專利名稱：用于制作場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電介質(zhì)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例一般地涉及用于在半導(dǎo)體襯底上制作器件的方法。更具體而言，本發(fā)明涉及用于制作場(chǎng)效應(yīng)晶體管(具體而言是場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電介質(zhì)的方法。
背景技術(shù)：
集成電路可以包括多于一百萬(wàn)個(gè)微電子場(chǎng)效應(yīng)晶體管(例如，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，這些場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成在襯底上，并且在電路內(nèi)協(xié)同工作以執(zhí)行各種功能。CMOS晶體管包括沉積在溝道區(qū)上的柵極結(jié)構(gòu)，溝道區(qū)形成在晶體管的源極區(qū)和漏極區(qū)之間。柵極結(jié)構(gòu)一般包括柵極電極和柵極電介質(zhì)。柵極電極沉積在柵極電介質(zhì)上，并且兩者協(xié)同地用來(lái)控制柵極電介質(zhì)下方的溝道區(qū)中電荷載流子的流動(dòng)(即電流)。
柵極電介質(zhì)一般由氮化硅(Si3N4)或氮氧化硅(SiON)形成。為了提高晶體管的速度，在先進(jìn)集成電路中柵極電介質(zhì)的厚度在約20-30?；蚋〉姆秶鷥?nèi)選擇。然而，具有這種超薄柵極電介質(zhì)的柵極結(jié)構(gòu)的制作是一項(xiàng)富有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。一個(gè)具體問(wèn)題是當(dāng)前的制造技術(shù)引起了通過(guò)柵極電介質(zhì)的高漏電流，并且由于大量的氮(N2)擴(kuò)散到晶體管的硅/柵極電介質(zhì)界面中而降低了溝道區(qū)中電荷載流子的遷移率。
因此，在本領(lǐng)域中需要一種用于制作場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電介質(zhì)的改進(jìn)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一般地涉及用于制作場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電介質(zhì)的方法。本發(fā)明可用在集成電路器件(如微處理器、專用集成電路(ASIC)、電子存儲(chǔ)器件等)中。
在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括以下步驟從硅襯底去除天然氧化物層，在襯底上形成氧化物層，在氧化物層上形成柵極電介質(zhì)層(例如，氮化硅(Si3N4)、氧化鉿(HfO2)、硅氧化鉿(如HfXSiYO，其中x和y是整數(shù))等)，氧化柵極電介質(zhì)層，以及對(duì)所形成的各層和熱氧化物層和襯底之間的界面退火?？蛇x地，可以在形成柵極電介質(zhì)層之前對(duì)氧化物層進(jìn)行氮化?？蛇x地，可以在氧化柵極電介質(zhì)層之前對(duì)柵極電介質(zhì)層進(jìn)行氮化。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法的至少一部分步驟可以利用集成半導(dǎo)體襯底處理系統(tǒng)(即，組合工具)的處理反應(yīng)器執(zhí)行。
在另一個(gè)實(shí)施例中，一種用于在襯底上制作場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電介質(zhì)的方法包括以下步驟從襯底去除天然氧化物層，并將襯底置于氮?dú)鈨艋幕蛘婵窄h(huán)境中；在硅襯底上形成熱氧化物層；在熱氧化物層上形成柵極電介質(zhì)層；利用含氧等離子體氧化柵極電介質(zhì)層的至少一部分；以及對(duì)具有熱氧化物層和形成在其上的經(jīng)氧化的柵極電介質(zhì)層的襯底進(jìn)行退火。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面，公開了一種用于制作場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電介質(zhì)的集成半導(dǎo)體襯底處理系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括被配置用于在硅襯底上形成熱氧化物層的至少一個(gè)第一反應(yīng)器；被配置用于在熱氧化物層上沉積柵極電介質(zhì)層的至少一個(gè)第二反應(yīng)器；被配置用于氧化柵極電介質(zhì)層的至少一個(gè)第三反應(yīng)器；至少一個(gè)裝載室；耦合到反應(yīng)器中的每一個(gè)和裝載室的至少一個(gè)襯底轉(zhuǎn)移室；以及管理并監(jiān)視處理系統(tǒng)的操作的控制器。


