专利名称：原子层沉积方法以及形成的半导体器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种原子层沉积方法以及形 成的半导体器件。
背景技术：
原子层沉积(Atomic Layer Deposition, ALD )，最初称为原子层外延 (Atomic Layer Epitaxy, ALE),也称为原子层化学气相沉积(Atomic Layer Chemical Vapor Deposition, ALCVD)。积连续多个单层到半导体衬底上。 一个代表性的方法如申请号为03818269的 中国专利申请文件背景技术中所揭露的，包括参考附图l所示，将第一汽化 前体供应到沉积室中以使在沉积室中放置的半导体衬底100上有效形成第一 单层IIO。然后，参考附图2所示，第一汽化前体的流过停止，惰性吹扫气体 流过室中，以便从室中有效去除所有残留的没有粘附到半导体衬底100上的第 一汽化前体。参考附图3所示，随后，不同于第一前体的第二汽化前体流向沉 积室中以在第一单层110上或与第一单层110有效形成第二单层120，第二单层 120可以与第一单层110反应；参考附图4所示，第二汽化前体的流过停止，惰 性吹扫气体流过室中，以便从室中有效去除所有残留的没有粘附到第 一单层 110上的第二单层120。所述第一单层和第二单层的沉积工艺可以多次重复， 直到在半导体衬底上形成所需厚度和组成的层。但是，上述在半导体衬底上利用原子沉积工艺形成的由第 一单层和第二单 层形成的原子层是连续分布的，在现有的半导体制作工艺中，主要运用在线 宽和深宽比;f艮高的孔洞，沟槽中。随着半导体器件制作工艺的进一步发展，器件的临界尺寸越来越小，而且 对半导体器件的储存密度要求也越来越高，在具有介质层_捕获电荷层_介 质层的三层堆叠结构的半导体器件的制作工艺中，采用离散的原子岛(纳米 点)捕获电荷层取代现有技术中有一定厚度的捕获电荷层，可以减少半导体 器件的横向漏电，降低形成的半导体器件捕获电荷层的厚度，并提高器件的 存储能力。但是，现有技术中，形成离散的原子岛(纳米点)捕获电荷层的 方法一般都采用化学气相沉积或者物理气相沉积的方法，形成的原子岛的尺寸在10nm至100nm,而且原子岛的尺寸分布均匀性差。 发明内容有鉴于此，本发明解决的技术问题是提供一种原子层的沉积方法，以形 成离散的^f匕合物单层(discrete atomic size islands )。本发明还提供一种半导体器件，所述器件具有介质层_捕获电荷层_介 质层的三层堆叠结构，所述捕获电荷层含有的化合物单层都为原子尺寸，且 尺寸分布均匀。一种原子层沉积方法，包括如下步骤 在原子层沉积室内放置半导体衬底；第一前体气体流向原子层沉积室内的半导体衬底，在半导体衬底上形成离 散的第一单层；惰性吹扫气体流向在原子层沉积室内的半导体衬底，去除没有和半导体衬 底形成第一单层的第一前体气体；第二前体气体流向在原子层沉积室，与形成第 一单层的第 一前体气体反 应，形成离散的化合物单层；惰性吹扫气体流向在原子层沉积室内的半导体衬底，去除没有和第一前体 气体反应的第二前体气体以及第 一前体气体与第二前体气体反应的副产物。本发明还提供一种原子层沉积方法，包括如下步骤在原子层沉积室内放置半导体衬底；第 一前体气体流向原子层沉积室内的半导体衬底，在半导体村底上形成离散的第一单层；惰性吹扫气体流向在原子层沉积室内的半导体衬底，去除没有和半导体衬底形成第一单层的第一前体气体；第二前体气体流向在原子层沉积室，与形成第一单层的第一前体气体反应，形成离散的化合物单层；惰性吹扫气体流向在原子层沉积室，去除没有和第一前体气体反应的第二 前体气体以及第 一 前体气体与第二前体气体反应的副产物；在半导体衬底上形成覆盖离散的化合物单层的介电层。可选的，所述介电层的形成工艺为原子层沉积方法，所述介电层的形成 工艺为第三前体气体流向原子层沉积室，在半导体衬底以及离散的化合物单层 上形成第三单层，所述第三单层填满离散的化合物单层之间的空隙；惰性吹扫气体流向在原子层沉积室，去除没有和半导体衬底以及离散的 化合物单层形成第三单层的第三前体气体；第四前体气体流向原子层沉积室，和形成第三单层的第三前体气体反应，形成介电层单原子层；惰性吹扫气体流向在原子层沉积室，去除没有形成介电层单原子层的的 第四前体气体以及第三前体气体和第四前体气体反应的副产物；在介电层单原子层上进行一次以上介电层单原子层的沉积工艺，形成设 定厚度的覆盖离散的化合物单层的介电层。