含硅膜的等離子體增強(qiáng)周期化學(xué)氣相沉積的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】含括膜的等離子體増強(qiáng)周期化學(xué)氣相沉積 陽(yáng)OOU 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2008年2月27日，申請(qǐng)?zhí)枮?00810088179. 5,發(fā)明名稱(chēng)為"含 娃膜的等離子體增強(qiáng)周期化學(xué)氣相沉積"的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0002] 相關(guān)申請(qǐng)的相互引用
[0003] 本申請(qǐng)要求于2007年2月27日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 60/903, 734的優(yōu)先 權(quán)。
[0004] 發(fā)明背景 陽(yáng)0化]電子器件制造業(yè)已經(jīng)把氮化娃、碳氮化娃和氧氮化娃的化學(xué)氣相沉積（CVD)、 周期化學(xué)氣相沉積（CCVD)或原子層沉積（ALD)用于制造集成電路中。該工業(yè)應(yīng)用的實(shí) 例包括：US2003/0020111;US2005/0048204A1;US4720395;US7, 166, 516 ;Gumpher， J.，W.Bather，N.Mehta和D.Wedel."CharacterizationofLow-TemperatureSilicon NitrideLPCVDfromBis(tertiary-butylamino)silaneandAmmonia. "'Tourn曰 1ofThe ElectrochemicalSocietvl51(5) :(2004)G353-G359:US2006/045986；US2005/152501 ； US2005/255714；US7, 129, 187；US2005/159017；US6, 391,803；US5, 976, 991；US 2003/0059535;US日，234,869 ;JP2006-301338;US2006/087893;US2003/26083;US 2004/017383；US2006/0019032；US2003/36097；US2004/044958；US6, 881, 636；US 6,963, 101 ;US2001/0000476 ;和US2005/129862。如下所述，本發(fā)明提供在襯底上將含娃膜 如氮化娃、碳氮化娃、氧氮化娃和滲碳的氧化娃的CVD或ALD的現(xiàn)有工業(yè)方法的改進(jìn)。
[0006] 發(fā)明概述
[0007] 本發(fā)明是將含娃膜如氮化娃、碳氮化娃、氧氮化娃和滲碳的氧化娃沉積到襯底上 的方法。
[0008] 本發(fā)明的實(shí)施方式之一是將氮化娃、碳氮化娃、氧氮化娃和簇基氮化娃沉積到半 導(dǎo)體襯底上的方法，包括： 陽(yáng)009] a.在遠(yuǎn)距等離子體（remoteplasma)條件下使含氮源與加熱的襯底相接觸W在 所述加熱的襯底上吸收至少一部分含氮源，
[0010] b.清除任何未吸收的含氮源，
[0011] C.使所述加熱的襯底與具有一個(gè)或多個(gè)Si-Hs片段的含娃源接觸W與所吸收的含 氧源反應(yīng)，其中所述含娃源含有選自W下組中的一個(gè)或多個(gè)H3Si-NR°2(R°=SiHs，R，Ri或R2， 定義如下）基團(tuán)，該組包括一種或多種的：
[0012]
[0013] 其中，式中的R和Ri代表具有2-10個(gè)碳原子的脂族基團(tuán)，其中式A中的R和Ri也 可W是環(huán)狀基團(tuán)，且R2選自單鍵、畑2)。、環(huán)或SiHz，和
[0014] d.清除未反應(yīng)的含娃源。
[0015] 本發(fā)明的另一實(shí)施方式是將氧氮化娃、簇基氮化娃和滲碳的氧化娃沉積到半導(dǎo)體 襯底上的方法，包括：
[0016] a.在遠(yuǎn)距等離子體條件下使含氧源與加熱的襯底相接觸W在所述加熱的襯底上 吸收至少一部分含氧源，
[0017] b.清除任何未吸收的含氧源，
[0018] C.使所述加熱的襯底與具有一個(gè)或多個(gè)Si-Hs片段的含娃源接觸W與所吸收的含 氧源反應(yīng)，其中所述含娃源含有選自W下組中的一個(gè)或多個(gè)H3Si-NR°2(R°=SiHs，R，Ri或R2， 定義如下）基團(tuán)，該組包括一種或多種：
[0019]
[0020] 其中，式中的R和Ri代表具有2-10個(gè)碳原子的脂族基團(tuán)，其中式A中的R和R1也 可W是環(huán)狀基團(tuán)，且R2選自單鍵、畑2)。、環(huán)或SiHz，和
[0021] d.清除未反應(yīng)的含娃源。
[0022] 附圖簡(jiǎn)述
[0023] 圖1是典型的用于氮化娃、碳氮化物、氧氮化娃和簇基氮化娃的等離子體增強(qiáng)周 期化學(xué)氣相沉積的流程圖。
[0024] 圖2是在下述PEALD試驗(yàn)條件下DIPAS的沉積速率與脈沖時(shí)間圖：等離子體功率 為1. 39kW的5sccm的NHsUOsccm的吹掃氣體成、襯底溫度400°C、不誘鋼容器中的DIPAS 為 40〇C。
