CN112201578A - 一种提升栅氧膜厚均匀性的方法 - Google Patents

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沈耀庭
成鑫华
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Abstract

本发明提供一种提升栅氧膜厚均匀性的方法，在N个衬底样品上进行离子注入，形成阱区；分别在N‑1个衬底样品阱区表面掺杂相同能量、不同剂量的氮离子形成氮掺杂层；对N‑1个衬底样品退火以激活氮掺杂层中的氮离子；分别在没有氮掺杂层的衬底样品阱区上及N‑1个衬底样品的氮掺杂层上生长栅氧；量测栅氧的膜厚和均匀度；选择均匀度最佳氮离子注入剂量用于新产品的栅氧生长。本发明采用氮离子掺杂改变衬底表面吸热能力从而降低其对氧化的敏感度，进而在相同的温度和时间下生长的氧化膜厚度差异变小，均一性变好的特征，并且进一步地，在氮掺杂能量一定的条件下，在上述膜厚允许的范围内优化出栅氧均匀度最佳的氮掺杂剂量，来控制后续产品的栅氧生长。

Description

一种提升栅氧膜厚均匀性的方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种提升栅氧膜厚均匀性的方法。
背景技术
随着半导体工艺更新发展，器件尺寸不断缩小。器件尺寸的缩小使得制作出晶圆上更加均匀的膜厚越来越困难，因此，对晶圆上膜厚的均匀性提出更为严格的要求，特别是栅氧区的膜厚均匀性更加引起人们的关注。
传统工艺对于栅氧膜厚不均匀性的调整一般是在生长栅氧的工艺中，通过控挡片的膜厚图形，常常依据一条直径上量测多点，通过计算得出大致调整幅度；另外也可根据膜厚图形进行大致调整。
然而传统工艺中的这些调整膜厚均匀度的方法由于量测控挡片不准确而导致调整膜厚不精确，并且调整膜厚均匀性的手段复杂，耗时耗力。同时栅氧膜厚不均匀引起芯片产品的良率降低。
因此，有必要提出一种提升栅氧膜厚均匀性的方法来解决上述问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种提升栅氧膜厚均匀性的方法，用于解决现有技术中由于栅氧膜厚不均匀而导致芯片良率下降的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种提升栅氧膜厚均匀性的方法，一种提升栅氧膜厚均匀性的方法，该方法至少包括以下步骤：
步骤一、提供N个衬底样品，在所述N个衬底样品上分别进行离子注入，形成阱区；
步骤二、分别在所述N个衬底样品中的N-1个衬底样品的阱区表面掺杂相同能量、不同剂量的氮离子，形成分别位于所述N-1个衬底样品的所述阱区上表面的氮掺杂层；
步骤三、分别对所述N-1个衬底样品的所述阱区进行退火以激活所述氮掺杂层中的氮离子；
步骤四、在所述N个衬底样品中没有氮掺杂层的其中一个衬底样品的所述阱区上表面生长栅氧；在所述N-1个衬底样品上的所述氮掺杂层上生长栅氧；在所述N个衬底样品上生长所述栅氧的温度和时间相同；
步骤五、分别量测所述N个衬底样品上所述栅氧的膜厚和均匀度；在栅氧膜厚允许的范围内选择所述栅氧均匀度最佳的所述衬底样品对应的氮离子掺杂的能量E和注入的剂量M；
步骤六、提供衬底，在所述衬底上进行离子注入，形成阱区；
步骤七、在所述衬底的所述阱区表面掺杂所述能量E、所述剂量M的氮离子，形成位于所述衬底的所述阱区上表面的氮掺杂层A；
步骤八、对所述衬底的所述阱区进行退火以激活所述氮掺杂层A中的氮离子；
步骤九、在所述衬底上的所述氮掺杂层上生长栅氧。
优选地，步骤一中在所述衬底上进行N型离子注入，形成N型阱区。
优选地，步骤一中在所述衬底上进行P型离子注入，形成P型阱区。
