提供选择性单步骤氮化半导体基板的方法与设备。利用选择性氮化工艺，将氮选择性地并入具有硅区和氧化硅区的半导体基板的硅区。通过形成含氮等离子体及过滤或去除等离子体中的离子，可将含氮自由基导向基板，或者可执行使用选择性前驱物的热氮化工艺。远程等离子体产生器可耦接至处理腔室，其所述远程等离子体产生器选择性地包括一个或多个离子滤器、喷淋头和自由基分配器，或者可产生原位等离子体并且一个或多个离子滤器或屏蔽设置在腔室内并位于等离子体产生区与基板支撑件之间。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】单步骤选择性氮化方法与设备MM在此描述的实施例涉及制造半导体器件。更特别地，在此描述的实施例涉及浮置栅极NAND存储器器件和其他晶体管栅极结构的制造。置量随着逻辑器件按照摩尔定律(Moore’ s Law)持续缩小，各种处理挑战应运而生。一个这样的挑战出现在浮置栅极(FG) NAND闪存芯片，所述闪存芯片的特点为结合两个栅极元件、控制栅极与浮置栅极的晶体管能使各晶体管取得大于一个的比特值。FG NAND存储器构成现今所用的大多数USB闪存器件和存储器卡格式的基础。随着FG NAND器件的临界尺寸缩小，各种部件的几何形状变得对制造商来说更具挑战性。深宽比(aspect ratio)增加并且均匀性、公差和可靠性问题增加。当NAND闪存 作为方便的存储介质越来越受欢迎时，需要改善制造工艺，特别是NAND闪存器件的制造工艺，以克服缩放方面的挑战。概沭在此描述的实施例提供通过产生含氮等离子体、将含有硅区与氧化硅区的基板的表面暴露至所述含氮等离子体、以及选择性地将氮并入基板的硅区而处理半导体器件的方法。附图简要说明本专利技术的更特定描述、以上简要概述，可由参考附图中所叙述的一些实施例来理解，因此可更详细了解本专利技术的上述特征。然而，应注意的是，附图仅描绘本专利技术的典型实施例，因此不应视为对本专利技术的范围的限制，因为本专利技术可允许其他等效实施例。图I是根据一个实施例的浮置栅极NAND闪存器件的示意截面图。为便于理解，在可能的情况下使用相同标号来表示附图所共有的相同元件。预期一个实施例中公开的元件可有利地用于其他实施例而不需特别叙述。具体描沭图I是根据一个实施例的FG NAND闪存器件100的示意截面图。器件100具有半导体元件区102、隔离区104、浮置栅极106和控制栅极108。浮置栅极106具有形成在浮置栅极106的场表面(field surface) 112和侧壁表面114上的第一电介质层110、以及形成在第一电介质层110上的第二电介质层118。隔离区104通常为电介质材料。在一个实施例中，浮置栅极106包含多晶硅。在另一个实施例中，隔离区104包含氧化硅。形成在浮置栅极106的场表面112和侧壁表面114上的第一电介质层110可为氮化物层，所述氮化物例如是氮化硅或氮氧化硅。第二电介质层118可为氧化物-氮化物-氧化物层。在一个实施例中，氮化物层可通过将浮置栅极106的场表面112和侧壁表面114以及隔离区104的顶表面116暴露至选择性等离子体氮化工艺而形成。选择性等离子体氮化工艺形成氮化硅的速度一般比形成氮氧化硅快。在一个实施例中，选择性等离子体氮化工艺包括形成含氮自由基、以及将上述硅与氧化硅表面暴露至含氮自由基。因为较低的Si-Si键能(326千焦/摩尔，Si-O键能则为799千焦/摩尔)，所以含氮自由基将优先与硅反应而选择性地形成Si-N键。与自由基和上述键能相比，离子具有高化学活性(N2的第一离子化能=1402千焦/摩尔；N2的原子化能=473千焦/摩尔)，因此离子无法达到自由基的选择性，因而自由基为首选。选择性(定义为给定沉积工艺后的硅中氮浓度除以氧中氮浓度)可为在约10:1与约100:1之间，例如约20:1与约70:1之间，例如约40: I。延长暴露时间也可改善选择性。含氮自由基(例如N、NH和NH2)可以优选地由一些方法产生。利用例如压强高于约5托的高压等离子体工艺可获得高的自由基密度对离子密度。高压会促进离子与电子快速再结合而留下中性自由基物种和非活性物种。在某些实施例中，形成自由基气体。