用于选择性氮化工艺的方法与设备的制作方法
【专利摘要】本发明的实施方式提供用于堆叠的材料的氮化作用的改良设备与方法。在一个实施方式中，远程等离子体系统包括远程等离子体腔室、处理腔室与输送构件，远程等离子体腔室界定第一区，第一区用于产生包括离子与游离基团的等离子体，处理腔室界定第二区，第二区用于处理半导体器件，处理腔室包括进入口端口，进入口端口形成于处理腔室的侧壁中，进入口端口与第二区流体连通，输送构件设置在远程等离子体腔室与处理腔室之间，且输送构件具有与第一区与进入口端口流体连通的通道，其中输送构件被配置以致通道的纵轴相对于进入口端口的纵轴以约20度至约80度的角度相交。
【专利说明】用于选择性氮化工艺的方法与设备
【技术领域】
[0001]本发明的实施方式大体涉及制造半导体器件。更特定而言，本文所述的实施方式涉及利用改良的等离子体施加器制造浮动栅极(floating gate)NAND存储器器件与其他晶体管栅极结构。
【背景技术】
[0002]闪存(flash memory)(比如，NAND闪存器件)为广泛用于大容量存储(massstorage)应用中的常用非易失性(non-volatile)存储器类型。NAND闪存器件通常具有堆叠型(stacked type)栅极结构,其中隧道氧化物(tunnel oxide;TO)、浮动栅极(FG)、多晶娃层间(inter-poly)电介质(IPD)与控制栅极(CG)依次堆叠于半导体基板上。浮动栅极、隧道氧化物与下方的基板部分通常形成NAND闪存器件的单元(cell)(或存储器单位件(unit))。浅沟槽隔离(shallow trench isolation; STI)区设置于基板中各个单元之间，浅沟槽隔离(STI)区与隧道氧化物和浮动栅极相邻以使单元与相邻单元隔开。在NAND闪存器件的写入过程中，将正电压施加至控制栅极以从基板将电子拉入浮动栅极中。为了擦除NAND闪存器件的数据，将正电压施加至基板以从浮动栅极释放电子并让电子通过隧道氧化物。电子的流动被感测电路感测并产生“O”或“I”的结果信号(returns)作为电流指示符号(current indicator)。浮动栅极中的电子数量与“O”或“I”特征构成用于在NAND闪存器件中存储数据的基础。
[0003]通常通过隧道氧化物将浮动栅极与半导体基板隔离并通过多晶硅层间电介质将浮动栅极与控制栅极隔离，这可防止例如基板与浮动栅极或者浮动栅极与控制栅极之间的电子泄漏。为了使NAND闪存器件能够持续物理上缩放(scaling)，产业上已经利用氮化工艺以将氮并入浮动栅极的表面，以改善隧道氧化物的可靠性或抑制掺杂剂扩散出浮动栅极。然而，氮化工艺亦会非期望地将氮并入浅沟槽隔离区中。相邻浮动栅极结构之间的浅沟槽隔离区中并入的氮形成电荷泄漏路径，电荷泄漏路径会负面地影响最终器件性能。
[0004]因此，需要用于堆叠的材料的氮化作用的改良方法与设备。
【发明内容】
[0005]本发明大体提供利用远程等离子体源将等离子体的游离基团(radical)并入基板或半导体基板上的材料的方法与设备。在一个实施方式中，远程等离子体系统包括远程等离子体腔室、处理腔室和输送构件，远程等离子体腔室界定第一区，第一区用于产生包括离子与游离基团的等离子体，处理腔室界定第二区，第二区用于处理半导体器件，处理腔室包括进入口端口(inlet port)，进入口端口形成于处理腔室的侧壁中，进入口端口与第二区流体连通，输送构件用于从远程等离子体腔室输送等离子体物种至处理腔室，输送构件包括主体，主体在主体中界定纵向延伸通道，主体具有连接至第一区的第一端与连接至第二区的第二端，第二端与第一端相对，其中通道耦接至处理腔室的进入口端口，以致通道的纵轴相对于进入口端口的纵轴以约20度至约80度的角度相交。在一个实施方式中，输送构件进一步包括凸缘，凸缘在第二端处围绕主体的外表面延伸，凸缘的表面与处理腔室的侧壁的表面实质上齐平。
