專利名稱：用于提高介電薄膜的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體工藝，更具體地本發(fā)明涉及一種用于在低壓、熱壁、快速熱處理的系統(tǒng)中在基片上淀積介電薄膜的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
未來(lái)的半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)需要一種用于MOS晶體管的柵極和電容器電介質(zhì)的介電薄膜。隨著集成電路器件的尺寸縮小，常規(guī)的電介質(zhì)例如二氧化硅(SiO2)將到達(dá)它的物理極限。例如，由于直接電流的隧道泄漏，低于20埃的厚度，SiO2柵電介質(zhì)就不再具有絕緣膜的功能。因此，SiO2電介質(zhì)就很快成為器件設(shè)計(jì)和制造中的一個(gè)限制因數(shù)，積極地尋找一種具有高介電常數(shù)的新的電介質(zhì)材料以便提供高電容而不損害柵極漏電流。
已經(jīng)公認(rèn)氮化硅(Si3N4)是作為晶體管柵介質(zhì)和電容器介質(zhì)的氧化硅的替代物之一。氮化硅具有大約8的介電常數(shù)，幾乎是氧化硅的兩倍，可以制造出比相應(yīng)的氧化層更厚的氮化硅，而仍然可以獲得相同的電容。較厚的薄膜比較薄的薄膜更容易制造并獲得較好的電特性，例如較低的漏電流、較高的擊穿、以及對(duì)于硼(雜質(zhì))滲透的更高的阻抗等等。與未來(lái)的柵介質(zhì)的相等的氧化物厚度(EOT)需要小于15一樣，低于20厚度的氮化物薄膜的均勻厚度控制是至關(guān)重要的。
在成批的爐子中傳統(tǒng)地在低壓下從二氯硅烷(DCS)和氨中制造氮化硅薄膜。當(dāng)每一批同時(shí)處理多個(gè)基片時(shí)，淀積速率非常低，例如大約5-10/分鐘。快速熱處理(RTP)是在集成電路(IC)制造中的突出技術(shù)和用于常規(guī)的成批爐子處理的潛在的替代方法。RTP需要較短的處理循環(huán)時(shí)間并提供較好的溫度控制，其有助于獲得較高的產(chǎn)量和較好的薄膜一致性。當(dāng)未來(lái)的晶片制造到達(dá)300mm的直徑尺寸時(shí)，RTP具有與先進(jìn)的批處理一樣的競(jìng)爭(zhēng)潛能。RTP公知的應(yīng)用包括薄膜柵介質(zhì)的形成、離子注入退火、多晶硅化學(xué)氣相淀積(CVD)、以及硅化鈦或硅化鈷的形成。
美國(guó)專利No.5932286描述了一種在采用外設(shè)燈作為熱源的冷壁快速熱CVD(RTCVD)系統(tǒng)中淀積氮化硅薄膜的方法。使用二氯硅烷的冷壁RTCVD系統(tǒng)的一個(gè)問(wèn)題是在淀積處理期間產(chǎn)生的作為下列縮合反應(yīng)的產(chǎn)品的固態(tài)氯化銨(NH4Cl)的形成
固態(tài)NH4Cl的形成降低了淀積薄膜的電性質(zhì)并減少淀積過(guò)程的產(chǎn)量。為了避免這種問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)冷壁RTCVD系統(tǒng)的通常使用不含氯的硅烷作為硅源。通常通過(guò)熱CVD)在700-900℃下或者通過(guò)等離子增強(qiáng)CVD(PECVD)在200-400℃下淀積硅烷基氮化物薄膜，其需要NH3到SiH4的高氣流速比來(lái)進(jìn)行Si3N4的化學(xué)計(jì)量控制。此外，電容器應(yīng)用常常需要得平面器件結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)中共形(conformality)的電容器層是重要的。共形的硅烷基氮化物薄膜不如共形的二氯硅烷(DCS)基氮化物薄膜。進(jìn)一步地，由硅烷淀積的薄膜包含顯著數(shù)量的氫、典型地為大約10原子％或更高，其降低了氮化物膜的電特性。此外，在硅基片上通過(guò)PECVD淀積的硅烷基氮化物膜與硅具有低劣的界面并且由于界面處的高陷阱密度而出現(xiàn)漏電。結(jié)果，當(dāng)采用通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)方法淀積的氮化硅膜作為介質(zhì)時(shí)，DRAM存儲(chǔ)電容器將承受大約3.5-4.0nm的均勻性限制和漏電流限制。因此，需要用于形成介電膜的改進(jìn)系統(tǒng)和工藝。