本发明还提供一种半导体器件，包括半导体衬底，位于半导体村底上的 介质层-捕获电荷层-介质层的三层堆叠结构和位于介质层_捕获电荷层-介质层的三层堆叠结构上的栅极，以及半导体衬底内位于介质层-捕获电荷层-介质层的三层堆叠结构两侧的源极和漏极，所述捕获电荷层为含有采用 原子沉积方法形成的离散的化合物单层的介电层。与现有技术相比，上述方案具有以下优点1、 上述方案一方面提供一种原子层的沉积方法，通过在半导体衬底上形 成离散的第一单层最终形成离散的化合物单层，所述化合物单层成离散的纳 米点分布，实现了原子尺寸的纳米岛在半导体衬底上的离散分布。并且，由 于形成的离散分布的化合物单层的大小为准确的原子尺寸大小，原子尺寸大 小均勻一致。进一步，所述原子层沉积方法通过控制第一前体气体流向原子层沉积室 内的工艺，例如减小第一前体气体流向半导体衬底的流量和流入时间，在半 导体衬底上形成离散的第一单层，并且通过控制第一前体气体流向原子层沉 积室内的流量和时间，控制形成的第 一单层在半导体衬底上的分布密度。2、 上述方案还提供一种原子层沉积方法，将离散的化合物单层封闭在厚 度可控制在原子尺寸的介电层中，可用于半导体器件的制作工艺中，例如用 作半导体存储器件的捕获电荷层。3、 上述方案还4是供一种半导体器件，所述半导体器件具有介质层-捕获 电荷层-介质层的三层堆叠结构，所述捕获电荷层为包含离散的化合物单层 的介电层，由于所述离散的化合物单层的尺寸为原子尺寸，因此原子尺寸大 小可以控制并且分布均匀。而且，所述离散的化合物单层在介电层中的分布密度可以通过控制形成 离散的化合物单层的原子层沉积工艺进行控制。所述半导体器件为线宽很小的器件，可以提高捕获电荷层中捕获电荷陷 阱密度，捕获电荷能力。并且能够提高离散的化合物单层形成的离散的纳米 岛之间的绝缘能力，从而减少器件;镜向漏电。
图1至图4为现有技术的原子层沉积工艺的结构示意图； 图5至图8为本发明第一实施例原子层沉积工艺的结构示意图； 图9为本发明第一实施例原子层沉积工艺的工艺流程图； 图IO至图15为本发明第二实施例原子层沉积工艺的结构示意图； 图16为本发明第二实施例原子层沉积工艺的工艺流程图； 图17为本发明第三实施例提供的半导体器件的结构示意图。
具体实施方式
本发明的目的在于提供一种原子层沉积方法，在半导体衬底上形成离散 的化合物单层，所述化合物单层为离散的原子岛(纳米点)，所述原子岛的原 子大小和厚度都在原子量级，且数量可控。本发明的目的还在于提供一种半导体器件，所述器件具有介质层-捕获 电荷层-介质层的三层堆叠结构，其中的捕获电荷层为含有采用原子层沉积 方法形成的离散的化合物单层的介电层。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图 对本发明的具体实施方式
做详细的说明。实施例1本实施例提供一种原子层沉积方法，参考附图9所示的工艺流程图，包 括如下步骤步骤S200,在原子层沉积室内放置半导体衬底；步骤S201,第 一前体气体流向原子层沉积室内的半导体村底，在半导体衬底上形成离散的第一单层；步骤S202,惰性吹扫气体流向原子层沉积室内的半导体衬底，去 除没有形成第一单层的第一前体气体；步骤S203,第二前体气体流向在原子 层沉积室，与形成第一单层的第一前体气体反应，形成离散的化合物单层； 步骤S204,惰性吹扫气体流向在原子层沉积室，去除没有和第一前体气体反 应的第二前体气体以及第 一前体气体与第二前体气体反应的副产物。，在原子层沉积室内放置半导体衬底200。所述的 原子层沉积室为现有技术进行原子层沉积工艺的常规反应设备的沉积室，进 行原子层沉积反应时，应该尽可能使通入沉积室内的反应气体在半导体衬底 上能够均匀分布，因此，本实施例优选沉积设备的反应气体通入装置从沉积 室的各个角度均匀进气，例如反应气体通入装置为淋浴头式，采用这种设备可以使半导体衬底上形成的离散岛分布较为均匀。