CN101238540A - 用于在氧化物膜中掺入氮的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的第一方面提供了第一方法。第一方法包括步骤：(1)用高强度等离子体将处理室预处理；(2)将衬底装入所述处理室；和(3)在所述处理室内对所述衬底进行等离子体氮化。预处理所述处理室使用的等离子体功率比所述衬底的等离子体氮化过程中使用的等离子体功率高至少150％。本发明还提供许多其它方面。
Description
本申请要求2005年6月2日提交的美国临时专利申请No.60/687096的优先权，通过引用将其全文结合在本文中。
技术领域
本发明涉及半导体器件处理，更具体地涉及在氧化物膜中掺入氮的方法和装置。
背景技术
对电子设备的性能和密集度的更高要求导致金属氧化物半导体(MOS)器件的横向尺寸越来越小。随着器件横向尺寸减小，MOS器件的栅极电介质厚度(例如，二氧化硅厚度)也必须降低，从而保持足够的电荷存储容量以使MOS器件正常工作。
目前对器件横向尺寸的要求使得栅极电介质降至低于40埃的范围，而驱动电压并不成比例地降低。将具有相同或相似驱动电压的较薄栅极电介质层组合使用，导致各代MOS器件的电场增大。因此，由这些增大的电场引起的热载流子损伤以及电介质击穿强度已经成为进一步缩小MOS器件的关键。此外，MOS器件尺寸减小导致制造技术的大量应用，例如使用高能粒子并产生可使生长二氧化硅(SiO2)栅极电介质的常规炉损伤的电离辐射的电子束光刻和反应性离子蚀刻。
可以使用“氮化氧化物”或“氧氮化物”来代替“纯”二氧化硅作为栅极电介质。氧氮化物通常在Si/SiO2界面上结合少量的氮(例如，1-5原子％)。界面上的氮改进了氧氮化物对热载流子和辐射的抗损伤性，并增强了氧氮化物的扩散阻挡性。氧化物层块体中的氮提高了氧化物层的介电常数。
一种可用于将氮引入二氧化硅的技术是等离子体氮化。在等离子体氮化中，使用RF等离子体反应器将氮掺入氧化物膜。例如，可以使用RF等离子体将分子氮解离成原子(和/或离子)氮，然后可将原子和/或离子氮掺入氧化物膜。通常使用不施加偏置功率的等离子体。即，氮等离子体主要通过脉冲或连续源(线圈)功率产生。
在常规等离子体氮化之后，经类似处理的衬底可具有不同的氧化物厚度和/或掺氮水平。这些不同的氧化物厚度和/或掺氮水平可造成影响器件产量和成本的不期望的器件间差异。因此，仍需要将氮掺入氧化物膜的改进方法和装置。
发明概述
本发明的第一方面提供了第一方法。第一方法包括步骤：(1)用高强度等离子体将处理室预处理；(2)将衬底装入所述处理室；和(3)在所述处理室内对所述衬底进行等离子体氮化。预处理所述处理室使用的等离子体功率比所述衬底的等离子体氮化过程中使用的等离子体功率高至少150％。
本发明的第二方面提供了第二方法。第二方法包括步骤：(1)用第一高强度氮等离子体将处理室预处理；(2)将第一衬底装入所述处理室；和(3)对所述第一衬底进行等离子体氮化。预处理所述处理室使用的第一高强度氮等离子体的等离子体功率比所述第一衬底的等离子体氮化过程中使用的等离子体功率高至少150％。第二方法还包括步骤：(4)用第二高强度氮等离子体将所述处理室预处理；(5)将第二衬底装入所述处理室；和(6)对所述第二衬底进行等离子体氮化。预处理所述处理室使用的第二高强度氮等离子体的等离子体功率比所述第二衬底的等离子体氮化过程中使用的等离子体功率高至少150％。
本发明的第三方面提供了第三方法。第三方法包括步骤：(1)用高强度等离子将处理室预处理，以使氮被吸收或吸附在所述处理室的至少一个处理部件和室壁上；(2)将衬底装入所述处理室；和(3)在所述处理室内对所述衬底进行等离子体氮化。
