專利名稱：含硅薄膜的低溫沉積的制作方法
含硅薄膜的低溫沉積相關申請的交叉引用本申請要求于2008年6月2日提交的美國臨時申請第61/057891號、2008年6 月3日提交的美國臨時申請第61/058，374號和2009年6月2日提交的美國非臨時申請第 12/476734號的優(yōu)先權。本文通過引用并入這些臨時申請的公開內容。
背景技術：
由于其獨特的物理、化學和機械性能，氮化硅薄膜已廣泛用于各種應用中。特別 是在半導體設備中，氮化硅薄膜用作柵極絕緣、擴散掩模、側壁隔片、鈍化和封裝等。通常 情況下，目前在> 750°C的熱壁反應器中使用二氯甲硅烷和氨通過低壓化學氣相沉積法 (LPCVD)沉積用于前端工藝(Front End Of Line,FE0L)的氮化硅薄膜。但是，由于集成電 路(IC)的橫向和豎向尺寸繼續(xù)縮小，為了避免Si和金屬之間的不必要的反應和實現具有 精確的摻雜分布控制的超高集成裝置，存在著對在低得多的溫度(<^0°C)下沉積氮化硅 薄膜的不斷增加的需求。為了在低溫下生長氮化物薄膜，最近有報道說，加入少量的Ge可能導致氮化硅薄 膜沉積所需要的溫度降低(us 7，119，016B2)。但是，這可能會向薄膜中引入不想要的雜質， 造成薄膜適用的設備的可靠性問題，也可能增加沉積過程的復雜性和成本。最近對于提高互補金屬氧化物半導體(CM0Q晶體管性能的創(chuàng)新已經產生了對于 與當前的超大規(guī)模集成(ULSI)技術兼容的應變(strained)陶瓷層的工業(yè)需求。特別是， 可以通過在MOS晶體管的通道區(qū)域引入拉伸單軸或雙軸應變(strain)，提高負性金屬氧化 物半導體(匪0幻晶體管的通道載體遷移率。同樣，壓縮應變的薄膜可用于實現正性金屬氧 化物半導體(PM0Q晶體管的通道載體遷移率的增強。在美國公布2008/0081470A1中，公 開了用于形成應變SiN薄膜和包含該應變SiN薄膜的半導體裝置的方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明公開了在低沉積溫度下沉積氮化硅、氧氮化硅、氧化硅、碳摻雜的氮化硅、 碳摻雜的氧化硅和碳摻雜的氧氮化硅薄膜的方法。用于沉積的含硅前體是一氯甲硅烷 (monochlorosilane，MCS)禾口一氯焼基娃焼(monochloroalkylsilanes)。根據一個實施方式，本發(fā)明涉及一種在處理室中在基底上沉積氮化硅或碳摻雜的 氮化硅的方法，包括a.將基底與含氮源接觸，以在基底上吸收含氮源的至少一部分；b.清洗未吸收的含氮源；c.將基底與含硅前體接觸，以與吸收的含氮源的部分反應；和d.清洗未反應的含硅源；其中，該方法是等離子體增強的方法。根據另一個實施方式，本發(fā)明涉及一種在處理室中在基底上沉積氧化硅或碳摻雜 的氧化硅的方法，包括a.將基底與含氧源接觸，以在基底上吸收含氧源的至少一部分；4
b.清洗未吸收的含氧源；c.將基底與含硅前體接觸，以與吸收的含氧源的部分反應；和d.清洗未反應的含硅源。根據另一個實施方式，本發(fā)明涉及一種在處理室中在基底上沉積氧氮化硅或碳摻 雜的氧氮化硅的方法，包括a.將基底與含氧源和含氮源的混合物接觸，以在基底上吸收含氧源的至少一部分 和含氮源的至少一部分；b.清洗未吸收的含氧源和含氮源；c.將基底與含硅前體接觸，以與吸收的含氧源和含氮源的部分反應；和d.清洗未反應的含硅源。上述實施方式中的方法優(yōu)選是等離子體增強的方法，諸如等離子體增強的原子層 沉積(PEALD)、等離子體增強的化學氣相沉積(PECVD)和等離子體增強的循環(huán)化學氣相沉 積。等離子體是原位產生的等離子體或遠處產生的等離子體。


