一種提高柵氧化層質(zhì)量的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種提高柵氧化層質(zhì)量的方法，其特征在于，所述方法包括：提供一硅襯底；進(jìn)行濕法清洗工藝以去除所述硅襯底表面形成的自然氧化層；繼續(xù)將所述硅襯底放入一爐管進(jìn)行高溫氧化工藝，以于所述硅襯底的表面形成一柵氧化層；其中，所述爐管采用碳纖維發(fā)熱管為熱源進(jìn)行所述高溫氧化工藝，且將所述爐管在晶舟裝載等待階段的預(yù)定溫度設(shè)置為T，所述T的取值范圍為400℃到700℃。通過利用碳纖維發(fā)熱管作為爐管加熱源，可減少了晶舟升降溫的等待時(shí)間，抑制了外來氧化層的生長，有效提高了柵氧化層的質(zhì)量。
【專利說明】一種提高柵氧化層質(zhì)量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種提高柵氧化層質(zhì)量的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，柵氧化層厚度越來越薄，高質(zhì)量的柵氧化層變得更為關(guān)鍵。而高質(zhì)量的柵氧化層(Gate Oxide) —般通過爐管的高溫氧化工藝來實(shí)現(xiàn)，溫度范圍通常在750°C至Ij 1000°C之間，反應(yīng)方程式為:Si+02 — SiO2或Si+2H20 — Si02+2H2。然而硅襯底常溫下會(huì)和空氣氧氣反應(yīng)(Si+02 — SiO2)生成一層自然氧化層(〈1.5nm)。在進(jìn)入爐管高溫氧化前，需要用濕法清洗(使用稀釋的HF)去除自然氧化層。由于硅襯底常溫下會(huì)和空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，自然氧化層的產(chǎn)生不可避免。一般通過時(shí)間的控制來防止自然氧化層過厚的生長，即濕法清洗后盡快的進(jìn)入爐管高溫氧化。清洗的硅襯底在傳輸和等待過程中產(chǎn)生自然氧化層；在高溫氧化前，硅襯底在爐管晶舟裝載和爐管升溫過程中也會(huì)產(chǎn)生氧化層。
[0003]圖1是本發(fā)明背景中柵氧化層制作工藝中硅襯底氧化層結(jié)構(gòu)原理示意圖。其中，硅襯底為11，高溫氧化層為12，升溫氧化層為13，晶舟裝載氧化層為14，自然氧化層為15。如圖1所示，高溫氧化層上會(huì)存在不希望存在的三層外來氧化層。即自然氧化層15，晶舟裝載氧化層14和升溫氧化層13。
[0004]圖2是本發(fā)明背景中不同二氧化硅層厚度下外來氧化層對(duì)擊穿電荷(charge tobreakdown，簡稱:QBD)的影響數(shù)據(jù)圖。如圖2所示，橫坐標(biāo)為外來二氧化硅層厚度，單位為nm ;縱坐標(biāo)為50%QBD值,單位為c/cm2。二氧化娃層厚度分別為12.5nm> 10.0nm和7.5nm為21，22，23所示的斜線，示出了外來二氧化硅層厚度對(duì)QBD的影響。當(dāng)二氧化硅厚度一定時(shí)外來二氧化硅變厚，QBD變??；當(dāng)二氧化硅厚度變薄時(shí)外來二氧化硅層的厚度對(duì)QBD影響變大?？梢娡鈦硌趸瘜拥拇嬖趯?duì)二氧化硅層的質(zhì)量有較大的影響，特別是對(duì)低厚度的二氧化娃層。
[0005]圖3是本發(fā)明背景中柵氧化層制作工藝中管式加熱爐中傳統(tǒng)的爐管結(jié)構(gòu)示意圖。其中，加熱爐圓柱形石英爐管為31，固定陶瓷片為32，金屬電阻絲為33。如圖3所示，傳統(tǒng)爐管加熱采用金屬電阻絲加熱。最常用電阻絲為合金電阻絲，有3種金屬組成，分別為:Cr:23.25% ；A1:5.78% ；Fe:70.97%。電阻絲環(huán)繞在爐管外壁，電阻絲之間用陶瓷片固定，防止相鄰的電阻絲接觸到，發(fā)生短路。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，管式爐首先被加熱至700°C，然后將晶舟上升至爐管中，再將管式爐加熱至900°C，反應(yīng)生成柵氧化層。此升溫過程中由于合金電阻絲的升降溫速度很慢，升溫速度為10°C /分，其20分鐘的長時(shí)間的升溫過程內(nèi)容易生成升溫氧化層。
