专利名称：以单一晶圆式化学气相沉积的反应器连续形成氧化物/氮化物/氧化物绝缘层的制造方法
技术领域：
本发明是关于半导体制程(semiconductor manufacturing)，特别是有关于应用于PIP或MIM电容器的以单一晶圆式化学气相沉积的反应器连续形成氧化物/氮化物/氧化物(ONO)绝缘层的制造方法。
背景技术：
常见的半导体积体电路中，所使用的电容器设有以复晶硅/绝缘物/复晶硅(polysilicon-insulator-polysilicon)的架构所形成的多晶硅电容器(PIPcapacitor)，或是以金属/绝缘物/金属(metal-insulator-metal)的架构形成所谓的金属电容器(MIM capacitor)。以氧化物/氮化物/氧化物为架构的介电层已广泛应用于MIM电容器的绝缘层，或PIP电容器的绝缘层，以期提高电容器的电容量。而ONO介电层通常是以一第一氧化硅层一氮化硅层与一第二氧化硅层的三层堆叠结构所组成，具有相当高的介电常数。
传统上，ONO绝缘层通常是先以炉管(furance)依次于大量晶圆表面，以热氧化法制造形成第一氧化层，然后再将大量晶圆从炉管取出，将整批晶圆置放于另一反应器内部，以化学气相沉积法(chemical vapor deposition；CVD)形成氮化层于第一氧化层表面。最后再将整批晶圆再次置入所述炉管，再制造一第二氧化层于氮化层表面。如此，完成ONO绝缘层的制造。其主要缺陷在于1、传统氧化物/氮化物/氧化物绝缘层制程的每一道步骤，都使用不同的反应器，必需不断将整批晶圆由先前的反应器取出，再置入欲进行反应的反应器中，不但步骤繁杂，且需要长时间等待抽真空，以达到标准的反应室压力，相当耗费制程时间。
2、另外，以热氧化法制造的氧化层的结构并不致密，容易导致元件应用时，发生绝缘层崩溃(breakdown)与漏电流(urrent leakage)的缺陷。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种以单一晶圆式化学气相沉积的反应器连续形成一氧化物/氮化物/氧化物绝缘层的制造方法，克服现有技术的弊端，达到适用于PIP电容器或MIM电容器的绝缘层的目的。
本发明的再一目的是提供一种以单一晶圆式化学气相沉积的反应器连续形成一氧化物/氮化物/氧化物绝缘层的制造方法，达到大幅缩短制程时间的目的。
本发明的另一目的是提供一种以单一晶圆式化学气相沉种的反应器连续形成一氧化物/氮化物/氧化物绝缘层的制造方法，改以化学气相沉积法(CVD)制造氧化物，克服传统热氧化法所制造的氧化物结构松散而导致绝缘层崩溃(breakdown)与漏电流(current leakage)的缺陷，达到提高元件质量的目的。
本发明的目的是这样实现的一种以单一晶圆式化学气相沉积的反应器连续形成一氧化物/氮化物/氧化物(ONO)绝缘层的制造方法，适用于一MIM电容，此方法的主要步骤包括首先，放置一金属基底于一单一晶圆式化学气相沉积的反应器中；接着，导入一含氧前驱体于所述单一晶圆式化学气相沉积的反应器内部，以沉积一第一氧化层于所述金属基底表面；接着，导入一含氮前驱体于所述单一晶圆式化学气相沉积的反应器内部，以沉积一氮化层于所述第一氧化层表面；最后，导入一氧气于所述单一晶圆式化学气相沉积的反应器内部，并且同时实施一热处理程序，以氧化生成一第二氧化层于所述氮化层表面。
所述金属层包括钽(Ta)或钌(Ru)。所述第一氧化层是利用低压化学气相沉积法(low pressure chemical vapor deposition；LPCVD)形成，其中所述含氧前驱体包括SiH4和N2O。所述氮化层亦是利用低压化学气相沉积法(LPCVD)形成，其中所述含氮前驱体包括SiH4和NH3。所述热处理程序的温度是300-400℃，所述第二氧化层的生成更包括导入氢气。
本发明又提出一种以单一晶圆式化学气相沉积的反应器连续形成一氧化物/氮化物/氧化物(ONO)绝缘层的制造方法，适用于一PIP电容，此方法的步骤主要包括首先，放置一多晶硅基底于一单一晶圆式化学气相沉种的反应器中；接着，在所述单一晶圆式化学气相沉积的反应器内部形成一第一氧化层于所述金属多晶硅基底表面；接着，导入一含氮前驱体于所述单一晶圆式化学气相沉积的反应器内部，以沉积一氮化层于所述第一氧化层表面；最后，导入一氧气于所述单一晶圆式化学气相沉积的反应器内部，并且同时实施热处理程序，以氧化生成一第二氧化层于所述氮化层表面。
