[發(fā)明專利]低溫SiN沉積方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200580039394.0
• 申請日: 2005-08-15
• 公開（公告）號: CN101061255A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 阿吉特·P·帕仁吉佩;康展·張;布倫登·麥克杜格爾;韋恩·維雷布;米歇爾·巴頓;艾倫·戈德曼;薩默納斯·內(nèi)奇
• 申請（專利權(quán)）人: 應(yīng)用材料股份有限公司
• 主分類號: C23C16/34
• 分類號: C23C16/34;C23C16/44;H01L21/00;H01L21/318;C23C16/455
• 代理公司: 北京律誠同業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 徐金國;陳紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實(shí)施方式一般涉及襯底處理。更具體地，本發(fā)明涉及化學(xué)氣相沉積工藝。

背景技術(shù)

化學(xué)氣相沉積(CVD)薄膜用于在集成電路中形成材料的多層。CVD薄膜用作絕緣體、擴(kuò)散源、擴(kuò)散掩模和注入掩模、間隔物和最終鈍化層。通常在設(shè)計(jì)具有特定的熱量和質(zhì)量傳輸特性的腔室中沉積所述薄膜以優(yōu)化在襯底表面上物理性和化學(xué)性均勻的薄膜的沉積。腔室通常為較大集成設(shè)備的一部分以在襯底表面上制造多個(gè)元件。設(shè)計(jì)腔室以同時(shí)處理一個(gè)襯底或處理多個(gè)襯底。

由于器件幾何尺寸減小以使集成電路能加快，預(yù)期降低沉積薄膜的熱預(yù)算同時(shí)滿足對高產(chǎn)率、新薄膜特性和低濃度的不相關(guān)物質(zhì)的不斷增長的需求。歷來，在數(shù)個(gè)小時(shí)的時(shí)間周期內(nèi)在低壓條件下進(jìn)行沉積的批式烘爐中以700℃或更高的溫度執(zhí)行CVD。可通過降低沉積溫度達(dá)到低熱預(yù)算。低溫沉積需要采用低溫前驅(qū)物或減少沉積時(shí)間。

已經(jīng)使用硅鹵化物做為低溫硅源(參照Skordas，et?al.，Proc.Mat.Res.Soc.Symp.(2000)606：109-114)。具體地，硅碘化物或四碘硅烷(SiI₄)已與氨(NH₃)一起使用以在低于500℃的溫度下沉積硅氮化物。一旦超過閾值暴露，硅氮化物沉積速率基本獨(dú)立于前驅(qū)物暴露。圖1示出了與硅前驅(qū)物暴露時(shí)間成函數(shù)關(guān)系的歸一化沉積速率如何漸近地到達(dá)最大值，并因此可估算前驅(qū)物暴露時(shí)間。所述溫度為450℃。SiI₄為具有0.5Torr的部分氣壓的含硅前驅(qū)物以及氨為含氮前驅(qū)物。

然而，SiI₄為具有低揮發(fā)性的固體，其使低溫硅氮化物沉積工藝?yán)щy。另外，與硅與氮含量化學(xué)計(jì)量比為約0.75的薄膜相比較，這些薄膜富含氮，具有硅與氮含量之比約0.66。這些薄膜還包含約16％到20％的氫。利用增強(qiáng)硼擴(kuò)散通過正溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)器件的柵極電介質(zhì)以及利用偏離化學(xué)計(jì)量薄膜濕刻速率，這些材料中高氫含量可能對于器件性能是有害的。即，低溫SiI₄薄膜采用HF或熱磷酸的濕刻速率比采用二氯硅烷和氨氣在750℃沉積的硅氮化物薄膜的濕刻速率高3到5倍。另外，采用氨氣作為含氮前驅(qū)物與硅鹵化物一起用于硅氮化物薄膜的沉積產(chǎn)生諸如NH₄Cl、NH₄BR、NH₄I和其他銨鹽的形成。

另一種在低溫下沉積硅氮化物薄膜的方法采用六氯乙硅烷(HCDS)(Si₂Cl₆)和氨氣(參照Tanaka，et?al.，J.Electrochem.Soc.147：2284-2289，美國專利申請公開號2002/0164890，和美國專利申請公開號2002/0024119)。圖2示出了沉積速率在大暴露量下如何不漸近至恒定值，但單調(diào)增加而不達(dá)到飽和值，即使具有大暴露量。當(dāng)它暴露于附加的氣相HCDS中以在表面形成Si-Cl₂并可能形成SiCl₄時(shí)，表面化學(xué)吸收的HCDS逐漸分解。發(fā)現(xiàn)引入SiCl₄和HCDS可略微降低腔室中HCDS的分解。用于該實(shí)驗(yàn)的含氮前驅(qū)物為氨。

當(dāng)HCDS分解時(shí)，在襯底上可能不會出現(xiàn)沉積薄膜厚度的不均勻。還可能出現(xiàn)晶圓到晶圓薄膜厚度的變化。薄膜化學(xué)計(jì)量退化。所述薄膜富含硅并包含大量氯。這些偏差可導(dǎo)致最終產(chǎn)品中的漏電。為了防止HCDS分解，已試驗(yàn)了限定HCDS的部分壓力和暴露時(shí)間。美國專利申請20020164890描述了控制腔室壓力至2Torr并采用大流速的載氣以降低HCDS部分氣壓。然而，為了在超過每周期2的沉積速率下得到表面的飽和，需要諸如30秒的長暴露時(shí)間。如果降低該暴露時(shí)間，則沉積速率可降低至每周期1.5以下。

通過在晶圓上維持對流氣流以均勻分布反應(yīng)物還可改善具有HCDS的襯底表面飽和。在美國專利5,551,985和6,352,593中對此進(jìn)行了描述。

低壓硅氮化物沉積的另一問題為前驅(qū)物的凝聚以及腔室表面上的反應(yīng)副產(chǎn)物。由于這些沉積物從腔室表面分離并變得易碎，它們可能污染襯底。由于鹽的蒸發(fā)和升華溫度，銨鹽形成物更有可能在低溫硅氮化物沉積時(shí)形成。例如，NH₄Cl在150℃蒸發(fā)。

因此，極需阻礙銨鹽形成并采用有效的前驅(qū)物和高效的工藝條件用于低溫硅氮化物沉積。

發(fā)明內(nèi)容