降低柵區(qū)域的表層氧化對(duì)襯底消耗的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種降低柵區(qū)域的表層氧化對(duì)襯底消耗的方法，至少包括以下步驟：提供一半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成柵區(qū)域；進(jìn)行氮離子注入，在柵區(qū)域兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底上部形成注氮層；采用氧化工藝，在柵區(qū)域及其兩側(cè)的襯底上形成氧化層。本發(fā)明通過(guò)在氧化工藝之前，在柵區(qū)域兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底上注氮以形成注氮層，使柵極區(qū)域兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底表面形成的氧化層厚度大大變薄，從而降低了襯底的消耗量，使得在去除氧化層后，襯底下凹程度大大降低，提高了器件性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】降低柵區(qū)域的表層氧化對(duì)襯底消耗的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，涉及一種襯底的處理方法，特別是涉及一種降低柵區(qū)域的表層氧化對(duì)襯底消耗的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]金屬氧化物器件(MOS)器件結(jié)構(gòu)包括有源區(qū)、源極、漏極和柵極，其中，有源區(qū)位于半導(dǎo)體襯底中，柵極位于有源區(qū)上方，柵極兩側(cè)的有源區(qū)分別進(jìn)行離子注入后形成源極和漏極，柵極下方具有導(dǎo)電溝道，柵極和導(dǎo)電溝道之間有柵氧化層。根據(jù)離子注入的不同類(lèi)型，MOS器件又分為PMOS器件和NMOS器件。在MOS器件的制造過(guò)程中，最先在半導(dǎo)體襯底上生長(zhǎng)柵氧化層和柵極，再生長(zhǎng)MOS器件的其它結(jié)構(gòu)。
[0003]在互補(bǔ)金屬氧化物器件(CMOS)的制造工藝中，柵極的制造工藝舉足輕重，其代表整個(gè)半導(dǎo)體制造工藝的工藝水準(zhǔn)，這是由于柵極的線(xiàn)寬、電阻率等參數(shù)直接影響形成的互補(bǔ)金屬氧化物器件的響應(yīng)速率、功耗等參數(shù)，因此必須嚴(yán)格控制柵極的輪廓和尺寸。
[0004]目前，互補(bǔ)金屬氧化物器件的柵極通常由多晶硅制成，一般采用干法刻蝕工藝來(lái)刻蝕所述多晶硅。通常包括如下步驟:在半導(dǎo)體襯底上形成柵氧化層，然后在柵氧化層上沉積多晶硅層，再刻蝕多晶硅層和柵氧化層，形成柵區(qū)域。但是在多晶硅刻蝕后，會(huì)在多晶硅表面形成損傷。為了修復(fù)干法刻蝕形成的損傷，通常還需要將多晶硅表面及其兩邊的襯底表面進(jìn)行氧化，形成氧化層，所述氧化層還可充當(dāng)后續(xù)隔離層的緩沖層。所述氧化層在后續(xù)一系列工序后將被去除。
[0005]在上述形成氧化層的過(guò)程中，會(huì)消耗一部分襯底。以硅襯底為例，硅的消耗量與形成的二氧化硅氧化層的厚度比為0.44:1,即形成I個(gè)厚度的氧化層會(huì)消耗掉0.44個(gè)厚度的襯底，這將會(huì)導(dǎo)致在后續(xù)去掉氧化層之后，柵極兩側(cè)的襯底下凹，影響半導(dǎo)體器件的性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種降低柵區(qū)域的表層氧化對(duì)襯底消耗的方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中去掉柵區(qū)域及其兩側(cè)的襯底上的氧化層之后，柵極兩側(cè)的襯底下凹，影響半導(dǎo)體器件的性能的問(wèn)題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種降低柵區(qū)域的表層氧化對(duì)襯底消耗的方法，該方法至少包括以下步驟:
[0008]I)提供一半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成柵區(qū)域；
[0009]2)進(jìn)行氮離子注入，在柵區(qū)域兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底上部形成注氮層；
[0010]3)采用氧化工藝，在步驟2)獲得的結(jié)構(gòu)上形成氧化層。
