專利名稱：用以在半導(dǎo)體器件中形成氧化膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用以在半導(dǎo)體器件中形成氧化膜的方法，更具體地，涉及一種用以形成一高品質(zhì)晶體管的柵極氧化膜或一高品質(zhì)閃速器件的隧道氧化膜的方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)閃速電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)器件的隧道氧化膜及其它內(nèi)存器件的柵極氧化膜在考慮到它們的應(yīng)用時(shí)需要有高水平的品質(zhì)。決定高品質(zhì)的氧化膜的主要因素包括界面陷阱電荷(interface trap charge)及氧化物陷阱電荷(oxide trap charge)的密度。
界面陷阱電荷集中存在于硅襯底與氧化膜彼此相鄰的界面處。氧化物陷阱電荷同時(shí)存在于該氧化膜的體內(nèi)及該硅襯底與氧化膜的界面處。俘獲電子的電荷主要存在于該體材料中，而俘獲空穴的電荷通常存在于該硅襯底與該氧化膜的界面。
因此，為了形成高品質(zhì)的氧化膜，重要的技術(shù)問(wèn)題是要減少該界面陷阱電荷及氧化物陷阱電荷的密度。換句話說(shuō)，如果使用一具有高密度的界面陷阱電荷及氧化物陷阱電荷的氧化膜來(lái)作為一柵極氧化膜及一隧道氧化膜，則會(huì)有因陷阱電荷俘獲電荷而造成的晶體管的閾值電壓漂移的問(wèn)題。此外，會(huì)有立即發(fā)生氧化膜擊穿的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，有鑒于上述問(wèn)題而提出本發(fā)明，而本發(fā)明的一目的在于提供一種用以在半導(dǎo)體器件中形成氧化膜的方法，其中可減少界面陷阱電荷及氧化物陷阱電荷的密度。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，提供一種用以在半導(dǎo)體器件中形成氧化膜的方法，其包括下列步驟提供一硅襯底，從該硅襯底剝離天然氧化膜(native oxide film)；通過(guò)實(shí)施一氧化工序在該硅襯底上形成一氧化膜；以及在一惰性氣體與氧氣混合的氣氛下實(shí)施高溫?zé)崽幚砉ば颍员銣p少該氧化膜中所存在的陷阱電荷。
該方法優(yōu)選地進(jìn)一步包括在形成該氧化膜之后，實(shí)施用以減少該硅襯底與該氧化膜間的界面陷阱電荷的預(yù)處理熱工序的步驟。
優(yōu)選地該預(yù)處理熱工序在850到950℃溫度及一氧化二氮(N2O)或一氧化氮(NO)氣體氣氛下實(shí)施5到15分鐘。
該高溫?zé)崽幚砉ば騼?yōu)選在950到1100℃溫度及在一惰性氣體中混合有氧氣的氣氛下實(shí)施5到15分鐘。
優(yōu)選地，其中的氧化工序通過(guò)下列方式來(lái)實(shí)施令氫氣及氧氣在高溫下經(jīng)由反應(yīng)變成蒸汽，以及然后將該蒸汽噴灑至該硅襯底的表面或者將一包含氯的TCA或TCE氣體一起注入該蒸汽中。
依據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種用以在半導(dǎo)體器件中形成氧化膜的方法，其包括下列步驟將一硅襯底加載到反應(yīng)室中，然后第一次使該反應(yīng)室中的溫度上升，以便該溫度成為第一溫度；通過(guò)在該第一溫度下實(shí)施一氧化工序以在該硅襯底上形成一氧化膜；第二次使該反應(yīng)室中的溫度上升，以便該溫度成為第二溫度；在該第二溫度及在一氮?dú)鈿夥障聦?shí)施一預(yù)處理熱工序；第三次使該反應(yīng)室中的溫度上升，以便該溫度成為第三溫度；在該第三溫度及在混合有一惰性氣體及氧氣的氣氛下實(shí)施一高溫?zé)崽幚砉ば?；以及使該反?yīng)室中的溫度下降，以便該溫度成為一卸載溫度，然后將該硅襯底自該反應(yīng)室卸載。
