專利名稱：使用低能量等離子體系統(tǒng)制造高介電常數(shù)晶體管柵極的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例大致上是關(guān)于形成高k(介電常數(shù))介電層的方法與設(shè)備。特別是，本發(fā)明的實(shí)施例是關(guān)于形成柵極介電層(gate dielectric layer)的方法。
技術(shù)背景集成電路是由數(shù)百萬個器件所組成，例如晶體管、電容器與電阻器。晶體 管(例如場效應(yīng)晶體管)一般包括源極、漏極與柵極堆棧結(jié)構(gòu)。柵極堆棧結(jié)構(gòu)一 般包括基片(例如硅基片)、柵極介電層以及在柵極介電層上的柵極電極(例如多 晶硅)。柵極介電層由介電材料組成，例如二氧化硅(Si02)，或由具有介電常數(shù) 大于4.0的高k介電材料組成，比如氧氮化硅(SiON)、氮化硅(SiN)、氧化鉿 (HfD2)、硅酸鉿(HfSi02)、氧氮化硅鉿(HfSiON)、氧化鋯(Zr02)、硅酸鋯(ZrSi02)、 鈦酸鍶鋇(BaSrTi03或BST)、鈦鋯酸鉛(Pb(ZrTi)03或PZT)等。然而，應(yīng)注意的 是，膜堆棧結(jié)構(gòu)可包含其它材料組成的膜層。第1A圖繪示含有柵極介電層14的場效應(yīng)晶體管(FET)10的截面。如圖示， 基片12上設(shè)有柵極介電層14與柵極電極16。側(cè)壁間隙壁18鄰接著柵極介電 層14與柵極電極16的垂直側(cè)壁。源極/漏極接面13形成在實(shí)質(zhì)鄰接?xùn)艠O電極 16的相對垂直側(cè)壁的基片12中。隨著集成電路尺寸和其上的晶體管尺寸縮小，提高晶體管速度所需的柵極 驅(qū)動電流亦增加。驅(qū)動電流會隨著柵極電容增加而增加，而電容-kA/d，其中k 為柵極的介電常數(shù)，d為介電層厚度，A為器件面積。減小介電層厚度和提高 柵極介電層的介電常數(shù)是增加?xùn)艠O電容與驅(qū)動電流的方法。Si02柵極介電層的厚度已試圖降至20埃(A)以下。然而使用小于20A的Si02柵極介電層已發(fā)現(xiàn)會對柵極的性能與耐久性造成不良效應(yīng)。例如，摻雜硼 的柵極電極的硼會穿過薄Si02柵極介電層而到達(dá)其下方的硅基片。并且薄介電 層會增加?xùn)艠O所消耗的功率，因而提高柵極漏電流(即隧穿電流)。薄SK)2柵極 介電層易受NMOS熱載流子裂解的影響，其中穿越介電層的高能載流子會傷害 或破壞溝道。薄Si02柵極介電層還易受PMOS負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定(NBTI)的影 響，其中臨界電壓或驅(qū)動電流隨柵極操作漂移。一種用于形成適合用作金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的柵極 介電層的方法包括在含氮的等離子體中使氧化硅薄膜氮化。期以增加?xùn)艠O氧化 層的凈含氮量來提高介電常數(shù)乃基于數(shù)個理由。例如，氧化介電層塊體可在等 離子體氮化過程中稍微加入氮，藉以降低原始氧化層上的等效氧化層厚度 (EOT)。因操作FET時的隧穿效應(yīng)的故，相較于具相同EOT的未氮化的氧化介 電層，其可減少柵極漏電流。同時，增加含氮量還可減少后續(xù)處理操作時若介 電層厚度落在Fowler-Nordheim(F-N)隧穿電流的范圍導(dǎo)致F-N隧穿電流造成的 破壞。增加?xùn)艠O氧化層的凈含氮量的另一好處為，經(jīng)氮化的柵極介電層較能抵 擋柵極蝕刻下切(undercut)的問題，進(jìn)而減少柵極邊緣的缺陷及降低漏電流。 核發(fā)于公元2003年8月26日的美國專利證書號6,610,615且專利名稱為 「用于降低柵極介電層漏電的等離子體氮化工藝(Plasma Nitridation For Reduced Leakage Gate Dielectric Layers)」的申請案中，McFadden等人比較了熱 氮化工藝與等離子體氮化工藝的氧化硅薄膜的氮分布情形(參見第IB圖)。氮化 的氧化層位于硅基片上。第IB圖更顯示出氮在氧化薄膜下方的結(jié)晶硅中的分 布情形。熱氮化工藝所得的氮分布曲線22顯示在氧化層頂面的第一氮濃度、 通常隨著深入氧化層而降低的氮濃度、在氧化層/硅層界面的界面累積氮濃度、 最后通常隨著深入基片而逐漸降低的氮濃度梯度。反的，等離子體氮化工藝所 得的氮分布曲線24顯示氮濃度從氧化層頂面、經(jīng)氧化層/硅層界面至基片基 本上是逐一降低。利用氮等離子體進(jìn)行離子轟擊不會產(chǎn)生熱氮化工藝所形成的 不當(dāng)界面累積氮濃度。再者，等離子體氮化工藝中基片所有深度內(nèi)的氮濃度皆 比熱氮化工藝低。如前述，增加?xùn)艠O電極/柵極氧化層界面的氮濃度的優(yōu)點(diǎn)可減少摻雜劑(例 如硼)從多晶硅柵極電極向外擴(kuò)散到柵極氧化層或穿過柵極氧化層。如此可減少 例如因摻雜硼的多晶硅柵極電極中的硼擴(kuò)散(in-diffused)而產(chǎn)生于柵極氧化層 塊體中的缺陷狀態(tài)，進(jìn)而改善器件的可靠度。降低柵極氧化層/硅溝道界面的氮 含量的另一優(yōu)點(diǎn)是可減少固定電荷及降低界面狀態(tài)密度。如此可改善溝道遷移
率與跨導(dǎo)。因此等離子體氮化工藝優(yōu)于熱氮化工藝。隨著半導(dǎo)體器件越變越小，氮化的柵極氧化硅層的尺寸亦已達(dá)其可施行的 極限。然而，進(jìn)一步縮小氮化的柵極二氧化硅層的厚度時(自IOA起)，柵極漏 電已增加到無法應(yīng)用器件的程度。為滿足器件尺寸持續(xù)縮小的要求，需要新的 柵極介電材料及/或工藝。以高k介電材料取代二氧化硅(Si02)己面臨多項(xiàng)挑戰(zhàn)。例如，高k介電材料的沉積方法一般采用化學(xué)氣相沉積(CVD)或原子層沉積(ALD),其易造成含碳 之前驅(qū)材料與其它污染物混入沉積膜層。碳與其它污染物會惡化柵極介電層的 介電性質(zhì)。另外，CVD或ALD沉積的高k膜層與溝道區(qū)域的界面性質(zhì)不如二 氧化硅層扎實(shí)。因此，此領(lǐng)域需要一種用于形成柵極介電層的方法與設(shè)備，所形成的柵極 介電層具有較佳的介電性質(zhì)與較小的EOT。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明大體上提供形成半導(dǎo)體器件的方法，包含形成具預(yù)定厚度的介電 層于基片表面；利用低能量濺射工藝將一定含量的第一材料置入介電層內(nèi)，以 形成貫穿至少部分所形成的介電層厚度的濃度梯度，其中低能量濺射工藝包含 以第一 RF頻率與第一 RF功率將RF能量施加至低能量濺射室的處理區(qū)域，使 標(biāo)靶的第一材料可以被置于介電層中；以及沉積第二材料于介電層上。本發(fā)明的實(shí)施例更提供形成高k介電層的設(shè)備，包含傳輸室，其具有一 個或多個用于構(gòu)成傳送區(qū)域的壁面和設(shè)置于傳送區(qū)域中的傳輸機(jī)械手臂；等離 子體氮化室，連接至傳輸室且設(shè)置以在氮化室中第一處理區(qū)域的基片表面上形 成氮化物，其中等離子體氮化室包含與第一處理區(qū)域?yàn)殡姎膺B通的RF源、和 與第一處理區(qū)域?yàn)檫x擇性連通的含氮?dú)怏w源；以及第一低能量等離子體處理 室，其連接至傳輸室并與機(jī)械手臂為可轉(zhuǎn)移地連通(transferable communication),其中第一低能量等離子體處理室包含一個或多個用于構(gòu)成第 二處理區(qū)域的壁面，標(biāo)靶的表面暴露于第二處理區(qū)域，其中標(biāo)靶包含第一材料， 而第一 RF產(chǎn)生器適于以第一 RF頻率來供應(yīng)能量至第二處理區(qū)域、以及設(shè)置于 第二處理區(qū)域中的基片支撐件。 本發(fā)明的實(shí)施例更提供形成高k介電層的設(shè)備，包含 一個或多個構(gòu)成處 理區(qū)域的壁面；表面暴露于處理區(qū)域的標(biāo)靶；至少一表面為面對處理區(qū)域的基 片支撐件，其中基片支撐件適于支撐具介電層形成于基片表面上的基片；第一 產(chǎn)生器，與標(biāo)靶為電氣連通且設(shè)置以通過輸送頻率為約lMHz至約200MHz的 第一能量到標(biāo)靶來維持處理區(qū)域中的電容耦合等離子體，其中設(shè)置第一產(chǎn)生器 以在標(biāo)靶表面上產(chǎn)生偏壓，以自標(biāo)靶濺射出靶材；以及控制器，設(shè)置該控制器 以控制第一產(chǎn)生器輸送到標(biāo)靶的頻率。本發(fā)明的實(shí)施例更提供形成高k介電層的設(shè)備，包含 一個或多個構(gòu)成處 理區(qū)域的壁面；表面暴露于處理區(qū)域的標(biāo)靶，且標(biāo)靶與直流(DC)電源為電氣連 通；與處理區(qū)域以及第一產(chǎn)生器為電氣連通的第一線圈，其中第一線圈與第一 產(chǎn)生器適于在鄰近標(biāo)靶表面的處理區(qū)域產(chǎn)生等離子體；以及位于處理區(qū)域的基 片支撐件。本發(fā)明的實(shí)施例更提供使用低能量電鍍工藝以形成高k介電層的方法，其 中該低能量電鍍工藝包含將具介電層形成于其上的基片放置于等離子體處理 室的處理區(qū)域；利用低能量濺射工藝來置入第一材料至介電層內(nèi)，其中低能量濺射工藝包含將來自第一RF產(chǎn)生器的多個RF能量脈沖輸送到含有第一材料的 標(biāo)靶，且各RF能量脈沖是以第一RF頻率輸送；以及將來自DC源器件的多個 DC脈沖輸送到標(biāo)耙，其中RF能量脈沖和DC脈沖為同步化。本發(fā)明的實(shí)施例更提供使用低能量電鍍工藝以形成高k介電層的方法，其 中該低能量電鍍工藝包含將具介電層形成于其上的基片放置于等離子體處理 室的處理區(qū)域；利用低能量濺射工藝來置入第一材料至介電層內(nèi)，其中低能量 濺射工藝包含將來自第一RF產(chǎn)生器的多個RF能量脈沖輸送到與處理區(qū)域?yàn)殡?氣連通的線圈，且RF能量是以第一RF頻率與第一功率輸送；以及將來自DC 源器件的多個DC脈沖輸送到含有第一材料的標(biāo)靶，其中RF能量脈沖和DC 脈沖為同步化。本發(fā)明的實(shí)施例更提供使用低能量電鍍工藝以形成高k介電層的方法，其 中該低能量電鍍工藝包含將具介電層形成于其上的基片放置于等離子體處理 室的處理區(qū)域；利用低能量濺射工藝來置入第一材料至介電層內(nèi)，其中低能量 濺射工藝包含將來自第一 RF產(chǎn)生器的多個第一 RF能量脈沖以第一 RF頻率輸 送到與處理區(qū)域?yàn)殡姎膺B通的線圈；以及將來自第一RF產(chǎn)生器的多個第二RF能量脈沖以第二 RF頻率輸送到與處理區(qū)域?yàn)殡姎膺B通的標(biāo)靶，其中多個RF 能量脈沖和多個DC脈沖為同步化。


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，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，當(dāng)可作各種的更動與潤飾 而得等效實(shí)施例。第1A圖(現(xiàn)有技術(shù))繪示FET的截面，且可根據(jù)本發(fā)明來制作。第1B圖(現(xiàn)有技術(shù))為傳統(tǒng)熱氮化工藝與傳統(tǒng)等離子體氮化工藝依據(jù)次級 離子質(zhì)譜數(shù)據(jù)所繪示的氮濃度分布圖。第2A圖為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，繪示制造場效應(yīng)晶體管的柵極介電層 的流程圖。第2B圖為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，繪示制造場效應(yīng)晶體管的柵極介電層 的流程圖。第2C圖為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，繪示制造場效應(yīng)晶體管的柵極介電層 的流程圖。第2D圖為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，繪示制造場效應(yīng)晶體管的柵極介電層 的流程圖。第2E圖為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，繪示制造場效應(yīng)晶體管的柵極介電層 的流程圖。第2F圖為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，繪示制造場效應(yīng)晶體管的柵極介電層 的流程圖。第3A-3F圖為一系列的基片剖面，其上為利用第2A圖的方法制造的柵極 結(jié)構(gòu)。第4A圖繪示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的等離子體處理室的截面。 第4B圖繪示根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的等離子體處理室的截面。 第4C圖繪示根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的等離子體處理室的截面。
