專利名稱：制備氮化硅疊層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例一般地涉及用于沉積基于硅的材料的方法。更具體地，本發(fā)明涉及用于制備氮化硅疊層的化學(xué)氣相沉積技術(shù)。
背景技術(shù)：
用于制作集成電路上的器件的制造技術(shù)在不斷發(fā)展，以促進(jìn)形成在集成電路上的器件的不斷縮小和其在襯底上的更加密集的布置。例如，為了防止漏電流，傳統(tǒng)上，通過硅的局部氧化(LOCOS)場(chǎng)氧化物工藝將形成在襯底上的每一個(gè)晶體管與相鄰的晶體管隔離?，F(xiàn)在可以利用淺溝槽隔離(STI)工藝執(zhí)行相同的功能，以將每一個(gè)晶體管與其相鄰的晶體管隔離。淺溝槽隔離占用襯底上的較少空間，同時(shí)完成了與LOCOS相同的功能，這反過來增大了芯片上的晶體管密度。
但是，STI工藝導(dǎo)致了其自身的制造挑戰(zhàn)。例如，作為用于形成STI結(jié)構(gòu)的制造工藝的一部分，氮化硅膜一般利用二氯甲硅烷和氨氣前驅(qū)體通過熱爐工藝形成在襯底上。使用標(biāo)準(zhǔn)熱爐工藝的通常用于STI制造工藝的厚膜(一般約1500埃)的制造導(dǎo)致在爐壁上沉積大量的材料。高速率的爐壁沉積要求更高頻率的預(yù)防性維護(hù)，以避免過量的粒子的產(chǎn)生，從而降低了生產(chǎn)率并且增大了由于粒子污染造成缺陷的風(fēng)險(xiǎn)。
而且，熱爐膜被沉積在襯底的兩側(cè)一背面?zhèn)鹊牡枘ぴ趫D案化襯底的前面?zhèn)纫灾圃霺TI結(jié)構(gòu)之后被剝離。此工藝在殘留在襯底上的氮化硅膜中導(dǎo)致高的應(yīng)力水平，這可能導(dǎo)致在STI結(jié)構(gòu)中或者附近形成位錯(cuò)。襯底或者STI結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)可能由于沿著這些位錯(cuò)的電子跳躍而導(dǎo)致緊鄰STI結(jié)構(gòu)布置的晶體管的漏電流的增大。一種使用單晶片室和使用硅烷-氨氣化學(xué)劑形成氮化硅膜的可選方法雖然滿足了應(yīng)力和粒子的要求，但是不滿足膜均一性的要求。
因此，在本領(lǐng)域中存在對(duì)于用于制造適用于制造淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的氮化硅疊層的改進(jìn)方法的需要。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了用于在半導(dǎo)體襯底上制備氮化硅疊層的方法的實(shí)施例。在一個(gè)實(shí)施例中，用于在半導(dǎo)體襯底上制備氮化硅疊層的方法包括使用第一組工藝條件在所述襯底上沉積包括氮化硅的底部層，所述第一組工藝條件選擇性地控制所述底部層的應(yīng)力；以及使用第二組工藝條件沉積包括氮化硅的上部層，所述第二組工藝條件選擇性地控制所述上部層的耐氧化性和折射率中的至少一個(gè)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在襯底中形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法包括在所述襯底上沉積襯墊氧化物層；沉積具有底部層和上部層的氮化硅疊層，其中，底部層的應(yīng)力由第一組沉積條件選擇性地控制，上部層的耐氧化性和折射率的至少一個(gè)由第二組沉積條件選擇性地控制；在襯底上沉積并圖案化光致抗蝕劑層；穿過所述襯墊氧化物層和氮化硅疊層在所述襯底中刻蝕溝槽；氧化所述溝槽以形成內(nèi)襯；用氧化硅填充所述具有內(nèi)襯的溝槽；以及去除多余的氧化硅。
通過結(jié)合附圖來考慮下面的詳細(xì)描述，本發(fā)明的教導(dǎo)將變得清楚，在如圖中圖1描繪了示出使用本發(fā)明的氮化硅疊層的一個(gè)實(shí)施例的制作淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖；圖2A-2G共同描繪了使用圖1的方法所制作的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的一系列的示意性剖視圖；圖3描繪了可以用于實(shí)施圖1的方法中的部分步驟的一類示例性CVD反應(yīng)器的示意圖。
如果可以的話，在本文中所使用的相同的標(biāo)號(hào)指代附圖中共用的相同元件。附圖中的圖像為了說明的目的而被簡(jiǎn)化，沒有按比例繪制。