在某些实施例中，以各种方法可使用远程等离子体来选择性地产生自由基物种。例如微波、RF或热腔室等的远程等离子体产生器可通过较长的途径连接至处理腔室，以促进离子物种在到达腔室前沿着此途径再结合。在某些实施例中，自由基可以约IsLm至约20sLm之间的流量经由腔室侧壁中的入口流入腔室，或者经由喷淋头或自由基分配器流入腔室，所述流量例如在约5sLm至约20sLm之间,例如约lOsLm。在一个实施例中,氮自由基可通过将含氮气体(例如氮气、或氨气、或氮气和氨气的组合)在高于约5托的压力下暴露至约I至3千瓦的微波功率而形成，该含氮气体可选择性地伴随载气(例如氦气)。氮自由基可流入在约I托至 约5托之间的压力下操作的处理腔室，以处理基板。在其他实施例中，可使用不同的离子滤器，例如丝网或筛网滤器、磁性滤器、或在例如约200V(RF或DC)的偏压下操作的静电滤器，这些滤器的任一种都可具有电介质涂层。在其他实施例中，可利用例如含氮物种的反应物种气流或例如氩气或氦气的非反应物种气流，调节远程等离子体产生器中的滞留时间。在某些实施例中，可使用具低压等离子体产生的离子滤器来延长自由基半衰期。通过整合处理腔室和远程等离子体腔室且不使用0形环来密封两个腔室之间的途径，可有助于低压操作。利用经塑形的连接器可改善自由基从远程等离子体产生腔室流入处理腔室的均匀性，以提供密切控制的流动图案。远程产生的含氮自由基可经由与腔室的旋转基板支撑件邻近的入口提供给具有该旋转基板支撑件的腔室，从而使氮自由基流过设置在基板支撑件上的基板。转动该基板支撑件可确保基板均匀暴露至含氮自由基。加热基板可提高固态基板材料中氮自由基的溶解度，促使含氮自由基穿透基板表面而至约20 A至约100人之间的深度，例如在约25 A至约50 A之间，例如约35 A。在表面具有硅区与二氧化硅区的基板暴露至这里所述方法的实施例中，娃区中获得的氮剂量通常为约5X 1015atom/cm2至约25X 1015atom/cm2之间，例如在约 IOX 1015atom/cm2 与约 20X 1015atom/cm2 之间，例如约 15X 1015atom/cm2。在许多实施例中，氮化工艺是以约300° C至约1200° C之间的基板温度执行的，例如在约800° C至约1000° C之间，所述基板温度可随着氮化进行而提高，以对抗表面饱和。当氮化继续进行而增加基板中的氮浓度时，将更有利于氮的表面沉积。表面沉积有助于阻挡可能让氮穿透表面的位置。提高基板温度会使表面沉积的物种挥发，以致重新暴露这些位置进行氮化反应。因此，当基板暴露至氮自由基时，可提高基板温度而使表面沉积的氮挥发，且增加更多氮穿透到基板内。此外，可执行多步骤氮化工艺，所述工艺包括以下步骤例如在约400° C的低温下执行的第一步骤，以形成第一氮化物区，以及在约800° C或更高的高温下执行的第二步骤，以形成第二氮化物区，该第二氮化物区可包围第一氮化物区、或可位于第一氮化物区上方或下方(假设对象器件呈适当方向)。低温形成的第一氮化物区可当作扩散阻挡层，以避免基板的掺杂剂在高温时减少。可使用灯具加热、激光加热、经加热的基板支撑件或等离子体加热来进行加热。氮化可通过单独使用热装置、单独使用等离子体装置或使用两者的组合来执行。选择性热氮化可通过使用氨气(NH3)作为含氮物种来执行。自由基氮化可通过使用任何较低分子量的含氮物种来执行。适合自由基氮化的前驱物包括但不限于氮气(N2)、氨气(順3)、联胺(N2H4)、低取代联胺(N2R2，其中R分别为氢、甲基、乙基、丙基、乙烯基或丙烯基)、和低级胺(NRaHb,其中a和b分别为0至3的整数，且a+b本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：乌陀衍·甘古利，特里萨·克莱默·瓜里尼，马修·斯科特·罗杰斯，横田义孝，约翰内斯·S·斯温伯格，马尔科姆·J·贝文，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：
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