[发明专利]栅氧化层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种栅氧化层的制备方法。 

背景技术

随着半导体器件的尺寸的缩小,应用于高性能逻辑器件的栅氧化层厚度要求小于2nm，这导致了诸如界面陷阱电荷、栅介质隧穿漏电流以及可靠性等一系列的问题。这些问题在某种程度上被认为与薄膜中存在的未完全氧化的Si原子或与Si-SiO₂界面处存在的界面态有关。 

关于界面态的产生主要有如下两种原因: 

1.基于氢键模型的机制。这种机制认为Si-SiO₂界面附近的含氢键结构体由于捕获入射载流子的动能而发生氢原子的脱离,使原有的Si-H和Si-O-H键断裂,造成悬挂键的产生,并由此导致了界面态的产生。 

2.基于内应力的机制。这种机制认为Si-SiO₂界面附近的Si-Si键和由于结构不规则而存在内应力的Si-O键受到外来载流子的冲击而断裂,从而导致界面态产生。 

现有的工艺中，主要通过高温退火来修复氧化生长SiO₂介质层的过程中产生的Si-H键和S-O-H键以及Si-SiO₂界面附近发生的断裂键，以改善界面态。但是，当半导体技术进入45纳米时代以来,传统的改善栅氧化膜界面态的方法遇到了前所未有的挑战，即成膜后的热氧化处理工艺无法及时有效的改善界面态。 

发明内容

为改善更小的半导体器件中改善界面态，本发明提供一种栅氧化层的制备方法，包含以下步骤： 

S1：对一基底执行氧化工艺以形成栅氧化层，在所述氧化工艺的反应气体中包括惰性气体； 

S2：在惰性气体环境中对所述基底进行高温处理； 

S3：对所述栅氧化层进行氮掺杂； 

S4：采用高温退火工艺稳定所述栅氧化层的氮掺杂并修复其等离子体损伤。可选的，步骤S1中氧化工艺采用ISSG工艺。 

可选的，所述ISSG工艺的反应气体为N₂O和H₂。 

可选的，所述ISSG工艺的反应气体为O₂和H₂。 

可选的，所述惰性气体为Ar，流量为5slm-50slm，所述惰性气体的物质的量为其余反应气体的一半至3倍。 

可选的，所述高温氮化处理的温度范围为1000摄氏度到1100摄氏度，处理时间为5秒到120秒。 

可选的，步骤S3中的氮掺杂采用等离子体氮化技术。 

可选的，所述等离子体氮化技术为去耦等离子体氮化或远程等离子体氮化。 

可选的，步骤S4中的高温退火工艺的温度范围为1000摄氏度到1100摄氏度，时间为5秒到120秒。 

可选的，步骤S4中的高温退火工艺的气体包含N₂或者O₂或者N₂与O₂的混合气体。 

相比于现有技术，本发明通过采用惰性气体来稀释反应气体中氢气的含量，来减少Si-SiO₂界面产生Si-H键和Si-O-H键的数量，并在形成氧化膜之后对基底实时高温处理来加快氧化膜内部结构的应力释放,以减少界面附近发生断裂键而产生界面态的可能。采用本发明所提供的方法能有效地减少栅氧化膜的界面态总电荷至少一个数量级，并且栅氧化层具有稳定的含氮量，能提高器件的寿命和性能。 

附图说明

图1为本发明一实施例所述栅氧化层的制备方法的流程图。 

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非 常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。 

如图1所示，本发明提供的栅氧化层的制备方法包含以下步骤： 

S1：对一基底执行氧化工艺以形成栅氧化层，在所述氧化工艺的反应气体中包括惰性气体。