[0006]在另一个实施方式中，远程等离子体系统包括远程等离子体腔室、处理腔室与输送构件，远程等离子体腔室界定第一区，第一区用于产生包括离子与游离基团的等离子体，处理腔室界定第二区，第二区用于处理半导体器件，处理腔室包括进入口端口，进入口端口形成于处理腔室的侧壁中，进入口端口与第二区流体连通，输送构件设置在远程等离子体腔室与处理腔室之间，且输送构件具有与第一区与进入口端口流体连通的通道，输送构件被配置以致通道的纵轴相对于进入口端口的纵轴以约20度至约80度的角度相交。
[0007]在又另一个实施方式中，公开了用于在处理腔室的处理区中处理半导体器件的方法。该方法包括从远程等离子体源产生并流动等离子体物种至具有纵向通道的输送构件；从通道流动等离子体物种至形成于处理腔室的侧壁中的进入口端口，其中在一角度下将等离子体物种流动进入进入口端口以促进等离子体物种中离子的碰撞或离子与电子或带电颗粒的反应，以致在离子进入处理腔室的处理区之前从等离子体物种实质上消除离子；及选择性地将来自等离子体物种的原子游离基团并入半导体器件的硅区或多晶硅区。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]可通过参考实施方式得到上文简要概括的本发明的更特定的描述，以便能详细理解上文叙述的本发明的特征，一些实施方式在附图中示出。然而，需注意附图仅示出本发明的典型实施方式而因此附图不被视为本发明范围的限制，因为本发明可允许其他等同效果的实施方式。
[0009]图1示出能用根据本发明的一个实施方式的方法与设备制成的示例性半导体器件的示意性截面图。
[0010]图2示出根据本发明的一个实施方式的远程等离子体系统的示意图。
[0011]图3示出根据本发明的一个实施方式的用于供应等离子体的游离基团至RTP设备的示例性输送管道(delivery pipe)的示意性的部分侧视截面图。
[0012]图4示出根据本发明的实施方式的RTP设备与图3的输送管道的示意性的部分顶视图。
【具体实施方式】
[0013]发明描述了利用远程等离子体源将等离子体的游离基团并入基板或半导体基板上的材料的设备与方法。一般而言，通过例如气态分子的能量激发而产生的等离子体源由带电离子、游离基团与电子的等离子体构成。发明发现比起离子或游离基团与离子的混合物而言，等离子体的游离基团用更加期望的方式与基板上的硅或多晶硅材料反应。在这方面，发明提供消除等离子体的大部分离子的设备与方法，以致仅有等离子体的游离基团与基板上的硅或多晶硅材料反应，由此取得基板上的硅或多晶硅材料的处理的较大选择性。
[0014]然而本发明并不被限制于特定器件，所描述的设备与方法能被用来制造适合窄间距(pitch)应用的半导体器件与结构。如本文所用的窄间距应用包括32nm或更窄(例如，32nm或更低的器件节点(node))的半间距(half-pitch)。如本文所用的术语“间距”指的是半导体器件的平行结构或相邻结构之间的测量值。可从相邻或实质上平行结构的同一侧的一侧到另一侧来测量间距。亦可在具有较大间距的应用中利用半导体器件与结构。举例而言，半导体器件可为NAND或NOR闪存或其他适合的器件。
[0015]示例件NAND闪存器件
[0016]图1示出能用本发明的设备制成的示例性半导体器件(比如NAND闪存器件100)的示意性截面图。存储器器件100通常包括基板102，在基板102上设有隧道氧化物层104。浮动栅极106设置在隧道氧化物层104上。浮动栅极106、隧道氧化物层104与下方的基板102部分形成存储器器件100的单元103 (或存储器单位件)。举例而言，可通过浅沟槽隔离(STI)区108来分隔存储器器件100的每一个单元103，浅沟槽隔离(STI)区108设置于基板102中且在每一个单元103之间(例如，与隧道氧化物层104和浮动栅极106相邻，其中STI区108将单元103和与单元103相邻的单元105与107隔开)。存储器器件100进一步包括控制栅极层112与多晶硅层间介电(IPD)层110，多晶硅层间介电(IPD)层110设置于浮动栅极106与控制栅极层112之间。Iro层110将浮动栅极106与控制栅极层112隔开。
