TW200305202A

TW200305202A - Method and apparatus for forming silicon containing films

Info

Publication number: TW200305202A
Application number: TW091134529A
Authority: TW
Inventors: Lee Luo; R Suryanarayanan Iyer; Shulin Wang; Aihua Chen; Paul Meissner
Original assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2003-10-16
Also published as: WO2003060184A2; WO2003060184A8; US20030124818A1; WO2003060184A9; WO2003060184A3

Description

200305202 玖、發明說明: 【發明所屬之技術領域】本發明係關於半導體製造領域，更明確地說，係關於一種在一單一晶圓熱化學氣相沈積設備内沈積均勻的含矽薄膜的方法與設備。【先前技術】為了製造半導體積體電路，多層的含矽薄膜，例如# 晶矽、多晶矽、氮化矽、氧化矽和氮氧化矽等等，被沈積在一半導體晶圓上以形成主動元件，例如電晶體和電容器，並且為了該等主動元件形成並隔離内連線。含石夕薄膜通常係藉由熱化學氣相沈積法在可在同一時間内處理多個晶圓，大概是50個，之批次型爐管内形成。抵次型爐管通常在小於300毫托耳之非常低的壓力下運作以利用一等溫之溫度環境來最小化任何氣體耗盡效應（gas depleti〇n effects)。在低壓下運作會在一晶圓上形成非常均勻的薄膜，但是，該等薄膜以非常低的沈積速率形成，因此需要長的製程時間來沈積薄膜。產業潮流朝向單晶圓化學氣相沈積機器發展以改善製造和積集度。為了在單晶圓反應爐内以與批次型爐管相比在經濟上具競爭力的方式沈積含矽薄膜，單晶圓製程必須以一快許多的沈積速率來沈積該含矽薄膜，至少每分鐘5㈧埃（A)並且通常至少每分鐘1〇〇〇埃。為了以一較快的沈積連率沈積含㈣膜，較高的沈積壓力，比1G托耳高並且通常 200305202 比50托耳高，被使用。不幸的是使用高沈積壓力來達到高的沈積速率與該沈積製程的高溫度敏感度一起導致了該薄膜厚度和組成的不均勻性。此薄膜厚度和組成的不均勻性預期會在晶圓從直徑200毫米變為300毫米和更大時增加。因此，所想要的是一種在一單晶圓熱化學氣相沈積設備中改良薄膜厚度和組成的均勻性之方法和設備。【發明内容】本發明敘述一種在一單晶圓反應爐内形成一均勻的含矽薄膜之方法與設備。根據本發明，一含矽薄膜在一阻抗加熱的單晶圓腔室中利用一具有一矽來源氣體並且在一介於750°C- 550°C之間的溫度下提供小於0.5電子伏特（eV)之活化能之製程氣體來沈積。【實施方式】在隨後的為了解釋眾多特定細節的敘述係被提出以提供對本發明之完全的瞭解《但是顯而易見的是，對熟知技藝者來說本發明可以在沒有這些特定細節的情況下被實施。在某些例子中’具體的設備結構和方法並沒有被敘述以求不誤解本發明。本發明是一種在一低壓單一晶圓化學氣相沈積（LPCVD) 反應爐中形成一均勻的含矽薄膜，例如非晶或多晶矽或氮化矽，的方法與設備。根據本發明，一含矽薄膜利用一種具有一矽來源氣體並且在一小於750°C並且大於55(TC的溫 200305202 度下藉由熱化學氣相沈積法來沈積一含矽薄膜時提供一小於〇 ·5電子伏特之低的反應活化能，較佳者小於0 · 3電子伏特並且理想上小於〇2電子伏特，之製程氣體混合物來沈積。在本發明之一較佳實施例中，矽乙烷（Si2H6)被用來做為該石夕來源氣體以沈積該含矽薄膜。雖然矽乙烷是較佳的含石夕氣體’其他含矽氣體，例如矽丙烷（Si3H8)，也可以被使用’只要它們可以產生一種在一低於75〇〇c的溫度下提供一小於0.5電子伏特的反應活化能之製程氣體混合物即可。經由利用一種具有一矽來源氣體以及提供一低的反應活化能之製程氣體混合物，該矽來源氣體分解得比較快並可更有效率地提供矽原子。使用提供低的反應活化能之製程氣體混合物的熱化學氣相沈積製程與使用例如使用矽烷 (SiHJ之製程氣體之具有高的反應活化能的沈積氣體的沈積製程比起來對溫度是比較不敏感的。因為提供一低的反應 /舌化能的製程氣體混合物對溫度變化較不敏感，它們可以被用來在晶圓的表面上製造厚度非常均勻的薄膜，即使該晶圓沒有被均勻地加熱。經由利用提供一低的反應活化能之製程氣體混合物，一含矽薄膜可以藉由熱化學氣相沈積法以一小於1%並且理想上小於〇·5%的厚度均勻性被形成在該晶圓的表面上，即使當該晶圓在沈積期間被加熱以致在其表面範圍内有大於1(rc的溫度變異時。具有一矽來源氣體並且提供一低的反應活化能之製程氣體混合物的使用使製造者能夠以高沈積速率，每分鐘介於1〇〇〇一 3〇〇〇埃之間’形成具有絕佳的晶圓對晶圓重複性之均勻的含矽薄膜。 200305202 此外，經由使用一種提供一低的反應活化能之製程氣體混合物，均勻的薄膜可以在與具有高的反應活化能之製程氣體混合物比起來相對較低的溫度下被形成。一種具有一矽來源氣體並且提供一低的反應活化能之製程氣體混合物可以被用來形成多種含矽舄膜，例如但不限於摻雜的或未摻雜的非晶和多晶矽薄膜、摻雜的或未摻雜的非晶和多晶矽合金薄膜，例如鍺化矽（SixGey),氮化矽薄膜、氮氧化矽薄膜、以及氧化矽薄膜。此外，因為提供低的反應活化能之製程氣體混合物較不依賴溫度，一單一的沈積溫度可以被用來沈積一含有許多層不同的含矽薄膜之複合薄膜堆疊的每一層。例如，在近代的閘電極的製造上，一含有一較低的石夕薄膜、一中間的石夕鍺合金薄膜、以及一上層的矽薄膜之複合薄膜堆疊有時是需要的。在同一個沈積溫度下沈積該堆疊的每一個薄膜的能力顯著地改善了晶圓的產率。這在晶圓的溫度利用無法確實地快速改變溫度（即以每秒鐘小於1 的速率改變溫度）之裝置，例如一阻抗加熱器，來維持並且控制的例子中是特別有用的。在本發明的實施例中’一種具有一矽來源氣體並且提供一低的反應活化能的製程氣體混合物被用來形成一氮化石夕薄膜。經由利用一種具有一矽來源氣體以及一低的反應活化能之製程氣體混合物可使一種在薄膜組成和特性上具有精準控制的氮化矽薄膜的形成成為可能。例如，經由利用提供一低的反應活化能之製程氣體混合物，該薄膜的組 6 200305202 成可以被調整以為該薄膜製造大範圍的折射率。因為製造一具有不同的折射率之氮化矽薄膜，該氮化石夕薄一積體電路製造製程内的許多步驟中可以被用來做為射塗層。這在該氮化矽薄膜在該積體電路的製造中已供一另外的功能，例如一硬光罩，的時候是特別有用以此方式，該氮化矽薄膜可以提供做為一硬光罩以及一抗反射塗層（ARC)之雙重功能。這可藉由去除對一單抗反射塗層的需要來大幅降低積體電路製造的複雜度本和時間。使用一種具有矽來源氣體並且在藉由熱化學氣相形成含矽薄膜期間提供一低的反應活化能之製程氣體物的其他優點會從揭示中變得顯而易見。根據本發明形成一含矽薄膜的方法，較佳者發生相對熱的單晶圓低壓化學氣相沈積（LPCVD)設備中，例第1 — 3圖中所示者。應該被瞭解的是其他具有相似功單晶圓LPCVD腔室可以被使用。參見圖示，一低壓化學氣相沈積（LPCVD)腔室被敘第丨-3圖的每一個皆示出用來實施本發明的反應爐之型式的剖面圖，例如一阻抗反應爐。第1-3圖的每一透過兩個不同的剖面示出一腔室的剖面圖，每一個剖表通過大約一半的腔室的視圖。在第1-3圖中說明之該LPCVD腔室100係由特能夠膜在抗反經提的0 做為獨的、成沈積混合在一如在能的述。一種個皆面代定材 200305202 料所構成以使，在本實施例中，一小於或等於500托耳的壓力可以被維持。為了說明的目的，一大約在5 - 6公升範圍内的腔室被敘述。第1圖說明在一『晶圓製程』位置之製程腔室本體45的内部。第2圖顯示在一『晶圓分離』位置之該腔室之同樣的視圖。第3圖顯示在一『晶圓載入』位置之該腔室之同樣的剖面側視圖。在每一個例子中，一晶圓1 02被表示成虛線以示出其在該腔室内的位置。第i-3圖顯示腔室本體45定義出反應腔室90，一製程氣體或一些製程氣體的熱分解在其内發生以在一晶圓上形成一薄膜（例如一化學氣相沈積反應）。在一實施例中，腔室本體45係由鋁所構成並且具有通道55以讓水可以經由其間被抽入以冷卻腔室45(例如，一『冷壁』反應腔室）。存在於腔室90内的，在此視角中，是含有被支軸65支撐之晶座5之阻抗加熱器8 〇。晶座5具有足夠用來支撐一例如半導體晶圓102(以虛線示出）之基板的表面積。製程氣體透過位於腔室本體45之腔室蓋30之上表面中之配氣埠20進入在其他處皆封住的腔室90内。該製程氣體然後通過檔板24將氣體分散至一大約與一晶圓之表面積相當的面積。之後，該製程氣體透過穿孔的面板25來分散，在此視角中，該面板位於阻抗加熱器上方並且與在腔室90内部之腔室蓋30連接。在此實施例中將檔板24和面板2 5組合的目的是要創造一在該基板（例如晶圓）處之製程氣體的平均分散。一基板102，例如一晶圓，透過位於腔室本體45之一 8 200305202 側面内之入口埠40被安置於腔室90内加熱器8〇之晶座5 上。為了容置一晶圓以便處理’加熱器8〇被降低以使晶座 5的表面低於入口埠40,如第3圖中所示。通常藉由一自動傳輸裝置，一晶圓經由，例如，一傳輸片41被載入腔室