第4D圖為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，說明鉿標(biāo)靶與鑭標(biāo)靶的各種性質(zhì)的理 論計(jì)算表。第4E圖為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，用于電容耦合等離子體處理室的自偏 置電壓與頻率的關(guān)系圖。第4F圖繪示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的等離子體處理室的截面。 第4G圖繪示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的等離子體處理室的截面。 第4H圖繪示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的等離子體處理室的截面。 第5A圖為根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，繪示施加至標(biāo)靶的脈沖RF/VHF激發(fā)能量與脈沖DC電壓的非周期的時序圖。第5B圖為根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，繪示施加至標(biāo)靶的脈沖RF/VHF激發(fā)能量與脈沖DC電壓的非周期的時序圖。第5C圖為根據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施例，繪示施加至標(biāo)靶的脈沖DC電壓與連續(xù)RF/VHF能量的非周期的時序圖。第6A圖為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，繪示制造場效應(yīng)晶體管的柵極介電層的方法100的流程圖。第6B-6G圖為一系列的基片剖面，其上為利用第6A圖的方法制造的柵極結(jié)構(gòu)。第7圖繪示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的整合處理系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明大致上是提供用來于基片上形成高質(zhì)量的柵極介電層的方法與設(shè) 備。實(shí)施例包含一方法，其中采用金屬等離子體處理工藝而代替標(biāo)準(zhǔn)的氮化工 藝，以于基片上形成高介電常數(shù)層。實(shí)施例更包含用來"注入"較低能量的金 屬離子的設(shè)備，以減少離子轟擊對柵極介電層(如二氧化硅層)的破壞及避免金 屬原子與下面的硅結(jié)合。本發(fā)明的實(shí)施例可用于形成半導(dǎo)體器件，例如邏輯或 存儲元件。制造高介電常數(shù)的晶體管柵極的方法現(xiàn)今的器件制造工藝難以制造出具5-10A的等效氧化層厚度(EOT)且具低
漏電流的柵極介電層。目前用于65納米至90納米的晶體管節(jié)點(diǎn)中的10-16A 的EOT采用了等離子體氮化工藝。然而，當(dāng)?shù)亩趸钖艠O介電層變得更 薄時(例如IOA)，柵極漏電可能會增加到無法實(shí)際用于器件的程度。為解決較 薄的介電層的柵極漏電問題，以下工藝可利用形成例如含鉿(Hf)、鑭(La)、鋁 (Al)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鍶(Sr)、鉛(Pb)、釔(Y)、或鋇(Ba)的高k介電氧化物或硅 化物材料的沉積工藝來替代等離子體氮化工藝。本發(fā)明包含制造場效應(yīng)晶體管的柵極介電層的方法，用于柵極介電層為約 5-10A的等效(電性)氧化層厚度(EOT)的邏輯型式應(yīng)用。本發(fā)明還包含制造場效 應(yīng)晶體管的柵極介電層的方法，用于柵極介電層為約10-30A的等效(電性)氧化 層厚度(EOT)的存儲型式應(yīng)用。此工藝可用于制造積體半導(dǎo)體器件與電路。形成柵極氧化層的方法與設(shè)備為解決45納米(nm)工藝與較小MOS型器件所常見的柵極性能的問題，己 發(fā)展新穎的工藝來減少及/或消除缺陷，例如費(fèi)米能級釘扎(Fermi-level pinning) 或臨界電壓釘扎。 一般而言，這種工藝包括形成高k介電層、接著終止所沉積 的高k材料的表面以于柵極電極與高k介電材料間形成良好界面。本發(fā)明的實(shí) 施例還提供組合工具(cluster tool)，用于形成高k介電材料、終止高k介電 材料的表面、進(jìn)行一或多道后處理步驟、以及形成多晶硅及/或金屬柵極層。第2A圖繪示本發(fā)明一實(shí)施例的處理程序251，包含一連串根據(jù)本發(fā)明的一 實(shí)施例而用來制造場效應(yīng)晶體管的柵極介電層的步驟。處理程序251 —般包括 多個施行于基片的處理步驟，用以形成典型MOS型器件的柵極結(jié)構(gòu)。第3A-3F 圖繪示了基片401的區(qū)域，其上利用第2A圖的處理程序251形成了柵極氧化 層與柵極。第3A-3F圖并未按比例繪制且已簡化圖示。至少部分的處理程序251 可利用整合的半導(dǎo)體基片處理系統(tǒng)(即組合工具)的處理反應(yīng)器(如第7圖所示) 來進(jìn)行。處理程序251開始于步驟252且進(jìn)行到步驟268。在步驟252，提供了硅(Si) 基片401(例如200毫米的晶片、300毫米的半導(dǎo)體晶片)，其并將其暴露于清洗 液中，以移除基片表面的原生氧化層401A(例如二氧化硅(SiO2))(第3A圖)。在 一實(shí)施例中，原生氧化層401A的移除是使用含氟化氫(HF)與去離子(DI)水的清 洗液。在一實(shí)施例中，清洗液為保持在約2(TC至約3(TC下、含有按重量計(jì)約 0.1-10%的HF的水溶液。在一實(shí)施例中，清洗液包含約0.5wt。/。的HF，且維持 在約25'C。在步驟252中，基片401可浸入清洗液，然后以去離子水洗滌。步 驟252可施行于單一基片處理室或多基片成批處理室，其在處理過程中可包括 超音波能量的傳送?；蛘?，步驟252可施行于整合處理系統(tǒng)600(第7圖)中的單 一基片濕式清洗反應(yīng)室。在另一實(shí)施例中，原生氧化層401A的移除可采用RCA 清洗法。完成步驟252后，基片401放置到真空加載鎖定室或通入氮?dú)?N2)的 環(huán)境。或者，步驟252可施行于整合處理系統(tǒng)600(第7圖)中的單一基片濕式清 洗反應(yīng)室。在步驟254中，熱氧化層(Si02)402形成于已清洗的基片401表面401B(第 3B圖)。熱氧化層402的厚度一般為約3埃至約35埃。以邏輯型式應(yīng)用為例， 熱氧化層402的厚度為約6埃至約15埃；以存儲型式應(yīng)用為例，熱氧化層402 的厚度為約15埃至約40埃。本發(fā)明的實(shí)施例還可應(yīng)用于熱氧化層402的厚度 大于35埃。熱氧化步驟254可形成二氧化硅(Si02)次層(sub-layer)于硅介電 層的界面上。步驟254可改善沉積的介電層(如第3D圖的高k介電層404)上的 介電材料/硅界面的質(zhì)量與可靠度，亦可增進(jìn)在表面401B下方的溝道區(qū)域的電 荷載流子的遷移率。步驟254可施行于快速熱處理(RTP)反應(yīng)器，其位在整合 處理系統(tǒng)600的基片處理室614A-614F的其中之一(第7圖)。 一適合的RTP室 為從美國加州圣克拉拉市的應(yīng)用材料公司(Applied Materials, Inc.)取得的商品 名稱為RADIANCE⑧的RTP室。在一實(shí)施例中，6A的二氧化硅(SK)2)層是利用 18秒、750°C、 2托(Torr)且氧氣(02)流速為2slm的工藝而形成在基片401的表 面401B上。在此實(shí)施例中，氧氣是熱氧化層402形成時注入到處理室的反應(yīng) 氣體；在某些情況下，惰性載氣可加至處理室，以達(dá)預(yù)定室壓?；蛘咴谀承┣?況下，步驟254可使用反應(yīng)氣體，例如一氧化氮(NO)、氧化亞氮(N20)、或混合反應(yīng)氣體，例如氫氣(H2)/氧氣(02)、和氧化亞氮(N20)/氫氣(H2)。在步驟257中，熱氧化層402被暴露于含金屬離子的等離子體，用以摻雜 預(yù)定材料至熱氧化層中而形成高k介電層403。步驟257所形成的高k介電層 403可以是摻雜鉿(Hf)、鑭(La)或其它類似材料的二氧化硅層。在一實(shí)施例中， 低能量沉積工藝施行于類似參照第4A-4C圖與第4F圖說明于下的處理室。在
一實(shí)施例中，輸送摻雜劑材料至熱氧化層402是期望通過下列過程實(shí)現(xiàn)的使 用輸送至處理區(qū)域522的RF能量來產(chǎn)生等離子體，接著，形成陰極偏壓至標(biāo) 靶(如第4A圖的器件符號505或第4B圖的器件符號571)上，以從其中濺射出 材料。在一方面中，還期望將基片支撐件562加以RF偏壓、DC偏壓或接地， 以使經(jīng)濺射與離子化的材料注入熱氧化層402的預(yù)定深度內(nèi)。在另一方面中， 還期望電氣"浮置(float)"基片支撐件562，且因產(chǎn)生自偏壓的故，而使基片支 撐件562相對等離子體之間所產(chǎn)生的電壓為低電壓，以減少離子化材料撞擊熱 氧化層402的能量。各種傳送低能量材料來摻雜熱氧化層402的方法將參照第 4A-4F圖及第5A-5C圖說明于下。借著小心控制室壓、RF功率、脈沖DC功率、 施加于基片支撐件562的偏壓、及/或處理時間，則可控制摻雜量與濃度對應(yīng)摻 雜劑材料在熱氧化層402內(nèi)的深度的關(guān)系。在一實(shí)施例中，等離子體可包含氬 離子與金屬離子，如鉿、鑭、鋁、鈦、鋯、鍶、鉛、釔和鋇，也可包含一個或 多種選擇性惰性氣體。典型的惰性氣體可包括氖氣(Ne)、氦氣(He)、氪氣(Kr)、 氙氣(Xe)、氮?dú)?N2)等。在一實(shí)施例中，熱氧化層402摻有約5-30原子％的鉿 (Hf)。 一般期望降低熱氧化層402的摻雜劑濃度，使?jié)舛仍跓嵫趸瘜?02與硅 溝道表面(例如表面4Q1B)間的界面或至少數(shù)埃前即降至近乎為零。在一實(shí)施例 中，當(dāng)使用感應(yīng)耦合型式的處理室(第4A圖的器件符號500)時，其采用180秒 與室壓為10毫托(mT)(例如主要是氬氣)的工藝來將平均濃度為10原子％的鉿 (Hf)置入熱氧化層402內(nèi)，此工藝施加-150 VDC至鉿標(biāo)靶(符號505)，并使用 5。/。的占空比(duty cycle)和"浮置"的基座、以13.56 MHz的頻率與50瓦(W)的功 率來輸送RF能量至線圈(器件符號509)。在另一實(shí)施例中，當(dāng)使用類似第4G 圖的制成配置時，其采用180秒與室壓為IO毫托(例如主要是氬氣)的工藝來將 平均濃度為7原子c/o的鉿(Hf)置入熱氧化層402內(nèi)，且工藝施加平均約100瓦 的RF功率(即約5%的占空比與約2000瓦的最大RF功率)至含鉿的標(biāo)靶505， 且使用"浮置"的基座、以13.56 MHz的頻率來施加平均約100瓦的RF功率(即 約5%的占空比與約2000瓦的最大RF功率)至線圈509。在一實(shí)施例中，為避 免進(jìn)行步驟257時破壞了熱氧化層402，平均RF功率乃維持小于約1000瓦。 在另一實(shí)施例中，進(jìn)行步驟257時所用的平均RF功率為小于約200瓦。在又 一實(shí)施例中，進(jìn)行步驟257時所用的平均RF功率為小于約50瓦。在一實(shí)施例
