一种提高栅极侧墙间隔层厚度均匀度的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高栅极侧墙间隔层厚度均匀度的方法，其包括提供一具有栅极结构的半导体硅片；其中，反应周期包括：通入前驱体特气至硅片表面吸附饱和，通入清洗气体，通入反应特气与硅片表面吸附的前驱体特气进行反应，再通入清洗气体；重复所述反应周期，沉积间隔SiO2至所需厚度。本发明专利技术所述的方法采用炉管的原子层气相沉积工艺来制备栅极侧墙间隔层，来替代传统的正硅酸乙酯（TEOS）工艺或者高温热氧化（HTO）工艺来制备栅极侧墙间隔层，从而提高了栅极侧墙间隔层台阶覆盖率和厚度均匀度，具有高的生长速率、低的反应气体消耗量、优良的台阶覆盖率、好的薄膜特性、低的热预算等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件制备领域，尤其是由采用原子层气相沉积(ALD)提高栅极侧墙间隔层厚度均匀度的方法。
技术介绍
在半导体器件中，当晶体管沟道缩短到一定程度，就会出现短沟道效应，当短沟道减少到了一定长度，就会影响短沟道的阈值电压与器件的寿命。另外，栅极在半导体器件制备过程中也容易受到侵蚀。栅极侧墙间隔层对保护栅极和减小短沟道效应起到了重要的作用。栅极侧墙间隔层由于具有生长容易、稳定、击穿场强、点绝缘性能好、以及和Si表面一样具有理想的界面特性，因此常被用于作为栅极侧墙间隔层。现有的技术中一般采用炉管传统的正硅酸乙酯(TE0S)工艺或者高温热氧化(ΗΤ0)工艺在栅极侧墙沉积间隔层。所制备的侧墙间隔层品质的好坏，是由硅片内的厚度均匀度和台阶覆盖率来决定的，因为台阶覆盖率与厚度均匀度密切相关。在正硅酸乙酯(TE0S)工艺中，采用Si(0C2H5)4作为前驱体特气，在温度680°C下，反应沉积层，沉积的间隔层的厚度均匀度为2%-4%。而在高温热氧化(ΗΤ0)工艺中，则是采用SiH2Cl2或SiH4作为前驱体特气，将温度升至780°C高温下，反应生成层并进行沉积，沉积的间隔层的厚度均匀度为1%_3%。专利CN101290882A公开了一种可提高均匀性的栅极氧化层的制作方法，该栅极氧化层制作在已制成浅沟道隔离结构的硅衬底上，其包括第一氧化层及第二氧化层。现有技术通过一步热氧化法生成栅极氧化层，致使栅极氧化层在浅沟槽隔离结构拐角处的厚度比其他平坦区域薄而易使M0S管从拐角处击穿。本专利技术的可提高均匀性的栅极氧化层的制作方法先通过热氧化法生成第一氧化层；然后通过化学气相沉积在该第一氧化层上生成第二氧化层。该方法采用了热氧化工艺与化学气相沉积工艺结合制备栅极氧化层，以使其均匀度提高。理想的台阶覆盖如附图1A所示，1为半导体衬底，2为栅极，3为栅极侧墙间隔氧化层，可见栅极侧墙间隔层各方向上厚度一致，这种栅极侧墙间隔层厚度一致的情况，也称为共形台阶覆盖。然而，随着器件线宽的减小(减少至55nm及以下)、集成度的提高，采用传统炉管TE0S或ΗΤ0工艺制备的侧墙间隔层，存在硅片内厚度均匀度和台阶覆盖率的变差和不同硅片之间有较大的厚度均匀度差异的问题，在实际的工艺过程中，如果不能很好的进行控制，则很容易在侧墙尖角处以及沿着垂直侧壁和底部出现厚度不均的情况，如附图1B所示，1为半导体衬底，2为栅极，3为栅极侧墙间隔氧化，可见传统工艺得到的栅极侧墙间隔层，具有较差的台阶覆盖率，使间隔层厚度均匀性变差，造成器件性能有较大的差异。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新的工艺从而改善栅极侧墙间隔层厚度均匀性，提高台阶覆盖率，从而提高半导体器件的性能。本专利技术的第一方面提供了，该方法的具体步骤包括:步骤S1:将具有栅极结构的半导体衬底放置于一反应腔室中；步骤S2:在所述反应腔室中通入前驱体特气，该前驱体特气吸附于所述栅极结构的表面，并于该栅极结构表面吸附饱和后，对所述反应腔室中进行净化吹洗工艺；步骤S3:继续于所述反应腔室中通入反应特气，该反应特气与吸附在所述栅极结构表面的前驱体特气反应，生成覆盖在所述栅极结构表面的一薄膜后，并再次对所述反应腔室中进行净化吹洗工艺；步骤S4:重复步骤S2-S3，以于所述栅极结构表面制备由多层薄膜构成的侧墙间隔层。上述的方法中，所述生成工艺优选为原子层气相沉积工艺，更优选为在炉管内进行。上述的方法中，反应特气与前驱体特气的反应温度范围优选为300_500°C。上述方法中反应压力范围优选为0.1-0.4Torr，更优选为0.2-0.4Torr。上述的方法中所述的前驱体特气优选为Si[N(CH3)2]3H。上述的方法中前驱体特气为液态，通过携带气体携带通入炉管中，前驱体特气在所述携带气体中的含量不受限制。上述的方法中所述的携带气体为N2或Ar中的一种或两种的混合物。上述方法中所述的前驱体特气与携带气体混合后的流量范围优选为100_400sccm,更优选为 200-300sccm。上述的方法中第一次通入的清洁气体用于净化吹洗掉多余的前驱体特气，吹洗干净后，停止通入清洁气体，再进行下一步骤。上述的方法中，所述的反应特气优选为03，其流量范围优选为l-15slm，更优选为5_10slmo上述的方法中第二次通入的清洁气体用于吹洗掉多余的反应气体，清洗干净后，停止通入清洁气体，再进行后续操作。