掺杂氮化硅薄膜的低温沉积方法及装置的制作方法

专利名称：：掺杂氮化硅薄膜的低温沉积方法及装置的制作方法
技术领域：
：本发明的实施例大体来说是有关于基材处理。更明确地说，本发明的实施例是有关于化学气相沉积反应室及制程。
背景技术：
：化学气相沉积(CVD)薄膜是用来在集成电路中形成材料层。CVD薄膜是用来做为绝缘体、扩散来源、扩散及植入掩膜、间隙壁、及最终保护层，除了其它用途之外。所述薄膜通常是在拥有特定的热及质量传输特性的反应室内沉积，以最佳化在一基材表面上的物理性及化学性均匀的薄膜的沉积，例如硅晶片、玻璃面板等等。用来沉积CVD薄膜的化学品可因为其在低温下快速反应以及提供具有更均匀的结晶结构、低介电常数(k)、和改善的应力分布的薄膜的能力而被选择。许多应用希望能拥有低介电常数薄膜，例如互补式金属氧化物半导体(CMOS)。改善对于所沉积薄膜的应力的控制改善对该阴极金属氧化物半导体(NMOS)所形成的驱动电流的控制。一CMOS晶体管包含一栅极结构，其是介于界定在该半导体基材内的源极区和漏极区之间。该栅极结构通常是形成在一栅极介电材料上的栅极电极。该柵极电极控制该栅极电极下方介于该漏极区和该源极区之间的通道区内的电荷载体流，以将该晶体管开启或关闭。紧邻该栅极堆栈设置的是一间隙壁层，其在该栅极堆栈两侧形成侧壁。侧壁间隙壁有若干功能，包含电气隔离该栅极电极以及源极和漏极接触或内联机，作用为例如硼的掺质或例如氢气的不纯物的扩散的障壁，保护该栅极堆栈在随后的制程步骤期间不产生物理性劣化，以及提供氧气及湿气障壁，以保护该栅极金属。一间隙壁堆栈内的低介电常数薄膜具有改善的米勒电容，而有改善的CMOS的驱动电流。若侧壁间隙壁是由介电常数相当高的材料制成，例如介电常数大于7的材料，相邻的内联机之间过量的信号串讯可能会在使用含有完成的栅极电极的组件期间发生。虽然低介电常数材料，例如介电常数低于3的材料，可用来做为间隙壁层，但是所述材料常常缺乏必须的结构整合度以熬过随后的制程步骤，或缺乏所要求的对于例如硼的掺质以及对于氧气和湿气的不通透性，以保护该栅极金属不发生腐蚀。沉积反应室通常是用来制造基材表面上的多个零组件的较大的整合式工具的一部分。所述反应室是经设计来一次处理一个基材或处理多个基材。历史上，热CVD是由加热一基材来执行，藉由加热该基材支撑构件至高于70CTC的温度。当在高温下执行CVD时，流入该反应室的热是主要的设计参数。目前的CVD制程在较低温度下操作，以限制施加至所述基材的热能并避免不想要的结果。较低温的CVD操作要求在较低温度下的改善的热分布，以及提供该CVD反应室内更有效的热和化学品分布。此外，在较低的基材支撑温度下需要改善的热分布，以避免冷凝的前驱物的沉积物和沉积薄膜在反应室表面上的累积。不希望在反应室表面上发生材料的堆积，因为其可变得脆弱，沉积在该基材表面上，并且劣化该基材薄膜的特性。此外，材料的累积可能增加沉积步骤之间所需的清洁，并可能增加停机时间以清洁该系统。因此，需要一种用来调整化学品以达到低温下预期的薄膜特性的方法，的设备，以形成改善的含硅薄膜。
发明内容本发明提供掺杂氮化硅薄膜的低温沉积方法及装置。本发明提供一CVD反应室，其提供低温制程均匀的热分布和制程化学品的均匀分布。此外，所改善者包含在一基材上沉积至少一层含有硅和氮的沉积层的方法，藉由加热一基材，通入一含硅化合物至一制程反应室中，其具有由一接合环和至少一个阻断板及一排气系统界定的混合区，加热该接合环及一部分的排气系统，通入氢、锗、硼、或含碳化合物至该制程反应室内，以及选择性地通入一含氮化合物至该制程反应室内。因此可以详细了解上述本发明的特征的方式，即对本发明更明确的描述，简短地在前面概述过，可以藉由参考实施例来得到，其中某些在附图中示出。但是需要注意的是，附图只示出本发明的一般实施例，因此不应被认为是对其范围的限制，因为本发明可允许其它等效实施例。图1是反应室的一实施例的剖面图。图2是单一晶片热CVD制程反应室用的制程套件的另一实施例及用来输送制程气体至一反应室的液体输送系统的简要透视图。图3是气体输送系统的一实施例的透视图。图4是一制程套件的各零组件的分解图。图5是本发明的一面板的上视图。图6是排气系统的一实施例的剖面图。图7是节流阀加热器的一实施例的剖面图。图8是一排气泵板的透视图。图9是一排气泵板用的覆盖物的透视图。图10是一狭缝阀内衬的透视图。图11是一基材表面的图示，其示出在该基材表面上收集样品的位置。图12是形成的特征的一实施例的图示。