專利名稱：介電層的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種介電層的制造方法，尤其是指適用于一爐管式化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器的介電層的制造方法。


圖1是繪示一直立式爐管式化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器的剖面示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1，反應(yīng)器100本身是以經(jīng)回火(Annealed)后的石英(Quartz)所構(gòu)成的。反應(yīng)氣體102通常從爐管的下端氣體入口104，送入爐管內(nèi)(當(dāng)然也有其他不同的設(shè)計(jì)方式)。預(yù)備進(jìn)行沉積制程的晶圓106則置于同樣以石英所制成的晶舟(Boat)108上，并隨著晶舟108，放入爐管110的適當(dāng)位置，以便進(jìn)行沉積。沉積反應(yīng)所剩下的廢氣112，則經(jīng)由真空系統(tǒng)而從氣體出口114被排出。加熱器(末繪示于圖上)不但對(duì)爐管110內(nèi)的晶圓106加熱，而且也會(huì)把整個(gè)爐管110的溫度提升到與晶圓106所承受的溫度相當(dāng)。圖1所顯示的反應(yīng)器100，是結(jié)合低壓，熱壁及整批式設(shè)計(jì)為一體的化學(xué)氣相沉積設(shè)備。一般而言，每次進(jìn)行沉積的晶圓數(shù)量，可以多達(dá)120片以上。
反應(yīng)器100設(shè)計(jì)的最大特點(diǎn)是，爐管內(nèi)的每一片晶圓106的表面溫度都可以控制在極其均勻的狀態(tài)。但是因?yàn)榉磻?yīng)氣體的濃度會(huì)隨著反應(yīng)的進(jìn)行而降低，因此，爐管110的設(shè)計(jì)，會(huì)面臨接近制程氣體入口104的晶圓106的表面沉積速率，較其他部份為高的情形。為了使反應(yīng)爐管110內(nèi)的每一片晶圓106的沉積都在一定的均勻度之內(nèi)。因此，爐管110內(nèi)的溫度是成一梯度的變化，使接近制程氣體入口104的區(qū)域，處于較低的溫度下，然后依次逐步地提高，讓接近氣體出口114的晶圓106處在較高的溫度下，以便彌補(bǔ)因氣體濃度下降所導(dǎo)致的沉積速率的差距。依制程的不同，這個(gè)爐管內(nèi)的前后溫度差，大約在20℃到40℃之間。
在現(xiàn)在商業(yè)化的VLSI制程里，以爐管式化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器進(jìn)行沉積的材料，主要有多晶硅(Poly Silicon)，氧化硅(Silicon Oxide)，氮化硅(Silicon Nitride)及氦氧化硅(Silicon-Oxy-Nitride)等。制程所控制的溫度，大約在400℃到850℃左右。
爐管式化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器雖然可以同時(shí)對(duì)多片晶圓進(jìn)行沉積制程，但是為了修正因氣體濃度下降所導(dǎo)致的沉積速率的差距而在爐管內(nèi)產(chǎn)生一溫度的梯度變化卻會(huì)對(duì)原先已布植于晶圓中的摻雜離子濃度產(chǎn)生了不同的溫度效應(yīng)影響。如此溫度效應(yīng)影響的結(jié)果會(huì)導(dǎo)致在較窄線寬制程的產(chǎn)品的電性發(fā)生差異，經(jīng)由測(cè)試發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過在780℃、760℃及740℃的溫度梯度沉積氮化硅層而形成的金氧半導(dǎo)體元件，在上下層的晶圓中的飽和汲極電流(saturated drain current，Idsat)的差異就高達(dá)5-10％，在有些樣品中差異甚至更高。
