn)工藝。以上所述僅為本發(fā)明較佳的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的實(shí)施方式及保護(hù)范圍，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，應(yīng)當(dāng)能夠意識(shí)到凡運(yùn)用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及圖示內(nèi)容所作出的等同替換和顯而易見(jiàn)的 變化所得到的方案，均應(yīng)當(dāng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制備柵極氧化層的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟S1、于硅襯底的上表面自下至上順序依次沉積襯墊氧化層和硅化物層； 步驟S2、回蝕所述硅化物層和所述襯墊氧化層至所述硅襯底中，形成淺溝槽隔離區(qū)，并形成剩余襯墊氧化層、剩余娃化物層和剩余襯底； 步驟S3、填充氧化物充滿所述淺溝槽隔離區(qū)并覆蓋所述剩余硅化物層的上表面，形成氧化物層； 步驟S4、采用平坦化工藝去除部分所述氧化物層，暴露出所述剩余硅化物層的上表面，并在所述淺溝槽隔離區(qū)形成氧化隔離層； 步驟S5、移除所述剩余硅化物層及所述剩余襯墊氧化層暴露出剩余所述剩余襯底的上表面； 步驟S6、于所述剩余襯底暴露部分的表面生長(zhǎng)一層犧牲氧化層，以該犧牲氧化層為阻擋層進(jìn)行離子注入工藝后，去除該犧牲氧化層，并繼續(xù)進(jìn)行清洗工藝； 步驟S7、于剩余襯底的暴露部分的上表面生長(zhǎng)一層厚柵極氧化層至所述氧化隔離層的上表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高柵極氧化層完整性的方法，其特征在于，所述硅化物層為氮化娃層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高柵極氧化層完整性的方法，其特征在于，步驟S5中采用濕法刻蝕去除剩余所述剩余襯墊氧化層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述 的一種提高厚柵極氧化層完整性的方法，其特征在于，采用氫氟酸進(jìn)行濕法刻蝕工藝去除所 述剩余襯墊氧化層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種提高厚柵極氧化層完整性的方法，其特征在于，所述氫氟酸的溶液比例為80:1 120:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高厚柵極氧化層完整性的方法，其特征在于，步驟S6中采用原位蒸汽合成法于所述襯底的上表面生長(zhǎng)一層所述犧牲氧化層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種提高厚柵極氧化層完整性的方法，其特征在于，所述原位蒸汽合成法采用氫氣和氧氣于所述剩余襯底的上表面反應(yīng)生長(zhǎng)一層所述犧牲氧化層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種提高厚柵極氧化層完整性的方法，其特征在于，所述原位蒸汽合成法的反應(yīng)溫度為900 1200°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高厚柵極氧化層完整性的方法，其特征在于，步驟S6中所述犧牲氧化層為二氧化硅層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高厚柵極氧化層完整性的方法，其特征在于，所述犧牲氧化層與所述襯墊氧化層的厚度相等。
全文摘要
本發(fā)明一般涉及CMOS半導(dǎo)體器件制造工藝，具體涉及一種提高柵極氧化層的穩(wěn)定性的方法，包括以下步驟填充氧化物充滿淺溝槽隔離區(qū)并覆蓋剩余硅化物層的上表面，形成氧化物層；采用平坦化工藝去除部分氧化物層，暴露出剩余硅化物層的上表面，并在淺溝槽隔離區(qū)形成氧化隔離層；移除剩余硅化物層及剩余襯墊氧化層暴露出剩余剩余襯底的上表面；于剩余襯底暴露部分的表面生長(zhǎng)一層犧牲氧化層，以該犧牲氧化層為阻擋層進(jìn)行離子注入工藝后，去除該犧牲氧化層，并繼續(xù)進(jìn)行清洗工藝；于剩余襯底的暴露部分的上表面生長(zhǎng)一層厚柵極氧化層至氧化隔離層的上表面。本發(fā)明可保證生長(zhǎng)柵氧化層的厚度的均勻度，提高了柵氧化層的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H01L21/28GK103227107SQ201310120029
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月8日
發(fā)明者張雪琴, 羅飛 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司