TW200834677A - Method for forming a strained thin film and method for forming a silicon nitride film - Google Patents

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Harold M Persing
Edmund J Winder
Anthony Renau
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Description

200834677 26398ριί 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於半導體製程，特別是有關於原子層沈 積(atomic layer deposition)的技術。 【先前技術】 現代半導體製程已經產生了對高品質之薄膜結構的精 確的原子級沈積(atomic-level deposition)的需要。響應這種 需要’近年來已經開發了多種被統稱為“原子層沈積 (ALD)” 或“原子層蠢晶(at〇mic lay ere pitaxy，ALE)”的膜成 長技術。ALD技術能夠以原子層的精度(accuracy)來沈積 均勻且順應性的膜。典型的ALD製程使用連續自限制表 面反應(self_limiting surface reaction)來將膜成長控制在單 層厚度區間(regime)内。由於其對膜之順應性(conformity) 以及均勻性的良好潛力，ALD已經成為進階應用的選擇技 術，例如微電子元件中的高介電常數(high_k)閘極氧化層、 儲存笔谷電介質以及銅擴散障壁（C0pper diffusi〇n barrier)。實際上，ALD技術對所有從奈米(nm)或次奈米等 級之薄膜結構的精確控制受益的進階應用都是有用的。 然而，目前為止，大多數的現有沈積技術受到固有缺 陷的影響，並且在半導體工業中無法可靠地用於大規模生 產例如被稱為分子束蠢晶（molecular beam epitaxy, MBE)的沈積技術使用擋板控制⑽加^_c_r〇iiecj)的單個 瀉流室（effusion cell)來向基板表面引導不同物種(叩 的原子’ 些原子在基板表面上彼此反應以形成期望的單 6 200834677 26398pif 層。固體源(solid-source)MBE製程中，瀉流室必須加熱到 相當鬲的、溫度’以進行組分原子(ingredient atoms)的熱離子 發射(thermionic emission)。此外，必須維持極高的真空， 以確保組分原子到達基板表面之前在它們中間不發生碰 • 撞。儘管需要高溫及高真空，但MBE膜成長率對於大規 . 模生產來說確是相當低的。 另一 ALD 技術被稱為溫度調控 ^ (temPerature-m〇dulated)原子層磊晶(ALE)。根據此技術， ’ 為了成長矽膜，重複以下步驟。首先，在18〇t：與400T：之 間的低溫下將單層的矽烧(SiH4)沈積於基板表面上。隨 後，基板溫度陡升到大約550°C，以脫附氫原子，剩下單 層的矽。儘管此技術的確達成了受控之逐層的 (layer-by-layer)膜成長，但需要重複的溫度突波(spike)，使 其難以在大的晶圓上維持均勻性以及層與層間的可重複性 (repeatability)。此外，將基板加熱到高溫會損壞或破壞在 先釗的製程步驟中形成於基板上的精密結構（deiicate (J structures)。 一種現有的ALD技術採用離子轟擊來脫附過量的氫 原子。根據此技術，使用二矽烷(disilane, Si2H6)氣體來在 • 基板表面上形成二矽烷單層。然後，利用氦或氬離子轟擊 、 基板表面以從二矽烷單層脫附過量的氫原子，而形成矽單 層。可能由於過度的高能離子轟擊(〜5〇ev離子能量），膜 成長率相當低(低於每循環〇·15單層），並且高能離子通量 (flux)貫質上是直視性(iine_〇fsight)製程，因此危害了原子 200834677 26398pif 層沈積進行高順應性沈積的潛力。