TW561553B - Method and structure for oxide/silicon nitride interface substructure improvements - Google Patents

Method and structure for oxide/silicon nitride interface substructure improvements Download PDF

Info

Publication number
TW561553B
TW561553B TW091122325A TW91122325A TW561553B TW 561553 B TW561553 B TW 561553B TW 091122325 A TW091122325 A TW 091122325A TW 91122325 A TW91122325 A TW 91122325A TW 561553 B TW561553 B TW 561553B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
layer
oxide
nitrogen
forming
silicon
Prior art date
Application number
TW091122325A
Other languages
English (en)
Inventor
Pradip K Roy
David C Brady
Carlos M Chacon
Original Assignee
Agere Systems Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agere Systems Inc filed Critical Agere Systems Inc
Application granted granted Critical
Publication of TW561553B publication Critical patent/TW561553B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/28008—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
    • H01L21/28017—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
    • H01L21/28158—Making the insulator
    • H01L21/28167—Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation
    • H01L21/28185—Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation with a treatment, e.g. annealing, after the formation of the gate insulator and before the formation of the definitive gate conductor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/02274—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition in the presence of a plasma [PECVD]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02318—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
    • H01L21/02321—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment introduction of substances into an already existing insulating layer
    • H01L21/02329—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment introduction of substances into an already existing insulating layer introduction of nitrogen
    • H01L21/02332—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment introduction of substances into an already existing insulating layer introduction of nitrogen into an oxide layer, e.g. changing SiO to SiON
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02318—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
    • H01L21/02337—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to a gas or vapour
    • H01L21/0234—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to a gas or vapour treatment by exposure to a plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/28008—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
    • H01L21/28017—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
    • H01L21/28158—Making the insulator
    • H01L21/28167—Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation
    • H01L21/28202—Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation in a nitrogen-containing ambient, e.g. nitride deposition, growth, oxynitridation, NH3 nitridation, N2O oxidation, thermal nitridation, RTN, plasma nitridation, RPN
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/28008—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
    • H01L21/28017—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
    • H01L21/28158—Making the insulator
    • H01L21/28167—Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation
    • H01L21/28211—Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation in a gaseous ambient using an oxygen or a water vapour, e.g. RTO, possibly through a layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
    • H01L29/51—Insulating materials associated therewith
    • H01L29/511—Insulating materials associated therewith with a compositional variation, e.g. multilayer structures
    • H01L29/513—Insulating materials associated therewith with a compositional variation, e.g. multilayer structures the variation being perpendicular to the channel plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
    • H01L29/51—Insulating materials associated therewith
    • H01L29/518—Insulating materials associated therewith the insulating material containing nitrogen, e.g. nitride, oxynitride, nitrogen-doped material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Description