所述半导体衬底200可以是半导体领域技术人员熟知的各种半导体材料， 包括单晶或者多晶结构的硅或硅锗(SiGe )，还可以是含有掺杂离子例如N型 或者P型掺杂的硅或者硅锗，也可以包括混合的半导体结构，例如碳化硅、 锑化铟、碲化铅、砷化铟、磷化铟、砷化镓或锑化镓、合金半导体或其组合； 也可以是绝缘体上硅(SOI)。所述半导体衬底可以是空白的半导体材料衬底， 也可以是已经形成各种半导体器件以及线路的半导体衬底。参考步骤S201，第一前体气体流向原子层沉积室内的半导体衬底200, 如图5所示，第一前体气体与半导体衬底之间发生物理或者化学吸附，在半 导体衬底200上形成离散的第一单层210，由于第一前体气体原子之间的互相 吸附作用，在与半导体衬底200直接接触的第一单层210上还吸附有第一前 体气体的原子。所述的第一前体气体可以为现有技术中任何带成核体物质、并且与半导 体衬底之间通过化学或者物理吸附，可以在半导体衬底200上形成有效的第 一单层210的反应气体，可以是金属、半导体、或者配合有卣素或者有机配 合物的金属、或者配合有卣素或者有机配合物的半导体中的一种或者几种的 混合物，所述的金属材料例如Ta， Ti, W, Mo， Nb, Cu, Ni, Pt, Ru, Me, Ni， Al等， 所述的半导体材料例如硅等，所述的配合有卣素或者有机配合物的半导体例如SiCl2H2、 Si(OC2H5)4、 SiH2[NH(C4H9)]2、 SiH(OC2H5)3等。仅仅做为举例，本实施例给出几种具体的第一前体气体，以使本领域技术人员更好的理解并实施本发明。若最终形成的离散的化合物单层为Si3N4,则第一前体气体为带有Si原子成核体物质的反应气体，例如SiCl2H2、 SiH4、Si2Cl6或者SiH2[NH(C4H9)]2等物质。若最终形成的离散的化合物单层为HfD,则第一前体气体为带有Hf原子成核体物质的反应气体，例如HfIN(CH3)(C2H5)]4、 HfIN(C2H5)2]4、 HfIOC(CH3)3]4或者HfCU等。若最终形成的离散的化合物单层为A1203,则第一前体气体为带有Al原 子成核体物质的反应气体，例如A1(CH3)3等。若最终形成的离散的化合物单层为WN,则第一前体气体为带有W原子 成核体物质的反应气体，例如WF6等。为使第一前体气体在半导体衬底200上形成离散的第一单层210,应该控 制第一前体气体流向原子层沉积室内的具体工艺条件，对第一前体气体在半 导体衬底200上的离散分布起作用的是第一前体气体流向原子层沉积室内的 气体流量、流入时间、流入温度、压力等。其中，对实现离散分布起决定作用的工艺在于第 一前体气体流入沉积室 内的流量和流入时间，在本发明的实施例中，为了实现第一前体气体在半导 体衬底上形成离散的第一单层，应该在现有技术形成密集的第一单层的工艺 基础上，降低第一前体气体在原子层沉积室内的流量以及流入时间，在半导 体衬底200上吸附的第一前体气体形成密集分布之前，停止第一前体气体的 流入，即可形成离散分布的第一单层210。在本实施例更加优选的实施方式中， 可以较大的降低第 一前体气体在原子层沉积室内的流量，而适当的提高第一前体气体在原子层沉积室内的流入时间，以提高工艺的可控制性。本实施例中，通过控制第一前体气体在原子层沉积室内的流量以及流入 时间，可以控制形成第一单层的第一前体气体在半导体衬底上的分布密度。在现有技术中，对于不同的第一前体气体，在半导体衬底上形成密集分 布的第一单层的气体流量和时间都分别不同，因此，在本发明的实施例中， 对于不同的第一前体气体，形成离散分布的第一单层210所需的气体流量以 及流入时间也是各不相同的。但是，本发明实施例形成离散第一单层的工艺 条件，是在现有技术形成密集第一单层的工艺基础下，通过降低流入的第一 单体气体的流量和流入时间，都可以根据工艺设计的需要形成离散分布的第一单层，并且形成离散分布的第 一单层的第 一前体气体的分布密度是可控的。 为使本领域技术人员更好的实施本发明，本实施例给出一具体的实施方式，若最终形成的离散的化合物单层为Si3N4,采用现有技术中常规的原子层 沉积设备，通入SiCl2H2气体作为第一前体气体，其中，SiCl2H2气体的流量为 0.06至0.3slm,流入时间大于0小于10sec,较好的是大于0小于等于7秒。 第一前体气体流入原子层沉积室内的压力为500至800Pa,原子层沉积室内的 温度为450至600摄氏度，较好的为550摄氏度。