專利名稱：：摻雜氮化硅薄膜的低溫沉積方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明的實施例大體來說是有關(guān)于基材處理。更明確地說，本發(fā)明的實施例是有關(guān)于化學氣相沉積反應室及制程。
背景技術(shù)：
：化學氣相沉積(CVD)薄膜是用來在集成電路中形成材料層。CVD薄膜是用來做為絕緣體、擴散來源、擴散及植入掩膜、間隙壁、及最終保護層，除了其它用途之外。所述薄膜通常是在擁有特定的熱及質(zhì)量傳輸特性的反應室內(nèi)沉積，以最佳化在一基材表面上的物理性及化學性均勻的薄膜的沉積，例如硅晶片、玻璃面板等等。用來沉積CVD薄膜的化學品可因為其在低溫下快速反應以及提供具有更均勻的結(jié)晶結(jié)構(gòu)、低介電常數(shù)(k)、和改善的應力分布的薄膜的能力而被選擇。許多應用希望能擁有低介電常數(shù)薄膜，例如互補式金屬氧化物半導體(CMOS)。改善對于所沉積薄膜的應力的控制改善對該陰極金屬氧化物半導體(NMOS)所形成的驅(qū)動電流的控制。一CMOS晶體管包含一柵極結(jié)構(gòu)，其是介于界定在該半導體基材內(nèi)的源極區(qū)和漏極區(qū)之間。該柵極結(jié)構(gòu)通常是形成在一柵極介電材料上的柵極電極。該柵極電極控制該柵極電極下方介于該漏極區(qū)和該源極區(qū)之間的通道區(qū)內(nèi)的電荷載體流，以將該晶體管開啟或關(guān)閉。緊鄰該柵極堆棧設(shè)置的是一間隙壁層，其在該柵極堆棧兩側(cè)形成側(cè)壁。側(cè)壁間隙壁有若干功能，包含電氣隔離該柵極電極以及源極和漏極接觸或內(nèi)聯(lián)機，作用為例如硼的摻質(zhì)或例如氫氣的不純物的擴散的障壁，保護該柵極堆棧在隨后的制程步驟期間不產(chǎn)生物理性劣化，以及提供氧氣及濕氣障壁，以保護該柵極金屬。一間隙壁堆棧內(nèi)的低介電常數(shù)薄膜具有改善的米勒電容，而有改善的CMOS的驅(qū)動電流。若側(cè)壁間隙壁是由介電常數(shù)相當高的材料制成，例如介電常數(shù)大于7的材料，相鄰的內(nèi)聯(lián)機之間過量的信號串訊可能會在使用含有完成的柵極電極的組件期間發(fā)生。雖然低介電常數(shù)材料，例如介電常數(shù)低于3的材料，可用來做為間隙壁層，但是所述材料常常缺乏必須的結(jié)構(gòu)整合度以熬過隨后的制程步驟，或缺乏所要求的對于例如硼的摻質(zhì)以及對于氧氣和濕氣的不通透性，以保護該柵極金屬不發(fā)生腐蝕。沉積反應室通常是用來制造基材表面上的多個零組件的較大的整合式工具的一部分。所述反應室是經(jīng)設(shè)計來一次處理一個基材或處理多個基材。歷史上，熱CVD是由加熱一基材來執(zhí)行，藉由加熱該基材支撐構(gòu)件至高于70CTC的溫度。當在高溫下執(zhí)行CVD時，流入該反應室的熱是主要的設(shè)計參數(shù)。目前的CVD制程在較低溫度下操作，以限制施加至所述基材的熱能并避免不想要的結(jié)果。較低溫的CVD操作要求在較低溫度下的改善的熱分布，以及提供該CVD反應室內(nèi)更有效的熱和化學品分布。此外，在較低的基材支撐溫度下需要改善的熱分布，以避免冷凝的前驅(qū)物的沉積物和沉積薄膜在反應室表面上的累積。不希望在反應室表面上發(fā)生材料的堆積，因為其可變得脆弱，沉積在該基材表面上，并且劣化該基材薄膜的特性。此外，材料的累積可能增加沉積步驟之間所需的清潔，并可能增加停機時間以清潔該系統(tǒng)。因此，需要一種用來調(diào)整化學品以達到低溫下預期的薄膜特性的方法，的設(shè)備，以形成改善的含硅薄膜。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供摻雜氮化硅薄膜的低溫沉積方法及裝置。本發(fā)明提供一CVD反應室，其提供低溫制程均勻的熱分布和制程化學品的均勻分布。此外，所改善者包含在一基材上沉積至少一層含有硅和氮的沉積層的方法，藉由加熱一基材，通入一含硅化合物至一制程反應室中，其具有由一接合環(huán)和至少一個阻斷板及一排氣系統(tǒng)界定的混合區(qū)，加熱該接合環(huán)及一部分的排氣系統(tǒng)，通入氫、鍺、硼、或含碳化合物至該制程反應室內(nèi)，以及選擇性地通入一含氮化合物至該制程反應室內(nèi)。因此可以詳細了解上述本發(fā)明的特征的方式，即對本發(fā)明更明確的描述，簡短地在前面概述過，可以藉由參考實施例來得到，其中某些在附圖中示出。但是需要注意的是，附圖只示出本發(fā)明的一般實施例，因此不應被認為是對其范圍的限制，因為本發(fā)明可允許其它等效實施例。圖1是反應室的一實施例的剖面圖。圖2是單一晶片熱CVD制程反應室用的制程套件的另一實施例及用來輸送制程氣體至一反應室的液體輸送系統(tǒng)的簡要透視圖。圖3是氣體輸送系統(tǒng)的一實施例的透視圖。圖4是一制程套件的各零組件的分解圖。圖5是本發(fā)明的一面板的上視圖。圖6是排氣系統(tǒng)的一實施例的剖面圖。圖7是節(jié)流閥加熱器的一實施例的剖面圖。圖8是一排氣泵板的透視圖。圖9是一排氣泵板用的覆蓋物的透視圖。圖10是一狹縫閥內(nèi)襯的透視圖。