附示了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，因此，不因被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的范圍的限制，本發(fā)明可以允許其它等效實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明一般地涉及用于制備氮化硅疊層的方法。該氮化硅疊層可以例如用作用于形成集成半導(dǎo)體電路和器件中的淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)的襯墊氮化物層。如本文所述形成的STI結(jié)構(gòu)適用于例如場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)、動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器(DROM)、快閃存儲(chǔ)器等的制造。
圖1描繪了示出使用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的氮化硅疊層制作襯底中的STI結(jié)構(gòu)的方法100的流程圖。方法100包括各種在制造STI結(jié)構(gòu)的過程中對(duì)襯底執(zhí)行的處理步驟。本領(lǐng)域公知的子步驟和輔助工藝(例如，工藝控制子步驟、光刻工序等)因?yàn)榍宄脑蚨皇÷浴?br>
圖2A-2G共同描繪了使用圖1的方法的一個(gè)實(shí)施例利用氮化硅疊層的一個(gè)實(shí)施例在襯底中形成的淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)的一系列示意性剖視圖。在圖2A-2G所描繪的實(shí)施例中，STI結(jié)構(gòu)形成在襯底202的設(shè)置在隨后形成在襯底202上的相鄰器件(沒有示出)之間的區(qū)域中，所述器件例如是晶體管。
圖2A-2G中的剖視圖涉及例如與FET的制造相關(guān)的執(zhí)行在襯底中制作STI結(jié)構(gòu)的各個(gè)處理步驟。因此，例如與半導(dǎo)體襯底上的集成電路的制造相關(guān)的、可以在襯底上執(zhí)行的在先和后續(xù)的處理步驟沒有被示出。此外，圖2A-2G中的圖像沒有按比例繪制，并且為了說明的目的而被簡(jiǎn)化。為了最好地理解本發(fā)明，讀者應(yīng)該同時(shí)參考圖1和圖2A-2G。
方法100開始于步驟102，并且進(jìn)行到步驟104，在步驟104襯墊氧化物層204被形成在襯底202上，如圖2A所示。襯底202的實(shí)施例包括但不限于半導(dǎo)體晶片，諸如結(jié)晶硅(例如，Si<100>或者Si<111>)、氧化硅，應(yīng)變硅、絕緣體上硅(SOI)、硅鍺、摻雜或者未摻雜多晶硅晶片等。任選地，在形成STI結(jié)構(gòu)之前，可以通過選擇性執(zhí)行諸如拋光、退火、烘烤、刻蝕、還原、氧化、鹵化、羥化等之類的處理來預(yù)處理襯底202。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底202是結(jié)晶硅晶片。
襯墊氧化物層204可以由例如氧化硅(SiO2)、氧氮化硅(SiON)等形成到約100-500埃的厚度?？梢韵氲狡渌牟牧虾秃穸瓤梢杂糜谛纬膳c本文所公開的STI結(jié)構(gòu)結(jié)合使用的襯墊氧化物層204。
襯墊氧化物層204可以在合適的反應(yīng)器中形成，例如低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)反應(yīng)器，以及本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它合適的處理反應(yīng)器，諸如化學(xué)氣相沉積(CVD)反應(yīng)器、原子層沉積(ALD)反應(yīng)器、批沉積反應(yīng)器等。適于執(zhí)行本發(fā)明方法的LPCVD反應(yīng)器在下面參考圖3進(jìn)行了簡(jiǎn)短地討論。適于執(zhí)行方法100的一種LPCVD反應(yīng)器是可從加利福尼亞Santa Clara的應(yīng)用材料公司得到的SiNgenPlus LPCVD反應(yīng)器。
