專利名稱：原子層沉積方法以及形成的半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種原子層沉積方法以及形 成的半導(dǎo)體器件。
技術(shù)背景原子層沉積(Atomic Layer Deposition, ALD),最初稱為原子層外延 (Atomic Layer Epitaxy, ALE),也稱為原子層化學(xué)氣相沉積(Atomic Layer Chemical Vapor Deposition, ALCVD )。積連續(xù)多個(gè)單層到半導(dǎo)體襯底上。 一個(gè)代表性的方法如申請(qǐng)?zhí)枮?3818269的 中國專利申請(qǐng)文件背景技術(shù)中所揭露的，包括參考附圖l所示，將第一汽化 前體供應(yīng)到沉積室中以使在沉積室中放置的半導(dǎo)體襯底1 OO上有效形成第一 單層IIO。然后，參考附圖2所示，第一汽化前體的流過停止，惰性吹掃氣體 流過室中，以便從室中有效去除所有殘留的沒有粘附到半導(dǎo)體襯底100上的第 一汽化前體。參考附圖3所示，隨后，不同于第一前體的第二汽化前體流向沉 積室中以在第一單層110上或與第一單層110有效形成第二單層120，第二單層 120可以與第一單層110反應(yīng)；參考附圖4所示，第二汽化前體的流過停止，惰 性吹掃氣體流過室中，以便從室中有效去除所有殘留的沒有粘附到第 一單層 110上的第二單層120。所述第一單層和第二單層的沉積工藝可以多次重復(fù)， 直到在半導(dǎo)體襯底上形成所需厚度和組成的層。但是，上述在半導(dǎo)體襯底上利用原子沉積工藝形成的由第一單層和第二單 層形成的原子層是連續(xù)分布的，在現(xiàn)有的半導(dǎo)體制作工藝中，主要運(yùn)用在線 寬和深寬比很高的孔洞，溝槽中。隨著半導(dǎo)體器件制作工藝的進(jìn)一步發(fā)展，器件的臨界尺寸越來越小，而且 對(duì)半導(dǎo)體器件的儲(chǔ)存密度要求也越來越高，在具有介質(zhì)層-捕獲電荷層_介質(zhì)層的三層堆疊結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的制作工藝中，采用離散的原子島(納米 點(diǎn))捕獲電荷層取代現(xiàn)有技術(shù)中有一定厚度的捕獲電荷層，可以減少半導(dǎo)體 器件的橫向漏電，降低形成的半導(dǎo)體器件捕獲電荷層的厚度，并提高器件的 存儲(chǔ)能力。但是，現(xiàn)有技術(shù)中，形成離散的原子島(納米點(diǎn))捕獲電荷層的 方法一般都采用化學(xué)氣相沉積或者物理氣相沉積的方法，形成的原子島的尺寸在10nm至lOOnm,而且原子島的尺寸分布均勻性差。 發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種原子層的沉積方法，以形 成一層以上離散分布的化合物單層。本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件，所述器件具有介質(zhì)層-捕獲電荷層-介 質(zhì)層的三層堆疊結(jié)構(gòu)，所述捕獲電荷層含有的化合物單層都為原子尺寸，且 尺寸分布均勻。一種原子層沉積方法，包括如下步驟 在原子層沉積室內(nèi)放置半導(dǎo)體襯底；第一前體氣體流向原子層沉積室內(nèi)的半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底上形成離 散分布的第一單層；惰性吹掃氣體流向在原子層沉積室內(nèi)的半導(dǎo)體襯底，去除沒有形成第一單 層的第一前體氣體；第二前體氣體流向原子層沉積室，與形成第 一單層的第 一前體氣體反應(yīng)， 形成離散的第 一化合物單層；惰性吹掃氣體流向原子層沉積室，去除沒有和第一前體氣體反應(yīng)的第二前 體氣體以及第 一前體氣體與第二前體氣體反應(yīng)的副產(chǎn)物；在半導(dǎo)體襯底上形成覆蓋第一化合物單層的第一介電層；第三前體氣體流向原子層沉積室，在第一介電層上形成離散分布的第三單層；惰性吹掃氣體流向原子層沉積室，去除沒有和第一介電層形成第三單層的第三前體氣體；第四前體氣體流向原子層沉積室，與形成第三單層的第三前體氣體反應(yīng)， 形成離散的第二化合物單層；惰性吹掃氣體流向原子層沉積室，去除沒有和第三單層反應(yīng)的第四前體氣 體以及第三前體氣體與第四前體氣體反應(yīng)的副產(chǎn)物；在第一介電層上形成覆蓋第二化合物單層的第二介電層。 本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底，位于半導(dǎo)體襯底上的 介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì)層的三層堆疊結(jié)構(gòu)和位于介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì)層的三層堆疊結(jié)構(gòu)上的柵極，以及半導(dǎo)體襯底內(nèi)位于介質(zhì)層-捕獲電荷 層-介質(zhì)層的三層堆疊結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源極和漏極，所述捕獲電荷層為含有采用 原子沉積方法形成的一層以上的離散的化合物單層的介電層。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述方案具有以下優(yōu)點(diǎn)1、上述方案一方面提供一種原子層的沉積方法，通過在半導(dǎo)體村底上形 成離散分布的第 一單層之后形成離散的第 一化合物單層，在第 一化合物單層 上形成第一介電層之后，在第一介電層上繼續(xù)形成離散分布的第二化合物單 層，從而在半導(dǎo)體襯底上形成一層以上的離散分布的化合物單層，實(shí)現(xiàn)了原 子尺寸的多種納米島在半導(dǎo)體襯底上呈多層的離散分布。并且，由于采用原 子層沉積工藝，形成的離散分布的一層以上的化合物單層的大小為準(zhǔn)確的原 子尺寸大小，并且原子尺寸大小均勻一致。形成一層以上的離散分布的化合 物單層，在所述化合物單層用于半導(dǎo)體器件例如存儲(chǔ)器時(shí)，可用于提高存儲(chǔ) 器的存儲(chǔ)能力以及存儲(chǔ)隔離能力，減小漏電流。進(jìn)一步，所述原子層沉積方法通過控制第一前體氣體流向原子層沉積室內(nèi)的工藝，在半導(dǎo)體襯底上形成離散的第一單層，并且通過控制第一前體氣 體流向原子層沉積室內(nèi)的流量和時(shí)間，控制形成的第一單層在半導(dǎo)體襯底上 的分布密度，從而形成離散的第一化合物單層，在離散的第一化合物單層上 形成覆蓋第一化合物單層的第一介電層之后，在第一介電層上通過控制第三 前體氣體流向原子層沉積室內(nèi)的工藝，在第一介電層上形成離散的第三單層，通過控制第三前體氣體流向原子層沉積室內(nèi)的流量和時(shí)間，控制形成的第三 單層在第一介電層上的分布密度以及第一單層和第三單層在半導(dǎo)體襯底上的 分布密度。2、上述方案還提供一種半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件具有介質(zhì)層-捕獲 電荷層-介質(zhì)層的三層堆疊結(jié)構(gòu)，所述捕獲電荷層為含有采用原子沉積方法 形成的離散的 一層以上的化合物單層，由于采用原子層沉積工藝形成離散的 化合物單層，因此，所述離散的化合物單層的尺寸為原子尺寸，大小可以控 制，而且，所述包含離散的一層以上的化合物單層在介電層中的分布密度可 以通過控制原子層沉積工藝中反應(yīng)氣體的流量和流入時(shí)間進(jìn)行控制。