90内之晶座的上表面上。一經載入，入口 4〇即被封閉並I 加熱器80藉由例如一步進馬達之起重組6〇朝向較高（例如向上）的方向朝著面板25移動。當該晶圓1〇2與面板25之間只有一短距離（例如400 - 700密爾（mil))時（參見第工圖）該移動停止。在該晶圓製程位置内，腔室9〇音夏丨；f、上破分成兩個區域，一位於該晶座5上表面上方的笙 ^ ^ , J 一 Ihs域和一位於該晶座5下表面下方的第二區域。通常較傾向於限定在該第一區域内形成薄膜。此時，由一配氣盤控制的製程氣體經由配氣埠2〇、檔板24和穿孔的面板25流入腔室9〇内。製程氣體熱分解而在該晶圓上形成一薄膜。同一時間，一惰性的底部清潔氣體，例如氣氣’被注入該第二腔室區域以抑制薄膜在該區域内的形成。在一麼力控制系統中，腔室9〇内的壓力係由一壓力調節器或與腔室90連接的調節器來建立並維持。在一實施例中，例如，該壓力係如在先前技藝中所知一般由與腔室本體45連接的電容式（baratr〇n)壓力計來建立並維持0 剩餘的製程氣體從腔室9 0經由抽唧板8 5被抽至位於腔室本體45之一側的收集瓶（真空抽出31)。抽唧板85創造出兩個流動區域而導致在一基板上創造出一均勻的石夕層 200305202 的氣體流動形式。 ;»又備外邛之幫浦32在抽唧通道14〇(位於第！ _ 3 • 通、14下方）中提供真空壓力以經由真空抽出31將製程和清潔氣體兩者都抽出該腔s 90。氣體沿著一排出導 :”從腔室9〇被排出。透過通道14〇排出之氣體的流速較佳者係由-沿著導管33'配置的節流閥Μ來控制。製程腔室90内的壓力利用感應器(未示出)來監控並流闕 =變導管33之橫斷面積來控制。較佳者，一控制器或處古。從該感應器接收表示該腔室壓力的訊號並據此調整節 =34以在腔室9〇内維持所欲的壓力。在本發明中可使用的適合的節流閥在核發給Murd〇ch並讓 ==專利第5，_如號中敘述，其完整的揭示在此被蒼号而併入。晶圓製程一經完成，腔室90可以被清潔，例如，利用體，例如氣氣。在製程和清潔之後，加熱器㈣用：重二朝向較低(例如向下)的方向移動至第2圖中所 :的位置。备加熱器8〇被移料，舉升梢伸通過…之表面内的開口或穿孔以及一二臂的方式從晶座5之較低的（例如較下的）表面延伸，接趨位於腔室90底部的舉升板75。如在第2圖中所接觸 =例中，在此時，舉升板75維持在—晶圓製二置^ 在第1圖中的該板在同樣的位置）。當加 60的動作繼續朝較低的方向移動時，舉升稍95維且最終延伸至該晶座或晶座5的上表面、、上以將一處理過 10 200305202 5的表面被移動至一低的晶圓與晶座5的矣；八祕的录面分離。晶座於開口 40的位置。圓被與該晶座5的表面分離，一自透過開口 40被嵌入舉升梢95的頭一旦一處理過的晶動機械裝置的傳輸片41 的下方。隨後，起重組60 80和舉升板75至一『晶圓朝向一較低位置移動，舉升部和一被該等舉升梢撐持的晶圓朝向低處（例如向下）移動加熱器載入』位置。藉由將舉升板75 梢9 5也朝向一較氏办番敌& 低位置移動，直到該處理過的晶圓表面與該傳輸片接觸為止。兮該處理過的晶圓然後藉由，例如，一移出該晶圓並且傳給兮a 輸”玄B曰圓至下一個製程步驟之自動傳輸機械裝置通過入口蜂40姑较山咕爭0被移出。一第二晶圓然後可以被載入該腔室程位置上 5,772,773 材料公司 9〇中。上述的步驟通常被顛倒以將晶圓帶到一製適合的起重組60之詳細敘述在美國專利第號中被敘it ’其被讓渡給加州聖塔克拉拉的應用厂操作中，例如用低壓化學氣相沈積製程形成

