專利名稱：形成高質(zhì)量的低溫氮化硅膜的方法和設備的制作方法
發(fā)明
背景技術：
領域本發(fā)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(xiàn)代集成電路毫無夸張地是由集成到功能電路中的數(shù)百萬到上千萬個晶體管構(gòu)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(fā)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(zhì)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(nèi)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(zhì)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(zhì)量氮化硅膜的現(xiàn)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(shù)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(fā)生大幅降低并可能達到0。此外，當?shù)枘ぴ诘蜏叵鲁练e或以高沉積速率進行沉積時，膜質(zhì)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(zhì)量氮化硅膜的方法。
發(fā)明概述本發(fā)明描述了一種形成氮化硅膜的方法。根據(jù)本發(fā)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。


圖1示出了本發(fā)明氮化硅膜形成方法的流程圖。
圖2示出了本發(fā)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(fā)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(gòu)成的側(cè)壁隔離層。
圖4示出了本發(fā)明中可用于形成氮化硅膜的設備。
圖5示出了本發(fā)明中可用于形成氮化硅的群集工具。
發(fā)明詳述本發(fā)明是可在低沉積溫度下形成的高質(zhì)量氮化硅膜。在下列的說明書中，對許多特定的細節(jié)，如沉積和退火設備展開了描述，目的是能徹底地理解本發(fā)明。
然而，本領域的普通技術人員將認識到本發(fā)明可在缺少這些特定細節(jié)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(fā)明。
本發(fā)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(zhì)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(jù)本發(fā)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(nèi)被熱分解而產(chǎn)生硅物質(zhì)和氮物質(zhì)，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。
可用于由熱化學氣相沉積法在低溫下以足夠高的沉積速率產(chǎn)生氮化硅膜的含硅源氣體或含硅/氮源氣體包括例如，六氯乙硅烷(HCD或Si2Cl6)和含有機硅的氣體，如1，2二乙基-四(二乙基氨基)乙硅烷，1，2-二氯-四(二乙基氨基)乙硅烷，六(N-吡咯烷基)乙硅烷，以及其它氯化或未氯化的烷基-氨基-乙或甲硅烷R2N-Si(R′2)-Six(R′2)y-NR2(x＝y(tǒng)＝0或1；R，R′＝Cl、或甲基、或乙基、或異-丙基、或其它烷基基團、或另一個烷基氨基基團、或含N的環(huán)狀基團、或甲硅烷基基團中的任意組合)。
根據(jù)本發(fā)明，用于在低溫下形成氮化硅膜的硅源氣體(前體)或硅/氮源氣體(前體)具有弱硅-硅單鍵(即Si-Si單鍵)，這使得分子易于在低溫下發(fā)生分解。此外，理想地，硅源氣體或硅/氮源氣體也含有與每個具有弱單鍵的硅原子相鍵合的氯(Cl)原子和/或氮(N)原子。即，理想地，硅源氣體或硅/氮源氣體具有與弱Si-Si單鍵連續(xù)的Si-Cl官能團和/或Si-N官能團。這對不斷降低的溫度下以合適的沉積速率改進臺階覆蓋和微載荷尤其起到關鍵作用。在本發(fā)明的實施方式中，硅源氣體或硅/氮源氣體具有弱Si-Si單鍵，其中每個硅原子的其它三個鍵與氮(N)原子或氯(Cl)原子鍵合，理想地與一個氮原子和一個氯原子鍵合。在本發(fā)明的實施方式中，硅源氣體或硅/氮源氣體包括有機基團，其中該有機基團理想地與氮原子相鍵合，而該氮原子又與另一個具有單鍵與另一個硅原子鍵合的硅原子鍵合?；蛘?，有機基團可直接與硅原子相鍵合，而該硅原子又具有與另一個硅原子鍵合的弱單鍵。理想地，硅源氣體或硅/氮源氣體是對稱的分子。
根據(jù)本發(fā)明，可用于在低溫下沉積含有硅和氮的膜的氮源氣體或前體包括但不限于氨氣(NH3)或N2H4。理想地，氮源氣體含有弱的氮-氮單鍵(即，N-N單鍵)，從而使氮源氣體易于在低溫下發(fā)生分解。此外，當將含硅/氮源氣體用于工藝氣體混合物中時，氣體混合物中也通常包括一定量的氮源氣體，以在膜沉積期間靈活控制所沉積的膜的組成。
由于氮化硅膜是在低溫下以高沉積速率沉積得到的，因此氮化硅膜通常在最初時是質(zhì)量差的膜。即，最初的“沉積態(tài)”的氮化硅膜的總氫濃度高(例如高于15at.％(原子百分比))，其中的大部分為Si-H形式；在采用有機硅前體的情況下碳濃度高(例如高于10at.％)；在采用氯化硅前體的情況下氯濃度高(例如高于1at.％)；折射率低(例如低于1.85)；以及濕蝕刻速率高(例如為利用氧化物蝕刻，如緩沖氧化物蝕刻(BOE)的蝕刻速率的兩倍以上)。
