TW512430B - Chemistry for boron diffusion barrier layer and method of application in semiconductor device fabrication - Google Patents

Chemistry for boron diffusion barrier layer and method of application in semiconductor device fabrication Download PDF

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Description

512430 _案號90120226_年月日 修正___ 五、發明說明（1) 此專利申請案主張美國臨時專利中請案60/22 6, 1 67號， 申請日2000/08/18，申請人為I mad Mahawi 1 i博士，名稱 NOVEL CHEMISTRY FOR BORON DIFFUSION BARRIER LAYER AND METHOD OF APPLICATION IN SEMICONDUCTOR DEVICE FABRICATION的優先權。 技術範疇及發明背景 本發明有關於半導體元件（如固態電晶體）的製造，及數 個薄膜製程。簡言之，例如先將矽晶圓濕蝕刻接著將晶圓 在咼溫的氧氣環境中加熱以形成二氧化石夕膜，形成二氧化 矽膜後，在氧化膜上沈積氮化矽膜，使用氨氣及甲矽烷在 低壓化學蒸氣沈積系統中可達成氮化矽膜的沈積。在各種 設備組中執行數個連續步驟（如沈積抗蝕層的乾蝕刻移 ，，濕蝕刻’氧化及最後平面化）之後接著沈積氧化場， 藉由電晶體設計的數個微影製程（想要使用的）而開始將電 路圖案定型’#由不同離子植入，抗蝕層成灰及濕清潔等 步驟而產生電晶體N井及p井以形成電晶體的源極及汲 極。 晶=;Ϊ ΐ用Ϊ 5酸(如氫敗酸)的各種濃度而作強力的 ^氣=氧^1 —著在四周是氧氣，含有雙氯曱矽烷的水 ::Ξ :氣：^氣及氫之下在600 到t之間將晶圓 ^… 4氧化層（稱為電晶體閘氧化層）接著在# :。。的高溫下在含有氨氣或氧化說的以η 驟形成氮切層其一般是在開=二二取 ☆二亂’鼠化矽是良好的導體以及極佳的擴散障壁層；當加
512430 ___案號90120226 年二月 日 絛t____ 五、發明說明（2) 入聚矽層時，其一般含有硼（或磷），硼（或磷）原子能移入 閘氧化層，惟，氮化矽層是硼（或磷）移入閘氧化層的阻 礙，惟，當閘極變薄時（如20埃），氧化層中的氮原子會影 音閘極的性能。因此乳移入已成為許多元件速度不能增加 的原因’由於製造出的元件尺寸已越來越小（接近〇 1 3微 米線寬），因此閘氧化層（作為擴散障壁層）中的氮更限制 這些元件速度的增加。 因此需要一種方法其中聚石夕層中的構（或硼）原子於移入 閘氧化層的同時體能使閘氧化層厚度減到極小。 發明簡述 根據本發明，一種製造半導體元件的方法在元件的氧化 膜聚矽層介面中併入氮原子，本發明提供一種製程以併入 氮原子，依此定源的（即使不是全部）原子位於氧化膜表面 上而不疋在其中。此防止從聚石夕層作極大的哪原子擴散， 以使氧化膜能在極低厚度（接近8到1 5埃）下於多數期望的 電氣條件下操作，以增加元件的速度。 / 在本發明的形式中，藉由在一半導體基材中形成一氧化 層’及接著在半導體基材之暴露表面上加入氮原子以形成 一擴散卩早壁層以製造半導體元件，其中氮原子不穿透氧化 膜。 在一特徵中，藉由暴露基材在含氮原子之電漿中而加入 氮原子，例如將基材暴露在溫度範圍2 5。(：到8 0 〇 °c或溫度 約2 5 C之電漿中，在又一特徵中，將基材暴露在壓力範圍 1 0m托到1 0 0 0m托，且最好壓力是約1 5〇m托之氮電聚中。 512430 案號 90120226