优选地，步骤一提供四个所述衬底样品；步骤二分别在所述四个衬底样品中的三个衬底样品的所述阱区表面掺杂相同能量、不同剂量的氮离子。
优选地，步骤二中分别在所述三个衬底样品的所述阱区表面掺杂的氮离子的能量为4KV。
优选地，步骤二中在所述三个衬底样品的所述阱区表面掺杂的氮离子剂量范围为：大于或等于1E14且小于或等于3E15。
优选地，步骤二中在所述三个衬底样品的所述阱区表面掺杂的氮离子剂量分别为：1E14at/cm2、1E15 at/cm2、3E15 at/cm2。
优选地，步骤五中所述栅氧膜厚允许的范围为：大于或等于
Figure BDA0002691334710000021
且小于或等于
Figure BDA0002691334710000022
优选地，步骤五中分别量测所述四个衬底样品上的所述栅氧的膜厚，其中没有所述氮掺杂层的所述衬底样品上的所述栅氧的膜厚为
Figure BDA0002691334710000023
注入氮离子剂量为1E14at/cm2的所述衬底样品上的所述栅氧膜厚为
Figure BDA0002691334710000024
注入氮离子剂量为1E15at/cm2的所述衬底样品上的所述栅氧膜厚为
Figure BDA0002691334710000025
注入氮离子剂量为3E15at/cm2的所述衬底样品上的所述栅氧膜厚为
Figure BDA0002691334710000026
优选地，步骤五中分别量测所述四个衬底样品上的所述栅氧的均匀度，其中没有所述氮掺杂层的所述衬底样品上的所述栅氧的均匀度为0.7％；注入氮离子剂量为1E14at/cm2的所述衬底样品上的所述栅氧的均匀度为0.59％；注入氮离子剂量为1E15 at/cm2的所述衬底样品上的所述栅氧的均匀度为0.23％；注入氮离子剂量为3E15 at/cm2的所述衬底样品上的所述栅氧的均匀度为0.3％。
如上所述，本发明的提升栅氧膜厚均匀性的方法，具有以下有益效果：本发明的方法对栅氧均匀度进行优化，提前对衬底表面进行能量均为4KV，剂量分别为1E14 at/cm2～3E15at/cm2的氮离子注入，并退火激活掺杂氮离子，利用被激活的氮离子控制栅氧的膜厚和均匀度；并进一步选取掺杂氮离子后的栅氧膜厚及均匀度的最佳组合作为后续新产品进行氮掺杂的参数，经掺杂氮离子后的栅氧均匀度比不注入氮离子的控片优化57％，利用氮离子掺杂改变了衬底表面吸热能力从而降低其对氧化的敏感度，进而在相同的温度和时间下生长的氧化膜厚度差异变小，均匀性得到改善。
附图说明
图1显示为本发明中无氮离子注入时的栅氧膜厚分布的模拟示意图；
图2显示为本发明中氮离子注入剂量为1E14 at/cm2、能量为4KV时的栅氧膜厚分布的模拟示意图；
图3显示为本发明中氮离子注入剂量为1E15 at/cm2、能量为4KV时的栅氧膜厚分布的模拟示意图；
图4显示为本发明中氮离子注入剂量为3E15 at/cm2、能量为4KV时的栅氧膜厚分布的模拟示意图；
图5显示为本发明中提升栅氧膜厚均匀性的方法流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明提供一种提升栅氧膜厚均匀性的方法，如图5所示，图5显示为本发明中提升栅氧膜厚均匀性的方法流程图。该方法至少包括以下步骤：
步骤一、提供N个衬底样品，在所述N个衬底样品上分别进行离子注入，形成阱区；
进一步地，本实施例的步骤一中在所述衬底上进行N型离子注入，形成N型阱区。在其他实施例中，本发明的该步骤一中也可以在所述衬底上进行P型离子注入，形成P型阱区。本发明进一步地，本实施例的步骤一中提供四个所述衬底样品。