如圖1的方塊104所示，為了提高沉積態(tài)氮化硅膜的質(zhì)量，用氫自由基處理膜達預定的時間，從而提高膜的質(zhì)量(例如，將總氫濃度降低到10at.％以下，或降低Si-H形式的分數(shù)，或?qū)⑻紳舛冉档椭晾?at.％以下，或?qū)⒙葷舛冉档椭晾?at.％以下，或?qū)⒄凵渎试黾又晾?.90以上，或?qū)裎g刻速率降低至例如與利用氧化物蝕刻如BOE的氧化硅蝕刻速率基本相同(1∶1))。氫自由基可例如通過等離子體分解(原位或遠處)或通過對含氫氣體如氨氣(NH3)和氫氣(H2)的″熱線″分解而形成。沉積態(tài)的氮化硅膜可用流量為5×1015個/cm2原子-1×1017個/cm2原子的氫自由基進行處理。在氫自由基的處理期間，將襯底加熱到450-600℃的低溫。通常在15-120秒內(nèi)就發(fā)生了充分的處理。本發(fā)明的方法能通過熱化學氣相沉積法在低沉積溫度下以可制造的高沉積速率(例如大于50/min)形成高質(zhì)量氮化硅膜。低沉積溫度使得氮化硅膜在形成晶體管或有源器件之后的應用或場合中能被用于半導體電路制造方法中，原因是沉積溫度低得足以不會強烈地影響器件的熱預算或改變其中的摻雜物分布。氮化硅膜的高沉積速率使得可在單晶片反應器中實施該方法。
圖2的流程圖200示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式，在單晶片反應器中沉積和處理氮化硅膜的一個示例。第一步是采用熱化學氣相沉積法在晶片或襯底上沉積氮化硅膜。流程圖200的方塊201示出了氮化硅沉積法的一個特例。沉積氮化硅膜的第一步是將晶片或襯底放置到室內(nèi)。理想地，氮化硅膜在減壓單晶片冷壁反應器的室內(nèi)形成，該室具有用于加熱晶片的電阻性加熱的襯底支架，例如是應用材料有限公司的Xgen室。圖4中舉例說明并示出了合適的室的一個示例。
一旦已經(jīng)將襯底放置到室內(nèi)，就達到了用于沉積氮化硅膜的沉積壓力和溫度。在本發(fā)明的一個實施方式中，發(fā)生氮化硅膜沉積的沉積壓力為10-350托。沉積溫度(即晶片或襯底的溫度)將取決于用于沉積氮化硅膜的特定處理氣體(例如，含硅源氣體和含氮源氣體)。晶片或襯底溫度小于或等于550℃，理想的是低于500℃，在沉積過程期間通常為550-450℃。接下來，如方塊206所示，將工藝氣體引導到沉積室內(nèi)。工藝氣體混合物將包括含硅源氣體(即，可被分解而提供用于沉積氮化硅膜的硅原子或含硅中間物質(zhì)的氣體)和含氮源氣體(即，可被熱分解而提供用于沉積氮化硅膜的氮原子或含氮物質(zhì)的氣體)中的至少一種?；蛘?，工藝氣體混合物可包括硅/氮源氣體，其從單分子提供用于形成氮化硅膜的既含硅原子又含氮原子的源，或者是含有氮和硅的中間物質(zhì)源。當采用硅/氮源氣體時，工藝氣體混合物還可以包括氮源氣體和/或硅源氣體，或可只包括硅/氮源氣體而無其它的氮和硅源。
含氮源氣體可包括但不限于氨氣(NH3)和肼(N2H4)。在本發(fā)明的一個實施方式中，在將硅源氣體供入到室內(nèi)之前，先將氮源氣體供入到沉積室內(nèi)。此外，在本發(fā)明的一個實施方式中，氮源氣體具有弱氮-氮單鍵(即N-N單鍵)。
本發(fā)明用于在低溫下形成氮化硅膜的硅源氣體(前體)或硅/氮源氣體(前體)具有使分子在低溫下易于分解的弱硅-硅單鍵(即Si-Si單鍵)。此外，理想情況下，硅源氣體或硅/氮源氣體也含有與每個具有弱單鍵的硅原子相鍵合的氯(Cl)原子和/或氮(N)原子。也就是說，理想情況下，硅源氣體或硅/氮源氣體具有與弱Si-Si單鍵連續(xù)的Si-Cl官能團和/或Si-N官能團。這對在不斷降低的溫度下以合適的沉積速率改進臺階覆蓋和微載荷尤其起到關鍵作用。在本發(fā)明的實施方式中，硅源氣體或硅/氮源氣體具有弱硅-硅單鍵，其中每個硅原子的另外三個鍵與氮(N)原子或氯(Cl)原子鍵合，理想的是與氮原子和氯原子鍵合。在本發(fā)明的實施方式中，硅源氣體或硅/氮源氣體包括多個有機基團，理想的是其中有一個有機基團與氮原子相鍵合，該氮原子又與硅原子相鍵合，而該硅原子與另一個硅原子之間存在單鍵?；蛘?，有機基團可直接鍵合到某個硅原子上，該硅原子與另一個硅原子之間存在弱單鍵。理想情況下，硅源氣體或硅/氮源氣體是對稱分子。
在本發(fā)明的一個實施方式中，硅源氣體是六氯乙硅烷(HCD)?？蓪CD和NH3或N2H4供入室內(nèi)而形成氮化硅膜。如果采用HCD，在引入到反應室內(nèi)之前，可先將其與惰性載氣如N2相混合。應該理解諸如N2的載氣在反應的沉積溫度下不起反應，或不發(fā)生熱分解，同樣也就不參加反應。在本發(fā)明的一個實施方式中，HCD以10-200sccm的速率供入反應室內(nèi)，同時提供500-5000sccm的氮源氣體。在一個示例中，HCD源氣體和氮源氣體的流速為1∶1和1∶1000，理想情況下分別為1∶1-1∶500之間。這種方法或工藝可在晶片溫度為530℃時以約80/min沉積速率形成氮化硅膜，而在晶片溫度為480℃時以約50/min沉積速率形成氮化硅膜。
在本發(fā)明的實施方式中，含硅源氣體是含有機硅的氣體，例如1，2-二乙基-四(二乙基氨基)乙硅烷，1，2-二氯-四(二乙基氨基)乙硅烷，六(N-吡咯烷基)乙硅烷，以及其它氯化或非氯化的烷基-氨基-二或甲-硅烷R2N-Si(R′2)-Six(R′2)y-NR2(x＝y(tǒng)＝0或1；R，R′＝Cl、或甲基、或乙基、或異-丙基、或其它烷基基團、或另一個烷基氨基基團、或含N的環(huán)狀基團、或甲硅烷基基團的任意組合)?？衫昧魉贋?0-100sccm的1，2-二氯-四(二乙基氨基)乙硅烷以及流速為200-2000sccm的氮源氣體形成合適的氮化硅膜。可由流速為10-100sccm的1，2-乙基-四(二乙基氨基)乙硅烷和流速為200-2000sccm的氮源氣體沉積合適的氮化硅膜。這種方法或工藝可在晶片溫度為530℃時以約80/min沉積速率形成氮化硅膜，而在在晶片溫度為480℃時以約50/min沉積速率形成氮化硅膜。
