线性化膜氧化生长方法技术

提供了在半导体基板上形成氧化物层的方法。该方法包含通过在第一温度下将半导体基板暴露于具有第一氧百分比的第一气体混合物，以第一生长速率在该基板上形成氧化物层的第一含氧化物部分。通过在第二温度下将该基板暴露于具有第二氧百分比的第二气体混合物，以第二生长速率在该基板上形成第二含氧化物部分。通过在第三温度下将该基板暴露于具有第三氧百分比的第三气体混合物，以第三生长速率在该基板上形成第三含氧化物部分。第一生长速率慢于每个随后的生长速率，并且第二生长速率之后的每个生长速率彼此在50％以内。每个生长速率彼此在50％以内。每个生长速率彼此在50％以内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】线性化膜氧化生长方法


[0001]本公开内容的实施方式大致涉及半导体装置制造，并且更特定言之，涉及基板(诸如半导体基板)的氧化。

技术介绍

[0002]集成电路(integrated circuit；IC)市场不断要求更大的存储器容量、更快的切换速度及更大的特征密度。为了能够制造下一代的装置及结构，通常使用半导体存储器晶片的三维(three dimensional；3D)堆叠来提高晶体管的性能。通过以三维而非传统的二维来布置晶体管，多个晶体管可彼此非常接近地置放在集成电路中。半导体晶片的三维堆叠减少了布线长度、保持低布线延迟并增加了晶片上的面积器件密度。当形成闪存存储器结构时，薄膜堆叠被设置在基板上并且执行蚀刻处理以在薄膜堆叠中蚀刻出沟槽。由于薄膜堆叠中需要高重复交替层数以实现更高的器件性能，具有通道结构的薄膜堆叠通常具有较高的深宽比。此外，制造商不断增加堆叠的高度，从而增加了通道的长度。氧化物层通过将堆叠暴露于氧化处理来形成。氧化处理通常以热方式和/或使用等离子体进行。
[0003]这些特征使用氧化处理而被处理，以沿具有高深宽比的通道产生氧化物膜和/或在长而窄的特征上产生氧化物膜。由于处理气体与硅表面之间相互作用的反应动力学，当前的氧化处理具有非保形的薄膜生长行为。非保形氧化物层会导致器件性能不良或失效。此外，可以增加氧化时间以改善氧化物膜的保形性，但是，增加的氧化时间会影响整个器件的产量。
[0004]因此，需要一种用于形成保形氧化物膜层的改良方法。