發(fā)明的概述因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于淀積用于柵極、電容器和其它IC器件的介電膜的系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種采用含氯硅源的淀積介電膜的系統(tǒng)和方法以便提供適合于這些薄膜的優(yōu)良的電特性。
通過(guò)采用低壓熱壁快速熱處理系統(tǒng)的本淀積方法可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這些和其它目的。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，提供一種在基片的表面上淀積氮化硅膜的方法。方法包括在熱壁快速熱處理室中提供基片；調(diào)整處理室的壓力到從大約0.01至10乇的范圍；使含氯硅前體與氨在550℃至900℃的溫度下反應(yīng)以在基片上形成氮化硅膜。含氯硅前體可以從SiH2Cl2、SiH3Cl、SiHCl3、SiCl4和Si2Cl6中選擇。含氯硅前體優(yōu)選SiH2Cl2(DCS)。含氯硅前體與氨的比率優(yōu)選從大約1∶3至1∶10。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，提供一種在基片的表面上淀積高溫氧化硅(HTO)的方法。方法包括在熱壁快速熱處理室中提供基片；調(diào)整處理室的壓力到從大約0.01乇至10乇的范圍；使硅前體與含有例如N2O、NO、O2或它們的任何組合的含氧前體在550℃至1000℃的溫度下反應(yīng)以在基片上形成氧化硅膜。硅前體可以從SiH2Cl2、SiH3Cl、SiClH3、SiCl4、SiCl6、SiH4、Si(OC2H6)4和氨基硅烷中選擇。硅前體優(yōu)選SiH2Cl2(DCS)。硅前體與含氧氣體的比率優(yōu)選從大約1∶3至1∶10的范圍。
在又一實(shí)施方案中，提供一種在基片的表面上淀積氮氧化物膜的方法。方法包括在熱壁快速熱處理室中提供基片；調(diào)整熱壁淀積處理室的壓力到從大約0.1乇至10乇的范圍；使硅前體與氨和N2O的混合物在550至1000℃的溫度下反應(yīng)以在基片上形成氮氧化物膜。硅前體可以從SiH2Cl2、SiH3Cl、SiClH3、SiCl4、Si2Cl6、SiH4、Si(OC2H5)4和氨基硅烷中選擇，優(yōu)選SiH2Cl2(DCS)。硅前體與NH3和N2O的混合物的比率優(yōu)選從大約1∶3至1∶10。
在本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施方案中，提供一種在基片的表面上淀積多層氧化硅和氮化硅膜的方法。方法包括在熱壁快速熱處理室中提供基片；調(diào)整處理室的壓力到從大約0.01至10乇的范圍；使含硅前體與含氧前體例如N2O、NO、O2或它們的任何組合在550℃至1000℃的溫度下反應(yīng)以在基片上形成氧化硅膜，使硅前體與氨在550℃至900℃范圍的溫度下反應(yīng)以在氧化硅膜之上形成氮化硅膜。
附圖的簡(jiǎn)要描述本發(fā)明的這些和其它目的可以通過(guò)閱讀下面提供的本發(fā)明的詳細(xì)描述和附加的權(quán)利要求書(shū)并參照附圖更好地理解，其中

圖1簡(jiǎn)要地示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的低壓熱壁快速熱處理反應(yīng)器。
圖2是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案在0.5乇的壓力下從二氯硅烷(DCS)與氨(NH3)(二者之比為1∶3)淀積氮化硅(Si3N4)的速率簡(jiǎn)圖。
圖3是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案在10個(gè)晶片上淀積40Si3N4薄膜的有關(guān)薄膜的厚度和均勻性的重復(fù)測(cè)試圖。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案在構(gòu)圖的基片上淀積的Si3N4薄膜的SEM圖象的剖面圖。
圖5是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案用于生長(zhǎng)20干氧化物膜的有關(guān)薄膜的厚度和均勻性的重復(fù)檢測(cè)圖。
圖6是說(shuō)明隨后通過(guò)在氧化氮(NO)中生長(zhǎng)并于1050℃再氧化的25干氧化物膜的SIMS深度剖面圖。
