TW440969B - Manufacture method and system for semiconductor device with thin gate insulating film - Google Patents

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Kiyoshi Irino
Satoshi Okubo
Kanetake Takasaki
Taro Sugizaki
Toshiro Nakanishi
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Description

4 4 0 9 6 0 A7 B7 五、發明說明（l ) 發明背景 a) 發明領域 本發明係關於一種半導體元件的製造技術，更定言之 ’係關於一種能夠在矽晶圓表面上形成薄氧氮化物薄膜的 製法及系統。 b) 習知技藝的描述 CMOS半導體元件需要更高的整合度及更高的操作速 度。為了符合這些需求，必須製得構成CMOS裝置之更精 細的電晶體並改良區動力。在p形溝道MOS電晶體的情況 裡’必須使用摻硼之閘電極，以達到表面溝道類型並製得 薄閘絕緣薄膜。 由於閘絕緣薄膜很薄，因此可能發生換入閉電極砸離 子通過閘絕緣薄膜並到達基板溝道區域的現象，已知，為 了避免該現象發生，使用氧氮化物薄膜作為閘絕緣薄膜是 一項有效的作法。 已經有人提出淺溝隔離法（shallow trench isolation) (STI)取代LOCOS絕緣法來製造機體半導體元件《對淺溝隔 離法而言，晶圓表面内形成淺凹槽（溝），然後在溝裡面充 滿絕緣材料的方法係在形成半導趙元件之前進行。結果， 被絕緣區域包圍的活性區域具有外凸剖面結構。 欲形成於外凸區域上的熱氧化薄膜具有使絕緣薄膜變 成難以生長的應力’亦即薄化現象發生。如果薄化現象發 生，則很難使形成於活性區域内之閘絕緣薄膜的厚度可靠 地具有定值。為了避免薄化現象，已知濕氧化作用是有效 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線- 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 4 440969 A7 B7 五、發明說明（2 ) 的。 與乾氧化作用比較下，濕氧化作用提供可以在低溫下 有效形成氧化物薄膜的高氧化速度。為了經由濕氧化作用 形成氧氬化物薄膜’先進行基本氧化作用以形成薄氧化物 薄臈’然後將氮導入該氧化物薄膜。 例如’濕氧化物薄膜同時在垂直批次擴散爐内形成於 數個晶圓上，其後將氮導入晶圓單位裡的氧化物薄膜，就 各別晶圓而言，利用單晶圓退火系統進行。 如上所述，使用氧氮化物薄膜作為閘絕緣薄膜以製造 具高驅動力之微P形溝道M〇S電晶體是一項有效的作法。 然而’形成薄氧氮化物薄膜之閘絕緣薄膜的製法很複雜而 且製造出料通量降低。因此，該方法不適用於大量製造。 想要在將氮導入氧化物薄膜時使用NO或N20作為含 i*氣趙》然而’目前可買到的系統無法使用該氣體。 發明概沭 本發明之目的在於提供一種能以良好的大量製造性， 製造能夠形成薄氧氮化物之半導體元件的方法或系統。 本發明之另一目的在於提供使用NO或N20製造能夠 導入氮之半導體元件的方法或系統。 根據本發明之一觀點，其係提供一種半導體元件的製 法’其包括下列步驟：將矽晶圓移至具有至少第一及第 二氣體進料口並以〇形環封閉反應室；（b)在該步驟（a)後， 經由第一氣體進料口倒入氧化大氣並將矽晶圓的溫度提高 到氧化溫度，然而反應室保持在氧化大氣中；（c)在該步驟 本紙張尺度 t關家標準（CNS)A4規格⑵0,297公g) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 440969 A7 __B7_ 五、發明說明（3 ) (b)後，經由第一氣體進料口將濕氧化大氣倒入反應室，然 而保持氧化溫度，以在矽晶圓的表面上形成熱氧化物薄膜 ;(d)在該步驟（c)後，利用惰性氣體清淨反應室内的氣體， 以降低殘餘水濃度至大約1000 ppm或更低；及（e)在步驟（d) 後，經由第二氣體進料口將含NO或N20之大氣倒入反應室 ，然而將矽晶圓保持在700°C或更高而且比氧化溫度更高的 退火溫度，以將氮置入熱氧化物薄膜並形成氧氮化物薄膜 〇 根據本發明之另一觀點，其係提供一種半導體元件的 製造系統，包括反應室；與該反應室之内空間連通的第一 氣體倒料通路；在不同於該第一氣體倒料通路之位置處， 與該反應室内空間連通的第二氣體倒料通路；及設於該第 一及第二氣體流量倒料通路的氣體流量檢查閥》 想要在相同的反應室裡進行濕氧化作用及倒入氮氣， 以良好的大量製造性形成薄氧氮化物薄膜。