接下來，如流程圖200的方塊208所示，來自被加熱的襯底或襯底支架的熱量使硅/氮源氣體或硅源氣體和氮源氣體發(fā)生熱分解。硅源氣體的熱分解提供了硅原子或含硅的中間物質(zhì)。氮源氣體的熱分解提供了氮原子或含氮的中間物質(zhì)。硅/氮源氣體的熱分解既可提供硅原子或含硅的中間物質(zhì)，又可提供氮原子或含氮的中間物質(zhì)。硅原子或含硅的中間物質(zhì)與氮原子或含氮的中間物質(zhì)發(fā)生反應而在襯底的表面上沉積氮化硅膜。應該理解在本發(fā)明中，含硅/氮源氣體或硅源氣體和氮源氣體僅利用熱能，如來自于襯底的熱或來自于襯底支架的熱進行熱分解，而不需要其它輔助能源，例如光子增強或等離子增強。在本發(fā)明的一個實施方式中，氮化硅膜的沉積厚度為10-150，優(yōu)選的厚度為120以下，理想的是80以下。如果需要較厚的膜，可采用多次沉積/氫自由基處理循環(huán)以沉積較厚的膜，這將在下文進行論述。
在本發(fā)明的一個實施方式中，如方塊210所示，在沉積足夠厚的氮化硅膜之后，停止硅源氣體和氮源氣體的流入。在本發(fā)明的一個實施方式中，當?shù)璧某练e完成之后，可任選用氮源氣體處理襯底，如方塊210所示。在約10秒的時間內(nèi)，僅將氮源氣體引入到反應室內(nèi)。在沉積步驟結(jié)束時采用氮源氣體處理氮化硅膜，這終止了襯底上未反應的硅位點。這一操作有助于增加N/Si比，降低氮化硅膜內(nèi)的氫(尤其是在Si-H鍵形式中)。然而，操作210并非是根據(jù)本發(fā)明獲得良好氮化硅膜所必須的。
本發(fā)明中用于沉積氮化硅膜的工藝氣體混合物能通過熱化學氣相沉積法，在低于550，理想的是低于500℃的低沉積溫度下，以至少為50/分鐘，理想的是高于100/分鐘的速率來沉積氮化硅膜。
由于以高沉積速率和/或在低沉積溫度下沉積氮化硅膜，″沉積態(tài)″的氮化硅膜通常具有較差的質(zhì)量。即，″沉積態(tài)″的氮化硅膜常常具有大于15at.％的較高氫濃度(主要是Si-H形式)，以及小于1.85的低折射率和較高的濕蝕刻速率(例如為利用氧化物蝕刻如緩沖氧化物蝕刻(BOE)的氧化硅蝕刻速率的兩倍以上)。此外，當采用氯化的和/或有機硅前體時，膜中的氯和碳濃度高，分別為大于1.0at.％和10at.％。質(zhì)量這樣差的氮化硅膜不適用于半導體器件制造中氮化硅膜的許多應用場合，例如隔離層和多晶硅間介質(zhì)體。
根據(jù)本發(fā)明，″沉積態(tài)″的氮化硅膜用氫自由基處理一段預定的時間，以提高″沉積態(tài)″膜的質(zhì)量，如流程圖200中的方塊212所示。在本發(fā)明的一個實施方式中，將氮化硅膜暴露到流量為5×1015個/cm2原子-1×1017個/cm2原子，理想地為約1×1016個/cm2原子的氫自由基中。在本發(fā)明的一個實施方式中，氮化硅膜被氫自由基處理15-120秒，同時將襯底加熱到450-600℃的溫度下。氫自由基處理可在100毫托-5托的壓力下進行。
氫自由基處理所采用的氫自由基可以以任何合適的形式產(chǎn)生。在本發(fā)明的實施方式中，氫自由基由可被分解而提供足量氫自由基的含氫氣體進行等離子體分解形成。氫自由基包括所有種類的原子氫，包括高度活化的中性原子氫和帶電荷的氫離子。合適的氫源氣體包括氨(NH3)和氫氣(H2)。在本發(fā)明的實施方式中，氫源氣體包括NH3和H2的混合物。在本發(fā)明的一個實施方式中，氫處理氣體僅包括NH3或僅包括H2。此外，在本發(fā)明的一個實施方式中，惰性氣體，例如N2、Ar或He可與氫處理氣體一起提供。利用微波或射頻源在200-2000瓦的功率下適當?shù)胤纸夂瑲錃怏w而提供氫自由基。氫處理氣體的等離子體分解可在原位完成或利用遠程等離子體完成。在原位方法中，等離子體和氫自由基在同一個室中生成，該室中裝有將被處理的具有氮化硅膜的襯底。合適的等離子室的一個示例包括電容性耦合的PECVD或高密度等離子體HDP室。在遠程等離子體處理中，氫自由基和等離子體由獨立于裝有具有氮化膜的襯底的室的另一個室內(nèi)的微波生成。在遠程等離子體方法中，等離子體和氫自由基在一個室或第一室(分解室或腔)中生成，然后從分解室出發(fā)，流經(jīng)導管而進入另一個室或第二室中，該第二室中裝有具有將被處理的氮化硅膜的襯底?？刹捎萌魏魏线m的遠程等離子體發(fā)生器反應器，例如但不限于Astex Astron，應用材料有限公司的遠程等離子體滲氮(RPN，Remote Plasma Nitridation)源，以及應用材料有限公司的高級去除鈍化層附加(ASP，AdvancedStrip Passivation Plus)室。
在本發(fā)明的一個實施方式中，氫自由基由含氫氣體的“熱線”分解或催化分解而形成，所述的含氫氣體例如為氨(NH3)和氫氣(H2)或其混合物。在″熱線″法中，將金屬絲或催化劑，例如鎢絲加熱到約1600-1800℃的高溫下，將氫處理氣體輸入到鎢絲上。熱的鎢絲導致氫處理氣體發(fā)生裂化或分解，形成氫自由基。然后，氫自由基對形成于鎢絲下方襯底上的氮化硅膜進行處理。盡管鎢絲溫度很高，但襯底在處理過程中仍然只被加熱到600℃以下，優(yōu)選550℃以下的低溫。在本發(fā)明的另一個實施方式中，可利用感應生成的等離子體來生成氫自由基。
在本發(fā)明的一個實施方式中，″沉積態(tài)″氮化硅膜在一段時間、溫度和壓力下被暴露到氫自由基中，從而將膜的氫濃度降低到10at.％以下和/或降低Si-H鍵的分數(shù)以及將折射率提高到1.9以上。如果利用有機硅源氣體，則可對膜進行處理，直到膜中的碳濃度下降到5at.％以下。如果采用氯化的硅源氣體，則可對膜進行處理，直到膜中的氯濃度降低到1at.％以下。在本發(fā)明的一個實施方式中，對氮化硅膜進行處理，直到濕蝕刻速率幾乎與利用BOE的氧化硅的相同。
