专利名称：形成电容器的方法及形成电容器介电层的方法
技术领域：
本发明涉及形成电容器的方法及形成电容器介电层的方法。
背景技术：
在半导体电路中，如在DRAM电路中，电容器是通常使用的电子元器件。随着集成电路密度增加，尽管降低了电容器的面积，但充分地保持高存储电容仍存在持续的挑战。典型的电容器包含两个由非导电介电区域分开的导电电极。介电区域优选包含一种或多种具有高介电常数和低漏电特性的材料。材料实例包括硅化合物如SiO2和Si3N4。典型地优选Si3N4，原因在于其比SiO2更高的介电常数。
在致力于满足生产用于更高密度的集成电路的越来越小的电容器器件的日益严格的要求，已经开发和正在开发大量的电容器介电材料。但是，对于利用常规SiO2和Si3N4电容器介电材料，这些材料的大多数附加提高了工艺的复杂性或成本。
一种现在所用的介电区域包括氧化硅层和氮化硅层的复合物。具体地，形成第一电容器电极使其上具有含氧化硅的层，典型地为6至10埃的二氧化硅。这可以通过沉积方法形成，或更典型地通过大气或在暴露于清洁的室内环境气氛时第一电极材料(例如导电掺杂的多晶硅)的氧化导致的环境或天然氧化物形成的方法而形成。然后，典型地由低压化学气相沉积法沉积氮化硅层。但是，这可以不适宜地在氮化硅层中，特别是在小于200埃的薄层中形成非常小的针孔，其中针孔在小于或等于约75埃厚的层中导致的问题尤其明显。这些针孔不适宜地降低薄膜的密度，并且导致操作中不适宜的电流泄漏。
一种用于填充这种针孔的技术是例如在750℃-800℃，大气压并且进料5slpm的H2，10slpm的O2湿式氧化基底15-60分钟。这样形成了氧化硅材料，其填充了针孔并且在氮化硅层上形成了典型地约5埃至约25埃厚的氧化硅层。但是，通常适宜的是，在制造集成电路过程中总体上晶片/基底的热暴露最小化。在这点上，于750℃-800℃暴露15分钟-60分钟是有意义的。
发明内容
本发明包括形成电容器的方法及形成电容器介电层的方法。在一个实施方案中，一种形成电容器介电层的方法包括在基底上方形成含氮化硅的层。在腔室内提供具有含氮化硅的层的基底。远离腔室产生含氧等离子体。在不超过750℃的基底温度，将远程等离子体产生的氧进料给腔室内的基底，所述的温度对于在含氮化硅的层上形成含氧化硅的层是有效的。
在一个实施方案中，一种形成电容器的方法包含在半导体基底上形成包含硅的第一电容器电极材料。在所述第一电容器电极材料上方形成含氮化硅的层。所述含氮化硅的层包含在其中形成的针孔。在腔室内提供具有含氮化硅的层的半导体基底。远离腔室产生含氧等离子体。在不超过550℃的基底温度并且不长于30秒的时间下，将远程等离子体产生的氧(remoteplasma generated oxygen)进料给腔室内的半导体基底，所述的温度和时间对于在含氮化硅的层上形成含氧化硅的层是有效的和对于用氧化硅填充所述的针孔是有效的。所述的腔室在进料过程中基本上没有氢气。在进料后，在所述含氧化硅的层上形成第二电容器电极材料。
附图简述以下通过参考下面的附图来描述本发明的优选实施方案。
图1是在根据本发明一个方面的方法中的半导体晶片片段的示意剖视图。
图2为加工设备的示意图。
图3为晶片片段在图1所示之后加工步骤的图。
图4为晶片片段在图3所示之后加工步骤的图。
具体实施例方式
本发明的内容是因应美国专利法的立法目的“促进科学和实用技术的进步”(第1条，第8节)而提交的。
首先参考附图1，在按照根据本发明一个方面的形成电容器的方法中的晶片片段一般性地由参考数字10指示。它包含块状单晶硅基底12。在本申请文件中，定义术语“半导体基底”或“半导体的基底”表示包含任何半导体材料的结构，所述半导体材料包括但不限于，块状半导体材料，如半导体晶片(单独的或以在其上包含其它材料的组件形式)，和半导体材料层(单独的或以包含其它材料的组件形式)。术语“基底”是指任何支持结构，包括但不限于，如上所述的半导体基底。此外，在本申请文件中，术语“层”既包括多层又包括单层，除非另有说明。在块状基底12上形成例如掺杂或未掺杂二氧化硅或氮化硅的绝缘层14。
在绝缘层14上形成第一电容器电极材料16。在此点上，或优选随后的方法中，电极材料16最终被形成图案或提供成某种适宜的第一电容电极电极形状。电极16的示例性的材料包括硅(例如多晶硅)金属，导电金属氧化物，和任何其它的导电层。在一个优选实施方案中，特别是在层16包含多晶硅的情况中，示例性的厚度为600埃。在第一电容器电极16的上面和如所示的“直接上面”形成第一或里面的含氧化硅的层18。形成层18的示例性方法为例如通过暴露于清洁的室内环境中，氧化电极材料16的外面部分。不优选氧化物层，而优选暴露的硅或其它可氧化基底的作用。层18的典型厚度为小于或等于15埃。优选层18基本上由二氧化硅组成。