主要组件符号说明1、2、3、4、5、6、7、8、9位置101嵌入件102混合区103接合环104第一阻断板105第二阻断板106反应室壁107、109排气泵板108、208面板110、209上盖111基材支撑组件112排气板覆盖物113混合器114狭缝阀开口115选择性的狭缝阀内衬116孔洞122场隔离区<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>具体实施例方式本发明的实施例提供在一基材上沉积一层的方法和装置。首先提出包含一实施例的图式的硬件讨论。在硬件讨论之后是制程调整及测试结果的解释。化学气相沉积(CVD)、次大气压化学气相沉积(SACVD)、快速热化学气相沉积(RTCVDP)、以及低压化学气相沉积(LPCVD)皆是可从如下装置和制程调整中受惠的沉积方法。可使用此装置及制程的某些实施例的CVD制程反应室的范例包含可从加州圣塔克拉拉的应用材料公司购得的SiNgenTM、SiNgen-Plus、以及FlexStar。装置图1是单一晶片CVD制程反应室的一实施例的剖面图，其具有顶端由一上盖110封闭的实质上圆柱状的侧壁106。该上盖110可进一步包含在后方描述的进气口、气体混合器、电浆来源、以及一或多个配气盘。可加热该侧壁106的某些部分。一狭缝阀开口114是设置在该侧壁106内以让一基材进入。一基材支撑组件111支撑该基材并且可供热至该反应室。除了该基材支撑组件外，该反应室的基座可含有在后方进一步描述的额外装置，包含反射板、或其它经调整以促进热传输的机构、测量反应室情况的探针、排气组件、以及其它支撑该基材及控制该反应室环境的设备。馈送气体可在通过位于该上盖110内的混合器113以及位于一第一阻断板104内的孔洞(未示出)之前通过一气体输送系统进入该反应室。该馈送气体然后行进通过位于一第一阻断板104和一第二阻断板105间的混合区102。该第二阻断板105在结构上是由一接合环103支撑。在该馈送气体通过该第二阻断板105内的孔洞(未示出)后，该馈送气体流经位于一面板108内的孑L洞(未示出)，然后进入该反应室壁106、该面板108、和该基材支撑111界定出的主要制程区。然后废气在该反应室基座处通过该排气泵板107离开该反应室。选择性地，该反应室可含有介于所述反应室壁106和该上盖110间的嵌入件101,其是经加热以供热至该接合环103以加热该混合区102。图1标出的另一种硬件选择是该排气板覆盖物112，其设置在该排气泵板109顶端。最后，一选择性的狭缝阀内衬115可用来降低通过该狭缝阀开口114的热流失。图2是该上盖组件的另一实施例的细部图。该上盖209可利用热隔绝中止组件212与该处理室的其它部分分离。该中止组件212是设置在加热器外罩203的上及下表面。该加热器外罩203也可与阻断板205和面板208连接。选择性地，可加热该上盖或上盖零组件的一部分。该上盖组件包含一最初进气口213，以在进入由该上盖209、该热中止组件212、该加热器外罩203、和所述阻断板204和205界定出的空间202之前预混合该馈送气体。该空间202提供增加的滞留时间以使反应气体可在进入该反应室的基材制程部分之前混合。可由该加热器210施加至界定出该空间202的所述表面的热帮助避免原始材料沿着该空间的表面累积。加热表面也预热该反应气体，以促进较佳的热及质量传输，一旦所迷气体离开该面板208并进入该反应室的基材制程部分。图2也是用来添加例如双(三级丁胺基)硅烷(bis(tertiarybutylamino)silane，BTBAS)的含硅化合物至CVD反应室的气体馈送系统的零组件的图标。该BTBAS是储存在一主安瓿401内。该BTBAS从该主安瓿401流至该制程安瓿402，然后流入该液体流量计403。所测量的BTBAS流入一蒸馏器404，例如一压电控制式液体直接导入系统。选择性地，该BTBAS可在该蒸馏器404内与一栽气混合，例如来自该气体来源405的氮气。此外，该栽气可在添加至该蒸馏器之前预热。然后将所形成的气体通入该CVD反应室的上盖209内的进气口213。选择性地，可加热连接该蒸馏器404和该混合器113的管路。图3是气体输送系统的一实施例的三维视图。该前驱物气体是通过线路1103输送至该系统。该清洁及抽气线路1101将该前驱物气体从该加热的转移线路1102分出。流经该加热的转移线路1102的该气体及流体混合物的一部分流过对流式真空计1104和排气口1105。图4是图1所示的气体馈送系统的实施例的分解图。图4示出该上盖110、一或多个阻断板104、105、该接合环103、和该面板108如何可配置来提供具有加热表面的空间，以在进入该反应室的制程区之前加热并混合所述气体。图5是图1的面板108的一实施例的图示。该面板108是由该接合环103支撑。