改善柵氧化層表面均勻度的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體MOS器件的制造工藝領(lǐng)域，尤其涉及一種改善柵氧化層表面均勻度的方法，通過在高溫下對原位水蒸汽氧化法形成的柵氧化層引入惰性氣體以進(jìn)行實(shí)時(shí)退火處理，使得最終形成的核心柵氧化層，在保持制備的柵氧化層厚度不變的情況下，有效提高其表面均勻度，進(jìn)而避免了因柵氧化層厚度的不均勻而造成后續(xù)的光刻或蝕刻工藝產(chǎn)生缺陷，增強(qiáng)了產(chǎn)品的性能，且提高了產(chǎn)品的良率。
【專利說明】改善柵氧化層表面均勻度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體MOS器件的制造工藝領(lǐng)域，尤其涉及一種改善柵氧化層表面均勻度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著超大規(guī)模集成電路(VLSI)和特大規(guī)模集成電路(ULSI)的快速發(fā)展，對器件加工技術(shù)提出越來越嚴(yán)格的要求，而由于柵氧化層的制備工藝是半導(dǎo)體制造工藝中的關(guān)鍵技術(shù)，會直接影響和決定器件的電學(xué)特性和可靠性，尤其是MOS器件特征尺寸進(jìn)入納米時(shí)代，其對柵氧化層(Gate Oxide)的要求相應(yīng)的也就更加嚴(yán)格。
[0003]在現(xiàn)有的半導(dǎo)體制程技術(shù)中，淺槽隔離(Shallow Trench Isolation,簡稱STI)是主流的半導(dǎo)體器件隔離結(jié)構(gòu)，它有著節(jié)約面值，隔離效果良好的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在各類深亞微米半導(dǎo)體制程中。
[0004]但是，由于在淺槽隔離構(gòu)中淀積的填充氧化硅，其熱膨脹系數(shù)和有源區(qū)的硅有一定的差別，在后續(xù)的熱過程工藝中，會造成淺槽隔離結(jié)構(gòu)和有源區(qū)的邊界處存在一定的應(yīng)力；另外，為保證好的隔離效果，淺槽隔離結(jié)構(gòu)中的填充氧化硅通常稍高于有源區(qū)；在進(jìn)行后續(xù)的工藝中，上述的兩個(gè)因素均會對器件產(chǎn)生負(fù)面的影響，即淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)和有源區(qū)之間存在的應(yīng)力差和高度差均會造成后續(xù)生長柵氧化層時(shí)，在淺槽隔離結(jié)構(gòu)和有源區(qū)的邊界處的薄膜生長速度比其他地方慢，導(dǎo)致出現(xiàn)明顯的沿著淺槽隔離結(jié)構(gòu)邊緣的氧化硅厚度比有源區(qū)中間的氧化硅薄，而不均勻的柵氧化層則會導(dǎo)致不均勻的晶體管閾值電壓，進(jìn)而造成在器件的漏電流和柵氧化層之間的關(guān)系曲線中出現(xiàn)駝峰現(xiàn)象，使得晶體管的亞閾特性變差，漏電流大幅增大，嚴(yán)重影響其所形成器件的電學(xué)性能；同時(shí)，在后續(xù)的制造工藝中也容易因柵氧化層厚度的不均勻造成形成柵極結(jié)構(gòu)后的光刻或蝕刻工藝產(chǎn)生缺陷，降低產(chǎn)品的性能和良率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明公開了一種改善柵氧化層表面均勻度的方法，其中，包括以下步驟:
[0006]提供一硅片；
[0007]對所述硅片進(jìn)行預(yù)清洗工藝；
[0008]于所述硅片的表面制備第一柵氧化層；
[0009]部分去除所述第一柵氧化層，以定義核心柵氧化層區(qū)域；
[0010]采用原位水蒸氣氧化工藝于所述核心柵氧化層區(qū)域制備核心柵氧化層；
[0011]制備多晶硅層覆蓋所述核心柵氧化層和剩余的第一氧化層的表面；
[0012]繼續(xù)后續(xù)的柵極結(jié)構(gòu)制備工藝。
[0013]上述的改善柵氧化層表面均勻度的方法，其中，還包括:
[0014]于所述定義核心柵氧化層區(qū)域工藝步驟后，對所述硅片進(jìn)行再清洗工藝，并繼續(xù)采用原位水蒸氣氧化法制備所述核心柵氧化層。[0015]上述的改善柵氧化層表面均勻度的方法，其中，采用干氧氧化工藝制備所述第一
柵氧化層。
[0016]上述的改善柵氧化層表面均勻度的方法，其中，依次采用光刻工藝和濕法刻蝕工藝刻蝕所述第一柵氧化層至所述硅片的表面，以形成所述核心柵氧化層區(qū)域凹槽。
[0017]上述的改善柵氧化層表面均勻度的方法，其中，采用原位水蒸氣氧化工藝于所述核心柵氧化層區(qū)域制備核心柵氧化層工藝步驟包括:
[0018]將反應(yīng)腔體內(nèi)的環(huán)境設(shè)為低壓環(huán)境；
[0019]將定義有所述核心柵氧化層區(qū)域的硅片置入所述反應(yīng)腔體中；
[0020]于所述反應(yīng)腔體中通入混合氣體，以在所述核心柵氧化層區(qū)域中制備目標(biāo)氧化層；
[0021]停止通入所述混合氣體的同時(shí)，于該反應(yīng)腔體中通入惰性氣體,并對所述目標(biāo)氧化層進(jìn)行實(shí)時(shí)退火處理，形成所述核心柵氧化層。
[0022]上述的改善柵氧化層表面均勻度的方法，其中，所述反應(yīng)腔體中氣壓小于20MPa。
[0023]上述的改善柵氧化層表面均勻度的方法，其中，所述反應(yīng)腔體為RTP腔體。
[0024]上述的改善柵氧化層表面均勻度的方法，其中，所述混合氣體為O2和H2組成的混合氣體或者由N2O和H2組成的混合氣體。
[0025]上述的改善柵氧化層表面均勻度的方法，其中，由O2和H2組成的混合氣體中H2的含量為0.5% -33%，由N2O和H2組成的混合氣體中H2的含量為0.5% -33%。
[0026]上述的改善柵氧化層表面均勻度的方法，其中，制備所述目標(biāo)氧化層時(shí)，所述反應(yīng)腔體中溫度條件為800°C -1100°C。
[0027]上述的改善柵氧化層表面均勻度的方法，其中，制備所述目標(biāo)氧化層的工藝時(shí)間為 15s_60s。
[0028]上述的改善柵氧化層表面均勻度的方法，其中，對所述目標(biāo)氧化層進(jìn)行實(shí)時(shí)退火處理時(shí)，所述反應(yīng)腔體中溫度條件為1000°c -1100°c。
[0029]上述的改善柵氧化層表面均勻度的方法，其中，對所述目標(biāo)氧化層進(jìn)行實(shí)時(shí)退火處理的工藝時(shí)間為15s-60s。
[0030]上述的改善柵氧化層表面均勻度的方法，其中，所述惰性氣體包括N2或Ar
[0031]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明一種改善柵氧化層表面均勻度的方法，通過在高溫下對原位水蒸汽氧化法形成的柵氧化層引入惰性氣體以進(jìn)行實(shí)時(shí)退火處理，使得最終形成的核心柵氧化層，在保持制備的柵氧化層厚度不變的情況下，有效提高其表面均勻度，進(jìn)而避免了因柵氧化層厚度的不均勻而造成后續(xù)的光刻或蝕刻工藝產(chǎn)生缺陷，增強(qiáng)了產(chǎn)品的性能，且提高了產(chǎn)品的良率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1-7是本發(fā)明改善柵氧化層表面均勻度的方法的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說明:
[0034]圖1-7是本發(fā)明改善柵氧化層表面均勻度的方法的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1-7所示，本發(fā)明一種改善柵氧化層表面均勻度(the method to improve the uniformity of GateOxide)的方法:
[0035]首先，如圖1所示，根據(jù)柵氧工藝需求提供一硅片I ;由于該硅片I與空氣中物質(zhì)反應(yīng)，其表面生長有自然氧化層2，而該自然氧化層2會影響后續(xù)的工藝質(zhì)量，所以在進(jìn)行柵氧工藝前，要采用預(yù)清洗工藝去除該自然氧化層2，進(jìn)而形成如圖2所示的結(jié)構(gòu)。
[0036]其次，采用干氧氧化工藝于硅片I的表面制備第一柵氧化層3后，形成如圖3所示的結(jié)構(gòu)，并繼續(xù)旋涂光刻膠覆蓋該第一柵氧化層3的表面，依次經(jīng)過曝光、顯影工藝后，去除多余的光刻膠，于上述的第一柵氧化層3的表面上形成具有核心柵氧化層圖案的光阻4，即形成如圖4所示的結(jié)構(gòu)。
[0037]之后，以光阻4為掩膜，采用濕法刻蝕工藝刻蝕第一柵氧化層3至硅片I的表面，以部分去除第一柵氧化層，去除光阻4后，形成核心柵氧化層凹槽5，完成定義核心柵氧化層區(qū)域的工藝步驟(該核心柵氧化層凹槽5的凹槽區(qū)域?yàn)槎x的核心柵氧化層區(qū)域)，并繼續(xù)對硅片I進(jìn)行再清洗工藝，以去除上述工藝過程中殘留在硅片I表面的顆粒物等污染。
[0038]進(jìn)一步的,采用原位水蒸氣氧化工藝(In-Situ Steam Generation,簡稱ISSG)于上述的核心柵氧化層凹槽5中制備核心柵氧化層6 ;具體的:
