Ono結構的柵極側牆的製作方法
2023-10-19 18:37:32 2
Ono結構的柵極側牆的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種ONO結構的柵極側牆的製作方法，包括：採用爐管原子層沉積工藝，在柵極兩側和頂部形成第一二氧化矽層；採用爐管原子層沉積工藝，在所述第一二氧化矽層上形成氮化矽層；採用爐管原子層沉積工藝，在所述氮化矽層上形成第二二氧化矽層，所述第二氧化矽層、氮化矽層、和第一氧化矽層形成ONO結構的柵極側牆。本發明提高了ONO結構的柵極側牆的均勻性和臺階覆蓋率，提高了最終形成的半導體器件的性能。
【專利說明】ONO結構的柵極側牆的製作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體工藝領域，特別涉及ONO結構的柵極側牆的製作方法。
【背景技術】
[0002]在半導體工藝的製作過程中，柵極側牆結構對保護柵極和減小器件的短溝道效應有重要的作用。ONO (第一二氧化矽層-氮化矽層-第二氧化矽層)結構是現有的理想的柵極側牆結構，請參考圖1所示的現有技術的ONO結構的柵極側牆結構示意圖。半導體襯底10上的柵極11上依次覆蓋有第一氧化矽層12、氮化矽層13和第二氮化矽層14，其中，氮化矽層13具有較高的密度和強度，可以有效阻止水氣和鈉離子的擴散，是一種理想的柵極側牆間隔保護材料。第一氧化矽層12 (Oxide)既可以作為氮化矽層13刻蝕時候的終止層(Stop Layer)，又可作為氮化矽層13與半導體襯底10和柵極11之間的緩衝層，減小氮化矽層13對半導體襯底10和柵極11的應力。所述第一氧化矽層12和第二氧化矽層14通常利用傳統的爐管TEOS (正矽酸乙酯)工藝或者高溫熱氧化(HTO)工藝製作，而氮化矽層13通常利用採用爐管的DCS-NH3工藝製作。
[0003]隨著器件線寬的減小(55nm及以下)、集成度的提高，採用傳統爐管TEOS (正矽酸乙酯)工藝或者高溫熱氧化(HTO)以及爐管DCS-NH3工藝製作ONO結構的柵極側牆時，形成的柵極側牆在半導體襯底內的厚度均勻性以及半導體襯底之間的厚度均勻性有差異，並且在柵極上的臺階覆蓋率不理想，這影響了最終製作的半導體器件的性能。
【發明內容】
[0004]本發明解決的問題是提供了一種ONO結構的柵極側牆的製作方法，提高了 ONO結構的柵極側牆的均勻性和臺階覆蓋率，提高了最終形成的半導體器件的性能。
[0005]為解決上述問題，本發明提供一種ONO結構的柵極側牆的製作方法，包括:
[0006]採用爐管原子層沉積工藝，在柵極兩側和頂部形成第一二氧化矽層；
[0007]採用爐管原子層沉積工藝，在所述第一二氧化矽層上形成氮化矽層；
[0008]採用爐管原子層沉積工藝，在所述氮化矽層上形成第二二氧化矽層，所述第二氧化娃層、氮化娃層、和第一氧化娃層形成ONO結構的柵極側牆。
[0009]可選地，採用所述爐管原子層沉積工藝形成所述第一氧化矽層、第二氧化矽層的溫度範圍為350-550攝氏度。
[0010]可選地，所述第一氧化矽層或第二氧化矽層的爐管原子層沉積工藝包括若干製作周期，每一製作周期包括步驟:步驟1、通入前驅體特氣；步驟2、通入淨化氣體吹洗；步驟
3、通入特氣；步驟4、通入淨化氣體吹洗。
[0011]可選地，形成所述第一氧化矽層或第二氧化矽層時，所述前驅體特氣包括:Si[N(CH3)]3H，所述淨化氣體包括:N2，所述特氣包括:03。
[0012]可選地，通過調整所述製作周期的數目，來調整形成的第一氧化矽層和第二氧化矽層的厚度，通過調整製作周期內的每個步驟的時間，來調整形成的第一氧化矽層、第二氧化矽層的厚度均勻性。