该面板108是利用螺钉与该接合环103连接，并且配置有孔洞116，其是设置来在该反应室的制程区内形成预期的进气分布。图6是排气系统的一实施例的剖面图。导管901供应清洁干燥气体以在进入一废气处理系统前稀释最终的废气。该前驱物气体线路具有一清洁或抽气线路902以及转移线路903。该对流式真空计904是与该转移线路903和球阀905交流。该球阀905是与该节流阀906及该管线907交流。球阀可以是一球型ISO阀或JALAPENOTM阀。JALAPEROTM阀是小型的加热真空阀，并且可由马萨诸塞州Wilmington的HPSProducts公司购得。一阀加热器供热至该球阀905。图7提供节流阀1000的一实施例的剖面图。夹钳1001延伸在该阀1000周围。节流阀加热器外罩1002供热至节流阀1000外部，间接加热该节流阀1000的空腔1003。图8是用来控制来自该反应室的制程区的废气流的排气泵板109的一实施例的三维图式。排气泵板109由一裙状物构成的部分，示为一是列的狭缝形孔洞，帮助补偿在该狭缝阀区域处的热流失。图9是该排气板109用的排气板覆盖物112的三维图式。该覆盖物112是经设计有最佳化的、不均匀的孔洞，以提供平均的气体分布，或者是故意提供不均勾的气体分布，以补偿热流失不平衡。图10是图1的狭缝阀内衬115的一实施例的三维图示。该狭缝阀内衬115藉由引导制程气流以及减少热传输通过该狭缝阀来减少通过该狭缝阀开口114的热流失。结构图12示出具有根据本发明的一实施例形成的栅极结构的晶体管。在一基材100内形成数个场隔离区122。该数个场隔离区122隔离一种导电型的井123(例如p型)和相邻的其它导电型的井(例如n型)。一栅极介电层150是经形成在该基材100上，并且在井123上。通常，该栅极介电层150可藉由沉积或成长一层例如氧化硅(SiOn)及/或氧氮化硅的介电常数低于约5.0的材料形成。栅极介电技术的最新发展显示偏好使用较高介电常数材料(K"O)来形成栅极介电层。因此适合的可用材料的范例包含，但不限于，金属氧化物(三氧化二铝(Al203)、二氧化锆(Zr02)、二氧化铪(Hf02)、二氧化钛(，02)、三氧化二钇(丫203)、及三氧化二镧(1_3203))，铁电材料(锆钛酸铅(PZT)和钛酸锶钡(BST))，非晶金属硅酸盐(氧化硅铪(HfSixOy)和氧化硅锆(ZrSixOy))，非晶硅酸盐氧化物(二氧化铪(Hf02)和二氧化锆(Zr02)),以及顺电材料(三氧化钛锶钡(BaxSiYxTi03)和三氧化钛锆铅(PbZrxTi^03))。含有这些材料的高k层可用各种沉积制程形成。此外，一导电栅极电极层136全覆式地沉积在栅极介电层150上。一般来说，该栅极介电层136可包含例如掺杂的多晶硅、未掺杂的多晶硅、碳化硅、或硅锗化合物的材料。但是，预期实施例可包含含有金属、金属合金、金属氧化物、单晶硅、非晶硅、金属硅化物、或技艺中熟知的用来形成栅极电极的其它材料的栅极电极层136。一硬掩膜层(未示出)，例如氮化物层，是利用CVD制程沉积在导电层136上。然后执行一微影制程，包含形成掩膜、曝光、和显影一光阻层等步骤，以形成一光阻掩膜(未示出)。该光阻掩膜的图案是藉由蚀刻该硬掩膜层至该栅极电极层136顶端，使用该光阻掩膜以校准该蚀刻，来转移至该硬掩膜层，因此在该栅极电极层136上产生一硬掩膜(未示出)。该结构藉由除去该光阻掩膜并往下蚀刻该栅极电极层136至该栅极介电层150顶端来进一步调整，使用该硬掩膜以校准该蚀刻，因此产生在该硬掩膜下方的含有余下的栅极电极层136材料的导电结构。此结构是由蚀刻该栅极电极层136而来，而非该硬掩膜或门极介电层。继续该制程程序，蚀刻栅极介电层150至该基材100顶端并且至所述隔离区122顶端。该栅极电极136和该栅极介电层共同界定出一复合结构124,有时候称为例如晶体管的积体装置的栅极堆栈，或门极。在该栅极堆栈的进一步制程中，利用一植入制程来形成浅源极/漏极延伸140。该栅极电极136保护该栅极介电层下方的基材区不被离子植入。然后可执行快速热制程(RTP)退火，以将所述顶端140部分驱入该栅极介电层下方。接着，在整个基材表面上形成一共形薄氧化层125。此氧化层是用来隔开该硅表面和该间隙壁层126,其通常是一氮化硅层。该共形薄氧化层通常是在低压化学气相沉积反应室中高温(>600°<:)沉积。该薄氧化层减轻该硅基材和该氮化物间隙壁间的应力，并且也藉由提供另一层材料来隔开所述栅极角落和该氮化硅间隙壁。若使用低k及非氮化硅材料来做为间隙壁，则可能可以省略此共形薄氧化层125或用另一种低k材料来取代。