多:石夕薄膜⑮至90内的加熱器溫度可能會高至750°C 或更兩。因此，腔室9〇内1欲φμ- 円暴露出的兀件必須與如此高的製程溫度相容。這樣的姑祖霜# 佩扪材枓應該要與如此高的製程溫度相容。這樣的材料也應該要盥铷寂裔牌 /、褽程轧體和其他可能被注入腔室9〇中的化學藥品相容，例如清潔化學品(例如陶。加孰器80 暴露出的表面可以由多種與該製程相容的材料之材料电成。例如，晶座5和加熱器8〇、又神05可以由相似的f 化鋁材料構成。或者，晶座5 A ;虱曰厓的表面可以由具有高熱傳導 200305202 性的氮化鋁材料構成（具有從140w/mK起之熱傳導性，純度在95%等級），而支轴65由一熱傳導性較低的氮化紹構成。加熱器80的晶座通常利用擴散接著（diffusi〇n “以丨^)或銅鋅合金焊接（brazing)來與支軸65連接，因為這樣的連接可以相似地承受腔室9 0的環境。第1圖也顯示出加熱器80 —部份的剖面，包含晶座5 之本體的剖面和支軸65的剖面。在此圖示中，第1圖顯示出具有兩個加熱元件，第一加熱元件5〇和第二加熱元件57，形成在其内之晶座5的本體。每一個加熱元件（例如加熱元件50和加熱元件57)係由一熱膨脹性質與該晶座的材料相似的材料所形成。適合的材料包括鉬（M〇)。每一個加熱元件在一圈狀（coiled)的組成中包含一鉬材料的薄層。在第1圖中，第二加熱元件57係形成在一與一第一加熱元件50相比位於較低的（相對於在圖示中之晶座表面）位置之晶座5之本體的平面中。第一加熱元件5〇和第二加熱元件57係分別與電源終端連接。該電源終端往下方延伸做為通過一通過支軸65之縱向延伸的開口的傳導線至供麻需要的能量以加熱晶座5之表面的電源。在第1圖中的加熱器80之剖面圖中也需要注意的是熱電偶7〇的存在。該熱電偶7 0延伸通過該通過支轴6 5之縱向延伸的開口至一剛好低於晶座5之較高的或上面的表面的位置。第4圖係一置於晶座5上並由陶瓷加熱器8〇加熱的晶圓之溫度分佈的圖示。在第4圖中不同的陰影表示不同的溫度。從第4圖中可以明顯看出，加熱器80在該晶圓的表 12 200305202 不均句的溫度分佈。加熱器80可以在一個200 微米晶圓的表面上創梃出一大於5C並且有時大於i〇°c的溫度刀佈此外，也在第4圖中示出的是，加熱器8〇對該晶不對稱的加熱。該差異以及溫度的均勻性和不對稱丨也會根據加熱器的改變而改變。這些隨著加熱器而來的熱77佈之不均勻性和不對稱性在需要較大的加熱器來加熱300微米晶81的情況下會更嚴重。因此，為了能夠在利 ”、、w 80加熱的整個晶圓上形成高度均勻的含石夕薄膜，申月矛】用 &有石夕來源氣體並且提供一低的’反應活化能之製程氣體混合物，因此該沈積製程m較不敏感而使知兩度均勻的薄膜可以被形成在該晶圓上。此外’需注意的是因為加熱器80係一阻抗陶瓷加熱器，所以無法均勻且快速地改變溫度。加熱器8〇通常只能以每秒約小於1 C的速率均勻地改變溫度。玟薄膜的形成在本發明之一實施例中，一具有一矽來源氣體並且提供一低的反應活化能之製程氣體混合物被用來形成一非晶或多晶石夕薄膜。在本發明之一較佳實施例中，石夕乙烧（Si2fj6) 被用來做為矽來源氣體以形成一非晶或多晶矽薄膜。藉由利用矽乙烷，一均勻的摻雜的或未摻雜的矽薄膜可以被形成在一晶圓的表面上，即使當該晶圓被阻抗加熱的陶究加熱器80不均勻地並且不對稱地加熱時。該非晶或多晶矽薄膜可以是未摻雜的或在沈積期間在原處（insitu)摻雜。 13 200305202 藉由利用一具有一矽來源氣體並且提供一低的反化能之製程氣體，與以具有高的反應活化能之製程氣成的矽薄膜，例如那些利用矽烷（SiH4)者，相比，對溫異敏感度大幅降低之多晶矽薄膜可以被形成。第7圖顯示出對晶圓不同溫度來說，使用矽乙烷和矽烷的多膜之沈積速率如何改變的對數圖。如可在第7圖中所見矽乙烷在晶圓溫度介於640 - 7 1 0 °C之間時（加熱器溫 660 - 73 0。〇的沈積速率，與矽烷之4 - 5個因子相比’ 積速率並沒有顯著的改變。使用矽乙烷時，多晶矽薄膜若不是具有圓枉晶粒就是具有無規則晶粒結構可以藉由控制製程氣體混合的氫氣量來形成。在某些情況下，只有圓枉晶粒結構晶矽薄膜是所欲的，但其他時候，只有無規則晶粒石夕晶石夕薄膜是所欲的。例如，一具有完全的無規則結構晶粒尺寸的多晶矽薄膜可以創造出非常平滑的表面’ 元件製程上可能是有用的。在其他時候，例如在閘電製造中，可能會想要形成一具有無規則晶粒結晶結構和圓柱晶粒結晶部分兩者的雙層石夕薄膜。為了描述形圓柱晶粒多晶薄膜和一具有無規則晶粒的多晶碎薄膜成方法，一具有圓柱晶粒和無規則晶粒兩者的雙層石夕的方法被描述。需被瞭解的是其他人士可以使用所教用來形成圓柱晶粒結構的製程來形成只有圓枉晶粒膜，並且其他人士可以使用所教示之用來形成一任意微結構的製程來製造一只有任意晶粒的薄膜。此外，應活體形度變係一晶薄者，度約其沈結構物中的多的多和小其在極的部分成一之形形成示之的薄晶粒雖然 14 200305202 該等多晶矽薄膜的形成將會以形成未換雜述，可以理解的是推雜的多…膜可以藉由利：包= 分鐘約25-刚標準立方公分（_)的1%之稀釋的n型推雜之砷化三氫(arsinem ρ型摻雜之磷化氫(a — )和二硼烷（dib〇rane)的氣體流之原處摻雜來形成。

根據本發明之形成一雙層多晶矽的方法在第5圖中的流程圖500巾提出。該形成一雙層肖制方法將會在用來形成一如第6A-6D圖中所示的具有雙層矽閘電極的p型金屬氧化物半導體（M0S)電晶體的製程中被圖示和描述。

如在第5圖中流程圖500之步驟502所描述者，本發明之方法的第一步是將一基板或晶圓放置在一沈積反應器中遠雙層溥膜將被形成處。為了製造具有雙層薄膜閘電極的MOS電晶體’ 一基板或晶圓，例如在第6A圖中所示的基板600被提供。基板600含有一具有一閘介電層604形成在其上之單晶石夕基板602。該單晶石夕基板通常對nm〇 S 元件會以p型不純物（例如硼）輕微摻雜，而對PMOS元件則以η型摻質（例如砷或磷）輕微摻雜。該閘介電質可以是任何適合的介電層，例如但不限於二氧化矽、氮氧化矽、和氮化的氧化物。此外，基板600通常會包含隔離區域（未示出），例如區域氧化隔離（LOCOS)或淺溝渠製程（STI)區域以將形成在基板600内之個別的電晶體隔離開來。基板600被放置在適於沈積本發明之雙層矽薄膜的化學氣相沈積（CVD)反應器中。一適合的CVD設備的例子是如在第1 - 3圖中所示之阻抗加熱低壓化學氣相沈積反應 15 200305202 器。來形被直於較間，薄膜多晶到並氣、在本的稀定。可以托耳溫度。。之之間氫氣氦氣種不應，在本發明之一實施例中，其中一雙層多晶矽薄膜被用成一閘電極者，該無規則晶粒邊界的多晶矽薄膜606 接形成在閘介電質604上，如在第6B圖中所示者。位低處之多晶矽薄膜的平均晶粒尺寸介於50 - 500埃之並且具有大約與水平尺寸相同的垂直尺寸。該多晶矽 6 06具有<111>方向為主的結晶相位。為了在本發明之一實施例中沈積一無規則晶粒邊界的矽薄膜，首先所欲的沈積壓力和溫度在腔室90中被得穩定下來。當壓力和溫度的穩定被達到時，一例如氮氦氣、氬氣、或其組合物的穩定氣體被注入腔室90中。發明之較佳實施例中，用於無規則晶粒多晶矽沈積中釋氣體之氣流和濃度被使用以達到溫度和壓力的穩使用該稀釋氣體來穩定使得該稀釋氣體之氣流和濃度在多晶矽沈積之前穩定下來。在本發明之一實施例中，該腔室被抽至一介於50-350 之間的壓力，較佳者為15〇 - 250托耳，並且該加熱器被升至介於690 - 7 3 0。(：之間，並且較佳者介於700 - 710 間’當該稀釋氣體以每分鐘介於10-3〇標準公升（slm) 的流速被注入該腔室時。根據本發明，該稀釋氣體由和惰性氣體所組成’例如但不限於氮氣、氬氣、或、及其組合物。為了本發明的目的，一惰性氣體是一會被用來沈積該多晶石夕薄膜的反應消耗掉或與其反並且不會在多晶矽薄膜沈積期間與腔室構件反應的氣