圖11是一基材表面的圖示，其示出在該基材表面上收集樣品的位置。圖12是形成的特征的一實施例的圖示。主要組件符號說明1、2、3、4、5、6、7、8、9位置101嵌入件102混合區(qū)103接合環(huán)104第一阻斷板105第二阻斷板106反應室壁107、109排氣泵板108、208面板110、209上蓋111基材支撐組件112排氣板覆蓋物113混合器114狹縫閥開口115選擇性的狹縫閥內(nèi)襯116孔洞122場隔離區(qū)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>具體實施例方式本發(fā)明的實施例提供在一基材上沉積一層的方法和裝置。首先提出包含一實施例的圖式的硬件討論。在硬件討論之后是制程調(diào)整及測試結(jié)果的解釋?；瘜W氣相沉積(CVD)、次大氣壓化學氣相沉積(SACVD)、快速熱化學氣相沉積(RTCVDP)、以及低壓化學氣相沉積(LPCVD)皆是可從如下裝置和制程調(diào)整中受惠的沉積方法?？墒褂么搜b置及制程的某些實施例的CVD制程反應室的范例包含可從加州圣塔克拉拉的應用材料公司購得的SiNgenTM、SiNgen-Plus、以及FlexStar。裝置圖1是單一晶片CVD制程反應室的一實施例的剖面圖，其具有頂端由一上蓋110封閉的實質(zhì)上圓柱狀的側(cè)壁106。該上蓋110可進一步包含在后方描述的進氣口、氣體混合器、電漿來源、以及一或多個配氣盤?？杉訜嵩搨?cè)壁106的某些部分。一狹縫閥開口114是設(shè)置在該側(cè)壁106內(nèi)以讓一基材進入。一基材支撐組件111支撐該基材并且可供熱至該反應室。除了該基材支撐組件外，該反應室的基座可含有在后方進一步描述的額外裝置，包含反射板、或其它經(jīng)調(diào)整以促進熱傳輸?shù)臋C構(gòu)、測量反應室情況的探針、排氣組件、以及其它支撐該基材及控制該反應室環(huán)境的設(shè)備。饋送氣體可在通過位于該上蓋110內(nèi)的混合器113以及位于一第一阻斷板104內(nèi)的孔洞(未示出)之前通過一氣體輸送系統(tǒng)進入該反應室。該饋送氣體然后行進通過位于一第一阻斷板104和一第二阻斷板105間的混合區(qū)102。該第二阻斷板105在結(jié)構(gòu)上是由一接合環(huán)103支撐。在該饋送氣體通過該第二阻斷板105內(nèi)的孔洞(未示出)后，該饋送氣體流經(jīng)位于一面板108內(nèi)的孑L洞(未示出)，然后進入該反應室壁106、該面板108、和該基材支撐111界定出的主要制程區(qū)。然后廢氣在該反應室基座處通過該排氣泵板107離開該反應室。選擇性地，該反應室可含有介于所述反應室壁106和該上蓋110間的嵌入件101,其是經(jīng)加熱以供熱至該接合環(huán)103以加熱該混合區(qū)102。圖1標出的另一種硬件選擇是該排氣板覆蓋物112，其設(shè)置在該排氣泵板109頂端。最后，一選擇性的狹縫閥內(nèi)襯115可用來降低通過該狹縫閥開口114的熱流失。圖2是該上蓋組件的另一實施例的細部圖。該上蓋209可利用熱隔絕中止組件212與該處理室的其它部分分離。該中止組件212是設(shè)置在加熱器外罩203的上及下表面。該加熱器外罩203也可與阻斷板205和面板208連接。選擇性地，可加熱該上蓋或上蓋零組件的一部分。該上蓋組件包含一最初進氣口213，以在進入由該上蓋209、該熱中止組件212、該加熱器外罩203、和所述阻斷板204和205界定出的空間202之前預混合該饋送氣體。該空間202提供增加的滯留時間以使反應氣體可在進入該反應室的基材制程部分之前混合?？捎稍摷訜崞?10施加至界定出該空間202的所述表面的熱幫助避免原始材料沿著該空間的表面累積。加熱表面也預熱該反應氣體，以促進較佳的熱及質(zhì)量傳輸，一旦所迷氣體離開該面板208并進入該反應室的基材制程部分。圖2也是用來添加例如雙(三級丁胺基)硅烷(bis(tertiarybutylamino)silane，BTBAS)的含硅化合物至CVD反應室的氣體饋送系統(tǒng)的零組件的圖標。該BTBAS是儲存在一主安瓿401內(nèi)。該BTBAS從該主安瓿401流至該制程安瓿402，然后流入該液體流量計403。所測量的BTBAS流入一蒸餾器404，例如一壓電控制式液體直接導入系統(tǒng)。選擇性地，該BTBAS可在該蒸餾器404內(nèi)與一栽氣混合，例如來自該氣體來源405的氮氣。此外，該栽氣可在添加至該蒸餾器之前預熱。然后將所形成的氣體通入該CVD反應室的上蓋209內(nèi)的進氣口213。選擇性地，可加熱連接該蒸餾器404和該混合器113的管路。圖3是氣體輸送系統(tǒng)的一實施例的三維視圖。該前驅(qū)物氣體是通過線路1103輸送至該系統(tǒng)。該清潔及抽氣線路1101將該前驅(qū)物氣體從該加熱的轉(zhuǎn)移線路1102分出。流經(jīng)該加熱的轉(zhuǎn)移線路1102的該氣體及流體混合物的一部分流過對流式真空計1104和排氣口1105。圖4是圖1所示的氣體饋送系統(tǒng)的實施例的分解圖。圖4示出該上蓋110、一或多個阻斷板104、105、該接合環(huán)103、和該面板108如何可配置來提供具有加熱表面的空間，以在進入該反應室的制程區(qū)之前加熱并混合所述氣體。