專利名稱：組份漸變的介質(zhì)薄膜的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種組份漸變的介質(zhì)薄膜的 形成方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中的微芯片加工是一個平面加工的過程，這一過程包含
了在硅片表面生長不同薄膜層的步驟。隨著超大規(guī)模集成電路(ULSI, Ultra Large Scale Integration)的迅速發(fā)展，電路尺寸不斷縮小，沉積層數(shù)不斷增加， 對薄膜層的要求也越來越高。
薄膜層中常需要用到介質(zhì)薄膜層，其一般通過沉積工藝形成。在器件制 造過程中，可根據(jù)需要具體選擇應(yīng)用何種介質(zhì)薄膜。事實上，因不同介質(zhì)薄 膜具有不同的特點，往往需要輪流生長不同的介質(zhì)薄膜，形成多層介質(zhì)薄膜 結(jié)構(gòu)。例如，為同時實現(xiàn)與多晶硅柵極的接觸較為緊密和對多晶硅柵極的較 好保護(hù)，就常采用由熱膨脹系數(shù)與硅非常類似的氧化硅，以及具有較高的硬 度、材料較為致密的氮化硅組合而成的介質(zhì)薄膜結(jié)構(gòu)作為柵極側(cè)壁層，如氧 化硅/氮化硅(ON)多層介質(zhì)薄膜或氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)的多層介 質(zhì)薄膜。
圖l為現(xiàn)有的氧化硅/氮化硅/氧化硅介質(zhì)薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖?，F(xiàn)有的多層 介質(zhì)薄膜的形成方法是利用不同的設(shè)備分別輪流形成的。如圖l所示，先將欲 沉積的硅襯底101放入用于生長氧化硅材料的化學(xué)氣相沉積(CVD, Chemical Vapor Deposition )設(shè)備中，在硅片表面形成第一氧化硅薄層102。然后，將表 面覆蓋有氧化硅薄膜的硅片從CVD設(shè)備中取出，送入另 一 臺用于沉積氮化硅 材料的CVD設(shè)備中，沉積氮化硅薄膜層103,接著，再送入用于沉積氧化硅材 料的CVD設(shè)備中，沉積第二氧化硅薄膜層104,最后形成了氧化硅/氮化硅/氧 化硅的多層介質(zhì)層。
但是，采用該方法形成的多層介質(zhì)層存在兩個缺陷 一是在多層介質(zhì)層 的形成過程中，需要經(jīng)多個CVD設(shè)備分別生長，增加了晶片被玷污的可能性， 影響了產(chǎn)品的成品率。二是在各層間具有明顯的界面特性，在隨后進(jìn)行的刻 蝕中，因不同的材料在刻蝕速率方面的明顯差別，會導(dǎo)致刻蝕不易控制、刻
蝕圖形的邊緣形狀不好等一 系列問題。圖2為現(xiàn)有的氧化硅/氮化硅/氧化硅介 質(zhì)薄膜刻蝕后結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，由于不同材料刻蝕后邊緣的形狀不同， 導(dǎo)致整個圖形的邊緣201形狀極差，這對器件的性能不利。如果能一次沉積出 組份連續(xù)變化的膜結(jié)構(gòu)，則可以消除不同介質(zhì)材料間的界面影響，提高器件 性能。
申請?zhí)枮?2101551.1的中國專利公開了一種在氮化硅層上形成氮氧化硅 層的方法，該方法先將NH3和SiH2Cl2導(dǎo)入反應(yīng)室中，形成氮化硅層，再將N20 導(dǎo)入同一反應(yīng)室中，實現(xiàn)在氮化硅上的氮氧化硅層的沉積。采用該方法后， 晶片無需移出反應(yīng)室就可以實現(xiàn)氮化硅和氮氧化硅的沉積，可以提高產(chǎn)率， 并減少對氮氧化硅層的污染。但是使用該方法后仍不能形成組份漸變的多層 介質(zhì)層，對于多層介質(zhì)薄膜間的界面影響不能消除。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了 一種組份漸變的介質(zhì)薄膜的形成方法，通過調(diào)整反應(yīng)氣體 的流量大小，可在同一反應(yīng)室內(nèi)沉積形成組份漸變的多層介質(zhì)薄膜，消除了 多層介質(zhì)薄膜間的界面效應(yīng)，提高了薄膜質(zhì)量。
本發(fā)明提供了 一種組份漸變的介質(zhì)薄膜的形成方法，包括步驟
將晶片移入反應(yīng)室內(nèi)；
