含矽薄膜的低溫沉積的製作方法

2023-10-17 07:33:24 1

專利名稱：含矽薄膜的低溫沉積的製作方法
含矽薄膜的低溫沉積相關申請的交叉引用本申請要求於2008年6月2日提交的美國臨時申請第61/057891號、2008年6 月3日提交的美國臨時申請第61/058，374號和2009年6月2日提交的美國非臨時申請第 12/476734號的優先權。本文通過引用併入這些臨時申請的公開內容。
背景技術：
由於其獨特的物理、化學和機械性能，氮化矽薄膜已廣泛用於各種應用中。特別 是在半導體設備中，氮化矽薄膜用作柵極絕緣、擴散掩模、側壁隔片、鈍化和封裝等。通常 情況下，目前在> 750°C的熱壁反應器中使用二氯甲矽烷和氨通過低壓化學氣相沉積法 (LPCVD)沉積用於前端工藝(Front End Of Line,FE0L)的氮化矽薄膜。但是，由於集成電 路(IC)的橫向和豎向尺寸繼續縮小，為了避免Si和金屬之間的不必要的反應和實現具有 精確的摻雜分布控制的超高集成裝置，存在著對在低得多的溫度(<^0°C)下沉積氮化矽 薄膜的不斷增加的需求。為了在低溫下生長氮化物薄膜，最近有報導說，加入少量的Ge可能導致氮化矽薄 膜沉積所需要的溫度降低(us 7，119，016B2)。但是，這可能會向薄膜中引入不想要的雜質， 造成薄膜適用的設備的可靠性問題，也可能增加沉積過程的複雜性和成本。最近對於提高互補金屬氧化物半導體(CM0Q電晶體性能的創新已經產生了對於 與當前的超大規模集成(ULSI)技術兼容的應變(strained)陶瓷層的工業需求。特別是， 可以通過在MOS電晶體的通道區域引入拉伸單軸或雙軸應變(strain)，提高負性金屬氧化 物半導體(匪0幻電晶體的通道載體遷移率。同樣，壓縮應變的薄膜可用於實現正性金屬氧 化物半導體(PM0Q電晶體的通道載體遷移率的增強。在美國公布2008/0081470A1中，公 開了用於形成應變SiN薄膜和包含該應變SiN薄膜的半導體裝置的方法。

發明內容
本發明公開了在低沉積溫度下沉積氮化矽、氧氮化矽、氧化矽、碳摻雜的氮化矽、 碳摻雜的氧化矽和碳摻雜的氧氮化矽薄膜的方法。用於沉積的含矽前體是一氯甲矽烷 (monochlorosilane，MCS)禾口一氯焼基娃焼(monochloroalkylsilanes)。根據一個實施方式，本發明涉及一種在處理室中在基底上沉積氮化矽或碳摻雜的 氮化矽的方法，包括a.將基底與含氮源接觸，以在基底上吸收含氮源的至少一部分；b.清洗未吸收的含氮源；c.將基底與含矽前體接觸，以與吸收的含氮源的部分反應；和d.清洗未反應的含矽源；其中，該方法是等離子體增強的方法。根據另一個實施方式，本發明涉及一種在處理室中在基底上沉積氧化矽或碳摻雜 的氧化矽的方法，包括a.將基底與含氧源接觸，以在基底上吸收含氧源的至少一部分；4
b.清洗未吸收的含氧源；c.將基底與含矽前體接觸，以與吸收的含氧源的部分反應；和d.清洗未反應的含矽源。根據另一個實施方式，本發明涉及一種在處理室中在基底上沉積氧氮化矽或碳摻 雜的氧氮化矽的方法，包括a.將基底與含氧源和含氮源的混合物接觸，以在基底上吸收含氧源的至少一部分 和含氮源的至少一部分；b.清洗未吸收的含氧源和含氮源；c.將基底與含矽前體接觸，以與吸收的含氧源和含氮源的部分反應；和d.清洗未反應的含矽源。上述實施方式中的方法優選是等離子體增強的方法，諸如等離子體增強的原子層 沉積(PEALD)、等離子體增強的化學氣相沉積(PECVD)和等離子體增強的循環化學氣相沉 積。等離子體是原位產生的等離子體或遠處產生的等離子體。