[0013]可選地，形成所述氮化矽層的爐管原子層沉積工藝溫度範圍為400-600攝氏度。
[0014]可選地，所述爐管原子層沉積工藝包括若干製作周期，每一製作周期包括步驟:步驟1、通入前驅體特氣；步驟2、通入淨化氣體吹洗；步驟3、通入特氣；步驟4、通入淨化氣體吹洗。
[0015]可選地，所述前驅體特氣包括:DCS，所述淨化氣體包括:N2，所述特氣包括:NH3。
[0016]可選地，所述前驅體特氣、淨化氣體、特氣利用多孔石英管通入。
[0017]可選地，在通入所述NH3氣體時，利用原位射頻電極對NH3進行激活。
[0018]可選地，通過調整所述製作周期的數目，來調整形成的氮化矽層的厚度，通過調整製作周期內的每個步驟的時間，來調整形成的氮化矽層的厚度均勻性。
[0019]與現有技術相比，本發明的優點在於:
[0020]本發明利用爐管原子層沉積工藝形成第一氧化矽層、氮化矽層和第二氧化矽層，與現有技術採用爐管TEOS工藝或爐管高溫熱氧化工藝形成第一氧化矽層，爐管低壓DCS-SiH4工藝製備氮化矽層、爐管TEOS工藝製作第二氧化矽層相比，本發明能夠精確控制第一氧化矽層、氮化矽層和第二氧化矽層能夠在實現接近氮原子厚度的薄膜沉積，能夠精確控制第一氧化矽層、氮化矽層和第二氧化矽層的厚度，並且具有較高的臺階覆蓋率，獲得更好的片內均勻性和片間均勻性，從而改善最終形成的ONO結構的形貌、均勻性和重複性；
[0021]進一步優化地，所述第一氧化矽層、第二氧化矽層的爐管沉積工藝的溫度範圍為350-550攝氏度；形成所述氮化矽層的爐管原子層沉積工藝溫度範圍為400-600攝氏度，與採用爐管TEOS工藝或爐管高溫熱氧化工藝形成第一氧化矽層，爐管低壓DCS-SiH4工藝製備氮化矽層、爐管TEOS工藝製作第二氧化矽層的熱預算較高相比，能夠降低形成ONO結構的熱預算；
[0022]進一步優化地，所述第一氧化矽層、氮化矽層、第二氧化矽層利用多個製作周期形成，調整製作周期的數目，能調整形成的第一氧化矽層、氮化矽層、第二氧化矽層的厚度，通過調整製作周期內的每個步驟的時間，來調整形成的第一氧化矽層、第二氧化矽層的厚度均勻性，不僅能夠保證爐管原子層沉積工藝的充分進行，而且形成的第一氧化矽層、氮化矽層和第二氧化矽層具有較高的厚度均勻性；
[0023]進一步優化地，形成所述氮化矽層時，所述前驅體特氣、淨化氣體、特氣利用多孔石英管通入，可以保證特氣分布的均勻性，改善形成的氮化矽層的質量。
[0024]進一步優化地，在通入所述NH3氣體時，利用原位射頻電極對NH3進行激活，能減小負載效應，提高形成的氮化矽層的質量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為現有技術的ONO結構的柵極側牆結構示意圖；
[0026]圖2為本發明一個實施例ONO結構的柵極側牆的製作方法流程示意圖；
[0027]圖3-圖4為本發明一個實施例的ONO結構側牆的製作方法剖面結構示意圖。
【具體實施方式】
[0028]現有技術中，第一氧化矽層和第二氧化矽層採用爐管TEOS工藝或爐管高溫熱氧化工藝製作，氮化矽工藝用爐管DCS NH3工藝製作，片內工藝均勻性以及片間工藝均勻度不高，臺階覆蓋性不好，為了解決上述問題，本發明提出一種ONO結構的柵極側牆結構的製作方法，請參考圖2所示的現有技術的ONO結構的柵極側牆的製作方法流程示意圖，所述方法包括:
[0029]步驟SI，採用爐管原子層沉積工藝，在柵極兩側和頂部形成第一二氧化矽層；
[0030]步驟S2，採用爐管原子層沉積工藝，在所述第一二氧化矽層上形成氮化矽層；