中，步驟257施行于低能量等離子體處理室(如處理室500或處理室501)，其位 于整合處理系統(tǒng)600的基片處理室614A-614F的其中之一(第7圖)。在一實(shí)施例中，如第2A及3D圖所示，是進(jìn)行步驟256來采用金屬有機(jī)化 學(xué)氣相沉積(MoCVD)工藝、原子層沉積(ALD)工藝或其它類似的沉積工藝而沉 積高k介電層404至基片401的表面401B，以代替進(jìn)行步驟254與步驟257 來從熱氧化層402形成高k介電層403。高k介電層404可包含氧化鋯(Zr02)、 氧化鉿(Hf;Oy)、鉿硅酸鹽氧化物(Hf;Si^Oy)、氧化鑭(1^203)、及/或氧化鋁 (A1203)，但不以此為限。步驟256可施行于原子層沉積系統(tǒng)，例如從應(yīng)用材料 公司取得的Centura ALD High-K系統(tǒng)。ALD型反應(yīng)器亦可位在整合處理系統(tǒng) 600的基片處理室614A-614F的其中之一(第7圖)。在步驟259中，高k介電層403或高k介電層404的表面是利用等離子體 沉積工藝來終止，以形成終止區(qū)域405。終止區(qū)域405的形成方法一般是沉積 一材料層及/或摻雜高k介電層403或高k介電層404的區(qū)域。增加含有鈍化材 料(如氧化鑭0^203)或氧化鋁(八1203))的終止區(qū)域405認(rèn)為將可使表面成鈍化及 解決傳統(tǒng)ALD或MoCVD的高k層常見的費(fèi)米能級釘扎定住或臨界電壓漂移 問題。在一實(shí)施例中，高k介電層403或高k介電層404摻有約0.1-10原子％ 的鑭(La)及/或約0.1-10原子。/。的鋁(Al)。在另一實(shí)施例中，高k介電層403或 高k介電層404摻有約0.25-5原子。/o的鑭(La)及/或約1-10原子％的鋁(八1)。期 望降低高k介電層403或高k介電層404的慘雜劑濃度，使?jié)舛戎粩U(kuò)展至高k 介電層403或高k介電層404的數(shù)埃深度。在一實(shí)施例中，使用下述第4A-4C 圖的處理室將鑭(La)摻雜劑驅(qū)入高k介電層403內(nèi)。在一實(shí)施例中，采用120 秒與室壓為10毫托(例如主要是氬氣)的工藝來將平均濃度為0.5原子Q/。的鑭(La) 驅(qū)入摻雜10原子％的鉿的高k介電層403內(nèi)，且工藝施加-100 VDC至鑭標(biāo)靶(如 第4A圖的器件符號505)并使用5%的占空比和"浮置"的基座、以13.56 MHz的 頻率與50瓦的功率來輸送RF能量至線圈(如第4A圖的器件符號509)。在一實(shí)施例中，步驟259可施行于類似第4A-4C圖的處理室500或處理室 501的處理室。在此結(jié)構(gòu)中，終止區(qū)域405的形成方法是采用類似上述步驟257 的低能量注入工藝。在一方面中，輸送摻雜劑材料至高k介電層403的最上層 區(qū)域是通過下列過程實(shí)現(xiàn)的使用輸送至處理區(qū)域522的RF能量來產(chǎn)生等離
子體，接著形成陰極偏壓至標(biāo)靶505，以從其濺射出材料?；渭?62可 加以RF偏壓、DC偏壓、接地、或浮置，使濺射與離子化的材料注入高k介電 層403。各種傳送低能量材料來摻雜高k介電層403的方法將參照第4A-4F圖 及第5A-5C圖說明于下。借著小心控制室壓、RF功率、脈沖DC偏壓、施加 于基片支撐件562的隨意偏壓、及/或處理時間，則可控制摻雜量與濃度對應(yīng)摻 雜劑材料在高k介電層403內(nèi)的深度的關(guān)系。在一實(shí)施例中，摻雜劑為含鋁材 料、含鑭材料、或其它類似材料。在一實(shí)施例中，步驟259可施行于處理室500，其位于整合處理系統(tǒng)600 的基片處理室614A-614F的其中之一(第7圖)。在一方面中，用來進(jìn)行步驟259 的處理室500不同于用來進(jìn)行步驟257的處理室。在另一實(shí)施例中，從屬整合 處理系統(tǒng)600的單一處理室500是用來進(jìn)行步驟257與步驟259的，但各步驟 是使用不同的靶材進(jìn)行的，其置于處理室500的處理區(qū)域522中。根據(jù)步驟259的另一實(shí)施例，終止區(qū)域405可以是利用濺射工藝沉積至高 k介電層403表面上的附加材料層。在一方面中，濺射工藝施行于類似第4A-4C 圖的處理室500或處理室501的處理室。在此結(jié)構(gòu)中，終止區(qū)域405的形成是 通過下列過程實(shí)現(xiàn)的使用輸送至處理區(qū)域522的RF能量來產(chǎn)生等離子體， 接著形成陰極偏壓至標(biāo)靶505而從其濺射出材料，從而沉積靶材至高k介電層 403上。基片支撐件562可加以RF偏壓、接地、或電氣浮置，以控制將要注入 高k介電層403的、經(jīng)濺射與離子化的材料的能量及深度。在一實(shí)施例中，沉 積層含有鋁(A1)、鑭(La)、或其它適合的材料。在一實(shí)施例中，選擇性步驟260釆用含氧的RF等離子體來氧化暴露的材 料并將其轉(zhuǎn)化成介電材料。在一實(shí)施例中，高k介電層403、高k介電層404、 及/或終止區(qū)域405被暴露在含氧的等離子體中，以形成氧化鋁或氧化鑭。在另一實(shí)施例中，含氮(N2)的等離子體也可包含一個或多種氧化氣體，例如氧氣(02)、一氧化氮(NO)、氧化亞氮(N20)。等離子體還可包含一個或多種選擇性惰性氣 體，例如氬氣(Ar)和氦氣(He)。步驟260例如可施行于整合處理系統(tǒng)600(第7 圖)的去耦合等離子體氮化(DPN)等離子體反應(yīng)器。在一實(shí)施例中，熱氧化步驟 代替等離子體氧化步驟來氧化暴露的材料并將其轉(zhuǎn)化成介電材料。在一實(shí)施例 中，等離子體氧化步驟采用5%的占空比與1000瓦的最大RF功率(即50瓦的 平均功率)、以13.56 MHz的頻率施加30秒，并采用流速約100 sccm的氮?dú)馀c 流速約100 sccm的氧氣來氧化暴露的材料。在另一實(shí)施例中，選擇性步驟262是用來代替步驟260。在步驟262中， 高k介電層403或高k介電層404、和基片401以約60(TC至約IIO(TC進(jìn)行退 火處理。以較低溫度來進(jìn)行退火處理(例如退火溫度為約600'C至約80(TC)有助 于防止在沉積材料前產(chǎn)生結(jié)晶，例如含硅(Si)、氧(02)或二者的鉿。步驟262可 施行于適當(dāng)?shù)臒嵬嘶鹗?，例如整合處理系統(tǒng)600的11八01八>^￡@反應(yīng)器或RTP XE+反應(yīng)器、或單一基片或批次爐管。步驟262可在高k介電層403或終止區(qū) 域405中形成硅酸化次層。在-一實(shí)施例中，步驟262可至少采用約2-5000sccm 的氧氣(02)和約100-5000sccm的一氧化氮(NO)其中之一來進(jìn)行、或選擇性混入 氮?dú)?N。，且維持基片表面溫度為約600'C至約IIOO'C、處理室壓力為約0.1-50 托。此工藝可進(jìn)行約5-180秒。在一實(shí)施例中，步驟262為15秒、90(TC、 1 托的工藝，其采用流速約60 sccm的氧氣(02)與流速約940 sccm的氮?dú)?N》。 在另一實(shí)施例中，氧氣(02)供應(yīng)量為約200 sccm(例如氧氣分壓為約200mT)、 氮?dú)?N》為約800 sccm，且在約IOOO'C下維持室壓為約1托、為期約15秒。 在又一實(shí)施例中，NO為約500sccm，且在基片溫度為約IOO(TC下維持室壓為 約0.5托、為期約15秒。在一實(shí)施例中，步驟260或步驟262是在步驟256、步驟257或步驟259 之后進(jìn)行。根據(jù)程序251的一實(shí)施例，類似步驟260或步驟262的氧化步驟可 在步驟257與步驟259之間進(jìn)行，以在終止區(qū)域405沉積至高k介電層403上 之前，再次氧化步驟257所沉積的摻雜劑材料。在步驟264中，終止區(qū)域405和高k介電層403或高k介電層404以氮等 離子體處理來增加這些區(qū)域的含氮量。此工藝可使用DPN反應(yīng)器且提供約 10-2000 sccm的氮?dú)?N2)、約20-500。C的基座溫度、及約5-200毫托的反應(yīng)室 壓力。射頻(RF)等離子體例如以13.56MHz或60MHz、和高達(dá)約3-5仟瓦(kW) 的連續(xù)波(CW)或脈沖等離子體電源來供應(yīng)能量。產(chǎn)生脈沖時，最大RF功率、 頻率與占空比的范圍一般分別為約10-3000瓦、約10kHz與約2%-100%。此工 藝可進(jìn)行約1秒至約180秒。在一實(shí)施例中，氮?dú)?N2)的供應(yīng)量為約200 sccm， 且約1000瓦的最大RF功率以約10kHz與施加于感應(yīng)等離子體源的約5%的占
空比、約25。C的溫度、和約10-80毫托的壓力等條件來產(chǎn)生脈沖、為期約15 秒至約180秒。等離子體可利用準(zhǔn)遙(quasi-remote)等離子體源、感應(yīng)等離子體 源、輻射線帶槽天線(radial line slotted antenna; RLSA)源、或其它等離子體源 等產(chǎn)生。在另一實(shí)施例中，CW及/或脈沖微波電源可用來形成高含氮量的區(qū)域。 在步驟266中，基片401可經(jīng)退火處理，以減少基片401上各層間的漏電 流，并增進(jìn)電荷載流子在表面401B下方的溝道區(qū)域的遷移率及改善形成器件 的可靠度。步驟266有助于減少形成于基片401上的膜層的缺陷數(shù)量。在步驟 266中，退火處理或鈍化(passivate)步驟264所形成的氮化層認(rèn)為將有助于促進(jìn) 有效阻擋層的形成，以阻擋硼從摻雜硼的多晶硅柵極電極擴(kuò)散。步驟266可施 行于適當(dāng)?shù)臒嵬嘶鹗?，例如整合處理系統(tǒng)600的RADIANCE 反應(yīng)器或RTP XE+ 反應(yīng)器、或單一基片或批次爐管。在一實(shí)施例中，步驟266的退火工藝可至少 采用流速為約2-5000 sccm的氧氣(02)和流速為約100-5000 sccm的一氧化氮 (NO)其中之一、或選擇性混入氮?dú)?N2)，且維持基片表面溫度為約80(TC至約 IIO(TC、處理室壓力為約0.1-50托。此工藝可進(jìn)行約5-180秒。在一實(shí)施例中， 氧氣(02)供應(yīng)量為約500 sccm，且在約100(TC下維持室壓為約0.1托、為期約 15秒。在一實(shí)施例中，步驟266使用類似上述步驟262的工藝配方(process recipe)。一旦完成步驟260、 262、 264、或266后，進(jìn)行步驟268來沉積一或多層 膜層至已形成的膜層上，以構(gòu)成MOS器件的柵極區(qū)域或柵極電極。根據(jù)步驟 268的一實(shí)施例，多晶硅層沉積到上述膜層上方的柵極區(qū)域中而提供柵極電極。 在一實(shí)施例中，多晶硅層的沉積是采用傳統(tǒng)多晶硅沉積工藝。在一實(shí)施例中， 多晶硅沉積室(未繪示)為整合處理系統(tǒng)600的一部分。在一實(shí)施例中，多晶硅 利用CVD或ALD反應(yīng)器而沉積于程序251所形成的膜層上方，而此反應(yīng)器例 如從應(yīng)用材料公司取得的Centura CVD反應(yīng)器，其包含整合處理系統(tǒng)600的基 片處理室614A-614F的其中之一(第7圖)。根據(jù)步驟268的另一實(shí)施例，如第3F圖所示，柵極區(qū)域408包含多層導(dǎo) 體層，如薄金屬層407與多晶硅層406。在一實(shí)施例中，柵極區(qū)域408包含薄 金屬層407，其沉積于處理程序251所形成的膜層上，以提供載流子濃度比傳 統(tǒng)多晶硅柵極材料還高的柵極材料。薄金屬層407的厚度為約5-200A，較佳為