[0039]先將RTP腔體中的氣壓調(diào)整為低壓環(huán)境，及該RTP腔體中的氣壓小于20MPa如18MPa、15MPa、或者IOMPa等，再將經(jīng)過再清洗工藝的硅片I置放入該RTP腔體中的支撐圓盤上，并同時(shí)通入由O2和H2組成的混合氣體或者由N2O和H2組成的混合氣體。
[0040]其中，上述的由O2和H2組成的混合氣體中H2的含量為0.5%-33% (如0.5%、10%、20%或33%等)，由N2O和H2組成的混合氣體中H2的含量為0.5% -33% (如0.5%、1%、15%、25%或 33%等)。
[0041 ] 繼續(xù)將RTP腔體中的溫度調(diào)整為800 0C -1lOO0C (如800 V、900 V、1000 V或1100°C等)，以對硅片I的表面進(jìn)行加熱，經(jīng)過15S-60S (如15s、30s、55s或60s等)的反應(yīng)時(shí)間后，于生成充滿核心柵氧化層凹槽5且覆蓋剩余第一柵氧化層31表面的目標(biāo)氧化層6 ;即硅片I的表面被加熱以作為激發(fā)點(diǎn)火裝置激發(fā)反應(yīng)，其反應(yīng)的原理為化學(xué)式(α ):Η2+02 — Η20+02>0Η> 副產(chǎn)物(other species),或化學(xué)式(β ):Η2+Ν20 — Η20+0Ν++02>0Η> 畐Ij產(chǎn)物，(化學(xué)式(α )為通入由O2和H2組成的混合氣體進(jìn)行的反應(yīng)，化學(xué)式(β )為通入由N2O和H2組成的混合氣體進(jìn)行的反應(yīng))，上述化學(xué)反應(yīng)式(α )或(β )所生成的02_或NO+與硅襯底表面的硅原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成二氧化硅(SiO2),即目標(biāo)氧化層6。
[0042]進(jìn)一步的，在停止通入上述的混合氣體的同時(shí)，于該反應(yīng)腔體中通入惰性氣體如氮?dú)釴2*Ar等(上述的惰性氣體包括但不局限于N2*Ar)，而此時(shí)可根據(jù)RTP腔體中的實(shí)際溫度值，將RTP腔體中的溫度調(diào)整為1000°C -1lOO0C (如1000°C、1030°C、107(rC或1100°C等)，以對上述的目標(biāo)氧化層6進(jìn)行15s-60s (如15s、32s、58s或60s等)實(shí)時(shí)退火工藝，并繼續(xù)后續(xù)工藝部分去除該目標(biāo)氧化層6后，于核心柵氧化層凹槽5形成核心柵氧化層7 ;其中，上述的惰性氣體對氧化層的厚度沒有貢獻(xiàn)。
[0043]另外，上述的ISSG反應(yīng)和實(shí)時(shí)退火工藝步驟是在同一個(gè)RTP腔體中進(jìn)行，并且在ISSG反應(yīng)結(jié)束后，立刻開始實(shí)時(shí)退火工藝步驟；在實(shí)際的生產(chǎn)工藝過程中，經(jīng)過上述高溫N2退火處理工藝形成的柵氧化層7，在保持其厚度基本不變的情況下，能將柵氧化層7的表面的均勻度至少提高40%。[0044]優(yōu)選的，本實(shí)施例一種改善柵氧化層表面均勻度的方法,在45/40nm、32/28nm或小于等于22nm等技術(shù)節(jié)點(diǎn)上,應(yīng)用于Logic、Memory、RF、HV等技術(shù)平臺。
[0045]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明提出一種改善柵氧化層表面均勻度的方法，通過在高溫下對原位水蒸汽氧化法形成的柵氧化層引入惰性氣體以進(jìn)行實(shí)時(shí)退火處理，使得最終形成的核心柵氧化層，在保持制備的柵氧化層厚度不變的情況下，有效提高其表面均勻度，進(jìn)而避免了因柵氧化層厚度的不均勻而造成后續(xù)的光刻或蝕刻工藝產(chǎn)生缺陷，增強(qiáng)了產(chǎn)品的性能，且提高了產(chǎn)品的良率。
[0046]通過說明和附圖，給出了【具體實(shí)施方式】的特定結(jié)構(gòu)的典型實(shí)施例，基于本發(fā)明精神，還可作其他的轉(zhuǎn)換。盡管上述發(fā)明提出了現(xiàn)有的較佳實(shí)施例，然而，這些內(nèi)容并不作為局限。
