專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造技術(shù)
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件和制作該器件的工藝，尤其是涉及適用于形成熱氧化膜的制作半導(dǎo)體器件的工藝和用上述的工藝獲得的半導(dǎo)體器件。
在制作半導(dǎo)體元件中，用硅作襯底，由硅熱氧化法形成的氧化硅薄層用作絕緣膜。在形成這種熱氧化膜的工藝中，由于在硅和氧化膜間的界面附近出現(xiàn)大的應(yīng)變(應(yīng)力)在硅—硅鍵斷開的同時形成硅—氧鍵。
由于氧化硅的分子體積比硅的分子體積大兩倍以上，所以由氧化反應(yīng)形成的氧化膜勢必膨脹，通常在硅側(cè)出現(xiàn)拉伸應(yīng)力而在氧化膜側(cè)壓縮應(yīng)力增加。當應(yīng)力變大時，諸如位錯之類的晶體缺陷在成單晶的硅襯底中出現(xiàn)。在半導(dǎo)體元件里這樣的晶體缺陷的存在引起漏電流而大大地降低產(chǎn)品的可靠性。
即使在硅襯底中沒有晶體缺陷，在氧化膜中增大的應(yīng)力使氧化薄層中的原子間距變形并由此降低原子的鍵合力，而在一些極個別的情況下引起諸如原子鍵斷裂的損傷。如果出現(xiàn)這樣一種損傷，氧化膜的絕緣特性變壞，而氧化膜和產(chǎn)品的電學(xué)可靠性降低。
一般來說，應(yīng)力的值隨形成的氧化膜的厚度增加而單調(diào)地增大。因此，形成的厚的氧化膜時減弱應(yīng)力是一個重要的問題。JP—A—3—11733提出一種只要中斷熱氧化便進行消除應(yīng)變的熱處理隨后再繼續(xù)熱氧化的方法作為一種減弱應(yīng)力的方法。
根據(jù)在氧化膜中產(chǎn)生應(yīng)力的機理的觀點，應(yīng)力可以分類成一種在形成氧化膜的工藝中在由氧化反應(yīng)生成的硅/氧化膜界面附近由于氧化膜體積膨脹引起的應(yīng)力和一種由在氧化膜上沉積薄膜而產(chǎn)生的應(yīng)力。
雖然根據(jù)先前的技術(shù)在某種程度上能夠減弱由氧化反應(yīng)引起的應(yīng)力，但是迄今還沒有減弱由沉積在氧化膜上的薄膜引起的應(yīng)力的有效方法。按照下面的工藝會產(chǎn)生上述的“由沉積在氧化膜上的薄膜引起的應(yīng)力?！弊鳛樾纬裳趸さ墓に?，首先會涉及到緊安置在襯底上用于電學(xué)絕緣和隔離例如晶體管這樣元件的局部形成厚度最大約幾千埃的元件一隔離氧化膜的工藝。廣泛采用選擇氧化法用作形成這種元件一隔離氧化膜的方法(參閱圖2)。根據(jù)選擇氧化法，通過稱為“襯墊氧化膜2”(圖2B)的熱氧化膜的中間層在硅襯底1(圖2A)上沉積氮化硅膜3(圖2C)，然后從形成元件一隔離氧化膜的部位上刻蝕掉氮化硅膜3(圖2D)并且整體氧化以在硅襯底上局部地形成厚的氧化膜(圖2E)。
在這種選擇氧化法中，在許多情況下用作氧化一保持薄層的氮化硅薄層在薄層沉積時具有約為1000MPa的內(nèi)應(yīng)力而這種應(yīng)力也作用于氧化膜。進一步，在選擇氧化工藝中，引起氧化的物質(zhì)例如氧和H2O在硅襯底中三維擴散，結(jié)果在氮化硅膜的邊界附近逐漸形成稱為“鳥啄”的氧化膜5。
由于在氧化膜生長期間氧化膜的體積膨脹使氮化硅膜的邊界鼓起，并且在整個薄層中出現(xiàn)翹曲形變。由這種翹曲形變引起的反作用力聚集到氮經(jīng)硅的邊界，在氮化硅膜的邊界上的氧化膜中出現(xiàn)大的應(yīng)力。在有氮化硅膜時發(fā)生這種應(yīng)力集中勢必損傷氧化薄層。
由于在氧化膜上沉積的薄膜而損傷氧化膜的另一工藝是在MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)型晶體管的柵極氧化膜上沉積一層作柵電極的薄膜的工藝。用多晶硅薄膜、難熔金屬材料或硅化物合金薄膜的任何一種以單層形式或以疊層結(jié)構(gòu)作柵電極。
