[发明专利]通过化学汽相淀积使氮化硅膜和/或氧氮化硅膜淀积的方法

说明书

本发明涉及一种通过化学汽相淀积(CVD)生产氮化硅膜和氧氮化硅 膜的方法。

发明背景

已经知道氮化硅膜具有优异的阻隔性能和优异的抗氧化性，并且例如 在半导体仪器的生产中用作防蚀刻层、阻隔层、门电极绝缘层、门电极间 隔物、高级门电极电介质、ONO堆等。

目前用于形成氮化硅薄膜或氧氮化硅薄膜的主要技术是等离子促进的 CVD(PECVD)和低压CVD(LPCVD)。

在PECVD中，硅源(通常是硅烷)和氮源(例如氨和氮气)被引入 一对平行的板式电极之间，并在低温(约300℃)和中等压力(0.1-5托或 1-630Pa)下在两个电极之间施加射频能量，从而从硅源和氮源产生等离子。 在所产生的等离子中的活性硅物质和活性氮物质彼此反应，得到氮化硅膜。

通过PECVD生产的氮化硅膜一般不具有化学计量组成，而且是富含 氢的。所以，这些氮化硅膜具有低的膜密度和高的蚀刻速率，质量差。它 们一般称为SiNH，这是因为它们含有最多30％的原子氢。但是，对于前 端应用(FEOL)而言，PECVD不是优选的，这是因为等离子可能在半导 体表面产生损害。

热LPCVD不使用等离子，用于淀积高质量的氮化硅膜。LPCVD目前 使用低压(0.1-2托)和高温(750-900℃)实施，所得到的氮化硅膜或氧 氮化硅膜的质量优于通过PECVD生产的相应膜。使用LPCVD技术制得 的氮化硅膜一般是通过二氯硅烷(DCS)和氨气体反应获得的。但是，现 有的LPCVD技术要求相当高的温度以获得可接受的氮化硅膜淀积(成膜) 速率(≥10埃/分钟)。例如，750-800℃的温度通常用于DCS与氨的反应。 另外，DCS与氨的反应产生了大量的氯化铵，其可以聚集在CVD反应装 置的排料系统中并导致堵塞。

为了获得在低温下的满意的氮化硅膜淀积速率，已经建议了许多氮化 硅前体。六氯二硅烷(HCDS)是这些前体之一。HCDS通过反应Si₂Cl₆→SiCl₂+SiCl₄在较低温度得到了SiCl₂，SiCl₂能有效地与氨反应。HCDS 的使用能在600℃以约10埃/分钟的成膜速率提供氮化硅淀积膜。

氮化硅前体的另一个例子是二(叔丁基氨基)硅烷(BTBAS)，如美国 专利5,874,368所述。BTBAS能在600℃以约10埃/分钟的成膜速率淀积氮 化硅膜。

虽然HCDS和BTBAS都能在600℃达到约10埃/分钟的成膜速率，但 是这种性能水平也意味着在低于550℃的温度不能获得工业可接受的成膜 速率。此外，这些前体还具有以下缺点：

HCDS是完全氯化的二硅烷，具有高的氯含量，Si-Cl键也很强。所以， 在所得氮化硅膜中的氯含量将随着反应温度的降低而增加，还发现在600 ℃反应温度获得的膜中的氯含量能高达约2％(基于原子计)。另外，HCDS 的使用还导致产生大量的氯化铵，这与DCS的情况相同。

BTBAS具有56千卡/摩尔的活化能，导致当反应温度降低时，氮化硅 成膜速率显著降低。估计其成膜速率在550℃的反应温度降低到相当低的3 埃/分钟。

还已经知道使用四(乙基氨基)硅烷(TEAS)作为硅前体，从而以与使 用BTBAS时相似的生长速率生产膜，但是膜性能不同。

当上述现有技术的前体用于生产氧氮化硅膜时也出现相同的问题，氧 氮化硅膜具有与氮化硅膜相同的物理性质和应用。

从PCT WO03/045959和PCT WO03/046253已经知道六乙基氨基二硅 烷提供更好的硅前体，能在比HCDS或BTAS显著更低的温度以10埃/分 钟或更大的生长速率生产膜。

所以，本发明所要解决的问题是提供一种通过CVD技术生产氮化硅膜 和氧氮化硅膜的方法，所述方法提供在较低温度下可接受的成膜速率，并 且不会产生大量的氯化铵。

发明概述

本发明的第一方面是提供一种在反应室中通过化学汽相淀积生产氮化 硅膜的方法，包括以下步骤：

a)将基材引入反应室中，所述基材具有能接受膜的表面；

b)引入具有以下通式的含五(二甲基氨基)二硅烷的化合物：