组份渐变的介质薄膜的形成方法技术

公开了一种组份渐变的介质薄膜的形成方法，包括步骤：将晶片移入反应室内；通入第一反应气体和第二反应气体，形成第一介质层；加入第三反应气体；调整所述第二和第三反应气体的流量，形成组份渐变的过渡介质层；停止通入所述第一、第二和第三反应气体；将所述晶片从所述反应室中取出。本发明专利技术通过调整各反应气体的流量大小，在同一反应室内沉积形成组份渐变的介质薄膜，提高了薄膜质量和器件性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造
，特别涉及一种组份渐变的介质薄膜的 形成方法。
技术介绍
半导体制造领域中的微芯片加工是一个平面加工的过程，这一过程包含了在硅片表面生长不同薄膜层的步骤。随着超大规模集成电路(ULSI, Ultra Large Scale Integration)的迅速发展，电路尺寸不断缩小，沉积层数不断增加， 对薄膜层的要求也越来越高。薄膜层中常需要用到介质薄膜层，其一般通过沉积工艺形成。在器件制 造过程中，可根据需要具体选择应用何种介质薄膜。事实上，因不同介质薄 膜具有不同的特点，往往需要轮流生长不同的介质薄膜，形成多层介质薄膜 结构。例如，为同时实现与多晶硅栅极的接触较为紧密和对多晶硅栅极的较 好保护，就常采用由热膨胀系数与硅非常类似的氧化硅，以及具有较高的硬 度、材料较为致密的氮化硅组合而成的介质薄膜结构作为栅极侧壁层，如氧 化硅/氮化硅(ON)多层介质薄膜或氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)的多层介 质薄膜。图l为现有的氧化硅/氮化硅/氧化硅介质薄膜的结构示意图。现有的多层 介质薄膜的形成方法是利用不同的设备分别轮流形成的。如图l所示，先将欲 沉积的硅衬底101放入用于生长氧化硅材料的化学气相沉积(CVD, Chemical Vapor Deposition )设备中，在硅片表面形成第一氧化硅薄层102。然后，将表 面覆盖有氧化硅薄膜的硅片从CVD设备中取出，送入另 一 台用于沉积氮化硅 材料的CVD设备中，沉积氮化硅薄膜层103,接着，再送入用于沉积氧化硅材 料的CVD设备中，沉积第二氧化硅薄膜层104,最后形成了氧化硅/氮化硅/氧 化硅的多层介质层。但是，采用该方法形成的多层介质层存在两个缺陷 一是在多层介质层 的形成过程中，需要经多个CVD设备分别生长，增加了晶片被玷污的可能性， 影响了产品的成品率。二是在各层间具有明显的界面特性，在随后进行的刻 蚀中，因不同的材料在刻蚀速率方面的明显差别，会导致刻蚀不易控制、刻蚀图形的边缘形状不好等一 系列问题。图2为现有的氧化硅/氮化硅/氧化硅介 质薄膜刻蚀后结构示意图，如图2所示，由于不同材料刻蚀后边缘的形状不同， 导致整个图形的边缘201形状极差，这对器件的性能不利。如果能一次沉积出 组份连续变化的膜结构，则可以消除不同介质材料间的界面影响，提高器件 性能。申请号为02101551.1的中国专利公开了一种在氮化硅层上形成氮氧化硅 层的方法，该方法先将NH3和SiH2Cl2导入反应室中，形成氮化硅层，再将N20 导入同一反应室中，实现在氮化硅上的氮氧化硅层的沉积。采用该方法后， 晶片无需移出反应室就可以实现氮化硅和氮氧化硅的沉积，可以提高产率， 并减少对氮氧化硅层的污染。但是使用该方法后仍不能形成组份渐变的多层 介质层，对于多层介质薄膜间的界面影响不能消除。
技术实现思路
本专利技术提供了 一种，通过调整反应气体 的流量大小，可在同一反应室内沉积形成组份渐变的多层介质薄膜，消除了 多层介质薄膜间的界面效应，提高了薄膜质量。本专利技术提供了 一种，包括步骤将晶片移入反应室内；通入第一反应气体和第二反应气体，形成第一介质层； 加入第三反应气体；调整所述第二和第三反应气体的流量，形成组份渐变的过渡介质层； 停止通入所述第一、第二和第三反应气体； 将所述晶片从所述反应室中取出。其中，所述反应室为低压化学气相淀积反应室，反应温度在300到700°C 之间。其中，所述第一反应气体是硅烷或正硅酸乙酯，第二反应气体是氧气或 臭氧，第三反应气体是氨气或氮气。且第一反应气体的流量在30sccm到 200sccm之间，第二反应气体的流量在50sccm到400sccm之间，第三反应气 体的流量在50sccm到300sccm之间。其中，所述调整流量的速率在2到20sccm/min之间。其中，所述第一介质层是氧化硅层，所述过渡介质层是氮氧化硅层。此外，调整所述第一、第二或第三反应气体的流量，包括减小所述第二反应气体的流量。加大所迷第三反应气体。此调整方法下产生的所述过渡介质层是由氧化硅向氮化硅转变的。该调整结束后，还可以再包括减小所述第三反应气体；加大所述第二反应气体的流量。包括此调整步骤的所述过渡介质层是先由氧化硅向氮化硅转化，再由氮 化硅向氧化硅转化。利用该在具有多个栅极的衬底上形成介 质薄膜层，并在取出所述衬底后，对所述衬底上的介质薄膜层进行刻蚀，在 所述栅极侧壁上形成由所述组份渐变的介质薄膜组成的侧壁层。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点本专利技术的，利用化学气相沉积设备，通 过调整各反应气体的流量大小，实现在同 一反应室内连续沉积形成渐变介质 薄膜。在发挥了各材料优势的基础上，消除了多层介质薄膜间的界面效应， 改善了薄膜质量，提高了器件性能。 附图说明图1为现有的氧化硅/氮化硅/氧化硅介质薄膜的结构示意图； 图2为现有的氧化硅/氮化硅/氧化硅介质薄膜刻蚀后结构示意图； 图3为利用本专利技术方法形成渐变介质薄膜的流程图； 图4为利用本专利技术方法形成渐变介质薄膜的结构示意图； 图5为利用本专利技术方法形成的渐变介质薄膜刻蚀后结构示意图； 图6为利用本专利技术方法形成渐变介质薄膜的流程图； 图7A和7B为利用本专利技术方法形成栅极侧壁层的结构示意图。 具体实施例方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。本专利技术的組份渐变的介质薄膜的形成方法，通过分别调整化学气相沉积 中的各反应气体，可实现在同 一反应室内沉积形成渐变介质薄膜。 本专利技术的第一具体实施例是一次性完成氧化硅/氮氧化硅/氮化硅渐变薄膜层的沉积。图3为利用本专利技术方法形成渐变介质薄膜的流程图，图4为利 用本专利技术方法形成渐变介质薄膜的结构示意图，结合图3和图4对本专利技术的 第 一具体实施例进行详细说明。首先将欲沉积的衬底放入低压化学气相沉积(LPCVD， Low Pressure Chemical Vapor Deposition)设备中(S301),通入第一反应气体SiH4和第二 反应气体02 (S302)，通过化学反应SiH4+02 —Si02 + 2H2，如图4所示，在 衬底表面形成第一介质层--氧化硅薄膜401。其中，沉积温度在300到700°C 之间，如为400°C;第一反应气体的流量在30sccm到200sccm之间，如为 100sccm;第二反应气体的流量在50sccm到400sccm之间，如为200sccm。然后，逐渐减小第二反应气体流量，增大第三反应气体的流量(S303 )。 本实施例中的第三种气体为氨气，流量由Osccm逐渐增大，其流量在50sccm到 300sccm之间；同时，第二反应气体02逐渐减小，对应的，所形成的薄膜中氮 含量逐渐增大，氧含量逐渐减少，形成了组份渐变的氮氧化硅过渡薄膜层402。 其中，第二、第三反应气体的变化速率根据所要形成的过渡薄膜层的组份渐 变要求决定，如要求组份以线性变化，则对应的气体流量也以线性增大或減 小；要求组份以抛物线模式变化，则对应的气体流量也以抛物线规律增大或 减小。本实施例中的组份变化是线性的，故而对应的气体流量也是以线性增 大或减小的，如O2流量以每分钟2到20sccm的速率下调，如5sccm/分钟，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组份渐变的介质薄膜的形成方法，其特征在于，包括步骤：　　　　将晶片移入反应室内；　　　　通入第一反应气体和第二反应气体，形成第一介质层；　　　　加入第三反应气体；　　　　调整所述第二和第三反应气体的流量，形成组份渐变的过渡介质层；　　　　停止通入所述第一、第二和第三反应气体；　　　　将所述晶片从所述反应室中取出。

【技术特征摘要】
1、 一种组份渐变的介质薄膜的形成方法，其特征在于，包括步骤 将晶片移入反应室内；通入第一反应气体和第二反应气体，形成第一介质层； 加入第三反应气体；调整所述第二和第三反应气体的流量，形成组^除渐变的过渡介质层； 停止通入所述第一、第二和第三反应气体； 将所述晶片从所述反应室中取出。2、 如权利要求1所述的形成方法，其特征在于所述反应室为低压化学 气相淀积反应室。3、 如权利要求1所述的形成方法，其特征在于所述反应温度在300到 700。C之间。4、 如权利要求1所述的形成方法，其特征在于所述第一反应气体是硅 烷或正硅酸乙酯。5、 如权利要求1所述的形成方法，其特征在于所述第二反应气体是氧 气或臭氧。6、 如权利要求l所述的形成方法，其特征在于所述第三反应气体是氨 气或氮气。7、 如权利要求1所述的形成方法，其特征在于所述第一反应气体的流 量在30sccm到200sccm之间。8、 如权利要求1所述的形成方法，其特征在于所述第二反应气...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱旋，宋伟基，毛刚，何德飚，何学缅，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]