圖7是170高溫氧化物一氮化硅層疊膜(HTO/Si3N4/HTO)的AES深度剖面圖。
圖8是說(shuō)明由本發(fā)明形成的氧化物/氮化物膜和通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)方法形成的薄膜的電流密度與相同氧化物厚度(EOT)的關(guān)系圖。
圖9A和9B是分別說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案在表3中的晶片No.15上淀積的薄膜的C-V曲線和I-V曲線圖。
圖10A和10B分別是說(shuō)明采用現(xiàn)有技術(shù)方法在表3中的晶片No.13上淀積的薄膜的C-V曲線和I-V曲線圖。
圖11A和11B是分別說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案在表4中的晶片No.9上淀積的薄膜的C-V曲線和I-V曲線圖。
圖12是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案在表4中的晶片No.1-13上形成的氮化物或氧化物膜的EOT與電流密度關(guān)系圖。
圖13是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案在表5中的晶片No.1-6上淀積的薄膜的Vfb與退火溫度的關(guān)系圖。
圖14-19是分別說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案在表5中的晶片No.1-6上淀積的薄膜的V-C曲線圖。
本發(fā)明的詳細(xì)描述圖1簡(jiǎn)要地示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的低壓熱壁快速熱處理反應(yīng)器10。熱壁RTP反應(yīng)器10包括內(nèi)部承載單一晶片20的室14。室14的壁優(yōu)選石英制成?？拷?4的上端設(shè)置多個(gè)加熱元件12。適合的加熱元件包括與計(jì)算機(jī)(未示出)控制的電源耦合的電阻加熱元件。在室14的內(nèi)部和靠近其上端設(shè)置優(yōu)選石英制成的恒溫板13。加熱元件12和恒溫板13作為RTP反應(yīng)器10使用的熱源。恒溫板13可以放置在室14中或在室14的頂部。恒溫板13接收從加熱元件12輻射的熱射線并將二次熱射線輻射進(jìn)入室14。恒溫板13能夠在基片20的表面產(chǎn)生更加均勻的熱分布。
熱壁RTP反應(yīng)器10還包括靠近室14的側(cè)壁的一個(gè)或多個(gè)絕緣側(cè)壁24。在絕緣側(cè)壁24和室14的側(cè)壁之間提供有熱裝置(未示出)以便加熱室14的側(cè)壁以更加精確地控制室14之中的溫度。
由與升降器26連接的平臺(tái)22支撐單一基片20，該升降器用于將基片20送入并移出室14。在室14的側(cè)壁處設(shè)置并連接到一個(gè)或多個(gè)將氣體中的一種氣體或混合物送入室14的氣體導(dǎo)管(未示出)的一個(gè)或多個(gè)氣體入口16。選擇通過(guò)每個(gè)氣體入口16的氣體濃度和流速以便產(chǎn)生優(yōu)化工藝均勻性的反應(yīng)氣體流和濃度。排氣管18設(shè)置在室14的與氣體入口16相對(duì)的側(cè)壁處并連接到泵28用于從室14排氣。雖然已經(jīng)描述了一種具體的熱壁RTP反應(yīng)器，但本發(fā)明并不限制于這種具體的設(shè)計(jì)，并且其它熱壁RTP反應(yīng)器可以應(yīng)用在本發(fā)明中。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種通過(guò)采用低壓熱壁RTP反應(yīng)器例如但不限制于圖1中所示的反應(yīng)器例子、使含硅前體的氯與氨反應(yīng)在基片的表面上淀積氮化硅(Si3N4)膜的方法。
用于淀積氮化物膜采用的適合的含前體的氯包括，但不限制于SiH2Cl2、SiH3Cl、SiHCl3、SiCl4、Si2Cl6、SiH4和氨硅烷。優(yōu)選采用SiH2Cl2(DCS)作為含有前體的氯。DCS與NH3的比率優(yōu)選為大約1∶3至1∶10，最好為大約1∶5。
優(yōu)選在高于大約500℃的溫度下進(jìn)行處理，更加優(yōu)選在大約550℃至900℃的范圍，最好為大約600℃至800℃的溫度。熱壁反應(yīng)器10的室14的壓力優(yōu)選調(diào)整到大約0.01至10乇的范圍，更優(yōu)選為大約0.1至5乇。