五、發明說明（3) 在另一特徵中，也將基材暴露在氦氣，較佳的，將 暴露在含氮氣及氦氣之電漿中。 、 才 斤在又一特徵中，將基材暴露在四周是曱矽烷氣體之含5 氣電漿，其中氮及曱矽烷在氧化膜上面形成一氮化石夕^氮 例如將基材暴露在四周是曱矽烷氣體之含氮氣電漿中，、芦 力fe圍是約50m托到750m托，或壓力是約250m托。 【 、根據本發明之另一形式，藉由在基材中形成氧化膜而 造=導體元件，而膜具有一暴露面及與基材相接之介面: 暴露面暴露在甲矽烷氣體以便在暴露面上形成甲矽烷分。 子，將氮原子加入氧化膜之暴露面上，其中氮原子=$ 烷分子反應以形成一擴散障壁層。 一 y 在一特徵中，藉由暴露基材在含氮氣之電漿而加入氮 子，例如暴露基材在含氮原子之電漿，溫度範圍是2 5 8 0 0 °C，或者溫度是約2 5 。 在本發明又一形式中，藉由在半導體基材中形成氧化臈 而在處理裝置之處理室中製造半導體元件，在四周是曱矽 烷氣體下將含氮原子之電漿注入處理室以便在氧化膜上形 成一擴散障壁層。 / 在一特徵中，在壓力範圍約50m托到750m托，或較佳的 約250m托之下，將電漿注入處理室。 广在另一特，中，以氣體流範圍約5到5〇cm3/min將曱矽烷 氣注入f理室。較佳的，以氣體流約25cm3/mi 氣注入處理室。 | % 根據另一特徵，在電漿產生器中以射頻範圍約5到
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五、發明說明（4) — 50MHz，較佳的以約13· 56MHz之射頻產生電爿灸 J產生器之輸入功率在約5◦到1_瓦，而較佳的約4◦◦電 本ΐϊί發明的另一形式’藉由將氮原子加入半導體A材 表面而衣造半導體元件，接著在氮原子上之 =^ 化Ϊ本ί中氮原子併入氧化膜以形成-擴散障壁層。’ ^ 基材辨形成在基材中之氧化膜，及形成在=膜 膜。 ，、中形成擴政卩早壁層之分子不穿透氧化 在一特徵中，擴散障壁層包括氮原子。 徵！，，化膜具有10到50埃範圍之厚度。 二他牿：：’乳化層形成電晶體之閘氧化膜。 此外？擴弋散障壁層包括氮原子及甲矽烷原子。 圍在15到2^:…有5到30埃範圍之厚度，較佳的，範 材根:康=的另一形式，半導體元件包括：-半導體基 膜之暴露面上之擴散陳辟;匕2 一局"電材料，及形成在 不穿透膜。 、 土曰’/、中形成擴散障壁層之分子 例如半導體基材最好 之膜形成一群其包括A各f 矽曰曰®，而包括至少一材料 此外擴散障壁層包給。 子。 括鼠原子，及包括氮原子及甲矽烷原 第7頁 512430
且ϊ ί ΐ特徵中’擴散障壁層具有5到30埃範圍之厚度， 平又t的’在15到20埃範圍中。 五、發明說明（5) # -彳1附圖及以下說明即可更明了本發明的這些及里# B 才示、優點、目的及特徵。 夂其他目 附圖簡單說明 圖處理裝置的立體圖； =T石*圖1線11 -11看去的剖面圖； 回=圖2部分111 - 111的放大剖面圖； 圖4疋圖1裝置的氣體注入管的放大圖形； 圖5是圖1裝置蓋子的放大正視圖； 圖6是圖5蓋子的底視圖； J : ί圖1到6中裝置的遙控電漿產生器的放大圖形； Γλ—裝置剖面的放大圖形，該裝置使用本發明的方、去 而形成；及 j电 圖9的圖形〃兒明擴散障壁層膜的厚度是時間函數。 較佳實例説明 二：圖1 ’數字10是指處理半導體基材的處理裝置 ，1〇在製造+導體元件時適於在半導體基材12(如半俨 曰曰圓）上執行各種製造及處理製程，包括熱處理（如孰退體 火，硼磷氟體的熱回流），及薄膜應用的進一步化 =如氧:匕：，氮化膜’摻雜及未摻雜的聚石夕膜， 金牛i:化鶴等。詳如以下所"置10用以製造 声，‘ 'f制：加入亂原子以形成硼（或磷)原子擴散障壁 層用以隊制氮原子擴散到元件中，以增加元件速度。土
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五、發明說明（6) 參考圖2，裝置10包括氣體注入系統16以便將至少一種 氣體注入處理室18以處理基材12。氣體注入系統16包括電 漿產生器1 4以便在注入處理室1 8之前將氣體的能量增加， 電漿產生器1 4最好將氣體離子化以注入處理室丨8，且最好 將氣體離子化以注入電漿以使電子溫度下降。此外藉由將 注入電漿的氣體離子化，多數化學蒸氣沈積過程中產生的 熱在一些情況下即可減少（或去除）。此外，藉由氣體離子 化，能使已沈積的膜更穩定。此外因為產生器丨4在處理室 1 8外部，所以在注入處理室之前將氣體離子化可以使基材 (一般是半導體基材）與電漿場的高電子能量分開，以防止 改變基材，如元件破壞及/或失效，其一般發生於基材暴 露在這種高電子能量中。 再參考圖2，裝置1〇包括加熱裝置20以加熱基材（最好是 均勻方式）及放射測量裝置22，關於適當加熱器的詳情可 參考美國專利595 1 896，其讓渡給Micro c Technologies，
