專(zhuān)利名稱(chēng)：氮化硅薄膜及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及集成電路制造，更具體地說(shuō)，涉及薄膜及其制造和用途，用于在將要制造的半導(dǎo)體器件中，尤其在快速熱化學(xué)氣相淀積(RTCVD)工藝中提供優(yōu)點(diǎn)。
背景技術(shù)：
通常，在各種類(lèi)型的化學(xué)氣相淀積(CVD)工藝中，制造各種薄膜用于電路制造(如制造晶體管)。各種CVD工藝的例子是低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)、高密度等離子體化學(xué)氣相淀積(HDPCVD)、快速熱化學(xué)氣相淀積(RTCVD)、循環(huán)淀積(CLD)、原子層淀積(ALD)和混合淀積(MLD)(即CLD和ALD的混合)等。各種淀積工藝對(duì)于它們的條件(溫度、壓力、流量等)、設(shè)備、參數(shù)(襯底、時(shí)間等)及其它變量彼此顯著不同。
通過(guò)這些不同種類(lèi)的淀積工藝，公開(kāi)了不同的薄膜制造方法和薄膜。
作為用LPCVD工藝制造的例子薄膜，美國(guó)專(zhuān)利5,874,368(1999年2月23日)公開(kāi)了在LPCVD熔爐中，在20mtorr至2torr的壓力范圍內(nèi)和500-800℃的溫度范圍內(nèi)，由雙叔丁基氨基硅烷(BTBAS)形成氮化硅。同樣參見(jiàn)Laxman等人，A low-temperature solution for silicon nitride deposition，Solid State Technology，2000年4月，79，公開(kāi)了550-600℃下的LPCVD。
美國(guó)專(zhuān)利6,046,494(2000年4月4日)公開(kāi)了在相對(duì)低的溫度下并沒(méi)有用于更低的負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性的等離子體以及減小的摻雜劑離析，在半導(dǎo)體器件中形成絕緣層。描述了怎樣在LPCVD熔爐中制造氮化硅里襯的方法。為了制造氮化物層，使用氯化硅烷。
在LPCVD批量熔爐中，在LPCVD過(guò)程中進(jìn)行的另一淀積是美國(guó)專(zhuān)利6,268,299(2001年7月31日)，公開(kāi)了形成用于阻擋應(yīng)用的富硅氮化硅薄膜。使用各種含硅前體例如雙叔丁基氨基硅烷(BTBAS)、HCD、SiH4等以及NH3淀積氮化硅薄膜。通過(guò)改變含硅前體和NH3的流量比率來(lái)調(diào)整硅與氮的比率。
美國(guó)專(zhuān)利6,268,299(2001年7月31日)公開(kāi)了用于在LPCVD工藝中使用SiH4、二氯硅烷(DCS)、BTBAS、HCD以及這些氣體的混合物淀積阻擋氮化物的低溫工藝。改變NH3與前體的流量比率以產(chǎn)生不同的Si∶N比率。
日本專(zhuān)利2003051452(2003年2月21日)公開(kāi)了通過(guò)LPCVD熔爐淀積的BTBAS氮化物。據(jù)說(shuō)通過(guò)優(yōu)化清洗工藝改善了膜厚精確度。
使用LPCVD熔爐制造的另一種薄膜是JP2001230248A(2002年11月26日)，公開(kāi)了使用LPCVD熔爐淀積的BTBAS氮化物。
當(dāng)然，LPCVD是CVD工藝的一種。其它制造工藝包括PECVD和HDPCVD工藝。
作為PECVD和HDPCVD工藝過(guò)程中制造的薄膜的例子，參見(jiàn)例如由本發(fā)明的一些相同發(fā)明人的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)2002/0090835A1(2002年7月11日)，公開(kāi)了通過(guò)BTBAS和具有等離子體能量的相關(guān)化合物形成氮化物薄膜，以產(chǎn)生特別適于PECVD和HDPCVD工藝的碳引入。
其它淀積工藝包括CLD、ALD和MLD。作為由CLD、ALD和MLD工藝制造的薄膜的例子，參見(jiàn)例如美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)2003/0059535 A1(2003年3月27日)。公開(kāi)了使用各種前體通過(guò)CLD、ALD和MLD淀積氮化硅和其它材料。在冷壁反應(yīng)器中進(jìn)行該反應(yīng)。
淀積的另一種類(lèi)是RTCVD。在RTCVD工藝中產(chǎn)生一些薄膜。例如，美國(guó)專(zhuān)利6,153,261(2000年11月28日)公開(kāi)了在RTCVD工藝中使用BTBAS淀積氮化硅和氧化硅。參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)2001/0000476A1(2001年4月26日)。
