專利名稱：用于Si和金屬納米晶體成核的等離子體表面處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例一般涉及半導(dǎo)體器件、用于形成半導(dǎo)體器件的方法、以及 用作非易失性存儲(chǔ)器的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
閃存己經(jīng)被廣泛用于諸如移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、數(shù)碼相機(jī)、 MP3播放器、USB器件等的大范圍電子應(yīng)用的非易失性存儲(chǔ)器。由于閃存被 常將用作用于存儲(chǔ)大量信息的便攜記錄器件，因此非常希望減小的功率消耗和 元件尺寸，以及增加的操作速度。
閃存器件通常包括用于存儲(chǔ)電荷的在隧道氧化物上的浮柵電極和用于容 納電荷的相當(dāng)厚的電介質(zhì)氧化物圍繞(oxide surrounding)。為了減小氧化物圍 繞的所需厚度，已經(jīng)建議用納米晶體取代位于隧道氧化物上的浮柵電極。然而， 仍然存在對(duì)于用于獲得在隧道氧化物上更加有效且均勻地沉積納米晶體的方 法的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于在集成處理工具中形成器件的裝置和方法。在一個(gè) 實(shí)施例中，方法包括在襯底上沉積隧道氧化物層，將該隧道氧化物層暴露于等 離子體，以便該等離子體改變該隧道氧化物的表面和近表面的形態(tài)以形成改性 表面，以及在該隧道氧化物的該改性表面上沉積納米晶體。隨后可以沉積封裝 電介質(zhì)材料，然后在該襯底上沉積控制柵極材料。相似地，如果將要形成多層 納米晶體，可以在沉積下一層納米晶體之前處理該封裝電介質(zhì)的底部?？梢詫?隧道氧化物層沉積成厚度在大約2 nm與大約10 nm之間，同時(shí)等離子體改性 近表面可以具有在大約0.5 nm與大約2 nm之間的厚度?？梢酝ㄟ^將射頻(RF) 場施加到等離子體氣體并同時(shí)保持小于大約30 eV的等離子體離子能量將隧道氧化物層暴露于等離子體，來形成等離子體改性近表面。在一個(gè)實(shí)施例中，
等離子體離子能量可以是大約5 eV到大約15 eV。在一個(gè)實(shí)施例中，等離子體 改性近表面具有大約1 nm的厚度。
在另一個(gè)實(shí)施例中，一種制備非易失性存儲(chǔ)器件的方法包括在襯底上沉積 隧道氧化物層，通過將RF場施加到等離子體氣體并同時(shí)保持小于大約30 eV 的離子能量將該隧道氧化物層暴露于等離子體，以便該等離子體改變該隧道氧 化物的表面和近表面的形態(tài)。該方法還包括在該隧道氧化物的該改性表面上沉 積硅納米晶體、硅鍺納米晶體、和金屬納米晶體中的至少一種，在該襯底上沉 積封裝電介質(zhì)材料，在該襯底上沉積控制柵極材料，以及在沉積納米晶體和沉 積封裝電介質(zhì)材料中的至少一個(gè)步驟之前對(duì)襯底進(jìn)行退火。
在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種非易失性存儲(chǔ)器件。該器件包括襯底，沉 積在該襯底上的具有在大約2 nm與大約10 nm之間的厚度的隧道氧化物層， 在其中該隧道氧化物層的近表面區(qū)域包括具有在大約0.5 nm與大約2.0 nm之 間的厚度的等離子體處理隧道氧化物，沉積在該近表面區(qū)域上的硅納米晶體、 硅鍺納米晶體、和金屬納米晶體中的至少一種，沉積在硅納米晶體和金屬納米 晶體中的至少一種之上的封裝電介質(zhì)材料，以及沉積在該封裝電介質(zhì)材料之上 的控制柵極材料。


為了可以詳細(xì)地理解本發(fā)明的上述特征，參照附圖中示出的某些實(shí)施例給 出對(duì)上面概述的本發(fā)明的更加詳細(xì)的描述。然而，需要注意的是，附圖僅示出 本發(fā)明的典型實(shí)施例，由于本發(fā)明可能允許其它等效實(shí)施例，因此不能認(rèn)為附 圖限制了本發(fā)明的范圍。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的閃存單元的片段的二維框圖2示出可以用于實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性集成半導(dǎo)體襯底處 理系統(tǒng)的示意平面圖3示出可以用于實(shí)施本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性等離子體室的示意平 面圖4示出圖3的等離子體室的另一個(gè)示意平面圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的沉積處理的工藝流程圖；圖6A-6E示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的襯底結(jié)構(gòu)的示意橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了諸如用于非易失性存儲(chǔ)器器件的一種器件和用于在集成處 理工具中形成該器件的方法。該方法包括在襯底上沉積隧道氧化物層，將該隧 道氧化物層暴露于等離子體，以便該等離子體改變該隧道氧化物的表面和近表 面的形態(tài)以形成等離子體改性近表面。隨后在該隧道氧化物的改性表面上沉積 納米晶體。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的閃存單元100的片段的二維框圖。單 元100可以包括在其上可以布置隧道氧化物層103的襯底101。隧道氧化物層 103可以包括等離子體處理近表面區(qū)域105?？梢栽诘入x子體處理近表面區(qū)域 105上布置硅基、硅鍺基、或金屬基納米晶體107?？梢杂煞庋b電介質(zhì)層109 封裝納米晶體107?？梢栽诜庋b電介質(zhì)層109之上布置控制柵極111。
圖2示出可以將其配置成實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性集成半導(dǎo)體 襯底處理系統(tǒng)200的示意平面圖。集成系統(tǒng)200的實(shí)例給出可從加利福尼亞州 Santa Clara市的應(yīng)用材料有限公司(Applied Materials, Inc.)獲得的 CENTURA⑧集成工具的修改。預(yù)計(jì)在諸如PRODUCER⑧和ENDURA⑧集成工 具或可從其它制造商獲得的工具的具有耦合到其上的必需處理室的其它工具 中實(shí)施這里描述的方法。
