专利名称：一种氮化硅薄膜的生成装置及方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种氮化硅薄膜的生成装置及方法。
背景技术：
氮化硅(Si3N4)薄膜因为其具有高介电常数而被作为介电材料广泛应用在半导 体制造领域，如制造闪存的工艺里需要一层ONO层作为浮置闸(FloatingGate)机控制闸 (ControlGate)之间的介电材料。ONO中的“O”代表Si02薄膜，ONO中的“N”贝Ij 代表Si3N4薄膜。另外，氮化硅薄膜不易被氧分子渗透，利用这一优点，把它作为罩幕层 (Masking Layer),可以在场氧化层制作时，防止晶片表面的主动区域(Active Area)受氧 化，从而起到保护该主动区域的作用。氮化硅薄膜目前在业界大都以LPCVD (低压化学气相沉积)方法生产，用二氯 二氢硅(DCS)和氨气(NH3)之间的反应生产该薄膜。业界低压化学气相沉积(LowPressure Chemical Vapor Deposition，LPCVD)方法
生产氮化硅已经很成熟，已经可以大量用于生产，它的化学反应式具体如下3SiH2Cl2+7NH3 — Si3N4+3NH4Cl+3HCl+6H2目前在使用LPCVD方法生产氮化硅的过程中，由于DCS的冷凝点较低，遇冷即 液化，为了避免它在气体管路内液化，通常在管路外面包上加热带，对管路进行保温， 使管路内部的DCS保持气态，在生产氮化硅薄膜的过程中，如果加热效果不好或者气体 管路设计不合理，会导致在生产过程中DCS很容易冷凝，当冷凝的DCS从管路内送到反 应腔(炉管)，因为分解过快，来不及与NH3充分反应，从而形成颗粒状物质粘附在晶圆 表面，影响生成的氮化硅薄膜的质量。
发明内容
本发明实施例提供了一种氮化硅薄膜的生成装置及方法，用以解决现有生产氮 化硅薄膜的过程中二氯二氢硅易冷凝，在炉管中形成颗粒状物质，从而影响生成的氮化 硅薄膜质量的问题。本发明实施例提供的一种氮化硅薄膜的生成装置，包括用于通入二氯二氢硅 DCS气体的第一管路、用于通入氨气NH3的第二管路和低压化学气相沉积LPCVD反应 腔；所述第一管路外表面包裹有加热带，所述第一管路和第二管路分别与所述LPCVD反 应腔相连，还包括第三管路，所述第三管路与所述第一管路连通，用于在停止向所述 LPCVD反应腔中通入DCS气体后，向所述第一管路中通入能够将所述第一管路中残留的 DCS气体排出至所述LPCVD反应腔的第一气体。本发明实施例提供的一种生成氮化硅薄膜的方法，分别通过第一管路和第二管 路向低压化学气相沉积LPCVD反应腔中通入二氯二氢硅DCS气体和氨气NH3,所述DCS 气体和NH3发生化学反应生成氮化硅薄膜，在停止向所述LPCVD反应腔中通入DCS气体后，还包括通过与所述第一管路连通的第三管路，向所述第一管路中通入能够将所述第一 管路中残留的DCS气体排出至所述LPCVD反应腔的第一气体；被排出的DCS气体与所述NH3继续反应生成氮化硅薄膜。本发明实施例的有益效果包括本发明实施例提供的一种氮化硅薄膜的生成装置及方法，通过第一管路和第二 管路分别向LPCVD反应腔中通入DCS气体和NH3, DCS气体和NH3反应生成氮化硅薄 膜，并且在LPCVD反应结束，停止向第一管路中通入DCS气体之后，通过与第一管路相 连通的第三管路向第一管路中通入能够将第一管路中残留的DCS气体排出至LPCVD反应 腔的第一气体，将第一管路中残留的DCS气体及时排出，并与第二管路通入的NH3继续 发生反应，生成氮化硅薄膜。避免了第一管路中残留的DCS气体易冷凝进入LPCVD反 应腔，形成颗粒附着在晶圆表面的问题，保证了晶圆表面氮化硅薄膜的生成质量。