該預(yù)處理熱工序優(yōu)選包括下列步驟在氮?dú)鈿夥障率乖摲磻?yīng)室中的溫度穩(wěn)定4到6分鐘，以便穩(wěn)定該反應(yīng)室中的溫度；在一氧化二氮或一氧化氮?dú)怏w氣氛下實(shí)施5到15分鐘的退火處理(annealing)；以及在氮?dú)鈿夥障聦?shí)施4到6分鐘之后期退火處理(post annealing)。
該高溫?zé)崽幚砉ば騼?yōu)選在混合有氮?dú)饧把鯕獾臍怏w氣氛下或在混合有氬氣及氧氣的氣體氣氛下實(shí)施5到15分鐘。
優(yōu)選地，該第一升溫工序在3到10℃/分鐘的速率下實(shí)施，該第二升溫工序在3到10℃/分鐘的速率及氮?dú)鈿夥障聦?shí)施20到40分鐘，以及該第三升溫工序在3到10℃/分鐘的速率下實(shí)施4到6分鐘。
優(yōu)選地，該第一溫度為700到800℃，該第二溫度為850到950℃，以及該第三溫度為950到1100℃。


圖1至圖3為顯示用以說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明的用以制造一氧化膜的方法的剖面圖；圖4為用以說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明的用以制造該氧化膜的方法的概念圖示；以及圖5為示出通過(guò)依據(jù)本發(fā)明的熱處理工序?qū)崿F(xiàn)的氧化物陷阱電荷水平的曲線圖。
主要組件符號(hào)說(shuō)明100 硅襯底110 氧化膜具體實(shí)施方式
現(xiàn)在，將參考附圖來(lái)描述依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。因?yàn)樘峁﹥?yōu)選實(shí)施例是為了使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能了解本發(fā)明，所以可以不同方式來(lái)修改這些優(yōu)選實(shí)施例，而且本發(fā)明的范圍并非局限于稍后所描述的優(yōu)選實(shí)施例。相同組件符號(hào)用以指代相同或相似部分。
通過(guò)在一氧化工序之后以氮(N)或氫(H)原子來(lái)取代，可以減少界面陷阱電荷的密度。同樣地，為了減少氧化物陷阱電荷的密度，可以使用在該氧化工序時(shí)通過(guò)在周圍氣氛下令氫氣(H2)與氧氣(O2)彼此反應(yīng)所產(chǎn)生的蒸汽。
在該氧化物陷阱電荷形成期間由電子引起的陷阱電荷分布在該氧化膜的體內(nèi)。該陷阱電荷的密度隨該氧化工序期間的工藝條件而改變。可經(jīng)由在該氧化工序后的一預(yù)定熱處理工序來(lái)減少這些電子引起的陷阱電荷密度。可通過(guò)在該氧化工序或隨后的熱工序期間供應(yīng)充分的氧氣以減少空穴引起的陷阱電荷密度。
圖1至圖3為顯示用以說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明的用以制造一氧化膜的方法的剖面圖。圖4為用以說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明的用以制造該氧化膜的方法的概念圖示。
參考圖1及圖4，在將一硅襯底100載入一反應(yīng)室中之后，經(jīng)由一氧化工序在該硅襯底100上形成一氧化膜110。