通過(guò)結(jié)合附圖考慮下面的詳細(xì)描述，將清楚了解本發(fā)明的教導(dǎo)，在附圖中圖1示出了圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于制作場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電介質(zhì)的方法的流程圖；圖2A-2E共同示出了其中根據(jù)圖1的方法制作了柵極結(jié)構(gòu)的襯底的一系列示意性橫截面示圖；以及圖3示出了可用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的部分步驟的一類示例性的集成半導(dǎo)體襯底處理系統(tǒng)的示意圖。
在可能的情況下，相同的標(biāo)號(hào)在這里用于指代所有圖中相同的元件。附圖中的圖被簡(jiǎn)化以用于說(shuō)明目的，并且不是按比例繪出的。
附示了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，因此不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍可包括其他等效實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是一種用于制作具有超薄柵極電介質(zhì)(例如，小于20-30埃)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電介質(zhì)的方法。本發(fā)明可用于集成半導(dǎo)體器件和電路的制作中。
圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于制作場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電介質(zhì)的方法100的流程圖。方法100包括在制作示例性CMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極結(jié)構(gòu)期間對(duì)襯底執(zhí)行的處理步驟。在某些實(shí)施例中，這些處理步驟是按圖示順序執(zhí)行的。在替換實(shí)施例中，這些步驟中的至少兩個(gè)步驟可以同時(shí)執(zhí)行或者按不同的順序執(zhí)行。子步驟和輔助工藝(例如，處理反應(yīng)器之間的襯底轉(zhuǎn)移、工藝控制步驟等)是本領(lǐng)域中公知的，因此，這里省略其描述。
方法100中的至少某些部分可以利用集成半導(dǎo)體襯底處理系統(tǒng)(即組合工具)的處理反應(yīng)器執(zhí)行。一種這樣的處理系統(tǒng)是可以從California，Santa Clara的Applied Materials公司得到的CENTURA集成處理系統(tǒng)。合適的處理系統(tǒng)300的一般描述將在下面參考圖3進(jìn)行討論。
圖2A-2E共同描述了在其上利用圖1的方法制作柵極結(jié)構(gòu)的襯底的一系列示意性橫截面示圖。圖2A-2E中的橫截面示圖涉及被執(zhí)行用來(lái)制作柵極電介質(zhì)的各個(gè)處理步驟。圖2A-2E中的圖并不是按比例繪出的，而是出于說(shuō)明目的進(jìn)行了簡(jiǎn)化。為了最好地理解本發(fā)明，讀者應(yīng)當(dāng)同時(shí)參考圖1和圖2A-2E。
方法100在步驟102開始，并且前進(jìn)到步驟104。
在步驟104，提供硅(Si)襯底200(例如，200mm晶片、300mm晶片等)，并將其暴露于一種溶液中以從襯底表面去除天然氧化物(SiO2)層204(圖2A)。示例性地，方法100可用于形成晶體管的柵極結(jié)構(gòu)(未示出)。柵極結(jié)構(gòu)一般置于例如晶體管的溝道區(qū)226以及源極和漏極區(qū)222和224(以虛線示出)上方的區(qū)域220中。為了圖示清楚，只在圖2A中示出了區(qū)域220-226。