美國(guó)專(zhuān)利6,455,389(2002年9月24日)公開(kāi)了其中形成間隔層的RTCVD工藝，間隔層是氮化硅。硅烷或二氯化硅烷(dichloride silane)與氨反應(yīng)，以形成氮化硅。Huang等人，描述了RTCVD工藝通常具有約650至700℃的室溫和約200至600torr的室壓，RTCVD淀積工藝的處理時(shí)間為約2至4分鐘。
氮化物薄膜用于許多不同的應(yīng)用。但是，滿(mǎn)足特定應(yīng)用的問(wèn)題是多變的并可能比較復(fù)雜。例如，回到半導(dǎo)體器件，對(duì)于特定器件的有利功能，許多不同的性能是重要的。對(duì)于制造特定的器件有許多競(jìng)爭(zhēng)考慮。已經(jīng)提出多種不同的制造工藝，以下僅僅是一些例子。
例如，一方面，高碳引入是希望的。美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)2001/0034129 A1(2001年10月25日)公開(kāi)了具有高碳濃度的層的蝕刻工藝。淀積使用TEOS，BTBAS，CCl4，CO2等?？梢酝ㄟ^(guò)使用BTBAS和NH3的CVD形成隔離層。
美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)2002/0111039(2002年8月15日)公開(kāi)了通過(guò)BTBAS和含氮?dú)怏w形成的具有低介電常數(shù)的一些氧氮化硅隔離層，用化學(xué)計(jì)量法和控制的其它性能來(lái)產(chǎn)生變化的濕蝕刻速率。教導(dǎo)了碳引入以增加干蝕刻速率阻力。
美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)2002/0127763(2002年9月12日)教導(dǎo)了通過(guò)使用BTBAS和O2和NH3的就地氧化物-氮化物-氧化物淀積通過(guò)LPCVD形成L形隔離層。提供了一種低成本的可選L形隔離層，據(jù)稱(chēng)該L形隔離層很好地用于后續(xù)介質(zhì)薄膜的間隙填充。
在制造過(guò)程中希望防止柵極疊層被例如反應(yīng)離子蝕刻(RIE)、濕蝕刻等腐蝕，如美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)2003/0068855 A1(2003年4月10日)，公開(kāi)了在柵極疊層上淀積的氮化物的成核(籽晶)層的淀積，之后通過(guò)BTBAS在籽晶層上淀積氮化物層。BTBAS氮化物的碳用于防止柵極疊層被腐蝕。
美國(guó)專(zhuān)利6,586,814公開(kāi)了用于形成STI的BTBAS氮化物的使用，使用BTBAS氮化物的抗蝕性，有助于STI填料的侵蝕。
美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)2003/0127697A1(2003年7月10日)公開(kāi)了，為了在PFET的溝道中產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，多個(gè)晶體管的有源區(qū)分為各個(gè)柵電極，并在相鄰的柵電極之間形成薄STI。
就半導(dǎo)體晶體管而言，已經(jīng)進(jìn)行一些討論的另一性能是應(yīng)力。例如，美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)2002/0063292 A1公開(kāi)了在溝道中產(chǎn)生局部應(yīng)力的某些晶片取向，以及通常關(guān)注高拉伸應(yīng)力氮化物介質(zhì)，但是沒(méi)有明確地公開(kāi)高拉伸應(yīng)力意味著測(cè)定值是什么或高拉伸應(yīng)力氮化物的例子的特定氮化物是什么。
美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)2002/0179908 A1(2002年12月5日)教導(dǎo)了各種引入雜質(zhì)的方法，以及通過(guò)引入雜質(zhì)和退火控制薄膜晶體管(TFT)中的布線(xiàn)的內(nèi)應(yīng)力。
USP6,573,172(2003年6月3日)公開(kāi)了在PMOS和NMOS器件上具有不同應(yīng)力級(jí)別的PECVD氮化物薄膜的形成。
當(dāng)然，半導(dǎo)體器件的任何一種性能(例如應(yīng)力相關(guān)性能)的最佳化還必須與滿(mǎn)足許多其它必要的性能和性能考慮相平衡。
此外，作為背景，在電路制造中，使用如圖1所示的組件，其中，在晶片制造過(guò)程中，氮化物里襯1(例如氮化物薄膜)覆蓋具有器件有源層21的器件2。通?？捎糜诰圃斓牟煌?lèi)型的氮化物薄膜提供不同類(lèi)型的應(yīng)力。Novellus等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)、應(yīng)用PECVD以及應(yīng)用材料快速熱化學(xué)氣相淀積(RTCVD)工具可以提供拉伸應(yīng)力氮化物薄膜，以及應(yīng)力通常達(dá)到+10G dynes/cm2，根據(jù)常規(guī)產(chǎn)品的一些例子是Novellus，+2.5G dynes/cm2；PECVD，+4.5G dynes/cm2；RTCVD SiH4，+9.8G dynes/cm2。