優(yōu)選地，在將該硅襯底100加載到該反應(yīng)室上之前，實(shí)施用以將在該硅襯底100上所形成的天然氧化膜剝離的清洗工序。該清洗工序優(yōu)選使用一化學(xué)溶液(例如氟化氫(HF)或緩沖氧化物蝕刻液(BOE))來(lái)實(shí)施。如果沒(méi)有實(shí)施該清洗工序，可能會(huì)產(chǎn)生因留在該硅襯底100上的天然氧化膜降低由隨后工序所形成的氧化膜110的品質(zhì)的問(wèn)題。
在將該硅襯底100加載到該反應(yīng)室上之后，使該反應(yīng)室中的溫度上升，以便該溫度成為在氧化工序時(shí)所使用的溫度。該上升速率優(yōu)選為3到10℃/分鐘。加載時(shí)優(yōu)選的溫度為550到700℃，更優(yōu)選地在620到680℃。
可通過(guò)向該硅襯底100的表面只噴灑作為氧化劑的氧氣或者噴灑作為氧化劑的在高溫下經(jīng)由反應(yīng)產(chǎn)生蒸汽的氫氣與氧氣的混合氣體，以實(shí)施該氧化工序。此時(shí)，優(yōu)選通過(guò)一起注入一包含氯的氣體(例如TCA或TCE)來(lái)實(shí)施氧化工序，以便減少在該氧化膜110中的移動(dòng)離子。有鑒于該膜的特性，將該氧化工序的溫度保持在高溫是有效的。因此，優(yōu)選該氧化工序的溫度為700到800℃，更優(yōu)選為730到770℃。如果該氧化工序在上述溫度中實(shí)施，不但可均勻地形成該氧化膜110的品質(zhì)，而且可強(qiáng)化接合?？赏ㄟ^(guò)控制該氧化工序條件及該氧化工序時(shí)間，以形成具有一目標(biāo)厚度的氧化膜110。在此實(shí)施例中，該氧化膜110優(yōu)選具有約30到200埃(更優(yōu)選為50到130埃)的厚度。
如果已經(jīng)由上述氧化工序形成該氧化膜110，則停止該氧化劑的注入，然后通過(guò)將一惰性氣體注入該反應(yīng)室中以將該殘留氧化劑完全地自該反應(yīng)室排出。可使用氮?dú)鈦?lái)作為該惰性氣體。
參考圖2及圖4，優(yōu)選地在氮?dú)鈿夥障聦?shí)施用以減少該界面陷阱電荷的預(yù)處理熱工序。該預(yù)處理熱工序優(yōu)選包括穩(wěn)定該反應(yīng)室的溫度的步驟、退火步驟及后期退火步驟。
使該反應(yīng)室中的溫度上升，以便該溫度成為在該預(yù)處理熱工序時(shí)所使用的溫度。在此實(shí)施例中，該預(yù)處理熱工序的溫度優(yōu)選為850到950℃。因此，該反應(yīng)室的溫度優(yōu)選在該惰性氣體氣氛下以3到10℃/分鐘的上升速率來(lái)提升，并逐漸地提升至該預(yù)處理熱工序的溫度。更為優(yōu)選地，以4到6℃/分鐘的上升速率提升該反應(yīng)室中的溫度約20到40分鐘。可以優(yōu)選地使用氮?dú)庾鳛樵摱栊詺怏w。
在使該反應(yīng)室的溫度上升之后，優(yōu)選地在氮?dú)鈿夥障路€(wěn)定該反應(yīng)室的溫度約4到6分鐘。這是為了要穩(wěn)定該升溫所造成的溫度的不穩(wěn)定性。
在穩(wěn)定該溫度之后，優(yōu)選地在850到950℃溫度及一氧化二氮或一氧化氮?dú)怏w氣氛下實(shí)施約5到15分鐘的退火處理。在此實(shí)施例中，更優(yōu)選的是實(shí)施該退火處理約8到12分鐘。這是用以減少因過(guò)度退火所造成的熱應(yīng)力及有效地以氮來(lái)取代該界面陷阱電荷。
在該退火工序之后，優(yōu)選在850到950℃溫度及氮?dú)鈿怏w氣氛下實(shí)施4到6分鐘的后期退火處理。這是用以減少熱應(yīng)力、加強(qiáng)氮取代效果以及排放在該退火工序中所使用的氣體。
