超薄栅氧的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超薄栅氧的制备方法，在采用高温ISSG等工艺生长超薄氧化层之后，在高温烘烤时加入氮气和氧气的混合气体来消除表面正电荷，可以阻止超薄氧化层二氧化硅与衬底硅进行反应生成气态SiO，从而避免超薄栅氧的缺失、损失。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体集成电路的制造
，尤其涉及一种。
技术介绍
随着半导体技术的不断发展，为了满足器件性能的要求，超大规模集成电路(ULSI)的栅氧化层的厚度不断减薄，由原来的20-30nm降至3纳米以下，称为超薄栅氧。在超薄栅氧的制备工艺中，从90纳米节点开始普遍使用新型的栅介质生长工艺，即依次采用ISSG原位水蒸汽氧化工艺(In-Situ Steam Generat1n)生成一层超薄高质量的氧化膜、高温纯N2烘烤消除晶圆片表面的正电荷、DPN去耦等离子体氮化工艺(DecoupledPlasma Nitridat1n)等离子体氮化前面所生成的高质量氧化层、PNA氮化退火工艺(PostNitridat1n Anneal)氮化后退火提高固氮效率，以形成S1xNy高K介质层，如图1所示。其中，ISSG是一种快速热退火工艺，可在短时间内加热和冷却硅片，热预算少，而且温度均匀性较好。其反应原理是:采用掺入少量氢气的氧气作为反应气氛，高温下在硅片表面产生类似于燃烧的化学反应，生成大量的气相活性自由基，其中主要是氧原子，这些自由基参与了硅片的氧化过程。由于氧原子的强氧化作用，最终得到的氧化物薄膜体内缺陷少、质量高。上述现有方法的四个步骤及反应腔室具体为:步骤1.高温ISSG生长超薄二氧化硅层(Ν20+Η2气体氛围)(ISSG腔)；步骤2.高温纯队烘烤以消除晶圆表面的正电荷(ISSG腔)；步骤3.去耦等离子体氮化超薄二氧化硅层以掺杂氮(DPN腔)；步骤4.退火处理以加强固氮工艺及修复二氧化硅层的等离子体损伤(PNA腔)。其中，步骤2为高温N2的烘烤，目的是消除晶圆片表面积累的正电荷。但是这种工艺存在一个缺点，容易导致超薄栅氧的缺失缺陷问题。这是因为高温(IlOOtC)和纯队条件下烘烤时会产生如下反应:Si02+Si — S1(高温下为气态)。这种反应在比较脆弱的区域尤为突出，会造成对S12的一种蚀刻，最终导致部分区域的超薄栅氧被完全蚀刻掉或被部分蚀刻，就造成超薄栅氧缺失缺陷的问题，如图2所示，左图圈中可见正常的超薄栅氧，右图为缺失了超薄栅氧的异常示意图。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种，可以保护超薄栅氧不被去除，从而消除超薄栅氧缺失的缺陷。本专利技术提供的，其包括以下步骤:步骤SOl，提供娃片；步骤S02，生长超薄氧化层；步骤S03，在含有氮气和氧气的环境下烘烤以消除所述硅片表面的正电荷；步骤S04，氮化所述超薄氧化层以掺杂氮；步骤S05，对所述硅片进行退火处理，得到超薄栅氧。进一步地，步骤S03中氧气体积浓度为5-10%。进一步地，步骤S03的烘烤温度为1000-1200°C。进一步地，步骤S02包括采用高温ISSG工艺(原位水蒸汽氧化工艺，In-SituSteam Generat1n)生长超薄氧化层。进一步地，步骤S02为氧化二氮ISSG工艺。进一步地，步骤S02的工艺温度为800-1100°C。进一步地，步骤S04包括采用DPN工艺(去親等离子体氮化工艺，DecoupledPlasma Nitridat1n)氮化所述超薄氧化层。进一步地，步骤S05包括对所述娃片进行PNA (氮化退火工艺，Post Nitridat1nAnneal)退火处理。进一步地，步骤S05中的退火温度为1000-1100°C。进一步地，所述超薄氧化层为二氧化娃。本专利技术提供的，在采用高温ISSG等工艺生长超薄氧化层之后，在高温烘烤时加入氮气和氧气的混合气体来消除表面正电荷，可以阻止超薄氧化层二氧化硅与衬底硅进行反应生成气态S1，从而避免超薄栅氧的缺失、损失。