CN102097312B - 一种ono电容结构的生长工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种ONO电容结构的生长工艺，包括如下步骤：a、提供半导体基板；b、在半导体基板上，通过干氧氧化生长20～24nm的底层氧化层；c、在半导体基板的底层氧化层上淀积中间SiN层，所述中间SiN层的厚度为20～24nm；d、在上述中间SiN层上，通过热氧化生长270～330nm的顶层氧化层。本发明在半导体基板上通过干氧氧化的方式生长底层氧化层，能够在半导体基板上形成致密的氧化层，确保底层氧化层的质量，在底层氧化层上淀积中间SiN层，在中间SiN层上通过湿氧氧化顶层氧化层，从而在半导体基板上形成ONO电容结构；通过湿氧氧化能够快速地在中间SiN层上形成顶层氧化层，并保证ONO薄膜的质量；操作简单；扩散设备和LPCVD设备可使用通用的半导体前道设备，可控性强，工艺步骤简单。

Description

一种ONO电容结构的生长工艺
技术领域
本发明涉及一种MOS器件中电容结构的生长，尤其是一种ONO电容结构的生长工艺。
背景技术
随着微电子技术的发展，器件结构越来越复杂。在CMOS器件的制作过程中，经常使用电容结构，通常采用多晶硅夹二氧化硅的结构。由于电压的要求不断提高，中间层二氧化硅的材料已无法满足电容和耐压的要求。目前ONO结构，即Oxide-Ntride-Oxide(中文意思为二氧化硅-氮化硅-二氧化硅)结构已广泛用于MOS电容。ONO结构涉及底层二氧化硅生长、中间层SIN生长、顶层二氧化硅生长。ONO结构的不同生长方式和厚度，直接决定MOS电容的特性。针对不同要求的MOS电容，需要选择合适的薄膜生长条件，以最终满足工艺需求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种ONO电容结构的生长工艺，其工艺步骤简单，各膜层的厚度可控性强。
按照本发明提供的技术方案，所述ONO电容结构的生长工艺，所述ONO电容结构的生长工艺包括如下步骤：
a、提供半导体基板；b、在所述半导体基板上，通过干氧氧化生长20～24nm的底层氧化层；c、在上述半导体基板的底层氧化层上淀积中间SiN层，所述中间SiN层的厚度为20～24nm；d、在上述中间SiN层上，通过热氧化生长270～330nm的顶层氧化层，从而在半导体基板上形成ONO电容结构。
所述半导体基板的材料包括硅。在所述步骤a中，包括对半导体基板的清洗工艺，所述清洗工艺包括如下步骤：
a1、将半导体基板放置在95～120℃的酸混合溶液中进行酸洗，所述酸混合溶液由H2SO4溶液和H2O2溶液组成；所述H2SO4溶液与H2O2间的体积关系为H2SO4∶H2O2＝3～4∶1；半导体基板在所述酸混合溶液中清洗5～10分钟；所述H2SO4溶液的浓度96％～98％，所述H2O2溶液的浓度为30％～32％；a2、将上述酸洗后的半导体基板用去离子水循环冲洗5～8次；a3、将用去离子水循环冲洗后的半导体基板干燥。
所述步骤b中，在半导体基板上生长底层氧化层时，所述干氧氧化的温度为895～905℃，干氧氧化的时间为70～90分钟。在半导体基板初始干氧氧化的5～15分钟内，在高纯氧化中加入2～4％体积份的含氯气体。
所述步骤c中，中间SiN层通过LPCVD方式淀积在底层氧化层上；中间SiN层的淀积温度为700～800℃。所述步骤d中，所述顶层氧化层通过湿氧氧化的方式生长在中间SiN层上。
所述步骤d中，所述顶层氧化层的氧化生长温度为915～925℃，氧化时间为100～140分钟。所述底层氧化层与顶层氧化层均为SiO2层。所述步骤c中，中间SiN层的折射率为1.98～2.02。
本发明的优点：在半导体基板上通过干氧氧化的方式生长底层氧化层，能够在半导体基板上形成致密的氧化层，确保底层氧化层的质量，在底层氧化层上淀积中间SiN层，在中间SiN层上通过湿氧氧化顶层氧化层，从而在半导体基板上形成ONO电容结构；通过湿氧氧化能够快速地在中间SiN层上形成顶层氧化层，并保证ONO薄膜的质量；本发明所有步骤都采用常规设备和工艺，操作简单；扩散设备和LPCVD设备可使用通用的半导体前道设备，可控性强，工艺步骤简单。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
为了在MOS结构上，形成高质量的ONO电容结构，可以采用下述工艺步骤实现，所述生长工艺包括如下步骤：
a、半导体基板清洗：所述半导体基板的材料包括硅；对硅片的清洗包括如下步骤：
a1、将硅片放置在95～120℃的酸混合溶液中进行酸洗，所述酸混合溶液由H2SO4溶液和H2O2溶液组成；所述H2SO4溶液与H2O2间的体积关系为H2SO4∶H2O2＝3～4∶1；硅片在所述酸混合溶液中清洗5～10分钟；所述H2SO4溶液的浓度96％～98％，所述H2O2溶液的浓度为30％～32％；硅片放置在酸混合溶液中，能够去除硅片表面上有机物的残留物；
a2、将上述酸洗后的硅片用去离子水循环冲洗5～8次，以便去除硅片表面的酸混合溶液；
a3、将用去离子水循环冲洗后的硅片用干燥机干燥，使硅片能够进入后续的生长工艺。
b、底层氧化层生长：上述硅片清洗完成后，立即将硅片送入高温扩散炉内，在900℃的温度下，在高纯氧气的气氛中生长22nm的底层氧化层，底层氧化层的生长时间为70～90分钟；在对硅片初始氧化的5～15分钟内，在高纯氧气的气体中，加入2％～4％体积份的含氯气体；硅片通过干氧氧化的方式生长氧化层，能够在硅片上形成致密的底层氧化层，以确保底层氧化层的质量，确保整个ONO结构的质量；所述底层氧化层为SiO2；
c、中间SiN层生长：在上述底层氧化层上淀积SiN薄膜，所述SiN薄膜通过LPCVD(低压化学气相淀积)淀积在底层氧化层，从而形成中间SiN层，所述中间SiN层的厚度为20nm；SiN薄膜的淀积温度为700～800℃，中间SiN层的折射率为2；
d、顶层氧化层生长：在中间SiN层上，通过湿氧氧化的方法在扩散炉管内生长顶层氧化层，湿氧氧化的氧化温度为920℃，氧化过程使用高纯度的氢气和氧气燃烧合成水汽，氧化时间为100～140分钟；由于中间SiN薄膜较难氧化，只有湿氧氧化的方式氧化速率快，能够在中间SiN层的表面形成顶层氧化层；顶层氧化层为SiO2；所述顶层氧化层形成后，从而在硅片表面形成底层氧化层(SiO2)-中间SiN层(Si3N4)-顶层氧化层(SiO2)的ONO的电容结构，满足常规ONO生长工艺的要求。
本发明工艺步骤简单，所有步骤都采用常规设备和工艺，操作简单；扩散设备和LPCVD设备可使用通用的半导体前道设备。硅片采用H2SO4和H2O2的酸混合液清洗干燥后，立即进扩散炉管，能保证硅片在清洁的表面下生长底层氧化层。顶层氧化层采用湿氧氧化方式，能简化工艺流程，生成致密的顶层氧化层，保证ONO薄膜的质量。