小于約30A。在一實(shí)施例中，薄金屬層407包含金屬，例如鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、 碳化鉭(TaC)、鎢(W)、氮化鎢(WN)、氮化鉭硅(TaSiN)、鉿(Hf)、鋁(A1)、釕(Ru)、 鈷(Co)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、氮化鋁鈦(TiAlN)、氮化釕(RuN)、氮化鉿(HfN)、硅化 鎳(NiSi)、氮化鈦(TiN)、或其它適合的材料。薄金屬層407的形成較佳是采用 處理室500(第4A圖)或處理室501(第4B-4C圖)，其從屬整合處理系統(tǒng)600(第 7圖)。在此結(jié)構(gòu)中，薄金屬層407是通過沉積耙材至處理程序251所形成的膜 層上而形成的，其使用RF能量來產(chǎn)生等離子體并偏壓標(biāo)靶以從其濺射出金屬， 接著選擇性偏壓基片支撐件562(第4A-4B圖)，使經(jīng)濺射與離子化的金屬材料 沉積到先前形成的膜層上。使用RF能量來驅(qū)動濺射沉積工藝正可允許少量的 材料可靠地沉積于基片表面。相反地，由于使沉積速率降至一定低程度來形成 薄金屬層所需施加的濺射(DC)電壓通常無法維持住濺射等離子體，故傳統(tǒng)物理 氣相沉積或?yàn)R射技術(shù)嚴(yán)重受限于其可靠沉積少量材料的能力。在其它實(shí)施例 中，薄金屬層407的形成方法可采用傳統(tǒng)CVD、 PECVD或ALD工藝。第2B圖繪示處理程序251的另一實(shí)施例。第2B圖的處理程序251同于第 2A圖所述的步驟，除了二個選擇性步驟258A及/或步驟258B的至少其中之一 增加到步驟257或步驟256與步驟259之間。在一實(shí)施例中，等離子體氮化步 驟被加入處理程序251中，用以氮化步驟254、 256或257的一所形成的高k 介電層403或高k介電層404中的一個或多種材料。在一實(shí)施例中，期望利用 等離子體氮化工藝來形成含氮化鉿的膜層，以防止高k介電層403或高k介電 層404中的鉿材料在后續(xù)退火步驟(如步驟258B、 262或266)中結(jié)晶。在一實(shí) 施例中，步驟258A是采用步驟264所述的工藝進(jìn)行的。在一實(shí)施例中，選擇性熱退火步驟(步驟258B)被加入處理程序251中，用 以減少所形成的高k介電層403或高k介電層404中的缺陷與應(yīng)力，進(jìn)而改善 形成器件的可靠度。在一實(shí)施例中，步驟258B是采用步驟262及/或步驟264 所述的工藝進(jìn)行的。在一實(shí)施例中，步驟258B是在上述步驟258A完成后進(jìn)行 的。在一實(shí)施例中，步驟258B為15秒、900°C、 1托的工藝，其使用流速約 60 sccm的氧氣(02)與流速約940 sccm的氮?dú)?N》。第2C圖繪示處理程序251的又一實(shí)施例。第2C圖的處理程序251同于第 2A圖所述的步驟，除了步驟253增加到步驟252與步驟254之間，且步驟256
在完成步驟254后進(jìn)行。在此實(shí)施例中，等離子體氮化步驟(步驟253)加入處理 程序251的移除原生氧化層步驟252之后，用以在進(jìn)行步驟254或256之前先 氮化基片表面。氮化的硅基片表面認(rèn)為將有助于形成期望的氧氮化硅(SiON)層， 其留在后續(xù)熱氧化步驟(步驟254)所形成的氧化硅層的表面或附近。在二氧化硅 層的表面或附近形成SiON層有助于減少柵極電極材料(步驟268)在后續(xù)的工藝 步驟中擴(kuò)散到柵極介電層。步驟256與步驟254于本實(shí)施例的順序已經(jīng)改變， 以于沉積高k介電層步驟256之前形成氧氮化硅(SiON)界面層，此將有助于改 善高k介電層與器件溝道區(qū)域的界面性質(zhì)。步驟253可施行于從美國加州圣克 拉拉市的應(yīng)用材料公司取得的DPN反應(yīng)器。在一實(shí)施例中，步驟253為10秒、 70毫托的工藝，其使用25瓦的平均RF功率(5%的占空比與500瓦的最大RF 功率)、2(K)sccm的氮?dú)?N2)氣流和約25'C的基片溫度。并且根據(jù)處理程序251 的一實(shí)施例，步驟254經(jīng)修改以確保步驟253所得的經(jīng)氮化的硅表面仍保留預(yù) 定的性質(zhì)。在此狀況下，還期望在進(jìn)行步驟254時注入其它的反應(yīng)氣體(例如氮 氣(N2))及氧氣至處理室中，以確保形成高質(zhì)量的介電層。在一實(shí)施例中，氧氮 化硅(SiON)層形成于表面401B的方法是采用30秒、105(TC、 5托(即氧氣分壓 為約15mT)的工藝，其使用流速約15 sccm的氧氣(02)與流速約5 slm的氮?dú)?(N2)，接著流速調(diào)節(jié)為0.5 slm的氧氣(02)與約4.5 slm的氮?dú)?N2)、為期15秒。 第2D圖繪示處理程序251的再一實(shí)施例。第2D圖的處理程序251同于第 2A圖所述的步驟，除了二個選擇性步驟255A或步驟255B增加到步驟254與 步驟257之間。在一實(shí)施例中，選擇性等離子體氮化步驟(步驟255A)加入步驟 254與步驟257之間，用以氮化步驟254所形成的熱氧化層上表面而形成SiON 層。SiON層可當(dāng)作擴(kuò)散阻擋層，用來防止柵極電極材料擴(kuò)散到柵極介電層。 在一實(shí)施例中，步驟255A為30秒、10毫托的工藝，其使用50瓦的平均RF 功率(5%的占空比與1000瓦的最大RF功率)、200 sccm的氮?dú)?N2)和約25'C的 基片溫度。參照第2D圖，在一實(shí)施例中，選擇性熱退火步驟(步驟255B)被加入處理 程序251中，用以減少所形成的高k介電層403中的缺陷與應(yīng)力，進(jìn)而改善形 成器件的可靠度。在一實(shí)施例中，退火處理步驟255B可至少采用流速約15 sccm 的氧氣(02)和約500 sccm的氮?dú)?N2)其中之一，且維持基片表面溫度為約
105(TC、處理室壓力為約l-5托。在另一實(shí)施例中，步驟255B是采用步驟262 及/或步驟266所述的工藝。在一實(shí)施例中，步驟255B是在上述步驟255A完 成后進(jìn)行。第2E圖繪示處理程序251的另一實(shí)施例。第2E圖的處理程序251同于第 2A圖所述的步驟，除了移掉了步驟254,且步驟252修改成濕式清洗步驟252A 以形成含氧化硅的界面層。在此實(shí)施例中，新步驟252A利用濕式清洗工藝來 清洗且有意地形成氧化層于基片表面401B。新步驟252A可施行于從美國加州 圣克拉拉市的應(yīng)用材料公司取得的Emersion 反應(yīng)器。在一實(shí)施例中，步驟 252A形成4-5埃的氧化層，方法包括將基片浸入稀釋氫氟酸(HF)浴中8分鐘， 接著洗滌基片且將基片浸入維持于5(TC的第一標(biāo)準(zhǔn)清洗(SC1)浴(例如小于 5vol.%的氫氧化銨(NH4OH)々j、于3vol.%的過氧化氫(11202)/余量的去離子水)中 6分鐘，然后在含有去離子水的兆音波啟動槽(g卩1500瓦)中洗滌基片一段時間。 在另一實(shí)施例中，氧化層是由使用含臭氧(03)的清洗液的濕式清洗工藝所形成 的。第2F圖繪示處理程序251的又一實(shí)施例。第2F圖的處理程序251同于第 2A圖所述的步驟，除了步驟256是在步驟254完成后進(jìn)行的。在此實(shí)施例中， 步驟256與步驟254的順序己經(jīng)改變，以于沉積高k介電層步驟256之前形成 二氧化硅(Si02)薄層(如小于10A)。在一實(shí)施例中，薄高k介電層404是利用 ALD型式的沉積工藝而沉積于步驟254中所生長的熱氧化層402上的。此結(jié)構(gòu) 有用的原因在于，步驟254形成的二氧化硅薄層在介電層與器件溝道區(qū)域的接 面提供了良好的介電層/溝道區(qū)域界面性質(zhì)，同時提供了完成的堆棧結(jié)構(gòu)的期望 介電性質(zhì)。上述設(shè)計(jì)的硬設(shè)備方面如上所述，形成高k介電層的方法是期望使用搭配上述步驟257與259的 等離子體處理工藝。采用高等離子體電位(例如數(shù)十伏特)的等離子體處理工藝 可能會破壞薄柵極介電層，甚至?xí)⑥Z擊的金屬原子結(jié)合至所形成的MOS器 件下方的溝道區(qū)域。破壞介電層(如二氧化硅層)或?qū)⒔饘僭咏Y(jié)合至下方區(qū)域 是不期望發(fā)生的，因其會降低器件性能及增加漏電流。下述的各種實(shí)施例可利 用等離子體處理工藝來可靠地形成柵極介電層?？捎脕磉M(jìn)行此種金屬等離子體處理工藝的設(shè)備實(shí)例將配合第4A-4C、 4F圖說明于下。 感應(yīng)耦合等離子體處理室第4A圖繪示等離子體處理室500的一實(shí)施例的截面，其可用來進(jìn)行上述 步驟257及/或步驟259。在此結(jié)構(gòu)配置下，處理室500為感應(yīng)耦合等離子體處 理室，其可處理位于處理區(qū)域522中的基片502，例如基片401(第3A圖)。在 一實(shí)施例中，處理室500是經(jīng)修改的去耦合等離子體氮化(DPN)室，其從美國 加州圣克拉拉市的應(yīng)用材料公司取得且使用感應(yīng)耦合RF源。處理室500 —般包含感應(yīng)RF源組件591、 DC源組件592、標(biāo)靶505、系 統(tǒng)控制器602、處理室組件593、和基片支撐組件594。處理室組件593 —般包 含可在處理區(qū)域522構(gòu)成真空的組件，使等離子體工藝在此進(jìn)行。處理室組件 593 —般包含室底527、室壁528和室蓋529，它們可密封地包圍處理區(qū)域522。 處理區(qū)域522可利用真空泵510來排空到預(yù)定的真空壓力，泵510經(jīng)由室底527 及/或室壁528連接處理區(qū)域522。 一般而言，室壁528與室底527可由金屬構(gòu) 成，例如鋁或其它適合的材料。在一實(shí)施例中，室壁528具有可拆除的腔室屏 蔽(未繪示)，以避免來自標(biāo)靶505的濺射材料落在室壁528上。感應(yīng)RF源組件591 —般包含RF產(chǎn)生器508和RF匹配器508A,其連接 至鄰近室蓋529的線圈509。在一實(shí)施例中，RF產(chǎn)生器508可以在約400kHz 至約20MHz的頻率下而操作于約0-3000瓦。在一實(shí)施例中，RF產(chǎn)生器508的 操作頻率為13.56MHz。室蓋529 —般為介電組件(例如石英、陶瓷材料)，用以 使感應(yīng)RF源組件591的RF能量在處理區(qū)域522中形成等離子體。在一實(shí)施例 中，線圈509位于標(biāo)耙505附近，如此在進(jìn)行濺射時，產(chǎn)生于處理區(qū)域522的 等離子體將形成在標(biāo)靶的活化表面附近。控制活化表面附近的等離子體有助于 控制低能量濺射沉積工藝所濺射的標(biāo)靶區(qū)域附近的等離子體密度。因等離子體 由線圈509產(chǎn)生的故，此結(jié)構(gòu)配置亦有利于減少不當(dāng)?shù)牡入x子體轟擊超薄的柵 極介電層。在一實(shí)施例中，室蓋529被修改成使真空密封的電氣饋通口 (feed-through) 504接觸位于處理區(qū)域522的標(biāo)耙505。在此結(jié)構(gòu)配置下，同軸電纜506是連
