專利名稱：柵結構氧化的方法
技術領域：
本發明涉及半導體技術領域，特別涉及一種柵結構氧化的方法。
背景技術：
在半導體器件的制作過程中，常常涉及對晶圓表面進行氧化處理。通過適當的制造控制，所形成的氧化層具有高質量和穩定的介質特性。由于這些特性，氧化工藝在半導體器件的制作過程是至關重要的，特別是對于金屬氧化物半導體(MOS)工藝中的柵結構氧化。圖1為現有技術對柵結構氧化的方法流程圖，結合圖加 圖2c所示的對柵結構氧化的剖面示意圖，對該方法進行詳細說明步驟101、在晶圓的硅襯底101上依次沉積柵氧化層102及多晶硅層103，如圖加所示；在本步驟之前，已經在硅襯底101內通過雙阱工藝形成P阱和N講，并在所形成P 阱和N阱之間形成了用于隔離的淺槽隔離(STI)，在圖中沒有表示出；步驟102、按照柵結構的圖形，圖案化多晶硅層103和柵氧化層102，得到柵結構 104，如圖2b所示；在本步驟中，圖案化多晶硅層103的過程為在多晶硅層103上涂布光刻膠層，按照柵結構的圖形，對光刻膠層曝光顯影后，形成具有柵結構圖形的光刻膠層，然后以該具有柵結構圖形的光刻膠層為掩膜，對多晶硅層103和柵氧化層102刻蝕，在硅襯底101上形成柵結構104 ；步驟103、在裸露的晶圓的硅襯底101及所形成的柵結構104的表面進行熱氧化， 形成氧化膜105，如圖2c所示；在本步驟中，熱氧化得到的氧化膜105是一種堅硬和致密的二氧化硅(SiO2)結構，其作為一種有效阻擋層，保護硅襯底101上的有源器件和硅表面在后續制造工藝，比如源漏極離子注入等工藝時不被劃傷和損害。圖1中采用熱氧化技術形成氧化膜105的方法有兩種，分別為爐管熱氧化方法和快速熱氧化方法。其中，爐管氧化方法的過程為將一批要氧化的晶圓放置在通入氧氣的高溫爐中，然后采用大于700攝氏度的高溫持續3 5個小時，在要氧化的晶圓表面形成氧化膜；快速熱氧化方法的過程為將一片要氧化的晶圓放置到高于800攝氏度的反應腔中，在較短時間，比如百秒內在要氧化的晶圓表面形成氧化膜。隨著半導體技術的發展，所制造半導體器件的特征尺寸(CD)也越來越小，相應柵結構的CD越來越小，導致柵結構的氧化膜的厚度也越來越薄，大約1 2納米左右。如果采用爐管熱氧化方法，為了得到比較薄的氧化膜，可以通過減少通入高溫爐中的氧氣量方法實現，但是，得到的氧化層具有很差的臺階覆蓋效應，這是因為在爐管中不僅僅具有通入的氧氣，還有自然環境中的氧氣，氧化膜的厚度同時受到這兩類氧氣的影響，隨著要得到的氧化膜厚度降低，無法對自然環境中的氧氣量控制，只能控制通入的氧氣量使之越來越少，這是很難控制的，所以不容易控制氧化膜的厚度且導致了很差的臺階覆蓋效應。如果采用快速熱氧化方法得到比較薄的氧化膜，由于是一片一片進行晶圓的氧化過程，則對于一批晶圓來說，需要的時間比較長，無法在短時間內完成。
發明內容
有鑒于此，本發明提供一種柵結構氧化的方法，該方法能夠在柵結構上得到很薄且均勻的氧化膜，且花費的時間比較少。為達到上述目的，本發明實施的技術方案具體是這樣實現的一種柵結構氧化的方法，在半導體器件的硅襯底上制作柵結構，該方法還包括在柵結構及裸露的硅襯底上采用快速熱氧化方法形成種子氧化層；在種子氧化層上采用濕氧方法形成濕氧化層；所述種子氧化層和濕氧化層的厚度之和為要在柵結構上形成的氧化膜厚度。所述種子氧化層的厚度為0. 5 1. 5納米。所述快速熱氧化方法是在反應腔中進行，所述采用的反應腔溫度為600 700攝氏度，通入的氧氣量為1 20每分鐘標準升slm，通入的氮氣量為5 30slm，反應時間為 5 780秒。所述濕氧化層的厚度為0.5 2納米。所述濕氧方法是在原位氧化腔體中進行，采用的原位氧化腔體溫度為550 700 攝氏度，通入的水蒸氣含氧量為0. 1 IOslm或者通入水蒸氣3-30slm，時間為5 50秒。所述形成種子氧化層和形成濕氧化層分別是由兩個控制系統控制完成；或者所述形成種子氧化層和形成濕氧化層是由一個控制系統控制完成。