Inc. of Grand Rapids，Mich。關於適當放射測量裝置的 詳情可參考美國專利58 1 4365，其讓予給Micro c
Technologies， Inc. of Grand Rapids， Mich 。 裝置10包括外殼24以形成處理室18，基材12支撐在平台 2 6上的處理室1 8 ’其由適當材料製造（如塗有石墨的碳化 矽，石英，純碳化矽，鋁土，锆，鋁，鐵等）。基材12是 如此支撐以致其元件側1 2a朝向外殼24的上壁（或蓋子 28)，適當平台的例子可參考美國專利6 0902 1 2， 60 0 7635，其讓渡給Micro C Technologies，inc· of
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Grand Rapids，Mich，而在此供參考 1號9012似邓 五、發明說明（7) 平台26最好位於及支撐在第二可旋轉外殼32上壁30中的 凹陷中央開孔30a，外殼32最好旋轉支撐在底部34的外殼 24 =，底部34及第二外殼32旋轉支撐在外殼24的底壁36， ^最好使用習用磁連接式驅動機構3 8 (或另一適當的驅動 衣置）^而疑轉’以經由真空而使底部3 4旋轉。依此，基材 1。2即旋轉支撐在外殼24中，此外藉由旋轉基材〗2，裝置工〇 可^ ^ ^材的整個表面均勻的加熱及提供氣體。例如可依 特定衣耘而將底部34及外殼32的每分鐘轉速（厂叩）設定在5 到 6 0 r m p。 卜双32及平台26將加熱裝置2〇包圍，其位於外殼μ上以 t熱裝置2〇完全包圍在外殼32中。+台26支撐基材12 ”二瓜子2 8的下表面2 8 a分開，而二者之間的空間則是處 ^^ ’處理室1 8最好用真空孔而抽真空’真空孔在氣體 u，衣ί16中（如以下所述），基材12通過室閥39而置於室 藉由習用晶圓輸送裝置（如自動輸送機械人）而置於 平台2 6。 5 ^考圖5，6，氣體注入裝置16包括歧管40以便將至少一 14 0基材1 2上的處理室1 8，歧管4 0是由複數個氣體注 将二，^成其在基材12上相隔排列且支撐在蓋子28中。最 、μ ^ 6匕括不反應氣體管（如石英或銘管等），各氣f 將ϋ4】與Ϊ鄰的氣體注入管分開且對齊，以便由歧管 2材12的各個不同區域，其中發生薄膜沈積過 e46最好以可拆卸方式支撐在蓋子28中，以便 512430
_案號 9012 ⑽ 五、發明說明（8) 可以將至少一管4 6移走以便清潔（或替換）。 〜歧管40也包括氣體注入環41，其在管46的外圍，而排 J44也類似的在管46的外圍徑向朝著内氣體注入環41的内 ，延伸。注入環41 一般用以將惰性氣體（如氮等）注入處理 至1 8而且將惰性氣體導入基材外圍以形成氣體障壁層，以 便反應氣體注入氣體注入管46時，將反應氣體限制^各管 46下面的基材區域中，這是因為真空排氣管44與注入管/ 相η卩。排氣官4 4沿著氣體注入管4 6延伸而且與它相鄰，以 便=何散溢的氣體分子接近排氣管44的下面區域時會從處 理室1 8排出。因此通過氣體注入管4 6的氣體會限制在處理 =18的不同地方，以及限制進一步限制在基材12的不同區 多亏圖3，4，各管46包括複數個孔48，其可藉由鑽洞 。如雷%射鑽洞）而形成，孔48可以將氣體引入管及基材12， y = k各孔的大小，位置及導程以改變第量的流向，及沪 ==46的長度而改變以量定注入氣體以使基材12上的氣^ 刀均勻。再參考圖3，歧管40最好包括3個管，一中央管 a及2個外管46b，46c。此外各管46a，46b或46〇可相連以 ，將各氣體注入基材U。例如中央管46a可用以注入第一 而管46b及46c可個別控制以注入第二氣體。此外， 一別控制通過各管36的流，以便能同時打開或是一個接 是的各開/閉周期之間不定時的打開。此 :官中的氣體中止時，另一氣體即注入管以控制晶圓 ^的反應情況，及防止任何使氣體污染的回流。此外每