對(duì)于氮化物里襯的另一例子，參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)2003/0040158 A1，其中公開(kāi)了具有不同應(yīng)力的兩個(gè)分離里襯以增加遷移率。一個(gè)里襯通過(guò)LPCVD制造，以及另一個(gè)里襯通過(guò)PECVD制造。
然而，用于制造氮化物里襯和其它薄膜的常規(guī)薄膜和方法沒(méi)有必要提供場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)和其它應(yīng)用希望的所有性能。例如，通常，用作氮化物里襯的氮化物薄膜不可能提供希望大小的應(yīng)力同時(shí)平衡其它需要性能。用于制造薄膜和半器件(例如FETs)以具有希望性能的可行制造方法，也不是足夠地簡(jiǎn)單。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人特別考慮了增強(qiáng)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)中的溝道遷移率和驅(qū)動(dòng)電流的局部機(jī)械應(yīng)力(壓縮應(yīng)力或拉伸應(yīng)力)。nFET中的拉伸應(yīng)力和pFET中的壓縮應(yīng)力可以分別增強(qiáng)載流子遷移率。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是對(duì)于FET應(yīng)用提供希望的應(yīng)力，例如對(duì)于蝕刻停止里襯具有足夠高的應(yīng)力(例如超過(guò)+10G dynes/cm2的應(yīng)力，在本例子中，約+14.5G dynes/cm2的應(yīng)力)。
而且，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種在重復(fù)退火之后繼續(xù)顯示出希望的高應(yīng)力的材料。
本發(fā)明人確定可以通過(guò)下列因素中的兩種或多種來(lái)控制由薄膜(例如，RTCVD氮化物薄膜)提供的應(yīng)力用于制造薄膜的起始材料前體(例如，以任意組合包含Si、C和N的化合物，優(yōu)選，BTBAS)；用來(lái)處理起始材料前體的處理材料(例如，含氮前體，優(yōu)選，適合于形成氮化物薄膜的材料，最優(yōu)選NH3)；起始材料前體與處理材料的比率；薄膜生長(zhǎng)的CVD條件(例如，RTCVD條件)；和/或薄膜生長(zhǎng)的厚度。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種制造高應(yīng)力氮化物薄膜的方法，包括在快速熱化學(xué)氣相淀積(RTCVD)條件、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)條件或低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)條件下，使以任意組合包括Si、N和C的化合物(這種化合物優(yōu)選是無(wú)氯化合物)與NH3反應(yīng)，其中由該反應(yīng)步驟形成的高應(yīng)力薄膜具有超過(guò)+10G dynes/cm2的應(yīng)力。用于上述方法的一些可選細(xì)節(jié)如下。在本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施例中，在3至15原子％的碳濃度下進(jìn)行反應(yīng)。包括Si、N和C的化合物優(yōu)選是(R-NH)4-nSiXn(I)，其中R是烷基(可以相同或不同)，n是1、2或3，以及X是H或鹵素。包括Si、N和C的最優(yōu)選的化合物是雙叔丁基氨基硅烷(BTBAS)。
在另一優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種制造氮化物薄膜的方法，包括在RTCVD條件、PECVD條件或LPCVD條件下，在約500至700℃的溫度范圍、約50至500T的壓力范圍內(nèi)，使(A)以任意組合包括Si、N和C的化合物與(B)含氮前體(例如NH3)反應(yīng)。
本發(fā)明的工藝和方法的其它優(yōu)選實(shí)施例如下。在反應(yīng)步驟過(guò)程中可以進(jìn)一步包括添加至少一種化合物，如硅烷、乙硅烷、六氯乙硅烷及基于硅烷的其它化合物。由反應(yīng)步驟形成的薄膜具有超過(guò)+10G dynes/cm2量的應(yīng)力供應(yīng)值。該反應(yīng)步驟可以在約500至700℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。該反應(yīng)步驟可以在約50至500T的壓力范圍下進(jìn)行。