圖1至圖4為現(xiàn)有技術(shù)的原子層沉積工藝的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5至圖18為本發(fā)明第一實(shí)施例原子層沉積工藝的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖19為本發(fā)明第 一 實(shí)施例原子層沉積工藝的工藝流程圖； 圖20為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的目的在于提供一種原子層沉積方法，在半導(dǎo)體襯底上形成一層 以上離散分布的原子島，所述原子尺寸島的原子大小和厚度都在原子量級(jí)， 且數(shù)量可控。本發(fā)明的目的還在于提供一種半導(dǎo)體器件，所述器件具有介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì)層的三層堆疊結(jié)構(gòu)，其中的捕獲電荷層為含有采用原子層的沉 積方法形成的一層以上離散的原子島的介電層。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖 對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。實(shí)施例1本實(shí)施例提供一種原子層沉積方法，參考附圖19所示的工藝流程圖，包括如下步驟步驟S200,在原子層沉積室內(nèi)放置半導(dǎo)體襯底；步驟S201，第 一前體氣體流向原子層沉積室內(nèi)的半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底上形成離散分布的第一單層；步驟S202,惰性吹掃氣體流向在原子層沉積室內(nèi)的半導(dǎo)體襯 底，去除沒有形成第一單層的第一前體氣體；步驟S203,第二前體氣體流向 原子層沉積室，與形成第一單層的第一前體氣體反應(yīng)，形成離散的第一化合 物單層；步驟S204，惰性吹掃氣體流向原子層沉積室，去除沒有和第一前體 氣體反應(yīng)的第二前體氣體以及第 一前體氣體與第二前體氣體反應(yīng)的副產(chǎn)物； 步驟S205,在半導(dǎo)體襯底上形成覆蓋第一化合物單層的第一介電層；步驟 S206，第三前體氣體流向原子層沉積室，在第一介電層上形成離散分布的第 三單層；步驟S207,惰性吹掃氣體流向原子層沉積室，去除沒有和第一介電 層形成第三單層的第三前體氣體；步驟S208,第四前體氣體流向原子層沉積 室，與形成第三單層的第三前體氣體反應(yīng)，形成離散的第二化合物單層；步 驟S209，惰性吹掃氣體流向原子層沉積室，去除沒有和第三前體氣體反應(yīng)的 第四前體氣體以及第三前體氣體與第四前體氣體反應(yīng)的副產(chǎn)物；步驟S210，在第一介電層上形成覆蓋第二化合物單層的笫二介電層。首先，參考步驟S200，在原子層沉積室內(nèi)放置半導(dǎo)體襯底200。所述的 原子層沉積室為現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行原子層沉積工藝的常規(guī)反應(yīng)設(shè)備的沉積室，進(jìn)行原子層沉積反應(yīng)時(shí)，應(yīng)該盡可能使通入沉積室內(nèi)的反應(yīng)氣體在半導(dǎo)體襯底 上能夠均勻分布，因此，本實(shí)施例優(yōu)選沉積設(shè)備的反應(yīng)氣體通入裝置從沉積 室的各個(gè)角度均勻進(jìn)氣，例如反應(yīng)氣體通入裝置為淋浴頭式，采用這種設(shè)備 可以使半導(dǎo)體襯底上形成的離散島分布較為均勻。包括單晶或者多晶結(jié)構(gòu)的硅或硅鍺(SiGe ),還可以是含有摻雜離子例如N型 或者P型摻雜的硅或者硅鍺，也可以包括混合的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，例如碳化硅、 銻化銦、碲化鉛、砷化銦、磷化銦、砷化鎵或銻化鎵、合金半導(dǎo)體或其組合； 也可以是絕緣體上硅(SOI)。所述半導(dǎo)體襯底可以是空白的半導(dǎo)體材料襯底， 也可以是已經(jīng)形成各種半導(dǎo)體器件以及線路的半導(dǎo)體襯底。參考步驟S201，第一前體氣體流向原子層沉積室內(nèi)的半導(dǎo)體襯底200, 如圖5所示，第一前體氣體與半導(dǎo)體襯底之間發(fā)生物理或者化學(xué)吸附，在半 導(dǎo)體襯底200上形成離散的第一單層210，由于第一前體氣體原子之間的互相 吸附作用，在與半導(dǎo)體襯底200直接接觸的第一單層210上還吸附有第一前 體氣體的原子。所述的第一前體氣體210可以為現(xiàn)有技術(shù)中任何帶成核體物質(zhì)、并且與 半導(dǎo)體襯底之間通過化學(xué)或者物理吸附，可以在半導(dǎo)體襯底上形成有效的第 一單層的反應(yīng)氣體，可以是金屬、半導(dǎo)體、或者配合有卣素或者有機(jī)配合物 的金屬、或者配合有囟素或者有機(jī)配合物的半導(dǎo)體中的一種或者幾種的混合 物，所述的金屬材料例如Ta， Ti, W, Mo， Nb, Cu, Ni, Pt, Ru, Me, Ni， Al等，所述 的半導(dǎo)體材料例如硅等，所述的配合有面素或者有機(jī)配合物的半導(dǎo)體例如SiCl2H2、 Si(OC2H5)4、 SiH2[NH(C4H9)]2、 SiH(OC2H5)3等。僅僅做為舉例，本實(shí)施例給出幾種具體的第一前體氣體，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好的理解并實(shí)施本發(fā)明。若最終形成的離散的第一化合物單層為Si3N4，則第一前體氣體為帶有Si原子成核體物質(zhì)的反應(yīng)氣體，例如SiCl2H2、 SiH4、 Si2Cl6或者SiH2[NH(C4H9)]2等物質(zhì)。若最終形成的離散的第一化合物單層為HfO,則第一前體氣體為帶有Hf 原子成核體物質(zhì)的反應(yīng)氣體，例如HfIN(CH3)(C2H5)]4 、 HfIN(C2H5)2]4 、 Hf[OC(CH3)3]4或者HfCl4等。若最終形成的離散的第一化合物單層為A1203,則第一前體氣體為帶有 Al原子成核體物質(zhì)的反應(yīng)氣體，例如A1(CH3)3等。