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TWI378505B - A new material for contact etch layer to enhance device performance - Google Patents

A new material for contact etch layer to enhance device performance Download PDF

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TWI378505B
TWI378505B TW094111139A TW94111139A TWI378505B TW I378505 B TWI378505 B TW I378505B TW 094111139 A TW094111139 A TW 094111139A TW 94111139 A TW94111139 A TW 94111139A TW I378505 B TWI378505 B TW I378505B
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TW
Taiwan
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film
stress
nitride
btbas
vapor deposition
Prior art date
Application number
TW094111139A
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English (en)
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TW200536019A (en
Inventor
Ashima B Chakravarti
Shreesh Narasimha
Satya N Chakravarti
Victor Chan
Judson Holt
Original Assignee
Ibm
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of TWI378505B publication Critical patent/TWI378505B/zh

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    • H10P14/69433—
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34—Nitrides
    • C23C16/345—Silicon nitride
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/791—Arrangements for exerting mechanical stress on the crystal lattice of the channel regions
    • H10D30/792—Arrangements for exerting mechanical stress on the crystal lattice of the channel regions comprising applied insulating layers, e.g. stress liners
    • H10P14/6334—
    • H10P14/6336—
    • H10P14/6682—

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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Description

九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 1本發明大體關於積體電路的製作，尤其關於薄膜及其製 及其應用於半導體裝置製作的優點制是在快速熱 化學氣相沉積(RTCVD)製程。 【先前技術】 就習知技術而言，已有用各種形式之化學氣相沉積 (CVD)製程形成各種薄膜，並應用於製造電路(如製造電晶 體）。CVD製程的實例如低壓氣相沉積(LPCVD) '電衆加強化 學氣相沉積(PECVD)、高密度電漿化學氣相沉積、快速熱化 學氣相沉積、循環沉積(cyclic deposition，CLD)、原子雷射沉 積(ALD)、以及混合式沉積(MLD)(即CLD及ALD的混合)等 等。各種沉積製程彼此間有明顯不同的條件(溫度、壓力、流 量等等）、設備、參數(基板、時間等等）、以及其他變數。 此等相異之沉積製程已揭示各種不同的薄臈及其生產 方法。 以LPCVD製程所生產之薄膜為實例，如美國專利 5,874,368 ( 1999年2月23日）’其揭示在LPCVD的反應爐 中，壓力範圍為20 mTorr到2 Torr，溫度範圍為500到800 ◦C的條件下’自雙第三丁氨基矽烷(BTBAS)形成氮化矽。亦 4IBM/05029TW ； FIS9-2003-0424(JL) 1378505 可參見Laxman等人之揭示，即於550-600°C下進行的LPCVD 製程（A low-temperature solution for silicon nitride deposition, Solid State Technology，April 2000, 79)。 美國專利6,046,494(2000年4月4曰）揭示在一相當低 的溫度及無電漿狀況下形成半導體裝置中的一絕緣層，以降 低負向偏壓溫度的不穩定性並減小掺雜物偏析。其亦說明如 何在一 LPCVD反應爐中製造氮化石夕内襯物的方法。使用氯化 的矽烷氣體製造此氮化層。 另一種在LPCVD批式反應爐中進行的沉積，如美國專 利6,268,299 (2001年7月31曰），揭示用作阻障層的富矽氮 化石夕薄膜。沉積氮化矽薄膜係使用各種含矽前驅物以及 ΝίΪ3 ’含矽前驅物如雙第三丁氨基矽烷(BTBAS)、HCD、SiH4、 等等。藉由改變含矽前驅物及NH3的流量調整矽對氮的比例。 美國專利6,268,299(2001年7月31曰）揭示一種低溫製 程係採用細4、二氯矽烷(DCS)、BTBAS、HCD以及這些氣 體的混合物在LPCVD製程中沉積氮化物阻障層》NH3對前驅 物的流量比例依所給定之不同的Si : N比例而改變。
I 曰本專利2003〇5Μ52(2003年2月21日）揭示以LPCVD 反應爐沉積BTBAS氮化物。據其說法，最佳化此清潔製程可
4IBM/05029TW ； FIS9-2003-0424(JL) 改善膜厚的精確度。 以LPCVD反應爐製造的另〆種薄膜有如曰本專利 2001230248A(2002年11月26日），其揭示以LpCVD反應爐 沉積BTBAS氮化物。 當然，LPCVD只是習知CVD多個製程中的一種。其他 製程還包含PECVD以及HDPCVD製程。 以PECVD以及HDPCVD製造薄膜的實例，如與本發 明部份相同之發明人之美國專利申請案2002/0090835 A1 (2002年7月11曰），其揭示藉由具電漿能量的BTBAS以及 相關化合物將碳引入，以形成氮化物薄膜，係特別適合於 PECVD以及HDPCVD製程。 其他沉積製程包含CLD、ALD及MLD。以CLD、ALD 及MLD製造薄膜的實例如美國專利申請案2003/0059535 A1 (2003年5月27日）。