图1为本发明实施例提供的氮化硅薄膜的生成装置的结构示意图；图2为本发明实施例提供的氮化硅薄膜的生成方法的流程图。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明提供的一种氮化硅薄膜的生成装置及方法的具体实施 方式进行详细的说明。本发明实施例提供的一种氮化硅薄膜的生成装置，包括用于通入DCS气体的 第一管路、用于通入NH3的第二管路、第三管路和LPCVD反应腔；其中第一管路外表面包裹有加热带，第一管路和第二管路分别与LPCVD反应腔相 连；第三管路与第一管路相连通，用于在停止向所述LPCVD反应腔中通入DCS气体 后，向第一管路中通入能够将第一管路中残留的DCS气体排出至LPCVD反应腔的第一气 体。 下面以一个具体的实例来说明本发明实施例提供的氮化硅薄膜的生成装置的具 体结构及工作原理。该具体实例的结构示意图如图1所示，第一管路101的外表面包裹有加热带(图 1中省略未示意出)，起保温作用。第一管路101上具体设置有第一电子阀1011、DCS 流量控制器(DCS MFC) 1012和第二电子阀1013 ；其中DCS流量控制器1012设置于第一电子阀1011和第二电子阀1013之间；第一电子阀1011用于控制外部输入的DCS气体通入第一管路101 ；DCS流量控制器1012用于调节通入第一管路101中的DCS气体的流量；第二电子阀1013用于控制调节流量后的DCS气体输入至LPCVD反应腔102。第三管路103与第一管路101相连通，第三管路103与第一管路101之间的连通 口位于第一电子阀1011与DCS流量控制器1012之间。如图1所示，第三管路103上设置有第三电子阀1031，第三电子阀1031用于控制第一气体输入第三管路103。在本发明实施例中，第一气体指的是在停止向所 述LPCVD反应腔中通入DCS气体后，能够将第一管路101中残留的DCS气体排出至 LPCVD反应腔102的气体，第一气体可采用不与DCS或者胃3发生化学反应的气体，优 选采用氮气(N2)和惰性气体等。第二管路104是用于向LPCVD反应腔102通入NH3的管路，第二管路104上设 置有第四电子阀1041、第五电子阀1043和NH3流量控制器(NH3MFC) 1042 ；其中 NH3流量控制器1042设置于第四电子阀1041和第五电子阀1043之间；第四电子阀1041用于控制NH3气体通入第二管路104 ；NH3流量控制器1042用于调节第二管路104中NH3的流量；第五电子阀1043用于控制调节流量后的NH3输入至LPCVD反应腔102。下面详细介绍上述氮化硅薄膜的生成装置的工作原理。在DCS与NH3进行化学 反应生成氮化硅薄膜的过程中，同时开启第一管路101上的第一电子阀1011和第二电子 阀1013，以及第二管路104上的第四电子阀1041和第五电子阀1043 ；关闭第三管路103上的第三电子阀1031 ；第一管路101上的DCS流量控制器和第二管路104上的NH3流量控制器调节气 体流量。DCS气体通过有加热带的第一管路101进入LPCVD反应腔102内，与通过第二 管路104通入的NH3S生化学反应，生成氮化硅薄膜。氮化硅薄膜的厚度可以通过控制 通入气体进行化学气相沉积反应的反应时间来控制。当化学气相沉积反应的时间结束后，第一管路101上的第一电子阀1011被关 闭；而第一管路101上的第二电子阀1013、第二管路上的第四电子阀1041和第五电子阀 1043还保持开启状态，由于LPCVD反应腔102内为真空，从第一电子阀1011至LPCVD 反应腔102的一段管路中还有残余的DCS气体，为了避免残余的DCS气体冷凝后进入 LPCVD反应腔102形成附着在晶圆上的颗粒，在关闭第一电子阀1011之后，打开第三管 路103上的第三电子阀1031，向第三管路103中通入例如氮气，通入的氮气经过第三管路 103进入第一管路101，继而进入LPCVD反应腔102的腔体中，同时将第一管路101中残 余的DCS气体及时地从第一管路101中排出，残余的DCS气体被排出进入LPCVD反应 腔102之后，与第二管路104通入的NH3继续发生反应，这样就保证了第一管路101中不 再有DCS气体残留。