若最終形成的離散的第一化合物單層為WN,則第一前體氣體為帶有W 原子成核體物質(zhì)的反應(yīng)氣體，例如WF6等。為使第 一前體氣體在半導(dǎo)體襯底上形成離散的第 一單層，應(yīng)該控制第一 前體氣體流向原子層沉積室內(nèi)的具體工藝條件，對(duì)第一前體氣體在半導(dǎo)體襯底上的離散分布起作用的是第一前體氣體流向原子層沉積室內(nèi)的氣體流量、 流入時(shí)間、流入溫度、壓力等。其中，對(duì)實(shí)現(xiàn)離散分布起決定作用的工藝在于第 一前體氣體流入沉積室 內(nèi)的流量和流入時(shí)間，在本發(fā)明的實(shí)施例中，為了實(shí)現(xiàn)第一前體氣體在半導(dǎo) 體襯底上形成離散的第一單層，應(yīng)該在現(xiàn)有技術(shù)形成密集的第 一單層的工藝 基礎(chǔ)上，降低第一前體氣體在原子層沉積室內(nèi)的流量以及流入時(shí)間，在半導(dǎo) 體襯底上吸附的第一前體氣體形成密集分布之前，停止第一前體氣體的流入， 即可形成離散分布的第一單層。在本實(shí)施例更加優(yōu)選的實(shí)施方式中，可以較 大的降低第 一前體氣體在原子層沉積室內(nèi)的流量，而適當(dāng)?shù)奶岣叩?一前體氣 體在原子層沉積室內(nèi)的流入時(shí)間，以提高工藝的可控制性。本實(shí)施例中，通過控制第一前體氣體在原子層沉積室內(nèi)的流量以及流入時(shí)間，可以控制形成第一單層的第一前體氣體在半導(dǎo)體襯底上的分布密度。在現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于不同的第一前體氣體，在半導(dǎo)體襯底上形成密集分 布的第一單層的氣體流量和時(shí)間都分別不同，因此，在本發(fā)明的實(shí)施例中， 對(duì)于不同的第 一前體氣體，形成離散分布的第 一單層所需的氣體流量以及流 入時(shí)間也是各不相同的。但是，在本發(fā)明實(shí)施例形成離散第一單層的工藝條 件下，在現(xiàn)有技術(shù)形成密集第一單層的工藝基礎(chǔ)下，通過降低流入的第一單 體氣體的流量和流入時(shí)間，都可以根據(jù)工藝設(shè)計(jì)的需要形成離散分布的第一 單層，并且形成離散分布的第 一單層的第 一前體氣體的分布密度是可控的。為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好的實(shí)施本發(fā)明，本實(shí)施例給出一具體的實(shí)施方 式，若最終形成的第一化合物單層為Si3N4,采用現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的原子層沉積設(shè)備，通入SiCl2H2氣體作為第一前體氣體，其中，SiCl2H2氣體的流量為 0.06-0.3slm,流入時(shí)間大于0小于10sec，較好的是大于0小于等于7秒。第 一前體氣體流入原子層沉積室內(nèi)的壓力為500至800Pa,原子層沉積室內(nèi)的溫 度為450至600 ^聶氏度，較好的為550 if氏度。本實(shí)施例給出的另 一具體的實(shí)施方式，若最終形成的離散的第 一化合物 單層為Al203,采用現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的原子層沉積設(shè)備，通入氮?dú)鈹y帶三曱基 鋁A1(CH3)3液體作為第一前體氣體，其中，溫度設(shè)定為25攝氏度，氮?dú)鉃?.03 至0.15slm,流入時(shí)間大于0小于10sec,較好的是大于0小于等于7秒。第 一前體氣體流入原子層沉積室內(nèi)的壓力為3 至5Pa,原子層沉積室內(nèi)的溫度 為250至450攝氏度，較好的為400攝氏度。步驟S202,如附圖6所示，惰性吹掃氣體流向在原子層沉積室內(nèi)的半導(dǎo) 體襯底200,去除沒有在半導(dǎo)體村底200上形成第一單層210的第一前體氣體。 本實(shí)施例中，所述的流向在原子層沉積室內(nèi)的半導(dǎo)體襯底，僅僅指氣體的流動(dòng)方向是流向半導(dǎo)體村底，并不一定表示氣體直接與半導(dǎo)體襯底接觸或者反應(yīng)，因?yàn)樵诒緦?shí)施例步驟S202之后的工藝中，半導(dǎo)體襯底上已經(jīng)形成有其它單層或者介電層。本步驟中，不僅可以去除原子層沉積室內(nèi)沒有吸附在半導(dǎo)體村底200上的第一前體氣體，還可以去除與半導(dǎo)體襯底直接接觸的第一前 體氣體上吸附的第一前體氣體，只留下與半導(dǎo)體襯底200直接4^觸的第一前 體氣體，在半導(dǎo)體襯底200上形成單層的第一前體原子。所述的惰性氣體例 如He， Ne, Ar等氣體。惰性氣體吹掃之后，所述的半導(dǎo)體襯底上形成呈單原子狀態(tài)離散分布的、 均勻或者不均勻分布的第 一單層。所述惰性氣流吹掃的工藝條件為現(xiàn)有技術(shù)的任何常規(guī)工藝，為了本領(lǐng)域 技術(shù)人員更好的實(shí)施本發(fā)明，本實(shí)施例給出一種具體的實(shí)施方式，在0.3Torr 的壓力下，將流量為5slm的N2吹掃原子層沉積室。步驟S203，第二前體氣體流向在原子層沉積室內(nèi)的半導(dǎo)體襯底，與形成 第一單層的第一前體氣體反應(yīng)，形成離散的化合物單層，如附圖7所示，第 二前體氣體流向在沉積室內(nèi)的半導(dǎo)體襯底，與第一前體氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)， 形成離散的第一化合物單層220。同時(shí)，所述的第二前體氣體由于原子間力的 吸附作用，也可能位于半導(dǎo)體襯底200上，還可能發(fā)生第二前體氣體原子之 間的吸附作用。由于第二前體氣體與第一前體氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此，原 子層沉積室內(nèi)會(huì)產(chǎn)生第 一前體氣體和第二前體氣體反應(yīng)的副產(chǎn)物。所述的第二前體氣體根據(jù)形成的離散的第 一化合物單層的不同，以及第 一前體氣體的不同，可以是現(xiàn)有技術(shù)中能夠和第一前體氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成化合物離散的化合物單層的任何常規(guī)物質(zhì)。作為一種具體實(shí)施方式