然而，在相同 反應室裡進行濕氧化作用及將氮倒入期間，含氮氣體可能 與水含量或〇2混合。 如果NO或Ν20作為含氮氣體，則硝酸可能在氣體與水 含量或〇2混合時更有機會形成。如果形成於反應室内的硝 酸回流並擴散進入氣體管，則氣體管的金屬可能被腐蝕。 可以避免濕氧化大氣與氮置入大氣的混合物及形成良 好的氧氮化物薄膜，其係藉由分離方法及在程序中間使用 惰性氣體充分清淨反應室裡的氣體。 如上所述，可以有效地製得高品質的薄氧氮化物薄膜 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -n n I n n I^-aJ n ii n D 1 線丨 440 96 9 A7 B7 五、發明說明（4 ) 〇 圖式的簡要說明 第1A圖及第1B圖係為本發明之.一具體實施例的半導 體製造系統的概示剖面圖。 第2圖係為說明本發明之一具體實施例的氧氮化物薄 膜方法的流程圖。 第3圖係為&清淨期間水濃度變化的圖式。 第4 A圖到第4D圖係為說明本發明之一具體實施例的 半導體製法的概示剖面圖。第4E圖係為同等電路圖式的概 示圖。 第5A圖到第5B圖係為顯示使用第ία圖及第iB圖所示 的製造系統，由在許多晶圓上形成均勻氧氮化物薄膜所得 之測量的圖式。 第6 A圖及第6B圖係為本發明另一具髏實施例之半導 體元件製造系統的剖面圖，及說明氧氮化方法的流程圊。 較佳具體實施例的詳細說明 本發明人係提出’在反應室中進行濕氧化作用，在相 同的反應室中’利用NO或Νβ將氮置入濕氧化物薄膜。本 發明之具體實施例將以所附之圖式說明如下。 第1A圖係為本發明之一具體實施例的半導體製造系 統的概示圖3雖然該系統具有不透器的結構，但是該具體 實施例例裡之系統的主要功能在於進行氧化作用並以大氣 壓力（環境大氣的壓力）將氮置入》反應室1具有雙石英管結 構》外管la係界定出可以柚真空的空間。位於外管la内的 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之沒意事項再填寫本頁) 訂---------線， 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 440969 A7 B7 五、發明說明（5 ) 内管ib具有半開放式結構，其具有為了於其上部位經此倒 入氣體所形成的區域。 内管1 b裡的空間係與管1 b之下部位處的排放埠連通。 含氮氣體進料管2及濕氧化大氣進料管3係在外管la及内管 lb之間的中間距離處’交替及呈現螺旋狀設置於内管11?的 外周圍壁（側）》含氮氣體進料管2係用來倒入NO或N20而濕 氧化大氣進料管3係用來倒入濕氧化大氣。 含氮氣體進料管2係連接至緊緊與外管ia耦合的含氮 氣體進料口 6。濕氧化大氣進料管3係連接至緊緊與外管1 a 的濕氧化大氣進料口 7。濕氧化大氣進料口 7係連接至外燃 燒管8以由氧氫火焰產生水含量。外燃燒管8係連接至可以 供應H2，02或]^2的管9。 加熱器H1及H2係設於具有雙管結構之反應室丨的外側 。加熱器1係包圍反應室的外侧而加熱器H2則為於反應室1 的上壁。 可以使用單管結構去取代雙管結構。該情況裡，省略 第1A圖所示的外管，僅使用内管ib作為具有不透氣結構的 單管。該情況裡，將二根進料管交替及呈現螺旋狀地設置 於單管反應室的外壁周圍並經由其上壁插入反應室。或者 是，可以省略第1A圖所示的内管lb，並且使用外管1 a作為 單管反應室》該情況裡，反應室中可以將二根進料管從下 部位延伸至較高部位。 反應室1的底部係與具有〇形環的石英罩10耦合。