CN103824771A - 栅氧化层的形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种栅氧化层的形成方法，在去除第二区域上的第一氧化层后，在暴露出的第二区域上喷洒氧化剂，使得第二区域被氧化形成自然氧化层，所述自然氧化层具有较好的均匀性，这能够避免用于清洗的SPM溶液使得第二区域上形成厚度不一的自然氧化层，在此基础上继续形成第二氧化层，则能够不影响其总体厚度的均匀性，故能够大大提高器件的性能。

Description

栅氧化层的形成方法
技术领域
本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种栅氧化层的形成方法。
背景技术
随着半导体工艺的不断进步，人们越来越追求具有更快的运算速度、更大的数据存储能力的器件，现今半导体芯片的高集成度已经较为可观，器件的性能也得到了相应的提升。通常半导体器件包括采用双栅极（dual gate）工艺或三栅极（triple gate）工艺形成的核心器件（core gate）和逻辑器件（I/O gate），在制造过程中，逻辑器件和核心器件分别位于第一区域和第二区域中，具体双栅极工艺或三栅极工艺可由关键尺寸来决定，然而其共同点则是不同区域的栅氧化层厚度是不一致的，这就需要分步骤完成。
具体的，逻辑器件区工作电压较高，故在第一区域内形成的氧化层厚度就需要大于在第二区域内形成的氧化层厚度。请参考图1，通常采用如下方法形成栅氧化层：首先，提供衬底，如硅衬底，所述衬底包括第一区域10、第二区域11和位于二者之间的浅沟道隔离3；然后，在所述衬底上形成第一氧化层2；之后，进行湿法刻蚀工艺去除第二区域11上的第一氧化层，所述湿法刻蚀工艺是采用BOE溶液（HF和NH4F的混合液）进行处理，在刻蚀过后，采用SPM溶液（硫酸和双氧水的混合液）进行清洗以去除上述过程产生的杂质，如有机物等。
通常，在经过BOE溶液清洗后，第二区域的硅会外露，在一定条件下其表面会被氧化，长上一层薄的自然氧化层（native oxide）SiO2，现有工艺为放置在酸槽中清洗，这势必导致单个硅片的不同区域及不同硅片之间由于与SPM溶液接触的时间不同而导致形成的SiO2厚度不同，尤其是如果SPM溶液清洗时是新酸，氧化性强，那么先接触的区域容易快速消耗酸液并生成较厚的SiO2，后接触的区域则会由于酸的氧化性变弱，生成的SiO2较薄，请参考图2，自然氧化层4的厚度不均匀，经实测，其厚度的差异会达到2.7埃左右，这种差异会直接影响到最后栅氧化层的均匀性（uniformity）和质量（quality），导致可靠性测试（wafer acceptance test，WAT）偏离基准，从而影响良率，为了避免这种情况，一种方法是使用旧酸，虽然旧酸不容易使得形成的SiO2厚度差异大，但是旧酸的清洗能力必然不如新酸，其主要目的就不能较好的实现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种栅氧化层的形成方法，以解决现有工艺产生的自然氧化层不均匀而影响器件可靠性的缺陷。
为解决上述技术问题，本发明提供一种栅氧化层的形成方法，包括：
提供衬底，所述衬底包括第一区域和第二区域，所述衬底上形成有第一氧化层；
去除位于所述第二区域上的第一氧化层，暴露出所述第二区域；
在所述第二区域上喷洒氧化剂形以成自然氧化层；
在所述第二区域上形成第二氧化层。
可选的，对于所述的栅氧化层的形成方法，所述氧化剂为稀硫酸、双氧水或氧气。
可选的，对于所述的栅氧化层的形成方法，所述自然氧化层的厚度为2~10埃。
可选的，对于所述的栅氧化层的形成方法，所述喷洒氧化剂的时间为10~120s。
可选的，对于所述的栅氧化层的形成方法，所述喷洒氧化剂的时间为30~90s。
可选的，对于所述的栅氧化层的形成方法，采用BOE溶液去除所述第二区域上的第一氧化层。
可选的，对于所述的栅氧化层的形成方法，在去除位于所述第二区域上的第一氧化层，暴露出所述第二区域之后，在所述第二区域上形成自然氧化层之前，还包括如下工艺：
采用去离子水清洗所述衬底。
可选的，对于所述的栅氧化层的形成方法，在形成自然氧化层后，形成第二氧化层前，还包括如下工艺步骤：
采用SPM溶液清洗所述衬底。
可选的，对于所述的栅氧化层的形成方法，所述第一氧化层的厚度大于所述第二氧化层的厚度。
本发明提供的一种栅氧化层的形成方法，在去除第二区域上的第一氧化层后，在暴露出的第二区域上喷洒氧化剂，使得第二区域被氧化形成自然氧化层，所述自然氧化层具有较好的均匀性，这能够避免用于清洗的SPM溶液使得第二区域上形成厚度不一的自然氧化层，在此基础上继续形成第二氧化层，则能够不影响其总体厚度的均匀性，故能够大大提高器件的性能。
附图说明
图1~图2为现有工艺的栅氧化层的形成方法的过程示意图；
图3本发明实施例的栅氧化层的形成方法的流程图；
图4~8为本发明实施例的栅氧化层的形成方法的过程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提供的栅氧化层的形成方法作进一步详细说明。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，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参考图3，本实施例提供一种栅氧化层的形成方法，包括：
