改善选择性氧化工艺中氧化物生长速率的方法技术

公开改善选择性氧化工艺中氧化物生长速率的方法。作为一个实施方式，提供一种选择性氧化合成衬底的材料的方法，包括：将该合成衬底设置在处理室中；将气体混合物引入到该处理室，该气体混合物包括含氧气体和体积百分比大于65％的含氢气体；将该处理室加压到250托至800托之间的压力；以及用预定的时间将该处理室加热至预定的温度，以使含氢气体和含氧气体在该处理室内反应，并选择性氧化该合成衬底。通过本发明专利技术的方法，能够利用原位产生的蒸汽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。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】公开。作为一个实施方式，提供一种选择性氧化合成衬底的材料的方法，包括：将该合成衬底设置在处理室中；将气体混合物引入到该处理室，该气体混合物包括含氧气体和体积百分比大于65％的含氢气体；将该处理室加压到250托至800托之间的压力；以及用预定的时间将该处理室加热至预定的温度，以使含氢气体和含氧气体在该处理室内反应，并选择性氧化该合成衬底。通过本专利技术的方法，能够利用原位产生的蒸汽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。【专利说明】
本专利技术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 成娃/金属膜的方法和设备。
技术介绍
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、以及插入娃（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（?)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。
技术实现思路
本专利技术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。 本专利技术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。 本专利技术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。 本专利技术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。 本专利技术的进一步的实施方式提供一种处理衬底的方法，该衬底包含一层或多层氧 化层以及一层或多层金属或阻挡层，该方法包括：将衬底设置在处理室中；将含氢气体和 含氧气体引入到处理室内以产生一些气体混合物，其中含氢气体的量是气体混合物的量的 约65%至约85% ;将处理室加压到大于250托的压力；使含氢气体和含氧气体在处理室内 发生反应以产生蒸汽；以及仅仅氧化衬底上的一层或多层氧化层。 【专利附图】【附图说明】 为了能够详细地理解本专利技术描述的上述特征，下面将参照【具体实施方式】提供上面 所简要概述的本专利技术的更具体的说明，其中的一些实施方式在附图中示出。然而，要注意的 是，附图仅仅示出了本专利技术的典型实施方式，因此其并不能被理解为对本专利技术范围的限制， 本专利技术可以包括其它等效的实施方式。 图1A是现有技术中在干性条件下硅的氧化速率的曲线图。 图1B是现有技术中在湿性条件下硅的氧化速率的曲线图。 图1C是现有技术中蒸汽条件下硅的氧化速率的曲线图。 图2例示了可以在本专利技术的处理中使用的快速热加热装置。 图3A是举例说明本专利技术的一个实施方式的流程图。 图3B是举例说明本专利技术的另一个实施方式的流程图。 图3C是举例说明本专利技术的又一个实施方式的流程图。 图4A是在应用根据本专利技术一个实施方式的选择性氧化工艺之前的衬底的横截面 视图。 图4B是在应用根据本专利技术一个实施方式的选择性氧化工艺之后的衬底的横截面 视图。 图5是显示在不同压力下的反应物的浓度的曲线图。 图6是例示了根据本专利技术一个实施方式的可运行的工艺条件的处理窗口图。 【具体实施方式】 本专利技术描述了一种用于选择性氧化衬底中的含硅材料的方法。虽然以下将结合例 如作为任一种VANTAGE?或CENTURA?装置的快速加热室来描述本专利技术，但是可以理解本发 明可以在包含其它制造商所出售的其它室中进行，其中VANTAGE?或CENTURA?装置可以从 加利福尼亚的圣克拉拉（Santa Clara)的Applied Materials公司得到。图2举例说明了 一种可以用来执行本专利技术的处理的快速加热装置200。该装置的特点在于，可以被抽空或或 由选定气体填充的处理室202、以及侧壁204和底部围绕物206本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理衬底的方法，包括：将具有至少含硅层和金属层的衬底放置在处理室中；将富氢气体混合物引入到所述处理室，所述富氢气体混合物包括至少65％的氢气；将所述处理室加压到大于450托的压力；以及使所述富氢气体混合物在所述处理室内反应以产生蒸汽，并选择性氧化所述含硅层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：横田好隆，诺曼I塔姆，巴拉苏布若门尼拉马钱德伦，马丁约翰里普利，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US