第11頁 512430 _ 案號 90120226 年 月 日 五、發明說明（9) 一管46a，4 6b，46c可與特定氣體的注入相連，可使用各種 氣體（如氫，氬，鎢，六氟化物，氮，氦等）且選擇性引入 孔48以處理基材12。 參考圖4，各管46a，46b，46c分別包括一輪送管5〇a， 50b，50c或是與其連通，該等管通過蓋子28而從管46&， 4613_’46(3除出。各輸送管5〇&，5〇13,5〇(：最好分別與較大 士徑的輸送管52a，52b，52c串聯，其在室18外部而'且在 盍子28上面。例如各管5〇a，5〇b，5〇c，46a，46b，46c可 具有約0· 25吋的直徑，而管46a，46b，46c具有約〇 2〇吋 的孔徑。各輸送管52a，52b，52c具有的直徑在〇· 5至^十 (或更大）▲氣體通過此中央氣體注入管且室壓減少，例 j於1 m托且一般是在〇 · 1至〇 · 3 m托，而同時使電漿產生 的動作’使氣體在較大石英管中分解及離子化，也最好由 不反應材料（如石英或鋁土）製造出輸送管52a，52b， C而且將離子化氣體藉由管50a，50b，50c而送入管 46& 46b ’ 46c ’且最好將離子化氣體送入電漿如以下所 述〇 5 =考圖6，氣體注入管4〇包括排氣管44，如上所述，排 =二44繞著管46a，46b，46c而延伸以提供額外的邊界， 二46a ’46b，46c注入的氣體即不能超過它。除了將未 ^ j的=體從處理室18移走外，排氣管44也可防止氣體的 二^ ’亏木。與注入環41配合，排氣管4 4即可控制沈積在基 上的膜’依此可產生區域化的膜沈積，而且可使用放 射測量系統如以下所述。 第12頁 512430
庄入室1 8的氣體可以在注入處理室丨8之前離子化，以便 j /主入至1 8之岫即增加氣體的能量。如上所述，電漿產生 裔14在反應器的外部以使高電子能量與電漿場分開以避免 到達正在室1 8中處理的基材。藉由使電漿場分開，此系統 即可防止基材因高電子能量而產生變化，這會破壞及使元 件失效。電漿產生裔1 4產生電磁場以便在進入輸送管 5ja，52b，52c之前使反應氣體流過，此外，一或所有的 氣體可以在注入室1 8之前即離子化。產生器丨4包括一可調 孔如微波孔，其在管14a(其插入各輸送管52a , 52b，52c) 的外圍。使用微波產生器且解適當的電氣匹配網路即可影 響電浆產生。此高頻交流電送入在管14a(其最好由石英或 鋁製造）四周的可調孔，而要激勵的氣體則在其中流動， 在某一功率依輸入功率而激勵甚至離子化該流動的氣 體原子。接著使用石英或銘管分配器而快速的將激勵及離 子化的氣體原子導入晶圓。詳如以下所述，一旦激勵的氣 體進入室’即與室中的另一氣體及/或與矽晶圓表面本身 反應，氣體通過電漿產生器14及進入輸送管52a，52b，
5 2 c (其最好有較大的通道）之後，各氣體即離子化及分 解’且最好離子化成為氣體電漿。結果，注入室丨8的氣體 與半導體基材（如矽’鍺或鎵化物）反應更激烈，且減少製 程中達成膜沈積所需的溫度。 如上所述’反應器1 〇最好包括非接觸式放射測量系統2 2 =測量在各製程中基材丨2的放射度及計算其溫度。放射測 量系統2 2藉由比較參考光源發出的輻射（其最好在室丨8中）
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五、發明說明（11) 與基材12發出的輻射而決定基材12的溫度，該參考光源最 好包括至少一燈泡其類似於加熱裝置2〇中使用的燈泡姓 構，如美國專利59 5 1 89 6所述。 '° 反應器10更包括光纖溫度測量棒54，其固定在蓋子28且 定時收集所有處理情況下基材元件12的元件側12a發出的 光子密度資料，測量棒54測量到的溫度送入主電腦杵制器 以將它與一設定溫度比較，且計算出任何的偏移且^它轉 成控制電流以驅動標準商用SCR電流繼電器以傳送比例功 率到各燈泡區域及加熱裝置20，較佳的，反應器1〇包括3 個測置棒54其定位以測量晶圓的不同部分的溫 理周期中溫度的均一。 $ ^ /由處理單計算基材12的溫度^，且最好輸人到控制 糸統（未示）以監控加熱裝置20的輸出。控制系統經由電路 58(其通過反應器外殼24的底壁36)而接到加熱裝置2〇， 了維持反應器1 〇的真空，而由〇環（或使用它種習用的閉… 封裝置（或方法））而將電路58閉封，這可參考美國專利 5 8 1 4 3 6 5中有關適當放射測量系統的内容。 已處理過半導體基材1 2後，即由複數個拉桿6 0 (其凸出 於平。26)將基材12從平台26拉起以自動的將裝置中的 基，12載入及卸載。由習用磁耦合晶圓升降機“將拉桿⑽ 放下，拉桿56在外殼24的中央而且凸出於加熱裝置 =邓刀及平台2 6的中央部分，類似的，為了維持室 18的真空’拉桿54伸入外殼24的底壁36中的〇環。 電水產生為、14最好包括電磁場電漿產生器114(圖7)且包
