含硅碳膜的化学气相沉积的基态氢自由基源的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体上涉及半导体加工领域，更具体地涉及含硅碳膜的化学气相沉积的基 态氢!自由基源。
【背景技术】
[0002] 碳化硅薄膜经常在半导体衬底加工操作中被用作阻挡层。如此，碳化硅薄膜经常 必须具有高密度（例如大于约2g/cc)，必须是气密的，并且必须具有低孔隙率以防止不希 望有的材料（例如金属原子或空气）通过阻挡层扩散或防止对阻挡层的不希望有的蚀刻。
[0003] 有些已暗示产生远程氢等离子体可改善碳化硅薄膜性质。然而，壁碰撞和其它猝 灭事件预期会降低由远程等离子体产生的活性物质的产量。进而，远程氢等离子体处理的 薄膜沉积速率预期会难以接受地低。由于相信碳化硅薄膜密度与处理压强成反比地变化， 意图增加沉积速率的处理压强增加可能不利地降低薄膜密度，由此导致不可接受的阻挡层 表现性质。
【发明内容】
[0004] 主题的一个方面可以在一种在衬底上沉积含硅碳膜的方法中实现，所述方法可 以包括：将衬底支承在衬底处理室内，由此使所述衬底的主表面露出至所述衬底处理室的 内部；将氢（H 2)气流引入到自由基发生室，所述自由基发生室与所述衬底处理室隔开并经 由多舱口气体分配器与之流体耦合，所述多舱口气体分配器具有成组的相互隔开的气体舱 口，所述气体舱口指向到所述衬底处理室内以建立从所述自由基发生室出来、通过所述多 舱口气体分配器并进入完全包含在所述衬底处理室内部的自由基弛豫区的流动路径；激励 所述自由基发生室内的所述氢（H 2)气中的至少一部分以在所述氢（H2)气流中形成受激氢 自由基，以使所述受激氢自由基中的至少一些沿所述流动路径流动、通过所述多舱口气体 分配器并进入所述自由基弛豫区，在其中流入到所述自由基弛豫区内的几乎全部的所述受 激氢自由基转变为弛豫氢自由基；以及将有机硅反应物流引入到化学气相沉积区，所述化 学气相沉积区被形成在所述衬底处理室内部在所述自由基弛豫区和所述衬底的主表面之 间，所述弛豫氢自由基中的至少一些从所述自由基弛豫区流动与所述有机硅反应物流同步 地流入所述化学气相沉积区并在其中与所述有机硅反应物中的一些起反应，由此在所述衬 底的所述主表面上沉积含硅碳的薄膜。
[0005] 在一些实施例中，所述有机硅反应物经由相互隔开的反应物开口被引入，并且其 中所述自由基弛豫区完全地包含在形成于所述多舱口气体分配器和所述相互隔开的反应 物开口之间的空间内。在一些实施例中，所述相互隔开的反应物开口被配置以使所述有机 硅反应物流沿与所述流动路径平行的方向被引入。在一些实施例中，所述相互隔开的反应 物开口被配置以使所述有机硅反应物流沿与所述流动路径横交的方向被引入。在一些实施 例中，所述成组的相互隔开的气体舱口与所述相互隔开的反应物开口相隔大约〇. 5英寸和 大约5英寸之间的距离。
[0006] 在一些实施例中，包括在所述多舱口气体分配器内的所述成组的气体舱口被配置 为成阵列的规则间隔开的气体舱口。在一些实施例中，所述方法还包括通过经由气体出口 排空或置换清洗或这两者从所述衬底处理室去除过量的有机硅反应物和氢气。在一些实施 例中，受激氢自由基在所述多舱口气体分配器内的平均停留时间大于约I X KT3秒。在一些 实施例中，气体在所述自由基弛豫区内的平均停留时间大于约IX 1〇_3秒。
[0007] 根据多个实施例，包含在所述多舱口气体分配器内的所述气体舱口具有在大约3 : 1至10 :1的范围内的轴向长度与直径比。在一些实施例中，引入氢气流包括引入氢气和氦 气的气体混合物，所述气体混合物包括在大约1%和大约17%之间的体积百分比的氢气。
[0008] 有机硅反应物的实例包括硅氧烷、硅烷、烷基硅烷、烷氧基硅烷、和氨基硅烷。在一 些实施例中，所述方法还包括在将所述受激氢自由基引入所述自由基弛豫区之前引导所 述气体流动路径通过离子过滤器或光子过滤器或该两者。在一些实施例中，所述多舱口气 体分配器附近的所述自由基弛豫区内的所述有机硅反应物的质量分数为大约0. 1或更小。
