專利名稱：氮化硼和氮化硼導(dǎo)出材料的沉積方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例一般涉及一種在基板(例如半導(dǎo)體基板)上形成薄膜 的方法，特別是一種在基板上形成氮化硼薄膜的方法。
背景技術(shù)：
自從集成電路組件在數(shù)十年前引入之后，集成電路的幾何外形在尺寸 上是大幅縮減，基于此，集成電路通常遵循二年尺寸減半原則(two
year/half-size rule )(通常稱的為摩爾定律；Moore's Law)，也就是在芯 片上的組件數(shù)目每兩年會(huì)加倍成長。今日的制造設(shè)備是常規(guī)地生產(chǎn)出具有 0.13 ijm及甚至是0.1 的特征結(jié)構(gòu)尺寸的組件，而今后的設(shè)備將會(huì)生產(chǎn) 出具有更小的特征結(jié)構(gòu)尺寸的組件。
組件幾何外形的持續(xù)縮減是產(chǎn)生對(duì)于具有較低介電常數(shù)(k)值的介電 薄膜的需求，此乃因?yàn)楸仨殰p少相鄰金屬接線之間的電容耦合，以進(jìn)一步 降低集成電路上組件的尺寸。
組件幾何外形的持續(xù)縮減以及半導(dǎo)體基板上組件間隔的逐漸增密亦對(duì) 于組件效能的提升帶來挑戰(zhàn)。舉例來說，金氧半場(chǎng)效晶體管(MOSFET) 組件的效能可通過數(shù)種方法來增進(jìn)的(例如降低組件的柵極介電層厚度)， 小型組件所需的非常薄介電層會(huì)允許來自柵極電極的摻質(zhì)(dopant)穿過 柵極介電層而進(jìn)入下方硅基板。非常薄的柵極介電層亦會(huì)增加?xùn)艠O漏電流 (gate leakage)，因而增加?xùn)艠O所消耗的功率量，并最終損壞晶體管。
最近發(fā)展出使組件中材料的原子晶格發(fā)生應(yīng)變而增進(jìn)組件效能的其它 方法。通過增加半導(dǎo)體材料中的載子遷移率可使原子晶格產(chǎn)生應(yīng)變并增進(jìn) 組件效能。而組件的一層的原子晶格的應(yīng)變是通過將應(yīng)力層沉積在該層上 而得。舉例來說，位于柵極電極上方而作為蝕刻終止層的應(yīng)力氮化硅層可 經(jīng)沉積以在晶體管的信道區(qū)域中誘導(dǎo)出應(yīng)變。應(yīng)力氮化硅層可具有壓縮應(yīng)力或4立伸應(yīng)力。
當(dāng)已發(fā)展出具有相當(dāng)高應(yīng)力層級(jí)的等離子輔助化學(xué)氣相沉積
(PECVD)氮化硅(SiN)層之時(shí)，仍需要一種用于形成相較于氮化硅層 (其介電常數(shù)通常為約7)而具有較高壓縮或拉伸應(yīng)力及較低介電常數(shù)的 介電層的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例一般提供形成含硼薄膜(例如氮化硼薄膜及氧化硼薄 膜)的方法。在一實(shí)施例中， 一種形成氮化硼薄膜或氧化硼薄膜的方法包 括將一含硼前體導(dǎo)入一腔室中；以及由該含硼前體而在腔室中的一基板 上沉積一含硼薄膜。含硼薄膜是經(jīng)處理以增加薄膜中的氮或氧含量，并形 成氮化硼薄膜或氧化硼薄膜。處理含硼薄膜包括將含硼薄膜暴露于含氮前 體或含氧前體。處理含硼薄膜亦包括等離子工藝、紫外線(UV)硬化工藝、 熱退火工藝或其組合。重復(fù)上述的導(dǎo)入、沉積及處理步驟，直到獲得具有 一期望厚度的氮化硼薄膜或該氧化硼薄膜。
在另一實(shí)施例中， 一種形成氮化硼薄膜或氧化硼薄膜的方法包括將 一含硼前體及一含氮前體或是一含氧前體導(dǎo)入一腔室中。通過使含硼前體 與含氮前體或含氧前體產(chǎn)生反應(yīng)，以化學(xué)氣相沉積一 氮化硼薄膜或氧化硼 薄膜于腔室中的基板上。


為讓本發(fā)明的上述特征更明顯易懂，可配合參考實(shí)施例說明，其部分 乃繪示如附圖式。須注意的是，雖然所附圖式揭露本發(fā)明特定實(shí)施例，但 其并非用以限定本發(fā)明的精神與范圍，任何熟習(xí)此技藝者，當(dāng)可作各種的 更動(dòng)與潤飾而得等效實(shí)施例。
圖1 ，繪示形成氮化硼或氧化硼薄膜的方法實(shí)施例的流程圖。