在本发明的一实施例中，一间隙壁层126，具有范围在约200埃至约1000埃的厚度，较佳地介于约400埃至约800埃，是全覆式地沉积在该复合结构124上，并且沿着该栅极堆栈124侧边的整个长度沉积，包含该栅极电极136和该栅极介电层侧壁的整个长度。同时，该间隙壁层126是沉积在该基材100或隔离区122的任何暴露出的部分上。习知间隙壁层126是利用热CVD沉积的氮化硅层。对于先进组件制造而言，若该间隙壁层126或氧化层125的介电常数过高，所形成的结构常会造成过量的信号串讯。此外，用来沉积氮化硅的热CVD制程通常要求高的沉积温度。该高沉积温度通常造成高的热循环以及改变的顶端140的掺质分布。因此，倾向于拥有利用低沉积温度的低介电常数间隙壁层沉积制程。氮化硅薄膜氮化硅薄膜可利用硅前驱物和氮前驱物的反应在此间所述的反应室内化学气相沉积形成。较低温的沉积需要较严密审查所述前驱物气体，以选择较不可能沿着反应室表面冷凝并且较可能与其它前驱物反应以在该基材表面上形成薄膜的气体。可用的硅前驱物包含二氯硅烷(dichlorosilane，DCS)、六氯二石圭烷(hexachlorodisilane，HCD)、双(三级丁胺基)硅烷(bis(tertiarybutylamino)silaneBTBAS)、硅烷(SihU)、二硅烷(Si2He)、以其许多其它材料。可用的氮前驱物包含氨(NH3)、联氨(1\121"14)、以及其它材料。例如，可使用SiHU及NH3化学机制。在制程期间，SiH4主要分解成SiH3、SiH2，并且可能分解成SiH。NH3分解成NH2、NH、和H2。这些中间物反应而形成SiH2NH2或SiH;jNH2或类似的胺基硅烷前驱物，其扩散通过该气体界限层，并在该基材表面处或相当接近该基材表面处反应而形成氮化硅薄膜。测试不同的NH3流速显示增加NH3相对于其它前驱物的流速会提高薄膜的沉积。例如，习知系统可以比例为60比1的NH3对于SiH4流速操作。测试结果显示60比1上至1000比1的习知比例在该上盖和该最终配气盘间的间隙也增加时提供均匀的薄膜。进一步发现在该最终配气盘和该基材间使用850-1000密尔的间隙会提高薄膜均匀度，与在650密尔下沉积的薄膜相比。此外，执行判定以二硅烷和氨做为前驱物的接受度的测试。在525°C下的氮化硅沉积拥有可接受的薄膜内微粒添加(particleadders)水平和介电常数测量。此薄膜也提供保护，避免硼扩散至该间隙壁或氧化层上。此外，利用硅氮烷(SiN(H2))做为含硅前驱物执行测试。用硅氮烷做为前驱物的所述薄膜需要较低的热预算，并且拥有可与利用硅烷或其它含硅前驱物沉积的薄膜相比拟的薄膜特性。氮化硅锗薄膜可能倾向于沉积拥有降低的氢含量的薄膜。氢在薄膜内的存在增加硼的扩散、降低调整薄膜导电性的能力。为沉积拥有降低的氢含量的薄膜，可能需要使用非硅烷或二硅烷的含硅前驱物。此外，添加锗烷(GeH4)或二锗烷(Ge2H6)可能是有利的。锗增强表面氢的脱附，并降低薄膜内的氢含量。锗的存在可以助长氢的脱附，因为氢硅化学键比氬锗化学键强。氢从硅原子至锗原子的转移是一快速转移。锗具有比硅低的表面能量，所以锗会迁移至表面。因此，锗提供氢从该表面以氢分子形式进行的氢的热脱附一低的能量障蔽路径。此外，锗增加薄膜成长速率，因此促进较低的沉积温度并减少整个系统的热预算。此制程具有不需要氨做为含氮前驱物的优点。可选择两种沉积技术以在沉积制程中使用锗。可同时将含硅气体、含氮气体、以及含锗气体通入该系统中。或者，可以短暂的、有限的两种气体同时通入的重迭时间分别通入所述气体。例如，以在该含锗气体暴露的尾声与含硅气体短暂重迭的方式通入含锗气体至该反应室内。然后，含硅气体不与任何其它气体一同通入。在该含硅前驱物的暴露周期近尾声时，通入该含氮前驱物至该反应室，并且在不再通入含硅前驱物至该反应室之后继续通入该反应室。因此，在该沉积步骤的第一部分沉积的锗会在沉积硅和氮原子时迁移至表面。所以，会有较少的锗留下合并在该氮化硅薄膜内。此外，可施加例如氧化亚氮(nitrousoxide)或氧气的氧化气体至该基材，以形成挥发性氧化锗。因此，当在一交错气体通入法中合并通入锗和氧化气体时，所形成的薄膜会因为锗的通入而有较低的氢含量，因为氧化气体的通入而有较低的锗含量。掺杂硼的氮化硅薄膜在一实施例中，可沉积掺杂硼的氮化硅薄膜。使用硼做为掺质在低温沉积上是预期的。在一薄膜堆栈中加入硼掺杂层可降低整体介电常数。例如，典型的氮化硅薄膜的介电常数是7.1，而在硅氮碳氢薄膜中使用BTBAS降低该薄膜的介电常数至低于5.5。在一堆栈中加入硼硅氮氢层降低整体介电常数至低于4.5。BTBAS或其它含硅前驱物；氨，或其它含氮前驱物；以及三氯化硼(BCI3)、二硼烷、或其它含硼前驱物可用来沉积掺杂硼的氮化硅薄膜。