晶圊 載體可以放置於該具有能與反應室1耦合並從反應室1拆卸 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公;g ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------線― 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 絰濟部智慧財產局員工消費合作社印製 440969 A7 __B7____ 五、發明說明（6 ) 之結構的石英罩10。數個矽晶圓（例如100個晶圓）放在與石 英罩10耦合的晶圓載體17上。 為了清淨反應室1内的氣體，係將所要數量的N2管18 及19設置於預定位置*使得從管2及3倒入並從排放埠11排 出的惰性氣體不留在反應室1裡。 為了供應所要的氣體進入氣體進料管9和6，可以設置 如第1B圖所示的氣體管。 如第1B圖所示，連接外燃燒管8的管9有分管與二個闊 VI及V2連接。閥VI係經由閥V4，質量流量控制器MFC1 及閥V14連接至02來源B1，也經由氣體流量檢查閥CV1， 閥V5，質量流量控制器MFC2及閥V15連接至N2來源B2。 閥V2係經由閥V7，質量流量控制器MFC4及閥V16連 接至H2來源B3，而經由氣體流量檢查閥CV2，閥V6，質量 流量控制器“1?匚3及閥¥15連接至>[2來源82» 以此氣體管連接，管9可以供應選自H2，02及乂的任 何混合物。如果出從私來源B3供應而02從來源B1供應，則 氧氫火焰可能形成於外燃燒管8，而且可能形成高溫氧化作 用的大氣。必要時，可以利用N2稀釋H2及02的混合物。 在高溫氧化作用後的期間内，在關閉供H2及02管用的 閥V7及V4後，N2可以從N2來源B2供應。該N2流動通路係 設有氣體流量檢查閥CV1及CV2，以避免氣體從反應室1回 流。 如第1B圖所示，含氮氣體進料管6係經由閥V3連接至 氣體流量檢查閥CV3。氣體流量檢査閥CV3係經由閥V9， 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 9 ------------- ^--------訂---------r ' r (請先閲讀背面之;t意事項再填寫本頁) 440969 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（7 ) 質量流量控制器MFC6及閥V12連接至NO來源B4，也經由 氣體流量量檢查闊CV4，閥V8，氣體流量控制器MFC5及
閥V15連接至N2來源B2。可以使用N20氣體來源B4取代NO 〇 N2來源也經由闊15，流量計FM，閥V13，氣體流量檢 查閥CV5及閥VII連接至質量控制器MFC6。 連接至閥V9之質量流量控制器MFC6的出料口係經由 閥V10導至外空間。閥V9及V10係一致操作，以致於當一 個關閉時，另一個是打開的。也控制閥VII及V12—致操作 雖然NO不是供應到反應室，但是N2是從N2來源B2供 應》該N2流動路徑係設有氣體流量檢查閥CV4，CV5及CV3 ，以避免反應室1裡的大氣流回》以該管連接，以N2稀釋 的NO氣體或N2氣體係供應給管6。 可以連接其它視需要使用的氣體來源及對應的管。例 如，HC1來源及其管可以設置供氫氣酸氧化之用。熟習此 項技藝者明白本系統標的可連接各種管。 第2圖係為說明濕氧化作用及氮導入的流程圖。二者皆 在大氣壓力下，藉由如第1A圖及第1B圖所示的反應室。溫 度係藉由調整安裝於反應室1外側之加熱器Η1及加熱器Η 2 來控制a 矽晶圓W的數個反應室1，N2係以10升/分鐘供應而〇2 則以333毫升/分鐘供應，反應室裡的溫度升高到300°C。在 300°C之狀態保持一段預定時間後而且在保持N2 + 〇2的乾 本紙張尺度適用令國國家標準（CNSM4現格（210 X 297公釐） 10 ------------------I I 訂- --- ----- 「 - - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 440 9 6 9 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（8 ) 氧化大氣的同時，以1 〇〇°C /分鐘的速度將反應室裡的溫度 升高到750°C。 