圖2,繪示FTIR，其顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例而在含硼薄膜以N2處 理時(shí)，不同的N2流速對(duì)于所獲得的氮化硼層的組成的效應(yīng)。
圖3，繪示FTIR，其顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例而在含硼薄膜沉積時(shí)，不同的基板支撐件溫度對(duì)于接續(xù)形成的氮化硼層的組成的效應(yīng)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施例是提供沉積氮化硼、氧化硼及碳化硼薄膜的方法。氮化硼、氧化硼及碳化硼薄膜可以為未摻雜的氮化硼(BN)、未摻雜的氧化
硼(B203)以及未摻雜的碳化硼(BC)薄膜，或是摻雜的氮化硼、氧化硼或是碳化硼薄膜，例如氮化硼硅(BSiN)、氧化硼硅(BSixOy)、氮化硼石友(BCN )、氮4匕石奔石朋(PBN ) 、 t/f匕石圭石朋(SiBN )以、及t/f匕石朋石友石圭(BCSiN )薄膜。
氮化硼、氧化硼及碳化硼薄膜可用于前端應(yīng)用(front end application )，
例如間隔層及應(yīng)變誘導(dǎo)層，而應(yīng)變誘導(dǎo)層也就是應(yīng)力氮化物層，其是沉積以控制下方薄膜的應(yīng)力。氮化硼薄膜的介電常數(shù)可以為介于1.1 ~ 10之間。舉例來說，具有介電常數(shù)為1.1 6.0之間的氮化硼薄膜可以通過包括將薄膜前體同時(shí)導(dǎo)入腔室中的沉積方法來進(jìn)行沉積。氮化硼薄膜可以為具有應(yīng)力為10 GPa壓縮應(yīng)力~ 10 GPa拉伸應(yīng)力之間的應(yīng)力氮化物層，例如大于約2.0 GPa的拉伸應(yīng)力或是小于約3.5 GPa的壓縮應(yīng)力。氮化硼薄膜具有高階梯覆蓋率(step coverage)以及低圖案負(fù)載效應(yīng)(pattern loadingeffect)。如本文所述，相較于具有低階梯覆蓋率的薄膜，具有高階梯覆蓋率的薄膜具有在不同特征結(jié)構(gòu)(即，側(cè)壁、頂部及底部)表面之間的較低薄膜厚度差異比例。圖案負(fù)載效應(yīng)(PLE)是界定為在具有較少特征結(jié)構(gòu)的基板區(qū)域(分離區(qū)域)中的特征結(jié)構(gòu)的部位(例如底部、頂部或側(cè)壁)的薄膜厚度，以及在具有高密度特征結(jié)構(gòu)的基板區(qū)域(稠密區(qū)域)中的特征結(jié)構(gòu)的相應(yīng)部位上的薄膜厚度，兩者之間的薄膜厚度差異的比例，因此，較低的圖案負(fù)載效應(yīng)比例會(huì)反映出跨越基板的較高薄膜厚度均一性。
含硼薄膜亦可用作為硼源層，以使下方層摻雜硼。舉例來說，氮化硼薄膜可以沉積在硅層上，并接著進(jìn)行退火以將硼導(dǎo)入硅層，而在硅層中形成淺接面(shallow junction )。在期望量的硼導(dǎo)入硅層之后，則可移除氮化硼薄膜。
其它的實(shí)施例是提供一方法，該方法包括在含硼薄膜沉積在基板上之硼或氧化硼襯墊沉積在基板上。含硼薄膜可以為高應(yīng)力且富含硼的薄膜。在富含硼薄膜的上方及/或下方沉積氮化硼或氧化硼襯墊可以預(yù)防硼由富含硼薄膜往外擴(kuò)散，并降低通過富含硼薄膜的漏電流。若富含硼的薄膜是作為硼的擴(kuò)散來源，則將襯墊沉積在不欲產(chǎn)生硼擴(kuò)散的薄膜側(cè)。舉例來說，襯墊是沉積在富含硼的薄膜的下方，而此富含硼的薄膜
是用于對(duì)設(shè)置在其上方的Si02薄膜進(jìn)行摻雜。在另一實(shí)施例中，襯墊是沉
積在富含硼的薄膜的上方，而此富含硼的薄膜是用作為設(shè)置于其下方的基板(即，硅)的摻質(zhì)源。
與富含硼薄膜接觸的氮化硼或氧化硼襯墊可以為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所提供的任 一 氮化硼或氧化硼薄膜。氮化硼襯墊亦可根據(jù)此處所述的任何
