[发明专利]栅氧化层的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种栅氧化层的制造方法。

背景技术

栅氧化层的制造工艺是半导体制造工艺中的关键技术，直接影响和决定了器件的电学特性和可靠性。

传统的栅氧化层的制作工艺是采用热氧化法，在高温环境下，将半导体衬底暴露在含氧环境中，在所述半导体衬底的表面上形成栅氧化层，所述工艺在炉管中实现。但是，如果需要在刻蚀后的沟槽中生长栅氧化层，例如沟槽功率器件，需要在高温环境下，将含有沟槽的半导体衬底暴露在含氧环境中，同时通入氮气，保证炉管有稳定的气流和温度分布，从而在沟槽的侧壁和底部上形成栅氧化层。

传统的栅氧化层的制造方法主要包含两个阶段：（1）升温阶段，将含有沟槽的半导体衬底放入炉管中，通入氮气，升高炉管的温度；（2）氧化阶段：通入氧气，在沟槽的侧壁和底部生成栅氧化层，此阶段持续的通入氮气；然后，降低炉管的温度，将半导体衬底退出炉管。

由于半导体衬底具有<100>晶格的晶面上的硅原子密度是最低的，氧化速度也最慢，在这种衬底上刻蚀出沟槽后，侧壁的原子密度会大于衬底表面和沟槽底部，为了保证栅氧化层的击穿电压达标，需要使用较高的温度进行氧化，而炉管的升温较慢，在升温的过程中，为了防止硅片氮化，必须通入比较少量的氧气；当氧气被通入时，由于沟槽侧壁的硅原子密度比底部大，侧壁的氧化速度高于底部的氧化速度，因此少量的氧气几乎都被消耗在侧壁上，底部的氧化速度会非常慢，最终导致沟槽侧壁的栅氧化层的厚度大于沟槽底部的栅氧化层的厚度，从而影响栅氧化层的均匀性。

在一个深宽比大于2:1的沟槽中进行栅氧化层的生长，采用传统的栅氧化层的制造方法生成的栅氧化层，沟槽侧壁厚度与底部厚度的差异要高于49%。

然而，随着半导体制造技术的飞速发展，为了达到更快的运算速度、更大的数据存储量以及更多的功能，半导体芯片朝向更高的器件密度、高集成度方向发展，因此，半导体器件的尺寸也随之减小。其中，半导体器件尺寸在减小的过程中，其包含的栅氧化层的厚度也在不断减薄，因此，对于栅氧化层厚度的均匀性的要求越来越严格。沟槽中形成的栅氧化层，侧壁和底部相差较大会对半导体器件的开启电压和工作电压造成影响，进而影响器件的可靠性。

因此，如何减小沟槽中侧壁和底部的栅氧化层的厚度差异，成为当前亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种栅氧化层的制造方法，以解决现有技术中形成栅氧化层时，沟槽侧壁和底部的厚度差异较大的问题。

本发明提供的栅氧化层的制造方法，包括：

提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有沟槽；

将所述半导体衬底放入炉管内，通入氧气，在所述沟槽的侧壁及底部形成第一栅氧化层；

向炉管中通入氮气，并升高炉管的温度；

向炉管中通入氧气与催化气体，在第一栅氧化层上形成第二栅氧化层。

进一步的，所述第一栅氧化层的厚度为

进一步的，形成第一栅氧化层的炉管温度为800℃～850℃。

进一步的，形成第一栅氧化层的氧气的流量大于等于10升每分钟。

进一步的，向炉管中通入氮气的步骤中，所述炉管的最终温度为1000℃～1100℃。

进一步的，所述催化气体为含氯气体。

进一步的，所述含氯气体为氯化氢和/或C₂H₄Cl₂。

进一步的，所述含氯气体的流量为0.2升每分钟～0.8升每分钟。

进一步的，形成第二栅氧化层的氧气的流量大于等于10升每分钟。

进一步的，所述第一栅氧化层与第二栅氧化层的厚度之和大于

进一步的，所述沟槽侧壁的厚度与沟槽底部的厚度的差异小于30%。

进一步的，所述沟槽的深宽比大于2:1。

进一步的，刻蚀所述半导体衬底形成沟槽，被刻蚀的一面为<100>晶格。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：