专利名称：利用快速热氧化减少多晶硅栅中磷扩散的方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体制造的工艺方法，尤其涉及一种利用快速热氧化减少多晶
硅栅中磷扩散的方法。
背景技术：
在现代甚大规模集成电路(ULSI)的制造过程中，MOS(金属氧化物半导体)器件利 用掺杂的多晶硅作为MOS(金属氧化物半导体)管的栅电极。掺杂N型杂质的为N型多晶硅 栅，掺杂P型杂质的为P型多晶硅栅，多晶硅掺杂工艺通常应用于0. 25um(微米)及以下尺 寸的集成电路技术中。利用掺杂多晶硅作为栅电极的方法一般采用如下流程(l)多晶硅 栅淀积；(2)氮化膜阻挡层淀积；(3)光刻定义多晶硅栅图形；(4)刻蚀形成多晶硅栅；(5) 湿法清洗去除刻蚀过程中生成的聚合物及光刻胶剥离；(6)多晶硅栅侧壁氧化(90(TC生长 约50埃氧化膜)。利用掺杂多晶硅作栅电极的方法，在工艺集成中有许多优势。例如通 过掺杂可得到特定的电阻；和二氧化硅有着优良的界面特性；比金属电极具有更高的可靠 性；在陡峭的结构上淀积的均匀性；实现栅的自对准工艺等。目前应用最广泛的多晶硅栅 掺杂为磷掺杂，分为磷离子注入，磷烷原位掺杂等工艺。由于磷的化学性质比较活泼，在高 温(> 900°C )时就会有明显磷外扩散现象产生。但是在后续工艺多晶硅栅侧壁氧化(去 除多晶硅栅刻蚀损伤兼有井推进作用)时的反应温度通常比较高(> 900°C )，因此极易发 生磷外扩散现象。由于磷的外扩散，少量的磷会在高温下通过扩散进入器件的沟道，导致阈 值电压产生波动，对于短沟道器件尤为明显。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种利用快速热氧化减少多晶硅栅中磷扩散的
方法，该方法可以在很短的时间内在多晶硅栅外壁上生成一层薄而致密的热氧化层，由此
来抑制多晶硅中磷的外扩散现象，从而防止短沟道器件阈值电压产生波动的问题。 为解决上述技术问题，本发明提供一种利用快速热氧化减少多晶硅栅中磷扩散的
方法，包括如下步骤(l)多晶硅栅淀积；(2)氮化膜阻挡层淀积；(3)光刻定义多晶硅栅图
形；(4)刻蚀形成多晶硅栅；(5)湿法清洗去除刻蚀过程中生成的聚合物及光刻胶剥离；(6)
多晶硅栅侧壁氧化；在步骤(5)和步骤(6)之间加入快速热氧化步骤，在多晶硅栅侧壁上生
成一层热氧化层作为磷外扩散的阻挡层。 所述快速热氧化步骤采用卤钨灯作为辐射热源。 所述的热氧化层为10埃的薄氧层。 所述快速热氧化步骤的温度为650°C -IIO(TC，时间为1秒-60分钟，氧气流量为 50sccm-10slm，压力为50mtorr-1000torr。 步骤(6)多晶硅栅侧壁氧化，在90(TC在多晶硅栅侧壁生长至50埃氧化膜。
和现有技术相比，本发明具有以下有益效果通过在多晶硅栅侧壁氧化前添加 RTO(快速热氧化)的方法来解决磷外扩散的问题。RTO工艺采用卤钨灯作为辐射热源，反应时间短，升温速度快，可以在很短的时间内在多晶硅栅外壁上生成一层薄而致密的热氧 化层，由此来抑制多晶硅中磷的外扩散现象。所以可以考虑在多晶硅栅侧壁氧化前增加一 步RTO工艺，生长一层薄氧作为磷外扩散的阻挡层，然后再进入炉管进行高温侧壁氧化。
实验数据证明，通过本发明可以解决掺杂多晶硅后续高温侧壁氧化中磷外扩散的 问题，从而防止短沟道器件阈值电压产生波动的问题，并且对器件的基本特性不会产生影 响。
图1是按现有方法和本发明方法制备产品的电学测试P型短沟道阈值电压分布比
较示意图，其中，左边的柱状图表示按现有方法(单纯氧化，即无快速热氧化)，右边的柱状 图表示按本发明方法(有快速热氧化)。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。 本发明在多晶硅栅掺杂和多晶硅栅侧壁氧化之间增加RTO(快速热氧化)工艺用 来解决磷外扩散的问题。本发明的工艺流程如下(l)多晶硅栅淀积；(2)氮化膜阻挡层淀 积；(3)光刻定义多晶硅栅图形；(4)刻蚀形成多晶硅栅；(5)湿法清洗去除刻蚀过程中生 成的聚合物及光刻胶剥离；(6)快速热氧化，在多晶硅栅侧壁上生成热氧化层作为磷外扩 散的阻挡层(85(TC下氧化30秒钟生长约IO埃的薄氧层)；(7)多晶硅栅侧壁氧化(900°C 生长至约50埃氧化膜)。 