[0017]基板102可包括适合的材料，该适合的材料比如为晶体硅(例如，Si〈100>或Si〈lll>)、氧化硅、应变硅(strained silicon)、硅锗、掺杂或未掺杂的多晶硅、掺杂或未掺杂的硅晶片、图案化或未图案化的晶片、绝缘体上硅(SOI)、掺杂碳的氧化硅、氮化硅、掺杂的硅、锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石或类似物。在一些实施方式中，基板102包括硅。
[0018]隧道氧化物层104可包括硅与氧(比如氧化硅(SiO2)、氮氧化硅(SiON))或高k(介电常数)介电材料(比如铝(Al)、铪(Hf)、或镧(La)、锆(Zr)基氧化物或氮氧化物)或氮化硅(SixNy)于单一或层状结构(例如，SiO2/高k/Si02)或类似结构中。隧道氧化物层104可具有任何适合的厚度,举例而言,该适合的厚度在约5nm至约12nm之间。在每一个单元中，隧道氧化物层104具有的宽度可实质上等于浮动栅极106的底部的宽度。STI区108可包括硅与氧，比如氧化硅(SiO2)、氮氧化硅(SiON)或类似物。
[0019]浮动栅极106通常包括传导(conductive)材料,该传导材料比如为娃、多晶娃、金属或类似材料。浮动栅极106具有的构造适合促进在相邻单元之间(例如，在单元103、105与107之间)设置控制栅极层112的各部分。因此，可用倒立的“T”形来形成浮动栅极。如本文所用的术语倒立的“T”通常指结构的几何形状，在该结构的几何形状中相对于浮动栅极106的底部除去(relieve)浮动栅极106的上部分。这样的除去为ITO层110提供空间以使IB)层110形成于浮动栅极106之上而不完全填充相邻浮动栅极106之间的间隙，从而允许在相邻浮动栅极106之间设置控制栅极层112的一部分。
[0020]iro层Iio可包括任何适合的单一或多层介电材料。示例性单一层iro可包括SiO2, SiON或如上文针对隧道氧化物层104讨论的高k介电材料或类似材料。示例性多层iro可为包括第一氧化物层、氮化物层与第二氧化物层的多层“0N0”结构(未图示)。第一氧化物层与第二氧化物层通常包括硅与氧，比如氧化硅(SiO2)、氮氧化硅(SiON)或类似物。氮化物层通常包括硅与氮，比如氮化硅(SiN)或类似物。在一些实施方式中，亦能将包括Sio2/高k/sio2(比如sio2/Ai2o3/sio2)的多层iro层用作为ipd层110。可将iro层Iio沉积至约IOnm至约15nm之间的厚度。
[0021]可在IPD层110的顶部上沉积控制栅极层112以形成控制栅极。控制栅极层112通常包括传导材料，该传导材料比如为多晶硅、金属或类似材料。浮动栅极106的倒立T形使控制栅极层112能够有位于相邻的浮动栅极(举例而言，单元103与105的那些浮动栅极)之间的较大表面区。控制栅极层112的增加的表面区可有利地改善浮动栅极106的侧壁与控制栅极之间的电容式耦合，并可降低相邻浮动栅极之间的寄生电容、浮动栅极干扰、噪声或类似者。
[0022]视情况，可在Iro沉积之前，在浮动栅极106的暴露表面上共形地形成介电层113。具体地说，在相同的等离子体条件下，主要地在浮动栅极106的暴露表面上选择性地形成介电层113，在STI区108上极少或没有形成介电层113或任何其他介电膜(将详细讨论于下文中)。在主要地在浮动栅极106上选择性地形成介电层113的情况下，改善隧道氧化物的可靠性和/或抑制掺杂剂扩散出浮动栅极106，同时使iro膜堆叠厚度的缩放成为可能。
