氧化層製造方法
2023-10-04 22:56:14
專利名稱：氧化層製造方法
技術領域：
本發明涉及集成電路製造領域，特別是涉及一種氧化層製造方法。
背景技術：
在 集成電路製造領域，二氧化矽薄膜在超大規模集成電路(ULSI)中有著極其廣 泛的應用，其既可以作為金屬氧化物半導體場效應管(MOSFET)的柵極氧化層材料，也可以 作為半導體器件之間的絕緣介質層，並且，在非揮發性半導體存儲器中，二氧化矽薄膜還被 用於形成隧穿氧化層。隨著半導體製造技術的不斷進步，對於氧化層製造工藝的要求也越 來越高。在實際的工業生產中，為了減少矽氧界面界面態(interface state)和熱 預算(thermal budget)，業界通常利用低壓化學氣相沉積(low pressure chemical vapordeposition, LPCVD)來形成氧化層。然而，在實際生產中發現，在利用爐管進行低壓 化學氣相沉積過程中，反應氣體是順著爐管的爐壁進入反應腔的，因此，晶片邊緣部分的反 應氣體濃度通常高於晶片中心部分的反應氣體濃度，最終導致晶片表面的氧化層的厚度不 均勻(通常是晶片邊緣部分的氧化層厚度大於晶片中心部分的氧化層厚度)，這將導致半 導體器件的電學性能發生變化，進而導致產品的良率下降。為了解決二氧化矽薄膜厚度不 均勻的問題，業界嘗試改變反應氣體的流動方式或使用新型晶舟來承載晶片等方法，但是， 上述方法不僅費時費力、成本高昂，並且效果也不理想。因此，提供一種成本低廉，且可有效改善氧化層厚度的均勻性的氧化層製造方法， 是十分必要的。
發明內容
本發明提供一種成本較低的氧化層製造方法，其可解決現有技術形成的氧化層厚 度不均勻的問題。為解決上述技術問題，本發明提供一種氧化層製造方法，所述氧化層包括第一氧 化層和第二氧化層，所述氧化層製造方法包括執行低壓化學氣相沉積工藝，以在晶片上形 成第一氧化層；執行現場水汽生成退火工藝，以在所述第一氧化層上形成第二氧化層。在所述氧化層製造方法中，所述晶片邊緣的第一氧化層的厚度大於晶片中心的第 一氧化層厚度，所述晶片邊緣的第二氧化層的厚度小於晶片中心的第二氧化層厚度。在所述氧化層製造方法中，所述現場水汽生成退火工藝中反應壓力為6 STorr， 所述現場水汽生成退火工藝的溫度為850 1050°C，所述現場水汽生成退火工藝中氧氣的 流量為8 12slm，所述現場水汽生成退火工藝中氫氣的流量為0. 25 Islm，所述現場水 汽生成退火工藝的反應時間為50 70秒，所述現場水汽生成退火工藝中用氮氣或惰性氣 體作為稀釋氣體。與現有技術相比，本發明提供的氧化層製造方法具有以下優點該氧化層製造方法首先利用低壓化學氣相沉積工藝，在晶片上形成第一氧化層，所述晶片邊緣的第一氧化層的厚度大於晶片中心的第一氧化層厚度，接著，執行現場水汽 生成退火工藝，所述現場水汽生成退火工藝在對第一氧化層進行熱退火的同時進行第二氧 化層的生長，所述晶片邊緣的第二氧化層的厚度小於晶片中心的第二氧化層厚度，最終使 得晶片表面的氧化層的厚度的均勻性得到明顯的改善。
圖1為本發明實施例提供的氧化層製造方法的流程圖；圖2A至圖2B為本發明實施例提供的氧化層製造方法的各步驟相應結構的剖面示 意圖。
具體實施方式
本發明的核心思想在於，提供一種氧化層製造方法，該方法首先利用低壓化學氣 相沉積工藝，在晶片上形成第一氧化層，所述晶片邊緣的第一氧化層的厚度大於晶片中心 的第一氧化層厚度，接著，執行現場水汽生成退火工藝，所述現場水汽生成退火工藝在對第 一氧化層進行熱退火的同時進行第二氧化層的生長，所述晶片邊緣的第二氧化層的厚度小 於晶片中心的第二氧化層厚度，最終使得晶片表面的氧化層厚度的均勻性得到明顯的改
口 ο請參考圖1，其為本發明實施例提供的氧化層製造方法的流程圖，所述氧化層包括 第一氧化層和第二氧化層，結合該圖，該氧化層製造方法包括以下步驟步驟S100，執行低壓化學氣相沉積工藝，以在晶片上形成第一氧化層；步驟S200，執行現場水汽生成退火工藝，以在所述第一氧化層上形成第二氧化層。下面將結合剖面示意圖對本發明的氧化層製造方法進行更詳細的描述，其中表示 了本發明的優選實施例，應該理解本領域技術人員可以修改在此描述的本發明，而仍然實 現本發明的有利效果。因此，下列描述應當被理解為對於本領域技術人員的廣泛知道，而並 不作為對本發明的限制。為了清楚，不描述實際實施例的全部特徵。在下列描述中，不詳細描述公知的功能 和結構，因為它們會使本發明由於不必要的細節而混亂。應當認為在任何實際實施例的開 發中，必須做出大量實施細節以實現開發者的特定目標，例如按照有關系統或有關商業的 限制，由一個實施例改變為另一個實施例。另外，應當認為這種開發工作可能是複雜和耗費 時間的，但是對於本領域技術人員來說僅僅是常規工作。在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發明。根據下面說明和權利要 求書，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非 精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。請參照圖2k,首先，執行低壓化學氣相沉積(low pressure chemical vapord印osition，LPCVD)工藝，以在晶片100上形成第一氧化層210。經發明人研究發現，在利用爐管進行低壓化學氣相沉積的過程中，反應氣體是順 著爐管的爐壁進入反應腔的，因此，晶片邊緣部分的反應氣體濃度通常高於晶片中心部分 的反應氣體濃度，最終導致所述晶片100邊緣的第一氧化層的厚度大於晶片100中心的第 一氧化層厚度。