[0011]可選地，于所述步驟2)之前還包括在所述柵區(qū)域上表面形成硬掩膜的步驟。
[0012]可選地，于所述步驟3)之前還包括一熱處理的步驟。
[0013]可選地，所述熱處理的溫度范圍是50(Tl000 °C，熱處理時(shí)間為廣30 s,熱處理氣氛為惰性氣體。
[0014]可選地，所述半導(dǎo)體襯底的材料為Si ;所述柵區(qū)域的材料包括多晶硅。
[0015]可選地，于所述步驟3)中，在柵區(qū)域兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底表面形成的氧化層厚度范圍是10~100埃。
[0016]可選地，所述注氮層的厚度范圍是100-500埃。
[0017]可選地,所述氮離子注入的劑量范圍是1E13~1E15 atom/cm2,能量范圍是0.5~10KeV。
[0018]可選地，于所述步驟3)中，所述氧化工藝的溫度范圍是50(T1000 °C，氧化時(shí)間為1~30 S。
[0019]可選地，在氧化過(guò)程中通入氧氣，氧氣的流量范圍是I sccnTlO Slm0
[0020]如上所述，本發(fā)明的降低柵區(qū)域的表層氧化對(duì)襯底消耗的方法，具有以下有益效果:通過(guò)在氧化工藝之前，在柵區(qū)域兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底上注氮以形成注氮層，使柵極區(qū)域兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底表面形成的氧化層厚度大大變薄，從而降低了襯底的消耗量，在去除氧化層后襯底下凹程度大大降低，提高了器件性能。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1顯示為本發(fā)明的降低柵區(qū)域的表層氧化對(duì)襯底消耗的方法中在半導(dǎo)體襯底上形成柵氧化層和多晶硅層的示意圖。
[0022]圖2顯示為本發(fā)明的降低柵區(qū)域的表層氧化對(duì)襯底消耗的方法中進(jìn)行刻蝕形成柵區(qū)域的示意圖。
[0023]圖3顯示為本發(fā)明的降低柵區(qū)域的表層氧化對(duì)襯底消耗的方法中進(jìn)行注氮以在柵區(qū)域兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底上部形成注氮層的示意圖。
[0024]圖4顯示為本發(fā)明的降低柵區(qū)域的表層氧化對(duì)襯底消耗的方法中采用氧化工藝在柵區(qū)域及其兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底表面形成氧化層的示意圖。
[0025]圖5顯示為在圖2所示結(jié)構(gòu)的柵區(qū)域及其兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底表面形成氧化層的示意圖。
[0026]圖6顯示為圖4中虛線(xiàn)方框所示區(qū)域的放大圖。
[0027]圖7顯示為圖5中虛線(xiàn)方框所示區(qū)域的放大圖。
[0028]元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0029]I半導(dǎo)體襯底
[0030]2柵氧化層
[0031]3柵極材料層
[0032]4柵區(qū)域
[0033]5注氮層
[0034]6氧化層
[0035]Cl1注氮后襯底消耗厚度
[0036]d2未注氮時(shí)襯底消耗厚度

【具體實(shí)施方式】
[0037]以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0038]請(qǐng)參閱圖1至圖7。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0039]本發(fā)明提供一種降低柵區(qū)域的表層氧化對(duì)襯底消耗的方法，包括以下步驟:
[0040]步驟1)，請(qǐng)參閱圖1及圖2，首先請(qǐng)參閱圖1，如圖所示，首先提供一半導(dǎo)體襯底1，本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底I的材料為Si，然后在所述半導(dǎo)體襯底I上依次形成柵氧化層2和柵極材料層3。
[0041]具體的，可采用熱氧化工藝將所述半導(dǎo)體襯底I表面氧化，形成所述柵氧化層2。所述柵極材料層3的材料可包括多晶硅。再請(qǐng)參閱圖2，如圖所示，進(jìn)行刻蝕，在所述半導(dǎo)體襯底I上形成柵區(qū)域4。
[0042]具體的，可采用干法刻蝕形成所述柵區(qū)域4，所述柵區(qū)域4為島狀，包括下部的柵氧化層和上部的柵極。根據(jù)器件的類(lèi)型，柵極可采用P型或N型摻雜。