其中，步骤(6)RT0(快速热氧化)工艺采用卤钨灯作为辐射热源，具有反应时间 短，升温速度比较快，热履历少等特点，可以在很短的时间内在多晶硅栅外壁上生成一层薄 而致密的热氧化层，在高温退火激活多晶硅栅中掺杂磷的同时抑制多晶硅中磷的外扩散现 象。本实施例中快速热氧化工艺的反应温度选择85(TC (可选择温度范围为650-1 IO(TC)， 反应时间选择30秒氧化时间(可选择时间范围为1秒-60分钟)，氧气流量选择为5slm(可 选择流量范围为50sccm-10slm，升温至设定值85(TC后再通入5slm氧气)，反应压力选择 780torr (可选择压力范围为50mtorr-1000torr)。硅片进入RTO快速氧化工艺腔进行快速 热氧化，利用这步RT0工艺在多晶硅栅侧壁上先生长一层大约10埃左右的薄氧作为磷外扩 散的阻挡层，然后再进入炉管工艺腔进行高温侧壁氧化，在多晶硅栅侧壁生长至约50埃的 氧化膜。由于RTO工艺中的薄氧一般有IO埃左右的厚度，因此在进入炉管侧壁氧化后只需 生长约40埃的氧化膜，来达到氧化膜总厚度约50埃，因此需要适当调整侧壁氧化的工艺时 间，减少高温氧化的时间从而得到快速热氧化氧化和调整工艺时间高温氧化的氧化膜总厚 度与单纯高温氧化的厚度匹配，来满足厚度的需求。 本发明旨在通过在多晶硅栅侧壁氧化前添加RTO(快速热氧化)的方法来解决磷 外扩散的问题。利用RTO工艺，可以在很短的时间内在多晶硅栅外壁上生成一层薄而致密 的热氧化层，由此来抑制多晶硅中磷的外扩散现象。所以可以考虑在多晶硅栅侧壁氧化前 增加一步RTO工艺，生长一层薄氧作为磷外扩散的阻挡层，然后再进入炉管进行高温侧壁 氧化。 如图1所示，产品电学测试结果比较，添加RTO快速氧化的产品片P型短沟道阈值电压分布明显比参考产品片(无RT0)集中，接近阈值电压目标值，对器件的基本特性不会 产生影响。由此可见，本发明通过添加RT0快速氧化步骤可以解决掺杂多晶硅后续高温侧 壁氧化中磷外扩散的问题，从而防止短沟道器件阈值电压产生波动的问题，并且对器件的 基本特性不会产生影响。
权利要求
一种利用快速热氧化减少多晶硅栅中磷扩散的方法，包括如下步骤(1)多晶硅栅淀积；(2)氮化膜阻挡层淀积；(3)光刻定义多晶硅栅图形；(4)刻蚀形成多晶硅栅；(5)湿法清洗去除刻蚀过程中生成的聚合物及光刻胶剥离；(6)多晶硅栅侧壁氧化；其特征在于在步骤(5)和步骤(6)之间加入快速热氧化步骤，在多晶硅栅侧壁上生成一层热氧化层作为磷外扩散的阻挡层。
2. 如权利要求1所述的利用快速热氧化减少多晶硅栅中磷扩散的方法，其特征在于， 所述快速热氧化步骤采用卤钨灯作为辐射热源。
3. 如权利要求1所述的利用快速热氧化减少多晶硅栅中磷扩散的方法，其特征在于，所述的热氧化层为io埃的薄氧层。
4. 如权利要求1或2所述的利用快速热氧化减少多晶硅栅中磷扩散的方法，其特征 在于，所述快速热氧化步骤的温度为650°C -1100°C，时间为1秒-60分钟，氧气流量为 50sccm-10slm，压力为50mtorr-1000torr。
5. 如权利要求1所述的利用快速热氧化减少多晶硅栅中磷扩散的方法，其特征在于， 步骤(6)多晶硅栅侧壁氧化，在90(TC在多晶硅栅侧壁生长至50埃氧化膜。
全文摘要
本发明公开了一种利用快速热氧化减少多晶硅栅中磷扩散的方法，包括如下步骤(1)多晶硅栅淀积；(2)氮化膜阻挡层淀积；(3)光刻定义多晶硅栅图形；(4)刻蚀形成多晶硅栅；(5)湿法清洗去除刻蚀过程中生成的聚合物及光刻胶剥离；(6)多晶硅栅侧壁氧化；在步骤(5)和步骤(6)之间添加RTO(快速热氧化)步骤，该方法可以在很短的时间内在多晶硅栅外壁上生成一层热氧化层作为磷外扩散的阻挡层，由此来抑制多晶硅中磷的外扩散现象，从而防止短沟道器件阈值电压产生波动的问题。
文档编号H01L21/28GK101740363SQ20081004395
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月20日 优先权日2008年11月20日
发明者孙勤, 杨欣 申请人:上海华虹Nec电子有限公司