[0023]介电层113可为氮化物层，该氮化物层比如为氮化硅或氮氧化硅。可通过将浮动栅极106的场表面(field surface) 114与侧壁115暴露至含氮的游离基团来形成氮化物层。可在例如等离子体激发、光激发、电子束激发或强烈加热的一些激发的帮助下产生含氮的游离基团(比如N、NH与NH2)。可单独通过热方式、单独通过等离子体方式或上述两种方式的结合来执行氮化工艺。在一个实施方式中，利用选择性等离子体氮化工艺将浮动栅极106的表面暴露至含氮的游离基团。在选择性等离子体氮化工艺过程中，含氮的游离基团将优先与浮动栅极106 (举例而言，由硅或多晶硅形成)的表面反应而非STI区108 (举例而言，由氧化硅形成)的表面，这是因为S1-Si键破坏能量(222kJ/mol)低于S1-O键破坏能量(452kJ/mol)。由于游离基团的反应性不足以破坏S1-O键，所以选择性等离子体氮化工艺形成硅的氮化物的速度快于形成氧化硅的氮化物的速度，这造成浮动栅极106的场表面114与侧壁115处(相对于相邻浮动栅极106之间的STI区108)显著地较高浓度的含氮材料(即，例如由S1-N键形成的介电层113)。由于含氮材料或介电层113并不大量存在于STI区108处，因此不会出现在相邻的浮动栅极结构之间的不期望的电荷泄漏路径。
[0024]游离基团是较佳的，这是因为相较于游离基团且相较于上文列出的键能量，离子具有高化学活性(N2的第一电离能(ionization energy) =1402kJ/moI ；N2的原子化能量(atomization energy) =473kJ/mol),因此离子无法实现游离基团的选择性。将选择性定义为在给定的沉积工艺之后硅中的氮浓度除以氧化物中的氮浓度，选择性可在约10:1与约100:1之间，比如在约20:1与约70:1之间，例如，约40:1。较长的暴露时间可改善选择性。
[0025]可通过高压等离子体工艺来实现高的游离基团密度相对离子密度(radicaldensity versus ion density),举例而言,高压等离子体工艺可利用约0.3托与20托之间的压强(例如，约5托或高于5托)。高压促进离子快速地与电子再结合(recombine)，而留下中性游离基团物种与非活性物种。在一些实施方式中，形成游离基团气体。在一些实施方式中，可通过多种方法应用远程等离子体来选择性地产生游离基团物种。可通过输送管道将远程等离子体发生器(举例而言，微波、RF或热腔室)连接至处理腔室。如同下文将针对图3与图4更加详细描述的那样，输送管道可为相对长的路径，该相对长的路径可相对于处理腔室以一角度而布置，以在离子物种到达处理区之前，促进沿着路径的离子物种的再结合。流动通过输送管的游离基团可以一流量通过喷头或游离基团分配器或通过腔室的侧壁中的进入口流入腔室，该流量在约IsLm与约20sLm之间，比如约5sLm与约20sLm之间，例如，约lOsLm。相信较高压强与较低流量会促进碰撞。在一个实施方式中，可通过在高于约5托的压强下将含氮气体(比如氮、氨或上述气体的混合物)可选择地与载气(比如氦)暴露至约IkW至3kW之间的微波功率来形成氮游离基团。可在约300°C与约1200°C之间，例如约800°C与约1000°C之间，的基板温度下执行氮化工艺，随着氮化进行可升高基板温度以防止表面饱和。可利用灯加热、激光加热、加热的基板支撑件的应用或通过等离子体加热来执行加热处理。
[0026]在某些实施方式中，可在远程等离子体源与处理腔室之间应用多种离子过滤器，离子过滤器比如为在例如约200V (RF或DC)的偏压下操作的静电过滤器、金属丝(wire)或筛网(mesh)过滤器或磁性过滤器，上述任一过滤器都可具有介电涂层。在其他实施方式中，可利用反应性物种(比如含氮物种)的气流或非反应性物种(比如氩或氦)的气流来调节在远程等离子体发生器中的停留时间(residence time)。在一些实施方式中,可在低压等离子体产生的情况下通过利用离子过滤器来延长游离基团半衰期(half-life)。可通过将处理腔室与远程等离子体腔室整合且不应用O形环来密封这两个腔室之间的路径来促进低压操作。可利用成形(shaped)的连接器来提供流动图案(flow pattern)的精细(intimate)控制，以改善从远程等离子体产生腔室进入处理腔室的游离基团流动的均匀性。
