[发明专利]栅极介质层及栅极的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种栅极介质层及栅极的制造方法。

背景技术

自金属氧化物半导体晶体管发明以来，氧化硅由于与硅、多晶硅良好的集成特性，一直作为栅极介质层最主要的材料。随着集成度的提高，栅极尺寸越来越小，相应的，作为栅极介质层的氧化硅层的厚度也需要不断的减薄，这对形成的氧化硅层的厚度均匀性、缺陷控制等膜层特征的要求也越来越高，从而对氧化硅层的制造工艺提出了更高的要求，现有的制造氧化硅的方法形成的氧化硅层已经不能满足在90nm及其以下的技术节点对栅极介质层的要求。

专利号为US 6555485 B1的美国专利公开了一种形成栅极介质层的方法。图1至图3为所述美国专利公开的形成氧化硅层的方法各步骤相应的剖面示意图。

如图1所示，首先提供一半导体衬底100，在所述半导体衬底100上形成氧化硅层200。接着，如图2所示，对所述氧化硅200表面进行氮化处理，使得所述氧化硅层200中掺入氮，形成氮氧硅化合物层300。然后，对所述氮氧硅化合物层300执行高温退火工艺，如图3所示，使所述氮氧硅化合物300暴露于氧气或一氧化氮400气氛中，在600至1000度的高温下执行退火工艺。

上述方法通过氧化工艺-氮化工艺-退火工艺形成栅极介质层，形成的栅极氧化层的厚度主要是由氧化工艺决定。现有的氧化工艺有高温氧化炉氧化、快速热氧化(Rapid Thermal Oxidation，RTO)、原位产生水蒸汽法(In-Situ Stream Generation，ISSG)等，所述的氧化工艺都是较高的温度(例如800至1100度)下进行，氧化的速率也较快，使得在形成厚度较薄(例如2nm以下)的氧化硅层时，工艺控制变得较为困难，形成的氧化硅层的均匀性也较差，甚至是无法形成薄氧化硅层(例如2nm以下)。虽然通过降低氧化时温度可减缓氧化速率，但也使形成的氧化硅层的致密度减小，缺陷增加。氧化硅层厚度的均匀性变差、致密度减小以及缺陷增加均会造成氧化硅层的绝缘能力下降，产生隧道漏电流、氧化层击穿等问题，进而使得形成的半导体器件的稳定性和电学性能下降。

发明内容

本发明提供一种栅极介质层及栅极的制造方法，本发明能够形成厚度薄、均匀性好的栅极介质层。

本发明提供的一种栅极介质层的制造方法，包括：

提供半导体衬底；

对所述半导体衬底进行氮化处理；

对经过所述氮化处理的半导体衬底执行氧化工艺，形成含氧的介质层。

可选的，所述氮化为低温等离子体氮化或去耦等离子体氮化中的一种。

可选的，所述氮化为去耦等离子体氮化，所述去耦等离子体氮化所用的气体为N₂或N₂与He的混合气体。

可选的，所述氮化为去耦等离子体氮化，所述去耦等离子体氮化所用的气体为N₂O、NO、NH₃中的一种。

可选的，所述氧化为快速热氧化、高温炉管氧化、原位生成水蒸气法氧化中的一种。

可选的，所述氧化为原位生成水蒸气法氧化，所述原位生成水蒸气法氧化与所述去耦等离子体氮化在集成工艺腔中进行。

可选的，该方法进一步包括：对所述含氧的介质层进行氮化处理。

可选的，对所述含氧的介质层进行的氮化为高温炉管氮化、快速热处理氮化、低温等离子体氮化、去耦等离子体氮化中的一种。

可选的，该方法进一步包括：对所述含氧的介质层进行氮化处理后退火。

可选的，该方法进一步包括：对所述含氧的介质层进行氮化处理后退火，所述退火和对所述含氧介质层进行氮化处理在集成工艺腔中进行。

本发明还提供一种栅极的制造方法，包括：

提供半导体衬底；

对所述半导体衬底表面进行氮化处理；

对经过所述氮化处理的半导体衬底表面执行氧化工艺，形成含氧的介质层；

在所述含氧的介质层上形成多晶硅层；

图形化并刻蚀所述多晶硅层和所述含氧的介质层。

可选的，所述氮化为低温等离子体氮化或去耦等离子体氮化中的一种。

可选的，该方法进一步包括：在所述含氧的介质层上形成多晶硅层之前对所述含氧的介质层进行氮化和氮化后退火。

可选的，该方法进一步包括：在所述含氧的介质层上形成多晶硅层之后向所述多晶硅层中掺入磷。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：