[0006]中國專利(CN101577224A)公開了一種柵氧化層形成方法，包括:對(duì)基底執(zhí)行熱氧化操作，在所述基底上形成具有目標(biāo)厚度的柵氧化層；以緩沖氣體對(duì)具有所述柵氧化層的基底執(zhí)行熱處理操作，將所述柵氧化層具有的標(biāo)準(zhǔn)閾值調(diào)整為目標(biāo)閾值。一種柵氧化層形成方法，包括:在基底上形成厚度小于目標(biāo)厚度的第一柵氧化層；利用包含氧基氣體的反應(yīng)氣體對(duì)具有所述第一柵氧化層的基底執(zhí)行熱處理操作，形成具有目標(biāo)厚度及目標(biāo)閾值的柵氧化層。
[0007]該專利主要通過使用含氧基氣體的反應(yīng)氣體在熱處理操作中對(duì)柵氧化層厚度進(jìn)行控制。
[0008]中國專利(CN102104025A)公開了一種EEPROM的柵氧化層的制造方法，包括如下步驟--第I步，在硅襯底表面旋涂一層光刻膠，曝光、顯影后光刻膠僅覆蓋低壓器件區(qū)和將要形成隧穿氧化層的區(qū)域，存儲(chǔ)器件區(qū)中除了隧穿氧化層以外的區(qū)域暴露，高壓器件區(qū)全部暴露；對(duì)硅襯底表面進(jìn)行離子注入，光刻膠作為離子注入的阻擋層，在硅襯底中形成離子注入?yún)^(qū)--第2步，去除光刻膠:第3步，以熱氧化工藝使硅襯底表面生長一層高壓氧化層和隧穿氧化層，第I步所形成的離子注入?yún)^(qū)生長高壓氧化層，所述隧穿氧化層的厚度小于高壓氧化層的厚度。該發(fā)明還公開了按照上述方法制造的EEPROM的柵氧化層。
[0009]該專利主要通過使用光刻工藝控制步驟解決控制柵氧化層厚度的問題。
[0010]但上述兩項(xiàng)專利均未涉及在硅晶圓上柵氧化層制作中如何控制外來氧化層的厚度，從而提高柵氧化層質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]鑒于上述問題，本發(fā)明提供一種提高柵氧化層質(zhì)量的方法。
[0012]本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:
[0013]一種提高柵氧化層質(zhì)量的方法，其中，所述方法包括:
[0014]提供一硅襯底；
[0015]進(jìn)行濕法清洗工藝以去除所述硅襯底表面形成的自然氧化層；
[0016]繼續(xù)將所述硅襯底放入一爐管進(jìn)行高溫氧化工藝，以于所述硅襯底的表面形成一柵氧化層；
[0017]其中，所述爐管采用碳纖維發(fā)熱管為熱源進(jìn)行所述高溫氧化工藝，且將所述爐管在晶舟裝載等待階段的預(yù)定溫度設(shè)置為T，所述T的取值范圍為400°C到700°C。
[0018]所述的提高柵氧化層質(zhì)量的方法，其中，完成所述濕法清洗工藝至將所述硅襯底放入所述爐管進(jìn)行高溫氧化工藝之間的間隔時(shí)間小于2小時(shí)。
[0019]所述的提高柵氧化層質(zhì)量的方法，其中，所述高溫氧化工藝包括高溫干氧氧化工藝和高溫濕氧氧化工藝。
[0020]所述的提高柵氧化層質(zhì)量的方法，其中，在溫度為750°C至1100°C的條件下，進(jìn)行所述高溫氧化工藝。
[0021]所述的提高柵氧化層質(zhì)量的方法，其中，于石英管中放置碳纖維絲后，將所述石英管抽空密封形成所述碳纖維發(fā)熱管。
[0022]所述的提高柵氧化層質(zhì)量的方法，其中，所述碳纖維發(fā)熱管的加熱原理為于所述碳纖維絲上通入電壓后，所述碳纖維絲發(fā)熱而產(chǎn)生熱量。
[0023]所述的提高柵氧化層質(zhì)量的方法，其中，所述碳纖維發(fā)熱管垂直設(shè)置于所述爐管外壁，且于所述爐管外壁均勻分布。
[0024]所述的提高柵氧化層質(zhì)量的方法，其中，所述碳纖維發(fā)熱管的升溫速度為50-2000C /分，降溫速度為20-100°C /分。[0025]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本申請?zhí)岢龅囊环N減小柵氧外來氧化層的方法，應(yīng)用于半導(dǎo)體集成電路的制備工藝中，通過采用以碳纖維發(fā)熱管作為熱源的爐管對(duì)經(jīng)過濕法清洗后的硅襯底進(jìn)行高溫氧化工藝，由于碳纖維發(fā)熱管的升降溫速度較快，從而可以降低該爐管在晶舟裝載等待階段的預(yù)定溫度，且減少了晶舟升降溫的等待時(shí)間，從而有利于減小晶舟裝載氧化層和升溫氧化層的厚度，達(dá)到抑制外來氧化層生長的目的，進(jìn)而有效提高了柵氧化層的質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明【背景技術(shù)】中柵氧化層制作工藝中硅襯底氧化層結(jié)構(gòu)原理示意圖；