，第二前體氣體可以是包含N原子或者O原子或者金屬原子的物質(zhì)，用作還原劑或者氧化劑。所述的包含N原子或者O原子或者金屬原子的物質(zhì)例如是麗3或者02。僅僅做為舉例，本實(shí)施例給出幾種具體的第二前體氣體，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好的理解并實(shí)施本發(fā)明。若最終形成的第一化合物單層為Si3N4，則 第一前體氣體為帶有Si原子成核體物質(zhì)的反應(yīng)氣體，第二前體氣體為能夠與 第一前體氣體形成的第一單層成核體反應(yīng)形成化合物單層的氣體，僅僅做為 舉例，第二前體氣體可以是麗3、 N20、 N2等氣體。若最終形成的離散的第一化合物單層為HfO，則第一前體氣體為帶有Hf 原子成核體物質(zhì)的反應(yīng)氣體，第二前體氣體為能夠與第一前體氣體形成的第 一單層成核體反應(yīng)形成化合物單層的氣體， <義<義做為舉例，第二前體氣體可 以是03等氣體。若最終形成的離散的第一化合物單層為A1203，則第一前體氣體為帶有 Al原子成核體物質(zhì)的反應(yīng)氣體，第二前體氣體為能夠與第一前體氣體形成的 第一單層成核體反應(yīng)形成化合物單層的氣體，第二前體氣體可以是H20或者 03等氣體。若最終形成的離散的第一化合物單層為WN,則第一前體氣體為帶有W 原子成核體物質(zhì)的反應(yīng)氣體，僅僅做為舉例，第二前體氣體可以是NH3等氣 體。第二前體氣體流向在沉積室內(nèi)的半導(dǎo)體襯底的工藝可以為本領(lǐng)于技術(shù)人 員熟知的現(xiàn)有技術(shù)，^f義僅為了舉例，在第一前體氣體為SiCl2H2,最終形成的 化合物單層為SisN4時(shí)，采用現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的原子層沉積設(shè)備，選定通入的 第二前體氣體為NH3時(shí)，第二前體氣體的流量為2至5slm,流入時(shí)間大于0 小于30sec，原子層沉積室內(nèi)的壓力為30至50Pa，原子層沉積室內(nèi)的溫度為450至600攝氏度，較好的為550攝氏度。步驟S204,如附圖8所示，惰性氣體吹掃流向在原子層沉積室內(nèi)的半導(dǎo) 體襯底，去除沒有和第一前體氣體反應(yīng)的第二前體氣體以及第一前體氣體與 第二前體氣體反應(yīng)的副產(chǎn)物。所述的惰性氣體例如He， Ne, Ar等氣體。所述惰性氣體吹掃的工藝條件為現(xiàn)有技術(shù)的任何常規(guī)工藝，為了本領(lǐng)域 技術(shù)人員更好的實(shí)施本發(fā)明，本實(shí)施例給出一種具體的實(shí)施方式，在0.3Torr 的壓力下，將流量為5slm的N2吹掃原子層沉積室。步驟S205，在半導(dǎo)體襯底200上形成覆蓋第一化合物單層220的第一介 電層250,具體工藝參考附圖9至附圖13所示。在半導(dǎo)體襯底200上形成覆蓋離散的第一化合物單層220的第一介電層 的工藝可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何現(xiàn)有技術(shù)，例如物理氣相沉積、化 學(xué)氣相沉積等工藝，本實(shí)施例提供一種釆用原子層沉積工藝形成第一介電層例給出一種實(shí)施方法，包括如下工藝步驟第五前體氣體流向原子層沉積室，在半導(dǎo)體襯底以及第一化合物單層上 形成第五單層，所述第五單層填滿第 一化合物單層之間的空隙；惰性吹掃氣流向原子層沉積室，去除沒有和半導(dǎo)體襯底以及第一化合物 單層形成第五單層的第五前體氣體；第六前體氣體流向原子層沉積室，和形成第五單層的第五前體氣體反應(yīng)， 形成第一介電層單原子層；惰性吹掃氣流向原子層沉積室，去除沒有形成第一介電層單原子層的的 第六前體氣體以及第五前體氣體和第六前體氣體反應(yīng)的副產(chǎn)物；16在第一介電層單原子層上進(jìn)行一次以上第一介電層單原子層的沉積工 藝，形成設(shè)定厚度的覆蓋第一化合物單層的第一介電層。參考附圖9所示，將第五前體氣體流向原子層沉積室，氣體流動(dòng)的方向是流向半導(dǎo)體襯底，由于所述半導(dǎo)體襯底200上已經(jīng)形成有離散的第一化合 物單層220，因此，第五前體氣體在半導(dǎo)體襯底200以及第一化合物單層220 上形成第五單層230,而且，由于半導(dǎo)體襯底200上的第一化合物單層220是 離散分布的，因此位于半導(dǎo)體襯底200上的第三單層230填滿第一化合物單 層220之間的空隙。位于第一化合物單層220上的第五前體氣體通過原子間 力或者化學(xué)鍵與第一化合物單層220結(jié)合在一起。所述第五前體氣體為現(xiàn)有技術(shù)中任何帶成核體物質(zhì)、并且與半導(dǎo)體襯底 以及第一化合物單層220通過化學(xué)或者物理吸附，可以在半導(dǎo)體襯底200以 及第一化合物單層220上形成有效的第五單層的反應(yīng)氣體，并且，所述第五 單體氣體與第六前體氣體反應(yīng)能夠形成氧化硅等絕緣材料。為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好的理解并實(shí)施本發(fā)明，本實(shí)施例給出幾種可實(shí) 施的具體例子，若最終形成的介電層為Si02,則第五前體氣體為Si(OC2H5)4、 SiH2[NH(C4H9)]2、 SiH(OC2H5)3、 Si2Cl6或者SiHN[(CH3)2]3等。將第五前體氣體流向原子層沉積室內(nèi)的半導(dǎo)體襯底的具體工藝方法為本 領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的現(xiàn)有技術(shù)。參考附圖10所示，惰性吹掃氣流向原子層沉積室，氣體流動(dòng)的方向是流 向半導(dǎo)體襯底，去除沒有和半導(dǎo)體襯底200以及離散的第一化合物單層220 形成第五單層的第五前體氣體，所述的惰性氣體例如He， Ne, Ar等氣體。惰 性氣流吹掃的工藝條件為現(xiàn)有技術(shù)的任何常規(guī)工藝。參考附圖ll所示，第六前體氣體流向原子層沉積室，氣體流動(dòng)的方向是流向半導(dǎo)體襯底，和形成第五單層230的第五前體氣體反應(yīng)，形成介電層單 原子層240。形成第五單層230的第五前體氣體包括填滿第一化合物單層220之間的 空隙的第五前體氣體以及位于第一化合物單層220上的與第 一化合物單層220 吸附結(jié)合在一起的第五前體氣體。所述第六前體氣體與第五前體氣體發(fā)生反應(yīng)，形成介電層單原子層240, 所述的介電層單原子層為氧化硅等絕緣材料的單原子層。作為舉例，本實(shí)施例的一種具體實(shí)施方式