含氮化硅的层20形成在第一电容器电极材料16上，并且在举例说明的优选实施方案中，其形成在第一或里面的含氧化硅的层18上。示例性的厚度为30埃至80埃。但是，在一个实施方案中，形成含氮化硅的层20，以使其具有在其中形成的多个针孔22。为了清楚起见，在附图中其以放大的宽度/尺寸显示。在举例说明的实施方案中，至少一些针孔完全地从层20延伸至含氧化硅的层18。可以通过任何现有的或仍在开发的技术沉积含氮化硅的层20，但其中化学气相沉积或等离子体增强的化学气相沉积为实例。一种由此由化学气相沉积法来沉积氮化硅层20的示例性方法包括在300sccm的NH3，100sccm的二氯甲硅烷，750毫托，600℃和60分钟下处理。
参考附图2，在处理腔室60内提供具有含氮化硅的层20的半导体基底10。处理腔室可以与任何用来制备具有附图1的结构的任何腔室相同或不同。优选的处理腔室的实例是快速热处理机(rapid thermal processor)，本发明实际使用容积为2700cc的Applied Materials RIP-XE Chamber。示意性地显示并且在处理腔室60的上游提供适宜的远程等离子体发生器62。期待任何适宜的远程等离子体发生器(remote plasma generation)，不管是现有的或仍在开发的，其中仅作为示例的是，微波和RF等离子体产生器。本发明实际使用微波单元号为Ax3151-1的ASTEX FI20160-02电源，其可以商购于美国马萨诸塞州Wilmington的ASTEX。附图2描绘了供应给示意性远程等离子体发生器62的适宜的氧气和惰性气体。
远离腔室60，例如在发生器62中产生含氧等离子体。然后将远程等离子体产生的氧进料给在腔室60内的半导体基底，其中基底的温度不超过750℃，该温度对于在含氮化硅的层20的上面优选如所示的“直接上面”形成含氧化硅的层24(图3)是有效的，并且对于用氧化硅填充针孔22是有效的。更优选地，保持在进料过程中的基底温度不超过550℃，且再更优选不超过500℃。更优选，进料不长于1分钟，其中更优选进料短于或等于30秒，并且最优选进料短于或等于15秒。在最优选的实施方案中，层18，20和24构成形成的电容器的介电区域27，其中该介电区域基本上由ONO复合物组成，该ONO复合物基本上由这种含氧化硅的层-含氮化硅的层-含氧化硅的层组成。
优选含氧等离子体至少部分来自O2，O3，NyOx(其中，“x”和“y”大于零)及它们的混合物中的气体。再如附图2的实施方案所示，优选含氧等离子体除氧气进料气体外，至少部分产生自适宜的惰性气体。其实例包括N2，Ar和He。一个具体的实例包括至少部分地来自进料O2和N2的含氧等离子体。按照上面的参数，另一个示例性实施方案包括形成至少部分地来自N2O、及Ar和He二者中的至少一种的含氧等离子体。优选在该后一种实例中，远程产生的等离子材料向腔室60的最终进料没有N2的进料，但是，对于N2，其是由远程的等离子体发生过程中的N2O的离解而本身产生的。更优选并且与上面所述的现有技术相反地，腔室60在进料过程中基本上没有氢气，由此防止任何蒸汽的形成。在本申请文件中，“基本上没有”是指低于检测限。
图2用ASTEX和Applied Materials设备处理的具体实例包括2000sccmO2和1000sccm N2的进料。用提供2000瓦的微波功率将远程等离子体单元中的压力保持在大约2.9托。晶片的温度为650℃，其中压力保持在2.9托。仅为了举例并且对于上面所述的实际使用的设备，优选在系统内保持压力为1至8托，向远程等离子体发生器供应的能量为500瓦至3000瓦，并且系统内的温度保持在500℃至750℃。优选O2和N2的各自的流量为0.5slm至5slm。低至350℃的温度可以用于其它设备。
在制备电容器介电区域如区域27中，与现有技术上比，上面所述的优选实施方案减少了热暴露，在最优选的实施方案中，从超过750℃降低至低于550℃，而且，其中优选的实施方案，在降低的温度下，还将暴露时间减少至适当地低于1分钟。如上所述形成的电容器介电区域的性能可与由现有技术方法制备的ONO层相媲美。例如，介电区域氮化物暴露至2000瓦的远程氧气等离子体10秒，得到的电容器介电区域具有大致等于现有技术对照湿式氧化的电容和泄漏。此外，在2000瓦的击穿电压，10秒处理中的改进表明对于通过减少厚度来增大电容可能也是可行的。
参考图4，且在进料后，在含氧化硅的层24上形成第二电容器电极材料40。在优选和举例说明的实施方案中，在氧化物层24直接上方(与之接触)形成第二电容器电极材料40。层40示例性的厚度为300埃至600埃。第二电极材料40可以包含与第一电极材料16相同或不同的材料。