本发明的第四方面提供了第一装置。第一装置包括：(1)处理室；和(2)连接至所述处理室的控制器。所述控制器被设置用于控制所述处理室，从而(a)用高强度等离子体将处理室预处理；(b)将衬底装入所述处理室；和(c)在所述处理室内对所述衬底进行等离子体氮化。预处理所述处理室使用的等离子体功率比所述衬底的等离子体氮化过程中使用的等离子体功率高至少150％。
本发明的第五方面提供了第二装置。第二装置包括：(1)处理室；和(2)连接至所述处理室的控制器。所述控制器被设置用于控制所述处理室，从而(a)用第一高强度氮等离子体将处理室预处理；(b)将第一衬底装入所述处理室；和(c)对所述第一衬底进行等离子体氮化。预处理所述处理室使用的第一高强度氮等离子体的等离子体功率比所述第一衬底的等离子体氮化过程中使用的等离子体功率高至少150％。所述控制器还被设置用于控制所述处理室，从而(d)用第二高强度氮等离子体将所述处理室预处理；(e)将第二衬底装入所述处理室；和(f)对所述第二衬底进行等离子体氮化。预处理所述处理室使用的第二高强度氮等离子体的等离子体功率比所述第二衬底的等离子体氮化过程中使用的等离子体功率高至少150％。
本发明的第六方面提供了第三装置。第三装置包括：(1)处理室；和(2)连接至所述处理室的控制器。所述控制器被设置用于控制所述处理室，从而(a)用高强度等离子将处理室预处理，以使氮被吸收或吸附在所述处理室的至少一个处理部件和室壁上；(2)将衬底装入所述处理室；和(3)在所述处理室内对所述衬底进行等离子体氮化。
本发明还提供了许多其它方面。
通过下面的详细描述、所附权利要求和附图，可以更清楚地理解本发明的其它特征和方面。
附图说明
图1为根据本发明的300mm DPN室中的掺氮量与晶片数(槽数(slot number))的关系图；
图2为根据本发明的300mm DPN室(其中RF功率在高水平与低水平之间类似地切换)中的掺氮量与晶片数(槽数)的关系图；
图3为根据本发明的用或不用各种高强度等离子体步骤处理的衬底的厚度(初始氧化物厚度约为10埃)与N量关系图；
图4为根据本发明提供的等离子体氮化系统的示意图；
图5为根据本发明的对衬底进行氮化的示例性方法的流程图；
图6为等离子体氮化室的常规氮化处理工序的时间线；
图7为根据本发明提供的等离子体氮化室的第一示例性氮化处理工序的时间线；
图8为根据本发明提供的等离子体氮化室的第二示例性氮化处理工序的时间线。
具体实施方式
本发明提供了用于提高可掺入形成在衬底上的氧化物膜中的氮的密度的改进方法和装置。根据本发明，例如可以使用等离子体反应器来将氮掺入栅极氧化物或其它材料层。
本发明还提供了用于形成氮化氧化物层的方法和装置，如此形成的氮化氧化物层比使用常规处理形成的层更薄。例如，通过使用本发明，可在较低的等离子体功率下将更多的氮引入氧化物。因此，等离子体产生能量较低的氮原子/离子，并且较少的氮原子/离子到达硅/二氧化硅界面。可以得到较薄的氮化氧化物膜。在某些实施方式中，在衬底的氮化过程中，可以通过活性氮清除残余的氧，得到较低水平的氧或水分。
此外，本发明提供了用于改善处理可重复性的方法和装置。更具体地，本发明可以减少或消除可能在采用不同处理条件(例如，功率)的氮化步骤之间产生的有害的过程间记忆效应。
本发明的方法包括在处理室内处理衬底之前用“高强度等离子体”将空处理室预处理。在处理室内处理每个衬底之前使用这种高强度等离子体可被称为每个衬底之间的等离子体(“PES”)或每个晶片之间的等离子体(“PEW”)。
为了简便起见，本文使用术语“高强度等离子体步骤”来描述在“空”处理室内使用高强度等离子体的步骤，从而将该处理室预处理，该处理室用于对衬底进行后续氮化步骤。高强度等离子体是指，与后续的氮化步骤相比，以更高的功率(例如，更高的射频(RF)功率)、更低的气压(例如，通过引入例如氩或氦的第二气体)和/或更长的时间产生的等离子体。