可用UV灯来激发氨或其它含氮前驱物。使用掺杂硼的薄膜提供一种控制该沉积堆栈的应力的方式，藉由在N通道内包含应变，以改善NMOS的驱动电流。为得到介电常数较低以及张应力增加的薄膜，可以有四种方法。1、使用RTCVD通入二硅烷、UV激发的氨、以及二硼烷至单一基材反应室内。2、执行RTCVD以沉积一硅氮氢薄膜，然后执行RTCVD以沉积一硼氮氢薄膜。3、使用LPCVD通入二硅烷、UV激发的氨、以及二硼烷。4、执行LPCVD以沉积一硅氮氢薄膜，然后执行LPCVD以沉积一硼氮氢薄膜。因为具有较低的介电常数，掺杂硼的硅薄膜在大于630。C的沉积温度下被用来做为后段制程(backendoftheline,BEOL)中间层隔离以及前段制程(frontendoftheline,FEOL)栅极间隙壁。但是，当反应室表面被加热时，例如使用上面图1至图10所述的反应室表面加热系统，掺杂硼的硅薄膜可在约45CTC下利用硅烷、氨、和二硼烷做为前驱物气体成功地沉积出。此外，当掺杂硼的氮化硅是利用二硅烷在550。C下沉积时，应力并不会改变(约1.4GPa),与在较高温度下利用二硅烷沉积的薄膜相比，沉积速率是142至265埃/分钟，并且折射率是1.98至2.04。掺杂碳的氮化硅薄膜在一实施例中，可用BTBAS做为在此间所述的反应室内沉积掺杂碳的氮化硅薄膜的含硅前驱物。下面是可以采用以利用三级丁胺制造掺杂碳的氮化硅薄膜的一机制。该BTBAS可与三级丁胺反应而形成异丁烯。3C8H22N2Si+NH3=>Si3N4+NH2C4H9形成该掺杂碳的氮化硅薄膜的BTBAS反应的反应速率可能是有限的，但质量传输并未受限。形成在一图案化基材上的薄膜可均匀地涂覆该图案化基材暴露出的表面。BTBAS的图案承载效应(patternloadingeffect)可能比习知硅前驱物低。咸信使用非BTBAS的含硅前驱物所经验到的图案承载效应是因为那些前驱物的质量传输限制。使用BTBAS做为反应气体也使碳含量可以调整。也就是，藉由选择例如压力和前驱物气体浓度等操作参数，可调整所形成薄膜的碳含量，以产生在整个基材直径上具有均匀的碳浓度的薄膜。可以0.05至2.0mg/min的速率添加BTBAS至该系统，并且一般系统可使用0.3-0.6g/min。表1提供从基材上的若干点取得的不同制程条件的样品的逐个元素成分。所述样品的元素成分是利用核反应分析和拉瑟福德背向散射分析仪来测量。图11是一基材的图示，示出在该基材表面上收集样品的位置。例如，位置1数据代表该基材中央处的信息。位置9数据代表在该基材边缘处收集到的数据，而位置4则代表在该基材半径的中点收集到的资料。表1、基于基材表面上的位置的原子成分碳氮氧硅Slot3，点1(0毫米,0度)10.837.46.445.3Slot3,点2(75毫米，0度)10.537.56.645.4Slot3,点3(75毫米，90度)10.537.46.845.4Slot3，点4(75毫米,180度)10.837.66.745.0Slot3,点5(75毫米，270度)10.738.16.744.5Slot3，点6(145毫米,45度)11.137.66.744,7Slot3，点7(145毫米,135度)10.037.86.545,7Slot3，点8(145毫米，225度)10.437.66.345.6Slot3，点9(145毫米,315度)11.237.16.944.8平均10.737.66.645.2标准差0.40.30.20.4标准差百分比3.40.72.90.9表1示出碳含量在该基材表面上的变异基于XPS(X射线光电子光谱仪)测试结果是3.4%。发现具有从2至18原子百分比的碳的掺杂碳的氮化硅薄膜在此间所述的反应室中以提高的速率沉积。使用BTBAS做为含硅前驱物提供所形成的薄膜若干特性优势。增加该薄膜的碳含量可改善掺质保留和接合面轮廓，造成该组件的正通道金属氧化物半导体(PMOS)部分有改善的效能。也可在与BTBAS合并使用时调整所述制程参数，以促进改善的应力分布。增加的薄膜应力改善该组件负通道金属氧化物半导体(NMOS)部分的组件效能。薄膜应力特性受到调整该反应室压力、总馈送气流、NH3和BTBAS馈送气体比例、以及BTBAS的体积比所影响。其它实验结果显示在675。C下，薄膜不均匀度的标准差低于1.5%。在645至675。C的温度范围内的薄膜成份不均匀度标准差低于1%。在小于或等于0.12微米时，微粒污染低于30个微粒。当选择低浓度Nhb和低压力时，湿蚀刻比例较低。所测试的压力范围是50至275托耳。测得的湿蚀刻比例低于0.3。