處理系統(tǒng)200包括真空密封處理平臺(tái)201、工廠界面(factory interface) 204、和系統(tǒng)控制器202。平臺(tái)201包括耦合到真空襯底傳遞室203的多個(gè)處 理室214A-D和加載互鎖室206A-B。由加載互鎖室206A-B將工廠界面204耦 合到傳遞室203。
在某些實(shí)施例中，工廠界面204包括至少一個(gè)塢站207和用于輔助傳遞襯 底的至少一個(gè)工廠界面機(jī)械手138。將塢站207配置成容納一個(gè)或幾個(gè)前開口 晶片盒(FOUP)。在圖2的實(shí)施例中示出四個(gè)FOUP205A-D。將工廠界面機(jī) 械手138配置成將襯底從工廠界面204傳遞到用于通過加載互鎖室206A-B處 理的處理平臺(tái)201。
加載互鎖室206A-B的每一個(gè)具有耦合到工廠界面204的第一端口和耦合 到傳遞室203的第二端口。將加載互鎖室206A-B耦合到壓力控制系統(tǒng)(未示出)，該壓力控制系統(tǒng)將室206A-B抽空和排氣，以便輔助在傳遞室203的真 空環(huán)境與工廠界面204的基本周圍的(例如大氣)環(huán)境之間傳遞襯底。
傳遞室203具有布置在其中的真空機(jī)械手213。真空機(jī)械手213能夠在加 載互鎖室206A-B與處理室214A-D之間傳遞襯底221。在某些實(shí)施例中，傳 遞室203可以包括在其中構(gòu)建的冷卻站，用于在系統(tǒng)200中傳遞襯底221時(shí)輔 助冷卻襯底221。
在某些實(shí)施例中，耦合到傳遞室203的處理室214A-D可以包括化學(xué)氣相 沉積(CVD)室214A-B、等離子體室214C (諸如去耦等離子體氮化(DPN) 室)、和快速熱處理(RTP)室214D。 CVD室214A-B可以包括不同類型的 CVD室，諸如熱化學(xué)氣相沉積(熱CVD)處理、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、 金屬-有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD )、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD )、 亞常壓化學(xué)氣相沉積(SACVD)等等?？蛇x地，根據(jù)處理需求，可以將不同 處理室，至少包括一個(gè)原子層沉積(ALD)、 CVD、物理氣相沉積(PVD)、 DPN或RTP室，可互換地整合到系統(tǒng)200中。除了其它制造商，可從應(yīng)用材 料(Applied Materials)有限公司獲得適合的ALD、 CVD、 PVD、 DPN、 RTP、 和MOCVD處理室。
在某些實(shí)施例中，可以將可選服務(wù)室(如216A-B所示)耦合到傳遞室203。 可以將服務(wù)室216A-B配置成執(zhí)行諸如除氣、定向、預(yù)清潔處理、冷卻等等的 其它襯底處理。
將系統(tǒng)控制器202耦合到系統(tǒng)200。系統(tǒng)控制器202使用對(duì)系統(tǒng)200的處 理室214A-D的直接控制，或可選地，通過控制與處理室214A-D和系統(tǒng)200 相關(guān)聯(lián)的計(jì)算機(jī)(或控制器)，來控制系統(tǒng)200的運(yùn)行。系統(tǒng)控制器202可以 包括CPU 230、存儲(chǔ)器件236、和輔助電路232。運(yùn)行時(shí)，控制器202能夠?qū)?現(xiàn)來自各個(gè)室和系統(tǒng)200的數(shù)據(jù)采集和反饋，以便增強(qiáng)系統(tǒng)200的性能。
圖3和4示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的諸如DPN室的等離子體室300。等 離子體室300包括室312、襯底托架314、 RF線圈316、和電極板318。通過 室312的主體將電極板318連接到地線320。通過將電極板318接地，消除了 在RF線圈316和室312的內(nèi)部體積324的等離子體322之間的電容耦合。電 容耦合的消除降低了等離子體322的電位而不明顯改變等離子體322的諸如離 子密度和電子密度的其它性能。沒有消除來自RF線圈316的電感耦合，并且該耦合產(chǎn)生并維持等離子體322。
具體地參照?qǐng)D3，等離子體室300還包括下傳遞室326和傳遞機(jī)構(gòu)328。 室312被放置在傳遞室326的頂部。傳遞室326的內(nèi)部體積330被放置成通過 室312的基座中的環(huán)形開口 332與室312的內(nèi)部體積324相通。襯底托架314 固定在傳遞機(jī)構(gòu)328的頂部，傳遞機(jī)構(gòu)328能夠被用于提升或降低襯底托架 314。
在使用中，操作傳遞機(jī)構(gòu)328以使襯底托架314降低到傳遞室326的內(nèi)部 體積330中。隨后，通過在傳遞室326的側(cè)壁中的狹縫閥門開口，將放置在附 接到機(jī)械手臂的葉片上的襯底傳遞到內(nèi)部體積330中。隨后，操作傳遞機(jī)構(gòu) 328提升襯底托架314，從而該襯底托架314接觸襯底的下表面同時(shí)將襯底提 升離開葉片。隨后從傳遞室326移出葉片，然后再次操作傳遞機(jī)構(gòu)328，以將 襯底托架314提升到開口 332中。隨后，定位在襯底托架314上的襯底具有暴 露于室312的內(nèi)部體積324的上表面。
室312主要包括導(dǎo)電主體336和電介質(zhì)石英上側(cè)壁338。導(dǎo)電主體336形 成室312的下面部分，而上側(cè)壁338形成室312的上面部分。導(dǎo)電主體336 和上側(cè)壁338共同限定內(nèi)部體積324。
四個(gè)氣體噴嘴孔340貫穿導(dǎo)電主體336形成進(jìn)入內(nèi)部體積324。氣體噴嘴 孔340放置在襯底托架314周圍的90度間隔上。導(dǎo)電主體336還限定在其一 側(cè)上的真空抽氣溝道342。氣體噴嘴艙340通過閥門連接到氣體歧管，并且真 空抽氣溝道342連接到泵。當(dāng)運(yùn)行該泵時(shí)，通過真空抽氣溝道342將氣體從內(nèi) 部體積324中抽出，以便降低內(nèi)部體積324中的壓力。能夠操作閥以允許氣體 從歧管通過閥門和氣體噴嘴孔340進(jìn)入內(nèi)部體積324中。