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括：產生器管116，套筒118包在產生器管ι16四周，及 圈1 2 0纏繞著套筒1 1 8。套筒11 8最好包括水冷式套筒以使 線圈1 2 0冷卻，線圈1 2 0的一端接地而且與驅動電路1 2 1連 接’驅動電路1 2 1包括··電源1 2 2如射頻（R F )電源（或微、、皮 電源），及阻抗匹配網路1 2 4。例如電源1 2 2包括：R F電 源，電源122具有13· 56MHz的頻率，而電 源最好是80 0到1 20 0瓦，且更佳是約1〇〇〇瓦。線圈12〇最女 是銅線圈直徑是約0. 15吋，且繞著套筒118約2到2〇匝=| 佳是約7匝。 & 圖7的產生器管116包括一輸入端U6a及一輸出端ll6b， 而輸出端11 6a插入各輸送管52a，52b，52c，當氣體注入’ 產生器管116的輸入端11 6a時，電源122即動作而線圈12() 在產生為管116中產生電磁場，在一定功率下，氣體會在 較大輸送管52a，52b，或52c中分解及離子化。接著將這 些激勵的氣體經由中央管46a及外管46a，46c而送入室° 1 8，在上述例子中可完成各個製程。 如上所述，使用裝置1 0以處理基材丨2以製造半導體元件 (如電晶體）’中將氮原子加入以形成擴散障壁層（如硼或 石粦擴散卩早壁層），以限制（若不能去除）氮原子擴散到元件 本身以使形成元件的氧化層的厚度減少因而增加元件速 度。 包括基材的石夕晶圓於開始時使用無機酸（如氫氟酸）的各 種濃度作濕預清洗，矽晶圓在處理室丨8中，其中用以形成 閘極的氧化膜疋藉由在四周是氧，含氫的氧，或含水蒸氣
512430 修正 _案號90120226_年月 五、發明說明（13) 的氧中於溫度6 0 0 C到11 0 〇 C範圍下藉由熱氧化該晶圓而 成長。接著使用氣體注入裝置1 6同時旋轉基材如以5到 6 0rmp的速度以便將氮氣送入處理室18。最好經由電聚產 生為1 4而將氮氣送入室1 8以使氮氣激勵，電浆氮化的壓力 約為150m托，此外，處理室18中的溫度範圍在25 t到8〇〇 °C之間，但最好是在室溫。因此加熱裝置2〇在製程的此部 分是可有可無的。 除了氮以外 入裝置1 6，較 入處理室1 8以 器管46a，46b 布在基材1 2上 更多的氦氣維 子矩陣中感應 不氮原子僅加 層。因此可形 且元件的速度 下，如約1 0埃 ，氦氣也注入處理室1 8而氮氣則通過氣體注 佳的，經由電漿產生器14而將氦氣及氮氣注 形成含氮氣及氦氣的電漿。如上所述，注入 6 c包括複數個孔以較佳的將氣體電漿分 ，氮氣中加入氦氣可增加加入的氮量因為有 持在激勵，因此經由第三者的踫撞而在氮離 更，激勵時間，第二離子顯微結構（sims) 入氧化閘的上表面而不是分布在整個氧化 度=50埃的氧化層，其穩定性更高而 更决，較佳的，氧化膜的厚度可減到2〇埃以 或者，根據上述 室18，依此，將氮 上述的含氧環境中 化膜，其外形是表 化膜的厚度可減少 子顯微結構（SIMS) 方法在氧化矽晶圓之 原子加入基材表面。 以咼溫氧化矽晶圓， 面高而且氧化層的厚 到1 0到5 0埃，更佳是 顯示氮的濃度在氧化 前將氮氣注入處理 加入氮後，接著在 結果，氮即併入氧 度減少。結果，氧 小於2 0埃。第二離 層表面較高接著氧
修正 月 曰 m, .90120226 五、發明說明（14) 曰1内α卩遞減。如此可使閘氧化膜中的氮含量最高。 已發/見純石夕表面氮化後（即不氧化）上述製程比氧化矽 即閑氧化層）的氮化更快，例如將矽表面暴露在氣體電漿 5到60秒且最好是約3〇秒。 在另一方法中’形成閘氧化層後通過上述的注入器管 46\( !!為氣體電装）而將氮及氦氣注入氣體注入裝置16的 電水&及晶，上的處瑝室1 8，此外將曱矽烷注入處理室 1= 勵，氮原子與晶圓表面吸收的甲矽烷分子反應，這 目1丨：門ί容ί的反應站以注入更多的氮而卜⑻)3的新膜 之=氧匕$上成長，此製程最好在室溫及接近1 000m托 之下執行。 :考圖9 ’其中的圖形顯示加入的膜 ”關聯，此外該圖形顯示當膜變厚有多、:二間 閘氧化層的上面。此新勝命甘# η /又夕扪虱曰/主入 ^ β ^ ^ ^ ^ η ρ ^^ .....氮及矽的矩陣共同提供閘氧 化層共♦矽膜間良好的橋接材料，且接』^ (最好是約1 2 00埃）的厚度下沈積。因此 、 的電氣性能。在此材料執行詳細的 二；=層 ；；^ ^-(3, )3 - „ „393. OeV „ ^ ^ ^ t T , 乳化層上的該膜具有選擇性的氮濃度而且 。閘 介，厚度（其發生於若將氮化石夕或氧氮化石夕加員入外的氣化層 攻可以在閘乳化層表面達成高濃度的、。 I達m或更高的原子加人閘氧化層表二原子，’可以將含 在本發明的處理裝置及加熱系統中執行 雖然可以 已顯示當四周是室中的甲士 二、ϋ入，但是 )甲石夕坑心’含高濃度氮”原子
第17頁 512430 五、發明說明
;陣（N —(Sl)3)會在閉氧化層上成長，可加入此膜及控制 在此一厚度以達成期望的氮濃度（圖9)。 典型的處理條件是指··形成閘氧化層&，以5到 5 0 0〇1113/111111(且最好是25〇1113/11^11)的甲矽烷流率及在室壓 50到7—最好是25〇[„托）之下將甲石夕$完氣注入處理室 1 8。室1 8中的處理溫度一般是室溫，但是較高的溫度也可 :Z ,在1 GG C到7GG C的溫度範圍。電漿產生器1 4的射 Λ =到 =MHz(且最好是13·56MHz)且由50到1 000瓦 (取好疋400瓦）的電源驅動。處理時間及壓力決定最後長
一的‘於薄的問氧化層Λ良好的石朋穿透障壁層而 吕:N-(S〇3膜厚是5到30埃且最好是15到2〇埃。 則丄：=8在产造半導體兀件時’-旦形成閘氧化層， = = 到15〇°埃(最好是12°°埃)的聚石夕膜即 沈積在閘氧化層及擔勒隍劈居μ ，丄％ 在此聚矽膜之前沈積，一般是使用門^ f |早土廣疋 ξι,ο, ^ 又疋便用閘虱化層及聚矽膜之間 的l :j 5埃’惟’如上所▲，擴散障壁層的厚 到3 0埃（且更佳是在丨5到2 〇埃）。 此N=(Si )3膜也可加入由其他材料（如新開發出的 吊數材料如氧化锆及铪）形成的膜上， ^ _
些膜的障壁層，因此可更了解這此 在、：牙透這 減少其穩定性及電氣性能。-材枓中存在的蝴可大幅 為了以下說明目的，名詷上（或下） 與圖1到9所述的本發明有關，此外名同等者都 互換使用以表示某一元件在另 ：。=-之上可 卞上 然而本文的名詞
第18頁 512430 案號90120226 年月日 修正 五、發明說明（16) 在是指它是元件的一部分或是在其中。可了解本發明假設 多種不同的替代方向及配置，除了明確指示不允許者以 夕卜。也可了解附圖及說明書提及的特定大小，配置，元件 及方法只是後附申請專利範圍定義的本發明的典型實例， 因此與本文所述實例相關的特定大小及其他物理特性，除 非申請專利範圍明確指示不允許，否則不該視為一種限
雖然已說明本發明的各種形式，如熟於此技術者了解的 仍有它種形式，例如可使用其他處理裝置，此外本發明的 遙控電漿系統可用在其他處理裝置中，因此可了解附圖及 說明書提及的實例只是說明目的，不是要限制本發明的範 圍，本發明的範圍只由後附申請專利範圍所定義。
第19頁 512430 _案號9Q120226_年月日_修正 圖式簡單說明
第20頁

Claims (1)

  1. 512430 案號90120226_年月曰 修正___ 六、申請專利範圍 1. 一種製造半導體元件之方法’該方法包括· 提供一半導體基材， 在基材上形成一氧化膜’該膜具有一暴露表面及在基材中 之介面；及 在暴露表面上加入氮原子以形成一擴散障壁層’其中氮原 子不穿透該氧化膜。 2 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中該加入步驟包括於 曱矽烷氣存在下暴露基材在含氮氣之氣體電漿，其中氮原 子及甲矽烷原子在氧化膜上形成一氮化矽膜。 3 ·如申請專利範圍第2項之方法，其中該暴露於曱矽烷氣 存在，壓力範圍約5 0 m托到7 5 0 m托下，暴露基材在含氮氣 之氣體電漿。 4 ·如申請專利範圍第3項之方法，其中該暴露於曱石夕烧氣 存在’壓力約250m托下’暴露基材在含I氣之氣體電漿。 5·如申請專利範圍第2項之方法，其中該加入包括暴露基 材在含氮氣之電漿。 6.如申請專利範圍第5項之方法，其中該加入步驟包括在 溫度範圍25 °C到800。(：下暴露基材在電衆。 7如申請專利範圍第6項之方法，其中該加入包括在溫度 約2 5 C下暴露基材在電漿。 8·如申請專利範圍第5項之方法，其中該暴露更包括暴露
