形成氧化层的方法技术

一种形成氧化层的方法，该方法包括：　　　　提供一半导体衬底，其具有至少两个有相异掺杂剂特性的区域；以及　　　　通过将衬底暴露在包括原子氧和分子氧的气体混合物中来在该至少两个区域上形成均匀的氧化层，其中原子氧与分子氧之比约为０．０００００１至１００。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及高速半导体微处理器、特殊应用集成电路(ASIC)和其它高速集成电路器件的制造。更具体地，本专利技术涉及一种在具有高掺杂水平和不同掺杂类型的表面上形成均匀热生长氧化层的方法。
技术介绍
自从在20世纪60年代被专利技术以来，硅的热氧化被认为是现代集成电路的启动工艺。在超过四十年的广泛研究后，在热氧化及其在集成电路和其它微结构的制造中的应用的各个方面已经有了大量技术。热氧化的若干关键特性使得它区别于在半导体上形成电介质的其它方法。这些特性包括(1)硅与氧化硅之间几近电学完美的界面；(2)该氧化物的高介电强度；以及(3)氧化膜均匀性的优异控制。这些特性使得能够将该热氧化物用作例如栅极电介质、各种LOCOS(硅的局部隔离)结构中的隔离体、用于各种IT(隔离槽)结构的隔离体、栅极侧墙隔离/隔离壁、以及用于离子注入的遮蔽氧化物。热氧化动力学已得到很好地了解。笛尔-格罗夫(线性-抛物线)模型对硅的热氧化过程中发生的物理化学过程进行了揭示。该模型在20世纪60年代作为对试验数据的物理解释而提出，自那以后，其正确性得到反复验证。根据此模型，氧化物生长速率受薄膜范围内的界面反应速率的限制。(氧化膜小于约500埃。)因此，氧化速率极大地受掺杂水平和类型的影响。实际上，大量掺杂剂的出现改变了硅界面的自由能，进而改变了界面化学反应的速率。此外，掺杂剂类型(n或p)以不同的方式影响自由能。氧化物生长速率对掺杂水平和类型的依赖性通常在本领域中被称作“掺杂剂效应”。例如，氧化速率对磷掺杂水平的依赖性在以下文献中得以说明，即Lattice Press，Sunset Beach，California于2000年出版的作者为S.Wolf和R.N.Tauber的第二版″Silicon Processing for the VLSI Era，Volume lProcessTechnology″第198-207、213-215页。数据显示了薄膜区中氧化速率的快速增大，同时在抛物线的厚膜区具有可忽略的掺杂剂效应。随着磷浓度自1×1019cm-3增加到1×1021cm-3，生长速率增加超过1000％。对于低于1×1019cm-3的磷浓度，存在可忽略的掺杂剂效应。氧化技术教导到，掺杂剂效应在本质上是根本的，因此不能通过简单地改变氧化设备的类型(例如水平炉、垂直炉、快速热处理设备)或氧化气氛(例如干式、湿式、高压、低压)来消除。掺杂剂效应会对具有不同掺杂水平和类型的硅表面上的均匀热氧化膜的制造带来严重阻碍。因此，现有技术中需要具有小掺杂剂效应的通用氧化方法。授予Dubuzinsky等人的美国专利第5,412,246号描述了在低等离子体功率下进行的硅和氮化硅的等离子体辅助氧化。Dubuzinsky等人教导到，高功率等离子体氧化会导致所生长的氧化膜的损坏。因此，选择低等离子体功率工艺来制备高质量的氧化膜。Dubuzinsky等人还公开了有用的实施例，例如在掺杂栅极上形成氧化物隔离壁的低温方法。然而，Dubuzinsky等人没有公开作为栅极中掺杂浓度的函数的氧化物隔离壁均匀性的任何内容，他们也没有教导作为栅极掺杂类型的函数的氧化物隔离壁均匀性的内容。授予Neely等人的美国专利第5,443,863号描述了一种低温等离子体辅助氧化工艺。该等离子体利用微波等离子体放电在处理区的上游形成。Neely等人教导到，这种氧化工艺可在低于300℃的温度下进行。Neely等人描述了有用的实施例，在该实施例中，碳化硅膜在低温下被氧化。然而，Neely等人没有讨论所公开工艺的掺杂剂效应，他们也没有说明他们的工艺在具有不同的高掺杂剂水平或类型的结构上的应用。授予Ahmad等人的美国专利第5,946,588号描述了一种形成栅极氧化物的方法。Ahmad等人教导了一种热氧化过程，其中硅表面在低温亚大气压臭氧环境中氧化。本质上，栅极氧化物在轻度掺杂的衬底上生长，并且不受氧化掺杂效应的影响。因此，Ahmad等人详述了3×1016至5×1017cm-3的优选掺杂水平范围，这远低于本申请研究的范围(1×1019至1×1022cm-3)。