方法而沉積以形成氮化硼薄膜(例如通過等離子、熱或UV輔助方法)，例外的是，沉積氮化硼襯墊的條件是足以提供襯墊相較于富含硼薄膜而較低的硼含量。舉例來說，襯墊中的硼原子百分比濃度可以為0-90%,而富含硼薄膜中的硼原子百分比濃度則為約5% ~約99% 。襯墊可包括氧、碳或硅。襯墊的厚度為約2 A ~約500 A。
含硼薄膜亦可用作于硬質(zhì)屏蔽(hard mask),而其在圖案化之后會(huì)被犧牲或是殘留下來。舉例來說，含硼薄膜可以為氮化硼或是氧化硼薄膜，而其可以為硬質(zhì)屏蔽而用于氧化物、氮化物、硅、多晶硅或金屬層的蝕刻。
含硼薄膜亦可用于后端應(yīng)用(back end application )，例如銅阻障層或是在銅阻障層之間的吸附層(adhesion layer),例如通過在其間形成CuBN、 CuPBN或是CuBCSiN層。銅阻障層或吸附層的介電常數(shù)可介于1.1 ~4.0之間。銅阻障層可以用于傳統(tǒng)的鑲嵌結(jié)構(gòu)或是包括因?yàn)槌练e再接著移除犧牲材料而形成的氣隙的結(jié)構(gòu)。
沉積氮化硼薄膜的方法實(shí)施例是參照?qǐng)D1的流程圖而描述的。如步驟102所示，將含硼前體導(dǎo)入腔室中。在步驟104中，含硼薄膜是由含硼前體形成而于腔室中沉積在基板上。接著，在步驟106,含硼薄膜是經(jīng)處理以改變薄膜組成(例如增加薄膜中的氮或氧含量)。處理含硼薄膜包括將含硼薄膜暴露于含氮或含氧前體。
回到步驟102,含硼前體所導(dǎo)入的腔室可以為任何化學(xué)氣相沉積腔室或是等離子輔助化學(xué)氣相沉積腔室?？墒褂玫那皇覍?shí)例為PRODUCER SE以及PRODUCER GT PECVD腔室，上述二腔室皆購自加州圣克拉拉的應(yīng)用材料公司(Applied Materials, Inc.)。此處所述的處理?xiàng)l件為針對(duì)具有二分離處理區(qū)域(各處理區(qū)域具有一基板)的300 mm PRODUCER SE腔室。因此，各基板處理區(qū)域及各基板所經(jīng)歷的流速為進(jìn)入腔室中流速的一半。
具有含硼薄膜沉積于其上的基板可以為硅、含硅或玻璃基板?；蹇梢詾榭?bare)基板或是具有一或多層材料沉積于其上及/或具有形成于其中的特征結(jié)構(gòu)(feature)。
含硼前體可以為二硼烷(B2H6)、硼氮苯(brazine; B3N3H6 )或是硼氮苯的烷基取代衍生物。含硼前體導(dǎo)入腔室中的流速可以介于約5 seem ~約50 slm，例如約10 sccm 約1 slm。 一般來說，含硼前體是利用氮?dú)?N2)、氫氣(H2)、氬氣(Ar)或其組合來作為稀釋氣體以導(dǎo)入腔室中。稀釋氣體導(dǎo)入腔室中的流速可介于約5 sccm 約50 slm，例如介于約1slm ~約10 slm。
在圖1的步驟106中所形成的氮化硼薄膜為摻雜氮化硼薄膜的實(shí)施例中，在含硼薄膜的沉積過程中， 一種選自由含硅化合物、含碳化合物、含磷化合物及其組合的化合物亦可導(dǎo)入腔室中?？蛇x擇地，該化合物可以在含硼薄膜沉積之前或之后而導(dǎo)入腔室中。可使用的含氮化合物的實(shí)例包括氨(NH3)、聯(lián)胺(N2H4)。含氧化合物的實(shí)例包括氧氣(02)、 一氧化氮(NO)、氧化亞氮(N20) 、 二氧化碳(C02)及水(H20)?？墒褂玫暮杌衔锏膶?shí)例包括硅烷、三硅烷胺(TSA)、三甲基硅烷(TMS)及硅氮烷(silazane)，例如六曱基環(huán)三硅氮烷(HMCTZ)?？墒褂玫暮蓟衔锏膶?shí)例包括具有化學(xué)通式為CxHy的碳?xì)浠衔?，例如烷、烯及炔?？墒褂玫暮谆衔锏膶?shí)例為膦(PH3)。
在腔室中存在或不存在有等離子的情形下，含硼薄膜可以由含硼前體形成而沉積在腔室中的基板上。
針對(duì)在腔室中缺乏等離子的情況下的含硼薄膜的沉積，在沉積過程中，腔室中基板支撐件的溫度是設(shè)定在約100°C -約1000°C,例如介于約300。C-約50CrC，而腔室中的壓力是介于約10毫托(mTorr)-約760托， 例如介于約2托 約10托。含硼化合物、含氮化合物、含碳化合物、含氧 化合物及含硅化合物的組合可在相同的時(shí)間點(diǎn)導(dǎo)入腔室中，其流速為約5 sccm ~約50 slm，例:i口約10 sccm ~約1 slm。