在一個(gè)實(shí)施例中，層204是利用包括氟化氫(HF)和去離子(DI)水的溶液(即，氫氟酸溶液)去除的。在一個(gè)實(shí)施例中，溶液具有約0.1重量％和10重量％之間的HF，溫度在約20-30攝氏度(℃)之間。在另一個(gè)實(shí)施例中，溶液具有約0.5％的HF和約25℃的溫度。步驟104可以采用將襯底200濕法浸入到溶液中，接著在去離子水中沖洗的方法，并且可以在單個(gè)晶片或批處理水浴(包括超聲波增強(qiáng)水浴)中執(zhí)行?；蛘?，步驟104可以利用集成處理系統(tǒng)300的襯底濕法清洗反應(yīng)器執(zhí)行。在另一個(gè)實(shí)施例中，層204可以利用RCA清洗方法去除。在完成步驟102后，襯底200被置于真空裝載室(load lock)或氮?dú)?N2)凈化的環(huán)境中。
在步驟106，在襯底200上生長(zhǎng)熱氧化物(SiO2)層206。一般來(lái)說(shuō)，層206可以具有在約2-40埃之間的厚度，優(yōu)選地在約2-10埃之間。在一個(gè)實(shí)施例中，層206具有在約6-10埃之間的厚度。步驟106可以利用例如集成處理系統(tǒng)300的RADIANCE快速熱處(RTP)反應(yīng)器、解耦等離子體氧化(DPO)反應(yīng)器或等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)反應(yīng)器執(zhí)行。RADIANCE反應(yīng)器可以從California，Santa Clara的AppliedMaterials公司得到。
在一個(gè)實(shí)施例中，步驟106可以利用RTP反應(yīng)器執(zhí)行以生長(zhǎng)層206，這是通過(guò)提供約0.5-10slm的氧氣(O2)，同時(shí)維持約750-850℃的襯底溫度和約0.1-50Torr的反應(yīng)室壓強(qiáng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。工藝持續(xù)時(shí)間可以在約5-30秒之間。在一個(gè)實(shí)施例中，提供約2slm的O2，同時(shí)維持約800℃的溫度和約2Torr的壓強(qiáng)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，層206可以通過(guò)以下條件在RTP反應(yīng)器中生長(zhǎng)以約1-10slm的速率提供一氧化二氮(N2O)，以約10-500sccm的速率提供氫氣(H2)(即，N2O∶H2流量比范圍從約2∶1-1000∶1)，同時(shí)維持約750-850℃的襯底溫度。另外，步驟106維持約0.5-20Torr的反應(yīng)室壓強(qiáng)。工藝持續(xù)時(shí)間可以在約5-60秒之間。一個(gè)特定的工藝方案在約800℃的溫度下以約4.9slm的速率提供N2O，以約50sccm的速率提供H2(即，N2O∶H2流量比為約98∶1)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，步驟106可以利用適合于產(chǎn)生低能等離子體的處理室(如DPO室)執(zhí)行。等離子體的低能量有助于控制襯底和/或?qū)颖砻嫣幍姆磻?yīng)。例如，等離子體可以利用準(zhǔn)遠(yuǎn)程等離子體源、感應(yīng)等離子體源和/或RLSA源以及其他等離子體源來(lái)產(chǎn)生。在替換實(shí)施例中，CW和/或脈沖微波功率源(如磁控管或RLSA微波源)可用于形成層206。
在一個(gè)實(shí)施例中，可以通過(guò)將襯底200暴露于包含氧氣(O2)、氧化氮(NO)、一氧化二氮(N2O)等中的至少一種的等離子體，來(lái)在DOP反應(yīng)器中生長(zhǎng)層206。另外，等離子體可以可選地包含氮?dú)?N2)和/或可選的惰性氣體(例如，氬(Ar)、氦(He)等)。
在一個(gè)實(shí)施例中，可以通過(guò)提供約10-2000sccm的氧氣(O2)、約20-500℃的襯底基座溫度和約5-1000mTorr之間的反應(yīng)室壓強(qiáng)，利用DPO反應(yīng)器來(lái)形成層206。利用最高達(dá)約3-5kW的連續(xù)波(CW)或脈沖等離子體功率源例如在13.56MHz激發(fā)射頻(RF)等離子體。在脈沖化期間，峰值RF功率可以在約10-3000W的范圍內(nèi)，頻率可以在約2-100kHz的范圍內(nèi)，占空比可以在約2-50％的范圍內(nèi)。該過(guò)程可以執(zhí)行約1-180秒。在一個(gè)實(shí)施例中，提供約200sccm的O2，并且約500W的峰值RF功率以約10kHz、約5％的占空比脈沖化，施加到感應(yīng)等離子體源，溫度為約25℃，壓強(qiáng)為約40-80mTorr，持續(xù)約15-60秒。
