本发明专利技术提供一种在基材上形成一含硅氮层的方法。该层亦可能含氧并且做为氮氧化硅栅极介电层。在一态样中，形成该层的方法包括使一硅基材暴露于由氮与一贵重气体所形成的等离子体中，而将氮纳入该基材的上表面内，其中该贵重气体是氩、氖、氪或氙。退火该层，随后将该层暴露于一氮等离子体中以将更多的氮纳入该层中。接着再次退火该层。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】以含贵重气体的双等离子体氮化法增进CMOS氮氧化硅栅介电层效能的方法
技术介绍
专利
本专利技术实施例大体上有关于一种形成栅极介电层的方法。更明确而言，本 专利技术实施例是有关于一种形成氮氧化硅(SiON)栅极介电层的方法。相关技术描述集成电路是由许多装置所构成，例如由数百万个晶体管、电容与电阻等装 置所构成。诸如场效晶体管的晶体管典型包含源极、漏极与栅极堆栈(gate stack)。栅极堆栈通常包含基材(如硅基材)、位在基材上的栅极介电层(如二氧 化硅)以及位在栅极介电层上的栅极(如多晶硅)。当集成电路的尺寸以及位于其上的晶体管尺寸逐渐縮小时，为了提升晶体 管速度所需要的栅极驱动电流也会跟着提高。由于驱动电流会随着栅极电容 (capacitance)的增加而增加，而电容又与栅极介电层的厚度成反比，因此减小 介电层厚度是提高驱动电流的其中一种方法。曾经尝试将二氧化硅(Si02)栅极介电层的厚度降至小于20埃(A)。然而， 却发现到使用厚度低于20埃的薄二氧化硅介电层经常对栅极性能与耐久度造 成不良影响。例如，来自硼掺杂栅极中的硼原子可能穿透薄二氧化硅栅极介电 层而进入下方的硅基材中。再者，薄介电层的栅极漏电情形，即穿隧作用 (tunneling),也会提高，而提高栅极的电力消耗量。曾经用来解决薄二氧化硅栅极介电层所带来的问题的方法是将氮纳入二 氧化硅层中，以形成氮氧化硅栅极介电层(SiON或SiOxNy)。将氮纳入二氧化 硅层中能阻挡硼穿透至下方的硅基材中，并且提高栅极介电层的介电常数，而 允许使用较薄的介电层。曾经利用等离子体氮化反应(Plasma nitridation)以单一步骤的处理将氮纳 入二氧化硅层中来形成氮氧化硅层，并可选用性地执行一后续的退火处理。然 而，使用单一步骤的氮化处理，难以控制在该氮氧化硅层整个膜层厚度中浓度分布情形，例如氮原子百分比。因此目前仍然需要一种沉积氮氧化硅层的方法。 专利技术概要本专利技术大体上提供一种在基材上形成一含有硅和氮的膜层。该含硅氮层亦 可能包含氧，因而提供一种可做为栅极介电层的氮氧化硅层。在一实施例中，在基材上形成一含硅氮层的方法包括将一含硅基材导入一反应室中，随后在该反应室内使该基材暴露于由氮气与一贵重气体(noble gas) 所形成的等离子体中以将氮纳入该基材的上表面内，而在该基材上形成一含硅 氮层；其中该贵重气体选自于由氩、氖、氪与氙所构成的群组中。接着退火该 含硅氮层。退火该层的步骤可包括在介于约800。 C至约110(T C之间的温度 下使该层暴露至一含氧气的气体中，或者在介于约80(T C至约llOO。 C之间 的温度下使该层暴露至一钝气(inert gas)中。该层随后暴露至一氮等离子体中， 以将更多的氮并入该含硅氮层中。接着再一次退火该层。在另一实施例中，在基材上形成一含硅氮层的方法包括引入一含硅基材至 一反应室中，随后在该反应室中使该基材暴露于一由氮气与氩气所形成的等离 子体以将氮纳入该基材的上表面内，并且在该基材上形成一含硅氮层。该含硅 氮层经过退火，并且在退火过程中将氧导入该层中。随后使该层暴露至一氮等 离子体(plasma of nitrogen)中，以将更多的氮纳入该含硅氮层中。接着再一次 退火该层。附图简单说明为了详细了解本专利技术的上述特征，可参阅多个实施例且部分实施例绘于附 图中，来阅读上述本专利技术的更明确叙述。然而需明白的是，附图中所显示的仅 为本专利技术的代表性范例，不应用来限制本专利技术范围。本专利技术可能涵盖其它等效 实施例。附图说明图1为本专利技术一实施例的流程图2A-2E绘示根据本专利技术一处理实施例在不同处理阶段时的基材结构剖 面图3显示根据本专利技术实施例所做的介电层相对于该些介电层的等效氧化 层厚度(EOT)的NMOS驱动电流；图4显示根据本专利技术实施例所做的介电层相对于该些介电层的等效氧化层厚度(EOT)的PMOS驱动电流。 