包括SiO2的襯墊氧化物層204可以使用在美國專利申請(qǐng)Ser.No.6,713,127(2004年3月30日授權(quán)給Subramony等，以后稱為’127專利)中公開的化學(xué)劑和工藝來形成，上述美國專利的全文通過引用被包含于此。例如，包括SiO2的襯墊氧化物層204可以使用硅源氣體(諸如甲硅烷、二硅烷、甲基甲硅烷、鹵代硅烷等)和氧化源氣體(諸如氧氣、一氧化二氮、臭氧、四乙氧基硅烷(TEOS)等)來形成。相應(yīng)地，包括SiON的襯墊氧化物層204可以使用與上面所公開的用于形成氧化硅層的相同的化學(xué)劑連同氮化源氣體(諸如氨氣、肼等)來沉積。
使用LPCVD反應(yīng)器，包括SiO2的襯墊氧化物層204可以通過如下工藝形成以約1-100sccm提供甲硅烷(SiH4)(可選地使用約1000-15000sccm的氮?dú)廨d氣)，并以約500-10000sccm提供一氧化二氮(N2O)(即，SiH4∶N2O流率比的范圍為1∶5～1∶10000)，同時(shí)保持約650-800℃的襯底溫度和約10-350 Torr的室壓強(qiáng)。沉積工藝的持續(xù)時(shí)間為約10-600秒。一種具體的工藝提供20sccm SiH4、4000sccm N2O(即，N2O∶SiH4流率比為200∶1)，以及提供約10000sccm氮?dú)?，同時(shí)保持約800℃的襯底溫度和約200 Torr的壓強(qiáng)。用于沉積摻雜襯墊氧化物層204的工藝條件的其它實(shí)例在前面所并入的’127專利中有描述。
或者，包括SiON襯墊氧化物層204可以通過如下工藝形成以約1-100sccm提供甲硅烷(SiH4)(可選地使用約1000-15000sccm的氮?dú)廨d氣)，并以約500-10000sccm提供一氧化二氮(N2O)(即，SiH4∶N2O流率比的范圍為1∶5～1∶10000)，以及以約40-10000sccm提供諸如氨氣(NH3)或肼(N2H4)之類的氮化源氣體(即，SiH4∶氮化氣體的流率比范圍為1∶2～1∶10000)，同時(shí)保持約650-800℃的襯底底座溫度和約10-350 Torr的室壓強(qiáng)。沉積工藝的持續(xù)時(shí)間為約10-600秒。一種具體的工藝提供20sccm甲硅烷、4000sccm一氧化二氮(即，N2O∶SiH4流率比為200∶1)以及提供約4000sccm的氨氣和6000sccm的氮?dú)猓瑫r(shí)保持約800℃的襯底溫度和約275 Torr的壓強(qiáng)。用于沉積摻雜氧氮化硅襯墊氧化物層204的工藝條件的其它實(shí)例在前面所并入的’127專利中有描述。
在步驟105，氮化硅(Si3N4)疊層205被沉積在襯墊氧化物層204的上方，如圖2B所示。在圖1和圖2A-2G所描繪的實(shí)施例中，氮化硅疊層205包括形成在襯墊氧化物層204的頂部(步驟106)的底部氮化硅層206和形成在底部氮化硅層206的頂部的上部氮化硅層208(步驟108)。
在步驟106，底部氮化硅層206被沉積在襯墊氧化物層204上。底部氮化硅層206可以被沉積到約500-2500埃的厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，底部氮化硅層206被沉積到約1162.5埃的厚度?？梢韵氲娇梢钥蛇x地使用具有其它厚度的層。
底部氮化硅層206具有與襯墊氧化物層204的低應(yīng)力界面，以有利于減小襯底202中的位錯(cuò)，例如硅襯底的晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)。襯底202的位錯(cuò)的減少有利于減小由于沿著襯底202中的這些位錯(cuò)的電子跳躍導(dǎo)致的漏電流。
底部氮化硅層206可以使用下面所討論的示例性化學(xué)劑和工藝來形成。任選地，底部氮化硅層206可以摻雜其它元素。在一個(gè)實(shí)施例中，底部氮化硅層206可以摻雜硼(B)、碳(C)、鍺(Ge)或者氫(H)中的至少一種。用于形成氮化硅和摻雜氮化硅膜的其它工藝被公開于R.Suryanarayanan lyer等2005年10月6日遞交的標(biāo)題為“METHOD ANDAPPARATUS FOR THE LOW TEMPERATURE DEPOSITION OF DOPEDSILICON NITRIDE FILMS”的美國專利申請(qǐng)Ser.No.11/245,373中，這里通過引用將其全文包含于此。
在一個(gè)實(shí)施例中，底部氮化硅層206可以使用包含氮化化學(xué)劑和硅源化學(xué)劑(都以氣態(tài)或者液態(tài)的形式)的混合物來形成。在一個(gè)實(shí)施例中，氮化化學(xué)劑包括氮?dú)?N2)、氨氣(NH3)、肼(N2H4)等中的至少一種，硅源化學(xué)劑包括二(叔丁基氨基)硅烷(BTBAS)、甲硅烷(SiH4)、二硅烷(Si2H6)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、六氯二硅烷(Si2Cl6)等中的至少一種。