561553 A7 B7
五、發明説明（ 發明範疇 本發明係最一般性關於半導體積體電路裝置及形成此等 裝置之方法。更確切而言，本發明係關於用於形成分層閘 介電薄膜結構之材料、方法及結構，該薄膜結構包括一層 氧化物薄膜、一層氮化物薄膜及一層在氧化物和氮化物薄 膜間形成的包含氮和氧之過渡層。 發明背景 半導體積體電路裝置一般包括一層薄介電材料，一般為 熱生長氧化物’該材料充當併入半導體積體電路裝置的電 曰θ體所用之閘介電材料。閘介電材料一般在半導體基材上 的充當通道區域之區域上形成。在閘介電材料下的半導體 基材中形成通道時，電晶體回應對閘介電薄膜上形成的^ 電極所施加的電壓起作用。閘介電薄膜的品質和整合性對 電晶體裝置的官能性和壽命非常關鍵，其包括對形成電晶 體裝置所用材料和方法很敏感的一組極緊界定操作性能。 因此，抑制任何不合需要摻雜種類遷入閘介電薄膜或者通 過閘介電薄膜並遷入其下緊鄰通道區域非常重要。 多晶矽薄膜普遍用作半導體積體電路中電晶體所用的閘 電極材料。多晶矽可為”n-類型”多晶矽或”類型，，多晶矽 。例如，”P-類型”多晶矽材料指在多晶矽薄膜中包括卜類 型捧雜劑雜質之材料。在半導體工業中普遍使用且較佳的 P-類型摻雜劑為硼。在多晶矽薄膜内用硼作為雜質摻雜劑 時，將硼保持在多晶矽薄膜内具有關鍵意義，尤其是抑制 硼遷入或通過形成部分電晶體的閘介電薄膜。 -4-
561553 A7 _________B7______ 五、發明説明（2 ) 但在將硼作為摻雜雜質引入多晶矽後，用於形成半導體 裝置的隨後高溫處理操作可導致硼自多晶矽擴散並進入閘 介電材料，或者通過閘介電材料並進入閘介電區域下形成 的電晶體之通道區域。硼擴散在利用950°C至1050°C範圍 溫度以活化硼的活化製程發生。在其他高溫處理操作或操 作所完成裝置期間亦可能發生硼擴散。當硼擴散進入閘介 電材料或通道區域時，閘介電材料的可靠性降低，並可能 破壞裝置的功能性。抑制硼或其他雜質自多晶矽互連及閘 結構擴散並進入及通過閘介電薄膜的意義因此增加。因此 ’理想在閘電極/閘介電結構内具有一種内建裝置，以抑 制硼擴散出p-類型多晶矽並進入或通過閘介電材料。 抑制上述硼擴散的一個較佳方法為利用包括氧化物薄膜 和上面的矽氮化物薄膜的分層閘介電薄膜。一種替代但類 似的方法利用一層氧化物薄膜、一層氮化物薄膜及一層第 二氧化物薄膜。使氧化物薄膜及上面的氮化物薄膜組合形 成閘介電材料可成功抑制硼自p_類型多晶矽滲透進入下面 的通道區域或達到下面的氧化物薄膜和半導體基材表面間 形成的界面。此外，使氧化物及氮化物薄膜組合形成閘介 €材料亦減少電流漏泄。然而，包括石夕氮化物層之閘結構 一般帶來電荷捕陷問題且通道遷移性降低，而且驅動電流 降低。電荷捕陷問題一般存在於氧化物層和氮化物間形成 的突變界面。此等捕陷電荷難以退火。另外，用於試圖糾 正突變氮化物/氧化物界面電荷捕陷問題的退火處理一般 導致氮擴散，並使氮遷到氧化物薄膜和下面半導體基材表 •5- ^纸張尺度適时Η ®家料(CNS) a视格(21Gx 297公$-------- 561553 A7 B7 五、發明説明 面間的界面。在該界面存在氮亦導致電荷捕陷問題並使通 道遷移性降低以及驅動電流減少。 在今天快速發展的半導體裝置製造工業中，形成半導體 積體電路的元件部件不斷縮小。與此趨向一致，現正製造 越加小型尺寸的電晶體。因此，較薄閘介電薄膜必不可少
裟 此等較薄薄膜加劇以上問題，並產生其他問題。例如， 在根據習知方法製造具有在1〇至5〇埃範圍厚度之氮化物薄 膜時，薄膜可能包括針孔或小空隙。除上述能夠捕陷電荷 及使薄膜整合性降低的針孔和捕陷部件外，形成氮化物薄 膜一般在基材上發揮應力。高薄膜應力能夠導致基材中位 錯’這將導致驅動電流減小及結漏泄。