針對(duì)在腔室中存在有等離子的情況下的含硼薄膜的沉積，在沉積過程 中，腔室中基板支撐件的溫度是設(shè)定在約100°C ~約1000°C,例如介于約 30CTC ~約500°C ，而腔室中的壓力是介于約10毫托~約760托，例如介 于約2托~約10托。等離子是由輸送至噴氣頭電極及/或腔室的基板支撐 件電極的RF功率提供。所提供的RF功率是在單一低頻率為約100 kHz-約1 MHz (例如約300 kHz~約400 kHz)下，且在功率層級(jí)為約2W~ 約5000W (例如介于約30W~約1000W)下提供；或是在單一高頻率為 高于約1 MHz (例如約1 MHz-約60 MHz;如13.6 MHz)下，且在功率 層級(jí)為約2W 約5000W (例如介于約30W-約1000W)下提供?？蛇x 擇地，RF功率可以在混合頻率下提供，包括在功率層級(jí)為約2W-約 5000W(例如介于約30W-約1000W)下，而頻率為約100 kHz-約1 MHz (例如約300 kHz -約400 kHz)的第一頻率，以及在功率層級(jí)為約2W~ 約5000W(例如介于約30W-約1000W)下，而頻率為大于約1 MHz(例 如約1 MHz—約60 MHz;如13.6 MHz)的第二頻率。
回到步驟106，在含硼薄膜沉積之后，含硼薄膜是經(jīng)處理以改變其組 成，其是通過將氮或氧并入薄膜中，以形成氮化硼或氧化硼薄膜。氮化硼 或氧化硼薄膜的厚度為約2A-約5000 A。該處理是選自下列群組，包括 等離子工藝、紫外線(UV)硬化工藝、熱退火工藝及其組合，而該處理包 括將含硼薄膜暴露于含氮前體，以將氮并入薄膜中而形成氮化硼薄膜。含 氮前體可以例如為氮?dú)?N2)、氨(NH3)或聯(lián)胺(N2H4)。含氮前體可 利用稀釋氣體來稀釋，該稀釋氣體包括氬氣、氦氣、氫氣或氙氣。將含硼 薄膜暴露于含氧前體是允許氧并入薄膜中并形成氧化硼薄膜。含氧前體可 以為氧氣(02)、氧化亞氮(N20)或二氧化碳(C02)。
在該處理包括等離子工藝的實(shí)施例中，等離子工藝是在與含硼薄膜沉 積所進(jìn)行的相同或是不同腔室中進(jìn)行。等離子是由輸送至噴氣頭電極及/或腔室的基板支撐件電極的RF功率提供。所提供的RF功率是在單一低頻率 為約100 kHz -約1 MHz (例如約300 kHz -約400 kHz)下，且在功率 層級(jí)為約2W~約5000W (例如介于約30W~約1000W)下提供；或是 在單一高頻率為高于約1 MHz(例如約1 MHz-約60 MHz;如13.6 MHz) 下，且在功率層級(jí)為約2W~約5000W (例如介于約30W~約1000W) 下提供?？蛇x擇地，RF功率可以在混合頻率下提供，包括在功率層級(jí)為約 2W~約5000W(例如介于約30W~約1000W)下，而頻率為約100 kHz-約1 MHz (例如約300 kHz~約400 kHz)的第一頻率，以及在功率層級(jí) 為約2W-約5000W (例如介于約30W-約1000W)下，而頻率為大于 約1 MHz (例如約1 MHz -約60 MHz;如13.6 MHz)的第二頻率。含氮 前體在處理過程中導(dǎo)入腔室中的流速為約5 seem ~約50 slm(例如介于約 100 seem ~約500 seem )。含氮前體流入腔室的時(shí)間為約1秒~約2小 時(shí)，例如約1秒~約60秒。在處理過程中，腔室壓力介于10毫托~約760 托，腔室中基板支撐件的溫度為約20'C-約1000°C?？墒褂幂^高的高頻 率RF功率、較高的NH3流速及較長的等離子工藝的處理時(shí)間，藉以降低 所獲得的薄膜的折射率并增加薄膜的介電特性。
在該處理包括UV硬化工藝的實(shí)施例中，UV硬化工藝可以在作為沉積 腔室的相同腔室中進(jìn)行，或是在屬于整合式工具(包括進(jìn)行含硼薄膜沉積 的沉積腔室)中的一部分的腔室中進(jìn)行。舉例來說，UV硬化工藝可以在屬 于PRODUCEF^平臺(tái)的一部分的NANOCURETM腔室中進(jìn)行，該平臺(tái)包括 進(jìn)行含硼薄膜沉積的PECVD腔室。
