CN104576343B - 栅极氧化层的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种栅极氧化层的制造方法，包括：提供一半导体衬底；在所述半导体衬底上形成第一栅极氧化层；在所述第一栅极氧化层上涂布光刻胶并进行光刻和湿法刻蚀，形成开口；利用药液SPM去除所述第一栅极氧化层上的光刻胶；利用药液SC1去除所述开口上的寄生氧化层；在所述开口上形成第二栅极氧化层。在本发明提供的栅极氧化层的制造方法中，在药液SPM去除光刻胶之后，再通过药液SC1去除由于药液SPM去除光刻胶时所生成的寄生氧化层，从而保证了薄型栅极氧化层的厚度均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种栅极氧化层的制造方法。
背景技术
在半导体器件中栅氧化层的品质直接影响半导体器件的各项性能，包括开启电压、击穿电压和饱和电流等，而且对于半导体器件的合格率和可靠性也有很大影响，极小量的缺陷都可能显著降低集成电路的合格率和可靠性。目前，传统的单一栅氧厚度的半导体器件己无法满足要求，更多的采用多栅氧工艺(multiple gate oxide)以在同一个半导体器件中形成多种不同厚度的栅氧化层。
请参考图1，其为现有技术中制作多种不同厚度的栅极氧化层的工艺流程图。如图1所示，制作多种不同厚度的栅氧化层的基本过程如下：首先，提供一半导体衬底；接着，在所述半导体衬底上生长一层较厚的栅极氧化层，即厚型栅极氧化层，所述厚型栅极氧化层的厚度一般在50埃以上；接着，在所述厚型栅极氧化层上涂布光刻胶并通过光刻和湿法刻蚀在厚型栅极氧化层中形成开口；形成开口之后，使用药液SPM（H2SO4:H2O2）去除所述厚型栅极氧化层上的光刻胶；然后，在所述开口位置用炉管生长较薄的栅极氧化层，即薄型栅极氧化层，所述薄型栅极氧化层的厚度一般在40埃以下。
然而，在使用药液SPM去除光刻胶的过程中，H2SO4和H2O2会发生反应产生氧原子（O）。氧原子（O）与半导体衬底的硅原子（Si）发生反应形成二氧化硅层（SiO2），具体化学反应方程式如下：
H2SO4+H2O2→H3O+HSO4+O。
请参考图2和图3，其为现有技术中多种不同厚度的栅极氧化层在去除光刻胶前后的结构示意图。如图2所示，使用药液SPM（H2SO4:H2O2）去除光刻胶之前，半导体衬底10上形成有厚型栅极氧化层11，所述厚型栅极氧化层11中形成有开口12，所述厚型栅极氧化层11的上面覆盖有光刻胶13。如图3所示，由于药液SPM具有一定的氧化性，在使用药液SPM（H2SO4:H2O2）去除光刻胶之后，所述开口12的上面形成了一层极薄的二氧化硅层，即寄生氧化层14，所述寄生氧化层14的厚度一般在2埃以下。而且，所述寄生氧化层14的厚度会随着药液SPM在工艺中的消耗情况而变化。在SPM清洗初期，由于药液SPM浓度高具有很强的氧化性，所述寄生氧化层14的厚度比较厚；在SPM清洗末期，由于药液SPM浓度下降导致氧化性降低，所述寄生氧化层14的厚度比较薄。寄生氧化层14的厚度的变化导致后续生长的薄型栅极氧化层（图中未示出）的厚度不稳定。
所述薄型氧化层的电性厚度由于所述寄生氧化层14的存在一般会有2埃左右的差异。由于薄型栅极氧化层的厚度一般只有20埃左右，2埃的电性厚度差异对于薄型栅极氧化层而言是不能忽视的，会影响半导体器件的性能和可靠性。
因此，如何解决现有技术的不同厚度的栅极氧化层中薄型栅极氧化层的均匀性差的问题成为当前亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种栅极氧化层的制造方法，以解决现有的不同厚度的栅极氧化层中薄型栅极氧化层的均匀性差的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种栅极氧化层的制造方法，所述栅极氧化层的制造方法包括：
提供一半导体衬底；
在所述半导体衬底上形成第一栅极氧化层；
在所述第一栅极氧化层上涂布光刻胶并进行光刻和湿法刻蚀，形成开口；
利用药液SPM去除所述第一栅极氧化层上的光刻胶；
利用药液SC1去除所述开口上的寄生氧化层；
在所述开口上形成第二栅极氧化层。
优选的，在所述的栅极氧化层的制造方法中，所述第一栅极氧化层的厚度比所述第二栅极氧化层的厚度厚。
优选的，在所述的栅极氧化层的制造方法中，所述第一栅极氧化层的厚度在50埃以上，所述第二栅极氧化层的厚度在40埃以下。
