在制造电路及显示器的基材的制程中，基材典型上会曝露于能够在基 材上进行沉积或蚀刻材料的高能处理气体。在化学气相沉积(CVD)程序中， 通过高频率电压或微波能量高能化的处理气体会用以将材料沉积在基材 上，该基材可以是一层状物，接触孔的填塞物，或其它选择性沉积结构。 该沉续层可以进行蚀刻或其它处理方式，以在基材上形成主动及被动组件， 例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)及其它组件。一MOSFET 典型上具有一源极区，一漏极区，及在该源极与漏极之间具有一通道区。 在MOSFET元件中，在通道上方，会形成通过栅极介电质而与通道分离的 栅电极，以控制该源极与该漏极间的传导。
这类组件的效能可通过(例如)降低供应电压，栅极介电厚度，或通道 长度而增进。然而，这类习用方法随着组件的尺寸及占据空间越来越小， 面临了装设的问题。例如，在极小的通道长度中，缩短通道长度以增加每 单位面积晶体管数量及饱和电流的优点，会由载子速度饱和效应抵消，而 这是我们不乐见的。因降低栅极介电质厚度所获得的类似优势(例如，缩短 的栅极延迟)，会因栅极漏电流的增加及电荷通过介电质的穿隧效应(这会 随着时间流逝而损害晶体管)，而受限在小型组件。供应电压的降低可允许 较低的操作电源位准，但这样的降低亦会因晶体管临限电压而受限。
在较新开发的强化晶体管效能方法或较新开发的衬垫或垫覆材料方法 中，着重于沉积材料的原子晶格，以增进材料本身的电性质，该衬垫或衬 覆材料会通过加压沉积材料所施加的力而应变。晶格应变可增加半导体的 载子(如，硅)流动性，用以增加硅杂质晶体管的饱和电流而改良其效能。 例如，局部的晶格应变可在晶体管的通道区中通过沉积晶体管的构成材料， 而拥有内部的压缩或拉伸应力而引起。例如，作为用在栅电极的硅材料的 蚀刻终止材料及间隔物使用的氮化硅材料会产生沉积，该材料可作为承受 应力的材料而导致晶体管通道区的应变。在沉积材料中期望的应力类型， 取决于承受应力的材料的本性。例如，在CMOS组件的制造中，n通道 MOS(NMOS)掺杂区会被具有正电拉伸应力的拉伸应力材料覆盖；反之，p 通道MOS(PMOS)掺杂区会被具有负电应力值的压缩应力材料覆盖。
因此，业界希望形成具有预设类型应力(如，拉伸或压缩应力)的应力 材料。业界亦希望可控制沉积材料中所产生的应力程度。业界还希望可沉 积此类的应力材料，以在基材中产生均匀的局部应力或应变。

在一态样中，是在一基材上形成一应力材料。该基材置放在一处理区 中，且一等离子体会由该处理区中所提供的处理气体形成，该处理气体具 有含硅气体与含氮气体。亦可再加入稀释气体，例如，氮。该气体沉积材 料会曝露在紫外线或电子束下，以增加沉积的氮化硅材料的应力。
在基材上沉积应力材料的另一方法中，该基材设置在一处理区中，及 在一第一处理过程中，会以供给该处理区的处理气体维持一等离子体。该 处理气体具有一第一成分，其具有非氮气的含硅气体与含氮气体，及一第 二成分，其具有氮气。之后，在一第二处理过程中，该处理气体的第一成 分的流动会终止，而具有氮气的该第二成分的等离子体仍会维持。该处理 气体在一预期的处理过程次数之后，即会由该处理区排出。
在基材上沉积应力材料的再一方法中，该基材设置在一处理区中，该 处理区与一处理室的多个电极为界。具有含硅气体与含氮气体的处理气体 会注入该处理区。处理气体中具有脉冲的等离子体，会通过令电压施加至 邻接该处理区的电极而产生，该电压脉冲各具有一工作过程，且该电压脉 冲可以由约20至500瓦特的功率位准而将一高射频电压传送至所述电极。
在基材上形成一压缩材料的再另一方法中，该基材设置在一处理区中， 包含具有硅甲烷与氨的第一成分及其具氮气的第二成分的处理气体会注入 该处理区，及以该处理气体形成一等离子体。该处理气体的第一成分对该 处理气体的第二成分的容积流量比至少约为1∶10。
在另一态样中，一应力材料会形成在一基材上，其通过将该基材设置 在一处理区中，将包含硅甲烷与氨的处理气体注入该处理区，且产生该处 理气体的等离子体。硅甲烷对氨的容积流量比约为由1∶1至约1∶3，且 此应够低而足以沉积一拉伸应力材料，其具有至少约500MPa的拉伸应力。
在再另一态样中，一应力材料会沉积在一基材上，其通过将该基材设 置在一处理区中，维持该基材在约450℃至约500℃的温度，注入具有含 硅气体与含氮气体的处理气体至该处理区内，且在该处理区中形成由一处 理气体组成的等离子体。
在另一态样中，一应力材料会沉积在一基材上，其通过将该基材设置 在以一处理区的多个电极为界的处理区中。具有含硅气体与含氮气体的处 理气体会注入该处理区，及由该处理气体组成的等离子体会通过对与该处 理区为界的所述电极施加一射频电压而产生，该高频电压的施加为由约 3MHz至约60MHz的范围的频率及低于约200瓦特的功率位准。
在再另一态样中，一应力材料会沉积在一基材上，其通过将该基材设 置在以多个电极为界的处理区中，所述电极位于一基材支架与一室壁中， 及将该基材支架维持在相对在该室壁的电浮动电位。具有含硅气体与含氮 气体的处理气体会注入该处理区，及由该处理气体组成的等离子体会通过 对所述电极施加一射频电压而产生。
在另一态样中，一应力材料会沉积在一基材上，其通过将该基材设置 在以多个电极为界的处理区中，所述电极位于一处理室的一基材支架及一 气体散布器中。具有含硅气体与含氮气体的处理气体会经由该气体散布器 而注入该处理区。一负极DC偏压会施加于该气体散布器，且产生由该处 理气体组成的等离子体。
在再另一态样中，一应力材料会沉积在一基材上，其通过将该基材设 置在以多个电极为界的处理区中，所述电极位于一处理室的一基材支架及 一气体散布器中。一正极DC偏压会施加于该基材支架，具有含硅气体与 含氮气体的处理气体会经由该气体散布器而注入该处理区，且产生由该处 理气体组成的等离子体。
在更另一态样中，一应力材料会沉积在一基材上，其通过执行一沉积 处理过程及一退火处理过程。在该沉积处理过程中，一应力材料会沉积在 一基材上，其通过将该基材设置在一处理区中，将具有含硅气体与含氮气 体的处理气体注入该处理区，产生由该处理气体组成的等离子体，及由该 处理区排出该处理气体。在该退火处理过程中，该基材上的沉积应力材料 会加热到至少约450℃的温度。
在另一态样中，一应力材料会沉积在一基材上，其通过将该基材设置 在一处理区中，将一第一处理气体与一第二处理气体注入该处理区内，产 生由该第一与第二处理气体组成的等离子体，及由该处理区排出该第一及 第二处理气体。该第一处理气体会以一第一流动速率注入该处理区中，且 具有含硅气体及含氮气体。该第二处理气体会以一第二流动速率注入该处 理区中，且具有氢化锗，氩气及氢气。
在再另一态样中，一应力材料会沉积在一基材上，其通过将该基材设 置在一处理区中，将具有一第一成分及一第二成分的的处理气体注入该处 理区，产生由该处理气体组成的等离子体，及由该处理区排出该处理气体。 该第一成分会以一第一流动速率注入该处理区中，且具有含硅气体及含氮 气体。该第二成分会以一第二流动速率注入该处理区中，且具有氦气及氩 气。该第二成分对第一成分的容积流量比至少约为1∶1。
在另一态样中，一应力材料会沉积在一基材上，其通过将该基材设置 在由位于一处理室中的多个电极为界的处理区中。将一处理气体注入该室， 该处理气体具有(1)拥有含硅气体的第一成分，(2)拥有氮气及氨气的第二成 分，及(3)拥有氩气的第三成分。将一低射频电压施加至所述电极，以产生 由该处理气体所组成的等离子体，该低射频电压的频率低于约1MHz。
在另一态样中，一应力材料会沉积在一基材上，其通过将该基材设置 在由位于一处理室中的多个电极为界的处理区中。将具有含硅气体与含氮 气体的处理气体注入该处理区，及产生由该处理气体组成的等离子体，这 可通过在所述电极施加以(1)低于约1MHz的频率且至少约300瓦特的功率 位准的低射频电压，及(2)至少约10MHz且至少约300瓦特的功率位准的 高射频电压。
在更另一态样中，一应力材料会沉积在一基材上，其通过将该基材设 置在由位于一处理室中的多个电极为界的处理区中。将具有含硅气体与含 氮气体的处理气体注入该处理区，及产生由该处理气体组成的等离子体， 这可通过(1)所述电极间之间距d设定为低于约10.8mm，及(2)施加一射 频电压于所述电压。该处理气体会由该室排出，以将气压固定在至少约 1.5Torr，藉此，一压缩应力层可沉积在该基材上。
附图说明
