专利名称：硼膜界面工程的制作方法
技术领域：
本发明关于制造技术方案，该方案涉及用于薄膜和涂层的沉积、图案化与处理的设备、制程与材料，代表性实例包括(但不限于)涉及下列的应用半导体与介电材料与器件、硅系晶圆与平面面板显示器(诸如TFTs)。发明背景增加集成电路的密度可增加速度且实现新的应用。增加的密度会在相邻电路构件和导线间增加不期望的电气交互作用。通常，不希望的交互作用是藉由提供沟道来避免，其中这些沟道以电绝缘材料来填充以实体地且电气地隔离这些构件。然而，随着电路密度增力口，这些沟道的宽度减少，这增加了沟道的深宽比且使沟道渐渐难以填充沟道而不留下孔洞。没有被完全填充的沟道是不乐见的，这是因为这会牺牲隔离程度，因而限制了最大操作频率或不利地影响集成电路的操作。一般用于填充间隙的应用的技术为化学气相沉积(CVD)技术。传统的热CVD制程供应反应性气体到基材表面，热引致化学反应在基材表面发生以制造一期望的膜。等离子体增强CVD( “PECVD”)技术藉由应用射频(“RF”)能量到靠近基材表面的反应区域，以促进反应物气体的激化与(或)解离，而建立等离子体。等离子体中物质的高反应性可减少任何需要以促进化学反应的热能，藉此相较于传统热CVD制程而降低了需用在这样的CVD 制程的温度。这些优点可进一步由高密度等离子体(“HDP”)CVD技术来利用，其中致密等离子体形成在低真空压力下以致离子化反应物形成了大部分的总反应物。对于同样密度的离子化反应物，HDP-CVD中的平均自由程可被延长，并且离子化反应物的撞击速度可被增加且被定向地控制。尽管这些技术之各者广泛地落在「CVD技术」的领域下，这些技术各自具有使其或多或少地适于特定应用的特征性质。将硼包含在以CVD技术生长的膜中可降低相对于氮化硅的介电常数，因而改善了藉由以含硼膜来填充沟道所提供的电气隔离。可将介电常数减少一定量，其中该量会依据所包含的硼量、存在于膜中的其他元素、及所使用的特定沉积技术而变化。硼的存在亦可降低蚀刻速率并造成膜性质中的其他改变，这种效应对于半导体制造过程顺序中的一给定步骤可能是所希望的。特别对于前段制程，沉积膜中硼的存在引进了硼迁移到基材内的风险。硼是用来影响硅电晶体的主动区域的效能的一普遍掺质。添加硼可将一轻掺杂区域改变成一较重掺杂区域，并且可能负面地影响器件的效能。因此，亟需发展可用以抑制硼扩散到下方层内的技术。
发明内容本文的各方面关于沉积含硼衬里层到未图案化或图案化基材上的方法。在实施例中，含硼衬里层(boron-containing liner layer)是双层，该双层包括起始层，该起始层包括阻障物材料以抑制扩散。在一实施例中，本发明提供一种在制程腔室中沉积双层衬里于基材上的沟道中的方法。该方法包括形成起始层，该起始层具有小于或约15A的厚度并且含有氮与(或)碳。 该方法亦包括形成含硼层于该起始层上。该起始层可减少硼从该含硼层到该基材内的扩散。在另一实施例中，本发明提供一种在一制程腔室中沉积双层衬里于基材的表面上的方法。该方法包括形成阻障物材料层于该制程腔室的内表面上，其中该阻障物材料层含有氮与(或)碳。该方法还包括将基材传送到该制程腔室内。该方法还包括藉由在该制程腔室中引发等离子体以从该制程腔室的内表面再分布一扩散阻障物材料部分到该基材上， 藉此形成起始层于该基材上。该起始层具有小于或约15A的厚度。该方法还包括形成含硼层于该起始层上。额外的实施例与特征被部分地揭示在下文中，并且本领域技术人员可在检视说明书后对其部分地明了或可藉由实现所揭示的实施例来了解。所揭示的实施例的特征与优点可藉由说明书中所描述的手段、组合与方法的方式来了解与获得。附图简单说明可藉由参照说明书的其他部分和附图来进一步了解所揭示的实施例的本质和优
点ο
图1为根据所揭示实施例的一含硼双层的沉积制程的流程图。图2为根据所揭示实施例的一含硼双层的沉积制程的流程图。图3为根据所揭示实施例的在将基材加热到1050°C之后在从一含硼双层扩散到一下方硅基材内之后的硼浓度的图表。图4为形成一氮化硼层的方法的流程图。图5为显示根据本发明实施例的沉积一起始层的方法中所选择步骤的流程图。在附图中，类似的部件与(或)特征结构可具有相同的器件符号。此外，各种相同类型的部件可由参考符号后面的破折号以及可在类似部件间区分之第二参考符号来区分。 倘若说明书中仅使用了第一参考符号，叙述则可用在具有相同的第一参考符号的任一类似部件，而不考虑第二参考符号。