步骤S101，提供衬底，所述衬底包括第一区域和第二区域，所述衬底上形成有第一氧化层；
步骤S102，去除位于所述第二区域上的第一氧化层，暴露出所述第二区域；
步骤S103，使用DI water（去离子水）清洗所述衬底；
步骤S104，在所述第二区域上喷洒氧化剂以形成自然氧化层；
步骤S105，使用SPM溶液清洗所述衬底；及
步骤S106，在所述第二区域上形成第二氧化层。
下面将结合图4~图8进行具体的说明。
请参考图4，提供一衬底，所述衬底包括第一区域100和第二区域101，所述第一区域100和第二区域101可以由浅沟道隔离102分隔开，所述衬底可以为硅衬底，或者绝缘层上覆硅（SOI）衬底等，所述第一区域100例如是用于形成逻辑器件，所述第二区域101例如是用于形成核心器件，所述衬底的第一区域100和第二区域101上均形成有第一氧化层103，所述第一氧化层103可以采用现有工艺形成，如化学气相沉积工艺，或者热氧化工艺等，其厚度可以为150~500埃。
请参考图5，去除第二区域101上的第一氧化层，暴露出第二区域101，在此可以预先在第一区域100上的第一氧化层103上覆盖光阻层（图中未示出），以所述光阻层为阻挡层，经湿法刻蚀工艺，采用BOE溶液（HF和NH4F的混合溶液）去除位于第二区域101上的第一氧化层，使得第二区域101暴露出来，而第一区域上的第一氧化层103则不受影响。
接着，使用去离子水清洗经过BOE溶液刻蚀后的衬底，将残留的BOE溶液及一些残留物去除。
之后，请参考图6，在所述第二区域101上喷洒氧化剂，可以采用图中所示的喷洒方法，所述氧化剂可以为稀硫酸、氧气、双氧水或者氧化性与上述三种物质相差无几的其他液态或气态氧化物，同时维持喷洒过程中所述氧化剂的浓度保持不变，以获得较佳的效果，喷洒时间例如为10~120s，本实施例可以选用浓度为30%的稀硫酸，喷洒时间为30~90s。
需要说明的是，氧化剂的具体浓度可视具体情况进行设定和选择，浓度的不同会影响形成的自然氧化层的厚度分布和反应的时间，但是上述氧化剂通常能够保证自然氧化层厚度比较均匀，故本发明实施例只要求能够在喷洒的过程中保证氧化剂的浓度不变，就能够避免如现有技术中在BOE溶液刻蚀后就采用SPM溶液（硫酸和双氧水的混合液）进行清洗会造成裸露的第二区域与SPM溶液反应形成不规则结构的自然氧化层的问题，从而达到本发明的目的，即图7所示的情况：
喷洒氧化剂使得第二区域101和氧化剂反应形成一厚度均匀的自然氧化层104，所述自然氧化层104的厚度可以为2~10埃，同样的，其厚度可以超过10埃（但也不能够过厚，比如超过第一氧化层的厚度显然是不可取的），只要能够保证其厚度较均匀，不会对后续形成的第二氧化层的厚度造成不良的影响，就能够接受。经实测，上述过程所形成的自然氧化层的厚度差异几乎不存在，具有良好的均匀性，这对提高器件的性能起到了很大的作用。
接着，可以将第一区域上的光阻层去除，并使用SPM溶液清洗所述衬底的第一区域和第二区域，以去除所述衬底表面产生的离子和有机物等残留物。
之后，请参考图8，在所述第二区域101上形成第二氧化层105，具体的，所述第二氧化层105可以采用化学沉积工艺形成，所述第二氧化层105覆盖所述自然氧化层104，且所述第一氧化层103的厚度大于所述第二氧化层105的厚度。
之后，还可以继续其他相关工艺，以形成栅极结构，进而完成整个器件的制造。
上述实施例提供的栅氧化层的形成方法中，在去除第二区域上的第一氧化层后，在暴露出的第二区域上喷洒氧化剂，使得第二区域被氧化形成自然氧化层，所述自然氧化层具有较好的均匀性，这能够避免用于清洗的SPM溶液使得第二区域上形成厚度不一的自然氧化层，在此基础上继续形成第二氧化层，则能够不影响其总体厚度的均匀性，故能够大大提高器件的性能。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种栅氧化层的形成方法，其特征在于，包括：
提供衬底，所述衬底包括第一区域和第二区域，所述衬底上形成有第一氧化层；
去除位于所述第二区域上的第一氧化层，暴露出所述第二区域；
在所述第二区域上喷洒氧化剂以形成自然氧化层；
在所述第二区域上形成第二氧化层。
2.如权利要求1所述的栅氧化层的形成方法，其特征在于，所述氧化剂为稀硫酸、双氧水或氧气。
3.如权利要求1所述的栅氧化层的形成方法，其特征在于，所述自然氧化层的厚度为2~10埃。
4.如权利要求1所述的栅氧化层的形成方法，其特征在于，所述喷洒氧化剂的时间为10~120s。
5.如权利要求4所述的栅氧化层的形成方法，其特征在于，所述喷洒氧化剂的时间为30~90s。
6.如权利要求1所述的栅氧化层的形成方法，其特征在于，采用BOE溶液去除所述第二区域上的第一氧化层。
7.如权利要求6所述的栅氧化层的形成方法，其特征在于，去除位于所述第二区域上的第一氧化层，暴露出所述第二区域之后，在所述第二区域上形成自然氧化层之前，还包括如下工艺步骤：
采用去离子水清洗所述衬底。
8.如权利要求1所述的栅氧化层的形成方法，其特征在于，在形成自然氧化层后，形成第二氧化层前，还包括如下工艺步骤：
采用SPM溶液清洗所述衬底。
9.如权利要求1所述的栅氧化层的形成方法，其特征在于，所述第一氧化层的厚度大于所述第二氧化层的厚度。
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