本发明的种种特征，态样及优势可由上文，后附申请专利范围，及附 加图标而变得更加清楚，所述图标绘示了本发明的多个范例。然而，吾人 应了解，各特制件大体上可用在本发明中，而不限于特定图标的背景条件 中，且本发明包括所述特制件的任意组合，其中：
图1是一基材处理室的实施例的示意图，该基材处理室是一PE-CVD 沉积室；
图2是一曝射室的示意图，该曝射室适用于令氮化硅材料曝露于适度 的能量光束；
图3显示在增加基材温度时所沉积的材料时，量得的拉伸应力值；
图4A及图4B的图表以拉伸应力值与沉积材料的厚度均匀度显示硅甲 烷及氨的流动速率效果；
图5A至图5D的图表以沉积材料的拉伸应力值，折射系数，沉积速率 及厚度均匀度，显示硅甲烷及氨的流动速率效果；
图6A及图6B的图表针对增加流动速率的硅甲烷及氨，显示沉积材料 的的沉积速率，均匀度，拉伸值及折射系数的改变；
图7的图表以沉积材料的沉积速率及拉伸应力值显示氮气流动速率效 果；
图8的图表显示在处理气体压力的增加之下，所沉积的氮化硅的拉伸 应力值的改变；
图9的图表显示通过将一低射频电压以不同的功率位准施加于电极， 所沉积的氮化硅的拉伸应力值的改变；
图10A及图10B的图表以沉积材料的沉积速率，材料厚度均匀度，拉 伸应力值，及折射系数，显示施加于处理室电极的高射频电压在增加功率 位准时的效果；
图11的图表显示针对增加功率位准的高射频电压与不同的氮气等离 子体处理程序过程之下，所量得的拉伸应力；
图12的图表显示在不同沉积及氮气等离子体处理程序过程下所量得 的拉伸应力值以及折射系数；
图13的图表以氮气等离子体处理时间显示沉积材料的拉伸应力值的 改变；
图14的图表针对具有不同的排气及抽气过程的处理，以拉伸值显示氮 气等离子体处理时间的效果；
图15的条状图显示对在紫外线曝光时间的增加，在不同处理条件(A 及B)之下沉积的材料的拉伸应力值的改变；
图16的图表显示承受应力的氮化硅材料在初镀状态时(初镀-连续线)， 及使用紫外线处理之后(经处理的薄膜-虚线)的傅立叶转换红外线(FTIR)光 谱；
图17A至图17E的图表显示沉积的氮化硅材料的拉伸应力随着紫外线 曝露时间增加而产生的改变，且图17A是关于单一波长(处理1)及宽频(处 理2)的紫外线曝露；
图18的图表显示在不同处理条件，拉伸应力值随着电子束曝露过程的 增加；
图19A至图19D的图表显示针对氩气对氮气的容积流量比的增加，沉 积材料的压缩应力值，沉积速率，厚度均匀度及折射系数的改变；及
图20的基材的简化剖面图，显示了具有铺覆的沉积拉伸应力氮化硅材 料的晶体管结构的部份图。
主要组件符号说明
32   基材        80   处理室
84   密封壁      88   顶盖
92   侧壁        96   底壁
100  处理室      104  基材支架
105  电极        106  基材运输器
107  加热器      108  气体散布器
109  第一电极    110  进气口
111  面板        112  孔洞
124  气体供应器  128  气体来源
132  气体导管    144  第一气阀
182  排气管      184  抽吸管道
185  排气口      186  节流阀
188  排气泵      196  控制器
198  电源供应    200  曝射室
204  曝射光源    206  加热器
208  入气口      210  出气口

图1示意性绘示根据本发明用以沉积应力材料的基材处理室80的实 施例。该示范室用以绘示本发明，而熟习该项技艺者亦可使用其它腔室。 因此，本发明的范围不应限在该室的示范实施例或本文提及的其它零件。 大体上，该室80用以处理一基材32(如，一硅晶圆)的等离子体辅助化学气 相沉积(PE-CVD)室。例如，一适用的处理室由美国加州Santa Clara的 Applied Materials所制造的ProducerSE型室。该室80包含多个密封壁 84，其包含一顶盖88，多个侧壁92，及一底壁96，以上将一处理区100 密封起来。该室80亦包含一衬垫(未示)，其环绕该处理区100而作为至少 部份的密封壁84的衬垫。为了处理300mm的硅晶圆，该室的容积典型上 约为20,000至约30,000cm3，且更典型上为约24,000cm3。
在一处理过程中，该基材支架104会降低，且一进气口110会穿透一 基材32，其通过一基材运输器106(如，一机械臂)而设置在该基架104上。 该基材支架104可在用以装载或卸载的较低位置，与可调整用以处理基材 32的较高位置之间移动。该基材支架104包含一密封电极105，来由处理 气体产生注入该室80的等离子体。该基材支架104可通过加热器107加 热，该加热器107可以是电阻式加热组件(如绘示般)，一加热灯(未示)，或 等离子体本身。该基材支架104典型上包含一陶制结构，其具有可容纳该 支架32的容纳表面，及可将该电极105及该加热器107由该腔室环境隔 离。使用时，会施加一射频(RF)电压至该电极105，及施加一直流(DC)电 压至该加热器107。该基材支架104中的该电极105亦可用以静电式地令 该基材32钳夹在该支架104。该基材支架104亦包含至少一环(未示)，其 至少部份环绕该支架104上的基材32的周围。
在一基材32装载在该支架104上之后，该支架104会上升到接近该 气体散布器108的处理位置，以在其间提供一个理想的间隙距离ds。该间 隔距离由约2mm至约12mm。为了使一处理气体均匀地分散在该基材32 上，该气体散布器108位于该处理区100上方。该气体散布器108可将第 一及第二处理气体等二独立气流，分离地释放至该处理区100，而不须在 气体注入该处理区100之前先行令所述气体混合：或可在提供已预先混合 的处理气体至该处理区100之前，预先混合该处理气体。该气体散布器108 包含一面板111，其具有可允许气体穿透的多个孔洞112。该面板111典 型上由金属制成，以允许施加电压或电位于其上，且可用以作为该室80 中的电极来使用。一个合适的面板111可由经电镀涂布的铝制成。该基材 处理室80亦包含第一及第二气体供应器124a，b，以将该第一及第二处理 气体送到该气体散布器108，该气体供应器124a，b各包含一气体来源 128a，b，至少一气体导管132a，b，及至少一气阀144a，b。例如，在 一态样中，该第一气体供应124a包含一第一气体导管132a及一第一气 阀144a，以将来自该气体来源128a的第一处理气体，传送至该气体散布 器108的第一入口110a，及该第二气体供应128b包含一第二气体导管及 一第二气阀144b，以将来自该气体来源128b的第二处理气体，传送至该 气体散布器108的第二入口110b。
该处理气体可通过耦合电磁能(例如，高频率电压能量)至该处理气体 而高能化，以由该处理气体形成一等离子体。为了令该第一处理气体高能 化，一电压可施加于(1)该支架104的电极105，与(2)可作为气体散布器 108，顶盖88或腔室侧壁92的第一电极109之间。施加于该对电极105， 109之间的电压可电容地耦合能量至该处理区100中的处理气体。典型上， 施加至该电极105，109的电压处于一射频。一般而言，射频涵盖的范围 为由约3kHz至约300GHz。为了本发明的应用，低射频低于约1MHz者， 且更佳为由约100KHz至约1MHz，例如，约300KHz的频率。同样地， 为了本发明的应用的缘故，高射频由约3MHz至约60MHz，且更佳为约 13.56MHz。所选择的射频电压会以由约10W至约1000W的功率位准施 加至该第一电极105，及该第二电极109典型上会接地。然而，所使用的 特定射频范围及所施加电压的功率位准是取决于欲沉积的应力材料的类 型。
该室80亦包含一排气管182，以由该室80除去用过的处理气体及副 产品，及维持该处理区100中的处理气体的预设气压。在一态样中，该排 气管182包含由该处理区100接收用过的处理气体的抽吸管道184，一排 气口185，一节流阀186，及至少一排气泵188，以控制该室80中的处理 气体的气压。该排气泵188包含至少一涡轮分子泵，低温泵，低真空泵， 及具有一个功用以上的混合功用泵。该室80亦包含穿透该室80的底壁96 的入口或入口管道(未示)，以将一净化气体注入该室80。该净化气体典型 上由该入口通过该基材支架104向上流，而至一环状抽吸管道。该净化气 体用以保护该基材支架104的表面及其它腔室零件，使免于处理期间的不 期望沉积。该净化气体亦可用以依一预期形式来影响该处理气体的流动。