圖5是圖1的面板108的一實施例的圖示。該面板108是由該接合環(huán)103支撐。該面板108是利用螺釘與該接合環(huán)103連接，并且配置有孔洞116，其是設(shè)置來在該反應室的制程區(qū)內(nèi)形成預期的進氣分布。圖6是排氣系統(tǒng)的一實施例的剖面圖。導管901供應清潔干燥氣體以在進入一廢氣處理系統(tǒng)前稀釋最終的廢氣。該前驅(qū)物氣體線路具有一清潔或抽氣線路902以及轉(zhuǎn)移線路903。該對流式真空計904是與該轉(zhuǎn)移線路903和球閥905交流。該球閥905是與該節(jié)流閥906及該管線907交流。球閥可以是一球型ISO閥或JALAPENOTM閥。JALAPEROTM閥是小型的加熱真空閥，并且可由馬薩諸塞州Wilmington的HPSProducts公司購得。一閥加熱器供熱至該球閥905。圖7提供節(jié)流閥1000的一實施例的剖面圖。夾鉗1001延伸在該閥1000周圍。節(jié)流閥加熱器外罩1002供熱至節(jié)流閥1000外部，間接加熱該節(jié)流閥1000的空腔1003。圖8是用來控制來自該反應室的制程區(qū)的廢氣流的排氣泵板109的一實施例的三維圖式。排氣泵板109由一裙狀物構(gòu)成的部分，示為一是列的狹縫形孔洞，幫助補償在該狹縫閥區(qū)域處的熱流失。圖9是該排氣板109用的排氣板覆蓋物112的三維圖式。該覆蓋物112是經(jīng)設(shè)計有最佳化的、不均勻的孔洞，以提供平均的氣體分布，或者是故意提供不均勾的氣體分布，以補償熱流失不平衡。圖10是圖1的狹縫閥內(nèi)襯115的一實施例的三維圖示。該狹縫閥內(nèi)襯115藉由引導制程氣流以及減少熱傳輸通過該狹縫閥來減少通過該狹縫閥開口114的熱流失。結(jié)構(gòu)圖12示出具有根據(jù)本發(fā)明的一實施例形成的柵極結(jié)構(gòu)的晶體管。在一基材100內(nèi)形成數(shù)個場隔離區(qū)122。該數(shù)個場隔離區(qū)122隔離一種導電型的井123(例如p型)和相鄰的其它導電型的井(例如n型)。一柵極介電層150是經(jīng)形成在該基材100上，并且在井123上。通常，該柵極介電層150可藉由沉積或成長一層例如氧化硅(SiOn)及/或氧氮化硅的介電常數(shù)低于約5.0的材料形成。柵極介電技術(shù)的最新發(fā)展顯示偏好使用較高介電常數(shù)材料(K"O)來形成柵極介電層。因此適合的可用材料的范例包含，但不限于，金屬氧化物(三氧化二鋁(Al203)、二氧化鋯(Zr02)、二氧化鉿(Hf02)、二氧化鈦(，02)、三氧化二釔(丫203)、及三氧化二鑭(1_3203))，鐵電材料(鋯鈦酸鉛(PZT)和鈦酸鍶鋇(BST))，非晶金屬硅酸鹽(氧化硅鉿(HfSixOy)和氧化硅鋯(ZrSixOy))，非晶硅酸鹽氧化物(二氧化鉿(Hf02)和二氧化鋯(Zr02)),以及順電材料(三氧化鈦鍶鋇(BaxSiYxTi03)和三氧化鈦鋯鉛(PbZrxTi^03))。含有這些材料的高k層可用各種沉積制程形成。此外，一導電柵極電極層136全覆式地沉積在柵極介電層150上。一般來說，該柵極介電層136可包含例如摻雜的多晶硅、未摻雜的多晶硅、碳化硅、或硅鍺化合物的材料。但是，預期實施例可包含含有金屬、金屬合金、金屬氧化物、單晶硅、非晶硅、金屬硅化物、或技藝中熟知的用來形成柵極電極的其它材料的柵極電極層136。一硬掩膜層(未示出)，例如氮化物層，是利用CVD制程沉積在導電層136上。然后執(zhí)行一微影制程，包含形成掩膜、曝光、和顯影一光阻層等步驟，以形成一光阻掩膜(未示出)。該光阻掩膜的圖案是藉由蝕刻該硬掩膜層至該柵極電極層136頂端，使用該光阻掩膜以校準該蝕刻，來轉(zhuǎn)移至該硬掩膜層，因此在該柵極電極層136上產(chǎn)生一硬掩膜(未示出)。該結(jié)構(gòu)藉由除去該光阻掩膜并往下蝕刻該柵極電極層136至該柵極介電層150頂端來進一步調(diào)整，使用該硬掩膜以校準該蝕刻，因此產(chǎn)生在該硬掩膜下方的含有余下的柵極電極層136材料的導電結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)是由蝕刻該柵極電極層136而來，而非該硬掩膜或門極介電層。繼續(xù)該制程程序，蝕刻柵極介電層150至該基材100頂端并且至所述隔離區(qū)122頂端。該柵極電極136和該柵極介電層共同界定出一復合結(jié)構(gòu)124,有時候稱為例如晶體管的積體裝置的柵極堆棧，或門極。在該柵極堆棧的進一步制程中，利用一植入制程來形成淺源極/漏極延伸140。該柵極電極136保護該柵極介電層下方的基材區(qū)不被離子植入。然后可執(zhí)行快速熱制程(RTP)退火，以將所述頂端140部分驅(qū)入該柵極介電層下方。接著，在整個基材表面上形成一共形薄氧化層125。此氧化層是用來隔開該硅表面和該間隙壁層126,其通常是一氮化硅層。該共形薄氧化層通常是在低壓化學氣相沉積反應室中高溫(>600°<:)沉積。該薄氧化層減輕該硅基材和該氮化物間隙壁間的應力，并且也藉由提供另一層材料來隔開所述柵極角落和該氮化硅間隙壁。