Ono结构的栅极侧墙的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种ONO结构的栅极侧墙的制作方法，包括：采用炉管原子层沉积工艺，在栅极两侧和顶部形成第一二氧化硅层；采用炉管原子层沉积工艺，在所述第一二氧化硅层上形成氮化硅层；采用炉管原子层沉积工艺，在所述氮化硅层上形成第二二氧化硅层，所述第二氧化硅层、氮化硅层、和第一氧化硅层形成ONO结构的栅极侧墙。本发明提高了ONO结构的栅极侧墙的均匀性和台阶覆盖率，提高了最终形成的半导体器件的性能。
【专利说明】ONO结构的栅极侧墙的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体工艺领域，特别涉及ONO结构的栅极侧墙的制作方法。
【背景技术】
[0002]在半导体工艺的制作过程中，栅极侧墙结构对保护栅极和减小器件的短沟道效应有重要的作用。ONO (第一二氧化硅层-氮化硅层-第二氧化硅层)结构是现有的理想的栅极侧墙结构，请参考图1所示的现有技术的ONO结构的栅极侧墙结构示意图。半导体衬底10上的栅极11上依次覆盖有第一氧化硅层12、氮化硅层13和第二氮化硅层14，其中，氮化硅层13具有较高的密度和强度，可以有效阻止水气和钠离子的扩散，是一种理想的栅极侧墙间隔保护材料。第一氧化硅层12 (Oxide)既可以作为氮化硅层13刻蚀时候的终止层(Stop Layer)，又可作为氮化硅层13与半导体衬底10和栅极11之间的缓冲层，减小氮化硅层13对半导体衬底10和栅极11的应力。所述第一氧化硅层12和第二氧化硅层14通常利用传统的炉管TEOS (正硅酸乙酯)工艺或者高温热氧化(HTO)工艺制作，而氮化硅层13通常利用采用炉管的DCS-NH3工艺制作。
[0003]随着器件线宽的减小(55nm及以下)、集成度的提高，采用传统炉管TEOS (正硅酸乙酯)工艺或者高温热氧化(HTO)以及炉管DCS-NH3工艺制作ONO结构的栅极侧墙时，形成的栅极侧墙在半导体衬底内的厚度均匀性以及半导体衬底之间的厚度均匀性有差异，并且在栅极上的台阶覆盖率不理想，这影响了最终制作的半导体器件的性能。
【发明内容】
[0004]本发明解决的问题是提供了一种ONO结构的栅极侧墙的制作方法，提高了 ONO结构的栅极侧墙的均匀性和台阶覆盖率，提高了最终形成的半导体器件的性能。
[0005]为解决上述问题，本发明提供一种ONO结构的栅极侧墙的制作方法，包括:
[0006]采用炉管原子层沉积工艺，在栅极两侧和顶部形成第一二氧化硅层；
[0007]采用炉管原子层沉积工艺，在所述第一二氧化硅层上形成氮化硅层；
[0008]采用炉管原子层沉积工艺，在所述氮化硅层上形成第二二氧化硅层，所述第二氧化娃层、氮化娃层、和第一氧化娃层形成ONO结构的栅极侧墙。
[0009]可选地，采用所述炉管原子层沉积工艺形成所述第一氧化硅层、第二氧化硅层的温度范围为350-550摄氏度。
[0010]可选地，所述第一氧化硅层或第二氧化硅层的炉管原子层沉积工艺包括若干制作周期，每一制作周期包括步骤:步骤1、通入前驱体特气；步骤2、通入净化气体吹洗；步骤
3、通入特气；步骤4、通入净化气体吹洗。
[0011]可选地，形成所述第一氧化硅层或第二氧化硅层时，所述前驱体特气包括:Si[N(CH3)]3H，所述净化气体包括:N2，所述特气包括:03。
[0012]可选地，通过调整所述制作周期的数目，来调整形成的第一氧化硅层和第二氧化硅层的厚度，通过调整制作周期内的每个步骤的时间，来调整形成的第一氧化硅层、第二氧化硅层的厚度均匀性。
[0013]可选地，形成所述氮化硅层的炉管原子层沉积工艺温度范围为400-600摄氏度。
[0014]可选地，所述炉管原子层沉积工艺包括若干制作周期，每一制作周期包括步骤:步骤1、通入前驱体特气；步骤2、通入净化气体吹洗；步骤3、通入特气；步骤4、通入净化气体吹洗。
[0015]可选地，所述前驱体特气包括:DCS，所述净化气体包括:N2，所述特气包括:NH3。
[0016]可选地，所述前驱体特气、净化气体、特气利用多孔石英管通入。
[0017]可选地，在通入所述NH3气体时，利用原位射频电极对NH3进行激活。
[0018]可选地，通过调整所述制作周期的数目，来调整形成的氮化硅层的厚度，通过调整制作周期内的每个步骤的时间，来调整形成的氮化硅层的厚度均匀性。
[0019]与现有技术相比，本发明的优点在于:
[0020]本发明利用炉管原子层沉积工艺形成第一氧化硅层、氮化硅层和第二氧化硅层，与现有技术采用炉管TEOS工艺或炉管高温热氧化工艺形成第一氧化硅层，炉管低压DCS-SiH4工艺制备氮化硅层、炉管TEOS工艺制作第二氧化硅层相比，本发明能够精确控制第一氧化硅层、氮化硅层和第二氧化硅层能够在实现接近氮原子厚度的薄膜沉积，能够精确控制第一氧化硅层、氮化硅层和第二氧化硅层的厚度，并且具有较高的台阶覆盖率，获得更好的片内均匀性和片间均匀性，从而改善最终形成的ONO结构的形貌、均匀性和重复性；
[0021]进一步优化地，所述第一氧化硅层、第二氧化硅层的炉管沉积工艺的温度范围为350-550摄氏度；形成所述氮化硅层的炉管原子层沉积工艺温度范围为400-600摄氏度，与采用炉管TEOS工艺或炉管高温热氧化工艺形成第一氧化硅层，炉管低压DCS-SiH4工艺制备氮化硅层、炉管TEOS工艺制作第二氧化硅层的热预算较高相比，能够降低形成ONO结构的热预算；
[0022]进一步优化地，所述第一氧化硅层、氮化硅层、第二氧化硅层利用多个制作周期形成，调整制作周期的数目，能调整形成的第一氧化硅层、氮化硅层、第二氧化硅层的厚度，通过调整制作周期内的每个步骤的时间，来调整形成的第一氧化硅层、第二氧化硅层的厚度均匀性，不仅能够保证炉管原子层沉积工艺的充分进行，而且形成的第一氧化硅层、氮化硅层和第二氧化硅层具有较高的厚度均匀性；
[0023]进一步优化地，形成所述氮化硅层时，所述前驱体特气、净化气体、特气利用多孔石英管通入，可以保证特气分布的均匀性，改善形成的氮化硅层的质量。
[0024]进一步优化地，在通入所述NH3气体时，利用原位射频电极对NH3进行激活，能减小负载效应，提高形成的氮化硅层的质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为现有技术的ONO结构的栅极侧墙结构示意图；
[0026]图2为本发明一个实施例ONO结构的栅极侧墙的制作方法流程示意图；
[0027]图3-图4为本发明一个实施例的ONO结构侧墙的制作方法剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0028]现有技术中，第一氧化硅层和第二氧化硅层采用炉管TEOS工艺或炉管高温热氧化工艺制作，氮化硅工艺用炉管DCS NH3工艺制作，片内工艺均匀性以及片间工艺均匀度不高，台阶覆盖性不好，为了解决上述问题，本发明提出一种ONO结构的栅极侧墙结构的制作方法，请参考图2所示的现有技术的ONO结构的栅极侧墙的制作方法流程示意图，所述方法包括:
[0029]步骤SI，采用炉管原子层沉积工艺，在栅极两侧和顶部形成第一二氧化硅层；
[0030]步骤S2，采用炉管原子层沉积工艺，在所述第一二氧化硅层上形成氮化硅层；
[0031]步骤S3，采用炉管原子层沉积工艺，在所述氮化硅层上形成第二二氧化硅层，所述第二氧化硅层、氮化硅层、和第一氧化硅层形成ONO结构的栅极侧墙。
[0032]下面结合具体的实施例对本发明的技术方案进行详细的描述，为了更好地更好地说明本发明的技术方案，请结合图3-图4所示的本发明一个实施例的ONO结构侧墙的制作方法剖面结构示意图。
[0033]首先，请参考图3，采用炉管原子层沉积工艺，在半导体衬底100和栅极110的两侧和顶部形成第一二氧化硅层120。与现有技术采用炉管TEOS工艺或炉管高温热氧化工艺形成第一氧化硅层120相比，本发明能够精确控制第一氧化硅层11在实现接近氮原子厚度的薄膜沉积，能够精确控制第一氧化硅层120的厚度，并且具有较高的台阶覆盖率，获得更好的片内均匀性和片间均匀性，从而改善最终形成的ONO结构的形貌、均匀性和重复性。
[0034]本发明中，形成第一二氧化硅层120的温度范围为350-550摄氏度，与采用炉管TEOS工艺或炉管高温热氧化工艺形成第一氧化硅层的热预算较高相比，能够降低形成ONO结构的热预算。优选地，所述温度范围为370-530摄氏度，比如，所述温度可以为370摄氏度、390摄氏度，450摄氏度，460摄氏度，530摄氏度等。作为一个实施例，形成采用所述炉管原子层沉积工艺形成所述第一氧化硅层120的温度为450摄氏度。
[0035]所述第一氧化硅层120的炉管原子层沉积工艺包括若干制作周期，每一制作周期包括步骤:步骤1、通入前驱体特气；步骤2、通入净化气体吹洗；步骤3、通入特气；步骤4、通入净化气体吹洗。通过调整所述制作周期的数目，来调整形成的第一氧化硅层120的厚度，通过调整制作周期内的每个步骤的时间，来调整形成的第一氧化硅层120的厚度均匀性。通过调整制作周期内的每个步骤的时间，来调整形成的第一氧化硅层120的厚度均匀性，不仅能够保证炉管原子层沉积工艺的充分进行，而且形成的第一氧化硅层120具有较高的厚度均匀性。
[0036]然后，请参考图4，采用炉管原子层沉积工艺，在所述第一二氧化硅层120上形成氮化硅层130。本发明利用炉管原子层沉积工艺形成氮化硅层130，与现有技术采用炉管低压DCS-SiH4工艺制备氮化硅层相比，本发明能够精确控制氮化硅层130能够在实现接近氮原子厚度的薄膜沉积，能够精确控制氮化硅层130的厚度，并且具有较高的台阶覆盖率，获得更好的片内均匀性和片间均匀性，从而改善最终形成的ONO结构的形貌、均匀性和重复性。
[0037]作为一个实施例，形成所述氮化硅层130的炉管原子层沉积工艺温度范围为400-600摄氏度，比如，所述温度可以为400摄氏度、450摄氏度、500摄氏度、550摄氏度或600摄氏度。与采用炉管低压DCS-SiH4工艺制备氮化硅层的热预算较高相比，本发明能够降低形成ONO结构的热预算。
[0038]作为一个实施例，形成所述氮化硅层130的炉管原子层沉积工艺包括若干制作周期，每一制作周期包括步骤:步骤1、通入前驱体特气；步骤2、通入净化气体吹洗；步骤3、通入特气；步骤4、通入净化气体吹洗。本发明可通过调整所述制作周期的数目，来调整形成的氮化硅层130的厚度，通过调整制作周期内的每个步骤的时间，来调整形成的氮化硅层的厚度均匀性。并且，在每一个制作周期内，每个步骤的时间，来调整形成的氮化硅层130厚度均匀性，不仅能够保证炉管原子层沉积工艺的充分进行，而且形成的氮化硅层130具有较高的厚度均匀性。作为本发明的一个实施例，所述前驱体特气包括:DCS，所述净化气体包括:N2，所述特气包括:NH3。本实施例中，所述前驱体特气、净化气体、特气利用多孔石英管通入。这样可以保证特气分布的均匀性，改善形成的氮化硅层的质量。作为本发明的优选实施例，在通入所述NH3气体时，利用原位射频电极对NH3进行激活。这样可以显著减小负载效应，提高形成的氮化硅层130的质量。
[0039]请继续参考图4，采用炉管原子层沉积工艺，在所述氮化硅层130上形成第二二氧化硅层140，第二二氧化硅层140、氮化硅层130、和第一氧化硅层120形成ONO结构的栅极侧墙。现有技术采用炉管TEOS工艺或炉管高温热氧化工艺形成第二二氧化硅层140相比，本发明能够精确控制第二二氧化硅层140在实现接近氮原子厚度的薄膜沉积，能够精确控制第二二氧化硅层140的厚度，并且具有较高的台阶覆盖率，获得更好的片内均匀性和片间均匀性，从而改善最终形成的ONO结构的形貌、均匀性和重复性。
[0040]本发明中，形成第二二氧化硅层140的温度范围为350-550摄氏度，与采用炉管TEOS工艺或炉管高温热氧化工艺形成第二二氧化硅层140的热预算较高相比，能够降低形成ONO结构的热预算。优选地，所述温度范围为370-530摄氏度，比如，所述温度可以为370摄氏度、390摄氏度，450摄氏度，460摄氏度，530摄氏度等。作为一个实施例，形成采用所述炉管原子层沉积工艺形成所述第二二氧化硅层140的温度为500摄氏度。
[0041]所述第二二氧化硅层140的炉管原子层沉积工艺包括若干制作周期，每一制作周期包括步骤:步骤1、通入前驱体特气；步骤2、通入净化气体吹洗；步骤3、通入特气；步骤
4、通入净化气体吹洗。通过调整所述制作周期的数目，来调整形成的第二二氧化硅层140的厚度，通过调整制作周期内的每个步骤的时间，来调整形成的第二二氧化硅层140的厚度均匀性。通过调整制作周期内的每个步骤的时间，来调整形成的第二二氧化硅层140的厚度均匀性，不仅能够保证炉管原子层沉积工艺的充分进行，而且形成的第二二氧化硅层140具有较高的厚度均匀性。
[0042]综上，本发明利用炉管原子层沉积工艺形成第一氧化硅层、氮化硅层和第二氧化硅层，与现有技术采用炉管TEOS工艺或炉管高温热氧化工艺形成第一氧化硅层，炉管低压DCS-SiH4工艺制备氮化硅层、炉管TEOS工艺制作第二氧化硅层相比，本发明能够精确控制第一氧化硅层、氮化硅层和第二氧化硅层能够在实现接近氮原子厚度的薄膜沉积，能够精确控制第一氧化硅层、氮化硅层和第二氧化硅层的厚度，并且具有较高的台阶覆盖率，获得更好的片内均匀性和片间均匀性，从而改善最终形成的ONO结构的形貌、均匀性和重复性；
[0043]进一步优化地，所述第一氧化硅层、第二氧化硅层的炉管沉积工艺的温度范围为350-550摄氏度；形成所述氮化硅层的炉管原子层沉积工艺温度范围为400-600摄氏度，与采用炉管TEOS工艺或炉管高温热氧化工艺形成第一氧化硅层，炉管低压DCS-SiH4工艺制备氮化硅层、炉管TEOS工艺制作第二氧化硅层的热预算较高相比，能够降低形成ONO结构的热预算；[0044]进一步优化地，所述第一氧化硅层、氮化硅层、第二氧化硅层利用多个制作周期形成，调整制作周期的数目，能调整形成的第一氧化硅层、氮化硅层、第二氧化硅层的厚度，通过调整制作周期内的每个步骤的时间，来调整形成的第一氧化硅层、第二氧化硅层的厚度均匀性，不仅能够保证炉管原子层沉积工艺的充分进行，而且形成的第一氧化硅层、氮化硅层和第二氧化硅层具有较高的厚度均匀性；
[0045]进一步优化地，形成所述氮化硅层时，所述前驱体特气、净化气体、特气利用多孔石英管通入，可以保证特气分布的均匀性，改善形成的氮化硅层的质量。
[0046]进一步优化地，在通入所述NH3气体时，利用原位射频电极对NH3进行激活，能减小负载效应，提高形成的氮化硅层的质量。
[0047]因此，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种ONO结构的栅极侧墙的制作方法，其特征在于，包括: 采用炉管原子层沉积工艺，在栅极两侧和顶部形成第一二氧化硅层； 采用炉管原子层沉积工艺，在所述第一二氧化硅层上形成氮化硅层； 采用炉管原子层沉积工艺，在所述氮化硅层上形成第二二氧化硅层，所述第二氧化硅层、氮化硅层、和第一氧化硅层形成ONO结构的栅极侧墙的栅极侧墙。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用所述炉管原子层沉积工艺形成所述第一氧化硅层、第二氧化硅层的温度范围为350-550摄氏度。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一氧化硅层或第二氧化硅层的炉管原子层沉积工艺包括若干制作周期，每一制作周期包括步骤:步骤1、通入前驱体特气；步骤2、通入净化气体吹洗；步骤3、通入特气；步骤4、通入净化气体吹洗。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，形成所述第一氧化硅层或第二氧化硅层时，所述前驱体特气包括:Si[N(CH3)]3H，所述净化气体包括:N2，所述特气包括:03。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，通过调整所述制作周期的数目，来调整形成的第一氧化硅层和第二氧化硅层的厚度，通过调整制作周期内的每个步骤的时间，来调整形成的第一氧化硅层、第二氧化硅层的厚度均匀性。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述氮化硅层的炉管原子层沉积工艺温度范围为400-600摄氏度。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述炉管原子层沉积工艺包括若干制作周期，每一制作周期包括步骤:步骤1、通入前驱体特气；步骤2、通入净化气体吹洗；步骤3、通入特气；步骤4、通入净化气体吹洗。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述前驱体特气包括:DCS，所述净化气体包括:N2，所述特气包括:NH3。
9.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述前驱体特气、净化气体、特气利用多孔石英管通入。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在通入所述NH3气体时，利用原位射频电极对NH3进行激活。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，通过调整所述制作周期的数目，来调整形成的氮化硅层的厚度，通过调整制作周期内的每个步骤的时间，来调整形成的氮化硅层的厚度均匀性。
【文档编号】H01L21/28GK103489768SQ201310432329
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月22日 优先权日:2013年9月22日
【发明者】江润峰, 戴树刚 申请人:上海华力微电子有限公司