Cld、ALD及MLD的沉積揭示使用各 種前驅物形成氮化矽及其他材料。這些反應是在冷壁 (cold-wall)反應器中執行。 RTCVD為沉積的另一種類型。有些薄膜在RTCVD製 程中產生。如美國專利6，153,261(2000年11月28日）所揭示， 4IBM/05029TW ； FIS9-2003-0424(JL) 1378505 在RTCVD製程中使用BTBAS沉積氮化矽及氧化石夕。也可參 考美國專利申請案2001/0000476A1 (2001年4月26曰）。 美國專利6,455,389 (2002年9月24日）揭示一種 RTCVD製程，其所形成的一間隙壁層即為一氮化矽。以矽烷 或二氣石夕烧與氨反應形成此氮化石夕。Huang等人描述一種 RTCVD製程’一般而言，其反應腔之溫度約為650到700°C， 反應腔的壓力約200到600 torr，此RTCVD沉積所進行的時 間約是2到4分鐘。 氮化物薄膜有多種不同之應用。但是，要符合一特定應 用’其問題卻變化多端，且可能是相當複雜的。例如在半導 體裝置上，對一特疋裝置有显之功能，有很多不同性質都很 重要。製造一特定裝置要考慮許多挑戰性的問題。已有各種 不同製造技術被提議，以下僅列出其中某些實例。 例如’在一方面，可考慮引入高含量的碳。美國專利申 請案2001/0034129Α1 (2001年10月25日）揭示用於高碳濃 度層的一種蝕刻方法，係使用TE0S、BTBAS、ca4、e〇2 等作沉積。使用BTBAS及NH3之CVD.可形成間隙壁。 美國專利申請案2002/0111039 (2002年8月15日）揭示 以BTBAS及含氮氣體所形成之特定低介電常數的氧氮化石夕 -10- 4mM/〇5029TW ； FlS9-2003-0424(JL) 1378505 間隙壁，鋪由計量化學的㈣與其他㈣來改變濕侧速 • 率。亦教示引入碳，以改善對乾钱刻速率的阻抗性。 美國專利申請案2002/0127763 (2002年9月12曰)教 示使用BTBAS、〇2及NH3之LPCVD，在原址沉積氧化物_ 氮化物-氧化物，以形成一 L型間隙壁。此係提供L型間隙壁 的另一種低成本的選擇，據說其更適於缺口的填充以利後續 φ 形成之介電膜。 製造過程中可能需要保護閘極堆疊以免受到反應性離 子蝕刻(RIE)、溼式蝕刻等侵蝕，如在美國專利申^請案 2田003/0068855 A1 (2003年4月10日）所揭示一種位在閘極堆 4:上的氣化物晶核(晶種），在此晶種層上，藉由AS再沉 積氮化層。BTBAS氮化物中的碳，係用來保護閘極堆疊以 免受到侵。 美國專利6,586,814號揭示利用BTBAS氮化物以形成 淺溝渠隔離(STI)，其藉由BTBAS氮化物之抗蝕刻特性以助 於STI填充物之侵蝕。 美國專利申請案2003/0127697 A1 (2003年7月10曰） 揭示，切割多個電晶體的主動區域，用作各個閘極電極，且 在相鄰閘極電極間形成一薄的STI，用以在PFET通道中產生 4IBM/05029TW ； FIS9-2003-0424(JL) -11 - 1378505 壓縮》 在半導體電晶體中，有一些討論係關於另一種特性，即 為應力。例如，美國專利申請案2002/0063292 A1所揭示在通 道中產生局部應力之特定晶向，並概略地提到高拉伸氮化物 毛貝，但;又有特別揭示南拉伸的量測值為何，或是什麼樣 的特定氮化物才是高拉伸氮化物的實例。 7 美國專利申請案2002/179908(2002年12月5日）教示多 種引入雜質的方法，且藉由引人㈣及退火以控制薄膜電晶 體(TFT)中線路的内應力。 ' 美國專利6,573，172(2003年6月3日)揭示於PM〇s及 NMOS上形成不同應力程度的pECV〇氮化物。 當然，要最佳化半導體裝置的任何一個特性(例如盘應 力相關的躲）’也必職滿足其鱗乡必要躲無能的考 量相互平衡。 