沉積這種柵電極材料往往帶有超過幾百或幾千MPa的內(nèi)應(yīng)力。因而，在制作柵電極時內(nèi)應(yīng)力聚集到柵電極的邊界部分附近的氧化膜里，并從而損傷氧化膜。
本發(fā)明的目的是提供一種制造半導(dǎo)體器件的工藝，該工藝能補救在局部沉積于氧化膜上的薄膜的邊界部分上氧化膜的損傷，并且用上述的工藝獲得一種半導(dǎo)體器件。
本發(fā)明提供制作半導(dǎo)體器件的一種工藝，它包括在硅襯底上形成熱氧化膜，在使氧化膜或硅襯底的表面保持裸露(用語“裸露”意思是表面不用其他薄膜覆蓋)狀態(tài)同時以不低于800℃的溫度在惰性氣氛下進行熱處理，繼之摻入雜質(zhì)、形成電極和布線，形成絕緣膜以及如果需要的話形成第二層布線以便構(gòu)成晶體管。
本發(fā)明進一步提供制作半導(dǎo)體器件的一種工藝，它包括，在完成為了在硅襯底表面上局部地形成，用作電絕緣和隔離半導(dǎo)體元件的具有局部加大厚度的氧化膜的選擇氧化之后，除去除了氧化薄層外的薄膜，在使氧化膜或硅襯底的表面保持裸露狀態(tài)同時以不低于950℃的溫度在惰性氣氛下進行熱處理，繼之形成柵極氧化薄層，摻入雜質(zhì)，形成電極和布線，形成絕緣薄膜以及如果需要的話，形成第二層布線以便構(gòu)成晶體管。
本發(fā)明進一步提供制作半導(dǎo)體器件的一種工藝，它包括在為了電絕緣和隔離半導(dǎo)體元件在硅襯底上形成具有局部加大厚度的氧化薄層之后，形成MOS型晶體管的柵極氧化膜以及緊接著在完成柵極氧化或在形成柵電極之后，以不低于800℃的溫度在惰性氣氛中進行熱處理，繼之摻入雜質(zhì)，形成電極和布線、形成絕緣薄膜以及如果需要的話形成第二層布線以便構(gòu)成晶體管。
本發(fā)明進一步提供根據(jù)上述工藝制作的半導(dǎo)體器件。


圖1A到1F是說明本發(fā)明的第一個實施例(實施例1)中橫截剖面結(jié)構(gòu)變化的各個示意圖。
圖2A到2E是說明先前的技術(shù)選擇氧化法中橫截剖面結(jié)構(gòu)變化的各個示意圖。
圖3是說明熱氧化以后硅襯底中殘余應(yīng)力與氧化溫度關(guān)系的曲線圖。
圖4是說明本發(fā)明實施例1制作工藝的流程圖。
圖5A和5B是說明本發(fā)明實施例2中橫截剖面結(jié)構(gòu)變化的各個示意圖。
圖6是說明本發(fā)明實施例2的制作工藝的流程圖。
圖7A到7C是說明本發(fā)明實施例3中橫截剖面結(jié)構(gòu)變化的各個示意圖。
圖8是說明本發(fā)明實施例3的制作工藝的流程圖。
圖9A到9E是說明本發(fā)明實施例4中橫截剖面結(jié)構(gòu)變化的各個示意圖。
圖10是說明本發(fā)明實施例4的制作工藝的流程圖。
為了減輕氧化膜中的損傷，在使氧化膜的表面盡可能保持裸露狀態(tài)的同時，換句話說，在沒有其他薄膜覆蓋氧化膜的表面的同時以不低于800℃的溫度在惰性氣氛中進行最好至少5分鐘而更好至少20分鐘的熱處理是有效的。熱處理的溫度為1410℃(低于硅襯底的熔點)或1410℃以下，最好是1250℃以下，而更準確地說約為1200℃。在用選擇氧化法形成元件一隔離的氧化膜的工藝中在完成選擇氧化以后用作防氧化薄膜的氮化硅薄膜或多晶硅薄層被徹底去掉，并且在使氧化膜或硅襯底的表面保持裸露狀態(tài)同時在不低于800℃最好不低于950℃而不高于1410℃最好不高于1200℃的溫度下熱處理剩留部分至少處理5分鐘最好熱處理30分鐘。進一步，在柵極氧化膜(形成圖案)上形成電極后也在使柵電極和氧化膜保持裸露狀態(tài)同時以不低于800℃的溫度進行至少5分鐘而最好至少20分鐘的熱處理。
因此，本發(fā)明的制作半導(dǎo)體器件工藝具有下列實施例中的任一個工藝，而根據(jù)這些制作工藝中任一工藝能制作本發(fā)明的半導(dǎo)體器件。