由于采用低溫法時，氫自由基可滲透氮化硅膜的深度或距離通常被限制為100以下，典型地為50以下，在氫自由基處理之前，先形成不超過150，優(yōu)選不超過100的氮化硅膜。當需要較厚的氮化硅膜時，可采用多次沉積和處理循環(huán)。例如，如果需要300厚的氮化硅膜，首先可沉積100厚的氮化硅膜，然后用氫自由基處理該氮化硅膜。然后，在處理過的氮化硅膜上沉積第二層100的氮化硅膜，接著用氫自由基處理第二層氮化硅膜。此后，在第二層氮化硅膜上沉積第三層100厚的氮化硅膜，接著用氫自由基進行處理。通過這種方式，可形成任何所需厚度的高質(zhì)量氮化硅膜。
本發(fā)明中形成氮化硅膜的方法可理想地用于制造要求低熱量預算和/或防止置于硅襯底中的摻雜物發(fā)生重新分布的半導體器件。根據(jù)本發(fā)明，采用氮化硅膜的一個示例是制造側(cè)壁隔離層。在此類應用中，可提供襯底，例如圖3A所示的襯底300。襯底300包括單晶硅襯底或形成于其上的、具有柵極介電層304的膜302。在柵極介電層上形成門電極或柵電極306，其具有橫向相對設置的側(cè)壁。典型地，一對源極/漏極端或擴展區(qū)或延伸區(qū)310形成于襯底302中，與門電極306的橫向相對側(cè)壁同軸。
然后，如圖3B所示，根據(jù)本發(fā)明形成的低溫氮化硅膜是沉積在圖300的襯底上的覆蓋層。氮化硅膜312的厚度取決于所制造晶體管的物理特性，對65nm技術器件通常為至少200厚。根據(jù)本發(fā)明，利用低沉積溫度，以高沉積速率按照上述方法沉積氮化硅膜。首先形成厚度為小于或等于100，理想情況為小于50的氮化硅層。然后，如上所述，用氫自由基對該氮化硅膜進行退火處理。接下來，在必要的情況下于氫自由基處理過的第一層氮化硅膜上形成第二層氮化硅膜。之后用氫自由基按照上述方法處理該第二層氮化硅膜，然后，如上所述，可采用低溫化學氣相沉積法沉積第三層氮化硅層。如上所述，用氫自由基處理第三層氮化硅層。按照這一方式繼續(xù)該過程，直到形成具有所需總厚度的氮化硅膜312。在一些應用實施方式中，在氮化硅層之前先形成沉積的或生長的氧化硅層，從而成為氮化硅層的基礎。由于氮化硅層312是采用低溫法形成的，并用氫自由基在低溫下進行處理，形成源極/漏極擴展區(qū)域310的摻雜物在氮化硅形成期間基本不會在襯底302內(nèi)發(fā)生移動或重新分布。按照這種方式，所制造的設備的電學特性是一致的。
接下來，如圖3C所示，在形成足夠厚的氮化硅層312之后，氮化硅312可被各向異性地蝕刻，從而形成沿著門電極306的橫向相對側(cè)壁延伸的側(cè)壁隔離層314。各向異性的蝕刻法從水平表面上，例如源極/漏極擴展區(qū)310和門電極306的頂部上去除氮化硅層，同時留下豎直表面，如門電極306側(cè)壁上的氮化硅。形成側(cè)壁隔離層314之后，可進行對半導體器件的其它處理，如形成深的源極/漏極區(qū)域316和/或在源極/漏極區(qū)域上形成硅化物318。側(cè)壁隔離層314允許深的源極/漏極區(qū)域發(fā)生偏移，以及允許硅化物，如硅化鈦或硅化鈷以本領域公知的自對準法形成于源極/漏極區(qū)域和門電極的頂部。
用于形成低溫氮化硅膜的設備理想情況下，本發(fā)明的氮化硅膜在低壓熱化學氣相沉積反應器中形成。圖4示出了合適的反應器400的一個示例。在本發(fā)明的一個實施方式中，氫自由基處理可在用于沉積氮化硅膜的同一個室內(nèi)進行。為了在用于沉積膜的同一室內(nèi)用氫自由基處理″沉積態(tài)″氮化硅膜，可將遠程等離子源耦合到低壓化學氣相沉積反應器上，以向室內(nèi)提供氫自由基源。與低壓化學氣相沉積反應器400相耦合的遠程等離子體發(fā)生器源801的一個示例也示于圖4中。將遠程等離子體發(fā)生器801耦合到熱化學氣相沉積反應器400上，這極大地提高了本發(fā)明的產(chǎn)量，并能在氮化硅沉積之后直接用氫自由基處理氮化硅層。此外，當采用連續(xù)沉積/處理循環(huán)來形成厚氮化硅膜，如厚度大于200的氮化硅膜時，這類設備極大地提高了晶片產(chǎn)量。
圖4示出了反應容器組件(反應器)400。圖4所示的反應器400包括室本體406，其限定了反應室408，其中，工藝氣體，前體氣體或反應氣體在反應室中發(fā)生熱分解而形成位于晶片襯底(未示出)上的含硅膜。室本體406由能使室維持10-約350托壓力的材料構(gòu)成。在一個示例性的實施方式中，室本體406由鋁合金材料構(gòu)成。室本體406包括通道410，用于溫度受控流體(temperature controlled fluid)被抽吸穿過該通道，以冷卻室本體406。由于配備有溫度受控流體通道，反應器400被稱作″冷壁″反應器。對室本體406的冷卻防止了由反應物質(zhì)和高溫的存在而造成對形成室本體406的材料的腐蝕。
位于室本體406內(nèi)的有反應室408，室蓋426，面板(或噴頭)430，阻擋板428，以及電阻性加熱組件404。電阻性加熱組件404包括沿著加熱器管414的引線412，該加熱器管414由鎳制成。加熱器管414的末端是由燒結(jié)的AIN制成的加熱盤416。加熱盤416內(nèi)部是由鉬制造的一個或多個加熱線圈418。引線412和線圈418通過銅焊相連接，并在此具有電傳導性。引線412與AIN陶瓷套管420是熱絕緣的。線圈418供給大部分的電阻，并因此供給大部分的反應室408加熱熱量。在加熱盤416的末端是被稱作晶片槽422的凹槽，凹槽422內(nèi)放置有晶片(未示出)。
圖4示出了室體408中還設有升降機組件436。升降機組件436為晶片襯底(未示出)移入和移出反應室408提供了便利。升降機組件436可以是步進電機。步進電機沿著軸405上下移動加熱器組件404，從而為晶片襯底移入和移出反應室408提供了便利。
例如采用機械手式傳送機構(gòu)(未示出)通過入口434而將襯底或晶片放置到反應室408中。在一個實施方式中，機械手式傳送機構(gòu)與轉(zhuǎn)送片相連接，該轉(zhuǎn)送片由機械手式傳送機構(gòu)控制。轉(zhuǎn)送片通過開口插入襯底，將襯底裝載到反應室408中和加熱盤416的凹槽422上。在裝載襯底時，用升降機組件436沿軸405的下方向降低加熱組件404和加熱盤416，從而使加熱盤416的表面低于入口434。當加熱盤416被降低時，襯底被放置到反應室408中。