本实施例给出的另一具体的实施方式，若最终形成的离散的化合物单层 为A1203,采用现有技术中常规的原子层沉积设备，通入氮气携带三甲基铝 A1(CH3)3液体作为第一前体气体，其中，温度设定为25摄氏度，氮气流量为 0.03至0.15slm,流入时间大于0小于10sec,專交好的是大于0小于等于7秒。 第一前体气体流入原子层沉积室内的压力为3 至5Pa，原子层沉积室内的温 度为250至450摄氏度，较好的为400摄氏度。步骤S202,如附图6所示，惰性吹扫气体流向在原子层沉积室内的半导体衬底200，去除没有在半导体衬底2.00上形成第一单层210的第一前体气体。 本步骤中，不仅可以去除原子层沉积室内没有吸附在半导体衬底200上的第 一前体气体，还可以去除与半导体衬底200直接接触的第一前体气体上吸附 的第一前体气体，只留下与半导体衬底200直接接触的第一前体气体，在半 导体衬底200上形成第一单层210。所述的惰性气体例如He, Ne, Ar等气体。惰性气体吹扫之后，所述的半导体衬底上形成呈单原子状态离散分布的、 均匀或者不均匀分布的第一单层210。所述惰性气体吹扫的工艺条件可以为现有技术的任何常规工艺，为了本 领域技术人员更好的实施本发明，本实施例给出一种具体的实施方式，在0.3 Torr的压力下，将流量为5slm的N2吹扫原子层沉积室。步骤S203,第二前体气体流向在原子层沉积室，从原子层沉积室内第二 前体气体流动的方向来看，应该是流向原子层沉积室内的半导体衬底，与形成第一单层的第一前体气体反应，形成离散的化合物单层，如附图7所示， 第二前体气体流向在沉积室内的半导体衬底，与形成第一单层的第一前体气体发生化学反应，形成离散的化合物单层220。同时，所述的第二前体气体由 于原子间力的吸附作用，也可能位于半导体衬底200上，还可能发生第二前 体气体原子之间的吸附作用。由于第二前体气体与第一前体气体发生化学反 应，因此，原子层沉积室内会产生第一前体气体和第二前体气体反应的副产 物。所述的第二前体气体根据形成的离散化合物单层的不同，以及第一前体 气体的不同，可以是现有技术中能够和第一前体气体发生化学反应，形成化合物离散的化合物单层的任何常规物质。作为一种具体实施方式
，可以是包含N原子或者O原子或者金属原子的物质，用作还原剂或者氧化剂。所述的包含N原子或者O原子或者金属原子的物质例如是NH3或者02。仅仅做为举例，本实施例给出几种具体的第二前体气体，以使本领域技 术人员更好的理解并实施本发明。若最终形成的化合物单层为Si3N4,则第一 前体气体为带有Si原子成核体物质的反应气体，第二前体气体为能够与第一 前体气体形成的第一单层成核体反应形成化合物单层的气体，仅仅做为举例， 第二前体气体可以是NH3、 N20、 N2等气体。若最终形成的离散的化合物单层220为HfO,则第一前体气体为带有Hf 原子成核体物质的反应气体，第二前体气体为能够与第一前体气体形成的第 一单层成核体反应形成化合物单层的气体，仅仅^:为举例，第二前体气体可 以是03等气体。若最终形成的离散的化合物单层220为A1203,则第一前体气体为带有 Al原子成核体物质的反应气体，第二前体气体为能够与第一前体气体形成的 第一单层成核体反应形成化合物单层的气体，第二前体气体可以是H20或者 03等气体。若最终形成的离散的化合物单层220为WN，则第一前体气体为带有W 原子成核体物质的反应气体，仅仅做为举例，第二前体气体可以是NH3等气 体。第二前体气体流向在沉积室内的半导体衬底的工艺可以为本领于技术人 员熟知的现有技术，仅仅为了举例，在第一前体气体为SiCl2H2，最终形成的 化合物单层为Si3N4时，采用现有技术中常规的原子层沉积设备，选定通入的 第二前体气体为皿3时，第二前体气体的流量为2至5slm,流入时间大于0 小于30sec,原子层沉积室内的压力为30至50Pa,原子层沉积室内的温度为450至600摄氏度，较好的为550摄氏度。步骤S204,如附图8所示，惰性吹扫气体流向在原子层沉积室，从原子 层沉积室内惰性吹扫气体流动的方向来看，应该是流向原子层沉积室内的半 导体衬底，去除没有和第一前体气体反应的第二前体气体以及第一前体气体 与第二前体气体反应的副产物。所述的惰性气体例如He, Ne， Ar等气体。