步骤二、分别在所述N个衬底样品中的N-1个衬底样品的阱区表面掺杂相同能量、不同剂量的氮离子，形成分别位于所述N-1个衬底样品的所述阱区上表面的氮掺杂层；步骤二分别在所述四个衬底样品中的三个衬底样品的所述阱区表面掺杂相同能量、不同剂量的氮离子。也就是说，本实施例中所提供的四个衬底样品中，只对其中三个所述衬底样品的所述阱区表面进行氮离子掺杂。
本发明进一步地，本实施例的步骤二中分别在所述三个衬底样品的所述阱区表面掺杂的氮离子的能量为4KV。步骤二中在所述三个衬底样品的所述阱区表面掺杂的氮离子剂量范围为：大于或等于1E14 at/cm2且小于或等于3E15 at/cm2。本发明进一步地，本实施例的步骤二中在所述三个衬底样品的所述阱区表面掺杂的氮离子剂量分别为：1E14 at/cm2、1E15at/cm2、3E15 at/cm2。
步骤三、分别对所述N-1个衬底样品的所述阱区进行退火以激活所述氮掺杂层中的氮离子；本实施例的步骤三中分别对经过氮离子掺杂的所述三个衬底样品的所述阱区进行退火，利用氮离子掺杂改变了衬底表面吸热能力从而降低衬底表面对氧化的敏感度，进而有利于生长出膜厚均匀性高的栅氧。
步骤四、在所述N个衬底样品中没有氮掺杂层的其中一个衬底样品的所述阱区上表面生长栅氧；在所述N-1个衬底样品上的所述氮掺杂层上生长栅氧；在所述N个衬底样品上生长所述栅氧的温度和时间相同；本实施例中，该步骤四在所述四个衬底样品中没有氮掺杂层的其中一个衬底样品的所述阱区上表面生长栅氧；在其余三个所述衬底样品上的所述氮掺杂层上生长栅氧，并且在所述四个衬底样品上生长栅氧的条件相同，即生长所述栅氧的温度和时间相同。
步骤五、分别量测所述N个衬底样品上所述栅氧的膜厚和均匀度；在栅氧膜厚允许的范围内选择所述栅氧均匀度最佳的所述衬底样品对应的氮离子掺杂的能量E和注入的剂量M；进一步地，步骤五中所述栅氧膜厚允许的范围为：大于或等于
Figure BDA0002691334710000041
且小于或等于
Figure BDA0002691334710000042
步骤五中所述栅氧膜厚允许的范围指的是，根据实际工艺的需求，产品的衬底上需要生长的栅氧的厚度。本发明进一步地，步骤五中分别量测所述四个衬底样品上所述栅氧的膜厚和均匀度，如图1所示，图1显示为本发明中无氮离子注入时的栅氧膜厚分布的模拟示意图。图1中在栅氧膜厚的区域上，同一半径所在的环形上分别有不同的量测点(图1中的小黑点非不同的量测点)，并且在所述量测区域上，将所有量测点量测得到的膜厚取平均值，得到该衬底样品上的膜厚，因此，无氮离子掺杂的情况下，图1中的所述衬底样品上的所述栅氧的膜厚为
Figure BDA0002691334710000043
(该膜厚为平均值)。
本发明进一步地，注入氮离子剂量为1E14 at/cm2的所述衬底样品上的所述栅氧膜厚为
Figure BDA0002691334710000044
如图2所示，图2显示为本发明中氮离子注入剂量为1E14at/cm2、能量为4KV时的栅氧膜厚分布的模拟示意图。图2中在栅氧膜厚的区域上，同一半径所在的环形上分别有不同的量测点(图2中的小黑点非不同的量测点)，并且在所述量测区域上，将所有量测点量测得到的膜厚取平均值，得到该衬底样品上的膜厚。因此，注入氮离子剂量为1E14 at/cm2的所述衬底样品上的所述栅氧膜厚为
Figure BDA0002691334710000051
(取平均值)。
本发明进一步地，本实施例中注入氮离子剂量为1E15 at/cm2的所述衬底样品上的所述栅氧膜厚为
Figure BDA0002691334710000052
如图3所示，图3显示为本发明中氮离子注入剂量为1E15at/cm2、能量为4KV时的栅氧膜厚分布的模拟示意图。图3中在栅氧膜厚的区域上，同一半径所在的环形上分别有不同的量测点(图3中的小黑点非不同的量测点)，并且在所述量测区域上，将所有量测点量测得到的膜厚取平均值，得到该衬底样品上的膜厚。因此，注入氮离子剂量为1E15at/cm2的所述衬底样品上的所述栅氧膜厚为
