一种栅氧化层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种栅氧化层的制备方法，将氧气和一氧化二氮皆作为主要反应气体，能更好和更容易控制栅氧化层的反应时间，也使得制备的栅氧化层的厚度和均匀度得到良好的掌控，从而获得的超薄的栅介质层，同时增大了对温度的工艺窗口，使得对热预算控制精确的器件也能够使用本方法获得所需要的栅介质层，大大的提高了工艺适应性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路制造领域，特别涉及。
技术介绍
近年来，随着超大规模集成电路(VLSI)和特大规模集成电路(ULSI)的快速发展，对器件加工技术提出了更多的特殊要求，其中MOS器件特征尺寸进入纳米时代对栅氧化层的要求就是一个明显的挑战。栅氧化层的制备工艺是半导体制造工艺中的关键技术，直接影响和决定了器件的电学特性和可靠性。MOSFET器件的关键性能指标是驱动电流，驱动电流的大小取决于栅极电容。栅极电容与栅极表面积成正比，与栅介质厚度成反比。因此，通过增加栅极表面积和降低栅介质厚度均可提高栅极电容，而降低栅介质SiO2的厚度就变成推进MOSFET器件性能提高的首要手段。现阶段,采用原位水蒸汽氧化法(In-Situ Steam Generation, ISSG)制备栅介质SiO2氧化层的方法大致有两大类:—类是米用O2和H2作为主要反应气体的原位水蒸汽氧化法制备,简称O2ISSG15其主要涉及H2+02 — H20+0*+0H*+other species ( α )该反应(α )主要利用O2与H2反应生成的原子氧Cf与衬底表面的娃原子反应生成SiO2氧化层。其特点是氧化物质量好，反应速度较快，适于制备厚度大于22A的SiO2氧化物。但是，如果要制备小于22A的栅介质氧化层，其反应的温度和时间就变得不易控制。例如，制备15A左右的栅介质氧化层，其在900°C的温度下工艺反应时间只有10秒左右，在如此短的反应时间内，氧化物的厚度很难控制；同时，由于O2ISSG反应所生成的纯SiO2氧化层的厚度太薄而无法阻止后续高温工艺中硼离子的穿透。因此，O2ISSG无法提供一种用于45nm及以下工艺所需要的超薄栅氧化层。另一类则是采用N2O和H2混合气体反应的原位水蒸汽氧化法制备，简称N2O ISSG0其主要涉及H2+N2O — H20+N0*+0*+0H*+other species ( β )同样，该反应(β )也主要是利用N2O与H2反应生成的原子氧Cf与衬底表面的娃原子反应生成SiO2氧化层。但是，该反应所需要的温度较高，且反应依然较缓慢。过高的反应温度对那些需要对热预算进行精确控制的集成器件来说，N2O ISSG工艺并不是一个合适的选择。因此，N2O ISSG的高温反应也限制了它的应用范围。
技术实现思路
本专利技术提供了，一个目的在于解决现有技术中制备栅氧化层时反应速度较快，不易制备超薄栅氧化层的问题。本专利技术的另一个目的在于解决现有技术中制备栅氧化层时反应温度过高而导致应用范围窄的问题为解决上述技术问题，本专利技术提供，包括:提供衬底于RTP腔室中；在第一压强下通入包括氧气、一氧化二氮及氢气的反应气体；对所述衬底表面升温至反应温度，并持续一段时间；在所述衬底表面形成一层栅氧化层。可选的，对于所述的栅氧化层的制备方法，所述栅氧化层的厚度为小于等于25A。可选的，对于所述的栅氧化层的制备方法，所述栅氧化层的厚度为12人 20A。可选的，对于所述的栅氧化层的制备方法，所述栅氧化层的成分包括氮氧化硅。可选的，对于所述的栅氧化层的制备方法，所述栅氧化层中氮的原子数含量为1% 5%。可选的，对于所述的栅氧化层的制备方法，所述混合气体中氢气的体积百分比小于1%。可选的，对于所述的栅氧化层的制备方法，所述通入反应气体为先通入一氧化二氮和氧气，待所述RTP腔室温度为第一温度时，通入氢气并升温至反应温度。可选的，对于所述的栅氧化层的制备方法，所述通入反应气体为先通入一氧化二氮，待所述RTP腔室温度为第一温度时，通入氢气并升温至反应温度，待反应结束后排除尾气并降温至第一温度，再依次通入氧气和氢气并升温至反应温度。可选的，对于所述的栅氧化层的制备方法，所述通入反应气体为先通入氧气，待所述RTP腔室温度为第一温度时，通入氢气并升温至反应温度，待反应结束后排除尾气并降温至第一温度，再依次通入一氧化二氮和氢气并升温至反应温度。可选的，对于所述的栅氧化层的制备方法，所述反应温度为800°C 1100°C。可选的，对于所述的栅氧化层的制备方法，所述升温至反应温度持续的时间为15s 60s。