[0027]在一些实施方式中，可搭配离子过滤器或离子屏蔽来应用原位等离子体产生工艺，举例而言，由微波、UV(紫外线)、RF或电子同步辐射来激励该原位等离子体产生工艺，该离子过滤器比如为上文描述的离子过滤器的任一离子过滤器，该离子屏蔽比如为筛网或穿孔板，该离子过滤器或该离子屏蔽被设置于腔室中的气体分配器与基板支撑件之间。在一个实施方式中，具有离子过滤器能力(例如电隔离的或具有受控电位)的喷头可被设置在等离子体产生区域与基板处理区域之间，以允许游离基团进入基板处理区域同时过滤离子。
[0028]如本文所描述的发明考虑到在选择性等离子体氮化工艺过程中，在等离子体产生处(具有游离基团)的等离子体中存在的离子接触浮动栅极106 (例如，由硅或多晶硅形成)的表面而非STI区108 (例如，由氧化硅形成)的表面之前，消除等离子体产生处(具有游离基团)的等离子体中存在的实质上所有离子。一种消除带正电离子的方式为通过使带正电离子与电子(亦存在于等离子体产生处的等离子体中)结合来回到非离子或电中性状态。可通过将等离子体产生源与基板位置(例如，反应位置)隔开长于在给定的等离子体放电速率下离子的寿命的距离来使等离子体实质上不具有大部分的离子。在此方式中，游离基团经历行进距离后存活至基板，但离子并不能经历行进距离后存活至基板，且反之离子失去了离子的离子特征并变成电中性。
[0029]示例件远稈等离子体系统
[0030]图2示出可从本发明的实施方式受益的示例性远程等离子体系统200。尤其地，远程等离子体系统200可用来在半导体结构(比如NAND闪存器件100)的硅或多晶硅表面上选择性地形成氮化物层。远程等离子体系统200可包括快速热处理(RTP)设备201，快速热处理(RTP)设备201比如为可从位于Santa Clara, California(加州圣大克劳拉市)的
Applied Materials, Inc.(应用材料公司)购买的Centura1" RTP。可取代RTP设备的其他
热反应器类型比如为，举例而言，RPN、RP0、Vantage RadiancePlus? RTP、Vantage RadOX?
RTP> Radiance? RTP 或可从 Applied Materials, Inc.0f Santa Clara, California(加州圣大克劳拉市的应用材料公司)购买的其他相似腔室/反应器。
[0031 ] 如图2中可见，耦接至RTP设备201的是等离子体施加器280，等离子体施加器280用来远程地提供等离子体的游离基团至RTP设备201。RTP设备201通常包括由侧壁214与底部壁215包围的处理区213。可通过“O”环将侧壁214的上部分密封至窗组件217。辐射能量光管道(light pipe)组件218(由上侧壁224包围)被布置在窗组件217之上并与窗组件217耦接。光管道组件218可包括多个卤钨灯219，多个卤钨灯219各自被安装进入光管道221且被布置以充分地覆盖晶片或基板101的整个表面区。窗组件217可包括多个短光管道241。能通过经由管(tube) 253抽吸而在多个光管道241中产生真空，管253连接至光管道241之一，而所述光管道241之一转而连接至其余的管道。
[0032]在处理区213中通过支撑环262支撑含NAND闪存器件100的晶片或基板101。支撑环262被安装在可旋转的圆柱263上。通过旋转圆柱263，在处理过程中使支撑环262与晶片或基板101旋转。RTP设备201的底部壁215可被涂覆或提供反射体211，用于反射能量至晶片或基板101的背侧上。RTP设备201可包括多个光纤探针271，多个光纤探针271被设置通过RTP设备201的底部壁215以探测晶片或基板的温度。
[0033]等离子体施加器280通常包括围绕管284的主体282，管284处产生离子、游离基团和电子的等离子体。管284可由石英或蓝宝石制成。管284较佳地不使任何可能吸引带电颗粒(例如，离子)的电偏压出现。气体入口 286设置在主体282的一端并与位于主体282的另一端的气体出口 288相对。气体出口 288通过输送管道290而与RTP设备201流体连通，以致将管284中产生的等离子体的游离基团供应至RTP设备201的处理区213。气体出口 288的直径可大于气体入口 286的直径，以允许激发的游离基团在期望的流量下有效地放电并最小化游离基团与管284之间的接触。若需要的话，可在气体出口 288处将分开的孔口插入管284中以减小管的内径。气体出口 288(或孔口，若使用孔口的话)的直径能被选择，以针对氮化效率而最佳化处理区213与等离子体施加器280之间的压强差。
