氮化硅沉积方法及半导体装置的制造方法制造方法及图纸

本申请涉及半导体制造领域，具体涉及一种氮化硅沉积方法及半导体装置的制造方法，提供反应腔室，所述反应腔室内放置有待处理晶圆；对所述反应腔室进行升温，使所述反应腔室升温至起始沉积温度，然后通入反应气体进行沉积；控制降温速率对所述反应腔室进行降温，使所述反应腔室自所述起始沉积温度降温到正常沉积温度，并保持在正常沉积温度；其中，所述正常沉积温度小于所述起始沉积温度。在升温过程和降温过程中也导入反应气体进行薄膜的扩散沉积，从而使整个扩散沉积中形成一个良好的温差互补，使得最终制备出的薄膜厚度均匀。使得最终制备出的薄膜厚度均匀。使得最终制备出的薄膜厚度均匀。

【技术实现步骤摘要】
氮化硅沉积方法及半导体装置的制造方法


[0001]本申请涉及半导体制造领域，具体涉及一种氮化硅沉积方法及半导体装置的制造方法。

技术介绍

[0002]低压力化学气相沉积法(Low Pressure Chemica l Vapor Depos it ion，LPCVD)是半导体芯片制造中最主要的掺杂工艺，它是在高温条件下，将磷、硼等原子扩散到晶圆内，从而改变和控制半导体内杂质的类型、浓度和分布，以便建立起不同的电特性区域。图1示意了一般的LPCVD。即在现有的LPCVD中，LPCVD仅在晶圆11
’
升温到反应温度后才真正开始，反应气体仅在沉积阶段通入，在晶圆11
’
的升温过程中以及在完成LPCVD后的降温过程中是不向反应腔室内通入反应气体的，这样的沉积容易导致沉积出的薄膜12
’
出现如图2中所示的厚度不均匀现象。