优选的，在所述的栅极氧化层的制造方法中，所述药液SPM是H2SO4和H2O2的混合液。
优选的，在所述的栅极氧化层的制造方法中，所述H2SO4和H2O2的配比范围在4：1到7：1之间。
优选的，在所述的栅极氧化层的制造方法中，所述药液SC1是NH4OH和H2O2的混合液。
优选的，在所述的栅极氧化层的制造方法中，所述NH4OH和H2O2的配比范围在1：1到1：4之间。
优选的，在所述的栅极氧化层的制造方法中，利用药液SPM去除光刻胶和利用药液SC1去除所述开口上的寄生氧化层在同一个工艺中完成。
优选的，在所述的栅极氧化层的制造方法中，利用药液SPM去除光刻胶的步骤包括：
第一次SPM清洗和第二次SPM清洗，第二次SPM清洗的药液浓度比第一次SPM清洗的药液浓度高。
在本发明提供的栅极氧化层的制造方法中，在药液SPM去除光刻胶之后，再通过药液SC1去除由于药液SPM去除光刻胶时所生成的寄生氧化层，从而保证了薄型栅极氧化层的厚度均匀性。
附图说明
图1是现有技术中制作多种不同厚度的栅极氧化层的流程示意图；
图2是现有技术中制作多种不同厚度的栅极氧化层在去除光刻胶前的结构示意图；
图3是现有技术中制作多种不同厚度的栅极氧化层在去除光刻胶后的结构示意图
图4是本发明实施例的栅极氧化层制造方法的流程示意图；
图5a至图5g为本发明实施例的栅极氧化层的制作过程的结构示意图；
图6是本发明实施例的药液SPM在使用周期中的H2SO4浓度变化与现有技术中采用的药液SPM在使用周期中的H2SO4浓度变化的对照图；
图7是本发明实施例的薄型栅极氧化层的电性厚度与现有技术的薄型栅极氧化层的电性厚度的对照图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的栅极氧化层的制造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且均使用非精准的比例，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4，其为本发明实施例的栅极氧化层的制造方法的流程示意图。如图4所示，所述栅极氧化层的制造方法包括：
S20：提供一半导体衬底；
S21：在所述半导体衬底上形成第一栅极氧化层；
S22：在所述第一栅极氧化层上涂布光刻胶并进行光刻和湿法刻蚀，形成开口；
S23：利用药液SPM去除所述第一栅极氧化层上的光刻胶；
S24：利用药液SC1去除所述开口上的寄生氧化层；
S25：在所述开口上形成第二栅极氧化层。
具体的，在步骤S20中，参见图5a，提供一半导体衬底20，所述半导体衬底20可以是单晶硅、绝缘体上的硅（Silicon on Insulator）或本领域技术人员公知的其他硅衬底。
在步骤S21中，参见图5b，通过化学气相沉积工艺在所述半导体衬底20上形成第一栅极氧化层21，所述第一栅极氧化层21的厚度一般在50埃以上。第一栅极氧化层21为厚型栅极氧化层。
在步骤S22中，参见图5c，形成第一栅极氧化层21之后，在所述第一栅极氧化层21上涂布光刻胶22。参见图5d，通过光刻和湿法刻蚀在所述第一栅极氧化层21中形成开口23，暴露出部分半导体衬底20。
在步骤S12中，参见图5e，形成开口23之后，利用药液SPM去除所述第一栅极氧化层21上的光刻胶23，去除光刻胶23过程中由于药液SPM具有氧化性会与暴露出来的半导体衬底20发生反应并在所述开口23上形成一层很薄的二氧化硅层，即寄生氧化层24，寄生氧化层24的厚度一般在2埃以下。其中，药液SPM是H2SO4和H2O2的混合液，所述H2SO4和H2O2的配比范围在4：1到7：1之间。
本发明的实施例中，利用药液SPM去除光刻胶22的步骤包括：第一次SPM清洗和第二次SPM清洗，两次SPM清洗完成之后接着利用药液SC1去除所述开口23上的寄生氧化层24。其中，第二次SPM清洗的药液浓度要比第一次SPM清洗的药液浓度高。在本发明的其他实施例，也可以只进行一次SPM清洗，一次SPM清洗完成之后接着利用药液SC1去除所述开口23上的寄生氧化层24。由于两次SPM清洗的光刻胶去除效果比一次SPM清洗的效果好，因此通常采用两次SPM清洗。
同时，为了优化了SPM在使用周期中浓度变化，使得寄生氧化层24在不同的SPM使用周期具有稳定的电性厚度，无论是一次SPM清洗还是两次SPM清洗，都通过调整H2O2的添加量来控制药液SPM中H2SO4的浓度变化。如图6所示，经过调整，SPM清洗初期和SPM清洗末期的H2SO4的浓度变化明显减小，浓度变化量只有原来的65%。