Figure BDA0002691334710000053
(取平均值)。
本发明进一步地，本实施例中注入氮离子剂量为3E15 at/cm2的所述衬底样品上的所述栅氧膜厚为
Figure BDA0002691334710000054
如图4所示，图4显示为本发明中氮离子注入剂量为3E15at/cm2、能量为4KV时的栅氧膜厚分布的模拟示意图。图3中在栅氧膜厚的区域上，同一半径所在的环形上分别有不同的量测点(图3中的小黑点非不同的量测点)，并且在所述量测区域上，将所有量测点量测得到的膜厚取平均值，得到该衬底样品上的膜厚。因此，注入氮离子剂量为3E15at/cm2的所述衬底样品上的所述栅氧膜厚为
Figure BDA0002691334710000055
(取平均值)。
本发明进一步地，本实施例的步骤五中分别量测所述四个衬底样品上的所述栅氧的均匀度，其中没有所述氮掺杂层的所述衬底样品上的所述栅氧的均匀度为0.7％；注入氮离子剂量为1E14 at/cm2的所述衬底样品上的所述栅氧的均匀度为0.59％；注入氮离子剂量为1E15at/cm2的所述衬底样品上的所述栅氧的均匀度为0.23％；注入氮离子剂量为3E15at/cm2的所述衬底样品上的所述栅氧的均匀度为0.3％。并且所述四个衬底样品掺杂氮离子的能量均为4KV。由此可见，本发明提前对衬底表面进行能量均为4KV，剂量分别为1E14at/cm2～3E15at/cm2的氮离子注入并退火激活后，掺杂氮离子的衬底样品上生长的栅氧膜厚比基准片(无氮离子掺杂)的栅氧膜厚薄，且膜厚随着氮离子注入剂量增加而降低，1E15at/cm2剂量为最薄的栅氧，之后浓度增加不会太大影响厚度。膜厚均匀度也会随着浓度增加而降低，3E15at/cm2均匀度达到0.3％，比不注入氮离子时的栅氧优化57％。
步骤六、提供衬底，在所述衬底上进行离子注入，形成阱区；
步骤七、在所述衬底的所述阱区表面掺杂所述能量E、所述剂量M的氮离子，形成位于所述衬底的所述阱区上表面的氮掺杂层A；该步骤七中在所述衬底的所述阱区表面掺杂的氮离子能量E为4KV，注入剂量为M为3E15 at/cm2。
步骤八、对所述衬底的所述阱区进行退火以激活所述氮掺杂层A中的氮离子；
步骤九、在所述衬底上的所述氮掺杂层上生长栅氧。
本发明从步骤六至步骤九，为新产品的栅氧生长，采用步骤五中所选择的掺杂氮离子的能量和注入剂量，将其应用到新产品的栅氧生长，利用氮离子掺杂改变衬底表面吸热能力从而降低其对氧化的敏感度，进而在相同的温度和时间下生长的氧化膜厚度差异变小，均一性变好的特征，来提高新产品中的栅氧膜厚均匀度。
综上所述，本发明较传统的栅氧生长法，采用了氮离子掺杂改变衬底表面吸热能力从而降低其对氧化的敏感度，进而在相同的温度和时间下生长的氧化膜厚度差异变小，均一性变好的特征，并且进一步地，在氮掺杂能量一定的条件下，在上述膜厚允许的范围内优化出栅氧均匀度最佳的氮掺杂剂量，来控制后续产品的栅氧生长。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种提升栅氧膜厚均匀性的方法，其特征在于，该方法至少包括以下步骤：
步骤一、提供N个衬底样品，在所述N个衬底样品上分别进行离子注入，形成阱区；
步骤二、分别在所述N个衬底样品中的N-1个衬底样品的阱区表面掺杂相同能量、不同剂量的氮离子，形成分别位于所述N-1个衬底样品的所述阱区上表面的氮掺杂层；
步骤三、分别对所述N-1个衬底样品的所述阱区进行退火以激活所述氮掺杂层中的氮离子；