在基片上的氮化物膜的淀積速率優(yōu)選為從大約15/min至150/min。可以獲得低于0.8％(1σ)的氮化物膜的厚度均勻度。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種通過(guò)采用低壓熱壁RTP反應(yīng)器，例如但不局限于圖1所示的反應(yīng)器，使硅前體與一氧化二氮(N2O)和/或氧化氮(NO)和/或O2反應(yīng)，在基片的表面上淀積高溫氧化硅膜的方法，。
適合用于淀積氧化物膜的硅前體包括但不局限于SiH2Cl2、SiH3Cl、SiClH3、SiCl4、Si2Cl6、SiH4、Si(OC2H5)4、(TEOS)和氨基硅烷。優(yōu)選采用SiH2Cl2(DCS)作為硅前體。DCS與N2O和/或NO和/或O2的比率優(yōu)選為大約1∶3至1∶10，更加優(yōu)選為1∶5。
優(yōu)選在從大約550至1000℃范圍的溫度下進(jìn)行處理，更加優(yōu)選在從大約600℃至900℃的溫度，最好從大約700℃至900℃。熱壁RTP反應(yīng)器10的室14的壓力優(yōu)選調(diào)整到從大約0.01至10乇的范圍，更優(yōu)選為從0.1至5乇。
本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在薄的氧化物中加入氮可以提高柵極氧化物的特性。具體地，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案提供發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的用于在薄膜中加入氮的巨大優(yōu)點(diǎn)，以便增強(qiáng)抑制從多晶硅柵極的硼滲入并提高器件的可靠性。然而，因?yàn)樵谘趸锬ず凸杌g的界面處的過(guò)量的氮會(huì)降低器件的性能，所以加入到氧化物膜中的氮的數(shù)量應(yīng)當(dāng)被嚴(yán)格地控制。加入氮的量?jī)?yōu)選為從大約1至10峰值原子％。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種通過(guò)采用例如但不局限于圖1所示的熱壁RTP反應(yīng)器10，使硅前體與NH3和N2O的混合物反應(yīng)，在基片的表面上淀積氮氧化物膜的方法。
在本方法中采用的適合的硅前體包括SiH2Cl2、SiH3Cl、SiClH3、SiCl4、Si2Cl6、SiH4、Si(OC2H5)4和氨基硅烷。優(yōu)選SiH2Cl2(DCS)作為硅前體。DCS與NH3和N2O的混合物的比率優(yōu)選從大約1∶3至1∶10，更優(yōu)選為大約1∶5。
優(yōu)選在從大約550至1000℃范圍的溫度下進(jìn)行處理，更優(yōu)選從大約700至800℃。熱壁RTP反應(yīng)器10的室14的壓力優(yōu)選調(diào)整到大約從大約0.01至10乇的范圍，更優(yōu)選為從0.1至5.0乇。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種采用低壓熱壁RTP反應(yīng)器10在基片的表面上淀積多層介電膜的方法。方法包括首先通過(guò)使硅前體與含有例如N2O、NO、O2或它們的任何一種組合的前體的氧反應(yīng)在基片的表面上淀積氧化物層、然后通過(guò)使硅前體與NH3或NH3和N2O的混合物反應(yīng)在氧化物層之上淀積氮化物或氮氧化物層。在本實(shí)施方案中，方法還進(jìn)一步包括通過(guò)硅前體與含有前體的氧反應(yīng)在氮化物層之上淀積第三氧化層。
由本發(fā)明制造的介電膜具有優(yōu)良的電特性例如高擊穿電壓和低漏電流，這是在DRAM和非易失性存儲(chǔ)器件中的薄膜絕緣膜應(yīng)用所需要的。在氮化物膜的淀積中，熱壁RTP反應(yīng)器抑制了固態(tài)NH4Cl的形成，由此提高了形成的薄膜的電特性。
下面提供的實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，但不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。在實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)橢圓對(duì)稱(Ellipsometry)(49點(diǎn)、排除3mm的邊緣)測(cè)量薄膜厚度、均勻性和折射系數(shù)。采用盧瑟福背散射能譜儀(RBS)和氫前向散射(Hydrogen Forward Scattering)(HFS)光譜儀分析薄膜的化學(xué)組分。通過(guò)俄歇電子能譜分析技術(shù)(Auger Electron Spectroscopy)(AES)分析氧化物/氮化物/氧化物疊層膜的深度剖面。采用剖面掃描電子顯微鏡(SEM)評(píng)估覆蓋硅晶片的SiO2上淀積的氮化物膜的臺(tái)階范圍。
