含硅膜的等离子体增强周期化学气相沉积的制作方法
【专利说明】含括膜的等离子体増强周期化学气相沉积 阳OOU 本申请是申请日为2008年2月27日，申请号为200810088179. 5,发明名称为"含 娃膜的等离子体增强周期化学气相沉积"的发明专利申请的分案申请。
[0002] 相关申请的相互引用
[0003] 本申请要求于2007年2月27日提交的美国临时专利申请No. 60/903, 734的优先 权。
[0004] 发明背景 阳0化]电子器件制造业已经把氮化娃、碳氮化娃和氧氮化娃的化学气相沉积（CVD)、 周期化学气相沉积（CCVD)或原子层沉积（ALD)用于制造集成电路中。该工业应用的实 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，本发明提供在衬底上将含娃膜 如氮化娃、碳氮化娃、氧氮化娃和渗碳的氧化娃的CVD或ALD的现有工业方法的改进。
[0006] 发明概述
[0007] 本发明是将含娃膜如氮化娃、碳氮化娃、氧氮化娃和渗碳的氧化娃沉积到衬底上 的方法。
[0008] 本发明的实施方式之一是将氮化娃、碳氮化娃、氧氮化娃和簇基氮化娃沉积到半 导体衬底上的方法，包括： 阳009] a.在远距等离子体（remoteplasma)条件下使含氮源与加热的衬底相接触W在 所述加热的衬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.使所述加热的衬底与具有一个或多个Si-Hs片段的含娃源接触W与所吸收的含 氧源反应，其中所述含娃源含有选自W下组中的一个或多个H3Si-NR°2(R°=SiHs，R，Ri或R2， 定义如下）基团，该组包括一种或多种的：
[0012]
[0013] 其中，式中的R和Ri代表具有2-10个碳原子的脂族基团，其中式A中的R和Ri也 可W是环状基团，且R2选自单键、畑2)。、环或SiHz，和
[0014] d.清除未反应的含娃源。
[0015] 本发明的另一实施方式是将氧氮化娃、簇基氮化娃和渗碳的氧化娃沉积到半导体 衬底上的方法，包括：
[0016] a.在远距等离子体条件下使含氧源与加热的衬底相接触W在所述加热的衬底上 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.使所述加热的衬底与具有一个或多个Si-Hs片段的含娃源接触W与所吸收的含 氧源反应，其中所述含娃源含有选自W下组中的一个或多个H3Si-NR°2(R°=SiHs，R，Ri或R2， 定义如下）基团，该组包括一种或多种：
[0019]
[0020] 其中，式中的R和Ri代表具有2-10个碳原子的脂族基团，其中式A中的R和R1也 可W是环状基团，且R2选自单键、畑2)。、环或SiHz，和
[0021] d.清除未反应的含娃源。
[0022] 附图简述
[0023] 图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离子体增强周 期化学气相沉积的流程图。
[0024] 图2是在下述PEALD试验条件下DIPAS的沉积速率与脉冲时间图：等离子体功率 为1. 39kW的5sccm的NHsUOsccm的吹扫气体成、衬底溫度400°C、不诱钢容器中的DIPAS 为 40〇C。
[00巧]图3是典型的用于氧氮化娃和渗碳的氧化娃的等离子体增强周期化学气相沉积 的流程图。
[0026] 图4是实施例1所述的膜的FTIP光谱并在实施例2中进行讨论。
[0027] 发明详述