可使用的示范UV硬化工藝條件包括腔室壓力介于約10毫托~約760 托，以及基板支撐件溫度介于約2(TC-約1000°C。在處理過程中，含氮 前體導(dǎo)入腔室中的流速為約5 seem -約50 sccm。含氮前體流入腔室的時(shí) 間為約1秒~約2小時(shí)，例如約1秒~約10分。任何UV源皆可提供UV 照射，例如汞微波弧光燈、脈沖氙閃光燈或是高效率UV燈發(fā)射二極管數(shù) 組。UV照射的波長例如為約170 nm-約400 nm。該處理可包括將含硼 薄膜暴露于約1 Watt/cm2 ~約1000 Watts/cm2的UV照射，UV照射可提 供介于約0.5 eV -約10 eV之間的光子能量(電子伏特；electronVolts),例如介于約1 eV~約6 eV。
一般來說，UV硬化工藝是將氫自薄膜中移除，氫為不期望存在的，因 為其會(huì)擴(kuò)散穿過薄膜而進(jìn)入基板的半導(dǎo)體區(qū)域中，并使基板上所形成組件 的可靠度降低。UV硬化工藝一般亦可使薄膜增密，并使薄膜的拉伸應(yīng)力增 加至大于約2.0 GPa。
在該處理包括熱工藝的實(shí)施例中，熱工藝可以在進(jìn)行含硼薄膜沉積的 相同或不同腔室中進(jìn)行。在處理過程中，含氮前體導(dǎo)入腔室的流速為約5 sccm ~約50 slm,例如介于約10 sccm ~約1 slm。含氮前體流入腔室的 時(shí)間例如介于約1秒~約10小時(shí)，例如介于10秒~約20分。在處理過 程中，腔室壓力介于約10毫托~約760托，且腔室中基板支撐件的溫度
介于約2trc ~約iooo'c。
進(jìn)一步的實(shí)施例包括以二或多個(gè)上述的處理(即，uv硬化工藝、等離 子工藝及熱工藝)來處理含硼薄膜。舉例來說，含硼薄膜可以利用uv硬 化工藝及等離子工藝來進(jìn)行處理。
在需要高階梯覆蓋率及最小圖案負(fù)載效應(yīng)的應(yīng)用中，例如當(dāng)?shù)鸨?br> 膜沉積作為在柵極堆棧上方之間隔層時(shí)，則進(jìn)行多個(gè)循環(huán)的步驟102、 104 及106。換句話說，在步驟106之后，含硼前體是導(dǎo)入腔室中，額外量的 含硼薄膜沉積在基板上，含硼薄膜則以選自由等離子工藝、UV硬化工藝、 熱退火工藝及其組合所組成的群組中的工藝進(jìn)行處理，其中，該處理包括 將含硼薄膜暴露于含氮前體以將氮并入薄膜，或是暴露于含氧前體以將氧 并入薄膜，進(jìn)而分別形成氮化硼或氧化硼薄膜。步驟102、 104及106可 重復(fù)進(jìn)行直到獲得氮化硼的期望厚度。通過在各個(gè)循環(huán)中形成最后氮化硼 或是氧化硼薄膜的薄型次層(sub-layer)，例如約2A ~約5000 A層，例 如約2A~約1000 A,例如約20 A層，則相較于薄膜在一次循環(huán)中沉積至 最后期望厚度來看，本發(fā)明可增進(jìn)階梯覆蓋率及圖案負(fù)載效應(yīng)。舉例來說， 在下列條件下，可獲得大于95 %的階梯覆蓋率及小于5 %的圖案負(fù)栽效應(yīng) 利用400 sccm 二硼烷及2000 sccm的氮，在腔室壓力6托及間隔480 密爾(mil)的條件下進(jìn)行5秒/循環(huán)，以在20A/循環(huán)的沉積速率下沉積含 硼薄膜；以及利用等離子工藝處理含硼薄膜，以將氮并入薄膜中并且形成氮化硼薄膜，其中等離子工藝包括使用1000 sccm的氨及2000 sccm的氮 進(jìn)行10秒/循環(huán)，并利用13.6 MHz下的300W RF功率。氮化硼薄膜的介 電常數(shù)為4.7，且在500 A下的折射率為1.810,密度為2.4 g/cm3。在1MV 的漏電流為3e"9 amps/cm2，且在2MV的漏電流為4e-08 amps/cm2。崩潰 電壓(Vbd)為5 MV/cm。
