改善栅极氧化层的方法及半导体器件的制造方法技术

本发明专利技术提供了一种改善栅极氧化层的方法及半导体器件的制造方法，所述改善栅极氧化层的方法包括：在栅极氧化层形成工艺之前对衬底进行高温热处理工艺，所述高温热处理工艺的温度不低于500℃。通过优先对衬底进行高温热处理，之后再形成栅氧化层的方法，一方面，可以将衬底中残留的一些Si‑H的键合形态去除，减少Si‑SiO

Methods of improving gate oxide and manufacturing semiconductor devices

The invention provides a method for improving the gate oxide layer and a manufacturing method of semiconductor devices. The method for improving the gate oxide layer includes: a high-temperature heat treatment process for the substrate before the formation process of the gate oxide layer, and the temperature of the high-temperature heat treatment process is not lower than 500 \u2103. On the one hand, the bonding morphology of Si \u2011 h remained in the substrate can be removed and Si \u2011 SiO can be reduced by the way of preferentially high temperature heat treatment of the substrate and then forming gate oxide layer

【技术实现步骤摘要】
改善栅极氧化层的方法及半导体器件的制造方法
本专利技术涉及半导体领域，尤其涉及一种改善栅极氧化层的方法及半导体器件的制造方法。
技术介绍
随着工艺的发展，半导体器件关键尺寸不断减小。现在的CMOS晶体管的制造技术中，负偏压不稳定性(negativebiastemperatureinstability，简称NBTI)效应逐渐成为影响40纳米以及28纳米以下器件可靠性的主要因素之一。NBTI效应是由于在高温下(通常大于100℃)对P-MOSFET栅极加大的负栅压偏置所造成的，表现为阈值电压漂移ΔVth不断增大。这种变化是由于在负栅压和高温应力作用下在Si-SiO2界面处形成了界面态和氧化层正电荷所造成的。实验表明NBTI效应发生的条件是在Si-SiO2界面处有空穴的存在。在CMOS晶体管的栅氧化层和硅衬底的界面处是硅单晶的边界，研究表明Si-SiO2界面并不是一个几何平面，在界面处存在厚度约为的过渡层。所述过渡层的结构为SiOx(x介于1～2之间)，因而出现许多硅的“悬挂”键，这些悬挂键会在禁带中产生额外的能带。当电荷载流子运动到Si-SiO2界面时，有一些被随机俘获，随后又被产生的能带释放，Si-SiO2界面电荷填充的变化引起了衬底表面电势的变化，从而调整了沟道表面载流子的浓度，并且随着频率产生波动，结果在漏源电流中产生“闪烁”噪声。闪烁噪声的增加对于器件在低频方面造成了横向干扰，从而影响了低频下的灵敏度。目前业界的逻辑器件尤其是手机芯片逐渐往SOC方向发展，把CPU、IO控制器、Ram控制器、音频电路甚至是基带芯片都集成在一颗SOC上，闪烁噪声的存在将影响基带在杂波下的过滤能力，从而导致手机的弱信号下通话不流畅，影响效果。同时对于集成的音频电路，将严重影响其信噪比(db)，影响手机的体验度，因此业界对于闪烁噪声的控制也越来越高。因此，如何保证高质量的Si-SiO2界面是问题的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种改善栅极氧化层的方法，以提高Si-SiO2界面的质量，从而提高产品的性能。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种改善栅极氧化层的方法，包括：在栅极氧化层形成工艺之前对衬底进行高温热处理工艺，所述高温热处理工艺的温度不低于500℃。可选的，在所述改善栅极氧化层的方法中，所述高温热处理工艺与所述栅极氧化层形成工艺在同一炉管内进行。可选的，在所述改善栅极氧化层的方法中，在所述高温热处理工艺中所述炉管内处于无氧环境。可选的，在所述改善栅极氧化层的方法中，在所述高温热处理工艺中所述炉管内的气源包括氮气；和/或，在所述栅极氧化层形成工艺中所述炉管内的气源包括氮气和氧气。可选的，在所述改善栅极氧化层的方法中，所述氮气的流量为5～20slm。可选的，在所述改善栅极氧化层的方法中，所述高温热处理工艺包括加热阶段和第一稳定阶段，所述加热阶段用于将所述高温热处理工艺所使用的加热腔体内的温度升至第二设定温度，所述第一温度阶段用于将所述加热腔体内的温度恒温在所述第二设定温度。可选的，在所述改善栅极氧化层的方法中，所述第一稳定阶段的时间为20～60min，和/或，所述稳定阶段的温度为800～1000℃。