高强度等离子体步骤中使用的“空”处理室包括不含衬底的处理室或者含有非制造或“空白”衬底或类似物体的处理室。本文使用术语“衬底氮化步骤”来描述对衬底进行的等离子体氮化处理或类似处理。
如上所述，用高强度等离子体将处理室预处理的作用是：(1)后续进行的衬底氮化步骤(例如等离子体氮化)可以更具可重复性(例如，晶片间的可重复性)；(2)对于给定的膜厚度，在后续的衬底氮化步骤中掺入膜中的氮量(Ndose)可以增加；和/或(3)可以在后续的衬底氮化步骤中形成具有更期望的(例如，更好的)栅极氧化物特性的更薄的膜。
对于产生根据本发明的适合预处理处理室的高强度等离子体，可以采用许多不同的配方。例如，在300mm的衬底处理室中，其中使用N2等离子体将氧化物薄膜氮化以形成用于栅极氧化物应用的氧氮化物膜，预处理等离子体的有效配方可包括：约2000W的RF功率，约20毫托(mT)的等离子体气压，约20秒的预处理时间，以及约200标准立方厘米每分钟(sccm)的N2流率。但应注意，功率、压力、时间和N2流率可以变化。例如，范围从约800W至2500W的RF功率、范围从约10mT至100mT的压力、范围从约5秒至60秒的时间和/或气体混合物(例如，He、Ar、N等)的各种组合可以得到具有不同强度的等离子体的有效配方。可以使用其它范围，并且这些范围可以例如根据处理室和/或衬底尺寸(例如200mm的衬底)变化。
已发现，在处理室预处理过程中使用不同水平的高强度等离子体，可以在后续衬底氮化步骤中产生不同浓度的氮和/或不同分布的氮，并在后续衬底氮化步骤之间产生不同的记忆效应。例如，通过在每个衬底氮化步骤之间用比衬底氮化中所用最高功率高约150％至200％的RF功率所产生的等离子体进行预处理，可以有效地消除衬底氮化步骤之间的记忆效应。在另一个实施例中，后续衬底氮化步骤中的掺氮量通常随着预处理配方高强度的增加而增大。
在某些实施方式中，通过用高强度等离子体进行预处理，可使氮被吸收到处理室的处理部件和内壁中或吸附在其上，其中处理部件例如是盖、衬里、静电卡盘(例如可由阳极化铝、石英等制成)。在较低功率下进行后续氮化步骤时，氮可被解吸或释放到等离子体中，得到更富含氮的等离子体，这可导致更高的掺氮量并形成较薄的氧化物膜(例如，可以使用较低能量的等离子体)。换言之，处理室可以具有与在不同强度下可吸收/吸附的氮量相关的特征平衡，并且在更高的强度下，处理室可以吸收/吸附更多的氮，这些氮随后在较低水平的等离子体强度下解吸或释放。此外/或者，高强度等离子体预处理步骤可使处理室表面和/或处理部件对氮饱和，以使该表面和/或处理部件在较低功率的等离子体氮化过程中无法吸收或吸附更多的氮。
在某些实施方式中，从处理部件和室表面释放的氮可以有效地置换在装载/卸载时进入处理室的O2或H2O和/或降低其相对分压。在这些实施方式中，02或水分的缺失和/或更高的N2相对分压可导致掺入薄膜中的氧较少(例如，从而形成更薄的氧化物层)。
在某些实施方式中，第一衬底氮化步骤可以改变与第二衬底氮化步骤时存在的氮量相关的处理室特性。例如，如果相对于第二衬底氮化步骤，第一衬底氮化步骤采用更高功率的等离子体，则第二衬底氮化步骤会经历由于在第二衬底氮化步骤中存在更多的氮所导致的记忆效应。因此，氧化物膜中的掺氮量可以提高，并且第二衬底氮化步骤所形成的氧化物膜厚度可以增大(相对于没有记忆效应的情况)或保持不变。或者，如果相对于第一衬底氮化步骤，第二衬底氮化步骤采用更高功率的等离子体，则第二衬底氮化步骤会经历记忆效应，其中在第二衬底氮化步骤中存在较少的氮。因此，氧化物膜中的掺氮量可以降低，并且第二衬底氮化步骤所形成的氧化物膜厚度可以减小(相对于没有记忆效应的情况)或保持不变。因此，在某些实施方式中，通过用比第一和第二衬底氮化步骤中较高的功率明显更高的功率(例如200％)的等离子体将处理室预处理，本发明可以利用上述记忆效应。