由上述技術方案可見，本發明提供的方法采用兩個步驟在柵結構上形成氧化膜， 第一步驟，采用快速熱氧化方法在柵結構上氧化得到種子氧化層；第二步驟，采用濕氧化方法在種子氧化層上繼續氧化，最終得到氧化膜。由于濕氧化方法不需要很高的溫度，比如小于700攝氏度及很少的時間就可以得到臺階覆蓋效應比較好且很薄的氧化膜，且在采用濕氧化方法之前采用種子氧化層保護了柵結構，防止濕氧化方法過程中生成的氫氣對柵結構中的柵氧層造成的損傷。另外，在采用快速熱氧化方法在柵結構上氧化得到種子氧化層過程中，由于種子氧化層相比于現有技術的氧化膜來說，厚度成倍數減少，所以形成的時間也大大減小。因此，本發明提供的方法在柵結構上得到很薄且均勻的氧化膜，且花費的時間比較少。
圖1為現有技術對柵結構氧化的方法流程圖；圖加 圖2c為現有技術對柵結構氧化的剖面示意圖；圖3為本發明對柵結構氧化的方法流程圖；圖如 圖4b為本發明對柵結構氧化的剖面示意圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發明作進一步詳細說明。從現有技術可以看出，采用爐管熱氧化方法在柵結構上得到比較厚的氧化膜時， 無法在低溫下保證其臺階覆蓋效應比較好。但是，隨著半導體器件的CD越來越小，需要在柵結構上得到比較薄的氧化膜時，由于爐管熱氧化方法自身的局限特性，就無法實現臺階覆蓋效應比較好且厚度比較薄的氧化膜。因此，需要采用快速熱氧化方法實現，也就是將一片要氧化的晶圓放置到反應腔中，在較短時間，比如百秒內在要氧化的晶圓表面形成1 2 納米的氧化膜，但是對于一批晶圓來說，則需要很長的時間才能分別得到氧化膜。因此，為了克服這個問題，本發明為了在柵結構上得到很薄且均勻的氧化膜，且花費的時間比較少，采用了兩個步驟進行第一步驟，采用快速熱氧化方法在柵結構上氧化得到種子氧化層。該種子氧化層的厚度為0. 5 1. 5納米；第二步驟，采用濕氧化方法在種子氧化層上繼續氧化，得到濕氧化層，厚度為0. 5 2納米。最終種子氧化層和濕氧化層之后的厚度等于氧化膜的厚度，也就是在柵結構上形成了氧化膜。由于濕氧化方法不需要很高的溫度，比如小于700攝氏度及很少的時間就可以得到臺階覆蓋效應比較好且很薄的氧化膜，且在采用濕氧化方法之前采用種子氧化層保護了柵結構，防止濕氧化方法過程中生成的氫氣對柵結構中的柵氧層造成的損傷。另外，在采用快速熱氧化方法在柵結構上氧化得到種子氧化層過程中，由于種子氧化層相比于現有技術的氧化膜來說，厚度成倍數減少，且快速熱氧化方法采用的時間是與氧化膜的厚度成正比的，所以形成的時間也大大減小。圖3為本發明對柵結構氧化的方法流程圖，結合圖如 圖4b所示的本發明對柵結構氧化的剖面示意圖進行詳細說明步驟301、在晶圓的硅襯底101上依次沉積柵氧化層102及多晶硅層103，如圖加所示；在本步驟之前，已經在硅襯底101內通過雙阱工藝形成P阱和N講，并在所形成P 阱和N阱之間形成了用于隔離的STI ；步驟302、按照柵結構的圖形，圖案化多晶硅層103和柵氧化層102，得到柵結構 104，如圖2b所示；在本步驟中，圖案化多晶硅層103的過程為在多晶硅層103上涂布光刻膠層，按照柵結構的圖形，對光刻膠層曝光顯影后，形成具有柵結構圖形的光刻膠層，然后以該具有柵結構圖形的光刻膠層為掩膜，對多晶硅層103和柵氧化層102刻蝕，在硅襯底101上形成柵結構104 ；步驟301 302與步驟101 102的過程相同，這里不再贅述；步驟303、采用低于700攝氏度溫度的快速熱氧化方法在柵結構104及暴露的硅襯底101的表面形成種子氧化層201，厚度為0. 5 1. 5納米，如圖如所示；在本步驟中，采用的反應腔溫度為600 700攝氏度，通入的氧氣量為1 20每分鐘標準升(slm)，通入的氮氣量為5 30slm，反應時間為5 780秒；在本步驟中，所形成的種子氧化層201保證后續在形成濕氧化層時中生成的氫氣對柵結構中的柵氧層造成損傷；在本步驟中，種子氧化層201的厚度小于要在柵結構所形成的氧化膜厚度的1/2， 厚度遠遠小于要在柵結構所形成的氧化膜厚度；
