栅极结构的形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域，具体涉及一种栅极结构的形成方法。
【背景技术】
[0002]半导体器件的栅极结构通常包括栅极以及设于栅极与衬底之间的第一氧化层(栅氧层)，栅极结构的性能直接影响整个半导体器件的电学性能。
[0003]但是现有技术中形成的栅极结构的性能仍然不够理想，例如，栅极结构中的第一氧化层的电性不稳定，或者等效第一氧化层厚度发生变化等均会导致栅极结构的性能变差。
[0004]因此，如何提升形成的栅极结构的电学性能成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0005]本发明解决的问题是提供一种栅极结构的形成方法以提升形成的栅极结构的性倉泛。
[0006]为解决上述问题，本发明提供一种栅极结构的形成方法，包括:
[0007]提供衬底；
[0008]在所述衬底上形成第一氧化层；
[0009]采用氮离子轰击所述第一氧化层，以在所述第一氧化层表面形成第一氮化物层；
[0010]在形成所述第一氮化物层之后，对所述衬底、第一氧化层以及第一氮化物层进行热氧化处理；
[0011]在热氧化处理的步骤之后，在所述第一氮化物层上形成栅极。
[0012]可选的，提供衬底的步骤包括:提供硅衬底；
[0013]形成第一氧化层的步骤包括:形成二氧化硅材料的第一氧化层；
[0014]形成第一氮化物层的步骤包括:形成氮氧化硅材料的第一氮化物层。
[0015]可选的，形成第一氧化层的步骤包括:
[0016]使衬底的部分表面氧化以形成所述第一氧化层。
[0017]可选的，形成第一氧化层的步骤包括:
[0018]使氧化温度在650?1000摄氏度的范围内，氧气流量在0.1?10标准升每分钟的范围内，氧化时间在2?60分钟的范围内。
[0019]可选的，形成第一氧化层的步骤之后，形成第一氮化物层的步骤之前，所述形成方法还包括:
[0020]在所述衬底与第一氧化层之间形成第二氮化物层。
[0021]可选的，形成第二氮化物层的步骤包括:形成氮原子的浓度在2%?10%范围内的第二氮化物层。
[0022]可选的，通过向衬底表面热扩散氮离子的方式形成所述第二氮化物层。
[0023]可选的，采用一氧化氮或者一氧化二氮气体作为热扩散氮离子的离子源。
[0024]可选的，形成第一氮化物层的步骤包括:使形成的第一氮化物层中氮原子的浓度在10%?25%的范围内。
[0025]可选的，形成第一氮化物层的步骤包括:采用等离子产生装置产生氮离子轰击所述第一氧化层，以形成所述第一氮化物层，并使等离子产生装置的功率在200?1500瓦的范围内，等离子轰击所述第一氧化层时周围环境压强在5?5000毫托的范围内，温度在23?500摄氏度的范围内，氮气的流量在5?1000标准毫升/分钟的范围内。
[0026]可选的，对衬底、第一氧化层以及第一氮化物层进行热氧化处理的步骤包括:使热氧化处理的温度在650?1050摄氏度的范围内，通入的氧气的流量在0.1?10标准升每分钟的范围内，热氧化处理的时间在5?3600秒的范围内。
[0027]可选的，对衬底、第一氧化层以及第一氮化物层进行热氧化处理的步骤还包括:在所述衬底与所述第一氧化层相对的表面形成第二氧化层。
[0028]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0029]第一氧化层与栅极之间为竖直方向的叠层结构，第一氧化层的侧壁露出进而容易被氧化，而第一氧化层的侧壁部分相对于中心部分更容易被氧化，进而可能形成两侧的侧壁较厚，中心部分较薄的鸟嘴结构；
[0030]本发明通过氮离子轰击所述第一氧化层以在所述第一氧化层表面以形成第一氮化物层可以使所述第一氧化层保持平整，进而能够减少所述鸟嘴结构缺陷，并且，第一氮化物层能够在一定程度上抑制第一氧化层的被氧化程度，进而进一步抑制了鸟嘴结构的形成。
[0031]另外，采用氮离子轰击所述第一氧化层以成第一氮化物层之后，在第一氧化层与衬底之间，以及第一氮化物层之中可能存在有悬挂键很。所述悬挂键容易与其他杂质离子相结合，这会扰乱第一氧化层以及第一氮化物层的电性，且第一氧化层以及第一氮化物层在被扰乱电性后很难在后期进行相应的电性修正处理(因为无法知道这些悬挂键具体将会和何种电性的杂质离子相结合)。本发明通过对所述衬底、第一氧化层以及第一氮化物层进行热氧化处理，以钝化这些悬挂键，也就是使这些悬挂键与氧离子结合，这样可以稳定所述第一氧化层的电性，也方便了后期对第一氧化层进行进一步的电性调整，因而提升了形成的栅极结构的性能。
【附图说明】
[0032]图1为现有技术栅极结构的示意图；
[0033]图2至图6是本发明栅极结构的形成方法一实施例中各个步骤的示意图。
【具体实施方式】
[0034]在现有的形成栅极结构的过程中，形成于衬底与栅极之间的第一氧化层很容易受到其他工艺的影响，进而导致整个栅极结构的性能受到影响。