在進(jìn)一 步的實(shí)例中，作為應(yīng)力氮化物層的氮化硼薄膜是在下列條件下 沉積利用25或50 sccm流速的二硼烷，且在腔室壓力6托、間隔480 密爾以及基板支撐件溫度400'C下進(jìn)行10秒，藉以沉積含硼薄膜；并接著 以等離子處理含硼薄膜而將氮并入薄膜中，并形成氮化硼薄膜，其中等離 子工藝包括使用100 sccm的氨及2000 sccm的氮，進(jìn)行10秒/循環(huán)，并 利用13.6 MHz下的100WRF功率。含硼薄膜的沉積及等離子處理是重復(fù) 10個(gè)循環(huán)。使用25 sccm 二硼烷所沉積的薄膜具有的側(cè)壁/頂部階梯覆蓋 率為100%，以及底部/頂部階梯覆蓋率為98%。使用50 sccm的二硼烷 所沉積的薄膜具有的側(cè)壁/頂部階梯覆蓋率為99%，以及底部/頂部階梯覆 蓋率為100%。在900'C下進(jìn)行30分鐘的退火之后，薄膜亦顯示出具有熱 穩(wěn)定性。因此，本發(fā)明所提供的薄膜存在有期望的高密度及電學(xué)特性。
圖2為FTIR,其顯示在以N2處理含硼薄膜的過程中，不同N2流速對(duì) 于所獲得的氮化硼層的組成的效應(yīng)。圖2顯示可通過調(diào)整在以N2處理含硼 薄膜的過程中含氮前體的流速，而可調(diào)整氮化硼層的組成。亦發(fā)現(xiàn)，使用 較低流速的二硼烷會(huì)提供具有較高氮含量及較低折射率的氮化硼薄膜。
圖3為FTIR,其顯示在含硼薄膜的沉積過程中，不同基板支撐件溫度 對(duì)于接續(xù)形成的氮化硼層的組成的效應(yīng)。圖3繪示亦可通過調(diào)整基板支撐 件溫度而調(diào)整氮化硼層的組成。
除了薄膜組成的外，氮化硼薄膜的其它特性，例如折射率(RI)及階 梯覆蓋率，可通過在步驟102中將含硼前體導(dǎo)入時(shí)亦導(dǎo)入其它前體而修改 的。比較在步驟102中使用B2H6、 B2H6+NH3、 B2He+SiH4及B2H6+NH3+SiH4 而沉積的薄膜。B2He+SiH4薄膜具有較高的折射率。相較于單獨(dú)使用B2H6， 使用額外前體所沉積的薄膜具有較佳的均一性。B2He+NH3+SiH4薄膜具有 最佳階梯覆蓋率。舉例來說，使用下列條件400 sccm的B2H6 (于N2中為5% ) 、 40 sccm的SiH4、 200 sccm的NH3、 4000 sccm的N2進(jìn)4亍15 秒，接著再進(jìn)行包括于13.6 MHz的600 W RF功率、100 sccm的NH3 及6000 sccm的N2進(jìn)行15秒的氮?dú)獾入x子處理，由此，則可獲得底部/ 頂部階梯覆蓋率為91 % 、側(cè)壁/頂部階梯覆蓋率為91 % 、頂部PLE為0% 、 側(cè)壁PLE為7 %及底部PLE為5 % 。
在參照?qǐng)D1的實(shí)施例中，是將基板接續(xù)暴露于含硼前體及含氮前體， 在另外的實(shí)施例中，基板是同時(shí)暴露于含硼前體及含氮前體(及/或含氧前 體)。在此實(shí)施例中，含硼前體及含氮前體或含氧前體是導(dǎo)入腔室中，并 接著反應(yīng)以在腔室的基板上化學(xué)氣相沉積氮化硼或氣化硼薄膜?？蛇x擇地， 亦可將含硅化合物、含碳化合物、含磷化合物或其組合同時(shí)導(dǎo)入腔室中， 以沉積摻雜的氮化硼薄膜。含硼前體、含氮或含氧前體以及選用的其它化 合物的反應(yīng)可以在腔室中存在或缺少等離子的情形下進(jìn)行。
通過同時(shí)導(dǎo)入前體，則可達(dá)到較高的沉積速率。因此，在基板同時(shí)暴 露于含硼前體及含氮前體的實(shí)施例，其是提供形成氮化硼薄膜的期望方法， 以供不具有高階梯覆蓋率及圖案負(fù)栽需求的應(yīng)用，例如硬質(zhì)屏蔽層。
含硼前體及含氮前體可以為參照?qǐng)D1的實(shí)施例而描述于上的任何前 體。相似的，腔室及基板可以分別為參照?qǐng)D1的實(shí)施例而描述于上的任何 腔室及基板。
含硼前體可以利用氮?dú)?N2)、氬氣(H2)、氬氣(Ar)或其組合作 為稀釋氣體而導(dǎo)入腔室中。含硼前體導(dǎo)入腔室中的流速介于約5 sccm -約 50 slm，例如約10 sccm-約1 slm。含氮前體導(dǎo)入腔室中的流速為約5 sccm ~約50 slm,例如約10 sccm ~約1 slm。稀釋氣體導(dǎo)入腔室中的流 速為約5 sccm ~約50 slm，例如約1 slm ~約10 slm。