[0028] 本发明公开了由含有Si-Hs的烧氨基硅烷，优选式巧iR2N)SiH3(其中R嘴R2独立 地选自C2-C1。）W及氮源（优选氨）进行等离子体增强周期化学气相沉积氮化娃、碳氮化 娃、氧氮化娃、簇基氮化娃和渗碳的氧化娃的方法，使得膜与由热化学气相沉积获得的膜相 比具有改进的特性，例如蚀刻速率、氨浓度和应力。或者，该方法可按照原子层沉积（ALD)、 等离子体辅助原子层沉积（PAALD)、化学气相沉积（CVD)、低压化学气相沉积（LPCVD)、等离 子体增强化学气相沉积（PECVD)或旋转涂布沉积（Spinon(^position) (SOD)来进行。
[0029] 等离子体增强周期化学气相沉积氮化娃、碳氮化娃、氧氮化娃和簇基氮化娃的典 型周期示于图1中。
[0030] 远距等离子体室是AdvancedlinergyIndustries公司制造的LitmasRPSeLitmas WS是结合有固态RF功率输出系统的圆柱形感应等离子体源（石英室）。水冷线圈卷绕在 室的周围，为室提供冷却并形成RF天线。频率操作范围在1.9MHZ-3. 2MHz。DC输出功率范 围为 100W-1500W。
[0031]ALD系统是CambridgeNanoTech公司制造的Savann址100。ALD反应器是阳极化 侣且容纳有100mm的娃衬底。ALD反应器具有包埋的盘形加热部件，其从底部加热的衬底。 也有包埋在反应器壁内的管式加热器。前体阀总管包封在加热器中，加热封套用于加热前 体容器。在前体阀总管中的ALD阀是Ξ通阀，可向ALD反应器中连续地供给lO-lOOsccm的 惰性气体。
[0032] 氮化娃、碳氮化娃、氧氮化娃和簇基氮化娃的沉积方法描述如下。
[0033] 在方法的第一步骤中，安装在沉积室上游约12英寸处的远距等离子体室内产生 氨等离子体（ammoniaplasma),并W预定体积流速、预定的时间供应到沉积室中。通常，通 过开启远距等离子体头和ALD反应器之间的口阀（gatevalve),经0. 1-80秒的一段时间将 氨等离子体供给到ALD室中W使氨自由基被充分的吸附，使得衬底表面饱和。沉积过程中， 供给到远距等离子体室入口的氨的流速通常在1-lOOsccm范围内。等离子体室中的PF功 率在100W-1500W之间变化。沉积溫度是常规的，范围约200-600°C，对原子层沉积来说优选 200-400°C，对周期化学气相沉积来说优选400-600°C。示例性的压力从50mtorr-100torr。 此外，氨中其他的含氮源能够是氮、阱、单烷基阱、二烷基阱和其混合物。
[0034] 在方法的第二步骤中，惰性气体如Ar、N2或化可用于从室中吹扫未反应的氨自由 基。通常在周期沉积方法中，气体如ΑινΝζ或化WlO-lOOsccm的流速供入到室中，从而清 除留在室中的氨自由基和任何的副产品。
[0035] 在方法的第Ξ步骤中，有机氨基硅烷诸如二乙基氨基硅烷值EA巧、二异丙基氨基 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预定摩尔体积（例如1-100微摩尔）、W预定一段时间（优选约0. 005-10秒）导入 到室中。娃前体与吸附在衬底表面上的氨自由基反应导致氮化娃的形成。使用了常规的沉 积溫度 200-500°C和压力SOmtorr-lOOtorr。
[0036] 在方法的第四步骤中，用惰性气体如Ar、N2或化从室中吹扫未反应的有机氨基娃 烧。通常在周期沉积方法中，气体如Ar、N2或化WlO-lOOsccm的流速供入到室中，从而清 除留在室中的有机氨基硅烷和任何的副产品。
[0037] 上述的四个方法步骤包括典型的ALD过程周期。该ALD过程周期重复若干次直到 获得所需的膜厚度。
[0038] 图2显示了衬底溫度为400°C时的典型ALD饱和曲线。
[0039] 等离子体增强周期化学气相沉积氧氮化娃和渗碳的氧化娃的典型周期示于图3 中。
[0040] 在方法的第一步骤中，安装在沉积室上游约12英寸处的远距等离