CN103681288A - 高可靠性的低温栅氧化层生长工艺 - Google Patents

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吴晓鸫
张世权
陶军
张明
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    • H01L21/28008—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes

Abstract

本发明涉及一种高可靠性的低温栅氧化层生长工艺，其特征是，包括以下工艺步骤：（1）提供表面洁净的圆片，在750～800℃温度下进入氧化炉管；（2）圆片在800±5℃稳定10～20分钟，氧化炉管中的气氛为氮气和氧气；（3）先在800±5℃温度下进行干氧氧化，过程分为三步：分别为氧气、氧气+DCE或HCl、氧气，每个过程时间为3～5分钟；（4）再在800±5℃温度下采用氢氧合成方式生长氧化层，氧气和氢气的比例为1:1～1.8，氧气的流量为4～6L/min；（5）然后在800±5℃温度下干氧生长5～10分钟氧化层，氧气的流量为8～15L/min；（6）最后在800±5℃温度下，于纯氮中退火20～30分钟，氮气的流量为8～15L/min。本发明工艺步骤简单方便，可靠性好。

Description

高可靠性的低温栅氧化层生长工艺
技术领域
本发明涉及一种高可靠性的低温栅氧化层生长工艺，尤其是一种适合于在特种亚微米SOI工艺流程中生长栅氧化层的工艺。
背景技术
随着微电子技术的发展，集成电路的衬底材料除单晶硅外，还在向SOI材料（SOI——Silicon On Insulator绝缘体上的单晶硅）发展。在一些特殊的抗辐照应用领域如航空航天，SOI材料是制作集成电路的主要材料。在一些特殊的SOI工艺流程中，对整个流程的温度要求极其严格，有别于普通的CMOS电路，温度不得超过某个设定点（如800℃），这对高温氧化工艺提出了很高的要求，如何选择合适的工艺条件生长栅氧化层成为工艺控制的关键。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种高可靠性的低温栅氧化层生长工艺，其工艺步骤简单方便，可靠性好。
按照本发明提供的技术方案，所述高可靠性的低温栅氧化层生长工艺，其特征是，包括以下工艺步骤：
（1）提供表面洁净的圆片，在750～800℃温度下进入氧化炉管；
（2）圆片在800±5℃稳定10～20分钟，氧化炉管中的气氛为氮气和氧气，氮气和氧气的比例为16～8:1，氮气的流量为8～15L/min； 
（3）先在800±5℃温度下进行干氧氧化，过程分为三步：分别为氧气、氧气+DCE或HCl、氧气，每个过程时间为3～5分钟，氧气流量为8～15L/min，DCE或HCl流量为100～300sccm； 
（4）再在800±5℃温度下采用氢氧合成方式生长氧化层，氧气和氢气的比例为1:1～1.8，氧气的流量为4～6 L/min；
（5）然后在800±5℃温度下干氧生长5～10分钟氧化层，氧气的流量为8～15 L/min；
（6）最后在800±5℃温度下，于纯氮中退火20～30分钟，氮气的流量为8～15 L/min。
所述圆片为SOI圆片或体硅圆片。
所述圆片生长的栅氧化层厚度为10～15nm。
本发明具有以下优点：本发明工艺步骤简单，采用业界常用的氧化设备就可以完成低温栅氧化层生长；采用常用器件制作中的工艺流程，完全和MOS工艺流程兼容；工艺简单，一旦N2、O2、H2流量设定，生长时间设定，生长的栅氧化层稳定可控，可靠性高，可用于特种亚微米SOI工艺流程。
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。
实施例一：一种高可靠性的低温栅氧化层生长工艺，包括以下工艺步骤：
（1）提供表面洁净的SOI圆片或体硅圆片，在750℃温度下进入氧化炉管；
（2）SOI圆片或体硅圆片在750℃稳定20分钟，氧化炉管中的气氛为氮气和氧气，氮气和氧气的比例为16:1，氮气的流量为8L/min；SOI圆片或体硅圆片在气氛中进稳定可初始生长一层极薄的氧化层以防止硅片表面氮化，并稳定氧化炉管的温度，为后续生长提供条件；
（3）先在750℃温度下进行干氧氧化，过程分为三步：分别为氧气、氧气+DCE、氧气，每个过程时间为5分钟，氧气流量为8L/min，DCE流量为100sccm；该步骤的干氧氧化过程首先形成一层致密的氧化层，并通过一定量的DCE，可消除可动离子，提高氧化层质量，为后续氧化层生长打好基础；
（4）再在750℃温度下采用氢氧合成方式生长氧化层，氧气和氢气的比例为1:1，氧气的流量为4 L/min；该步骤氢氧合成方式生长氧化层能生长出比纯干氧氧化质量更高的氧化层；
（5）然后在750℃温度下干氧生长10分钟氧化层，氧气的流量为8～L/min；该步骤是为了在湿氧氧化结束后再生长一层氧化层，由于透过前面的氧化层生长，会在整个氧化层的底部再包裹一层致密氧化层，使整个氧化层具有完整性；
（6）最后在750℃温度下，于纯氮中退火30分钟，氮气的流量为8L/min；最终得到的栅氧化层的厚度为10nm；在生长完成后，采用氮气气氛在原工艺温度下退火，有利于消除前面生长中产生的各类缺陷，从而进一步提高氧化层质量。
实施例二：一种高可靠性的低温栅氧化层生长工艺，包括以下工艺步骤：
（1）提供表面洁净的SOI圆片或体硅圆片，在750℃温度下进入氧化炉管，；
（2）SOI圆片或体硅圆片在775℃稳定10分钟，氧化炉管中的气氛为氮气和氧气，氮气和氧气的比例为8:1，氮气的流量为15L/min；SOI圆片或体硅圆片在气氛中进稳定可初始生长一层极薄的氧化层以防止硅片表面氮化，并稳定氧化炉管的温度，为后续生长提供条件；
（3）先在775℃温度下进行干氧氧化，过程分为三步：分别为氧气、氧气+HCl、氧气，每个过程时间为5分钟，氧气流量为15L/min，HCl流量为300sccm；该步骤的干氧氧化过程首先形成一层致密的氧化层，并通过一定量的DCE或HCl，可消除可动离子，提高氧化层质量，为后续氧化层生长打好基础；
（4）再在775℃温度下采用氢氧合成方式生长氧化层，氧气和氢气的比例为1:1.8，氧气的流量为6 L/min；该步骤氢氧合成方式生长氧化层能生长出比纯干氧氧化质量更高的氧化层；
（5）然后在775℃温度下干氧生长5分钟氧化层，氧气的流量为15 L/min；该步骤是为了在湿氧氧化结束后再生长一层氧化层，由于透过前面的氧化层生长，会在整个氧化层的底部再包裹一层致密氧化层，使整个氧化层具有完整性；
（6）最后在775℃温度下，于纯氮中退火20分钟，氮气的流量为15 L/min；最终得到的栅氧化层的厚度为12nm；在生长完成后，采用氮气气氛在原工艺温度下退火，有利于消除前面生长中产生的各类缺陷，从而进一步提高氧化层质量。
实施例三：一种高可靠性的低温栅氧化层生长工艺，包括以下工艺步骤：
（1）提供表面洁净的SOI圆片或体硅圆片，在750℃温度下进入氧化炉管；
（2）SOI圆片或体硅圆片在800℃稳定15分钟，氧化炉管中的气氛为氮气和氧气，氮气和氧气的比例为10:1，氮气的流量为10L/min；SOI圆片或体硅圆片在气氛中进稳定可初始生长一层极薄的氧化层以防止硅片表面氮化，并稳定氧化炉管的温度，为后续生长提供条件；
（3）先在800℃温度下进行干氧氧化，过程分为三步：分别为氧气、氧气HCl、氧气，每个过程时间为4分钟，氧气流量为12L/min，HCl流量为200sccm；该步骤的干氧氧化过程首先形成一层致密的氧化层，并通过一定量的HCl，可消除可动离子，提高氧化层质量，为后续氧化层生长打好基础；
（4）再在800℃温度下采用氢氧合成方式生长氧化层，氧气和氢气的比例为1:1.6，氧气的流量为5L/min；该步骤氢氧合成方式生长氧化层能生长出比纯干氧氧化质量更高的氧化层；
（5）然后在800℃温度下干氧生长6分钟氧化层，氧气的流量为12 L/min；该步骤是为了在湿氧氧化结束后再生长一层氧化层，由于透过前面的氧化层生长，会在整个氧化层的底部再包裹一层致密氧化层，使整个氧化层具有完整性；
（6）最后在800℃温度下，于纯氮中退火25分钟，氮气的流量为12L/min；最终得到的栅氧化层的厚度为15nm；在生长完成后，采用氮气气氛在原工艺温度下退火，有利于消除前面生长中产生的各类缺陷，从而进一步提高氧化层质量。