本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例提供一種氮化硅薄膜，包括具有超過(guò)+10Gdynes/cm2量的高應(yīng)力供應(yīng)的薄膜，例如，包括雙叔丁基氨基硅烷(BTBASo)和NH3的反應(yīng)產(chǎn)物(例如，具有SixNyCzHw化學(xué)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)產(chǎn)物，其中x，y，z和w每個(gè)是大于零的整數(shù)或非整數(shù))的薄膜；具有約+14至+18G dynes/cm2范圍內(nèi)的應(yīng)力供應(yīng)的薄膜；等。
本發(fā)明的再一優(yōu)選實(shí)施例提供一種制造半導(dǎo)體晶片的方法，包括用具有超過(guò)+10G dynes/cm2(優(yōu)選，至少+14.5G dynes/cm2的拉伸應(yīng)力)的氮化硅里襯覆蓋至少部分器件有源層，例如氮化硅里襯優(yōu)選包括氮化物薄膜，氮化物薄膜是BTBAS和NH3的反應(yīng)產(chǎn)物。在半導(dǎo)體制造的本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，用氮化硅里襯覆蓋整個(gè)器件有源層。覆蓋步驟可以例如在RTCVD工藝或其它CVD工藝期間進(jìn)行。
本發(fā)明的又一優(yōu)選實(shí)施例提供了一種通過(guò)RTCVD、PECVD或LPCVD工藝形成的氮化物里襯。本發(fā)明的里襯的優(yōu)選例子是包括氮化物薄膜的里襯，該氮化物薄膜是例如BTBAS和NH3的反應(yīng)產(chǎn)物。本發(fā)明的里襯的另一優(yōu)選例子是其中氮化物薄膜具有超過(guò)+10G dynes/cm2的拉伸應(yīng)力的里襯，例如其中氮化物薄膜具有至少+14.5G dynes/cm2的拉伸應(yīng)力的氮化物里襯。本發(fā)明的里襯的另一優(yōu)選例子是氮化物里襯是在重復(fù)退火之后保持較高應(yīng)力級(jí)別的氨處理的BTBAS反應(yīng)產(chǎn)物。
應(yīng)該理解在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中本發(fā)明提供一種調(diào)整氮化物薄膜的應(yīng)力級(jí)別的方法，包括調(diào)整選自如下因素的至少兩個(gè)(1)用于制造氮化物薄膜的起始材料前體(如以任意組合包含Si、C和N的化合物，優(yōu)選如BTBAS的起始材料前體)的選擇；(2)用來(lái)處理起始材料前體的含氮前體(如優(yōu)選NH3)的選擇；(3)起始材料前體與含氮前體的比率；(4)薄膜生長(zhǎng)的CVD條件(如RTCVD條件等)的設(shè)定；以及(5)薄膜生長(zhǎng)的厚度(如，約50至1,000埃的厚度范圍等)。在一個(gè)優(yōu)選例子中，CVD條件是在約500-700℃的溫度范圍、約50至500T的壓力范圍、約30至600秒的時(shí)間范圍。在優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的應(yīng)力級(jí)別調(diào)整方法提供將被調(diào)整為+10G至+18G dynes/cm2范圍的氮化物薄膜的應(yīng)力級(jí)別。在另一個(gè)優(yōu)選例子中，氮化物薄膜是氨處理的BTBAS薄膜。


參考附圖，從本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的下列詳細(xì)描述將更好的理解上述和其它目的、方面及優(yōu)點(diǎn)，其中圖1示出了包括覆蓋器件有源層的氮化物里襯的常規(guī)組件；圖2示出了氮化物淀積之后薄膜的壓縮應(yīng)力和拉伸應(yīng)力的圖表，包括常規(guī)薄膜和根據(jù)本發(fā)明的薄膜(BTBAS)；圖3示出了nFETs的Ioff與Ion的曲線(xiàn)圖，包括根據(jù)PECVD方法的常規(guī)nFET和本發(fā)明的nFET(BTBAS)；圖4示出了pFETs的Ioff與Ion的曲線(xiàn)圖，包括根據(jù)PECVD方法的常規(guī)pFET和本發(fā)明的pFET(BTBAS)；圖5示出了Iodlin數(shù)據(jù)，示出了PECVD(常規(guī))和BTBAS(本發(fā)明)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系；圖6示出了加熱器溫度675℃、壓力275torr、BTBAS流量1slm的曲線(xiàn)圖；菱形點(diǎn)示出了應(yīng)力和方塊點(diǎn)示出了速率；X軸是氨流量(sccm)；左Y軸示出了應(yīng)力；右Y軸示出了淀積速率；圖7示出了雙叔丁基氨基硅烷(BTBAS)的化學(xué)結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
在具體優(yōu)選實(shí)施例中本發(fā)明提供了通過(guò)操作下列兩個(gè)或多個(gè)因素來(lái)調(diào)整薄膜(如氮化物薄膜)的應(yīng)力級(jí)別的方法