在含硼前體與含氮前體于等離子存在下進(jìn)行反應(yīng)的實(shí)施例中，于沉積 過程中可使用介于10毫托~約760托的腔室壓力，例如介于2托~約10 托，以及介于約100°C ~約1000'C的基板支撐件溫度，例如介于約300'C -約500°C。腔室的噴氣頭與基板支撐件之間的間隔可介于約100密爾 (mil) ~約10000密爾。等離子可以由傳送至噴氣頭電極及/或腔室的基 板支撐件電極的RF功率提供。所提供的RF功率是在單一低頻率為約100kHz 約1 MHz (例如約300 kHz~約400 kHz)下，且在功率層級(jí)為約 2W~約5000W (例如介于約30W-約1000W)下提供；或是在單一高頻 率為高于約1 MHz (例如約1 MHz-約60 MHz;如13.6 MHz)下，且在 功率層級(jí)為約2W-約5000W (例如介于約30W-約1000W)下提供。 可選擇地，RF功率可以在混合頻率下提供，包括在功率層級(jí)為約2W~約 5000W(例如介于約30W-約1000W)下，而頻率為約100 kHz-約1 MHz (例如約300 kHz -約400 kHz)的第一頻率，以及在功率層級(jí)為約2W-約5000W(例如介于約30W 約1000W)下，而頻率為大于約1 MHz(例 如約1 MHz -約60 MHz;如13.6 MHz)的第二頻率。
在含硼前體與含氮前體在等離子存在下反應(yīng)的實(shí)施例，其可提供具有 硬質(zhì)屏蔽應(yīng)用所期望的特性的氮化硼薄膜。舉例來說，可獲得熱氧化物及 熱氮化物的濕式蝕刻速率比例(100: 1 HF)分別為0.03及0.3。氬氣可 加入前體混合物中，以降低薄膜的介電常數(shù)及增加崩潰電壓。這些薄膜亦 具有后端應(yīng)用(例如銅阻障層)所期望的特性。在示范實(shí)施例中，以氮?dú)?及氨所稀釋的二硼烷是導(dǎo)入腔室中，并在RF功率所提供的等離子存在下 進(jìn)行反應(yīng)，以在腔室中的基板上沉積氮化硼薄膜。二硼烷(于！\12中為5% ) 是以約3000 seem的流速而導(dǎo)入腔室中，氨是以約150 seem的流速導(dǎo)入 腔室中。所提供的RF功率在13.6MHz下為約300W。腔室壓力為約6托， 間隔為約480密爾。則可獲得具有低濕式蝕刻速率、高沉積速率及所期望 的低介電常數(shù)的氮化硼薄膜。
在含硼前體以及含氮前體、含氧、含碳及/或含硅前體于等離子不存在 下進(jìn)行反應(yīng)的實(shí)施例中，則在沉積過程中可使用介于約10毫托~約760 托的腔室壓力，及介于約10CTC -約1000。C的基板支撐件溫度。腔室的噴 氣頭及基板支撐件之間的間隔可介于約50密爾~約5000密爾。
在含硼前體及含氮前體是同時(shí)導(dǎo)入的進(jìn)一步的實(shí)施例中，含硅前體亦 可與含硼前體和含氮前體一同導(dǎo)入腔室中，以形成S舊N薄膜而用于間隔 物(spacer )應(yīng)用。S舊N薄膜的介電常數(shù)小于5.5、崩潰電壓大于6 MV/cm， 以及漏電流在2 MV下為小于1e-9 amps/cm2。 S舊N薄膜的示范性處理?xiàng)l 件包括60 sccm的SiH4、 600 sccm的NH3、 1000 sccm的N2、 100 —1000 sccm的B2H6、于13.6MHz下的100W RF功率、6托的腔室壓力以 及間隔為480密爾?？蛇x擇地，S舊N薄膜可以在40(TC下利用UV硬化 10分。
惟本發(fā)明雖以較佳實(shí)施例說明如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何 熟習(xí)此技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)所作的更動(dòng)與潤飾，仍 應(yīng)屬本發(fā)明的技術(shù)范疇，而本發(fā)明的范疇由權(quán)利要求所界定。
權(quán)利要求