可选的，在所述改善栅极氧化层的方法中，所述栅极氧化层形成工艺包括在所述第一稳定阶段之后依次经历的第一冷却阶段、第二稳定阶段和第二冷却阶段，所述第一冷却阶段用于将所述加热腔体内的温度由所述第二设定温度降温至第三设定温度，所述第二稳定阶段用于将所述加热腔体内的温度维持在所述第三设定温度，所述第二冷却阶段用于将所述加热腔体内的温度由所述第三设定温度降温至第四设定温度，所述第四设定温度低于所述第三设定温度，所述第三设定温度低于所述第二设定温度。可选的，在所述改善栅极氧化层的方法中，所述栅极氧化层的质量通过界面陷阱密度进行表征。为实现上述目的以及其它相关目的，本专利技术还提供了一种半导体器件的制造方法，包括：提供一衬底，并采用如上任一项所述的改善栅极氧化层的方法，在所述衬底上形成所需的栅极氧化层。综上所述，本专利技术提供了一种改善栅极氧化层的方法，包括：在栅极氧化层形成工艺之前对衬底进行高温热处理工艺，所述高温热处理工艺的温度不低于500℃。通过优先对衬底进行高温热处理，之后再形成栅氧化层的方法，一方面可以消除外界因素对栅氧化层质量影响，避免了Si-SiO2界面的恶化，提高了产品的性能；另一方面，高温热处理可以将衬底中残留的一些Si-H的键合形态去除，减少Si-SiO2界面处的硅“悬挂”键缺陷，保证了Si-SiO2界面的质量；同时高温热处理后紧接着形成栅氧化层，不受等待时间(Q-Time)的影响。附图说明图1为栅极氧化层形成工艺中各步骤的温度和氧气量关系图。图2为高温热处理工艺以及栅极氧化层形成工艺中各步骤的温度和氧气量关系图。具体实施方式随着工艺节点的降低，栅氧化层的质量要求越来越高。通常采用的栅氧化层形成的工艺方法如图1所示，具体过程为：所述衬底经过预清洗之后转移至600℃的炉管中进行栅极氧化层形成工艺。首先，在步骤A中，所述衬底在600℃维持10min，并通入10slm的氮气；然后，进行步骤F，即将炉管内温度以4℃/min的升温速率升至700℃，在此过程中维持氮气的流量为10slm，所用时间大约为25min；待炉管内温度到达700℃之后，进行步骤G，即以3℃/min的升温速率维持该温度3min；在步骤H中，所述衬底在700℃的温度下继续维持35min，并维持氮气的通入流量为10slm，同时通入氧气形成栅极氧化层，所述氧气的通入流量为9slm；最后，进行步骤I和步骤J，即栅极氧化层形成之后将温度以3℃/min的降温速率降至600℃，并维持10min，在此过程中，关闭氧气，同时维持氮气的流量为10slm。为了得到更好的工艺稳定性，同时也为满足整体工艺和集成上的要求，栅氧化层形成之前会进行一道清洗预处理的工艺站点，去除自然氧化层，所述清洗预处理的方法通常为湿法清洗，但是在清洗过程中不可避免的在硅片上产生一些Si-H的键合形态，而Si-H的键合形态是一种极不稳定的存在方式，高温时Si-H的键合会断裂，形成“悬挂”键，这些悬挂键对于Si-SiO2界面的质量是致命的，很大程度上降低了Si-SiO2界面的性能。另一方面，衬底经过清洗预处理之后进入炉管氧化形成栅氧化层，为防止再次产生自然氧化层，清洗机台到栅氧化层形成的炉管之间是有等待时间控制的，但是由于工艺的特点很难做到不产生氧化层，而自然氧化层质量较差，存在缺陷较多。本专利技术提供了一种改善栅极氧化层的方法，即在栅极氧化层形成前对衬底进行高温热处理，能够减少Si-SiO2界面处的硅“悬挂”键缺陷，消除外界因素对栅氧化层质量影响，避免Si-SiO2界面的恶化，提高产品的性能。所述的外界因素包括干法刻蚀工艺、湿法刻蚀工艺或者等离子体工艺等等。所述改善栅极氧化层的方法，包括：高温热处理工艺和栅极氧化层形成工艺。所述高温热处理工艺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改善栅极氧化层的方法，其特征在于，包括：在栅极氧化层形成工艺之前对衬底进行高温热处理工艺，所述高温热处理工艺的温度不低于500℃。/n

【技术特征摘要】
1.一种改善栅极氧化层的方法，其特征在于，包括：在栅极氧化层形成工艺之前对衬底进行高温热处理工艺，所述高温热处理工艺的温度不低于500℃。


2.如权利要求1所述的改善栅极氧化层的方法，其特征在于，所述高温热处理工艺与所述栅极氧化层形成工艺在同一炉管内进行。


3.如权利要求2所述的改善栅极氧化层的方法，其特征在于，在所述高温热处理工艺中所述炉管内处于无氧环境。


4.如权利要求2所述的改善栅极氧化层的方法，其特征在于，在所述高温热处理工艺中所述炉管内的气源包括氮气；和/或，在所述栅极氧化层形成工艺中所述炉管内的气源包括氮气和氧气。


5.如权利要求4所述的改善栅极氧化层的方法，其特征在于，所述氮气的流量为5～20slm。


6.如权利要求1所述的改善栅极氧化层的方法，其特征在于，所述高温热处理工艺包括加热阶段和第一稳定阶段，所述加热阶段用于将所述高温热处理工艺所使用的加热腔体内的温度升至第二设定温度，所述第一稳定阶段用于将所述加热腔体内的温度恒温在所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：康俊龙，
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