由於與硼擴散有關的問題以及由將氮化物薄膜加入閘材 料抑制擴散的同時代嘗試之缺點，說明在技藝上仍需要提 供包括足夠薄且抑制硼滲透的閘材料、無氮或其他摻雜雜 質及有關電荷捕陷問題的氧化物/基材表面界面以及無電 荷捕陷問題的氮化物/氧化物界面之方法及結構。 發明概要 為滿足此等和其他需要及考慮到其目的，本發明提供一 種用於在半導體表面上形成的半導體電晶體之閘結構。該 閘結構包括氧化物層、氮化物層以及插在氧化物層和氮化 物層間之過渡層。薄過渡層在氧化物和氮化物層間形成界 面，且包括氮和氧作為其組分，並在氧化物和氮化物之間 提供保持原態且沒有缺陷的界面。存在氮化物層抑制硼和 其他摻雜雜質不理想擴散。 6- 本紙張尺狀用中® Η家標準(CNS) A4規格(21GX撕公嫠) 561553
發明説明（ 本發明亦提供一種形成電晶體閘結構方法。該方法包括 形成薄閘氧化物層。在一個較佳具體實施例中，該薄閘氧 化物層可為一種分級結構，該分級結構由單獨形成的氧化 物層之複合物組成。然後在閘氧化物層上形成包含氮和氧 之薄過渡層。在一個典型具體實施例中，過渡層可用遠端 氧化反應及不大於100°C之形成溫度形成。然後在過渡層 上沉積碎氮化物層。 所形成的閘介電結構實質上沒有電荷捕陷，且包括在氧 化物和基材間形成的高品質界面以及在氧化物和氮化物層 間形成的高品質界面。 圖式之簡單說明 自以下詳細說明結合有關附圖可對本發明獲得最佳瞭解 。應強調，根據一般實際，圖式的各種部件未按比例繪製 。相反，為清楚起見，各種部件的尺寸被任意擴大減小。 附圖中包括分別代表橫截面視圖的以下各圖： 圖1顯示一種在基材上形成的典型閘氧化物薄膜； 圖2顯示另一種在基材上形成的典型閘氧化物薄膜，特 別為分級閘氧化物薄膜； 圖3顯示一種在如圖2所示分級閘氧化物薄膜上形成的過 渡層； 圖4顯示一種在如圖3所示結構上形成的氮化物薄膜； 圖5顯示一種複合薄膜結構，該結構包括在圖4所示氮化 物層上形成的閘電極材料；及 圖6顯示一種在圖5所示複合薄膜結構圖案化後產生的典 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公爱) 裝 訂 線 561553 A7 B7 五、發明説明（ 型閘結構。 在整個說明書及申請專利範圍中，相同數位代表相同部 件。 發明詳細說明 本發明知>供一種用於在半導體表面上形成的半導體電^ 體之閘結構及形成該閘結構方法本發明提供一種薄閑氧 化物層以及在該閘氧化物層上形成的薄碎氮化物薄膜。在 該薄閘乳化物層和梦氮化物薄膜之間插入一層過渡層。兮 過渡層包括氮和氧，且在氧化物層和矽氮化物薄膜之間提 供一種低應力、保持原態的界面。較佳用遠端電衆氮化 (RPN)反應器形成過渡層。在一個較佳具體實施例中，閉 氧化物可為一層由兩層單獨形成的薄膜組成的分級閘氧化 物層。在一個典型具體實施例中，分級閘氧化物薄膜可包 括2 -步驟合成法’其包括在高於薄膜黏彈性溫度之溫度使 一層氧化物薄膜生長於一層預生長的低溫熱生長Si〇2層上 ’以形成複合分級S i 02結構。所形成的複合閘介電結構可 包括小於20埃之合計厚度，因此，適用於今天的次微米整 合水平。 由本發明方法形成的結構由於存在氮化物薄膜對彌擴散 及滲透提供極佳抵抗力。因此，消除由硼滲透導致的閾電 壓Vt移位。類似亦降低閘漏泄電流。存在過渡層及用於形 成過渡層之方法使在由過渡層占據的氧化物/氮化物界面 處的固定電荷結合最小。存在過渡層亦降低遷移性h損 失。包括本發明閘介電材料的所形成電晶體亦享有可靠性 -8 - 本纸張尺度適用中國國冢標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) ' "" -- 561553 A7 B7 五、發明説明（6 ) 增強及低斷路狀態電流之優點。由於過渡層提供最小限度 或操固定電荷的無應力氧化物/氮化物界面，所以不需要 隨後的退火製程。由用RPN技術形成的過渡層完成的低應 力氮化物層同樣不需要隨後的退火製程。因此，排除由退 火製程帶來的不理想擴散效應。 現在轉向綠圖，圖1和圖2分別為顯示在基材上形成的典 閘氧化物薄膜之橫截面圖。