在乾氧化大氣裡保持7 5 0 C的狀態10分鐘後，將大氣改 成10升/分鐘〇2及1升/分鐘H2的大氣，二氣乙烯（DCE)或HC1 添加一分鐘，再以真空吸氣法吸取金屬污染物β如果不可 能有金屬污染’則可以省略該步驟。在一分鐘後，將^^放 在外燃燒管8裡燃燒。外燃燒管8裡的氧氫火焰係形成水含 量。依此，含HW及〇2的濕氡化大氣供應至反應室1。濕氧 化大氣包含較佳1%到100%，更佳5%到30%的；《2〇。 乳化溫度可以設定在7 0 0 °C到9 0 0 °C，以精確地控制氧 化物薄膜的厚度及抑制溝道外型改變。 在750°C下，於濕氧化大氣中進行濕氧化作用5分鐘後 ’大氣氣體變成氫。例如N2以10升/分鐘供應，而且保持750 C的狀態1分鐘。其後，將N2氣流增加到3 0升/分鐘並將溫 度升高到900°C ’後以10升/分鐘將N2流量降低並保持該狀 態5分鐘。 其後，在Ν2供應給濕氧化大氣進料口 7的同時，將含 氮氣體大氣供應給含I氣體進料口，該大氣係由以Ν2(流量 10升/分鐘）稀釋的NO(流量500毫升/分鐘）所組成。該狀態 裡，在900°C下退火15分鐘》該退火程序係為一種將2^〇置 入濕氧化物薄膜的方法。在NO退火方法完成彳象，將供應給 含氮氣體進料口 6的氣體改為10升/分鐘的n2，並以1〇升/ 分鐘到20°C /分鐘的速度降低反應室1裡的溫度。利用非氧 化大氣中1000°C或更低，尤其是800°c到950°c之相當低溫 本紙張尺度適用1ί1國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^ --------^ --------I I - - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 11 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^ 440969 Δ7 ______B7_____ 五、發明說明（9 ) 度的含氮氣體方法，較佳在濕氧化薄膜及矽晶圓之間的介 面處分離。當溫度過高時，溝道外型將會改變。 利用上述之方法，首先在矽晶圓W的表面上形成濕氧 化物薄膜，然後利用N2清淨反應室裡的氣體。其後，將溫 度升高到退火溫度，以利用NO氣體退火並將氮置入濕氧化 薄膜。 該具體實施例裡，將氮置入濕氧化物薄膜的方法不是 在反應室1裡進行濕氧化作用後立即就進行，而是利用n2 氣體清淨反應室裡的氣體《該n2氣體清淨的效果係由下列 方法檢查。 N2氣體清淨程序係為一種完全去除反應室中濕氧化 大氣的方法。較佳地’該方法係避免濕氧化大氣中的水含 量在稍後以NO將氮置入的程序期間形成硝酸。測量反應室 1裡的剩餘水含量及濃度。 第3圖係為顯示反應室1裡水濃度相對於清淨時間的測 量結果。水濃度係經由排放端之氣體的分析而測得。 濕氧化作用係採用二個條件。一為1升/分鐘的H2流量 +升/分鐘的〇2流量一則為2.133升/分鐘的h2流量 分鐘的〇2流量，同時Η"數量增加。其後，藉由將氣體改 為A的方式進行清淨。第3圊的曲線你丨係顯示在第一條件 下，濕氧化作用後進行N2清淨時的水濃度變化，而曲線评2 則顯示在第二條件下，濕氧化作用後進行A清淨時的水濃 度變化。 就曲線Wl的情況而言，藉由清淨大約6分鐘，水濃度 本紙張尺度適射@國家標华（CNS)A4規格（210 X 297公楚了 \ i.. ------------- 衣--------訂---------線， , ' - ' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 12 4 40 96 、 五 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 發明說明（ω) 變成大約1000 ppm或更少’接著進行濕氧化作用，再以清 淨8分鐘的方式降到大約〇 ppm。就曲線w2的情況而言，水 濃度降低得相當缓慢，而且在清淨大約16分鐘後達大約 1000 ppm。 從這些結果可以假設’在濕氧化大氣中，相當低水漢 度的第一條件下，清淨時間較佳為大約6分鐘或更久，而在 濕氧化大乱中非常南水?展度的第二條件下，清淨時間較佳 為大約16分鐘。 在第2圖所示的方法裡，濕氧化作用係在第一條件下進 行’而A清淨進行8分鐘以上。因此，可以預期，剩餘的 水濃度應該一定是低於大約1000 ppm。 