用于制造薄膜的起始材料前體(例如，以任意組合包含Si、C和N的化合物，其中優(yōu)選的例子是BTBAS)；用來(lái)處理起始材料前體的含氮前體(含氮前體的優(yōu)選例子是適于形成氮化物薄膜的材料，最優(yōu)選是NH3)；起始材料前體與含氮前體的比率；薄膜生長(zhǎng)的CVD條件的設(shè)定(例如，RTCVD條件，優(yōu)選，在約500-700℃的溫度范圍、在約50-500T的壓力范圍、在約30-600秒的時(shí)間范圍內(nèi)的RTCVD條件)；和/或薄膜生長(zhǎng)的厚度(如，約50至1,000埃的厚度范圍)。在根據(jù)調(diào)整薄膜的應(yīng)力級(jí)別的本發(fā)明方法的優(yōu)選例子中，選擇用于制造薄膜的起始材料前體和含氮前體，以形成氮化物薄膜，特別優(yōu)選的化合物是BTBAS前體與NH3氣體反應(yīng)以形成氮化物薄膜。通過(guò)操作一個(gè)或多個(gè)其它操作因素，將由氨處理的BTBAS形成的氮化物薄膜處理為具有高應(yīng)力級(jí)別(例如，超過(guò)+10G dynes/cm2的應(yīng)力級(jí)別)，其中高應(yīng)力級(jí)別具有根據(jù)需要在約+10G dynes/cm2至+18G dynes/cm2范圍內(nèi)選擇的應(yīng)力級(jí)別的特定值，其它操作因素即起始材料前體與含氮前體的比率；薄膜生長(zhǎng)的CVD條件的設(shè)置；和/或薄膜生長(zhǎng)的厚度。
參考圖1進(jìn)一步論述氮化物薄膜的例子，圖1示出了示例性晶片制造組件4，其中通過(guò)覆蓋器件2的有源層21的氮化物里襯1(可以是常規(guī)氮化物里襯或根據(jù)本發(fā)明的氮化物里襯)可以產(chǎn)生強(qiáng)機(jī)械應(yīng)力。與通過(guò)可用于晶片制造的氮化物薄膜的常規(guī)例子(如用作組件4中的里襯1)相比本發(fā)明提供優(yōu)越的性能(如更大和/或不同類(lèi)型的應(yīng)力)。應(yīng)當(dāng)理解圖1是為了說(shuō)明，本發(fā)明不應(yīng)該被認(rèn)為局限于根據(jù)圖1的配置。在晶片制造組件(如圖1的組件4)中，本發(fā)明有利地提供比常規(guī)工具(其中一些例子是例如NovellusPECVD、應(yīng)用PECVD和應(yīng)用材料RTCVD工具，這些工具提供用于常規(guī)薄膜的具有通常高達(dá)約+10G dynes/cm2的應(yīng)力的拉伸應(yīng)力氮化物薄膜，如圖2所示)提供的應(yīng)力更大和/或不同的應(yīng)力。
與由常規(guī)氮化物薄膜提供的應(yīng)力相比本發(fā)明有利地提供具有較高拉伸應(yīng)力(例如，超過(guò)+10G dynes/cm2的拉伸應(yīng)力，如在優(yōu)選例子中約+14.5Gdynes/cm2)的薄膜。還有利地，與許多常規(guī)薄膜不同，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的薄膜提供的這些應(yīng)力在后續(xù)退火之后不會(huì)顯著地改變。
為了制造根據(jù)本發(fā)明的示例性薄膜，以任意組合包含Si、N和C的化合物可以用作起始材料，其中優(yōu)選例子是雙叔丁基氨基硅烷(BTBAS)前體。BTBAS是市場(chǎng)上可買(mǎi)到的試劑，并有利地是非氯前體。
在本發(fā)明中，包括Si、N和C(如，BTBAS)的化合物與適于形成薄膜的試劑如NH3反應(yīng)，優(yōu)選在用于氮化物薄膜形成的條件下與NH3反應(yīng)，最優(yōu)選在用于形成希望的應(yīng)力測(cè)量(如，應(yīng)力超過(guò)+10G dynes/cm2，優(yōu)選，應(yīng)力在約+14至+18G dynes/cm2的范圍內(nèi))和/或其它性能(如通過(guò)重復(fù)退火的應(yīng)力性能的保持能力)的氮化物薄膜條件下與NH3反應(yīng)。
例如，可以在RTCVD條件(最優(yōu)選，在RTCVD工具中，例如市場(chǎng)上可買(mǎi)到的Applied Material Centura RTCVD工具)下；PECVD條件下；LPCVD條件下等，進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)，其中包括Si、N和C(如，BTBAS前體)的化合物用作起始材料。
本發(fā)明提供了高應(yīng)力級(jí)別薄膜，如在特定優(yōu)選的例子中，提供RTCVD氨處理的BTBAS氮化物薄膜。通過(guò)薄膜厚度可以控制薄膜的應(yīng)力級(jí)別，如通過(guò)加厚薄膜(通過(guò)增加包含起始材料(如BTBAS)和處理材料(如NH3)的C、Si和N的量)或通過(guò)增加淀積時(shí)間來(lái)增加應(yīng)力級(jí)別。