Claims (10)

1.一种ONO电容结构的生长工艺，其特征是，所述ONO电容结构的生长工艺包括如下步骤：
(a)、提供半导体基板；
(b)、在所述半导体基板上，通过干氧氧化生长20～24nm的底层氧化层；
(c)、在上述半导体基板的底层氧化层上淀积中间SiN层，所述中间SiN层的厚度为20～24nm；
(d)、在上述中间SiN层上，通过热氧化生长270～330nm的顶层氧化层，从而在半导体基板上形成ONO电容结构。
2.根据权利要求1所述的ONO电容结构的生长工艺，其特征是：所述半导体基板的材料包括硅。
3.根据权利要求1所述的ONO电容结构的生长工艺，其特征是：在所述步骤(a)中，包括对半导体基板的清洗工艺，所述清洗工艺包括如下步骤：
(a1)、将半导体基板放置在95～120℃的酸混合溶液中进行酸洗，所述酸混合溶液由H2SO4溶液和H2O2溶液组成；所述H2SO4溶液与H2O2间的体积关系为H2SO4∶H2O2＝3～4∶1；半导体基板在所述酸混合溶液中清洗5～10分钟；所述H2SO4溶液的浓度96％～98％，所述H2O2溶液的浓度为30％～32％；
(a2)、将上述酸洗后的半导体基板用去离子水循环冲洗5～8次；
(a3)、将用去离子水循环冲洗后的半导体基板干燥。
4.根据权利要求1所述的ONO电容结构的生长工艺，其特征是：所述步骤(b)中，在半导体基板上生长底层氧化层时，所述干氧氧化的温度为895～905℃，干氧氧化的时间为70～90分钟。
5.根据权利要求4所述的ONO电容结构的生长工艺，其特征是：在半导体基板初始干氧氧化的5～15分钟内，在高纯氧化中加入2～4％体积份的含氯气体。
6.根据权利要求1所述的ONO电容结构的生长工艺，其特征是：所述步骤(c)中，中间SiN层通过LPCVD方式淀积在底层氧化层上；中间SiN层的淀积温度为700～800℃。
7.根据权利要求1所述的ONO电容结构的生长工艺，其特征是：所述步骤(d)中，所述顶层氧化层通过湿氧氧化的方式生长在中间SiN层上。
8.根据权利要求1或7所述的ONO电容结构的生长工艺，其特征是：所述步骤(d)中，所述顶层氧化层的氧化生长温度为915～925℃，氧化时间为100～140分钟。
9.根据权利要求1所述的ONO电容结构的生长工艺，其特征是：所述底层氧化层与顶层氧化层均为SiO2层。
10.根据权利要求1所述的ONO电容结构的生长工艺，其特征是：所述步骤(c)中，中间SiN层的折射率为1.98～2.02。
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