用于形成氧氮化物层的方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种在衬底上制备氧氮化物膜的方法。将所述衬底的表面暴露于氧自由基以在所述衬底上形成氧化物膜，所述氧自由基通过第一处理气体的紫外（ＵＶ）辐射诱导解离而形成，所述第一处理气体包含至少一种包含氧的分子组合物。将所述氧化物膜暴露于氮自由基来氮化所述氧化物膜，并形成所述氧氮化物膜，其中所述氮自由基是通过包含至少一种含氮的分子组合物的第二处理气体的等离子体诱导解离而形成的，所述解离使用基于通过具有多个缝隙的平面天线的微波辐射的等离子体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于形成氧氮化物层的方法和系统5 相关申请交叉引用本申请是以2005年3月30日提交的美国专利申请No. 11/093260为基石出，并要求其优先权。
10 本专利技术一般性地涉及适于制造电子器件的方法和系统以及用于电子器 件的材料。
技术实现思路
本专利技术一般性地提供了一种在衬底上制备氧氮化物膜的方法。将所述 15 衬底的表面暴露于氧自由基以在该表面上形成氧化物膜，所述氧自由基通 过第一处理气体的紫外(UV)辐射诱导解离而形成，所述第一处理气体 包含至少一种包含氧的分子组合物。将氧化物膜暴露于氮自由基以氮化所 述氧化物，从而形成界面层，所述氮自由基通过第二处理气体的等离子体 诱导解离而形成，所述第二处理气体包含至少一种包含氮的分子组合物， 20 所述解离使用基于通过具有多个缝隙的平面天线的微波辐射的等离子体。附图说明图1示出了根据一种实施方式的用于在衬底上形成氧氮化物层的处理 系统l;25 图2示出了根据一种实施方式的用于进行氧化工艺的处理系统的示意图；图3示出了根据一种实施方式的另一种处理系统； 图4示出了根据一种实施方式的用于处理栅极叠层的包含缝隙平面天 线(SPA)等离子体源的等离子体处理系统。具体实施方式 UVO，氧化图1示出了用于在衬底上形成氧氮化物层的处理系统1。例如，衬底 5 可以包括硅衬底，氧氮化物层可以包括通过衬底的氧化和氮化所形成的氧 氮化硅层。衬底表面可以是硅表面、氧化物表面或氧化硅表面。处理系统1包括被设置用于将含氧的分子组合物引至衬底的氧化系统10以及被设置用于将含氮的分子组合物引至衬底的氮化系统20。此外， 处理系统1还包括耦合至氧化系统10和氮化系统20的控制器30，控制器10 30被设置用于对氧化系统10和氮化系统20中进行的工艺进行监测、调节 或控制中的至少一种。尽管氧化系统IO和氮化系统20在图1中被示为独 立分开的模块，但是它们可以包含相同的模块。根据一种实施方式，图2示出了进行氧化工艺的处理系统的示意图。 处理系统101包括具有衬底支架120的处理室110，所述衬底支架120被15 设置用于支撑具有硅(Si)表面的衬底125。处理室110还包括电磁辐射 组件130，用于将衬底125暴露于电磁辐射。另外，处理系统101包括耦 合至电磁辐射组件130的功率源150以及耦合至衬底支架120并被设置用 于升高和控制衬底125温度的衬底温度控制系统160。气体供给系统140 耦合至处理室110，其被设置用于将处理气体引至处理室110。例如，在20氧化工艺中，处理气体可以包括含氧气体，例如02、 NO、 N02或N20。 引入处理气体的流率可为约30 sccm-约5 slm，包括30、 35、 40、 45、 50、 55、 60、 65、 70、 75、 80、 85、 90、 100、 250、 275、 300、 400、 500、 600、 700、 800、 900或1000 sccm，或2、 3、 4、 5 slm，或其任意组 合。此外(未示出)，净化气体可被引入处理室110。