專利名稱：氮化硅膜的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種氮化硅膜的形成方法。
背景技術(shù)：
氮化硅(Si3N4)薄膜具有對可動離子(Na+)阻擋能力強、結(jié)構(gòu)致密、針孔密度小、呈疏水性、化學(xué)穩(wěn)定性好、介電常數(shù)大等優(yōu)良特性，是一種在半導(dǎo)體、微電子學(xué)和MEMS領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的薄膜材料，大量應(yīng)用于鈍化、隔離、電容介質(zhì)、結(jié)構(gòu)材料等。例如，氮化硅(Si3N4)薄膜因為其具有高介電常數(shù)而被作為介電材料廣泛應(yīng)用在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，如制造閃存的工藝里需要一層ONO層作為浮置閘(Floating Gate)機控制閘(Control Gate)之間的介電材料。ONO中的“0”代表Si02薄膜，ONO中的“N”則代表Si3N4薄膜另外，由于Si3N4薄膜的高硬度，高可靠性，優(yōu)良的抗腐蝕能力和高溫穩(wěn)定性以及高溫抗氧化性，Si3N4薄膜在材料表面改性的技術(shù)領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。例如，氮化硅薄膜不易被氧分子滲透，利用這一優(yōu)點，把它作為罩幕層(Masking Layer)，可以在場氧化層制作時，防止晶片表面的有源區(qū)域(Active Area)受氧化，從而起到保護該有源區(qū)域的作用。Si3N4薄膜的制備可以用物理氣相淀積(PVD)法、離子束增強淀積(IBED)法和化學(xué)氣相淀積(CVD)法。由于CVD法具有成膜速率快、臺階覆蓋性能好、薄膜純度高、殘余應(yīng)力小、附著力大、致密性好等特點，因此CVD法成為Si3N4薄膜的主要制備方法，CVD法中以常壓化學(xué)氣相淀積(APCVD)、低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)、等離子增強化學(xué)氣相淀積(PECVD)及光化學(xué)氣相淀積(PCVD)為主要淀積方法。目前在業(yè)界大都以低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)方法生產(chǎn)Si3N4薄膜，用二氯二氫硅(DCS)和氨氣(NH3)之間的反應(yīng)生產(chǎn)該薄膜，它的化學(xué)反應(yīng)式具體如下3SiH2Cl2+7NH3 — Si3N4+3NH4Cl+3HCl+6H2 ;或3SiH2Cl2+4NH3 — Si3N4+6HCl+6H2但是，目前在使用LPCVD方法生產(chǎn)氮化硅的過程中，通常會通入固定流量的DCS和NH3，而且為了提高氮化硅膜的沉積速率，往往會使通入的DCS氣體過量或飽和(如圖I所示)，當DCS氣體從管路內(nèi)送到反應(yīng)腔(爐管)與NH3充分反應(yīng)后，殘留的DCS氣體會導(dǎo)致顆粒(particle)狀物質(zhì)粘附在晶圓表面,影響生成的氮化娃薄膜的質(zhì)量。而在亞微米的生產(chǎn)制造技術(shù)中，氮化硅工藝的顆粒狀物質(zhì)已經(jīng)成為產(chǎn)品良率的主要影響因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種氮化硅膜的形成方法，以避免殘留DCS氣體形成的顆粒狀物質(zhì)粘附在晶圓表面而影響生成的氮化硅薄膜質(zhì)量的問題，提高產(chǎn)品的良率。為解決上述問題，本發(fā)明提出一種氮化硅膜的形成方法，采用DCS氣體與NH3反應(yīng)生成氮化硅膜，并控制所述DCS氣體按一預(yù)定義時間間隔來通入和中斷。進一步的，所述預(yù)定義時間間隔使得所述DCS氣體的通入和中斷時間比為0. 5 5。進一步的，所述預(yù)定義時間間隔為所述DCS氣體的中斷時間，長度為I分鐘 20分鐘。進一步的，所述DCS氣體在通入狀態(tài)中的流量為30sccm lOOOsccm。進一步的，所述NH3的流量為恒定值，范圍為20sccm lOslm。進一步的，采用LPCVD方法使DCS氣體與NH3反應(yīng)生成氮化硅膜。進一步的，所述LPCVD方法的沉積溫度為600°C 800°C。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的氮化硅膜的形成方法，采用DCS氣體與NH3反應(yīng)生成氮化硅膜，按一預(yù)定義時間間隔控制所述DCS氣體的通入和中斷，即DCS氣體呈現(xiàn)一種通斷相互交替進行的形式，這種形式可以使得DCS氣體充分與NH3反應(yīng)，同時使得NH3在DCS氣體中斷時間內(nèi)可以將殘留的DCS氣體清理掉，防止了殘留DCS氣體形成顆粒狀物質(zhì)堆積，提聞了氣化娃I旲的質(zhì)量和廣品的良率。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)的一種氮化硅膜的形成工藝中通入DCS氣體的示意圖；圖2是本發(fā)明具體實施例的ONO器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明具體實施例的氮化硅膜形成方法中通入DCS氣體的示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提出的氮化硅膜的形成方法作進一步詳細說明。