[发明专利]ONO介质层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制备领域，具体涉及一种ONO介质层的制备方法。

背景技术

堆叠的ONO结构在芯片制作过程中被广泛应用。在电可擦编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)中作为浮栅(Floating Gate，FG)和控制栅(Control Gate，CG)之间的夹层电介质；亦可作为动态存储器(Dynamic Random Access Memory)和金属绝缘体(Metal insulator Metal，MIM)的电介质。堆叠的ONO结构具有较低的缺陷(Defect)，其中氮化硅层可以捕获(Trap)电荷抑制漏电流(Leakage)。

堆叠的ONO结构作为浮栅和控制栅之间的夹层电介质时，需要严格控制ONO三层的厚度均匀度。当整体厚度变厚或者变薄时，会影响浮栅和控制栅之间的电容(Capacitance)，从而影响数据的读写速度或数据保持能力(Data Retention)。当厚度均匀度差时，电场会集中在ONO厚度薄的地方，可能会产生介质击穿现象。

堆叠的栅极通常如图1所示，在衬底1上依次形成隧穿氧化层2，浮栅3、ONO(Oxide-Nitride-Oxide)介质层4和控制栅5。

目前，现有方法采用炉管低压化学气相沉积(LPCVD)工艺来进行ONO介质层的制备，分为如下三步：1、底层氧化层的制备；2、中间氮化物的制备；3、顶部氧化层的制备。

炉管的低压化学气相沉积工艺设备简图如图2所示，反应炉内放置有晶舟盒12，晶舟盒12内放置有硅片15；炉管腔体有内外两个石英管，包括内石英管13和外石英管14；通入的反应气体通过底部的前驱管路16和特气管路17通入至反应炉内，扩散到晶舟上的硅片周围(图3所示)，在高温下形成薄膜。多余气体经内外石英管，由排气管路11排除。

但是在ONO介质层的制备过程中，技术人员发现一些问题：可参照图3a-图3b所示，晶舟盒12内的硅片15呈梯形分布，上下相邻的两硅片15的各个位置处的距离相等，导致硅片15上表面中心位置处的反应气体浓度小于边缘位置处的气体浓度，进而造成硅片上表面边缘位置处生长的氧化膜厚度与硅片上表面中心位置处生长的氧化膜厚度存在较大的差异性。

图3c为现有技术中的反应炉通入反应气体后的气体流动状态示意图，如图可见，气体在流动过程中不容易流通至硅片15中心位置处，而在硅片边缘则浓度较大，导致硅片中间薄膜厚度相对于硅片的边缘的薄膜厚度较薄，堆叠式ONO夹层电介质经过三层LPCVD薄膜沉积后，会放大硅片上厚度差异，边缘厚中间薄，如图3d所示。同时，在传统工艺的ONO制备工艺中，在制备中间的氮化物时，一般采用的技术方案是直接同时通入用以制备的氮化物的气体(包括含氮气体和含硅气体)来进行反应生成氮化硅覆盖在底部氧化物上，但是在反应过程中，含氮气体和含硅气体在反应炉内的分布不均匀，而同时由于气体在反应炉内的流通如图3c所示，进一步加剧了气体分布不均的现象，因而导致硅片表面生成的氮化物厚度不均匀。厚度的不均匀性会影响电性的均匀性，使不同位置的读写速度和数据保持能力的存在差异。

发明内容

本发明提供了一种ONO介质层制备方法，其中，包括如下步骤：将硅片放置在一反应炉内的晶舟盒内，所述反应炉设有前驱气体管路、特气管路和净化气体管路；

在所述硅片的上表面制备一层氧化物后，沉积一层氮化物覆盖在于所述氧化层的上表面，之后再制备一层氧化物覆盖在所述氮化物的上表面；

其中，制备所述氮化物的步骤为：

步骤S1、通过前驱气体管路通入含硅气体至反应炉内，并在通入含硅气体的同时，关闭其他管路；

步骤S2、关闭前驱气体管路，打开净化气体管路通入净化气体至反应炉内；

步骤S3、关闭净化气体管路，打开特气管路通入含氮气体至反应炉内，通入的含氮气体与含硅气体反应生成氮化硅附着在硅片表面；

步骤S4、关闭特气管路并再次打开净化气体管路输送净化气体至反应炉。

上述的方法，其中，在进行所述氮化物的制备过程中，将步骤S1、步骤S2、步骤S3和步骤S4作为一个周期，进行多个周期以制备所述氮化物。

上述的方法，其中，所述含硅气体为DCS。

上述的方法，其中，所述含氮气体为NH₃。

上述的方法，其中，所述净化气体为N₂。