处理气体可以包括25惰性气体，例如氮气或稀有气体(即，氦、氖、氩、氙、氪)。净化气体 的流率可为约0-5 slm，包括0、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 20、 30、 35、 40、 45、 50、 55、 60、 65、 70、 75、 80、 85、 90、 100、 250、 275、 300、 400、 500、 600、 700、 800、 900或1000 sccm，或2、 3、 4、 5 slm，或其任意组合。电磁辐射组件130可以例如包括紫外(UV)辐射源。UV源可为单色 或多色。此外，UV源可被设置用于产生足以解离处理气体(即02)的波 长的辐射。在一种实施方式中，紫外辐射的波长为约145-192 nm，包括 145、 147、 150、 155、 171、 172、 173、 175、 180、 185、 190和192 nm，5这对被解离分子的结合能是适宜的。电磁辐射组件130的操作功率可为约 5-50mW/cm2，包括5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 13、 15、 17、 19、 20、 30、 40、 50mW/cm2，或其任意组合。电磁辐射组件130可以包括1、 2、 3、 4 或更多个額射源。辐射源可以包括灯或激光或其组合。仍参见图2，处理系统101可被设置用于处理200 mm衬底、300 mm 10衬底或更大尺寸的衬底。实际上，本领域技术人员应当理解，处理系统可 被设置用于处理任意尺寸的衬底、晶圆或LCD。因此，虽然本专利技术的各个 方面是结合半导体衬底处理来描述的，但本专利技术并不仅限于此。再次参见图2，处理系统101包括耦合至衬底支架120的衬底温度控 制系统160，其被设置用于升高和控制衬底125温度。衬底温度控制系统 15160包括温度控制元件，例如可包括电阻加热元件和热电加热器/冷却器的 加热系统。此外，衬底温度控制系统160可以包括含有再循环冷却剂流的 冷却系统，该流接收来自衬底支架120的热量并将其传递至热交换器系统 (未示出)，或者在加热时传递来自热交换器系统的热量。而且，衬底温 度控制系统160可以包括布置在处理室110的室壁中的温度控制元件以及 20布置在处理系统101内的其他部件。为了改善衬底125与衬底支架120之间的热传递，衬底支架120可以 包括机械夹持系统或电夹持系统(例如，静电夹持系统)，从而将衬底 125紧附在衬底支架120的上表面。此外，衬底支架120还可包括衬底背 面气体输送系统，其被设置用于将气体引至衬底125的背面，从而改善衬 25 底125与衬底支架120之间的气隙热传导。当需要在升高或降低的温度下 对衬底温度进行控制时，可以采用这样的系统。例如，衬底背面气体系统 可以包括双区气体分布系统，其中氦气隙的压力可以在衬底125的中央与 边缘之间独立变化。此外，处理室IIO进一步通过管道138耦合至包括真空泵吸系统134和阀136的压力控制系统132，其中压力控制系统134被设置用于将处理 室110可控地抽空至适于在衬底125上形成薄膜并且适于使用第一和第二 处理材料的压力。真空泵吸系统134可以包括泵吸速率可达约5000升每秒(和更大) 5的涡轮分子真空泵(TMP)，阀136可以包括用于调节室压力的闸式阀。 在常规的等离子体处理设备中，通常使用约500-3000升每秒的TMP。此 夕卜，监测室压力的设备(未示出)可被耦合至处理室10。压力测量设备可 以例如是可从MKS Instruments, Inc. (Andover， MA)购得的628B Baratron型绝对电容压力计。 10 另外，处理系统101包括耦合至处理室110、衬底支架120、电磁辐射组件130、功率源150和衬底温度控制系统160的控制器170。