在其它實(shí)施例中，步驟106可以使用具有化學(xué)式R(C)-CxNyR(N)的含碳的氮化化學(xué)劑，其中R(C)是氫(H)或者其它烴基(hydrocarboncompound group)，R(N)是氮或者其它含氮基團(tuán)，x和y是整數(shù)。合適的化學(xué)劑的實(shí)例包括(CH3)3-N、H3C-NH2、甲胺、H3C-NH-NH2、甲基肼、(H3C)-N＝N-H和HC≡N、及其它的此類化學(xué)劑。
在另外的實(shí)施例中，步驟106可以使用具有化學(xué)式(SiR3)3-N、(SiR3)2N-N(SiR3)2、或(SiR3)N＝N(SiR3)的含氫的硅源化學(xué)劑，其中R是氫(H)、烴基(hydrocarbon reagent)、或者由甲基、乙基、苯基、三烷基(tertiary)、丁基或其組合構(gòu)成的片斷。在一個(gè)實(shí)施例中，R包含氫，并且不包含鹵素。在另一個(gè)實(shí)施例中，R包含氫和一種或多種鹵素元素。合適的硅源化學(xué)劑的實(shí)例包括(SiH3)3-N、(SiH3)2N-N(SiH3)2、(SiH3)N＝N(SiH3)、三甲硅烷基胺、以及其它此類的化學(xué)劑。此外，針對(duì)下面所述的其它層和步驟所公開的其它源氣體可以被用于形成本文所描述的任何層中的類似材料。
摻雜化學(xué)劑可以包括例如三氯化硼(BCl3)、硼烷(BH3)、二硼烷(B2H6)或者其它含硼前驅(qū)體中的至少一種作為硼源，上面所提及的含碳硅前驅(qū)體中的至少一種作為碳源，鍺烷(GeH3)或二鍺烷(Ge2H6)中的至少一種作為鍺源，以及氫氣(H2)或上面所提及的含氫的氮或硅前驅(qū)體中的任何一種中的至少一種作為氫源。
在一個(gè)實(shí)施例中，底部氮化硅層206可以在諸如SiNgenPlus 300mm反應(yīng)器之類的LPCVD反應(yīng)器中通過如下工藝形成以約50-10000sccm提供氨氣(NH3)并以約1-100sccm提供二硅烷(Si2H6)(即，NH3∶Si2H6流率比的范圍為1∶2～1∶10000)，同時(shí)保持約650-800℃的襯底底座溫度和約10-350 Torr的室壓強(qiáng)?？梢蕴峁┘s3000-15000sccm范圍內(nèi)的諸如氮?dú)?N2)的載氣。沉積工藝的持續(xù)時(shí)間為約10-600秒。一種具體的工藝提供2000sccm的NH3、40sccm的Si2H6(即，NH3∶Si2H6流率比為50∶1)，以及15000sccm的N2，同時(shí)保持約800℃的襯底溫度和約100 Torr的室壓強(qiáng)。用于沉積摻雜的底部氮化硅層206的工藝化學(xué)劑和條件的其它實(shí)例在前面所并入的美國專利申請(qǐng)Ser.No.11/245,373中有描述。
與通常的甲硅烷和氨氣工藝相比，使用二硅烷和氨氣所沉積的氮化硅底部層206具有優(yōu)異的均一性和在給定溫度下更高的沉積速率。二硅烷/氨氣工藝能夠?qū)崿F(xiàn)此效果是因?yàn)榇诉^程的活化能低得多。此外，對(duì)于使用上面所公開的化學(xué)劑的工藝方案的控制允許控制底部氮化硅層206在與襯墊氧化物層204的界面處的應(yīng)力。例如，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)底部氮化硅層206的應(yīng)力可以通過調(diào)控某些工藝參數(shù)來控制。具體地，底部氮化硅層206的應(yīng)力可以通過如下操作中的任一項(xiàng)或者全部來減小增大二硅烷的流率；增大總流率(總流率是硅源、氮源和載氣的流率的總和)；或者減小室壓強(qiáng)。
在步驟108，上部氮化硅層208被沉積在底部氮化硅層206上。上部氮化硅層208可以被沉積到約100-2000埃的厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，上部氮化硅層208被沉積到約387.5埃的厚度?？梢韵氲剑梢钥蛇x地使用具有其它厚度的層。氮化硅疊層205的總厚度一般在約500-2500埃之間。