(1)一種制作半導(dǎo)體器件的工藝包含在硅襯底上形成熱氧化膜，在使氧化膜或硅襯底的表面保持裸露狀態(tài)同時在惰性氣氛中以不低于800℃的溫度進行至少5分鐘的熱處理，繼之摻入雜質(zhì)，形成電極和布線，形成絕緣薄膜并且如果需要的話形成第二層布線等等以便構(gòu)成晶體管。
(2)一種制造半導(dǎo)體器件工藝包含在完成選擇氧化以在硅襯底上形成電絕緣和隔離半導(dǎo)體元件的具有局部加大厚度的氧化膜之后，除去除氧化膜以外的薄膜，在使氧化膜或硅襯底的表面保持裸露狀態(tài)同時在惰性的氣氛中以不低于950℃和不高于1410℃而最好不高于1200℃的溫度進行至少5分鐘最好至少20分鐘的熱處理，繼之形成柵極氧化膜，摻入雜質(zhì)，形成電極和布線，形成絕緣薄膜并且如果需要的話形成第二層布線等等以便構(gòu)成晶體管。
(3)一種制造半導(dǎo)體器件工藝其包含在硅襯底上形成電絕緣和隔離半導(dǎo)體元件的具有局部加大厚度的氧化膜，在這之后形成MOS型晶體管的柵極氧化膜，緊接著在實行柵極氧化或在形成柵電極之后，在惰性的氣氛下以不低于800℃而不高于1410℃最好不高于1200℃的溫度進行至少5分鐘而最好至少20分鐘的熱處理，繼之摻入雜質(zhì)，形成電極和布線，形成絕緣薄膜并且如果需要的話形成第二層布線以便構(gòu)成晶體管。
(4)用在硅底上形成熱氧化膜，其后在使氧化膜或硅襯底的表面保持裸露狀態(tài)同時在不起任何化學(xué)作用的氣氛下以不低于800℃不高于1410℃而最好不高于1200℃的溫度進行至少5分鐘而最好至少20分鐘的熱處理以及然后進行構(gòu)成晶體管所必需的步驟例如摻入雜質(zhì)；構(gòu)成布線；形成絕緣薄膜；形成第二層布線等等的方法獲得半導(dǎo)體器件。
(5)用為了電學(xué)上絕緣和隔離半導(dǎo)體元件在硅襯底表面上形成具有局部加大厚度的氧化膜而進行的選擇氧化，在這之后除去除氧化薄層以外的薄膜，在使氧化膜或硅襯底的表面保持裸露狀態(tài)同時在惰性的氣氛下以不低于950℃和不高于1410℃而最好不高于1200℃溫度進行至少5分鐘最好至少20分鐘的熱處理以及然后進行構(gòu)成晶體管所必需的步驟例如形成柵報氧化膜，摻入雜質(zhì)；形成電極和布線；形成絕緣薄膜；形成第二層布線等等的方法獲得半導(dǎo)體器件。
(6)用在硅襯底表面上形成電學(xué)上絕緣和隔離半導(dǎo)體元件的具有局部加大厚度的氧化膜，在這之后形成MOS型晶體管的柵極氧化薄層并緊接著在進行柵極氧化或在形成柵電極之后，在惰性氣氛下以有低于800℃和不高于1410℃而最好不高于1200℃的溫度進行至少5分鐘最好至少20分鐘的熱處理以及然后進行構(gòu)成晶體管所必需的步驟例如摻入雜質(zhì)；形成布線；形成絕絕薄膜；形成第二層布線等等的方法獲得半導(dǎo)體器件。
(7)根據(jù)(4)、(5)或(6)的半導(dǎo)體器件，其中上述的半導(dǎo)體器件是一種諸如快閃存儲器、DRAM、SRAM之類的存儲器或是處理機或計算器件。
(8)根據(jù)(1)、(2)或(3)的半導(dǎo)體器件，其中上述的熱氧化至少是在氫氣和氧氣的混合氣體的氣氛下或者在H2O的氣氛下進行，其中氫/氧的混合比小于2/1而最是1.5/1左右到1.8/1左右。
(9)根據(jù)(4)、(5)、(6)或(7)的半導(dǎo)體器件，其中上述的熱氧化至少是在氫氣和氧氣的混合氣體的氣氛下或者在H2O的氣氛下進行，其中氫/氧的混合比小于2/1而最好是1.5/1左右到1.8/1左右。
(10)根據(jù)91)、(2)、(3)或(8)的半導(dǎo)體器件，其中熱處理的氣氛是氮、氫或類似氬氣之類的隋性氣體或是這些氣體的混合氣體，這些氣體或混合氣體可以含有百分之幾最好是5％或小于5％而更好是2％或小于2％的氧氣。
(11)根據(jù)(4)、(5)、(6)、(7)或(9)的半導(dǎo)體器件，其中熱處理的氣氛是氮、氫或類似氬氣之類的隋生氣體或是這些氣體的混合氣體，這些氣體或混合氣體能含百分之幾最好是5％或小于5％而更好是2％或小于2％的氧氣。