[0027]圖2是本發(fā)明【背景技術(shù)】中不同二氧化硅層厚度下外來氧化層對(duì)擊穿電荷的影響數(shù)據(jù)圖；
[0028]圖3是本發(fā)明【背景技術(shù)】中柵氧化層制作工藝中管式加熱爐中傳統(tǒng)的爐管結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖4是本發(fā)明提高柵氧化層質(zhì)量的方法中采用的管式加熱爐的爐管結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0030]本發(fā)明的核心思想是通過將傳統(tǒng)工藝中爐管的加熱部件，即合金電阻絲替換為碳纖維發(fā)熱管，實(shí)現(xiàn)對(duì)爐管更快速地升降溫控制，在降低爐管在晶舟裝載等待階段的預(yù)定溫度的同時(shí)，減少了晶舟在爐管中升降溫的等待時(shí)間，從而減少了外來氧化層的生長時(shí)間，進(jìn)一步提高了柵氧化層的質(zhì)量。
[0031]本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】為:
[0032]提供一硅襯底，首先對(duì)該硅襯底進(jìn)行濕法清洗工藝(利用采用稀釋的HF作用清洗液)以去除硅襯底表面生成的自然氧化層，為防止硅襯底再次與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，形成自然氧化層，故盡快將硅襯底置于晶舟中送入爐管進(jìn)行高溫氧化工藝，以于所述硅襯底的表面形成一柵氧化層。
[0033]其中，上述爐管采用碳纖維發(fā)熱管為熱源進(jìn)行所述高溫氧化工藝，由于碳纖維發(fā)熱管的升降溫速度很快，所以可以將上述爐管在晶舟裝載等待階段的預(yù)定溫度設(shè)置為較低的溫度，具體的，將上述爐管在晶舟裝載等待階段的預(yù)定溫度設(shè)置為T，且T的取值范圍為400 °C 到 700 °C (例如 400°C、500°C、600°C 以及 700 °C)。
[0034]其中，晶舟等待階段的預(yù)定溫度是指晶舟在爐管中尚未上升至爐管高溫加熱區(qū)域時(shí)，爐管應(yīng)該預(yù)先已達(dá)到的溫度。
[0035]優(yōu)選的，完成該濕法清洗工藝至將所述硅襯底放入上述爐管進(jìn)行高溫氧化工藝之間的間隔時(shí)間小于2小時(shí)，以防止?jié)穹ㄇ逑春蠊枰r底上生長過后的自然氧化層而影響到后續(xù)柵氧化層的質(zhì)量。
[0036]將濕法清洗后的硅襯底放入爐管進(jìn)行高溫氧化工藝的具體步驟為:將濕法清洗后的上述硅襯底放入爐管的晶舟內(nèi)，晶舟裝載完成后，將晶舟上升至爐管加熱區(qū)域。晶舟上升后爐管繼續(xù)升溫，升溫速率為50-200°C /分(例如50°C /分、IOO0C /分，150°C /分以及2000C /分)，直至爐溫達(dá)到7500CM IlOO0C (例如750°C、900°C以及1100°C),即在溫度為750°C至1100°C的條件下，進(jìn)行高溫氧化工藝以形成柵氧化層，升溫之后的爐溫可根據(jù)具體工藝需求設(shè)定；在本發(fā)明的實(shí)施例中，將晶舟裝載等待階段的預(yù)定溫度設(shè)置為400°C，設(shè)定升溫速度為100°C /分，且升溫達(dá)到900°C進(jìn)行高溫?zé)嵫趸に?，即只需?分鐘即可升溫到高溫?zé)嵫趸に囁璧臏囟龋梢杂行У臏p少升溫氧化層的生長，且晶舟裝載等待階段的預(yù)定溫度僅為400°C，因晶舟裝載等待階段的預(yù)定溫度較低可有效抑制晶舟裝載氧化層的生長。
[0037]上述高溫?zé)嵫趸に嚳蔀楦邷馗裳跹趸に嚮蚋邷貪裱跹趸に嚒?br> [0038]最后，在完成高溫氧化工藝后，將爐管溫度降至400°C _700°C后，再將晶舟下降，此時(shí)，爐管的降溫速率為20-100°C /分，。