上部氮化硅層208可以使用上面參考步驟106所述的工藝化學(xué)劑來形成。但是，用于形成上部氮化硅層208的工藝參數(shù)可以被選擇性地控制，以形成具有高耐氧化性的膜，例如有利于氮化硅疊層205對(duì)于可能在STI結(jié)構(gòu)制備工藝中執(zhí)行的后續(xù)氧化工藝的耐性。此外，上部氮化硅層208還可以被控制來具有一定的折射率(RI)，該折射率(RI)被優(yōu)化例如來有利于光致抗蝕劑沉積和圖案化以及有利于STI結(jié)構(gòu)制造工藝中的后續(xù)的溝槽刻蝕步驟。
在一個(gè)實(shí)施例中，上部氮化硅層208可以在諸如SiNgenPlus 300mm反應(yīng)器之類的LPCVD反應(yīng)器中通過如下工藝形成以約50-10000sccm提供氨氣(NH3)并以約1-100sccm提供二硅烷(Si2H6)(即，NH3∶Si2H6流率比的范圍為1∶2～1∶10000)，同時(shí)保持約650-800℃的襯底底座溫度和約10-350 Torr的室壓強(qiáng)?？梢蕴峁┘s3000-15000sccm范圍的諸如氮?dú)?N2)的載氣。沉積工藝的持續(xù)時(shí)間為約10-600秒。一種具體的工藝提供4000sccm NH3、50sccm Si2H6(即，NH3∶Si2H6流率比為80∶1)、以及8000sccm的N2，同時(shí)保持約800℃的襯底溫度和約200 Torr的室壓強(qiáng)。用于沉積摻雜的上部氮化硅層206的工藝化學(xué)劑和條件的其它實(shí)例在前面所并入的美國專利申請(qǐng)Ser.No.11/245,373中有描述。
對(duì)于使用上面所公開的化學(xué)劑的工藝方案的控制允許控制上部氮化硅層208的耐氧化性和RI。例如，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)上部氮化硅層208的耐氧化性和RI可以通過調(diào)控某些工藝參數(shù)來控制。具體地，上部氮化硅層208的耐氧化性可以通過增大NH3∶Si2H6流量比來增大。NH3∶Si2H6流量比的增大還減小了RI。此外，總流量、壓強(qiáng)和間距都在控制上部氮化硅層208中起作用。例如，增大工藝壓強(qiáng)和減小總流量降低了RI，相反，減小工藝壓強(qiáng)和增大總流量提高了RI。因此，可以根據(jù)上部氮化硅層208的所期望的特性優(yōu)化上部氮化硅層208的耐氧化性或者RI，或者可以平衡耐氧化性和RI以提供上部氮化硅層208的兩種特性的最優(yōu)組合。
任選地，一層或多層附加的層(沒有示出)可以被沉積在底部氮化硅層206和上部氮化硅層208之間。附加層可以由具有C或B摻雜劑的氮化硅、氧氮化硅構(gòu)成。這些附加層提供了處理的靈活性，并且便于控制三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)應(yīng)力、RI和耐氧化性。用于任選的附加層的工藝化學(xué)劑和條件的實(shí)例在lyer等在2005年11月12日遞交的題為“METHOD FORFABRICATING CONTROLLED STRESS SILICON NITRIDE FILMS”的美國專利申請(qǐng)Ser.No.11/273,381和lyer等在2005年10月17日遞交的題為“METHOD FOR FABRICATING SILICON NITRIDE SPACERSTRUCTURES”的美國專利申請(qǐng)Ser.No.11/253,229中有描述，這兩件美國專利申請(qǐng)都通過引用被全文包含于此。
在步驟110，光致抗蝕劑層210被沉積在上部氮化硅層208，并被圖案化以形成開口212，如圖2C所示。光致抗蝕劑層210一般可以被形成到約2000-8000埃的厚度。但是可以想到，光致抗蝕劑層210的厚度可以是適于后續(xù)的處理和STI結(jié)構(gòu)的形成的任何厚度。開口212的尺寸和形狀對(duì)應(yīng)于在此將形成STI結(jié)構(gòu)的溝槽的區(qū)域。光致抗蝕劑層210可以使用本領(lǐng)域已知的常規(guī)方法來沉積和圖案化。
在步驟112，利用圖案化的光致抗蝕劑層210作為掩模，溝槽214被刻蝕穿過氮化硅疊層205和襯墊氧化物層204并且刻蝕到襯底202中，如圖2D所示。STI結(jié)構(gòu)的溝槽214一般約2000-4000埃深和約1000-3000埃寬。但是可以想到，溝槽214的深度和寬度可以是任何適用于STI結(jié)構(gòu)的值。溝槽214可以通過常規(guī)的刻蝕方法形成。