或者， 或另外，控制器170可以耦合至一个或更多个附加控制器/计算机(未示 出)，并且控制器170可以从附加控制器/计算机获得设置和/或配置信 息。15 在图2中，示出了单个处理元件(110、 120、 130、 150、 160和170)，但这并非本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在衬底上制备氧氮化物膜的方法，包括：通过将所述衬底的表面暴露于氧自由基来氧化所述衬底的所述表面，以形成氧化物膜，其中所述氧自由基是通过包含至少一种含氧的分子组合物的第一处理气体的紫外（ＵＶ）辐射诱导解离而形成的；通过将所 述氧化物膜暴露于氮自由基来氮化所述氧化物膜，以形成所述氧氮化物膜，其中所述氮自由基是通过包含至少一种含氮的分子组合物的第二处理气体的等离子体诱导解离而形成的，所述解离使用基于通过具有多个缝隙的平面天线的微波辐射的等离子体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-3-30 11/093,2601.一种在衬底上制备氧氮化物膜的方法，包括通过将所述衬底的表面暴露于氧自由基来氧化所述衬底的所述表面，以形成氧化物膜，其中所述氧自由基是通过包含至少一种含氧的分子组合物的第一处理气体的紫外(UV)辐射诱导解离而形成的；通过将所述氧化物膜暴露于氮自由基来氮化所述氧化物膜，以形成所述氧氮化物膜，其中所述氮自由基是通过包含至少一种含氮的分子组合物的第二处理气体的等离子体诱导解离而形成的，所述解离使用基于通过具有多个缝隙的平面天线的微波辐射的等离子体。2. 如权利要求1的方法，其中所述衬底表面是硅表面、氧化物表面或 氧化硅表面。3. 如权利要求1的方法，其中所述第一处理气体中的所述分子组合物 包含02、 NO、 N02或N20或其两者或更多种的任意组合；以及可选的15至少一种选自H2、 Ar、 He、 Ne、 Xe或Kr或其任意组合的气体。4. 如权利要求1的方法，其中所述第一处理气体中的所述分子组合物 包含02，并且所述氧自由基是由02的紫外辐射诱导解离生成的。5. 如权利要求1的方法，其中所述氧化物膜的厚度为约0.1-3 nm。6. 如权利要求1的方法，其中所述氧化物膜的厚度方差a为约0.2-20 4%。7. 如权利要求1的方法，还包括将所述第一处理气体流过所述衬底表 面，以使流过所述衬底表面的所述第一处理气体的层流中包含所述氧自由 基。8. 如权利要求1的方法，还包括在所述衬底表面的平面中以约1-60 25 rpm的速率旋转所述衬底。9. 如权利要求1的方法，其中所述氧化在约200-1000。C的衬底温度下 进行。10. 如权利要求1的方法，其中所述氧化在约1-30000 mTorr的压力下进行。11. 如权利要求1的方法，其中所述第一处理气体中的所述分子组合物包含02，并且所述氧化在约30 sccm-约5 slm的02流率下进行。12. 如权利要求1的方法，其中所述第一处理气体中的所述分子组合 物还包含至少一种选自H2、 Ar、 He、 Ne、 Xe或Kr或其任意组合的第二5气体，并且其中所述第二气体的流率为约0-5slm。13. 如权利要求1的方法，其中所述氧化进行约5秒-约25分钟的时间。14. 如权利要求1的方法，其中所述紫外辐射诱导解离中的紫外辐射 包括172 nm的辐射。1015.如权利要求1的方法，其中所述紫外辐射诱导解离中的紫外辐射由在约5-50 mW/cm2的功率下操作的紫外辐射源产生。16. 如权利要求1的方法，其中所述紫外辐射诱导解离中的紫外辐射 由两个或更多个紫外辐射源产生。17. 如权利要求1的方法，还包括在所述氧化之前，从所述衬底表 15 面去除本生氧化物。18. 