可以使用本發(fā)明的薄膜(如氮化物薄膜)，例如，作為蝕刻停止(阻擋)氮化物里襯，如圖1中的里襯1。應(yīng)當(dāng)理解圖1是示例性的，以及根據(jù)本發(fā)明的里襯可以使用其它結(jié)構(gòu)。此外，本發(fā)明的薄膜(如氮化物薄膜)可以用于淺溝槽隔離(STI)里襯，柵極隔離層等。
應(yīng)當(dāng)理解與常規(guī)PECVD薄膜相比本發(fā)明提供的薄膜在某些方面更優(yōu)越(例如提供高拉伸應(yīng)力和/或應(yīng)力數(shù)據(jù)的低變化性)。盡管通常許多類(lèi)型的PECVD薄膜已用于制造一些拉伸應(yīng)力，不幸的是，大多數(shù)PECVD薄膜不能制造達(dá)到希望高的拉伸應(yīng)力。在特定優(yōu)選的實(shí)施例中本發(fā)明提供一種RTCVD BTBAS氮化物薄膜，該氮化物薄膜可以令人滿(mǎn)意地提供更高的拉伸應(yīng)力，例如，超過(guò)+10G dynes/cm2的應(yīng)力，優(yōu)選，超過(guò)+10G dynes/cm2的應(yīng)力，例如約+14至+18G dynes/cm2范圍內(nèi)的應(yīng)力。
此外，還有利地，與PECVD薄膜相比本發(fā)明提供應(yīng)力數(shù)據(jù)較小變化的BTBAS氮化物薄膜。另一方面，由根據(jù)本發(fā)明的BTBAS氮化物薄膜獲得應(yīng)力極大地可重復(fù)，且不容易受工藝參數(shù)影響。能夠抵抗工藝參數(shù)影響的BTBAS氮化物薄膜是本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。
在本發(fā)明中，薄膜可以被淀積至希望的厚度，薄膜厚度的優(yōu)選范圍為約50至1,000埃。本發(fā)明進(jìn)一步提供給定希望的應(yīng)力級(jí)別的薄膜厚度的變化性。例如，可以改變氮化物薄膜的厚度，以根據(jù)需要提供不同的應(yīng)力級(jí)別。在設(shè)置氮化物厚度過(guò)程中，應(yīng)用(例如用作蝕刻停止里襯)被考慮。
例如，為了成功地使用本發(fā)明的薄膜(例如BTBAS薄膜)作為蝕刻停止里襯，應(yīng)該根據(jù)厚度和應(yīng)力仔細(xì)地選擇隔離層氮化物，考慮與常規(guī)薄膜相比由根據(jù)本發(fā)明的薄膜給出的應(yīng)力改進(jìn)是由于柵極拐角處的拉伸應(yīng)力的延伸。即，因?yàn)楦倪M(jìn)是由于柵極的拐角處拉伸應(yīng)力的延伸，因此如果隔離層太厚，或具有過(guò)高的應(yīng)力，那么本發(fā)明的薄膜(例如BTBAS薄膜)的效果將被最小化。由此，當(dāng)本發(fā)明的薄膜(例如BTBAS薄膜)用作蝕刻停止里襯時(shí)，應(yīng)該選擇隔離層氮化物，以避免對(duì)于具體的應(yīng)用太厚或提供過(guò)高的應(yīng)力。
本發(fā)明的薄膜(例如BTBAS薄膜)具有用于拉伸應(yīng)力產(chǎn)生、提供隔離層的有利應(yīng)用以及已知用于隔離層形成的RTCVD SiH4薄膜或PECVD薄膜的其它應(yīng)用。有利地，與常規(guī)氮化物薄膜相比本發(fā)明提供產(chǎn)生良好一致性和負(fù)載效應(yīng)的隔離層(例如BTBAS隔離層)。
下面給出某些本發(fā)明的例子，本發(fā)明并不限于這些例子。
本發(fā)明的例1通過(guò)在單晶片反應(yīng)器中使BTBAS和NH3反應(yīng)淀積薄膜(即氮化物薄膜)。選擇給定3至15原子％的碳濃度的工藝條件。
與常規(guī)薄膜相比獲得的器件數(shù)據(jù)示出改進(jìn)的驅(qū)動(dòng)電流。圖3和4示出了nFET和pFET的電性能。與具有PECVD拉伸Nit薄膜(以及PECVD壓縮Nit薄膜)的器件相比較BTBAS氮化物薄膜可以提供更高的nFET驅(qū)動(dòng)電流。對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的例子的薄膜也不降低pFET驅(qū)動(dòng)電流。nFET驅(qū)動(dòng)電流改進(jìn)取決于局部應(yīng)變，因此取決于器件幾何形狀和氮化物厚度。一般，對(duì)于長(zhǎng)寬度nFET器件，具有500厚度的BTBAS可以提供8％nFET電流改進(jìn)，具有750厚度的BTBAS額外產(chǎn)生3％的電流改進(jìn)。pFET驅(qū)動(dòng)電流也不會(huì)降低。
圖5的Iodlin數(shù)據(jù)表明nFET驅(qū)動(dòng)電流的改進(jìn)主要由于溝道中的良好載流子遷移率和源區(qū)和漏區(qū)中以及隔離層下的外電阻。
本發(fā)明的例2在RTCVD工藝中，BTBAS和NH3在下列條件下反應(yīng)碳濃度 ～6至10％溫度650℃壓力140torr是否具有硅烷、乙硅烷、六氯乙硅烷？ 沒(méi)有形成500或750厚度的薄膜。可以形成其它厚度的薄膜。
盡管已經(jīng)通過(guò)其優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在所附權(quán)利要求書(shū)的精神和范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