技术实现思路

[0003]本申请至少在一定程度上解决相关技术中的上述技术问题。为此，本申请提出一种氮化硅沉积方法及半导体装置的制造方法，以解决上述至少一个技术问题。
[0004]为了实现上述目的，本申请第一方面提供了一种氮化硅沉积方法，包括以下步骤：
[0005]提供反应腔室，所述反应腔室内放置有待处理晶圆；
[0006]对所述反应腔室进行升温，使所述反应腔室升温至起始沉积温度，然后通入反应气体进行沉积；
[0007]控制降温速率对所述反应腔室进行降温，使所述反应腔室自所述起始沉积温度降温到正常沉积温度，并保持在正常沉积温度；其中，所述正常沉积温度小于所述起始沉积温度。
[0008]本申请第二方面提供了一种半导体装置的制造方法，包括如上所述的氮化硅沉积方法。
附图说明
[0009]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0010]图1示出了现有技术中氮化硅沉积过程示意图；
[0011]图2示出了现有技术中沉积形成的氮化硅薄膜结构示意图；
[0012]图3示出了本申请实施例的氮化硅沉积过程示意图；
[0013]图4示出了本申请实施例沉积形成的氮化硅薄膜结构示意图。
具体实施方式
[0014]以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
[0015]在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
[0016]在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
[0017]氮化硅(Si3N4)薄膜是一种应用广泛的介质材料。作为非晶绝缘物质，氮化硅膜的介质特性优于二氧化硅薄膜，具有对可动离子阻挡能力强、结构致密、针孔密度小、化学稳定性好、介电常数高等优点，常用于集成电路制造中的介质绝缘、杂质掩蔽、浅沟道隔离、掩膜、外层钝化保护等工艺。
[0018]作为一种性能优良的重要介质材料，在集成电路制造领域，氮化硅薄膜得到广泛使用，氮化硅薄膜可以在700
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800℃温度范围内，通过以下反应形成：3SiH2Cl2+4NH3‑‑‑‑
>Si3N4+6HCl+6H2，但是传统的工艺在沉积形成氮化硅薄膜的过程中，在向反应室通入反应气体的过程中，反应室内的温度始终保持恒定，导致沉积出的氮化硅薄膜出现如图2中所示的厚度不均匀现象。为了解决这个问题，本实施例提出了一种解决方案，具体如下：
[0019]请参考图3至图4，本专利技术提供一种氮化物扩散沉积方法，包括以下步骤：
[0020]1)提供反应腔室，所述反应腔室内放置有若干待处理晶圆；
[0021]2)以第一升温速率对所述反应腔室进行升温，使所述反应腔室自初始温度升温至第一温度(即起始沉积温度)，保温处理，即维持第一温度恒定一段时间，在升温至所述第一温度后通入反应气体；
[0022]3)以第一降温速率对所述反应腔室进行降温，使所述反应腔室自所述第一温度降温至第二温度(即正常沉积温度)，同时在降温过程中继续通入所述反应气体，从而形成氮化硅薄膜12，其中，第二温度大于初始温度且小于第一温度，第二温度为薄膜的生长温度。
[0023]值得一提的是，在升温至第一温度之后，也可以直接以第一降温速率对所述反应腔室进行降温，此外还可以控制第一降温速率对反应腔室进行分阶段降温。
[0024]本专利技术充分利用扩散沉积工艺的升温过程和降温过程中晶圆表面的温度不一致的现象，在升温过程和降温过程中也导入反应气体进行薄膜的扩散沉积，从而使整个扩散沉积中形成一个良好的温差互补，使得最终制备出的薄膜厚度均匀，没有孔洞，且与晶圆表面有良好的贴合。本专利技术无需进行设备改造而仅通过调整工艺参数即可实现，操作简单。采用本专利技术的氮化物扩散沉积方法制备出的半导体薄膜结构的厚度均匀，有利于后续工艺的进行，有助于提高生产良率，且单次可完成数十片乃至数百片晶圆的薄膜扩散沉积，产出率极大提高。
[0025]作为示例，本实施例将上百片乃至数百片待处理晶圆11放置在晶舟上，之后将装载有所述晶圆11的晶舟放置于所述反应腔室中，考虑到所述反应腔室最下部及/或最上端的受热情况可能不够理想，因而可以在所述晶舟的最下端及/或最上端放入数片伪片(dummy wafer)。
[0026]接下来将所述晶圆11放置在所述反应腔室内后，以第一升温速率对所述反应腔室进行升温，使所述反应腔室自初始温度升温至第一温度，在升温至所述第一温度后通入反应气体。本实施例中的加热方式与现有技术中完全一样，即利用位于所述反应腔室外围的加热线圈给所述晶圆11加热。由于这个升温过程是自初始温度，比如自室温开始升温，因而所述反应腔室内的温度很不稳定，此时如果通入反应气体，容易导致生成的薄膜的杂质太多，生成的薄膜品质太差，因而在升温至所述第一温度前不通入反应气体。晶圆11的边缘最先开始受热，热能逐渐辐射到晶圆11的中心，在升温过程中乃至达到预设的所述第一温度后的一段时间内，晶圆11表面的温度自所述晶圆11边缘向所述晶圆11中心逐渐降低，由于在其他条件一定的情况下，薄膜的沉积速率与所述晶圆11表面的温度成正比，因而在这个过程中沉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化硅沉积方法，其特征在于，包括以下步骤：提供反应腔室，所述反应腔室内放置有待处理晶圆；对所述反应腔室进行升温，使所述反应腔室升温至起始沉积温度，然后通入反应气体进行沉积；控制降温速率对所述反应腔室进行降温，使所述反应腔室自所述起始沉积温度降温到正常沉积温度，并保持在正常沉积温度；其中，所述正常沉积温度小于所述起始沉积温度。2.根据权利要求1所述的氮化硅沉积方法，其特征在于，使所述反应腔室升温至起始沉积温度之后，进行保温处理。3.根据权利要求1所述的氮化硅沉积方法，其特征在于，使所述反应腔室升温至起始沉积温度之后，直接控制降温速率对所述反应腔室进行降温。4.根据权利要求1所述的氮化硅沉积方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李殷廷，金东盱，白国斌，高建峰，杨涛，李俊峰，王文武，
申请(专利权)人：真芯北京半导体有限责任公司，
类型：发明
国别省市：