若使用低k及非氮化硅材料來做為間隙壁，則可能可以省略此共形薄氧化層125或用另一種低k材料來取代。在本發(fā)明的一實施例中，一間隙壁層126，具有范圍在約200埃至約1000埃的厚度，較佳地介于約400埃至約800埃，是全覆式地沉積在該復合結(jié)構(gòu)124上，并且沿著該柵極堆棧124側(cè)邊的整個長度沉積，包含該柵極電極136和該柵極介電層側(cè)壁的整個長度。同時，該間隙壁層126是沉積在該基材100或隔離區(qū)122的任何暴露出的部分上。習知間隙壁層126是利用熱CVD沉積的氮化硅層。對于先進組件制造而言，若該間隙壁層126或氧化層125的介電常數(shù)過高，所形成的結(jié)構(gòu)常會造成過量的信號串訊。此外，用來沉積氮化硅的熱CVD制程通常要求高的沉積溫度。該高沉積溫度通常造成高的熱循環(huán)以及改變的頂端140的摻質(zhì)分布。因此，傾向于擁有利用低沉積溫度的低介電常數(shù)間隙壁層沉積制程。氮化硅薄膜氮化硅薄膜可利用硅前驅(qū)物和氮前驅(qū)物的反應在此間所述的反應室內(nèi)化學氣相沉積形成。較低溫的沉積需要較嚴密審查所述前驅(qū)物氣體，以選擇較不可能沿著反應室表面冷凝并且較可能與其它前驅(qū)物反應以在該基材表面上形成薄膜的氣體?？捎玫墓枨膀?qū)物包含二氯硅烷(dichlorosilane，DCS)、六氯二石圭烷(hexachlorodisilane，HCD)、雙(三級丁胺基)硅烷(bis(tertiarybutylamino)silaneBTBAS)、硅烷(SihU)、二硅烷(Si2He)、以其許多其它材料?？捎玫牡膀?qū)物包含氨(NH3)、聯(lián)氨(1\121"14)、以及其它材料。例如，可使用SiHU及NH3化學機制。在制程期間，SiH4主要分解成SiH3、SiH2，并且可能分解成SiH。NH3分解成NH2、NH、和H2。這些中間物反應而形成SiH2NH2或SiH;jNH2或類似的胺基硅烷前驅(qū)物，其擴散通過該氣體界限層，并在該基材表面處或相當接近該基材表面處反應而形成氮化硅薄膜。測試不同的NH3流速顯示增加NH3相對于其它前驅(qū)物的流速會提高薄膜的沉積。例如，習知系統(tǒng)可以比例為60比1的NH3對于SiH4流速操作。測試結(jié)果顯示60比1上至1000比1的習知比例在該上蓋和該最終配氣盤間的間隙也增加時提供均勻的薄膜。進一步發(fā)現(xiàn)在該最終配氣盤和該基材間使用850-1000密爾的間隙會提高薄膜均勻度，與在650密爾下沉積的薄膜相比。此外，執(zhí)行判定以二硅烷和氨做為前驅(qū)物的接受度的測試。在525°C下的氮化硅沉積擁有可接受的薄膜內(nèi)微粒添加(particleadders)水平和介電常數(shù)測量。此薄膜也提供保護，避免硼擴散至該間隙壁或氧化層上。此外，利用硅氮烷(SiN(H2))做為含硅前驅(qū)物執(zhí)行測試。用硅氮烷做為前驅(qū)物的所述薄膜需要較低的熱預算，并且擁有可與利用硅烷或其它含硅前驅(qū)物沉積的薄膜相比擬的薄膜特性。氮化硅鍺薄膜可能傾向于沉積擁有降低的氫含量的薄膜。氫在薄膜內(nèi)的存在增加硼的擴散、降低調(diào)整薄膜導電性的能力。為沉積擁有降低的氫含量的薄膜，可能需要使用非硅烷或二硅烷的含硅前驅(qū)物。此外，添加鍺烷(GeH4)或二鍺烷(Ge2H6)可能是有利的。鍺增強表面氫的脫附，并降低薄膜內(nèi)的氫含量。鍺的存在可以助長氫的脫附，因為氫硅化學鍵比氬鍺化學鍵強。氫從硅原子至鍺原子的轉(zhuǎn)移是一快速轉(zhuǎn)移。鍺具有比硅低的表面能量，所以鍺會遷移至表面。因此，鍺提供氫從該表面以氫分子形式進行的氫的熱脫附一低的能量障蔽路徑。此外，鍺增加薄膜成長速率，因此促進較低的沉積溫度并減少整個系統(tǒng)的熱預算。此制程具有不需要氨做為含氮前驅(qū)物的優(yōu)點?？蛇x擇兩種沉積技術(shù)以在沉積制程中使用鍺。可同時將含硅氣體、含氮氣體、以及含鍺氣體通入該系統(tǒng)中?；蛘?，可以短暫的、有限的兩種氣體同時通入的重迭時間分別通入所述氣體。例如，以在該含鍺氣體暴露的尾聲與含硅氣體短暫重迭的方式通入含鍺氣體至該反應室內(nèi)。然后，含硅氣體不與任何其它氣體一同通入。在該含硅前驅(qū)物的暴露周期近尾聲時，通入該含氮前驅(qū)物至該反應室，并且在不再通入含硅前驅(qū)物至該反應室之后繼續(xù)通入該反應室。因此，在該沉積步驟的第一部分沉積的鍺會在沉積硅和氮原子時遷移至表面。所以，會有較少的鍺留下合并在該氮化硅薄膜內(nèi)。此外，可施加例如氧化亞氮(nitrousoxide)或氧氣的氧化氣體至該基材，以形成揮發(fā)性氧化鍺。因此，當在一交錯氣體通入法中合并通入鍺和氧化氣體時，所形成的薄膜會因為鍺的通入而有較低的氫含量，因為氧化氣體的通入而有較低的鍺含量。摻雜硼的氮化硅薄膜在一實施例中，可沉積摻雜硼的氮化硅薄膜。使用硼做為摻質(zhì)在低溫沉積上是預期的。在一薄膜堆棧中加入硼摻雜層可降低整體介電常數(shù)。例如，典型的氮化硅薄膜的介電常數(shù)是7.1，而在硅氮碳氫薄膜中使用BTBAS降低該薄膜的介電常數(shù)至低于5.5。在一堆棧中加入硼硅氮氫層降低整體介電常數(shù)至低于4.5。