[發明專利]柵極介質層及柵極的制造方法

有效

• 申請號: 200710039808.0
• 申請日: 2007-04-20
• 公開（公告）號: CN101290886A
• 公開（公告）日: 2008-10-22
• 發明（設計）人: 虞肖鵬
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/314
• 分類號: H01L21/314;H01L21/28;H01L21/336
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司
• 代理人: 李文紅

技術領域

本發明涉及半導體制造技術領域，特別涉及一種柵極介質層及柵極的制造方法。

背景技術

自金屬氧化物半導體晶體管發明以來，氧化硅由于與硅、多晶硅良好的集成特性，一直作為柵極介質層最主要的材料。隨著集成度的提高，柵極尺寸越來越小，相應的，作為柵極介質層的氧化硅層的厚度也需要不斷的減薄，這對形成的氧化硅層的厚度均勻性、缺陷控制等膜層特征的要求也越來越高，從而對氧化硅層的制造工藝提出了更高的要求，現有的制造氧化硅的方法形成的氧化硅層已經不能滿足在90nm及其以下的技術節點對柵極介質層的要求。

專利號為US?6555485?B1的美國專利公開了一種形成柵極介質層的方法。圖1至圖3為所述美國專利公開的形成氧化硅層的方法各步驟相應的剖面示意圖。

如圖1所示，首先提供一半導體襯底100，在所述半導體襯底100上形成氧化硅層200。接著，如圖2所示，對所述氧化硅200表面進行氮化處理，使得所述氧化硅層200中摻入氮，形成氮氧硅化合物層300。然后，對所述氮氧硅化合物層300執行高溫退火工藝，如圖3所示，使所述氮氧硅化合物300暴露于氧氣或一氧化氮400氣氛中，在600至1000度的高溫下執行退火工藝。

上述方法通過氧化工藝-氮化工藝-退火工藝形成柵極介質層，形成的柵極氧化層的厚度主要是由氧化工藝決定?，F有的氧化工藝有高溫氧化爐氧化、快速熱氧化(Rapid?Thermal?Oxidation，RTO)、原位產生水蒸汽法(In-Situ?Stream?Generation，ISSG)等，所述的氧化工藝都是較高的溫度(例如800至1100度)下進行，氧化的速率也較快，使得在形成厚度較薄(例如2nm以下)的氧化硅層時，工藝控制變得較為困難，形成的氧化硅層的均勻性也較差，甚至是無法形成薄氧化硅層(例如2nm以下)。雖然通過降低氧化時溫度可減緩氧化速率，但也使形成的氧化硅層的致密度減小，缺陷增加。氧化硅層厚度的均勻性變差、致密度減小以及缺陷增加均會造成氧化硅層的絕緣能力下降，產生隧道漏電流、氧化層擊穿等問題，進而使得形成的半導體器件的穩定性和電學性能下降。

發明內容

本發明提供一種柵極介質層及柵極的制造方法，本發明能夠形成厚度薄、均勻性好的柵極介質層。

本發明提供的一種柵極介質層的制造方法，包括：

提供半導體襯底；

對所述半導體襯底進行氮化處理；

對經過所述氮化處理的半導體襯底執行氧化工藝，形成含氧的介質層。

可選的，所述氮化為低溫等離子體氮化或去耦等離子體氮化中的一種。

可選的，所述氮化為去耦等離子體氮化，所述去耦等離子體氮化所用的氣體為N₂或N₂與He的混合氣體。

可選的，所述氮化為去耦等離子體氮化，所述去耦等離子體氮化所用的氣體為N₂O、NO、NH₃中的一種。

可選的，所述氧化為快速熱氧化、高溫爐管氧化、原位生成水蒸氣法氧化中的一種。

可選的，所述氧化為原位生成水蒸氣法氧化，所述原位生成水蒸氣法氧化與所述去耦等離子體氮化在集成工藝腔中進行。

可選的，該方法進一步包括：對所述含氧的介質層進行氮化處理。

可選的，對所述含氧的介質層進行的氮化為高溫爐管氮化、快速熱處理氮化、低溫等離子體氮化、去耦等離子體氮化中的一種。

可選的，該方法進一步包括：對所述含氧的介質層進行氮化處理后退火。

可選的，該方法進一步包括：對所述含氧的介質層進行氮化處理后退火，所述退火和對所述含氧介質層進行氮化處理在集成工藝腔中進行。

本發明還提供一種柵極的制造方法，包括：

提供半導體襯底；

對所述半導體襯底表面進行氮化處理；

對經過所述氮化處理的半導體襯底表面執行氧化工藝，形成含氧的介質層；

在所述含氧的介質層上形成多晶硅層；

圖形化并刻蝕所述多晶硅層和所述含氧的介質層。

可選的，所述氮化為低溫等離子體氮化或去耦等離子體氮化中的一種。

可選的，該方法進一步包括：在所述含氧的介質層上形成多晶硅層之前對所述含氧的介質層進行氮化和氮化后退火。

可選的，該方法進一步包括：在所述含氧的介質層上形成多晶硅層之后向所述多晶硅層中摻入磷。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：