通入第一反應(yīng)氣體和第二反應(yīng)氣體，形成第一介質(zhì)層； 加入第三反應(yīng)氣體；
調(diào)整所述第二和第三反應(yīng)氣體的流量，形成組份漸變的過渡介質(zhì)層； 停止通入所述第一、第二和第三反應(yīng)氣體； 將所述晶片從所述反應(yīng)室中取出。
其中，所述反應(yīng)室為低壓化學(xué)氣相淀積反應(yīng)室，反應(yīng)溫度在300到700°C 之間。
其中，所述第一反應(yīng)氣體是硅烷或正硅酸乙酯，第二反應(yīng)氣體是氧氣或 臭氧，第三反應(yīng)氣體是氨氣或氮氣。且第一反應(yīng)氣體的流量在30sccm到 200sccm之間，第二反應(yīng)氣體的流量在50sccm到400sccm之間，第三反應(yīng)氣 體的流量在50sccm到300sccm之間。
其中，所述調(diào)整流量的速率在2到20sccm/min之間。
其中，所述第一介質(zhì)層是氧化硅層，所述過渡介質(zhì)層是氮氧化硅層。
此外，調(diào)整所述第一、第二或第三反應(yīng)氣體的流量，包括
減小所述第二反應(yīng)氣體的流量。
加大所迷第三反應(yīng)氣體。
此調(diào)整方法下產(chǎn)生的所述過渡介質(zhì)層是由氧化硅向氮化硅轉(zhuǎn)變的。
該調(diào)整結(jié)束后，還可以再包括
減小所述第三反應(yīng)氣體；
加大所述第二反應(yīng)氣體的流量。
包括此調(diào)整步驟的所述過渡介質(zhì)層是先由氧化硅向氮化硅轉(zhuǎn)化，再由氮 化硅向氧化硅轉(zhuǎn)化。
利用該組份漸變的介質(zhì)薄膜的形成方法在具有多個柵極的襯底上形成介 質(zhì)薄膜層，并在取出所述襯底后，對所述襯底上的介質(zhì)薄膜層進(jìn)行刻蝕，在 所述柵極側(cè)壁上形成由所述組份漸變的介質(zhì)薄膜組成的側(cè)壁層。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
本發(fā)明的組份漸變的介質(zhì)薄膜的形成方法，利用化學(xué)氣相沉積設(shè)備，通 過調(diào)整各反應(yīng)氣體的流量大小，實現(xiàn)在同 一反應(yīng)室內(nèi)連續(xù)沉積形成漸變介質(zhì) 薄膜。在發(fā)揮了各材料優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，消除了多層介質(zhì)薄膜間的界面效應(yīng)， 改善了薄膜質(zhì)量，提高了器件性能。


圖1為現(xiàn)有的氧化硅/氮化硅/氧化硅介質(zhì)薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為現(xiàn)有的氧化硅/氮化硅/氧化硅介質(zhì)薄膜刻蝕后結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為利用本發(fā)明方法形成漸變介質(zhì)薄膜的流程圖； 圖4為利用本發(fā)明方法形成漸變介質(zhì)薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為利用本發(fā)明方法形成的漸變介質(zhì)薄膜刻蝕后結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6為利用本發(fā)明方法形成漸變介質(zhì)薄膜的流程圖； 圖7A和7B為利用本發(fā)明方法形成柵極側(cè)壁層的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖
對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細(xì)的說明。
本發(fā)明的組份漸變的介質(zhì)薄膜的形成方法，通過分別調(diào)整化學(xué)氣相沉積 中的各反應(yīng)氣體，可實現(xiàn)在同 一反應(yīng)室內(nèi)沉積形成漸變介質(zhì)薄膜。 本發(fā)明的第一具體實施例是一次性完成氧化硅/氮氧化硅/氮化硅漸變薄
膜層的沉積。圖3為利用本發(fā)明方法形成漸變介質(zhì)薄膜的流程圖，圖4為利 用本發(fā)明方法形成漸變介質(zhì)薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)合圖3和圖4對本發(fā)明的 第 一具體實施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