[0009] 主题的另一方面可以在一种在衬底上沉积含硅碳膜的方法中实现，所述方法包 括：将衬底支承在衬底处理室内，由此使所述衬底的主表面露出至所述衬底处理室的内部； 将稀释氢（H 2)气在氦气中的气体混合物的稳定流引入到自由基发生室，所述自由基发生室 与所述衬底处理室隔开并经由多舱口气体分配器与之流体耦合，所述多舱口气体分配器具 有成组的相互隔开的气体舱口，所述气体舱口指向到所述衬底处理室内以建立从所述自由 基发生室出来、通过所述多舱口气体分配器、进入完全包含在所述衬底处理室内部内的自 由基弛豫区、并进入形成在所述衬底处理室内部内的化学气相沉积区的流动路径，所述化 学气相沉积区在所述多舱口气体分配器和所述衬底的主表面之间并通过所述自由基弛豫 区与所述多舱口气体分配器隔开；激励所述自由基发生室内的所述氢（H 2)气的至少一部分 以在所述气体混合物中形成受激氢自由基，以使所述气体混合物中的至少一些沿所述流动 路径流动、通过所述多舱口气体分配器并进入所述自由基弛豫区，在其中与所述气体混合 物一起进入到所述自由基弛豫区内的任何和几乎全部受激氢自由基转变为弛豫氢自由基； 以及将有机反应物的稳定流引入到所述化学气相沉积区，由此防止几乎全部所述有机硅反 应物流在所述多舱口气体分配器与所述气体流混合并使所述有机硅反应物中的至少一些 与同步于所述有机硅反应物流的从所述自由基弛豫区流出的所述弛豫氢自由基中的至少 一些反应，由此将含硅碳膜沉积在所述衬底的主表面上。
[0010] 在一些实施例中，所述方法包括引入稀释氢气在氦气中的气体混合物的稳定流 包括引入稀释氢气气体混合物，所述气体混合物包括氢气与氦的比在大约1体积％和大约 17体积％之间。在一些实施例中，受激氢自由基在所述多舱口气体分配器内的平均停留 时间大于约IX KT3秒，并且气体在所述自由基弛豫区内的平均停留时间大于约IX KT3秒。 在一些实施例中，所述有机硅反应物经由相互隔开的反应物开口被引入，并且其中所述自 由基弛豫区完全地包含在形成于所述多舱口气体分配器和所述相互隔开的反应物开口之 间的空间内。在一些实施例中，所述相互隔开的反应物开口被配置以使所述有机硅反应物 流沿与所述流动路径平行的方向被引入。在一些实施例中，所述相互隔开的反应物开口被 配置以使所述有机硅反应物流沿与所述流动路径横交的方向被引入。
【附图说明】
[0011] 图1是根据第一实施例的衬底处理模块的示意性横截面；
[0012] 图2是根据第二实施例的衬底处理模块的一部分的示意性横截面；以及
[0013] 图3是包括被配置在衬底运输模块周围的四个衬底处理模块的衬底处理平台的 示意性平面图。
【具体实施方式】
[0014] 含硅碳的薄膜（例如碳化硅（SiCx)、硅碳氮化物（SiNxC y)、硅碳氧化物（SiCxOy)以 及硅碳氮氧化物（SiCxO yNz))在集成半导体制造处理中被频繁地用作阻挡材料。例如，含硅 碳的薄膜可被用作金属扩散阻挡层、止蚀层、硬掩模层或对于源极和漏极注入物的栅极间 隔结构，被用作磁阻随机存取存储器（MRAM)或阻性随机存取存储器（RRAM)的包裹阻挡结 构，或被用作在多个气隙下的气密扩散阻挡结构。这些薄膜通过等离子体增强的化学气相 沉积（PECVD)从有机硅反应物或前体与共反应物之间的反应形成。反应物质的等离子体激 活可降低沉积反应的激活温度并使其它不稳定反应路径可使用。然而，PECVD处理可能不 加选择地割裂前体键，这有可能使得薄膜的电气性质和物理性质变得难以预测。
[0015] 图1是衬底处理模块100的一个实施例的示意图。一般来说，衬底处理模块100 包括自由基发生室102,它与衬底处理室104隔开但经由多舱口气体分配器106与之流体耦 合。氢自由基在自由基发生室102内产生并被提供至衬底处理室104内的化学气相沉积区 108。被同时提供至化学气相沉积区108的有机硅反应物与氢自由基反应以将含硅碳膜110 的薄膜沉积到面向衬底处理室104内侧的衬底112 (例如半导体设备衬底或晶片）表面上。
[0016] 衬底112被支承在底座114上。底座114可在衬底处理室104内移动以将衬底112 定位在化学气相沉积区108内。在图1所示的实施例中，底座114被图示为已通过衬底进 入舱口 116将衬底112从装载位置升高到了化学气相沉积物108内的沉积位置。底座114 在一些实施例中也可调整衬底112的温度，由此潜在地对衬底112上的热激活表面反应提 供一