本發(fā)明的另一目的是在提供一種介電層的制造方法，可以降低因溫度效應(yīng)影響的結(jié)果而導(dǎo)致在較窄線寬制程的產(chǎn)品的電性發(fā)生差異。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提出一介電層的制造方法，適用于一爐管式化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器，該方法至少包含一沉積步驟，包括提供一反應(yīng)氣體至該爐管式化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器；提供一梯度溫度于該爐管式化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器以校正該反應(yīng)氣體的濃度與壓力的差異；一清除管路步驟，在該沉積步驟結(jié)束后進(jìn)行，并同時(shí)反轉(zhuǎn)該梯度溫度。
所述的介電層的制造方法，其中該介電層的材質(zhì)是選自于氮化硅、氧化硅及其任意組合所組成的族群。
所述的介電層的制造方法，其中該梯度溫度約介于攝氏400度至攝氏850度之間。
所述的介電層的制造方法，其中該反應(yīng)氣體為硅烷鹵化物及氨氣。
所述的介電層的制造方法，其中該反應(yīng)氣體為硅烷、氧化二氮及氮?dú)狻?br> 所述的介電層的制造方法，其中該反應(yīng)氣體為氧氣、硅烷或四乙氧基硅烷。
具體的講，一種介電層的制造方法，適用于一爐管式化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器。此一介電層的材質(zhì)可以為氮化硅、氧化硅、氧氮化硅或是這三種材質(zhì)的任意組合。制造方法至少包括一沉積步驟及一清除管路步驟。在沉積步驟提供一反應(yīng)氣體至爐管式化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器內(nèi)，此反應(yīng)氣體隨所需沉積的材質(zhì)不同而改變，例如，以硅烷鹵化物及氨氣沉積氮化硅，以硅烷、氧化二氮及氮?dú)獬练e氧氮化硅以及以氧氣、硅烷或氧氣、四乙氧基硅烷沉積氧化硅。
同時(shí)，提供一梯度溫度于該爐管式化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器以校正該反應(yīng)氣體的濃度與壓力的差異。梯度溫度的范圍會(huì)隨所需沉積的材質(zhì)不同而異，不過適用的溫度范圍約介于攝氏400度至攝氏850度之間。在沉積步驟結(jié)束后必須進(jìn)行清除管路步驟，以清除反應(yīng)器中殘留的有毒氣體。此一清除管路步驟所需的時(shí)間，約與沉積步驟進(jìn)行的時(shí)間相當(dāng)，所以，在清除管路步驟的同時(shí)反轉(zhuǎn)梯度溫度可以減少位于反應(yīng)室內(nèi)上中下層，特別是上下層間的的晶圓所遭遇的溫度環(huán)境的差異，以修正基底中離子濃度因溫度效應(yīng)而造成的影響。
本實(shí)施例是將本發(fā)明提供的介電層的制造方法，應(yīng)用于一氮化硅閘極間隙壁的制程。
請(qǐng)參照?qǐng)D1，晶圓106裝置于晶舟108上，并將晶舟108送入爐管110的內(nèi)管116之中。晶圓106具有閘極結(jié)構(gòu)和源/汲極結(jié)構(gòu)(末繪示于圖上)。源/汲極結(jié)構(gòu)一般是將N-型或P-型的離子摻雜晶圓的表面而形成的。
反應(yīng)氣體102由位于爐管下方的氣體入口104輸入，反應(yīng)氣體102可以為硅烷鹵化物及氨氣，其中硅烷鹵化物較佳是為二氯硅甲烷。由于爐管110下層的反應(yīng)氣體102的濃度較高而上層的反應(yīng)氣體102的濃度較低，為達(dá)成能在所有晶圓上均勻沉積氮化硅的目的，必須藉由位于內(nèi)管116內(nèi)的分段控溫溫度計(jì)118的控制，在上中下三層提供不同的反應(yīng)溫度。
爐管110下層反應(yīng)氣體102的濃度較高，故溫度設(shè)定成攝氏740度，爐管110中層反應(yīng)氣體102的濃度居中，故溫度設(shè)定成攝氏760度而爐管110上層反應(yīng)氣體102的濃度較低，故溫度設(shè)定成攝氏780度，如此的梯度溫度的設(shè)定，可使在所有的晶圓上沉積均勻厚度的氮化硅。
待氮化硅層沉積完成后，必須進(jìn)行清除管路步驟，以清除反應(yīng)器中殘留的有毒氣體。此一清除管路步驟所需的時(shí)間，約與沉積步驟進(jìn)行的時(shí)間相當(dāng)，所以，在清除管路步驟的同時(shí)反轉(zhuǎn)梯度溫度可以減少位于反應(yīng)室內(nèi)上中下層，特別是上下層間的的晶圓所遭遇的溫度環(huán)境的差異，以修正基底中離子濃度因溫度效應(yīng)而造成的影響。此時(shí)，爐管上、中及下層的溫度分別設(shè)定為攝氏740度，760度及780度。
最后，經(jīng)由一非均向回蝕制程移除氮化硅層至閘極的頂部及源/汲極暴露出來為止，而在閘極的側(cè)壁上形成間隙壁結(jié)構(gòu)。