BTBAS或其它含硅前驅(qū)物；氨，或其它含氮前驅(qū)物；以及三氯化硼(BCI3)、二硼烷、或其它含硼前驅(qū)物可用來沉積摻雜硼的氮化硅薄膜?？捎肬V燈來激發(fā)氨或其它含氮前驅(qū)物。使用摻雜硼的薄膜提供一種控制該沉積堆棧的應力的方式，藉由在N通道內(nèi)包含應變，以改善NMOS的驅(qū)動電流。為得到介電常數(shù)較低以及張應力增加的薄膜，可以有四種方法。1、使用RTCVD通入二硅烷、UV激發(fā)的氨、以及二硼烷至單一基材反應室內(nèi)。2、執(zhí)行RTCVD以沉積一硅氮氫薄膜，然后執(zhí)行RTCVD以沉積一硼氮氫薄膜。3、使用LPCVD通入二硅烷、UV激發(fā)的氨、以及二硼烷。4、執(zhí)行LPCVD以沉積一硅氮氫薄膜，然后執(zhí)行LPCVD以沉積一硼氮氫薄膜。因為具有較低的介電常數(shù)，摻雜硼的硅薄膜在大于630。C的沉積溫度下被用來做為后段制程(backendoftheline,BEOL)中間層隔離以及前段制程(frontendoftheline,FEOL)柵極間隙壁。但是，當反應室表面被加熱時，例如使用上面圖1至圖10所述的反應室表面加熱系統(tǒng)，摻雜硼的硅薄膜可在約45CTC下利用硅烷、氨、和二硼烷做為前驅(qū)物氣體成功地沉積出。此外，當摻雜硼的氮化硅是利用二硅烷在550。C下沉積時，應力并不會改變(約1.4GPa),與在較高溫度下利用二硅烷沉積的薄膜相比，沉積速率是142至265埃/分鐘，并且折射率是1.98至2.04。摻雜碳的氮化硅薄膜在一實施例中，可用BTBAS做為在此間所述的反應室內(nèi)沉積摻雜碳的氮化硅薄膜的含硅前驅(qū)物。下面是可以采用以利用三級丁胺制造摻雜碳的氮化硅薄膜的一機制。該BTBAS可與三級丁胺反應而形成異丁烯。3C8H22N2Si+NH3=>Si3N4+NH2C4H9形成該摻雜碳的氮化硅薄膜的BTBAS反應的反應速率可能是有限的，但質(zhì)量傳輸并未受限。形成在一圖案化基材上的薄膜可均勻地涂覆該圖案化基材暴露出的表面。BTBAS的圖案承載效應(patternloadingeffect)可能比習知硅前驅(qū)物低。咸信使用非BTBAS的含硅前驅(qū)物所經(jīng)驗到的圖案承載效應是因為那些前驅(qū)物的質(zhì)量傳輸限制。使用BTBAS做為反應氣體也使碳含量可以調(diào)整。也就是，藉由選擇例如壓力和前驅(qū)物氣體濃度等操作參數(shù)，可調(diào)整所形成薄膜的碳含量，以產(chǎn)生在整個基材直徑上具有均勻的碳濃度的薄膜。可以0.05至2.0mg/min的速率添加BTBAS至該系統(tǒng)，并且一般系統(tǒng)可使用0.3-0.6g/min。表1提供從基材上的若干點取得的不同制程條件的樣品的逐個元素成分。所述樣品的元素成分是利用核反應分析和拉瑟福德背向散射分析儀來測量。圖11是一基材的圖示，示出在該基材表面上收集樣品的位置。例如，位置1數(shù)據(jù)代表該基材中央處的信息。位置9數(shù)據(jù)代表在該基材邊緣處收集到的數(shù)據(jù)，而位置4則代表在該基材半徑的中點收集到的資料。表1、基于基材表面上的位置的原子成分碳氮氧硅Slot3，點1(0毫米,0度)10.837.46.445.3Slot3,點2(75毫米，0度)10.537.56.645.4Slot3,點3(75毫米，90度)10.537.46.845.4Slot3，點4(75毫米,180度)10.837.66.745.0Slot3,點5(75毫米，270度)10.738.16.744.5Slot3，點6(145毫米,45度)11.137.66.744,7Slot3，點7(145毫米,135度)10.037.86.545,7Slot3，點8(145毫米，225度)10.437.66.345.6Slot3，點9(145毫米,315度)11.237.16.944.8平均10.737.66.645.2標準差0.40.30.20.4標準差百分比3.40.72.90.9表1示出碳含量在該基材表面上的變異基于XPS(X射線光電子光譜儀)測試結(jié)果是3.4%。發(fā)現(xiàn)具有從2至18原子百分比的碳的摻雜碳的氮化硅薄膜在此間所述的反應室中以提高的速率沉積。使用BTBAS做為含硅前驅(qū)物提供所形成的薄膜若干特性優(yōu)勢。增加該薄膜的碳含量可改善摻質(zhì)保留和接合面輪廓，造成該組件的正通道金屬氧化物半導體(PMOS)部分有改善的效能。也可在與BTBAS合并使用時調(diào)整所述制程參數(shù)，以促進改善的應力分布。增加的薄膜應力改善該組件負通道金屬氧化物半導體(NMOS)部分的組件效能。薄膜應力特性受到調(diào)整該反應室壓力、總饋送氣流、NH3和BTBAS饋送氣體比例、以及BTBAS的體積比所影響。其它實驗結(jié)果顯示在675。C下，薄膜不均勻度的標準差低于1.5%。在645至675。C的溫度范圍內(nèi)的薄膜成份不均勻度標準差低于1%。在小于或等于0.12微米時，微粒污染低于30個微粒。當選擇低濃度Nhb和低壓力時，濕蝕刻比例較低。所測試的壓力范圍是50至275托耳。測得的濕蝕刻比例低于0.3。薄膜的濕蝕刻比例是由比較薄膜蝕刻對于400埃時100:1的氟化氫的RMS(均方根)粗糙度等于0.25納米的熱氧化物計算出。625至675。