[发明专利]原子层沉积方法以及形成的半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种原子层沉积方法以及形成的半导体器件。

背景技术

原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)，最初称为原子层外延(Atomic Layer Epitaxy，ALE)，也称为原子层化学气相沉积(Atomic LayerChemical Vapor Deposition，ALCVD)。

原子层沉积(ALD)涉及在通常保持负压(低于大气压的压力)的沉积室内沉积连续多个单层到半导体衬底上。一个代表性的方法如申请号为03818269的中国专利申请文件背景技术中所揭露的，包括：参考附图1所示，将第一汽化前体供应到沉积室中以使在沉积室中放置的半导体衬底100上有效形成第一单层110。然后，参考附图2所示，第一汽化前体的流过停止，惰性吹扫气体流过室中，以便从室中有效去除所有残留的没有粘附到半导体衬底100上的第一汽化前体。参考附图3所示，随后，不同于第一前体的第二汽化前体流向沉积室中以在第一单层110上或与第一单层110有效形成第二单层120，第二单层120可以与第一单层110反应；参考附图4所示，第二汽化前体的流过停止，惰性吹扫气体流过室中，以便从室中有效去除所有残留的没有粘附到第一单层110上的第二单层120。所述第一单层和第二单层的沉积工艺可以多次重复，直到在半导体衬底上形成所需厚度和组成的层。

但是，上述在半导体衬底上利用原子沉积工艺形成的由第一单层和第二单层形成的原子层是连续分布的，在现有的半导体制作工艺中，主要运用在线宽和深宽比很高的孔洞，沟槽中。

随着半导体器件制作工艺的进一步发展，器件的临界尺寸越来越小，而且对半导体器件的储存密度要求也越来越高，在具有介质层-捕获电荷层-介质层的三层堆叠结构的半导体器件的制作工艺中，采用离散的原子岛(纳米点)捕获电荷层取代现有技术中有一定厚度的捕获电荷层，可以减少半导体器件的横向漏电，降低形成的半导体器件捕获电荷层的厚度，并提高器件的存储能力。但是，现有技术中，形成离散的原子岛(纳米点)捕获电荷层的方法一般都采用化学气相沉积或者物理气相沉积的方法，形成的原子岛的尺寸在10nm至100nm，而且原子岛的尺寸分布均匀性差。

发明内容

有鉴于此，本发明解决的技术问题是提供一种原子层的沉积方法，以形成离散的化合物单层(discrete atomic size islands)。

本发明还提供一种半导体器件，所述器件具有介质层-捕获电荷层-介质层的三层堆叠结构，所述捕获电荷层含有的化合物单层都为原子尺寸，且尺寸分布均匀。

一种原子层沉积方法，包括如下步骤：

在原子层沉积室内放置半导体衬底；

第一前体气体流向原子层沉积室内的半导体衬底，在半导体衬底上形成离散的第一单层；

惰性吹扫气体流向在原子层沉积室内的半导体衬底，去除没有和半导体衬底形成第一单层的第一前体气体；

第二前体气体流向在原子层沉积室，与形成第一单层的第一前体气体反应，形成离散的化合物单层；

惰性吹扫气体流向在原子层沉积室内的半导体衬底，去除没有和第一前体气体反应的第二前体气体以及第一前体气体与第二前体气体反应的副产物。

本发明还提供一种原子层沉积方法，包括如下步骤：

在原子层沉积室内放置半导体衬底；

第一前体气体流向原子层沉积室内的半导体衬底，在半导体衬底上形成离散的第一单层；

惰性吹扫气体流向在原子层沉积室内的半导体衬底，去除没有和半导体衬底形成第一单层的第一前体气体；

第二前体气体流向在原子层沉积室，与形成第一单层的第一前体气体反应，形成离散的化合物单层；

惰性吹扫气体流向在原子层沉积室，去除没有和第一前体气体反应的第二前体气体以及第一前体气体与第二前体气体反应的副产物；

在半导体衬底上形成覆盖离散的化合物单层的介电层。

可选的，所述介电层的形成工艺为原子层沉积方法，所述介电层的形成工艺为：

第三前体气体流向原子层沉积室，在半导体衬底以及离散的化合物单层上形成第三单层，所述第三单层填满离散的化合物单层之间的空隙；

惰性吹扫气体流向在原子层沉积室，去除没有和半导体衬底以及离散的化合物单层形成第三单层的第三前体气体；

第四前体气体流向原子层沉积室，和形成第三单层的第三前体气体反应，形成介电层单原子层；

惰性吹扫气体流向在原子层沉积室，去除没有形成介电层单原子层的的第四前体气体以及第三前体气体和第四前体气体反应的副产物；