中，若最終形成的介電層為 Si02，則第六前體氣體可以是NH3、 N20、 02等氣體。將第六前體氣體流向原子層沉積室內(nèi)的半導(dǎo)體襯底的具體工藝方法為本 領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的現(xiàn)有技術(shù)。參考附圖12所示，惰性吹掃氣流向原子層沉積室，氣體流動(dòng)的方向是流 向半導(dǎo)體襯底，去除沒有形成介電層單原子層240的第六前體氣體以及第五 前體氣體和第六前體氣體反應(yīng)的副產(chǎn)物。所述的惰性氣體例如He, Ne， Ar 等氣體。惰性氣流吹掃的工藝條件為現(xiàn)有技術(shù)的任何常規(guī)工藝。參考附圖13所示，在介電層單原子層240上進(jìn)行一次以上介電層單原子 層的沉積工藝，形成設(shè)定厚度的覆蓋離散的化合物單層的第一介電層250。所述在介電層單原子層240上繼續(xù)形成介電層單原子層的工藝參考步驟 與附圖9至13描述的工藝步驟相同，本實(shí)施例給出一種在介電層單原子層上 形成一次介電層單原子層的工藝方法，具體工藝步驟為1 )第七前體氣體流向原子層沉積室，氣體流動(dòng)的方向是流向半導(dǎo)體襯底， 在介電層單原子層以及離散的化合物單層上形成第七單層，所述第七單層覆 蓋介電層單原子層以及離散的化合物單層；其中，第七前體氣體的材料與形成第五單層的第五前體氣體相同，為現(xiàn) 有技術(shù)中任何帶成核體物質(zhì)、并且與介電層單原子層以及化合物單層通過化 學(xué)或者物理吸附，可以在介電層單原子層以及化合物單層上形成有效的第七 單層的反應(yīng)氣體，并且，所述第七單體氣體與第八前體氣體反應(yīng)能夠形成氧 化硅、氮化硅、氮氧化硅等絕緣材料。2)惰性吹掃氣流向原子層沉積室，氣體流動(dòng)的方向是流向半導(dǎo)體襯底， 去除沒有在介電層單原子層以及化合物單層上形成有效的第七單層的第七前體氣體；3 )第八前體氣體流向原子層沉積室，氣體流動(dòng)的方向是流向半導(dǎo)體襯底， 和形成第七單層的第七前體氣體反應(yīng)，在介電層單原子層上形成另一介電層 單原子層；所述第八前體氣體與第七前體氣體相同，通過與第七前體氣體發(fā)生反應(yīng)， 形成介電層單原子層，所述的介電層單原子層為氧化硅等絕緣材料的單原子 層。4)惰性吹掃氣流向原子層沉積室，氣體流動(dòng)的方向是流向半導(dǎo)體襯底， 去除沒有形成介電層單原子層的的第八前體氣體以及第七前體氣體和第八前 體氣體反應(yīng)的副產(chǎn)物。采用步驟l)至步驟4)描述的工藝方法，在介電層單原子層上形成另一覆蓋介電層單原子層以及第一化合物單層的另一介電層單原子層。根據(jù)工藝設(shè)計(jì)的需要，可以多次重復(fù)形成介電層單原子層的形成工藝，形成設(shè)定厚度的第一介電層。采用本實(shí)施例所述的形成第一介電層的工藝方法，在形成離散的第一化合物單層之后，在離散的第一化合物單層上形成覆蓋第一化合物單層的介電層，將形成的離散的第一化合物單層用第一介電層密封起來，可繼續(xù)在第一 介電層上形成離散分布的第二化合物單層，以實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例提供一層以上離 散分布的化合物單層的目的。步驟S206,第三前體氣體流向原子層沉積室內(nèi)的第一介電層250，如附 圖14所示，第三前體氣體與第一介電層250之間發(fā)生物理或者化學(xué)吸附，在 第一介電層250上形成離散分布的第三單層260。由于第三前體氣體原子之間的互相吸附作用，在與第一介電層250直接 接觸的第三單層260上還吸附有第三前體氣體的原子，而且，離散的第一化 合物單層220上也吸附有第三前體氣體原子。所述的第三前體氣體為現(xiàn)有技術(shù)中任何帶成核體物質(zhì)、并且與半導(dǎo)體襯 底之間通過化學(xué)或者物理吸附，可以在半導(dǎo)體襯底上形成有效的第三單層的 反應(yīng)氣體，可以是金屬、半導(dǎo)體、或者配合有卣素或者有機(jī)配合物的金屬、 或者配合有卣素或者有機(jī)配合物的半導(dǎo)體中的一種或者幾種的混合物，所述 的金屬材料例如Ta， Ti, W， Mo, Nb, Cu, Ni, Pt, Ru, Me， Ni， Al等，所述的半導(dǎo)體 材料例如硅等，所述的配合有卣素或者有機(jī)配合物的半導(dǎo)體例如SiCl2H2、 Si(OC2H5)4、 SiH2[NH(C4H9)]2、 SiH(OC2H5)3等。僅僅做為舉例，本實(shí)施例給出幾種具體的第三前體氣體，以使本領(lǐng)域技 術(shù)人員更好的理解并實(shí)施本發(fā)明。若最終形成的離散的第二化合物單層為 Si3N4,則第三前體氣體為帶有Si原子成核體物質(zhì)的反應(yīng)氣體，例如SiCl2H2、 SiH4、 Si2Cl6或者SiH2[NH(C4H9)]2等物質(zhì)。若最終形成的離散的第二化合物單層為HfO,則第三前體氣體為帶有Hf 原子成核體物質(zhì)的反應(yīng)氣體，例如HftN(CH3)(C2H5)]4、 HfIN(C2H5)2]4、 HfIOC(CH3)3]4或者HfCl4等。若最終形成的離散的第二化合物單層為A1203,則第三前體氣體為帶有Al原子成核體物質(zhì)的反應(yīng)氣體，例如A1(CH3)3等。若最終形成的離散的第二化合物單層為WN，則第三前體氣體為帶有W 原子成核體物質(zhì)的反應(yīng)氣體，例如WF6等。為使第三前體氣體在半導(dǎo)體襯底上形成離散的第三單層，應(yīng)該控制第三 前體氣體流向原子層沉積室內(nèi)的具體工藝條件，對(duì)第三前體氣體在半導(dǎo)體襯底上的離散分布起作用的是第三前體氣體流向原子層沉積室內(nèi)的氣體流量、 流入時(shí)間、流入溫度、壓力等。其中，對(duì)實(shí)現(xiàn)離散分布起決定作用的工藝在于第三前體氣體流入沉積室 內(nèi)的流量和流入時(shí)間，在本發(fā)明的實(shí)施例中，為了實(shí)現(xiàn)第三前體氣體在半導(dǎo) 體襯底上形成離散的第三單層，應(yīng)該在現(xiàn)有技術(shù)形成密集的第三單層的工藝 基礎(chǔ)上，降低第三前體氣體在原子層沉積室內(nèi)的流量以及流入時(shí)間，在半導(dǎo) 體襯底上吸附的第三前體氣體形成密集分布之前，停止第三前體氣體的流入， 即可形成離散分布的第三單層。在本實(shí)施例更加優(yōu)選的實(shí)施方式中，可以較 大的降低第三前體氣體在原子層沉積室內(nèi)的流量，而適當(dāng)?shù)奶岣叩谌绑w氣 體在原子層沉積室內(nèi)的流入時(shí)間，以提高工藝的可控制性。本實(shí)施例中，通過控制第三前體氣體在原子層沉積室內(nèi)的流量以及流入 時(shí)間，可以控制形成第三單層的第三前體氣體在半導(dǎo)體襯底上的分布密度。在現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于不同的第三前體氣體，在半導(dǎo)體襯底上形成密集分 布的第三單層的氣體流量和時(shí)間都分別不同，因此，在本發(fā)明的實(shí)施例中， 對(duì)于不同的第三前體氣體，形成離散分布的第三單層所需的氣體流量以及流 入時(shí)間也是各不相同的。但是，在本發(fā)明實(shí)施例形成離散第三單層的工藝條 件下，在現(xiàn)有技術(shù)形成密集第三單層的工藝基礎(chǔ)下，通過降低流入的第三單體氣體的流量和流入時(shí)間，都可以根據(jù)工藝設(shè)計(jì)的需要形成離散分布的第三 單層，并且形成離散分布的第三單層的第三前體氣體的分布密度是可控的。