在步驟114，溝槽的暴露表面(例如，襯底202)被氧化，以形成溝槽內(nèi)襯216，如圖2E所示。溝槽內(nèi)襯216一般包括一層氧化硅，其形成在襯底202的定義出溝槽214的邊界的暴露表面上。溝槽內(nèi)襯216一般為約50-200埃厚。但是可以想到，內(nèi)襯216的厚度可以是任何適用于STI結(jié)構(gòu)的溝槽內(nèi)襯的值。溝槽內(nèi)襯216可以通過任何合適的氧化工藝形成，例如在快速熱處理(RTP)室(諸如可從加利福尼亞Santa Clara應(yīng)用材料公司得到的RadOxTM室)中的原位蒸汽生成(ISSG)工藝或者熱爐氧化。
在步驟116，材料層218被沉積以填充溝槽214，如圖2F所示。材料218可以包括氧化硅、摻硼和/或磷的氧化硅等。材料218一般以保形涂覆溝槽內(nèi)襯216并且填充溝槽214的方式被沉積。如本領(lǐng)域已知的，材料218可以通過任何合適的方法沉積，諸如化學(xué)氣相沉積(CVD)、旋涂等。
在步驟118，多余的材料218、氮化硅疊層205和襯墊氧化物層204被去除，留下STI結(jié)構(gòu)200，該STI結(jié)構(gòu)200具有與襯底202的上表面基本平齊的上表面。多余的材料可以通過任何合適的工藝去除，諸如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)、刻蝕等。在一個(gè)實(shí)施例中，通過CMP工藝接著進(jìn)行氮化剝離工藝，去除多余的材料218、氮化硅疊層205和襯墊氧化物層204。因此，疊層的上部氮化硅層208還必須滿足CMP的要求，包括對(duì)于氧化物拋光的選擇性，并且滿足濕法刻蝕速率的要求，包括對(duì)于熱氧化物的刻蝕選擇性。由CMP和濕法刻蝕提出的這兩項(xiàng)要求是除前面所討論的耐氧化性和RI要求之外的要求。通常，如果RI要求得到滿足，濕法刻蝕和CMP要求也得到滿足。例如，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，類似于RI，通過增大氨氣/二硅烷的比和增大處理室壓強(qiáng)可以減小濕法刻蝕速率(一般針對(duì)熱生長(zhǎng)氧化物測(cè)量)。
在完成步驟118之后，在步驟120，方法100結(jié)束。在完成STI結(jié)構(gòu)200之后，可以在同一或者其它處理室中繼續(xù)進(jìn)行其它處理，以完成襯底上的各種器件的形成。例如，具有在此形成的STI結(jié)構(gòu)200的襯底202可以進(jìn)一步經(jīng)過處理以形成將在STI結(jié)構(gòu)200兩側(cè)被相互隔離的晶體管或者其它器件。
圖3描繪了可以用于實(shí)施圖1的方法100中的部分步驟的一個(gè)示例性LPCVD反應(yīng)器300的示意圖。合適的LPCVD反應(yīng)器的其它實(shí)例在lyer等2004年8月4日遞交的美國專利申請(qǐng)Ser.No.10/911,208和Smith等2005年6月8日遞交的美國專利申請(qǐng)Ser.No.11/147,938中有描述。在圖3所描繪的實(shí)施例中，反應(yīng)器300包括處理室301、泵系統(tǒng)338、氣體板336、功率源316和控制器346。
處理室301一般包括上部組件303、底部組件308和底座提升組件331。上部組件303一般包括具有入口端口334和噴淋頭344的蓋310。底部組件308容納襯底支撐底座324，并且包括具有壁306的室主體302。襯底出入端口328形成在室主體302中，以便于襯底322進(jìn)入或者退出處理室301。底座提升組件331耦合到襯底支撐底座324，并且包括提升機(jī)構(gòu)330、提升板318和一組提升銷314。
襯底支撐底座324被布置在處理室301的內(nèi)部空間304中，并且在處理過程中支撐襯底322。底座324包括加熱器320，其被配置來調(diào)控襯底322的溫度和/或內(nèi)部空間304中的溫度。加熱器320耦合到功率源316，并且能夠?qū)⒁r底322保持在高達(dá)約800℃的溫度。
噴淋頭344通過多個(gè)開口354提供從氣體板336輸送來的氣體或者蒸汽的分配。開口354的尺寸、幾何形狀、數(shù)量和位置被選擇性地選擇，以有利于到襯底322的預(yù)定的氣體/蒸汽流模式。
氣體板336將液態(tài)和/或氣態(tài)形式的處理化學(xué)劑提供到處理室301。氣體板336利用多個(gè)氣體管線340耦合到蓋310。每個(gè)氣體管線340可以被選擇性地適用于將特定的化學(xué)劑從氣體板336運(yùn)輸?shù)饺肟诙丝?34，以及可以進(jìn)行溫度控制。
