[发明专利]制备栅氧层的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种制备栅氧层的工艺。

背景技术

负偏压温度不稳定性效应（Negative Bias Temperature Instability，简称NBTI）指在高温下对PMOSFET施加负栅压而引起的一系列电学参数的退化（一般应力条件为125℃恒温下栅氧电场，源、漏极和衬底接地）。

NBTI效应的产生过程主要涉及正电荷的产生和钝化，即界面陷阱电荷和氧化层固定正电荷的产生以及扩散物质的扩散过程，而氢气和水汽是引起NBTI的两种主要物质。NBTI效应对器件和电路能产生较大的影响，如：使得器件出现栅电流增大、阈值电压负向漂移、亚阈值斜率减小、跨导和漏电流变小等，在模拟电路中引起晶体管间失配，而在数字电路中则会导致时序漂移、噪声容限缩小，甚至产品失效等严重后果。

目前，随着半导体器件工艺的发展，对器件的性能要求越来越高，进而促使器件尺寸不断缩小。但是，随着器件尺寸的不断缩小，工作电压却不能成比例地降低，使得栅氧化层电场相对升高，易形成NBTI效应，尤其是采用传统湿氧氧化工艺制备的栅氧化层（Si+H₂O→SiO₂），由于在该栅氧化层的界面存在大量的Si-H键，而热激发的空穴与Si-H键作用易生成H原子，从而在界面留下悬挂键，而由于H原子的不稳定性，即两个H原子相遇就会结合，并以氢气分子的形式释放后，就会远离界面而向栅界面扩散，引起阈值电压的负向漂移，形成NBTI效应导致器件性能衰退，甚至造成器件的损坏。

中国专利（公开号：CN1264164A）公开了一种形成金属氧化物半导体的栅氧化物的方法，通过采用半导体的干、湿、干氧化的工艺程序，以降低半导体一氧化物界面处的界面状态密度。该技术文献并没有公开有关如何消除NBTI效应相关的技术特征。

中国专利（公开号：CN1722408A）公开了一种栅氧化膜的制造方法，通过在衬底上形成绝缘膜之后，形成牺牲或栅氧化膜作为氧化膜，并利用抗蚀剂层作为掩膜，经由氧化膜，通过氩（或氟）离子的一个或多个注入工艺形成离子注入层。当使用氧化膜作为牺牲氧化膜时，在除去抗蚀剂膜及氧化膜之后，在元件口中形成栅氧化膜。当使用氧化膜作为栅氧化膜时，通过刻蚀一次减薄氧化膜，并且在除去抗蚀剂层之后使其加厚。由于形成离子注入层，形成较厚的栅氧化膜。该技术文献也没有公开任何有关如何消除NBTI效应的技术特征。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明公开了一种制备栅氧层的工艺，采用炉管方式生长所述栅氧层，其中，包括：

依次采用干氧化工艺和湿氧化工艺于一半导体衬底中生长一层栅氧层；

在高温条件下，采用氮气对所述栅氧层进行退火工艺；

其中，采用氧气进行所述干氧化工艺，采用氘气进行所述湿氧化工艺。

上述的制备栅氧层的工艺，其中，还包括：

于所述湿氧化工艺后，继续对所述半导体衬底进行所述干氧化工艺，以形成所述栅氧层。

上述的制备栅氧层的工艺，其中，所述干氧化工艺的温度条件为700℃-900℃，且通入氧气的流量大于或等于1slm。

上述的制备栅氧层的工艺，其中，所述湿氧化工艺的温度条件为700℃-900℃，工艺时间为25min-35min。

上述的制备栅氧层的工艺，其中，进行所述湿氧化工艺时，氘气与氧气的气体流量比例值为1:2-2:1。

上述的制备栅氧层的工艺，其中，所述退火工艺步骤所定义的高温条件为温度大于或等于900℃。

上述的制备栅氧层的工艺，其中，采用流量大于或等5slm的氮气对所述栅氧层进行退火工艺。

上述的制备栅氧层的工艺，其中，所述退火工艺的时间为10min-15min。

上述的制备栅氧层的工艺，其中，还包括：

在所述半导体衬底进行装载工艺后，采用7℃/min-13℃/min的温度上升速度，将反应腔内的温度上升至所述干氧化工艺所要求的温度值，同时控制氧气的气体流量大于等于0.3slm。

上述的制备栅氧层的工艺，其中，还包括：

在进行所述退火工艺前，采用7℃/min-13℃/min的温度上升速度，将反应腔内的温度上升至所述退火工艺所要求的温度值；

在所述半导体衬底进行卸载工艺前，采用1℃/min-5℃/min的温度下降速度，将反应腔内的温度降低至卸载工艺所要求的温度值。