薄膜的湿蚀刻比例是由比较薄膜蚀刻对于400埃时100:1的氟化氢的RMS(均方根)粗糙度等于0.25纳米的热氧化物计算出。625至675。C范围内的薄膜沉积速率是125至425埃。沉积速率比选用较高的BTBAS浓度、较低的NH3浓度、和较高的压力及温度时快。该薄膜的氢浓度低于15%。估计大部分的氢是以N-H型态结合在该薄膜内。该薄膜的碳含量是2至18%。就增强的NMOS电流驱动而言，所观察到的应力是1E9至2E10达因/平方公分(0.3至1.7GPa)。使用高浓度NH3、低浓度BTBAS、和低压力时应力较高。在相同温度范围内所测得的折射率是1.8至2.1。当该系统以较低压力和较低BTBAS浓度操作时折射率较高。此外，所观察到或所估计的碳浓度范围是从3至16%。当NH3浓度低且BTBAS浓度高时，其具有最大值。最后，使用三种BTBAS配置来执行额外分析。表2提供三种配置的流速、浓度、和所形成薄膜的特性。表2、三种BTBAS配置和所形成的薄膜特性<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>碳5-6%和碳12-13%配置拥有预测值。碳8-9%值是实验结果。VR表示施加至该基材加热器的两个区域的电压比。Rl表示折射率。WERR是湿蚀刻速率比。测试四种样品。压力、溫度、空间、流速、和其它条件在表3示出。配方1示出BTBAS浓度比其它样品低的一组操作条件。配方2示出低温下的操作。配方3示出提供最低沉积速率、最低湿蚀刻比例、以及温度的条件，而配方4示出最低压力的操作参数。在所述样品中，该基材加热器温度是675至70CTC,而该反应室压力是50至275托耳。表3、测试BTBAS效能的操作条件<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>使用氢做为CVD反应的额外成份在较低温度下提供增加的沉积速率。例如，与不含氢的制程相比，含有氢的制程可得到多至70%的沉积速率增加。含有氢的制程的范例可以是BTBAS和氨和氢的CVD反应。含氢催化剂合并BTBAS的额外测试显示在包含含氢催化剂时，氮化硅沉积速率增加30至70%。此改善的沉积速率产生湿蚀刻速率或折射率没有显著改变的薄膜。所述薄膜的薄膜成份也没有显著改变。掺杂锗和碳的氮化硅薄膜使用BTBAS或其它与二硅烷或硅烷相比分子较大的含硅前驱物容许低温沉积。对于低温氮化硅薄膜沉积而言，倾向于包含含锗前驱物以及含硅前驱物。测试一氮化锗硅薄膜以判定其特性。表4、在不同温度和锗烷流速下沉积的氮化硅薄膜的比较前驱物温度(。C)厚度(埃)R丄沉积速率(埃/分钟)BTBASBTBAS+25sccmGeH4BTBAS+25sccmGeH46755781.814-260600578.41.95296.35004971.73133.1就300毫米基材而言，表4的BTBAS流速是305mg/min。厚度和折射率，R丄，是利用KLA-TenorF-5椭圆测厚仪测量，可由加州圣荷西的KLA-Tenor公司取得。沉积速率是300毫米基材的薄膜沉积速率。表5、在不同温度和锗烷流速下沉积的氮化硅薄膜的应力测量配方温度(。C)厚度(埃)应力(MPa)BTBASBKM675578T，332BTBAS+25s訓GeH4600578T,379BTBAS+25sccmGeH4500497T，306就300毫米基材而言，表5的BTBAS流速是305mg/min。厚度是利用KLA-TenorF-5椭圓测厚仪测量。薄膜应力是利用FS5应力测量工具测^曰付。当使用锗烷、BTBAS、和氨做为前驱物在约50(TC至约675。C的温度下沉积时，该薄膜具有可接受的1.7至1.9的折射率以及高于100埃/分钟的沉积速率，但观察到大于10,000的薄膜内微粒添加。当除去氨(用BTBAS内的胺基做为氮来源)重复该制程时，观察到低于100的薄膜内微粒添加。测量到折射率约1.8至约2.0，并且观察到约100埃/分钟的沉积速率。在氟化氢内的湿蚀刻速率是200:1。以50sccm的锗烷在55CTC下沉积的薄膜利用RBS分析拥有1:1:1:1:1的硅锗氮碳氢的含量比。该薄膜的应力约为50MPa张应力至50MPa压应力。通入较大量的锗烷至该系统内，例如150sccm和300sccm产生150sccm的锗烷在550。C下约700埃/分钟的沉积速率，以及300sccm的锗烷在52(TC下约1,000埃/分钟的沉积速率。三个锗烷浓度皆观察到1.8至2.0的折射率。掺杂碳和锗的氮化硅薄膜可在约40(TC至约675i:和约225托耳至约235托耳下沉积。BTBAS的流速可以是约155至610mg/min，而锗烷的流速可以是约0至约250sccm。