按照有关法规，本发明对于其结构和方法特征以或多或少具体的语言进行了描述。但是，应当理解的是，本发明不限于所示和所描述的具体特征，由于此处所公开的手段包含实现本发明的优选形式。因此，本发明要求其在根据等同替换的原则适宜解释的后附权利要求适宜范围内的任何形式或变化。
权利要求
1.一种形成电容器的方法，该方法包含在半导体基底上形成第一电容器电极材料；在所述第一电容器电极材料之上形成含氮化硅的层；在腔室内提供具有含氮化硅的层的半导体基底；产生远离腔室的含氧等离子体；在不大于750℃的基底温度，将远程等离子体产生的氧进料给腔室内的半导体基底，所述的温度对于在含氮化硅的层上形成含氧化硅的层是有效的；和在进料后，在所述含氧化硅的层上形成第二电容器电极材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在进料过程中的基底温度不超过550℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在进料过程中的基底温度不超过500℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述的腔室包含快速热处理腔室。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述的进料的进行时间不超过1分钟。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述的进料的进行时间不超过30秒。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述的进料的进行时间不超过15秒。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述的腔室在进料过程中基本上没有氢。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述含氧等离子体至少部分来自于选自O2，O3，NyOx及它们的混合物中的气体。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述含氧等离子体至少部分产生自惰性气体。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述含氧等离子体至少部分来自于O2和N2。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述含氧等离子体至少部分来自于N2O、及Ar与He二者中的至少一种。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述含氧等离子体至少部分来自于N2O、及Ar与He二者中的至少一种，所述的进料没有N2的进料而有由远程产生的等离子体中的N2O的离解产生的N2。
14.一种形成电容器的方法，该方法包含在半导体基底上形成第一电容器电极材料；在所述第一电容器电极材料之上形成含氮化硅的层；在腔室内提供具有含氮化硅的层的半导体基底；产生远离腔室的含氧等离子体；在不超过550℃的基底温度并且不长于30秒的时间，将远程等离子体产生的氧进料给腔室内的半导体基底，所述的温度和时间对于在含氮化硅的层上形成含氧化硅的层是有效的；和在进料后，在所述含氧化硅的层上形成第二电容器电极材料。
15.根据权利要求14所述的方法，其中在进料过程中的基底温度不超过500℃。
16.根据权利要求14所述的方法，该方法还包含在形成含氮化硅的层之前，在第一电容器电极材料上形成含氧化硅的层，使电容器形成以具有基本上由ONO复合物组成的介电区域，所述的ONO复合物基本上由所述的含氧化硅的层和所述的含氮化硅的层组成。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述的进料的进行时间不超过15秒。
18.根据权利要求14所述的方法，其中所述的腔室在进料过程中基本上没有氢。
19.根据权利要求14所述的方法，其中所述含氧等离子体至少部分来自于选自O2，O3，NyOx及它们的混合物中的气体。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述含氧等离子体至少部分产生自惰性气体。
21.根据权利要求14所述的方法，其中所述含氧等离子体至少部分来自于O2和N2。
22.根据权利要求14所述的方法，其中所述含氧等离子体至少部分来自于N2O、及Ar与He二者中的至少一种。