在用熱氧經(jīng)法在硅襯底上形成氧化膜期間，在氧化膜內(nèi)或在硅襯底的表面上，換句話說在具有氧化膜的界上出現(xiàn)的應(yīng)力隨氧化溫度而變化。這可舊因于以氧化膜的粘彈性能為基礎(chǔ)的應(yīng)力—減弱過程的存在。
圖3是在這種熱氧化工藝中在硅襯底上出現(xiàn)的應(yīng)力用顯微拉曼(Raman)光譜測定法測量的結(jié)果，其中橫座標表示氧化溫度而縱座標表示在硅襯底表面上，換句話說在具有氧化膜的界面上保持室溫時平行于襯底表面的垂直應(yīng)力。該圖概括了在氫和氧的混合氣體(混合比為1/1.5至1/1.8)作氧化氣氛的情況下和在用干燥氧化氣氛的另一種情況下的測量結(jié)果。在氧化中采用單晶硅((100)表面的晶片)并且在硅表面上均勻地形成具有恒定厚度為50nm的氧化膜。
根據(jù)結(jié)果，顯然，隨氧化溫度升高在硅襯底中的殘余應(yīng)力單調(diào)地減小。在氧和氫的混合氣體被用作氧化氣氛時特別明顯地觀察到應(yīng)力的減弱，而在溫度不低于950℃時應(yīng)力減小到接近于零。這樣的應(yīng)力減弱過程不僅在改進的氧化反應(yīng)的工藝中能觀察到而且在完成氧化反應(yīng)以后進行熱處理時也能觀察到。
也就是說，在含有氧和氫的混合氣體的氧化氣氛中在850℃形成氧化膜并然后在惰性氣氛中在950℃進行的附加的熱處理30分鐘時氧化膜的應(yīng)力減小到接近于零。雖然在熱處理工藝中應(yīng)力減弱在約5分鐘內(nèi)呈現(xiàn)出效果，但是應(yīng)力的減弱最好至少進行20分鐘以便應(yīng)力得到充分的減弱。
圖3說明在氧化膜厚度為50nm時的測量結(jié)果。當氧化膜厚度超過約100nm時，在950℃或950℃以上的溫度時氧化在完成氧化期間始終不能使硅襯底中的殘余應(yīng)力減小到零。這是由于應(yīng)力減弱需用一段時間。因此，在用熱氧化法形成氧化膜后為了減弱氧化膜中的應(yīng)力進行上述的熱處理是有效果的。氧-氫混合氣體中氫/氧的混合比為小于2/1而最好為1.5/1左右到1.8/1左右。
如在選擇氧化法的情況中那樣，采用像氮化硅之類的防氧化膜進行氧化時，應(yīng)力聚集到如上所述的防氧化膜的邊緣部分。因此在完成氧化并且然后在使氧化膜或硅襯底的整個表面保持裸露狀態(tài)同時在惰性氣氛中進行附加的熱處理之后，由于去掉引起應(yīng)力的薄層(在這種情況中是氮化硅膜)由薄層的存在產(chǎn)生的應(yīng)力也能與因氧化引入的應(yīng)力一起減弱。
進一步，由于MOS型晶體的柵極氧化膜大多數(shù)是在850℃時形成，薄層形成后在氧化膜中常常殘留很大的應(yīng)力，實際應(yīng)用這種附加熱處理是非常有效的。
在柵極氧化膜上沉積柵電極時或者在進行電極沉積并進行刻蝕之類的處理時應(yīng)力也聚集到柵電極邊緣部分的氧化膜內(nèi)。在這種情況中，在完成柵電極的刻蝕處理后也可以用惰性氣氛中進行處理方法來減弱產(chǎn)生在氧化膜中的應(yīng)力。
為了減弱上述的熱氧化膜、氧化膜、柵極氧化膜諸如此類薄層中的應(yīng)力所作的熱處理最好是在諸如氮、氫、氬、氦氣之類惰性氣體中進行。雖然不存在氧氣是所希望的但是氧的存在量按容積百分比為5％或更小而最限容積百分比為2％或更小是能允許的。
在上述的實施例1的情況中，在用作減弱應(yīng)力的上述的熱處理之后用通常的方法進行構(gòu)成晶體管所必需的步驟，諸如摻入雜質(zhì)，形成電極和布線、形成絕緣薄膜、形成第二層布線等等，從而能夠制成預(yù)期的半導(dǎo)體器件。
在上述的實施例(2)中，進行減弱應(yīng)力的熱處理并且然后用通常的方法進行構(gòu)成晶體管所必需的步驟，諸如形成柵極氧化膜、摻入雜質(zhì)、形成電極和布線、形成絕緣薄膜、形成第二層布線等等，從而能夠制成預(yù)期的半導(dǎo)體器件。