圖1提供了使用一氯甲硅烷(MCS)和二氯甲硅烷(DCS)通過PEALD沉積的氮化硅 薄膜的濕法蝕刻速率的比較數據。圖2提供了對于使用一氯甲硅烷(MCS)和二氯甲硅烷(DCS)在氨等離子體下、在 450°C下沉積的ALD氮化硅薄膜通過二次離子質譜法(SIMS)分析的氯離子(chloride)濃 度的比較數據。
具體實施例方式本發(fā)明是為了解決在低沉積溫度下形成氮化硅、氧氮化硅、氧化硅、碳摻雜的氮化 硅、碳摻雜的氧化硅和碳摻雜的氧氮化硅薄膜的問題。二氯甲硅烷(DCS)作為硅源已被廣泛用于半導體產業(yè)，以通過與氨的反應沉積氮 化硅。典型的沉積溫度大于550°C，且副產物是每摩爾DCS兩摩爾的HC1。本發(fā)明使用一氯 甲硅烷(MCS)取代DCS ，以降低沉積溫度以及產生的薄膜中的氯離子污染。表 權利要求
1.一種在處理室中在基底上沉積氮化硅或碳摻雜的氮化硅的方法，包括a.將基底與含氮源接觸，以在基底上吸收含氮源的至少一部分；b.清洗未吸收的含氮源；c.將基底與含硅前體接觸，以與吸收的含氮源的部分反應；和d.清洗未反應的含硅源；其中，所述方法是等離子體增強的方法。
2.根據權利要求1的沉積氮化硅的方法，其中，所述含硅源是一氯甲硅烷。
3.根據權利要求1的沉積碳摻雜的氮化硅的方法，其中，所述含硅源是一氯烷基硅烷， 具有通式 ClSiHxR1nR2nrx，其中，χ = 1、2 ；m = 1、2、3 ；η = 0、l，n+m =< 3 ；R1 和 R2 為直鏈、支 鏈或環(huán)狀的，獨立地選自具有1-10個碳原子的烷基、鏈烯基、炔基和芳基。
4.根據權利要求3所述的含硅源，選自ClSiEtH2,ClSiEt2H, ClSi (CH = CH2) H2, ClSi (CH = CH2)MeH, ClSi (CH = CH2) EtH、ClSi (CCH)H2, ClSi (iso_Pr)2H、ClSi (sec_Bu)2H、 ClSi (tert-Bu)2H、ClSi (iso_Pr)H2、ClSi (sec_Bu)H2、ClSi (tert-Bu)H2 及其混合物。
5.根據權利要求1所述的方法，其選自等離子體增強的原子層沉積和等離子體增強的 循環(huán)化學氣相沉積；其中，所述等離子體選自氨等離子體、氮等離子體、氮和氫等離子體的 混合物及氮和氬等離子體的混合物；等離子體激發(fā)的硅前體是任選的。
6.根據權利要求5的方法，其中，所述等離子體是原位產生的等離子體或遠處產生的 等離子體。
7.根據權利要求1的方法，其中，所述用于沉積氮化硅的含氮源選自氮、氨、胼、單烷基 胼、二烷基胼及其混合物；和用于沉積碳摻雜的氮化硅的含氮源選自氮、氨、胼、單烷基胼、 二烷基胼、羥胺(NH2OH)、叔丁胺(NH2C(CH3)3)、烯丙胺(NH2CH2CHCH2)、鹽酸羥胺、甲胺、二乙 胺、三乙胺及其混合物。
8.一種在處理室中在基底上沉積氧化硅或碳摻雜的氧化硅的方法，包括a.將基底與含氧源接觸，以在基底上吸收含氧源的至少一部分；b.清洗未吸收的含氧源；c.將基底與含硅前體接觸，以與吸收的含氧源的部分反應；和d.清洗未反應的含硅源。
9.根據權利要求8的沉積氧化硅的方法，其中，所述含硅源是一氯甲硅烷。
10.根據權利要求8的沉積碳摻雜的氧化硅的方法，其中，所述含硅源是一氯烷基硅 烷，具有通式 ClSiHxR1nR2m-X，其中，χ = 1、2 ；m = 1、2、3 ；η = 0、1，n+m = < 3 ；R1 和 R2 為直 鏈、支鏈或環(huán)狀的，獨立地選自具有1-10個碳原子的烷基、鏈烯基、炔基和芳基。