在某些实施方式中，可以调整高强度等离子体预处理步骤，使得与预处理步骤和任何一个衬底氮化步骤的功率水平之间的相对差异相比，第一与第二衬底氮化步骤的功率水平之间的相对差异可以忽略。总体结果是两个氮化步骤从预处理步骤得到的记忆效应远大于任何过程间记忆效应(例如，第二氮化步骤从第一氮化步骤得到的记忆效应)，以使第二氮化步骤可以在检测不到任何来自第一氮化步骤的记忆效应的条件下进行。因此，本发明的方法可用于改善使用不同RF功率水平的氮化步骤工序的可重复性。
为了说明上述记忆效应，在一种示例性实施方式中，使用可从SantaClara，CA的Applied Materials，Inc.获得的去耦等离子体氮化(DPN)室来检验衬底氮化步骤之间的记忆效应。更具体地，随着RF功率在高电平与低电平之间切换，在DPN室内将晶片氮化。氮化之后，测定掺氮量。
图1为该实施方式的300mm DPN室中的掺氮量与晶片数(槽数(slot number))的关系图。晶片在如下条件下处理：500W的高功率电平连续波，20mTorr的室压力，32秒的时间，200sccm的N2流率，无晶片卡盘；以及200W的低功率电平连续波，20mTorr的室压力，32秒的时间，200sccm的N2流率，无晶片卡盘。如参考标号100所示，在稳态(较低)值下，直到氮化从高功率切换到低功率后处理数个衬底之后，掺氮量才趋于稳定。同样，如参考标号102所示，在稳态(较高)值下，直到氮化从低功率切换到高功率后处理数个衬底之后，掺氮量才趋于稳定。这种结果被认为是上述记忆效应所致。
图2为RF功率类似地在高水平与低水平之间切换的300mm DPN室中的掺氮量与晶片数(槽数(slot number))的关系图。具体地，晶片在如下条件下处理：500W的高功率电平连续波，20mTorr的室压力，32秒的时间，200sccm的N2流率，无晶片卡盘；以及200W的低功率电平连续波，20mTorr的室压力，32秒的时间，200sccm的N2流率，无晶片卡盘。在各个衬底之间实施高强度等离子体或“每个晶片的等离子体”(PEW)。采用五种不同的PEW处理条件，由曲线200a-200b、202a-202b、204a-204b、206a-206b和208a-208b：
(1)无PEW，如曲线200a-200b所示；
(2)40W连续波的低功率N2PEW，室压力为20mTorr，时间为32秒，N2流率为200sccm，如曲线202a-200b所示；
(3)2000W连续波的高功率氦PEW，室压力为20mTorr，时间为32秒，N2流率为200sccm，如曲线204a-204b所示；
(4)1000W连续波的高功率N2PEW，室压力为20mTorr，时间为32秒，N2流率为200sccm，如曲线206-206b所示；以及
(5)2000W连续波的高功率N2PEW，室压力为20mTorr，时间为32秒，N2流率为200sccm，如曲线208-208b所示。
如曲线200a-200b、202a-202b、204a-204b所示，无PEW、使用低功率N2PEW和使用高功率氦PEW并未减轻由在高功率与低功率之间切换的氮化等离子体处理室引起的记忆效应。然而，如曲线206a-206b和208a-208b所示，使用高功率N2PEW(例如，上述实例中的约1000W或更高)明显消除了这种记忆效应。
如上所述，对于给定的初始氧化物厚度，在衬底氮化之前使用高强度等离子体可以生成较薄的氮化氧化物。图3示出了用或不用各种PEW处理步骤处理的衬底的厚度与掺氮量的关系(初始氧化物厚度约为10埃)。如图3所示，对于给定的初始氧化物厚度，使用低脉冲或中等连续波RF功率的PEW得到厚度较薄的氮化氧化物，如曲线300、302、304、306、308和31O所示，这些曲线分别表示：