一控制器196亦可设置来控制该室80的活动率及操作参数。该控制 器196包含(例如)一处理器及内存。该处理器可执行腔室控制软件，例如， 储存在记忆中的计算机程序。该内存可以是一硬盘机，只读存储器，闪存， 或其它类型的内存。该控制器196亦包含其它零件，如，软盘驱动器及卡 片槽。该卡片槽可容纳一单主机极计算机，模拟及数字输入/输出主机板， 接口板，及步进马达控制器板。该腔室控制软件包含成组的指令，其代表 时序，气体混合，腔室气压，腔室温度，微波功率位准，高频功率位准， 支架位置，及其它特定处理的参数。
该室80亦包含一电源供应198，以将电源配送至不同的腔室零件，例 如，该第一基材支架104的第一电极105及该室中的第二电极109。为了 配送电源至该腔室电极105，109，该电源供应198包含一射频电压源， 其提供具有选择的射频与期望的选择功率位准的电压。该电源供应198包 含一单射频电压源，或可提供高及低射频两者的多电压源。该电源供应198 亦包含一RF匹配电路。该电源供应198可再包含一静电充电源，以供应 静电电荷至该基材支架104的电极(通常是静电吸盘)。当一加热器107在 该基材支架104内使用时，该电源供应198亦包含一加热器电源，其提供 适当而可控制的电压至该加热器107。当一DC偏压施加于该气体散布器 108或该基材支架104时，该电源供应198亦包含一DC偏压电压源，其 应连接至该气体散布器108的面板111的传导金属部份。该电源供应198 亦包含用于其它腔室零件(例如，腔室的马达及自动控制组件)的电源。
该基材处理室80亦包含一温度传感器(未示)，如，可侦测该室80内 的表面(如，零件表面或基材表面)温度的热电耦或干涉计。该温度传感器 可将其数据传达至该腔室控制器196，其可接着使用该温度数据，例如， 通过控制该基材支架104中的电阻加热组件，来控制该处理室80的温度。
不同类型的应力材料可沉积在该示范室80中。常用来沉积的一类型应 力材料包含氮化硅。通过氮化硅，即具有硅-氮键(Si-N)的材料，例如，氮 氧化硅，硅氧氢氮，及硅，氮，氧，氢及甚至碳的符合化学计量或不符合 化学计量的组成物。沉积氮化硅应力材料的示范方法的描述是以图例阐明 本发明；然而，吾人应了解，所述方法亦可用以沉积其它类型的材料，包 含承受应力的氧化硅，承受应力的介电层，等等。因此，本发明的范围不 应受限在本文描述的绘示应力氮化硅实施例。
近来发现有二类应力，即拉伸或压缩，及通过控制处理参数或通过以 下文所述的方式处理沉积材料，即可将沉积氮化硅应力材料的应力值设定 在该沉积材料中。该处理参数将独立再予叙述或另外以组合描述；然而， 熟习该项技艺者应了解，本发明不应受限在本文述及的示范性独立或组合 内容。
拉伸应力材料
在不受限在解释之下，已发现可通过降低沉积的氮化硅材料中的氢的 净含量，或硅氢键(Si-H)的量，来获得具有较高应力值的氮化硅应力材料。 沉积材料中的较低的氢含量会导致沉积后的氮化硅材料中可侦测得到的较 少量硅氢键，而这会造成沉积材料中较高的拉伸应力值。数个不同的沉积 处理参数，沉积材料的处理或其组合，还被发现为可用以达成沉积料中的 较低氢含量，如本文所述般。
为了沉积拉伸应力的氮化硅材料，注入该室的处理气体包含一第一成 分及一第二成分，该第一成分包含一含硅气体及该第二成分包含一含氮气 体。该含氮气体可以是(例如)硅甲烷，二硅乙烷，三甲基硅(TMS)，三(二 甲氨基)硅甲烷(TDMAS)，双(异丁氨基)硅甲烷(BTBAS)，二氯硅甲烷 (DCS)，及其组合物。例如，合适的硅甲烷流动速率由约5sccm至约 100sccm。该含氮气体可以是(例如)氨气，氮气，及其组合。合适的氨气流 动速率是约10sccm至约200sccm。该处理气体亦包含一稀释气体，其供 给体积远大于该反应气体成分。该稀释气体亦可作为稀释剂及(至少部份作 为)反应物两者，例如，具有约5000sccm至约30,000sccm的流动速率的 氮气。该处理气体亦含有额外的气体，如，含氧气体，例如，当氮氧化硅 材料沉积时，该额外气体为氧气。除非另外声明，在这些处理中，典型气 压由约3至约10Torr；基材温度由约300至600℃；电极间隔由约 5mm(200mils)至约12mm(600mils)；及RF功率位准由约5至约10瓦特。
较高的温度
在本发明的第一态样中，已发现通过在沉积时维持较高的基材温度， 可获得较低的氢含量的沉积氮化硅材料。例如，图3显示基材温度对沉积 材料的应力值的影响。在约400℃的最低评量温度时，沉积薄膜显现了稍 微高于800MPa的拉伸值。处理温度的升高导致了增加的拉伸应力值。例 如，在约475℃的较高温度时，可量得沉积材料具有1100MPa的拉伸应力 值，及在约550℃的最高评量处理温度时，可量得沉积材料具有1200MPa 的拉伸应力值。因此，处理温度的升高可令该沉积材料产生较高的拉伸应 力值。再者，在沉积材料上实施的傅立叶变换远红外线(Fourier Transformed Infrared，FTIR)光谱测试可显示出，随着沉积处理温度的增 加，沉积材料中的氮氢键(N-H)及硅氮键(Si-H)二者的波峰值皆会降低，表 示硅氮键及氮氢键的长度亦会缩短。该硅氢键随着温度升高，其波峰值会 降低，呈现出相反之趋势。因此，较高的沉积温度会导致沉积材料内的较 低氢含量，其典型上以减少含量的硅氢键，及所期望的较高硅氮键含量来 鉴定。
然而，基材沉积温度为基材32上的其它材料曝露时不受损伤的最高温 度所限。例如，当应力氮化硅材料沉积在基材上包含硅化镍的硅化物材料 之上时，该基材32的温度应维持在低于约500℃，及更典型上为约480℃。 这是因为硅化镍材料会在曝露温度超过500℃时损坏，硅化物材料内的镍 在高于500℃的温度会结块，这会(例如)导致硅化物材料的电阻升高，而这 是不乐见的。因此，在硅化镍材料上的拉伸应力氮化硅的适合沉积温度范 围由约450℃至约500℃。
高温退火后的低温沉积
在另一实施例中，在较高温度的沉积材料快速热退火之后，以一较低 温度在基材32上进行材料的沉积，可再增加拉伸应力值。合适的低温沉积 处理包含在高于沉积温度的退火温度进行退火之后，低于约420℃的温度。 适用于低温沉积处理的温度范围由约100至约400℃。适用于退火处理的 温度至少约450℃，及较佳为由400至600℃。高温退火处理受限在基材 本身下垫层的熔点或热分解。低温沉积可降低该基材的整体热曝露，及在 高温的快速热退火处理可降低薄膜的氢含量，因此导致沉积薄膜中的拉伸 应力提升。
硅甲烷/氨气之比值
通过控制化学气相沉积反应中所用的反应气体成分之比值，沉积材料 亦可获得较低的氢含量。例如，在氮化硅沉积中，含硅气体对含氮气体之 比可控制沉积层的应力值。在一基材32上沉积高拉伸应力氮化硅材料的示 范程序中，注入该室80的该处理气体含有一含硅气体成分及一稀释气体成 分，前者包含硅甲烷，包含氨气的氮气成分，后者包含氮气。
图4A至图4B是氨气及硅甲烷流动速率对拉伸应力值及薄膜厚度均匀 度的影响的范例。该处理条件包含20,000sccm的氮气流动；6Torr的气压； 30瓦特的功率位准；430℃的温度；及12mm(480mils)的电极间隔。在图 4A中，氨气的流动速率会维持在500sccm，而硅甲烷的流动速率的变化 为由25sccm至50sccm。该拉伸应力值会随着氨气流动速率的增加而降 低，由流动速率约50sccm时略低于900MPa的应力值，变为流动速率约 500sccm的略低于980MPa的应力值。厚度的均匀度百分率随着硅甲烷的 气体流动速率增加而增加，由硅甲烷25sccm的流动速率时约0.5％的均匀 百分比，增为硅甲烷约50sccm的流动速率时的1.2％的均匀百分比。
图5A至图5D是硅甲烷及氨气流动速率对拉伸应力值，折射系数，沉 积速率及厚度均匀度的影响。这些图表绘示出，大体上，硅甲烷对氨的较 低比值可提供较高的拉伸应力值。图5A显示了提供富含Si/SiH的环境的 硅甲烷的增加流动速率，相对在在提供富含N/N H环境的硅甲烷的较低流 动速率，其对拉伸应力值及折射系数的影响。大体上，拉伸应力值可在硅 甲烷的流动速率降低之后，将其提升到约21sccm；而折射系数通常会随 着硅甲烷的流动速率的提升而升高。图5B显示氨气(富含N/NH的环境)的 增加流动速率，相对在氨气(富含Si/SiH环境)的较低流动速率，该两者的 量测拉伸应力及折射系数实质上会在约200sccm的氨气流速的处变为固 定。图5C显示随着硅甲烷流动速率增加至约40sccm的流速时，沉积速 率通常会上升，而均匀度会下降，而在这之后，均匀度则会提升。图5D 显示随着氨气流动速率的上升，沉积速率通常会下降，而均匀百分比会升 高，直至氨气的流动速率约400sccm为止，在这之后，均匀百分比实质上 会维持一定。