觀察由濕氧化作用，Νζ清淨及NO退火所造成的水濃度 變化。將晶圓放在反應室裡，不用刻意處理反應室裡侧， 並重複第一條件下的濕氧化，N2清淨及NO退火十次。 然後測量晶圓上的金屬物種Fe及Ca。清淨時間設定在 15分鐘及5分鐘《結果顯示於下表。 |金屬物種 清淨15分鐘的水含量 清淨5分鐘的水含量 5·8 X 10ιυ原子數/cm2 2.1 X 1〇11 原孕數/cm2 1 Ca 4‘2x 1010 原子數/cm2 3·5χ1〇Ι()原子數/cm2 從該表可看出，在濕氧化作用後進行清淨丨5分鐘時Fe 減少很多’比進行5分鐘時的多。亦即，即使n2清淨進行 足以降低水農度至大約1 〇〇〇 ppm的充分時間，其也可以預 期的到’不會發生Fe污染。相反地，預期Fe濃度低。可以 瞭解的是’ Ca幾乎是定值，與清淨時間無關。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 一請先閱讀背面之注意事頊再填寫本買)
--------訂 *--------I 13 4 40 9 6 9 A7 五、發明說明（U) 因此較佳在濕氧化作用進行乂氣體清淨，直到剩餘水 濃度變成夠低，較佳大約1000 ppm或更低。 f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 可以使用其它惰性氣體，例如Ar進行清淨，取代n2、.主 淨。本專利說明書中’包括N2，Ar及相似物的氣體係稱: 惰性氣體。 第4A到4D圖係為說明本發明具體實施例之羊導體製 法的概示剖面圖。 如第4A圖所示，在具有11型阱21之？型矽晶圓2〇的表面 上，經由熱氧化作用形成薄緩衝氧化物薄膜22，其後在薄 緩衝氧化物薄膜上以CVD形成SiN薄膜。光阻圖案24係形 成於SiN薄膜23，光阻圖案24裡的開口係界定出隔離區域 〇 藉由使用光阻圖案24作為钱刻光罩，SiN薄膜23，緩 衝氧化物薄膜22及矽21各向異性蝕刻以形成隔離溝25。之 後將光阻圖案24移開。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 熱氧化物薄膜係經由墊圈氧化作用形成於溝25裡露出 的Si表面。其後’利用CV3D將氧化矽薄膜沈積於晶圓表面 上，以形成包覆溝25的包埋氧化物薄膜》其後藉由化學機 械拋光法（CMP)，使晶圓表面光滑，並將露出的siN薄膜去 除。然後’將緩衝氧化物薄膜22去除並犧牲以露出之Si表 面使其氧化。將該犧牲的氧化物薄膜以使乾淨的Si表面露 出。其後，利用第1A及1B圖所示的製造系統及第2圖所述 的方法形成閉氧氮化物薄膜。 第4B圖係為晶圓的概示剖面圖，其具有形成於Si表面 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 14 ί 440969 Α7 ----_____ 五、發明說明（12) 上的溝隔離（STI)氧化物薄膜26及閘絕緣氧氮化物薄膘27 。藉由進行上述之濕氧化作用，&清淨及NO退火，可以在 活性區域表面上形成具有均句且良好品質的氧氮化矽薄膜 27。其後以一般的方法形成]^03電晶體。雖然顯示的是p 型溝道MOS電晶體，但是η型MOS電晶體也形成於晶圓的 其它區域。至於此等CMOS電路的製法，請參考例如，，98, 最新半導體製程技術，320毫米/0.18微米的系統LSI製法 (Kazuyoshi FUJITA所著’第37_46頁），該文件在此以參考 方式併入本案》 如第4C圖所示，多晶矽層係以CV;□沈積於閘絕緣薄膜 27，並經由各向異性蝕刻法，使用光阻圖案而形成閘電極 β在閘電極製出圖樣之後，將侧離子很輕地植入以形成Ldd 區域。該情況裡’硼離子也植入閘電極28 β該離子植入方 法係藉由光阻圖案，用於ρ型溝道區域。另一離子植入方法 則用於η型溝道區域。 其後’在晶圓表面上以CVD形成氧化物薄膜，並進行 異性飯刻以使只有閘電極28之侧壁上的側壁氧化物區隔器 30掉落。藉由使用側壁氧化物區隔器30及閘電極28作為光 罩，係植入硼離子以形成高不純濃度的源極/汲極區域31 。該情況裡同樣，該離子植入方法僅在Ρ型溝道區域進行， 而另一離子植入方法在η型溝道區域進行。 