在可選的步驟107，可以對(duì)氧化物層206進(jìn)行氮化。層206可以例如在等離子體處理或熱處理中氮化。示例性地，步驟107在層206的上部部分中形成了氮化材料的子層207(圖2C)。氮化子層207的厚度一般形成在從約0.5-5埃的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在約1-3埃的范圍內(nèi)。
在一個(gè)實(shí)施例中，層206被暴露于含氮等離子體。在一個(gè)實(shí)施例中，等離子體包含氮?dú)?N2)，并且可以可選地包含一種或多種可選的惰性氣體(例如，氬(Ar)、氦(He)等)。步驟107可以利用例如集成處理系統(tǒng)300的解耦等離子體氮化(DPN)等離子體反應(yīng)器執(zhí)行。
在一個(gè)實(shí)施例中，可以通過(guò)提供約10-2000sccm的氮?dú)?N2)，約20-500℃的襯底基座溫度和約5-1000mTorr之間的反應(yīng)室壓強(qiáng)，利用DPN反應(yīng)器來(lái)形成子層207。利用最高達(dá)約3-5kW的連續(xù)波(CW)或脈沖等離子體功率源例如在13.56MHz激發(fā)射頻(RF)等離子體。在脈沖化期間，峰值RF功率、頻率和占空比一般分別在從約10-3000W、約2-100kHz和約2-50％的范圍內(nèi)選擇。該過(guò)程可以執(zhí)行約1-180秒。在一個(gè)實(shí)施例中，提供約200sccm的N2，并且約1000W的峰值RF功率以約10kHz、約5％的占空比脈沖化，施加到感應(yīng)等離子體源，溫度為約25℃，壓強(qiáng)為約40-80mTorr，持續(xù)約15-60秒。等離子體可以利用準(zhǔn)遠(yuǎn)程等離子體源、感應(yīng)等離子體源和徑向線開槽天線(RLSA)源以及其他等離子體源產(chǎn)生。在替換實(shí)施例中，CW和/或脈沖微波源可用于形成子層207。
在可選的步驟107，也可以通過(guò)在RTP反應(yīng)器中將熱氧化物層206在高溫下暴露于氨氣(NH3)或NH3和N2的混合物，或一種或多種惰性氣體(如氦、氬等)來(lái)對(duì)熱氧化物層206進(jìn)行熱氮化，以形成氮化材料的子層207。
在一個(gè)實(shí)施例中，可以通過(guò)提供5-1000sccm的氨氣(NH3)，同時(shí)維持700℃-1000℃的襯底溫度和約0.1-10Torr的反應(yīng)室壓強(qiáng)，來(lái)利用RTP反應(yīng)器形成子層207。該過(guò)程的持續(xù)時(shí)間可以在約5-120秒之間。在一個(gè)實(shí)施例中，提供100sccm的NH3，同時(shí)維持約800℃的溫度和0.3Torr的壓強(qiáng)，持續(xù)15秒?？蛇x地，批處理爐可用于形成子層207。
在步驟108，在熱氧化物層206上沉積柵極電介質(zhì)層208(圖2D)。層208可以由氮化硅(Si3N4)形成為約2-20埃的厚度，或者可以由高k材料，如氧化鉿(HfO2)、硅酸鉿(如HfXSiYO，其中x和y是整數(shù))等或其組合形成為約10-60埃的厚度。步驟108可以利用例如集成處理系統(tǒng)300的化學(xué)氣相沉積(CVD)反應(yīng)器或原子層沉積(ALD)反應(yīng)器(如CVD反應(yīng)器或ALD反應(yīng)器)執(zhí)行。一種合適的CVD反應(yīng)器是可以從Applied Materials公司得到的XGen CVD反應(yīng)器。