所述惰性气体吹扫的工艺条件可以为现有技术的任何常规工艺，为了本 领域技术人员更好的实施本发明，本实施例给出一种具体的实施方式，在0.3 Torr的压力下，将流量为5slm的N2吹扫原子层沉积室。采用本实施例所述的原子层沉积工艺，可以在半导体衬底上形成离散的形成的任何化合物。而且，通过控制第一前体气体的通入工艺，可以控制形 成的第 一单层以及化合物单层的分布密度。 实施例2本实施例提供一种原子层沉积方法，参考附图16的工艺流程图，包括如 下步骤步骤S300，在原子层沉积室内放置半导体衬底；步骤S301,第一前 体气体流向原子层沉积室内的半导体衬底，在半导体衬底上形成离散的第一 单层；步骤S302,惰性吹扫气体流向在原子层沉积室内的半导体衬底，去除 没有形成第一单层的第一前体气体；步骤S303,第二前体气体流向在原子层 沉积室，与形成第一单层的第一前体气体反应，形成离散的化合物单层；步 骤S304，惰性吹扫气体流向在原子层沉积室，去除没有和第一单层反应的第 二前体气体以及第一前体气体与第二前体气体反应的副产物；步骤S305,在半导体村底上形成覆盖离散的化合物单层的介电层。其中，步骤S300至步骤S304的具体工艺方法参考实施例1，步骤S304 之后，半导体衬底上形成的离散的化合物单层的结构如附图IO所示。步骤S305,在半导体衬底上形成覆盖离散的化合物单层的介电层的形成 工艺较好的是原子层沉积工艺，所述原子层沉积工艺可以为现有技术的任何 工艺方法，本实施例给出一种较好的实施方法，包括如下工艺步骤第三前体气体流向原子层沉积室，在半导体衬底以及离散的化合物单层 上形成第三单层，所述第三单层填满离散的化合物单层之间的空隙；惰性吹扫气体流向在原子层沉积室，去除没有在半导体衬底上以及离散 的化合物单层上形成第三单层的第三前体气体；第四前体气体流向原子层沉积室，和形成第三单层的第三前体气体反应，形成介电层单原子层；惰性吹扫气体流向在原子层沉积室，去除没有形成介电层单原子层的第 四前体气体以及第三前体气体和第四前体气体反应的副产物；在介电层单原子层上进行一次以上介电层单原子层的沉积工艺，形成设 定厚度的覆盖离散的化合物单层的介电层。参考附图ll所示，将第三前体气体流向原子层沉积室，,人原子层沉积室 内第三前体气体流动的方向来看，应该是流向原子层沉积室内的半导体衬底， 内的半导体衬底300，由于所述半导体衬底300上已经形成有离散的化合物单 层320,因此，第三前体气体在半导体衬底300以及化合物单层320上形成第 三单层330,而且，由于半导体衬底300上的化合物单层320是离散分布的， 因此位于半导体衬底300上的第三单层330填满化合物单层320之间的空隙。 位于化合物单层320上的第三前体气体通过原子间力或者化学键与化合物单 层320结合在一起。所述第三前体气体可以为现有技术中任何带成核体物质、并且与半导体 衬底以及化合物单层320通过化学或者物理吸附，可以在半导体衬底以及化合物单层320上形成有效的第三单层的反应气体，并且，所述第三单体气体与第四前体气体反应能够形成氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等绝缘材料。 为使本领域技术人员更好的理解并实施本发明，本实施例给出几种可实施的具体例子，若最终形成的介电层为Si3N4,则第三前体气体为SiCl2H2、 SiH4、 Si2Cl6或者SiH2[NH(C4H9)]2等物质。若最终形成的介电层为Si02,则第三前体气体为Si(OC2H5)4、 SiH2[NH(C4H9)]2、 SiH(OC2H5)3、 Si2Cl6或者SiHN[(CH3)2]3等。将第三前体气体流向原子层沉积室内的半导体衬底的具体工艺方法可以 为本领域技术人员熟知的现有技术。参考附图12所示，惰性吹扫气体流向在原子层沉积室，从原子层沉积室 内惰性吹扫气体流动的方向来看，应该是流向原子层沉积室内的半导体衬底， 去除没有在半导体衬底以及离散的化合物单层上形成第三单层的第三前体气 体，所述的惰性气体例如He, Ne, Ar等气体。惰性气体吹扫的工艺条件为现 有技术的任何常规工艺。参考附图13所示，第四前体气体流向原子层沉积室内的半导体衬底300， 和形成第三单层330的第三前体气体反应，形成介电层单原子层340。本实施 例中所述的流向原子层沉积室内的半导体衬底，仅仅表示气体流动的方向， 并不是每一次都具体的流向半导体衬底。形成第三单层330的第三前体气体包括填满化合物单层320之间的空隙 的第三前体气体以及位于化合物单层320上的与第三前体气体吸附结合在一 起的第三前体气体。所述第四前体气体与第三前体气体发生反应，形成介电层单原子层340， 所述的介电层单原子层为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等绝缘材料的单原子层。作为举例，本实施例的一种具体实施方式
