[发明专利]改善炉管工艺中硅片薄膜厚度差异的方法

说明书

本发明公开了一种改善炉管工艺中硅片薄膜厚度差异的方法，每个循环过程步骤如下：步骤S1，通入第一气相前驱体；步骤S2，吹扫多余的第一气相前驱体；步骤S3，第一次通入第二气相前驱体；步骤S4，第二次通入第二气相前驱体；步骤S5，吹扫多余的第二气相前驱体；其中，每个循环过程中需要的所述第二气相前驱体的体积V₀与第一次通入的第二气相前驱体的流量为S₁、通入时间为T₁以及第二次通入的第二气相前驱体的流量为S₂、通入时间为T₂的关系为：V₀＝S₁×T₁+S₂×T₂；S₁＞S₂。本发明在保证每个循环过程沉积的薄膜厚度不变的前提下，有效降低炉管内前驱体残留气体的浓度差异，减少炉管内不同位置的硅片残气沉积导致的膜厚差异，改善硅片之间的厚度差异。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别属于一种改善炉管工艺中硅片薄膜厚度差异的方法。

背景技术

利用炉管工艺生长薄膜的过程中，对薄膜生长步骤的控制无一例外地都是通过时间来进行控制的。当达到设定的生长时间时，相对应地，停止反应气体的输入，相关反应气体的流量也由设定值全部归零。

例如，氮化硅(Si₃N₄)薄膜具有对可动离子(Na+)阻挡能力强、结构致密、针孔密度小、呈疏水性、化学稳定性好、介电常数大等优良特性，是一种在半导体、微电子学和MEMS领域广泛应用的薄膜材料，大量应用于钝化、隔离、电容介质、结构材料等。其中，氮化硅(Si₃N₄)薄膜因为其具有高介电常数而被作为介电材料广泛应用在半导体制造领域，如制造闪存的工艺里需要一层ONO层作为浮栅(Floating Gate)与控制栅(Control Gate)之间的介电材料，而ONO层即为氧化硅层-氮化硅层-氧化硅层(SiO₂-Si₃N₄-SiO₂)。

Si₃N₄薄膜的制备可以用物理气相淀积法(PVD)、离子束增强淀积法(IBED)、化学气相淀积法(CVD)和原子层沉积(ALD)。以原子层沉积(ALD)氮化硅薄膜工艺为例，利用DCS(二氯二氢硅)气体和氨气(NH₃)之间的反应生产该薄膜，它的化学反应式具体如下：

3SiH₂Cl₂+7NH₃→Si₃N₄+3NH₄Cl+3HCl+6H₂；或

3SiH₂Cl₂+4NH₃→Si₃N₄+6HCl+6H₂

氮化硅薄膜的沉积过程具体包括：步骤1，通入反应源DCS(二氯二氢硅)气体，进行第一次物理吸附；步骤2，利用N₂(氮气)吹扫多余的DCS气体；步骤3，NH₃(氨气)经等离子解离后与吸附在硅片表面的DCS进行化学反应，生成薄膜；步骤4，利用氮气吹扫多余的氨气。

通常，将步骤1到步骤4的过程定义为一个循环，薄膜的厚度根据具体的循环次数而决定。在这个循环过程中，硅片间的厚度均匀性差异主要由步骤3中氨气的残余气体浓度差异决定。具体例如，在传统的工艺中，氨气的流量设定为5升/分钟，气体的通入时间为每个循环20秒左右。