專利名稱：柵氧化硅層氮元素?fù)饺敕椒皷叛趸鑼咏Y(jié)構(gòu)制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造工藝領(lǐng)域，特別涉及一種柵氧化硅層氮元素?fù)饺敕椒?及柵氧化硅層結(jié)構(gòu)制造工藝。
背景技術(shù)：
柵氧化硅層的制備工藝是半導(dǎo)體制造工藝中的關(guān)鍵技術(shù)，直接影響和決定了器件 的電學(xué)特性和可靠性。隨著半導(dǎo)體器件尺寸的越來越小，在柵極線寬在0. 25um以下的柵氧 化工藝中，通常會通入一氧化二氮(N2O)氣體使氮元素?cái)U(kuò)散進(jìn)入柵氧化層，以改善柵氧化硅 層的特性。摻入氮的柵氧化層具有相對較高的介電常數(shù)，能有效阻擋來自P+多晶的硼擴(kuò) 散，解決硼穿透問題，同時分布在氧化硅與襯底硅間界面的少量氮原子還可改善此截面的 特性，增強(qiáng)柵氧化硅層的可靠性，降低漏電流。為了在柵氧化硅層中摻入氮元素，通常的制備工藝是讓柵氧化硅在含有N2O的氣 氛中生長，或者使生長完成后的柵氧化硅在N2O的氣氛中退火。這就要求熱氧化工藝所使 用的高溫爐設(shè)備必須具有獨(dú)立的N2O氣體的供應(yīng)和控制系統(tǒng)。而一般熱氧化工藝所使用的 高溫爐設(shè)備中均只具有N2和O2的供應(yīng)及控制系統(tǒng)，獨(dú)立的N2O氣體的供應(yīng)和控制系統(tǒng)只存 在于一些特殊的高溫爐設(shè)備中，在本身不具備該系統(tǒng)的高溫爐設(shè)備中要想實(shí)現(xiàn)柵氧化硅在 N2O的氣氛中退火，就必須額外添加上該系統(tǒng)，這無疑必須花費(fèi)很大的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種柵氧化硅層氮元素?fù)饺敕椒皷叛趸鑼?結(jié)構(gòu)制造工藝，以解決高溫爐無法提供N2O氣氛時柵氧化硅層的氮元素?fù)饺雴栴}。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種柵氧化硅層氮元素?fù)饺敕椒ǎㄔ谛纬?柵氧化硅層的主氧化過程或退火過程中通入氣體流量比例為1 3的N2和O2，在形成的氧 化硅層上形成氮氧化硅層，使得氮元素?cái)U(kuò)散至柵氧化硅層。可選的，所述氮氧化硅層的厚度為30人~45入。可選的，所述在退火過程中向柵氧化硅層摻入氮元素的方法包括所述通ΛΝ2的 氣體流量為4-6SLM，所述通入O2的氣體流量為12-18SLM?？蛇x的，所述退火過程的溫度為850°C -950°C?？蛇x的，所述退火過程的腔室壓力為700_800Torr，退火時間為10_20分鐘。本發(fā)明還提供一種柵氧化硅層結(jié)構(gòu)制造工藝，包括對半導(dǎo)體襯底進(jìn)行主氧化，形成氧化硅層；在氣體流量比例為1 3的N2和O2氣氛中進(jìn)行退火，形成氮氧化硅層?？蛇x的，所述氮氧化硅層的厚度為30人~45入?？蛇x的，所述N2的氣體流量為4-6SLM，所述O2的氣體流量為12-18SLM?？蛇x的，所述退火過程的溫度為850°C _950°C?？蛇x的，所述退火過程的腔室壓力為700_800Torr，退火時間為10_20分鐘。
可選的，所述主氧化為干法氧化或濕法氧化。本發(fā)明還提供一種柵氧化硅層結(jié)構(gòu)制造工藝，包括對半導(dǎo)體襯底進(jìn)行主氧化，形成氧化硅層；通入氣體流量比例為1 3的N2和O2氣氛，在氧化硅層上形成氮氧化硅層；對所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行退火處理。可選的，所述氮氧化硅層的厚度為30人~45入?？蛇x的，所述N2的氣體流量為4-6SLM，所述O2的氣體流量為12-18SLM?？蛇x的，所述主氧化為干法氧化或濕法氧化?？蛇x的，所述形成氮氧化硅層的過程的溫度為850°C -950°C?？蛇x的，所述形成氮氧化硅層的過程的腔室壓力為700_800Torr?？蛇x的，所述形成氮氧化硅層的過程的時間為10-20分鐘。本發(fā)明提供的柵氧化硅層氮元素?fù)饺敕椒ú捎锰囟ū壤腘2和O2的混合氣氛代 替N2O,使得在不具備單獨(dú)N2O供應(yīng)系統(tǒng)的高溫爐內(nèi)的可有效實(shí)現(xiàn)柵氧化硅層的氮元素?fù)?入。相比于單純在惰性氣體中進(jìn)行的退火工藝，采用在此種特殊混合氣氛的工藝條件下進(jìn) 行的退火具有更低的熱預(yù)值，并且邊氧化邊退火的工藝使形成的柵氧化硅層的質(zhì)量和致密 度更佳。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖
對本發(fā)明 的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。本發(fā)明所述的柵氧化硅層氮元素?fù)饺敕椒皷叛趸鑼咏Y(jié)構(gòu)制造工藝可廣泛應(yīng) 用于多種不同柵氧化硅層制造工藝，并且可以利用多種替換方式實(shí)現(xiàn)，下面是通過較佳的 實(shí)施例來加以說明，當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員所熟 知的一般的替換無疑地涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。為了在沒有獨(dú)立隊(duì)0氣體供應(yīng)系統(tǒng)的高溫爐設(shè)備內(nèi)實(shí)現(xiàn)在主氧化過程中或者在退 火過程中向柵氧化硅層中摻入氮元素，本發(fā)明方法利用一般熱氧化工藝所使用的高溫爐設(shè) 備中均具有的N2和O2的供應(yīng)及控制系統(tǒng)，通過依比例通入N2和O2來替代N2O氣體以解決 上述問題。實(shí)驗(yàn)證明，在同等的條件(如壓力、溫度等)下，在ISLM的隊(duì)與35111的O2的混 合氣氛中所生長的氮氧化硅層的厚度與在ISLM的N2O氣氛中生長的氮氧化硅層的厚度相 等。因而，本發(fā)明方法中，采用氣體流量比例為1 3的N2和O2的混合氣體代替N2O氣體 實(shí)現(xiàn)向柵氧化硅層中摻入氮元素。實(shí)施例1一種柵氧化硅層氮元素?fù)饺敕椒?，包括在形成柵氧化硅層的主氧化過程或退火 過程中通入氣體流量比例為1 3的N2和02，在形成的氧化硅層上形成氮氧化硅層，使得 氮元素?cái)U(kuò)散至柵氧化硅層。所形成的氮氧化硅層的厚度為30人 45入。通入N2的氣體流量 為4-6SLM，通入02的氣體流量為12-18SLM。作為一種優(yōu)選的實(shí)施例，在經(jīng)過了主氧化過程之后的退火過程中實(shí)現(xiàn)柵氧化硅層 氮元素的摻入。主氧化為干法氧化或濕法氧化，其后，在退火溫度為850°C _950°C，腔室壓 力為700-800Torr的條件下，在氣流流量為4-6SLM的N2與12-18SLM的O2的混合氣氛中進(jìn)
5行退火。通入的N2與O2的氣體流量比例須保持為1 3，在此混合氣氛中退火10-20分鐘， 使N元素?cái)U(kuò)散至柵氧化硅層，形成厚度為30人~45入的氮氧化硅層。實(shí)施例2一種柵氧化硅層結(jié)構(gòu)制造工藝，包括對半導(dǎo)體襯底進(jìn)行主氧化，形成氧化硅層； 在氣體流量比例為1 3的N2和02氣氛中進(jìn)行退火，形成氮氧化硅層。所形成的氮氧化 硅層的厚度為30人 45人。通入N2的氣體流量為4-6SLM，通入02的氣體流量為12-18SLM。 主氧化為干法氧化或濕法氧化。作為一種優(yōu)選實(shí)施例，完成柵氧化硅層的濕氧主氧化過程后，首先，在 8500C _950°C的溫度下，在5分鐘的溫度穩(wěn)定時間內(nèi)，通入ISLM的02，使經(jīng)過主氧化生成的 氧化硅層表面再生成一薄層的氧化硅。此時通入O2的主要目的是降低工藝腔內(nèi)的H2濃度， 防止因H2濃度過高產(chǎn)生爆炸。其次，在退火溫度為850°C _950°C，腔室壓力為700_800Torr的條件下，通入 4-6SLM的N2與12-18SLM的02，通入的N2與O2的氣體流量比例須保持為1 3，在此混合 氣氛中退火10-20分鐘，使N元素?cái)U(kuò)散至柵氧化硅層，形成厚度為30人 45A的氮氧化硅層。再次，在850°C -950°C的溫度下，通入30秒鐘流量為10SLM的N2,為此后的降溫處 理過程提供緩沖期，并增加整個工藝的穩(wěn)定性。最后，完成降溫過程。上述氣體流量單位SLM(standard litre per minute)代表標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下每分鐘1 標(biāo)準(zhǔn)升，其與國際標(biāo)準(zhǔn)單位間的換算方式為ISLM= 16.67X10_6立方米/秒。上述壓力單 位Torr (托)與國際標(biāo)準(zhǔn)單位間的換算方式為ITorr ^ 133. 322帕。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
一種柵氧化硅層氮元素?fù)饺敕椒?，包括在形成柵氧化硅層的主氧化過程或退火過程中通入氣體流量比例為1∶3的N2和O2，在形成的氧化硅層上形成氮氧化硅層，使得氮元素?cái)U(kuò)散至柵氧化硅層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵氧化硅層氮元素?fù)饺敕椒?，其特征在于，所述氮氧化硅?的厚度為30人 45A。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵氧化硅層氮元素?fù)饺敕椒?，其特征在于，所述N2的氣體流 量為4-6SLM，所述O2的氣體流量為12-18SLM。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵氧化硅層氮元素?fù)饺敕椒?，其特征在于，所述退火過程的 溫度為 850°C -950°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柵氧化硅層氮元素?fù)饺敕椒ǎ涮卣髟谟?，所述退火過程的 腔室壓力為700-800Torr，退火時間為10-20分鐘。