[0039]其中，晶舟下降時(shí)溫度可選為晶舟上升等待溫度，即400°C，由于碳纖維發(fā)熱管具有良好的降溫性能，降溫速率可控制為50°C /分，降溫時(shí)間為10分鐘。
[0040]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說明:
[0041]如圖4所示，首先在管式爐石英管41外壁周圍均勻設(shè)置碳纖維發(fā)熱管42，碳纖維發(fā)熱管42是在石英管中放置碳纖維絲，管中抽真空后密封，然后在碳纖維絲上通入電壓，使碳纖維絲發(fā)熱而產(chǎn)生熱量。碳纖維發(fā)熱管設(shè)置方向垂直于石英管41外壁。由于碳纖維發(fā)熱管的升降溫速度快，升溫速度設(shè)置為100°C /分，降溫速度設(shè)置為50°C /分。晶舟裝載等待的溫度設(shè)置為400°C。然后將晶舟上升，將管式爐加熱至900°C，升溫所需時(shí)間為5分鐘。升溫時(shí)間的減少有利于減少升溫氧化層的厚度。從而使外來氧化層得到有效的抑制。
[0042]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本申請通過采用以碳纖維發(fā)熱管作為熱源的爐管對(duì)經(jīng)過濕法清洗后的硅襯底進(jìn)行高溫氧化工藝，由于碳纖維發(fā)熱管的升降溫速度較快，從而可以降低該爐管在晶舟裝載等待階段的預(yù)定溫度，且減少了晶舟升降溫的等待時(shí)間，從而有利于減小晶舟裝載氧化層和升溫氧化層的厚度，達(dá)到抑制外來氧化層生長的目的，進(jìn)而有效提高了柵氧化層的質(zhì)量。
[0043]對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，閱讀上述說明后，各種變化和修正無疑將顯而易見。因此，所附的權(quán)利要求書應(yīng)看作是涵蓋本發(fā)明的真實(shí)意圖和范圍的全部變化和修正。在權(quán)利要求書范圍內(nèi)任何和所有等價(jià)的范圍與內(nèi)容，都應(yīng)認(rèn)為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種提高柵氧化層質(zhì)量的方法，其特征在于，所述方法包括: 提供一娃襯底； 進(jìn)行濕法清洗工藝以去除所述硅襯底表面形成的自然氧化層； 繼續(xù)將所述硅襯底放入一爐管進(jìn)行高溫氧化工藝，以于所述硅襯底的表面形成一柵氧化層； 其中，所述爐管采用碳纖維發(fā)熱管為熱源進(jìn)行所述高溫氧化工藝，且將所述爐管在晶舟裝載等待階段的預(yù)定溫度設(shè)置為T，所述T的取值范圍為400°C到700°C。
2.如權(quán)利要求1所述的提高柵氧化層質(zhì)量的方法，其特征在于，完成所述濕法清洗工藝至將所述硅襯底放入所述爐管進(jìn)行高溫氧化工藝之間的間隔時(shí)間小于2小時(shí)。
3.如權(quán)利要求1所述的提高柵氧化層質(zhì)量的方法，其特征在于，所述高溫氧化工藝包括高溫干氧氧化工藝和高溫濕氧氧化工藝。
4.如權(quán)利要求1所述的提高柵氧化層質(zhì)量的方法，其特征在于，在溫度為750°C至1100℃的條件下，進(jìn)行所述高溫氧化工藝。
5.如權(quán)利要求1所述的提高柵氧化層質(zhì)量的方法，其特征在于，于石英管中放置碳纖維絲后，將所述石英管抽空密封形成所述碳纖維發(fā)熱管。
6.如權(quán)利要求5所述的提高柵氧化層質(zhì)量的方法，其特征在于，所述碳纖維發(fā)熱管的加熱原理為于所述碳纖維絲上通入電壓后，所述碳纖維絲發(fā)熱而產(chǎn)生熱量。
7.如權(quán)利要求1所述的提高柵氧化層質(zhì)量的方法，其特征在于，所述碳纖維發(fā)熱管垂直設(shè)置于所述爐管外壁，且于所述爐管外壁均勻分布。
8.如權(quán)利要求1所述的提高柵氧化層質(zhì)量的方法，其特征在于，所述碳纖維發(fā)熱管的升溫速率為50-200°C /分，降溫速率為20-100°C /分。
【文檔編號(hào)】H01L21/28GK103903971SQ201410106618
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月20日
【發(fā)明者】江潤峰 申請人:上海華力微電子有限公司