[0034]含氮气体(包括但不限于N2气)的气源292可通过三通阀(three-way valve) 294的第一输入口(input)与阀297耦接至气体入口 286，阀297用来控制从气源292释放的气体的流量。三通阀294的第二输入口可耦接至另一工艺气源298，另一工艺气源298包括(但不限于)含氧气体、含硅气体或内部气体(inner gas)。流动控制器296连接至三通阀294以在阀的不同位置之间切换阀(取决于即将执行的工艺为何)。流动控制器296也以相似方式起作用来控制三通阀294与阀317，以从气源298提供适当的工艺气体流至处理腔室。
[0035]等离子体施加器280可被耦接至能量源(未图示)，能量源用以提供激发能量(比如具有微波频率的能量)至等离子体施加器280，以激发从气源292行进的工艺气体进入等离子体状态。在应用含氮气体(例如，N2)的情况中，等离子体施加器280中的微波激发在管284中产生N*游离基团、正电离子(比如N+与N2+)与电子。通过距RTP设备201的处理区213远程地定位等离子体施加器280，等离子体源能被选择性地产生以将暴露至基板101的等离子体的组成限制成主要为游离基团。已经发现能通过利用改良的输送管道290来进一步促进离子碰撞，以致由工艺气体的激发以形成等离子体而产生的所有或大部分离子度过比它们的离子寿命更长的时间，并在到达处理区213之前变成电中性。换句话说，供应至RTP设备201的进入口端口 275的等离子体的组成主要是游离基团。[0036]图3示出根据本发明的一个实施方式的可用来取代图2的输送管道290的示例性输送管道300的示意性部分侧视截面图。为了说明的简单与清楚的目的，并未按照比例绘制图中的元件。输送管道300通常包括安装套管302与连接至安装套管302的入口构件304。安装套管302与入口构件304各自包括中空圆柱形主体，该中空圆柱形主体界定纵向延伸空间(举例而言，套管通道306与入口通道308)。通道306、308的剖面可为任何形状，该任何形状比如为圆形、椭圆形、正方形、矩形或不规则形。安装套管302的一端可被栓至等离子体施加器280 (部分地图示)的主体282的气体出口 288，以便使安装套管302中的套管通道306在气体出口 288处对齐于管284并耦接至管284。安装套管302的另一端连接至入口构件304，以便使入口构件304中的入口通道308实质上与安装套管302中的套管通道306对齐。在某些示例中，安装套管302的直径可沿着安装套管302的纵轴逐渐地减小以匹配入口构件304的直径。安装套管302与入口构件304可由不会导致N*游离基团的再结合的材料制成。举例而言，安装套管302与入口构件304可由硅、氮化硅、氮化硼、氮化碳、蓝宝石或氧化铝(Al2O3)制成。虽然将输送管道300图示并描述成彼此连接的两个分开的部件(即，安装套管302与入口构件304)，但本发明考虑到由单件成整体的主体(具有连接至RTP设备201的进入口端口 275的通道)形成的输送管道。
[0037]图4示出输送管道300与RTP设备201的示意性部分顶视图，如能较佳地见于图4中，入口构件304可被配置成适配器，该适配器耦接至RTP设备201的侧壁214中的进入口端口 275。应当注意为了说明的简单与清楚的目的，已经省略图4中的某些元件且未按照比例绘制图4。入口构件304可包括凸缘310，凸缘310完全地围绕入口构件304的外表面延伸。可将入口构件304的一部分延伸进入侧壁214中，以致将凸缘310的最外侧的面312栓至侧壁214的内部表面214b。或者，可将凸缘310的最外侧的面312栓至侧壁214的外部表面214a并以入口通道308耦接至进入口端口 275的方式设置。