如权利要求1的方法，还包括在所述氧化之前，进行至少一个清洁步骤，所述清洁步骤选自通过湿化学清洁在衬底上形成裸露硅表面；通过清洁随后使所述衬底表面与HF接触，在衬底表面上形成裸露硅 表面；或其任意组合。 2019.如权利要求1的方法，其中所述氧化物膜具有式Si02。20. 如权利要求1的方法，其中所述第二处理气体的分子组合物包含 N2以及可选的至少一种选自H2、 Ar、 He、 Ne、 Xe或Kr或其任意组合的 气体。21. 如权利要求1的方法，其中所述第二处理气体的分子组合物包含 25N2和H2以及可选的至少一种选自Ar、 He、 Ne、 Xe或Kr或其任意组合的气体。22. 如权利要求1的方法，其中所述第二处理气体的分子组合物包含 N2或NH3或两者，并且所述氮自由基由N2或NH3或两者的等离子体诱导 解离生成。23. 如权利要求1的方法，其中所述氧氮化物膜的厚度为约0.1-5 nm。24. 如权利要求1的方法，其中所述氧氮化物膜的厚度方差a为约0.2-4%。25. 如权利要求1的方法，还包括在所述衬底表面的平面中以约1-60 5 rpm的速率旋转所述衬底。26. 如权利要求1的方法，其中氮化在约20-100(TC的衬底温度下进行。27. 如权利要求1的方法，其中氮化在约1-30000 mTorr的压力下进行。28.如权利要求1的方法，其中所述第二处理气体中的所述分子组合物包含N2，并且所述氮化在约2 sccm-约5 slm的N2流率下进行。29.如权利要求1的方法，其中所述第二处理气体中的所述分子组合 物还包含至少一种选自H2、 Ar、 He、 Ne、 Xe或Kr或其任意组合的第二 气体，并且其中所述第二气体的流率为约100 sccm-约5 slm。30.如权利要求1的方法，其中所述氮化进行约5秒-约25分钟的时间。31. 如权利要求1的方法，其中用于所述氮化的所述等离子体包括小 于约3eV的电子温度。32. 如权利要求1的方法，其中用于所述氮化的所述等离子体的密度 20为约1X10-1X1013，密度均匀度为约士3%或更小。33. 如权利要求1的方法，其中所述氧氮化物膜的氮含量为约20%或 更小。34. 如权利要求1的方法，其中所述等离子体是由约0.5 mW/cm2-5 W/cr^的微波输出产生的。35.如权利要求1的方法，其中所述微波辐射包括约300 MHz-约10GHz的微波频率。36. 如权利要求1的方法，其中所述平面天线构件在其表面上的表面 积大于所述衬底表面的面积。37. 如权利要求1的方法，其中所述氧氮化物膜具有式SiON。38. 如权利要求1的方法，其中所述氮化还包括将所述氧化物膜或氧 氮化物膜暴露于第二氮自由基的第二氮化步骤，所述第二氮自由基是通过 包含含氮的上游分子组合物的上游处理气体的上游等离子体诱导解离而形成的，并且其中所述上游等离子体诱导解离包括使用通过将射频(RF)功 5 率耦合至所述上游处理气体所产生的等离子体。39. 如权利要求38的方法，其中所述第二氮化步骤在将所述氧化物膜 暴露于所述基于所述微波辐射的通过所述第二处理气体的等离子体诱导解 离而形成的氮自由基之前进行。40. 如权利要求39的方法，其中所述第二氮化步骤在第一处理室中进 10行，并且所述将所述氧化物暴露于所述基于所述微波辐射的通过所述第二处理气体的等离子体诱导解离而形成的氮自由基在所述第一处理室或另外 单独的处理室中进行。41. 如权利要求38的方法，其中所述第二氮化步骤在将所述氧化物膜 暴露于所述基于所述微波辖射的通过所述第二处理气体的等离子体诱导解15离而形成的氮自由基之后进行。42. 如权利要求41的方法，其中所述将所述氧化物暴露于所述基于所 述微波辐射的通过所述第二处理气体的等离子体诱导解离而形成的氮自由 基在第一处理室中进行，并且所述第二氮化步骤在所述第一处理室或另外 单独的处理室中进行。