[发明专利]用于在氧化物膜中掺入氮的方法和装置

说明书

本申请要求2005年6月2日提交的美国临时专利申请No.60/687096的优先权，通过引用将其全文结合在本文中。

技术领域

本发明涉及半导体器件处理，更具体地涉及在氧化物膜中掺入氮的方法和装置。

背景技术

对电子设备的性能和密集度的更高要求导致金属氧化物半导体(MOS)器件的横向尺寸越来越小。随着器件横向尺寸减小，MOS器件的栅极电介质厚度(例如，二氧化硅厚度)也必须降低，从而保持足够的电荷存储容量以使MOS器件正常工作。

目前对器件横向尺寸的要求使得栅极电介质降至低于40埃的范围，而驱动电压并不成比例地降低。将具有相同或相似驱动电压的较薄栅极电介质层组合使用，导致各代MOS器件的电场增大。因此，由这些增大的电场引起的热载流子损伤以及电介质击穿强度已经成为进一步缩小MOS器件的关键。此外，MOS器件尺寸减小导致制造技术的大量应用，例如使用高能粒子并产生可使生长二氧化硅(SiO₂)栅极电介质的常规炉损伤的电离辐射的电子束光刻和反应性离子蚀刻。

可以使用“氮化氧化物”或“氧氮化物”来代替“纯”二氧化硅作为栅极电介质。氧氮化物通常在Si/SiO₂界面上结合少量的氮(例如，1-5原子％)。界面上的氮改进了氧氮化物对热载流子和辐射的抗损伤性，并增强了氧氮化物的扩散阻挡性。氧化物层块体中的氮提高了氧化物层的介电常数。

一种可用于将氮引入二氧化硅的技术是等离子体氮化。在等离子体氮化中，使用RF等离子体反应器将氮掺入氧化物膜。例如，可以使用RF等离子体将分子氮解离成原子(和/或离子)氮，然后可将原子和/或离子氮掺入氧化物膜。通常使用不施加偏置功率的等离子体。即，氮等离子体主要通过脉冲或连续源(线圈)功率产生。

在常规等离子体氮化之后，经类似处理的衬底可具有不同的氧化物厚度和/或掺氮水平。这些不同的氧化物厚度和/或掺氮水平可造成影响器件产量和成本的不期望的器件间差异。因此，仍需要将氮掺入氧化物膜的改进方法和装置。

发明概述

本发明的第一方面提供了第一方法。第一方法包括步骤：(1)用高强度等离子体将处理室预处理；(2)将衬底装入所述处理室；和(3)在所述处理室内对所述衬底进行等离子体氮化。预处理所述处理室使用的等离子体功率比所述衬底的等离子体氮化过程中使用的等离子体功率高至少150％。

本发明的第二方面提供了第二方法。第二方法包括步骤：(1)用第一高强度氮等离子体将处理室预处理；(2)将第一衬底装入所述处理室；和(3)对所述第一衬底进行等离子体氮化。预处理所述处理室使用的第一高强度氮等离子体的等离子体功率比所述第一衬底的等离子体氮化过程中使用的等离子体功率高至少150％。第二方法还包括步骤：(4)用第二高强度氮等离子体将所述处理室预处理；(5)将第二衬底装入所述处理室；和(6)对所述第二衬底进行等离子体氮化。预处理所述处理室使用的第二高强度氮等离子体的等离子体功率比所述第二衬底的等离子体氮化过程中使用的等离子体功率高至少150％。

本发明的第三方面提供了第三方法。第三方法包括步骤：(1)用高强度等离子将处理室预处理，以使氮被吸收或吸附在所述处理室的至少一个处理部件和室壁上；(2)将衬底装入所述处理室；和(3)在所述处理室内对所述衬底进行等离子体氮化。

本发明的第四方面提供了第一装置。第一装置包括：(1)处理室；和(2)连接至所述处理室的控制器。所述控制器被设置用于控制所述处理室，从而(a)用高强度等离子体将处理室预处理；(b)将衬底装入所述处理室；和(c)在所述处理室内对所述衬底进行等离子体氮化。预处理所述处理室使用的等离子体功率比所述衬底的等离子体氮化过程中使用的等离子体功率高至少150％。