(1)曲线300示出了氮化后的厚度与掺氮量的关系，氮化条件：使用DPN室(可从Santa Clara，CA的Applied Materials，Inc.获得)，低RF脉冲功率为50Weff、75Weff和100Weff，基底氧化物厚度为10埃(快速热氧化)，5％占空因数的脉冲和增强脉冲射频产生，室压力为20mT，N2等离子体进行30秒，无卡盘，预设夹持，氮化后退火，分压电容(Divcap)设置为15％；
(2)曲线302示出了氮化后的厚度与掺氮量的关系，氮化条件：使用DPN室(可从Santa Clara，CA的Applied Materials，Inc.获得)，中等RF功率为100W、200W和300W，基底氧化物厚度为10埃(快速热氧化)，连续波，增强脉冲射频产生，室压力为20mT，N2等离子体进行30秒，无卡盘，氮化后退火，分压电容设置为15％；
(3)曲线304示出了氮化后的厚度与掺氮量的关系，氮化条件：使用DPNplus室(可从Santa Clara，CA的Applied Materials，Inc.获得)，低RF脉冲功率为50Weff、75Weff和100Weff，基底氧化物厚度为10埃(快速热氧化)，5％占空因数的脉冲和增强脉冲射频产生，室压力为20mT，N2等离子体进行30秒，无卡盘，氮化后退火，分压电容设置为30％；
(4)曲线306示出了氮化后的厚度与掺氮量的关系，氮化条件：使用DPNplus室(可从Santa Clara，CA的Applied Materials，Inc.获得)，中等RF功率为100W、200W和300W，基底氧化物厚度为10埃(快速热氧化)，连续波，增强脉冲射频产生，室压力为20mT，N2等离子体进行30秒，无卡盘，氮化后退火，分压电容设置为50％；
(5)在曲线308中，氮化步骤与上述(3)相同，之前进行N2PEW(2000W连续波，室压力为20mTorr，时间为32秒，N2流率为200sccm)；和
(6)在曲线310中，氮化步骤与上述(4)相同，之前进行N2PEW(2000W连续波，室压力为20mTorr，时间为32秒，N2流率为200sccm)。
如图3所示，对于给定的膜厚度，在氮化前使用PEW可生成较薄的氮化氧化物。
图4为本发明提供的等离子体氮化系统400的示意图。等离子体氮化系统400包括连接至控制器404的等离子体氮化室402(例如，通过导线、电缆、无线等方式连接)。
等离子体氮化室402可包括任何合适的等离子体氮化室，例如可从Santa Clara，CA的Applied Materials，Inc.获得的300mm DPN Centura系统。室402可包括室外壳406，用于包围处理部件，处理部件包括布置在托架410上的第一电极408，托架410在处理过程中支撑衬底412。室外壳402包括各种进口和出口(未示出)，用于流动处理气体和/或冷却剂。该室可被称为去耦等离子体氮化(DPN)室，尽管所用等离子体无需“去耦”。
控制器404可以包括一个或多个微处理器、微控制器、专用硬件及其组合等。在本发明的至少一种实施方式中，控制器404适于(例如，编程)在将衬底装入等离子体氮化室402并氮化之前在等离子体氮化室401内进行高强度等离子体处理。这种高强度等离子体步骤可以在处理每个衬底之前进行(例如，等离子体处理每个衬底)，或在该室内处理一定数量(例如，1、2、3、4等)的衬底后进行。控制器404还可用于控制其它处理，例如等离子体氮化室402内的氮化。
图5为本发明的用于氮化衬底的示例性方法500的流程图。参见图5，方法500始于步骤501。在步骤502，在等离子体氮化室402内进行高强度等离子体步骤。例如，在300mm的衬底处理室中，其中使用N2等离子体来氮化氧化物薄膜以形成用于栅极氧化物应用的氧氮化物膜，预处理等离子体的有效配方可以包括：约2000W的RF功率，约20毫托(mT)的等离子体气压，约20秒的预处理时间，以及约200标准立方厘米每分钟(sccm)的N2流率。但应注意，功率、压力、时间和N2流率可以变化。例如，范围从约800W至2500W的RF功率、范围从约10mT至100mT的压力、范围从约5秒至60秒的时间和/或气体混合物(例如，He、Ar、N等)的各种组合可以得到具有不同强度的等离子体的有效配方。可以使用其它范围，并且这些范围可以例如根据处理室和/或衬底尺寸(例如200mm的衬底)变化。当室402为空时，或当其中存在空白衬底或类似物体时，可以进处理行高强度等离子体处理步骤502。