在上述的實施例(3)中，進行減弱應(yīng)力的熱處理并且然后用通常的方法進行構(gòu)成晶體管所必需的步驟，諸如摻入雜質(zhì)、形成電極和布線、形成絕緣薄膜、形成第二層布線，從而能夠制成預(yù)期的半導(dǎo)體器件。
在下文，根據(jù)實施例更具體地闡述本發(fā)明。
實施例1參閱圖1、圖3和圖4說明實施例1。圖1A到1F是說明為了制作半導(dǎo)體器件在采用本發(fā)明的工藝形成元件—隔離氧化膜的過程中硅襯底的橫截剖面變化的各個示意圖；圖3是說明氧化溫度與隨著氧化進行在硅襯底表面附近(具有氧化膜的界面)中出現(xiàn)的應(yīng)力的關(guān)系的曲線圖。圖4是說明本實施例工藝的流程圖。
根據(jù)圖4的流程，首先參閱圖1A到1F闡述本實施例。對于在半導(dǎo)體器件的制作工藝中形成厚的元件—隔離氧化膜的選擇氧化工藝，本實施例是本發(fā)明的一種應(yīng)用。
在硅襯底1(圖1A)上用熱氧化法形成具有薄層厚度約為10nm的薄的襯墊氧化膜2(圖1B)。在其上沉積作防氧化膜的氮化硅膜(圖1C)。采用把氮化硅膜3從為形成元件—隔離氧化膜的區(qū)域刻蝕掉的方法形成裸露區(qū)域。并進行熱氧(圖4—106)以形成具有薄層厚度約為300到700nm的元件—隔離氧化膜(圖1E)。然后，把氮化硅膜3整個除去，并且在使氧化膜2或3或硅襯底1保持裸露狀態(tài)同時以不低于800℃的溫度進行至少5分鐘最好至少為20分鐘的熱處理(圖4—108)。
雖然熱處理的氣氛是諸如氮、氫、氬之類的惰性氣體或是這些氣體的混合氣體，但是氣氛可以含有5％或5％以下最好是含有2％或2％以下的氧氣。更好是熱處理的溫度不低于950℃和不高于1410℃而最好是不高于1200℃。
根據(jù)參閱圖3，闡明同這種處理產(chǎn)生的應(yīng)力減弱的效果。圖3中橫座標表示氧化溫度而縱座標表示在氧化后在硅襯底中的殘留應(yīng)力。用單晶硅((100)面的晶片)進行氧化，而在硅表面均勻地形成具有恒定厚度為50nm的氧化膜。
雖然，在硅襯底中的殘留應(yīng)力隨氧化溫度升高而單調(diào)地減小。特別在用氧和氫的混合氣體作氧化的氣氛時清楚地觀察到應(yīng)力的減弱，而在950℃或950℃以上時應(yīng)力減小到近似于零。氫對氧的混合比按容積比為小于2/1而按容積比最好為1.5/1左右到1.8/1左右。這種應(yīng)力減弱效應(yīng)不僅在進行氧化的工藝中被觀察到而且在完成氧化反應(yīng)后進行熱處理時也被觀察到。也就是說，在含有氧和氫的混合氣體的氧化氣氛中，由于在850℃時形成氧化膜并且然后在950℃時進行附加熱處理30分鐘也能夠使氧化膜中的應(yīng)力減小到近似于零。雖然在熱處理工藝中應(yīng)力減弱在約5分鐘內(nèi)呈現(xiàn)效果，但是熱處理最好至少進行20分鐘以便應(yīng)力達到充分的減弱。
圖3說明在氧化膜厚度為50nm時的測量結(jié)果。當氧化膜厚度超過100nm時即使在950℃或950℃以上進行氧化，在進行氧化時硅襯底中的殘留應(yīng)力始終不能達到零。這是由于應(yīng)力減弱需用一段時間。因此，在用熱氧化法形成氧化膜以后進行在1000℃或1000℃以上而尤其是在1200℃時進行上述的熱處理對于減弱氧化膜中的應(yīng)力是有效的。特別在選擇氧化法中應(yīng)力聚集在氮化硅膜邊緣部位附近的氧化膜中，在去除氮化硅膜后應(yīng)用這種熱處理也可以減弱由于氮化硅膜的出現(xiàn)而引起的應(yīng)力。
在本實施例中，僅用氮化硅膜作防氧化膜。然而，如果愿意的話，防氧化膜可以是用在多晶硅薄膜上沉積氮化硅膜的方法制成的一種疊層結(jié)構(gòu)的薄層。進一步，不是總是必須在襯墊氧化膜2上形成防氧化膜，而可以直接在硅襯底1上形成防氧化膜。在用局部刻蝕防氧化膜的方法形成裸露區(qū)域時(圖4—105或圖1D)襯墊氧化膜2也可以被除去以裸露襯底1或者為了暴露硅襯底勢必從表面向下刻蝕硅襯底1到約10nm以上具有一定程度差別的深度也是能允許的。