可选的，对于所述的栅氧化层的制备方法，所述第一压强为小于等于20tOrr。与现有技术相比，在本专利技术提供的栅氧化层的制备方法中，将氧气和一氧化二氮皆作为主要反应气体，能更好和更容易控制栅氧化层的反应时间，也使得制备的栅氧化层的厚度和均匀度得到良好的掌控，从而获得的超薄的栅介质层，同时增大了对温度的工艺窗口，使得对热预算控制精确的器件也能够使用本方法获得所需要的栅介质层，大大的提高了工艺适应性。附图说明图1为本专利技术优选实施例的栅氧化层的制备方法的流程图2为本专利技术另一实施例的栅氧化层的制备方法的流程图3为本专利技术再一实施例的栅氧化层的制备方法的流程图4为本专利技术实施例的栅氧化层的制备方法获得的结构的示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术提供的栅氧化层的制备方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。专利技术人在长期的研究中发现，O2ISSG与N2O ISSG的反应各有特点，具体来说，主要由于氧化剂的不同而形成差异。那么若将两种氧化剂同时使用，其反应状况则有可能得到改善，从而可能符合生产超薄栅氧化层的需要。考虑到氢气容易爆炸的性质，及氧气和一氧化二氮的通入顺序，将可能得到不同的效果。请参考图1，其为本专利技术的优选实施例的流程图，在本实施例中，包括如下步骤:步骤SlOl:提供衬底于RTP腔室中；步骤S102:在第一压强下先通入一氧化二氮和氧气，待所述RTP腔室温度为第一温度时，通入氢气；步骤S103:对所述衬底表面升温至反应温度，并持续一段时间；步骤S104:在所述衬底表面形成一层栅氧化层。本专利技术可以采用常见的RTP腔室，即至少具有承载衬底的托盘及气体进出通道。在此提供硅衬底，例如可以采用未掺杂的单晶硅、掺杂有杂质的单晶硅、绝缘体上硅(SOI)等，预先将所述衬底清洗干净。之后，将所述衬底放置于RTP腔室中。接着，调节RTP腔室内的压强至第一压强，这里优选为小于等于20tOrr，然后通入一氧化二氮和氧气，待气体混合均勻，并使得所述RTP腔体的温度稳定在第一温度，优选为500°C 600°C，本实施例采用550°C。然后再通入氢气,其中，所述氢气的体积分数(占总气体的体积分数，下同)小于1%，之后继续升温至反应温度，所述反应温度可以是800°C 1100°C。如此会激发如下反应Η2+02+Ν20 — H20+0*+N0*+0H*+other species ( Y )反应(Y)所生成的原子氧Cf和NO*与衬底表面的硅原子发生化学反应生成氮氧化硅(SiON)，以形成栅氧化层，为了保证形成质量，本实施例中使得反应持续时间在15s 60s，因此本实施例能够较佳的控制反应时间，使得生成的栅氧化层的可控性得到了提高。请参考图4，经过上述反应过程，便可在所述衬底I上形成一栅氧化层2，本实施例形成的栅氧化层2的厚度在25A以下，本实施例的方法简单直接并且效果佳，能够有效的满足厚度在12A 20A之间的栅氧化层2的需求。此外，在本实施例中，所生产的栅氧化层2中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种栅氧化层的制备方法，其特征在于，包括：提供衬底于RTP腔室中；在第一压强下通入包括氧气、一氧化二氮及氢气的反应气体；对所述衬底表面升温至反应温度，并持续一段时间；在所述衬底表面形成一层栅氧化层。

【技术特征摘要】
1.一种栅氧化层的制备方法，其特征在于，包括: 提供衬底于RTP腔室中； 在第一压强下通入包括氧气、一氧化二氮及氢气的反应气体； 对所述衬底表面升温至反应温度，并持续一段时间； 在所述衬底表面形成一层栅氧化层。2.如权利要求1所述的栅氧化层的制备方法，其特征在于，所述栅氧化层的厚度为小于等于25A。3.如权利要求2所述的栅氧化层的制备方法，其特征在于，所述栅氧化层的厚度为12A 20A。4.如权利要求1所述的栅氧化层的制备方法，其特征在于，所述栅氧化层的成分包括氮氧化硅。5.如权利要求4所述的栅氧化层的制备方法，其特征在于，所述栅氧化层中氮的原子数含量为1% 5%。6.如权利要求1所述的栅氧化层的制备方法，其特征在于，所述混合气体中氢气的体积百分比小于1%。7.如权利要求6所述的栅氧化层的制备方法，其特征在于，所述通入反应气体为先通入一氧化二氮和氧气，待所述RTP腔...

【专利技术属性】
技术研发人员：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：