图6A及图6B显示在上述处理条件中，硅甲烷及氨气的整体流动速率 对沉积速率，厚度均匀度(％)，拉伸值及折射系数的影响。图6A显示随着 整体流速的增加，厚度均匀度通常亦随的增加，而沉积速率会增加至当整 体流动速率约为150sccm时，之后沉积速率则下降。随着整体流速的增加， 拉伸值通常会降低，而随着硅甲烷及氨气的整体流速增加，折射系数通常 会随之上升，图6B即显示硅甲烷及氨气的整体流速的增加，对拉伸值及 折射系数的影响。
因此，硅甲烷对氨气沉积材料的流动速率的降低可具有较高的拉伸应 力值。因此，硅甲烷对氨气的容积流动速率之比值，可选择为够低而足以 沉积具有(例如)至少约500MPa的拉伸应力的拉伸应力材料。较佳地，硅 甲烷对氨气之比值为约1∶1至1∶3，及更佳为约1∶2。合适的组成包含 25sccm的容积流动速率的硅甲烷及50sccm的容积流动速率的氨气。
含氮稀释气体
在够大的容积之下，亦可将包含氮气的稀释气体成分加入上述的处理 气体中。因为相较于其它的处理气体成分，会使用远远较多体积量的氮气， 是故称含氮稀释气体为一稀释气体，但事实上，氮气的作用可以是稀释剂 及反应气体两者。通过在沉积时控制出现在腔室中的稀释气体对其他气体 成分的体积比，即可获得沉积材料中较低的氢含量。
图7显示氮气流动速率对沉积材料的沉积速率及拉伸应力值的影响。 沉积速率通常会随着氮气流动速率的增加而降低，由约500sccm的氮气流 速时的略低于200/min的沉积速率，降至33,500sccm的氮气流速时的约 125/min的沉积速率。500sccm的氮气流速时的沉积材料的拉伸应力值 会相对较低，约为800MPa。随着氮气流动速率由约5000sccm增加至 10,000sccm时，该拉伸应力值会由100MPa增加至1100MPa。在氮气流 速为约20,000至约25,000sccm时，可获得约1200MPa的最高拉伸应力 值。在流速高于25,000MPa时，即氮气的流速为33,5000时，沉积材料 的拉伸值会开始降低，直至低于1200MPa为止。因此，对在约25,000sccm 的本发明腔室容积而言，氮气流速为由约20,000至约25,000sccm时，可 达到最高的拉伸应力值。因此，对拉伸应力材料而言，每单位腔室容积的 流动速率的稀释气体(如，氮气)为由约0.8至约1。
在一实施例中，硅甲烷与氨的合并容积流速对氮气的流速的比值，会 维持在至少约1∶10，以提供沉积材料最理想的拉伸应力。例如，当硅甲 烷与氨的合并容积流速为75sccm时，氮气的容积流速应至少为约 7500sccm，且更典型地，为由约10,000至约20,000sccm。不为解释所 限的，该处理气体的较高氮含量会导致沉积材料具有较低的氢含量，且接 着，会导致较高的拉伸应力。处理气体中含有较大量的稀释氮气可延长硅 与氢的等离子体种类实质上处在气相的时间，用以增加在沉积材料中形成 硅氮键(Si-N)形成的可能性，及降低形成在材料中的硅氢键的量。
气压范围
图8显示增加腔室中的处理气体压力对沉积材料的结果拉伸应力值及 折射系数的影响。大体上，在约4至8Torr之间，沉积材料中引起的拉伸 应力值会维持一致，在约1100MPa处((a)线)。6Torr的压力标准会产生最 高拉伸应力，而低于6Torr及高于6Torr的压力会产生较低的拉伸应力值。 超过8Torr的气压时，实质上拉伸应力值会下降。增加气压亦可产生较高 的折射系数，其升高直至约7Torr的气压为止，在这之后，折射系数就会 下降。因此，气压较佳为由约4Torr至约8Torr。
高RF电压的低功率位准
通过施加一高射频电压至该电极105及令该第二电极107接地，而由 该处理气体形成一等离子体。高射频即范围由约3MHz至约60MHz的频 率。通过由该处理气体产生等离子体的CVD反应的活化通常是有利的，因 为相较于热活化的CVD程序，这可允许较低温的处理。在教示范例中，会 施加频率13.56MHz的高射频电压至所述电极105，109。
为了沉积一拉伸应力的氮化硅材料，实质上仅会施加高频电压至该电 极105。低于约1MHz的低射频(如，300kHz的频率)不会施加至该电极， 因为实验上可判定，在沉积期间提高施加至所述电极的低频电压的功率位 准，会导致沉积的材料具有不乐见的低拉伸应力值。例如，图9显示使用 依不同功率位准施加于所述电极105，109的低射频电压时，所沉积的氮 化硅材料所测得的拉伸应力值。如绘示般，在由低于10瓦特的功率位准的 低RF电压产生的等离子体所沉积的氮化硅材料，会导致本质上一致的拉 伸应力值，其略低于800MPa。增加低RF电压的功率位准可导致具有较 低拉伸应力值的薄膜的沉积。例如，使用以约15瓦特的功率位准施加的低 频电压所沉积的材料，可展现低于约600MPa的应力值，及以40瓦特的 更高功率位准沉积的材料则展现约100MPa的负压缩应力值。因此，对拉 伸应力材料沉积而言，实质上仅高RF电压会施加于所述电极105，109 之间，而非低RF电压。
再者，还可判定，应以较低的功率位准施加高RF电压。图10A及图 10B绘示增加高射频功率位准对沉积材料的沉积速率，材料厚度均匀度， 拉伸应力值，及折射系数的影响。图10A显示150瓦特的功率位准前的沉 积速率增加，及150瓦特的功率位准前的均匀度百分比的降低。图10B显 示随着高频率功率位准的增加，拉伸应力值及折射系数的降低。施加至腔 室电极105，109的高RF电压的功率位准应够低，而足以减少基材32承 受高能化等离子体的撞击，这会降低已沉积材料的拉伸应力值。然而，高 RF电压的功率位准不应太低，否则等离子体会不稳定，及因此，能量应够 高以足以制造稳定的等离子体。基于这些需求，所施加的高RF电压的功 率位准较佳为低于约200瓦特，及更佳地为约10至约100瓦特。
上述处理条件会沉积具有超过1.2GPa的拉伸应力值的拉伸应力氮化 硅材料，该拉伸应力值大幅超过先前所获得的100至1000MPa的拉伸应 力值。较高的拉伸应力值被认为是来自在沉积后的氮化硅材料中的较低氢 含量，这会因使用所选择的处理条件组合而依次发生，所述处理条件如下： 硅甲烷对氨气的体积流速比，高稀释气体含量，高处理温度，及对腔室电 极施加高射频电压。
用于基材支架的浮动电位
维持支持该基材的基材支架在一浮动电位，亦可增加沉积材料的拉伸 应力值，特别是维持在较高值的高RF功率位准时。例如，表格1显示了 较高的拉伸应力值，其是在高功率位准的高RF电压施加至该基材32下方 的支架104时所获得。高射频是13.56MHz及功率位准超过200瓦特。虽 然高功率位准的高RF电压通常会导致沉积材料的低拉伸应力，在该基材 支架104上施加浮动电位亦可提供超过1.1GPa的改良拉伸应力值。
表格I
在基材支架上具有浮动电位的高RF功率
高频 功率     时间     (s)   间距   (mm)   厚度   沉积   速率   均匀度   (％)   折射系数   应力   (GPa) 200W     480   15.25   610.33   76.3   1.8847   1.8847   1.13 300W     240   15.25   558.99   139.7   1.8662   1.8662   1.12
在该态样中，该基材支架104可以具有任何提及的结构，包含具有介 电涂布的金属块，静电夹盘，及具有嵌入式电阻加热组件的金属块。
施加DC偏压电压
一DC(直流电流)偏压电压会施加至该气体散布器108或该基材支架 104中任一者，以再降低离子对该基材32的撞击，及用以增加沉积材料的 拉伸应力值。该DC偏压电压可用以降低负电等离子体对该基材的加速度。 为了施加一DC偏压电压至该气体散布器108，该电源供应200包含一DC 偏压电压源，其可电连接至该气体散布器的面板111。典型上，会施加一 负极DC偏压电压至该气体散布器108，以降低对该基材32的撞击。可施 加至该气体散布器108的合适负极DC偏压电压位准低于约200伏特，及 更佳为由约25至约100伏特。
施加至该基材支架104以降低离子对该基材32的撞击的DC偏压， 典型上是一正极DC偏压电压。该正极DC偏压可降低净加速电压，其施 加于朝向一基材32前进的等离子体，因此，可降低撞击该基材32的等离 子体的动能。可施加至该支架32的合适正极DC偏压电压位准低于约至少 25伏特，及更佳为由约50至约100伏特。
