用于改善等离子氮化栅极电介质层中氮分布的方法技术

本发明专利技术提供了一种方法，其中，在一个系统的室中被等离子氮化的栅极电介质薄膜随后在同一系统的另一个室中被加热或“退火”。可以控制处理延迟，使得在系统中被处理的全部晶片经历类似的氮含量。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体处理，更具体地，涉及用于改善等离子氮化栅极电介质层中的氮分布的方法。
技术介绍
被用于晶体管制造的栅极电介质薄膜经常用氮离子被氮化，以提高它们的电容量。这种薄膜中的一小部分氮在被加入到薄膜中之后，在进一步处理之前被丢失了。由于工艺延迟中的差异，不同晶片之间总的氮含量可能不同，使得不同晶片的晶体管具有电容量显著不同的电介质层。
技术实现思路
提供了一种方法，其中，在一个系统的室中被氮化的栅极电介质薄膜随后在同一系统的另一个室中被加热或者“退火”。可以控制处理延迟，使得在系统中被处理的全部晶片经历类似的氮损耗。附图说明参考附图，以示例的方式进一步描述本专利技术，附图中图1是用于处理衬底的系统的平面图；图2是图示了在被插入图1的系统之前的晶片衬底的横截面侧视图；图3是图示了系统被如何操作以将衬底插入其多个室中的一个中的流程图；图4是具有其中插入衬底的室的快速加热装置的横截面侧视图；图5是图4的装置的盖子的仰视图；图6是图示了衬底在图4的装置中被如何处理的流程图；图7是晶片衬底在图4的装置中被处理之后类似于图2的横截面侧视图；图8是具有其中插入衬底的另一个室的等离子反应器的立体图；图9是图示了图8的系统的室的横截面侧视图；图10图示了图8和图9的系统如何能够被用于将氮加入到二氧化硅栅极电介质层中；图11是图示了不同时间段之后的氮水平的示图；图12是图示了在比图1更小的时间段上经过不同时间段后的氮水平的示图；图13是图示了当在退火步骤中使用不同温度斜率时的氮的百分比的示图；图14是图示了当类似的薄膜分别在低压氧环境和高压氮环境中被退火时的氮的保持率的示图。具体实施例方式附图中的图1图示了用于处理半导体晶片的系统10。系统10包括工厂集成单元12，第一和第二批量负载固定(loadlock)组件14A和14B，传递室18，第一、第二和第三晶片处理室20A、20B、20C和20D。各晶片处理室20A、20B或20C直接通到传递室18。相应的缝隙阀82A、82B和82C被安装用于打开或关闭传递室18与相应的一个晶片处理室20A、20B、20C或20D之间的通路。机械手84位于传递室18内。机械手84具有铲86，当机械手84被操作时，铲86可以将晶片从室20A、20B或20C中的一个传递到另一个。基座88位于室20的每一个中，晶片可以被铲86放置在该基座88上。图2图示了在被插入系统10之前的衬底60。衬底60由硅制成，具有外延硅形成的上层，该层已经被清洁使得其是暴露的。控制器(未示出)被用于控制图1所示的系统10的各种部件。控制器通常是具有处理器的计算机，处理器被编程以执行程序，控制系统10的所有部件。程序包括处理器可执行代码，并通常被存储在盘或者其他计算机可读介质上，然后被加载进计算机的存储器中，计算机的处理器从该存储器处读取并执行程序，以控制系统10的部件。从下面的讨论中，程序的具体特征以及它是如何编制的，对本领域的技术人员来说将是明显的。图3是帮助图示如何操作系统10的流程图。缝隙阀42初始时被关闭，使得传递室18的边界不与负载固定室24连通。负载固定室24初始时被抽真空，以去除杂质。负载固定室24然后用例如氮气的惰性气体回填。缝隙阀82是打开的，使得晶片处理室20与传递室18连通。传递室18和晶片处理室20被例如氮气的惰性气体填充。第一负载固定组件14A的门40是打开的。位于工厂集成单元12中的机械手(未示出)然后将总共25个衬底加载到第一负载固定组件14A中的晶片盒上(步骤1)。门40然后被关闭，使得衬底被隔离在负载固定室24中(步骤2)。缝隙阀42然后被打开(步骤7)。机械手84然后从负载固定室24中的晶片盒移出一个衬底，并将该衬底放置在第一晶片处理室20A中。缝隙阀82然后被关闭，使得晶片处理室20与传递室18隔离开(少骤9)。如图4和图5所图示的，晶片处理室20A是冷壁室，并构成快速加热装置100的一部分。如图1所示，快速加热装置100包括由侧壁114和底壁115包围的真空处理室20A。侧壁114和底壁115优选地由不锈钢制成。室20A的侧壁114的上部通过“O”形环116被密封到窗组件117上。辐射能光导管组件118被布置在窗组件117上方，并耦合到窗组件117上。辐射能组件118包括多个钨卤素灯119，例如Sylvania EYT灯，每个灯被安装到可以是不锈钢、黄铜、铝或其他金属的光导管121中。衬底60在其边缘通过由碳化硅制成的支撑环162被支撑在室20A中。支撑环162被安装在可旋转的石英圆柱163上。通过旋转石英圆柱163，可以使得支撑环162和衬底60旋转。可以使用附加的碳化硅接合环来允许处理不同直径的晶片(例如，150mm以及200mm)。支撑环162的外侧边缘优选地从衬底60的外径伸出不到两英寸。室20A的容积近似是两升。