進一步，高能離子還引 起結晶缺陷（crystalline defect)，這造成不得步進行沈積後 的退火(post-deposition annealing)。 而且’對ALD沈積的薄膜進行順應性摻雜，特別是 在3-D結構（例如，f?inFETs)中，對製程工程師來說仍是 一種挑戰。不希望利用現有離子植入技術來將摻質引入到 3 D的順應性覆盖結構(c〇nf〇rmaiiystrucfure)内， 不僅疋因為難以達成摻質分佈的均勻性，而且由於植入後 的退火(post-implant anneal)所產生的潛在損壞。 由於上述原因，希望提供一種克服上述不足以及缺點 的原子層沈積的解決方案。 【發明内容】 種原子層沈積技術。在一實施例中，此技術為一種 ，芰j膜的形成方法。此方法包括向基板表面供應一種或 夕種如驅物質(precurs〇r substances)，前驅物質具有至少一 第-物種的原子以及至少—第二物種的原子，藉此在基板 表面上形成—層前驅物質。此綠還包括將基板表面暴露 於電ί產ί之第三物種的介穩態原子(metastable atoms)， "、中’I %悲、原子從基板表面脫附至少一第二物種的原子， 乂^/成至J 一第一物種的原子層。至少一第一物種之原子 層内的期望的應力（stress)大小，藉由控制從以下參數所構 群中選擇的_種或多種參數來達成··沈積溫度、至 /、第物種的原子層的成分(comp0siti〇n)、至少一第一 物種的原子層_摻質(咖磁㈡)數量以及與第三物種的 200834677 26398pif 介穩態原子相關聯的通量(flux)或能量(energy)。可在多個 沈積循環(deposition cycles)中重複上述步驟，直到達成期 望的膜厚(film thickness)。 Γ 在另一貫施例中，此技術為一種氮化矽膜的形成方 法。此方法包括向基板表面供應具有矽和氮原子的一種或 多，前驅物質，藉此在基板表面上形成一層上述一種或多 種二驅物質。此方法還包括將基板表面暴露於電漿產生之 第三物種的介穩態原子，其中介穩g原子從—種或多 驅物質的層中朗過量_原子和氮原子，以形成氮化石夕 個沈積循環中重複上述步驟’直到達成 在另一實施例中，此技術是一種氮化矽膜的形成方 法包括向基板表面供應具有抑子的—種或多種 ===表面上形成一層上述一種或多種前 ;於電裝產生之氮的介穩態原子，以形成氮切的= 二=個沈積循環中重複上述步驟，直卿 現在參照關所*的實_更詳細地描述本 發明。儘 管下文參照實述本伽，但應該_本發^ 太獲得本文之教導的本領域熟知此項技藝者將= 當二圍内並且本發明相對 域。 Λ知方式、修改和貫施例，以及其他應用領 9 Ο
足夠鬲的劑虿供應，以飽和基板表面並在其上形成二石夕烧 單層104。然而，在整個發明中，詞語“飽和，，的使用並不 排除基板表面僅由用於“飽和”此表面的物質來部份覆蓋的 情況。基板102以及處理環境可維持在謹慎選擇的溫度 200834677 26398pif 【實施方式】 為了解決與現有料層沈積技術相_上述技術問 題’本發明的實關引人助以及臨場(in獅)摻雜技術。 使用介穩態原子來麵過量的科。例如，介穩態原子產 纽電^内。出於示意的目的，後續描述將集中於使用 ti介穩悲原子來沈積摻雜或非摻雜矽的方法和裝置。應該 知道’ __賴似的技術，還可以使用誠其他^ 態原子來成長其他物種的薄膜。 參照圖1，其顯示了根據本發明_實施例的原子層沈 積循環100的方塊示意圖。原子層沈積循環1〇〇包括兩個 又(phase) ’ 即’飽和 又(saturationphase)lO 以及脫附階 段12。 在飽和階段10中’基板102暴露於二矽烷(si2H6)氣 體。為了成長矽膜，基板表面可包括例如矽、絕緣層上覆 石夕（silicinsulator，SOI)和 / 或二氧化矽（smc〇n dioxide)。二矽烷氣體作為矽前驅(silic〇n precurs〇r)，且以 下’以防止别驅物氣體在基板表面上凝結或分解。