6.一種柵氧化硅層結(jié)構(gòu)制造工藝，包括 對半導(dǎo)體襯底進(jìn)行主氧化，形成氧化硅層；在氣體流量比例為1 3的N2和O2氣氛中進(jìn)行退火，在氧化硅層上形成氮氧化硅層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的柵氧化硅層結(jié)構(gòu)制造工藝，其特征在于，所述氮氧化硅層的 厚度為30人 45入。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的柵氧化硅層結(jié)構(gòu)制造工藝，其特征在于，所述N2的氣體流量 為4-6SLM，所述O2的氣體流量為12-18SLM。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的柵氧化硅層結(jié)構(gòu)制造工藝，其特征在于，所述主氧化為干法氧化或濕法氧化。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的柵氧化硅層結(jié)構(gòu)制造工藝，其特征在于，所述退火過程的溫 度為 8500C -9500C ο
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的柵氧化硅層結(jié)構(gòu)制造工藝，其特征在于，所述退火過程的腔 室壓力為700-800Torr，退火時間為10-20分鐘。
12.一種柵氧化硅層結(jié)構(gòu)制造工藝，包括 對半導(dǎo)體襯底進(jìn)行主氧化，形成氧化硅層；通入氣體流量比例為1 3的N2和O2氣氛，在氧化硅層上形成氮氧化硅層； 對所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行退火處理。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的柵氧化硅層結(jié)構(gòu)制造工藝，其特征在于，所述氮氧化硅層 的厚度為30人 45入。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的柵氧化硅層結(jié)構(gòu)制造工藝，其特征在于，所述N2的氣體流 量為4-6SLM，所述O2的氣體流量為12-18SLM。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的柵氧化硅層結(jié)構(gòu)制造工藝，其特征在于，所述主氧化為干法氧化或濕法氧化。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的柵氧化硅層結(jié)構(gòu)制造工藝，其特征在于，所述形成氮氧化 硅層的過程的溫度為850°C -950°C。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的柵氧化硅層結(jié)構(gòu)制造工藝，其特征在于，所述形成氮氧化 硅層的過程的腔室壓力為700-800Torr。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的柵氧化硅層結(jié)構(gòu)制造工藝，其特征在于，所述形成氮氧化硅層的過程的時間為10-20分鐘
全文摘要
本發(fā)明提供了一種柵氧化硅層氮元素?fù)饺敕椒ǎㄔ谛纬蓶叛趸鑼拥闹餮趸^程或退火過程中通入氣體流量比例為1∶3的N2和O2，在形成的氧化硅層上形成氮氧化硅層，使得氮元素?cái)U(kuò)散至柵氧化硅層。本發(fā)明提供的柵氧化硅層氮元素?fù)饺敕椒ú捎锰囟ū壤腘2和O2的混合氣氛代替N2O，使得在不具備單獨(dú)N2O供應(yīng)系統(tǒng)的高溫爐內(nèi)的可有效實(shí)現(xiàn)柵氧化硅層的氮元素?fù)饺?。相比于單純在惰性氣體中進(jìn)行的退火工藝，采用在此種特殊混合氣氛的工藝條件下進(jìn)行的退火具有更低的熱預(yù)值，并且邊氧化邊退火的工藝使形成的柵氧化硅層的質(zhì)量和致密度更佳。
文檔編號H01L21/28GK101964305SQ200910055380
公開日2011年2月2日 申請日期2009年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月24日
發(fā)明者劉理想, 湯舍予, 鄧都 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司