在操作中，底座提升組件330控制底座324在處理位置(如圖3所示)和下方位置之間的抬升，其中，襯底322可以從所述下方位置通過襯底出入端口128傳輸?shù)胶蛡鬏敵鎏幚硎?01。組件301利用可伸縮軟管332被密封地耦合到室主體302，并且可選地被配置來旋轉(zhuǎn)襯底支撐底座324。
壁306可以被熱調(diào)控。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)導(dǎo)管312被布置在壁306中，并且配置來循環(huán)調(diào)控壁的溫度的傳熱流體。
泵系統(tǒng)338被耦合到形成在壁306中的泵端口326。泵系統(tǒng)338一般包括節(jié)流閥和一個(gè)或者多個(gè)布置來控制內(nèi)部空間304中的壓強(qiáng)的泵。從處理室301流出的氣體行進(jìn)通過泵吸環(huán)342，以提高襯底322的表面上的氣流均一性。一種這樣的泵吸環(huán)在lyer等2004年10月4日遞交的題為“Thermal Chemical Vapor Deposition of Silicon Nitride Using BTBASBis(Tertiary-Butylamino Silane)in a Single Wafer Chamber”美國專利Ser.No.10/911,208中有描述，該美國專利通過引用被包含于此。
在可選實(shí)施例(沒有示出)中，反應(yīng)器300可以包含光激發(fā)系統(tǒng)，以及耦合到入口端口334的遠(yuǎn)程等離子體源，其中所述光激發(fā)系統(tǒng)通過蓋310中的窗口將輻射能量輸送到襯底322。
系統(tǒng)控制器346一般包括中央處理單元(CPU)350、存儲(chǔ)器343、以及輔助電路352，且耦合到并控制反應(yīng)器300的多個(gè)模塊和裝置。在操作中，控制器346直接控制系統(tǒng)300的多個(gè)模塊和裝置，或者，控制與這些模塊和裝置相關(guān)聯(lián)的管理員計(jì)算機(jī)(和/或控制器)。
本發(fā)明可以使用其它工藝和/或處理裝置來實(shí)施，在這些工藝和/或處理裝置中，本領(lǐng)域技術(shù)人員調(diào)節(jié)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)可接受的特性，這沒有偏離本發(fā)明的精神。雖然前面的討論針對(duì)的是場(chǎng)效應(yīng)晶體管的STI結(jié)構(gòu)的制備，但是用于集成電路的其它器件和結(jié)構(gòu)的制造也可受益于本發(fā)明。
因此，本文提供了用于形成在疊層的不同位置具有受控特性的氮化硅疊層的方法。在集成電路的制造中，方法100有利地使用了組成層的特性并且形成了在膜的所期望的位置(諸如在底部層和在暴露的上部層)具有受控的性能(諸如應(yīng)力、耐氧化性和RI)的多層氮化硅膜。氮化硅疊層可以有利地被用于形成襯底上的結(jié)構(gòu)，諸如STI結(jié)構(gòu)，其具有減小的由于沿著襯底中的位錯(cuò)的電子跳躍導(dǎo)致的漏電流。STI結(jié)構(gòu)制造方法也由于多層氮化硅疊層的耐氧化性和RI優(yōu)化而被改善。
雖然前述內(nèi)容涉及本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例，但是可以在不偏離本發(fā)明的基本范圍的情況下設(shè)計(jì)本發(fā)明的其它和進(jìn)一步的實(shí)施例，并且本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1.一種用于在半導(dǎo)體襯底上制備氮化硅疊層的方法，包括使用第一組工藝條件在所述襯底上沉積包括氮化硅的底部層，所述第一組工藝條件選擇性地控制所述底部層的應(yīng)力；以及使用第二組工藝條件沉積包括氮化硅的上部層，所述第二組工藝條件選擇性地控制所述上部層的耐氧化性和折射率中的至少一個(gè)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述選擇性地控制所述底部層的應(yīng)力的第一組工藝條件包括硅源氣體流量、總氣體流量和室壓強(qiáng)中的至少一個(gè)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述選擇性地控制所述上部層的耐氧化性和折射率中的至少一個(gè)的第二組工藝條件包括氮源氣體與硅源氣體流量比。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述氮化硅利用二硅烷和氨氣來沉積。