[發明專利]改善選擇性氧化工藝中氧化物生長速率的方法

在審

• 申請號: 201410386390.0
• 申請日: 2008-09-24
• 公開（公告）號: CN104269343A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 橫田好隆;諾曼.I.塔姆;巴拉蘇布若門尼.拉馬錢德倫;馬丁.約翰.里普利
• 申請（專利權）人: 應用材料公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/316;H01L21/28;H01L21/32
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國;趙靜

技術領域

本發明的實施方式總體涉及半導體制造領域，更具體地，涉及用于選擇性氧化合成硅/金屬膜的方法和設備。

背景技術

在半導體器件的制造中，含硅襯底的氧化起著關鍵的作用。例如，在標準的半導體器件中，柵氧化層通常位于包含源極區、漏極區、以及插入硅(intervening?silicon)或多晶硅區的襯底上。金屬接觸部沉積在源極區和漏極區上，并且導電層沉積在柵氧化物上。通常將整個結構描述為多個層的堆疊。當橫過柵氧化物施加電壓從而在沿著從襯底、經過柵氧化物、到導電層的軸的方向產生電場時，改變了源極區和漏極區之間的區域的電特性，從而允許或阻止區域之間的電子流動。由此可見柵氧化層在半導體器件的結構中占有關鍵的地位。

通常，通過在器件中沉積其它的多個層來改善器件的特性。例如，為了控制金屬原子向柵氧化層的擴散(這種擴散會導致柵氧化物電介質特性的退化)，可以在柵氧化層和金屬層之間沉積阻擋層。并且，還可以在金屬層上沉積硬掩模層。為了促進這些層的粘附、平坦化它們的表面并且使他們難于擴散，可以采用等離子體來處理阻擋層或硬掩模層。等離子體處理能夠通過從側面腐蝕其或減小其厚度來使柵氧化層的特性退化。同樣地，通過典型地應用在現代器件制造中的沉積、蝕刻以及等離子體處理的重復循環，也可損害柵氧化層。這種損害使層的柵特性退化，導致器件無效。

為了修復對氧化層的損害，可以對器件進行再氧化。通過再氧化，在柵氧化物和下面的含硅層的側面創建了一層氧化物薄層，因而修復了邊緣損害。因為氧化晶體管的其它區域可能減小電導率和損害器件，所以需要在器件中僅僅氧化某些材料。例如，如果氧化柵極上的金屬覆蓋物以及源極區和漏極區上的金屬接觸部，就會減小它們的電導率。同樣地，給定的器件可以不只包含僅僅與晶體管關聯的金屬表面。選擇性氧化以某些材料，例如硅和硅的氧化物作為靶，同時避免其它材料的氧化。

傳統的富氧工藝不僅氧化了所期望的層，也氧化了非期望的層例如金屬和阻擋層。濕氧化處理雖然比干處理快，但是不能像蒸汽氧化一樣快地促進氧化物生長。圖1A-1C分別闡明了用于干氧化、濕氧化和蒸汽氧化的氧化速率。在低壓下在富氫氣(H₂)的弱蒸汽氣氛下對器件進行加熱，能夠選擇性地氧化含硅材料而不氧化金屬或阻擋層。然而，能夠容易地意識到，迄今在高溫和高壓下運轉氫燃燒室需要氫在隔離的位置燃燒氫。在較高壓以及長浸透時間(soak?time)下，氫氣可能攻擊阻擋和硬掩模層，從而降低它們的有效性，并形成不想要的具有較高電阻率的金屬硅化物層。

因而，仍然需要一種選擇性氧化工藝，其利用原位產生的蒸汽能夠有效地僅氧化半導體器件疊層中的含硅層，而不會使阻擋或導電層的性能退化。

發明內容

本發明總體提供一種選擇性氧化合成襯底的含硅材料的方法，包括：將合成襯底設置在處理室中；將包含含氧氣體和含氫氣體的氣體混合物引入到處理室中，使得氣體混合物中含氫氣體的比例(體積百分比)大于約65％；將處理室加壓到大約250托(torr)至大約800托(torr)之間的壓力；以及以預定的時間將處理室加熱至預定溫度以使含氫氣體和含氧氣體在處理室內反應，選擇性氧化合成襯底。

本發明的一些實施方式包括選擇性氧化合成襯底的材料的方法，包括將合成襯底設置在處理室中；將氣體混合物引入到處理室中，氣體混合物包括含氧氣體和含氫氣體，并且含氫氣體的量大于氣體混合物的量的大約65％；將處理室加壓到在大約250托至大約800托之間的壓力；以及以預定的時間將處理室加熱至預定溫度以使含氫氣體和含氧氣體在處理室內反應，選擇性的氧化合成襯底。

本發明的其它實施方式提供了一種處理襯底的方法，包括：將襯底設置在快速熱處理(RTP)室中；將含氧氣體和含氫氣體引入到RTP室中以形成氣體混合物，其中氣體混合物包括富氫氣體混合物；將RTP室加壓到大于250托的壓力；將RTP室加熱到使氣體混合物在RTP室內發生反應的處理溫度；以及選擇性氧化襯底。

本發明的其它實施方式提供了一種在處理室中處理襯底的方法，該襯底至少包含含硅層和金屬層，該方法包括：將富氫氣體混合物引入到處理室中；將處理室加壓到大于250托的壓力；使富氫氣體混合物在處理室內發生反應以產生蒸汽；以及選擇性氧化含硅層。