在本實 施例中，基板102被加熱且維持在18〇。(：與400°C之間的溫 度下，儘管將基板102加熱並且維持在其他溫度範圍也落 在本發明的範圍内。 10 200834677 26398pif 在脫附階段12，基板102暴露於介穩態原子，此介穩 態原子的能量足以從前驅物單層中脫附過量的原子。根據 本實施例’氦介穩態原子用於從在飽和階段10形成之二矽 烷單層104中部份地或者完全地脫附過量的氫原子。氦介 穩態原子可由例如感應搞合式(inductively coupled)電漿中 的氦氣體產生。各個氦介穩態原子的内部能量大約為 20eV，此能量可用於打破矽原子與氫原子之間的結合鍵 (bond)。根據某些實施例，惰性氣體(氦、氬等）的介穩態以 及其他激發態傾向於發射光子(photon)，此光子也可間接地 驅動基板表面上的脫附反應。在移除過量的氫原子之後， 石夕單層106形成於基板表面上。根據某些實施例，可以不 移除所有過量的氫原子。因此，在脫附階段12結束時，矽 單層106的表面為懸鍵（(jangiing b〇nd)以及氫端鍵結 (hydrogen_terminated)矽原子的混合物。 在飽和階段10和脫附階段12之間，利用一種或多種 惰性氣體(例如，氦或氬)來清洗基板表面，以移除過量的 反應氣體以及副產品(例如，氫）。從飽和階段10至脫附階 段12的整個循環（包括二階段之間的“清洗(purge)，，步驟在 被稱為一“沈積循環”。可重複沈積循環100，以一次一 單層（或者部份單層）地形成純矽的薄膜(例如，結晶、多晶 或非晶態等）。 根據本發明的實施例，使用介穩態原子而不是離子， 有利於從由前驅物質進行飽和處理的基板表面脫附過量的 原子。當為了脫附目的而在電漿中產生介穩態原子時，希 200834677 26398ριί 望防止帶電粒子(例如，電子以及離子）到達基板表面，使 得由於這些帶電粒子產生的非等向性(anis〇tr〇pic)膜屬性 降低或得到最小化。可採取多種解決方法來防止帶電粒子 影響形成於基板表面上的ALD膜。例如，可將一種或多 • 種裝置(例如，擋板(baffle)或屏(screen))插入電漿源和基板 . 之間。這些裝置進一步加偏壓以過濾出不想要的帶電粒 子。或者，可建立電磁場來偏轉帶電粒子。根據其他實施 ^ 例，可調節基板表面的方位來最小化帶電粒子的入射流。 例如’基板平臺可進行反轉或者以其他方式轉離電漿源的 視線(line 〇f sight)。或者，電漿源可定位成距離基板一定 距離，以使相當大部份的帶電粒子由於散射或者碰撞而無 法到達基板表面。 … 參照圖2,其顯示了根據本發明另一實施例的原子層 沈積循環200的方塊示意圖。根據本實施例，上文的圖1 所示的ALD製程不僅可用於沈積單物種的薄膜，而且還 可將摻質引入薄膜或者形成多物種和/或交替分層的膜，所 I) 有這些過程均是以受控方式進行的。例如，除了非摻雜的 矽膜，還可以根據略微修改之ALD製程來成長摻雜矽膜。 根據這種修改之ALD製程，一或多次沈積循環1〇〇可由 • 一或多次沈積循環200所取代。 • 在沈積循環200的飽和階段20中，摻質前驅物氣體取 代石夕前驅物氣體或者與矽前驅物氣體同時提供。在圖2所 不的實施例中，摻質前驅物是二硼烷(Β2Η6)，它吸附（或“化 學吸附”)到基板1〇2的表面，以形成二硼烷單層204。在 12 Ο
G 200834677 這種情況下，下方表面可包括在前一沈積猶環中沈積 的矽單層。二硼烷單層204可以部份或者完全地覆蓋下方 表面。 在沈積循環200的脫附階段22中，基板1〇2如上文所 描述地暴露於氦介穩態原子。氦介穩態原子可從二硼烷單 層204中脫附過量的氫原子，剩下部份或完全的硼單層 206。 曰 藉由控制利用沈積循環2〇〇取代沈積循環1〇〇之次數 並藉由控制在飽和階段20内供應之二硼烷氣體的劑量 (d〇Se)，可在矽膜内達成期望的硼摻質的密度曲線(density profile)。由於這種臨場摻雜技術依賴於摻質原子的順應性 沈積(conformal deposition)而不是離子植入，因而可在複雜 的3-D結構(例如FinFET)的表面上達成均勻的摻質分佈。 