圖3 - 6顯示在圖2所示的典型 分級氧化物薄膜上形成電晶體閘之製程次序。 圖1顯示基材10,該基材可為矽基材，如常用於半導體 製造工業上的習知矽晶圓。根據其他典型具體實施例，基 材10可由其他材料形成。基材1〇包括初始上表面（未顯示） ，該表面可用各種方法熱氧化，以在基材1〇上形成侵蝕基 材10的初始上表面之氧化物層。典型氧化物層14可用各種 適合方法形成，如在熱壁爐中熱氧化或使用冷壁快熱氧化 (RTO)系統。在一個典型具體實施例中，基材1〇可為矽， 而氧化物層14可為二氧化矽Si〇2薄膜。氧化物層14與基材 10形成界面16,且亦包括上表面18。氧化物層14之厚度2〇 可在5至100埃之範圍内，較佳在5至20埃範圍内，但亦可 在其他典型具體實施例使用其他厚度。所顯示表面i 2為基 材10的最上表面，且最上表面與氧化物層14形成界面16。 在一個典型具體實施例中，可將氧化物層14用作電晶體閘 所用的部分介電層，且可將其選擇性稱為閘氧化物層14。 在一個典型具體實施例中，氧化物層14為單一且連續的二 氧化矽Si02薄膜。 冬 中國國家標準(CNS) A4規格(21Gx 297公羡)---
裝 訂
線 561553 A7 B7 五、發明説明（7 ) 圖2顯示在基材1〇上形成的氧化物層另一個典型具體實 施例。圖2中所示的氧化物層14G為一層由上氧化物層14u 和下乳化物14L形成的複合薄膜。圖2中所示的典型氧化物 層14G可被認作為一層分級閘氧化物薄膜，且可用2_步驟 合成方法形成，該方法包括在已形成預生長的低溫熱生長 si〇2層後以高於薄膜黏彈性溫度（Tye)之溫度生長一層氧化 物薄膜。以此方法產生複合分級Si〇2結構14G。根據分級 閘氧化物具體實施例，上氧化物層14U為由順序形成薄膜 形成的第一層或在相對低溫及低於Si〇2黏彈性溫度 Tve(〜925 C )之溫度生長的預生長Si〇2層。較下的氧化物層 14L為順序形成薄膜的第二層，且為經選擇在或高於黏彈 性ZfflL度的較鬲氧化溫度形成的薄膜。典型分級氧化製程順 序包括，在極度稀釋的氧化環境（小於〇 1%〇2)以典型94〇_ 1050t溫度於低於黏彈性溫度之溫度熱生長的預生長Si〇2 層上進行最終高溫氧化步驟。在一個典型具體實施例中， 可用在750-800 c範圍之溫度生長預生長的Si〇2層，但亦 可選擇性使用其他熱氧化溫度。在一個典型具體實施例中 ，預生長的Si〇2層14U可包括在8·15埃範圍内之厚度以， 但亦可選擇性使用其他厚度。預生長的上氧化物層ΐ4υ在 相冷卻期間提供分級及應力釋放。應小心接近Τκ調節形 成下氧化物層14L所用的第二氧化製程之冷卻速率，以增 強生長誘導的應力鬆弛。預生長的氧化物層提供分級，並 2與基材10形成界面16的最終高溫Si〇2薄膜充當應力調節 交換器。下氧化物層14L之厚度26可在5-5〇埃範圍内變化 -10-
裝 訂
561553 五、發明説明（8 ) ，最佳在5至15埃之範圍内。分級和調節冷卻在氧化物層 i4G和基材U)之間產生_層無應變平面型界面μ。因此，
Sl/S叫界面相對保持原態.，且比習知技術可取得較低界 面捕陷密度。分級的氧化物薄膜14G包括上表面Μ。根據 其他典型具體實施例，可用各種操作順序形成分級氧化物 層14G’以包括低應力及相對保持原態、無缺陷的基材/氧 化物界面。 雖然可用圖1所示的典型單層氧化物層14或圖2所示的分 級、複合氧化物層14G用作欲隨後根據本發明方法處理的 閘氧化物薄膜’但圖3-6顯示在圖2所示的典型分級氧化物 層14G上形成的隨後沉積薄膜結構。 本發明在氧化物薄膜上提供一層氮化物I，以㈣硼擴 散及滲透。本發明的一個有利方面為圖3中所示在閘氧化 物層和隨後形成矽氮化物層（圖3中未顯示）間形成的過渡 層28。過渡層28包括氧和氮二者。在一個典型具體實施例 中，過渡層28可為碎氧氮化物si〇xNy薄膜。根據另一個典 型具體實施例，過渡層28可為摻氮的二氧化矽薄膜。可用 各種方法形成過渡層2 8，且根據該較佳具體實施例，可使 用不大於100°C之形成溫度。