在閘多晶石夕及源極/没極區域上的氧化物薄膜（如果有 的話）去除之後，在晶圓表面之上形成C〇薄膜並進行熱處理 ’以在露出带的區域上進行形成C〇5夕化物的金屬碎化物方 本紙張尺度適用十國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -n I— n i Hr Ji— 線丨 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 :4 40 96 9 A7 __B7___ 五、發明說明（u) 法。依此，Co矽化物薄膜32係形成於閘電極28的上表面， 而Co矽化物薄膜33則形成於源極/汲極區域31的露出表面 上。其後，以CVD或相似技術沈積間層絕緣薄膜35並進行 CMP方法以使其表面平滑。 如第4D圖所示，光阻圖案係形成於間層絕緣層3 5上， 而觸孔37及37係穿透間層絕緣薄膜35而形成。在觸孔形成 後，沈積電極金屬以將觸孔的裡侧充滿電極金屬》然後進 行CMP方法以使觸孔裡的電極插塞3 8及39脫落》然後燒結 ，以改良電極插塞的特徵。 利用上述方法，可以形成具電極的ρ型溝道MOS電晶 體。η型溝道MOS電晶體係形成於晶圓的其它區域，因此 形成CMOS LSI '例如第4Ε圖所示。 第5A及5B圖係為顯示數個晶圓的批次裡及單個晶圓 裡Si，Ο及N分佈的測量結杲，每個晶圊係由第丨八及1B圖 所示的製造系統及第2圖所述的方法以氧氮化物薄膜形成 。利用SIMS進行測量。 第5 A圖係顯示數個晶圓之批次的測量結果。橫座標代 表從晶圓表面開始的姓刻時間，而座標代表每個元素的偵 測訊號計數。Si，Ο及N的測量分佈結果顯示，每個晶圓批 次裡的分佈均勻。更注意的是佈的結果顯示，氧化矽 薄膜及砂晶圓間介面的尖銳波峰。具有上述分級N濃度的 氧化物薄膜在本專利說明中也稱為氧氮化物薄膜。 第5B圖係顯不其平面内單個晶圊的測量結果。類似第 5 A圖，橫座私代表蝕刻時間，而座標代表偵測訊號計數。 本紙張尺度適用中國國私標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公g ) (锖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -____ 線· 16 4 40 96 9 A7 B7 五、發明說明（14) N的分佈清楚地顯示SiOz/Si介面的波峰。Si，〇&N的測量 分佈結果收傲於非常窄的區域’其顯示在晶圓的整個平面 内位置上形成相同厚度之均勻品質的氧氮化物薄膜。 已知，由濕氧化作用所形成的氧化物薄膜可能具有不 足的密度。此等氧化物薄膜的密度可以由臭氧方法改善。 第6A圖係顯示能夠進行臭氧方法的製造系統而第6B 圖則為說明採用臭氧方法之氧氮化方法的流程圖。 請參考第6A圖，連接外燃燒管s的管9可以供應〇〆包 括含〇2的〇3)，以及Ha ’ 〇2及％。當供應〇3時，較佳降低 外燃燒管8裡的溫度，以抑制〇3分解。殺臭氧器丨6係連接 至排放管11。即使排放管内含有臭氧，該臭氧也可以由殺 臭氧器16清除。 第6B圖係為說明包括臭氧方法之氧氮化方法的流程 圖。步驟S1係為臭氧烘烤程序。該臭氧烘烤程序可以在第 2圖所示之流程裡’以300°C預熱方法進行〇該臭氧烘烤程 序係有效去除晶圓表面上的有機物質或相似物。 步驟S2係為濕氧化作用後的臭氧退火程序。濕氧化程 序可以在如第2圖所示之750°C下的濕氧化大氣裡進行a 步驟S3係為濕氧化程序後的臭氧退火程序。臭退火程 序可以利用含臭氧之氧化大氣取代濕氧化大氣的方式進行 ，而且溫度與濕氧化溫度相同。如果臭氧與高溫壁接觸， 其更可能清除。因此’臭氡可以經由管供應給反應室，而 不用通過外燃燒管8。 步驟S4係為臭氧退火程序後的n2清淨程序。N2清淨程 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公;g ) (請先閱讀背面之迮意事項再填寫本頁) --------訂1!1111 丨 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 40 96 9 A7 B7 五、發明說明（l5) 序類似於第2圖之流程圖所示的N2清淨程序。在濕氧化溫 度下，以N2取代大氣，並將溫度逐漸升高到退火溫度，而 N2繼續供應給反應室。 