在一個(gè)實(shí)施例中，利用CVD反應(yīng)器，柵極電介質(zhì)層208可以包括氮化硅(Si3N4)，并且可以通過(guò)提供約100-1000sccm的氨氣(NH3)、約1-100sccm的硅烷(SiH4)(即，NH3∶SiH4流量比范圍從1∶1到1000∶1)和約10-1000sccm的氮?dú)?N2)，同時(shí)維持約400-750℃的襯底基座溫度和約0.1-50Torr之間的反應(yīng)室壓強(qiáng)來(lái)形成。該過(guò)程可以執(zhí)行約30-180秒。在一個(gè)實(shí)施例中，提供約500sccm的NH3、約10sccm的SiH4(即，NH3∶SiH4流量比約為50∶1)和約25sccm的N2，同時(shí)維持約600℃的溫度和約5Torr的室壓強(qiáng)。其他的硅源氣體或化學(xué)物質(zhì)可用于替換硅烷(SiH4)，如乙硅烷(Si2H6)、二氯硅烷(DCS)、三氯硅烷(TCS)、四氯硅烷(TCS)或六氯乙硅烷(HCD)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，柵極電介質(zhì)層208可以包括氧化鉿或硅酸鉿，并且可以利用CVD或ALD工藝沉積。氧化鉿或硅酸鉿柵極電介質(zhì)層208可以利用鉿和硅的金屬有機(jī)或無(wú)機(jī)前驅(qū)體以及包括臭氧、水或遠(yuǎn)程等離子體氧游離基中的至少一種的氧化劑來(lái)形成。
在可選的步驟109，還可以利用與用在形成子層207中類似的工藝來(lái)對(duì)柵極電介質(zhì)層208進(jìn)行進(jìn)一步氮化。在步驟108之后對(duì)柵極電介質(zhì)層208的可選處理在柵極電介質(zhì)層208中引入了額外的氮原子，從而提供了通過(guò)柵極電介質(zhì)層208的漏電流的更大減少。柵極電介質(zhì)層208的氮化一般將氮原子引入到柵極電介質(zhì)層208中范圍約0.5-5埃(優(yōu)選地約1-3埃)的深度。
在步驟110，通過(guò)將柵極電介質(zhì)層208暴露于含氧等離子體來(lái)對(duì)其氧化。示例性地，步驟110在層208的上部部分中形成了氧化材料的子層210(圖2E)。氧化子層210的厚度一般在從約0.2-10埃(優(yōu)選地約0.5-5埃)的范圍內(nèi)選擇。
在一個(gè)實(shí)施例中，等離子體包含氧氣(O2)、氧化氮(NO)、一氧化二氮(N2O)等中的至少一種，也可以包含可選的氮?dú)?N2)和/或可選的惰性氣體(例如，氬(Ar)、氦(He)等)。步驟110可以利用適合于產(chǎn)生低能等離子體的處理室執(zhí)行。等離子體的低能量有助于控制襯底和/或?qū)颖砻嫣幍姆磻?yīng)。例如，等離子體可以利用準(zhǔn)遠(yuǎn)程等離子體源、感應(yīng)等離子體源和/或RLSA源以及其他等離子體源來(lái)產(chǎn)生。在替換實(shí)施例中，CW和/或脈沖微波功率源(如磁控管或RLSA微波源)可用于形成子層210。在一個(gè)實(shí)施例中，步驟110可以利用例如集成處理系統(tǒng)300的DPN等離子體反應(yīng)器來(lái)執(zhí)行。
子層210可以通過(guò)提供約10-2000sccm的氧氣(O2)來(lái)形成。氧氣可以可選地與N2和/或He和/或Ar混合。襯底基座溫度被維持在約20-500℃，反應(yīng)室中的壓強(qiáng)可以在約5-1000mTorr之間。利用最高達(dá)約3-5kW的連續(xù)波(CW)或脈沖等離子體功率源例如在13.56MHz激發(fā)射頻(RF)等離子體。在脈沖化期間，峰值RF功率、頻率和占空比一般分別在從約10-3000W、約2-100kHz和約2-50％的范圍內(nèi)選擇。該過(guò)程可以執(zhí)行約1-180秒。在一個(gè)實(shí)施例中，提供約200sccm的O2，并且以約10kHz、約5％占空比脈沖化的約1000W的峰值RF功率被施加到感應(yīng)等離子體源，溫度為約25℃，壓強(qiáng)為約40mTorr，持續(xù)約30秒。
在步驟112，對(duì)柵極電介質(zhì)層208以及層206和襯底200之間氧化物/硅界面退火。步驟112改善了層206和210的漏電流減少，并且增加了溝道區(qū)226(圖2A中所示)中的電荷載流子的遷移率，并提高了氧化物/硅界面的可靠性。步驟112可以利用合適的熱退火室執(zhí)行，如集成處理系統(tǒng)300的RTP(例如，RADIANCE或RTP XE+)反應(yīng)器，或單個(gè)襯底或批處理爐。
在一個(gè)實(shí)施例中，步驟112的退火處理可以在以下條件下執(zhí)行提供約2-5000sccm的氧氣(O2)和約100-5000sccm的氧化氮(NO)中的至少一種(任何一種氣體可選地與氮?dú)?N2)混合)，同時(shí)維持約800-1100℃的襯底表面溫度和約0.1-50Torr的反應(yīng)室壓強(qiáng)。該過(guò)程可以執(zhí)行約5-180秒。在一個(gè)實(shí)施例中，提供約500sccm的O2，同時(shí)將室維持在約1000℃的溫度和約0.1Torr的壓強(qiáng)，持續(xù)約15秒。在另一個(gè)實(shí)施例中，提供約500sccm的NO，同時(shí)將室維持在約1000℃的溫度和約0.5Torr的壓強(qiáng)，持續(xù)約15秒。