接自真空密封的電氣饋通口 504的，以輸送DC電源507的能量，促使等離子 體產(chǎn)生的離子將標(biāo)靶505材料濺射至基片502上。在一方面中，配合第5A-5C 圖說明于下的系統(tǒng)控制器602是用來同步化RF產(chǎn)生器508的輸出與輸送自DC 源組件592的DC功率。在一實(shí)施例中，標(biāo)耙505可由單一材料或合金組成， 合金所含的元素選自由鉿(Hf)、鑭(La)、鋁(A1)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鍶(Sr)、鉛(Pb)、 釔(Y)、或鋇(Ba)構(gòu)成的群組。在一方面中，處理室組件593還包含氣體輸送系統(tǒng)550，用以輸送一個或 多種處理氣體至室底527、室壁528和室蓋529所構(gòu)成的處理區(qū)域522中。處 理區(qū)域522的壓力可由系統(tǒng)控制器602控制，其用來調(diào)整氣體輸送系統(tǒng)550所 輸送的氣體的流量及真空泵510的抽吸速度，而泵510由節(jié)流閥511調(diào)節(jié)。在 一方面中，處理過程的室壓為約5毫托至約100毫托?；谓M件594 —般包括含有基片支撐構(gòu)件562A的基片支撐件562。基 片支撐構(gòu)件562A可以是主動托住處理基片的傳統(tǒng)靜電吸座、或單純?yōu)榛?撐座。控溫器561 —般用來加熱及/或冷卻基片支撐構(gòu)件562A達(dá)預(yù)定溫度，而 此預(yù)定溫度是通過控溫器561利用傳統(tǒng)手段所設(shè)定的，例如埋置阻抗加熱元件 或耦接至熱交換器(未繪示)的流體冷卻溝道。在一方面中，控溫器561適于操 作與加熱放置于基片支撐構(gòu)件562A上的基片502，使其溫度達(dá)到約2CTC至約 800°C。工藝進(jìn)行時，基片支撐件562可連接至RF產(chǎn)生器523，如此，RF偏壓 可施加至部分的基片支撐件562，以將產(chǎn)生于處理區(qū)域522中的等離子體中的 離子拖拽到基片502的表面。在一實(shí)施例中，基片支撐構(gòu)件562A在進(jìn)行等離 子體工藝時被接地、DC偏壓或電氣浮置，以減少離子轟擊破壞基片502。將RF產(chǎn)生器508的RF能量傳送到處理區(qū)域522將造成處理區(qū)域中的氣體 原子離子化。等離子體中離子化的氣體原子接著因DC源組件592施加至標(biāo)耙 505的陰極偏壓而被吸引至標(biāo)靶505，使得材料可自標(biāo)耙505濺射出來并落于 基片502表面。為了降低感應(yīng)RF源組件591輸送的RF能量與DC源組件592 施加的DC偏壓相互干擾與作用，通常期望同步化輸送自DC源組件592與RF 源組件591的能量脈沖，以使相互干擾最小化，且同時使得沉積速率、膜層均 勻度和膜層質(zhì)量最大化。通過產(chǎn)生并維持低電子溫度和低離子能量等離子體以 產(chǎn)生感應(yīng)RF源脈沖來激發(fā)等離子體，可緩和高等離子體電位破壞基片表面的 相關(guān)問題。
一般而言，脈沖式RF感應(yīng)等離子體產(chǎn)生的離子為低離子能量的離子(例如小于10電子伏特(eV))，因此不會破壞位于等離子體內(nèi)的基片。此更完 整說明于美國專利證書號6，831，021、申請日為公元2003年6月12日的申請案， 其一并附上供作參考。理論計(jì)算(參見第4D圖)暗指，大部分惰性氣體(如氬氣 (Ar)、氖氣(Ne)、氦氣(He)、氪氣(Kr)或氙氣(Xe))的低離子能量將無法從脈沖式 RF源得到足夠的能量來濺射出標(biāo)靶原子，而其中標(biāo)靶組成為鉿(Hf)、鑭(La)、 或其它重金屬或介電材料。例如，以氬氣等離子體為例，Hf與La標(biāo)靶的濺射 臨界能量分別為42.3eV與25.5eV，離子注入到柵極氧化層中的安全離子能量 通常小于10eV。因此就RF感應(yīng)等離子體而言，夠低而可用來形成柵極介電層 的離子能量并不足以用來從靶材濺射出期望的金屬離子。故需使用DC源組件 592來施加DC偏壓至標(biāo)耙，以進(jìn)行濺射工藝。脈沖沉積工藝的各種方面將配 合第5A-5C圖說明于下。電容耦合等離子體處理室第4B-4C圖繪示等離子體處理室的另一實(shí)施例的截面，其可用來進(jìn)行上述 步驟257及/或步驟259。在此結(jié)構(gòu)配置下，處理室501為電容耦合等離子體處 理室，其可處理位于處理區(qū)域522的基片502。處理室501—般包含超高頻(VHF) 源組件595、標(biāo)耙組件573、系統(tǒng)控制器602、處理室組件596、和基片支撐組 件594。在此結(jié)構(gòu)配置下，電容耦合等離子體是利用連接至標(biāo)靶571的VHF源 組件595而形成在標(biāo)靶571與處理室組件596的接地室壁528之間的處理區(qū)域 522中的。處理室組件596 —般包含上述第4A圖的所有組件，除了室蓋529 被密接于室壁528的標(biāo)靶組件573與電氣絕緣件572取代。處理室組件596的 組件和基材支撐組件594同于或類似上述處理室500的組件，因此將使用同樣 的組件符號且不再贅述。參照第4B圖，在一實(shí)施例中，VHF源組件595包含RF源524和匹配器 524A，用以透過標(biāo)靶組件573的一個或多個部件來傳送RF能量至處理區(qū)域 522。標(biāo)靶組件573 —般包含背板組件570和標(biāo)靶571。背板組件570可包含流 體通道(未繪示)，以于工藝進(jìn)行時利用熱交換器(未繪示)輸送的流體冷卻標(biāo)靶、 以及包含磁控管組件(未繪示)，其適于促進(jìn)靶材充分利用并提升沉積均勻度。
處理室501運(yùn)作時，VHF源組件595是用來偏壓標(biāo)靶571的，使標(biāo)靶571 的材料原子沉積于基片502表面。在一實(shí)施例中，VHF源組件595的RF源524 是以約l-200MHz的RF頻率與約0.01-5kW的功率且透過標(biāo)靶組件573來傳送 功率至處理區(qū)域522。在一實(shí)施例中，由于橫越等離子體鞘(sheath)的壓降而導(dǎo) 致等離子體產(chǎn)生的離子濺射出標(biāo)靶571表面的材料，因此VHF源組件595是 用來在電容耦合標(biāo)靶571上產(chǎn)生自偏壓的，以提供足夠的能量。因陽極與陰極 (例如標(biāo)耙571)的表面積不同，故利用VHF源偏壓的電容耦合電極或標(biāo)耙571 一般將達(dá)到自偏置電壓。標(biāo)耙571在處理時達(dá)到的自偏置電壓可加以調(diào)整來最 佳化標(biāo)耙571的濺射速率。第4E圖為自偏置電壓(VDc)對應(yīng)頻率的關(guān)系圖。此 圖一般顯示，當(dāng)以越來越高的頻率偏壓時，頻率對電極的自偏置電壓的影響。 將注意的是，自偏置電壓隨著頻率提高而降低，因此通過提高VHF源器件595 的頻率則可降低撞擊標(biāo)靶的離子能量。例如，在壓力為50毫托且使用氬氣與 300瓦的RF功率的狀況下，以頻率27MHz的RF信號偏壓的標(biāo)耙將具有約-200V 的偏置電壓，而以100MHz的RF信號偏壓的標(biāo)靶將只有約IOV的電壓。在另 一實(shí)施例中，使用約固定約400瓦的RF功率來改變RF頻率為約60-100MHz， 可改變標(biāo)靶上的DC偏壓為約-50V至約-20V。以VHF范圍中的RF頻率來傳送能量至標(biāo)耙571 ，可改善步驟257及/或步 驟259的處理結(jié)果，而使其優(yōu)于在較低RF頻率下進(jìn)行的處理結(jié)果，此乃因標(biāo) 靶上的DC偏壓變化變小了，而DC偏壓為頻率變化與輸送至標(biāo)靶571的RF 功率變化的函數(shù)。減小DC偏壓的變化對進(jìn)行低能量濺射工藝而言是很重要的。 因此，通過控制RF能量的頻率與功率，例如以預(yù)定的占空比(將說明于下)來輸 送功率至標(biāo)靶571，可正確且反復(fù)控制標(biāo)靶上的DC偏壓。精確控制DC偏壓 可確保摻雜超薄柵極介電層的工藝可正確且反復(fù)進(jìn)行。參照第4D圖，在一實(shí)施例中，若濺射氣體主要為氬氣(Ar)且標(biāo)靶由鑭(La) 組成，則濺射標(biāo)靶表面的鑭原子所需的能量至少為25.5eV。意即，形成于標(biāo)靶 上的自偏置電壓需要夠高才能產(chǎn)生約25.5eV的離子能量，以確保部分的鑭原子 將從標(biāo)靶表面濺射出來。因此，通過控制輸送至標(biāo)靶571的頻率與功率(例如瓦)， 則可控制濺射速率、氣體原子的離子能量、濺射原子的離子能量、和沉積于基 片上的原子能量。并且在工藝進(jìn)行時，可調(diào)整基片支撐件562上的偏壓，以進(jìn)
一步控制濺射原子沉積于柵極介電層或注入柵極介電層時的能量。濺射工藝一般在處理室501中進(jìn)行的條件為室壓為約1-100毫托、氮?dú)?流速為約1-500 sccm、且加熱器溫度為約2(TC至約80(TC。較佳地，基片溫度 為約200'C至約300°C。 RF源524的激發(fā)頻率可調(diào)整成約1MHz至約200MHz， 以得正確的自偏壓DC電壓，使靶材濺射至等離子體中及基片表面上。較佳地， RF源524的激發(fā)頻率可調(diào)整成約27MHz至約lOOMHz;更佳地，頻率可調(diào)整 成約30MHz至約60MHz。在一實(shí)施例中，以鑭標(biāo)靶為例，60MHz的頻率可用 來供應(yīng)所期望的濺射能量并維持低能量的等離子體。在一實(shí)施例中，期望改變 基片502表面與標(biāo)靶571表面間的距離，以調(diào)整沉積于基片表面的濺射原子的 均勻度和能量。在一方面中，期望在沉積過程中改變基片502相對標(biāo)靶571表 面之間距，以調(diào)整濺射材料在柵極氧化層內(nèi)的深度及/或沉積均勻度。第4C圖繪示處理室501的第二實(shí)施例，其中第4B圖的VHF源組件595 被含有二個RF源524、 525的雙VHF源組件597取代，RF源524、 525分別 以不同的頻率及/或功率來傳送能量至處理室501的處理區(qū)域522，以于不同的 工藝時間提供不同的濺射性質(zhì)。第4C圖的處理室501 —般包含RF源524、第 二RF源525、 RF切換器526、和連接至標(biāo)靶組件573的匹配器524A。在此結(jié) 構(gòu)配置下，從雙VHF源組件597傳送到標(biāo)靶組件573的能量可通過RF切換器 526而在RF源524與第二 RF源525之間切換。切換器526的狀態(tài)受控于系統(tǒng) 控制器602。本實(shí)施例可用于需快速初始調(diào)變的靶材，以移除最初安裝時或長 期閑置后可能形成在標(biāo)靶表面的氧化物。切換至較低頻率源(例如約27MHz或 以下)的功能可于標(biāo)耙571上形成高的自偏壓DC電壓，造成較快的標(biāo)靶濺射速 率。故在初始處理后，雙VHF源組件597的輸出可通過切換至較高頻率源(例 如60MHz)而改變，以減慢濺射速率及降低濺射原子的離子能量，進(jìn)而減少電 位破壞基片表面上的柵極介電層。在一實(shí)施例中，RF源524可以在約27MHz 的頻率下傳送約0-2000瓦的功率的RF能量，而第二 RF源525可以在約 40-200MHz的頻率下傳送約0-500瓦的功率的RF能量。在一實(shí)施例中，DC源組件592被選擇性連接至標(biāo)靶組件573，以于等離子 體處理步驟中輸送DC能量的一個或多個脈沖。DC偏壓可迭加到VHF源組件 (例如組件符號595與597)輸送的VHF信號上。施加于標(biāo)靶571的DC電壓可 用來更直接地控制氣體原子在濺射過程中經(jīng)離子化來撞擊標(biāo)靶571的能量。在一實(shí)施例中，如上述，在工藝進(jìn)行時，基片支撐件562可連接至RF產(chǎn) 生器523，使RF或VHF偏壓施加至部分的基片支撐件562,以將等離子體中 的離子拖拽到基片502的表面。在一實(shí)施例中，基片支撐構(gòu)件562A在進(jìn)行等 離子體工藝時為加以接地、DC偏壓或電氣浮置，以使得離子轟擊對基片502 的破壞最小化。脈沖式等離子體處理工藝第5A-5C圖為各種脈沖式等離子體工藝的示意圖，其可于上述步驟257及 /或步驟259中，來沉積第4A圖的標(biāo)靶505或第4B及4C圖的標(biāo)靶571所濺射 的材料至基片502的表面。第5A-5C圖的脈沖式等離子體工藝一般為一連串的 連續(xù)能量脈沖和DC能量脈沖，其中連續(xù)能量脈沖利用感應(yīng)RF源組件591或 VHF源組件(即VHF源組件595或雙VHF源組件597)輸送到處理區(qū)域522且 為時間的函數(shù)，而DC能量脈沖從DC源組件592輸送到標(biāo)靶。