步驟S5係為退火溫度下的NO退火程序。該退火程序可 以在與第2圖之流程圖所示的NO退火程序的相同條件下進 行。其後，將N2供應給反應室以繼續N2清淨，而同時溫度 降低。 如前所.述，利用濕氧< 化作用及臭氧退火作用的組合， 可以形成密度高而且雜質少的氧化物薄膜。下列的NO退火 程序係形成高品質的氧氮化物薄膜》 上述之具體實施例係用以詳細說明本發明之目的，特 徵及功效，然而熟習此項技藝者可能根據上述說明，對該 具體實施例做部分變更或修改，卻不脫離本發明之精神範 疇’因此’本發明之專利範圍僅由附錄之令請專利範圍加 以限制之。 .\)· - -----^------^--------訂---------線. (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標举（CNS)A4規格（210 X 297公餐） 18 440969 A7 B7 五、發明說明（Ιό) 元件標鍊對照 1…反應室 1 a…外管 lb…内管 2、6…含氮氣體進料管 3…濕氧化大氣進料管 7…濕氧化大氣進料口 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 9·_· lO-ll· 16· 17, 20. 21· 22· 23. 24· 25· 26· 27 · 28. 29- 外燃燒管 氣體進料管 .石英罩 •排放管 •殺臭氧器 -晶圓載體 •矽晶圓 •η型阱 •薄緩衝氧化物 •SiN薄膜 •光阻圖案 .溝 氧化物薄膜 •閘絕緣氧氮化物薄膜 •閘電極 •lod區域 30·"側壁氧化物區隔器 31…源極/汲極區域 32、33 ···(：〇矽化物薄膜 3 5…間層絕緣薄膜 37…觸孔 38、39…電極插塞 B1…02來源 Β2·”Ν2來源 Β3…Η2來源 Β4…Ν20氣體來源 CV1、CV2 ' CV3、CV4 、CV5…氣體流量檢查闊 FM…流量計 MFC1 、 MFC2 、 MFC3 、 MFC4、MFC5、MFC6.·· 質量流量控制器 W…矽晶圓 VI、V2、V3、V4、V5、 V6 ' V7 ' V8、V9、V10 、Vll、V12、V13、V14 、V15、V16 …閥 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
1 * [ .— I - ^— I I^^flll — ιιιΐ I 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 19

Claims (1)

  1. 81 440969 夂、申請專利範圍 第088111113號專利申請案申請專利範圍修正本 修正日期：90年04月 1. 一種製造半導體的製法，其包括： (a) 將矽晶圓移至具有至少第一及第二氣體進料口 並以Ο形環封閉的反應室； (b) 在該步驟（a)後’經由第一氣體進料口倒入氧化 大氣並將矽晶圓的溫度提高到氧化溫度，然而反應室保 持在氡化大氣中； (c) 在該步驟（b)後，經由第一氣體進料口將濕氧化 大氣倒入入反應室’然而保持氧化溫度，以在梦晶圓的 表面上形成熱氧化物薄膜； (d) 在該步驟（c)後，利用惰性氣體清淨反應室内的 氣體，以降低殘餘水濃度至大约1〇〇〇 ppm或更低；及 (e) 在步驟（d)後，經由第二氣體進料口將含NO或 N20之大氣倒入反應室，然而將矽晶圓保持在7〇〇°C或 更高而且比氧化溫度更高的退火溫度，以將氮置入熱氧 化物薄膜並形成氧氮化物薄膜。 2. 根據申請專利範圍第I項之製法，其中該步驟（b)到（e) 係在大氣壓力下進行。 3. 根據申磧專利範圍第1項之製法，其進一步包括在該步 驟（e)後，降低矽晶圓溫度，並利用惰性氣體從反應室 清淨矽晶圊的步驟⑺。 4. 根據申請專利範圍第1項之製法’其中該步驟（d)包括同 時將石夕晶圓的溫度從氧化溫度升高到退火溫度的次步 本泜張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) '4-----1--訂 ------線. 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 六 4 40 96 9 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 申請專利範圍驟。 