為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好的實(shí)施本發(fā)明，本實(shí)施例給出一具體的實(shí)施方 式，若最終形成的第二化合物單層為Si3N4,采用現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的原子層沉積設(shè)備，通入SiCl2H2氣體作為第三前體氣體，其中，SiCl2H2氣體的流量為 0.06-0.3slm,流入時(shí)間大于0小于10sec，較好的是大于0小于等于7秒。第 三前體氣體流入原子層沉積室內(nèi)的壓力為500至800Pa,原子層沉積室內(nèi)的溫 度為450至600攝氏度，較好的為550攝氏度。本實(shí)施例給出的另一具體的實(shí)施方式，若最終形成的第二化合物單層為 A1203，采用現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的原子層沉積設(shè)備，通入氮?dú)鈹y帶三甲基鋁 A1(CH3)3液體作為第三前體氣體，其中，溫度設(shè)定為25攝氏度，氮?dú)鉃?.03 至0.15slm，流入時(shí)間大于0小于10sec,較好的是大于0小于等于7秒。第 三前體氣體流入原子層沉積室內(nèi)的壓力為3至5Pa，原子層沉積室內(nèi)的溫度為 250至450攝氏度，4支好的為400攝氏度。步驟S207，惰性吹掃氣流向原子層沉積室，氣體流動(dòng)的方向是流向半導(dǎo) 體襯底，如附圖15所示，去除沒有和第一介電層250形成第三單層260的第 三前體氣體。本步驟中，不僅可以去除原子層沉積室內(nèi)沒有吸附在第一介電層250上 的第三前體氣體，還可以去除與第一介電層250直接接觸的第三前體氣體上 吸附的第三前體氣體，只留下與第一介電層250直4矣接觸的第三前體氣體。 所述的惰性氣體例如He， Ne, Ar等氣體。惰性氣體吹掃之后，所述的第一介電層250上形成呈單原子狀態(tài)離散分 布的、均勻或者不均勻分布的第三單層。所述惰性氣流吹掃的工藝條件為現(xiàn)有技術(shù)的任何常規(guī)工藝，為了本領(lǐng)域技術(shù)人員更好的實(shí)施本發(fā)明，本實(shí)施例給出一種具體的實(shí)施方式，在0.3Torr 的壓力下，將流量為5slm的N2吹掃原子層沉積室。步驟S208，如附圖16所示，第四前體氣體流向原子層沉積室，氣體流動(dòng) 的方向是流向半導(dǎo)體襯底，與形成第三單層260的第三前體氣體反應(yīng)，形成 離散的第二化合物單層270。同時(shí)，所述的第四前體氣體由于原子間力的吸附 作用，也可能位于第一介電層250以及第二化合物單層270上。由于第四前 體氣體與第三前體氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此，原子層沉積室內(nèi)會(huì)產(chǎn)生第四前體氣體和第三前體氣體反應(yīng)的副產(chǎn)物。所述的第四前體氣體根據(jù)形成的離散的第二化合物單層的不同，以及第 三前體氣體的不同，可以是現(xiàn)有技術(shù)中能夠和第三前體氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)， 形成離散的第二化合物單層的任何常規(guī)物質(zhì)。作為一種具體實(shí)施方式
，第四前體氣體可以是包含N原子或者O原子或 者金屬原子的物質(zhì)，用作還原劑或者氧化劑。所述的包含N原子或者O原子 或者金屬原子的物質(zhì)例如是麗3或者02。僅僅做為舉例，本實(shí)施例給出幾種具體的第四前體氣體，以使本領(lǐng)域技 術(shù)人員更好的理解并實(shí)施本發(fā)明。若最終形成的離散的第二化合物單層為 Si3N4,則第三前體氣體為帶有Si原子成核體物質(zhì)的反應(yīng)氣體，第四前體氣體 為能夠與第三前體氣體形成的第三單層成核體反應(yīng)形成第二化合物單層的氣 體，僅僅做為舉例，第四前體氣體可以是NH3、 N20、 N2等氣體。若最終形成的離散的第二化合物單層為HfO,則第三前體氣體為帶有Hf 原子成核體物質(zhì)的反應(yīng)氣體，第四前體氣體為能夠與笫三前體氣體形成的第 三單層成核體反應(yīng)形成第二化合物單層的氣體，僅僅做為舉例，第四前體氣體可以是03等氣體。若最終形成的離散的第二化合物單層為A1203，則第三前體氣體為帶有 Al原子成核體物質(zhì)的反應(yīng)氣體，第四前體氣體為能夠與第三前體氣體形成的 第三單層成核體反應(yīng)形成第二化合物單層的氣體，第四前體氣體可以是H20或者03等氣體。若最終形成的離散的第二化合物單層為WN，則第三前體氣體為帶有W 原子成核體物質(zhì)的反應(yīng)氣體，僅僅做為舉例，第四前體氣體可以是NHs等氣 體。第四前體氣體流向在沉積室內(nèi)的半導(dǎo)體襯底的工藝為本領(lǐng)于技術(shù)人員熟 知的現(xiàn)有技術(shù)，僅僅為了舉例，在第三前體氣體為SiCl2H2,最終形成的化合 物單層為SisN4時(shí)，采用現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的原子層沉積設(shè)備，選定通入的第四 前體氣體為NH3時(shí)，第四前體氣體的流量為2至5slm,流入時(shí)間大于0小于 30sec，原子層沉積室內(nèi)的壓力為30至50Pa,原子層沉積室內(nèi)的溫度為450 至600攝氏度，較好的為550攝氏度。在本實(shí)施例中，第一前體氣體、第二前體氣體、第三前體氣體和第四前 體氣體都可以選擇本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的各種可用于原子層沉積工藝的常規(guī) 氣體，在本實(shí)施例給出的幾種可供選擇的實(shí)施方式中，第一前體氣體和第三 前體氣體以及第二前體氣體和第四前體氣體的可選擇范圍也基本相同，因此，本實(shí)施例中所述的第 一化合物單層和第二化合物單層的可能相同，也可能不 同，較好的，形成的第一化合物單層和第二化合物單層的化學(xué)成分是相同的。 在本實(shí)施例中，所述第一化合物單層和第二化合物單層都可以是氮化硅，氧 化鋁、氧化鉿，氮化鴒等。步驟S209,如附圖17所示，惰性氣體吹掃流向原子層沉積室，氣體流動(dòng)的方向是流向半導(dǎo)體襯底，去除沒有和第三單層反應(yīng)的第四前體氣體以及第 三前體氣體與第四前體氣體反應(yīng)的副產(chǎn)物。惰性氣體吹掃之后，所述的第一介電層250上形成呈單原子狀態(tài)離散分布的第二化合物單層270。最后，如附圖18所示，步驟S210,在第一介電層上形成覆蓋第二化合物 270單層的第二介電層280。