經(jīng)過在清除管路步驟引入溫度梯度反轉(zhuǎn)的程序后進(jìn)行氮化硅層的沉積而形成的金氧半導(dǎo)體元件，在上下層的晶圓中的飽和汲極電流(saturateddrain current，Idsat)的差異就降至5％以下，約介于2-5％之間。
由上述本發(fā)明較佳實(shí)施例可知，應(yīng)用本發(fā)明具有可以修正基底中離子濃度因溫度效應(yīng)而造成的影響，降低因溫度效應(yīng)影響的結(jié)果可以減低在較窄線寬制程的產(chǎn)品的電性發(fā)生差異的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明所揭露的介電層制造方法并不限只適用于直立式爐管式化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器，水平式爐管式化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器亦可適用，本發(fā)明所揭露的方法亦不僅適用于氮化硅材質(zhì)的沉積，其他介電層，例如氧化硅和氧氮化硅的沉積亦可適用。
雖然本發(fā)明已以一較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技術(shù)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，所作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一介電層的制造方法，適用于一爐管式化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器，該方法至少包含一沉積步驟，包括提供一反應(yīng)氣體至該爐管式化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器；提供一梯度溫度于該爐管式化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器以校正該反應(yīng)氣體的濃度與壓力的差異；一清除管路步驟，在該沉積步驟結(jié)束后進(jìn)行，并同時(shí)反轉(zhuǎn)該梯度溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介電層的制造方法，其特征在于，其中該介電層的材質(zhì)是選自于氮化硅、氧化硅及其任意組合所組成的族群。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介電層的制造方法，其特征在于，其中該梯度溫度約介于攝氏400度至攝氏850度之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介電層的制造方法，其特征在于，其中該反應(yīng)氣體為硅烷鹵化物及氨氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介電層的制造方法，其特征在于，其中該反應(yīng)氣體為硅烷、氧化二氮及氮?dú)狻?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介電層的制造方法，其特征在于，其中該反應(yīng)氣體為氧氣、硅烷或四乙氧基硅烷。
全文摘要
一種介電層的制造方法，適用于一爐管式化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器，方法至少包括一沉積步驟及一清除管路步驟。在沉積步驟提供一反應(yīng)氣體至爐管式化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器內(nèi)并提供一梯度溫度于該爐管式化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器以校正該反應(yīng)氣體的濃度與壓力的差異。在該沉積步驟結(jié)束后進(jìn)行清除管路步驟，并同時(shí)反轉(zhuǎn)梯度溫度以修正基底中離子濃度因溫度效應(yīng)而造成的影響。
文檔編號(hào)H01L21/205GK1459832SQ0211986
公開日2003年12月3日 申請(qǐng)日期2002年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月15日
發(fā)明者賴東明, 高明寬, 杜建男, 林東生, 賴忠慶 申請(qǐng)人:矽統(tǒng)科技股份有限公司