根據一個典型具體實施例， 可在遠端電漿氮化（RPN)反應器中處理圖2所示結構及分級 氧化物層14G的特定上表面18 ^此反應器較佳保持於真空 下，且使上表面18暴露於穿透上表面18並將二氧化矽（Si〇2) 傳入氧氮化物或氮摻雜的氧化物薄膜之帶負電荷氮、帶正 電荷氮及/或原子氮種類。在另一個典型具體實施例中， 11 - 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 561553 A7 B7 I、發明説明（9~~ ^ 可將過渡層28作為摻氮的氧化物或矽氧氮化物薄膜沉積於 上表面18上。可選擇性使用包含氮和氧的其他薄膜。原子 氮及其相關離子和陽離子可由遠端RF裝置、遠端電子迴 旋加速器共振（ECR)裝置及感應耦合電漿（ICP)裝置、微波 裝置或任何其他此等產生原子氮及/或帶正電荷氮和帶負 電荷氮之裝置。可使過渡層28形成低1埃之厚度，但亦可 使用至高10埃的其他厚度。根據其他典型具體實施例，過 渡層28之厚度30可呈現其他值。根據一個典型具體實施例 ，與氧化合的各種氮種類包括在分級氧化物層14G的上表 面18，以形成過渡層28。過渡層28包括上表面32。 圖4顯示在過渡層2 8上形成的碎氮化物薄膜3 4。夕氮化 物薄膜34包括厚度38，該厚度可在2-100埃範圍内，較佳 2-10埃。可用低壓化學蒸氣沉積（LPCVD)技術形成矽氮化 物薄膜3 4 ’但亦可選擇性使用其他技術。根據典型具體實 施例’可使用熱壁LPC VD加熱爐，或在減塵下使用LPC VD 冷壁快熱反應器。根據形成矽氮化物薄膜34所用的各種典 型具體實施例，應選擇操作條件，以使實質上沒有氮達到 界面16。 根據一個典型具體實施例，可形成薄膜堆，以包括小於 20埃的合計厚度36，但亦可選擇性使用其他薄膜厚度。矽 氮化物薄膜34包括上表面40。根據本發明方法形成的結構 包括在矽氮化物層34和分級氧化物層14G間形成的實質無 缺陷之界面區域41。電荷捕陷部位及因此的固定電荷在界 面區域4 1消除或最小，可將此界面區域認為過渡層28及其 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 561553
可區別上表面和下表面。過渡層28亦減少矽氮化物薄膜34 m在分級氧化㈣14G上產生的應力。可用圖4中所示 的複合介電結構作為電晶體元件所用閘介電材料。所形成 界面1 6貝貝上供氮和電荷捕陷及與其存在有關的遷移性問 題。在一個典型具體實施例中，基材/氧化物界面16可包 括小於0.5%或更小濃度的氮，且其不超過丨原子/釐米2。 雖；二所开y成貝貝典電荷捕陷缺陷的保持原態界面-界面區 域41消除需要任何退火步驟，但仍可隨後進行選擇性退火 製私。在一個典型具體實施例，如果使用此退火製程，則 可在小於850°C之溫度及使用包含小於3%氧與惰性氣體的 溫和氧化氣體混合物進行退火製程。可在任何各種隨後處 理點進行選擇性退火製程。 圖5顯示在石夕氮化物薄膜34上形成的典型閘電極薄膜42 。在一個典型具體實施例中，閘電極薄膜42可為摻n或摻p 的多晶矽或Si-Ge合金，但亦可選擇性使用其他導電及半 導體薄膜。在一個典型具體實施例中，閘電極薄膜42可為 掺有硼的p-型材料。閘電極薄膜42包括上表面44及可根據 裝置需要變化的厚度46。在一個較佳具體實施例中，圖5 所示結構將作為欲在通道區域4 8上形成的電晶體裝置所用 之閘介電材料/閘電極。可用習知方法隨後使圖5中所示的 結構圖案化。例如，可在閘電極薄膜42之上表面44上形成 感光薄膜，且可隨後用習知方法使該感光薄膜顯影。可用 一序列習知蝕刻操作蝕刻該複合薄膜堆《或者可使用其他 方法使圖5中所示的結構圖案化。圖6顯示圖案化後的圖5 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 561553 A7
裝
訂
線