氮气等离子体处理过程
另一发现是可通过以一氮气等离子体处理过程来处理该沉积的氮化硅 薄膜，而再增加沉积后的氮化硅材料的应力值。通过修正该沉积处理为二 处理过程，即可执行这样的处理过程。在第一或沉积处理过程中，包含一 第一成分及一第二成分的处理气体会注入该腔室，及通过施加一高频电压 至该腔室电极，可由该处理气体形成一等离子体，该第一成分包含含硅气 体及含氮气体，及该第二气体包含一稀释氮气。在第二或氮气等离子体处 理过程中，该处理气体的第一成分的流动会关闭或实质上终止，该处理气 体包含含硅气体及含氮气体；而包含该稀释氮气的第二成分的流动则维持 持续，及施加至所述电极以形成等离子体的高频电压亦会维持。在氮化硅 材料沉积期间，该二处理过程会重复数次。
同样的，不限于解释之下，氮气等离子体过程被相信为可再降低沉积 的氮化硅中的氢含量。氮气等离子体过程可通过从沉积材料中移除硅氢键， 而促进沉积氮化硅材料中的硅氮键的形成。然而，因为氮气等离子体处理 仅可影响沉积的氮化硅薄膜的浅薄表面范围，故会在短暂的沉积处理过程 之后形成一氮气处理过程，在该沉积处理过程期间在该基材上仅可沉积一 层氮化硅薄膜，这够薄而足以允许氮气等离子体处理实质上穿透该沉积薄 膜的整个厚度。若在沉积氮化硅薄膜的完整厚度之后，即执行氮气等离子 体处理，该沉积材料仅有一薄表面范围可进行适当处理。
该改良的沉积处理是在等离子体处理过程之后包含足够次数的沉积过 程，以达成所欲的薄膜厚度。例如，包含二十道处理过程的沉积处理可沉 积厚度为500的拉伸应力氮化硅材料，所述处理过程各包含一第一沉积 过程及一第二氮气等离子体处理过程。各沉积过程皆执行约2至约10秒， 而更典型地为约5秒；及各氮气等离子体处理过程会执行约10至约30秒， 及更典型地为20秒。该结果沉积拉伸应力氮化硅材料的厚度为500，及 该沉积材料的拉伸应力值会因氮气等离子体处理而增加至1.4GPa。这代表 在沉积后的氮化硅材料的拉伸应力有着10至20％的改良。
表格II
以温度及氮气等离子体处理的拉伸薄膜应力
温度   400℃   430℃   450℃   480℃   500℃ 基线(单 一材料) 1.0GPa  1.1GPa  1.2GPa  1.3GPa  1.35GPa NPT1(20 秒处理) 1.3GPa  1.35GPa  1.44GPa  1.44GPa  1.43GPa NPT1(10 秒处理) 1.3GPa  1.35GPa  1.4GPa  1.4GPa  1.43GPa
表格II显示随着沉积期间的基材温度的增加，且存在/不存在多氮气等 离子体处理过程时，沉积氮化硅材料的拉伸应力的改良。该基线(单一材料) 的氮化硅薄膜在单一沉积处理过程中，使用上述的处理条件而沉积，而缺 乏氮气等离子体处理过程。该基线薄膜显示出，当基材温度由400℃增加 至500℃时，其拉伸应力会由1GPa增加至约1.35GPa。该NPT(nitrogen plasma treatment，氮气等离子体处理)薄膜会在多沉积及氮气等离子体处 理过程存在之下进行沉积-其中NPT(1)对应至20秒的氮气等离子体处理过 程，及NPT(2)对应至10秒的氮气等离子体处理过程。我们可见，对二NPT 薄膜而言，在氮气等离子体处理存在时，拉伸应力高于该基线的拉伸应力， 且其亦随着基材温度而增加。
图11针对不同的氮气等离子体处理程序条件，显示增加施加至所述电 极105，109的高RF电压的功率位准对沉积材料的拉伸应力值的影响。该 第一程序(A)包含7秒钟的沉积阶段，之后为40秒钟的等离子体处理阶段， 重复20次。该第二程序(B)包含5秒钟的沉积阶段，之后为40秒钟的等离 子体处理，重复30次。该第三程序包含4秒钟的等离子体稳定阶段，5 秒钟的沉积，及40秒钟的等离子体处理，重复30次。当高射频固定在略 高于40瓦特的功率位准，时，该第一及第三程序会造成最高的拉伸应力值， 而在该峰值两侧的拉伸应力值则降低。该第三程序的拉伸应力值会因功率 位准的增加而稳定下降，由功率为0瓦特时略高于1000MPa的拉伸应力 值，下降至功率为100瓦特时的900MPa拉伸应力值。因此，针对氮气等 离子体/沉积程序，可选择20至60瓦特且较佳为45瓦特的功率位准。
图12显示在不同的沉积程序及不同的氮气等离子体处理过程之后，由 沉积的多个层所获得拉伸应力值及折射系数。上方的曲线表示测得的拉伸 应力值，及下方的曲线则表示测得的折射系数。该程序包含：仅进行沉积 的程序；具有40秒钟净化而无RF功率的程序，以观察其效果，亦即仅存 在热作用；具有20秒钟净化，及接着20秒钟等离子体步骤的程序；40秒 钟等离子体步骤的程序；20秒钟等离子体步骤，及接着20秒钟净化的程 序；3秒钟快速净化，及接着20秒钟等离子体步骤的程序；2秒钟抽气及 20秒钟等离子体步骤的程序；及，2秒钟快速净化及10秒钟等离子体步 骤的程序。最高的拉伸应力值发生在3秒钟抽气，20秒钟等离子体的程序， 及3秒钟快速净化，10秒钟等离子体的程序。最低的拉伸应力值在仅在沉 积的程序，及10秒钟净化的程序中测得。大体而言，所获得的应力值可因 等离子体处理持续时间延长10秒钟而达到最大且使的相等，当加入抽气过 程时，该应力值不会因长在20秒钟的处理持续时间而饱和。
图13显示氮气等离子体处理的持续时间对沉积材料的拉伸应力值的 影响。该拉伸应力值会增加，直至到达约10秒钟的处理持续时间，在这之 后，拉伸应力值会呈现饱和，且不会再升高。随着处理时间的增加，该折 射系数会稍微增加。图14针对具有3秒钟快速净化的程序，及3秒钟抽 气的程序，显示处理持续时间对拉伸应力值的影响。图14中的拉伸应力值 不像图13中者呈现那般地饱和，即使是在处理时间长易约20秒钟时。
高RF电压的净化等离子体
通过净化施加于该腔室80电极105，109的射频电压可沉积具有较高 应力值的应力材料。该净化等离子体亦提供更均匀的沉积材料的沉积厚度 及应力值。对拉伸应力薄膜的沉积而言，一射频电压会用于该净化沉积程 序。该处理气体包含如上述的含硅气体及含氮气体。例如，该含硅气体包 含硅甲烷，该含氮气体包含氨气，及氮气可随机地加入，以沉积包含氮化 硅的应力层。当以一绘示范例提供一特定材料(如氮化硅)时，吾人应了解， 其它的应力材料亦可通过净化CVD方法而沉积；因此，本发明的范围不应 限在绘示范例。
通过在与该室的处理区为界的电极上施加射频电压的电压脉冲，可产 生该处理气体的净化等离子体。各电压脉冲具有一工作周期，其是该脉冲 持续时间(T1)对该脉冲周期(T2)之比。在一脉冲波形中，该脉冲持续时间 为以下二者间的间隔：(1)在第一转换期间，脉冲振幅到达其最终振幅的指 定片段(平准)之时，及(2)在最后转换时，该脉冲振幅降到相同平准之时。 大体上，在最后振幅50％的点间的间隔，通常会用以判定或定义脉冲持续 时间。较佳地，所述电压脉冲是矩形脉冲，但亦可以是其它的形状，例如 方形或正弦脉冲。该脉冲RF功率是以由约100至约500瓦特的功率位准 来提供。所选的功率位准会较高，因为在较高的功率位准时，硅甲烷及氨 气会更完全分离，且可因此而降低沉积薄膜的整体氢含量。
亦可为了控制该沉积应力层的应力类型及等级，而选择该电压脉冲的 工作周期。可选择不同的脉冲类型，射频位准，瓦特数，及T2/T1比，来 提供沉积应力薄膜的应力等级。大体上，可使用较小的工作周期来达成较 高拉伸应力值。较小的工作周期可通过降低脉冲持续时间(T1)及/或通过增 加脉冲周期(T2)来达成，反之亦然。较佳地，该工作周期会少于约60％。 该工作周期范围较佳为由约10％至约50％，及较佳为由约20％起。对这 样的工作周期而言，脉冲频率的范围由10至1000Hz。在较佳实施例中， 50Hz的脉冲序列的工作周期是20％(例如，0.25)，其中脉冲持续时间是 4ms(例如，1μs)及脉冲周期是20ms(例如，4μs)。
在脉冲等离子体处理中，具有范围由3MHz至约60MHz的频率的高 RF电压，会施加于所述电极105，109。会以由约100至约1000瓦特的 功率位准施加高RF电压。在上文叙述的流动范围中，合适的处理气体包 含硅甲烷，氨气，氮气及或许氩气。
紫外线射线曝露
通过将沉积材料进行对合适的能量束曝露的处理，可再增加沉积后氮 化硅材料的拉伸应力。紫外线及电子束曝射可用以再降低沉积材料中的氢 含量。该能量束曝射可以在该CVD室本身内或在一分离室中执行。例如， 具有沉积应力材料的基材会在该CVD处理室中曝露于紫外线或电子束照 射。在这样的实施例中，通过一档板或通过在该处理气体的流动之后，将 曝射光源引入该室中，该曝射光源可避免CVD反应。紫外线或电子束可施 加于基材，即CD沉积室在CVD反应进行应力材料的沉积的原始位置。在 这个态样中，紫外线或电子束曝射在沉积反应期间会在不期望的键形成时 即断裂的，用以强化了沉积应力材料的应力值。