在任一个情况中，以入口构件304中的入口通道308的纵轴“A”相对于进入口端口 275的纵轴“B”以角度Θ相交的方式将输送管道300耦接至进入口端口 275。只要凸缘310的最外侧的面312与侧壁214的内部表面214b实质上齐平，则凸缘310可在相对于入口通道308的纵轴“A”以期望的角度“ α ”的方向中延伸。在一个实施方式中，角度“ α ”的范围可从约20度至约80度，比如约45度至约70度。入口通道308的纵轴“Α”与进入口端口 275的纵轴“B”之间的角度Θ可在约10度与约70度之间变化，比如约20度与约45度之间。在一个实施方式中，角度α约为45度或高于45度(例如，约60度)。不应如本文所界定的这样限制角度α或Θ，且角度α或Θ可根据需要而变化。因为离子撞击入口 275的内部表面时离子通过碰撞丧失离子的动量，相对于进入口端口 275以一角度来布置输送管300会促进离子的碰撞或离子与电子或其他带电颗粒的反应。因此，通过能量源激发所产生的实质上所有离子在进入处理区213之前被消除。虽然将输送管道300图示且描述成包括凸缘310，但只要以一角度(该角度将促进离子的碰撞或离子与电子或其他带电颗粒的反应)将输送管道300耦接至RTP设备201，则可省略凸缘310。
[0038]除了本文所描述的弯曲管道结构以外，对于给定的工艺气体的流量(例如，给定的等离子体产生速率)而言，可将输送管道300构建有一长度，以使离子在存在于输送管道300之前，让实质上所有离子被消灭或与电子或其他带电颗粒反应而丧失离子的激发态。可通过实验上或通过寿命计算来确定在给定源气体流量下消灭等离子体的实质上所有离子所需的管284与输送管道300的长度。在一个实施方式中，管284的长度可能约5英寸至约12英寸且管284的内径约0.5英寸至约2英寸。输送管道300 (包括入口与套管通道306、308)的长度可从约5英寸至约25英寸之间变化，例如约16英寸或更长。通道306、308的直径可被调整以最佳化等离子体施加器280与处理区213之间的压强差。在一个实施方式中，通道306、308的直径在约0.5英寸与约2英寸之间的范围中，例如直径约0.65英寸与约1.5英寸。若想要的话，通道306、308的任一者或两者可沿流动方向具有逐渐减小或增大的直径以促进离子减少。在各种实施方式中，管284与输送管道300的总长度可在约8英寸至约35英寸之间,例如约20英寸或更长。相信等离子体的会聚式(converging)流动将促进离子碰撞。将压缩比定义为等离子体产生区(例如，管284)的横截面积与进入口端口 275之前的最小直径(例如，入口通道308)的横截面积的比例，压缩比可为约2或更高，例如在约5与约10之间或更高。
[0039]通过用改良的输送管道300物理上分隔等离子体产生区(即，等离子体施加器280)与处理区213，得到了硅或多晶硅浮动栅极106的氮化作用的较高选择性，其中相对于RTP设备的进入口端口 275以一角度设置的改良的输送管道300促进离子物种的再结合。在由本文所描述的设备执行的选择性氮化工艺来处理NAND闪存器件(包括具有硅或多晶娃表面的浮动栅极106)的实施方式中，可将娃或多晶娃浮动栅极106对于STI区108的氮化的选择性增大至高达约100:1，在硅或多晶硅浮动栅极106的表面中具有约5X IO15原子/平方厘米至约15 X IO15原子/平方厘米的氮剂量，比如约20 X IO15原子/平方厘米或以上(例如，约25X1015原子/平方厘米)的氮剂量。
[0040]虽然上述内容针对本发明的实施方式，但在不背离本发明的基本范围的情况下可设计出本发明的其他与进一步实施方式，且本发明的范围由随附的要求保护的范围确定。
【权利要求】