[0031]步驟S3，採用爐管原子層沉積工藝，在所述氮化矽層上形成第二二氧化矽層，所述第二氧化矽層、氮化矽層、和第一氧化矽層形成ONO結構的柵極側牆。
[0032]下面結合具體的實施例對本發明的技術方案進行詳細的描述，為了更好地更好地說明本發明的技術方案，請結合圖3-圖4所示的本發明一個實施例的ONO結構側牆的製作方法剖面結構示意圖。
[0033]首先，請參考圖3，採用爐管原子層沉積工藝，在半導體襯底100和柵極110的兩側和頂部形成第一二氧化矽層120。與現有技術採用爐管TEOS工藝或爐管高溫熱氧化工藝形成第一氧化矽層120相比，本發明能夠精確控制第一氧化矽層11在實現接近氮原子厚度的薄膜沉積，能夠精確控制第一氧化矽層120的厚度，並且具有較高的臺階覆蓋率，獲得更好的片內均勻性和片間均勻性，從而改善最終形成的ONO結構的形貌、均勻性和重複性。
[0034]本發明中，形成第一二氧化矽層120的溫度範圍為350-550攝氏度，與採用爐管TEOS工藝或爐管高溫熱氧化工藝形成第一氧化矽層的熱預算較高相比，能夠降低形成ONO結構的熱預算。優選地，所述溫度範圍為370-530攝氏度，比如，所述溫度可以為370攝氏度、390攝氏度，450攝氏度，460攝氏度，530攝氏度等。作為一個實施例，形成採用所述爐管原子層沉積工藝形成所述第一氧化矽層120的溫度為450攝氏度。
[0035]所述第一氧化矽層120的爐管原子層沉積工藝包括若干製作周期，每一製作周期包括步驟:步驟1、通入前驅體特氣；步驟2、通入淨化氣體吹洗；步驟3、通入特氣；步驟4、通入淨化氣體吹洗。通過調整所述製作周期的數目，來調整形成的第一氧化矽層120的厚度，通過調整製作周期內的每個步驟的時間，來調整形成的第一氧化矽層120的厚度均勻性。通過調整製作周期內的每個步驟的時間，來調整形成的第一氧化矽層120的厚度均勻性，不僅能夠保證爐管原子層沉積工藝的充分進行，而且形成的第一氧化矽層120具有較高的厚度均勻性。
[0036]然後，請參考圖4，採用爐管原子層沉積工藝，在所述第一二氧化矽層120上形成氮化矽層130。本發明利用爐管原子層沉積工藝形成氮化矽層130，與現有技術採用爐管低壓DCS-SiH4工藝製備氮化矽層相比，本發明能夠精確控制氮化矽層130能夠在實現接近氮原子厚度的薄膜沉積，能夠精確控制氮化矽層130的厚度，並且具有較高的臺階覆蓋率，獲得更好的片內均勻性和片間均勻性，從而改善最終形成的ONO結構的形貌、均勻性和重複性。
[0037]作為一個實施例，形成所述氮化矽層130的爐管原子層沉積工藝溫度範圍為400-600攝氏度，比如，所述溫度可以為400攝氏度、450攝氏度、500攝氏度、550攝氏度或600攝氏度。與採用爐管低壓DCS-SiH4工藝製備氮化矽層的熱預算較高相比，本發明能夠降低形成ONO結構的熱預算。
[0038]作為一個實施例，形成所述氮化矽層130的爐管原子層沉積工藝包括若干製作周期，每一製作周期包括步驟:步驟1、通入前驅體特氣；步驟2、通入淨化氣體吹洗；步驟3、通入特氣；步驟4、通入淨化氣體吹洗。本發明可通過調整所述製作周期的數目，來調整形成的氮化矽層130的厚度，通過調整製作周期內的每個步驟的時間，來調整形成的氮化矽層的厚度均勻性。並且，在每一個製作周期內，每個步驟的時間，來調整形成的氮化矽層130厚度均勻性，不僅能夠保證爐管原子層沉積工藝的充分進行，而且形成的氮化矽層130具有較高的厚度均勻性。作為本發明的一個實施例，所述前驅體特氣包括:DCS，所述淨化氣體包括:N2，所述特氣包括:NH3。本實施例中，所述前驅體特氣、淨化氣體、特氣利用多孔石英管通入。這樣可以保證特氣分布的均勻性，改善形成的氮化矽層的質量。作為本發明的優選實施例，在通入所述NH3氣體時，利用原位射頻電極對NH3進行激活。這樣可以顯著減小負載效應，提高形成的氮化矽層130的質量。