更具體地參照?qǐng)D4，上側(cè)壁338具有圓頂形狀，而電極板318具有符合上 側(cè)壁338的外表面的圓頂形狀?？梢詫㈦姌O板318直接放置在上側(cè)壁338上。 電極板318限定在電極板318中心之上的環(huán)形開口 344。上側(cè)壁338和電極板 318是關(guān)于垂直軸346對(duì)稱的。
線圈316繞垂直軸346和開口 344盤旋。線圈316放置在電極板318上并 且符合電極板318的圓頂形狀。線圈316的一個(gè)末端連接到RF源350，并且 將線圈316的相反末端連接到地線352。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的沉積工藝500的工藝流程圖。還預(yù)計(jì)可以在包括來自其它制造商的那些的其它工具中執(zhí)行工藝500。圖6A-6E示出 根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的襯底結(jié)構(gòu)的示意橫截面圖。
通過將襯底601提供給諸如上述的集成到系統(tǒng)200中的處理室214A的處 理室，方法500在步驟502處開始。襯底601是指在其上執(zhí)行薄膜處理的任何 襯底或材料表面。例如，襯底601可以是諸如晶體硅(例如，Si〈0O或 Si<lll>)、氧化硅、應(yīng)變硅、硅鍺、摻雜或未摻雜多晶硅、摻雜或未摻雜硅、 和圖案化或未被圖案化的晶片、絕緣體硅(SOI)、碳摻雜氧化物、氮化硅、鍺、 砷化鎵、玻璃、藍(lán)寶石或其它適合的工件的材料。襯底601可以具有各種尺寸， 諸如200 mm直徑、300 mm直徑、或450 mm直徑，以及，矩形或正方形面 板。除非另外指出，在200 mm直徑、300 mm直徑、或450 mm直徑的襯底 上執(zhí)行這里描述的實(shí)施例和實(shí)例。
在步驟504，在襯底601上形成隧道氧化物層603?？梢岳萌魏芜m合的 工藝來形成隧道氧化物層603。在某些實(shí)施例中，隧道氧化物層603包含可以 使用諸如可從位于加利福尼亞州Santa Clara市的應(yīng)用材料(Applied Materials) 公司獲得的XE、XE Plus、或RADIANCEtm RTP室的減壓RTP室生長的Si02。 可以通過快速熱氧化形成該Si02薄膜，快速熱氧化是室使用燈來快速加熱和 烘干襯底表面以在存在氧氣的條件下形成氧化層的氧化工藝。使用在存在02、 02+N2、 02+Ar、 N20、或N20+N2氣體混合物的條件下的干法工藝快速熱氧化， 來執(zhí)行硅襯底(或晶片)的快速熱氧化。該氣體或氣體混合物可能具有大約1 slm—大約5 slm的總流速?？蛇x地，可以使用在存在具有例如大約1 slm—大 約5 slm的總流速及1 一 13%的H2的02+H2、 02+H2+N2、或N20+H2的條件下 的諸如原位水汽生成(ISSG)的濕法處理，來執(zhí)行硅襯底的快速熱氧化。在 某些實(shí)施例中，可以在大約750攝氏度一大約1000攝氏度的處理溫度和大約 0.5 Torr—大約50 Torr的處理壓力下，將用于形成Si02電介質(zhì)薄膜的快速熱氧 化處理執(zhí)行大約5秒一大約90秒，這導(dǎo)致具有在大約25 nm與大約10 nm之 間的厚度的Si02電介質(zhì)薄膜。在一個(gè)實(shí)施例中，該厚度可能是從大約4nm到 大約8 nm。
在某些實(shí)施例中，可以通過在沉積工藝期間將襯底暴露于至少一種沉積氣 體，來在襯底601上沉積隧道氧化物層。在某些實(shí)施例中，該沉積工藝可以是 具有可能包含硅前體和氧前體或既包含硅源又包含氧源的前體的沉積氣體的CVD處理?？蛇x地，該沉積工藝可以是至少具有兩種沉積氣體的ALD處理， 這樣，將襯底相繼暴露于硅前體和氧前體。在某些實(shí)施例中，在步驟504，諸 如在常規(guī)CVD工藝期間，諸如在ALD處理期間，可以將氧前體和硅前體同 時(shí)地或者順序地引入到處理室中或暴露于襯底601，
用于在步驟504期間形成氧化硅材料的適合氧前體的實(shí)例包括原子氧
(0)、氧氣(02)、臭氧(03)、水(H20)、過氧化氫(H202)、有機(jī)過氧化 物、酒精、 一氧化二氮(N20)、氧化一氮(NO)、 二氧化氮(N02)、五氧化 二氮(N205)、它們的等離子體、它們的游離基、它們的衍生物、或它們的組 合。在某些實(shí)施例中，可以通過將臭氧和水結(jié)合以便形成強(qiáng)氧化劑，來形成氧 前體。氧前體一般包含具有強(qiáng)氧化能力的氫氧基(OH)。臭氧濃度可以相對(duì)水 濃度改變。在一個(gè)實(shí)施例中，臭氧與水的摩爾比可以在從大約O.Ol到大約30 之間的范圍內(nèi)。在另一個(gè)實(shí)施例中，該摩爾比可能是從大約0.03到大約3。在 另一個(gè)實(shí)施例中，該摩爾比可能是從大約0.1到大約1。
用于在步驟504期間形成氧化硅材料的適合硅前體的實(shí)例包括硅烷、烷基 硅烷、鹵素硅烷、烷氧基硅烷、氨基硅烷、氨基乙硅烷、疊氮硅烷(silylazides)、 硅烷肼(silylhydrazines)、或它們的衍生物。硅前體的某些特定實(shí)例包括硅烷
(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、丙硅烷(Si3H8)、甲基硅烷(CH3SiH3)、 二叔丁基 氮基硅烷(BTBAS或(tBu(H)N)2SiH2)、四乙氧基硅烷((EtO)4Si或TEOS)、 六氯乙硅烷((HCD或Si2Cl6)、四氯硅烷(SiCl4)、 二氯硅烷(H2SiCl2)、 1,2-二乙基-四(二乙氨基)乙硅垸((CH2CH3((CH3CH2)2N)2Si)2)、 1，2-二氯-四(二 乙氨基)乙硅垸((Cl((CH3CH2)2N)2Si)2 )、六(N-吡咯垸)乙硅烷(((C4H9N)3)Si)2 )、 1，1，2，2-四氯-二(二(三甲基硅基)氨基)乙硅垸((Cl2((CH3)3Si)2N)Si)2)、 1,1,2,2-四氯-二 (二異丙基氨基)乙硅烷((Cl2((C3H7)2N)Si)2)、 1,2-二甲基四(二乙氨 基)乙硅烷((CH3(CH3CH2N)2Si)2)、三(二甲氨基)疊氮硅烷(((CH3)2N)3SiN3)、 三(甲氨基)疊氮硅垸(((CH3)(H)N)3SiN3 ) 、 2，2-二甲肼-二甲基硅烷
((CH3)2(H)Si)(H)NN(CH3)2)、三硅垸胺((SiH3)3N或TSA)、和六(乙氨基) 乙硅垸(((EtHN)3Si)2)、它們的游離基、它們的等離子體、它們的衍生物、或 它們的組合。