第5A圖繪示感 應(yīng)RF源組件591或VHF源組件輸送的RF能量531以及DC源組件592輸送 的DC電壓535以時間為函數(shù)所繪制的圖式。第5A圖繪示感應(yīng)RF源組件591 或VHF源組件595輸送的RF能量531與輸送至標(biāo)耙的DC電壓535以時間為 函數(shù)所繪制的圖式，以此方式繪示的一實(shí)施例的DC、及RF或VHF(此后稱的 為RF/VHF)脈沖為同步化。在此實(shí)施例中，RF能量531與DC電壓535的脈沖 為同步化，故其不是同時施加。DC脈沖532通常提供短暫的吸引力來吸引等 離子體中的RF/VHF激發(fā)離子，使離子具有足夠的能量而加速朝向標(biāo)耙505， 以將靶材濺射至等離子體中。激發(fā)標(biāo)靶表面的濺射材料在產(chǎn)生RF/VHF脈沖533 期間進(jìn)入處理區(qū)域522中的等離子體，其在此可接著離子化。視基片支撐構(gòu)件 562A是否被RF/VHF偏壓、接地或浮置而定，離子化的濺射原子可利用基片表 面附近產(chǎn)生的等離子體鞘所設(shè)定的能量而輸送到基片表面。在大部分的情況 下，當(dāng)使用低能量偏壓來輸送DC電壓脈沖(或DC電流脈沖)以確保達(dá)到預(yù)定的 離子密度與濺射速率時，期望可同步化RF/VHF脈沖533末端，以于處理室內(nèi) 產(chǎn)生足夠的等離子體。繼續(xù)參照第5A圖， 一般特別期望使用感應(yīng)耦合等離子體室設(shè)計(jì)，以于 RF/VHF脈沖533期間產(chǎn)生離子(RF/VHF脈沖533無足夠的能量來濺射出標(biāo)耙 原子)，如此濺射原子的能量更易由施加至標(biāo)靶的DC偏壓控制。在部分實(shí)例下， 期望使用RF/VHF脈沖來離子化濺射的標(biāo)耙原子，以利用施加于放置基片的基 座上的低電位偏壓而在低能量下使標(biāo)靶原子加速及注入至基片表面。在一方面 中，施加至標(biāo)耙的DC電壓脈沖(或DC電流脈沖)與脈沖的RF/VHF非周期的 (off-cycle)為同步化，使得等離子體中的離子所產(chǎn)生的能量更易通過施加DC能 量來降低等離子體能量的凈增加量所控制。DC脈沖的電壓的大小可于摻雜工 藝中提供足夠的能量給氬離子來濺射靶材至等離子體。應(yīng)注意的是，系統(tǒng)控制器602可用來同步化RF/VHF脈沖533與DC脈沖 532和占空比，以達(dá)到期望的等離子體密度、濺射沉積速率、和等離子體離子 能量。參照第5A圖，"啟動(on)"時間(t,)除以RF能量531的整體脈沖時間(" 所代表的占空比，可經(jīng)最佳化以確保具預(yù)定平均密度的等離子體是被控制的。 尚需注意的是，"啟動(on)"時間(t4)除以DC電壓535的整體脈沖時間(16)所代表 的占空比，可經(jīng)最佳化以確保達(dá)到預(yù)定的平均沉積速率。參照第4B-4C與5A-5C圖，在一實(shí)施例中，VHF源組件595設(shè)為脈沖模 式，其脈沖頻率為1Hz至50kHz且占空比為0.1%-99%。在此實(shí)施例中，脈沖 式VHF源是用來產(chǎn)生及維持形成于處理區(qū)域522的等離子體，并降低平均等 離子體密度與離子能量。系統(tǒng)控制器602可用來調(diào)整占空比、脈沖頻率、RF 能量(即RF功率)大小、和RF能量的頻率，以控制等離子體、離子與濺射材料 的能量。在一實(shí)施例中，為傳送低能量濺射的材料至基片表面，系統(tǒng)控制器602 可以約1%-50%的占空比來輸送RF能量至線圈509(第4A圖)?；蛘咴谝粚?shí)施 例中，低能量濺射的材料可通過以約1%-50%的占空比來輸送RF能量至標(biāo)靶 571(第4B圖)而傳送至基片表面。在部分實(shí)例中，期望維持輸送至線圈509(第 4A圖)或標(biāo)靶571(第4B圖)的占空比為約1%-10%，以將傳送至等離子體離子 的能量減至最低。第5B圖繪示脈沖式等離子體工藝的另一實(shí)施例，其中DC脈沖532在感 應(yīng)RF源組件591或VHF源組件(即VHF源組件595或雙VHF源組件597)輸 送的脈沖RF能量531的至少部分期間內(nèi)輸送。在又一實(shí)施例中，如第5C圖所 示，RF能量531于一段時間t,內(nèi)保持不變，當(dāng)RF能源為"啟動(on)"時，脈沖
的DC電壓535被輸送到標(biāo)耙505。應(yīng)注意的是，最好降低DC脈沖532期間 RF能量531的大小，以減少輸送信號之間任何可能的相互干擾。在一實(shí)施例中， 期望使用RF產(chǎn)生器523(第4A圖)來偏壓基片支撐件562，以于不同RF/VHF 等離子體產(chǎn)生階段及/或脈沖的DC濺射時期中產(chǎn)生吸引離子至基片上的偏壓。 在另一實(shí)施例中，期望產(chǎn)生RF/VHF能量脈沖，如此等離子體中產(chǎn)生的離 子將無足夠的能量來濺射靶材。在此情況下，DC偏壓被施加至標(biāo)靶以促進(jìn)靶 材的濺射。在一實(shí)施例中，脈沖式RF/VHF信號被施加至基片支撐件562，以產(chǎn)生及 維持遍及基片表面的等離子體。故在一實(shí)施例中，同步化的DC脈沖輸送到標(biāo) 靶571，同步化的VHF脈沖輸送到基片支撐件562,以將靶材濺射到等離子體 中而摻雜至柵極介電層內(nèi)。接地的準(zhǔn)直儀(Collimator)的設(shè)計(jì)第4F圖繪示等離子體處理室500的另一實(shí)施例的截面，其可用來進(jìn)行柵 極介電層的金屬等離子體處理，即進(jìn)行低能量濺射處理以形成摻雜的柵極介電 層。在此實(shí)施例中，接地的準(zhǔn)直儀540安裝在基片502與標(biāo)靶505之間來捕獲 帶電的金屬離子。加裝接地的準(zhǔn)直儀540促進(jìn)基本為中性的濺射原子抵達(dá)基片 502，以于基片502的表面形成金屬薄層(可能如單一個單層薄)。準(zhǔn)直儀通常為 含有多個孔洞540A的接地板或接線網(wǎng)，孔洞540A遍布整個接地板，使得中性 原子(也許和一些離子)從標(biāo)靶附近的處理區(qū)域傳遞至基片表面。因中性原子的 能量通常只占濺射標(biāo)靶表面的原子所需能量的一小部分且中性原子不會影響 等離子體電位，故利用本方法來沉積此層至柵極介電層表面一般只會造成極微 的離子轟擊破壞。金屬層接著可與后續(xù)形成的氧化層結(jié)合，進(jìn)而形成高介電常 數(shù)(高k)的介電層，且無金屬或氮離子注入及相關(guān)問題，比如破壞硅層與金屬過 度穿透基片下的硅層。本領(lǐng)域技術(shù)人員將可理解，第4B及4C圖的處理室501 亦可將接地的準(zhǔn)直儀540設(shè)于標(biāo)靶571與基片502表面間，以具同樣的功能而 可于帶電粒子撞擊基片表面之前來捕獲等離子體中大量的帶電粒子，藉以減少 對柵極介電層的破壞。
處理室的另一種設(shè)計(jì)第4G圖繪示等離子體處理室500的另一實(shí)施例的截面，其可用來進(jìn)行柵 極介電層的金屬等離子體處理，即進(jìn)行低能量濺射工藝以形成摻雜的柵極介電 層。根據(jù)處理室500的一實(shí)施例，感應(yīng)RF源組件591的輸出連接至標(biāo)靶505， 如此可利用線圈509與電容耦合標(biāo)靶505而于處理區(qū)域522中產(chǎn)生等離子體。 在一實(shí)施例中，標(biāo)靶505透過線圈508B而耦接至RF匹配器508A的輸出，且 當(dāng)產(chǎn)生器508經(jīng)由RF匹配器508A輸送功率時，線圈508B被調(diào)整大小來達(dá)到 共振的目的。參照第4A圖，標(biāo)靶505所附加的RF偏壓可使線圈509產(chǎn)生并形 成等離子體，且輸送至標(biāo)靶505的RF頻率與RF功率可控制DC偏壓及撞擊標(biāo) 靶505的離子能量。另外，采用可于預(yù)定占空比產(chǎn)生脈沖的感應(yīng)耦合等離子體 產(chǎn)生組件和電容耦合等離子體產(chǎn)生組件，可更易控制施加于標(biāo)靶的DC偏壓(即 自偏壓)、濺射速率、和濺射的離子能量。借著小心控制室壓、RF頻率、RF功 率、占空比、施加于基片支撐件562的偏壓、及/或處理時間，則可控制濺射材 料量與濃度對應(yīng)濺射材料于介電層內(nèi)的深度的關(guān)系。使用單一 RF產(chǎn)生器508 與RF匹配器508A還可降低反應(yīng)室成本與系統(tǒng)復(fù)雜度。在一實(shí)施例中，DC源 組件592耦接標(biāo)靶505，如此在RF產(chǎn)生器508輸送RF脈沖的過程中或是各脈 沖之間，DC脈沖可輸送至標(biāo)靶505。在另一實(shí)施例中，如第4H圖所示，期望具有個別的RF產(chǎn)生器565與RF 匹配器565A來供給標(biāo)靶505 RF能量，且線圈509個別地由RF產(chǎn)生器508與 RF匹配器508A而被RF偏壓。在此結(jié)構(gòu)配置下，可利用系統(tǒng)控制器602來個 別控制新的RF匹配器565A和RF產(chǎn)生器565以及感應(yīng)RF源組件591的組件。 在一方面中，DC源組件592亦耦接至標(biāo)耙505，如此在感應(yīng)RF源組件591的 組件及/或RF產(chǎn)生器565輸送RF脈沖的過程中或是各RF脈沖間，DC脈沖可 輸送至標(biāo)靶505。等離子體處理系統(tǒng)一個或多個等離子體處理室(例如上述第4A-4C及4F圖的處理室)較佳為整 合到多個反應(yīng)室、多個工藝基片處理平臺中(例如第7圖的整合處理系統(tǒng)600)。 有益于本發(fā)明的整合處理系統(tǒng)的例子描述于美國專利證書號5，882，165、申請日 為公元1999年3月16日的申請案；美國專利證書號5,186,718、申請日為公元 1993年2月16日的申請案；以及美國專利證書號6,440,261 、申請日為公元2002 年8月27日的申請案，其一并附上供作參考。整合處理系統(tǒng)600可包括工作 接口 604、裝載口 605A-605D、系統(tǒng)控制器602、真空加載鎖定室606A、 606B、 傳輸室610、和多個基片處理室614A-614F。 一個或多個基片處理室614A-614F 可為等離子體處理室，例如上述第2-5圖的處理室500及/或一個或多個處理室 501，用以進(jìn)行等離子體工藝。在其它實(shí)施例中，整合處理系統(tǒng)600可包括6 個以上的處理室。根據(jù)本發(fā)明的方面，整合處理系統(tǒng)600 —般包含多個反應(yīng)室與機(jī)械手臂， 且最好配有系統(tǒng)控制器602，其經(jīng)程序化而控制與施行各種處理方法與程序于 整合處理系統(tǒng)600中。系統(tǒng)控制器602通常是用于協(xié)助整個系統(tǒng)的控制與自動 化，且一般包括中央處理單元(CPU)(未繪示)、內(nèi)存(未繪示)、和支持電路(或輸 入/輸出(I/0))(未繪示)。CPU可為任一型式用于工業(yè)裝置的計(jì)算機(jī)處理器，以 控制各種系統(tǒng)功能、反應(yīng)室工藝與支持硬件(如偵測器、機(jī)械手臂、馬達(dá)、氣體 源設(shè)備等)，并監(jiān)控系統(tǒng)與反應(yīng)室工藝(如反應(yīng)室溫度、處理程序的產(chǎn)能、反應(yīng) 室處理時間、1/0信號等)。機(jī)械手臂613位在傳輸室610之中央，以將基片從 加載鎖定室606A或606B傳送到其中之一處理室614A-614F。機(jī)械手臂613 — 般包含連接于機(jī)械手臂驅(qū)動組件613C的葉片組件613A、機(jī)械臂組件613B。 機(jī)械手臂613依據(jù)系統(tǒng)控制器602送出的指令來傳送基片"W"至各處理室。有 益于本發(fā)明的機(jī)械手臂組件描述于美國專利證書號5,469,035、名稱「雙軸磁性 耦接的機(jī)械手臂(Two-axis Magnetically Coupled Robot)」、申請日為公元1994 年8月30日的申請案；美國專利證書號5，447，409、名稱「機(jī)械手臂組件(Robot Assembly)」、申請日為公元1994年4月11日的申請案；以及美國專利證書號 6,379,095、名稱「搬運(yùn)半導(dǎo)體基片的機(jī)械手臂(Robot For Handling Semiconductor Substrates)」、申請日為公元2000年4月14日的申請案，其一并附上供作參 考。多個狹長閥(未繪示)可用來選擇性隔開各處理室614A-614F與傳輸室610， 如此可于進(jìn)行處理程序時，個別抽真空各反應(yīng)室以進(jìn)行真空工藝。將等離子體室整合入整合處理系統(tǒng)600的重大好處為， 一連串的工藝步驟 可在不接觸空氣的狀態(tài)下實(shí)行于基片上。此可使例如上述第2-5圖的濺射原子