1.一種制造高應(yīng)力氮化物薄膜的方法，包括在快速熱化學(xué)氣相淀積條件、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積條件或低壓化學(xué)氣相淀積條件下，使以任意組合包括Si、N和C的化合物與NH3反應(yīng)，其中由所述反應(yīng)步驟形成的高應(yīng)力薄膜具有超過(guò)+10G dynes/cm2的應(yīng)力供應(yīng)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述反應(yīng)步驟在快速熱化學(xué)氣相淀積條件下進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括在包含Si、N和C的化合物與NH3反應(yīng)的所述步驟過(guò)程中，添加選自如下的至少一種化學(xué)化合物硅烷、乙硅烷、六氯乙硅烷和基于硅烷的其它化合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述化合物是非氯化合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述包括Si、N和C的化合物是(R-NH)4-nSiXn(I)，其中R是烷基(可以相同或不同)，n是1、2或3，以及X是H或鹵素。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述化合物是雙叔丁基氨基硅烷(BTBAS)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述反應(yīng)步驟是雙叔丁基氨基硅烷(BTBAS)和NH3反應(yīng)的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在3至15原子％的碳濃度下進(jìn)行所述反應(yīng)。
9.一種制造氮化物薄膜的方法，包括在快速熱化學(xué)氣相淀積條件、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積條件或低壓化學(xué)氣相淀積條件下，在約500至700℃溫度范圍下，在約50至500T壓力范圍下，使以任意組合包括Si、N和C的化合物與含氮前體反應(yīng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述反應(yīng)步驟在快速熱化學(xué)氣相淀積條件下進(jìn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述含氮前體是NH3。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中由所述反應(yīng)步驟形成的高應(yīng)力薄膜具有超過(guò)+10G dynes/cm2的應(yīng)力供應(yīng)值。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中在約500至700℃的溫度范圍下進(jìn)行所述反應(yīng)步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中在約50至500T的壓力范圍下進(jìn)行所述反應(yīng)步驟。
15.一種氮化硅薄膜，包括具有超過(guò)+10G dynes/cm2的高應(yīng)力供應(yīng)量的薄膜。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的氮化硅薄膜，其中所述薄膜包括雙叔丁基氨基硅烷(BTBAS)和NH3的反應(yīng)產(chǎn)物。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的氮化硅薄膜，其中所述反應(yīng)產(chǎn)物具有SixNyCzHw的化學(xué)結(jié)構(gòu)，其中x，y，z和w是大于零的整數(shù)或非整數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的氮化硅薄膜，其中所述薄膜的應(yīng)力在約+14至+18G dynes/cm2的范圍內(nèi)。
19.一種制造半導(dǎo)體晶片的方法，包括用具有超過(guò)+10G dynes/cm2的拉伸應(yīng)力的氮化硅里襯覆蓋至少部分器件有源層。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述氮化硅里襯的拉伸應(yīng)力至少是+14.5G dynes/cm2。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述氮化硅里襯包括氮化物薄膜，所述氮化物薄膜是雙叔丁基氨基硅烷(BTBAS)和NH3的反應(yīng)產(chǎn)物。
22.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中用所述氮化硅里襯覆蓋整個(gè)器件有源層。