[0043]步驟2)，請(qǐng)參閱圖3，如圖所示，進(jìn)行氮離子注入，在所述柵區(qū)域4兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底上部形成注氮層5。
[0044]具體的，所述氮離子注入的劑量范圍是1E13~1E15 atom/cm2，能量范圍是0.5^10KeV0可采取不同的角度注入氮離子，本實(shí)施例中，氮離子注入角度范圍優(yōu)選為(TlO度(相對(duì)于垂直襯底方向)。根據(jù)不同的注入角度，所述柵區(qū)域的頂部和側(cè)面也會(huì)有氮離子注入。
[0045]具體的，所述柵區(qū)域兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底上部的注氮層5的厚度范圍是100-500埃，若所述半導(dǎo)體襯底的材料為Si，則注氮層5的材料可以是氮化硅。所述注氮層5在氧氣氣氛下的氧化速率遠(yuǎn)低于硅或者多晶硅的氧化速率。本實(shí)施例中，柵極表面也有氮離子注入，其氧化速率同樣會(huì)大幅降低。若氮離子注入方向與柵區(qū)域上表面垂直，則柵區(qū)域只有上表面有氮離子注入而側(cè)面沒(méi)有氮離子注入，在后續(xù)的氧化過(guò)程中，側(cè)面的氧化程度會(huì)大于上表面的氧化程度。
[0046]在另一實(shí)施例中，在氮離子注入前可在柵區(qū)域4上表面形成硬掩膜，所述硬掩膜的材料可以是氮化硅，也可以為其它材料，其作用在于阻擋氮離子注入柵極。
[0047]步驟3)，請(qǐng)參閱圖4，如圖所示，采用氧化工藝，在所述柵區(qū)域4及其兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底I的表面形成氧化層6。形成氧化層的目的一方面是為了修復(fù)刻蝕對(duì)柵區(qū)域表面形成的損傷，另一方面是作為后續(xù)隔離層的緩沖層。但在氧化柵區(qū)域表面時(shí)不可避免會(huì)將其兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底也部分氧化，而對(duì)于柵區(qū)域兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底上的氧化層，其厚度越薄越好，這樣對(duì)器件的影響也就越小。
[0048]具體的，可采用快速熱處理工藝(RTP)或在加熱容器中形成所述氧化層。氧化溫度范圍是50(Ti00(rc，氧化時(shí)間為廣30 S。在氧化過(guò)程中通入氧氣，氧氣的流量范圍是Isccm~10 slm0
[0049]由于所述注氮層5在氧氣氣氛下的氧化速率遠(yuǎn)低于硅或者多晶硅的氧化速率，其表面形成的氧化層厚度很薄，為10-100埃，即在柵區(qū)域兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底表面形成的氧化層厚度范圍是?0-ιοο埃。
[0050]此處需要指出的是，柵區(qū)域4表面的氧化層厚度范圍亦可為10-100埃，柵區(qū)域表面氧化層的主要作用是為了修復(fù)刻蝕對(duì)柵區(qū)域表面造成的損傷，但所述柵區(qū)域4表面的氧化層厚度對(duì)器件的影響不如其兩側(cè)的襯底上的氧化層厚度對(duì)器件的影響大，兩側(cè)的襯底上氧化層厚度越大，消耗的襯底就越多，去除氧化層后襯底下凹的程度就越厲害，因此本發(fā)明中，對(duì)柵區(qū)域兩側(cè)的襯底上的氧化層厚度的控制才最關(guān)鍵，越薄越好。
[0051]請(qǐng)參閱圖5，如圖所示，顯示為在圖2所示結(jié)構(gòu)(即沒(méi)有經(jīng)過(guò)注氮步驟)的柵區(qū)域及其兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底表面形成氧化層的示意圖，可見(jiàn)，其柵區(qū)域兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底表面的氧化層厚度要比所述注氮層5上部的氧化層厚度厚得多。而氧化層的厚度與消耗的襯底厚度的比例一定，即氧化層越薄，消耗的襯底越少。以Si襯底為例，硅的消耗量與形成的二氧化硅氧化層的厚度比為0.44:1，若形成的氧化層厚度為10-100埃，則消耗的襯底厚度為
4.4^44埃，在后續(xù)工藝中去掉氧化層后，襯底下凹的程度非常小。
[0052]請(qǐng)參閱圖6和圖7，其中，圖6顯示為圖4中虛線(xiàn)方框所示區(qū)域的放大圖，圖7顯示為圖5中虛線(xiàn)方框所示區(qū)域的放大圖。圖6中，Cl1為注氮后襯底消耗厚度，圖7中，d2為未注氮時(shí)襯底消耗厚度，可見(jiàn)注氮后襯底消耗厚度遠(yuǎn)小于未注氮時(shí)襯底消耗厚度，在后續(xù)工藝中去除氧化層后，襯底的下凹程度也會(huì)大大降低。