Claims (3)

1.一种高可靠性的低温栅氧化层生长工艺，其特征是，包括以下工艺步骤：
（1）提供表面洁净的圆片，在750～800℃温度下进入氧化炉管；
（2）圆片在800±5℃稳定10～20分钟，氧化炉管中的气氛为氮气和氧气，氮气和氧气的比例为16～8:1，氮气的流量为8～15L/min； 
（3）先在800±5℃温度下进行干氧氧化，过程分为三步：分别为氧气、氧气+DCE或HCl、氧气，每个过程时间为3～5分钟，氧气流量为8～15L/min，DCE或HCl流量为100～300sccm； 
（4）再在800±5℃温度下采用氢氧合成方式生长氧化层，氧气和氢气的比例为1:1～1.8，氧气的流量为4～6 L/min；
（5）然后在800±5℃温度下干氧生长5～10分钟氧化层，氧气的流量为8～15 L/min；
（6）最后在800±5℃温度下，于纯氮中退火20～30分钟，氮气的流量为8～15 L/min。
2.如权利要求1所述的高可靠性的低温栅氧化层生长工艺，其特征是：所述圆片为SOI圆片或体硅圆片。
3.如权利要求1所述的高可靠性的低温栅氧化层生长工艺，其特征是：所述圆片生长的栅氧化层厚度为10～15nm。
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