中，若最终形成的介电层为 Si3N4，则第四前体气体可以是NH3、 N20、 N2等气体。若最终形成的介电层为Si02，则第四前体气体可以是NH3、 N20、 02等 气体。将第三前体气体流向原子层沉积室内的半导体衬底的具体工艺方法可以 为本领域技术人员熟知的现有技术。参考附图14所示，惰性吹扫气体流向在原子层沉积室内的半导体衬底， 去除没有形成介电层单原子层的的第四前体气体以及第三前体气体和第四前 体气体反应的副产物。所述的惰性气体例如He， Ne， Ar等气体。惰性气流吹 扫的工艺条件为现有技术的任何常规工艺。参考附图15所示，在介电层单原子层上进行一次以上介电层单原子层的 沉积工艺，形成设定厚度的覆盖离散的化合物单层的介电层。图11至14描述的工艺步骤相同，本实施例给出一种在介电层单原子层上形 成一次介电层单原子层的工艺方法，具体工艺步骤为1)第五前体气体流向原子层沉积室内的半导体衬底，在介电层单原子层 以及离散的化合物单层上形成第五单层，所述覆盖介电层单原子层以及离散 的化合物单层；其中，第五前体气体的材料与形成第三单层的第三前体气体相同，为现 有技术中任何带成核体物质、并且与介电层单原子层以及化合物单层通过化 学或者物理吸附，可以在介电层单原子层以及化合物单层上形成有效的第五单层的反应气体，并且，所述第五单体气体与第六前体气体反应能够形成氧 化硅、氮化硅、氮氧化硅等绝缘材料。2) 惰性吹扫气体流向在原子层沉积室内的半导体衬底，去除没有在介电层单原子层以及化合物单层上形成有效的第五单层的第五前体气体；3) 第六前体气体流向原子层沉积室内的半导体衬底，和形成第五单层的 第三前体气体反应，在介电层单原子层340上形成另一介电层单原子层350;所述第六前体气体与第四前体气体相同，通过与第五前体气体发生反应， 形成介电层单原子层350，所述的介电层单原子层350为氧化硅、氮化硅、氮 氧化硅等绝缘材料的单原子层。4) 惰性吹扫气体流向在原子层沉积室内的半导体衬底，去除没有形成介 电层单原子层350的的第六前体气体以及第五前体气体和第六前体气体反应 的副产物。采用步骤1)至步骤4)描述的工艺方法，在介电层单原子层340上形成 另一覆盖介电层单原子层340以及化合物单层320的另一介电层单原子层 350。才艮据工艺设计的需要，可以多次重复形成介电层单原子层340或者单原 子层350的形成工艺，形成设定厚度的介电层。采用本实施例所述的工艺方法，在形成离散的化合物单层之后，在离散 的化合物单层上形成覆盖化合物单层的介电层，将形成的离散的化合物单层 用介电层密封起来，可根据半导体器件制作的需要，将本发明所述的原子层 沉积工艺用于半导体器件的制作工艺中，例如用于形成存储器件的捕获电子 层。实施例3本实施例提供一种半导体器件，参考附图17,包括半导体衬底400,位 于半导体衬底400上的介质层430 -捕获电荷层440 -介质层450的三层堆叠 结构和位于介质层430 -捕获电荷层440 _介质层450的三层堆叠结构上的栅 极460，以及半导体衬底400内位于介质层430 -捕获电荷层440 -介质层450 的三层堆叠结构两侧的源极410和漏极420,所述捕获电荷层440为含有采用 原子沉积方法形成的离散的化合物单层的介电层。此处的含有指所述的离散 化合物单层镶嵌在所述介电层中并且被所述介电层覆盖。所述半导体村底400可以包括单晶或者多晶结构的硅或硅锗(SiGe),还 可以是含有掺杂离子例如N型或者P型掺杂的硅或者硅锗，也可以包括混合 的半导体结构，例如碳化硅、锑化铟、碲化铅、砷化铟、磷化铟、砷化镓或 锑化镓、合金半导体或其组合；也可以是绝缘体上硅(SOI)。