在某些實(shí)施例中，垸氧基硅垸化合物被用作用于在步驟504期間形成氧化 硅材料的硅前體。垸氧基硅垸可以具有化學(xué)式(RO)nSiR，(4.n)，其中11=1、 2、3、或4，每個(gè)R可能單獨(dú)是甲基、乙基、丙基、丁基、或其它烷基，而每個(gè) R，可能單獨(dú)是氫、鹵基、甲基、乙基、丙基、丁基、或其它垸基?？赡鼙挥?作硅前體的烷氧基硅烷化合物的實(shí)例包括四乙氧基硅烷((EtO)4Si或TEOS)、 四甲氧基硅垸((MeO)4Si)、四丙氧基硅烷((PrO)4Si)、四異丙氧基硅烷 ((iPrO)4Si)、四丁氧基硅烷((BuO)4Si)、三乙氧基硅烷((EtO)3SiH)、 二乙氧 基硅垸((EtO)2SiH)、 二乙氧基二甲基硅烷((EtO)2SiMe2)、 二乙氧基二乙基 硅烷((EtO)2Sffit2)、 二甲氧基二乙氧基硅垸((MeO)2Si(OEt)2)、它們的衍生 物、或它們的組合。在另一個(gè)實(shí)施例中，烷氧基硅烷化合物(例如，TEOS) 可以被用作用于在步驟504期間形成氧化硅材料的硅和氧的源，取代分別的硅 前體和氧前體。
由于硅前體和氧前體可以在處理室中混合時(shí)，因此在襯底表面上形成諸如 氧化硅材料的含硅材料。在某些實(shí)施例中，可以以在從大約1 nm/分鐘到大約 50 nm/分鐘的范圍內(nèi)的流率和在從大約1 nm到大約10 nm的范圍內(nèi)的厚度沉 積氧化硅材料。在一個(gè)實(shí)施例中，該厚度可能是從大約4nm到大約8nm。氧 化硅材料可能具有諸如SixOy的化學(xué)式，其中氧硅的原子比大約為2或更小， 例如，Si02。
在步驟504期間可以提供載氣以控制氧前體和硅前體的分壓。單晶片處理 室的總內(nèi)壓可能是在從大約100mTorr到大約740Torr范圍內(nèi)的壓力。在一個(gè) 實(shí)施例中，該壓力可能是從大約250 mTorr到大約100Torr。在另一個(gè)實(shí)施例 中，該壓力可能是從大約500mTorr到大約50Torr。在一個(gè)實(shí)施例中，將處理 室的內(nèi)壓維持在大約10 Torr或更小的壓力。在另一個(gè)實(shí)施例中，該壓力可能 是大約5 Torr或更小。在另一個(gè)實(shí)施例中，該壓力可能是大約1 Torr或更小。 在某些實(shí)施例中，對(duì)于批量處理系統(tǒng)，可能提供用于將氮前體或硅前體的分壓 控制在從大約100mTorr到大約1 Torr范圍內(nèi)的載氣。適合的載氣的示例包括 氮?dú)?、氫氣、氬氣、氦氣、合成氣體、或它們的組合。
在步驟506中，隧道氧化物層603可能具有由用于形成等離子體處理近表面區(qū) 域605的等離子體處理工藝改變的表面?？梢栽谥T如可從位于加利福尼亞州 Santa Clara市的應(yīng)用材料(Applied Materials)有限公司獲得的CENTURA DPN室的等離子體室中執(zhí)行步驟506。該等離子體處理工藝將隧道氧化物層 603暴露于等離子體并改變該隧道氧化物層603的頂部層的化學(xué)和/或物理形態(tài)，導(dǎo)致用于在近表面區(qū)域605上硅或金屬納米晶體形成的表面成核位置的優(yōu)化。
參照?qǐng)D3和4，可以通過首先將內(nèi)部體積324中的壓力減小到預(yù)定水平來 產(chǎn)生該等離子體。隨后將等離子體氣體引入到內(nèi)部體積324中。例如，該等離 子體氣體可能由諸如氬氣(Ar)、氦氣(He)、氖氣(Ne)、氙氣(Xe)、或它 們的組合的惰性氣體組成。使用惰性氣體可能導(dǎo)致隧道氧化物層603的表面的 物理形態(tài)變化。在另一個(gè)實(shí)施例中，該等離子體氣體可能包括諸如氧氣(o2)、 氮?dú)?N2)、氨氣(NH3)、氧化一氮(NO)、 一氧化二氮(N20)、三氟化氮(NF3)、 氟氣(F2)、它們的組合、或它們與諸如Ar、 He、 Ne、或Xe的惰性氣體的組 合。使用該反應(yīng)氣體可能不僅導(dǎo)致隧道氧化物層603的表面的物理形態(tài)變化， 而且會(huì)導(dǎo)致其化學(xué)形態(tài)變化。
在引入等離子體氣體之后，隨后可以運(yùn)行RF源350，以便向線圈316提 供頻率為13.56 MHz的RF電流。RF線圈316產(chǎn)生由跨過該室的上側(cè)壁的電 極板傳播的RF場。環(huán)形開口允許RF場穿過該室的上側(cè)壁進(jìn)入內(nèi)部體積324。 隨后RF場與內(nèi)部體積324中的等離子體氣體相耦合。RF場開始激發(fā)少量的 自由電子。隨后該自由電子與其它原子碰撞，以便從這些原子釋放更多的電子。 持續(xù)該工藝，直到達(dá)到穩(wěn)態(tài)條件，該條件下等離子體322具有穩(wěn)定數(shù)量的自由 電子和自由離子、穩(wěn)定電子穩(wěn)定、和相對(duì)地線的恒定電壓。在內(nèi)部體積324 中產(chǎn)生離子的"儲(chǔ)存器"，并且等離子體322的電壓電位輔助將來自該儲(chǔ)存器 的離子注入到二氧化硅層。在整個(gè)工藝期間，襯底和襯底托架314的電位自由 浮動(dòng)，但是在等離子體322的電壓和襯底托架314的電壓中存在差異。該差異 推動(dòng)離子的注入。
在沒有將電極板318接地的條件下，RF線圈316電容耦合到等離子體322。 在RF線圈316和等離子體322之間的這種電容耦合提高等離子體322的電壓。 相反，通過將電極板318接地，明顯減小該電容耦合，同時(shí)降低等離子體322 的電壓。等離子體電位和電子溫度被降低，但是離子密度保持在相對(duì)高的水平。 為了防止隧道氧化物表面的過度改性，以及為了防止例如氮穿過隧道氧化物層 并注入到硅襯底，可以將等離子體電位保持在小于10 V。電子溫度可以是接 近或小于2 eV。離子密度可以至少是101D cm'3。
該惰性等離子體工藝進(jìn)行從大約10秒到大約5分鐘的時(shí)間期限。在一個(gè)實(shí)施例中，該時(shí)間期限可能是從大約30秒到大約4分鐘。在另一個(gè)實(shí)施例中，該 時(shí)間段可能是從大約1分鐘到大約3分鐘。此外，以在從大約100瓦到大約 3000瓦的范圍內(nèi)的等離子體功率設(shè)定執(zhí)行該該等離子體工藝。在一個(gè)實(shí)施例 中，該功率設(shè)定可能是從大約700瓦到大約2500瓦。在另一個(gè)實(shí)施例中，該 功率設(shè)定可能是從大約900瓦到大約1800瓦。 一般地，可能以大約50%到大 約100%的占空比和大約10 kHz的脈沖頻率來執(zhí)行等離子體工藝。室可能具有 在大約10 mTorr與大約80 mTorr之間的壓力。等離子體氣體可能具有在大約 10標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘(sccm)與大約1標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘(slm)之間的流速。