一旦裝載了襯底，入口434被封住，且升降機組件436在上方向(即向上)朝著面板430移動或抬升移動或提升加熱器組件404和加熱盤416。在一種示例性的實施方式中，當晶片襯底距離面板430很近時(例如400-900密爾)，則停止提升。
在一個示例性的實施方式中，當準備沉積或處理時，將由氣體控制板401控制的工藝氣體或前體氣體被引導到反應室408中。阻擋板428上具有許多孔(未示出)以調(diào)節(jié)流經(jīng)的氣體。工藝氣體首先穿過端口424，穿過阻擋板428，然后穿過面板430而被引入到反應室408中。工藝氣體從端口424出發(fā)，穿過阻擋板428上的多個孔，然后穿過面板430而分布。面板430使處理氣體均勻地配送到反應室408內(nèi)。
通過例如向下(降低)加熱組件404的方法，可從室內(nèi)移出襯底。當加熱組件404以向下的方向移動時，通過升降機組件436的作用，使得升降桿或起模桿442與接觸升降板444相接觸并保持穩(wěn)定，最后伸出加熱盤416的頂表面，在加熱盤416降低時使襯底與加熱盤相分離。然后將轉(zhuǎn)送片穿過開口434插入而設置于襯底和加熱盤416之間。然后降低接觸升降板444，從而降低起升降桿442，使襯底降低放到轉(zhuǎn)送片上。然后襯底可用轉(zhuǎn)送片通過入口434移出。
對后續(xù)的襯底可重復如上的機制。對一種合適的升降機組件436的詳細描述見美國專利No.5772773，該專利已被轉(zhuǎn)讓給位于加利福尼亞州圣克拉拉市的應用材料有限公司。
反應器400還包括溫度指示器(未示出)，以監(jiān)測反應室408內(nèi)部的處理溫度。在一個示例中，溫度指示器可以是熱電偶，該熱電偶的設置能方便地提供加熱盤416表面的溫度數(shù)據(jù)(或由加熱盤415支撐的襯底的表面的溫度數(shù)據(jù))。反應器400中，襯底的溫度比加熱盤416的溫度稍低20-30℃。
圖4還示出了反應室408襯有溫度受控的襯墊或絕緣襯墊409。如上所述，室本體406包括溫度受控流體的通道410，從而產(chǎn)生冷壁室效果。反應室408內(nèi)部的反應溫度可高至600℃或更高。由于用于形成膜的化學品在反應室408中的使用，高溫將易于腐蝕反應室408的室本體406。因此，室本體406配有為溫度受控流體如水或其它冷卻室本體406的冷卻劑流體設置的通道410。這將防止室本體406變得太熱，而室本體406太熱將導致室體406容易受到腐蝕。與這種冷壁室有關的一個問題是反應室408內(nèi)與室的冷壁非常接近的區(qū)域容易經(jīng)歷溫度的急劇下降的情況。這些區(qū)域中的溫度急劇下降促進了顆粒的形成或凝聚，這對于在反應室408內(nèi)形成的含硅膜而言是不希望的或不宜的。例如，在用于形成氮化硅(Si3N4)膜的沉積過程中，HCD和NH3的反應容易導致形成NH4Cl。NH4Cl是一種不希望的鹽類副產(chǎn)物，其需要被清洗掉以防止對所形成的Si3N4造成污染。當溫度降低到約150℃以下時，如NH4Cl的凝聚將會發(fā)生。這些顆?？赡軙x開室壁。離開室壁的顆粒在晶片襯底上成為形成顆粒的成核位點。在一個實施方式中，反應室408襯有溫度受控襯墊409，從而防止不希望發(fā)生的顆粒凝聚現(xiàn)象。
在一個實施方式中，溫度受控襯墊409連接到室本體406的壁上，使溫度受控襯墊409沿著室本體406的壁僅具有幾個物理接觸點(如參見圖4所示的接觸點459)。將溫度受控襯墊409和室本體406的壁之間的物理接觸降至最少，因而通過將傳導點降至最低而實現(xiàn)了室體406的熱損失最小化。
在沉積期間，可將吹掃氣體或清洗氣體(例如氮氣)輸入到反應室408的底部，從而防止發(fā)生不希望的沉積。
反應器400也與一個或多個壓力調(diào)節(jié)器(未示出)相耦合。壓力調(diào)節(jié)器建立并保持反應室408內(nèi)的壓力。這類壓力調(diào)節(jié)器是本領域公知的?？捎糜谑纠詫嵤┓绞街械膲毫φ{(diào)節(jié)器必須能將壓力保持在約10托-約350托的范圍內(nèi)。或者，反應器400也可耦合到氣體泵出系統(tǒng)(未示出)上，該氣體泵出系統(tǒng)在本領域是公知的，其目的是將氣體抽出反應室408。氣體泵出系統(tǒng)(例如，其可包括一個或多個節(jié)流閥)也可用于控制反應室408內(nèi)的壓力。反應器400還耦合到監(jiān)測反應室408內(nèi)處理壓力的多個傳感器(未示出)上。
在一個實施方式中，控制器或處理器/控制器900耦合到室本體406上以接收傳感器表示室壓力的信號。處理器/控制器900也可耦合到氣體控制板401系統(tǒng)以控制氮源氣體流、硅源氣體流和惰性氣體流和/或吹掃氣體流。處理器900可與一個或多個壓力調(diào)節(jié)器聯(lián)合作用，以調(diào)節(jié)或保持反應室408內(nèi)的所需壓力。此外，處理器/控制器可控制加熱盤的溫度，從而控制置于其上的襯底溫度。處理器/控制器900包括存儲器，該存儲器中存有計算機可讀形式的指令，用于控制氮源氣體流、硅源氣體流和惰性氣體流，以及將室內(nèi)壓力和加熱盤溫度控制在上述為形成本發(fā)明氮化硅膜的參數(shù)范圍內(nèi)。例如，處理器/控制器900的存儲器中存有將襯底加熱到小于或等于550℃的指令；向室408內(nèi)提供硅源氣體、氮源氣體和/或硅/氮源氣體，同時將襯底加熱到小于或等于550℃的指令；以及將室408內(nèi)的壓力控制在10-350托之間的指令。