Claims (1)

  1. 561553
    •:種半導體產物，其包括在一半導體表面上所形成的電 曰9把，其具一閘結構，包括一形成於半導體表面上的氧 化物層、一直接在該氧化物層上形成的包含氮和氧之過 渡層、一直接在該過渡層上形成的氮化物層以及在該氮 化物層上形成的閘電極層。 2·根據申請專利範圍第1項之半導體產物，其中該半導體 產物之特徵為在該半導體表面和該氮化物層間的界面實 質上無氮和氧存在。 3·根據申請專利範圍第1項之半導體產物，其中該電晶體 層包括矽氧氮化物（SiOxNy)和摻氮的二氧化矽其中之一。 4·根據申請專利範圍第丨項之半導體產物，其中該氧化物 層、該過渡層及該氮化物層之組合厚度不大於2奈米。 5· —種形成半導體產物之方法，其包括： 提供一具有矽表面之半導體基材； 在該矽表面上形成一氧化物層； 在該氧化物上形成一矽氮化物層；及 在該氧化物層和該矽氮化物層之間形成一包括氮和氧 之過渡層，為此，提供至少一種之原子形式氮、帶負電 荷氮及帶正電荷氮，以滲透該上表面並與該上表面的氧 化合，藉此將氮加到該氧化物層的上表面，並形成該過 渡層。 6.根據申請專利範圍第5項之方法，其中該形成過渡層之 步驟包括不大於100°C之形成溫度。 7·根據申請專利範圍第5項之方法，其中該形成過渡層之 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 561553 A8 B8 C8 _ D8 六、申請專利範圍 - 步驟包括形成梦氧氮化物和掺氮的氧化物層之—。 8·根據申請專利範圍第5項之方法，其中該至少—種之原 子形式氮、帶負電荷氮及帶正電荷氮係藉由選自由射頻 裝置、電子迴旋加速器共振裝置、感應耦合電装裝置及 微波裝置所組成之群的遠端氮化源提供。 9·根據申請專利範圍第5項之方法，其中該形成矽氮化物 層之步驟包括使用所選擇製程條件的低壓化學蒸氣沉積 (LPCVD)製程，使得實質上沒有氮達到在該矽表面和該 氧化層間形成的界面。 10· —種形成半導體產物之方法，其包括： 提供一具有矽表面之半導體基材； 在該梦表面上形成一氧化物層； 在該氧化物上形成一矽氮化物層；及 在該氧化物層和該碎氮化物層之間形成一包括氮和氧 之過渡層， 其中該形成過渡層之步驟包括在一個遠端電漿氮化反 應器中處理該氧化物層。 11· 一種形成半導體產物之方法，其包括： 提供一具有矽表面之半導體基材； 在該矽表面上於75(TC -800°c範圍之溫度生長一第一 氧化物薄膜，然後由一個在高於該第二氧化物薄膜之黏 彈性溫度進行的熱氧化生長製程形成一第二氧化物薄膜 ，藉以在該矽表面上形成一分級的氧化物層； 在該氧化物層上形成一矽氮化物層；及 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 561553 8 8 8 8 A B c D 六、申請專利範圍 在該氧化物層和該碎氮化物層之間形成一包括氮和氧 之過渡層。 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
TW091122325A 2001-09-27 2002-09-27 Method and structure for oxide/silicon nitride interface substructure improvements TW561553B (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/966,779 US6548422B1 (en) 2001-09-27 2001-09-27 Method and structure for oxide/silicon nitride interface substructure improvements