所述第一氧化层可利用热氧化形成法(thermal oxlde formation)于温度约300-750℃下形成。所述第一氧化层也可利用低压化学气相沉积法(LPCVD)形成。以化学气相沉积法为较佳。
所述氮化层是利用低压化学气相沉积法(LPCVD)形成。所述含氮前驱体包括SiH4和NH3。所述热处理程序的温度是约300-750℃，所述第二氧化层的生成更包括导入氢气。
下面结合较佳实施例和附图进一步说明。
图1-图3是本发明应用于MIM的实施例1的制程剖面示意图。
图4-图6是本发明应用于PIP的实施例2的制程剖面示意图。
具体实施例方式
实施例1本发明的应用于MIM的实施例1制造方法包括如下步骤
首先，提供一金属基底100，例如金属钽(Ta)或钌(Ru)，该金属基底100是预备用来制造MIM电容器的基底，再放置金属基底100于单一晶圆式化学气相沉积的反应器(single-wafer type CVD chamber)中。该单一晶圆式化学气相沉积的反应器，例如采用由应用材料(Applied MaterialsAMAT)公司制造的单一晶圆式机台，商品名为“TPCC”(Thermal Process Common Centura)；参阅图1所示，导入一含氧前驱体与SiH4气体于单一晶圆式化学气相沉积的反应器内部，例如以低压化学气相沉积法(LPCVD)于压力约150-400 Torr的下形成一厚度，例如为50-200的第一氧化层102于金属基底100表面，该第一氧化层102的材质，例如为氧化硅。含氧前驱体较佳为N2O。本发明以LPCVD形成第一氧化层102，可避免传统的绝缘层崩溃与漏电流的缺陷。
接着，参阅图2所示，导入一含氮前驱体与SiH4气体于所述单一晶圆式化学气相沉积的反应器内部，同样，例如以低压化学气相沉积法，于压力的150-400Torr之下形成一氮化层104于第一氧化层102表面，该氮化层104的材质，例如为氮化硅。含氮前驱体较佳为NH3。氮化层104的厚度，例如为50-200最后，参阅图3所示，导入一氧气于所述单一晶圆式化学气相沉积的反应器内部，并且同时实施热处理程序，温度较佳为300-400℃，以热氧化法生成一第二氧化层106于第一氮化层104表面，注意热处理程序的温度不可过高，以避免金属基底100熔化。第二氧化层106的生成过程中，更可导入一氢气，以进行湿式氧化法。第二氧化层106的厚度，例如为50-200。
如此一来，由第二氧化层106、氮化层104与第一氧化层102所组成的ONO绝缘层108便于所述单一晶圆式化学气相沉积的反应器内部，以临场(in-situ)且连续方式形成于金属基底100表面，避免传统制程必需于不同反应器内形成各层材质102、104、106的方法，可以大幅缩短制程时间；后续再形成一金属层于氧化物/氮化物/氧化物绝缘层表面，便可制得MIM电容器。
实施例2参阅图4-图6所示，本发明的实施例2的制造方法适用于PIP电容器。具体包括如下步骤首先，先提供一多晶硅(polysilicon)基底200，即预备用来制造PIP电容器的基底。放置多晶硅基底100于单一晶圆式化学气相沉积的反应器(singie-wafer type CVD chamber)中，该单一晶圆式化学气相沉积的反应器，例如采用由应用材料(Applied Materials；AMAT)公司制造的单一晶圆式机台，商品名为“TPCC”(Thermal Process common Centura)。
参阅图4所示，于单一晶圆式化学气相沉积的反应器内部形成一厚度，例如为50-200的第一氧化层202于金属基底200表面。
与实施例1不同之处在于当第一氧化层202形成于多晶硅200表面时，不必担心多晶硅熔化的问题，第一氧化层202可利用低压化学气相沉积法(LPCVD)形成，也可以用热氧化法形成，以(LPCVD)为较佳，可形成结构致密的氧化层，避免传统的绝缘层崩溃与漏电流的缺陷。
若利用低压化学气相沉积法(LPCVD)形成第一氧化层202，则需导入一含氧前驱体与一SiH4气体于单一晶圆式化学气相沉积的反应器内部，其压力约150-400 Torr。
若以热氧化法形成第一氧化层202，温度较佳为300-750℃，可导入一氢气，以湿式氧化法形成第一氧化层202。该第一氧化层202的材质，例如为氧化硅。含氧前驱体较佳为N2O。
接着，参阅图5所示，导入一含氮前驱体与一SiH4气体于所述单一晶圆式化学气相沉积的反应器内部，同样，例如以低压化学气相沉积法，于压力的150-400 Torr的下形成一氮化层204于第一氧化层202表面，该氮化层104的材质，例如为氮化硅。含氮前驱体较佳为NH3。氮化层204的厚度，例如为50-200。