對反應器400中各部件的材料進行選擇，使暴露的部件必須與本發(fā)明的高溫處理相適應。本發(fā)明的前體或反應物物質(zhì)發(fā)生熱分解而形成含硅膜，該熱分解所涉及的反應室408內(nèi)部的溫度高至600℃。反應器400中各部件的材料應為能承受這一高溫的類型。在一個實施方式中，室本體406由抗腐蝕的金屬，如硬質(zhì)陽極氧化的鋁板制成。這一類型的鋁通常是很昂貴的。或者，室本體406包括為溫度受控流體的流經(jīng)而設置的通道401。為溫度受控流體設置的通道使室本體406能由非常便宜的鋁合金或其它合適的金屬制造，原因是通道410將保持室體406冷卻。正如所述的，這是為什么通常將反應器400稱為冷壁反應器的原因。為防止在冷壁或冷卻的室本體406上發(fā)生不希望的凝聚，上述的溫度受控襯墊409可采用吸收來自反應室408的熱輻射的材料制造，并將溫度受控襯墊409的溫度保持在至少約150℃或高于150℃的溫度下，或者保持在至少約200℃或高于200℃的溫度下，這取決于形成膜的應用。在一個實施方式中，溫度受控襯墊409所需要保持的溫度足以防止發(fā)生不希望的聚集。
此外，部件材料也應該與工藝氣體和其它化學物質(zhì)，如可能被導入到反應室408中的清洗用化學物質(zhì)和前體相適應。在一個實施方式中，加熱組件404的暴露表面可由各種材料構(gòu)成，條件是該材料與處理方法相適應。例如，這一討論中的示例性實施方式要求在高溫下應用的腐蝕性化學物質(zhì)。因而，加熱組件的部件必須耐受這一環(huán)境。在一個示例中，加熱組件由陶瓷材料，如氮化鋁(AIN)制成。加熱組件404的加熱盤416也可由氮化鋁材料組成。
在一個示例性實施方式中，采用穩(wěn)定性氣體，如N2，He，Ar或其組合來穩(wěn)定反應室408。在一個示例中，將穩(wěn)定性氣體釋放到反應室408內(nèi)的氣體控制板系統(tǒng)401中包括氣體歧管。穩(wěn)定性氣體的流速范圍優(yōu)選為1,000sccm-10,000sccm，對容量為5-6升反應器400來說，優(yōu)選為約2,000sccm。
在本發(fā)明的一個實施方式中，反應器400耦合到遠程等離子體發(fā)生器801上，該遠程等離子體發(fā)生器產(chǎn)生氫自由基并向沉積室408供給氫自由基。遠程等離子體發(fā)生器801包括以微波源產(chǎn)生微波的磁控管802。磁控管802可優(yōu)選產(chǎn)生至多10,000瓦，2.5Ghz的微波能量。應該注意到所需要的功率量取決于室408的尺寸(與室408的尺寸成比例)。對用于處理300mm晶片的退火室，10,000瓦的能量應該是足夠的。盡管采用微波源在設備800中產(chǎn)生等離子體，但也可采用其它的能量源，如射頻(RF)。
磁控管802耦合到絕緣體和為阻抗匹配而提供的虛負載804上。虛負載吸收反射的功率，因此并無反射的功率到達磁控管的頭部。絕緣體和虛負載804連接，其將微波能量傳遞給自動調(diào)諧器808。波導管808由阻抗匹配頭和單獨的檢測器模塊構(gòu)成，該單獨的檢測器模塊采用由三臺步進電機驅(qū)動的阻抗匹配軸端，以減少被導向電源的微波能量的反射功率。自動調(diào)諧器808將微波能量聚焦到微波作用器腔810的中心，從而將被氫處理氣體吸收的能量通過導管812而輸入到微波作用器腔810中。盡管優(yōu)選自動調(diào)諧器，但也可利用手動的調(diào)諧器。
作用器810采用從磁控管802接收的微波能量，在氫處理氣體向下流經(jīng)位于微波作用器810內(nèi)部的石英等離子體管時，從氫處理氣體生成等離子體。將源814連接到微波作用器810上，該源814的例子有用于產(chǎn)生氫自由基的例如但不限于H2和NH3的氫處理氣體罐。此外，也可將例如氬(Ar)或氦(He)的惰性氣體源耦合到微波作用器810上。預先點火的汞燈可用于將紫外光輻射到等離子體管中，使工藝氣體部分電離，從而使微波能量更易于點燃等離子體。
來自磁控管802的微波能量將氫處理氣體轉(zhuǎn)化為基本包括下列三種組分的等離子體電離的或帶電荷的氫原子，活化的(或活性的)電中性氫原子，以及含中間產(chǎn)物氫的物質(zhì)，這三種組分的目的都是為了構(gòu)建″氫自由基″。
微波作用器810可用螺栓固定在設備400的蓋上。濃縮的等離子體混合物向下流經(jīng)導管814到達室408中。由于氫自由基在與將被退火的襯底所處的室408分開的或遠處(室810)產(chǎn)生，氫自由基被稱為是″遠程產(chǎn)生的″。
遠程等離子體源801可與處理器/控制器900相耦合。處理器/控制器900可包括以計算機可讀格式存儲于存儲器中的許多指令，其控制遠程等離子體源801的操作而實現(xiàn)上述的氫自由基處理過程。各種指令可例如包括控制氫處理氣體流速和功率以獲得處理氮化硅膜所必須的預期氫自由基流量的指令，預期氫自由基流量例如為5×1015個/cm2原子-1×1017個/cm2原子，也可包括控制加熱盤的溫度(并從而控制晶片溫度)的指令，以及控制自由基處理過程期間室408內(nèi)部壓力的指令。
此外，盡管已經(jīng)就采用單晶片設備的情況對本發(fā)明展開了描述，但在需要的情況下，本發(fā)明的沉積和處理方法也可在半批次的或管式設備中進行，而并不偏離本發(fā)明的范圍。
在本發(fā)明的另一種實施方式中，低溫氮化硅沉積工藝可在群集工具，如圖5所示的群集工具500中進行。群集工具500包括可密封運送室或轉(zhuǎn)移室502，該密封運送室502中含有晶片晶片輸送裝置504，例如機械手。將一個裝載鎖或一對裝載鎖506通過可密封的門連接到運送室502上，使晶片能通過機械手504被送入或送出群集工具500。通過可密封的門與運送室502相連接的有氮化硅沉積反應器508，例如具有電阻性加熱器的應用材料有限公司的Xgen單晶片冷壁熱化學氣相沉積反應器。可通過可密封的門與運送室502相連接的還有圖5所示的氫自由基處理室510。氫自由基處理室例如可為等離子體室，具體如應用材料有限公司的高級去除鈍化層附加(ASP，Advanced StripPassivation Plus)室；遠程等離子體室，具體如應用材料有限公司的遠程等離子體滲氮(RPN，Remote Plasma Nitridation)室，或″熱線″室。典型地，運送室502保持在減壓下，包含惰性環(huán)境，如N2。按照這種方式，可將晶片從一個室(例如，氮化硅沉積室508)轉(zhuǎn)移到另一個室(例如，氫自由基處理室)，反之亦然，無需將晶片暴露到氧化環(huán)境或污染物中。群集工具500也可包括上述的處理器/控制器900，以控制對氮化硅沉積反應器500以及氫自由基處理室510的操作，從而按照上述方法沉積氮化硅膜和按照上述方法用氫自由基處理氮化硅膜。