C范圍內(nèi)的薄膜沉積速率是125至425埃。沉積速率比選用較高的BTBAS濃度、較低的NH3濃度、和較高的壓力及溫度時快。該薄膜的氫濃度低于15%。估計大部分的氫是以N-H型態(tài)結(jié)合在該薄膜內(nèi)。該薄膜的碳含量是2至18%。就增強的NMOS電流驅(qū)動而言，所觀察到的應力是1E9至2E10達因/平方公分(0.3至1.7GPa)。使用高濃度NH3、低濃度BTBAS、和低壓力時應力較高。在相同溫度范圍內(nèi)所測得的折射率是1.8至2.1。當該系統(tǒng)以較低壓力和較低BTBAS濃度操作時折射率較高。此外，所觀察到或所估計的碳濃度范圍是從3至16%。當NH3濃度低且BTBAS濃度高時，其具有最大值。最后，使用三種BTBAS配置來執(zhí)行額外分析。表2提供三種配置的流速、濃度、和所形成薄膜的特性。表2、三種BTBAS配置和所形成的薄膜特性<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>碳5-6%和碳12-13%配置擁有預測值。碳8-9%值是實驗結(jié)果。VR表示施加至該基材加熱器的兩個區(qū)域的電壓比。Rl表示折射率。WERR是濕蝕刻速率比。測試四種樣品。壓力、溫度、空間、流速、和其它條件在表3示出。配方1示出BTBAS濃度比其它樣品低的一組操作條件。配方2示出低溫下的操作。配方3示出提供最低沉積速率、最低濕蝕刻比例、以及溫度的條件，而配方4示出最低壓力的操作參數(shù)。在所述樣品中，該基材加熱器溫度是675至70CTC,而該反應室壓力是50至275托耳。表3、測試BTBAS效能的操作條件<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>使用氫做為CVD反應的額外成份在較低溫度下提供增加的沉積速率。例如，與不含氫的制程相比，含有氫的制程可得到多至70%的沉積速率增加。含有氫的制程的范例可以是BTBAS和氨和氫的CVD反應。含氫催化劑合并BTBAS的額外測試顯示在包含含氫催化劑時，氮化硅沉積速率增加30至70%。此改善的沉積速率產(chǎn)生濕蝕刻速率或折射率沒有顯著改變的薄膜。所述薄膜的薄膜成份也沒有顯著改變。摻雜鍺和碳的氮化硅薄膜使用BTBAS或其它與二硅烷或硅烷相比分子較大的含硅前驅(qū)物容許低溫沉積。對于低溫氮化硅薄膜沉積而言，傾向于包含含鍺前驅(qū)物以及含硅前驅(qū)物。測試一氮化鍺硅薄膜以判定其特性。表4、在不同溫度和鍺烷流速下沉積的氮化硅薄膜的比較前驅(qū)物溫度(。C)厚度(埃)R丄沉積速率(埃/分鐘)BTBASBTBAS+25sccmGeH4BTBAS+25sccmGeH46755781.814-260600578.41.95296.35004971.73133.1就300毫米基材而言，表4的BTBAS流速是305mg/min。厚度和折射率，R丄，是利用KLA-TenorF-5橢圓測厚儀測量，可由加州圣荷西的KLA-Tenor公司取得。沉積速率是300毫米基材的薄膜沉積速率。表5、在不同溫度和鍺烷流速下沉積的氮化硅薄膜的應力測量配方溫度(。C)厚度(埃)應力(MPa)BTBASBKM675578T，332BTBAS+25s訓GeH4600578T,379BTBAS+25sccmGeH4500497T，306就300毫米基材而言，表5的BTBAS流速是305mg/min。厚度是利用KLA-TenorF-5橢圓測厚儀測量。薄膜應力是利用FS5應力測量工具測^曰付。當使用鍺烷、BTBAS、和氨做為前驅(qū)物在約50(TC至約675。C的溫度下沉積時，該薄膜具有可接受的1.7至1.9的折射率以及高于100埃/分鐘的沉積速率，但觀察到大于10,000的薄膜內(nèi)微粒添加。當除去氨(用BTBAS內(nèi)的胺基做為氮來源)重復該制程時，觀察到低于100的薄膜內(nèi)微粒添加。測量到折射率約1.8至約2.0，并且觀察到約100埃/分鐘的沉積速率。在氟化氫內(nèi)的濕蝕刻速率是200:1。以50sccm的鍺烷在55CTC下沉積的薄膜利用RBS分析擁有1:1:1:1:1的硅鍺氮碳氫的含量比。該薄膜的應力約為50MPa張應力至50MPa壓應力。通入較大量的鍺烷至該系統(tǒng)內(nèi)，例如150sccm和300sccm產(chǎn)生150sccm的鍺烷在550。C下約700埃/分鐘的沉積速率，以及300sccm的鍺烷在52(TC下約1,000埃/分鐘的沉積速率。三個鍺烷濃度皆觀察到1.8至2.0的折射率。摻雜碳和鍺的氮化硅薄膜可在約40(TC至約675i:和約225托耳至約235托耳下沉積。BTBAS的流速可以是約155至610mg/min，而鍺烷的流速可以是約0至約250sccm。氨的流速可以是約0至約500sccm。流入該系統(tǒng)上方的總流量是5slm。此外，使用BTBAS連同鍺烷但沒有氨做為氮化硅沉積的前驅(qū)物產(chǎn)生具有可接受的折射率和高濕蝕刻速率結(jié)果的薄膜。當在500。C下沉積時，該薄膜擁有1.65至1.85的折射率，以及80至140埃/分鐘的沉積速率。當在550。C下沉積時，沉積速率是大于300埃/分鐘，而相對于熱氧化物的濕蝕刻速率比大約是0埃/分鐘。摻雜碳和硼的氮化硅薄膜使用摻雜碳和硼的氮化硅薄膜可容許改善的對于植入擴散的控制，并且降低低溫薄膜沉積的基材內(nèi)的摻質(zhì)的去活化。