進步，不需要進行沈積後離子摻雜的摻質原子所必需的 南溫擴散製程。取而代之，不f要進行退火或者僅需要低 溫退火，這導致摻質的擴散降低，並因而產生非常陡峨的 (或“盒狀”)摻質曲、線。同樣，本發明的實施例可在·% =，下的溫度下實施，這正好處於半導體工業的“熱預 异（thermal budget)内。 之、^^發_原子層沈積可μ取決於基板表面成分 廷’衣程。例如’圖！所示的製程可以在石夕或s〇i表 面亡而不是在二氧切(Si〇2)表面上沈積料層。因而， -乳u夕可用來作為罩幕層，以遮罩基板表面的選定部份。 該知道’儘官在上述實例中僅使用了氦介穩態原 13 200834677 子，但其他物種的原子也可用於脫附製程。這些物種的選 擇基於它們的介穩態或激發態之壽命和能量。表1提供了 其介穩態原子可用於ALD製程的脫附階段之備選物種的 列表。 表1 物種 壽命(s) 能量(eV) He 8000 19.8 ~ Ne 24 17 Ar 40 12 Kr 30 10 Xe 43 O ~ ο 應該知道，除了二硼烷氣體，還可以使用其他摻質前 驅物來向ALD形成的薄膜中引入期望的摻質原子。用於 引入例如蝴(Β)、砷(As)、磷(Ρ)、銦(ιη)以及銻(Sb)等摻質 原子的適當摻質前驅物可以包括但不侷限於以下化合物： 鹵化物(例如，BF3)、醇化物(例如，B(〇CH3)3)、烷基(例如，
U
In(CH3)3)、氫化物(例如，AsH3、pH;)、環戊二烯基 '烷亞 醯胺(alkylimide)、烧醯胺(alkylamide)(例如，p[N(c 以及脒基(amidinate) 〇 U進—步，臨場雜技術不限於電漿強化的ald製程，
㈣ΐ過^LD賴程來沈積含摻f的單層。這種臨場摻 L = f要使用介穩態原子。例如，熱(thefmal>A;LDI 二二！T成含摻f的單層。實際上，這種臨場推雜概 製程’其中利用沈積含摻質之單層的 /人絲取代沈積要摻雜之薄膜單層的一或多 200834677 次沈積循環，或者其中要掺雜的薄膜可實質上與含換質白勺 單層同時沈積。 ' 圖3顯示了根據本發明一實施例的進行原子層沈積白勺 系統300的方塊示意圖。 ' • 糸統3〇〇可包括處理室302 ’其通常能夠利用例如朽 輪泵(turbo pump)306、機械泵(mechanical pump)308 以及其 他必要的真空密封元件而達到高真空基礎壓力（例如， 10义ΚΓ6 torr) 〇在處理室302中，設置用以保持至少一基 ^ 板30的基板平臺(platf〇rm)310。基板平臺310裝配有一戍 多個溫度管理裝置，以調節且維持基板30的溫度。還可以 進行基板平臺30的傾斜或旋轉。處理室302更裝配有一或 多個膜成長監測裝置，例如石英晶體微量天平（micr〇 balance)和/或反射式高能電子繞射(ref|ecti〇n吨h electron diffraction，RHEED)儀器。 、系統300還包括電漿室304，其耦接到處理室302上 或者作為處理室302的一部份。射頻(radi〇 frequency，RF) I) 動力源(Power supply)312可用於在電漿室3〇4内產生感應 耦合式電漿32。例如，以正常壓力供應的氦氣體可藉^ RF動力激發來產生氦電漿，氦電漿轉而產生氦介穩態原 子。 - _系統3㈨更包括一定數量的氣體供應裝置，例如二矽 燒么、應裝置314、二棚烧供應裝置316、氬供應裝置318 以及氦供應裝置320。各氣體供應裝置可包括流量控制閥 5 乂如所希望地設定各流速。此外，氣體可藉由例如閥門、 15 200834677 二U J 7 Upil 體積固定的小室以及第二閥門等元件的連接系列而配量 (meter)到系統内。首先可藉由打開第一閥門將小室填充到 期望的壓力。在第一閥門關閉後，藉由打開第二閥門將固 定體積的氣體釋放到處理室中。二矽烷供應裝置314以及 二卿烧供應裝置316經由第一入口 322而耗接到處理室 302，並供應足夠數量的相應矽和硼前驅物氣體來飽和基板 30。