专利名称：栅结构氧化的方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种栅结构氧化的方法。
背景技术：
在半导体器件的制作过程中，常常涉及对晶圆表面进行氧化处理。通过适当的制造控制，所形成的氧化层具有高质量和稳定的介质特性。由于这些特性，氧化工艺在半导体器件的制作过程是至关重要的，特别是对于金属氧化物半导体(MOS)工艺中的栅结构氧化。图1为现有技术对栅结构氧化的方法流程图，结合图加 图2c所示的对栅结构氧化的剖面示意图，对该方法进行详细说明步骤101、在晶圆的硅衬底101上依次沉积栅氧化层102及多晶硅层103，如图加所示；在本步骤之前，已经在硅衬底101内通过双阱工艺形成P阱和N讲，并在所形成P 阱和N阱之间形成了用于隔离的浅槽隔离(STI)，在图中没有表示出；步骤102、按照栅结构的图形，图案化多晶硅层103和栅氧化层102，得到栅结构 104，如图2b所示；在本步骤中，图案化多晶硅层103的过程为在多晶硅层103上涂布光刻胶层，按照栅结构的图形，对光刻胶层曝光显影后，形成具有栅结构图形的光刻胶层，然后以该具有栅结构图形的光刻胶层为掩膜，对多晶硅层103和栅氧化层102刻蚀，在硅衬底101上形成栅结构104 ；步骤103、在裸露的晶圆的硅衬底101及所形成的栅结构104的表面进行热氧化， 形成氧化膜105，如图2c所示；在本步骤中，热氧化得到的氧化膜105是一种坚硬和致密的二氧化硅(SiO2)结构，其作为一种有效阻挡层，保护硅衬底101上的有源器件和硅表面在后续制造工艺，比如源漏极离子注入等工艺时不被划伤和损害。图1中采用热氧化技术形成氧化膜105的方法有两种，分别为炉管热氧化方法和快速热氧化方法。其中，炉管氧化方法的过程为将一批要氧化的晶圆放置在通入氧气的高温炉中，然后采用大于700摄氏度的高温持续3 5个小时，在要氧化的晶圆表面形成氧化膜；快速热氧化方法的过程为将一片要氧化的晶圆放置到高于800摄氏度的反应腔中，在较短时间，比如百秒内在要氧化的晶圆表面形成氧化膜。随着半导体技术的发展，所制造半导体器件的特征尺寸(CD)也越来越小，相应栅结构的CD越来越小，导致栅结构的氧化膜的厚度也越来越薄，大约1 2纳米左右。如果采用炉管热氧化方法，为了得到比较薄的氧化膜，可以通过减少通入高温炉中的氧气量方法实现，但是，得到的氧化层具有很差的台阶覆盖效应，这是因为在炉管中不仅仅具有通入的氧气，还有自然环境中的氧气，氧化膜的厚度同时受到这两类氧气的影响，随着要得到的氧化膜厚度降低，无法对自然环境中的氧气量控制，只能控制通入的氧气量使之越来越少，这是很难控制的，所以不容易控制氧化膜的厚度且导致了很差的台阶覆盖效应。如果采用快速热氧化方法得到比较薄的氧化膜，由于是一片一片进行晶圆的氧化过程，则对于一批晶圆来说，需要的时间比较长，无法在短时间内完成。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种栅结构氧化的方法，该方法能够在栅结构上得到很薄且均勻的氧化膜，且花费的时间比较少。为达到上述目的，本发明实施的技术方案具体是这样实现的一种栅结构氧化的方法，在半导体器件的硅衬底上制作栅结构，该方法还包括在栅结构及裸露的硅衬底上采用快速热氧化方法形成种子氧化层；在种子氧化层上采用湿氧方法形成湿氧化层；所述种子氧化层和湿氧化层的厚度之和为要在栅结构上形成的氧化膜厚度。所述种子氧化层的厚度为0. 5 1. 5纳米。所述快速热氧化方法是在反应腔中进行，所述采用的反应腔温度为600 700摄氏度，通入的氧气量为1 20每分钟标准升slm，通入的氮气量为5 30slm，反应时间为 5 780秒。所述湿氧化层的厚度为0.5 2纳米。所述湿氧方法是在原位氧化腔体中进行，采用的原位氧化腔体温度为550 700 摄氏度，通入的水蒸气含氧量为0. 1 IOslm或者通入水蒸气3-30slm，时间为5 50秒。所述形成种子氧化层和形成湿氧化层分别是由两个控制系统控制完成；或者所述形成种子氧化层和形成湿氧化层是由一个控制系统控制完成。