[0053]在另一實(shí)施例中，在注氮之后、形成氧化層之前還包括一熱處理的步驟，其作用是修復(fù)由于離子注入對(duì)硅襯底造成的損傷，所述熱處理的溫度范圍是50(T1000 °C，熱處理時(shí)間為f 30 S，熱處理氣氛為惰性氣體,如氮?dú)饣驓鍤狻?
[0054]綜上所述，本發(fā)明的降低柵區(qū)域的表層氧化對(duì)襯底消耗的方法通過(guò)在氧化工藝之前，在柵區(qū)域兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底上注氮以形成注氮層，使柵極區(qū)域兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底表面形成的氧化層厚度大大變薄，從而降低了襯底的消耗量，在后續(xù)工藝中去除氧化層后，襯底下凹程度大大降低，提高了器件性能。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
[0055]上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種降低柵區(qū)域的表層氧化對(duì)襯底消耗的方法，其特征在于，該方法至少包括以下步驟: 1)提供一半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成柵區(qū)域； 2)進(jìn)行氮離子注入，在柵區(qū)域兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底上部形成注氮層； 3)采用氧化工藝，在步驟2)獲得的結(jié)構(gòu)上形成氧化層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低柵區(qū)域的表層氧化對(duì)襯底消耗的方法，其特征在于:于所述步驟2)之前還包括在所述柵區(qū)域上表面形成硬掩膜的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低柵區(qū)域的表層氧化對(duì)襯底消耗的方法，其特征在于:于所述步驟3)之前還包括一熱處理的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的降低柵區(qū)域的表層氧化對(duì)襯底消耗的方法，其特征在于:所述熱處理的溫度范圍是50(T1000 °C，熱處理時(shí)間為廣30 S，熱處理氣氛為惰性氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低柵區(qū)域的表層氧化對(duì)襯底消耗的方法，其特征在于:所述半導(dǎo)體襯底的材料為Si ;所述柵區(qū)域的材料包括多晶硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低柵區(qū)域的表層氧化對(duì)襯底消耗的方法，其特征在于:于所述步驟3)中，在柵區(qū)域兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底表面形成的氧化層厚度范圍是10-100埃。
7.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的降低柵區(qū)域的表層氧化對(duì)襯底消耗的方法，其特征在于:所述注氮層的厚度范圍是100-500埃。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低柵區(qū)域的表層氧化對(duì)襯底消耗的方法，其特征在于:所述氮離子注入的劑量范圍是1Ε13~1Ε15 atom/cm2，能量范圍是0.5~10 KeV0
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低柵區(qū)域的表層氧化對(duì)襯底消耗的方法，其特征在于:于所述步驟3)中，所述氧化工藝的溫度范圍是50(T1000 °C，氧化時(shí)間為廣30 S。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的降低柵區(qū)域的表層氧化對(duì)襯底消耗的方法，其特征在于:在氧化過(guò)程中通入氧氣，氧氣的流量范圍是I SccnTlO slm。
【文檔編號(hào)】H01L21/336GK104051264SQ201310077005
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2013年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月11日
【發(fā)明者】陳勇 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司