[00巧]圖3是典型的用于氧氮化娃和滲碳的氧化娃的等離子體增強(qiáng)周期化學(xué)氣相沉積 的流程圖。
[0026] 圖4是實(shí)施例1所述的膜的FTIP光譜并在實(shí)施例2中進(jìn)行討論。
[0027] 發(fā)明詳述
[0028] 本發(fā)明公開(kāi)了由含有Si-Hs的燒氨基硅烷，優(yōu)選式巧iR2N)SiH3(其中R嘴R2獨(dú)立 地選自C2-C1。）W及氮源（優(yōu)選氨）進(jìn)行等離子體增強(qiáng)周期化學(xué)氣相沉積氮化娃、碳氮化 娃、氧氮化娃、簇基氮化娃和滲碳的氧化娃的方法，使得膜與由熱化學(xué)氣相沉積獲得的膜相 比具有改進(jìn)的特性，例如蝕刻速率、氨濃度和應(yīng)力?；蛘撸摲椒砂凑赵訉映练e（ALD)、 等離子體輔助原子層沉積（PAALD)、化學(xué)氣相沉積（CVD)、低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD)、等離 子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD)或旋轉(zhuǎn)涂布沉積（Spinon(^position) (SOD)來(lái)進(jìn)行。
[0029] 等離子體增強(qiáng)周期化學(xué)氣相沉積氮化娃、碳氮化娃、氧氮化娃和簇基氮化娃的典 型周期示于圖1中。
[0030] 遠(yuǎn)距等離子體室是AdvancedlinergyIndustries公司制造的LitmasRPSeLitmas WS是結(jié)合有固態(tài)RF功率輸出系統(tǒng)的圓柱形感應(yīng)等離子體源（石英室）。水冷線(xiàn)圈卷繞在 室的周?chē)瑸槭姨峁├鋮s并形成RF天線(xiàn)。頻率操作范圍在1.9MHZ-3. 2MHz。DC輸出功率范 圍為 100W-1500W。
[0031]ALD系統(tǒng)是CambridgeNanoTech公司制造的Savann址100。ALD反應(yīng)器是陽(yáng)極化 侶且容納有100mm的娃襯底。ALD反應(yīng)器具有包埋的盤(pán)形加熱部件，其從底部加熱的襯底。 也有包埋在反應(yīng)器壁內(nèi)的管式加熱器。前體閥總管包封在加熱器中，加熱封套用于加熱前 體容器。在前體閥總管中的ALD閥是Ξ通閥，可向ALD反應(yīng)器中連續(xù)地供給lO-lOOsccm的 惰性氣體。
[0032] 氮化娃、碳氮化娃、氧氮化娃和簇基氮化娃的沉積方法描述如下。
[0033] 在方法的第一步驟中，安裝在沉積室上游約12英寸處的遠(yuǎn)距等離子體室內(nèi)產(chǎn)生 氨等離子體（ammoniaplasma),并W預(yù)定體積流速、預(yù)定的時(shí)間供應(yīng)到沉積室中。通常，通 過(guò)開(kāi)啟遠(yuǎn)距等離子體頭和ALD反應(yīng)器之間的口閥（gatevalve),經(jīng)0. 1-80秒的一段時(shí)間將 氨等離子體供給到ALD室中W使氨自由基被充分的吸附，使得襯底表面飽和。沉積過(guò)程中， 供給到遠(yuǎn)距等離子體室入口的氨的流速通常在1-lOOsccm范圍內(nèi)。等離子體室中的PF功 率在100W-1500W之間變化。沉積溫度是常規(guī)的，范圍約200-600°C，對(duì)原子層沉積來(lái)說(shuō)優(yōu)選 200-400°C，對(duì)周期化學(xué)氣相沉積來(lái)說(shuō)優(yōu)選400-600°C。示例性的壓力從50mtorr-100torr。 此外，氨中其他的含氮源能夠是氮、阱、單烷基阱、二烷基阱和其混合物。
[0034] 在方法的第二步驟中，惰性氣體如Ar、N2或化可用于從室中吹掃未反應(yīng)的氨自由 基。通常在周期沉積方法中，氣體如ΑινΝζ或化WlO-lOOsccm的流速供入到室中，從而清 除留在室中的氨自由基和任何的副產(chǎn)品。
[0035] 在方法的第Ξ步驟中，有機(jī)氨基硅烷諸如二乙基氨基硅烷值EA巧、二異丙基氨基 硅烷值IPA巧、二叔下基氨基硅烷值TBA巧、二仲下基氨基烷基、二叔戊基氨基硅烷和其混 合物W預(yù)定摩爾體積（例如1-100微摩爾）、W預(yù)定一段時(shí)間（優(yōu)選約0. 005-10秒）導(dǎo)入 到室中。娃前體與吸附在襯底表面上的氨自由基反應(yīng)導(dǎo)致氮化娃的形成。使用了常規(guī)的沉 積溫度 200-500°C和壓力SOmtorr-lOOtorr。
[0036] 在方法的第四步驟中，用惰性氣體如Ar、N2或化從室中吹掃未反應(yīng)的有機(jī)氨基娃 燒。通常在周期沉積方法中，氣體如Ar、N2或化WlO-lOOsccm的流速供入到室中，從而清 除留在室中的有機(jī)氨基硅烷和任何的副產(chǎn)品。
[0037] 上述的四個(gè)方法步驟包括典型的ALD過(guò)程周期。該ALD過(guò)程周期重復(fù)若干次直到 獲得所需的膜厚度。
[0038] 圖2顯示了襯底溫度為400°C時(shí)的典型ALD飽和曲線(xiàn)。
[0039] 等離子體增強(qiáng)周期化學(xué)氣相沉積氧氮化娃和滲碳的氧化娃的典型周期示于圖3 中。
[0040] 在方法的第一步驟中，安裝在沉積室上游約12英寸處的遠(yuǎn)距等離