[0047]對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，閱讀上述說明后，各種變化和修正無疑將顯而易見。因此，所附的權(quán)利要求書應(yīng)看作是涵蓋本發(fā)明的真實(shí)意圖和范圍的全部變化和修正。在權(quán)利要求書范圍內(nèi)任何和所有等價(jià)的范圍與內(nèi)容，都應(yīng)認(rèn)為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種改善柵氧化層表面均勻度的方法，其特征在于，包括以下步驟: 提供一娃片； 對所述硅片進(jìn)行預(yù)清洗工藝； 于所述硅片的表面制備第一柵氧化層； 部分去除所述第一柵氧化層，以定義核心柵氧化層區(qū)域； 采用原位水蒸氣氧化工藝于所述核心柵氧化層區(qū)域制備核心柵氧化層； 制備多晶硅層覆蓋所述核心柵氧化層和剩余的第一氧化層的表面； 繼續(xù)后續(xù)的柵極結(jié)構(gòu)制備工藝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善柵氧化層表面均勻度的方法，其特征在于，還包括: 于所述定義核心柵氧化層區(qū)域工藝步驟后，對所述硅片進(jìn)行再清洗工藝，并繼續(xù)采用原位水蒸氣氧化法制備所述核心柵氧化層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善柵氧化層表面均勻度的方法，其特征在于，采用干氧氧化工藝制備所述第一柵氧化層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善柵氧化層表面均勻度的方法，其特征在于，依次采用光刻工藝和濕法刻蝕工藝刻蝕所述第一柵氧化層至所述硅片的表面，以形成所述核心柵氧化層凹槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所 述的改善柵氧化層表面均勻度的方法，其特征在于，采用原位水蒸氣氧化工藝于所述核心柵氧化層區(qū)域制備核心柵氧化層工藝步驟包括: 將反應(yīng)腔體內(nèi)的環(huán)境設(shè)為低壓環(huán)境； 將定義有所述核心柵氧化層區(qū)域的硅片置入所述反應(yīng)腔體中； 于所述反應(yīng)腔體中通入混合氣體，以在所述核心柵氧化層區(qū)域中制備目標(biāo)氧化層；停止通入所述混合氣體的同時(shí)，于該反應(yīng)腔體中通入惰性氣體，并對所述目標(biāo)氧化層進(jìn)行實(shí)時(shí)退火處理，形成所述核心柵氧化層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的改善柵氧化層表面均勻度的方法，其特征在于，所述反應(yīng)腔體中氣壓小于20MPa。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的改善柵氧化層表面均勻度的方法，其特征在于，所述反應(yīng)腔體為RTP腔體。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的改善柵氧化層表面均勻度的方法，其特征在于，所述混合氣體為O2和H2組成的混合氣體或者由N2O和H2組成的混合氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的改善柵氧化層表面均勻度的方法，其特征在于，由O2和H2組成的混合氣體中H2的含量為0.5% -33%，由N2O和H2組成的混合氣體中H2的含量為0.5% -33%。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的改善柵氧化層表面均勻度的方法，其特征在于，制備所述目標(biāo)氧化層時(shí)，所述反應(yīng)腔體中溫度條件為800°C -1100°C。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的改善柵氧化層表面均勻度的方法，其特征在于，制備所述目標(biāo)氧化層的工藝時(shí)間為15s_60s。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的改善柵氧化層表面均勻度的方法，其特征在于，對所述目標(biāo)氧化層進(jìn)行實(shí)時(shí)退火處理時(shí)，所述反應(yīng)腔體中溫度條件為1000°C -1100°C。
13.根據(jù)權(quán)利要求5所述的改善柵氧化層表面均勻度的方法，其特征在于，對所述目標(biāo)氧化層進(jìn)行實(shí)時(shí)退火處理的工藝時(shí)間為15s-60s。
14.根據(jù)權(quán)利要求 5所述的改善柵氧化層表面均勻度的方法，其特征在于，所述惰性氣體包括N2或Ar。
【文檔編號】H01L21/28GK103441064SQ201310253236
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月24日
【發(fā)明者】張紅偉 申請人:上海華力微電子有限公司