沉積至基片表面的步驟進(jìn)行時，不會氧化剛沉積的超薄金屬層。將多個處理室 整合入含有可進(jìn)行退火步驟的處理室的整合處理系統(tǒng)600中，也可避免在穩(wěn)定 退火處理前發(fā)生剛沉積的材料的失控氧化情形。整合系統(tǒng)不會將基片暴露于非整合工藝才有的氧源環(huán)境中，故可防止高k介電層403或高k介電層404內(nèi)的 材料(例如摻雜劑材料)氧化。非整合工藝所見的污染物會直接影響器件工藝的 再現(xiàn)性與器件平均性能。根據(jù)整合處理系統(tǒng)600的一實(shí)施例，基片處理室614A或連接工作接口 604 的反應(yīng)室可用來進(jìn)行如上述步驟252的RCA清洗步驟。接著移除原生氧化層 401A(參見第3A圖)后，可在處理室614B中進(jìn)行傳統(tǒng)快速熱氧化(RTO)工藝、 等離子體輔助化學(xué)氣相沉積(PECVD)、或ALD，以形成介電層(如熱氧化層402、 高k介電層404)于基片上?；幚硎?14C及614D為類似上述處理室500 及/或處理室501的等離子體處理室，用以進(jìn)行步驟257及259。因此等離子體 工藝可在處理室614C及614D中處理基片，且維持基片在真空環(huán)境，而避免原 生氧化層再次生長于基片上的各膜層。當(dāng)暴露的膜層含有高度親氧的材料(例如 鑭)時，此尤其重要。在一方面中，步驟260在基片處理室614E中相繼施行于 基片上，以氧化在基片處理室614D中形成的金屬表面。在另一方面中，步驟 262可施行于位在基片處理室614E的RTP室。其次，等離子體氮化工藝(步驟 264)(例如從應(yīng)用材料公司取得的DPN工藝)可施行于基片處理室614F。在又一 方面中，步驟266可施行于位在基片處理室614E或基片處理室614F(若有)的 RTP室中。在另一實(shí)施例中，步驟252(即移除原生氧化層步驟)和步驟254(即沉積熱 氧化層步驟)可在不同的系統(tǒng)中進(jìn)行。在此實(shí)施例中，基片處理室614A及614B 可為類似處理室500及/或處理室501的等離子體處理室，用以進(jìn)行步驟257及 259。在一方面中，步驟260在基片處理室614C中相繼施行于基片上，以氧化 在基片處理室614B中形成的金屬表面?；蛘咴诹硪环矫嬷?，步驟262可施行 于RTP處理室614C。其次，等離子體氮化工藝(步驟264)(例如從應(yīng)用材料公 司取得的DPN工藝)可施行于位在基片處理室614D的處理室。在一方面中， 步驟266可施行于RTP處理室614E或基片處理室614C(若有)。在一方面中， 在基片處理室614C中完成步驟260后，表面氮化步驟可施行于基片處理室
614D，而不需將基片移出真空環(huán)境以致接觸空氣。 另一種形成柵極氧化層的方法第6A圖為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，制造場效應(yīng)晶體管的柵極介電層的方 法100的流程圖。方法IOO包括一連串在制造互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS) 場效應(yīng)晶體管范例的柵極結(jié)構(gòu)的過程中施行于基片上的步驟。第6A圖繪示方 法IOO的完整程序。至少部分的方法IOO可施行于整合式半導(dǎo)體基片處理系統(tǒng) (即組合工具)的工藝反應(yīng)器。此種處理系統(tǒng)的一例為從美國加州圣克拉拉市的 應(yīng)用材料公司取得的CENTUIL^整合處理系統(tǒng)。第6B-6G圖為一系列的基片剖面視圖，利用第6A圖的方法而于該基片上 制造柵極結(jié)構(gòu)。第6B-6G圖的截面分別相應(yīng)于制造晶體管中較大柵極結(jié)構(gòu)(未 繪示)的柵極介電層的個別工藝步驟。第6B-6G圖并未按比例繪制且已簡化圖 示。方法IOO開始于步驟102且進(jìn)行到步驟118。首先參照第6A及6B圖，于 步驟104中，提供了硅(Si)基片200(例如200毫米的晶片、300毫米的晶片)， 其并暴露于溶液中，以移除基片表面的原生氧化層(Si02)204。在一實(shí)施例中， 原生氧化層204的移除是使用含氟化氫(HF)與去離子(DI)水的清洗液(即，氟氫 酸溶液)。在一實(shí)施例中，清洗液為保持在約2(TC至約3(TC下、含有按重量計(jì) 約0.1-10%的HF的水溶液。在另一實(shí)施例中，清洗液包含約0.5wt。/o的HF,且 維持在約25°C。在步驟104中，基片200可浸入清洗液，然后以去離子水洗滌。 步驟104可施行于單一基片處理室或多個批次型基片處理室，其在處理過程中 可包括超音波能量的傳送?；蛘撸襟E104可施行于整合處理系統(tǒng)600(第7圖) 中的單一基片濕式清洗反應(yīng)室。在另一實(shí)施例中，原生氧化層204的移除可采 用RCA清洗法。完成步驟104后，基片200放置到真空加載鎖定室或通入氮 氣(N。的環(huán)境。在步驟106中，熱氧化層(Si02)206形成于基片200上(第6C圖)。熱氧化 層206的厚度一般為約3埃至約35埃。在一實(shí)施例中，熱氧化層206的厚度 為約6埃至約15埃。沉積熱氧化層步驟106可施行于RTP反應(yīng)器，例如位在 整合處理系統(tǒng)600(第7圖)中的RADIANCE RTP反應(yīng)器。RADIANCE RTP 反應(yīng)器是從美國加州圣克拉拉市的應(yīng)用材料公司取得。在步驟108中，熱氧化層206為暴露于含金屬離子的等離子體。例如，步 驟108于基片200上形成氧化硅金屬層或硅酸金屬層或氧氮化硅金屬層的金屬 次層209(第6D圖)。在一實(shí)施例中，較佳地，進(jìn)行步驟108時約1埃至約5埃 的金屬層208為形成于熱氧化層206的表面。在一實(shí)施例中，含金屬離子的等 離子體包含惰性氣體和至少一金屬離子，例如鉿或鑭。惰性氣體可包含氬氣、 及一個或多種選擇性惰性氣體，例如氖氣(Ne)、氦氣(He)、氪氣(Kr)、或氙氣(Xe)。在一方面中，含金屬離子的等離子體可包含氮?dú)?N2)。在步驟110中，熱氧化層206為暴露于含氧的等離子體來氧化金屬次層 209，并將金屬層208 (當(dāng)有施加此層時)轉(zhuǎn)化成介電區(qū)域210(第6E圖)。在另 一實(shí)施例中，等離子體可包含氮?dú)?N2)、及一個或多種氧化氣體，例如氧氣(02)、 一氧化氮(NO)、氧化亞氮(N20)。等離子體還可包含一個或多種惰性氣體，例 如氬氣(Ar)、氖氣(Ne)、氦氣(He)、氪氣(Kr)、或氙氣(Xe)。步驟110例如可施 行于整合處理系統(tǒng)600(第7圖)的去耦合等離子體氮化(DPN)等離子體反應(yīng)器。在另一實(shí)施例中，步驟112是用來代替步驟110，以約800'C至約1100°C 退火處理基片200。步驟112可施行于適當(dāng)?shù)臒嵬嘶鹗?，例如整合處理系統(tǒng)600 的RADIANCE⑧反應(yīng)器或RTPXE+反應(yīng)器、或單一基片或批次爐管。熱氧化步 驟112形成含有介電材料的介電區(qū)域210。在一方面中，介電區(qū)域210可包含 硅酸鹽材料。在一實(shí)施例中，退火處理步驟112可采用流速約2-5000 sccm的 氧氣(02)和約100-5000 sccm的一氧化氮(NO)、或選擇性混入氮?dú)?N2)，且維持 基片表面溫度為約800'C至約IIO(TC、處理室壓力為約0.1-50托。此退火工藝 可進(jìn)行約5-180秒。在一實(shí)施例中，氧氣(02)的供應(yīng)流速為約500 sccm，且在 約100(TC下維持室壓為約0.1托、為期約15秒。在另一實(shí)施例中，一氧化氮(NO) 的供應(yīng)流速為約500 sccm，且在約100(TC下維持室壓為約0.5托、為期約15 秒。在步驟114中，基片200的表面暴露于氮等離子體中來增加構(gòu)成結(jié)構(gòu)的上 表面的含氮量，而形成氮化層214(第6F圖)。此工藝可使用DPN反應(yīng)器且提供 約10-2000 sccm的氮?dú)?N2)、約20-500°C的基座溫度、及約5-1000毫托的反應(yīng) 室壓力。射頻(RF)等離子體例如以13.56MH、和高達(dá)約3-5仟瓦的連續(xù)波(CW)
或脈沖等離子體電源來供應(yīng)能量。產(chǎn)生脈沖時，最大RF功率、頻率與占空比的范圍一般分別為約10-3000瓦、約2-100kHz與約2%-100%。此工藝可進(jìn)行 約1秒至約180秒。在一實(shí)施例中，氮?dú)?N2)的供應(yīng)量為約200 sccm，且約1000 瓦的最大RF功率以約10kHz產(chǎn)生脈沖與施加于感應(yīng)等離子體源的約5。/。的占空 比、約25。C的溫度、和約10-80毫托的壓力等條件來產(chǎn)生脈沖、為期約15秒 至約180秒。等離子體可利用準(zhǔn)遙等離子體源、感應(yīng)等離子體源、輻射線帶槽 天線(RLSA)源、或其它等離子體源等產(chǎn)生。在另一實(shí)施例中，CW及/或脈沖微 波電源可用來形成氮化層214。氮化層214可形成在介電區(qū)域210的上表面(第 6E圖)。在步驟116中，可退火處理柵極介電層(氧化層206、氮化層214與金屬次 層209)、和基片200。步驟116可減少氧化層206、氮化層214與金屬次層209 間的漏電流，并增進(jìn)電荷載流子于二氧化硅(Si02)次層216下方的溝道區(qū)域的 遷移率及改善柵極介電層整體的可靠度。步驟116可施行于適當(dāng)?shù)臒嵬嘶鹗遥?例如整合處理系統(tǒng)600的RADIANCE⑧反應(yīng)器或RTP XE+反應(yīng)器、或單一基片 或批次爐管。熱氧化步驟116可形成二氧化硅(Si02)次層216于硅/介電層界面 上(第6G圖)。步驟116可增進(jìn)電荷載流子于二氧化硅(Si02)次層216下方的溝 道區(qū)域的遷移率及改善介電層/硅界面的可靠度。在一實(shí)施例中，步驟116的退火工藝可至少采用約2-5000 sccm的氧氣(02) 和約100-5000 sccm的一氧化氮(NO)其中之一、或選擇性混入氮?dú)?N2)，且維 持基片表面溫度為約800'C至約IIO(TC、處理室壓力為約0.1-50托。此工藝可 進(jìn)行約5-180秒。在一實(shí)施例中，氧氣(02)供應(yīng)量為約500 sccm，且在約1000°C 下維持室壓為約0.1托、為期約15秒。完成步驟116后，步驟118為結(jié)束方法100。在制造集成電路時，方法IOO 有利于形成超薄的柵極介電層，并可減少漏電流及增進(jìn)電荷載流子于溝道區(qū)域 的遷移率。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何 本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾， 因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種形成半導(dǎo)體器件的方法，包含在基片的表面上形成具有預(yù)定厚度的介電層；利用低能量濺射工藝將一定數(shù)量的第一材料置入該介電層內(nèi)，以形成一至少貫穿所形成的介電層的一部分厚度的濃度梯度，其中該低能量濺射工藝包含以第一射頻頻率與第一射頻功率將射頻能量提供給低能量濺射室的處理區(qū)域，使得標(biāo)靶的第一材料可被置于該介電層中；以及在該介電層上沉積第二材料。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其更包含使該介電層與該第一材料暴露于含氮 的射頻等離子體中。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，該介電層的厚度小于約40埃。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該第一材料為鉿，且該第一材料 在該介電層內(nèi)的濃度小于約30原子％。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，該第一材料選自由鋯、鉿、鑭、 鍶、鉛、釔、和鋇所構(gòu)成的群組。
6. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，該介電層包含選自由二氧化硅、 氧化鉿、氧化鋯、鉿硅酸鹽氧化物、氧化鑭、和氧化鋁所構(gòu)成的群組的材料。
7. 如權(quán)利要求2所述的方法，更包含在使該介電層暴露于含氮的射頻等離子 體中之前，將一定含量的第三材料置入該介電層內(nèi)，其中該第三材料包含選自由鉿、 鑭、鋁、鈦、鋯、鍶、鉛、釔、和鋇所構(gòu)成的群組的元素。
8. 如權(quán)利要求6所述的方法，更包含使該介電層、該第一材料與該第三材料暴露于一氧化環(huán)境中，其中該氧化環(huán)境使用熱氧化工藝或等離子體氧化工藝。
9. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，該第二材料包含選自由多晶硅、 鉭、氮化鉭、碳化鉅、鎢、氮化鎢、氮化鉭硅、鉿、鋁、釕、鈷、鈦、鎳、和氮化 鈦所構(gòu)成的群組的材料。
10. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，該低能量濺射工藝包含 以第一頻率來脈沖產(chǎn)生由射頻產(chǎn)生器所輸送的射頻能量；脈沖產(chǎn)生一從直流源組件輸送到該標(biāo)靶的直流電壓；以及 利用一系統(tǒng)控制器來同步化脈沖的射頻能量與脈沖的直流電壓。
11. 如權(quán)利要求1所述的方法，更包含在約80(TC至約1100'C的溫度來退火處理被置于該基片表面上的介電層與第一材料。
12. 如權(quán)利要求l所述的方法，更包含在形成該介電層之前，使該基片的表面暴露于一含氮的射頻等離子體中。
13. —種用于形成高k介電層的設(shè)備，包含傳輸室，它具有一個或多個用于構(gòu)成傳送區(qū)域的壁面以及設(shè)于該傳送區(qū)域中 的傳輸機(jī)械手臂；等離子體氮化室，它耦合到該傳輸室且被配置成在該等離子體氮化室中的第 一處理區(qū)域內(nèi)的基片的表面上形成氮化物，其中該等離子體氮化室包含-射頻源，它與該第一處理區(qū)域電氣連通；和 含氮的氣源，它與該第一處理區(qū)域選擇性連通；以及 第一低能量等離子體處理室，它耦合到該傳輸室并與該機(jī)械手臂可轉(zhuǎn)移地連 通，其中該第一低能量等離子體處理室包含一個或多個用于構(gòu)成第二處理區(qū)域的壁面；標(biāo)靶，它具有暴露于該第二處理區(qū)域的表面，其中該標(biāo)靶包含第一材料； 第一射頻產(chǎn)生器，適用于以第一射頻頻率向該第二處理區(qū)域供應(yīng)能量；和基片支撐件，位于該第二處理區(qū)域中。
14. 如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，更包含一多晶硅沉積室，它與該傳送區(qū)域可 轉(zhuǎn)移地連通且被配置成在該基片的表面上沉積多晶硅層。
15. 如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，更包含一退火室，它與該傳送區(qū)域可轉(zhuǎn)移地 連通且被配置成在約80(TC至約IIO(TC的溫度來退火處理該基片。
16. 如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，更包含一處理室，它與該傳送區(qū)域可轉(zhuǎn)移地 連通且被配置成利用CVD或ALD沉積工藝在該基片的表面上形成高k介電層。
17. 如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，更包含第二低能量等離子體處理室，它與該機(jī)械手臂可轉(zhuǎn)移地連通，其中該第二低 能量等離子體處理室包含-一個或多個用于構(gòu)成第三處理區(qū)域的壁面； 第二標(biāo)靶，它具有暴露于該第三處理區(qū)域的表面；第二射頻產(chǎn)生器，它被配置成以第二射頻頻率向該第二處理區(qū)域供應(yīng)能量；和基片支撐件，位于該第三處理區(qū)域中。
18. 如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，位于該第一低能量等離子體處 理室中的標(biāo)靶包含選自由鋁、鑭、和鉿所構(gòu)成的群組的金屬。
19. 一種用于形成高k介電層的設(shè)備，包含 一個或多個用于構(gòu)成處理區(qū)域的壁面； 標(biāo)靶，它具有暴露于該處理區(qū)域的表面；基片支撐件，它具有至少一個面對該處理區(qū)域的表面，其中該基片支撐件適 于支撐在其表面上形成有介電層的基片；第一產(chǎn)生器，它與該標(biāo)靶電氣連通且被配置成通過向該標(biāo)靶輸送一頻率約為 1MHz至200MHz的第一能量來維持該處理區(qū)域中的電容耦合等離子體，其中該第 一產(chǎn)生器被配置成在該標(biāo)耙的表面上產(chǎn)生一偏壓，使得自該標(biāo)靶可以濺射出靶材； 以及控制器，被配置成控制該第一產(chǎn)生器向該標(biāo)靶輸送的頻率。
20. 如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其特征在于，該第一能量是以約O.l瓦至約 1000瓦的第一功率進(jìn)行輸送的。
21. 如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其特征在于，該標(biāo)靶更包含鉿、鑭、鋁、鈦、 鋯、鍶、鉛、釔、和鋇中的至少一種。
22. 如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，更包含一直流電壓源，該直流電壓源耦合到 該標(biāo)靶，其中該直流電壓源被配置成使該標(biāo)靶偏壓，使得可以從中濺射出靶材。
23. —種用于形成高k介電層的設(shè)備，包含 一個或多個用于構(gòu)成處理區(qū)域的壁面；標(biāo)靶，它具有暴露于該處理區(qū)域的表面且與直流電源電氣連通； 第一線圈，它與該處理區(qū)域以及第一產(chǎn)生器電氣連通，其中該第一線圈與該 第一產(chǎn)生器被配置成在鄰近標(biāo)靶表面的處理區(qū)域中產(chǎn)生等離子體；以及 基片支撐件，它位于該處理區(qū)域中。
24. 如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其特征在于，制成該標(biāo)靶的材料包含選自由 鉿、鑭、鋁、鈦、鋯、鍶、鉛、釔、和鋇所構(gòu)成的群組的元素。
25. —種使用低能量濺射工藝形成高k介電層的方法，其特征在于，該低能量 濺射工藝包含將其上形成有介電層的基片放置于等離子體處理室的處理區(qū)域中； 利用低能量濺射工藝將第一材料置入該介電層內(nèi)，其中該低能量濺射工藝包含將來自第一射頻產(chǎn)生器的多個射頻能量脈沖輸送到含有第一材料的標(biāo)靶， 其中各個脈沖的射頻能量是以第一射頻頻率輸送的；以及將來自直流源組件的多個直流脈沖輸送到該標(biāo)靶，其中多個射頻能量脈沖 和多個直流脈沖是同步化的。
26. 如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，該第一射頻頻率約為lMHz至 約200MHz。
27. 如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，該第一材料包含選自由鋁、鈦、 鋯、鉿、鑭、鍶、鉛、釔、和鋇所構(gòu)成的群組的材料。
28. 如權(quán)利要求25所述的方法，更包含向該標(biāo)靶輸送多個第二射頻能量脈沖， 其中多個第二射頻能量脈沖的射頻能量是以第二射頻頻率輸送的，且該第二射頻頻 率大于該第一射頻頻率。
29. —種使用低能量濺射工藝形成高k介電層的方法，其中該低能量濺射工藝包含將其上形成有介電層的基片放置于等離子體處理室的處理區(qū)域中； 利用低能量濺射工藝將第一材料置入該介電層內(nèi)，其中該低能量濺射工藝包含將來自第一射頻產(chǎn)生器的多個射頻能量脈沖輸送到與該處理區(qū)域電氣連通的線圈，其中射頻能量是以第一射頻頻率和第一功率輸送的；以及將來自直流源組件的多個直流脈沖輸送到含有第一材料的標(biāo)靶，其中多個 射頻能量脈沖和多個直流脈沖是同步化的。
30. 如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，該介電層的厚度小于約30埃。
31. 如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，該第一材料包含選自由鋁、鈦、鋯、鉿、鑭、鍶、鉛、釔、和鋇所構(gòu)成的群組的材料。
32. —種使用低能量濺射工藝形成高k介電層的方法，其中該低能量濺射工藝 包含將其上形成有介電層的基片放置于等離子體處理室的處理區(qū)域中； 利用低能量濺射工藝將第一材料置入該介電層內(nèi)，其中該低能量濺射工藝包含將來自第一射頻產(chǎn)生器的多個第一射頻能量脈沖以第一射頻頻率輸送到與 該處理區(qū)域電氣連通的線圈；以及將來自第一射頻產(chǎn)生器的多個第二射頻能量脈沖以第二射頻頻率輸送 到與該處理區(qū)域電氣連通的標(biāo)耙，其中多個射頻能量脈沖和多個直流脈沖是同 步化的。
33. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，該第一射頻頻率約為40kHz至 20MHz，而該第二射頻頻率約為lMHz至200MHz。
34. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，該介電層的厚度小于約30埃。
35. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，該第一材料包含選自由鋁、鈦、 鋯、鉿、鑭、鍶、鉛、釔、和鋇所構(gòu)成的群組的材料。
36. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，多個第一射頻能量脈沖和多個 第二射頻能量脈沖是以約1Hz至約50kHz的脈沖頻率輸送的。
全文摘要
本發(fā)明大致上是提供適以于基片上形成高質(zhì)量的柵極介電層的方法與設(shè)備。實(shí)施例包含一方法，其中金屬等離子體處理工藝是用來代替標(biāo)準(zhǔn)的氮化工藝，以于基片上形成高介電常數(shù)(k)層。實(shí)施例更包含適以“注入”較低能量的金屬離子的設(shè)備，以減少離子轟擊對柵極介電層(如二氧化硅層)的破壞及避免金屬原子與下面的硅結(jié)合。一般而言，此工藝包括形成高k介電層、然后處理沉積的材料，以于柵極電極與高k介電材料之間形成良好界面。實(shí)施例還提供組合工具，其適于形成高k介電材料、終止高k介電材料的表面、實(shí)行預(yù)定之后處理步驟、以及形成柵極層。
文檔編號H01L21/469GK101401194SQ200780008358
公開日2009年4月1日 申請日期2007年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月9日
發(fā)明者A·M·派特森, J·P·霍蘭, P·M·劉, S·洪, T·C·楚埃, V·托多羅夫, 佐藤辰也 申請人:應(yīng)用材料股份有限公司