圖1提供了使用一氯甲矽烷(MCS)和二氯甲矽烷(DCS)通過PEALD沉積的氮化矽 薄膜的溼法蝕刻速率的比較數據。圖2提供了對於使用一氯甲矽烷(MCS)和二氯甲矽烷(DCS)在氨等離子體下、在 450°C下沉積的ALD氮化矽薄膜通過二次離子質譜法(SIMS)分析的氯離子(chloride)濃 度的比較數據。
具體實施例方式本發明是為了解決在低沉積溫度下形成氮化矽、氧氮化矽、氧化矽、碳摻雜的氮化 矽、碳摻雜的氧化矽和碳摻雜的氧氮化矽薄膜的問題。二氯甲矽烷(DCS)作為矽源已被廣泛用於半導體產業，以通過與氨的反應沉積氮 化矽。典型的沉積溫度大於550°C，且副產物是每摩爾DCS兩摩爾的HC1。本發明使用一氯 甲矽烷(MCS)取代DCS ，以降低沉積溫度以及產生的薄膜中的氯離子汙染。表 權利要求
1.一種在處理室中在基底上沉積氮化矽或碳摻雜的氮化矽的方法，包括a.將基底與含氮源接觸，以在基底上吸收含氮源的至少一部分；b.清洗未吸收的含氮源；c.將基底與含矽前體接觸，以與吸收的含氮源的部分反應；和d.清洗未反應的含矽源；其中，所述方法是等離子體增強的方法。
2.根據權利要求1的沉積氮化矽的方法，其中，所述含矽源是一氯甲矽烷。
3.根據權利要求1的沉積碳摻雜的氮化矽的方法，其中，所述含矽源是一氯烷基矽烷， 具有通式 ClSiHxR1nR2nrx，其中，χ = 1、2 ；m = 1、2、3 ；η = 0、l，n+m =< 3 ；R1 和 R2 為直鏈、支 鏈或環狀的，獨立地選自具有1-10個碳原子的烷基、鏈烯基、炔基和芳基。
4.根據權利要求3所述的含矽源，選自ClSiEtH2,ClSiEt2H, ClSi (CH = CH2) H2, ClSi (CH = CH2)MeH, ClSi (CH = CH2) EtH、ClSi (CCH)H2, ClSi (iso_Pr)2H、ClSi (sec_Bu)2H、 ClSi (tert-Bu)2H、ClSi (iso_Pr)H2、ClSi (sec_Bu)H2、ClSi (tert-Bu)H2 及其混合物。
5.根據權利要求1所述的方法，其選自等離子體增強的原子層沉積和等離子體增強的 循環化學氣相沉積；其中，所述等離子體選自氨等離子體、氮等離子體、氮和氫等離子體的 混合物及氮和氬等離子體的混合物；等離子體激發的矽前體是任選的。
6.根據權利要求5的方法，其中，所述等離子體是原位產生的等離子體或遠處產生的 等離子體。
7.根據權利要求1的方法，其中，所述用於沉積氮化矽的含氮源選自氮、氨、胼、單烷基 胼、二烷基胼及其混合物；和用於沉積碳摻雜的氮化矽的含氮源選自氮、氨、胼、單烷基胼、 二烷基胼、羥胺(NH2OH)、叔丁胺(NH2C(CH3)3)、烯丙胺(NH2CH2CHCH2)、鹽酸羥胺、甲胺、二乙 胺、三乙胺及其混合物。
8.一種在處理室中在基底上沉積氧化矽或碳摻雜的氧化矽的方法，包括a.將基底與含氧源接觸，以在基底上吸收含氧源的至少一部分；b.清洗未吸收的含氧源；c.將基底與含矽前體接觸，以與吸收的含氧源的部分反應；和d.清洗未反應的含矽源。
9.根據權利要求8的沉積氧化矽的方法，其中，所述含矽源是一氯甲矽烷。
10.根據權利要求8的沉積碳摻雜的氧化矽的方法，其中，所述含矽源是一氯烷基矽 烷，具有通式 ClSiHxR1nR2m-X，其中，χ = 1、2 ；m = 1、2、3 ；η = 0、1，n+m = < 3 ；R1 和 R2 為直 鏈、支鏈或環狀的，獨立地選自具有1-10個碳原子的烷基、鏈烯基、炔基和芳基。