反应结束后，关闭所有的电子阀门。基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种氮化硅薄膜的生成方法，由 于该方法基于前述氮化硅薄膜的生成装置实现，所解决问题的原理与前述一种氮化硅薄 膜的生成装置的工作原理相似，因此该方法的具体实施可以参见装置的实施，重复之处 不在赘述。本发明实施例提供的一种氮化硅薄膜的生成方法，如图2所示，包括S201、通过第一管路向LPCVD反应腔中通入DCS气体；通过第二管路向 LPCVD反应腔中通入NH3 ； DCS气体和NH3发生化学反应生成氮化硅薄膜；S202、LPCVD反应结束后，通过与第一管路连通的第三管路，向第一管路中通 入能够将第一管路中残留的DCS气体排出至LPCVD反应腔的第一气体；S203、被排出的DCS气体与NH3继续反应生成氮化硅薄膜。
上述步骤S202中的第一气体，包括但不限于氮气、惰性气体或者其他与所述 DCS或NH3不发生化学反应的气体。上述步骤S201中，通过第一管路向LPCVD反应腔中通入DCS气体，包括通过第一管路上的第一电子阀向第一 管路中通入DCS气体，经第一管路上的 DCS流量控制器调节DCS气体的流量后，通过第二电子阀将调节流量后的DCS气体输入 至LPCVD反应腔。上述步骤S201中，通过第二管路向LPCVD反应腔中通入NH3,具体包括通过第二管路上的第四电子阀向第二管路中通入NH3,经第二管路上的NH3流 量控制器调节NH3的流量后，通过第五电子阀将调节流量后的NH3输入至LPCVD反应 腔。上述步骤S203中，在停止向LPCVD反应腔中通入DCS气体后，通过与第一管 路连通的第三管路，向第一管路中通入所述第一气体，具体包括关闭第一管路上的第一电子阀，开启第一管路上的第二电子阀以及第三管路上 的第三电子阀，将第一气体经过第三管路和第一管路之间的连通口通入到第一管路中。本发明实施例提供的一种氮化硅薄膜的生成装置及方法，通过第一管路和第二 管路分别向LPCVD反应腔中通入DCS气体和NH3, DCS气体和NH3发生化学反应生成 氮化硅薄膜，并且在LPCVD反应过程结束，停止向第一管路中通入DCS气体之后，通过 与第一管路相连通的第三管路向第一管路中通入能够将第一管路中残留的DCS气体排出 至LPCVD反应腔的第一气体，将第一管路中残留的DCS气体及时排出，并与第二管路通 入的胃3继续发生反应，生成氮化硅薄膜。避免了第一管路中残留的DCS气体易冷凝进 入LPCVD反应腔，形成颗粒附着在晶圆表面的问题，保证了晶圆表面氮化硅薄膜的生成 质量。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的 精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的 范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种氮化硅薄膜的生成装置，包括用于通入二氯二氢硅DCS气体的第一管路、 用于通入氨气NH3的第二管路和低压化学气相沉积LPCVD反应腔；所述第一管路外表面 包裹有加热带，所述第一管路和第二管路分别与所述LPCVD反应腔相连，其特征在于， 还包括第三管路，所述第三管路与所述第一管路连通，用于在停止向所述LPCVD反应 腔中通入DCS气体后，向所述第一管路中通入能够将所述第一管路中残留的DCS气体排 出至所述LPCVD反应腔的第一气体。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一管路上设置有第一电子阀、第二 电子阀和DCS流量控制器；所述DCS流量控制器设置于所述第一电子阀和第二电子阀之 间；所述第一电子阀用于控制DCS气体通入第一管路；所述DCS流量控制器用于调 节所述DCS气体的流量；所述第二电子阀用于控制调节流量后的DCS气体输入至所述 LPCVD反应腔；所述第三管路与所述第一管路之间的连通口位于所述第一电子阀与所述DCS流量控 制器之间。