[發明專利]含硅薄膜的低溫沉積

有效

• 申請號: 201310204535.6
• 申請日: 2009-06-03
• 公開（公告）號: CN103632955A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 楊柳;雷新建;韓冰;蕭滿超;E·J·卡瓦基;長谷部一秀;松永正信;米澤雅人;程寒松
• 申請（專利權）人: 氣體產品與化學公司;東京毅力科創株式會社
• 主分類號: H01L21/318
• 分類號: H01L21/318;H01L21/316;H01L21/314
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 吳亦華

本申請是申請日為2009年06月03日和發明名稱為“含硅薄膜的低溫沉積”的200980120277.5號發明專利申請的分案申請。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2008年6月2日提交的美國臨時申請第61/057891號、2008年6月3日提交的美國臨時申請第61/058,374號和2009年6月2日提交的美國非臨時申請第12/476734號的優先權。本文通過引用并入這些臨時申請的公開內容。

發明背景

由于其獨特的物理、化學和機械性能，氮化硅薄膜已廣泛用于各種應用中。特別是在半導體設備中，氮化硅薄膜用作柵極絕緣、擴散掩模、側壁隔片、鈍化和封裝等。通常情況下，目前在＞750℃的熱壁反應器中使用二氯甲硅烷和氨通過低壓化學氣相沉積法(LPCVD)沉積用于前端工藝(Front?End?OfLine，FEOL)的氮化硅薄膜。但是，由于集成電路(IC)的橫向和豎向尺寸繼續縮小，為了避免Si和金屬之間的不必要的反應和實現具有精確的摻雜分布控制的超高集成裝置，存在著對在低得多的溫度(＜550℃)下沉積氮化硅薄膜的不斷增加的需求。

為了在低溫下生長氮化物薄膜，最近有報道說，加入少量的Ge可能導致氮化硅薄膜沉積所需要的溫度降低(US7,119,016B2)。但是，這可能會向薄膜中引入不想要的雜質，造成薄膜適用的設備的可靠性問題，也可能增加沉積過程的復雜性和成本。

最近對于提高互補金屬氧化物半導體(CMOS)晶體管性能的創新已經產生了對于與當前的超大規模集成(ULSI)技術兼容的應變(strained)陶瓷層的工業需求。特別是，可以通過在MOS晶體管的通道區域引入拉伸單軸或雙軸應變(strain)，提高負性金屬氧化物半導體(NMOS)晶體管的通道載體遷移率。同樣，壓縮應變的薄膜可用于實現正性金屬氧化物半導體(PMOS)晶體管的通道載體遷移率的增強。在美國公布2008/0081470A1中，公開了用于形成應變SiN薄膜和包含該應變SiN薄膜的半導體裝置的方法。

發明內容

本發明公開了在低沉積溫度下沉積氮化硅、氧氮化硅、氧化硅、碳摻雜的氮化硅、碳摻雜的氧化硅和碳摻雜的氧氮化硅薄膜的方法。用于沉積的含硅前體是一氯甲硅烷(monochlorosilane，MCS)和一氯烷基硅烷(monochloroalkylsilanes)。

根據一個實施方式，本發明涉及一種在處理室中在基底上沉積氮化硅或碳摻雜的氮化硅的方法，包括：

a.將基底與含氮源接觸，以在基底上吸收含氮源的至少一部分；

b.清洗未吸收的含氮源；

c.將基底與含硅前體接觸，以與吸收的含氮源的部分反應；和

d.清洗未反應的含硅源；

其中，該方法是等離子體增強的方法。

根據另一個實施方式，本發明涉及一種在處理室中在基底上沉積氧化硅或碳摻雜的氧化硅的方法，包括：

a.將基底與含氧源接觸，以在基底上吸收含氧源的至少一部分；

b.清洗未吸收的含氧源；

c.將基底與含硅前體接觸，以與吸收的含氧源的部分反應；和

d.清洗未反應的含硅源。

根據另一個實施方式，本發明涉及一種在處理室中在基底上沉積氧氮化硅或碳摻雜的氧氮化硅的方法，包括：

a.將基底與含氧源和含氮源的混合物接觸，以在基底上吸收含氧源的至少一部分和含氮源的至少一部分；

b.清洗未吸收的含氧源和含氮源；

c.將基底與含硅前體接觸，以與吸收的含氧源和含氮源的部分反應；和

d.清洗未反應的含硅源。

上述實施方式中的方法優選是等離子體增強的方法，諸如等離子體增強的原子層沉積(PEALD)、等離子體增強的化學氣相沉積(PECVD)和等離子體增強的循環化學氣相沉積。等離子體是原位產生的等離子體或遠處產生的等離子體。

特別地，本發明涉及以下各項：

1.一種在處理室中在基底上沉積氮化硅或碳摻雜的氮化硅的方法，包括：

a.將基底與含氮源接觸，以在基底上吸收含氮源的至少一部分；

b.清洗未吸收的含氮源；

c.將基底與含硅前體接觸，以與吸收的含氮源的部分反應；和

d.清洗未反應的含硅源；

其中，所述方法是等離子體增強的方法。

2.根據第1項的沉積氮化硅的方法，其中，所述含硅源是一氯甲硅烷。