專利名稱：以臭氧水成長超薄氧化層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種于基材上成長超薄氧化層的方法，尤其有關(guān)一種不需高溫即可于基材上成長超薄、高密度、高均勻，陸的氧化層的方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體制程中為了符合默耳定律(Moore’slaw)，元件尺寸會隨著技術(shù)的演進(jìn)從微米進(jìn)入納米領(lǐng)域。薄氧化層的厚度也從數(shù)十納米變?yōu)閿?shù)個(gè)納米，未來甚至需小于1納米，如柵極氧化層及DRAM儲存電容的介電層等。如何成長良好絕緣特性的超薄氧化層，是半導(dǎo)體制程中一項(xiàng)相當(dāng)關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)。其中，成長高品質(zhì)的柵極氧化層及DRAM儲存電容的介電層更直接影響元件的良率。截至目前為止，超薄氧化層都是采用高溫爐管、快速度升降溫腔體的方式，通入氧氣或臭氧氣體成長超薄氧化層，也有部份制程直接選用化學(xué)氧化層(chemical oxide)做為超薄氧化層之用。
前者過程不僅耗時(shí)、耗能，且必需配備高溫或低壓設(shè)備，當(dāng)氧化層小于1.5納米時(shí)，該方法由于轉(zhuǎn)換層(transitionlayer)的存在，會降低其絕緣特性并無法成長當(dāng)量比(stoichiometry)的氧化層；而化學(xué)氧化層的低致密性更是不適用于做為柵極氧化層及DRAM儲存電容的介電層。
US6492283專利將硅基板裸露在蝕刻劑去除原生氧化物(hative oxide)，同時(shí)于表面形成大于氫或氟原子的配基(ligand)后，利用強(qiáng)氧化劑(含臭氧)成長超薄氧化層。
US6764967專利用臭氧水在硅基板上形成犧牲氧化層后，在利用蝕刻劑將犧牲氧化層去除，以達(dá)到去除缺陷濃度較高的硅表面層。
US6737302專利利用臭氧水氧化層做為柵極、基極及源極的蝕刻停止層，以達(dá)到利用同一道光罩同時(shí)形成柵極、基極及源極的目的。
US6387804專利利用臭氧水鈍化(passivate)柵極側(cè)壁間隔層。
分析前述專利技術(shù)內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)并無采用臭氧水成長超薄氧化層做為柵極氧化層或DRAM儲存電容介電層的教導(dǎo)或建議。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一主要目的在提出一種利用臭氧水于基材上成長超薄氧化層的方法。
本發(fā)明的一主要目的在提出一種利用臭氧水成長柵極氧化層及DRAM儲存電容的介電層的方法。
為了達(dá)成上述目的，依本發(fā)明內(nèi)容所完成的一種成長超薄氧化層的方法包含下列步驟a)將一基材與一臭氧水接觸，該臭氧水含有介于10ppb-20ppm，以0.5-10ppm較佳的臭氧濃度；及b)將該基材與該臭氧水分離，于是在將該基材表面上形成一厚度介于0.1-2.5納米的超薄氧化層。PPb為十億分之一，及ppm為百萬分之一。
較佳的，該基材包含硅晶、非晶硅(amorphous Si)、復(fù)晶硅(poly Si)或玻璃基材。以硅晶片為更佳。
較佳的，步驟a)的接觸是在10-100℃之間進(jìn)行，以室溫為更佳。
較佳的，步驟a)的接觸進(jìn)行10秒-10分鐘。
較佳的，本發(fā)明方法進(jìn)一步包含在步驟a)之前先對基材施以表面氮化處理。
較佳的，本發(fā)明方法進(jìn)一步包含在步驟b)之后對超薄氧化層施以表面氮化處理。
較佳的步驟b)的超薄氧化層被用作為半導(dǎo)體柵極氧化層、高介電常數(shù)材料的界面層(interfacial layer)或TFT-LCD之間極氧化層的界面層。
臭氧氣體很容易就能分解成氧自由基(oxygen radical)和氧分子，其中氧自由基的擴(kuò)散速率及活性都遠(yuǎn)比氧分子高，因此用臭氧氣體做為成為氧化層的氧化劑(oxidant)時(shí)，可應(yīng)用于較低溫制程(小于300℃)而不會降低成長速率。一般采用臭氧氣體做為氧化劑的設(shè)備在成長1.5納米以下的超薄氧化層時(shí)，成長速率仍不易控制，要得到均勻性佳的超薄氣化層較為困難，且仍需額外的升降溫配備，設(shè)備成本不易降低。本發(fā)明利用中低濃度的臭氧水和硅表面進(jìn)行反應(yīng)，在低溫下成長超薄氧化層。成長溫度可控制在低于100℃，可大大抑制氧自由基的擴(kuò)散速率，達(dá)到成長超薄、高密度及高均勻性氧化層(＜2.5納米)的目標(biāo)。優(yōu)點(diǎn)為低溫、省能、省時(shí)，且可得到高密度、高均勻性的超薄氧化層，未來可應(yīng)用于晶圓代工、TFT-LCD及DRAM等；電子元件制作的超薄氧化層制程。