装置100的底壁115包括镀金的上表面111，用于将能量反射到衬底60的背面。另外，快速加热装置100包括多个穿过装置100的底壁115布置的光纤探头170，以便在其底部表面上的多个位置探测衬底60的温度。衬底60的背面与反射表面111之间的反射产生了黑体腔，使得温度测量与晶片背面的发射率无关，从而提供了精确的温度测量能力。快速加热装置100包括穿过侧壁114形成的气体入口169，用于将处理气体注入到室20A中，以使得能够在室20A中实施各种处理步骤。耦合到气体入口169上的是诸如O2之类的含氧气体的例如罐的源，以及诸如H2之类的含氢气体的例如罐的源。在侧壁114中，布置在气体入口169相对侧上的是气体出口168。气体出口168被耦合到真空源，例如泵，以从室20A排出处理气体，降低室20A中的压力。在处理期间处理气体被连续地送入室中的同时，真空源保持希望的压力。灯119包括被卷成线圈的灯丝，其轴线平行于灯罩的轴线。大多数光线垂直于轴线朝向周围的光导管的壁发射。光导管长度被选择为至少与相关联的灯一样长。只要到达晶片的功率不会由于增加的反射而显著地衰减，光导管的长度可以更长。光组件118优选地包括布置成六角形阵列或者“蜂房形”的187个灯，如图2所示。灯119被布置成充分覆盖支撑环162和衬底60的整个表面区域。灯119按区域分成组，它们可以被独立地控制以提供对衬底60非常均匀的加热。可以通过在各个热导管之间流过例如水的冷却剂来冷却热导管121。含有多个光导管121和相关联的灯119的辐射能量源118允许使用薄石英窗来提供用于对真空处理室中的衬底进行加热的光端口。窗组件117包括多个短光导管141，它们被铜焊接到上/下法兰盘上，法兰盘的外边缘被密封到外壁144上。例如水的冷却剂可以被注入光导管141之间的空间中，用于冷却光导管141和法兰。光导管141对准照明器的光导管121。水冷法兰被夹在两个石英窗147和148之间，该法兰具有与灯壳体对准的光导管图案。在法兰的圆周附近，这些板用“O”形环149和151被密封到法兰上。上和下法兰盘板含有沟槽，这些沟槽提供了光导管之间的连通。通过经由连接到光导管141中的一个上，从而又连接到法兰的其余部分上的管道153进行抽气，可以在多个光导管141中产生真空。这样，当该夹层结构被放在处理室20A上时，一般是不锈钢本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理衬底的方法，包括：当所述衬底位于系统的氮化室中时，将氮加入到形成在所述衬底上的栅极电介质层中；在不将所述衬底传递出所述系统的情况下，将所述衬底传递到所述系统的退火室中；以及当在所述退火室中时，通过将所述衬底加 热到比所述衬底在所述氮化室中的温度高的温度，退火所述栅极电介质层。

【技术特征摘要】
US 2002-6-12 60/388,599;US 2002-7-30 60/399,7651.一种处理衬底的方法，包括当所述衬底位于系统的氮化室中时，将氮加入到形成在所述衬底上的栅极电介质层中；在不将所述衬底传递出所述系统的情况下，将所述衬底传递到所述系统的退火室中；以及当在所述退火室中时，通过将所述衬底加热到比所述衬底在所述氮化室中的温度高的温度，退火所述栅极电介质层。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述氮被加入之后的五分钟之内，所述衬底被退火。3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述氮被加入之后的两分钟之内，所述衬底被退火。4.根据权利要求3所述的方法，其中，在所述氮被加入之后的一分钟之内，所述衬底被退火。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述衬底在所述退火室中的温度斜率至少是60℃/秒。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述退火室是冷壁室。7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述衬底在所述退火室中被加热到至少800℃。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述衬底在所述退火室中被加热到至少800℃。9.根据权利要求1所述的方法，其中，当被退火时，所述电介质层被暴露给氮气或者氧气。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述电介质层暴露到的气体包括至少50％体积的氮。11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述退火室中的压力至少为50托。12.根据权利要求1所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托弗S奥尔森，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]