在此亦附帶提職路製造上，域1所示之組件， ^ ’在晶圓製造過程中，内襯氮化物1(如氮化物薄膜)係覆 ;=裝置主動層21的裝置2上。已知製造晶圓時所使用不 _式的減物_，可提料同狀的應力。NGvdius之 4IBM/05029TW ； FIS9-2003-0424(JL) -12- 1378505 電漿加強化學氣相沉積(PECVD)、Applied的PECVD、以及 Applied Materials的快速熱化學氣相沉積(RTCVD)等工具都 可提供拉伸氮化物薄膜’且應力通常高達+10G dynes/cm2， 如習知產品的某些實例：Novellus，+2.5G dynes/cm2 ; PECVD ’ +4.5G dynes/cm2; RTCVD SiH4，+9.8G dynes/cm2。 内襯氮化物的另一個實例，見於美國專利申請案 2003/0040158 A1。此申請案揭示兩個隔開的内襯物，各具不 同應力以改善遷移率。其中一個内襯物是以LPCVD製作，而 另一個是以PECVD製作。 然而’習知薄膜及製造内襯氮化物與其他薄膜的方法， 並非必然具有符合場效電晶體(FETs)與其它應用需求的所有 特徵。例如，習知用作乱化内襯層的氮化物薄膜，為了平衡 ，他必要特徵，並不能提供符合需求的應力。亦缺乏以適當 簡易且可行的生產方法製作具符合需求之特徵的薄膜及半導 體裝置(如FETs)。 【發明内容】 本發明特別考慮到局部機械應力（壓縮或拉伸應力）可 增加場效電晶體(财)中通道遷移率及驅動電流。咖丁中的 拉伸應力與pFET +的壓縮應力可各別地增加載子遷移率。因 此’本發明之—目的為提供符合FET應用需求的應力，如用 4IBM/05029TW ； FIS9-2003-0424(JL) •13- 1378505 作蝕刻終止内襯物的一足夠高的應力（如超過+i〇G dyneSW的應力’較佳實例之應力為約14.5G dynesW)。 再者’本發明還有—目的為提供一種材料，係在反覆退 火後仍可持續呈現符合需求的高應力。 本案發明人認為要可結合以下所述中兩者或更多的條 •.件’操縱薄膜@RTVCD氮化物薄臈)的應力：製造薄膜用的 起始材料前驅物(如含Si、C及N之任何組合的化合物，其較 佳為BTBAS);處理此起始材料前驅物的處理材料(如含氮前 驅物，較佳為適於形成氮化物薄膜的材料，其以為最 佳）；起始材料前驅物對處理材料的比例；薄膜成長的cvd 條件(例如RTCVD條件）；及/或薄膜成長的厚度。 本發明更有一目的為提供製造高應力氮化物薄膜的方 φ 法，其包含：在快速熱化學氣相沉積(RTCVD)、電漿加強化 學軋相沉積(PECVD)、或低壓化學氣相沉積(LpcVD)條件 下，將含有Si、N及C之任何組合的化合物與反應，自_ 此反應步驟令形成超過+l〇G dynes/cm2之應力供應值(stress provision value)的一高應力薄膜。上述方法的一些選擇性細節 如後所述。在本發明之方法的一較佳實施例中，反應係在3 到15原子％的碳濃度下進行。此含Si、N及c之化合物較佳 可為 4IBM/05029TW ； FIS9-2003-0424(JL) -14- 1378505 (R-NH)4.nSiXn (I) 其中R為烧基(其可為相同或相異的），n為1、2或3，而x 為Η或鹵素。含Si、N及C的最佳化合物為雙第三丁氨基石夕 烷(BTBAS)。 在另一較佳實施例中，本發明提供製造氮化物薄膜的製 程，其包含：在RTCVD、PECVD或LPCVD條件下，溫度 範圍為約500到7〇〇°C，壓力範圍為約5〇到5〇〇 T，將含Si、 N及C之任何組合的化合物(A)與含氮前驅物(如反 應。 本發明之製程及方法的進一步較佳實施例如下。在上述 反應步驟的過程中’更可包含添加至少一化合物，如石夕烧、 二矽烷、六氯矽烷(hexachloro disilane)以及其他以矽烷為主 體的化合物。