所迷第二介電層280的形成工藝可以是本領(lǐng)域技 術(shù)人員熟知的任何現(xiàn)有技術(shù)，例如物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積等工藝，本 實(shí)施例優(yōu)選采用原子層沉積工藝形成第二介電層的工藝方法，所述原子層沉 積工藝可以為現(xiàn)有技術(shù)的任何工藝方法，本實(shí)施例釆用一種第二介電層的形 成方法，參考第一介電層的形成工藝。在半導(dǎo)體襯底上形成第一化合物單層以及第一介電層，第二化合物單層 以及第二介電層之后，可以參考第 一化合物單層以及第二化合物單層的形成 工藝和第一介電層以及第二介電層的沉積工藝，根據(jù)工藝設(shè)計(jì)的需要，在第 二介電層上形成離散分布的第三化合物單層；在第二介電層上形成覆蓋第三化合物單層的第三介電層；........；在第N介電層上形成離散分布的第N+l化合物單層；在第N介電層上形成覆蓋第N + 1化合物單層的第N+ 1介電層 的工藝步驟(N為大于等于3的正整數(shù))，在半導(dǎo)體襯底上形成多層化合物單 層以及覆蓋化合物單層的介電層。所述的第N+l化合物單層的形成工藝與第一化合物單層或者第二化合 物單層的形成工藝相同，并且，形成第N+1化合物單層的原材料也與形成第 一化合物單層或者第二化合物單層的原材料相同。采用本實(shí)施例所述的原子層沉積工藝，可以在半導(dǎo)體襯底上形成一層以 上離散分布的化合物單層。實(shí)施例2本實(shí)施例提供一種半導(dǎo)體器件，參考附圖20，包括半導(dǎo)體襯底400,位 于半導(dǎo)體襯底400上的介質(zhì)層430 -捕獲電荷層440 -介質(zhì)層450的三層堆疊 結(jié)構(gòu)和位于介質(zhì)層430 -捕獲電荷層440 -介質(zhì)層450的三層堆疊結(jié)構(gòu)上的棚-極460,以及半導(dǎo)體襯底400內(nèi)位于介質(zhì)層430 -捕獲電荷層440 -介質(zhì)層450 的三層堆疊結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源極410和漏極420，所述捕獲電荷層440為采用原子 沉積方法形成的包含一層以上離散的化合物單層的介電層。此處的含有指所 述的一層以上的離散化合物單層鑲嵌在所述介電層中并且被所述介電層覆 蓋。所述半導(dǎo)體襯底400可以包括單晶或者多晶結(jié)構(gòu)的硅或硅鍺(SiGe )，還 可以是含有摻雜離子例如N型或者P型摻雜的硅或者硅鍺，也可以包括混合 的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，例如碳化硅、銻化錮、碲化鉛、砷化銦、磷化銦、砷化鎵或 銻化鎵、合金半導(dǎo)體或其組合；也可以是絕緣體上硅(SOI)。所述介質(zhì)層430 -捕獲電荷層440 -介質(zhì)層450的三層堆疊結(jié)構(gòu)中的介質(zhì) 層430或者介質(zhì)層450可以是Si02等絕緣材料，所述捕獲電荷層440為包含 一層以上離散的化合物單層的介電層，所述介電層例如氧化硅等絕緣材料， 所述離散的化合物單層密封在介電層內(nèi)，成單原子狀態(tài)均勻或者不均勻分布， 形成離散的納米島(nano dot)，所述化合物單層可以是現(xiàn)有技術(shù)中任意可以 用作半導(dǎo)體器件的捕獲電荷層中捕獲電荷的物質(zhì)，例如Si3N4、 A1203、 HfO或 者WN等。所述包含離散的一層以上化合物單層的介電層的形成工藝參考實(shí)施例1 的描寫。柵極460可以是包含半導(dǎo)體材料的多層結(jié)構(gòu)，例如硅、鍺、金屬或其組合。于介質(zhì)層430 -捕獲電荷層440 -介質(zhì)層450的三 層堆疊結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底400內(nèi)，附圖20中源極410和漏極420的位置 可以互換，其摻雜離子可以是磷離子、砷離子、硼離子或者銦離子中的一種 或者幾種。本實(shí)施例所提供的半導(dǎo)體器件，捕獲電荷層為包含一層以上離散的化合 物單層的介電層，所述離散的化合物單層的尺寸為原子尺寸，大小可以控制， 而且，所述離散的化合物單層在介電層中的分布密度可以通過控制形成離散 的化合物單層的原子層沉積工藝進(jìn)行控制。所述半導(dǎo)體器件為線寬很小的器件，可以提高捕獲電荷層中捕獲電荷陷 阱密度，捕獲電荷能力。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本 領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改， 因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種原子層沉積方法，其特征在于，包括如下步驟在原子層沉積室內(nèi)放置半導(dǎo)體襯底；第一前體氣體流向原子層沉積室內(nèi)的半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底上形成離散分布的第一單層；惰性吹掃氣體流向在原子層沉積室內(nèi)的半導(dǎo)體襯底，去除沒有形成第一單層的第一前體氣體；第二前體氣體流向原子層沉積室，與形成第一單層的第一前體氣體反應(yīng)，形成離散的第一化合物單層；惰性吹掃氣體流向原子層沉積室，去除沒有和第一前體氣體反應(yīng)的第二前體氣體以及第一前體氣體與第二前體氣體反應(yīng)的副產(chǎn)物；在半導(dǎo)體襯底上形成覆蓋第一化合物單層的第一介電層；第三前體氣體流向原子層沉積室，在第一介電層上形成離散分布的第三單層；惰性吹掃氣體流向原子層沉積室，去除沒有和第一介電層形成第三單層的第三前體氣體；第四前體氣體流向原子層沉積室，與形成第三單層的第三前體氣體反應(yīng)，形成離散的第二化合物單層；惰性吹掃氣體流向原子層沉積室，去除沒有和第三單層反應(yīng)的第四前體氣體以及第三前體氣體與第四前體氣體反應(yīng)的副產(chǎn)物；在第一介電層上形成覆蓋第二化合物單層的第二介電層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子層沉積方法，其特征在于，還包括在第二 介電層上形成離散分布的第三化合物單層；在第二介電層上形成覆蓋第三化合物單層的第三介電層；........；在第N介電層上形成離散分布的第N+1化合物單層；在第N介電層上形成覆蓋第N+ 1化合物單層的第N+ 1介電層的 工藝步驟，N為大于等于3的正整數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子層沉積方法，其特征在于，所述的第一前 體是金屬、半導(dǎo)體、配合有卣素或者有機(jī)配合物的金屬、或者配合有卣素或 者有機(jī)配合物的半導(dǎo)體中的 一種或者幾種的混合物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的原子層沉積方法，其特征在于，所述金屬為Ta, Ti, W, Mo， Nb， Cu, Ni, Pt, Ru, Me, Ni或者Al。