专利名称：添加前体至氧化硅化学气相沉积以增进低温间隙填充的方法
技术领域：
本申请涉及用于薄膜及涂层的沉积、图案化及处理中的设备、工艺及材料的制造技术解决方案，其中代表性实例包括(但不限于)涉及以下的应用半导体及介电性材料及装置、硅基晶片及平板显示器(诸如薄膜晶体管(TFT)。
背景技术：
集成电路的制造顺序通常包括若干图案化处理。这些图案化处理可用于界定可由金属、多晶硅或掺杂硅形成的传导特征结构的层。此后，可通过将介电性材料沉积于该图案化层上来形成电隔离结构，该图案化层包括位于电活性区域之间的沟槽。该介电性材料不仅在沉积平面中而且在传导特征结构的垂直分离层之间提供电隔离。与亚微米装置的形成相关联的挑战是以无空隙方式填充一窄沟槽。为了以氧化硅填充一沟槽，首先将一氧化硅层沉积于图案化基板上。该氧化硅层通常覆盖沟槽的区域以及沟槽的壁及底部。若沟槽宽且浅，则完全填充该沟槽相当容易。随着沟槽变窄且深宽比 (沟槽高度与沟槽宽度的比)增加，将变得更有可能在该沟槽被完全填充之前使该沟槽的开口闭合(或「夹断」)。夹断一沟槽可在该沟槽内陷入一空隙。在某些情况下，该空隙将在一重流处理期间得以填充，例如在该沉积的氧化硅于高温下经掺杂且经历黏性流的情况下。然而，随着该沟槽变窄，即使重流处理亦难以填充该空隙。此外，若干类型的应用需要轻微或无掺杂的氧化硅的沉积，该沉积可能甚至在高温下亦难以重流。由夹断造成的空隙是不乐见的，因为其可降低每晶片的优良芯片的效能及良率以及这些装置的可靠性。使正硅酸四乙酯(TEOS)及臭氧(O3)流入处理腔室是用于建立氧化硅膜的技术， 该氧化硅膜可归因于在基板上的高初始迁移率而充分地填充高深宽比沟槽。在相对高的基板温度(600°C以上)可无空隙地填充沟槽。可使用诸如水蒸汽等添加物以进一步降低该膜的初始黏度，进而减少或消除在随后步骤中使该膜重流的需要。在较低基板温度下使用类似的前体将导致随空间变化的膜生长速度。膜生长速度不规则性可能引起在沟槽内陷入空隙，进而降低使用TEOS/臭氧处理的益处。因此，需要能够在较低温度下以氧化硅膜填充窄沟槽而不留下空隙。
发明内容
本发明的多个方面是关于将氧化硅层沉积于基板上的方法。在实施例中，氧化硅层是通过使含硅前体、氧化气体、水及添加前体流入处理腔室中来沉积，从而使得在整个基板表面上达成均勻的氧化硅生长速度。根据实施例生长的氧化硅层的表面在与添加前体一起生长时可具有降低的粗糙度。在本发明的其它方面中，氧化硅层是通过使含硅前体、氧化气体、水及添加前体流入处理腔室中来沉积于表面上具有沟槽的图案化基板上，从而使得这些沟槽得以填充，其中氧化硅填充材料内的空隙具有减少的数目及/或减小的尺寸。在一实施例中，本发明提供一种用于在处理腔室中的一基板上形成氧化硅层的方法。该方法包括使含硅前体及氧化气体流入该处理腔室中。该方法进一步包括使水及添加前体流入该处理腔室中。该氧化硅层是经由化学气相沉积自含硅前体、氧化气体、水及添加前体而形成于该基板上。该添加前体促进整个基板上的氧化硅层的均勻生长速度且降低该氧化硅层的粗糙度。在另一实施例中，本发明提供一种以氧化硅填充沟槽的方法。该沟槽位于处理腔室内的基板上。该方法包括使第一含硅前体流入该处理腔室中。该第一含硅前体包含至少一个Si-O键。该方法进一步包括使氧化前体、水及第二含硅前体流入该腔室中。该第二含硅前体包含至少一个Si-C键。该方法进一步包括经由化学气相沉积通过第一及第二含硅前体及该氧化前体将氧化硅沉积于沟槽中。该第二前体使生长速度平均，进而减小留在沉积后的沟槽中的空隙的尺寸及/或减少空隙的数目。额外实施例及特征结构在随后的部分描述中进行阐述，且部分地将在本领域技术人员检验本申请说明书之后可更加明白或通过所揭示的实施例的实施而了解。所揭示的实施例的特征结构及优点可通过本专利说明书中所描述的手段、组合及方法来实现及获得。
对所揭示的实施例的特性及优点的进一步了解可通过参考本申请说明书的剩余部分及附图来实现。图1为根据所揭示的实施例的氧化硅间隙填充沉积处理的流程图。图2为根据所揭示的实施例在沉积氧化硅之前的沟槽的截面图。图3为根据所揭示的实施例的氧化硅间隙填充沉积处理的流程图。图4A展示根据本发明的实施例的半导体处理系统的简化表示。图4B展示用于与多腔室系统中的处理腔室有关的半导体处理系统的使用者接口的简化表示；及图4C展示与处理腔室有关的气体分配板及供应管线的简图。在这些附图中，类似的组件及/或特征结构可具有相同参考标记。另外，相同类型的各种组件可通过附带短划线的参考标记及区别类似组件的第二标记来区别。若仅第一参考标记用于本申请说明书中，则该描述适用于具有相同第一参考标记的类似组件中任一者，此与第二参考标记无关。