首先將欲沉積的襯底放入低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD， Low Pressure Chemical Vapor Deposition)設(shè)備中(S301),通入第一反應(yīng)氣體SiH4和第二 反應(yīng)氣體02 (S302)，通過化學(xué)反應(yīng)SiH4+02 —Si02 + 2H2，如圖4所示，在 襯底表面形成第一介質(zhì)層--氧化硅薄膜401。其中，沉積溫度在300到700°C 之間，如為400°C;第一反應(yīng)氣體的流量在30sccm到200sccm之間，如為 100sccm;第二反應(yīng)氣體的流量在50sccm到400sccm之間，如為200sccm。
然后，逐漸減小第二反應(yīng)氣體流量，增大第三反應(yīng)氣體的流量(S303 )。 本實施例中的第三種氣體為氨氣，流量由Osccm逐漸增大，其流量在50sccm到 300sccm之間；同時，第二反應(yīng)氣體02逐漸減小，對應(yīng)的，所形成的薄膜中氮 含量逐漸增大，氧含量逐漸減少，形成了組份漸變的氮氧化硅過渡薄膜層402。 其中，第二、第三反應(yīng)氣體的變化速率根據(jù)所要形成的過渡薄膜層的組份漸 變要求決定，如要求組份以線性變化，則對應(yīng)的氣體流量也以線性增大或減 小；要求組份以拋物線模式變化，則對應(yīng)的氣體流量也以拋物線規(guī)律增大或 減小。本實施例中的組份變化是線性的，故而對應(yīng)的氣體流量也是以線性增 大或減小的，如O2流量以每分鐘2到20sccm的速率下調(diào)，如5sccm/分鐘，而冊3 流量以每分鐘2到20sccm的速率增加，如5sccm/分鐘，形成了氧和氮含量線性 變化的組份漸變的薄膜結(jié)構(gòu)。
當(dāng)?shù)诙磻?yīng)氣體減小到一定程度時，停止通入第二反應(yīng)氣體(S304)，由 硅烷和氨氣一起生成第二介質(zhì)層--氮化硅層403。
生成的薄膜層滿足要求后，停止通入第一和第三反應(yīng)氣體(S305 ),并將 襯底由反應(yīng)室中取出(S306)。
本實施例中生成的組份漸變的介質(zhì)薄膜，層與層間沒有明顯的界面，在 隨后進(jìn)行的刻蝕中，可以得到較好的刻蝕側(cè)壁形狀。圖5為利用本發(fā)明方法 形成的漸變多層介質(zhì)薄膜刻蝕后結(jié)構(gòu)示意圖，如圖5所示，對于組份連續(xù)變 化的薄膜結(jié)構(gòu)，刻蝕時比較容易控制，且在刻蝕后形成的側(cè)壁形狀501較為 規(guī)則，對提高器件的性能有利。
本發(fā)明的第二具體實施例是利用本發(fā)明形成氧化硅/氮氧化硅/氮化硅多
層漸變的柵極側(cè)壁層。圖6為利用本發(fā)明方法形成漸變介質(zhì)薄膜的流程圖， 圖7A和7B為利用本發(fā)明方法形成柵極側(cè)壁層的結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)合圖6、圖 7A和7B對本發(fā)明的第二具體實施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖7A為采用本發(fā)明方法沉積柵極側(cè)壁層的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖7A所示， 首先，將已具有柵極702的襯底701移入LPCVD反應(yīng)室內(nèi)(S601),通入一種 硅烷類的第一反應(yīng)氣體，和第二反應(yīng)氣體O2(S602),通過化學(xué)反應(yīng)Si(C2 H50)4+1202 —Si02 + 10H2O+8CO2，在襯底表面形成第一介質(zhì)層--氧化硅薄 膜703。采用該方法形成的Si02薄膜層具有較小的應(yīng)力和較好的覆蓋填充能 力，不僅能與硅片接觸緊密，還改善了臺階覆蓋輪廓。其中，沉積溫度在300 到700°C之間，如為500°C;第一反應(yīng)氣體的流量在30sccm到200sccm之間， 如為100sccm;第二反應(yīng)氣體的流量在50sccm到400sccm之間，如為200sccm, 生長的氧化硅厚度在20到150A之間，如為IOOA。