步驟304、采用濕氧化方法在種子氧化層201表面上形成濕氧化層202，厚度為 0. 5 2納米，如圖4b所示；在本步驟中，濕氧化過程在原位氧化腔中完成，只是采用水蒸氣替代了干氧通入具有一批晶圓的原位氧化腔，在氧化過程中，濕氧化過程會產生一層二氧化硅膜和氫氣，其生成氧化膜的速率比熱氧化方法快的多，容易在短時間內且溫度比較低的情況下生成臺階覆蓋效應比較好且薄的濕氧化層202 ；在本步驟中，采用的原位氧化腔溫度為550 700攝氏度，溫度比較低，通入的水蒸氣含氧量為0. 1 IOslm或者通入水蒸氣3-30slm，時間為5 50秒，得到的氫氣為 0. 05 5slm，由于有種子氧化層201的保護，所以不會對柵結構下的柵氧化層102造成損傷；在本步驟中，所形成的濕氧化層202的厚度大于要在柵結構所形成的氧化膜厚度的1/2，但是也比在柵結構所形成的氧化膜厚度要小。這樣，就采用本發明提供的兩個步驟對柵結構進行了氧化，最終種子氧化層和濕氧化層之后的厚度等于氧化膜的厚度，也就是在柵結構上形成了氧化膜。在本發明中，步驟303和步驟304的過程可以由一個控制系統控制完成，該控制系統分別控制快速熱氧化反應腔和原位氧化腔體，分別使得晶圓在反應腔完成種子氧化層的生成及后續轉移到原位氧化腔體中完成濕氧化層的生成。步驟303和步驟304的過程也可以分別由不同的控制系統控制完成；不同控制系統分別控制反應腔和原位氧化腔體，控制反應腔的控制系統控制晶圓在反應腔中完成種子氧化層的生成，控制原位氧化腔體的控制系統控制后續轉移到原位氧化腔體中完成濕氧化層的生成。經過試驗，對采用現有快速熱氧化方法、爐管熱氧化方法、濕氧化方法及本發明方法對柵結構進行氧化得到氧化膜的條件及質量進行對比，如表一所示
權利要求
1.一種柵結構氧化的方法，在半導體器件的硅襯底上制作柵結構，其特征在于，該方法還包括在柵結構及裸露的硅襯底上采用快速熱氧化方法形成種子氧化層；在種子氧化層上采用濕氧方法形成濕氧化層；所述種子氧化層和濕氧化層的厚度之和為要在柵結構上形成的氧化膜厚度。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述種子氧化層的厚度為0.5 1. 5納米。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述快速熱氧化方法是在反應腔中進行，所述采用的反應腔溫度為600 700攝氏度，通入的氧氣量為1 20每分鐘標準升slm，通入的氮氣量為5 30slm，反應時間為5 780秒。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述濕氧化層的厚度為0.5 2納米。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述濕氧方法是在原位氧化腔體中進行，采用的原位氧化腔體溫度為550 700攝氏度，通入的水蒸氣含氧量為0. 1 IOslm或者通入水蒸氣3-30slm，時間為5 50秒。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成種子氧化層和形成濕氧化層分別是由兩個控制系統控制完成；或者所述形成種子氧化層和形成濕氧化層是由一個控制系統控制完成。
全文摘要
本發明公開了一種柵結構氧化的方法，在半導體器件的硅襯底上制作柵結構，該方法還包括在柵結構及裸露的硅襯底上采用快速熱氧化方法形成種子氧化層；在種子氧化層上采用濕氧方法形成濕氧化層；所述種子氧化層和濕氧化層的厚度之和為要在柵結構上形成的氧化膜厚度。本發明提供的方法在柵結構上得到很薄且均勻的氧化膜，且花費的時間比較少。
文檔編號H01L21/285GK102299064SQ20101021777
公開日2011年12月28日 申請日期2010年6月28日 優先權日2010年6月28日
發明者何有豐, 何永根, 禹國賓, 胡亞蘭 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司