[0039]請繼續參考圖4，採用爐管原子層沉積工藝，在所述氮化矽層130上形成第二二氧化矽層140，第二二氧化矽層140、氮化矽層130、和第一氧化矽層120形成ONO結構的柵極側牆。現有技術採用爐管TEOS工藝或爐管高溫熱氧化工藝形成第二二氧化矽層140相比，本發明能夠精確控制第二二氧化矽層140在實現接近氮原子厚度的薄膜沉積，能夠精確控制第二二氧化矽層140的厚度，並且具有較高的臺階覆蓋率，獲得更好的片內均勻性和片間均勻性，從而改善最終形成的ONO結構的形貌、均勻性和重複性。
[0040]本發明中，形成第二二氧化矽層140的溫度範圍為350-550攝氏度，與採用爐管TEOS工藝或爐管高溫熱氧化工藝形成第二二氧化矽層140的熱預算較高相比，能夠降低形成ONO結構的熱預算。優選地，所述溫度範圍為370-530攝氏度，比如，所述溫度可以為370攝氏度、390攝氏度，450攝氏度，460攝氏度，530攝氏度等。作為一個實施例，形成採用所述爐管原子層沉積工藝形成所述第二二氧化矽層140的溫度為500攝氏度。
[0041]所述第二二氧化矽層140的爐管原子層沉積工藝包括若干製作周期，每一製作周期包括步驟:步驟1、通入前驅體特氣；步驟2、通入淨化氣體吹洗；步驟3、通入特氣；步驟
4、通入淨化氣體吹洗。通過調整所述製作周期的數目，來調整形成的第二二氧化矽層140的厚度，通過調整製作周期內的每個步驟的時間，來調整形成的第二二氧化矽層140的厚度均勻性。通過調整製作周期內的每個步驟的時間，來調整形成的第二二氧化矽層140的厚度均勻性，不僅能夠保證爐管原子層沉積工藝的充分進行，而且形成的第二二氧化矽層140具有較高的厚度均勻性。
[0042]綜上，本發明利用爐管原子層沉積工藝形成第一氧化矽層、氮化矽層和第二氧化矽層，與現有技術採用爐管TEOS工藝或爐管高溫熱氧化工藝形成第一氧化矽層，爐管低壓DCS-SiH4工藝製備氮化矽層、爐管TEOS工藝製作第二氧化矽層相比，本發明能夠精確控制第一氧化矽層、氮化矽層和第二氧化矽層能夠在實現接近氮原子厚度的薄膜沉積，能夠精確控制第一氧化矽層、氮化矽層和第二氧化矽層的厚度，並且具有較高的臺階覆蓋率，獲得更好的片內均勻性和片間均勻性，從而改善最終形成的ONO結構的形貌、均勻性和重複性；
[0043]進一步優化地，所述第一氧化矽層、第二氧化矽層的爐管沉積工藝的溫度範圍為350-550攝氏度；形成所述氮化矽層的爐管原子層沉積工藝溫度範圍為400-600攝氏度，與採用爐管TEOS工藝或爐管高溫熱氧化工藝形成第一氧化矽層，爐管低壓DCS-SiH4工藝製備氮化矽層、爐管TEOS工藝製作第二氧化矽層的熱預算較高相比，能夠降低形成ONO結構的熱預算；[0044]進一步優化地，所述第一氧化矽層、氮化矽層、第二氧化矽層利用多個製作周期形成，調整製作周期的數目，能調整形成的第一氧化矽層、氮化矽層、第二氧化矽層的厚度，通過調整製作周期內的每個步驟的時間，來調整形成的第一氧化矽層、第二氧化矽層的厚度均勻性，不僅能夠保證爐管原子層沉積工藝的充分進行，而且形成的第一氧化矽層、氮化矽層和第二氧化矽層具有較高的厚度均勻性；
[0045]進一步優化地，形成所述氮化矽層時，所述前驅體特氣、淨化氣體、特氣利用多孔石英管通入，可以保證特氣分布的均勻性，改善形成的氮化矽層的質量。