在步驟112完成后，在步驟114，方法100結(jié)束。在集成電路的制造中，方法100有利地形成了代表漏電流的高電阻路徑的超薄柵極電介質(zhì)，并且有利于場(chǎng)效應(yīng)晶體管的溝道區(qū)中的電荷載流子的高遷移率。
圖3示出了可用于實(shí)現(xiàn)圖1的方法100的部分步驟的一類示例性的CENTURA集成半導(dǎo)體襯底處理系統(tǒng)(例如，組合工具)300的示意圖。系統(tǒng)300的特定實(shí)施例只是示例性的，并且不應(yīng)當(dāng)用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，方法100可以利用其他半導(dǎo)體襯底處理系統(tǒng)和/或處理反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)。
集成處理系統(tǒng)300一般包括真空裝載室322、具有機(jī)械手330(其設(shè)有襯底接收器334)的真空密閉倉(cāng)328、耦合到倉(cāng)328的處理模塊310、312、314、316和318、輸入/輸出模塊302、可選的測(cè)量模塊326和系統(tǒng)控制器340。裝載室322用作襯底盒的入倉(cāng)站，并且保護(hù)倉(cāng)328免受大氣污染物的影響。機(jī)械手330在裝載室和處理模塊之間轉(zhuǎn)移襯底。機(jī)械手330的圖示實(shí)施例是示例性的，并且不應(yīng)當(dāng)用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。輸入/輸出模塊302包括至少一個(gè)前端開口統(tǒng)一吊艙(FOUP)306(示出了兩個(gè)FOUP 306)，F(xiàn)OUP 306有利于在工廠接口324、測(cè)量模塊326和裝載室322之間交換襯底盒。
系統(tǒng)控制器340一般包括中央處理單元(CPU)342、存儲(chǔ)器344和支持電路346，并且耦合到集成處理系統(tǒng)300的各模塊和裝置并控制這些模塊和裝置，以及能夠收集來(lái)自各個(gè)模塊的數(shù)據(jù)和反饋以優(yōu)化系統(tǒng)300的性能。在操作中，控制器340直接控制系統(tǒng)300的模塊和裝置，或者與這些模塊和裝置相關(guān)聯(lián)的管理者計(jì)算機(jī)(或控制器)。
處理模塊310、312、314、316和318中的至少一個(gè)可以是RTP反應(yīng)器(例如RADIANCE反應(yīng)器)、PECVD反應(yīng)器、CVD反應(yīng)器(例如XGen反應(yīng)器)、ALD反應(yīng)器、DPN反應(yīng)器和/或適合于執(zhí)行如上參考圖1所述的過(guò)程的其他反應(yīng)器。用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的工藝的系統(tǒng)300的可能配置的一個(gè)示例包括兩個(gè)裝載室322、兩個(gè)RTP模塊310和312、ALD模塊314、CVD模塊316、DPN模塊318、包括測(cè)量工具304以及機(jī)械手308和320的測(cè)量模塊326、以及包括兩個(gè)FOUP 306的輸入/輸出模塊302。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，系統(tǒng)300的其他配置也可用于實(shí)現(xiàn)上述的本發(fā)明。
本發(fā)明可以利用其他過(guò)程實(shí)現(xiàn)，其中參數(shù)可由本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)利用這里公開的教導(dǎo)加以調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)可接受的特性，而不脫離本發(fā)明的范圍。盡管前述討論涉及場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作，但是在集成電路中使用的其他器件和結(jié)構(gòu)的制作也可以得益于本發(fā)明。