11.根據權利要求10所述的含硅源，選自ClSiEtH2,ClSiEt2H, ClSi (CH = CH2)H2, ClSi (CH = CH2)MeH, ClSi (CH = CH2) EtH、ClSi (CCH)H2, ClSi (iso_Pr)2H、ClSi (sec_Bu)2H、 ClSi (tert-Bu)2H、ClSi (iso_Pr)H2、ClSi (sec_Bu)H2、ClSi (tert-Bu)H2 及其混合物。
12.根據權利要求8所述的方法，選自等離子體增強的原子層沉積、等離子體增強的化 學氣相沉積和等離子體增強的循環(huán)化學氣相沉積。
13.根據權利要求12的方法，其中，所述等離子體是原位產生的等離子體或遠處產生 的等離子體。
14.根據權利要求8的方法，其中，所述含氧源選自氧、水、一氧化二氮、臭氧及其混合物。
15.一種在處理室中在基底上沉積氧氮化硅或碳摻雜的氧氮化硅的方法，包括a.將基底與含氧源和含氮源的混合物接觸，以在基底上吸收含氧源的至少一部分和含 氮源的至少一部分；b.清洗未吸收的含氧源和含氮源；c.將基底與含硅前體接觸，以與吸收的含氧源和含氮源的部分反應；和d.清洗未反應的含硅源。
16.根據權利要求15的沉積氧氮化硅的方法，其中，所述含硅源是一氯甲硅烷。
17.根據權利要求15的沉積碳摻雜的氧氮化硅的方法，其中，所述含硅源是一氯烷基 硅烷，具有通式 ClSiHxR1nR2m-X，其中，χ = 1、2 ；m = 1、2、3 ；η = 0、l，n+m =< 3 ；R1 和 R2 為直 鏈、支鏈或環(huán)狀的，獨立地選自具有1-10個碳原子的烷基、鏈烯基、炔基和芳基。
18.根據權利要求17所述的含硅源，選自ClSiEtH2,ClSiEt2H, ClSi (CH = CH2)H2, ClSi (CH = CH2)MeH, ClSi (CH = CH2) EtH、ClSi (CCH)H2, ClSi (iso_Pr)2H、ClSi (sec_Bu)2H、 ClSi (tert-Bu)2H、ClSi (iso_Pr)H2、ClSi (sec_Bu)H2、ClSi (tert-Bu)H2 及其混合物。
19.根據權利要求15所述的方法，其選自等離子體增強的原子層沉積、等離子體增強 的化學氣相沉積和等離子體增強的循環(huán)化學氣相沉積。
20.根據權利要求19的方法，其中，所述等離子體是原位產生的等離子體或遠處產生 的等離子體。
21.根據權利要求15的方法，其中，所述含氧源選自氧、水、一氧化二氮、臭氧及其混合物。
22.根據權利要求15的方法，其中，所述含氮源選自氮、氨、胼、單烷基胼、二烷基胼、羥 胺(NH2OH)、叔丁胺(NH2C(CH3)3)、烯丙胺(NH2CH2CHCH2)、鹽酸羥胺、甲胺、二乙胺、三乙胺及 其混合物。
全文摘要
本發(fā)明公開了在低沉積溫度下形成氮化硅、氧氮化硅、氧化硅、碳摻雜的氮化硅、碳摻雜的氧化硅和碳摻雜的氧氮化硅薄膜的方法。用于沉積的含硅前體是一氯甲硅烷和一氯烷基硅烷。該方法優(yōu)選通過使用等離子體增強的原子層沉積、等離子體增強的化學氣相沉積和等離子體增強的循環(huán)化學氣相沉積進行。
文檔編號H01L21/205GK102047386SQ200980120277
公開日2011年5月4日 申請日期2009年6月3日 優(yōu)先權日2008年6月3日
發(fā)明者E·J·卡瓦基, 楊柳, 松永正信, 程寒松, 米澤雅人, 蕭滿超, 長谷部一秀, 雷新建, 韓冰 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社, 氣體產品與化學公司