在步骤502之后，将衬底装入等离子体氮化室402。在步骤503中，在等离子体氮化室402内对衬底进行氮化处理。例如，可以使用任何常规的等离子体氮化处理(例如，从而形成氧氮化物或其它类似材料层)。
在步骤505中，将衬底从氮化室402中取出；在步骤506中，方法500结束。可以使用任何合适的氮化后步骤(例如，氮化后退火、其它沉积或蚀刻步骤等)。
图6为等离子体氮化室(未示出)的常规氮化处理工序600的时间线。参见图6，在等离子体氮化室内，在时间段T0-T1、T2-T3和T4-T5分别进行三个被称为DPN的氮化处理。在氮化处理之间，例如在T1-T2与T3-T4之间，等离子体氮化室空闲。
图7为本发明提供的等离子体氮化室(未示出)的第一示例性氮化处理工序700的时间线。图7的工序700类似于图6的工序600，但是在每个氮化处理步骤之间包括高强度等离子体步骤(图7中表示为PEW)。具体地，在T0-T1之间，在等离子体氮化室内对第一衬底进行氮化处理。在T1-T2之间，等离子体氮化室空闲。在T2-T3之间，在等离子体氮化室内进行高强度等离子体处理。在T3-T4之间，在等离子体氮化室内对第二衬底进行氮化处理。在T4-T5之间，等离子体氮化室空闲。在T5-T6之间，在等离子体氮化室内进行高强度等离子体处理。在T6-T7之间，在等离子体氮化室内对第三衬底进行氮化处理。如上所述，在每个氮化处理之前使用高强度等离子体，明显减小了与等离子体氮化室相关的记忆效应，并且可以生成较薄的氮化氧化物。
图8为本发明提供的等离子体氮化室(未示出)的第二示例性氮化处理工序800的时间线。图8的工序800类似于图7的工序700，只是缩短每次空闲时间以适应每个高强度等离子体步骤。以此方式，系统处理量不被高强度等离子体步骤降低。
根据本发明的某些实施方式，高强度等离子体(或PEW/PES)步骤可在氮化步骤之间交替进行。应当注意，在其它实施方式中，一个或多个高强度等离子体步骤可以在衬底氮化步骤之后立即进行、在衬底氮化步骤之前即刻进行或在其间的任意时间进行。同样，多于一个高强度等离子体步骤可在氮化步骤之间进行，或高强度等离子体步骤可以以较低频率进行(例如，在每隔2个、3个、4个等的衬底后进行)。从处理量的角度，希望在室空闲期间进行高强度等离子体步骤(如图8所示)。
与使用不包括高强度等离子处理的等离子体氮化步骤形成的氧化物层相比，在高强度等离子体处理(PEW)后进行氮化处理可以得到具有更高掺氮量的厚度相同或厚度略大的氧化物层。应当注意，由于掺氮量较高，因此可以使用较低功率的等离子体来生成较薄的氧化物层，该氧化物层具有与不进行高强度等离子体预处理的等离子体氮化处理相同的掺氮量。
以上描述仅公开了本发明的示例性实施方式。对于本领域的普通技术人员，上述装置和方法的落入本发明范围的改进是显而易见的。例如，本发明可用于改善以下氧化物和其它膜(高K膜，例如HfSiOx、HfO2、氧化锆、氧化钽、稀土金属氧化物和硅酸盐；以及其它金属氧化物和硅酸盐，例如HfO2、HfSiO、ZrO2、ZrSiO、Ta2O5、La3O3、LaSiO、Gd2O3、GdSiO、Y2O3、YSiO、A12O3、A1SiO、Pr2O3、PrSiO；及其组合例如HfAlO、LaAlO、YAlO等；叠层膜，例如氮化物/氧化物叠层等)的氮化处理。例如，在等离子体氮化高K膜之前，或形成热沉积或等离子体沉积氮化物(包括等离子体沉积氧化物覆层)之前，可以使用高强度等离子体预处理步骤。在某些实施方式中，可以使用单个处理室来进行氮化硅沉积、氧化物沉积和氮化物/氧化物叠层的等离子体氮化(包括或不包括高强度等离子体预处理步骤)。