上述的方法中，所述的清洁气体优选为N2，清洁气体的吹洗保证生成原子层厚度的间隔层，清洗气体的流量范围优选为5-30slm，更优选为10-20slm。上述的方法中，反应方程式为:Si [N(CH3)2]3H+03 — Si02+ 副产物本专利技术所述的方法中，所述的侧墙间隔层材质为二氧化硅。本专利技术所述的方法中，所述的步骤S2-S3每完成一次，栅极侧墙间隔层增加0.1 2A更优选为0.5-1.5 A,更优选为1 A。本专利技术的第二方面提供了一种如上述制备方法制备得到的栅极，所述的栅极包括上述方法沉积的侧墙间隔层，其中，栅极的顶部位置、中部位置和底部位置的间隔层的厚度均匀度小于1%。本专利技术所述的方法的有益效果:1)原子层气相沉积工艺(ALD)实现了接近单原子层厚度的薄膜沉积(一个周期)，具有厚度控制精确、厚度重复性高、极好的台阶覆盖率、硅片内和硅片之间的厚度均匀度好以及较低的热预算等特点，是一种理想的栅极侧墙间隔层工艺。2)上述的方法中，每生成一层栅极侧墙间隔层，生成的的膜厚度增加0.1-2A,因此，通过控制反应周期数可以简单精确地控制薄膜的厚度，形成达到原子层厚度精度的薄膜；由于前驱体是饱和化学吸附，因此不需要控制反应物流量的均一性，也可保证生成大面积均匀性的薄膜。采用炉管的原子层气相沉积工艺来制备栅极侧墙间隔层，来替代传统的正硅酸乙酯(TE0S)工艺或者高温热氧化(ΗΤ0)工艺来制备栅极侧墙间隔层，从而提高台阶覆盖率和厚度均匀度。本专利技术所述的方法还具有高的生长速率、低的反应气体消耗量、优良的台阶覆盖率、好的薄膜特性、低的热预算等特点，使用本专利技术所述的方法制备的栅极侧墙间隔层在低温下仍具有较好的薄膜特性。【附图说明】图1为传统工艺得到的栅极侧墙间隔层的示意图(其中，图1A为理想沉积覆盖示意图；图1B为实际沉积覆盖不意图)；图2为本专利技术所述的方法步骤流程示意图；图3为本专利技术所述的原子层气相沉积得到的栅极侧墙间隔层的示意图(其中，图3A为栅极顶部位置结构示意图，图3B为栅极底部位置结构示意图，图3C为栅极中部位置结构示意图，图3D为栅极结构示意图)。具体实施例下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明，但不作为本专利技术的限定。图2为本专利技术所述的方法步骤流程示意图，如图2所示，所示前驱体特气通过队或者Ar携带进入炉管，前驱体特气在硅片表面吸附饱和后，通过N2吹洗掉多余的前驱体特气，通入03特气，03特气与吸附在硅片表面的前驱体反应生成二氧化硅间隔层，通入N2吹洗掉多余的03。从图2中可知，上述的四个步骤为一个反应周期，每完成一个反应周期，二氧化硅膜间隔层厚度增加大约1A，为了保证生成厚度均匀的二氧化硅膜间隔层，需要重复上述的四个步骤，重复的反应周期由所需生成的二氧化硅膜间隔层厚度决定。使用本专利技术所述的方法进行栅极侧墙间隔层的制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高栅极侧墙间隔层厚度均匀度的方法，其特征在于，所述的方法的步骤包括：步骤S1：将具有栅极结构的半导体衬底放置于一反应腔室中；步骤S2：在所述反应腔室中通入前驱体特气，该前驱体特气吸附于所述栅极结构的表面，并于该栅极结构表面吸附饱和后，对所述反应腔室中进行净化吹洗工艺；步骤S3：继续于所述反应腔室中通入反应特气，该反应特气与吸附在所述栅极结构表面的前驱体特气反应，生成覆盖在所述栅极结构表面的一薄膜后，并再次对所述反应腔室中进行净化吹洗工艺；步骤S4：重复步骤S2?S3，以于所述栅极结构表面制备由多层薄膜构成的侧墙间隔层。

【技术特征摘要】
1.一种提高栅极侧墙间隔层厚度均匀度的方法，其特征在于，所述的方法的步骤包括:步骤S1:将具有栅极结构的半导体衬底放置于一反应腔室中；步骤S2:在所述反应腔室中通入前驱体特气，该前驱体特气吸附于所述栅极结构的表面，并于该栅极结构表面吸附饱和后，对所述反应腔室中进行净化吹洗工艺；步骤S3:继续于所述反应腔室中通入反应特气，该反应特气与吸附在所述栅极结构表面的前驱体特气反应，生成覆盖在所述栅极结构表面的一薄膜后，并再次对所述反应腔室中进行净化吹洗工艺；步骤S4:重复步骤S2-S3，以于所述栅极结构表面制备由多层薄膜构成的侧墙间隔层。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤S2和S3中前驱体特气为Si[N(CH3)2]3H。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤S2中前驱体特气为液态，通过携带气体送入反应体系，所述携带气体为N2或Ar中的一种或两种的混合物。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的步骤S2中...

【专利技术属性】
技术研发人员：江润峰，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：