    512430 __案號酬226_年 月 曰 修正 六、申請專利範圍 基材在氦氣。 9 ·如申請專利範圍第8項之方法，其中該暴露包括暴露基 材在含氮氣及氦氣之電漿。 I 0 ·如申請專利範圍第5項之方法，其中該暴露包括在壓力 範圍1 0 m托到1 0 〇 〇 m托下暴露基材在氮電|灸。 II ·如申請專利範圍第1 0項之方法，其中該暴露包括在壓 力約150m托下暴露基材在一氮電漿。 1 2·如申請專利範圍第1項之方法，其中提供該半導體基材 包括提供一矽晶圓。 1 3 · —種製造半導體元件之方法，該方法包括： 提供一半導體元件； 在基材中形成一氧化膜，膜具有一暴露表面及在基材中之 介面； 暴露該暴露表面在甲矽烷氣體以形成暴露表面上之甲矽烷 分子；及 上，其中氮原子與甲矽 ’其中該加入包括暴露 將氮原子加入該氧化膜之暴露表面 少元分子反應以形成一擴散障壁層。 1 4 ·如申凊專利範圍第1 3項之方法 基材在含氮氣之電漿。 15、如申請專利範圍第14項之方法，&中該加入包括在溫 又範圍25 c到800 r下暴露基材在含氮氣之電漿。 度、力2 5 C下暴露基材在含氮氣之電漿。 17.如申請專利範圍第16項之方法，其中該暴露包括將氦
    第22頁 512430 _案號90120226_年月日__ 六、申請專利範圍 原子加入說氣。 1 8.如申請專利範圍第1 7項之方法，其中該暴露包括暴露 基材在含氮氣及氦氣之電漿。 1 9.如申請專利範圍第1 3項之方法，其中該加入包括在壓 力範圍10m托到1 0 0 0m托下暴露基材在含氮氣之電漿。 20.如申請專利範圍第1 9項之方法，其中該加入包括在壓 力約150m托下暴露基材在含氮氣之電漿。 2 1.如申請專利範圍第1 3項之方法，其中提供該半導體基 材包括提供一石夕晶圓。
    2 2. —種製造半導體元件之方法，該方法包括： 提供一處理裝置具有一處理室； 在處理室中提供一半導體基材； 在基材中形成一氧化膜，氧化膜具有一暴露表面及與基材 相接之介面；及 於曱矽烷氣存在下將含氮氣之電漿注入處理室，以形成氧 化膜上之擴散障壁層，因此氮原子不穿透氧化膜。 2 3.如申請專利範圍第2 2項之方法，其中該注入包括在壓 力範圍5 0 m托到7 5 0 m托下將含氮氣之電漿注入處理室。
    2 4.如申請專利範圍第2 3項之方法，其中該注入包括在壓 力約2 5 0 m托下將含氮氣之電漿注入處理室。 2 5.如申請專利範圍第2 2項之方法，更包括將甲矽烷氣以 氣體流範圍約5到5 0 c m 3 / m i η注入處理室。 2 6.如申請專利範圍第2 5項之方法，更包括將曱矽烷氣以 氣體流約2 5 c m 3 / m i η注入處理室。
    第23頁 512430 案號 90120226 年 曰 修正 六、申請專利範圍 2 7.如申請專利範圍第2 2項之方法，其中該注入包括在溫 度約2 5 °C注入電漿。 2 8.如申請專利範圍第2 2項之方法，更包括以具有射頻範 圍約5到50MHz之電漿產生器產生電漿。 2 9.如申請專利範圍第2 8項之方法，更包括以具有射頻約 13. 5 6MHz之電漿產生器產生電漿。
    3 (K如申請專利範圍第2 2項之方法，更包括以一電漿產生 器產生電漿，該產生器具有功率輸入範圍約5 0到1 0 0 0瓦。 3 1.如申請專利範圍第3 0項之方法，更包括以具有功率輸 入約4 0 0瓦之電漿產生器產生電漿。 3 2. —種製造半導體元件之方法，該方法包括： 提供具有一表面之半導體基材； 將氮原子加入基材表面上；及 在氮原子上之基材中形成一氧化膜，其中氮原子併入氧化 膜以形成一擴散障壁層。 3 3.如申請專利範圍第3 2項之方法，其中該形成包括在溫 度範圍從約6 0 (TC到11 0 0 °C之下氧化基材。 3 4.如申請專利範圍第32項之方法，其中該加入包括暴露 基材在含氮氣之電漿。