16 200305202 體。在本發明之較佳實施例中，該惰性氣體只由氮氣組成。在本發明之一實施例中，氫氣構成該稀釋氣體混合物中大於8%並且小於35%的體積比，而該稀釋氣體混合物較佳者具有體積比介於20 - 3 0%之間的氫氣。

在本發明中，該稀釋氣體混合物具有足夠的氫氣/惰性氣體濃度比以使後續沈積的多晶矽薄膜與<220>結晶相位相比較之下，會以< 111 >結晶相位為主。此外，該稀釋氣體混合物具有足夠的氫氣/惰性氣體濃度比因此後續沈積的多晶矽薄膜具有一平均晶粒尺寸介於50 - 500埃之間的無規則晶粒結構。在桊發明之

分離的部分供應至該腔室中。該稀釋氣體混合物的第一份係透過在腔室蓋3 0中的配氣埠2 0來注入。該第一部係由所有用在該稀釋氣體混合物中的氫氣以及用在該稀氣體混合物中一部份的（通常約2/3)惰性氣體所組成。該二部分被注入至腔室90内加熱器下方的較低部分中，並係由用在稀釋氣體混合物中之其餘部分的（通常約ι/3)惰氣體所組成。透過底部腔室部分來提供一些惰性氣體的的是為了幫助防止該多晶矽薄膜沈積在該腔室較低部八構件上。在本發明之實施例中，介於8_18如之間I 者約9 -，的惰性氣艘和所有的氫氣係透過該頂邹八, 被注入；而介於3-1G slm之間，較佳者㈠如，^政氣體（較佳者為氮氣）被注入腔室的惰八股至的底部或較低部分之後，一旦該溫度、脲士车产壓力、和氣流已被穩定下來， 17 200305202

含有矽乙烷（Si2H6)的第一製程氣體混合物和一含有氫氣和惰性氣體的稀釋氣體混合物被注入腔室中以在基板6 0 0上沈積一無規則晶粒多晶矽薄膜606，如第6B圖中所示者。在本發明之較佳實施例中，該矽來源氣體是矽乙烷（Si2H6)，但可以是其他矽來源氣體，例如矽丙烷（Si3H8)，只要該製程氣體混合物能在一小於750°C的溫度下提供一小於0.5eV 的反應活化能即可。根據本發明之較佳實施例，介於200 -300 seem之間，較佳者介於40-100 seem之間，的石夕乙烧 (Si2H6)在溫度和壓力穩定步驟期間被加入已經在流動並且穩定的稀釋氣體混合物中。以此方式，在無規則晶粒多晶石夕的沈積期間，一含有介於40 _ 100 seem之間的石夕乙烷 (ShH6)和介於10 - 30 slm之間之含有氫氣和惰性氣體的稀釋氣體混合物之第一製程氣體混合物，在腔室中的壓力維持在介於1 5 0 - 3 5 0托耳之間，並且晶座5的溫度維持在介於690 - 73 0°C之間時被注入該腔室中。（需被暸解的是在該 LPCVD反應器中，該基板或晶圓6〇〇的溫度通常係比測量到的晶座5的溫度低約20 - 3(rc)。在本發明之較佳實施例中，該矽來源氣體被加至該稀釋氣體混合物的第一部份（上半部分）中並且透過入口埠4〇流入腔室9〇中。由晶座5和晶圓600而來的熱能導致該矽來源氣體熱分解並且在閘介電質上沈積一無規則矽多晶矽薄膜6〇6，如第6B @中所示者。在本發明之一實施例中，只有熱能被用來分解該矽來源氣體而沒有另外的能量源的輔助，例如電襞或光子增強（photon enhancement)。 18 200305202 當該第一製程氣體混合物被注入腔室90中時，該矽來源氣體分解以提供最後在介電層604上形成一無規則晶粒多晶矽薄膜606的矽原子。需被瞭解的是氫氣是矽乙烷（si2H6) 分解的反應產物。藉由在該製程氣體混合物中添加適量的氫氣，矽乙烷（Si2H6)的分解會變慢而使一多晶矽薄膜606 能夠以微小的並且無規則的晶粒607形成。在本發明中，

稀釋氣體内的氫氣體積百分比係被用來操控遍及該晶圓的石夕資源反應。藉由使氫氣構成介於8 - 5 0 %之間的稀釋氣體混合物，具有一平均晶粒尺寸介於50 - 500埃之間的無規則晶粒可以被形成。此外，藉由在該稀釋氣體混合物中包含足夠量的氫氣，一以<111 >結晶相位為主，相對於<22〇>結晶相位，的無規則晶粒多晶矽薄膜606被形成。

根據本發明，沈積壓力、溫度、和製程氣體流速及濃度係被選擇以使一多晶矽薄膜以一每分鐘介於1500 - 5000 埃之間，較佳者每分鐘介於2000 - 3000埃之間，的速率沈積。該製程氣體混合物持續被注入腔室9 0中直到一所欲厚度的多晶矽薄膜606形成。在本發明之一實施例中，無規則多晶矽薄膜606係用來做為一擴散障壁以防止後續植入的摻質，例如硼，通過該薄膜進入介電層604中。在這樣的例子中’該無規則晶粒多晶矽薄膜606係被形成得足夠厚以防止硼在後續的用來活化該等摻質之熱回火步驟期間實質地擴散通過該薄膜並進入該閘介電質6〇4中。在為閉電極應用而製造一擴散障壁時，一厚度介於2 〇〇 — 5〇〇埃之間的多晶矽薄膜606被發現是適合的。 19 200305202 之後如在第5圖之流程圖_之方塊5〇6中所提及者：在無規則晶粒多晶石夕薄m⑽形成之後，一具有圓柱晶粒的多晶石夕薄膜被直接 ^ 且接形成在該無規則晶粒邊界多晶矽薄膜606上方，如在筮《π面丄在第6C圖中所示者。該等晶粒609之垂

直尺寸對水平尺寸的比你丨 H ^疋2· 1，並且較佳者為至少 4 : 1 〇

一圓柱晶粒矽薄膜V 、了以藉由在維持一壓力在介於15〇一 3 5 0托耳之間和加執考、田 …、器，皿度介於690 - 730°C之間時提供一具

有矽乙烷（Si2H6)和一錘雜名〆、稀釋瑕1體的第二製程氣體混合物至該腔室中來形成。— ，圓柱曰曰粒矽薄膜可以藉由控制包含在該 2製程氣體展合物之稀釋氣體中的氮氣量（體比百分比）來付到。如在第6C圖中所示之適合的圓柱晶粒石夕薄m 608可 ' 將3有矽乙烷（Si2H6)和稀釋氣體，其中該稀釋氣