在一 個(gè)實(shí)施例中，該流速可能是在大約50 sccm和大約750 sccm之間。在另一個(gè)實(shí) 施例中，該流速可能是在大約100 sccm和大約500 sccm之間。 利用在步驟506中的等離子體工藝進(jìn)行的隧道氧化物層603的表面的轉(zhuǎn)化導(dǎo)致 等離子體處理近表面區(qū)域605的形成。等離子體處理近表面區(qū)域可能具有在大 約0.5nm與大約2納米之間的厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，該厚度大約為1 nm。 為了獲得器件的有益電荷保持存在期同時(shí)允許用于納米晶體形成的表面成核 位置的優(yōu)化，隧道氧化物層603的近表面改性對(duì)隧道氧化物層603的隧道效應(yīng) 特征造成最小的影響。作為等離子體工藝的結(jié)果的表面成核優(yōu)化可能至少部分 地歸因于Si02隧道氧化物表面的表面能的變化。通常，Si02具有1.5J/m2的表 面能。與之相比，鉑具有2.5 J/n^的表面能而Ru具有2.3 J/n^的表面能，鉑和 Ru是被考慮用于納米晶體閃存的普通金屬。通過使用這里公開的技術(shù)改變
Si02表面的物理和化學(xué)形態(tài)，可能因此控制金屬原子聚合成在Si02表面上的 半球的密度。對(duì)于諸如1.1 J/n^的金、0.87J/mS的鋁、和1.3 J/m2的銅的其它 金屬，由于其表面能小于Si02，因此它們可能不能聚合在未處理的SiC)2上。 1.65 J/m2的鈦和1.55 J/m2的鈀僅僅剛好在Si02表面能之上，因此它們可能不
能聚合在Si02的表面上。
在可選步驟508中，可以執(zhí)行后等離子體改性退火。可以在RTP室300 中執(zhí)行該退火，在RTP室300中使襯底經(jīng)受在大約500攝氏度與大約1200攝 氏度之間的溫度。在一個(gè)實(shí)施例中，該溫度可能是在大約900攝氏度與大約 1100攝氏度之間。在一個(gè)實(shí)施例中，可能維持襯底溫度小于600攝氏度。該 退火可能進(jìn)行在大約1秒與大約240秒之間的時(shí)間期限。在一個(gè)實(shí)施例中，該 時(shí)間期限可能是在大約30秒與大約90秒之間。在一個(gè)實(shí)施例中，可能在大約1000攝氏度執(zhí)行該退火大約60秒。 一般地，RTP退火室氣氛至少包含一種退 火氣體，諸如02、 N2、 NH3、 N2H4、 NO、 N20、或它們的組合。可能將退火 室維持在從大約5Torr到大約100Torr的壓力。在一個(gè)實(shí)施例中，該壓力可能 是大約50 Torr。
在步驟510中，在近表面區(qū)域605上沉積硅、硅鍺、或金屬納米晶體607。 在一個(gè)實(shí)施例中，可能通過PVD工藝、ALD工藝、CVD工藝、電極沉積工 藝、化學(xué)電鍍(ECP)工藝、或它們的組合來形成硅、硅鍺、或金屬納米晶體 的層。可能將硅、硅鍺、或金屬層沉積成大約20納米或更小的厚度。在一個(gè) 實(shí)施例中，該厚度可能是在大約0.3nm與大約5nm之間。在另一實(shí)施例中， 該厚度可以是在約0.4nm與約3nm之間。在另一個(gè)實(shí)施例中，該厚度可能是 在大約0.5 nm與大約2 nm之間。硅、硅鍺、或金屬沉積在近表面區(qū)域605上， 并且由于硅、硅鍺、或金屬和近表面區(qū)域605的頂部的表面能，硅、硅鍺、或 金屬原子聚合成諸如納米晶體607的半球。形成的納米晶體607可能具有在大 約0.5 nm與大約20 nm之間的晶粒直徑。在另一個(gè)實(shí)施例中，該直徑可能是 在大約0.5 nm與大約10 nm之間。在另一個(gè)實(shí)施例中，該直徑可能是在大約 0.5 nm與大約2 nm之間。可以分隔納米晶體607，從而納米晶體彼此以至少 大約0.5nm的距離分開。在一個(gè)實(shí)施例中，該距離可能至少是lnm。
形成的納米晶體可能包含硅、硅鍺、或諸如鉑、鈀、鎳、銥、釕、鈷、鉤、 鉭、鉬、銠、它們的合金、或它們的組合的至少一種金屬。在一個(gè)實(shí)施例中， 納米晶體材料包括鉑、鎳、釕、鉑鎳合金、或它們的組合。
通常，對(duì)于金屬納米晶體沉積，可以以固體金屬靶和氬等離子體來實(shí)施 PVD?？梢允褂肞VD、 CVD或ALD，其中將襯底維持在小于大約300攝氏度 的溫度及在大約1 Torr到大約10 Torr之間的處理室壓力。在一個(gè)實(shí)施例中， 其中需要恒定載氣流，在處理室中建立載氣流。選擇載氣以便其還作為用于從 處理室去除揮發(fā)性反應(yīng)物和/或副產(chǎn)品的凈化氣體。除了其它氣體，可以使用 諸如例如氦氣(He)和氬氣(Ar)及它們的組合的載氣。在處理室中已經(jīng)建 立載氣流之后，將含金屬前體的脈沖添加到該載氣流束。如這里所用的術(shù)語脈 沖是指注入到處理室中或載氣流中的一劑量的材料。含貴金屬前體的脈沖持續(xù) 預(yù)定時(shí)間間隔。
除了其它物質(zhì)，含金屬前體可能包括，例如，諸如鈀、鉑、鈷、鎳、和銠、釕的金屬。除了其它物質(zhì)，適合的含鈀前體包括二 (烯丙基)鈀、二 (2-甲基 烯丙基)鈀、和(環(huán)戊二烯基)(烯丙基)鈀。除了其它物質(zhì)，適合的含鉑前 體包括三甲基(環(huán)戊二烯基)鉑、三甲基(甲基環(huán)戊二烯基)鉑、環(huán)戊二烯(烯 丙基)鉑、二甲基(環(huán)辛二烯基)鉑、甲基(羰基)環(huán)戊二烯基鉑、三甲基(乙 酰丙酮基)鈀、和二 (乙酰丙酮基)鈀。
除了其它物質(zhì)，適合的含鈷前體包括(環(huán)戊二烯基)(環(huán)已二烯)鈷、(環(huán) 丁二烯基)(環(huán)戊二烯基)鈷、二 (環(huán)戊二烯基)鈷、二 (甲基環(huán)戊二烯基)
鈷、環(huán)戊二烯基(1,3-己二烯基)鈷、(環(huán)戊二烯基)(5-甲基環(huán)戊二烯基)鈷、
和二 (乙烯基)(五甲基環(huán)戊二烯基)鈷。除了其它物質(zhì)，適合的含鎳前體包 括二 (甲基環(huán)戊二烯基)鎳。除了其它物質(zhì)，適合的含銠前體包括二 (丙烯基) 銠、二 (羰基)(環(huán)戊二烯基)銠、二 (羰基)(甲基環(huán)戊二烯基)銠、和二 (羰 基)(乙基環(huán)戊二烯基)銠。
適合的含釕前體包括三(2,2,6,6-四甲基-3，5-七-異二羰酸)釕、二 (2,4-二甲基戊二烯基)釕、二羰基戊二烯基釕、乙酰丙酮合釕、(2，4-二甲基戊二烯 基)釕(環(huán)戊二烯基)、二 (2，2,6，6-四甲基-3,5-庚二酮酸)釕(1，5-環(huán)辛垸)、
