用单晶片低压CVD淀积氧化硅和氮氧化物的方法技术

本发明专利技术公开一种氧化物和氮氧化物膜及其制造方法。该氧化物或氮氧化物膜生长在位于淀积室中的衬底上。硅源气体（或硅源气体与氮化源气体）和氧化源气体在淀积室中利用热能源被分解。在衬底上形成氧化硅（或氮氧化硅）膜，其中淀积室的总压力保持在５０托到３５０托的范围内，其中在淀积工艺期间，硅源气体（或硅源气体与氮化源气体）和氧化源气体的流量比在１∶５０到１∶１００００范围内。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体集成电路制造领域，特别涉及氧化硅膜的中温淀积和高温淀积以及这些氧化物膜的制造方法。
技术介绍
在制造集成电路如微处理器和存储器时已经广泛地使用了化学汽相淀积(CVD)的SiO2膜和它们的二元和三元硅酸盐(一般指氧化物膜)。这些膜被用做多晶硅和金属层之间、多层金属系统中的金属层之间的绝缘膜、作为扩散源、作为扩散和注入掩模、作为间隔器和作为最后钝化层。可接受的淀积氧化物膜工艺提供均匀的厚度和成分、低微粒和化学污染、对衬底的良好的粘接性以及高制造产量。这些膜是使用公知技术如CVD形成的。低压化学汽相淀积(LPCVD)是CVD工艺的一种特殊情况，通常用于介电质膜淀积的前端生产线(FEOL)。在CVD工艺中，将给定的成分和流速的反应气体和稀释载体气体引入到反应室中。气体物质向衬底移动，并且反应物被吸收到衬底上。原子经历迁移和膜形成化学反应并在衬底上淀积膜(例如氧化硅)。反应的气体副产物从反应室被除去。驱动反应的能量可由几种方法来供给，例如热、光和射频、催化剂或等离子体。常规CVD系统通常含有气体源、气体馈送线、质流控制器、反应室、用于加热将在其上淀积膜的衬底的方法、以及温度传感器。常规LPCVD系统与CVD系统相似，除了温度是用于源气体反应的初级驱动器(primary driver)之外。用于在衬底上形成中温淀积氧化物膜(MTO)和高温淀积氧化物膜(HTO)的现有技术系统的状态利用了在图1A中所示的批量型LPCVD系统。这幅图示出了作为热壁炉系统的批量型LPCVD 100，它包括三区电阻炉112、石英反应管102、气体入口104、压力传感器106、和晶片船108。多个硅晶片110垂直地定位在晶片船108上，用于淀积。晶片被围绕管子102的电阻加热线圈辐射加热。使用质流控制器将反应气体计量到管子102的一端(气体入口104)。反应副产物从管子102的另一端排出(例如经过排气泵)。现有技术系统的状态存在所谓的“耗尽效应”的缺陷。耗尽效应减小气相浓度，因为反应物被晶片表面上的反应所消耗。因此，入口104附近的晶片暴露在更高浓度的反应气体中。因此对于靠近入口104放置的晶片来说，淀积速度较大。结果，对于每批中的晶片和一批与另一批的晶片来说难以获得均匀的厚度。
技术实现思路
描述一种用于形成氧化硅膜或氮氧化硅膜的工艺。通过热低压化学汽相淀积工艺生长膜。该工艺可在单晶片冷壁反应器中进行，在该反应器中，在淀积室中使用热能量源分解硅源气体和氧化源气体，从而形成膜。该膜是利用50-350托之间的总压力和分别利用硅源气体流与氧化源气体流的1∶50到1∶10000的流量比形成的。该工艺利用在20埃()每分钟到2000埃每分钟之间的淀积速度能形成具有小于100埃和大于1000埃的厚度的膜。附图说明下面借助例子示出了本专利技术，但是附图不限制本专利技术，附图中的相同参考标记表示相同的元件，其中图1是表示现有技术的典型LPCVD系统图；图2表示如何形成氧化硅膜的本专利技术的示例性方法的工艺流程图；图3表示本专利技术的示例性退火工艺的工艺流程图；图4表示示例性热低压化学汽相淀积处理室的侧剖视图，该处理室包括在“晶片处理”位置上的电阻加热器，并用于形成本专利技术的氧化硅膜；图5表示在“晶片负载”位置上的与图4相似的侧剖视图；图6表示在“晶片分离”位置上的与图4相似的侧剖视图；图7表示在衬底上形成氧化硅膜的示例性反应步骤；图8表示在衬底上形成氮氧化硅膜的示例性反应步骤； 图9表示包括用于淀积氧化物膜和对具有淀积在其上的氧化物膜的衬底进行退火的多个室的示例性系统；图10A、10B、10C、10D、10E和10F表示根据本专利技术中所述的一些示例性方法制造的ONO间隔器；图10G、10H和10I表示根据本专利技术中所述的一些示例性方法制造的示例性闪烁存储器(flash memory device)；图11表示对根据本专利技术形成的氮氧化硅的光学性能的淀积时间和厚度影响；图12表示对根据本专利技术形成的氮氧化硅的光学性能的压力影响；图13表示硅源气体和氮化物源气体的流量比对根据本专利技术形成的氮氧化硅的光学性能的影响；图14表示氧化物源气体与硅源气体的流量比对根据本专利技术形成的氧化硅的阶梯覆盖率(step coverage)的影响；图15表示加热器温度对根据本专利技术形成的氧化硅膜的阶梯覆盖率的影响。表1示出制造氧化硅膜的示例性参数。具体实施例方式本专利技术是形成低温、中温和高温氧化硅、或者氮氧化硅膜的一种新方法。在下面的说明中，为了解释性的目的，列出了许多特殊细节，以便提供对本专利技术的全面理解。然而，对于本领域普通技术人员来说显然可以在没有这些特殊细节的情况下实施本专利技术。在其它情况下，为了防止使本专利技术模糊不清而没有描述特殊设备结构和方法。下面的说明和附图都是为了说明本专利技术的并不用于限制本专利技术。下面的段落描述一种淀积低温、中温和高温膜(例如氧化硅和氮氧化硅)的新方法。低温膜是利用从300℃到600℃范围内的淀积温度形成的；中温膜是利用从600℃到800℃范围内的淀积温度形成的；高温膜是利用从800℃到900℃范围内的淀积温度形成的。热低压化学汽相淀积(LPCVD)工艺用于形成氧化硅膜或氮氧化硅膜。该工艺可在单晶片冷壁反应室中进行，其中使用淀积室中的热能量源分解硅源气体和氧化物源气体以形成氧化物膜。硅源气体与氧化物源气体的流量比分别为1∶50到1∶10000。淀积室中的总压力为50到350托，同时形成氧化硅膜。该工艺能形成具有小于100埃或大于1000埃、优选在10埃到3000埃之间的厚度的氧化硅膜，并利用了在20埃每分钟到2000埃每分钟之间的淀积速度。具有被淀积的氧化物膜的衬底任选地使用优选为相同氧化物源气体的快速热退火工艺进行退火。根据本专利技术的形成膜的方法可集成为形成氧化物-氮化物(ON)间隔器、氧化物-氮化物-氧化物(ONO)间隔器、用于闪烁存储器栅极的ONO叠置体(stack)或衬里氧化物沟槽，或者MOS晶体管中的侧壁间隔器，这些只是列举的一些例子。图2示出本专利技术用于形成氧化硅膜的示例性方法200的工艺流程图。如流程图200的步骤202所示，第一步是将其上将要形成氧化硅膜的衬底300放在淀积反应器中。衬底300放在适于淀积本专利技术的氧化硅膜的热LPCVD反应器中。合适的热LPCVD设备的例子是图4-6中所示的电阻加热LPCVD反应器。其它合适的淀积反应器包括由应用材料公司制造的OxZgenTM反应器。在讨论淀积工艺之前，这里首先描述一种示例性的热LPCVD设备400。图4、5和6示出可用于实施本专利技术的热低压化学汽相淀积室的不同侧剖视图(例如晶片装载位置和晶片分离位置)。图4表示在“晶片处理”位置中处理室主体445的内部。图5表示在“晶片分离”位置中处理室的相同视图。图6示出在“晶片装载”位置中处理室的相同侧剖视图。为了说明，描述的处理室大约为5-6公升范围内。图4、5和6示出限定反应腔室490的室主体445，其中在反应腔室490中使处理气体或反应气体热分解，从而在衬底300上形成氧化硅膜。在一个实施例中，室主体445由铝构成，并且具有通道455，用于将水(或水和乙二醇的混合物)在通道中抽送以冷却反应室445。水通道使该设备400成为“冷壁”反应室。室主体445也本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成氧化物膜的方法，包括：将衬底放在淀积室中；在所述淀积室中，用热能源分解硅源气体和氧化源气体；和在所述衬底上形成氧化硅膜，其中，在淀积工艺期间，所述淀积室的总压力保持在５０－３５０托的范围内。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：JA苏布拉默尼，横田义高，RS耶尔，L罗，A陈，
申请(专利权)人：应用材料有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]