图2显示了一曝射室200的示范实施例，该曝射室200可用以令一基 材32曝露于紫外线射线或电子束处理。在所示的态样中，该室200包含 一基材支架104，其可在远离该曝射光源204的释放位置，与邻近该曝射 光源204的升高位置之间移动，以允许间隔可在其之间调整。一基材支架 104可支撑该室200中的基材32。在该基材32由该曝射室200嵌入及移 去的期间，该基材支架104可移动至一装载位置，之后，在具有沉积氮化 硅的基材32曝露于紫外线射线或电子束期间，该支架104上升至升高位 置，以令曝射程度达到最大。该室200还包含一加热器206，例如一电阻 组件，这可用以在基材32曝射时，加热该基材32至期望的温度。一入气 口208的设置可将气体注入该曝射室200，及一出气口210的设置可由该 室200排出气体。
该曝射室200还包含一曝射光源204，其提供合适的能量束，例如紫 外线射线或电子束。合适的紫外线射线源可发射单一紫外线波长或紫外线 波长的频宽。合适的单一波长紫外线源包含一准分子紫外线源，其可提供 172nm或222nm的单一紫外线波长。合适的频宽源可产生波长为约200 至约400nm的紫外线射线。这样的紫外线源可由美国的Fusion Company 或美国的Nordson Company获得。该应力氮化硅材料会曝露于具有其它 波长的紫外线射线，其由含有可在接受电激发时发射特定波长的气体的灯 具所产生。例如，合适的紫外线灯具包含氙气，其可产生波长172nm的紫 外线射线。在其它态样中，该灯具包含其它具有不同对应波长的气体，例 如，水银灯可发射243nm的波长，重氢可发射140nm的波长，而二氯化 氪可发射222nm的波长。亦，在一态样中，特别修改以更改沉积应力材料 中应力值的紫外线射线的产生，可通过将混合气体注入该灯具而完成，各 气体在激发时，皆能够发射特征波长的射线。通过改变气体的相对浓度， 可选择来自该照射源的输出波长内容，以同时曝露所有想要的波长，因此 可将必须曝露时间减到最短。为了在沉积氮化硅材料中获得预设的拉伸应 力值，可选择紫外线射线的波长及强度。
该CVD沉积室80及曝射室200亦可通过单一机械臂而在一多室处理 平台(未示)上合并为一体。该曝射室200的曝射光源204及支架，及该CVD 沉积室80的零件，及该合并处理系统的机械臂，皆可通过一系统控制器经 由合适的控制线而控制，该CVD沉积室80的零件包含基材支架104，马 达，瓣阀或流动控制器，气体传送系统，节流阀，高频功率供应，及加热 器206。该系统控制器依赖来自光学传感器的回馈，以判定可动机械组件 (如，调流阀及基材支架104)的位置，所述机械组件可通过适当的马达在控 制器的控制之下产生移动。
对期望的曝射室200中的曝射处理而言，具有根据上述任一沉积处理 或其它习用技艺的沉积处理的氮化硅材料的基材，会嵌入该曝射室200， 及设置在该较低位置的基材支架104上。该基材支架104会接着上升到升 高位置，该支架中的光学加热器206的能源开启，及该曝射光源204会活 化。在曝射期间，一气体(如，氦气)会在该曝射室200中循环流动，以促 进该基材与该支架间的热传递速率。亦可使用其它气体。在射线曝射期间 之后，该曝射光源204会去活化，且该基材支架104会降低至释放位置。 接着，承载接受曝射的氮化硅应力材料的基材会由该曝射室200中移去。
图15的条状图显示对在紫外线照射处理，对在不同处理条件时所沉积 材料的拉伸应力值的影响，所述条件包含，A：压缩薄膜(45sccm SiH4/600sccm NH3/2000sccm He/30W HF/30W LF/2.5T/480mils/430C；及B：tensile film(75sccm SiH4/1600sccm NH3 /5000sccm N2/50W HF/5W LF/6T/480mils/430C)。在400℃时会使用 不同的宽频带UV处理时间5分钟及10分钟。对所有沉积薄膜而言，紫外 线射线曝射会增加拉伸应力值，对具有最低拉伸应力值的材料(即材料A及 B)而言，会产生最多的改良。A及B在拉伸应力的增加由约-1500MPa至 约-1300MPa。材料C及D亦产生增加。因此，对沉积材料而言，紫外线 处理可增加拉伸应力值。
沉积氮化硅材料对紫外线射线或电子束的曝射，能够降低该沉积材料 的氢含量，及用以增加该材料的拉伸应力值。对紫外线射线的曝射可允许 以较期望的化学键取代较不期望的化学键。例如，可选择在曝射时发送的 UV射线波长，来打断不期望的氢键，如，会吸收波长的硅氢键及氮氢键。 剩余的硅分子会接着与可利用的氢分子形成期望的硅氮键。例如，图16 显示了沉积后状态的应力氮化硅材料(沉积后，实线)，及使用紫外线照射 处理之后(经处理薄膜-虚线)的傅立叶转换红外线光谱(FTIR)。由该FTIR光 谱可见，在以紫外线照射处理之后，氮氢键的峰值及硅氢键的峰值两者的 大小都显著地降低了，而硅氮键的峰值大小则增加。这证明了在经过紫外 线处理之后，结果氮化硅材料含有较少的氮氢键及硅氢键，及提高的硅氮 键的量，而这为增加该沉积材料的拉伸应力所需。
图17A至图17E显示了承受不同时距的紫外线曝射处理次数的沉积后 氮化硅材料拉伸应力值的增进。图17A的氮化硅材料会在以下处理条件中 产生沉积：流速60sccm的甲烷；流速900sccm的氨气；流速10,000sccm 的氮气；6Torr的处理气体压力；100watt的电子功率位准；及11mm (430mils)的电极间隔。沉积氮化硅薄膜的拉伸应力在沉积后状态时量得为 约700MPa。X轴上标示为0至6的点，各个对应至不同的紫外线处理时 间，各自为0分钟(沉积后)，10分钟，30分钟，45分钟，1小时，2小时， 及3小时。以菱形标示的线的沉积后氮化硅材料(处理1)是曝露于宽频紫外 线照射源，而以方块标示的线的沉积后氮化硅材料(处理2)是曝露于172nm 的单一波长紫外线源。相较于单一波长的紫外线照射源，所提供的宽频紫 外线射线源可增加沉积材料的拉伸应力。
大体上，当紫外线处理时间延长时，沉积后薄膜的拉伸应力亦会由原 始值700MPa增加到超过1.6GPa的值。图17B及图17C的氮化硅材料会 在与图17A的实例相同的条件下沉积，除了下述的例外以外：图17B的实 例的沉积使用流速60ccm的硅甲烷；流速600sccm的氨气；及150瓦特 的电极功率位准；及图17C的实例的沉积使用流速60ccm的硅甲烷；流 速300sccm的氨气；及150瓦特的电子功率位准。在图17B及图17C中， 沉积后材料仅以一宽频紫外线照射处理，及处理时间亦会由0分钟变为3 小时，但以不同的时间间距，如图标般对应至8至9个区段。图17C中显 示获得的最佳结果，其中沉积后氮化硅材料的拉伸应力在3小时的紫外线 曝射之后，会由800MPa增加至1.8GPa，这几乎是原始拉伸应力值的二 倍。
第17D中显示的沉积材料是使用流速60sccm的硅甲烷；流速 900sccm的氨气；流速10,000sccm的氮气；100瓦特的电极功率；7Torr 的压力；及11mm的间距。曲线(a)以Fusion H UV光源处理，该光源提供 约200至400nm的UV波长；及曲线(B)以Excimer UV光源处理，该光 源提供约172nm的UV波长。对两者处理而言，在约50秒的紫外线曝射 材之后，由约800MPa(用于沉积后氮化硅)分别增加至1.8及1.4GPa的拉 伸值。图17E的实例的沉积是使用流速60sccm的硅甲烷，流速300sccm 的氨气；流速10,000sccm的氮气；150瓦特的电极功率；6Torr的压力； 及11mm的间隔。沉积材料会以Fusion H光源处理。如上，在约50秒的 处理之后，沉积后氮化硅材料的拉伸值会由约700MPa增加至1.6GPa。
在沉积处理期间，可通过提供最理想范围的稀释气体内容至该处理气 体，而提高紫外线曝射的效果。这可由降低沉积材料中的氮氢键的数量而 达成，典型上，氮氢键较硅氢键较难为紫外线处理所移去。因此，接着会 接受紫外线曝射的沉积氮化硅材料会在稍微不同的处理条件下进行沉积， 其中该稀释气体流动会降低至由约5000至约15,000sccm的范围，及更佳 地为约10,000sccm。硅甲烷与氨气的容积流动比与流动速率为由约1∶2 至约1∶15，及更佳地为约1∶10。