盡管前述內(nèi)容針對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例，但是在不脫離本發(fā)明基本范圍的前提下可以作出本發(fā)明的其他和另外的實(shí)施例，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1.一種用于制作場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電介質(zhì)的方法，包括(a)提供硅襯底；(b)從所述硅襯底去除天然氧化物層；(c)在所述硅襯底上形成氧化物層；(d)在所述氧化物層上形成柵極電介質(zhì)層；(e)利用含氧等離子體氧化所述柵極電介質(zhì)層的至少一部分；以及(f)對(duì)所述柵極電介質(zhì)層、所述熱氧化物層以及所述氧化物層和所述硅襯底之間的界面進(jìn)行退火。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括從步驟(c)到步驟(e)將所述硅襯底維持在真空環(huán)境中。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括從步驟(c)到步驟(f)將所述硅襯底維持在真空環(huán)境中。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(b)還包括將所述襯底暴露于包括氟化氫和去離子水的溶液中。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(c)還包括形成所述氧化物層到約2-10埃之間的厚度。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(c)還包括在熱處理中形成所述氧化物層，所述熱處理包括將所述氧化物層暴露于包括氧氣或一氧化二氮中的至少一種的氣氛中。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(c)還包括在等離子體處理中形成所述氧化物層，所述等離子體處理包括將所述氧化物層暴露于包括氧氣或氧化氮或一氧化二氮中的至少一種的等離子體中。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(c)還包括對(duì)所述氧化物層進(jìn)行氮化。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述氮化步驟還包括在所述氧化物層中形成厚度在約0.5-5埃之間的氮化材料子層。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述氮化步驟還包括將所述氧化物層暴露于含氮等離子體中。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述氮化步驟還包括在包括氨氣的氣氛中對(duì)所述氧化物層進(jìn)行熱氮化。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(d)還包括由氮化硅、氧化鉿和硅酸鉿中的至少一種形成所述柵極電介質(zhì)層。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中步驟(d)還包括由氧化鉿或硅酸鉿中的至少一種形成所述柵極電介質(zhì)層至約10-60埃的厚度。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括由氮化硅形成所述柵極電介質(zhì)層至約2-10埃的厚度。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(c)還包括對(duì)所述柵極電介質(zhì)層進(jìn)行氮化。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述氮化步驟還包括將所述柵極電介質(zhì)層暴露于含氮等離子體中。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述氮化步驟還包括在包括氨氣的氣氛中對(duì)所述柵極電介質(zhì)層進(jìn)行熱氮化。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(e)還包括使用含氧氣體的等離子體。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述含氧氣體包括氧氣、氧化氮和一氧化二氮中的至少一種。
20.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(e)還包括在所述柵極電介質(zhì)層的上部部分中形成厚度約0.2-10埃的氧化子層。