23.根据权利要求14所述的方法，其中所述含氧等离子体至少部分来自于N2O、及Ar与He二者中的至少一种，所述进料没有N2的进料而是有由远程产生的等离子体中的N2O的离解产生的N2。
24.一种形成电容器的方法，该方法包含在半导体基底上形成含硅的第一电容器电极材料；在所述第一电容器电极材料上形成含氮化硅的层，所述含氮化硅的层包含在其中形成的针孔；在腔室内提供具有含氮化硅的层的半导体基底；产生远离腔室的含氧等离子体；在不超过550℃的基底温度并且不长于30秒的时间，将远程等离子体产生的氧进料给腔室内的半导体基底，所述的温度和时间对于在含氮化硅的层上形成含氧化硅的层是有效的，并且对于用氧化硅填充所述针孔是有效的，所述的腔室在进料过程中基本上没有氢气；和在进料后，在所述含氧化硅的层上形成第二电容器电极材料。
25.根据权利要求24所述的方法，其中在进料过程中的基底温度不超过500℃。
26.根据权利要求24所述的方法，该方法还包含在形成含氮化硅的层之前，在第一电容器电极材料上形成含氧化硅的层，使电容器形成以具有基本上由ONO复合物组成的介电区域，所述的ONO复合物基本上由所述的含氧化硅的层和所述的含氮化硅的层组成。
27.根据权利要求24所述的方法，其中所述的进料的进行时间不超过15秒。
28.根据权利要求24所述的方法，其中所述含氧等离子体至少部分来自于选自O2，O3，NyOx及它们的混合物中的气体。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述含氧等离子体至少部分产生自惰性气体。
30.根据权利要求24所述的方法，其中所述含氧等离子体至少部分来自于O2和N2。
31.根据权利要求24所述的方法，其中所述含氧等离子体至少部分来自于N2O、及Ar与He二者中的至少一种。
32.根据权利要求24所述的方法，其中所述含氧等离子体至少部分来自于N2O、及Ar与He二者中的至少一种，进料没有N2的进料而有由远程产生的等离子体中的N2O的离解产生的N2。
33.一种形成电容器介电层的方法，该方法包含在基底上形成含氮化硅的层，在腔室内提供具有含氮化硅的层的基底；产生远离腔室的含氧等离子体；和在不大于750℃的基底温度，将远程等离子体产生的氧进料给腔室内的基底，所述的温度对于在含氮化硅的层上形成含氧化硅的层是有效的。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述的腔室包含快速热处理腔室。
35.根据权利要求33所述的方法，其中在进料过程中的基底温度不超过550℃。
36.根据权利要求33所述的方法，其中在进料过程中的基底温度不超过500℃。
37.根据权利要求33所述的方法，其中所述的进料的进行时间不超过1分钟。
38.根据权利要求33所述的方法，其中所述的进料的进行时间不超过30秒。
39.根据权利要求33所述的方法，其中所述的进料的进行时间不超过15秒。
40.根据权利要求33所述的方法，其中所述的腔室在进料过程中基本上没有氢。
41.根据权利要求33所述的方法，其中所述含氧等离子体至少部分来自于选自O2，O3，NyOx及它们的混合物中的气体。
42.根据权利要求41所述的方法，其中所述含氧等离子体至少部分产生自惰性气体。
43.根据权利要求33所述的方法，其中所述含氧等离子体至少部分来自于O2和N2。
44.根据权利要求33所述的方法，其中所述含氧等离子体至少部分来自于N2O、及Ar与He二者中的至少一种。
45.根据权利要求33所述的方法，其中所述含氧等离子体至少部分来自于N2O、及Ar与He二者中的至少一种，进料没有N2的进料而有由远程产生的等离子体中的N2O的离解产生的N2。
46.根据权利要求33所述的方法，该方法还包含在形成含氮化硅的层之前，在第一电容器电极材料上形成含氧化硅的层，使电容器形成以具有基本上由ONO复合物组成的介电区域，所述的ONO复合物基本上由所述的含氧化硅的层和所述的含氮化硅的层组成。
全文摘要
一种形成电容器的方法包括在半导体基底上形成第一电容器电极材料。在第一电容器电极材料上形成含氮化硅的层。在腔室内提供具有含氮化硅的层的半导体基底。远离腔室产生含氧等离子体。在750℃的基底温度下，将远程等离子体产生的氧进料给腔室内的半导体基底，所述的温度对于在含氮化硅的层上形成含氧化硅的层是有效的。在进料后，在含氧化硅的层上形成第二电容器电极材料。还公开了形成电容器介电层的方法。
文档编号H01L27/04GK1701423SQ02824062
公开日2005年11月23日 申请日期2002年11月27日 优先权日2001年12月3日
发明者D·M·埃皮希, K·L·比曼 申请人:微米技术有限公司