步骤四、在所述N个衬底样品中没有氮掺杂层的其中一个衬底样品的所述阱区上表面生长栅氧；在所述N-1个衬底样品上的所述氮掺杂层上生长栅氧；在所述N个衬底样品上生长所述栅氧的温度和时间相同；
步骤五、分别量测所述N个衬底样品上所述栅氧的膜厚和均匀度；在栅氧膜厚允许的范围内选择所述栅氧均匀度最佳的所述衬底样品对应的氮离子掺杂的能量E和注入的剂量M；
步骤六、提供衬底，在所述衬底上进行离子注入，形成阱区；
步骤七、在所述衬底的所述阱区表面掺杂所述能量E、所述剂量M的氮离子，形成位于所述衬底的所述阱区上表面的氮掺杂层A；
步骤八、对所述衬底的所述阱区进行退火以激活所述氮掺杂层A中的氮离子；
步骤九、在所述衬底上的所述氮掺杂层上生长栅氧。
2.根据权利要求1所述的提升栅氧膜厚均匀性的方法，其特征在于：步骤一中在所述衬底上进行N型离子注入，形成N型阱区。
3.根据权利要求1所述的提升栅氧膜厚均匀性的方法，其特征在于：步骤一中在所述衬底上进行P型离子注入，形成P型阱区。
4.根据权利要求1所述的提升栅氧膜厚均匀性的方法，其特征在于：步骤一中提供四个所述衬底样品；步骤二分别在所述四个衬底样品中的三个衬底样品的所述阱区表面掺杂相同能量、不同剂量的氮离子。
5.根据权利要求4所述的提升栅氧膜厚均匀性的方法，其特征在于：步骤二中分别在所述三个衬底样品的所述阱区表面掺杂的氮离子的能量为4KV。
6.根据权利要求5所述的提升栅氧膜厚均匀性的方法，其特征在于：步骤二中在所述三个衬底样品的所述阱区表面掺杂的氮离子剂量范围为：大于或等于1E14at/cm2且小于或等于3E15at/cm2。
7.根据权利要求6所述的提升栅氧膜厚均匀性的方法，其特征在于：步骤二中在所述三个衬底样品的所述阱区表面掺杂的氮离子剂量分别为：1E14at/cm2、1E15at/cm2、3E15at/cm2。
8.根据权利要求7所述的提升栅氧膜厚均匀性的方法，其特征在于：步骤五中所述栅氧膜厚允许的范围为：大于或等于
Figure FDA0002691334700000021
且小于或等于
Figure FDA0002691334700000022
9.根据权利要求8所述的提升栅氧膜厚均匀性的方法，其特征在于：步骤五中分别量测所述四个衬底样品上的所述栅氧的膜厚，其中没有所述氮掺杂层的所述衬底样品上的所述栅氧的膜厚为
Figure FDA0002691334700000023
注入氮离子剂量为1E14at/cm2的所述衬底样品上的所述栅氧膜厚为
Figure FDA0002691334700000024
注入氮离子剂量为1E15at/cm2的所述衬底样品上的所述栅氧膜厚为
Figure FDA0002691334700000025
注入氮离子剂量为3E15at/cm2的所述衬底样品上的所述栅氧膜厚为
Figure FDA0002691334700000026
10.根据权利要求9所述的提升栅氧膜厚均匀性的方法，其特征在于：步骤五中分别量测所述四个衬底样品上的所述栅氧的均匀度，其中没有所述氮掺杂层的所述衬底样品上的所述栅氧的均匀度为0.7％；注入氮离子剂量为1E14at/cm2的所述衬底样品上的所述栅氧的均匀度为0.59％；注入氮离子剂量为1E15at/cm2的所述衬底样品上的所述栅氧的均匀度为0.23％；注入氮离子剂量为3E15at/cm2的所述衬底样品上的所述栅氧的均匀度为0.3％。
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CN112713152A (zh) * 2021-02-07 2021-04-27 长江存储科技有限责任公司 一种三维存储器的制作方法及三维存储器

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