自此反應步驟可能形成具有超過+1〇 G dynes/cm2量之高應力供應值(stress-provision)。此反應步驟可 在溫度為約500至700°C之範圍中進行。此反應步驟可在壓力 為約50至500T之範圍中進行。 本發明另一較佳實施例提供氮化矽薄膜，包含具高應力 供應值的薄膜，其量係超過+l〇G dynes/cm2，例如，一種含 有雙第三丁氨基矽烷（BTBAS)與NH3之反應產物的薄膜（如 化學結構為Si?NyCzHw的反應產物，其中X、y、2.及w係個 4IBM/05029TW ； FIS9-2003-0424(JL) •15· 別為大於零的整數或非整數）；一種具約+14至+18G dynes/cm2之應力的薄臈；等等。 本發明更另一較佳實施例提供半導體晶圓的製造方 法’其包含.以具有超過+10Gdynes/cm2拉伸應力（較佳之 拉伸應力至少為+14.5 dynes/cm2)的氮化矽内襯物，覆蓋一 裝置主動層的至少一部分，例如較佳為氮化矽内襯物，包含 氮化物薄膜，此氮化物薄臈為BTBAS與NH3的反應產物。 本發明的半導體製造方法之一較佳實施例係，裝置主動層完 全為氮化石夕内襯物所覆蓋。覆蓋的步驟可以在例如 製程或CVD製程中進行。
本發明還有另一較佳實施例係提供以RTCVD、pECVD 或LPCVD製程形成的内襯氮化物。本發明之創新内襯物的較 佳貫例包含一種氮化物薄膜，此氮化物薄膜為如BTBAS與 NH3之反應產物。本發明之内襯物的另一較佳實例為一種内 槪物，其氮化物薄膜具有超過+l〇Gdynes/cm2的拉伸應力， 例如具有至少為+14 5G dynes/cm2拉伸應力的氮化物薄膜。本 發明内襯層的另-雛實例為氮化物薄膜，此氮化物薄膜為 經氨處理之BTBAS反應產物’係可在反覆退火後保持相當高 的應力程度。 應可瞭解，本發明在另一較佳實施例中提供一種調整氮 4IBM/05029TW ; FIS9-2003-0424(JL) -16· 1378505 化物溥膜應力程度的方法，其包含調整選自以下所組成群組 中之至少兩者： '
⑴麟用於製作氮化物薄膜触始材料前驅物(例如，起始材 料刖驅物為含Si、C及N之任何組合的化合物，較佳為 BTBAS) ; (2)選擇含氮前驅物，用以處理此起始材料前驅物； (3)起始材料前驅物對含氮前驅物的比例；（4)一組薄膜成長的 CVD條件；以及(5)薄膜成長的厚度(例如，厚度可在約5〇至 ι，οοο埃的範圍等等）。在一較佳實施例中，CVD條件係為溫 度在約500至700。(：之範圍，壓力在約5〇至5〇〇丁的範圍， 時間則在約30至600秒的範圍。在一較佳實施例中，本發明 之應力程度調整方法’供調整氮化物薄膜之應力程度在谓G 至+18G dynes/cm2的範圍。在另一較佳實施例，氮化物薄膜 為經氨處理之BTBAS薄膜。 、 【實施方式】 、本發雜-狀的紐實施射，運肋下所述中兩者 以上之條件’提供-種調整薄膜(如氮化物薄膜)應力程度的方 法： 一用於製造薄膜的起始材料前驅物（如含Si、c&N2 任何組合的化合物’較佳為BTBAS); ^ —含氮前軀物，以此含氮前軀物處理起始材料前驅物 (較佳為適於職統物_材制含氮前驅物，以贿3為最 -17- 4IBM/05〇29TW；FIS9-2003-〇424(JL) 起始材料前驅_含氮前軀物 的比例； 組薄臈成長的CVD條件(例如RTCVD的條件，較佳 RTCVD條件為溫度在約5〇〇至WC之範圍，壓力在約50到 範圍’時間則在約30至600秒的範圍）；及/或 薄膜成長的厚度(例如約50到1，〇〇〇埃的厚度）。 依據本發明調整薄膜應力的方法，在一較佳實施例中， 選擇，造薄顧的起始材料前驅物與含氮前驅物，以形成氮 化物薄膜’其BTBAS前驅物與卿氣體之反應形成氮 化物薄膜是攸錄佳的結合。