最后，参阅图6所示，导入一氧气于所述单一晶圆式化学气相沉积的反应器内部，并且同时实施热处理程序，温度较佳为300-750℃，以热氧化法生成一第一氧化层206于氮化层204表面。
相较于实施例1的应用于MIM电容器，此阶段的温度范围可较高，而第二氧化层106的生成过程中，更可导入一氢气，以进行湿式氧化法。第二氧化层206的厚度，例如为50-200。
如此一来，由第二氧化层206、氮化层204与第一氧化层202所组成的氧化物/氮化物/氧化物绝缘层208便于所述单一晶圆式化学气相沉积的反应器内部，以临场(in-situ)且连续方式形成于多晶硅基底200表面，避免传统制程必需于不同反应器内形成各层材质202、204、206的方法，可以大幅缩短制程时间。后续再形成一金属层于ONO绝缘层表面，便可制得PIP电容器。
本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，所做各种的更动与润饰，都属于本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种以单一晶圆式化学气相沉积的反应器连续形成氧化物/氮化物/氧化物绝缘层的制造方法，其特征是它包括如下步骤(1)放置一金属基底于单一晶圆式化学气相沉积的反应器中；(2)导入含氧前驱体于所述单一晶圆式化学气相沉积的反应器内部，以沉积第一氧化层于所述金属基底表面；(3)导入一含氮前驱体于所述单一晶圆式化学气相沉积的反应器内部，以沉积氮化层于所述第一氧化层表面；(4)导入一氧气于所述单一晶圆式化学气相沉积的反应器内部，并且同时实施热处理程序，以氧化生成第二氧化层于所述氮化层表面。
2.根据权利要求1所述的以单一晶圆式化学气相沉积的反应器连续形成氧化物/氮化物/氧化物绝缘层的制造方法，其特征是所述金属基底包括钽或钌。
3.根据权利要求1所述的以单一晶圆式化学气相沉积的反应器连续形成氧化物/氮化物/氧化物绝缘层的制造方法，其特征是所述第一氧化层是利用低压化学气相沉积法形成。
4.根据权利要求1所述的以单一晶圆式化学气相沉积的反应器连续形成氧化物/氮化物/氧化物绝缘层的制造方法，其特征是所述含氧前驱体包括SiH4和N2O。
5.根据权利要求1所述的以单一晶圆式化学气相沉积的反应器连续形成氧化物/氮化物/氧化物绝缘层的制造方法，其特征是所述氮化层是利用低压化学气相沉积法形成。
6.根据权利要求1所述的以单一晶圆式化学气相沉积的反应器连续形成氧化物/氮化物/氧化物绝缘层的制造方法，其特征是所述含氮前驱体包括SiH4和NH3。
7.根据权利要求1所述的以单一晶圆式化学气相沉积的反应器连续形成氧化物/氮化物/氧化物绝缘层的制造方法，其特征是所述热处理程序的温度是300-400℃。
8.根据权利要求1所述的以单一晶圆式化学气相沉积的反应器连续形成氧化物/氮化物/氧化物绝缘层的制造方法，其特征是所述第二氧化层的生成，更包括导入一氢气。
9.一种以单一晶圆式化学气相沉积的反应器连续形成氧化物/氮化物/氧化物绝缘层的制造方法，其特征是它包括如下步骤(1)放置一多晶硅基底于单一晶圆式化学气相沉积的反应器中；(2)在所述单一晶圆式化学气相沉积的反应器内部，形成第一氧化层于所述多晶硅基底表面；(3)导入含氮前驱体于所述单一晶圆式化学气相沉积的反应器内部，以沉积一氮化层于所述第一氧化层表面；(4)导入氧气于所述单一晶图式化学气相沉积的反应器内部，并且同时实施热处理程序，以氧化生成第二氧化层于所述氮化层表面。
全文摘要
一种以单一晶圆式化学气相沉积的反应器连续形成氧化物/氮化物/氧化物绝缘层的制造方法，放置基底于单一晶圆式化学气相沉积的反应器中；导入含氧前驱体于单一晶圆式化学气相沉积的反应器内部，以沉积第一氧化层于基底表面；导入含氮前驱体于单一晶圆式化学气相沉积的反应器内部，沉积氮化层于第一氧化层表面；导入氧气于单一晶圆式化学气相沉积的反应器内部，并且同时实施热处理程序，氧化生成第二氧化层于氮化层表面。克服传统热氧化法所制造的氧化物结构松散而导致绝缘层崩溃与漏电流的缺陷，具有大幅缩短制程时间及提高元件质量的的功效。
文档编号C23C16/34GK1499586SQ0214672
公开日2004年5月26日 申请日期2002年11月4日 优先权日2002年11月4日
发明者李世达, 聂俊峰, 郑丰绪 申请人:矽统科技股份有限公司