低温SiN沉积方法技术

本发明专利技术公开了通过将含硅前驱物导入处理区中，排出处理区中包括含硅前驱物的气体，同时均匀逐渐降低处理区的压力，将含氮前驱物导入处理区中，并排出处理区中包括含氮前驱物的气体，同时均匀逐渐降低处理区的压力，在处理区内的衬底上沉积硅氮化物层。在排气步骤期间，压力降低相对于时间的斜率基本为常数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施方式一般涉及衬底处理。更具体地，本专利技术涉及化学气相沉积工艺。
技术介绍
化学气相沉积(CVD)薄膜用于在集成电路中形成材料的多层。CVD薄膜用作绝缘体、扩散源、扩散掩模和注入掩模、间隔物和最终钝化层。通常在设计具有特定的热量和质量传输特性的腔室中沉积所述薄膜以优化在衬底表面上物理性和化学性均匀的薄膜的沉积。腔室通常为较大集成设备的一部分以在衬底表面上制造多个元件。设计腔室以同时处理一个衬底或处理多个衬底。由于器件几何尺寸减小以使集成电路能加快，预期降低沉积薄膜的热预算同时满足对高产率、新薄膜特性和低浓度的不相关物质的不断增长的需求。历来，在数个小时的时间周期内在低压条件下进行沉积的批式烘炉中以700℃或更高的温度执行CVD。可通过降低沉积温度达到低热预算。低温沉积需要采用低温前驱物或减少沉积时间。已经使用硅卤化物做为低温硅源(参照Skordas，et al.，Proc.Mat.Res.Soc.Symp.(2000)606109-114)。具体地，硅碘化物或四碘硅烷(SiI4)已与氨(NH3)一起使用以在低于500℃的温度下沉积硅氮化物。一旦超过阈值暴露，硅氮化物沉积速率基本独立于前驱物暴露。图1示出了与硅前驱物暴露时间成函数关系的归一化沉积速率如何渐近地到达最大值，并因此可估算前驱物暴露时间。所述温度为450℃。SiI4为具有0.5Torr的部分气压的含硅前驱物以及氨为含氮前驱物。然而，SiI4为具有低挥发性的固体，其使低温硅氮化物沉积工艺困难。另外，与硅与氮含量化学计量比为约0.75的薄膜相比较，这些薄膜富含氮，具有硅与氮含量之比约0.66。这些薄膜还包含约16％到20％的氢。利用增强硼扩散通过正沟道金属氧化物半导体(PMOS)器件的栅极电介质以及利用偏离化学计量薄膜湿刻速率，这些材料中高氢含量可能对于器件性能是有害的。即，低温SiI4薄膜采用HF或热磷酸的湿刻速率比采用二氯硅烷和氨气在750℃沉积的硅氮化物薄膜的湿刻速率高3到5倍。另外，采用氨气作为含氮前驱物与硅卤化物一起用于硅氮化物薄膜的沉积产生诸如NH4Cl、NH4BR、NH4I和其他铵盐的形成。另一种在低温下沉积硅氮化物薄膜的方法采用六氯乙硅烷(HCDS)(Si2Cl6)和氨气(参照Tanaka，et al.，J.Electrochem.Soc.1472284-2289，美国专利申请公开号2002/0164890，和美国专利申请公开号2002/0024119)。图2示出了沉积速率在大暴露量下如何不渐近至恒定值，但单调增加而不达到饱和值，即使具有大暴露量。当它暴露于附加的气相HCDS中以在表面形成Si-Cl2并可能形成SiCl4时，表面化学吸收的HCDS逐渐分解。发现引入SiCl4和HCDS可略微降低腔室中HCDS的分解。用于该实验的含氮前驱物为氨。当HCDS分解时，在衬底上可能不会出现沉积薄膜厚度的不均匀。还可能出现晶圆到晶圆薄膜厚度的变化。薄膜化学计量退化。所述薄膜富含硅并包含大量氯。这些偏差可导致最终产品中的漏电。为了防止HCDS分解，已试验了限定HCDS的部分压力和暴露时间。美国专利申请20020164890描述了控制腔室压力至2Torr并采用大流速的载气以降低HCDS部分气压。然而，为了在超过每周期2的沉积速率下得到表面的饱和，需要诸如30秒的长暴露时间。如果降低该暴露时间，则沉积速率可降低至每周期1.5以下。通过在晶圆上维持对流气流以均匀分布反应物还可改善具有HCDS的衬底表面饱和。在美国专利5,551,985和6,352,593中对此进行了描述。低压硅氮化物沉积的另一问题为前驱物的凝聚以及腔室表面上的反应副产物。由于这些沉积物从腔室表面分离并变得易碎，它们可能污染衬底。由于盐的蒸发和升华温度，铵盐形成物更有可能在低温硅氮化物沉积时形成。例如，NH4Cl在150℃蒸发。因此，极需阻碍铵盐形成并采用有效的前驱物和高效的工艺条件用于低温硅氮化物沉积。
技术实现思路
本专利技术主要提供一种用于在处理区内的衬底上沉积包含硅和氮的层的方法。根据本专利技术的实施方式，该方法包括步骤将含硅前驱物导入至处理区中，在包括含硅前驱物的处理区中排出气体同时均匀地逐渐降低处理区的压力，将含氮前驱物导入处理区中，以及在包括含氮前驱物的处理区中排出气体同时均匀地逐渐降低处理区的压力。根据本专利技术的一方案，在排气步骤期间压力降低相对时间的斜率基本为常数。附图说明因此以上方式所述本专利技术的特征可以更详细的理解，将参照实施方式对以上的简单概述进行对本专利技术更具体的描述，其中在附图中示出了部分实施方式。然而，应当注意附图仅示出了本专利技术的典型实施方式，并因此不能认为是本专利技术范围的限定，本专利技术可允许其他等同的有效实施方式。图1为归一化沉积速率与硅源暴露时间的函数关系图(现有技术)；图2为对于两种温度的沉积速率与压力的函数关系图(现有技术)；图3为压力与时间函数关系图；图4为用于沉积硅氮化物薄膜的元件的流程图；图5为沉积速率和晶圆内部(WiW)不均匀度与温度的函数关系图；图6为晶圆不均匀度与压力的函数关系图。具体实施例方式本专利技术提供用于包括硅氮化物薄膜低温沉积的衬底处理的方法和设备。将具体描述含硅前驱物、含氮前驱物和其他工艺气体。接着，将描述工艺条件。