可彳練喊處理BTBAS所形 成之氮，物薄臈使其具有高應力程度（如超過+l〇G dynes/cm的應力程度)，藉由操縱一個或多個其餘之操縱變因 來選擇所需要的數值，即起始材料前驅㈣含氮前驅物之比 例、一組薄膜成長的CVD條件、及/或薄膜成長的厚度，使 其所具之待疋應力數值在+l〇G dynes/cm2至+1犯 dynes/cm2的範圍内。 參考圖1之示範性晶圓構造組件4，以進一步討論氮化 物薄膜的實例’其中，覆蓋裝置2之主動層21的内襯氮化物 1(其可為習知内襯氮化物，或本發明之内襯氮化物），可產生 強機械應力。與晶圓製造中習知的氮化物薄膜實例比較，本 發明可提供较優越的性能(如較大及/或不同型式的應力）。應 可瞭解圖1係示範說明用’本發明不應受限於圖1之安排。 4IBM/05029TW ； FIS9-2003-0424(JL) 18 1378505 晶圓構造組件(如圖！之組件4)中，本發明的優點為提供大於 及/或異於習知工具所提供之應力（習知工具中的某些實例，如
Wovellus P£CVD、Applied PECVD、以及 Applied Materials RTCVD等跡f知_駐具’其可提供應力通常可達到約 +10Gdynes/cm2的拉伸氮化物薄膜，如圖2所示）。 相對於習知氮化物薄膜而言，本發明的優點在於提供一 鲁 種具較尚拉伸應力的薄膜（例如，超過+1〇G dynes/cm2的拉 伸應力，較佳實施例約+14 5 dynes/cm2 )。還有另一優點， 即不像許夕驾知的薄膜，本發巧的薄膜所提供的應力不因後 續退火而有明顯改變。 要製造本發明之示範性薄膜，可使用一含Si、N、C之 任何組合的化合物作為—起始材料，其中以雙第三丁氨基石夕 烧(BTBAS)前驅物為一較佳實施例。BTBAS是可在市面上獲 φ 彳于的試劑，並且有非氯前驅物的優點。 本發明中，含Si、N、及C之化合物係與一適當的薄膜 形麵j如NH3 it行反應，呢較佳係於軸氮化物薄膜之條 件下。NH3更加係於形成具符合需求之應力量(如超過+1〇G ynes/cm的應力，較佳為在約+14至dynes/cm2的範 圍内)及其他特性(如經反覆退火，應力仍可保持之特性)的氮 化物薄膜之條件下。 4IBM/05029TW ； FIS9-2003-0424(JL) •19- 1378505 根據本發明之反應，其中含Si、N及c之化合 btbas前驅物)係做為起始材料’且可執行於rtcvd條 =加係於RTCVD工具中，如市面上之Applied細剛 Centum RTCVD工具)、PECVD條件下、LPCVD條件下等等。 本發明提供具高應力程度的薄膜，例如一特定較佳 • 了之RTCVD經氣處理BTBAS之氮化物薄膜。可藉薄膜^度 刼縱薄膜應力程度，例如增厚薄膜(藉由增加含c、沿、及二 起始材料(如BTBAS)及處理材料(如呵)的量，或增加 的時間以增加應力程度。 、 本發明之薄膜(如氮化物薄膜)可用於，例如，作為一蝕 刻？止(阻障)内觀氮化物’如圖1中之内襯物1。應可瞭解圖 1是為7F範說觀，本發明之内襯物可用於其他結構中。此 魯 彳’本㈣之薄+也可用作淺溝渠隔離(STI)峨物 隙壁等等。1 间 與習知PECVD薄膜比較，應可瞭解本發明所提供的薄 膜在某些方_優越性(例#具有高拉伸應力及/或應力值的 低變異性）。雖然習知已有多獅式的pECVD薄膜用於產生 某些拉伸應力’可惜這些PECVD薄膜大都$能產生符合需求 的拉伸應力。在-败讀佳實補巾，本發明提供rtcvd -20- 4IBM/05029TW ； FIS9.2003^0424(JL) 1378505 BTBAS 11化物薄膜’係能如期望地提供較高的拉伸應力，例 •如超過+10G dynes/cm2的應力’較佳為超過+1〇G dynes/cm2 的應力’如範圍在+14至+l8Gdynes/cm2的應力。 此外’本發明的好處亦在於提供一種BTBAS氮化物薄 膜’其應力值的變異比PECVD薄膜還小。另一方面自本發 明BTBAS減物_所獲得的應力，其再現性相當好，且^ • 會輕易受到製程參數的影響。