如圖2所示，以一種ONO器件結(jié)構(gòu)為例來說明本發(fā)明提出的氮化硅膜的形成方法，所述ONO器件結(jié)構(gòu)包括襯底200、第一氧化硅膜(0)201、氮化硅膜(N) 202、第二氧化硅膜(0)203。所述ONO器件結(jié)構(gòu)的形成過程包括提供襯底200;然后，采用二氧化硅等材料在襯底200上沉積第一氧化硅膜(0)201 ;接著，在所述第一氧化硅膜(0)201沉積氮化硅膜(N) 202 ;最后，再次采用二氧化硅等材料在氮化硅膜(N) 202沉積第二氧化硅膜(0)203。本實施例中，在所述第一氧化硅膜(0)201沉積氮化硅膜(N)202工藝中，利用LPCVD方法在中等真空程度下的反應(yīng)腔體內(nèi)通入反應(yīng)氣體DCS和NH3來生成氮化硅，反應(yīng)溫度一般為600°C 800°C，例如是630°C、650°C、78(rC等，應(yīng)方程式3SiH2Cl2+4NH3 — Si3N4+6HCl+6H2。整個沉積過程中，NH3氣體流量為恒定值，范圍為30 IOslm,例如是30sccm,45sccm等；對于DSC氣體而言,其氣體流量并不是恒定值，而是按照一預(yù)定義時間間隔進行通入和中斷，呈現(xiàn)一種通斷相互交替進行的形式，也可是稱為“PUSLE”形式，例如，所述DCS氣體的通入和中斷時間比為0. 5 5 ;或者所述DCS氣體通入后再中斷I分鐘 20分鐘。進一步的,所述DCS氣體在通入狀態(tài)中的流量為30sccm lOOOsccm。
如圖3所示，本實施例中，NH3氣體的流量為30SCCm，DCS氣體在通入狀態(tài)中的流量為30sCCm，通入時間為I分鐘，中斷為I分鐘，即通入與中斷的時間比為I : I。經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，按照本發(fā)明所提供的DCS氣體的“PUSLE”形式來沉積氮化硅膜時，可以使得DCS氣體充分與NH3反應(yīng)，同時使得NH3在DCS氣體中斷時間內(nèi)可以清理掉(purgeout)殘留的DCS氣體,防止了顆粒狀物質(zhì)(particle)堆積,提高了氮化娃膜的質(zhì)量和產(chǎn)品的良率。需要說明的是，LPCVD制 備氮化硅(Si3N4)膜具有生長速度快，成膜致密、均勻，裝片容量大等特點。Si3N4膜是惰性介質(zhì)，介質(zhì)特性優(yōu)于二氧化硅膜，抗鈉能力強，熱穩(wěn)定性好，能明顯提高器件的可靠性和穩(wěn)定性。實驗表明，采用上述LPCVD法制備Si3N4膜202時，影響片間均勻性及片內(nèi)均勻性的主要因素是反應(yīng)室內(nèi)各部位淀積溫度的綜合作用和氣源流量的穩(wěn)定性。因此應(yīng)盡可能地保持反應(yīng)室里氣體濃度的穩(wěn)定，調(diào)整反應(yīng)室(或反應(yīng)爐)前端、主控端及后端到恰當溫度，并使硅片間距均勻以至生產(chǎn)出高質(zhì)量、高性能的薄膜，在其應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮更全面更優(yōu)越的作用。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種氮化硅膜的形成方法，其特征在于，采用DCS氣體與NH3反應(yīng)生成氮化硅膜，并控制所述DCS氣體按一預(yù)定義時間間隔來通入和中斷。
2.如權(quán)利要求I所述的氮化硅膜的形成方法，其特征在于，所述預(yù)定義時間間隔使得所述DCS氣體的通入和中斷時間比為0. 5 5。
3.如權(quán)利要求I所述的氮化硅膜的形成方法，其特征在于，所述預(yù)定義時間間隔為所述DCS氣體的中斷時間，長度為I分鐘 20分鐘。
4.如權(quán)利要求I至3中任一項所述的氮化硅膜的形成方法，其特征在于，所述DCS氣體在通入狀態(tài)中的流量為30sccm lOOOsccm。
5.如權(quán)利要求I所述的氮化硅膜的形成方法，其特征在于，所述NH3的流量為恒定值，范圍為20sccm lOslm。
6.如權(quán)利要求I所述的氮化硅膜的形成方法，其特征在于，采用LPCVD方法使DCS氣體與NH3反應(yīng)生成氮化硅膜。
7.如權(quán)利要求6所述的氮化硅膜的形成方法，其特征在于，所述LPCVD方法的沉積溫度為 600。。 800。。。
全文摘要
本發(fā)明提供一種氮化硅膜的形成方法，采用DCS氣體與NH3反應(yīng)生成氮化硅膜，按一預(yù)定義時間間隔控制所述DCS氣體的通入和中斷，即DCS氣體呈現(xiàn)一種通斷相互交替進行的形式，這種形式可以使得DCS氣體充分與NH3反應(yīng)，同時使得NH3在DCS氣體中斷時間內(nèi)可以將殘留的DCS氣體清理掉，防止了殘留DCS氣體形成顆粒狀物質(zhì)堆積，提高了氮化硅膜的質(zhì)量和產(chǎn)品的良率。
文檔編號C23C16/34GK102618842SQ20121009370
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者許忠義 申請人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司