氬供應裝置318和氦供應裝置320經第二入口 324 _ 接到電漿室304。氬供應裝置318提供氬(或其他惰性氣體) 以清洗系統300。氦供應裝置320供應氦氣體以進行氣介 穩悲原子的電漿產生。此外’在電漿室304和處理室3Q2 之間可設置屏或擋板裝置326。屏或擋板裝置326(加偏壓 或未加偏壓）可用於防止電漿室304内產生的至少一部份 帶電粒子到達基板30。 乃 圖4顯示了根據本發明一實施例的原子層沈積方法的 流程圖。 ' l 在步驟402中，將沈積系統(例如圖3所示的系統)抽 氣到高真空(HV)狀態。此真空條件可以採用目前習知或者 以後開發的任何真空技術達成。真空設備可包括例如機械 泵、、渦輪泵以及低溫泵(cryo pump)中的一種或多種。真空 4準較it為至少為l〇7_l〇-6t〇rr’儘管將真空位準維持在其 他壓力也落在本發明的範圍内。例如，如果期望較高的膜 、、、屯度，則需要更高的基礎真空(base 膜，則較低的真空是可接受的。 t、低、、、屯度 在步驟404中，將基板預加熱到期望的溫度。可基於 16 200834677 ^ojyspir 基板類型、ALD反應物種、期望的成長速率等來確定基板 溫度。 尸在步驟4〇6中’石夕前驅物氣體，例如二石夕烧(以及其載 氣’如果有)可流入基板所位於的處理室中。以足以飽和基 板表面的流速或壓力來供應石夕前驅物氣體。二魏的流動 可持績例如歸或者高魏诗。二 者完全地覆蓋基板表面。 平曰丨切次 Ο t 408中，在表面飽和後1前驅_閉並且利 Li 雜氣料清献⑽統叫除過量的石夕前 室流^電漿打開。也就是，氦氣體從電漿 氦。乱電水可以是感應_合式電漿(ICP)或者向 衆==二==生氦介穩態原子的其他電 ^ _ 心種處理至内的基板暴露於氦介穩熊原 非矽；匕二:與吸附於其上的矽前驅物進行反應以脫附 移二：子對:二:燒單層’氦介穩態原子有助於 A原子以形成期望的矽單声。其化主 | # 於介=原子可持續例如幾秒或者高“ 在步驟412中，氦雷带關问# 氣體再次清洗沈積系統/ 且利用一種或多種惰性 果希且=是，望對_行摻雜。如 移到步驟4 、、’ ^ 入摻質的適當時間，製程可轉 ;=二否則，製程可循環到步驟_以= 早層的石夕和/或結束沈積部份單層的石夕。開尤積 200834677 ZOjydpii 在步驟416中，例如二硼烷的摻質前驅物氣體(及其載 氣，如果有）流入處理室。以足以飽和基板表面的流速或壓 力來供應#質前驅物氣體。二硼烷流可以持續例如幾秒或 者兩達幾十秒。二删烷的單層部份地或者全部地覆蓋基板 表面。 在步驟418中，在表面飽和之後，摻質前驅物關閉並 且利用一種或多種惰性氣體來清洗沈積系統，以移除過量 的摻質前驅物。
c, 在步驟420，氦電漿打開以產生氦介穩態原子。處理 室内的基板再絲露於氦介鶴原子，使得氦介穩態原子 可以與吸附於其上的摻質前驅物反應，以顏非接質原 t。勤，對於"職單層，氦介穩_子有助於移除過 里的氫原子以形成所期望的部份或者全部硼單層。基板表 面暴露於介穩態原子可制例如幾秒或者高達幾十秒。 在步驟422中，錢漿關閉並且可湘—種或多種惰 性氣體再次清洗沈積系統。 可重複上述製程步驟406至412和/或製程步驟416至 422,直到獲得具有-或多個單層的期望的㈣ 有期望的摻質曲線。 應，理解，儘管上述實例僅描述了石夕膜的沈積㈣或推 雜，但本發明的實施例還可適用於沈積或者並 勿種的薄膜。例如，還可以沈積或者摻雜^含町物^ 的ALD薄膜.鍺(Ge)、碳(〇、鎵(Ga)、砷 華)或者侧。形成的薄膜可以包括單個物種，例= 200834677 2639^pir 或鍺，或者化合物，例如冚_v族化合物（例如，GaAs、 ΙηΑΙΡ)。為此，可利用包含對應物種的前驅物質。前驅物 質的候選(candidates)包括但不侷限於：氫化物(例如si^、 Si2H6、GeH)或鹵代氫化物(例如腿⑸、鹵代石炭氣化合物 - (例如CHF3)、烷基(例如三甲基鋁_A1(CH3)3或二甲基乙基 • lCH3CH2-Al(CH3)2)或龜化物(例如 ccl4 或者 。 