一種能抵抗製程參數之影響的 BTBAS氮化物薄臈為本發明的優點。 本!X明之薄膜可以沉積想要的厚度，細厚度的較佳範 圍在約50至1，_埃。本發明更可藉改變薄膜厚度給定符合 ，需求的應力程度。例如，改變氮化物薄膜的厚度可提供各種 ==;。在設定一 例如’要成功地使用本發明的薄膜(如BTBas薄 ”止内襯物’應小心選擇間隙壁氮化物的厚度及應 運用St月薄膜所給定之應力比習知薄膜較好係因為 在間極角落的拉伸應力，如果間隙壁太厚，或;= ，力太^發簡膜(如BTBAS _)的效果就會縮小， 备以柄明薄膜作侧終止内襯物時，對此特定之岸用而 4IBM/〇5〇29TW;FIS9.2〇〇3_〇424(JL) * -21 - 1378505 D ’應選擇;I；會太厚或應力不會太高的間隙壁。 本發明之薄膜(如BTBAS薄膜)係有利於以下之應用： 產生拉伸應力、提供間隙壁、以及其他作為rtcvd _薄 膜或用於形成間隙壁的PECVD薄膜等已知之應用。相較於習 知的氮化物薄膜，本發明的優點在於所提供的間隙壁（如 BTBAS間隙壁)有較好的共形性及負載效應。 以下提出本發明的數個實例，本發明不受此等實例之限 制。 本發明之實例1 於單一晶圓反應器中反應BTBAS與NH3以沉積一薄 膜。選擇製程條件以給定3至15原子％(at〇mic%)之碳濃卑。 • 獲得相對於習知薄膜較好的驅動電·流的裝置資料。圖3 及圖4顯示npET與pFET的電性特性。相較於pEcvD拉 伸氮化物薄膜的裝置(及PECVD壓縮氮化物薄膜），btbas 氮化物可提供較高的nFET驅動電流。本發明實例之薄膜在 P ET之驅動電流也沒有衰退現象。η;ρΕτ驅動電流的改善取 決於局部應變、裝置之幾何形狀及氮化物的厚度。一般而言， =寬度較長的nFET裝置，厚度為500埃的BTBAS可改善 8% nFET電流，而厚度為75〇埃的BTBAS則可有額外3% 4IBM/05029TW ； FIS9-2003-0424(JL) • 22- 驅動電流也沒有衰退現象。
的電流改善。在pFET 因為涌、首I〇dHn資料係建議，nFET驅動電流改善的主要原 下較較好的载子遷料，以及祕與汲極巾及間隙壁 本發明之實例2 碳濃度 溫度 壓力 在RTCVD製程中’BTBAS與NH3在以下條件中反應： ~ 6 到 10% 650〇C 140 torr 矽烷、二矽烷、六氣二矽烷無 膜 7成厚度500到750埃的薄膜。也可形成其他厚度之薄 本發明 【圖式簡單說明】 參考本文較佳實施例與所附圖式之詳細說明應可更瞭 解本發明前述之目的，或其他目的、態樣以及優點。 4IBM/05029TW ； FIS9-2003-0424(JL) -23- 圖1為習知組件係包含覆蓋裝置主動層的内襯氮化物。 圖2為顯示經氮化物沉積後之薄膜，其壓縮與拉伸應 力的圖表’此等薄膜係包含習知的薄膜與本發明之薄膜 (BTBAS) 〇 圖3為nFETs之I〇ff (關閉電流)對1〇11(開啟電流)的圖 表’包含習知PECVD方法之nFET以及本發明創新之nFET (^TBAS) 〇 圖4為pFETs之I〇ff對ι〇η的圖表，包含習知據pecvd 方法之pFET以及本發明的pFET (BTBAS)。 圖5為Iodlin資料，顯示PECVD(習知)與BTBAS(本發 明）資料之間的關係。 圖6為一圖表’為加熱器溫度為675X：，壓力275 torr， BTBAS流量為1 slm。菱形點顯示應力，方形點顯示速率。χ 軸為代表氨流量(SCCm);左邊y軸顯示應力；右邊y軸顯示沉 積速率。 圖7為雙第三丁氨基石夕烷(BTBAS)的化學結構。. 【主要元件符號說明】 1 内襯氮化物 2 裝置 3 淺溝渠隔離(STI) 4 晶圓構造組件 21主動層 4IBM/05029TW ； FIS9-2003-0424(JL) 24

Claims (1)