1.一种远程等离子体系统，包括: 远程等离子体腔室，所述远程等离子体腔室界定第一区，所述第一区用于产生包括离子与游离基团的等离子体； 处理腔室，所述处理腔室界定第二区，所述第二区用于处理半导体器件，所述处理腔室包括进入口端口，所述进入口端口形成在所述处理腔室的侧壁中，所述进入口端口与所述第二区流体连通 '及 输送构件，所述输送构件用于从所述远程等离子体腔室输送等离子体物种至所述处理腔室，所述输送构件包括主体，所述主体在所述主体中界定纵向延伸通道，所述主体具有连接至所述第一区的第一端以及连接至所述第二区的第二端，所述第二端与所述第一端相对，其中所述通道耦接至所述处理腔室的所述进入口端口，以致所述通道的纵轴相对于所述进入口端口的纵轴以一角度相交。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述输送构件进一步包括凸缘，所述凸缘在所述第二端处围绕所述主体的外表面延伸，所述凸缘的表面与所述处理腔室的侧壁的表面实质上齐平。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述角度在约20度与约80度之间的范围中。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述通道的长度在约5英寸与约25英寸之间。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述通道的直径在约0.5英寸与约2英寸之间的范围中。
6.一种远程等离子体系统，包括:` 远程等离子体腔室，所述远程等离子体腔室界定第一区，所述第一区用于产生包括离子与游离基团的等离子体； 处理腔室，所述处理腔室界定第二区，所述第二区用于处理半导体器件，所述处理腔室包括进入口端口，所述进入口端口形成在所述处理腔室的侧壁中，所述进入口端口与所述第二区流体连通 '及 输送构件，所述输送构件设置于所述远程等离子体腔室与所述处理腔室之间，且所述输送构件具有通道，所述通道与所述第一区和所述进入口端口流体连通，所述输送构件被配置以致所述通道的纵轴相对于所述进入口端口的纵轴以约20度至约80度的角度相交。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述输送构件进一步包括: 凸缘，所述凸缘围绕所述输送构件的外表面延伸，所述凸缘的表面与所述侧壁的表面实质上齐平。
8.如权利要求6所述的系统，其中所述通道的长度在约5英寸与约25英寸之间。
9.如权利要求6所述的系统，其中所述通道的直径在约0.5英寸与约2英寸之间的范围中。
10.如权利要求6所述的系统，进一步包括: 离子过滤器，所述离子过滤器设置于所述远程等离子体腔室与所述处理腔室之间。
11.一种用于在处理腔室的处理区中处理半导体器件的方法，所述方法包括: 从远程等离子体源产生并流动等离子体物种至具有纵向通道的输送构件； 从所述通道流动等离子体物种至形成在所述处理腔室的侧壁中的进入口端口，其中将所述等离子体物种以一角度流动进入所述进入口端口，以促进所述等离子体物种中离子的碰撞或离子与电子或带电颗粒的反应，以致在所述离子进入所述处理腔室的所述处理区之前从所述等离子体物种实质上消除离子；及 将来自所述等离子体物种的原子游离基团选择性地并入所述半导体器件的硅或多晶硅区中。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述输送构件设置在所述远程等离子体源与所述处理腔室之间。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述输送构件被配置以致所述通道的纵轴相对于所述进入口端口的纵轴以约20度至约80度的角度相交。
14.如权利要求11所述的方法，其中所述通道的长度在约5英寸与约25英寸之间。
15.如权利要求11所述的方法,其中所述通道的直径在约0.5英寸与约2英寸之间的范围中。
【文档编号】H01L21/318GK103718278SQ201280036980
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年6月29日 优先权日:2011年8月10日
【发明者】马修·S·罗杰斯, 罗杰·柯蒂斯, 劳拉·郝勒查克, 肯·旷·赖, 伯纳德·L·黄, 杰弗里·托宾, 克里斯托弗·S·奥尔森, 马尔科姆·J·贝文 申请人:应用材料公司