[发明专利]含硅薄膜的低温沉积

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年6月2日提交的美国临时申请第61/057891号、2008年6月3日提交的美国临时申请第61/058,374号和2009年6月2日提交的美国非临时申请第12/476734号的优先权。本文通过引用并入这些临时申请的公开内容。

发明背景

由于其独特的物理、化学和机械性能，氮化硅薄膜已广泛用于各种应用中。特别是在半导体设备中，氮化硅薄膜用作栅极绝缘、扩散掩模、侧壁隔片、钝化和封装等。通常情况下，目前在＞750℃的热壁反应器中使用二氯甲硅烷和氨通过低压化学气相沉积法(LPCVD)沉积用于前端工艺(Front End Of Line，FEOL)的氮化硅薄膜。但是，由于集成电路(IC)的横向和竖向尺寸继续缩小，为了避免Si和金属之间的不必要的反应和实现具有精确的掺杂分布控制的超高集成装置，存在着对在低得多的温度(＜550℃)下沉积氮化硅薄膜的不断增加的需求。

为了在低温下生长氮化物薄膜，最近有报道说，加入少量的Ge可能导致氮化硅薄膜沉积所需要的温度降低(US 7,119,016B2)。但是，这可能会向薄膜中引入不想要的杂质，造成薄膜适用的设备的可靠性问题，也可能增加沉积过程的复杂性和成本。

最近对于提高互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管性能的创新已经产生了对于与当前的超大规模集成(ULSI)技术兼容的应变(strained)陶瓷层的工业需求。特别是，可以通过在MOS晶体管的通道区域引入拉伸单轴或双轴应变(strain)，提高负性金属氧化物半导体(NMOS)晶体管的通道载体迁移率。同样，压缩应变的薄膜可用于实现正性金属氧化物半导体(PMOS)晶体管的通道载体迁移率的增强。在美国公布2008/0081470A1中，公开了用于形成应变SiN薄膜和包含该应变SiN薄膜的半导体装置的方法。

发明内容

本发明公开了在低沉积温度下沉积氮化硅、氧氮化硅、氧化硅、碳掺杂的氮化硅、碳掺杂的氧化硅和碳掺杂的氧氮化硅薄膜的方法。用于沉积的含硅前体是一氯甲硅烷(monochlorosilane，MCS)和一氯烷基硅烷(monochloroalkylsilanes)。

根据一个实施方式，本发明涉及一种在处理室中在基底上沉积氮化硅或碳掺杂的氮化硅的方法，包括：

a.将基底与含氮源接触，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.将基底与含硅前体接触，以与吸收的含氮源的部分反应；和

d.清洗未反应的含硅源；

其中，该方法是等离子体增强的方法。

根据另一个实施方式，本发明涉及一种在处理室中在基底上沉积氧化硅或碳掺杂的氧化硅的方法，包括：

a.将基底与含氧源接触，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.将基底与含硅前体接触，以与吸收的含氧源的部分反应；和

d.清洗未反应的含硅源。

根据另一个实施方式，本发明涉及一种在处理室中在基底上沉积氧氮化硅或碳掺杂的氧氮化硅的方法，包括：

a.将基底与含氧源和含氮源的混合物接触，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.将基底与含硅前体接触，以与吸收的含氧源和含氮源的部分反应；和

d.清洗未反应的含硅源。

上述实施方式中的方法优选是等离子体增强的方法，诸如等离子体增强的原子层沉积(PEALD)、等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)和等离子体增强的循环化学气相沉积。等离子体是原位产生的等离子体或远处产生的等离子体。

附图说明

图1提供了使用一氯甲硅烷(MCS)和二氯甲硅烷(DCS)通过PEALD沉积的氮化硅薄膜的湿法蚀刻速率的比较数据。

图2提供了对于使用一氯甲硅烷(MCS)和二氯甲硅烷(DCS)在氨等离子体下、在450℃下沉积的ALD氮化硅薄膜通过二次离子质谱法(SIMS)分析的氯离子(chloride)浓度的比较数据。

具体实施方式

本发明是为了解决在低沉积温度下形成氮化硅、氧氮化硅、氧化硅、碳掺杂的氮化硅、碳掺杂的氧化硅和碳掺杂的氧氮化硅薄膜的问题。

二氯甲硅烷(DCS)作为硅源已被广泛用于半导体产业，以通过与氨的反应沉积氮化硅。典型的沉积温度大于550℃，且副产物是每摩尔DCS两摩尔的HCl。本发明使用一氯甲硅烷(MCS)取代DCS，以降低沉积温度以及产生的薄膜中的氯离子污染。

表1