含硅膜的等離子體增強周期化學氣相沉積的制作方法
【專利說明】含括膜的等離子體増強周期化學氣相沉積 陽OOU 本申請是申請日為2008年2月27日，申請?zhí)枮?00810088179. 5,發(fā)明名稱為"含 娃膜的等離子體增強周期化學氣相沉積"的發(fā)明專利申請的分案申請。
[0002] 相關申請的相互引用
[0003] 本申請要求于2007年2月27日提交的美國臨時專利申請No. 60/903, 734的優(yōu)先 權。
[0004] 發(fā)明背景 陽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氣相沉積（CVD)、 周期化學氣相沉積（CCVD)或原子層沉積（ALD)用于制造集成電路中。該工業(yè)應用的實 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。
[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 導體襯底上的方法，包括： 陽009] a.在遠距等離子體（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或多個Si-Hs片段的含娃源接觸W與所吸收的含 氧源反應，其中所述含娃源含有選自W下組中的一個或多個H3Si-NR°2(R°=SiHs，R，Ri或R2， 定義如下）基團，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個碳原子的脂族基團，其中式A中的R和Ri也 可W是環(huán)狀基團，且R2選自單鍵、畑2)。、環(huán)或SiHz，和
[0014] d.清除未反應的含娃源。
[0015] 本發(fā)明的另一實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體 襯底上的方法，包括：
[0016] a.在遠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或多個Si-Hs片段的含娃源接觸W與所吸收的含 氧源反應，其中所述含娃源含有選自W下組中的一個或多個H3Si-NR°2(R°=SiHs，R，Ri或R2， 定義如下）基團，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個碳原子的脂族基團，其中式A中的R和R1也 可W是環(huán)狀基團，且R2選自單鍵、畑2)。、環(huán)或SiHz，和
[0021] d.清除未反應的含娃源。
[0022] 附圖簡述
[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周 期化學氣相沉積的流程圖。
[0024] 圖2是在下述PEALD試驗條件下DIPAS的沉積速率與脈沖時間圖：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周期化學氣相沉積 的流程圖。
[0026] 圖4是實施例1所述的膜的FTIP光譜并在實施例2中進行討論。
[0027] 發(fā)明詳述
[0028] 本發(fā)明公開了由含有Si-Hs的燒氨基硅烷，優(yōu)選式巧iR2N)SiH3(其中R嘴R2獨立 地選自C2-C1。）W及氮源（優(yōu)選氨）進行等離子體增強周期化學氣相沉積氮化娃、碳氮化 娃、氧氮化娃、簇基氮化娃和滲碳的氧化娃的方法，使得膜與由熱化學氣相沉積獲得的膜相 比具有改進的特性，例如蝕刻速率、氨濃度和應力?；蛘?，該方法可按照原子層沉積（ALD)、 等離子體輔助原子層沉積（PAALD)、化學氣相沉積（CVD)、低壓化學氣相沉積（LPCVD)、等離 子體增強化學氣相沉積（PECVD)或旋轉涂布沉積（Spinon(^position) (SOD)來進行。
[0029] 等離子體增強周期化學氣相沉積氮化娃、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] 遠距等離子體室是AdvancedlinergyIndustries公司制造的LitmasRPSeLitmas WS是結合有固態(tài)RF功率輸出系統(tǒng)的圓柱形感應等離子體源（石英室）。水冷線圈卷繞在 室的周圍，為室提供冷卻并形成RF天線。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反應器是陽極化 侶且容納有100mm的娃襯底。ALD反應器具有包埋的盤形加熱部件，其從底部加熱的襯底。 也有包埋在反應器壁內的管式加熱器。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英寸處的遠距等離子體室內產生 氨等離子體（ammoniaplasma),并W預定體積流速、預定的時間供應到沉積室中。通常，通 過開啟遠距等離子體頭和ALD反應器之間的口閥（gatevalve),經(jīng)0. 1-80秒的一段時間將 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。沉積過程中， 供給到遠距等離子體室入口的氨的流速通常在1-lOOsccm范圍內。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，對原子層沉積來說優(yōu)選 200-400°C，對周期化學氣相沉積來說優(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品。
[0035] 在方法的第Ξ步驟中，有機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預定摩爾體積（例如1-100微摩爾）、W預定一段時間（優(yōu)選約0. 005-10秒）導入 到室中。娃前體與吸附在襯底表面上的氨自由基反應導致氮化娃的形成。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的有機氨基娃 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 除留在室中的有機氨基硅烷和任何的副產品。
[0037] 上述的四個方法步驟包括典型的ALD過程周期。該ALD過程周期重復若干次直到 獲得所需的膜厚度。
[0038] 圖2顯示了襯底溫度為400°C時的典型ALD飽和曲線。
[0039] 等離子體增強周期化學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英寸處的遠距等離