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，沉積所述底部層的步驟還包括使所述底部層的應(yīng)力最小化。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，沉積所述上部層的步驟還包括使所述上部層的耐氧化性最大化。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，沉積所述上部層的步驟還包括使所述上部層的折射率最優(yōu)化。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述疊層的所述底部層和所述上部層之間沉積一層或者多層包括氮化硅的中間層。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，包括(a)在沉積所述底部層之前，在所述襯底上沉積襯墊氧化物層；(b)根據(jù)權(quán)利要求1沉積氮化硅疊層；(c)在所述氮化硅疊層上沉積并圖案化光致抗蝕劑層；(d)穿過所述襯墊氧化物層和氮化硅疊層在所述襯底中刻蝕溝槽；(e)氧化所述溝槽以形成內(nèi)襯；(f)用氧化硅填充具有內(nèi)襯的所述溝槽；以及(g)去除多余的氧化硅。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述選擇性地控制底部層的應(yīng)力的第一組工藝條件包括硅源氣體流量、總氣體流量和室壓強(qiáng)中的至少一個(gè)。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述選擇性地控制所述上部層的耐氧化性和折射率中的至少一個(gè)的第二組工藝條件包括氮源氣體與硅源氣體流量比。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述氮化硅利用二硅烷和氨氣來沉積。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，步驟(b)還包括使所述底部層的應(yīng)力最小化。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，步驟(b)還包括使所述上部層的耐氧化性最大化。
15.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，步驟(b)還包括使所述上部層的折射率最優(yōu)化。
16.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括在所述疊層的所述底部層和所述上部層之間沉積一層或者多層包括氮化硅的中間層。
17.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述底部層的厚度為約500-2500埃。
18.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述上部層的厚度為約100-2000埃。
19.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述氮化硅疊層的總厚度為約500-2500埃。
20.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述氮化硅疊層的總厚度為約1550埃。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于在半導(dǎo)體襯底上制備氮化硅疊層的方法的實(shí)施例。在一個(gè)實(shí)施例中，用于在半導(dǎo)體襯底上制備氮化硅疊層的方法包括使用第一組工藝條件在所述襯底上沉積包括氮化硅的底部層，所述第一組工藝條件選擇性地控制所述底部層的應(yīng)力；以及使用第二組工藝條件沉積包括氮化硅的上部層，所述第二組工藝條件選擇性地控制所述上部層的耐氧化性和折射率中的至少一個(gè)。
文檔編號(hào)C23C16/52GK1962934SQ20061015078
公開日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2006年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月12日
發(fā)明者R·蘇亞納哈亞南·耶爾, 薩恩吉夫·唐頓, 康湛·張, 魯比·拉伯那, 前田裕二 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司