23.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述覆蓋步驟在快速熱化學(xué)氣相淀積工藝期間進(jìn)行。
24.一種氮化物里襯，通過(guò)快速熱化學(xué)氣相淀積、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積或低壓化學(xué)氣相淀積工藝形成，所述里襯包括氮化物薄膜，該氮化物薄膜是雙叔丁基氨基硅烷(BTBAS)和NH3的反應(yīng)產(chǎn)物。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的氮化物里襯，其中所述氮化物薄膜具有超過(guò)+10G dynes/cm2的拉伸應(yīng)力。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的氮化物里襯，其中所述氮化物薄膜具有至少+14.5G dynes/cm2的拉伸應(yīng)力。
27.根據(jù)權(quán)利要求24的氮化物里襯，其中所述氨處理的雙叔丁基氨基硅烷反應(yīng)產(chǎn)物在重復(fù)退火之后保持較高的應(yīng)力級(jí)別。
28.一種調(diào)整氮化物薄膜的應(yīng)力級(jí)別的方法，包括調(diào)整選自如下的至少兩個(gè)用于制造氮化物薄膜的起始材料前體的選擇；處理所述起始材料前體的含氮前體的選擇；所述起始材料前體與所述含氮前體的比率；薄膜生長(zhǎng)的化學(xué)氣相淀積條件的設(shè)置；以及薄膜生長(zhǎng)的厚度。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的應(yīng)力級(jí)別調(diào)整方法，其中所述起始材料前體是以任意組合包含Si、C和N的化合物。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的應(yīng)力級(jí)別調(diào)整方法，其中所述起始材料前體是雙叔丁基氨基硅烷。
31.根據(jù)權(quán)利要求28的應(yīng)力級(jí)別調(diào)整方法，其中所述含氮前體是NH3。
32.根據(jù)權(quán)利要求28的應(yīng)力級(jí)別調(diào)整方法，其中所述化學(xué)氣相淀積條件是快速熱化學(xué)氣相淀積條件。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的應(yīng)力級(jí)別調(diào)整方法，其中所述快速熱化學(xué)氣相淀積條件是約500-700℃的溫度范圍、約50至500T的壓力范圍、約30至600秒的時(shí)間范圍。
34.根據(jù)權(quán)利要求28的應(yīng)力級(jí)別調(diào)整方法，其中所述厚度在約50至1,000埃的范圍內(nèi)。
35.根據(jù)權(quán)利要求28的應(yīng)力級(jí)別調(diào)整方法，其中所述氮化物薄膜的應(yīng)力級(jí)別被調(diào)整到+10G至+18G dynes/cm2的范圍。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的應(yīng)力級(jí)別調(diào)整方法，其中所述氮化物薄膜是氨處理的雙叔丁基氨基硅烷薄膜。
37.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中在約6至10％的碳濃度、650℃的溫度、140torr的壓力下雙叔丁基氨基硅烷與NH3反應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明調(diào)整氮化物薄膜的應(yīng)力級(jí)別隨著下列因素中的兩個(gè)或多個(gè)因素的變化而變化用于制造氮化物薄膜的起始材料前體的選擇；處理起始材料前體的含氮前體的選擇；起始材料前體與含氮前體的比率；薄膜生長(zhǎng)的CVD條件的設(shè)置；和/或薄膜生長(zhǎng)的厚度。通過(guò)包含硅、氮和碳的化合物(例如雙叔丁基氨基硅烷(BTBAS))與NH3反應(yīng)制造的快速熱化學(xué)氣相淀積(RTCVD)薄膜可以提供有利性能，例如高應(yīng)力和蝕刻停止應(yīng)用的優(yōu)異性能。氨處理的BTBAS薄膜尤其在提供高應(yīng)力性能方面是優(yōu)異的，以及進(jìn)一步具有在重復(fù)退火之后高應(yīng)力性能的保持能力。
文檔編號(hào)H01L21/318GK1694230SQ20051005545
公開(kāi)日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2005年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月30日
發(fā)明者A·B·查克拉瓦蒂, S·納拉辛哈, V·陳, J·霍爾特, S·N·查克拉瓦蒂 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司