[0035]参考图1所示为现有技术中栅极结构的示意图，由于第一氧化层与栅极之间为竖直方向的叠层结构，第一氧化层的侧壁露出进而容易被氧化，而第一氧化层的侧壁由于部分相对于中心部分更容易被氧化，进而可能形成两侧的侧壁较厚，中心部分较薄的鸟嘴结构。
[0036]为此，本发明提供一种栅极结构的形成方法，包括以下步骤:
[0037]提供衬底；在所述衬底上形成第一氧化层；采用氮离子轰击所述第一氧化层以在所述第一氧化层表面形成第一氮化物层；在形成所述第一氮化物层之后，对所述衬底、第一氧化层以及第一氮化物层进行热氧化处理；在所述第一氮化物层上形成栅极。
[0038]通过上述步骤形成第一氮化物层可以使所述第一氧化层保持平整，进而能够减少所述鸟嘴结构缺陷，并且，第一氮化物层能够在一定程度上抑制第一氧化层的被氧化程度，进而进一步抑制了鸟嘴结构的形成。
[0039]另外，采用氮离子轰击所述第一氧化层以成第一氮化物层之后，在第一氧化层与衬底之间，以及第一氮化物层之中可能存在有悬挂键很。所述悬挂键容易与其他杂质离子相结合，这会扰乱第一氧化层以及第一氮化物层的电性，且第一氧化层以及第一氮化物层在被扰乱电性后很难在后期进行相应的电性修正处理(因为无法知道这些悬挂键具体将会和何种电性的杂质离子相结合)。本发明通过对所述衬底、第一氧化层以及第一氮化物层进行热氧化处理，以钝化这些悬挂键，也就是使这些悬挂键与氧离子结合，这样可以稳定所述第一氧化层的电性，也方便了后期对第一氧化层进行进一步的电性调整，因而提升了形成的栅极结构的性能。
[0040]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
[0041]图2至图6是本发明栅极结构的形成方法一实施例中各个步骤的示意图。
[0042]本实施例以形成flash器件的浮栅结构(floating gate)为例。但是需要说明的是，本发明的形成方法还可以用于其它半导体器件，不应以此限定本发明。
[0043]首先参考图2，提供衬底100。在本实施例中，所述衬底100为硅衬底。
[0044]在所述衬底100上形成第一氧化层200。由于本实施例形成flash器件，形成的所述第一氧化层也就是flash器件浮栅的隧穿层(tunnel oxide)。
[0045]同时，由于本实施例中衬底100为硅衬底，所述第一氧化层200为二氧化硅材料的第一氧化层。
[0046]在本实施例中，可以使部分衬底100氧化以形成所述第一氧化层200。
[0047]具体的，可以对衬底100进行氧化，进而在衬底100的表面形成所述第一氧化层200。
[0048]在本实施例中，可以使氧化温度在650?1000摄氏度的范围内，氧气流量在
0.1?10标准升每分钟的范围内，氧化时间在2?60分钟的范围内。但是这些参数仅为本实施例的一个示例，在实际操作中，氧化的时间、温度以及氧气的流量应当根据实际情况进行调整，因此本发明对此不作限定。
[0049]此外，本发明对如何形成所述第一氧化层200不作限定，在本发明的其他实施例中，所述第一氧化层200也可以是在所述衬底100上沉积氧化材料得到。
[0050]结合参考图3，在本实施例中，在形成所述第一氧化层200之后，形成第一氮化物层的步骤之前，还包括以下步骤:
[0051]在所述衬底100与第一氧化层200之间形成第二氮化物层210。所述第二氮化物层210主要为了提高隧穿层的介电常数，因为氮化物的介电常数一般高于氧化物的介电常数，这样可以在一定程度上将隧穿层做的更薄，也就是减低隧穿层的等效第一氧化层厚度，进而改善flash器件的读写速度和数据保存。
[0052]此时，所述隧穿层的等效第一氧化层厚度(EOT)为第二氮化物层210与第一氧化层200的厚度之和，用Ii1表示。
[0053]如果氮原子的浓度过小，则无法有效提升隧穿层的介电常数，而氮原子的浓度过大则会影响到flash器件的电性，进而影响flash器件的读写速度和数据保存。因此，在本实施例中，形成氮原子的浓度在2%?10%范围内的第二氮化物层210。
[0054]在本实施例中，可以通过向衬底100表面热扩散氮离子的方式形成所述第二氮化物层210，也就是在一定温度条件下使氮离子渗入第一氧化层200到达衬底100与第一氧化层200的交界处，进而与衬底100反应以形成第二氮化物层210。
[0055]在本实施例中，可以采用一氧化氮(NO)或者一氧化二氮(N2O)气体作为热扩散氮离子的离子源，进而形成氮氧化硅(S1N)材料的第二氮化物层210。但是本发明对采用何种气体作为(氮)离子源不作限定，其他带有氮元素的气体也可以作为形成第二氮化物层210的离子源。
[0056]在本实施例中，形成第二氮化物层210的步骤包括:
[0057]使一氧化氮或者一氧化二氮气体的流量在0.5?10标准升每分钟的范围内，热扩散时间在5?60分钟的范围内，热扩散温度在750?1000摄氏度的范围内。在此参数范围内有利于控制形成氮原子浓度在2%?10%范围内的第二氮化物层210。
[0058]但是本发明对上述参数不作限定，在实际操作时，应当根据实际情况对所述参数进行相应的调整。
[0059]在这之后，参考图4，采用氮离子轰击所述第一氧化层200，以在所述第一