根據本發明的實施例，上述ALD以及臨場摻雜技術 彳用於許多半導體製程中。特別是，在低溫度製程優於高 ’ 溫度製程時上述ALD以及臨場摻雜技術是有利的。應變 工程以及臨場滲氮是兩種示範性的應用。 一 ^著半導體裝置的特徵尺寸(feature size)縮短到90奈 米以下，僅進行縮放不再能夠產生期望的元件性能。應變 工程(strain engineering)是解決縮放限制的理想方法，其中 引入具有尚應力的薄膜(例如，氧化物、氮化物、矽或矽鍺） 以利用與應變結晶晶格(恤丨福巧伽胞^ h出⑻相關的 改良載子遷移率的優點。例如，在金屬氧化物半導體場效 c 電晶體（metal-〇xide_semic〇nductor field_effect trans MOSFET)的矽通道局部地(單轴地)或者全部地引入應變， 來改良MOSFE 丁性能。目前，採用高溫選擇性羞晶成長技 • 術來產生應變薄膜，例如具有p型摻質(例如，硼)或者n • 型摻質（例如，砷以及磷）的臨場摻雜矽。此外，可將鍺混 合到與矽結合的上述摻質中，以達成應變工程。在某些情 ，下，在沒有摻質的情況下僅沈積矽鍺(§沿旬。然而，與 習知應變工程製程相關的高溫使得它們難以適用於許多應 19 200834677 用 根據本發明的實施例，上述介穩態強化的ALD技術 是應變工程製程（例如上文提到的製程）的有利的代秩= 案。可在低溫下精確地沈積摻雜或非摻雜矽、siGe或4苴 它應變薄膜。應變ALD薄膜中的應力大小由許參數控 制。例如，在應變SiGe膜的沈積中，可控制 如，相較於矽的數量）以及沈積溫度來達成期望的應力大 Ο 1。根據-實關，藉由输其分職露抑前驅ς和錯 則驅物(例如，循環的次數)而達成期望的3泊£膜 外’ ALD薄膜中的換質(例如’碳)的數量對其 度的二次效應(S_㈣游時較倾度的 ^用ΪΓΐ 或沈積製程中的摻質擴散較小。此外， 乂度的沈積’由於應變鬆弛(― 小，Γ對於相同的錯數量可獲得更大的應變。 c 個沈浐循ί所if的，介穩態強化的ALD製程可包括多 著咖環包括將基板暴露於前驅物，接 ALD *路於介穩態原子。重複相同或者不 確地控制應=的^^ 礎進行變化。例如^應力大小’製程參數可以循環為基 露於第-類型的ALD沈積循環中，基板表面暴
沈麵環中，基二1 (例如，矽前驅物)，而在另-ALD 前驅物）。對於"'另一每暴露於第二類型的前驅物(例如，鍺 摻質的數量或類列’在不同ALD沈積循環中引入的 g不同。根據-實施例，在同- ALD沈 20 200834677 zo^yepii 積循環中引入摻質混合物。 對於臨場滲氮，目前採用高溫(>650。〇低壓化學蒸氣 沈積(LPCVD)製程來由二氯f矽烷(SiH2Cl2)以及氨(顺3) 的混合物來沈積順應性氮化矽⑸3队)膜。此外，交替地暴 藤於一氯甲砍院(Sij^Cl2)和氨(NH3)的ALD製程在650cC 以上的溫度下進行。包含矽、氮以及碳的前驅物已用於氮 化物膜的沈積。然而，氮化物膜中的碳含量隨著沈積溫度 降到600°C以下而急劇地增加，同時電屬性也相應地降低 (，如^形成滲漏膜），這種現象指定65〇+t的高溫進行臨 場滲氮製程。隨著半導體裝置製程的熱預算的降低，對於 間隔層以及襯層應用需要低溫順應性_4膜的沈積。此 =’較高應力的Si3N4膜是所希望的，以便作為應變工程 朿略的-部份來增加M〇SFET中的閘疊層中的總應力。
L ，據本發明的實施例’可使用介穩態強化的⑽技 ^由下沈積秘4薄膜結構(例如’間隔層）。由於 製程可《在低於鐵的溫度下達成順應tii 兩f ^獨前媒物進行沈積或者利用包含 吸附且’引入介穩態來從 ^成Sl3N4膜。除了膜的順應 法的附加優點SiN 低沈積/皿度，运種方 最小。 °到_4膜内的接質(例如，氯以及礙） 21 200834677 内。奋^並不侷限於本文所描述的特定實施例的範圍 y、f = Γ上’除了本文所描述的那些實施例外，透過上述 诚關’本發明的其他各種實施例以及修改對本領 二藝者是誠的。因而，上述其他實施例和修 改思圖洛在本發明的範圍内