根據(jù)以上所述，本實施例顯示了能夠減弱因氧化引入的應(yīng)力或在選擇氧化法中由于防氧化膜的出現(xiàn)而在氧化膜中產(chǎn)生的應(yīng)力的效果，從而能夠改善氧化膜的結(jié)構(gòu)和電學(xué)可靠性。
實施例2在本文中參閱圖5和圖6闡述實施例2。圖5A和圖5B是說明用本發(fā)明的工藝形成MOS型晶體管的柵極氧化膜的過程中硅襯底橫截剖面變化的各個示意圖。圖6是說明本實施例制作工藝的流程圖。
根據(jù)圖6中的流程，首選參閱圖5A和5B闡述本實施例。在本實施例中，把已經(jīng)形成元件—隔離氧化膜4(圖5A)和為形成柵極氧化膜的硅襯底1表面成裸露的狀態(tài)作為初始狀態(tài)(圖6—202)。最好用實施例1中所述的制作工藝形成元件—隔離氧化膜，雖然形成的方法是不受限制的。
根據(jù)通常的熱氧化法，在溫度例如為850℃時在硅襯底1的表面上形成柵極氧化膜6(圖5B)。在完成柵極氧化后，在使氧化膜4或6保持裸露狀態(tài)同時以不低于800℃最好不低于950℃和不高于1410最好不高于1200℃的溫度進行至少5分鐘最好至少20分鐘的熱處理。雖然熱處理的氣氛是諸如氮、氫、氬之類惰性氣體或這些氣體的混合氣體，但是氣氛可以含有約5％或小于5％最好是2％或小于2％的氧氣含量。用這種熱處理能夠釋放在形成柵極氧化膜的工藝時在氧化膜中產(chǎn)生的的因氧化引入的應(yīng)力。
本實施例顯示了能夠減弱在柵極氧化工藝中由于氧化引入的應(yīng)力而在氧化膜中產(chǎn)生的應(yīng)力的效果，于是能夠改善氧化膜的結(jié)構(gòu)和電學(xué)可靠性。
實施例3在本文中參閱圖7和圖8闡述實施例3。圖7A到7C是說明用本發(fā)明的制作工藝構(gòu)成MOS型晶體管的過程中硅襯底的橫截剖面變化的各個示意圖；而圖8是說明本實施例的工藝的流程圖。根據(jù)圖8中的流程，參閱圖7A到7C闡述本實施例。本實施例的初始狀態(tài)是MOS型晶體管的柵極氧化薄層6已經(jīng)形成(圖7A、圖8—302)。
最好是按照實施例1和實施例2形成本實施例中的元件—隔離氧化膜4和柵極氧化膜6，雖然這是不受限制的。像柵電極7，例如先形成多晶硅薄膜然后用刻蝕工藝加工成電極的形狀(圖7B)。由于這種情況中應(yīng)力聚集到柵電極邊緣附近的氧化膜內(nèi)，所以為了補救氧化膜的損傷，以不低于800℃最好不低于950℃和不高于1410℃最好不高于1200℃的溫度進行至少5分鐘而最好20分鐘的熱處理(圖8—304)。雖然熱處理的氣氛是諸如氮、氫、氬之類惰性氣體或是這些氣體的混合氣體但是氣氛可以含有約5％或小于5％而最好是2％或小于2％的氧氣。
構(gòu)成柵電極的材料不局限于多晶硅膜，而諸如難熔金屬的鎢或硅化物合金、鈦、鈷、鎳、鎢之類的難熔金屬材料和用上述材料的薄膜做成的疊層結(jié)構(gòu)也可以用作柵電極材料。
接著，為了構(gòu)成MOS型晶體管(311)進行構(gòu)成晶體管所必需的步驟，例如摻入雜質(zhì)(306)，形成第一層布線12(307)；形成層間絕緣膜13(308)；形成第二層布線14(309)；形成絕緣膜15等等。圖7C是根據(jù)本文敘述的工序制作的晶體管的橫截剖面結(jié)構(gòu)的實施例。晶體管制作的工序不局限于該流程圖所表示的工序，而且布線層的數(shù)目不限于二層。本文中獲得的MOS型晶體管可以應(yīng)用于諸如DRAM(動態(tài)隨機存取存儲器)、SRAM(靜態(tài)隨機存取存儲器)之類的存儲器電路或應(yīng)用于計算處理器。
本實施例顯示了在制作MOS型晶體管的工藝中減弱由于柵電極薄層的內(nèi)應(yīng)力而在柵極氧化膜內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力的效果，從而能夠改善氧化薄層和晶體管的電學(xué)可靠性。