5. 根據申請專利範圍第1項之製法，其中該步驟（e)包括同 時將惰性氣體經由第一氣體進料口倒入反應室的次步 驟。 6. 根據申請專利範圍第1項之製法，其中該步驟（c)包括同 時將惰性氣體經由第二氣體進料口倒入反應室的次步驟。 7 根據申請專利範圍第1項之製法，其中退火溫度設定在 850°C 到 950°C。 8，根據申請專利範圍第1項之製法，其中該步驟（e)中含 NO或ΝΑ的大氣係由以Nz稀釋的]^〇所組成。 9. 根據申請專利範圍第1項之製法，其進一步包括在該步 騍（a)前，於矽晶圓表層裡形成淺溝隔離區域的步驟（g) 〇 10. 根據申請專利範圍第1項之製法，其進一步包括在該步 驟（e)後，在氧氮化物薄膜上形成摻硼矽之閘電極的步 驟Ο)。 11. 根據申請專利範圍第10項之製法，其中該步驟（h)包括 形成矽之閘電極並將硼離子植入閘電極兩側上之矽晶 圓表面區域的步驟。 12根據申請專利範圍第2項之製法，其中該步驟（c)包括同 時將惰.俾氣體經由第二氣體進料口倒入反應室的次步 驟，該步驟（d)包括同時將矽晶圓的溫度從氧化溫度升 高到退火溫度的次步驟，該步驟包括同時將惰性氣 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公餐') (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --I----訂·—----!線— I n f I 1* tt fl it ft 1— n ΐ I n I— n It n · 21 440 9 6 9 A8 B8 C8 __ _ D8 六、申請專利範圍 體經由第一氣體進料口倒入反應室的次步驟。 13. 根據申請專利範圍第12項之製法，其中退火溫度設定在 850〇C 到 950eC。 14. 根據申請專利範圍第13項之製法，其中該步驟（e)中含 NO或N20的大氣係由以N2稀釋的NO所組成。 15. 根據申請專利範圍第14項之製法，其進一步包括該步驟 (e)後降低矽晶圓溫度並利用惰性氣體從反應室清淨石夕 晶圓的步驟（f) I在該步驟（a)前，於矽晶圓表層裡形成 淺溝隔離區域的步驟（g)，及在該步驟⑺後在氧氮化物 薄膜上形成換硼矽之閘電極的步驟（h)。 16· —種半導體元件的製造系統，包括： 反應室： 與該反應室之内空間連通的第一氣體倒料通路； 在不同於該第一氣體倒料通路之位置處，與該反應 室内空間連通的第二氣體倒料通路； •及設於該第一及第二氣體流量倒料通路的氣體流 量檢查閥。 17. 根據申請專利範圍第16項之製造系統，其中： 該反應室係為具有能抽真空之外管及半開放式結 構之内管的雙管結構；及 該第一及第二氣體倒料通路係位於内管周圍，雙 管結構之外管及内管之間的中間位置。 18. 根據申請專利範圍第16項之製造系統，其進一步包电位 於雙管結構外側的加熱器。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） f請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 ' ΙΓ ] 1 1 .^1 n n flu .^1 11 H I I .^1 n n n n n n n I n ^J. I .^1 ^^1 i _ 22 4 9 6 9 A8B85D8 六、申請專利範圍 19. 根據申請專利範圍第16項之製造系統，其中該第一氣體 .倒料通路包括： 位於雙管結構外側的外燃燒管； 第一次管，其連接於外燃燒管並能夠流通^及〇2 :及 第二次管，其連接於外燃燒管並能夠流通N2及〇2 〇 20. 根據申請專利範圍第丨9項之製造系統，其中第二氣體倒 料通路具有選擇流過含NO或NaO氣體，或惰性氣體的 氣體管》 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 « 297公釐） « n n n [-i-rejA f— n l 1 I ^ l i—' i— n n n n n n I I I 23
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