[0046]進一步優化地，在通入所述NH3氣體時，利用原位射頻電極對NH3進行激活，能減小負載效應，提高形成的氮化矽層的質量。
[0047]因此，上述較佳實施例僅為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍。凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種ONO結構的柵極側牆的製作方法，其特徵在於，包括: 採用爐管原子層沉積工藝，在柵極兩側和頂部形成第一二氧化矽層； 採用爐管原子層沉積工藝，在所述第一二氧化矽層上形成氮化矽層； 採用爐管原子層沉積工藝，在所述氮化矽層上形成第二二氧化矽層，所述第二氧化矽層、氮化矽層、和第一氧化矽層形成ONO結構的柵極側牆的柵極側牆。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，採用所述爐管原子層沉積工藝形成所述第一氧化矽層、第二氧化矽層的溫度範圍為350-550攝氏度。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述第一氧化矽層或第二氧化矽層的爐管原子層沉積工藝包括若干製作周期，每一製作周期包括步驟:步驟1、通入前驅體特氣；步驟2、通入淨化氣體吹洗；步驟3、通入特氣；步驟4、通入淨化氣體吹洗。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，形成所述第一氧化矽層或第二氧化矽層時，所述前驅體特氣包括:Si[N(CH3)]3H，所述淨化氣體包括:N2，所述特氣包括:03。
5.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，通過調整所述製作周期的數目，來調整形成的第一氧化矽層和第二氧化矽層的厚度，通過調整製作周期內的每個步驟的時間，來調整形成的第一氧化矽層、第二氧化矽層的厚度均勻性。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，形成所述氮化矽層的爐管原子層沉積工藝溫度範圍為400-600攝氏度。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述爐管原子層沉積工藝包括若干製作周期，每一製作周期包括步驟:步驟1、通入前驅體特氣；步驟2、通入淨化氣體吹洗；步驟3、通入特氣；步驟4、通入淨化氣體吹洗。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述前驅體特氣包括:DCS，所述淨化氣體包括:N2，所述特氣包括:NH3。
9.如權利要求6或7所述的方法，其特徵在於，所述前驅體特氣、淨化氣體、特氣利用多孔石英管通入。
10.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，在通入所述NH3氣體時，利用原位射頻電極對NH3進行激活。
11.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，通過調整所述製作周期的數目，來調整形成的氮化矽層的厚度，通過調整製作周期內的每個步驟的時間，來調整形成的氮化矽層的厚度均勻性。
【文檔編號】H01L21/28GK103489768SQ201310432329
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月22日 優先權日:2013年9月22日
【發明者】江潤峰, 戴樹剛 申請人:上海華力微電子有限公司