(2，4-二甲基戊二烯基)釕(甲基環(huán)戊二烯基)、(1,5-環(huán)辛烷)釕(環(huán)戊二烯 基)、(1，5-環(huán)辛垸)釕(甲基環(huán)戊二烯基)、(1,5-環(huán)辛烷)釕(乙基環(huán)戊二烯 基)、(2,4-二甲基戊二烯基)釕(乙基環(huán)戊二烯基)、(2，4-二甲基戊二烯基) 釕(異丙基環(huán)戊二烯基)、二 (N，N-二甲基-l，3-四甲基二亞胺基)釕(1,5-環(huán)辛 垸)、二 (N，N-二甲基-l,3-二甲基二亞胺基)釕(1,5-環(huán)辛烷)、二 (烯丙基) 釕(1,5-環(huán)辛烷)、(.eta..sup.6-C.sub.6H.sub.6)釕(1,3-環(huán)己二烯)、二 (l，l畫 二甲基-2-氨基乙氧基)釕(1,5-環(huán)辛垸)、二 ( 1，1-二甲基-2-氨基乙胺基)釕(1,5-環(huán)辛烷)、和它們的組合。
取決于諸如，例如，所用處理室的容量、耦合到其上的真空系統(tǒng)、和/或 所用反應(yīng)物的揮發(fā)性/反應(yīng)性的大量因素，用于含金屬前體的脈沖的時(shí)間間隔 是可變的。例如，大體積處理室可能導(dǎo)致較長時(shí)間來穩(wěn)定諸如例如載體/凈化 氣流和溫度的處理?xiàng)l件，需要較長脈沖時(shí)間。處理氣體的較低流速也可能導(dǎo)致 較長時(shí)間來穩(wěn)定處理?xiàng)l件，需要較長脈沖時(shí)間。較低的室壓意味著從處理室內(nèi) 更加快速地排出處理氣體，需要較長脈沖時(shí)間。通常，有利地選擇處理?xiàng)l件， 以便含金屬前體的脈沖提供足量的前體使得在襯底上至少吸附含金屬納米晶體的單層。此后，可以利用恒定載氣流結(jié)合真空系統(tǒng)來從處理室中去除室中殘 存的過量含貴金屬前體。
在一個(gè)實(shí)施例中，納米晶體607包括硅半球。在一個(gè)實(shí)施例中，可以將可
從位于加利福尼亞州Santa Clara市的應(yīng)用材料(Applied Materials)有限公司 獲得的POLyGEN LPCVD室用于沉積。該室的沉積溫度可能是在大約300攝 氏度與大約800攝氏度之間?？赡軐⒃撌业某练e壓力設(shè)定為在大約10 Torr與 大約350 Torr之間。在一個(gè)實(shí)施例中，溫度可能是在大約500攝氏度與大約 700攝氏度之間，而壓力可能是在大約30 Torr和大約350 Torr之間。
硅源(即前體)可能是諸如硅垸(SiHt)的氣體，或可選地，可能是諸如 乙硅烷(Si2H6)、丙硅垸(Si3H8)、和二叔丁基氨基硅烷(BTBAS或((^81122:^&)) 的其它硅源氣體。另外，可能包括包含H2和惰性氣體(例如，氮?dú)狻⒑狻?氬氣)的載氣。在一個(gè)實(shí)例中，以在大約50 sccm到大約150sccm之間的流速 將硅烷供給到室中，同時(shí)將室中的沉積溫度維持在大約440攝氏度與大約490 攝氏度之間的穩(wěn)定溫度，并且將沉積壓力維持在大約150Torr與大約350Torr 之間。在一個(gè)實(shí)施例中，硅垸的分壓可能是在大約0.5 Torr到大約3.5 Torr之 間。
對(duì)于乙硅烷，可能以在大約50sccm到大約150sccm之間的流速將該硅前 體供給到室中，同時(shí)將室中的沉積溫度維持在大約425攝氏度與大約475攝氏 度之間的穩(wěn)定溫度，并且將沉積壓力維持在大約30 Torr與大約225 Torr之間。 乙硅烷的分壓可能是在大約0.1 Torr到大約3.0 Torr之間。對(duì)于丙硅烷，以在 大約200 sccm到大約350 sccm之間的流速將該硅前體供給到室中，同時(shí)將室 中的沉積溫度維持在大約400攝氏度與大約450攝氏度之間的穩(wěn)定溫度，并且 將沉積壓力維持在大約30 Torr與大約200 Torr之間。乙硅烷的分壓可能是在 大約0.1 Torr到大約2.5 Torr之間。
來自基座和布置在室中的襯底的熱能致使硅源氣體熱分解并在近表面區(qū) 域605上沉積不連續(xù)的且無定形的納米晶體硅薄膜。雖然出于解釋的清晰，以 簡化形式示出圖6C，在一個(gè)實(shí)施例中，納米晶體硅層可能具有大于大約1X101Q 晶體/ci^的密度和大約5納米的平均晶粒直徑。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在 沒有諸如等離子體或光子增強(qiáng)的額外能量源的幫助的條件下，僅使用熱能來分 解硅源氣體。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，沉積壓力、溫度、和處理氣體流速和濃度被選
擇為使得在大約0.5 nm /分鐘和大約1.5 nm /分鐘之間的范圍內(nèi)的沉積速率沉 積納米晶體硅薄膜。沉積速率可能取決于工藝化學(xué)、溫度、或壓力。例如，基 于在大約440攝氏度和大約490攝氏度之間的沉積溫度、在大約150 Torr和大 約350 Torr之間的沉積壓力、以及大約0.5 Torr到大約3.5 Torr的分壓，可能 以大約0.5 nm/分鐘的沉積速率沉積硅烷。持續(xù)地將處理氣體混合物供給到室 內(nèi)，直到形成預(yù)期厚度的納米晶體607的薄膜。
在可選步驟512中，可以執(zhí)行后納米晶體沉積退火?？梢栽赗TP室300 中執(zhí)行該退火，在RTP室300中使襯底經(jīng)受在大約500攝氏度與大約1200攝 氏度之間的溫度。在一個(gè)實(shí)施例中，該溫度可以是在大約900攝氏度與大約 1100攝氏度之間。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以在小于600攝氏度的溫度下進(jìn)行 該退火?？梢詧?zhí)行該退火在大約1秒與大約240秒之間的時(shí)間期限。在一個(gè)實(shí) 施例中，該時(shí)間期限可能是在大約30秒和大約90秒之間。在一個(gè)實(shí)施例中， 可以在大約1000攝氏度將該退火進(jìn)行大約60秒。 一般地，RTP退火室氣氛包 含諸如02、 N2、 NH3、 N2H4、 NO、 N20、或它們的組合中的至少一種退火氣 體。退火室可以維持在從大約5 Torr到大約100 Torr的壓力，例如，在大約 50 Torr。