具体实施例方式本专利技术实施例提供一种形成含硅氮层的方法。该含硅氮层可能是氮氧化硅 层(SiON)，其可做为栅极介电层。包含根据本专利技术实施例所做出氮氧化硅层的 栅极堆栈，能在N型场效晶体管(NMOS)与P型场效晶体管(PMOS)装置中具 有期望的驱动电流。将参照图1的流程图来简短描述本专利技术的一实施例，并且将参照第2A-2E 图对本专利技术实施例做更进一步描述。如图1所示般，于步骤102中，引导一含硅基材进入一反应室内。如步骤 104所示，使该基材暴露至一氮气与一贵重气体所形成的等离子体中，例如一 含氮与贵重气体等离子体中，以在该基材上形成一含硅氮层。随后于步骤106， 退火该含硅氮层。接着在步骤108中，使该含硅氮层暴露于一氮等离子体。在 步骤IIO，该含硅氮层再次进行退火。步骤104与108可称为等离子体氮化步 骤，因为在该些步骤会使等离子体中的氮纳入膜层内。借着使用多次的等离子 体氮化与退火步骤，可获得具有所欲浓度分布情形的含硅氮层，例如氮氧化硅 层。图2A显示出如上述图1的步骤102中所述含硅基材200的一范例。该基 材200可为200或300毫米(mm)的基材，或其它适合用于制造半导体或平面 显示器的基材。该基材可以是硅基材，例如裸硅晶圆或裸硅基材。或者，该基 材也可以是具有氢终端化(hydrogen-terminated)上表面的基材或是在上表面上 包含一薄化学氧化层的基材。可借着在将基材引导至该反应室内的步骤102 之前，先在该硅基材上执行一清洗处理来创造出该基材的氢终端化上表面或该 上表面上的薄化学氧化层。在进一步处理基材之前，可先执行该清洗处理以移 除该基材上的原生氧化层或其它污染物。该清洗处理可在单基材系统或批式系 统中执行。亦可在一超音波强化清洗浴中执行清洗处理。在一实施例中，清洗处理包括使该基材暴露于一湿式清洗处理中。该湿式 清洗处理可能包括将该基材暴露于一含有水(H20)、氢氧化铵(NH40H)与过氧 化氢(H202)的溶液中，例如SC-1溶液，以在该基材的上表面上形成一薄化学氧化层。或者，该湿式清洗处理可包含氟化氢(HF)后清洗步骤，也就是在该清洗处理的最后一个步骤将该基材暴露至氟化氢(或称氢氟酸)稀释溶液中，而在基材上产生氢终端化(hydrogen terminated)的上表面。该溶液中可含有浓度介于 约0.1至约10.0重量百分比的氟化氢(HF)，并在介于约20° C至约30° C的 温度下使用此溶液。在一示范实施例中，该溶液含有约0.5重量百分比的HF， 且温度约25° C。使该基材短暂地暴露在该溶液中之后，接着在去离子水中进 行漂洗步骤(rinse step)。回到步骤102，欲将基材引入其内部的反应室是一种能让基材暴露于等离 子体下的反应室。可利用射频功率(RFpower)、微波功率或其组合来产生等离 子体。亦可使用准远程等离子体源(quasi-remote plasma)、感应等离子体源 (inductive plasma source)、辐射状狭缝天线(RLSA)等离子体源或其它等离子体 源来产生该等离子体。该等离子体可为连续或脉冲的。可用的反应室范例为去耦等离子体氮化(DPN)反应室。在让与应用材料公 司并于2004年12月2日公开的公开号为2004/0242021且名称为"本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在一基材上形成一含硅氮层的方法，其包含： 引导一含硅基材进入一反应室中； 于该反应室中使该基材暴露至一由氮与一贵重气体所形成的等离子体，以将氮纳入该基材的上表面内，且在该基材上形成一含硅氮层，其中该贵重气体选自于由氩、氖、氪和氙所构成的群组中； 退火该含硅氮层； 暴露该含硅氮层至一氮等离子体，以使更多的氮纳入该含硅氮层中；以及 接着 再次退火该含硅氮层。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托弗奥尔森，
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]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。