氨的流速可以是约0至约500sccm。流入该系统上方的总流量是5slm。此外，使用BTBAS连同锗烷但没有氨做为氮化硅沉积的前驱物产生具有可接受的折射率和高湿蚀刻速率结果的薄膜。当在500。C下沉积时，该薄膜拥有1.65至1.85的折射率，以及80至140埃/分钟的沉积速率。当在550。C下沉积时，沉积速率是大于300埃/分钟，而相对于热氧化物的湿蚀刻速率比大约是0埃/分钟。掺杂碳和硼的氮化硅薄膜使用掺杂碳和硼的氮化硅薄膜可容许改善的对于植入扩散的控制，并且降低低温薄膜沉积的基材内的掺质的去活化。所形成的薄膜堆栈的介电常数和应力可藉由沉积多个薄膜的薄膜层来调整。例如，可用碳来源和硼来源来沉积掺杂碳和硼的氮化硅薄膜。此外，可用其它方式沉积所述前驱物以沉积出氮化硅氢碳薄膜，或者可另外沉积出氮化硅氢和氮化硼氢薄膜。因此，沉积出一氮化硅氢碳硼或氮化硅氢硼薄膜。若用其它方式沉积该薄膜层，则形成氮化硅氢碳/氮化硼氢堆栈或氮化硅氢/氮化硼氢堆栈。可用脉冲的硅和硼来源来形成多个堆栈。为得到介电常数较低且张应力增加的薄膜，建议四种方法。1、使用RTCVD通入BTBAS、UV激发的氨、以及二硼烷至单一基材反应室内。2、执行RTCVD以沉积一硅氮碳氢薄膜，然后执行RTCVD以沉积一硼氮氢薄膜，以其它方式脉冲该含硅前驱物。3、使用LPCVD通入BTBAS、UV激发的氨、以及二硼烷。4、执行LPCVD以沉积一硅氮碳氢薄膜，然后执行LPCVD以沉积一硼氮氢薄膜。在执行RTCVD时，应沉积所述前驱物持续约2至约5分钟以得到1000埃或更低的薄膜厚度。该反应室的压力应选在约10至约350托耳范围内，并且总气体流量应选在约1至约10slm范围内。当调整形成的薄膜使具有低介电常数时，应该将温度控制在低于约550°C。当调整形成的薄膜使具有高张应力时，应该将温度控制在低于约475°C。该含硅前驱物较佳地是二硅烷或BTBAS,该含氮前驱物较佳地是氨或UV激发的(远程或直接)氨，而该硼来源较佳地是二硼烷。可用氮气、氢气、氩气、或氦气稀释二硼烷。稀释气体可使是氮气、氩气、或氦气。在执行LPCVD时，可使用与RTCVD选用者相似的制程条件和化学品。应沉积所述前驱物持续约2至约5小时以得到1000埃或更低的薄膜厚度。该反应室的压力应选在约100至约700毫托耳范围内，并且总气体流量应选在约1至约10slm范围内。当调整形成的薄膜使具有低介电常数时，应该将温度控制在低于约500°C。当调整形成的薄膜使具有高张应力时，应该将温度控制在低于约425°C。该含硅前驱物较佳地是二硅烷或BTBAS,该含氮前驱物较佳地是氨或UV激发的(远程)氨，而该硼来源较佳地是二硼烷。可用氮气、氢气、氩气、或氦气稀释二硼烷。实验时，使用硼和碳来掺杂氮化硅薄膜增加张应力20%。此外，当从550至675。C以50至300sccm的二石朋》克对305mg/min的BTBAS和40sccm的氨于275托耳下沉积薄膜时，薄膜的沉积速率在675。C以及150sccm的二硼烷下是435埃/分钟，并且在550。C以及300sccm的二硼烷下是211埃/分钟。因此，薄膜沉积速率随着二硼烷流速增加而增加。此外，折射率和薄膜应力也有随着二硼烷流速的增加变得较有利的倾向。从制作用300sccm的二硼烷和305mg/m的BTBAS在550。C下沉积的薄膜的以探针电压为函数的电容作图中，所测得的介电常数是4.5。沉积速率是142至265埃/分钟，而在200:1的氟化氢内的湿蚀刻速率是1埃/分钟，其是低于可比拟的较高温BTBAS制程。折射率是1.98至2.04。该薄膜的介电值必需利用薄膜中的硼含量调整。当BTBAS、氨、和二硼烷在525。C下于一系统中为前驱物时，所沉积的薄膜具有可接受的薄膜内微粒添加水平。介电常数也是可接受的。表6、BTBAS和前驱物BTBASSi2H6Si2H6+50sccm二硼烷Si2H6+150sccm二硼烷Si2He/硼-硅/Si2H6堆栈硅烷基薄膜的应力测量温度(C)应力(MPa)675T，1509-1537550T，1360550T，1334550T，1227550T，1394表6比较使用BTBAS、硅烷、或所述含硅前驱物的一合并氨以及选择性的二硼烷所沉积的薄膜的应力和沉积温度。低温(550°C)的二硅烷合并150sccm的二硼烷提供该薄膜最低的应力。其它测试显示薄膜沉积速率随着二硼烷的流速增加而增加。折射率和薄膜应力也随着二硼烷的流速增加而有更佳的结果。RBS/HFS测试和FTIR分析也在类似薄膜上执行。RBS/HFS测试显示所测量的薄膜具有可与理论结果相比拟的实验结果。