參考圖3及圖4，實(shí)施用以減少氧化物陷阱電荷的高溫?zé)崽幚砉ば颉?br> 在實(shí)施該高溫?zé)崽幚砉ば蛑埃乖摲磻?yīng)室中的溫度上升，以便該溫度成為在高溫度熱處理工序時(shí)所使用的溫度。優(yōu)選以3到10℃/分鐘的速率來(lái)實(shí)施該溫度的提升。更為優(yōu)選的是以4到6℃/分鐘的速率使該反應(yīng)室中的溫度上升約4到6分鐘。此外，優(yōu)選在一惰性氣體氣氛或一混合氣體氣氛(一惰性氣體與氧氣混合)下實(shí)施該高溫?zé)崽幚淼纳郎亍?yōu)選使用氮?dú)饣驓鍤庾鳛樵摱栊詺怏w。因此，在該升溫步驟期間，可防止在該硅襯底與該氧化膜的界面附近發(fā)生空穴陷阱電荷。
在該升溫步驟之后，優(yōu)選在950到1100℃溫度及在氧氣與該惰性氣體混合的氣體氣氛下實(shí)施該高溫?zé)崽幚砉ば?，以便減少氧化物陷阱電荷。換句話說(shuō)，優(yōu)選在氮?dú)馀c氧氣混合的氣體氣氛或氬氣與氧氣混合的氣體氣氛下實(shí)施該高溫?zé)崽幚砉ば颉４送?，可在一氧化二氮?dú)怏w或一氧化氮?dú)怏w氣氛下實(shí)施該高溫?zé)崽幚砉ば颉Ｔ摳邷責(zé)崽幚砉ば騼?yōu)選實(shí)施5到15分鐘。在此實(shí)施例中，更優(yōu)選的是在上述溫度及在上述氣體氣氛下實(shí)施該高溫?zé)崽幚砉ば?到12分鐘。
如果在上述工藝條件下實(shí)施該高溫?zé)崽幚砉ば?，則可通過(guò)供應(yīng)充分氧氣及同時(shí)應(yīng)用熱預(yù)算以最小化該氧化膜110中的氧化物陷阱電荷。其詳細(xì)效果將描述于后。
在實(shí)施該高溫?zé)崽幚砉ば蛑?，使該反?yīng)室中的溫度下降一定時(shí)間，并從該反應(yīng)室卸載該晶片。優(yōu)選地以2到4℃/分鐘的速率使該反應(yīng)室的溫度下降約60到70分鐘。在溫度下降時(shí)，該反應(yīng)室的內(nèi)部?jī)?yōu)選是惰性氣體氣氛。當(dāng)從該反應(yīng)室卸載該晶片時(shí)的溫度優(yōu)選為約750到850℃。
圖5為示出通過(guò)依據(jù)本發(fā)明的熱處理工序?qū)崿F(xiàn)的氧化物陷阱電荷水平的曲線圖。
圖5中的曲線″A″表示在950℃或更高溫度及在一惰性氣體與氧氣混合的氣體氣氛下實(shí)施10分鐘或更長(zhǎng)時(shí)間的高溫?zé)崽幚砉ば驎r(shí)的氧化物陷阱電荷水平。圖5中的曲線″B″表示在沒(méi)有實(shí)施該高溫?zé)崽幚砉ば驎r(shí)的氧化物陷阱電荷水平。從圖5可看出在實(shí)施依據(jù)本發(fā)明的高溫?zé)崽幚砉ば虻那闆r下，陷阱電荷水平降低了。
依據(jù)上述本發(fā)明，在形成一氧化膜之后，實(shí)施一高溫?zé)崽幚砉ば蚣耙活A(yù)處理熱工序。因此，可減少界面陷阱電荷及氧化物陷阱電荷。
此外，形成了一具有減少的陷阱電荷的高品質(zhì)氧化膜。因此，可改善器件的可靠性并防止閾值電壓的變動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種用以在半導(dǎo)體器件中形成氧化膜的方法，其包括下列步驟提供一硅襯底，從所述硅襯底剝離天然氧化膜；通過(guò)實(shí)施一氧化工序在該硅襯底上形成一氧化膜；以及在一惰性氣體與氧氣混合的氣氛下實(shí)施高溫?zé)崽幚砉ば颍员銣p少該氧化膜中所存在的陷阱電荷。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括在形成所述氧化膜之后，實(shí)施用以減少該硅襯底與該氧化膜間的界面陷阱電荷的預(yù)處理熱工序的步驟。