St境:以特定實例為背二^ 技且i蘇日日〜M技蟄者應意識到其有用性並不侷限於此， Ο ο 因此，在許多環境下出於許多目的有益地實施。 歷下本文所描述的本發明的整個範圍以及精神來 解釋下文所闡述的申請專利範圍。 铜申來 【圖式簡單說明】 更全面地理解本發明，現在參照附圖，复中 =ΓΙ=似的標號表示。這些關不應解釋為限二 本發明，而傾向於僅是示範性的。 勺限制 方塊:ί顯示根據本發明—實施例的原子層沈積循環的 方塊:i顯示根據本發明—實施例的原子層沈積猶環的 的方示根據本發明—實施例的原子層沈積的系統 的流=是顯示根據本發明—實施_原子層沈積的方法 【主要元件符號說明】 】〇 ·飽和階段 22 200834677 100 :原子層沈積循環 102 :基板 104 :二矽烷單層 106 :矽單層 12 :脫附階段 20 :飽和階段 200 :原子層沈積循環 204 :二硼烷單層 Π 206 :硼單層 22:脫附階段 30 :基板 300 :原子層沈積的系統 302 ··處理室 304 :電漿室 306 :渦輪泵 308 :機械泵 310 :基板平臺 ϋ 312 :射頻動力源 314 :二矽烷供應裝置 316 :二硼烷供應裝置 一 318:氬供應裝置 _ 32 :感應耦合式電漿 320 :氦供應裝置 322 :第一入口 324 ··第二入口 23 200834677 326 :屏或擋板裝置 402〜422 ··步驟 L· 24

Claims (1)

  1. 200834677 ΖΟ^^δρίΙ 十、申請專利範圍： 所述方法包括以下步 1· 一種應變薄膜的形成方法 向 …，基板表面f應一種或多種前驅物質，所述前驅物 I具有至少-弟-物種的原子以及至少_第二_ 子，藉此在所述基板表面上形成_層所述前， '、 驅物質，以及 Γ) „表面恭露於電襞產生之—第三物種的介穩 ，原^中所述介穩態原子從所述基板表面脫 至 第二物種的原子’以形成所述至少-第-物種的-原 十層； t由控制從以下參數所構成的族群中選擇的一種 或多種减，來達成所述至少—第—物種⑽述原子層内 的期望的應力大小：沈積溫度、所述至少—第—物種的所 迷原子層的成分、所述至少—第—物種的所述原子層内的 徐質數量以及與所述第三物種的所述介穩態原子相關聯的 通量或能量。 ο 2.如申請專利範圍第1項所述之應變薄臈的形成方 法，更包括· 向所述，板表面供應一種或多種摻質前驅物，以摻雜 所述至少一第一物種的所述原子層。 3·如申請專利範圍第2項所述之應變薄膜的形成方 去，其中將兩種或更多種摻質的一混合物同時或者依序地 弓丨入所述至少一第一物種的所述原子層内。 4·如申請專利範圍第1項所述之應變薄膜的形成方 25 200834677 ZOJ^bpiI 法，其中： 所述至少一第一物種的所述原子層包括梦及鍺；以及‘ ^所述期望的應力大小至少部份是藉由控制所述至少一 第一物種的所述原子層内的鍺的數量來達成。 5·如申請專利範圍第4項所述之應變薄膜的形成方 法，更包括： Ο 藉由控制引入所述至少一第一物種的所述原子層内的 碳的數量，來調整所述期望的應力大小。 、6·如申請專利範圍第〗項所述之應變薄膜的形成方 C/* 重複其中所述的步驟而為多個沈積循環，直到所述至 少一第一物種的所述原子層達到期望的厚度。 7·如申請專利範圍第6項所述之應變薄膜的形成方 法，其中至少一沈積循環包括·· 向所述基板表面供應一第一前驅物； 將所述基板表面暴露於一第一選定物種的介穩態原 子 子 法 子 向所述基板表面供應一第二前驅物；以及 將所述基板表面暴露於一第二選定物強从人 、疋初種的介穩態原 8·如申請專利範圍第6項所述之應變薄 其中至少一沈積循環包括： '々幵> 成方 將所述基板表面暴露於一第一選定物種的介穩態原 26 200834677 向所述基板表面供應一第一前驅物； 將所述基板表面恭路於一弟一選定物種的介穩態原 子； 一’、 向所述基板表面供應一第二前驅物；以及 . 將所述基板表面暴露於一第三選定物種的介穩能、原 • 子； 一’、 其中所述第一選定物種'所述第二選定物種以及所述 第三選定物種是相同或者不同類型的。 