由上述技术方案可见，本发明提供的方法采用两个步骤在栅结构上形成氧化膜， 第一步骤，采用快速热氧化方法在栅结构上氧化得到种子氧化层；第二步骤，采用湿氧化方法在种子氧化层上继续氧化，最终得到氧化膜。由于湿氧化方法不需要很高的温度，比如小于700摄氏度及很少的时间就可以得到台阶覆盖效应比较好且很薄的氧化膜，且在采用湿氧化方法之前采用种子氧化层保护了栅结构，防止湿氧化方法过程中生成的氢气对栅结构中的栅氧层造成的损伤。另外，在采用快速热氧化方法在栅结构上氧化得到种子氧化层过程中，由于种子氧化层相比于现有技术的氧化膜来说，厚度成倍数减少，所以形成的时间也大大减小。因此，本发明提供的方法在栅结构上得到很薄且均勻的氧化膜，且花费的时间比较少。
图1为现有技术对栅结构氧化的方法流程图；图加 图2c为现有技术对栅结构氧化的剖面示意图；图3为本发明对栅结构氧化的方法流程图；图如 图4b为本发明对栅结构氧化的剖面示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。从现有技术可以看出，采用炉管热氧化方法在栅结构上得到比较厚的氧化膜时， 无法在低温下保证其台阶覆盖效应比较好。但是，随着半导体器件的CD越来越小，需要在栅结构上得到比较薄的氧化膜时，由于炉管热氧化方法自身的局限特性，就无法实现台阶覆盖效应比较好且厚度比较薄的氧化膜。因此，需要采用快速热氧化方法实现，也就是将一片要氧化的晶圆放置到反应腔中，在较短时间，比如百秒内在要氧化的晶圆表面形成1 2 纳米的氧化膜，但是对于一批晶圆来说，则需要很长的时间才能分别得到氧化膜。因此，为了克服这个问题，本发明为了在栅结构上得到很薄且均勻的氧化膜，且花费的时间比较少，采用了两个步骤进行第一步骤，采用快速热氧化方法在栅结构上氧化得到种子氧化层。该种子氧化层的厚度为0. 5 1. 5纳米；第二步骤，采用湿氧化方法在种子氧化层上继续氧化，得到湿氧化层，厚度为0. 5 2纳米。最终种子氧化层和湿氧化层之后的厚度等于氧化膜的厚度，也就是在栅结构上形成了氧化膜。由于湿氧化方法不需要很高的温度，比如小于700摄氏度及很少的时间就可以得到台阶覆盖效应比较好且很薄的氧化膜，且在采用湿氧化方法之前采用种子氧化层保护了栅结构，防止湿氧化方法过程中生成的氢气对栅结构中的栅氧层造成的损伤。另外，在采用快速热氧化方法在栅结构上氧化得到种子氧化层过程中，由于种子氧化层相比于现有技术的氧化膜来说，厚度成倍数减少，且快速热氧化方法采用的时间是与氧化膜的厚度成正比的，所以形成的时间也大大减小。图3为本发明对栅结构氧化的方法流程图，结合图如 图4b所示的本发明对栅结构氧化的剖面示意图进行详细说明步骤301、在晶圆的硅衬底101上依次沉积栅氧化层102及多晶硅层103，如图加所示；在本步骤之前，已经在硅衬底101内通过双阱工艺形成P阱和N讲，并在所形成P 阱和N阱之间形成了用于隔离的STI ；步骤302、按照栅结构的图形，图案化多晶硅层103和栅氧化层102，得到栅结构 104，如图2b所示；在本步骤中，图案化多晶硅层103的过程为在多晶硅层103上涂布光刻胶层，按照栅结构的图形，对光刻胶层曝光显影后，形成具有栅结构图形的光刻胶层，然后以该具有栅结构图形的光刻胶层为掩膜，对多晶硅层103和栅氧化层102刻蚀，在硅衬底101上形成栅结构104 ；步骤301 302与步骤101 102的过程相同，这里不再赘述；步骤303、采用低于700摄氏度温度的快速热氧化方法在栅结构104及暴露的硅衬底101的表面形成种子氧化层201，厚度为0. 5 1. 5纳米，如图如所示；在本步骤中，采用的反应腔温度为600 700摄氏度，通入的氧气量为1 20每分钟标准升(slm)，通入的氮气量为5 30slm，反应时间为5 780秒；在本步骤中，所形成的种子氧化层201保证后续在形成湿氧化层时中生成的氢气对栅结构中的栅氧层造成损伤；在本步骤中，种子氧化层201的厚度小于要在栅结构所形成的氧化膜厚度的1/2， 厚度远远小于要在栅结构所形成的氧化膜厚度；