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第三管路上设置有第三电子阀，用于 控制所述第一气体通入所述第三管路。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二管路上设置有第四电子阀、第五 电子阀和NH3流量控制器；所述NH3流量控制器设置于所述第四电子阀和第五电子阀之 间；所述第四电子阀用于控制NH3气体通入第二管路；所述NH3流量控制器用于调节所 述NH3的流量；所述第五电子阀用于控制调节流量后的NH3输入至所述LPCVD反应腔。
5.一种生成氮化硅薄膜的方法，分别通过第一管路和第二管路向低压化学气相沉积 LPCVD反应腔中通入二氯二氢硅DCS气体和氨气NH3,所述DCS气体和NH3发生化学 反应生成氮化硅薄膜，其特征在于，在停止向所述LPCVD反应腔中通入DCS气体后，还 包括通过与所述第一管路连通的第三管路，向所述第一管路中通入能够将所述第一管路 中残留的DCS气体排出至所述LPCVD反应腔的第一气体；被排出的DCS气体与所述NH3继续反应生成氮化硅薄膜。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，通过第一管路向LPCVD反应腔中通入 DCS气体，包括通过所述第一管路上的第一电子阀向第一管路中通入DCS气体，经第一管路上的 DCS流量控制器调节所述DCS气体的流量后，通过第二电子阀将调节流量后的DCS气体 输入至所述LPCVD反应腔。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，通过第二管路向LPCVD反应腔中通入 NH3,包括通过第二管路上的第四电子阀向第二管路中通入NH3,经第二管路上的NH3流量控 制器调节所述NH3的流量后，通过第五电子阀将调节流量后的NH3输入至所述LPCVD反 应腔。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在停止向所述LPCVD反应腔中通入DCS气体后，通过与所述第一管路连通的第三管路，向第一管路中通入所述第一气体，包 括关闭所述第一管路上的第一电子阀，开启所述第一管路上的第二电子阀以及第三管 路上的第三电子阀，将所述第一气体经过所述第三管路和所述第一管路之间的连通口通 入到第一管路中。
9.如权利要求5-8中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述第一气体包括 氮气、惰性气体或者其他与所述DCS或NH3不发生化学反应的气体。
全文摘要
本发明公开了一种氮化硅薄膜的生成装置及方法，其中装置包括用于通入DCS气体的第一管路、用于通入NH3的第二管路、与第一管路连通的第三管路以及LPCVD反应腔；第一管路和第二管路分别与LPCVD反应腔相连，第三管路用于在停止向LPCVD反应腔中通入DCS气体后，向第一管路中通入能够将第一管路中残留的DCS气体排出至LPCVD反应腔的第一气体。本发明提供的氮化硅薄膜的生成装置及方法，能够在LPCVD反应结束后，及时将第一管路中残留的DCS气体排出，避免了第一管路中残留的DCS气体冷凝进入LPCVD反应腔，形成颗粒附着在晶圆表面的问题，保证了晶圆表面氮化硅薄膜的生成质量。
文档编号C23C16/34GK102021531SQ20091009285
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月9日 优先权日2009年9月9日
发明者徐威, 秦正健, 黄辛庭 申请人:北大方正集团有限公司, 深圳方正微电子有限公司