电子束曝射
亦可通过曝露于该曝射装置200中的电子束，而处理沉积后氮化硅材 料。身为合适的电子束光源的曝射光源204，包含一线电子光源，其可(例 如)扫描沉积材料，或一大面积电子束曝射系统，如描述在美国专利案第 5,003,178号(受让人Livesay)中者，该文献以引用的方式并入本文中。通 过广泛曝射沉积材料的实质扫描的所有面积，可实行电子束曝射。该沉积 材料较佳为接受来自电子束条件下的均匀大面积的电子束光源的电子束照 射，这足以覆盖材料的所有宽度及厚度。较佳以一电子束实行曝射，该电 子束可覆盖的面积由约4平方英时至约256平方英时。
该电子束曝射条件取决于所施加的总剂量，施加于沉积材料的电子束 能量，及电子束电流密度。在一态样中，该电子束曝射可在由约10-5至约 10-2Torr的真空，且其基材温度范围由约100℃至约400℃中完成。曝露 能量的范围由约0.1至约100keV，及该电子束电流典型上由约1至约 10MA。该电子束剂量的范围由约1至约100,000μC/cm2。所选择的剂量 及能量与欲处理的沉积材料的厚度成正比。大体上，该电子束曝射由约0.5 分钟至约10分钟。为了获得沉积氮化硅材料的预设应力值，亦可选择由该 电子束所提供的电子能剂量。
图18的图表显示在标示为A至F的不同处理条件下沉积及在以电子 束处理之前及之后，材料的拉伸应力值。在这个范例中，用以沉积应力材 料的处理条件A至F如下：
A：LPCVD BTBAS/氨气/氮气/650C/300mTorr；
B：25sccm硅甲烷/50sccm氨气/20000sccm N2/480mils/430C/ 6T/45WHF；
C：25sccm硅甲烷/50sccm氨气/20000sccm氮气/480mils/200C/ 6T/45WHF；
D：25sccm硅甲烷/50sccm氨气/20000sccm氮气/480mils/200C/ 6T/45WHF，之后以400C退火10分钟，且此时18000sccm氮气/4.2Torr。
E：50sccm硅甲烷/50sccm氨气/20000sccm氮气/480mils/200C/ 6T/45WHF；及
F：50sccm硅甲烷/50sccm氨气/20000sccm氮气/480mils/200C/ 6T/45WHF，之后以400C退火10分钟，且此时18000sccm氮气/4.2Torr。
电子束处理的实行条件为4KV，电流6MA，基材温度400℃，以提供 200至1500的剂量。
大体上，拉伸应力值会随着电子束处理而增加。对在具有较低预处理 拉伸应力值的材料而言，会有更为显著的增加。例如，对标示为C的沉积 材料而言，拉伸应力值由处理前的约200MPa增加至电子束处理后的 800MPa。标示为E的沉积材料的拉伸应力由处理前的约200MPa增加至 电子束处理后的高于约1200MPa。因此，电子束处理可用以增加沉积材料 的拉伸应力值。
在一态样中，沉积材料及电子束表面处理的化学气相沉积可在一群工 具中实行，该群工作具有一化学气相沉积室，一电子束照射室，及用以将 该基材由化学气相沉积室传送至电子束照射室的机械构造。应在维持真空 条件时，实行化学气相沉积室，电子束照射室中的处理及由该化学气相沉 积室至该电子束照射室的传送。
II、压缩应力材料
亦可修改沉积程序及处理条件，以在基材上沉积一压缩应力材料或在 沉积期间或之后处理一材料，以增加其压缩应力值。不受限解释之下，已 发现可通过增加RF撞击，以令沉积材料中含有较多的硅氮键及降低硅氢 键及氮氢键的密度，来达成较高的薄膜密度，而获得具有较高压缩应力值 的氮化硅应力材料。较高的沉积温度及RF功率可改良沉积薄膜的压缩应 力程度。此外，较高的压缩应力程度可在位于具有较高动能的等离子体种 类中的沉积材料中获得。高能等离子体(如等离子体离子及中子)的撞击， 可因薄膜密度的增加而产生沉积材料的压缩应力。
因拉伸应力材料的沉积，用以沉积压缩应力氮化硅的处理气体亦包含 先前提及的含硅及含氮气体。除非另作解释，否则一般的沉积处理条件， 如，射频类型及功率位准，气体流速及气压，基材温度等，该处理亦与用 于沉积拉伸应力材料者大约相同。
为了沉积一压缩应力的氮化硅材料，注入腔室的处理气体包含一第一 成分及一第二成分，前者包含一含硅气体及后者包含一含氮气体。该含硅 气体可以是(例如)硅甲烷，三甲基硅(TMS)，三(二甲氨基)硅甲烷(TDMAS)， 双(异丁氨基)硅甲烷(BTBAS)，二氯硅甲烷(DCS)，及其组合物。例如，合 适的硅甲烷流动速率由约10至约200sccm。该含氮气体可以是(例如)氨气， 氮气，及其组合。合适的氨气流动速率是约50至约600sccm。该处理气 体亦包含一稀释气体，其供给体积远大于该反应气体成分。该稀释气体亦 可作为稀释剂及(至少部份作为)反应物两者，例如，具有约500至约 20,000sccm的流动速率的氮气。其它气体亦可包含惰性气体，例如，氦气 或氩气，其流动速率为较约100至约5,000sccm。该处理气体亦含有额外 的气体，如，含氧气体，例如，当氮氧化硅材料沉积时，该额外气体为氧 气。除非另外声明，在这些处理中，电极功率位准典型上维持在由约100 至约400瓦特；电极间隔由约5mm(200mils)至约12mm(600mils)；处理 气体气压由约1至约4Torr；及基材温度由约300至600℃。
氩气，氦气的添加
沉积压缩应力材料的较佳气体组成包含一第一成分及一第一成分，前 者包含一含硅气体及一含氮气体，及后者包含如氩气或氦气的惰性气体。 具有较高的第二成分对第一成分的容积流动比的沉积材料，可获得较高的 压缩应力值。这发生的原因是惰性气体成分可增加等离子体密度，故因此 可增加离子的撞击，且降低薄膜的整体氢含量。在较佳组成中，该处理气 体包含(1)一第一成分，其包含如硅甲烷的含硅气体，及如氨气及氮气的含 氮气体，及(2)一第二成分，其包含氩气或氦气。该第二成分对该第一成分 的比至少为约1∶1，且更佳为少于约1∶4。大体上，用于处理气体的压 力由约6至10Torr。该基材温度应维持在约400至550℃。电极间隔应维 持为由约7.6mm至约15.2mm(300至600mil)。
图19A至图19D显示氩气对氮气的流速比对沉积材料的压缩应力值， 厚度均匀度及折射系数等个别的影响。在该范例中，用以沉积该应力材料 的处理条件表列在表格III，条件4中。大体上，氩气对氮气之比值的增加， 会导致较高的压缩应力值(显示在较高的绝对应力值中)，降低沉积材料的 沉积速率及厚度，且增加折射系数。压缩应力及厚度均匀程度的降低，会 由比值为约1的氩气对氮气比开始下降。随着氩气对氮气之比由1∶1升到 3∶1，该压缩应力值仅会稍微由约-2.36增加至-2.38GPa。因此，可由流 动比至少约1∶1，且更佳为由约1∶1至3∶1的氩气对氮气比的沉积材料， 获得最理想的压缩应力值。典型上，氩气的流动速率由约1000至约 10,000sccm；及氮气的流动速率由约1,000至约20,000sccm。氦气亦可 以相同的容积流动比来取代氩气，而得到几乎相同的结果。
以低RF电压压缩：硅甲烷，氮气，氨气，及氩气
在该实施例中，所用的处理气体包含(1)一第一成分，其包含如硅甲烷 的含硅气体，(2)一第二成分，其包含氮气及氨气，及(3)一第三成分，其包 含氩气。当使用硅甲烷及氨气时，高容积流动比的硅甲烷对氨气，可提供 沉积材料较高的压缩应力值，如下文的表格III所示般。高容积流速比的硅 甲烷对氨气亦可提供较低的等离子体稳定性，其可提高沉积均匀度且亦有 助在达到较高的应力程度。大体上，硅甲烷对氨气的流动比是至少约0.2， 及更佳为由约0.25至3。硅甲烷的流速比典型上由约10至约100sccm； 及氨气的流速由约20至约300sccm。氮气的流速是1000及氩气为 3000sccm。
通过施加低RF电压于电极以产生处理气体的等离子体，可再提升沉 积材料的压缩应力，该低RF电压的频率低于约1MHz，及更佳为由约 100KHz至1MHz，或甚至约300KHz。该低RF电压可在沉积材料中产生 额外的压缩应力，以增加离子对基材的撞击且达到高密度的薄膜。在该实 施例中，合适的低射频电压的功率位准由约50至约300瓦特。
低RF与高RF的组合
在沉积期间或之后，通过选择施加于腔室电极的高频电压的频率范围 及功率位准，亦可增加撞击具有高能等离子体类型的沉积材料。低射频功 率与高射频功率的组合的使用，必然可获得较高的压缩应力值。在一范例 中，获得高压缩应力值的最理想低射频低于约1MHz，且更佳为由约 100KHz至1MHz，及甚至为约300KHz。用在上述的低射频率位准的组合 的最理想高射频位准，为由约10MHz至约27MHz，且更佳为约13.5MHz。