體,s -惰性氣體(例如氮氣、1氣、和氦氣)和氫氣，其中氫〇氣構成少於8%體積比的稀釋氣體混合物並且較佳者少於 5一/6 ^積比的稀釋氣體，之第二製程氣體混合物流入沈積腔至90中來形成。在本發明之一實施例中，該圓柱晶粒矽薄膜6 〇 8係刹田 α丄h 你則用一只由矽乙烷（si2H6)構成的第二製程氣體口 U '、由惰性氣體而沒有氫氣所構成的稀釋氣體來形成具有圓柱晶粒之多晶矽薄膜608可以藉由在將腔室9〇中的壓^7 ^ 維持在介於1 5 0 - 3 5 0托耳之間以及該晶座5的溫度維持在介於690 _ 730它之間時流入一含有介於5〇— 15〇 seem 之 pq α 产 Ί的矽乙烷和含有少於5 %體積比的氫氣和一惰性氣體之介μ ， ;丨於10 _ 30 slm之間的稀釋氣體混合物的第二製程 20 200305202 氣體混合物來形成。與形成該無規則晶粒石夕薄腹 m » 、之第一製程氣體混合物相同’ e玄為形成圓柱晶粒碎的第― 幻弟一製程氣體混合物呈有兩袖部分，其中該第-部份透過配氣4 2。進入並且含有約：的稀釋軋體和所有的含石夕氣體，且其中該第二部分係由盆餘1/3的稀釋氣體所組成並且被，、由其从卜产 '入該腔室的較低部分中。右虱氟在該圓柱晶粒多晶薄膜彡 /守勝形成期間被包含在内，其進入腔室之前即先行與惰性氣體、你軋體混合並且透過腔室蓋3〇

的配氣埠20與該第一部份一起進入腔室中。甲在本發明之一較佳實施例中，这具有圓柱日曰粒微結構的多晶矽薄膜008係利用或在盥再一 μ無規則晶粒多晶石夕薄膜 6〇4相同的腔室（即腔室9〇)中『原處』形成。以此方式，多晶石夕薄膜604不會被暴露在一氧化環境中或在圓柱多曰曰“夕薄膜608形成之前被污染，從而使該等薄膜之間的一清潔的介面可以被達到。在本發明之一實施例中，當多晶=薄膜606和6 08在原處被形成時，該沈積腔室以一惰性氣體清潔約5秒鐘以確保所有的氫氣在該圓柱晶粒多晶矽薄膜 608沈積之前都已從該腔室中被移除。該清潔可以利用與用來沈積該等多晶薄膜同樣的沈積溫度和壓力以及同樣的惰性氣流來進行。以此方式，一快速的、有效率的並且持續的製程可以被用來形成該雙層矽薄膜61〇。圓柱晶粒矽薄膜608被形成直到所欲的矽薄膜608的厚度達到為止。在本發明之一實施例中，其中該雙層石夕薄膜被用來形成一閘電極者，圓柱晶粒矽薄膜608可以被形 21 200305202 成至一介於1500 _ 1 800埃之間的厚度以使雙層矽薄膜61〇的總膜厚達到㉟2000埃。但是應當被玉里解的s，圓柱晶粒矽薄膜608的厚度可以為了任何特定的應用而被製成任何需要的厚度。在圓柱晶粒多晶矽薄臈完成之後，該第二製程氣體混合物的流動停止，I且加熱器從該製程位置降至載入位置且晶圓6〇〇從腔室中被移出。在此時，根據本發明之一實施例之一雙層矽便完成了。之後，如在第5圖之流程圖5〇〇之步驟5〇8中所提及 ::該雙層矽薄膜可以被摻雜成為所需的傳導型和程度，方疋需要的活。雙層多晶矽薄膜6丨〇可以藉由眾所周知的離子植入法和熱回火步驟來摻雜。該雙層矽薄膜61〇可以在以覆蓋型式位於基板6〇〇上時(即在圖案化之前)或在圖案化成為如内連線或電極之後被摻雜。當形成一 M〇s電晶體時較佳者為在該雙層多晶矽薄膜利用眾所周知的微影法 ί蝕刻技術來圖案化成為如第6D圖中所示的閘電極之後才對其進行離子植入。以此方&，該離子植人步驟被用來反植入該單晶石夕基板以形成源極/汲極區域614。該植入也可以被用來摻雜該閘電極並從而降低電阻。田形成PM〇S電晶體時，p型不純物616(例如硼）以與閘電極6 1 2的外部邊緣對準的方式被植人單晶石夕基材中以形成源極A及極區$ 614並且被植入雙層多晶石夕間電極6 1 2中。硼可以利用三氟化硼做為來源以一 1 $ X 1 〇丨^原子/平方公分的劑量來植入以達到lxl〇2Q原子/立方公分等級的摻雜密度(若要形成一 n型元件，例如石申或鱗的不純 22 200305202 物或植人p型的單晶基材巾）。該離子植人步驟通常將換質置入雙層多晶矽薄膜610的圓柱晶粒多晶矽薄膜608中。一後續的熱回火被用來驅動並活化深人在該圓柱晶粒矽薄膜以及該無規則晶粒矽薄膜606中的摻質，如在第6D圖中所示者。該圓柱晶粒多晶矽薄膜608的微結構使摻質可以透過該長的圓柱晶粒邊卩6"快速且均句的擴散遍及該薄摻質6 1 6到達該無規則晶粒石夕薄膜6 〇 6並且擴散遍及該無規則晶粒矽薄膜的許多晶粒邊界。因為許多晶粒邊界，摻質車又乂在垂直方向上擴散（與該圓柱晶粒矽相較），因此該無規則晶粒邊界提供了防止摻質貫穿進入下面的閘介電^ 604中之阻斷效應。這在摻質不純物是硼時特別有用。在本發^之—實施例中，該無規則晶粒多晶碎薄膜6G6係被形成侍足夠厚以在用來驅動和活化該摻質的熱回火中阻斷硼 =穿至下面的閘氧化物中。摻質可以利用任何眾所周知的 ^程來驅動和活化，例如在-含有例^ 10%氧氣纟90%氮

氣中的援+立-r· ^ A 衣兄下、>皿度介於800 - 1 loot之間維持一段介於3〇一 120秒的時間之快速熱製程。或者，摻質可以藉由積體電路製造_ 4 中的下一個高溫製程步驟來驅動和活化。疋需要’石夕化物或其他金屬層可以被形成在閘電極 6 12的頂件、。或在源極/沒極區域6，1 4上方以進一步降低該元曰寄生電阻。在此時，一具有一雙層多晶矽閘電極的M〇S 電阳體的製造便完成了。