1.一種形成氮化硼薄膜或氧化硼薄膜的方法，包括將一含硼前體導(dǎo)入一腔室中；由該含硼前體而在該腔室中的一基板上沉積一含硼薄膜；處理該含硼薄膜以增加該薄膜中的氮或氧含量，并形成氮化硼薄膜或氧化硼薄膜；以及重復(fù)上述的導(dǎo)入、沉積及處理步驟，直到獲得具有一期望厚度的該氮化硼薄膜或該氧化硼薄膜。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中該含硼薄膜為硼摻雜(boron-doped )氧化物薄膜或是硼摻雜氮化物薄膜。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中該含硼薄膜為硼摻雜氮化物薄膜， 其應(yīng)力是介于10GPa壓縮應(yīng)力~ 10GPa拉伸應(yīng)力之間。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，更包括使用該含硼薄膜以使一下方層或 一上方層摻雜硼。
5. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中該含硼薄膜是用作為位于一富含硼 (boron-rich)薄膜下方或上方的一硼擴(kuò)散阻障，且該含硼薄膜的硼原子百分比濃度是小于該富含硼薄膜的硼原子百分比濃度。
6. 如權(quán)利要求2所述的方法，更包括在該氧化硼薄膜或該氮化硼薄膜 上沉積銅。
7. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中該含硼薄膜為銅與一銅阻障層之間 的一吸附層。
8. 如權(quán)利要求2所述的方法，更包括在上述的該含硼薄膜的沉積過程 中，將一含氮化合物、 一含氧化合物、 一含硅化合物、 一含碳化合物、一 含磷化合物或其組合導(dǎo)入該腔室中。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中該含硅化合物是選自由硅烷、三硅 烷胺(TSA)、三曱基硅烷(TMS)及硅氮烷(silazane)所組成的群組。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中該含氧化合物是選自由氧氣(02)、 一氧化氮(NO)、氧化亞氮(N20) 、 二氧化碳(C02)及水(H20)所組成的群組。
11. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中在該含硼薄膜的沉積過程中，將 膦(phosphine)導(dǎo)入該月空室中。
12. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中該含硼前體是選自由二硼烷 (diborane)、硼氮苯(brazine)或是硼氮笨的烷基取代衍生物所組成的群組。
13. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中該含氮前體是選自由氨、氮?dú)饧?聯(lián)胺所組成的群組。
14. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中該處理含硼薄膜的步驟包括將該 含硼薄膜暴露于一等離子工藝、 一紫外線(UV)硬化工藝、 一熱退火工藝 或是上述工藝的組合。
15. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中該處理含硼薄膜的步驟包括將該 含硼薄膜暴露于一含氮或含氧前體。
全文摘要
本發(fā)明是提供形成含硼薄膜的方法，該方法包括將含硼前體及含氮前體或含氧前體導(dǎo)入一腔室中；以及在腔室中的一基板上形成氮化硼或氧化硼薄膜。在一實(shí)施態(tài)樣中，該方法包括沉積含硼薄膜，并接著將該含硼薄膜暴露于含氮或含氧前體，以使氮或氧并入薄膜中。含硼薄膜的沉積及將該薄膜暴露于前體的步驟可進(jìn)行多個(gè)循環(huán)，以獲得具有期望厚度的薄膜。在另一實(shí)施態(tài)樣中，該方法包括使含硼前體與含氮或含氧前體反應(yīng)，以化學(xué)氣相沉積氮化硼或氧化硼薄膜。
文檔編號(hào)C01B21/064GK101690420SQ200880016970
公開日2010年3月31日 申請(qǐng)日期2008年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月23日
發(fā)明者D·R·威蒂, H·M'塞德, J-u·許, M·巴爾塞努, V·T·恩古耶, 夏立群 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司