然后，逐漸減小第二反應(yīng)氣體流量，增大第三反應(yīng)氣體的流量(S603 )。 本實施例中的第三種氣體為氨氣，其流量由Osccm逐漸增大的同時，第二反 應(yīng)氣體02由200sccm逐漸減小，對應(yīng)的，所形成的薄膜中氮含量逐漸增大， 氧含量逐漸減少，形成了組份漸變的氮氧化硅第一過渡薄膜層704。當(dāng)02的 流量減小到Osccm時，相當(dāng)于停止通入第二反應(yīng)氣體(S604)，僅由正硅酸乙 酯和氨氣一起生成第二介質(zhì)層--氮化硅層，如果需要的話，可以維持這一 狀態(tài)一段時間，以形成一定厚度的純氮化硅薄膜層705。
對于傳統(tǒng)的ON結(jié)構(gòu)的側(cè)壁層，其氧化硅的厚度在100到250 A之間， 氮化硅的厚度在200到900 A之間；因側(cè)壁層的厚度決定了器件的柵極到源/ 漏極間的距離，不能輕易改變，故而若用本發(fā)明的組份漸變的柵極側(cè)壁層代 替該ON側(cè)壁結(jié)構(gòu)，需維持側(cè)壁層總厚度不變。本實施例中，要求控制形成 的氧化硅第一介質(zhì)層和氮氧化硅第一過渡薄膜層的總厚度在300到900 A之 間，如為800A時停止沉積。本實施例中形成的第一過渡薄膜層的組份變化是 線性的，故而對應(yīng)的氣體流量也是以線性增大或減小的，如02流量以每分鐘 5sccm的速率下調(diào)，而NH3流量以每分鐘5sccm的速率增加，形成了氧和氮 含量線性變化的組份漸變的薄膜結(jié)構(gòu)。本步后，即可完成側(cè)壁層的沉積，停 止所有氣體的通入，并取出襯底片。
而對于ONO結(jié)構(gòu)的側(cè)壁層，其內(nèi)側(cè)的氧化硅的厚度在100到250 A之間， 中間的氮化硅的厚度在200到350 A之間，外側(cè)的氧化珪的厚度在200到450 A之間，總厚度同樣需在500到900A之間；若要形成相當(dāng)于現(xiàn)有的ONO側(cè) 壁層結(jié)構(gòu)的組份漸變的側(cè)壁層，同時維持側(cè)壁層總厚度不變，則本步中，控 制形成的氧化硅第一介質(zhì)層和氮氧化硅第一過渡薄膜層的總厚度在200到300 A之間，如為250A時停止通入第二反應(yīng)氣體氨氣，完成氮氧化硅第一過渡層 的沉積。
接著，對于類似ONO結(jié)構(gòu)的組份漸變側(cè)壁層，還需要再減小所述第三反 應(yīng)氣體的流量，重新加入第二反應(yīng)氣體(S605 ),在所述第二介質(zhì)層705上形 成氮氧化硅的第二過渡介質(zhì)層706。這一過程中，02流量以每分鐘2到20sccm 的速率增大，而NH3流量以每分鐘2到20sccm的速率減小，則該薄膜中氮含 量逐漸減小，氧含量逐漸增大。為保持側(cè)壁層總厚度不變，該第二過渡薄膜 層厚度也可以在200到300 A之間，如為250A。
再接著，停止通入第三反應(yīng)氣體(S606 )，僅通入第一和第二反應(yīng)氣體， 則在氮氧化硅第二過渡介質(zhì)層706上形成第三介質(zhì)層氧化硅707;
最后，將襯底從LPCVD反應(yīng)室中取出(S607 )，完成組份漸變的介質(zhì)層的 沉積，所沉積的總厚度要維持在500到900 A之間。
沉積側(cè)壁層后，對其進(jìn)行干法刻蝕，形成僅在柵極側(cè)壁上保留的柵極側(cè) 壁層(S608 )。
圖7B為釆用本發(fā)明方法沉積柵極側(cè)壁層并刻蝕后的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖 7B所示，本發(fā)明方法形成的側(cè)壁層具有組份漸變的特性，不僅保持了原有ON 或ONO結(jié)構(gòu)側(cè)壁層的優(yōu)點，而且在隨后進(jìn)行刻蝕以形成側(cè)壁層時，在整個刻 蝕過程中刻蝕速率不會發(fā)生大的突變， 一方面更有利于刻蝕速率的控制，另 一方面其刻蝕的剖面形狀710也會更好，對柵極702到源/漏極間(720和730 ) 的距離控制更為可靠，有利于器件性能及可靠性的提高。