【附图说明】为能更清楚理解本专利技术的目的、特点和优点，以下将结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细描述，其中:图1是现有超薄栅氧制备方法的流程示意图；图2是现有制备方法得到的超薄栅氧的缺陷示意图；图3是本专利技术超薄栅氧制备方法的流程示意图。【具体实施方式】请参阅图3，本实施例的具体包括以下步骤:步骤SOI，提供硅片。本步骤的硅片用于制备超薄栅氧，并省略前道利用现有技术可以实现的步骤。步骤S02，生长超薄氧化层。本步骤可采用现有工艺实现，较佳地，本实施例采用高温ISSG工艺，较佳地采用氧化二氮ISSG (即反应气体为N2O和H2)，工艺温度较佳地为800-1100°C。其中，生长的超薄氧化层为二氧化娃。实际应用中，还可以采用快速热氧化方法(Rapid Thermal Oxidat1n,RT0)或氧化ISSG (反应气体为氧气和氢气)。步骤S03，在含有氮气和氧气的环境下烘烤以消除硅片表面的正电荷。本步骤中，氧气的适量加入，可以阻止二氧化硅与衬底硅反应，避免损失超薄氧化层，氧气的体积浓度较佳地为5-10%，本步骤烘烤的温度较佳地为1000-1200°C，本实施例为 IlOOcC0步骤S04，氮化超薄氧化层以掺杂氮。本步骤可采用现有工艺实现，用于在二氧化硅中掺杂氮，较佳地，本实施例采用DPN工艺。实际应用中，还可以采用远程等离子体氮化(Remote Plasma Nitridat1n，RPN)或垂直扩散设备的氮化(NO，N2O或NH3等)。步骤S05，对硅片进行退火处理，得到超薄栅氧S1xNy。本步骤可采用现有工艺实现，用于稳定掺杂氮、加强固氮效果及修复二氧化硅层的等离子体损伤，较佳地，本实施例采用PNA退火工艺，退火温度较佳地为1000-1100°C。实际应用中，还可以采用尖峰退火等。【主权项】1.一种，其特征在于，其包括以下步骤: 步骤SOI，提供娃片； 步骤S02，生长超薄氧化层； 步骤S03，在含有氮气和氧气的环境下烘烤以消除所述硅片表面的正电荷； 步骤S04，氮化所述超薄氧化层以掺杂氮； 步骤S05，对所述硅片进行退火处理，得到超薄栅氧。2.根据权利要求1所述的，其特征在于:步骤S03中氧气体积浓度为5-10%。3.根据权利要求2所述的，其特征在于:步骤S03的烘烤温度为1000-1200。。。4.根据权利要求1所述的，其特征在于:步骤S02包括采用高温ISSG工艺生长超薄氧化层。5.根据权利要求4所述的，其特征在于:步骤S02为氧化二氮ISSG工艺。6.根据权利要求5所述的，其特征在于:步骤S02的工艺温度为800-1100。。。7.根据权利要求1所述的，其特征在于:步骤S04包括采用DPN工艺氮化所述超薄氧化层。8.根据权利要求1所述的，其特征在于:步骤S05包括对所述硅片进行PNA退火处理。9.根据权利要求8所述的，其特征在于:步骤S05中的退火温度为 1000-1100oC O10.根据权利要求1至9任一项所述的，其特征在于:所述超薄氧化层为二氧化硅。【专利摘要】本专利技术公开了一种，在采用高温ISSG等工艺生长超薄氧化层之后，在高温烘烤时加入氮气和氧气的混合气体来消除表面正电荷，可以阻止超薄氧化层二氧化硅与衬底硅进行反应生成气态SiO，从而避免超薄栅氧的缺失、损失。【IPC分类】H01L21/28, H01L21/3105【公开号】CN105185700【申请号】CN201510487665【专利技术人】温振平, 肖天金, 张红伟 【申请人】上海华力微电子有限公司【公开日】2015年12月23日【申请日】2015年8月11日本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超薄栅氧的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤S01，提供硅片；步骤S02，生长超薄氧化层；步骤S03，在含有氮气和氧气的环境下烘烤以消除所述硅片表面的正电荷；步骤S04，氮化所述超薄氧化层以掺杂氮；步骤S05，对所述硅片进行退火处理，得到超薄栅氧。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：温振平，肖天金，张红伟，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31