[發明專利]形成高質量的低溫氮化硅膜的方法和設備

無效

• 申請號: 200910142568.6
• 申請日: 2003-12-18
• 公開（公告）號: CN101597754A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: S·王;E·A·C·桑柴茲;A·陳
• 申請（專利權）人: 應用材料有限公司
• 主分類號: C23C16/34
• 分類號: C23C16/34;H01L21/318;H01L21/3105
• 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18日、申請 號為200380108258.3(PCT/US2003/040586)、發明名稱為“形成高質量 的低溫氮化硅膜的方法和設備”。

發明背景

技術領域

本發明關于薄膜形成領域，更具體地是關于以低沉積溫度和高沉 積速率來形成氮化硅膜的方法和設備。

相關技術的討論

現代集成電路毫無夸張地是由集成到功能電路中的數百萬到上千 萬個晶體管構成的。為了進一步提高集成電路的計算能力和存儲能力， 晶體管特征尺寸，例如柵長和柵氧化物厚度必須進一步按比例縮小。 但是，隨著晶體管的柵長不斷按比例改變，晶體管的電學特性和性能 可能會由于器件中摻雜物的熱量再分布而發生很大變化。同樣，隨著 器件進一步按比例改變，必須也降低用于制造集成電路的熱量預算， 以確保器件具有一致的和可靠的電學性能。也就是說，隨著器件尺寸 不斷減小，用于形成集成電路的薄膜的沉積和工藝溫度也必須降低。 預期制造晶體管尺寸為65納米或更小的集成電路要求能夠在低于550 ℃的沉積溫度下形成的高質量薄膜。

此外，為了進一步按比例改變半導體器件的尺寸，用于制造這些 器件的薄膜必須能以高度的組分均勻性和厚度均勻性而形成。為了形 成厚度和組分極均勻的膜，通常需要在單晶片沉積反應器中形成膜。 為了在可制造量的時間內于單晶片反應器中形成薄膜，薄膜的沉積速 率應該至少為50/分鐘。

在半導體制造工藝的整個過程中，采用由熱化學氣相沉積法 (CVD)沉積的氮化硅薄膜。例如，熱CVD氮化硅膜用作隔離膜，蝕刻 阻擋層(etch?stops)，以及電容器和多晶硅間介質體。但是，在單晶片反 應器中利用熱化學氣相沉積法形成高質量氮化硅膜的現有技術需要高 于750℃的沉積溫度，和/或在較低溫度下的低沉積速率。在大多數氮 化硅沉積工藝中，如果沉積溫度降低至550℃以下，則沉積速率發生大 幅降低并可能達到0。此外，當氮化硅膜在低溫下沉積或以高沉積速率 進行沉積時，膜質量通常很差。

因此，所需要的是通過熱化學氣相沉積(CVD)，以小于或等于550 ℃的低沉積溫度，并以大于50/分鐘的可制造沉積速率形成高質量氮 化硅膜的方法。

發明概述

本發明描述了一種形成氮化硅膜的方法。根據本發明，通過在低 沉積溫度(例如小于550℃)下對含硅/氮源氣體或者含硅源氣體和含氮 源氣體進行熱分解來沉積氮化硅膜，以形成氮化硅膜。然后利用氫自 由基對熱沉積的氮化硅膜進行處理以形成處理過的氮化硅膜。

附圖說明

圖1示出了本發明氮化硅膜形成方法的流程圖。

圖2示出了本發明一種實施方式中氮化硅膜形成方法的流程圖。

圖3A-3C是本發明中形成半導體器件的方法的截面圖，其中該半 導體器件具有由氮化硅膜構成的側壁隔離層。

圖4示出了本發明中可用于形成氮化硅膜的設備。

圖5示出了本發明中可用于形成氮化硅的群集工具。

發明詳述

本發明是可在低沉積溫度下形成的高質量氮化硅膜。在下列的說 明書中，對許多特定的細節，如沉積和退火設備展開了描述，目的是 能徹底地理解本發明。

然而，本領域的普通技術人員將認識到本發明可在缺少這些特定 細節的情況下實施。在另一些例子中并未對公知的半導體加工工藝展 開特別詳細的描述，目的是避免不必要地隱藏本發明。

本發明是在低于550℃的沉積溫度下采用熱化學氣相沉積法(CVD) 形成高質量氮化硅膜的新穎的方法和設備。圖1的流程圖中對沉積氮 化硅膜的方法的一個示例進行了一般性說明。根據本發明的第一步驟， 如圖1的方塊102所示，在小于等于550℃，理想地是低于500℃的沉 積溫度(襯底溫度)下，包括含硅/氮源氣體或含硅源氣體和含氮源氣 體的工藝氣體或處理氣體混合物在室內被熱分解而產生硅物質和氮物 質，并由此沉積出氮化硅膜。選擇源氣體或多種源氣體，使氮化硅膜 能由熱化學氣相沉積法在低于或等于550℃的低沉積溫度下(即襯底或 晶片溫度)，以至少50/分鐘，理想地是至少100/分鐘的沉積速率形 成。