在使用中，通過機械手504將晶片或襯底，例如圖3A所示的晶片從裝載鎖506送入運送室502中。將晶片運送到氮化硅沉積室508中，其間的門是密封的，采用低沉積溫度方法在晶片上形成氮化硅膜。一旦在晶片上形成了氮化硅膜，則采用機械手504從氮化硅沉積室508中移出晶片，并用機械手504將其送入到氫自由基處理室510中。然后密封氫自由基處理室510和運送室502之間的門，并按照上述的方法使氮化硅膜暴露于氫自由基中。如果需要較厚的氮化硅膜，則可從室510中移出晶片，使其返回到氮化硅沉積室508中以沉積額外的氮化硅。再一次將晶片從氮化硅沉積室508中移出并使其回到氫自由基處理室510中并再次用氫自由基進行處理。晶片可在沉積室508和處理室510之間連續(xù)轉(zhuǎn)移，直到獲得所需厚度和質(zhì)量的氮化硅膜。一旦形成了充分厚的氮化硅層，則從群集工具500中移出晶片。
因此，本文已經(jīng)公開了在低沉積溫度下沉積和處理高質(zhì)量氮化硅膜的方法和設備。
權利要求
1.一種形成氮化硅膜的方法，包括將襯底加熱到550℃或更低的溫度；在將所述襯底加熱到550℃或更低溫度的同時，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，從而在所述襯底上形成氮化硅膜；并且利用氫自由基來處理所述氮化硅膜。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述氫自由基通過含氫源氣體的等離子體分解而形成。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中，所述含氫源氣體包括氨NH3。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中，所述含氫源氣體進一步包括氫氣H2。
5.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中，所述含氫源氣體包括H2。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中，與所述含氫源氣體一起提供惰性氣體，該惰性氣體選自由氮氣N2、氬Ar和氦He組成的組中。
7.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中，所述源氣體的所述等離子體分解發(fā)生于遠離用氫自由基來處理所述氮化硅膜的所述室的另一個室中。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，利用所述氫自由基對所述氮化硅膜所作的處理在100毫托-5托的壓力下進行。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述氮化硅膜的氯濃度在所述膜被處理之前為1.0at.％以上，在所述膜被處理之后為1.0at.％以下。
10.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述氮化硅膜的碳濃度在所述膜被處理之前為10at.％以上，在所述膜被處理之后為5at.％以下。
11.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述熱分解溫度低于500℃。
12.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，形成所述氮化硅膜的沉積速率大于100/分鐘。
13.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，在利用所述氫自由基進行處理之前，所形成的所述氮化硅膜的厚度小于150。
14.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，在所述氫自由基處理之前，所述氮化硅膜的氫濃度為15at.％以上。
15.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述含硅源氣體或所述含硅/氮源氣體包括通過單鍵與第二硅原子鍵合的第一硅原子，以及與所述第一硅原子鍵合的氯Cl原子或氮N原子，和與所述第二硅原子鍵合的氯原子或氮原子。
16.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述含硅源氣體或所述含硅/氮源氣體包括通過單鍵與第二硅原子鍵合的第一硅原子，且其中每個所述硅原子的其他三個鍵與氮原子或氯原子鍵合。
17.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述硅源氣體或所述硅/氮源氣體包括與氮原子相鍵合的有機基團，該氮原子與第一硅原子鍵合，而該第一硅原子與第二硅原子之間具有一個單鍵。
18.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述含硅源氣體或所述含硅/氮源氣體包括氯化或未氯化的有機氨基-乙或甲硅烷R2N-Si(R′2)-Six(R′2)y-NR2，其中x＝y(tǒng)＝0或1；R，R′＝Cl、或甲基、或乙基、或異-丙基、或其它烷基基團、或另一個烷基氨基基團，或含N的環(huán)狀基團，或甲硅烷基基團中的任意組合。
19.根據(jù)權利要求18所述的方法，其中，所述含硅源氣體或所述含硅/氮源氣體選自由1，2-二乙基-四(二乙基氨基)乙硅烷，1，2-二氯-四(二乙基氨基)乙硅烷，以及六(N-吡咯烷)乙硅烷組成的組中。
20.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述含硅源氣體是六氯乙硅烷HCD。