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW561553B true TW561553B (en) 2003-11-11

Family

ID=25511839

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW091122325A TW561553B (en) 2001-09-27 2002-09-27 Method and structure for oxide/silicon nitride interface substructure improvements

Country Status (5)

Country Link
US (2) US6548422B1 (zh)
JP (1) JP2003188377A (zh)
KR (1) KR100869913B1 (zh)
GB (1) GB2383686B (zh)
TW (1) TW561553B (zh)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020102797A1 (en) * 2001-02-01 2002-08-01 Muller David A. Composite gate dielectric layer
US20030104707A1 (en) * 2001-11-16 2003-06-05 Yoshihide Senzaki System and method for improved thin dielectric films
GB0204308D0 (en) * 2002-02-23 2002-04-10 Voith Fabrics Heidenheim Gmbh Papermachine clothing
TWI225668B (en) * 2002-05-13 2004-12-21 Tokyo Electron Ltd Substrate processing method
US6890831B2 (en) 2002-06-03 2005-05-10 Sanyo Electric Co., Ltd. Method of fabricating semiconductor device
JP2005101503A (ja) * 2003-03-26 2005-04-14 Fujitsu Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP4717385B2 (ja) * 2003-08-27 2011-07-06 三菱電機株式会社 半導体装置
KR100604846B1 (ko) 2004-04-23 2006-07-31 삼성전자주식회사 다층의 유전체층을 포함하는 메모리 소자 및 그 제조 방법
JP4579637B2 (ja) * 2004-10-01 2010-11-10 東京エレクトロン株式会社 半導体記憶装置及びその製造方法
EP1691383A1 (en) * 2005-02-14 2006-08-16 TDK Corporation Capacitor, method of making the same, filter using the same, and dielectric thin film used for the same
KR20060095819A (ko) * 2005-02-28 2006-09-04 삼성전자주식회사 금속 질화물을 트랩 사이트로 이용한 메모리 소자를 그 제조 방법
KR100601995B1 (ko) 2005-03-02 2006-07-18 삼성전자주식회사 물성 변환층을 이용한 트랜지스터와 그 동작 및 제조 방법
KR100761361B1 (ko) * 2006-05-02 2007-09-27 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자 및 그 제조방법
KR101025762B1 (ko) * 2006-09-27 2011-04-04 삼성전자주식회사 블로킹 산화막을 구비하는 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법
KR100792412B1 (ko) * 2006-12-27 2008-01-09 주식회사 하이닉스반도체 서로 반대되는 성질의 응력을 갖는 다중 하드마스크를구비한 반도체소자 및 그의 제조 방법
US20100244206A1 (en) * 2009-03-31 2010-09-30 International Business Machines Corporation Method and structure for threshold voltage control and drive current improvement for high-k metal gate transistors
WO2011097178A2 (en) * 2010-02-02 2011-08-11 Applied Materials, Inc. Methods for nitridation and oxidation
US10515905B1 (en) * 2018-06-18 2019-12-24 Raytheon Company Semiconductor device with anti-deflection layers
CN110416228A (zh) * 2019-07-31 2019-11-05 云谷（固安）科技有限公司 显示面板及显示装置