進一步的，可採用東京電子公司的型號為α -8SE的LPCVD爐管來形成所述第一氧 化層210，所述低壓化學氣相沉積工藝的溫度為700 800°C，所述低壓化學氣相沉積工藝 的反應氣體為二氯矽烷(SiH2Cl2)和笑氣(N2O)。請參照圖2B，本發明的關鍵步驟是，執行現場水汽生成退火(in-situ steamgeneration, ISSG)工藝，以在所述第一氧化層210上形成第二氧化層220，第一氧化 層210和第二氧化層220共同組成氧化層200。所述現場水汽生成退火工藝是利用氫氣和氧氣作為反應氣體，在高溫下氫與氧會產生類似於燃燒的化學反應，生成大量的氣相活性自由基(其中主要是原子氧)。與傳統 的常壓氧化退火工藝相比，所述現場水汽生成退火工藝的反應壓力較低，從化學動力學的 角度來分析，反應壓力的變化在改變化學反應速率的同時也會改變對反應腔內化學反應發 生區域的限制，從而會導致晶片100表面(只佔據反應腔內特定空間)的氣相活性自由基 的濃度分布的變化，本發明正是利用現場水汽生成退火工藝的這一特性，對第一氧化層110 的厚度進行補償，使得經過現場水汽生成退火工藝後，氧化層200的厚度的均勻性得到明 顯的改善。並且，由於進行現場水汽生成退火工藝過程中產生了大量的原子氧，而所述原子 氧的化學活性遠強於分子氧，因此，與傳統的氧氣退火工藝相比，所述現場水汽生成退火工 藝得到的二氧化矽薄膜的體內缺陷更少，矽氧界面也更為良好。進一步的，可採用應用材料公司生產的型號為RTP Centura XE+5200的快速退火 設備，來形成所述第二氧化層220。在所述現場水汽生成退火工藝中，反應壓力優選為6 8Tor，溫度為850 1050°C，氧氣的流量為8 12slm，氫氣的流量為0. 25 lslm，反應時 間為50 70秒，所述現場水汽生成退火工藝中可以用氮氣或惰性氣體作為稀釋氣體。經發明人實驗證明，當利用低壓化學氣相沉積工藝形成的第一氧化層210的平均 厚度為149Λ時，第一氧化層210的厚度波動(最大厚度與最小厚度之差)為8人,標準偏差 為7.5人,而在形成第二氧化層220後，氧化層200的平均厚度為179人,氧化層200厚度波 動降低為3.8人，標準偏差降低為2.7A,可以明顯得知，氧化層200的厚度均勻性得到了明顯 的改善。綜上所述，本發明首先利用低壓化學氣相沉積工藝，在晶片上形成第一氧化層，所 述晶片邊緣的第一氧化層的厚度大於晶片中心的第一氧化層厚度，接著，進行現場水汽生 成退火工藝，所述現場水汽生成退火工藝在對第一氧化層進行熱退火的同時進行第二氧化 層的生長，所述晶片邊緣的第二氧化層的厚度小於晶片中心的第二氧化層厚度，最終使得 晶片表面的氧化層的總厚度的均勻性得到明顯的改善。顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精 神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍 之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
一種氧化層製造方法，所述氧化層包括第一氧化層和第二氧化層，所述氧化層製造方法包括執行低壓化學氣相沉積工藝，以在晶片上形成第一氧化層；執行現場水汽生成退火工藝，以在所述第一氧化層上形成第二氧化層。
2.如權利要求1所述的氧化層製造方法，其特徵在於，所述晶片邊緣的第一氧化層的 厚度大於晶片中心的第一氧化層厚度，所述晶片邊緣的第二氧化層的厚度小於晶片中心的第二氧化層厚度。
3.如權利要求1或2所述的氧化層製造方法，其特徵在於，所述現場水汽生成退火工藝 中反應壓力為6 8Torr。
4.如權利要求3所述的氧化層製造方法，其特徵在於，所述現場水汽生成退火工藝的 溫度為850 1050°C。
5.如權利要求4所述的氧化層製造方法，其特徵在於，所述現場水汽生成退火工藝中 氧氣的流量為8 12slm。
6.如權利要求5所述的氧化層製造方法，其特徵在於，所述現場水汽生成退火工藝中 氫氣的流量為0. 25 lslm。
7.如權利要求6所述的氧化層製造方法，其特徵在於，所述現場水汽生成退火工藝的 反應時間為50 70秒。
8.如權利要求7所述的氧化層製造方法，其特徵在於，所述現場水汽生成退火工藝中 用氮氣或惰性氣體作為稀釋氣體。
全文摘要
本發明公開了一種氧化層製造方法，所述氧化層包括第一氧化層和第二氧化層，所述氧化層製造方法包括執行低壓化學氣相沉積工藝，以在晶片上形成第一氧化層；執行現場水汽生成退火工藝，以在所述第一氧化層上形成第二氧化層，本發明可使所述晶片表面的氧化層厚度的均勻性得到明顯的改善。
文檔編號H01L21/316GK101866851SQ20101017266
公開日2010年10月20日 申請日期2010年5月12日 優先權日2010年5月12日
發明者郭國超 申請人:上海宏力半導體製造有限公司