所形成的薄膜堆棧的介電常數(shù)和應力可藉由沉積多個薄膜的薄膜層來調(diào)整。例如，可用碳來源和硼來源來沉積摻雜碳和硼的氮化硅薄膜。此外，可用其它方式沉積所述前驅(qū)物以沉積出氮化硅氫碳薄膜，或者可另外沉積出氮化硅氫和氮化硼氫薄膜。因此，沉積出一氮化硅氫碳硼或氮化硅氫硼薄膜。若用其它方式沉積該薄膜層，則形成氮化硅氫碳/氮化硼氫堆?；虻铓?氮化硼氫堆棧?？捎妹}沖的硅和硼來源來形成多個堆棧。為得到介電常數(shù)較低且張應力增加的薄膜，建議四種方法。1、使用RTCVD通入BTBAS、UV激發(fā)的氨、以及二硼烷至單一基材反應室內(nèi)。2、執(zhí)行RTCVD以沉積一硅氮碳氫薄膜，然后執(zhí)行RTCVD以沉積一硼氮氫薄膜，以其它方式脈沖該含硅前驅(qū)物。3、使用LPCVD通入BTBAS、UV激發(fā)的氨、以及二硼烷。4、執(zhí)行LPCVD以沉積一硅氮碳氫薄膜，然后執(zhí)行LPCVD以沉積一硼氮氫薄膜。在執(zhí)行RTCVD時，應沉積所述前驅(qū)物持續(xù)約2至約5分鐘以得到1000?；蚋偷谋∧ず穸?。該反應室的壓力應選在約10至約350托耳范圍內(nèi)，并且總氣體流量應選在約1至約10slm范圍內(nèi)。當調(diào)整形成的薄膜使具有低介電常數(shù)時，應該將溫度控制在低于約550°C。當調(diào)整形成的薄膜使具有高張應力時，應該將溫度控制在低于約475°C。該含硅前驅(qū)物較佳地是二硅烷或BTBAS,該含氮前驅(qū)物較佳地是氨或UV激發(fā)的(遠程或直接)氨，而該硼來源較佳地是二硼烷。可用氮氣、氫氣、氬氣、或氦氣稀釋二硼烷。稀釋氣體可使是氮氣、氬氣、或氦氣。在執(zhí)行LPCVD時，可使用與RTCVD選用者相似的制程條件和化學品。應沉積所述前驅(qū)物持續(xù)約2至約5小時以得到1000?；蚋偷谋∧ず穸取Ｔ摲磻业膲毫x在約100至約700毫托耳范圍內(nèi)，并且總氣體流量應選在約1至約10slm范圍內(nèi)。當調(diào)整形成的薄膜使具有低介電常數(shù)時，應該將溫度控制在低于約500°C。當調(diào)整形成的薄膜使具有高張應力時，應該將溫度控制在低于約425°C。該含硅前驅(qū)物較佳地是二硅烷或BTBAS,該含氮前驅(qū)物較佳地是氨或UV激發(fā)的(遠程)氨，而該硼來源較佳地是二硼烷?？捎玫獨?、氫氣、氬氣、或氦氣稀釋二硼烷。實驗時，使用硼和碳來摻雜氮化硅薄膜增加張應力20%。此外，當從550至675。C以50至300sccm的二石朋》克對305mg/min的BTBAS和40sccm的氨于275托耳下沉積薄膜時，薄膜的沉積速率在675。C以及150sccm的二硼烷下是435埃/分鐘，并且在550。C以及300sccm的二硼烷下是211埃/分鐘。因此，薄膜沉積速率隨著二硼烷流速增加而增加。此外，折射率和薄膜應力也有隨著二硼烷流速的增加變得較有利的傾向。從制作用300sccm的二硼烷和305mg/m的BTBAS在550。C下沉積的薄膜的以探針電壓為函數(shù)的電容作圖中，所測得的介電常數(shù)是4.5。沉積速率是142至265埃/分鐘，而在200:1的氟化氫內(nèi)的濕蝕刻速率是1埃/分鐘，其是低于可比擬的較高溫BTBAS制程。折射率是1.98至2.04。該薄膜的介電值必需利用薄膜中的硼含量調(diào)整。當BTBAS、氨、和二硼烷在525。C下于一系統(tǒng)中為前驅(qū)物時，所沉積的薄膜具有可接受的薄膜內(nèi)微粒添加水平。介電常數(shù)也是可接受的。表6、BTBAS和前驅(qū)物BTBASSi2H6Si2H6+50sccm二硼烷Si2H6+150sccm二硼烷Si2He/硼-硅/Si2H6堆棧硅烷基薄膜的應力測量溫度(C)應力(MPa)675T，1509-1537550T，1360550T，1334550T，1227550T，1394表6比較使用BTBAS、硅烷、或所述含硅前驅(qū)物的一合并氨以及選擇性的二硼烷所沉積的薄膜的應力和沉積溫度。低溫(550°C)的二硅烷合并150sccm的二硼烷提供該薄膜最低的應力。其它測試顯示薄膜沉積速率隨著二硼烷的流速增加而增加。折射率和薄膜應力也隨著二硼烷的流速增加而有更佳的結(jié)果。RBS/HFS測試和FTIR分析也在類似薄膜上執(zhí)行。RBS/HFS測試顯示所測量的薄膜具有可與理論結(jié)果相比擬的實驗結(jié)果。該薄膜的成分是15原子百分比的氫、34.6原子百分比的氮、25.9原子百分比的硅、17.0原子百分比的硼、5.2原子百分比的碳、以及2.3原子百分比的氧。比較利用BTBAS、氨、和二硼烷在675。C及550。C下沉積的薄膜的FTIR分析顯示在550。C下沉積的薄膜會形成較少的硅氮及較多的硼氫鍵。氧化硅及氧氮化硅薄膜BTBAS也提供某程度的制程化學彈性。對于BTBAS基的氧化物制程而言，可用例如N20的氧化劑來取代NH3。為制造氧氮化硅薄膜，可使用BTBAS以及Nhb和例如N20的氧化劑。此外，可在低至500。C的溫度下使用二硅烷以及N20。該二硅烷和N20前驅(qū)物薄膜的沉積速率大于200埃/分鐘，并且均勻度的變異性低于2%。對于上述的每一個不同薄膜而言，可合并使用各種方法以得到具有最佳特性的薄膜。