具体实施例方式本发明的多个方面是关于将氧化硅层沉积于基板上的方法。在实施例中，氧化硅层是通过使含硅前体、氧化气体、水及添加前体流入处理腔室中来沉积，从而使得在整个基板表面达成均勻的氧化硅生长速度。根据实施例生长的氧化硅层的表面在与添加前体一起生长时可具有降低的粗糙度。在本发明的其它方面中，氧化硅层是通过使含硅前体、氧化气体、水及添加前体流入处理腔室中来沉积于表面上具有沟槽的图案化基板上，从而使得这些沟槽得以填充，其中氧化硅填充材料内的空隙具有减少的数目及/或减小的尺寸。本发明的实施例是针对在基板的图案化表面上的沟槽中形成氧化硅的方法。添加前体在膜形成期间流入处理腔室中以促进空间均勻的生长速度。次大气压化学气相沉积 (SACVD)及相关处理涉及使含硅前体及氧化前体流入处理腔室中以在基板上形成氧化硅。 该含硅前体可包括正硅酸四乙酯(TE0Q且该氧化前体可包括臭氧(O3)、氧气(O2)及/或氧基。另一前体(例如，水蒸汽)可添加至处理腔室中以增强基板上材料的流动性。已发现自低于大约600°C的基板上的TEOS及臭氧前体生长的氧化硅膜具有粗糙表面，该粗糙表面可通过各种表面成像技术(诸如原子力显微法)看见。已发现添加前体(例如，六甲基二硅氮(HMDQ或四甲基二硅氧(TMDSO))的添加在沉积后产生较低的表面粗超度。为了较佳理解及了解本发明，现参考图1(其为根据所揭示的实施例的氧化硅间隙填充沉积处理的流程图)及表I (其含有沉积的后所采取的表面粗糙度测量)。当一基板转移至处理腔室中时(操作110)，该处理开始了。在操作115、操作120及操作122中使水、臭氧及正硅酸四乙酯流入腔室中。在那些前体的流动期间，使添加前体(例如，四甲基二硅氧、六甲基二硅氮或其组合)流入该腔室中(操作12 以促进操作130中基板上的氧化硅层的均勻生长。在膜生长之后，在操作135中自该腔室移除基板。在制备为表I分析的膜期间，正硅酸四乙酯的流速约为每分钟3克且臭氧的流速约为30000sCCm。蒸气(水)在膜生长期间以接近4000sCCm的速率流动且四甲基二硅氧以约 0mg/min、75mg/min、150mg/min、300mg/min 及 700mg/min 的基本恒定的速率流动。大体惰性载气(氦气及氮气)用于辅助将四甲基二硅氧、水及正硅酸四乙酯传送至腔室中。载气流速的量值通常以每分钟标准立方厘米(seems)给出。由载气运载的气体的质量流量的量值通常以mg/min给出，其不包括载气的质量流量。可用许多方式测量粗糙度。本文详述的粗糙度量是对于二维原子力显微法(AFM)测量而给出，该测量是对氧化硅膜的表面的 5 μ mX 5 μ m部分进行。可购自纽约州Plainview市的Veeco的Dimension 7000AFM是以高于或约为104/μπι的测量点密度及以敲击模式操作的同量分辨率尖端来使用。如本文中所使用，流速在处理期间并不必恒定。不同前体的流速可以不同的次序开始及终止，且其量值可变化。除非另有指示，否则本文所指示的质量流速的量值是对于在处理期间使用的大约峰值流速而给出。四甲基二硅氧的流速与在沉积期间及沉积后氧化硅膜的粗糙度降低相互关联。表I 氧化硅粗糙度对添加前体的流速的依赖性
权利要求
1.一种在处理腔室中的基板上形成氧化硅层的方法，包含 使含硅前体及氧化气体流入该处理腔室中；使添加前体流入该处理腔室中；及通过化学气相沉积自该含硅前体、该氧化气体及该添加前体在该基板上形成氧化硅层，其中该添加前体促进整个基板上的氧化硅层的均勻生长速度且降低该氧化硅层的粗糙度。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包含使水流入该处理腔室中。
3.如权利要求1所述的方法，其中该基板是一图案化基板，其具有形成于该基板的表面上的沟槽，且形成该氧化硅层的步骤以氧化硅填充该沟槽，进而相对于没有使添加前体流入的操作而形成氧化硅层而言留下数目减少及/或尺寸减小的空隙。