此外，Ahmad等人没有探讨作为衬底中掺杂浓度的函数的氧化膜均匀性，他们也没有探讨掺杂效应的任何其它方面。授予Thakur等人的美国专利第5,738,909号描述了一种在半导体衬底上形成薄氧化物的方法。Thakur等人教导了一种方法，其中，部分氧化过程在臭氧环境中进行，以增大氧化物生长速率。此外，Thakur等人教导到，紫外线辐射可以更进一步加速氧化过程。Thakur等人没有教导作为衬底中掺杂浓度的函数的氧化膜均匀性的任何内容，他们也没有讨论掺杂效应的任何其它方面。授予Han等人的美国专利第5,700,699号描述了一种形成薄膜晶体管(TFT)的栅极氧化物的方法。该栅极氧化物以等离子体辅助氧化法形成。等离子体在电子回旋共振放电(ECE)的辅助下形成。本质上，栅极氧化物在轻度掺杂的半导体上生长，且不受氧化掺杂效应的影响。即使Han等人没有详述掺杂水平的优选范围，但是晶体管沟道的掺杂水平公知为通常小于5×1018cm-3，一个远小于本申请研究的范围(1×1019至1×1022cm-3)的范围。因此，Han等人没有教导作为衬底中掺杂浓度的函数的氧化膜均匀性的任何内容，他们也没有讨论掺杂效应的任何其它方面。授予Sato的美国专利第5,238,849号描述了一种制造双极晶体管的方法。Sato教导了在晶态基极和多晶发射极之间。该层用氧离子形成，导致亚化学配比的氧化硅。Sato没有教导作为晶态基极中掺杂浓度的函数的氧化膜均匀性的任何内容，他也没有讨论掺杂效应的任何其它方面。授予Tews等人的美国专利第6,358,867号描述了硅的方向无关的氧化(orientation independent oxdidation of silicon)，该专利所公开的内容在此参考引用。Tews等人教导了一种热氧化方法，其中，在硅的各种晶面上生长基本上均匀的硅氧化膜。该方法的主要优点通过采用原子氧作为主氧化剂来获得。Tews等人还教导到，方向效应主要由于不同晶面上硅原子的不同表面密度导致。结果，表面反应速度正比于薄膜(线性)区中硅原子的表面密度，导致与方向相关的氧化速率。也就是说，Tews等人提供了一种氧化方法，该方法允许氧化速率对薄膜区中硅原子的表面密度的相关性大大降低。Tews等人没有教导允许氧化速率对硅界面的自由能的相关性大大降低的氧化方法。高度掺杂n型材料情形中的原子表面浓度非常接近相同晶体学取向的纯Si面的表面浓度。因此，Tews等人没有建议考虑如何降低氧化速率的掺杂相关性。于是，本领域依然需要具有小掺杂效应的氧化方法。
技术实现思路
与掺杂剂效应有关的前述问题通过此处公开的而极大地减小。该方法包括步骤(1)提供一半导体衬底，其具有至少两个有相异掺杂剂特性的区域；以及(2)通过将衬底暴露在包括原子氧和分子氧的气体混合物中来在该至少两个区上形成均匀的氧化层，其中原子氧与分子氧的比率约为0.000001至100。可选地，该方法包括将衬底加热到约300℃至1100℃的温度的附加步骤。在一特定的优选实施例中，该方法包括步骤(1)提供一半导体衬底，该半导体衬底具有至少两个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种形成氧化层的方法，该方法包括提供一半导体衬底，其具有至少两个有相异掺杂剂特性的区域；以及通过将衬底暴露在包括原子氧和分子氧的气体混合物中来在该至少两个区域上形成均匀的氧化层，其中原子氧与分子氧之比约为0.000001至100。2.如权利要求1所述的方法，其中，该至少两个区域具有相似的掺杂浓度，且该两个区域中的第一个掺以硼，该两个区域中的第二个掺以磷。3.如权利要求1所述的方法，其中，该至少两个区域每个均掺以磷，且该两个区域中的第一个具有约1×1019cm-3的掺杂水平，该两个区域中的第二个具有远大于约1×1019cm-3的掺杂水平。4.如权利要求1所述的方法，其中，该气体混合物具有大于约1×1011cm-3的原子氧浓度和小于约1×1018cm-3的分子氧浓度。5.如权利要求1所述的方法，还包括将衬底加热到约300℃至1100℃的温度的步骤。6.如权利要求4所述的方法，其中，原子氧的浓度约为1×...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥利格·格卢申科夫，布鲁斯·B·多丽丝，奥默·H·多库马西，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：