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述預(yù)處理熱工序在850到950℃溫度及一氧化二氮(N2O)或一氧化氮(NO)氣體氣氛下實(shí)施5到15分鐘。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述高溫?zé)崽幚砉ば蛟?50到1100℃溫度及在一惰性氣體中混合有氧氣的氣氛下實(shí)施5到15分鐘。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氧化工序通過(guò)下列方式來(lái)實(shí)施令氫氣及氧氣在高溫下經(jīng)由反應(yīng)變成蒸汽，以及然后將該蒸汽噴灑至該硅襯底的表面或者將一包含氯的TCA或TCE氣體一起注入該蒸汽中。
6.一種用以在半導(dǎo)體器件中形成氧化膜的方法，其包括下列步驟將一硅襯底加載到一反應(yīng)室中，然后第一次使該反應(yīng)室中的溫度上升，以便該溫度成為第一溫度；通過(guò)在該第一溫度下實(shí)施一氧化工序以在該硅襯底上形成一氧化膜；第二次使所述反應(yīng)室中的溫度上升，以便該溫度成為第二溫度；在所述第二溫度及在一氮?dú)鈿夥障聦?shí)施一預(yù)處理熱工序；第三次使所述反應(yīng)室中的溫度上升，以便該溫度成為第三溫度；在所述第三溫度及在混合有一惰性氣體及氧氣的氣氛下實(shí)施一高溫?zé)崽幚砉ば?；以及使所述反?yīng)室中的溫度下降，以便該溫度成為一卸載溫度，然后將所述硅襯底自該反應(yīng)室卸載。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述預(yù)處理熱工序包括下列步驟在氮?dú)鈿夥障率乖摲磻?yīng)室中的溫度穩(wěn)定4到6分鐘，以便穩(wěn)定該反應(yīng)室中的溫度；在一氧化二氮或一氧化氮?dú)怏w氣氛下實(shí)施5到15分鐘的退火處理；以及在氮?dú)鈿夥障聦?shí)施4到6分鐘的后期退火處理。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述高溫?zé)崽幚砉ば蛟诨旌嫌械獨(dú)饧把鯕獾臍怏w氣氛下或在混合有氬氣及氧氣的氣體氣氛下實(shí)施5到15分鐘。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第一升溫工序在3到10℃/分鐘的速率下實(shí)施，所述第二升溫工序在3到10℃/分鐘的速率及氮?dú)鈿夥障聦?shí)施20到40分鐘，以及所述第三升溫工序在3到10℃/分鐘的速率下實(shí)施4到6分鐘。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第一溫度為700到800℃，所述第二溫度為850到950℃，以及所述第三溫度為950到1100℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用以在半導(dǎo)體器件中形成氧化膜的方法。依據(jù)本發(fā)明，在形成一氧化膜之后，可經(jīng)由一高溫?zé)崽幚砉ば蚣耙活A(yù)處理熱工序減少界面陷阱電荷及氧化物陷阱電荷。此外，由于形成了一具有減少的陷阱電荷的氧化膜時(shí)，改善了器件的可靠性并防止了閾值電壓的變動(dòng)。
文檔編號(hào)H01L29/788GK1661782SQ20051000388
公開(kāi)日2005年8月31日 申請(qǐng)日期2005年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月23日
發(fā)明者申承佑 申請(qǐng)人:海力士半導(dǎo)體有限公司