[发明专利]改善选择性氧化工艺中氧化物生长速率的方法

说明书

技术领域

本发明的实施方式总体涉及半导体制造领域，更具体地，涉及用于选择性氧化合成硅/金属膜的方法和设备。

背景技术

在半导体器件的制造中，含硅衬底的氧化起着关键的作用。例如，在标准的半导体器件中，栅氧化层通常位于包含源极区、漏极区、以及插入硅(intervening silicon)或多晶硅区的衬底上。金属接触部沉积在源极区和漏极区上，并且导电层沉积在栅氧化物上。通常将整个结构描述为多个层的堆叠。当横过栅氧化物施加电压从而在沿着从衬底、经过栅氧化物、到导电层的轴的方向产生电场时，改变了源极区和漏极区之间的区域的电特性，从而允许或阻止区域之间的电子流动。由此可见栅氧化层在半导体器件的结构中占有关键的地位。

通常，通过在器件中沉积其它的多个层来改善器件的特性。例如，为了控制金属原子向栅氧化层的扩散(这种扩散会导致栅氧化物电介质特性的退化)，可以在栅氧化层和金属层之间沉积阻挡层。并且，还可以在金属层上沉积硬掩模层。为了促进这些层的粘附、平坦化它们的表面并且使他们难于扩散，可以采用等离子体来处理阻挡层或硬掩模层。等离子体处理能够通过从侧面腐蚀其或减小其厚度来使栅氧化层的特性退化。同样地，通过典型地应用在现代器件制造中的沉积、蚀刻以及等离子体处理的重复循环，也可损害栅氧化层。这种损害使层的栅特性退化，导致器件无效。

为了修复对氧化层的损害，可以对器件进行再氧化。通过再氧化，在栅氧化物和下面的含硅层的侧面创建了一层氧化物薄层，因而修复了边缘损害。因为氧化晶体管的其它区域可能减小电导率和损害器件，所以需要在器件中仅仅氧化某些材料。例如，如果氧化栅极上的金属覆盖物以及源极区和漏极区上的金属接触部，就会减小它们的电导率。同样地，给定的器件可以不只包含仅仅与晶体管关联的金属表面。选择性氧化以某些材料，例如硅和硅的氧化物作为靶，同时避免其它材料的氧化。

传统的富氧工艺不仅氧化了所期望的层，也氧化了非期望的层例如金属和阻挡层。湿氧化处理虽然比干处理快，但是不能像蒸汽氧化一样快地促进氧化物生长。图1A-1C分别阐明了用于干氧化、湿氧化和蒸汽氧化的氧化速率。在低压下在富氢气(H₂)的弱蒸汽气氛下对器件进行加热，能够选择性地氧化含硅材料而不氧化金属或阻挡层。然而，能够容易地意识到，迄今在高温和高压下运转氢燃烧室需要氢在隔离的位置燃烧氢。在较高压以及长浸透时间(soak time)下，氢气可能攻击阻挡和硬掩模层，从而降低它们的有效性，并形成不想要的具有较高电阻率的金属硅化物层。

因而，仍然需要一种选择性氧化工艺，其利用原位产生的蒸汽能够有效地仅氧化半导体器件叠层中的含硅层，而不会使阻挡或导电层的性能退化。

发明内容

本发明总体提供一种选择性氧化合成衬底的含硅材料的方法，包括：将合成衬底设置在处理室中；将包含含氧气体和含氢气体的气体混合物引入到处理室中，使得气体混合物中含氢气体的比例(体积百分比)大于约65％；将处理室加压到大约250托(torr)至大约800托(torr)之间的压力；以及以预定的时间将处理室加热至预定温度以使含氢气体和含氧气体在处理室内反应，选择性氧化合成衬底。

本发明的一些实施方式包括选择性氧化合成衬底的材料的方法，包括将合成衬底设置在处理室中；将气体混合物引入到处理室中，气体混合物包括含氧气体和含氢气体，并且含氢气体的量大于气体混合物的量的大约65％；将处理室加压到在大约250托至大约800托之间的压力；以及以预定的时间将处理室加热至预定温度以使含氢气体和含氧气体在处理室内反应，选择性的氧化合成衬底。

本发明的其它实施方式提供了一种处理衬底的方法，包括：将衬底设置在快速热处理(RTP)室中；将含氧气体和含氢气体引入到RTP室中以形成气体混合物，其中气体混合物包括富氢气体混合物；将RTP室加压到大于250托的压力；将RTP室加热到使气体混合物在RTP室内发生反应的处理温度；以及选择性氧化衬底。

本发明的其它实施方式提供了一种在处理室中处理衬底的方法，该衬底至少包含含硅层和金属层，该方法包括：将富氢气体混合物引入到处理室中；将处理室加压到大于250托的压力；使富氢气体混合物在处理室内发生反应以产生蒸汽；以及选择性氧化含硅层。