實(shí)施例1本實(shí)施例說(shuō)明由二氯硅烷(DCS)和氨低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)氮化硅膜。
淀積40氮化硅膜晶片溫度在大約695℃至800℃的范圍，DCS∶NH3的比率為1∶3(25-75sccm)，低于0.5乇的壓力范圍。在735℃下10個(gè)晶片連續(xù)淀積獲得40.7的平均厚度、晶片之內(nèi)的0.55％(1σ)均勻度以及晶片-與-晶片的0.50％(1σ)均勻度，如圖3中所示。
在700℃下淀積低于0.8％(1σ)厚度均勻度的20氮化硅膜用于薄柵極介質(zhì)的應(yīng)用。
為了在折射系數(shù)測(cè)量中更精確，同樣生長(zhǎng)較厚的氮化物膜。在上述的條件下延長(zhǎng)淀積到30分鐘提供范圍從400至1000厚度和1.99至2.01的折射系數(shù)的氮化物膜，其與化學(xué)計(jì)量的Si3N4的文獻(xiàn)值2.00±0.01一致。薄膜中的N∶Si比率的RBS分析顯示為大約1.3。
表1示出通過(guò)盧瑟福背散射光譜儀(Rutherford BackscatteringSpectroscopy)(RBS)(用于Si、N和Cl)和氫前向散射(Hydrogen-ForwardScattering)(HFS)(用于H)光譜儀的組分分析結(jié)果。為了比較，DCS∶NH3比率從1∶3至1∶5變化，淀積溫度從730℃至780℃變化，但折射系數(shù)和N與Si的比率保持1.33的恒定值或接近1.33。在這些薄膜中觀察到?jīng)]有組分的顯著變化。薄膜中的氧濃度低于檢測(cè)限制(＜1原子％)。薄膜中加入的Cl的濃度隨著淀積溫度增加而下降。與淀積的薄膜中的加入的氫比給定條件下從硅烷中淀積的薄膜的氫要低。
表1.通過(guò)RES和HFS對(duì)DCS-基氮化物膜組分分析
圖2是說(shuō)明在從695℃下的15/分到800℃下的89/分范圍的氮化物淀積速率的Arhenius圖。從淀積速率相對(duì)于淀積溫度倒數(shù)的Arrhenius圖，得出該CVD工藝的激活能量(Ea)為1.49eV，該激活能量與從成批爐處理測(cè)量的現(xiàn)有技術(shù)的值相比，并說(shuō)明淀積條件為系統(tǒng)限制的表面反應(yīng)。
圖4是在740℃下大于40的淀積的條件下在構(gòu)圖的基片(Si上SiO2)上淀積的氮化物膜的SEM剖面圖。SEM表明在縱橫尺寸比達(dá)到6的小于0.1mm寬度的溝槽上的共形的覆蓋。
實(shí)施例2本實(shí)施例說(shuō)明常壓熱氧化工藝。
在950℃下30秒的第二氧化步驟生長(zhǎng)20的干氧化膜。獲得具有19.5的平均厚度的氧化膜、晶片內(nèi)的均勻度平均為0.64％(1σ)以及晶片-與-晶片的0.47％(1σ)均勻度。圖5是說(shuō)明在10個(gè)晶片上重復(fù)測(cè)試20干氧化膜的圖。
在1050℃下在氧化氮(NO)環(huán)境中進(jìn)行20秒干法氧化、隨后在相同的溫度下原處再次氧化85秒。這種兩步工藝提供厚度均勻度為0.5-0.7％(1σ)的25氧化膜。
圖6是說(shuō)明隨后通過(guò)在1050℃下再次氧化在NO中生長(zhǎng)的25干氧化膜的SIMS深度剖面圖。薄膜中加入有3.8％氮的峰值量。它顯示氮的峰值位于大約20的深度、稍微位于SiO2/Si界面之上。
實(shí)施例3本實(shí)施例說(shuō)明采用圖1中說(shuō)明的典型熱壁RTP反應(yīng)器在基片上的原處依次低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)多層膜(氧化物/氮化物/氧化物)。
在800℃下通過(guò)依次開(kāi)啟從DCS/N2O到DCS/NH3、然后到DCS/N2O的反應(yīng)氣體淀積50氧化物(上)/80氮化物(中)/40氧化物(底)的多層膜。圖7示出170多層(氧化物/氮化物/氧化物)膜的AES深度剖面。
實(shí)施例4本實(shí)施例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的方法形成的多層介電膜。