11.根據權利要求10所述的含矽源，選自ClSiEtH2,ClSiEt2H, ClSi (CH = CH2)H2, ClSi (CH = CH2)MeH, ClSi (CH = CH2) EtH、ClSi (CCH)H2, ClSi (iso_Pr)2H、ClSi (sec_Bu)2H、 ClSi (tert-Bu)2H、ClSi (iso_Pr)H2、ClSi (sec_Bu)H2、ClSi (tert-Bu)H2 及其混合物。
12.根據權利要求8所述的方法，選自等離子體增強的原子層沉積、等離子體增強的化 學氣相沉積和等離子體增強的循環化學氣相沉積。
13.根據權利要求12的方法，其中，所述等離子體是原位產生的等離子體或遠處產生 的等離子體。
14.根據權利要求8的方法，其中，所述含氧源選自氧、水、一氧化二氮、臭氧及其混合物。
15.一種在處理室中在基底上沉積氧氮化矽或碳摻雜的氧氮化矽的方法，包括a.將基底與含氧源和含氮源的混合物接觸，以在基底上吸收含氧源的至少一部分和含 氮源的至少一部分；b.清洗未吸收的含氧源和含氮源；c.將基底與含矽前體接觸，以與吸收的含氧源和含氮源的部分反應；和d.清洗未反應的含矽源。
16.根據權利要求15的沉積氧氮化矽的方法，其中，所述含矽源是一氯甲矽烷。
17.根據權利要求15的沉積碳摻雜的氧氮化矽的方法，其中，所述含矽源是一氯烷基 矽烷，具有通式 ClSiHxR1nR2m-X，其中，χ = 1、2 ；m = 1、2、3 ；η = 0、l，n+m =< 3 ；R1 和 R2 為直 鏈、支鏈或環狀的，獨立地選自具有1-10個碳原子的烷基、鏈烯基、炔基和芳基。
18.根據權利要求17所述的含矽源，選自ClSiEtH2,ClSiEt2H, ClSi (CH = CH2)H2, ClSi (CH = CH2)MeH, ClSi (CH = CH2) EtH、ClSi (CCH)H2, ClSi (iso_Pr)2H、ClSi (sec_Bu)2H、 ClSi (tert-Bu)2H、ClSi (iso_Pr)H2、ClSi (sec_Bu)H2、ClSi (tert-Bu)H2 及其混合物。
19.根據權利要求15所述的方法，其選自等離子體增強的原子層沉積、等離子體增強 的化學氣相沉積和等離子體增強的循環化學氣相沉積。
20.根據權利要求19的方法，其中，所述等離子體是原位產生的等離子體或遠處產生 的等離子體。
21.根據權利要求15的方法，其中，所述含氧源選自氧、水、一氧化二氮、臭氧及其混合物。
22.根據權利要求15的方法，其中，所述含氮源選自氮、氨、胼、單烷基胼、二烷基胼、羥 胺(NH2OH)、叔丁胺(NH2C(CH3)3)、烯丙胺(NH2CH2CHCH2)、鹽酸羥胺、甲胺、二乙胺、三乙胺及 其混合物。
全文摘要
本發明公開了在低沉積溫度下形成氮化矽、氧氮化矽、氧化矽、碳摻雜的氮化矽、碳摻雜的氧化矽和碳摻雜的氧氮化矽薄膜的方法。用於沉積的含矽前體是一氯甲矽烷和一氯烷基矽烷。該方法優選通過使用等離子體增強的原子層沉積、等離子體增強的化學氣相沉積和等離子體增強的循環化學氣相沉積進行。
文檔編號H01L21/205GK102047386SQ200980120277
公開日2011年5月4日 申請日期2009年6月3日 優先權日2008年6月3日
發明者E·J·卡瓦基, 楊柳, 松永正信, 程寒松, 米澤雅人, 蕭滿超, 長谷部一秀, 雷新建, 韓冰 申請人:東京毅力科創株式會社, 氣體產品與化學公司