    35.如申請專利範圍第34項之方法，其中該暴露包括在5到 6 0秒之時段中暴露基材。 3 6.如申請專利範圍第3 5項之方法，其中該暴露包括暴露 基材約3 0秒。 3 7.如申請專利範圍第34項之方法，其中該暴露包括暴露
    第24頁 512430 ___案號 90120226 六、申請專利範圍 年月曰 修正
    基材在含氮氣及氦氣之電漿。 38.如申請專利範圍第34項之方法，其中該暴露包括在壓 力範圍10m托到l〇〇〇m托下暴露基材在電漿。 ^ 3 9 ·如申請專利範圍第3 3項之方法，其中該暴露包括在壓 力約150m托下暴露基材在電漿。 1 40·如申請專利範圍第32項之方法，其中提供該半導體基 材包括提供一矽晶圓。 且土 41 · 一種製造半導體元件之方法，該方法包括： 提供一處理裝置具有一處理室； 在處理室中提供一半導體基材； 在基材中形成一氧化膜，氧化膜具有一暴露表面及一介 面；及 於甲矽烷氣存在下將氮原子加入暴露表面，以形成氧化膜 之暴露表面上之擴散障壁層。 4 2 ·如申請專利範圍第4 1項之方法，其中該加入包括將含 一鼠氣之電聚注入處理室。 43·如申請專利範圍第42項之方法，其中該注入包括在壓 力範圍1 0m托到1 〇〇〇m托下將含一氮氣之電漿注入處理室。 4 4 ·如申請專利範圍第4 3項之方法’其中該注入包括在壓 力約1 5 0 m托下將含一氮氣之電漿注入處理室。 4 5 ·如申請專利範圍第4 2項之方法，其中該注入包括在溫 度範圍2 5 °C到8 0 0 °C下將電漿注入處理室。 4 6 ·如申請專利範圍第4 5項之方法，其中該注入包括在溫 度約2 5 °C下將電漿注入處理室。
    第25頁 512430 _案號90120226_年月日__ 六、申請專利範圍 4 7 .如申請專利範圍第4 1項之方法，其中該加入包括將含 一氮氣及一氦氣之電漿注入處理室。 48. —種半導體元件，包括： 一半導體基材； 形成在該基材中之氧化膜，氧化膜具有一介面及一暴露表 面；及 形成在該暴露表面上之擴散障壁層，其中形成擴散障壁層 之分子不穿透該氧化膜。
    4 9.如申請專利範圍第48項之半導體元件，其中該半導體 基材包括一矽晶圓。 5 0.如申請專利範圍第49項之半導體元件，其中該擴散障 壁層包括氮原子。 5 1.如申請專利範圍第48項之半導體元件，其中該氧化膜 具有範圍1 0到5 0埃之厚度。 5 2.如申請專利範圍第48項之半導體元件，其中該氧化膜 具有小於2 0埃之厚度。 5 3.如申請專利範圍第5 1項之半導體元件，其中該擴散障 壁層具有範圍5到3 0埃之厚度。
    5 4.如申請專利範圍第53項之半導體元件，其中該擴散障 壁層具有範圍1 5到2 0埃之厚度。 5 5.如申請專利範圍第4 8項之半導體元件，其中該氧化層 形成一電晶體之閘氧化膜。 5 6.如申請專利範圍第48項之半導體元件，其中該擴散障 壁層包括氮原子及曱矽烷原子。
    第26頁 512430 案號 90120226
    其中該擴散障 其中該擴散障 六 申請專利範圍 5 7 ·如申請專利範圍第5 6項之半導體元件 壁層具有範圍5到3 0埃之厚度。 58·如申請專利範圍第56項之半導體元件 壁層具有範圍15到20埃之厚度。 59· —種半導體元件，包括： 一半導體基材； ，成在該基材中之膜，膜包括一高介 基材相接之介面及一暴露表面；及電材料，該膜具有與 形成在該暴露表面上之擴散障壁芦， 層之分子不穿透該膜。 9 ，、中形成該擴散障壁 6〇.如申請專利範圍第59項之半 基材包括一矽晶圓。 體凡件，其中該半導體 61. 如申請專利範圍第59項之半 來自—群之至少一材料，嗜體70件，其中該膜包括 62. 如申請專利範圍第611/匕乳化錯及氧化給。 壁層包括氮原子。 導體70件，其中該擴散障 6:Λ申請專利範圍第62項之半導體元株 壁層包括氮原子及甲矽烷原子。件 64·如申請專利範圍第 壁層包紅 J 項之半導體元件 土尽巴括一氮化矽膜。 丨卞 6 5 ·如申請專利範圍第 劈層且女只心牛導體7〇件 二滑具有軏圍15到30埃之厚度。 6 6 ·如申請專利範圍 壁層|右第65項之半導體元件 "有乾圍15到20埃之厚度。 干 其中該擴散障 其中該擴散障 其中该擴散障 其中該擴散障
    第27頁
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