圖8是說(shuō)明相對(duì)于由本發(fā)明形成的氧化物/氮化物膜和通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)方法形成的薄膜的EOT的電流密度圖。表2列出了多層膜的電特性。圖8和表2示出根據(jù)本發(fā)明的方法制造的用于薄柵極氧化物-氮化物(ON)疊層應(yīng)用的DCS基氮化物膜，其與硅烷基氮化物膜比較時(shí)具有優(yōu)良的電特性。
表2.氧化物/氮化物疊層膜的電特性
下面的表3總結(jié)了采用本發(fā)明的方法的用于在基片上淀積多層膜的另一組試驗(yàn)。由DCS和SiH4在硅基片上生長(zhǎng)20厚度的氮化物膜。
表3.氧化物/氮化物疊層和氯化物膜的電特性
圖9A和9B是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案在表3中的晶片No.15上淀積的薄膜的C-V和I-V曲線圖。由20的DCS基氮化物(晶片No.15)的C-V測(cè)試(圖9A)得出22的EOT。該薄膜的電流密度在-1.5V處為5.02×10-4A/cm2(圖10B)。圖10A和10B是說(shuō)明采用現(xiàn)有技術(shù)的方法在表3中的晶片No.13上淀積的薄膜的C-V和I-V曲線圖。對(duì)于20的硅烷基氮化物(晶片No.13)，觀測(cè)到(圖10A)沒(méi)有電容聚集，并且電流密度在-1.5V處為8.12A/cm2(圖10B)。表3中的晶片No.15和13上的薄膜和圖9A-9B以及圖10A-10B的電特性比較清楚地表明本發(fā)明的DCS基氮化物膜比硅烷基氮化物展示出更好的電特性。DCS基氮化物優(yōu)于硅烷基氮化物膜的電特性可以至少部分地歸結(jié)于在利用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法獲得的淀積薄膜中易于Si3N4的化學(xué)計(jì)量控制并更少地滲入氫。
表4總結(jié)了采用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的方法用于在P型基片上淀積氮化物和氧化物膜的另一組試驗(yàn)。由DCS在8”P(pán)型主晶片上生長(zhǎng)15厚度的氮化物膜和干氧化物膜以形成NMOS。
表4.NMOS薄膜的工藝條件和電特性
圖11A和11B是分別說(shuō)明在表4中的晶片No.9上淀積的薄膜的C-V和I-V曲線圖。圖12是說(shuō)明表4中的晶片No.1-13上形成的氮化物或氧化物膜的EOT與電流密度的關(guān)系圖。表4和圖11A-11B及圖12清楚地表明根據(jù)本發(fā)明地方法淀積地介電膜地優(yōu)良的電特質(zhì)。
實(shí)施例5本實(shí)施例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的方法形成的另一組多層介電膜以及這些薄膜的硼抑制效應(yīng)。
表5總結(jié)了根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施方案用于在N型基片上淀積氮化物膜和氮化物/氧化物膜的試驗(yàn)。由DCS和SiH4在8”n型主晶片上生長(zhǎng)氮化物膜和干氧化物膜以形成PMOS。
表5.PMOS薄膜的工藝條件和電特性
圖13是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案在表5中的晶片No.1-6上淀積的薄膜的Vfb與退火溫度的關(guān)系曲線。圖14-19是分別說(shuō)明表5中晶片No.1-6上淀積的薄膜的V-C曲線圖。圖14-19和表5清楚地表明根據(jù)本發(fā)明淀積的薄膜的優(yōu)良的電特性。
為了說(shuō)明和描述的目的，已經(jīng)提出了本發(fā)明的具體實(shí)施方案和實(shí)施例的前面的描述，盡管通過(guò)確信的前述實(shí)施例已經(jīng)說(shuō)明了本發(fā)明，但不應(yīng)當(dāng)解釋為僅限制于此。并不想遺漏它們或以公開(kāi)的精確形式來(lái)限制本發(fā)明，根據(jù)上述教導(dǎo)明顯地可以進(jìn)行許多修改、實(shí)施方案和變化。