23 200305202 在本發明之一實施例中，具有一矽來源氣體並且提供一低的反應活化能之製程氣體混合物被用來沈積一氮化矽 (S^NJ薄膜。在本發明之較佳實施例中，一氮化矽薄膜係藉由利用矽乙烷做為前驅物來形成。一氮化矽薄膜的沈積可以利用一含有矽乙烷（ShH6)和一含氮氣體，例如氨氣 (NH3) ’之製私氣體混合物來得到。利用矽乙烷來做為矽來源氣體，一氮化矽薄膜可以在晶圓溫度介於48〇 — 73〇τ：2 間並且在沈積壓力介於5 - 350托耳之間的情況下藉由熱 CVD法來沈積。一適合的氮化矽薄膜可以在溫度介於6〇〇 __ 75〇〇c之間，壓力介於100- 300托耳之間的情況下利用一含有介於 10-3〇SCcm的石夕乙烷、介於2000 -6000sccm之間的氨氣和介於5000 - 1 5000sccm之間的氮氣的製程氣體混合物來形成。藉由利用一提供低的反應活化能之製程氣體混合物，在小於750t的溫度下小於0.5eV來形成一氮化矽薄膜，對一已知的製程條件組來說，沈積速率實質上係比例如使用矽烷（S1H4)之具有高的反應活化能之製程氣體混合物要高。第8D圖示出具有使用不同量的矽乙烷之製程氣體的氮化矽薄膜在60(TC(812)和75(TC(814)下形成的薄膜之製程速率如何改變的兩個圖示。也在第8D圖中示出的是在8〇〇 °C下利用矽烧（SiH4)形成的氮化矽薄膜之沈積速率的標線 816 〇第8E圖係一顯示出以矽乙烷（Si2H6)形成之氮化矽薄膜 24 200305202 的沈積速率如何隨著不同溫度而改變的曲線圖。從第圖之曲線圖中可明顯看出，利用石夕乙烧的氮化石夕之沈積速率在一高於55 0°C的溫度下對溫度是不敏感的。藉由利用硬乙烧和在第1-3圖中所示的LPCVD腔室，氮化矽薄膜可以在一高沈積速率（比每分鐘1〇〇〇埃高）和低沈積溫度下被形成為具有小於2% (厚度範圍/ 2χ平均厚度）的膜厚均勻性《藉由利用矽乙烷（Si2H6)做為矽來源氣體，製程條件可以被調整以形成具有不同的膜組成和特性的氮化矽薄膜，例如有不同的矽/氮比例的膜、有不同折射率（RI) 的膜、有不同消光係數（k)的膜、以及有不同（n)值的膜。（折射率（RI) = nU ) + ikU )，其中（n)是折射率的實數部分，而k 是折射率的虛數部分或消光係數並且λ是入射線的波長）。一氮化矽薄膜的折射率（RI)可以利用調整（1〇和（]〇值來調整或改變。藉由在一氮化矽薄膜的沈積中使用矽乙烷做為矽來源氣體，介於0·001_0·65之間的消光係數（k)值以及介於 - 2.6%之間的（n)值可以被得到。此外，在該薄膜中的氮濃度可以藉由控制沈積速率和溫度來控制。在第8A圖中所示者係一根據觀察所得到的圖示，其顯 :，一氮化矽薄膜的折射率（RI)之（n)值可以如何藉由控制 &軋（ND/石夕乙烧比例來調整。標線顯示打值如何隨著在75(rc下以不同的氨氣/矽乙烷比例沈積之氮化專膜而改變，而標線804顯示（n)值如何隨著在ό00°C下以不同的氨氣//矽乙烷比例沈積之氮化矽薄膜而改變。也顯丁在第8A圖中的是一標線806，其示出n值如何隨著在8〇〇 25 200305202 c之相對高溫下以不同的氨氣/矽乙烷比例沈積之氮化矽薄膜而改變。在第8A圖中可明顯看出，一寬的製程窗的得到使具有大範圍的不同（η)值之氮化矽薄膜的形成成為可能。例如，利用矽乙烷，製造者可以製出一（η)值介於18和2 6 之間的氮化矽薄膜。如在第8 Α圖中所示者，一由矽烷（SiH4) 所形成的氮化矽薄膜可以被製出的是小範圍的（n)值。此外，藉由利用矽乙烷做為矽來源氣體，製造者可以製出（n)值大於2.1 5的氮化矽薄膜。

第8B圖顯示出消光係數（k)值如何可以藉由控制溫度、壓力、和矽乙烷流來調聱。藉由利用矽乙烷做為矽來源氣體，消光係數（k)可以被輕易地調整至介於〇〇〇1 _ 〇 65之間。當氮化矽薄膜被用來做為一抗反射塗層時，通常會需要介於0.3 - 0.5之間的消光係數。第8C圖顯示出以矽乙烷形成的氮化矽薄膜之沈積速如何Ik著不同的溫度、壓力、和矽乙烷流速而改變。

因為以矽乙烷形成之氮化矽薄膜具有一寬廣的製程以控制該薄膜的⑷和(k)值，他們被用來做為抗反射塗層很理μ的。這在該氮化矽薄膜也被用來做為積體電路製 :的硬光罩時是特別有用的，因為該氮㈣硬光罩然後可以做為抗反射塗層因此而消除了對一分離的arc層的要。硬光罩通常被用來提供蝕刻選擇性予一 0 4¾ /XI . 丨々碍胰，供在化學機械研磨製程期間的研磨終止（ΡΟΗ- 的Γ如，在第9A—9F ®中所示者係一種利用從石夕乙成的氮化石夕薄膜做為硬光罩和抗反射塗層的方法。一 26 200305202 被圖案化之薄膜902，例如一位於例如鎢之金屬薄膜上的多晶石夕薄膜’如在習知記憶中眾所周知般被覆蓋沈積在該基板9 00上。一氮化矽硬光罩層904然後利用矽乙烷直接被沈積在將被圖案化的薄膜902上。

之後，如在第9B圖中所示者，一光阻層9 06，通常是負光阻’被直接形成在該硬光罩904上而不需要一抗反射塗層。需注意的是每當矽乙烷被用來形成一氮化矽薄膜9〇6 時’該氮化矽薄膜906的表面可能會是氫邊界的（hydrogen terminated)。不幸的是，氫邊界會在光阻氮化矽介面處導致肇因於風邊界的光阻抑制（photoresist poisoning)。因此，根據本發明之一實施例，在形成光阻層906之前，該氮化石夕薄膜被施以一氧化二氮（N20)處理以消除該氫邊界。該石夕乙院基的氮化石夕薄膜可以藉由在將該基板加熱至介於6〇〇_ 11 00°C之間的溫度時將該氮化矽薄膜904暴露於藉由將一氧化一氮流入一卓晶圓冷壁式快速熱反應器，例如應用材料的RTP Centura，内所創造出的環境中持續一段介於i — 6〇秒的時間被適當地處理。或者，該氮化石夕薄膜可以在一被加熱至介於600 - 1100°C之間的溫度之爐管内用一氧化二說來處理。該一氧化二氮處理使一光阻層可以直接形成在氮化矽薄膜904上而不需顧慮光阻抑制。之後，如在第9C圖中所示者，該光阻層906藉由透過一含有想要被形成在該薄膜9〇2中的圖案之光罩或標線914 來暴露選擇的部分908在從一來源，例如一燈912，而來的幸δ射線910下來圖案化。在曝光期間只有那些未被光罩覆 27 200305202 蓋的光阻部分會暴露在輻射線下。藉由控制所沈積的氮化矽薄膜的（η)和（k)值，該氮化矽薄膜會導致任何反射光的相移消去。也就是說，藉由控制並選擇該氮化矽薄膜的η和k 值以及該氣化石夕薄膜的厚度，從該氮化矽薄膜9〇4的頂表面反射的輻射線916可以成為從該薄膜9〇2的頂表面反射的相移消去輻射線。藉由消去該反射線，雜散的反射線便無法曝光不需被曝光之光阻層906的鄰接區域92〇，因此使光罩914内的圖案可以精確地反映至光阻層9〇6中。之後，如在習知記憶中眾所周知者以及如在第9D圖中所示者，光阻層被顯影以去除那些被輻射線曝光的部分9〇8 並留下那些未被輻射線曝光的部分92〇。這樣一個步驟創造出一具有被形成在光罩914内的圖案的光阻光罩。隨後，如在第9E圖中所示者，氮化矽層9〇4被非等向 #刻以去除氮化矽薄膜904之未被光阻920覆蓋的部分並因此形成一氣化石夕硬光罩9 2 2。隨後’如在第9F圖中所示者，該光阻層可以被移除並且將被圖案化的薄膜902可以與該氮化矽硬光罩922對齊來蚀刻。有時能夠相對於將被圖案化的薄膜9〇2選擇性地或優先地蝕刻該氮化矽層904是需要的。藉由利用一石夕乙院石夕來源氣體來製造該氮化石夕層，一大範圍的石夕對氮S丨/ N 氣化矽膜可以被形成。藉由選擇正確的矽對氮Si/ N比例，該氮化碎薄膜的餘刻速率可以被調整以提供相對於該下方溥膜902的選擇性。例如，一富含石夕的氮化石夕薄膜可以提供濕餘刻速率特性和高延伸係數（extensi〇n coefficient)值以 28 200305202 使該氮化矽薄膜可以被用在ARC微影製程中。氧化矽/氤氣化矽