技术实现思路

[0005]本公开内容的实施方式基本上涉及在半导体基板上形成氧化物层的方法。该氧化物层包含通过在第一温度下将基板暴露于具有第一氧百分比的第一气体混合物，从而以第一生长速率形成的第一含氧化物部分。第二含氧化物部分是通过在第二温度下将基板暴露于具有第二氧百分比的第二气体混合物，从而以第二生长速率在基板上形成的。第三含氧化物部分是通过在第三温度下将基板暴露于具有第三氧百分比的第三气体混合物，从而以第三生长速率在基板上形成的。第一生长速率慢于每个随后的生长速率，并且第二生长速率之后的每个生长速率彼此相差在50％以内。
[0006]在另一实施方式中，提供了在半导体基板上形成氧化物层的方法。该方法包括将气体混合物引入到处理腔室的容积中，并且从多个条件的第一条件开始，在两个或更多个属性条件中在基板支撑件上的基板的两个或更多个属性条件下增加处理腔室的容积的处理属性。增加属性包括从第一个属性条件递增到每个属性条件，并且递增到最终属性条件。到后续属性条件的每个转变对应于各自的斜坡时间(ramp time)。每个增量之间的每个属性条件在各自的保温时间内(soak time)保持。每个保温时间大于每个斜坡时间。该属性为温度、气体混合物的氧百分比或上述的组合。
[0007]在又一实施方式中，提供了在基板上形成氧化物层的方法。该方法包括确定用于形成氧化物层的部分的总生长系数。总生长系数是基于氧化物层的预定总厚度、形成氧化物层的总处理时间和预定的保形性公差来确定的。预定的保形性公差是基于在基板表面上的两个或更多个位置处的氧化物层厚度的偏差来确定的。确定多个子操作和对应的生长系数。相应的生长系数一起形成零和总生长系数之间的线性内插。多个子操作包括子操作之间的斜坡时间、保温时间、用于形成氧化物层的每个部分的气体混合物的氧百分比、以及每个子操作中的温度。多个子操作中的每个后续子操作包括增加温度、氧百分比或上述的组合。每个斜坡时间基本上彼此相等，并且每个斜坡时间小于每个保温时间。
附图说明
[0008]以能够详细理解本公开内容的上述特征的方式，可通过参考实施方式来获得以上简要概括的本公开内容的更特定的描述，这些实施方式中的一些实施方式在附图中示出。然而，应注意，附图仅图示示例性实施方式，因此不应被视为限制本公开内容的范围，并且本公开内容可允许其他同等有效的实施方式。
[0009]图1图示根据实施方式的具有远程等离子体源的热处理腔室的示意图。
[0010]图2A及图2B图示根据实施方式的在氧化处理之前及之后的通道特征的示意横截面图。
[0011]图3图示根据实施方式的用于在硅基板上形成氧化物层的方法的流程图。
[0012]图4图示根据实施方式的对比氧化处理及氧化处理随时间变化的氧化厚度生长行为的说明性图形表示。
[0013]图5图示根据实施方式的对比氧化处理及氧化处理随氧化厚度生长变化的动力学速率的说明性图形表示。
[0014]图6图示根据实施方式的随时间变化的多个温度斜坡条件的说明性图形表示。
[0015]为了促进理解，在可能的情况下，已使用相同的附图标记来表示附图共用的相同元件。可以预期，一个实施方式的元件和特征可有益地并入其他实施方式中而无需进一步叙述。
具体实施方式
[0016]本文所述的实施方式大致涉及在多个子操作中形成氧化物层的方法，每个子操作包括属性条件，例如温度和/或气体成分条件。每个子操作中的条件和时间被控制以产生基本上线性的氧化物膜生长速率。使用多个子操作在半导体基板上形成氧化物膜的多个含氧化物部分。用于每个含氧化物部分的每个子操作修改至少一个属性，例如增加温度或增加用于形成氧化物膜的部分的气体混合物的氧百分比。温度和氧百分比被同时修改的，或改变其中一个而另一个固定。每个子操作包括氧化物膜的对应生长速率。确定子操作的数目和子操作属性条件以控制氧化生长速率，从而在基板上产生保形氧化物膜。
[0017]本公开内容的方法在适当装备的等离子体反应器和/或热处理腔室中进行，诸如快速热处理(rapid thermal process；RTP)腔室或小批量快速升温炉。图1图示根据实施方式的处理腔室100，诸如具有远程等离子体源120的快速热处理腔室。快速热处理腔室采用来自辐射热(例如来自热白炽灯)的加热，或来自辐射能(诸如来自激光退火系统)的加热。
[0018]处理腔室100包括腔室主体101，腔室主体101限定处理容积110，在处理容积100中可对基板102进行热处理。基板102定位在基板支撑件112上，例如定位在低质量的销上或边缘环上，以用于快速升温。能量源103被配置为将辐射能105引向处理容积110。传感器108设置在适当位置以测量内部腔室主体101中的元件的属性。传感器108被配置为通过获得和测量来自基板102的辐射能来测量基板102的温度。传感器108可连接到系统控制器109，系统控制器109可用于根据来自传感器108的测量值来调整能量源103。
[0019]远程等离子体源(remote plasma source；RPS)120与处理腔室100连接。本文采用的RPS120是能够形成具有至少氧的远程等离子体的任何适当的RPS。RPS120经由第一管道122流体耦接至处理腔室100。氧气源126也流体耦接至RPS120，例如微波、电容源或电感耦合远程等离子体源。进一步的实施方式可包括与RPS120耦合的惰性气体源128，以产生可输送至处理腔室100的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种形成一氧化物层的方法，包含以下步骤：通过在第一温度下将半导体基板暴露于包含第一氧百分比的第一气体混合物，从而以第一生长速率在所述基板上形成所述氧化物层的第一含氧化物部分；通过在第二温度下将所述基板暴露于包含第二氧百分比的第二气体混合物，从而以第二生长速率在所述基板上形成第二含氧化物部分；通过在第三温度下将所述基板暴露于包含第三氧百分比的第三气体混合物，从而以第三生长速率在所述基板上形成第三含氧化物部分，其中所述第一生长速率慢于每个随后的生长速率，并且所述第二生长速率之后的每个生长速率彼此在50％以内。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤：确定估计生长函数，其中所述估计生长函数是用于形成所述氧化物层的总生长系数和时间相关变量的函数；确定系数增量，其中所述系数增量是通过将所述总生长系数除以形成所述氧化物层的条件数量而确定的，其中对应于形成所述第一含氧化物部分的第一生长系数等于所述系数增量；以及确定所述含氧化物部分的每一者的每个生长函数，其中每一后续含氧化物部分具有增加了所述系数增量的相应的生长系数。3.根据权利要求2所述的方法，其中每个生长系数取决于温度，其中所述第二温度经选择以获得第二生长系数，其中所述第二氧百分比等于所述第一氧百分比。4.根据权利要求2所述的方法，其中所述生长系数取决于每个气体混合物的氧百分比，其中所述第二氧百分比经选择以获得第二生长系数，其中所述第二温度等于所述第一温度。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述温度的每一者为约700℃至800℃，其中所述第一氧百分比为所述第一气体混合物的约5％至约30％，其中形成所述第二含氧化物部分的步骤包含以下步骤：以第一氧化剂速率增加所述第一氧百分比持续第一斜坡时间，并且其中所述第二氧化剂速率基本上等于所述第一氧化剂速率。6.根据权利要求2所述的方法，其中每个部分的每个生长速率为每个生长函数的导函数的平均值。7.根据权利要求6所述的方法，其中每个部分的每个生长速率相对于彼此不超过约3倍。8.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述第二含氧化物部分的步骤包含以下步骤：在第一斜坡时间内以第一加热速率将所述第一温度增加至所述第二温度，其中形成所述第三含氧化物部分的步骤包含以下步骤：在第二斜坡时间内以第二加热速率将所述第二温度增加至第三温度，并且其中所述第二加热速率基本上等于所述第一加热速率。9.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述第一含氧化物部分的步骤进一步包含以下步骤：将所述第一温度或所述第一氧百分比保持第一保温时间，并且其中形成所述第二含氧化物部分的步骤包含以下步骤：将所述第二温度或所述第二氧百分比保持第二保温时间。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一保温时间长于第一斜坡时间，其中所述
第一斜坡时间是从所述第一温度或氧百分比增加至所述第二温度或第二氧百分比的时间。...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托弗，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：