也就是說，施加熱至某些，而非所有的反應室表面，合并不使用摻質(zhì)或使用一或多種含摻質(zhì)前驅(qū)物氣體可提供具有最低介電常數(shù)的薄膜以及具有最少的微粒形成的反應室表面。雖然上述者是針對本發(fā)明的實施例，但本發(fā)明的其它及進一步實施例可在不背離其基本范圍下設(shè)計出，并且其范圍是由如權(quán)利要求界定。權(quán)利要求1.一種在基材上沉積含有硅和氮的沉積層的方法，其至少包含氣化含硅化合物；將該含硅化合物通入制程反應室的混合區(qū)中，其中該混合區(qū)是由加熱的接合環(huán)及至少一阻斷板界定；通過配氣盤將該含硅化合物通入制程區(qū)，其中該制程區(qū)是由加熱的側(cè)壁、基材支撐、以及該配氣盤界定；以及通過加熱的排氣系統(tǒng)排出剩余氣體。2.如權(quán)利要求1所述的方法，更包含在從約475。C至約800。C的基材支撐溫度下沉積該含硅和氮的沉積層。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中上述的反應室的制程區(qū)在沉積期間是處于約10至約350托耳的壓力下。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中上述的反應室的制程區(qū)是處于約100至約700毫托耳的壓力下。5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中上述的排氣系統(tǒng)的一部分是經(jīng)加熱至約5crc至約16crc。6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中上述的含硅前驅(qū)物在進入該混合區(qū)前與氨合并。7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中上述的含硅前驅(qū)物是選自二氯硅烷、六氯二石圭烷、雙(三級丁胺基)石圭烷、石圭烷、以及二石圭烷。8.如權(quán)利要求1所述的方法，更包含通入含氮化合物至該混合區(qū)中，其中該含氮化合物是選自氨和聯(lián)氨。9.如權(quán)利要求1所述的方法，更包含通入稀釋氣體至該混合區(qū)中，其中該稀釋氣體是選自氮氣、氫氣、氦氣、和氬氣。10.如權(quán)利要求1所述的方法，更包含通入含鍺化合物至該混合區(qū)中，其中該含鍺化合物是選自鍺烷和二鍺烷。11.如權(quán)利要求1所述的方法，更包含通入至少一種摻質(zhì)至該混合區(qū)中，其中該至少一種摻質(zhì)是選自含碳化合物和含硼化合物。12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中上述的含碳化合物是雙(三級丁胺基)硅烷。13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中上述的含硼化合物是選自硼烷、二硼烷、和三氯化硼。14.一種在基材上沉積至少一層含有硅和氮的沉積層的方法，其至少包含通入含硅化合物至制程反應室中，其中該制程反應室具有由接合環(huán)和至少一阻斷板界定的混合區(qū)；加熱該制程反應室的該接合環(huán)及一部分的排氣系統(tǒng)；通入含硼化合物至該制程反應室內(nèi)；以及通入含氮化合物至該制程反應室內(nèi)。15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中上述的含硅化合物是連同含碳化合物一起通入該制程反應室內(nèi)。16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中上述的含碳化合物是雙(三級丁胺基)硅烷。17.如權(quán)利要求14所述的方法，其中上述的含硼化合物是選自硼烷、二硼烷、和三氯化硼。18.如權(quán)利要求14所述的方法，其中上述的含硅化合物是選自二氯硅烷、六氯二石圭烷、雙(三級丁胺基)石圭烷、石圭烷、以及二石圭烷。19.如權(quán)利要求14所述的方法，更包含沉積硼氮氫薄膜。20.如權(quán)利要求19所述的方法，更包含沉積額外的氮化硅薄膜。全文摘要本發(fā)明揭示一種摻雜氮化硅薄膜的低溫沉積方法及裝置。所改善者包含CVD反應室的機械設(shè)計(其可以提供低溫制程均勻的熱分布和制程化學品的均勻分布)，以及在一基材上沉積至少一層含有硅和氮的沉積層的方法，其中該方法是藉由加熱一基材、通入一含硅前驅(qū)物至一制程反應室(其具有由一接合環(huán)和一或多個阻斷板及一排氣系統(tǒng)界定的混合區(qū))中、加熱該接合環(huán)及一部分的排氣系統(tǒng)、通入一或多種的氫、鍺、硼、或含碳前驅(qū)物至該制程反應室內(nèi)、以及選擇性地通入一含氮前驅(qū)物至該制程反應室內(nèi)。文檔編號C23C16/00GK101283115SQ200680037090公開日2008年10月8日申請日期2006年8月29日優(yōu)先權(quán)日2005年10月6日發(fā)明者A·M·蘭姆,J·W·史密斯,K·L·坎寧安,K·張,P·拉馬錢德蘭,R·S·伊爾,S·M·佐伊特申請人:應用材料股份有限公司