该薄膜的成分是15原子百分比的氢、34.6原子百分比的氮、25.9原子百分比的硅、17.0原子百分比的硼、5.2原子百分比的碳、以及2.3原子百分比的氧。比较利用BTBAS、氨、和二硼烷在675。C及550。C下沉积的薄膜的FTIR分析显示在550。C下沉积的薄膜会形成较少的硅氮及较多的硼氢键。氧化硅及氧氮化硅薄膜BTBAS也提供某程度的制程化学弹性。对于BTBAS基的氧化物制程而言，可用例如N20的氧化剂来取代NH3。为制造氧氮化硅薄膜，可使用BTBAS以及Nhb和例如N20的氧化剂。此外，可在低至500。C的温度下使用二硅烷以及N20。该二硅烷和N20前驱物薄膜的沉积速率大于200埃/分钟，并且均匀度的变异性低于2%。对于上述的每一个不同薄膜而言，可合并使用各种方法以得到具有最佳特性的薄膜。也就是说，施加热至某些，而非所有的反应室表面，合并不使用掺质或使用一或多种含掺质前驱物气体可提供具有最低介电常数的薄膜以及具有最少的微粒形成的反应室表面。虽然上述者是针对本发明的实施例，但本发明的其它及进一步实施例可在不背离其基本范围下设计出，并且其范围是由如权利要求界定。权利要求1.一种在基材上沉积含有硅和氮的沉积层的方法，其至少包含气化含硅化合物；将该含硅化合物通入制程反应室的混合区中，其中该混合区是由加热的接合环及至少一阻断板界定；通过配气盘将该含硅化合物通入制程区，其中该制程区是由加热的侧壁、基材支撑、以及该配气盘界定；以及通过加热的排气系统排出剩余气体。2.如权利要求1所述的方法，更包含在从约475。C至约800。C的基材支撑温度下沉积该含硅和氮的沉积层。3.如权利要求1所述的方法，其中上述的反应室的制程区在沉积期间是处于约10至约350托耳的压力下。4.如权利要求1所述的方法，其中上述的反应室的制程区是处于约100至约700毫托耳的压力下。5.如权利要求1所述的方法，其中上述的排气系统的一部分是经加热至约5crc至约16crc。6.如权利要求1所述的方法，其中上述的含硅前驱物在进入该混合区前与氨合并。7.如权利要求1所述的方法，其中上述的含硅前驱物是选自二氯硅烷、六氯二石圭烷、双(三级丁胺基)石圭烷、石圭烷、以及二石圭烷。8.如权利要求1所述的方法，更包含通入含氮化合物至该混合区中，其中该含氮化合物是选自氨和联氨。9.如权利要求1所述的方法，更包含通入稀释气体至该混合区中，其中该稀释气体是选自氮气、氢气、氦气、和氩气。10.如权利要求1所述的方法，更包含通入含锗化合物至该混合区中，其中该含锗化合物是选自锗烷和二锗烷。11.如权利要求1所述的方法，更包含通入至少一种掺质至该混合区中，其中该至少一种掺质是选自含碳化合物和含硼化合物。12.如权利要求11所述的方法，其中上述的含碳化合物是双(三级丁胺基)硅烷。13.如权利要求11所述的方法，其中上述的含硼化合物是选自硼烷、二硼烷、和三氯化硼。14.一种在基材上沉积至少一层含有硅和氮的沉积层的方法，其至少包含通入含硅化合物至制程反应室中，其中该制程反应室具有由接合环和至少一阻断板界定的混合区；加热该制程反应室的该接合环及一部分的排气系统；通入含硼化合物至该制程反应室内；以及通入含氮化合物至该制程反应室内。15.如权利要求14所述的方法，其中上述的含硅化合物是连同含碳化合物一起通入该制程反应室内。16.如权利要求14所述的方法，其中上述的含碳化合物是双(三级丁胺基)硅烷。17.如权利要求14所述的方法，其中上述的含硼化合物是选自硼烷、二硼烷、和三氯化硼。18.如权利要求14所述的方法，其中上述的含硅化合物是选自二氯硅烷、六氯二石圭烷、双(三级丁胺基)石圭烷、石圭烷、以及二石圭烷。19.如权利要求14所述的方法，更包含沉积硼氮氢薄膜。20.如权利要求19所述的方法，更包含沉积额外的氮化硅薄膜。全文摘要本发明揭示一种掺杂氮化硅薄膜的低温沉积方法及装置。所改善者包含CVD反应室的机械设计(其可以提供低温制程均匀的热分布和制程化学品的均匀分布)，以及在一基材上沉积至少一层含有硅和氮的沉积层的方法，其中该方法是藉由加热一基材、通入一含硅前驱物至一制程反应室(其具有由一接合环和一或多个阻断板及一排气系统界定的混合区)中、加热该接合环及一部分的排气系统、通入一或多种的氢、锗、硼、或含碳前驱物至该制程反应室内、以及选择性地通入一含氮前驱物至该制程反应室内。文档编号C23C16/00GK101283115SQ200680037090公开日2008年10月8日申请日期2006年8月29日优先权日2005年10月6日发明者A·M·兰姆,J·W·史密斯,K·L·坎宁安,K·张,P·拉马钱德兰,R·S·伊尔,S·M·佐伊特申请人:应用材料股份有限公司