實施例4在本文中參閱圖9和圖10闡述實施例4。圖9A到9E是說明用本發(fā)明的工藝形成快閃存儲器結(jié)構(gòu)的過程中硅襯底的橫截剖面變化的各個示意圖；而圖10是說明本實施例的工藝的流程圖。
根據(jù)圖10中的流程，首選參閱圖9A到9E闡述本實施例。本實施例的初始狀態(tài)是在硅襯底1上形成元件—隔離氧化膜4和遂道氧化膜8(圖9、圖10—402)。最好是用實施例1和實施例2中所述的方法形成上述的元件—隔離氧化膜4和隧道氧化膜8，雖然這是不受限制的。
在隧道氧化膜8上沉積用作浮動?xùn)烹姌O的薄層，用刻蝕法把該薄層加工成浮動?xùn)烹姌O9(圖9B)。構(gòu)成浮動?xùn)烹姌O9的材料可以是多晶硅、難熔金屬材料、難熔金屬的硅化物合金、鈦、鈷、鎳、鎢之類的材料中的任何一種材料或者是由上述的材料薄膜組成的疊層結(jié)構(gòu)。在形成浮動?xùn)烹姌O后如果愿意的話，為了減弱在實施例3中所述的電極—引起的應(yīng)力可以進行熱處理。
其后，在浮動?xùn)烹姌O9上形成由氧化硅薄膜、氮化硅薄膜或其疊層結(jié)構(gòu)組成的絕緣薄膜10。接著，如果愿意的話，為了減弱在形成這種絕緣膜時出現(xiàn)的應(yīng)力可以進行熱處理(圖10—405)，假若這種熱處理未心總是必需的。然后，在絕緣膜10上形成控制柵電極11(圖9D)。構(gòu)成控制柵電極的材料可以是多晶硅、難熔金屬材料、難熔金屬的硅化物合金、鈦、鈷、鎳、鎢之類材料中的任何一種材料或者是由這些材料的薄膜組成的疊層結(jié)構(gòu)。
在形成電極之后，以不低于800℃最好不低于950℃和不高于1410℃最好不高于1200℃的溫度進行至少5分鐘最好至少20分鐘的熱處得(圖10—407)。熱處理的氣氛最好是諸如氮、氫、氬之類惰性氣體或者是這些氣體的混合氣體，雖然氣氛可以含有約5％或小于5％最好是2％或小于2％的氧氣。用這種熱處理可以減弱由于形成控制柵電而在絕緣膜10中出現(xiàn)的應(yīng)力、在形成絕緣膜的工藝中出現(xiàn)的應(yīng)力和由于形成浮動?xùn)烹姌O在隧道氧化膜中出現(xiàn)的應(yīng)力。
接著，為了完成快閃存儲裝置(413)進行制作快閃存儲裝置所必需的步驟，例如摻入雜質(zhì)(408)、形成第一層布線12(409)、形成層間絕緣膜13(410)、形成第二層布線14(411)、形成絕緣膜15(412)等等。倘若晶體管制作的工序不限于由流程圖所表示的工序而布線層的數(shù)目不限于二層，圖9E就說明這種工序制作晶體管的橫截剖面結(jié)構(gòu)的實施例。進一步，構(gòu)成快閃存儲器的結(jié)構(gòu)不局限于本實例中的電極結(jié)構(gòu)。
本實施例具有能夠減弱在制作快閃存儲器結(jié)構(gòu)的工藝中由于控制電極或浮動?xùn)烹姌O中的內(nèi)應(yīng)力而在位于隧道氧化膜或者浮動?xùn)烹姌O和控制柵電極之間的絕緣薄膜中出現(xiàn)的應(yīng)力的效果，從而能夠氧化薄層、絕緣薄膜和快閃存儲器的電學(xué)的可靠性。
根據(jù)本發(fā)明，能夠除去在半導(dǎo)體器件的熱氧化膜—形成過中出現(xiàn)的氧化膜的損傷或者由于應(yīng)力集中在氧化膜或具有氧化薄膜和氮化硅薄膜的疊層結(jié)構(gòu)的絕緣膜上局部沉積的薄膜邊緣部分上而引起的氧化膜的損傷，因此本發(fā)明具有能夠改善氧化膜或絕緣薄層的結(jié)構(gòu)和可靠性的效果。進一步，本發(fā)明具有能夠改善諸如MOS型晶體管、快閃存儲器之類的半導(dǎo)體存儲器產(chǎn)品的可靠性的效果。
權(quán)利要求