在本發明之一實施例中，均勻的氧化矽薄膜，例如二氧化矽和氮氧化矽，可以藉由熱化學氣相沈積法在一利用一含有矽來源氣體並且在溫度介於5 5 0°C - 75 0°C之間時具有低於0 · 5 eV之低的反映活化能之製程氣體混合物之單晶圓阻抗加熱的冷壁式反應器中形成。一均勻的氧化矽薄膜可以藉由利用一含有碎乙烧以及一氧前驅物，例如一氧化二氮，的製程氣體混合物之熱化學氣相沈積法來形成，並且矽乙烷/ 一氧化二氮的氣流比在沈積壓力介於5托耳- 350 托耳之間並且沈積溫度介於530 - 730°C之間時分別介於1 : 50至1 : 10,000之間。矽乙烷可以以介於lsccin - 75sccm

之間的速率被注入該沈積腔室中，而該氧前驅物以介於 0.5s lm -10s lm之間的速率被注入該沈積腔室中。若一氮氧化矽薄膜是所欲的，一氮來源氣體，例如氨氣（Nh3)，也可以以介於0·1 - 6slm的速率被包含在該製程氣體混合物中。這樣的一個製程可以以介於每分鐘50埃-每分鐘2000埃的高沈積速率在該晶圓的表面上形成一厚度均勻性$2%(厚度範圍/ 2x平均範圍）之均勻的薄膜。需被暸解的是所有在本發明之敘述中所提供的製程氣流是針對在一體積5 - 6公升之單晶圓腔室中的2〇〇微米製程0 29 200305202 福合薄膜堆疊在本發明之一實施例中，一具有一石夕來源氣體並供低的反應活化能之製程氣體混合物被用來形成一複膜堆疊的每一個含矽層。在本發明之較佳實施例中，烷被用來在一複合薄膜堆疊之每一個含矽薄膜之熱化相沈積中做為矽來源氣體。藉由利用矽乙烷來沈積該矽薄膜，每一個薄膜的沈積製程對溫度是較不敏感的而允許每一個將被沈積的薄膜可以，在或是幾乎在，的沈積溫度下沈積並且仍然會得到高度均.勻的薄膜。在同樣的沈積溫度下形成每一個薄膜是非常有價值的別是在利用一溫度控制元件時，例如一具有低的或慢度變化速率，例如每秒鐘小於1.0°c，之阻抗加熱的陶熱器8 0。因為能夠在同樣的沈積溫度下形成每一個個薄膜，晶圓產率會大幅度地增加。第10A-10D圖示出一種形成一複合薄膜堆疊的方其中每一個薄膜係與前一個含矽薄膜在實質上同樣的溫度下形成。第10A-10D圖示出一種為了一 MOS電的閘電極形成一複合薄膜堆疊的方法。需被瞭解的是術可以被用來形成許多種不同的含矽薄膜的堆疊。在電極形成複合薄膜堆疊的方法中，一未摻雜的非晶矽 1 04被直接形成在一被形成在一矽單晶基板1 〇丨上之閘層102上。非晶矽薄膜係在將該基板加熱至介於550 C之第一沈積溫度下利用一含有矽乙烷的沈積氣體來形接著’如在第10B圖中所示者，一石夕鍺合金且提合薄矽乙學氣等含 ,因同樣能夠，特的溫瓷加別的法，沈積晶體該技為閘薄膜介電 -700 成。薄膜 30 200305202 (SiGe) 106被直接形成在該非晶矽薄膜上《該矽鍺合金薄膜係利用一含有矽乙烷和四氫化鍺（GeH4)的沈積氣體在與用來沈積矽薄膜1〇4同樣的溫度下形成。一厚度介於500-1000 埃之間的鍺化矽薄膜可以被形成。一具有矽對鍺（Ge : Si)比例高至1 : 1的合金可以被形成。該Ge : Si比例可以被用來設定該閘電極的功函數。接著，一矽薄膜1 〇 8利用矽乙烷做為矽來源氣體以及與用來形成鍺化矽薄膜丨04同樣的沈積溫度被直接形成在矽鍺合金薄膜1 〇6上。

接著，如在第10D圖中所示者，眾所周知的矽製程技術可以被用來圖案化該複合薄膜堆疊丨〇9成為複合閘電極 11 0，然後眾所周知的摻雜技術，例如離子植入可以被用來將一對源極/汲極區域112形成在該單晶基板1〇1中。

再次參考第1圖，LPCVD腔室100含有一處理器/控制器700和一s己憶體702 ,例如一硬碟。該處理器/控制器 700含有一個微處理板（SBC)類比和數位輸入/輸出板，介面板和步進馬達控制器板。處理器/控制器7〇〇控制該 LPCVD腔室的所有活動。該系統控制器執行系統控制軟體，其為一儲存在一電腦可讀式媒介中，例如記憶體7〇2的電腦程式。肖電腦程式包含數個指定時間、氣體混合、腔室壓力、加熱器溫度、電源供應器、支撐位^、以及本發明之含矽薄膜沈積製程的其他參數之操作組。該電腦程式碼可以:乂：何習知的電腦可讀程式化語言來撰寫，例如68_ 組合語言、C、C + +、帕斯卡（pascal)、福傳（f。价⑻、或其他語言。用來執行製程氣趙混合、壓力控㈣、和加熱器控 31 200305202 制的子程式被儲存在記憶體702中。也儲存在記憶體中的疋需要用來形成如上所述之含梦薄膜的製程參數此，根據本發明，LPCVD腔室100包含操作指南以及參數在記憶體702中以提供一含有矽來源氣體並且在 750°C並且大於550°C的溫度下提供低於〇.5eV之反應能的製程氣體混合物至腔室9 0中以根據本發明沈積一薄膜。【圖式簡單說明】第1圖為一可以被用來形成本發明之含妙薄膜的在一製程位置内之含有一阻抗加熱器之製程腔室之側視圖。第2圖為一晶圓在分離位置内之與第丨圖中相似的剖視圖。第3圖為一晶圓在載入位置内之與第t圖中相似的剖視圖。第4圖為一說明一晶圓之不均勻的溫度分佈的圖示。第5圖顯示一形成雙層矽薄膜之方法的說明。第6A 6D圖說明一種製造具有雙層矽閘電極之電晶髋法。第7 ®為一說明當使用矽乙烷和矽烷時一多晶矽薄膜積速率如何隨著不同的溫度而改變的圖表。第8A圖為一說明數值(n)如何隨著以不同的氨氣/矽乙例在不同的溫度下形成的薄膜而改變的圖表。 702 〇因製程小於活化含石夕