21.根據(jù)權利要求1所述的方法，進一步包括，通過對含硅/氮源氣體或含硅源氣體和含氮源氣體進行熱分解而在所述處理過的氮化硅膜上形成第二層氮化硅膜；并且利用氫自由基來處理所述第二層氮化硅膜。
22.根據(jù)權利要求21所述的方法，進一步包括，通過對含硅/氮源氣體或者含硅源氣體和含氮源氣體進行熱分解而在所述處理過的第二層氮化硅膜上形成第三層氮化硅膜；并且利用氫自由基來處理所述第三層氮化硅膜。
23.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，利用氫自由基以5×1015個/cm2原子-1×1017個/cm2原子的流量處理所述氮化硅膜。
24.根據(jù)權利要求23所述的方法，其中，利用所述氫自由基處理所述氮化硅膜時的壓力為100毫托-5托。
25.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，形成所述氮化硅膜時所述室內(nèi)的壓力為10-350托。
26.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述沉積的氮化硅膜的被處理15-120秒。
27.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，在450-600℃的溫度下利用氫自由基處理所述氮化硅沉積膜。
28.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中，處理所述氮化硅膜之后，所述氮化硅膜的氫濃度為10at.％以下。
29.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，利用氫自由基處理所述氮化硅膜之前，所述氮化硅膜的折射率為1.85以下。
30.根據(jù)權利要求29所述的方法，其中，利用氫自由基處理所述氮化硅膜之后，所述氮化硅膜的折射率大于或等于1.90。
31.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，利用氫自由基處理所述氮化硅膜之前，所述氮化硅膜的蝕刻速率為利用緩沖氧化物蝕刻的氧化硅的蝕刻速率的2倍以上。
32.根據(jù)權利要求31所述的方法，其中，利用氫自由基處理所述氮化硅膜之后，所述氮化硅膜的蝕刻速率與利用緩沖氧化物蝕刻的氧化硅的蝕刻速率基本相同。
33.一種形成氮化硅膜的方法，包括通過對含硅/氮源氣體或含硅源氣體和含氮源氣體進行熱分解而在550℃以下的溫度以大于100/分鐘的沉積速率沉積氮化硅；以及利用由含氫氣體進行等離子體分解形成的氫自由基處理所述沉積的氮化硅膜而形成處理過的氮化硅膜。
34.根據(jù)權利要求33所述的方法，其中，所述含硅源氣體或所述含硅/氮源氣體選自由有機-乙或甲-硅烷或有機氨基-乙或甲-硅烷組成的組中。
35.根據(jù)權利要求33所述的方法，其中，所述含氫源氣體包括氨NH3。
36.根據(jù)權利要求33所述的方法，其中，所述含氫源氣體包括氫氣H2。
37.根據(jù)權利要求33所述的方法，其中，所述含氫源氣體包括氨NH3和氫H2。
38.根據(jù)權利要求33所述的方法，其中，利用氫自由基以5×1015個/cm2原子-1×1017個/cm2原子的流量處理所述沉積的氮化硅膜。
39.根據(jù)權利要求33所述的方法，其中，利用氫自由基處理所述沉積的氮化硅膜之前，所述氮化硅膜的氫濃度為15at.％以上，其大部分為Si-H形式的鍵，而利用氫自由基處理所述沉積的氮化硅膜之后，所述處理過的氮化硅膜的氫濃度為10at.％以下，Si-H鍵顯著減少。
40.根據(jù)權利要求33所述的方法，其中，所述等離子體分解在遠離用氫自由基處理所述氮化硅膜的室的另一個室中進行。
41.根據(jù)權利要求33所述的方法，其中，所述氮化硅膜在其進行沉積的同一個室中進行處理。
42.一種形成氮化硅膜的方法，包括通過對含硅/氮源氣體或含硅源氣體和含氮源氣體進行熱分解而沉積硅膜，其中所述含硅源或所述含硅/氮源氣體包括氯和碳；以及利用等離子體分解含氫氣體形成的氫自由基處理所述沉積的氮化硅膜而形成處理過的氮化硅膜。
43.一種形成氮化硅膜的方法，包括通過對含硅/氮源氣體或含硅源氣體和含氮源氣體進行熱分解而沉積氮化硅膜，其中，在沉積所述氮化硅膜之后，所述氮化硅膜的氫濃度為15at.％以上，碳濃度為10at.％以上；以及利用氫自由基處理所述沉積的氮化硅膜，直到所述氮化硅膜的氫濃度為10at.％以下，而碳濃度為5at.％以下。
44.根據(jù)權利要求43所述的方法，其中，所述氮化硅膜的氯濃度在所述膜被處理之前為1.0at.％以上，而在所述膜被處理之后為1.0at.％以下。
45.用于形成氮化硅膜的設備，包括襯底支架，其設置在室中用于支撐襯底；加熱器，其用于加熱放置在所述襯底支架上的襯底；氣體入口，其用于向所述室內(nèi)供給包括硅源氣體和氮源氣體和/或硅/氮源氣體的工藝氣體混合物；從含氫氣體生成氫自由基的裝置；以及處理器/控制器，其用于控制所述設備的操作，其中所述處理器/控制器包括存儲器，所述存儲器具有許多指令，其中包括用于將放置在所述襯底支架上的襯底加熱到550℃以下的溫度的指令；向所述室內(nèi)供給含硅源氣體和含氮源氣體或含硅/氮源氣體，同時加熱所述襯底而在所述襯底上形成氮化硅膜的指令，以及控制用于生成氫自由基的所述裝置的指令，所述氫自由基用于用氫自由基處理所述氮化硅膜。
全文摘要
本發(fā)明提供一種形成氮化硅膜的方法。根據(jù)本發(fā)明，通過對含硅/氮源氣體或者含硅源氣體和含氮源氣體進行熱分解來在低沉積溫度(例如小于550℃)下沉積氮化硅膜，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后的氮化硅膜。
文檔編號C23C16/56GK1735710SQ200380108258
公開日2006年2月15日 申請日期2003年12月18日 優(yōu)先權日2002年12月20日
發(fā)明者S·王, E·A·C·桑柴茲, A·陳 申請人:應用材料有限公司