[发明专利]用于沉积无氯保形SiN 膜的方法

说明书

优先权 

本申请要求于2012年1月20日提交的美国临时申请No.61/588,964，以及于2012年3月7日提交的美国专利申请No.13/414,619的优先权，这两者的优先权通过引用并入本发明。 

技术领域

本公开通常涉及在衬底上形成SiN材料。更具体地，本发明涉及在半导体衬底上形成SiN膜。 

背景技术

由于氮化硅（SiN）薄膜具有独特的物理、化学和机械性能，因此其被用于各种应用中，尤其是在半导体器件中，例如扩散阻挡层、栅绝缘、侧壁隔离层、包封层、晶体管中的应变膜、等等。SiN膜的一个问题是形成该膜的相对高的温度，例如，在前工序生产线（FEOL）应用中，SiN膜通常是通过化学气相沉积法（CVD）在高于750℃的反应器中使用二氯硅烷和氨沉积的。然而，由于SiN膜用于后序半导体制造工艺中，且随着器件尺寸持续缩小，存在增加的要在较低的温度下形成SiN膜的需求，该较低的温度例如低于600℃。 

发明内容

本说明描述了在衬底上制备氮化硅（SiN）材料的方法。还包括通过该方法制备改善的氮化硅膜。一个方面涉及沉积无氯（Cl）保形SiN膜。在一些实施方式中，SiN膜是无Cl和无碳（C）的。另一个方面涉及调整保形SiN膜的应力和/或湿蚀刻速率的方法。另一个方面涉及沉积高质量保形SiN膜的低温方法。在一些实施方式中，该方法涉及使用三硅烷基胺 （TSA）作为含硅前驱体。 

一个方面是一种方法，该方法包括：周期性地将衬底暴露于无卤素含硅反应物的气相流，其中，所述的无卤素含硅反应物被吸附在该衬底的表面；将该衬底暴露于第一含氮反应物的气相流，其中，所述含氮反应物被吸附在该衬底的表面；以及当气相含氮反应物存在于反应室以及无卤素含硅反应物的气相流已经停止时，周期性地激励该反应室中的等离子体。在一些实施方式中，无卤素含硅反应物是TSA。在某些实施方式中，第一含氮反应物是无碳的。无碳含氮反应物的示例包括氨或肼。在某些实施方式中，第一含氮反应物是胺，例如，C1-10烷基胺。在某些实施方式中，第一含氮反应物是叔丁基胺。 

在一些实施方式中，将衬底暴露于不同于所述第一含氮反应物的第二含氮反应物的气相流中。该第一含氮反应物可以是无碳的而该第二含氮反应物含有碳。在某些实施方式中，第一含氮反应物与第二含氮反应物的体积流量比介于约1:1和10:1之间，例如约1:1和4:1之间。在某些实施方式中，第一含氮反应物与第二含氮反应物的体积流量比介于约1:10和1:1之间，例如约1:4和1:1之间。 

在某些实施方式中，反应室中的压强是循环的，以便其在含硅反应物的气相流动过程期间较高。例如，在反应室中的压强可以在第一压强和第二压强之间循环，该第一压强在约5和50乇之间且该第二压强在约1和5乇之间。 

在某些实施方式中，通过该方法将衬底连续地暴露于第一含氮反应物的气相流。在某些实施方式中，将衬底周期性地暴露于第一含氮反应物的气相流。 

在某些实施方式中，提供了低温工艺，温度保持在不超过约400℃或更低，例如，不超过375℃、350℃或325℃。在某些实施方式中，氮化硅材料的应力可被调整。例如，可以沉积具有约-4GPa和-2GP之间的应力的氮化硅材料。在另一个例子中，可以沉积具有约-2GPa和1GPa之间的应力的氮化硅材料。该氮化硅材料可以是无卤素的。在某些实施方式中，氮化硅材料是无卤素和无碳的。 

本发明的一个方面涉及在衬底上形成氮化硅材料的方法，其包括在反应室中提供衬底；将该衬底暴露于气相形式的TSA，以便TSA反应物被吸附到衬底的表面；将该衬底暴露于气相形式的含氮反应物，以使该含氮反应物被吸附到该衬底的表面；以及当该含氮反应物以气相形式存在时点燃等离子体。该衬底的表面可包括凸起的或凹陷的特征。例如，该衬底可以包括如铜等金属，如氧化硅等电介质材料，或锗-锑-碲（GST）合金中的一种或多种。在一些实施方案中，含氮反应物是无碳含氮反应物，如氨或肼。在一些实施方案中，含氮反应物是含碳的反应物。在一些实施方式中，含氮反应物是含碳反应物和无碳含氮反应物的混合物。衬底温度可以是，例如，在约300℃和约450℃之间，或在约300℃和约400℃之间。在一些实施方式中，温度低于400℃。在一些实施方式中，RF功率可为约0.15-0.5W/cm²。