[發明專利]形成高質量的低溫氮化硅層的方法和設備

有效

• 申請號: 200910141773.0
• 申請日: 2003-12-19
• 公開（公告）號: CN101572232A
• 公開（公告）日: 2009-11-04
• 發明（設計）人: S·王;E·A·C·桑柴茲;A·(史蒂文)·陳
• 申請（專利權）人: 應用材料有限公司
• 主分類號: H01L21/318
• 分類號: H01L21/318;H01L21/324;C23C16/34;C23C16/455
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 趙蓉民;路小龍

本申請是分案申請，原申請的申請日為2003年12月19日、申請號為200380107849.9(PCT/US2003/040793)、發明名稱為“形成高質量的低溫氮化硅層的方法和設備”。?

發明背景?

本發明關于薄層形成領域，更具體地，本發明關于形成氮化硅層的方法和設備。?

相關技術討論?

現代集成電路由數百上千萬個集成到功能電路中的晶體管組成。為了進一步提高集成電路的計算能力和儲存容量，晶體管特征尺寸，諸如柵長和柵氧化膜厚度必須進一步按比例縮小。但是，隨著晶體管柵長被不斷按比例縮小，晶體管的電特性和性能由于器件中摻雜物的熱再分布的緣故而會大大改變。同樣地，隨著器件被進一步按比例縮小，用于制造集成電路的熱平衡(thermal?budget)，即，來自沉積和工藝溫度的單個工序的和累積的熱輸入，也必須被減少，以確保器件的一致和可靠的電性能。此外，為了進一步按比例縮小半導體器件，用于制造器件的薄層必須形成具有高度的組分和厚度一致性。?

一種用于形成晶體管的材料是氮化硅。氮化硅薄層傳統上在半導體制造工藝中通過熱化學氣相沉積(CVD)沉積而得。例如，氮化硅層被用作間隔層(spacer?layers)、蝕刻阻擋(etch?stops)、以及電容器和層間絕緣物(interlayer?dielectrics)。然而，目前利用熱化學氣相沉積在單晶片反應器上形成高質量的氮化硅層的技術，需要高于750℃的高沉積溫度，和/或在降低的溫度下具有降低的沉積速度，并且對于晶體管制造，可能導致不可評估的氮化硅沉積。?

此外，當氮化硅層用目前的工藝和前體(precursor)在減低的溫度下，或以高沉積速度沉積時，層的質量一般低于所期望的。如目前包括硅烷、二氯硅烷、乙硅烷、二-四丁基氨基硅烷(BTBAS)、和六氯乙硅烷的氮化硅前體生產出了低于期望的層質量的層，諸如低密度和高氫含量。乙硅烷和六氯乙硅烷具有弱的Si-Si鍵，這使獲得可接受的沉積速度成為可能，但是當與氮源如氨一起使用時，它們或者導致不良膜質量(低密度和高氫含量，不良臺階覆蓋和微負載，對乙硅烷來說)，或導致幾乎難以控制的顆粒形成現象(對于六氯乙硅烷來說)。?

因此，需要一種在降低的沉積溫度下、在可制造的沉積速率下，利用熱化學氣相沉積(CVD)來形成高質量的氮化硅層的方法。?

發明概述?

本發明一般關于形成晶體管介電層(dielectric?layer)，諸如氮化硅層的方法。根據本發明，通過在減低的沉積溫度下熱分解含硅/氮的源氣體或含硅源氣體和含氮源氣體來形成氮化硅層。該前體包括具有Si-N鍵、Si-Cl鍵或兩種鍵的化合物。該熱沉積氮化硅層然后暴露于氫自由基，以形成處理過的氮化硅層。具有一個或多個Si-Si、N-N或N＝N鍵的前體被用于在減低的溫度下沉積該氮化硅層。?

在本發明的一個方面，提供了加工襯底的方法，其包括將襯底加熱到550℃或低于550℃的溫度；熱分解含硅和氮的源氣體或含硅源氣體和含氮源氣體，以在襯底表面上沉積氮化硅層，并將該氮化硅層暴露于氫自由基。?

在本發明的另一個方面，提供了形成氮化硅層的方法，其包括在低于550℃的溫度下，以高于100?/分鐘的沉積速率，通過熱分解含硅和氮的源氣體或含硅源氣體和含氮源氣體來沉積氮化硅層得到低于150?的厚度，將所沉積的氮化硅層暴露于氫自由基，該氫自由基通過含氫氣體的等離子體分解而形成。?

在本發明的另一個方面，提供了形成氮化硅層的方法，其包括：通過熱分解含硅和氮的源氣體或含硅源氣體和含氮源氣體來沉積氮化硅層，其中，該含硅源氣體和含硅和氮的源氣體包括氯和碳，并用氫自由基處理沉積的氮化硅層以形成處理過的氮化硅層，該氫自由基通過等離子體分解含氫氣體而形成。?

在本發明的另一個方面，提供了形成氮化硅層的方法，其包括：通過熱分解含硅和氮的源氣體或含硅源氣體和含氮源氣體來沉積氮化硅層，其中沉積氮化硅層之后，該氮化硅層具有的氫濃度高于15at.％(原子百分比)，碳濃度高于10at.％；并用氫自由基處理所沉積的氮化硅層，直到氮化硅層的氫濃度小于10at.％，碳濃度小于5at.％。?