在等离子体氮化过程中，可使额外的氮流入等离子体处理室来提高氮化一致性和/或降低膜厚度(例如，通过稀释处理室内的氧/水分水平)。额外/可选的氮源可以包括分子氮、原子氮(例如，来自远程等离子体源)、稀释氮(例如，稀释在氦、氩等中，如载气中的约20％的氮)、NO、NH3、N2O等。这种额外/可选的氮源也可以在上述高强度等离子体预处理期间使用。在预处理和氮化期间，可以使用电感耦合、电容耦合或其它等离子体源。
如上所述，高强度等离子体或PES/PEW配方可以足够强，从而明显减轻和/或消除等离子体氮化室内记忆效应。例如，在某些实施方式中，根据氧化物和其它因素，DPN处理中的约200％的RF功率可提供最高的PEW掺氮量，从而消除处理区间中可能存在的记忆效应。
目标掺氮量通过PEW增大，增加量取决于PEW配方的强度。在某些实施方式中，无论在先条件如何，只有一些预处理产生良好的掺氮量基线。掺氮量可偏离基线，需要使氮化处理重新居中。然而，使用PEW可以在大处理区间上得到稳定的掺氮量。保持PEW与下一个待处理晶片之间的排队时间相同，可以改善晶片间的一致性。
可以使用额外或可选的室预处理方法。例如，可以使用在批量处理之前模拟晶片循环的无晶片等离子体(例如，在不同处理的批量间切换时)。此外，可以使用在批量处理前运行的无晶片等离子体，并选择处理条件以缩短恢复时间。例如，在不同处理的批量间切换时，可以实施这种“进行时等离子体(plasma on go)”处理。其它预处理技术包括具有其它材料的涂层处理套件、加热处理套件、升级和/或改进部件、改善闭环控制等。
可以在任何时刻使用高强度等离子体。例如，在氮化处理之前即刻使用、在氮化处理之后立即使用、在“进行时等离子体”处理时使用、在受控空闲期(例如，约1分钟)使用、在“空闲时等离子体”处理之前或之后使用，短时间使用，等等。
在至少一种实施方式中，可以选择在处理区间内给出最高掺氮量的氮化处理，并且RF功率和/或时间按需改变。示例性的PEW制程时间包括45秒、60秒、120秒等。
尽管上文已经公开本发明及其示例性实施方式，但应当理解，在本发明的精神和范围内还存在其它实施方式，而本发明的精神和范围由权利要求确定。
Claims (27)
1.一种方法，包括：
用高强度等离子体将处理室预处理；
将衬底装入所述处理室；和
在所述处理室内对所述衬底进行等离子体氮化；
其中，预处理所述处理室使用的等离子体功率比所述衬底的等离子体氮化过程中使用的等离子体功率高至少150％。
2.如权利要求1的方法，其中，用高强度等离子体将所述处理室预处理包括：使用约800至2500W的等离子体功率。
3.如权利要求1的方法，其中，用高强度等离子体将所述处理室预处理包括：将所述处理室预处理约5至60秒。
4.如权利要求1的方法，其中，用高强度等离子体将所述处理室预处理包括：使用约10至100毫托的室压力。
5.如权利要求1的方法，其中，用高强度等离子体将所述处理室预处理包括：用氮等离子体将所述处理室预处理。
6.如权利要求5的方法，其中，用氮等离子体将所述处理室预处理包括：用包含氮和氦与氩中至少一种的气体混合物将所述处理室预处理。
7.如权利要求5的方法，其中，用氮等离子体将所述处理室预处理包括：使氮被吸收或吸附在所述处理室的至少一个处理部件和室壁上。
8.如权利要求7的方法，其中，用氮等离子体将所述处理室预处理包括：使所述处理室的至少一个处理部件和室壁对氮饱和。
9.如权利要求1的方法，其中，用高强度等离子体将所述处理室预处理包括：降低所述处理室中的氧和水中至少一种的相对分压。