為進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖詳細(xì)說明如后，其中圖1為依本發(fā)明的實(shí)施例1的方法所成長的超薄氧化層的厚度與浸入時(shí)間的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式
由于臭氧比氧氣具有高活性，容易在較低溫或室溫的環(huán)境下和硅反應(yīng)形成二氧化硅，由于低溫會抑制原子的擴(kuò)散速率，有利于控制氧化層的成長厚度，進(jìn)而達(dá)到高均勻性的超薄氧化層。于本發(fā)明的一較佳具體實(shí)施例中即利用將臭氧氣體溶于超純水中形成的臭氧水，將硅晶圓浸入臭氧水中成長超薄氧化層。尤其當(dāng)臭氧濃度低于5ppm時(shí)且成長溫度接近室溫時(shí)，成長速率會銳減，即可成長高密度、高均勻性的超薄氧化層。
將一硅晶片(晶向(100)、p-型基材)以標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體晶片清洗程序進(jìn)行清洗(SPM+SCL+SC2，最后用HF去除nativeoxide)，再將其浸于一臭氧濃度為5ppm及溫度為21℃的10升的臭氧水中。該臭氧水是位于一臭氧水容器中。臭氧水濃度被控制在5ppm的臭氧水的來源是將臭氧產(chǎn)生器所產(chǎn)生的含臭氧氣體與去離子水混合形成一高濃度臭氧水，收集于一貯存槽中，再由脫氣來降低貯存槽中的臭氧水的臭氧濃度至5ppm，再導(dǎo)入該臭氧水容器。圖1顯示不同的浸入時(shí)間所成長的超薄氧化層的厚度(以Ellipsomter量測)。
從圖1可以看出在浸入30秒后即可形成厚度為0.68nm的超薄氧化層，60秒時(shí)可形成厚度為0.81nm的超薄氧化層，以后的成長速率趨于平緩。
申請人另以臭氧濃度為2ppm的臭氧水重復(fù)實(shí)施例1的步驟，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與圖1所示的相較具有相同趨勢，但在浸入時(shí)間低于120秒的成長厚度低于臭氧濃度為5ppm的臭氧水。
權(quán)利要求
1.一種成長超薄氧化層的方法，其特征在于，包含下列步驟a)將一基材與一臭氧水接觸，該臭氧水含有介于10ppb-20ppm的臭氧濃度；及b)將該基材與該臭氧水分離，于是在將該基材表面上形成一厚度介于0.1-2.5納米的超薄氧化層。
2.如權(quán)利要求1所述的成長超薄氧化層的方法，其特征在于，其中步驟a)的基材包含硅晶、非晶硅、復(fù)晶硅或玻璃基材。
3.如權(quán)利要求1所述的成長超薄氧化層的方法，其特征在于，其中步驟a)的基材為硅晶片。
4.如權(quán)利要求1所述的成長超薄氧化層的方法，其特征在于，其中步驟a)的臭氧水含有介于0.5-10ppm的臭氧濃度。
5.如權(quán)利要求1所述的成長超薄氧化層的方法，其特征在于，其中步驟a)的接觸是在5-100℃之間進(jìn)行。
6.如權(quán)利要求5所述的成長超薄氧化層的方法，其特征在于，其中步驟a)的接觸是在室溫進(jìn)行。
7.如權(quán)利要求1所述的成長超薄氧化層的方法，其特征在于，其中步驟a)的接觸進(jìn)行10秒-10分鐘。
8.如權(quán)利要求1所述的成長超薄氧化層的方法，其特征在于，其進(jìn)一步包含在步驟a)之前先對基材施以表面氮化處理。
9.如權(quán)利要求1所述的成長超薄氧化層的方法，其特征在于，其進(jìn)一步包含在步驟b)之后對超薄氧化層施以表面氮化處理。
10.如權(quán)利要求1所述的成長超薄氧化層的方法，其特征在于，其中步驟b)的超薄氧化層被用作為半導(dǎo)體柵極氧化層、高介電常數(shù)材料的界面層或TFT-LCD的柵極氧化層的界面層。
全文摘要
本發(fā)明將臭氧氣體溶于去離子水中形成臭氧水，再將硅晶圓浸入臭氧水中成長超薄氧化層，用以取代傳統(tǒng)制程中的高溫成長超薄氧化層。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為省時(shí)、省能、不需高溫即可成長超薄、高密度、高均勻性的氧化層。
文檔編號H01L21/02GK1964001SQ20051011768
公開日2007年5月16日 申請日期2005年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月8日
發(fā)明者陳永裕, 金光祖, 陳秋美, 羅正忠 申請人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院