所述介质层430 -捕获电荷层440 -介质层450的三层堆叠结构中的介质 层430或者介质层450可以是Si02等绝缘材料，所述捕获电荷层440为包含 离散的化合物单层的介电层，所述介电层例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等 绝缘材料，所述离散的化合物单层密封在介电层内，成单原子状态均匀或者 不均勻分布，形成离散的纳米岛(nano dot)，可以是现有技术中任意可以用 作半导体器件的捕获电荷层中捕获电荷的物质，例如Si02、 Si3N4、 A1203、 HfO或者WN等。所述含有离散的化合物单层的介电层的形成工艺参考实施例2的描写。 此处的含有指所述的离散化合物单层镶嵌在所述介电层中并且被所述介电层 覆盖。离散的化合物单层的形成工艺为原子沉积工艺形成，详细工艺参考实施 例1的描写。栅极460可以是包含半导体材料的多层结构，例如硅、锗、金属或其组合。源极410和漏4及420位于介质层430 -捕获电荷层440 -介质层450的三 层堆叠结构两侧的半导体衬底400内，附图17中源极410和漏极420的位置 可以互换，其掺杂离子可以是磷离子、砷离子、硼离子或者铟离子中的一种 或者几种。本实施例所提供的半导体器件，捕获电荷层为包含离散的化合物单层的 介电层，所述离散的化合物单层的尺寸为原子尺寸，大小可以控制，而且， 所述离散的化合物单层在介电层中的分布密度可以通过控制形成离散的化合 物单层的原子层沉积工艺进行控制。所述半导体器件为线宽很小的器件，可以提高捕获电荷层中捕获电荷陷 阱密度，捕获电荷能力。并且能够提高离散的化合物单层形成的离散的纳米 岛之间的绝缘能力，从而减少器件横向漏电。虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本 领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改， 因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
权利要求
1.一种原子层沉积方法，其特征在于，包括如下步骤在原子层沉积室内放置半导体衬底；第一前体气体流向原子层沉积室内的半导体衬底，在半导体衬底上形成离散的第一单层；惰性吹扫气体流向在原子层沉积室内的半导体衬底，去除没有形成第一单层的第一前体气体；第二前体气体流向原子层沉积室，与形成第一单层的第一前体气体反应，形成离散的化合物单层；惰性吹扫气体流向原子层沉积室，去除没有和第一前体气体反应的第二前体气体以及第一前体气体与第二前体气体反应的副产物。
2. 根据权利要求1所述的原子层沉积方法，其特征在于，所述的第一前 体是金属、半导体、配合有卣素或者有机配合物的金属、或者配合有卣素或 者有机配合物的半导体中的 一种或者几种的混合物。
3. 根据权利要求2所述的原子层沉积方法，其特征在于，所述金属为Ta， Ti， W, Mo, Nb, Cu, Ni, Pt， Ru, Me, Ni或者Al。
4. 根据权利要求2所述的原子层沉积方法，其特征在于，所述的半导体 为硅。
5. 根据权利要求2所述的原子层沉积方法，其特征在于，所述的配合有 鹵素或者有机配合物的金属为A1(CH3)3、 HfTN(CH3)(C2H5)]4、 HfIN(C2H5)2]4、 Hf!OC(CH3)3]4或者HfCl4,配合有卣素或者有机配合物的半导体为SiCl2H2、 Si(OC2H5)4、 Si2Cl6、 SiH2[NH(C4H9)]2、 SiH(OC2H5)3。
6. 根据权利要求1所述的原子层沉积方法，其特征在于，所述的第一前 体为SiCl2H2时，第一前体气体流向原子层沉积室内的半导体衬底的流量为 0.06至0.3slm,流入时间大于0小于10sec。
7. 根据权利要求1所述的原子层沉积方法，其特征在于，所述的第二前体为丽3、 N20、 N2、 02、 03或者1120。
8. —种原子层沉积方法，其特征在于，包括如下步骤 在原子层沉积室内放置半导体衬底；第一前体气体流向原子层沉积室内的半导体衬底，在半导体衬底上形成离 散的第一单层；惰性吹扫气体流向在原子层沉积室内的半导体衬底，去除没有形成第一单 层的第一前体气体；第二前体气体流向在原子层沉积室，与形成第 一单层的第 一前体气体反 应，形成离散的化合物单层；惰性吹扫气体流向在原子层沉积室，去除没有和第一单层反应的第二前体 气体以及第 一前体气体与第二前体气体反应的副产物；在半导体衬底上形成覆盖离散的化合物单层的介电层。