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的原子層沉積方法，其特征在于，所述的半導(dǎo)體 為硅。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的原子層沉積方法，其特征在于，所述的配合有 卣素或者有機(jī)配合物的金屬為A1(CH3)3、 HfIN(CH3)(C2H5)]4、 HfIN(C2H5)2]4、 Hf[OC(CH3)3]4或者HfCU,配合有卣素或者有機(jī)配合物的半導(dǎo)體為SiCl2H2、 Si(OC2H5)4、 Si2Cl6、 SiH2[NH(C4H9)]2或者SiH(OC2H5)3。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子層沉積方法，其特征在于，所述的第一前 體為SiCbH2時(shí)，第一前體氣體流向原子層沉積室的流量為0.06至0.3slm，流 入時(shí)間大于0小于10sec。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子層沉積方法，其特征在于，所述的第二前 體氣體為NH3、 N20、 N2、 02、 03或者《[20。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子層沉積方法，其特征在于，所述的第三前 體是金屬、半導(dǎo)體、配合有卣素或者有機(jī)配合物的金屬、或者配合有鹵素或 者有機(jī)配合物的半導(dǎo)體中的一種或者幾種的混合物。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的原子層沉積方法，其特征在于，所述金屬為Ta, Ti, W, Mo， Nb， Cu, Ni, Pt, Ru, Me, Ni或者Al。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的原子層沉積方法，其特征在于，所述的半導(dǎo)體 為硅。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的原子層沉積方法，其特征在于，所述的配合有 鹵素或者有機(jī)配合物的金屬為A1(CH3)3、 HfIN(CH3)(C2H5)]4、 HfIN(C2H5)2]4、Hf!OC(CH3)3]4或者HfCl4，配合有卣素或者有機(jī)配合物的半導(dǎo)體為SiCl2H2、 Si(OC2H5)4、 Si2Cl6、 SiH2[NH(C4H9)]2或者SiH(OC2H5)3。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的原子層沉積方法，其特征在于，所述的第三前 體為SiCl2HJt,第三前體氣體流向原子層沉積室的流量為0.06至0.3slm,流 入時(shí)間大于0小于10sec。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子層沉積方法，其特征在于，所述的第四前 體氣體為NHs、 N20、 N2、 02、 03或者1120。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子層沉積方法，其特征在于，所述第一介電 層的形成工藝為原子層沉積方法。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的原子層沉積方法，其特征在于，所述第一介電 層的形成工藝為第五前體氣體流向原子層沉積室，在半導(dǎo)體襯底以及第一化合物單層上形 成第五單層，所述第五單層填滿第一化合物單層之間的空隙；惰性吹掃氣體流向原子層沉積室，去除沒有和半導(dǎo)體襯底以及第一化合物 單層形成第五單層的第五前體氣體；第六前體氣體流向原子層沉積室，和形成第五單層的第五前體氣體反應(yīng)， 形成第一介電層單原子層；惰性吹掃氣體流向原子層沉積室，去除沒有形成第一介電層單原子層的第 六前體氣體以及第五前體氣體和第六前體氣體反應(yīng)的副產(chǎn)物；在第一介電層單原子層上進(jìn)行一次以上第一介電層單原子層的沉積工藝， 形成設(shè)定厚度的覆蓋第一化合物單層的第一介電層。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子層沉積方法，其特征在于，所述第一介電 層為氧化硅。
18. —種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底，位于半導(dǎo)體襯底上的介質(zhì)層-捕 獲電荷層-介質(zhì)層的三層堆疊結(jié)構(gòu)和位于介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì)層的三層堆疊結(jié)構(gòu)上的柵極，以及半導(dǎo)體襯底內(nèi)位于介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì)層 的三層堆疊結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源極和漏極，所述捕獲電荷層為包含釆用原子沉積方 法形成的一層以上離散的化合物單層的介電層。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述離散的化合物 單層尺寸是在原子尺寸數(shù)量級(jí)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述離散的化合物 單層為氮化硅、氧化鋁、氧化鉿或者氮化鎢。
21.4艮據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述介電層為氧化硅。
全文摘要
一種原子層沉積方法，包括第一前體氣體流向原子層沉積室內(nèi)的半導(dǎo)體襯底，形成離散的第一單層；惰性吹掃氣體流向在原子層沉積室內(nèi)的半導(dǎo)體襯底；第二前體氣體流向原子層沉積室，與形成第一單層的第一前體氣體反應(yīng)，形成離散的第一化合物單層；惰性吹掃氣體流向在原子層沉積室；在半導(dǎo)體襯底上形成第一介電層，在第一介電層上形成離散的第二單層，并在第一介電層上形成覆蓋第二單層的第二介電層。所述方法在半導(dǎo)體襯底上形成一層以上離散的化合物單層。本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件，器件的捕獲電荷層為采用原子沉積方法形成的一層以上離散的化合物單層。
文檔編號(hào)C30B25/14GK101330015SQ20071004246
公開日2008年12月24日 申請(qǐng)日期2007年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月22日
發(fā)明者三重野文健, 華 季, 季明華, 張復(fù)雄 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司