4.如权利要求1所述的方法，其中该基板包含硅表面、氮化硅表面及氧化硅表面，在这些表面上形成该氧化硅层。
5.如权利要求1所述的方法，其中该含硅前体包含正硅酸四乙酯(TE0S)、四甲氧基硅烷(TM0Q或四乙氧基硅烷(TRIES)。
6.如权利要求1所述的方法，其中该氧化气体包含臭氧(O3)。
7.如权利要求1所述的方法，其中该添加前体是一平滑前体。
8.如权利要求1所述的方法，其中该添加前体包含一含有至少一种硅碳键的有机硅化合物。
9.如权利要求8所述的方法，其中该有机硅化合物是四甲基二硅氧(TMDSO)。
10.如权利要求8所述的方法，其中该有机硅化合物是六甲基二硅氮(HMDS)。
11.如权利要求1所述的方法，其中该方法进一步包含在该氧化硅层的形成期间使水蒸汽流入该处理腔室中。
12.如权利要求1所述的方法，其中在该氧化硅层的形成期间使该含硅前体的流速增加。
13.如权利要求1所述的方法，其中该方法进一步包含将该基板的温度调整至低于 600 "C。
14.如权利要求13所述的方法，其中将该基板调整至介于约300°C与约450°C之间的温度范围。
15.如权利要求13所述的方法，其中将该基板调整至低于约300°C的温度。
16.如权利要求1所述的方法，其中将该处理腔室中的压力调整至低于700托。
17.如权利要求9所述的方法，其中在该氧化硅层的沉积期间该有机硅化合物的流速约为每分钟Img或更高。
18.如权利要求9所述的方法，其中在该氧化硅层的沉积期间该有机硅化合物的流速小于或约为每分钟50mg。
19.如权利要求11所述的方法，其中在该氧化硅层的沉积期间水蒸汽的流速约为 3000sccm或更高。
20.一种用氧化硅填充一沟槽的方法，其中该沟槽位于处理腔室中的基板上，该方法包含使第一含硅前体流入该处理腔室中，其中该第一含硅前体包含至少一种硅氧键；使氧化前体流入该腔室中；使第二含硅前体流入该腔室中，其中该第二含硅前体包含至少一种硅碳键；及通过化学气相沉积用该第一含硅前体、该第二含硅前体及该氧化前体将氧化硅沉积于该沟槽中，其中该第二前体使生长速度平均，藉此减小沉积后留在该沟槽中的空隙的尺寸及/或减少空隙的数目。
21.如权利要求20所述的方法，其中使该第一含硅前体流动的操作包含使正硅酸四乙酯(TEOS)流动。
22.如权利要求21所述的方法，其中在该氧化硅的沉积期间正硅酸四乙酯的流速约为每分钟Igm或更高。
23.如权利要求20所述的方法，其中使该氧化前体流动的操作包含使选自臭氧(O3)、 氧气(O2)及氧基(0)构成的组中的至少一种前体流动。
24.如权利要求20所述的方法，其中该方法进一步包含在该氧化硅层的形成期间使水蒸汽流入该处理腔室中。
25.如权利要求20所述的方法，其中该第二含硅前体包含四甲基二硅氧(TMDSO)。
26.如权利要求20所述的方法，其中使该第二含硅前体流动的步骤包含在该氧化硅的沉积期间使四甲基二硅氧(TMDSO)以大于每分钟约Img的流速流动。
27.如权利要求25所述的方法，其中在该氧化硅的沉积期间使该第二含硅前体的流速增加。
28.如权利要求20所述的方法，其中该第二含硅前体包含六甲基二硅氮(HMDS)。
29.如权利要求20所述的方法，其中使该第二含硅前体流动的步骤包含在该氧化硅的沉积期间使六甲基二硅氮(HMDS)以大于每分钟约Img的流速流动。
30.如权利要求观所述的方法，其中在该氧化硅的沉积期间使该第二含硅前体的流速增加。
全文摘要
将氧化硅层沉积于基板上的方法涉及使一含硅前体、一氧化气体、水及一添加前体流入一处理腔室中以使得在整个该基板表面上达成一均匀的氧化硅生长速度。根据实施例生长的氧化硅层的表面在与该添加前体一起生长时可具有一降低的粗糙度。在本发明的其它方面中，氧化硅层是通过使一含硅前体、一氧化气体、水及一添加前体流入一处理腔室中来沉积于该表面上具有沟槽的一图案化基板上，从而使得这些沟槽得以填充，其中该氧化硅填充材料内的空隙具有减少的数量及/或减小的尺寸。
文档编号H01L21/205GK102282649SQ200980151841
公开日2011年12月14日 申请日期2009年11月19日 优先权日2008年12月18日
发明者H·哈玛纳, M·A·埃尔南德斯, N·K·印戈尔, P·E·吉, S·文卡特拉马曼 申请人:应用材料股份有限公司