9. 根据权利要求8所述的原子层沉积方法，其特征在于，所述介电层的 形成工艺为原子层沉积方法。
10. 根据权利要求9所述的原子层沉积方法，其特征在于，所述介电层的 形成工艺为第三前体气体流向原子层沉积室，在半导体衬底以及离散的化合物单层上 形成第三单层，所述第三单层填满离散的化合物单层之间的空隙；惰性吹扫气体流向在原子层沉积室，去除没有和半导体衬底以及离散的化 合物单层形成第三单层的第三前体气体；第四前体气体流向原子层沉积室，和形成第三单层的第三前体气体反应，形成介电层单原子层；惰性吹扫气体流向在原子层沉积室，去除没有形成介电层单原子层的的第 四前体气体以及第三前体气体和第四前体气体反应的副产物；在介电层单原子层上进行一次以上介电层单原子层的沉积工艺，形成设定厚度的覆盖离散的化合物单层的介电层。
11. 根据权利要求8至10中任一项所述的原子层沉积方法，其特征在于，所述的第一前体是金属、半导体、或者配合有卣素或者有机配合物的金属、 或者配合有卣素或者有机配合物的半导体中的一种或者几种的混合物。
12. 根据权利要求11所述的原子层沉积方法，其特征在于，所述金属为Ta， Ti, W, Mo, Nb, Cu, Ni, Pt, Ru, Me, Ni或者Al。
13. 根据权利要求11所述的原子层沉积方法，其特征在于，所述的半导体 为硅。
14. 根据权利要求11所述的原子层沉积方法，其特征在于，所述的配合有 卤素或者有机配合物的金属为A1(CH3)3、 HfIN(CH3)(C2H5)]4、 Hf[N(C2H5)2]4、 Hf[OC(CH3)3]4或者HfCU,配合有卣素或者有机配合物的半导体为SiCl2H2、 Si(OC2H5)4、 Si2Cl6、 SiH2[NH(C4H9)]2、 SiH(OC2H5)3。
15. 根据权利要求8所述的原子层沉积方法，其特征在于，所述的第一前 体为SiCl2Hb时，第一前体气体流向原子层沉积室内的半导体衬底的流量为 0.06至0.3slm，流入时间大于0小于10sec。
16. 根据权利要求8所述的原子层沉积方法，其特征在于，所述的第二前 体为NH3、 N20、 N2、 02、 03或者1120。
17. 根据权利要求9所述的原子层沉积方法，其特征在于，所述介电层为 氧化硅、氮化硅或者氮氧化硅。
18. —种半导体器件，包括半导体衬底，位于半导体村底上的介质层-捕 获电荷层-介质层的三层堆叠结构和位于介质层-捕获电荷层_介质层的三 层堆叠结构上的栅极，以及半导体衬底内位于介质层-捕获电荷层-介质层 的三层堆叠结构两侧的源极和漏极，所述捕获电荷层为含有采用原子层沉积 方法形成的离散的化合物单层的介电层。
19. 根据权利要求18所述的半导体器件，其特征在于，所述离散的化合物单层尺寸是在原子尺寸数量级。
20. 根据权利要求18所述的半导体器件，其特征在于，所述离散的化合物 单层为氮化硅、氧化铝、氧化铪或者氮化钨。
21. 根据权利要求18所述的半导体器件，其特征在于，所述介电层为氧化 硅、氮化硅或者氮氧化石圭。
全文摘要
一种原子层沉积方法，包括在原子层沉积室内放置半导体衬底；第一前体气体流向原子层沉积室内的半导体衬底，在半导体衬底上形成离散的第一单层；惰性吹扫气体流向在原子层沉积室内的半导体衬底，去除没有形成第一单层的第一前体气体；第二前体气体流向在原子层沉积室，与形成第一单层的第一前体气体反应，形成离散的化合物单层；惰性吹扫气体流向在原子层沉积室，去除没有和第一前体气体的第二前体气体以及第一前体气体与第二前体气体反应的副产物。所述方法形成离散的化合物单层。本发明还提供一种半导体器件，器件的捕获电荷层为含有原子沉积方法形成的离散的化合物单层的介电层。
文档编号H01L21/285GK101330014SQ20071004245
公开日2008年12月24日 申请日期2007年6月22日 优先权日2007年6月22日
发明者三重野文健, 华 季, 季明华 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司