步骤304、采用湿氧化方法在种子氧化层201表面上形成湿氧化层202，厚度为 0. 5 2纳米，如图4b所示；在本步骤中，湿氧化过程在原位氧化腔中完成，只是采用水蒸气替代了干氧通入具有一批晶圆的原位氧化腔，在氧化过程中，湿氧化过程会产生一层二氧化硅膜和氢气，其生成氧化膜的速率比热氧化方法快的多，容易在短时间内且温度比较低的情况下生成台阶覆盖效应比较好且薄的湿氧化层202 ；在本步骤中，采用的原位氧化腔温度为550 700摄氏度，温度比较低，通入的水蒸气含氧量为0. 1 IOslm或者通入水蒸气3-30slm，时间为5 50秒，得到的氢气为 0. 05 5slm，由于有种子氧化层201的保护，所以不会对栅结构下的栅氧化层102造成损伤；在本步骤中，所形成的湿氧化层202的厚度大于要在栅结构所形成的氧化膜厚度的1/2，但是也比在栅结构所形成的氧化膜厚度要小。这样，就采用本发明提供的两个步骤对栅结构进行了氧化，最终种子氧化层和湿氧化层之后的厚度等于氧化膜的厚度，也就是在栅结构上形成了氧化膜。在本发明中，步骤303和步骤304的过程可以由一个控制系统控制完成，该控制系统分别控制快速热氧化反应腔和原位氧化腔体，分别使得晶圆在反应腔完成种子氧化层的生成及后续转移到原位氧化腔体中完成湿氧化层的生成。步骤303和步骤304的过程也可以分别由不同的控制系统控制完成；不同控制系统分别控制反应腔和原位氧化腔体，控制反应腔的控制系统控制晶圆在反应腔中完成种子氧化层的生成，控制原位氧化腔体的控制系统控制后续转移到原位氧化腔体中完成湿氧化层的生成。经过试验，对采用现有快速热氧化方法、炉管热氧化方法、湿氧化方法及本发明方法对栅结构进行氧化得到氧化膜的条件及质量进行对比，如表一所示
权利要求
1.一种栅结构氧化的方法，在半导体器件的硅衬底上制作栅结构，其特征在于，该方法还包括在栅结构及裸露的硅衬底上采用快速热氧化方法形成种子氧化层；在种子氧化层上采用湿氧方法形成湿氧化层；所述种子氧化层和湿氧化层的厚度之和为要在栅结构上形成的氧化膜厚度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述种子氧化层的厚度为0.5 1. 5纳米。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述快速热氧化方法是在反应腔中进行，所述采用的反应腔温度为600 700摄氏度，通入的氧气量为1 20每分钟标准升slm，通入的氮气量为5 30slm，反应时间为5 780秒。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述湿氧化层的厚度为0.5 2纳米。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述湿氧方法是在原位氧化腔体中进行，采用的原位氧化腔体温度为550 700摄氏度，通入的水蒸气含氧量为0. 1 IOslm或者通入水蒸气3-30slm，时间为5 50秒。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成种子氧化层和形成湿氧化层分别是由两个控制系统控制完成；或者所述形成种子氧化层和形成湿氧化层是由一个控制系统控制完成。
全文摘要
本发明公开了一种栅结构氧化的方法，在半导体器件的硅衬底上制作栅结构，该方法还包括在栅结构及裸露的硅衬底上采用快速热氧化方法形成种子氧化层；在种子氧化层上采用湿氧方法形成湿氧化层；所述种子氧化层和湿氧化层的厚度之和为要在栅结构上形成的氧化膜厚度。本发明提供的方法在栅结构上得到很薄且均匀的氧化膜，且花费的时间比较少。
文档编号H01L21/285GK102299064SQ20101021777
公开日2011年12月28日 申请日期2010年6月28日 优先权日2010年6月28日
发明者何有丰, 何永根, 禹国宾, 胡亚兰 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司