f 9·如申请專利範圍第6項所述之應變薄膜的來成方 法，其中於所有的所述沈積循環中之所述一種或多種前驅 物質是不同的。 10·如申請專利範圍第9項所述之應變薄膜的形成方 法，更包括： 向所述基板表面供應一石夕前驅物； 將所述基板表面暴露於一第一選定物種的介穩維原 子； ^ 向所述基板表面供應一鍺前驅物； 將所述基板表面暴露於一第二選定物種的介穩態原 子，其中所述第一選定物種和所述第二選定物種是相同類 型或者不同類型的；以及 重複上述步驟’直到在所述基板表面上形成具有期望 ' 的應力大小以及期望厚度的一矽鍺膜。 11·如申請專利範圍第9項所述之應變薄膜的形成方 法，更包括： 27 200834677 向所述基板表面同時供應一矽前驅物和一鍺前驅物； 將所述基板表面暴露於一選定物種的介穩態原子；以 及 重複上述步驟，直到在所述基板表面上形成具有期望 . 的應力大小以及期望厚度的一矽鍺膜。 12·如申請專利範圍第1項所述之應變薄膜的形成方 法，其中所述一種或多種前驅物質包括從以下物種所構成 的族群中間選擇的一種或多種物種：石夕、石炭、鍺、鎵、珅、 〇 銦、鋁以及構。 13·如申請專利範圍第1項所述之應變薄膜的形成方 法，其中所述基板表面包括從以下材質所構成的族群中選 擇的一種或多種材質··矽、絕緣層上覆矽（s〇I)、二氧化 矽、鑽石、矽鍺、碳化矽、ΙΠ_ν族化合物、平板材質、聚 合物以及可挽性基板材質。 14·如申請專利範圍第1項所述之應變薄膜的形成方 法，其中所述至少-第三物種包括從以下物種所構成的族 群中選擇的一種或多種物種··氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪 (Kr)、氡(Rn)以及氤(Xe)。 15· -種氮化石夕膜的形成方法，所述方法包括以下牛 驟： y 向一基板表面供應具有矽原子和氮原子的一種或多種 前驅物質，藉此在所述基板表面上形成一層所述一 種前驅物質；以及 夕 將所述基板表面暴露於電漿產生之一第三物種的介穩 28 200834677 態原子，其中所述介穩態原子從所述一種或多種前驅物質 的層中脫附過量的石夕原子和氮原子，以形成氮化石夕的一原 子層。 、 16·如申請專利範圍第15項所述之氮化矽膜的形成方 法，更包括： 夕 重複其中的所述步驟而為多個沈積循環，直到達成期 望厚度的氮化石夕。 Ο Ο 17·如申請專利範圍第15項所述之氮化矽膜的形成方 法，其中所述矽原子和氮原子在其各自的前驅物質中供應 至所述基板表面。 * 18·如申請專利範圍第15項所述之氮化矽膜的形成方 法，其中所述矽原子和氮原子在一種前驅物質中供應至所 述基板表面。 、19.如申請專職圍第15項所述之氮切膜的形成方 法，其中所述至少-第三物種包括從以下物種所構成的族 群中選擇的一種或多種物種：氦(He)、氖(Ne)、 (Kr)、氡(Rn)以及氣(Xe)。 ） 20.如申請專利範圍第15項所述之氮化石夕膜的形成方 法’其中所述基板表面包括從以下物種所構成的族群中選 擇的一種或多種材f : %、絕緣層上覆發_)、二氧化 石夕、鑽石、石夕錯、碳化石夕、m_v族化合物、平板村質、聚 合物以及f撓性基板材質。 、 21.如申請麵範圍第15項所述之氮化石夕膜的形成方 法，其中所述基板表面保持在低於900〇c的溫度下。 29 200834677 驟：及-種氮切膜的形成方法，所述方法包括以下步 向一基板表面供應具有矽原子的— :質藉:=所述基板表面上形成-層所迷媒 Ο 的介=種=:::露於電漿產生之氮 法，2更3=:_咖第22韻述之氮化㈣的形成方 重複其中所述步驟而為多個沈積循環， 厚度的氮化矽。 』廷風J主 24·如申請專利範圍第22項所述之氮化秒膜 二面t括從以下物種所構成的族群中選 擇的一種或夕種材質.矽、絕緣層上覆矽（so二# 石夕、鑽石、石夕鍺、碳化石夕、ΠΙ_ν族化合物、平乳取 合物以及可撓性基板材質。 來 L 30
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