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0006706B2 (en) * 1978-06-14 1993-03-17 Fujitsu Limited Process for producing a semiconductor device having an insulating layer of silicon dioxide covered by a film of silicon oxynitride
CA1188419A (en) * 1981-12-14 1985-06-04 Yung-Chau Yen Nonvolatile multilayer gate semiconductor memory device
US4992306A (en) * 1990-02-01 1991-02-12 Air Products Abd Chemicals, Inc. Deposition of silicon dioxide and silicon oxynitride films using azidosilane sources
US6136654A (en) * 1996-06-07 2000-10-24 Texas Instruments Incorporated Method of forming thin silicon nitride or silicon oxynitride gate dielectrics
EP0847079A3 (en) * 1996-12-05 1999-11-03 Texas Instruments Incorporated Method of manufacturing an MIS electrode
JP3277193B2 (ja) * 1997-03-13 2002-04-22 三菱電機株式会社 半導体装置及び半導体装置の製造方法
US6399445B1 (en) * 1997-12-18 2002-06-04 Texas Instruments Incorporated Fabrication technique for controlled incorporation of nitrogen in gate dielectric
US6197701B1 (en) * 1998-10-23 2001-03-06 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Lightly nitridation surface for preparing thin-gate oxides
US6140187A (en) 1998-12-02 2000-10-31 Lucent Technologies Inc. Process for forming metal oxide semiconductors including an in situ furnace gate stack with varying silicon nitride deposition rate
KR100286774B1 (ko) * 1998-12-17 2001-11-02 박종섭 반도체 소자의 게이트 형성방법_
US6541394B1 (en) * 1999-01-12 2003-04-01 Agere Systems Guardian Corp. Method of making a graded grown, high quality oxide layer for a semiconductor device
US6492712B1 (en) * 1999-06-24 2002-12-10 Agere Systems Guardian Corp. High quality oxide for use in integrated circuits
JP2002064097A (ja) * 1999-06-30 2002-02-28 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法
KR100309128B1 (ko) * 1999-06-30 2001-11-01 박종섭 반도체 소자의 게이트 산화막 형성 방법
JP2001044419A (ja) * 1999-07-14 2001-02-16 Texas Instr Inc <Ti> 高ｋ誘電体を有するゲート積層の形成方法
EP1266054B1 (en) * 2000-03-07 2006-12-20 Asm International N.V. Graded thin films

Also Published As

Publication number Publication date
US6548422B1 (en) 2003-04-15
US20030186499A1 (en) 2003-10-02
GB0222389D0 (en) 2002-11-06
GB2383686B (en) 2006-03-29
KR20030027795A (ko) 2003-04-07
GB2383686A (en) 2003-07-02
US20030060058A1 (en) 2003-03-27
JP2003188377A (ja) 2003-07-04
KR100869913B1 (ko) 2008-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW561553B (en) Method and structure for oxide/silicon nitride interface substructure improvements
TWI364068B (en) Nitrogen-containing field effect transistor gate stack containing a threshold voltage control layer formed via deposition of a metal oxide
JP3944367B2 (ja) 絶縁膜の形成方法及び半導体装置の製造方法
CN103107091B (zh) 一种半导体结构及其制造方法
US7504336B2 (en) Methods for forming CMOS devices with intrinsically stressed metal silicide layers
US8470662B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
TWI374540B (en) Tic as a thermally stable p-metal carbide on high k sio2 gate stacks
TW200843110A (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
TW200539313A (en) Reduced dielectric constant spacer materials integration for high speed logic gates
US7851383B2 (en) Method and system for forming a controllable gate oxide
WO2012071813A1 (zh) 一种半导体结构及其制造方法
JP2007335834A (ja) 半導体装置およびその製造方法
CN202487541U (zh) 一种半导体结构
KR100471407B1 (ko) 폴리메탈 게이트 전극을 갖는 트랜지스터 제조 방법
WO2013067725A1 (zh) 一种半导体结构的制造方法
JP3513018B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
CN100481335C (zh) 半导体元件的制造方法
WO2007032282A1 (ja) 電荷保持特性に優れた不揮発性半導体記憶素子およびその製造方法
US6930062B2 (en) Methods of forming an oxide layer in a transistor having a recessed gate
US8211796B2 (en) Semiconductor device manufacturing method
JP5186701B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP2008072001A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP3429567B2 (ja) Ｍｏｓ半導体装置の製造方法
JP2005019885A (ja) 半導体装置及びその製造方法
KR100943492B1 (ko) 반도체 소자 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
GD4A Issue of patent certificate for granted invention patent
MK4A Expiration of patent term of an invention patent