在步驟514，沉積封裝電介質(zhì)層609以封裝納米晶體607。可以通過諸如 ALD、 CVD、 PVD、熱技術(shù)或它們的組合的蒸汽沉積工藝來沉積封裝電介質(zhì) 層609。在某些實(shí)施例中，封裝電介質(zhì)層609可以是由ALD工藝和裝置沉積 的高k電介質(zhì)層。封裝電介質(zhì)層609 —般沉積為具有在大約0.5 nm與大約30 nm之間的范圍內(nèi)的薄膜厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，該厚度可能是在大約1 nm與 大約20 nm之間。在另一個(gè)實(shí)施例中，該厚度可能是在大約4 nm與大約10 nm 之間。封裝電介質(zhì)層609沉積在襯底表面上，并且可能具有作為均質(zhì)的、異質(zhì) 的、分級(jí)的和/或多個(gè)分層層疊或疊層的多種成分。封裝電介質(zhì)層609 —般是 高k電介質(zhì)材料，并且可能包括鉿、鋯、鈦、鉭、鑭、鋁、硅、氧和/或氮的 化合物。封裝電介質(zhì)層609的成分可能包括諸如鉿氧化物(HfOx或Hf02)、 鉿硅酸鹽(HfSixOy或HfSi04)、鉿硅氧氮化物(HfSixOyNz)、鉿氧氮化物 (HfOxNy)、鉿鋁酸鹽(HfAlxOy)、鉿鋁硅酸鹽(HfAlxSiyOz)、鉿鋁硅氧氮化 物(HfAlwSixOyNz)、鉿鑭氧化物(HfLaxOy)的含鉿材料，諸如鋯氧化物(ZrOx或Zr02)、鋯硅酸鹽(ZrSixOy或ZrSi04)、鋯硅氧氮化物(ZrSixOyNz)、鋯 氧氮化物(ZrOxNy)、鋯鋁酸鹽(ZrAlxOy)、鋯鋁硅酸鹽(ZrAlxSiyOz)、鋯鋁 硅氧氮化物(ZrAlwSixOyNz)、鋯鑭氧化物(ZrLaxOy)的含鋯材料，諸如鋁氧 化物(A1203或A10x)、鋁氧氮化物(A10xNy)、鋁硅酸鹽(AlSixOy)、鋁硅 氧氮化物(AlSixOyNz)、鑭鋁氧化物(LaAlxOy)、鑭氧化物(LaOx或La203)、 它們的衍生物和它們的組合的其它含鋁材料或含鑭材料。可用于高k電介質(zhì)層 的其它電介質(zhì)材料可能包括鈦氧化物(TiOx或Ti02)、鈦氧氮化物(TiOxNy)、 鉭氧化物(TaOx或Ta205)和鉭氧氮化物(TaOxNy)?？捎糜诟遦電介質(zhì)層 的電介質(zhì)材料的疊層薄膜包括Hf02/Al203、 Hf02/Si02、 La203/Al203和 Hf02/Si02/Al203。
在某些實(shí)施例中，在例如處理室300的處理室中以在從大約1 Torr到大約 100 Torr的范圍內(nèi)的壓力下執(zhí)行ALD工藝。在一個(gè)實(shí)施例中，該壓力可能是 從大約1 Torr到大約20Torr。在另一個(gè)實(shí)施例中，該壓力可能是從大約1 Torr 到大約10 Torr。襯底的溫度可以維持在從大約70攝氏度到大約1000攝氏度 的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，該溫度可以是從大約100攝氏度到大約650攝氏 度。在另一個(gè)實(shí)施例中，該溫度可能是從大約250攝氏度到大約500攝氏度。 在某些實(shí)施例中，可以以在從大約5 seem到大約200 seem范圍內(nèi)的流率將鉿 前體引入到處理室中?？梢杂弥T如氮?dú)獾妮d氣以在從大約50 seem到大約1000 seem范圍內(nèi)的總流速引入鉿前體。取決于沉積的含鉿材料的特定處理?xiàng)l件、 鉿前體、或預(yù)期組分，可以以在從大約0.1秒到大約10秒范圍內(nèi)的流率將鉿 前體脈沖引入到處理室中。在某些實(shí)施例中，可以以在從大約1秒到大約5 秒范圍內(nèi)的流率將鉿前體脈沖引入到處理室中。在一個(gè)實(shí)施例中，該流率可以 是大約3秒。
在某些實(shí)施例中，以在從大約0.1秒到大約1秒的范圍內(nèi)的流率將鉿前體 脈沖引入到處理室中。在一個(gè)實(shí)施例中，該流率可能是大約0.5秒。在一個(gè)實(shí) 施例中，鉿前體可以是四氯化鉿(HfCU)?？梢砸栽趶拇蠹s2 slm到大約22 slm 的范圍內(nèi)的流速引入諸如氬氣或氮?dú)獾膬艋瘹怏w脈沖。在一個(gè)實(shí)施例中，該流 率可以是大約10 slm。每個(gè)處理周期進(jìn)行從大約0.01秒到大約20秒的范圍內(nèi) 的時(shí)間期限。在一個(gè)實(shí)施例中，該處理周期持續(xù)大約10秒。在另一個(gè)實(shí)施例 中，該處理周期持續(xù)大約2秒。持續(xù)大約10秒的較長處理步驟沉積優(yōu)質(zhì)的含鉿薄膜，但是降低生產(chǎn)量。通過實(shí)驗(yàn)獲得明確的凈化氣體流速和處理周期的持
續(xù)時(shí)間。在一個(gè)實(shí)施例中，為了獲得相似產(chǎn)量，對(duì)于與200mm直徑的晶片相 同的持續(xù)時(shí)間，300 mm直徑的晶片需要大約兩倍200 mm直徑的晶片所需的 流速。以在從大約0.1 sccm到大約1000 sccm的范圍內(nèi)的流速將氧化氣體引入 到處理室中。在一個(gè)實(shí)施例中，該流率可能是從大約0.5 sccm到大約100 sccm。 可能以在從大約0.1秒到大約20秒的范圍內(nèi)的流率將氧化氣體脈沖引入到處 理室中。在另一個(gè)實(shí)施例中，該流率可能是從大約0.2秒到大約10秒。在另 一個(gè)實(shí)施例中，該流率可能是從大約0.5秒到大約5秒。在一個(gè)實(shí)施例中，以 在從大約1秒到大約5秒的范圍內(nèi)的流率脈沖引入氧化氣體。在另一個(gè)實(shí)施例 中，該流率可能是大約1.7秒。在另一個(gè)實(shí)施例中，可能以在從大約0.1秒到 大約3秒的范圍內(nèi)的流率脈沖引入氧化氣體。在另一個(gè)實(shí)施例中，該流率可能 是大約0.5秒。
在步驟516，在封裝電介質(zhì)609上沉積控制柵極層611。控制柵極層611 可以是能夠在諸如集成處理系統(tǒng)200的LPCVD沉積室214A或ALD室214B (圖2)的沉積室中形成的多晶硅層。取代多晶硅，控制柵極層611可以是無 定形硅薄膜或其它合適的導(dǎo)電材料。另外，可以在其上沉積諸如鈦、氮化鈦、 鉭、氮化鉭、鎢、氮化鎢的金屬、和其它難熔金屬或其它合適的電極材料。在 形成控制柵極層611之后，可以將該柵極疊層傳遞到冷卻室，并隨后將其傳遞 到諸如加載互鎖室204和206的存儲(chǔ)區(qū)域，以便用于另外的處理、測試、或現(xiàn) 有技術(shù)中已知的其它工藝。
應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，可以在不是必須整合到前述集成處理系統(tǒng)200的幾個(gè)處理室 中形成包括柵極電介質(zhì)薄膜、等離子體處理柵極電介質(zhì)薄膜表面、納米晶體、 封裝電介質(zhì)、和多晶硅頂層薄膜的柵極疊層。