在步骤S23中，参见图5f，药液SPM清洗完成后，在同一工艺中进行药液SC1清洗，由于药液SC1在去除颗粒的同时可以刻蚀掉少量二氧化硅，因此可以利用药液SC1去除所述开口23上的寄生氧化层24，SC1清洗完成后寄生氧化层24被去除了。其中，药液SC1是NH4OH和H2O2的混合液，所述NH4OH和H2O2的配比范围一般在1：1到1：6之间。优选的，所述NH4OH和H2O2的配比范围在1：1到1：4之间。
进行SC1清洗时，药液SC1需要加入稀释液进行稀释，所述稀释液为H2O，稀释液H2O与H2O2的配比一般是5：1。
对于第一栅极氧化层21即厚型栅极氧化层而言，虽然在SC1清洗时也会去除少量的二氧化硅，但是对厚型栅极氧化层的电性厚度的影响很小。
在步骤S24中，参见图5g，最后，通过化学气相沉积工艺在所述开口23上形成第二栅极氧化层25，所述第二栅极氧化层25的厚度一般在40埃以下。第二栅极氧化层25为薄型栅极氧化层。
至此，在所述半导体衬底20上形成了不同厚度的栅氧化层。对所述不同厚度的栅氧化层进行可靠性测试，包括常见的经时绝缘击穿(TDDB)和斜坡电压(V-ramp)测试，测试结构都是合格的。而且，不同厚度的栅氧化层中薄型栅极氧化层的厚度均匀性比传统工艺制作的的薄型栅极氧化层的厚度均匀性好。
请参考图7，其为本发明实施例的薄型栅极氧化层的电性厚度与现有技术的薄型栅极氧化层的电性厚度的对照图。如图7所示，根据现有技术的多种不同厚度的栅极氧化层的制造工艺，制造过程中通过SPM清洗去除光刻胶，此后形成的薄型栅极氧化层在不同的批次有很大差异，在SPM清洗初期即第0批次到第20批次，薄型栅极氧化层的电性厚度比较厚，之后薄型栅极氧化层的电性厚度开始变薄，在SPM清洗后期即第40批次到第100批次，薄型栅极氧化层的电性厚度比较薄，而采用本发明实施例的栅极氧化层的制造方法，即SPM清洗之后再通过药液SC1去除寄生氧化层，使得本发明实施例的薄型栅极氧化层的电性厚度要比现有技术的薄型栅极氧化层的电性厚度都要薄，并且在整个SPM使用周期薄型栅极氧化层的电性厚度基本没有变化。
可见，采用本发明实施例的栅极氧化层的制造方法，栅极氧化层包括薄型栅极氧化层的电性厚度都非常稳定。
综上，在本发明实施例提供的栅极氧化层的制造方法中，在药液SPM去除光刻胶之后，再通过药液SC1去除由于药液SPM去除光刻胶时所生成的寄生氧化层，从而保证了薄型栅极氧化层的厚度均匀性。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (9)
1.一种栅极氧化层的制造方法，其特征在于，包括：
提供一半导体衬底；
在所述半导体衬底上形成第一栅极氧化层；
在所述第一栅极氧化层上涂布光刻胶并进行光刻和湿法刻蚀，形成开口；
利用药液SPM去除所述第一栅极氧化层上的光刻胶，去除所述光刻胶过程中在所述开口中所述药液SPM与半导体衬底反应形成寄生氧化层；
利用药液SC1去除所述开口上的寄生氧化层；
在所述开口上形成第二栅极氧化层。
2.如权利要求1所述的栅极氧化层的制造方法，其特征在于，所述第一栅极氧化层的厚度比所述第二栅极氧化层的厚度厚。
3.如权利要求1所述的栅极氧化层的制造方法，其特征在于，所述第一栅极氧化层的厚度在50埃以上，所述第二栅极氧化层的厚度在40埃以下。
4.如权利要求1所述的栅极氧化层的制造方法，其特征在于，所述药液SPM是H2SO4和H2O2的混合液。
5.如权利要求4所述的栅极氧化层的制造方法，其特征在于，所述H2SO4和H2O2的配比范围在4：1到7：1之间。
6.如权利要求1所述的栅极氧化层的制造方法，其特征在于，所述药液SC1是NH4OH和H2O2的混合液。
7.如权利要求6所述的栅极氧化层的制造方法，其特征在于，所述NH4OH和H2O2的配比范围在1：1到1：4之间。
8.如权利要求1所述的栅极氧化层的制造方法，其特征在于，利用药液SPM去除光刻胶和利用药液SC1去除所述开口上的寄生氧化层在同一个工艺中完成。
9.如权利要求8所述的栅极氧化层的制造方法，其特征在于，利用药液SPM去除光刻胶的步骤包括：
第一次SPM清洗和第二次SPM清洗，第二次SPM清洗的药液浓度比第一次SPM清洗的药液浓度高。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |