CN103377906A - 氮氧化硅薄膜的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氮氧化硅薄膜的制造方法，采用立式L P C V D炉管进行氮氧化硅薄膜生长，将硅片产品放置于立式L P C V D炉管的制品作业区域，形成氮氧化硅薄膜的氧源为一氧化二氮，在一氧化二氮进入到制品作业区域参与反应形成氮氧化硅薄膜之前，对一氧化二氮进行预加热并使一氧化二氮充分分解。本发明能大大减少氮氧化硅薄膜的氧含量与产品在炉管的实际位置相关性，使炉管内不同位置处形成氮氧化硅薄膜的氧含量均匀，能提高氮氧化硅薄膜的RI炉内均匀性，使产品的性能稳定。

Description

氮氧化硅薄膜的制造方法

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路制造工艺方法，特别是涉及一种氮氧化硅薄膜的制造方法。

背景技术

在闪存(Flash)中一般都包括一个浮栅电极来存储电荷，现有技术中一般采用氧化物-氮化物-氧化物(ONO)结构来作为浮栅电极，引出制备ONO层的工艺是Flash制造中的关键工艺之一，现有一种ONO层共包括四层结构，该四层薄膜分别为，隧穿氧化层、第一层氮氧化硅层(SiON)、第二层氮氧化硅层、阻挡氧化层；隧穿氧化层一般采用干氧氧化或湿氧氧化(TOX)工艺形成，阻挡氧化层一般采用低压化学汽相沉积(LPCVD)工艺的高温氧化物沉积(HTO)形成。第一层氮氧化硅层和第二层氮氧化硅层之间可捕获(trap)的电荷数则决定了产品的读写速度及能力。

现有工艺中一般采用立式L P C V D炉管进行氮氧化硅薄膜生长。如图1所示，是现有立式L P C V D炉管的结构示意图，包括：内管1，外管2，晶舟3，炉管加热装置4，底座5，进气管道6。其中外管2套在内管1外部，内管1内组成反应腔。

晶舟3放置于所述内管中，用于放置硅片，晶舟3一般分成制品作业区域31和陪片放置区域32，制品作业区域31用于放置硅片产品，而在陪片放置区域32放置硅片陪片。所述陪片放置区域32位于所述制品作业区域31的底部且是靠近炉管底部的炉口区域即靠近底座5的区域，由于炉口区域的气体扰流情况比较严重，且温度会受到炉门开关时的外界温度影响而导致温度波动较大，从而导致该区域的成膜质量差，因此将该区域设置为所述陪片放置区域32，用于放置硅片陪片来避免气流和温度对产品的影响。晶舟3可以放置多片硅片，使得一个立式L P C V D炉管同时可以放置多片硅片产品，如对于8英寸生产线中，立式L P C V D炉管一次性可作业的硅片数量为2盒以上，每一盒最多可放置25片硅片。

炉管加热装置4绕设于外管2的外侧，用于对垂直炉管进行加热，使反应腔的温度达到工艺温度；底座5设置于垂直炉管的底部，底座5和内管1和外管2一起组成一密闭空间，晶舟3通过打开底座5后取出或放入。进气管道6设置于垂直炉管的底部，穿过底座5进入到反应腔的底部，各种不同的工艺气体可以分别配置不同的进气管道6，各种工艺气体分别经过各自的进气管道6进入到反应腔的底部后进行炉内混合，并向上流动达到反应腔中并参与反应，各种工艺气体的混合比例可视产品所需膜的性质来调整，最后从反应腔的顶部进入到内管1和外管2之间的空间并排出。

现有工艺中采用立式L P C V D炉管进行氮氧化硅薄膜生长时，采用的工艺气体包括：二氯硅烷(DCS)、一氧化二氮和氨气，分别为形成氮氧化硅薄膜的硅源、氧源和氮源。反应时，工艺气体是从反应腔的底部扩散到顶部的，工艺气体在整个反应腔中都会参加反应最后在硅片产品和硅片陪片上形成氮氧化硅薄膜。但是工艺气体从反应腔的底部向上扩散的过程中，工艺气体的温度会逐渐增加，这样带来的一个问题是在反应腔中工艺气体的温度不均匀，位于反应腔底部的工艺气体的温度较低而位于反应腔顶部的温度较高。特别是对于不易分解的一氧化二氮气体，在参加反应时需要将一氧化二氮充分分解，当一氧化二氮气体在反应腔底部时，温度低，一氧化二氮分解不充分，这样会造成在反应腔的不同位置处硅片产品的成膜质量不同，造成氮氧化硅薄膜炉内均匀性差。如图2所示，为现有方法形成的氮氧化硅薄膜的不同位置处的二次离子质谱分析(SIMS)曲线图，图2示意出了放置于晶舟3的制品作业区域31最顶部和最底部的两片硅片产品的SIMS曲线，可以看出，两个不同位置处的硅片产品的氮氧化硅薄膜的硅(Si)含量和氮(N)含量的曲线重合的较好，而两个不同位置处的硅片产品的氮氧化硅薄膜的氧(O)含量的曲线不重合，其中最底部的硅片产品的氧含量要小。最底部的硅片产品的氧含量小的原因是采用现有的制造方法时一氧化二氮在反应腔底部温度低、分解不充分。

一种更加简便推测出氮氧化硅薄膜的氧含量的多少的方法是测量氮氧化硅薄膜的折射率(Refractive Index，RI)值，如图3所示，为现有方法形成的氮氧化硅薄膜的RI值和位置关系的曲线图，可以看出从炉内也即晶舟3的制品作业区域31的顶部到底部，不同位置处的RI值逐渐增加，顶部和底部的RI差值为0.064。这些RI值的随炉内不同位置的变化都是由于氮氧化硅薄膜中的氧含量的随炉内不同位置的变化而造成的。最后，采用现有工艺形成的氮氧化硅薄膜来制作ONO层并最后制作闪存产品时，会造成产品的读写性能与产品在形成ONO层的氮氧化硅薄膜时处于设备内的实际位置相关性很强，使得产品的性能不稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种氮氧化硅薄膜的制造方法，能大大减少氮氧化硅薄膜的氧含量与产品在炉管的实际位置相关性，提高氮氧化硅薄膜的RI炉内均匀性，使产品的性能稳定。

为解决上述技术问题，本发明提供一种氮氧化硅薄膜的制造方法，采用立式L P C V D炉管进行氮氧化硅薄膜生长，将硅片产品放置于所述立式L P C V D炉管的制品作业区域，形成所述氮氧化硅薄膜的氧源为一氧化二氮，在所述一氧化二氮进入到所述制品作业区域参与反应形成所述氮氧化硅薄膜之前，对所述一氧化二氮进行预加热并使所述一氧化二氮充分分解。

进一步的改进是，通过在所述立式L P C V D炉管的陪片放置区域放置石英片来对所述一氧化二氮进行预加热，所述石英片的直径和所述硅片产品的直径相同，所述石英片的厚度为3毫米以上，所述石英片能提高陪片放置区域的热容量从而达到对流经过的所述一氧化二氮进行预热并促进所述一氧化二氮分解。

进一步的改进是，通过在所述立式L P C V D炉管的外部加设一加热装置来实现对所述一氧化二氮进行预加热，该加热装置保证使所述一氧化二氮在进入所述立式L P C V D炉管前温度达到200℃以上。

进一步的改进是，通过在所述立式L P C V D炉管的底部设置一蛇形喷嘴来实现对所述一氧化二氮进行预加热，所述一氧化二氮进入所述立式L P C V D炉管后在所述蛇形喷嘴流动，该蛇形喷嘴能延长所述一氧化二氮在所述立式L P C V D炉管底部的流经时间从而对实现对所述一氧化二氮进行预加热。

进一步的改进是，通过将所述立式L P C V D炉管的晶舟的底部设置为一石英保温桶的结构来实现对所述一氧化二氮进行预加热。

本发明方法通过对一氧化二氮进行预加热并使一氧化二氮充分分解，能大大减少氮氧化硅薄膜的氧含量与产品在炉管的实际位置相关性，使炉管内不同位置处形成氮氧化硅薄膜的氧含量均匀，能提高氮氧化硅薄膜的RI炉内均匀性，使产品的性能稳定。应用本发明方法到ONO层制作并最后制作闪存产品时，能大大降低产品的读写性能与产品在形成ONO层的氮氧化硅薄膜时处于设备内的实际位置相关性很强，使得产品的读写性能稳定。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是现有立式L P C V D炉管的结构示意图；

图2是现有方法形成的氮氧化硅薄膜的不同位置处的SIMS曲线图；

图3是现有方法形成的氮氧化硅薄膜的RI值和位置关系的曲线图；

图4是本发明实施例方法形成的氮氧化硅薄膜的RI值和位置关系的曲线图；

图5是本发明实施例三立式L P C V D炉管的结构示意图；

图6是本发明实施例四立式L P C V D炉管的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例一氮氧化硅薄膜的制造方法采用如图1所示的立式LP C V D炉管进行氮氧化硅薄膜生长，将硅片产品放置于所述立式L P CV D炉管的制品作业区域31，在所述立式L P C V D炉管的陪片放置区域32放置石英片，所述石英片的直径和所述硅片产品的直径相同且都为8英寸，所述石英片的厚度为3毫米以上。

氮氧化硅薄膜生长时，采用的工艺气体包括：二氯硅烷(DCS)、一氧化二氮和氨气，分别为形成氮氧化硅薄膜的硅源、氧源和氮源。各种不同的工艺气体分别配置不同的进气管道6，各种工艺气体分别经过各自的进气管道6进入到反应腔的底部后进行炉内混合，并向上流动达到反应腔中并参与反应，各种工艺气体的混合比例可视产品所需膜的性质来调整，最后从反应腔的顶部进入到内管1和外管2之间的空间并排出。工艺气体在向上扩散的过程中，先是经过陪片放置区域32、再进入到制品作业区域31。和现有技术不同之处为，本发明在陪片放置区域32用石英片代替硅片陪片，由于石英片的比热和密度都要大于硅片的比热和密度，故相同尺寸的石英片能够更大的提高陪片放置区域32热容量，从而使得所述一氧化二氮在陪片放置区域32能够得到充分的预加热并促进所述一氧化二氮充分分解。比所述一氧化二氮更加易分解的二氯硅烷和氨气也能够得到充分分解。充分分解的所述二氯硅烷、一氧化二氮和氨气能在所述制品作业区域31不同位置处形成氧含量均匀的氮氧化硅薄膜，即能大大减少氮氧化硅薄膜的氧含量与产品在炉管的实际位置相关性，能提高氮氧化硅薄膜的RI炉内均匀性，使产品的性能稳定。如图4所示，为本发明实施例一方法形成的氮氧化硅薄膜的RI值和位置关系的曲线图，可以看出顶部和底部的RI差值为0.047，该差值相对于现有技术的0.064要减少，也即本发明实施方法的氮氧化硅薄膜的RI炉内均匀性得到了提高。由上可知，本发明实施例一方法实施起来非常方便，但却能取得使产品性能稳定的巨大效果，应用本发明方法到ONO层制作并最后制作闪存产品时，能大大降低产品的读写性能与产品在形成ONO层的氮氧化硅薄膜时处于设备内的实际位置相关性很强，使得产品的读写性能稳定。

本发明实施例二氮氧化硅薄膜的制造方法中，也同样需要在所述一氧化二氮进入到所述制品作业区域参与反应形成所述氮氧化硅薄膜之前，对所述一氧化二氮进行预加热并使所述一氧化二氮充分分解。但是，本发明实施例二的对所述一氧化二氮进行预加热的方法和本发明实施例一方法不同之处为，本发明实施例二是通过在所述立式L P C V D炉管的外部加设一加热装置来实现对所述一氧化二氮进行预加热，该加热装置保证使所述一氧化二氮在进入所述立式L P C V D炉管前温度达到200℃以上。

本发明实施例三氮氧化硅薄膜的制造方法中，也同样需要在所述一氧化二氮进入到所述制品作业区域参与反应形成所述氮氧化硅薄膜之前，对所述一氧化二氮进行预加热并使所述一氧化二氮充分分解。但是，本发明实施例三的对所述一氧化二氮进行预加热的方法和本发明实施例一方法不同之处为，如图5所示，本发明实施例三是通过在所述立式L P C V D炉管的底部设置一蛇形喷嘴61来实现对所述一氧化二氮进行预加热，所述蛇形喷嘴61为一弯曲环绕式结构，能在所述立式L P C V D炉管的底部形成一个较长的管路路径，所述一氧化二氮进入所述立式L P C V D炉管后在所述蛇形喷嘴61流动，该蛇形喷嘴61能延长所述一氧化二氮在所述立式L P C V D炉管底部的流经时间从而对实现对所述一氧化二氮进行预加热。

本发明实施例四氮氧化硅薄膜的制造方法中，也同样需要在所述一氧化二氮进入到所述制品作业区域参与反应形成所述氮氧化硅薄膜之前，对所述一氧化二氮进行预加热并使所述一氧化二氮充分分解。但是，本发明实施例四的对所述一氧化二氮进行预加热的方法和本发明实施例一方法不同之处为，如图6所示，本发明实施例四是通过将所述立式L P C V D炉管的晶舟的底部设置为一石英保温桶32a的结构来实现对所述一氧化二氮进行预加热。所述石英保温桶32a的结构为：在所述晶舟3的原陪片放置区域32不再放置陪片，而是在原陪片放置区域32直接焊接上间隔为2毫米左右，厚度为2毫米以上的石英片，由上述焊接在原陪片放置区域32的石英片组成所述石英保温桶32a。

采用本发明上述四个实施例都能实现对所述一氧化二氮的预加热，本发明上述四个实施例也能够两两组合在一起实现对所述一氧化二氮的预加热，如同时采用本发明实施例一和二中的预加热的方法来实现对所述一氧化二氮的预加热。本发明上述四个实施例也能够三个或四个组合在一起实现对所述一氧化二氮的预加热。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种氮氧化硅薄膜的制造方法，采用立式L P C V D炉管进行氮氧化硅薄膜生长，将硅片产品放置于所述立式L P C V D炉管的制品作业区域，形成所述氮氧化硅薄膜的氧源为一氧化二氮，其特征在于：在所述一氧化二氮进入到所述制品作业区域参与反应形成所述氮氧化硅薄膜之前，对所述一氧化二氮进行预加热并使所述一氧化二氮充分分解。

2.如权利要求1所述的氮氧化硅薄膜的制造方法，其特征在于：通过在所述立式L P C V D炉管的陪片放置区域放置石英片来对所述一氧化二氮进行预加热，所述石英片的直径和所述硅片产品的直径相同，所述石英片的厚度为3毫米以上，所述石英片能提高陪片放置区域的热容量从而达到对流经过的所述一氧化二氮进行预热并促进所述一氧化二氮分解。

3.如权利要求1所述的氮氧化硅薄膜的制造方法，其特征在于：通过在所述立式L P C V D炉管的外部加设一加热装置来实现对所述一氧化二氮进行预加热，该加热装置保证使所述一氧化二氮在进入所述立式LP C V D炉管前温度达到200℃以上。

4.如权利要求1所述的氮氧化硅薄膜的制造方法，其特征在于：通过在所述立式L P C V D炉管的底部设置一蛇形喷嘴来实现对所述一氧化二氮进行预加热，所述一氧化二氮进入所述立式L P C V D炉管后在所述蛇形喷嘴流动，该蛇形喷嘴能延长所述一氧化二氮在所述立式L P C VD炉管底部的流经时间从而对实现对所述一氧化二氮进行预加热。

5.如权利要求1所述的氮氧化硅薄膜的制造方法，其特征在于：通过将所述立式L P C V D炉管的晶舟的底部设置为一石英保温桶的结构来实现对所述一氧化二氮进行预加热。

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