[發明專利]氮化硅膜的沉積方法

有效

• 申請號: 201410857912.0
• 申請日: 2014-10-08
• 公開（公告）號: CN104831254B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: H·錢德拉;A·馬利卡朱南;雷新建;金武性;K·S·卡瑟爾;M·L·奧尼爾
• 申請（專利權）人: 弗薩姆材料美國有限責任公司
• 主分類號: C23C16/34
• 分類號: C23C16/34
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 吳亦華;徐志明

本文描述了形成氮化硅膜的方法。在一個方面，提供了一種形成氮化硅膜的方法，所述方法包括下述步驟：在反應器內提供襯底；向所述反應器內引入至少一種本文描述的具有至少一個SiH₃基團的有機氨基硅烷，其中該至少一種有機氨基硅烷在襯底的至少一部分表面上反應以提供化學吸附層；使用吹掃氣體吹掃所述反應器；向所述反應器內引入包含氮和惰性氣體的等離子體以與所述化學吸附層的至少一部分反應并提供至少一個反應性位點，其中所述等離子體以約0.01至約1.5W/cm²范圍的功率密度生成。

相關申請的交叉引用

本申請要求2013年10月3日提交的美國臨時申請號61/886,406的權益，其披露的全部內容通過引用并入本文。

發明背景

本文描述使用一種或多種有機氨基硅烷前體沉積保形的、化學計量或非化學計量的氮化硅膜的方法。更特別地，本文描述用于沉積集成電路裝置的制作中的氮化硅膜的基于等離子體的工藝，包括但不限于，等離子體增強原子層沉積(“PEALD”)、等離子體增強循環化學氣相沉積(“PECCVD”)。

低壓化學氣相沉積(LPCVD)工藝是半導體工業使用的用于氮化硅膜沉積的更加廣泛地接受的方法之一。使用氨的低壓化學氣相沉積(LPCVD)可能需要大于650℃的沉積溫度以獲得合理的生長速率和均勻性。通常使用較高的沉積溫度來提供改進的薄膜性能。生長氮化硅的更常見的工業方法之一是在大于750℃的溫度下使用前體硅烷、二氯化硅和/或氨在熱壁反應器內通過低壓化學氣相沉積。但是，使用這種方法具有幾個缺點。舉例來說，某些前體例如硅烷是易燃的。這在操作和使用中可能存在問題。同樣，從二氯硅烷沉積的膜可能包含某些雜質，例如氯和氯化銨，其在沉積工藝中作為副產物形成。

在氮化硅膜的沉積中使用的前體如BTBAS和氯代硅烷類通常在大于550℃的溫度下沉積膜。半導體裝置的微型化趨勢和低熱預算需要低于400℃的工藝溫度和較高的沉積速率。為了防止離子在晶格中的擴散，特別是對于那些包含金屬化層的襯底和在多種III-V和II-VI族裝置上，應該降低硅膜沉積的溫度。

美國公開號2013/183835(“′835公開”)描述了在襯底上以低溫形成保形氮化硅膜的方法和裝置。形成氮化硅層的方法包括實施沉積循環，其包括使工藝氣體混合物流入其中具有襯底的工藝室中，其中該工藝氣體混合物包含具有不穩定的硅-氮、硅-碳或氮-碳鍵的前體氣體分子，在約20℃至約480℃之間的溫度下通過優先斷裂不穩定的鍵活化該前體氣體以提供沿著前體氣體分子的一或多個反應性位點，在襯底上形成前體材料層，其中活化的前體氣體分子在一個或多個反應位點處與襯底的表面鍵合，以及在該前體材料層上進行等離子體處理過程以形成保形氮化硅層。′835公開教導了工藝氣體混合物可進一步包括氨、肼、氦、氬、氫、氮、氙和氦(參見′835公開第0031段)。′835進一步教導在較高功率(例如大于1W/cm²)下在工藝氣體混合物中可能較不期望使用氬和氦，因為它在等離子體狀態下可能反應性太高并誘導前體分子的過度解離(而不僅僅是協助不穩定鍵的斷裂)(同前)。

美國公開號2009/075490(“′490公開”)描述了一種制備氮化硅膜的方法，其包括向反應室中引入硅晶片；向反應室中引入氮化硅化合物；用惰性氣體吹掃反應室；以及在適于在硅晶片上形成單分子層氮化硅膜的條件下向反應室中引入氣態形式的含氮共反應物。

美國公開號2009/155606(“′606公開”)描述了一種在襯底上沉積氮化硅膜的循環方法。在一個實施方案中，方法包括向反應器中供應氯代硅烷，襯底在該反應器中加工；向反應器中供應吹掃氣體；以及向反應器中提供氨等離子體。

美國專利號6391803(“′803專利”)描述了一種形成含硅固體薄膜層的原子層沉積方法。