10.如权利要求1的方法，还包括：使用所述高强度等离子体预处理步骤来减小使用不同功率水平的氮化步骤工序之间的差异。
11.如权利要求1的方法，其中，所述处理室的预处理是在对所述衬底进行等离子体氮化之前即刻进行的。
12.如权利要求1的方法，其中，所述处理室的预处理是在所述处理室的空闲期间进行的。
13.如权利要求1的方法，其中，预处理所述处理室使用的等离子体功率比所述衬底的等离子体氮化过程中使用的等离子体功率高至少200％。
14.如权利要求1的方法，还包括：在所述处理室内处理每个衬底之前，用高强度等离子体将所述处理室预处理。
15.如权利要求1的方法，其中，对所述衬底进行等离子体氮化包括：氮化所述衬底的氧化物层。
16.如权利要求15的方法，其中，所述氧化物层包括二氧化硅。
17.如权利要求15的方法，其中，所述氧化物层包括高介电常数膜
18.一种方法，包括：
用第一高强度氮等离子体将处理室预处理；
将第一衬底装入所述处理室；
对所述第一衬底进行等离子体氮化，其中，预处理所述处理室使用的第一高强度氮等离子体的等离子体功率比所述第一衬底的等离子体氮化过程中使用的等离子体功率高至少150％；
用第二高强度氮等离子体将所述处理室预处理；
将第二衬底装入所述处理室；和
对所述第二衬底进行等离子体氮化，其中，预处理所述处理室使用的第二高强度氮等离子体的等离子体功率比所述第二衬底的等离子体氮化过程中使用的等离子体功率高至少150％。
19.如权利要求18的方法，其中，用所述第一和第二高强度等离子体将所述处理室预处理包括：使用约800至2500W的等离子体功率。
20.如权利要求18的方法，其中，用所述第一和第二高强度等离子体将所述处理室预处理包括：将所述处理室预处理约5至60秒。
21.如权利要求18的方法，其中，用所述第一和第二高强度等离子体将所述处理室预处理包括：使用约10至100毫托的室压力。
22.一种方法，包括：
用高强度等离子将处理室预处理，以使氮被吸收或吸附在所述处理室的至少一个处理部件和室壁上；
将衬底装入所述处理室；和
在所述处理室内对所述衬底进行等离子体氮化。
23.如权利要求22的方法，其中，用氮等离子体将所述处理室预处理包括：使所述处理室的至少一个处理部件和室壁对氮饱和。
24.如权利要求22的方法，还包括：使用所述高强度等离子体预处理步骤来减小使用不同功率电平的氮化步骤工序之间的差异。
25.一种装置，包括：
处理室；和
控制器，所述控制器连接至所述处理室，并被设置用于控制所述处理室，从而：
用高强度等离子体将处理室预处理；
将衬底装入所述处理室；和
在所述处理室内对所述衬底进行等离子体氮化；
其中，预处理所述处理室使用的等离子体功率比所述衬底的等离子体氮化过程中使用的等离子体功率高至少150％。
26.一种装置，包括：
处理室；和
控制器，所述控制器连接至所述处理室，并被设置用于控制所述处理室，从而：
用第一高强度氮等离子体将处理室预处理；
将第一衬底装入所述处理室；
对所述第一衬底进行等离子体氮化，其中，预处理所述处理室使用的第一高强度氮等离子体的等离子体功率比所述第一衬底的等离子体氮化过程中使用的等离子体功率高至少150％；
用第二高强度氮等离子体将所述处理室预处理；
将第二衬底装入所述处理室；和
对所述第二衬底进行等离子体氮化，其中，预处理所述处理室使用的第二高强度氮等离子体的等离子体功率比所述第二衬底的等离子体氮化过程中使用的等离子体功率高至少150％。
27.一种装置，包括：
处理室；和
控制器，所述控制器连接至所述处理室，并被设置用于控制所述处理室，从而：
用高强度等离子将处理室预处理，以使氮被吸收或吸附在所述处理室的至少一个处理部件和室壁上；
将衬底装入所述处理室；和
在所述处理室内对所述衬底进行等离子体氮化。
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