本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何 本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和 修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、 一種組份漸變的介質(zhì)薄膜的形成方法，其特征在于，包括步驟 將晶片移入反應(yīng)室內(nèi)；通入第一反應(yīng)氣體和第二反應(yīng)氣體，形成第一介質(zhì)層； 加入第三反應(yīng)氣體；調(diào)整所述第二和第三反應(yīng)氣體的流量，形成組^除漸變的過渡介質(zhì)層； 停止通入所述第一、第二和第三反應(yīng)氣體； 將所述晶片從所述反應(yīng)室中取出。
2、 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于所述反應(yīng)室為低壓化學(xué) 氣相淀積反應(yīng)室。
3、 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于所述反應(yīng)溫度在300到 700。C之間。
4、 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于所述第一反應(yīng)氣體是硅 烷或正硅酸乙酯。
5、 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于所述第二反應(yīng)氣體是氧 氣或臭氧。
6、 如權(quán)利要求l所述的形成方法，其特征在于所述第三反應(yīng)氣體是氨 氣或氮氣。
7、 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于所述第一反應(yīng)氣體的流 量在30sccm到200sccm之間。
8、 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于所述第二反應(yīng)氣體的流 量在50sccm到400sccm之間。
9、 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于所述第三反應(yīng)氣體的流 量在50sccm到300sccm之間。
10、 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于所述調(diào)整流量的速率 在2到20sccm/min之間。
11、 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于所述第一介質(zhì)層是氧 化硅層，所述過渡介質(zhì)層是氮氧化硅層。
12、 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于調(diào)整所述第一、第二 或第三反應(yīng)氣體的流量，包括減小所述第二反應(yīng)氣體的流量。加大所述第三反應(yīng)氣體。
13、 如權(quán)利要求12所述的形成方法，其特征在于加大所述第三反應(yīng)氣 體后，還包括；減小所述第三反應(yīng)氣體；加大所述第二反應(yīng)氣體的流量。
14、 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于所述晶片是具有多個 柵極的村底。
15、 如權(quán)利要求14所述的形成方法，其特征在于取出所述襯底后，對 所述襯底進(jìn)行刻蝕，在所述柵極側(cè)壁上形成由所述組份漸變的介質(zhì)薄膜組成 的側(cè)壁層。
全文摘要
公開了一種組份漸變的介質(zhì)薄膜的形成方法，包括步驟將晶片移入反應(yīng)室內(nèi)；通入第一反應(yīng)氣體和第二反應(yīng)氣體，形成第一介質(zhì)層；加入第三反應(yīng)氣體；調(diào)整所述第二和第三反應(yīng)氣體的流量，形成組份漸變的過渡介質(zhì)層；停止通入所述第一、第二和第三反應(yīng)氣體；將所述晶片從所述反應(yīng)室中取出。本發(fā)明通過調(diào)整各反應(yīng)氣體的流量大小，在同一反應(yīng)室內(nèi)沉積形成組份漸變的介質(zhì)薄膜，提高了薄膜質(zhì)量和器件性能。
文檔編號H01L21/02GK101122014SQ200610030020
公開日2008年2月13日 申請日期2006年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月11日
發(fā)明者何學(xué)緬, 何德飚, 宋偉基, 旋 朱, 剛 毛 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司