21.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(f)還包括在快速熱處理室或爐中對(duì)所述襯底進(jìn)行熱退火。
22.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(b)還包括將所述襯底置于氮?dú)鈨艋幕蛘婵窄h(huán)境中；步驟(c)還包括在所述硅襯底上形成熱氧化物層；以及步驟(f)還包括對(duì)所述襯底進(jìn)行熱退火。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，還包括在步驟(c)之前對(duì)所述熱氧化物層進(jìn)行氮化。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，還包括在步驟(d)之前對(duì)所述柵極電介質(zhì)層進(jìn)行氮化。
25.一種用于制作場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電介質(zhì)的集成半導(dǎo)體襯底處理系統(tǒng)，包括被配置用于在硅襯底上形成熱氧化物層的至少一個(gè)第一反應(yīng)器；被配置用于在所述熱氧化物層上沉積柵極電介質(zhì)層的至少一個(gè)第二反應(yīng)器；被配置用于氧化所述柵極電介質(zhì)層的至少一個(gè)第三反應(yīng)器；至少一個(gè)裝載室；耦合到所述反應(yīng)器中的每一個(gè)和裝載室的至少一個(gè)襯底轉(zhuǎn)移室；以及管理并監(jiān)視所述處理系統(tǒng)的操作的控制器。
26.如權(quán)利要求25所述的處理系統(tǒng)，還包括被配置用于從所述硅襯底去除天然氧化物層的至少一個(gè)第四反應(yīng)器。
27.如權(quán)利要求25所述的處理系統(tǒng)，還包括被配置用于對(duì)經(jīng)氧化的柵極電介質(zhì)層、所述熱氧化物層以及所述熱氧化物層和所述硅襯底之間的界面進(jìn)行退火的至少一個(gè)第五反應(yīng)器。
28.如權(quán)利要求27所述的處理系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)第一反應(yīng)器是快速熱處理反應(yīng)器或等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器，其中所述至少一個(gè)第二反應(yīng)器是化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器或原子層沉積反應(yīng)器，其中所述至少一個(gè)第三反應(yīng)器是射頻等離子體反應(yīng)器；并且還包括被配置用于從所述硅襯底去除天然氧化物層的至少一個(gè)單晶片濕法清洗反應(yīng)器，和被配置用于對(duì)經(jīng)氧化的柵極電介質(zhì)層、所述熱氧化物層以及所述熱氧化物層和所述硅襯底之間的界面進(jìn)行退火的至少一個(gè)快速熱處理反應(yīng)器。
全文摘要
這里公開了一種用于制作場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電介質(zhì)的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括以下步驟去除天然氧化物層，形成氧化物層，在氧化物層上形成柵極電介質(zhì)層，氧化柵極電介質(zhì)層，以及對(duì)各層和下方的熱氧化物/硅界面退火?？蛇x地，可以在形成柵極電介質(zhì)層之前對(duì)氧化物層進(jìn)行氮化?？蛇x地，可以在氧化柵極電介質(zhì)層之前對(duì)柵極電介質(zhì)層進(jìn)行氮化。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法的至少一部分是利用安排在組合工具上的處理反應(yīng)器執(zhí)行的。
文檔編號(hào)H01L21/3105GK1967780SQ20061015285
公開日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2006年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月20日
發(fā)明者蔡太程, 考利·薩尼克, 克里斯多佛·肖恩·奧爾森, 卡勒德·Z·艾哈邁德, 菲利普·艾倫·克勞茲 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司