低与高射频功率位准两者的组合的施加，发现为可产生最高的压缩应 力值。在低与高RF电压两者的较高功率位准，可获得更提升的压缩应力 值。对低RF电压而言，其功率位准应至少约50，且更佳为由约100至约 400瓦特。用于高RF电压的合适功率位准是至少约100，且更佳为由约 200至约500瓦特。
小间距及低气压
通过在该第一电极105与第二电极109之间，设定够低而足以大幅增 加撞击基材32的等离子体的动能的间隔距离d，即可在该基材32上形成 一压缩应力材料。例如，当该第一电极105是该基材支架104及该第二电 极109是该气体散布器108时，可通过调整腔室中该基材支架104的高度， 而设定该二电极105，109间之间隔。所述电极之间距较佳为低于约25mm， 且更佳为至少约11mm。除了电极间距，腔室中的处理气体的气压亦可设 定在较高的程度，以再增加该室80中的等离子体离子撞击能。较低的间距 及较高的气压应可增加该室80中的等离子体类型的离子撞击能，用以沉积 具有压缩应力的材料。合适的处理气体的气压是至少约5，且更佳为由约 1.5至约3.5Torr。
表格III绘示用以沉积压缩应力材料的处理参数组。处理气体组成，流 动速率及其它变量与先前范例是相同的。适合用于氮化硅材料沉积处理的 种种实施例的多个参数，包含合适温度，硅甲烷，氨气，氮气及氩气的流 动速率，高射频功率位准，低射频功率位准，电极间隔及处理气体气压。 结果的沉积速率，均匀度，折射系数，应力值及等离子体稳定度亦表列如 下。
表格III
用于高压缩应力程度的处理参数组
  处理条件     1     2     3     4   温度   400℃   400℃   400℃   400℃   硅甲烷   120sccm   60sccm   60sccm   60sccm   氨气   120sccm   30sccm   120sccm   130sccm   氮气   5000sccm   4000sccm   1000sccm   1000sccm   氩气   0sccm   0sccm   3000sccm   3000sccm   高射频功率   0W   100W   175W   200W   低射频功率   150W   150W   150W   150W   间隔   8mm(325   mils)   8mm   8mm   11mm   (425mils)   气压   1.4T   1.2 T   2T   2T   沉积速率   730/min   686/min   780/min   860/min   均匀度   6.0％，   1sigma   3.3％，   1sigma   2.9％，   1sigma   1.5％，   1sigma   折射系数   1.95   1.95   1.94   1.94   应力   -2.0GPa   -2.2GPa   -2.4GPa   -2.3GPa   等离子体稳定   度   稳定   不稳定   不稳定   稳定
III、使用应力材料制造MOSFET
在一示范应用中，制造MOSFET结构392时，会在一基材32上形成 拉伸或压缩应力的氮化硅材料，这绘示在图20的简化剖面图。沉积及处理 后的氮化硅材料20的较高内部应力，包含晶体管24通道区28的应变。 诱发的应变会(例如)通过增加该晶体管24的饱和电流，而增进通道区28 的载子迁移力。该氮化硅材料20在MOSFET24内亦具有其它用途，例如， 可作为蚀刻终点材料。高应力的氮化硅材料20亦有利在其它结构，例如在 包含(但不限于)双载子接面晶体管，电容器，传感器，及致动器的其它晶 体管中。该基材可以是一硅晶圆或其它材料，例如，锗，硅化锗，镓，砷 化物及上述物的组成。该基材亦可以是用于制造显示器的介电质，例如， 玻璃。
图20中绘示的晶体管24是具有源极及漏极区36，40的负电通道， 或n通道MOSFET(NMOS)，其是通过将VA族元素掺杂至基材32，以形 成一n型半导体。在NMOS晶体管中，典型上会以第IIIA族元素掺杂位于 源极及漏极区36，40外侧的基材32，以形成一p型半导体。对该NMOS 通道区而言，覆盖的应力氮化硅材料会制为具有一拉伸应力。
在另一态样中，MOSFET晶体管24包含具有源极及漏极区的正通道 或p通道MOSFET(PMOS)(未示)，其是通过将IIIA族元素掺杂至基材， 以形成一p型半导体。在PMOS晶体管中，该晶体管24包含一基材32， 其包含一n型半导体，或该晶体管24具有一包含一n型半导体的井区域(未 示)，其形成在包含一p型半导体的基材32上。该PMOS通道区覆盖以压 缩应力的氮化硅材料。
在在态样中显示出，该晶体管24包含一沟槽44，以提供基材32上的 多个晶体管24之间或晶体管24群组间的隔离，该技术习知为浅沟槽隔离。 典型上，该沟槽44通过一蚀刻处理的形成，先在该源极及漏极区36，40。 在沟槽中会通过(例如)在氧化物/氮氧化硅汽体中的快速热氧化，而形成一 沟槽侧壁线状材料(未示)，这亦可以是沟槽44上(及其它处)的圆形角状物。 在一态样中，该沟槽44亦可填充具有拉伸应力的材料46，这亦可用以提 供拉伸应力予通道区28。包含高深宽比处理(High Aspect Ratio Process， HARP)的使用的该沟槽材料46的沉积，亦可包含使用臭氧/四乙基硅甲烷 (TEOS)式的次大气压化物气相沉积(SAVCD)处理。过多的沟槽材料46会 通过(例如)化学机械研磨而除去。
该晶体管在该通道区28顶端上的源极与漏极区36，40之间，包含一 栅极氧化材料48及一栅电极52。在所示态样中，该晶体管24在源极及漏 极区36，40的顶端上，亦如同栅电极52般，包含一硅化物材料56。相 较于垫在底下的源极及漏极区36，40与门电极52，该硅化物材料56具 有高的传导性，且可促进电子信号往返经由金属接点54而传送至该晶体管 24。取决于所用的材料及形成程序，该硅化物材料56亦包含一拉伸应力， 且可在通道区28中引起拉伸应变。教示的晶体管亦包含多个间隔物60及 氧化物垫材料64，这可设置在该栅电极52相反侧的侧壁68上，以维持硅 化物材料56在金属硅化处理期间的分离，以形成硅化物材料56。在金属 硅化期间，一连续的金属材料(未示)会沉积在含氧化物的源极及漏极区36， 40与门电极52上方，亦会沉积在含氮化物之间隔物60上方。该金属会与 位于源极及漏极区36，40与门电极52中垫在底下的硅化物反应，以形成 金属硅化物合金的硅化物材料，但金属与间隔物60中的氮化物材料则较不 易产生反应。因此，所述间隔物60可令覆盖在上方而未反应的金属接受蚀 刻而移去，且不影响硅化物材料56中的金属合金。
通道区28的长度是短在栅极氧化物材料48的长度。通道区28在源 极区36与该漏极区40之间所测得的长度不大于约90nm，例如，由约90nm 至约10nm。随着通道区28的长度变短，植入物72(其亦习知为环形布植) 可以反掺杂至通道区28，以防止电荷载子不受控制地由该源极区36跳至 漏极区40，及反之亦然。
在图20中显示的态样中，该氮化硅材料20会形成在该硅化物材料56 上方。该氮化硅材料20典型上会作用如一接触蚀刻终止材料，且可提供应 变予该通道区28。该氮化硅材料20能够沉积，而具有范围介在压缩至拉 伸应力的应力值。氮化硅材料20的应力的选择，可选择设置在晶体管24 的通道区28的应变类型。
在氮化硅材料20的形成之后，一介电材料76(亦称为一前金属介电材 料)会沉积在该氮化硅材料20上。除了其它材料以外，该介电材料76可以 是(例如)硼磷硅玻璃，磷硅玻璃，硼硅玻璃，及磷硅玻璃。该介电材料76 的形成可使用包含与SACVD结合的O3/TEOS的HARP。该介电材料76 亦包含一拉伸应力，其可引起通道区28的拉伸应变。
虽然此刻已完成本发明的示范实施例的教示及叙述，然熟习该项技艺 者亦可设计其它并入本发明且亦在本发明的范围内的实施例。例如，如红 外线照射或选择波长的可见光的其它照射处理，亦可用以处理该沉积薄膜。 亦可使用不同照射曝露的组合。再者，「以下」、「以上」、「底部」、 「顶部」、「向下」、「第一」及「第二」及其它相关或位置指示字眼皆 与图标的示范实施例相关，且可互相交换。因此，后附的申请专利范围不 应局限在本文为了解说本发明而描述的较佳态样，材料或空间安排的叙述。