43.如权利要求38的方法，其中所述第二氮化步骤与将所述氧化物膜暴露于所述基于所述微波辐射的通过所述第二处理气体的等离子体诱导解 离而形成的氮自由基同时进行。44. 如权利要求1的方法，其中所述氮化还包括将所述氧化物膜或氧 氮化物膜暴露于第二氮自由基的第二氮化步骤，所述第二氮自由基是通过25 包含含氮的上游分子组合物的上游处理气体的上游等离子体诱导解离而形 成的，其中所述上游等离子体诱导解离包括使用通过将射频(RP)功率耦 合至所述上游处理气体所产生的等离子体，并且其中所述第二氮化步骤在 约1-20000 mTorr的压力下进行。45. 如权利要求1的方法，其中所述氮化还包括将所述氧化物膜或氧氮化物膜暴露于第二氮自由基的第二氮化步骤，所述第二氮自由基是通过 包含含氮的上游分子组合物的上游处理气体的上游等离子体诱导解离而形 成的，其中所述上游等离子体诱导解离包括使用通过将射频(RF)功率耦 合至所述上游处理气体所产生的等离子体，并且其中所述第二氮化步骤在5约20-1200。C的温度下进行。46. 如权利要求1的方法，其中所述氮化还包括将所述氧化物膜或氧 氮化物膜暴露于第二氮自由基的第二氮化步骤，所述第二氮自由基是通过 包含含氮的上游分子组合物的上游处理气体的上游等离子体诱导解离而形 成的，其中所述上游等离子体诱导解离包括使用通过将射频(RF)功率耦10 合至所述上游处理气体所产生的等离子体，并且其中所述第二氮化步骤进 行约l秒-约25分钟的时间。47. 如权利要求1的方法，其中所述氮化还包括将所述氧化物膜或氧 氮化物膜暴露于第二氮自由基的第二氮化步骤，所述第二氮自由基是通过 包含含氮的上游分子组合物的上游处理气体的上游等离子体诱导解离而形15 成的，其中所述上游等离子体诱导解离包括使用通过将射频(RF)功率耦 合至所述上游处理气体所产生的等离子体，其中所述上游分子组合物包含 流率为约2 sccm-20 slm的N2。48. 如权利要求1的方法，其中所述氮化还包括将所述氧化物膜或氧 氮化物膜暴露于第二氮自由基的第二氮化步骤，所述第二氮自由基是通过20 包含上游分子组合物的上游处理气体的上游等离子体诱导解离而形成的， 所述上游分子组合物包含氮和可选的至少一种选自H2、 Ar、 He、 Ne、 Xe 或Kr或其任意组合的第二气体，并且其中所述上游等离子体诱导解离包 括使用通过将射频(RF)功率耦合至所述上游处理气体所产生的等离子 体。49.如权利要求1的方法，其中所述氮化还包括将所述氧化物膜或氧氮化物膜暴露于第二氮自由基的第二氮化步骤，所述第二氮自由基是通过 包含上游分子组合物的上游处理气体的上游等离子体诱导解离而形成的， 所述上游分子组合物包含氮和至少一种选自H2、 Ar、 He、 Ne、 Xe或Kr 或其任意组合的第二气体，其中所述上游等离子体诱导解离包括使用通过将射频(RF)功率耦合至所述上游处理气体所产生的等离子体，并且其中所述第二气体的流率为约100 sccm-约20 slm。50. 如权利要求1的方法，其中所述氮化还包括将所述氧化物膜或氧 氮化物膜暴露于第二氮自由基的第二氮化步骤，所述第二氮自由基是通过5 包含含氮的上游分子组合物的上游处理气体的上游等离子体诱导解离而形 成的，其中所述上游等离子体诱导解离包括使用通过将频率为约40 KHz-约4 MHz的射频(RF)功率耦合至所述上游处理气体所产生的等离子 体。51. 如权利要求1的方法，其中所述氧化和氮化在相同的处理室中进10 行。52. 如权利要求1的方法，其中所述氧化和氮化在相...

【专利技术属性】
技术研发人员：井下田真信，考利瓦吉达，大卫L欧梅拉，克里森希尔，古川俊治，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]