希望本發(fā)明的范圍包含在此公開(kāi)的一般性領(lǐng)域并包含此處附加的權(quán)利要求書(shū)以及它們的相似內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種在基片的表面上淀積介電膜的方法，包括在熱壁快速熱處理室中提供基片；以及使含氯硅前體與氨和/或含有前體的氧反應(yīng)以在基片的表面上形成介電膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中處理室保持從大約0.01至10乇的壓力，并以含氯硅前體與氨之比從大約1∶3至大約1∶10、在從大約550至大約900℃的溫度下使含氯硅前體與氨反應(yīng)以在基片上形成氮化硅膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中處理室保持從大約0.1大約至5乇的壓力，使含氯硅前體與氨在從大約600℃至800℃范圍的溫度下反應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的方法，其中包含硅前體的氯選自SiH2Cl2、SiH3Cl、SiHCl3、SiCl4和Si2Cl6組成的組
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中處理室保持從大約0.01至10乇的壓力，并以硅前體與含有前體的氧之比從大約1∶3至大約1∶10、在從大約550℃至大約1000℃的溫度下使硅前體與含有前體的氧反應(yīng)以在基片上形成氧化硅膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中處理室保持從大約0.1至大約5乇的壓力，并使硅前體與含有前體的氧在從大約700℃至大約900℃的溫度下反應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6的方法，其中硅前體選自SiH2Cl2、SiH3Cl、SiClH3、SiCl4、Si2Cl6、SiH4、Si(OC2H5)4和氨基硅烷，含有前體的氧選自N2O、NO、O2和它們的任何組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中處理室保持從大約0.01至10乇的壓力，并使硅前體與NH3和N2O之比從大約1∶3至大約1∶10、在從大約550℃至大約1000℃的溫度下使硅前體與NH3和N2O反應(yīng)以在基片上形成氮氧化膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中處理室保持從大約0.1至大約5乇的壓力，并使硅前體與氨和N2O在從大約600至大約900℃的溫度下反應(yīng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中硅前體選自SiH2C12、SiH3Cl、SiClH3、SiCl4、Si2Cl6、SiH4、Si(OC2H5)4和氨基硅烷。
11.一種在基片的表面上淀積氧化硅和氮化硅的多層膜的方法，包括在熱壁快速熱處理室中提供基片；將處理室的壓力調(diào)整到從大約0.01至10乇的范圍；使硅前體與含有前體的氧在從大約550℃至1000℃范圍的溫度下反應(yīng)以在基片形成氧化硅膜，該氧含有前體的選自N2O、NO、O2和它們的任何組合；以及使硅前體與氨在從大約550℃C至1000C范圍的溫度下反應(yīng)以在氧化硅膜之上形成氮化硅。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中與含有前體的氧反應(yīng)的硅前體選自SiH2Cl2、SiH3Cl、SiClH3、SiCl4、Si2Cl6、SiH4、Si(OC2H5)4和氨基硅烷。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中與氨反應(yīng)的硅前體選自SiH2Cl2、SiH3Cl、SiHCl3、SiCl4、Si2Cl6、SiH4和氨基硅烷。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至14中的任何一種方法，其中硅前體為SiH2Cl2。
全文摘要
提供一種在基片的表面上淀積介電膜例如氮化硅、氧化物、氮氧化物和多層薄膜的方法。方法包括在熱壁快速熱處理室中提供基片，并采用硅前體以在基片上形成介電膜。
文檔編號(hào)H01L21/314GK1420533SQ02157580
公開(kāi)日2003年5月28日 申請(qǐng)日期2002年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月16日
發(fā)明者千崎佳秀, R·B·赫林, A·L·赫爾姆斯, N·J·奧斯博恩 申請(qǐng)人:Asml美國(guó)公司