最后，将描述实验结果和优点。本专利技术可在从位于加利福尼亚的Santa Clara的应用材料公司购买得到的FlexStar(tm)腔室、CA或在此处具体说明的条件下配置用于衬底处理的任意其他腔室中进行。在美国专利第6,352,593号、美国专利第6,352,594号、美国专利申请第10/216,079号和美国专利申请第10/342,151号中描述了详细的设备信息，在此引入其全部内容作为参考。用于导入前驱物的载气包括氩气和氮气。在工艺中用于清洗步骤的清洗气体包括氩气和氮气。含硅前驱物用于低温硅氮化物沉积的含硅前驱物为六氯乙硅烷和二氯硅烷。可选择含硅前驱物，原因在于它在室温下为液态或固态，其在预热温度下容易蒸发或升华。其他含硅前驱物包括硅卤化物，诸如SiI4、SiBr4、SiH2I2、SiH2Br2、SiCl4、Si2H2Cl2、SiHCl3、Si2Cl6和更一般地SiXnY4-n或Si2XnY6-n，其中X为氢或有机配位体以及Y为卤素诸如Cl、Br、F或I。也可选择较高阶硅烷盐，但一般前驱物的挥发性和热稳定性随着分子中硅原子数增加而降低。由于尺寸、热稳定性或其他特点，可选择有机成分，并且该有机成分包括任意直链或支链烷基组，诸如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、替代的烷基组，及其异构体诸如异丙基、异丁基、仲丁基、叔丁基、异戊烷、异己烷等。还可选择芳基组，其包括苯基和奈基。可选择烯丙基组和替代的烯丙基组。适合用于低温沉积应用的含硅前驱物包括乙硅烷、硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷和双(叔丁胺)硅烷。SiH2I2还可适合用作前驱物，原因在于与其他前驱物相比，它与含氮前驱物发生强烈的放能和放热反应。含氮前驱物氨为用于低温硅氮化物沉积最常用的氮源。可选择烷基胺。替代物包括二烯丙基胺和三烷基胺。具体的前驱物包括三甲胺、叔丁胺、二烯丙基胺、甲胺、乙胺、丙胺、丁胺、烯丙胺、环丙胺和类似烷基胺。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在处理区内的衬底上沉积包含硅和氮的层的方法，包括：将含硅前驱物导入到所述处理区中；排出所述处理区中包括所述含硅前驱物的气体，同时均匀地逐渐降低所述处理区的压力；将含氮前驱物导入到所述处理区中；以及排出 所述处理区中包括所述含氮前驱物的气体，同时均匀逐渐降低所述处理区的压力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-10-20 10/970,3171.一种用于在处理区内的衬底上沉积包含硅和氮的层的方法，包括将含硅前驱物导入到所述处理区中；排出所述处理区中包括所述含硅前驱物的气体，同时均匀地逐渐降低所述处理区的压力；将含氮前驱物导入到所述处理区中；以及排出所述处理区中包括所述含氮前驱物的气体，同时均匀逐渐降低所述处理区的压力。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括维持衬底支架在400℃到650℃的温度。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述处理区的所述压力为0.2到10Torr。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在每个排气步骤期间压力降低相对于时间的斜率基本为常数。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述排气步骤期间所述压力降低相对于时间的所述斜率基本相同。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，用于导入所述含硅前驱物的时间周期和用于导入所述含氮前驱物的时间周期为1到5秒。7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，用于排出所述处理区中包括所述含硅前驱物和所述含氮前驱物的气体的时间周期为2到20秒。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在导入所述含硅前驱物时所述处理区中的压力为0.2到10Torr，以及在导入所述含氮前驱物时所述处理区中的压力为0.2到10Torr。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在导入所述含硅前驱物之前所述处理区中的压力为0.2Torr，以及在导入所述含氮前驱物之前所述处理区中的压力为0.2Torr。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含氮前驱物选自包含氨、三甲胺、叔丁胺、二烯丙基胺、甲胺、乙胺、丙胺、丁胺、丙烯胺和环丙胺的组。11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，含硅前驱物选自包括乙硅烷、硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷和双(叔丁胺)硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿吉特P帕仁吉佩，康展张，布伦登麦克杜格尔，韦恩维雷布，米歇尔巴顿，艾伦戈德曼，萨默纳斯内奇，
申请(专利权)人：应用材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]