1.一種制作半導(dǎo)體器件的工藝，包括在半導(dǎo)體襯底上形成熱氧化膜以及以不低于800℃的溫度在惰性氣氛下進行熱處理，同時使氧化膜和硅襯底的表面保持裸露狀態(tài)，繼之摻入雜質(zhì)、形成電極和布線、以及形成絕緣膜以便形成晶體管。
2.一種制作半導(dǎo)體器件的工藝，包括在完成選擇氧化以在硅襯底上形成具有局部增大厚度用作電絕緣和隔離半導(dǎo)體元件的氧化層之后，除去除氧化膜外的薄膜，以不低于950℃的溫度在惰性氣氛中進行熱處理，同時使氧化膜或硅襯底保持裸露狀態(tài)，繼之形成柵極氧化膜、摻入雜質(zhì)、形成電極和布線、形成絕緣膜以便形成晶體管。
3.一種制作半導(dǎo)體器件的工藝，包括為了電絕緣和隔離半導(dǎo)體元件在硅襯底上形成具有局部加大厚度的氧化膜，其后形成MOS型晶體管的柵極氧化膜并且緊接著在完成柵極氧化或形成柵電極之后，以不低于800℃的溫度在惰性氣氛中進行熱處理，接著摻入雜質(zhì)形成電極和布線、形成絕緣膜以便形成晶體管。
4.一種半導(dǎo)體器件，是這樣獲得的，形成熱氧化膜，接著以不低于800℃的溫度進行熱處理，同時使氧化膜或硅襯底的表面保持裸露狀態(tài)，繼之摻入雜質(zhì)、形成電極和布線、形成絕緣膜以便形成晶體管。
5.一種半導(dǎo)體器件，是這樣獲得的，完成在硅襯底表面上形成用作電絕緣和隔離半導(dǎo)體元件的具有局部加大厚度的氧化膜的選擇氧化，在這之后除去除氧化膜外的薄膜，以不低于950℃的溫度在使氧化膜或硅襯底保持裸露狀態(tài)的同時進行熱處理，繼之形成柵極氧化膜、摻入雜質(zhì)、形成是電極和布線、以及形成絕緣膜以構(gòu)成晶體管。
6.一種半導(dǎo)體器件，是這樣獲得的，在硅襯底表面上形成用作電絕緣和隔離半導(dǎo)體元件的具有局部加大厚度的氧化膜，在這之后形成MOS型晶體管的柵極氧化膜，并緊接著在完成柵極氧化或者在形成柵電極之后，以不低于800℃的溫度進行熱處理，繼之摻入雜質(zhì)、形成電極和布線、形成絕緣膜以構(gòu)成晶體管。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述要求的半導(dǎo)體器件，其中上述的半導(dǎo)體器件是從快閃存儲器、DRAM和SRAM中挑選出來的存儲器件或者是計算器件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造的半導(dǎo)體器件的工藝，其中上述的熱氧化至少是在氫氣和氧氣的混合氣體或者H2O的氣氛中進行。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其中上述的熱氧化膜是用至少在氫氣和氧氣的混合氣體中進行氧化而獲得。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作半導(dǎo)體器件的工藝，其中熱處理氣氛是一種從氮、氫、和氬氣中選擇出來的惰性氣體或者是這些氣體的混合氣體，上述的氣體或者混合氣體可含有5％或以下的氧氣。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其中被熱處理的熱氧化膜是用在從氮、氫和氬氣中選擇出來的一種惰性氣體或者這些氣體的混合氣體中進行熱處理而獲得的，上述的氣體或混合氣體可以含有5％或以下氧氣。
全文摘要
通過在襯底上形成氧化膜，以800℃或以上的溫度在惰性氣氛中熱處理氧化膜，接下來是形成晶體管的普通步驟，以此方法制作的半導(dǎo)體器件由于在氧化膜內(nèi)或在襯底表面中產(chǎn)生的應(yīng)力的減弱而在電學(xué)可靠性方而得到改善。
文檔編號H01L21/76GK1139294SQ96103918
公開日1997年1月1日 申請日期1996年3月7日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月8日
發(fā)明者三浦英生, 池田修二, 鈴木范夫, 萩原康秀, 太田裕之, 西村朝雄 申請人:株式會社日立制作所