雖然前述內(nèi)容針對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例，在不偏離由以下權(quán)利要求書確定的本 發(fā)明基本范圍的條件下可以設(shè)計(jì)出本發(fā)明的其它和額外實(shí)施例。
權(quán)利要求
1. 一種處理襯底的方法，包括在襯底上沉積隧道氧化物層；將所述隧道氧化物層暴露于等離子體，其中所述等離子體改變所述隧道氧化物的形態(tài)，以形成所述隧道氧化物的改性表面和改性近表面；以及在所述隧道氧化物的該改性表面上沉積納米晶體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括在所述襯底上沉積封 裝電介質(zhì)材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，還包括在所述襯底上沉積控 制柵極材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，將所述隧道氧化物層沉積成 厚度在大約1 nm和大約10 nm之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述改性近表面具有在大約 0.2 nm與大約2 nm之間的厚度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述改性近表面具有大約l nm的厚度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，將所述隧道氧化物層暴露于 等離子體包括將脈沖式射頻場施加到等離子體氣體并同時(shí)保持小于大約15 eV 的離子能量。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，從由氬氣、氦氣、氖氣、氙 氣、氧氣、氮?dú)?、氨氣、氧化一氮?一氧化二氮、三氟化氮、氟氣、甲烷、二 氧化碳、含碳?xì)怏w、及它們的組合組成的組中選擇所述等離子體氣體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括在沉積納米晶體和沉 積封裝電介質(zhì)材料中的至少一個(gè)步驟之前對(duì)所述襯底進(jìn)行退火。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，離子能量小于大約5eV。
11. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述隧道氧化物包含二氧 化硅。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述納米晶體包含硅、鉑、 鈀、鎳、銥、釕、鈷、鎢、鉭、鉬、和銠中的至少一種。
13. —種制備非易失性存儲(chǔ)器器件的方法，包括在襯底上沉積隧道氧化物層；通過將脈沖式射頻場施加到等離子體氣體并同時(shí)保持小于大約5 eV的離子能量將所述隧道氧化物層暴露于等離子體，其中所述等離子體改變所述氧化物的形態(tài)，以便形成所述隧道氧化物的改性表面和改性近表面；在所述隧道氧化物的所述改性表面上沉積硅納米晶體和金屬納米晶體中 的至少一種；在所述襯底上沉積封裝電介質(zhì)材料； 在所述襯底上沉積控制柵極材料；以及在沉積納米晶體和沉積封裝電介質(zhì)材料中的至少一個(gè)步驟之前對(duì)所述襯 底進(jìn)行退火。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，將所述隧道氧化物層沉積 成厚度在大約1 nm和大約10nm之間。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述改性近表面具有在大 約0.2 nm到大約2 nm之間的厚度。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述改性近表面具有大約 lnm的厚度。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，從由氬氣、氦氣、氖氣、 氙氣、氧氣、氮?dú)?、氨氣、氧化一氮?一氧化二氮、三氟化氮、氟氣、甲烷、 二氧化碳、含碳?xì)怏w、及它們的組合組成的組中選擇所述等離子體氣體。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述隧道氧化物包含二氧 化硅。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述納米晶體包含硅、鉑、 鈀、鎳、銥、釕、鈷、鎢、鉭、鉬、和銠中的至少一種。
20. —種非易失性存儲(chǔ)器器件，其包括 襯底；沉積在所述襯底上的具有在大約1 nm與大約10 nm之間的厚度的隧道氧 化物層，其中所述隧道氧化物層的近表面區(qū)域包括具有在大約0.2 nm與2.0 nm 之間的厚度的等離子體處理隧道氧化物；沉積在所述近表面區(qū)域上的硅納米晶體和金屬納米晶體中的至少一種； 沉積在所述硅納米晶體和金屬納米晶體中的至少一種之上的封裝電介質(zhì)材料；以及沉積在所述封裝電介質(zhì)材料之上的控制柵極材料。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的器件，其特征在于，所述金屬納米晶體包含鉬、鈀、鎳、銥、釕、鈷、鎢、鉭、鉬、和銠中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于Si和金屬納米晶體成核的等離子體表面處理。本發(fā)明提供了諸如非易失性存儲(chǔ)器件的一種器件及用于在集成處理工具中形成該器件的方法。該方法包括在襯底上沉積隧道氧化物層，將該隧道氧化物層暴露于等離子體，以便該等離子體改變該隧道氧化物的表面和近表面的形態(tài)以形成改性近表面。隨后在該隧道氧化物的該改性表面上沉積納米晶體。
文檔編號(hào)H01L21/28GK101414557SQ20081016823
公開日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2008年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月3日
發(fā)明者克里斯托弗·肖恩·奧爾森, 明 李, 肖恩·邁克爾·索特, 菲利普·艾倫·克勞斯 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司