  1. 案號：94111139 101年07月19日修正-替換頁 、申請專利範圍： 一種製造高應力氮化物薄膜的方法，包含： 一反應步驟，係使一化合物(A)與nh3(b)反應，該化 合物(A)包含Si、N及C之任何组合，係於快速熱化學氣 相沉積(RTCVD)、電漿加強化學氣相沉積(PECVD)、或低 壓化學氣相沉積(LPCVD)之條件下’自該反應步驟形成具 有一應力供應值超過+l〇Gdynes/cm2之一高應力薄膜。 如請求項1所述之方法，更包含在該含Si、N及C化合 物與NH3反應過程中，加入至少一個化學化合物，係選 自以下所組成的群組：矽烷、二矽烷、六氣二矽烷及其他 以矽烷為主體的化合物。 如請求項1所述之方法，其中該化合物(A)為一非氣化合 物。 如請求項1所述之方法，其中該含以、1^及（：之化合物 為(R-NH)4_nSiXn (I) 其中R為一院基群(其可為相同或相異的），η為1、 2或3 ’而X為Η或齒素。 如請求項1所述之方法，其中該化合物為雙第三丁氨 基矽烷(BTBAS)。 -25· 1ΛΙ ^ 系琨·舛丨丨〗139 1〇ι年07月19曰修正-替換頁 如請求項1所述之方法，其中該反應步驟為雙第r查 石夕垸(BTBAS)與NH3^應。 乳基 如請求項1所述之方法，其中該反應係在3至15原子％ 的碳濃度下進行。 如請求項1所述之方法，其中一内襯氮化物係藉由快速熱 化學氣相沉積（RTCVD)、電漿加強化學氣相沉積 (PECVD)、或低壓化學氣相沉積(LPCVD)形成，該内襯物 包含： 一氮化物薄膜，係為雙第三丁氨基矽烷(BTBAS)與 NH3的一反應產物。 如請求項8所述之方法，其中該氮化物薄膜具有至少 +14·5G dynes/cm2 的拉伸應力。 如請求項8所述之方法，其中該經氨處理的BTBAS反應 產物’在反覆退火後仍保持至少+14G dynes/cm2的拉伸應 力0 一種製造一氮化物薄膜的製程，包含： 在快速熱化學氣相沉積(RTCVD)、電漿加強化學氣相 1378505 案號：94111139 101年07月19日修正-替換頁 沉積(PECVD)、或低壓化學氣相沉積(LPCVD)之條件下， 一溫度範圍為約500至70(rc，一壓力範圍為約5〇至 500T，反應(A)與(B)， (A) 為包含Si、N及C之任何組合的一化合物， (B) 為一含1前驅物。 其中自該反應步驟形成具有一應力供應值超過+⑴G dynes/cm2之一高應力薄膜。 12. 如請求項11所述之製程，其中該含氛前驅物為卿。 13. 如請求項11所述之製程’其中BTBAS係與戰反應， 碳濃度為約6至10%，溫度為仍此，壓力為M〇 t⑽。 14. 如請求項11所述之製程，其中該薄膜包含雙第三丁氨基 矽烷(BTBAS)與NH3的—反應產物。 15. 如請求項η所述之製程，其中該反應產物具sixNAHw 之-化學結構’其中x、y、z及w各為大於零的整數或 非整數。 16·如請求項11所述之製程，其中該薄膜所提供之應力在約 +14 至+18G dynes/cm2 的範園。 •27- 1378505 案號：94111139 101年07月丨9曰修正-替換頁 17. —種半導體晶圓製造之方法，包含： 以具超過+10Gdynes/cm2之拉伸應力的一氮化矽内 觀物覆蓋一裝置主動層的至少一部分。 18·如請求項17所述之方法，其中該氮化矽内襯物之拉伸應 力為至少 +14.5G dynes/cm2。 φ I9·如請求項17所述之方法，其中該氮化矽内襯物包含一氮 化物薄膜，係為雙第三丁氨基矽烷出1^八幻與ΝΗ]的一 反應產物。 2〇.如δ月求項Π所述之方法’其中該氮化物薄膜完全覆蓋該 裝置主動層。 21.如晴求項π所述之方法，其中該覆蓋步驟是在一快速化 學氣相沉積(RTCVD)製程過程中。 -28-
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