晶圓剖面面側面側

的方的沈烷比 32 200305202 第8B @說明消光係數（k)如何隨著在不同溫度、壓力、和石夕乙烧流速下形成的氮化矽薄膜而改變。第8C圖說明一氮化矽薄膜的沈積速率如何隨著不同的溫度、壓力和矽乙烷流速而改變。第8D圖說明氮化矽的沈積速率如何隨著不同的矽氣體流速而改變。第8E圖為一說明氮化矽薄膜的沈積速率在使用矽乙燒時如何隨著不同的溫度而改變。第9A - 9F圖說明一種利用由矽乙烷形成的氮化矽薄犋做為硬光罩以及抗反射塗層來圖案化一薄膜的方法。第10A-10D圖說明一種在實質上同樣的沈積溫度下形成一含有不同的含矽薄膜之複合薄膜堆疊的方法。

【元件代表符號簡單說明】 5 晶座 14 通道 20 配氣皡 24 檔板 25 面板 30 腔室蓋 32 幫浦 33 排出導管 34 節流閥 40 人口埠 41 傳輸片 45 腔室本體 50 第一加熱元件 55 通道 57 第二加熱元件 60 起重組 65 支軸 75 舉升板 80 阻抗加熱器 85 抽唧板 33 反應腔室 95 LPCVD腔室 101 閘介電層 104 石夕錯合金薄膜 108 複合薄膜堆疊 110 源極/汲極區域 500 基板 602 閘介電層無規則晶粒多晶矽薄膜晶粒 608 晶粒 610 圓柱晶粒邊界 612 源極/汲極區域 616 處理器/控制器 702 基板 902 硬光罩層 906 選擇的部分 910 燈 914 鄰接區域 922 舉升梢基板非晶矽薄膜矽薄膜複合閘電極流程圖单晶碎基板圓柱晶粒碎薄膜雙層矽薄膜閘電極 p型不純物記憶體薄膜光阻層輻射線光罩氮化矽硬光罩 34

Claims

200305202 拾、申請專利範圍： 1. 一種形成一均勻含石夕薄膜的方法，至少包含：加熱一腔室中的一晶圓，以使該晶圓整體具有一大於5 °C的溫度變異；提供一製程氣體混合物，其含有一矽來源氣體並且在一小於750°C並且大於550°C的溫度下提供一小於0.5電子伏特（eV)的反應活化能；以及

從該沈積氣體混合物沈積該含矽薄膜。 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之製程氣體具有一小於0.2電子伏特的反應活化能。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之含矽氣體是矽乙烷（Si2H6)。

4.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之矽來源氣體是矽丙烷（Si3H8)。 5.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之含矽薄膜是氮化矽。 6.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之含矽薄膜是非晶或多晶石夕。 35 200305202 7.如申請專利範圍第6項所述之方法，其中上述之含矽薄膜是摻雜的多晶或非晶矽。 8.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之含矽薄膜是一珍錯合金。 9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之晶圓在沈積期間具有一大於l〇°C的溫度.變異。

10. —種形成一具有多重含矽薄膜之複合薄膜的方法，至少包含：將一晶圓置放在一腔室中；將在該腔室中之該晶圓加熱至一沈積溫度；

藉由在加熱該晶圓至該沈積溫度時，提供一具有矽來源氣體之第一製程氣體混合物至該沈積腔室中，並且在一介於750°C - 550°C之間的溫度下提供一小於0.5電子伏特之反應活化能，而在該晶圓上形成一第一含矽薄膜；以及在該第一含矽薄膜上形成一第二含矽薄膜，其中該第二含矽薄膜之形成係藉由在加熱該晶圓至該沈積溫度時，提供一含有一矽來源氣體之第二製程氣體混合物，及在一介於750°C - 550°C之間的溫度下提供一小於〇·5電子伏特之反應活化能，並且其中該第二含矽薄膜係與該第一含矽薄膜不同。 36 200305202 11 ·如申請專利範圍第1 〇項所述之方法，進一主二含矽薄膜上形成一第三含矽薄膜，其中該膜之形成係藉由在加熱該晶圓至該沈積溫度具有矽來源氣體之第三製程氣體混合物，並 750°C - 550°C之間的溫度下提供一小於〇 5電應活化能，其中該第三含矽薄膜係與該第二同0 12.如申請專利範圍第11項所述之方法，其中上來源氣體和第二矽來源氣體和第三石夕來源氣 (Si2H6)。 1 3 ·如申請專利範圍第11項所述之方法，其中上石夕薄膜是未摻雜的非晶矽。 14 ·如申請專利範圍第11項所述之方法，其中上矽薄膜是一石夕錯合金。 15. 如申請專利範圍第I〗項所述之方法，其中上矽薄膜是一多晶或非晶矽薄膜。 16. 如申請專利範圍第u項所述之方法，其中上以一具有每秒鐘小於l.〇°C的溫度改變速率之 >包含在該第第三含石夕薄時，提供一且在一介於子伏特之反含矽薄膜不述之第一矽體是矽乙烷述之第一含述之第二含述之第三含述之晶圓係阻抗加熱器 200305202 來加熱至該沈積溫度。 1 7 · —種圖案化一薄膜的方法，至少包含：在一基板上形成一薄膜； ρ 在該薄膜上形成一氮化矽薄膜，其中該氮化矽薄膜係藉由熱化學氣相沈積法來沈積，利用一含有一矽來源氣 · 體以及一氮來源氣體之製程氣體混合物，其中該製程氣體混合物在一介於750°C和550°C之間的溫度下提供一小於〇·5電子伏特之反.應活化能； φ 直接在該氮化矽薄膜上形成一光阻層；以及透過一光罩將該光阻層曝光在一輻射線下，以圖案化該光阻層。 18.如申請專利範圍第I?項所述之方法，其中上述之製程氣體混合物提供一低於0.3電子伏特的反應活化能。 Ϊ9·如申請專利範圍第17項所述之方法，其中上述之矽來源氣體是矽乙烷（Si2H6)。 20·如申請專利範圍第1 7頊所述之方法，其中上述之矽來源是矽丙烷（Si3H8)。 21 _如申請專利範圍第17頊所述之方法，進一步包含處理該氮化矽薄.膜的步驟，以防土在該光阻/氮化矽介面處肇 38 200305202 因於一氫邊界（hydrogen terminated)的氮化石夕表面之光阻抑制（photoresist poisoning)。 22. 如申請專利範圍第17項所述之方法，進一步包含在形成該光阻層之前在一介於600-1100 °C的溫度下以一含有一氧化二氮（ΚΟ)的環境來處理該氮化矽薄膜的步驟。 23. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中上述之石夕薄膜具有一介於1.9至2.6之間的（η)值。 24·如申請專利範圍第1 7項所述之方法，其中上述之氮化係具有一大於2.15的（η)值。 25·如申請專利範圍第17項所述之方法，其中上述之氮化石夕薄膜具有一介於0.001 - 〇·65之間的消光係數（k)。 2 6 · —種圖案化一薄膜的方法，至少包含：在一基板上形成一薄膜；在該薄膜上形成一氮化物層，其中該氮化物層係藉由熱化學氣相沈積法來沈積，利用一含有矽乙烷和氨氣的製程氣體混合物；在一介於600 - ll〇(TC的溫度下以一氧化二氮（义〇)環境來處理該氮化矽薄膜；以及直接在該氮化物層上形成一光阻層。 39 200305202 27. 如申請專利範圍第26項所述之方法，其中上述之氮化矽薄膜係以一快速熱處理器來處理。 28. 如申請專利範圍第26項所述之方法，其中上述之氮化矽薄膜係在一爐管中被處理。

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