[發(fā)明專利]ONO介質(zhì)層的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410374742.0
• 申請(qǐng)日: 2014-07-31
• 公開（公告）號(hào): CN104241111A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江潤(rùn)峰;戴樹剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/28
• 分類號(hào): H01L21/28;H01L21/285
• 代理公司: 上海申新律師事務(wù)所 31272
• 代理人: 吳俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制備領(lǐng)域，具體涉及一種ONO介質(zhì)層的制備方法。

背景技術(shù)

堆疊的ONO結(jié)構(gòu)在芯片制作過程中被廣泛應(yīng)用。在電可擦編程只讀存儲(chǔ)器(Electrically?Erasable?Programmable?Read-Only?Memory)中作為浮柵(Floating?Gate，F(xiàn)G)和控制柵(Control?Gate，CG)之間的夾層電介質(zhì)；亦可作為動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器(Dynamic?Random?Access?Memory)和金屬絕緣體(Metal?insulator?Metal，MIM)的電介質(zhì)。堆疊的ONO結(jié)構(gòu)具有較低的缺陷(Defect)，其中氮化硅層可以捕獲(Trap)電荷抑制漏電流(Leakage)。

堆疊的ONO結(jié)構(gòu)作為浮柵和控制柵之間的夾層電介質(zhì)時(shí)，需要嚴(yán)格控制ONO三層的厚度均勻度。當(dāng)整體厚度變厚或者變薄時(shí)，會(huì)影響浮柵和控制柵之間的電容(Capacitance)，從而影響數(shù)據(jù)的讀寫速度或數(shù)據(jù)保持能力(Data?Retention)。當(dāng)厚度均勻度差時(shí)，電場(chǎng)會(huì)集中在ONO厚度薄的地方，可能會(huì)產(chǎn)生介質(zhì)擊穿現(xiàn)象。

堆疊的柵極通常如圖1所示，在襯底1上依次形成隧穿氧化層2，浮柵3、ONO(Oxide-Nitride-Oxide)介質(zhì)層4和控制柵5。

目前，現(xiàn)有方法采用爐管低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)工藝來進(jìn)行ONO介質(zhì)層的制備，分為如下三步：1、底層氧化層的制備；2、中間氮化物的制備；3、頂部氧化層的制備。

爐管的低壓化學(xué)氣相沉積工藝設(shè)備簡(jiǎn)圖如圖2所示，反應(yīng)爐內(nèi)放置有晶舟盒12，晶舟盒12內(nèi)放置有硅片15；爐管腔體有內(nèi)外兩個(gè)石英管，包括內(nèi)石英管13和外石英管14；通入的反應(yīng)氣體通過底部的前驅(qū)管路16和特氣管路17通入至反應(yīng)爐內(nèi)，擴(kuò)散到晶舟上的硅片周圍(圖3所示)，在高溫下形成薄膜。多余氣體經(jīng)內(nèi)外石英管，由排氣管路11排除。

但是在ONO介質(zhì)層的制備過程中，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)一些問題：可參照?qǐng)D3a-圖3b所示，晶舟盒12內(nèi)的硅片15呈梯形分布，上下相鄰的兩硅片15的各個(gè)位置處的距離相等，導(dǎo)致硅片15上表面中心位置處的反應(yīng)氣體濃度小于邊緣位置處的氣體濃度，進(jìn)而造成硅片上表面邊緣位置處生長(zhǎng)的氧化膜厚度與硅片上表面中心位置處生長(zhǎng)的氧化膜厚度存在較大的差異性。

圖3c為現(xiàn)有技術(shù)中的反應(yīng)爐通入反應(yīng)氣體后的氣體流動(dòng)狀態(tài)示意圖，如圖可見，氣體在流動(dòng)過程中不容易流通至硅片15中心位置處，而在硅片邊緣則濃度較大，導(dǎo)致硅片中間薄膜厚度相對(duì)于硅片的邊緣的薄膜厚度較薄，堆疊式ONO夾層電介質(zhì)經(jīng)過三層LPCVD薄膜沉積后，會(huì)放大硅片上厚度差異，邊緣厚中間薄，如圖3d所示。同時(shí)，在傳統(tǒng)工藝的ONO制備工藝中，在制備中間的氮化物時(shí)，一般采用的技術(shù)方案是直接同時(shí)通入用以制備的氮化物的氣體(包括含氮?dú)怏w和含硅氣體)來進(jìn)行反應(yīng)生成氮化硅覆蓋在底部氧化物上，但是在反應(yīng)過程中，含氮?dú)怏w和含硅氣體在反應(yīng)爐內(nèi)的分布不均勻，而同時(shí)由于氣體在反應(yīng)爐內(nèi)的流通如圖3c所示，進(jìn)一步加劇了氣體分布不均的現(xiàn)象，因而導(dǎo)致硅片表面生成的氮化物厚度不均勻。厚度的不均勻性會(huì)影響電性的均勻性，使不同位置的讀寫速度和數(shù)據(jù)保持能力的存在差異。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種ONO介質(zhì)層制備方法，其中，包括如下步驟：將硅片放置在一反應(yīng)爐內(nèi)的晶舟盒內(nèi)，所述反應(yīng)爐設(shè)有前驅(qū)氣體管路、特氣管路和凈化氣體管路；

在所述硅片的上表面制備一層氧化物后，沉積一層氮化物覆蓋在于所述氧化層的上表面，之后再制備一層氧化物覆蓋在所述氮化物的上表面；

其中，制備所述氮化物的步驟為：

步驟S1、通過前驅(qū)氣體管路通入含硅氣體至反應(yīng)爐內(nèi)，并在通入含硅氣體的同時(shí)，關(guān)閉其他管路；

步驟S2、關(guān)閉前驅(qū)氣體管路，打開凈化氣體管路通入凈化氣體至反應(yīng)爐內(nèi)；

步驟S3、關(guān)閉凈化氣體管路，打開特氣管路通入含氮?dú)怏w至反應(yīng)爐內(nèi)，通入的含氮?dú)怏w與含硅氣體反應(yīng)生成氮化硅附著在硅片表面；

步驟S4、關(guān)閉特氣管路并再次打開凈化氣體管路輸送凈化氣體至反應(yīng)爐。

上述的方法，其中，在進(jìn)行所述氮化物的制備過程中，將步驟S1、步驟S2、步驟S3和步驟S4作為一個(gè)周期，進(jìn)行多個(gè)周期以制備所述氮化物。

上述的方法，其中，所述含硅氣體為DCS。

上述的方法，其中，所述含氮?dú)怏w為NH₃。

上述的方法，其中，所述凈化氣體為N₂。