具体实施方式本文的各方面关于沉积含硼衬里层到未图案化或图案化基材上的方法。含硼衬里层提供了涉及器件效能、器件寿命或制程流畅性的优点。在实施例中，含硼衬里层是一双层，该双层包括阻障物材料的一起始层以抑制硼从双层扩散到下方基材内。对于一些基材， 起始层亦可抑制材料从基材扩散到双层内或越过双层。起始层可直接地被形成在基材上。或者，起始层可在不存在基材情况下藉由沉积阻障物材料于制程腔室的内表面上来形成。此制程在此可称为调适(season)腔室。在基材被引进到制程腔室内后，能够以等离子体制程来再沉积阻障物材料，藉此形成起始层于基材上。或者，起始层可藉由化学气相沉积(CVD)来沉积。在形成了起始层后，则形成了一含硼膜。含硼膜可在相同的腔室或不同的制程腔室中，破真空(以将基材暴露于大气)或不破真空来形成。含硼材料的衬里层是可受益自在此描述的创新的一应用，但含硼层的其他应用亦可受益。适当的应用可以是形成在未图案化或图案化基材上的薄或厚膜。起始层一般可称为阻障物层或扩散阻障物层。图案化基材可在基材的表面上具有沟道。沟道的壁可以是均质的，或壁可由两种或更多种材料来形成。在一些情况中，一部分的壁是由下方的基材材料来形成。诸如此的前段制程特别易于遭受硼扩散。在此揭示的方法可包括在形成后续沉积的含硼衬里层前形成起始层。此起始层可以或不必含有硼。在所揭示的实施例中，硼到基材内的迁移藉由在形成含硼层前施加一起始层来抑制。在实施例中，起始层抑制材料从基材扩散到双层内或越过双层。起始层在此可交替地称为阻障物层。双层的第一层为抑制层或阻障物层。在不同实施例中，起始层可包括氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、或富氮氮化硼。这些材料与构成物的组合亦可提供作为起始层的阻障物材料的应用性。起始层本身可以是两或更多层的组合且这些层的一或多层包括一扩散阻障物材料。这样的起始层在此称为异质起始层，并且这些层中的一些层可包括硼、磷与其他掺质以例如促进粘附性。起始层之后的层是含硼衬里层，并且可以是氮化硼(BN)，但亦可以是氧化硼 (B2O3)或碳化硼(BC)。其他含硼衬里层可包括氮硅化硼(BSiN)、氧硅化硼(BSiO)、氮碳化硼(BCN)、氮硼化磷(PBN)、氮硼化硅(SiBN)、与氮硅碳化硼(BCSiN)膜。再次地，根据所揭示实施例，这些材料与构成物的组合可提供双层中的衬里层的应用性。在此讨论的双层的应用性关于含硼层的性质。有用的性质可包括物理强度、化学惰性、高温稳定性、电气绝缘性、与高介电常数。示范性应用包括「前段」应用，诸如间隙壁层以及用于控制下方膜的应力的应变引致层。含硼膜和其他阻障物层的组合亦可用以提供比氮化硅膜更大的对蚀刻制程的抗性。主体(bulk)含硼膜和起始层的组合可用于以低k 介电质来填充沟道，相较于其他高密度间隙填充膜而言提升了沟道的各侧上区域间的电气绝缘性。无论应用为何，根据实施例的阻障物层抑制硼扩散越过层。不将在此描述且请求的标的局限在可能是或不是正确的理论假设，机制的一些讨论有有助于了解在此描述的创新的重要性。硼扩散的抑制可能由高密度的起始层(例如氮化硅)造成，其中该高密度的起始层提供低孔隙度与起始层内较少的硼键结位置。这样的起始层将抑制硼扩散越过层。 阻障物层可甚至含有硼，只要阻障物层内硼的迁移率够低。低硼迁移率可起因于低孔隙度与(或)形成层以致含在膜内的硼大致上牢固地键结到膜内的其他构成物。富氮氮化硼层是将硼牢固地局限在阻障物层中的一种方式。为了更加了解与理解本发明，现参照图1，该图为根据所揭示实施例的含硼双层的沉积制程的流程图。制程开始于操作110，其中基材被传送到制程腔室内。在操作115，氮化硅的薄共形(conformal)起始层被沉积在基材上。在不同实施例中，薄起始层可小于或约25A、小于或约15A、小于或约10A、或小于或约5A。对于带有含硅顶层的基材，氮化硅起始层可包括来自顶层的硅与(或)来自含硅前驱物的硅(直接地或间接地被沉积在基材上)。含硼层(例如氮化硼层)在操作120中被形成在起始层上，并且基材从制程腔室被移除(操作125)。图2为根据所揭示实施例的含硼双层的沉积制程的另一流程图。在传送基材到制程腔室之前，腔室可被清洁(操作204)。藉由在腔室中于存在含氮前驱物与含硅前驱物的条件下引发等离子体(striking a plasma)，氮化硅膜被沉积在制程腔室的内表面上(操作 205)。通常，这称为「调适(season)」腔室，为了在调适完成时减少第一晶圆处理效应且可用于除了氮化硅外的各种膜。在此情况中，在传送各基材到腔室内之前，内表面可有意地被涂覆以氮化硅。此沉积可附加在腔室清洁程式的末尾。在沉积氮化硅于内表面上与沉积氮化硅于基材上之间，维持制程腔室内的真空(或相当惰性环境)是较佳的。维持真空可减少内表面上材料的额外氧含量，并最终减少起始层内的氧含量。在操作210，基材被传送到制程腔室中。来自壁的材料被传送到基材的表面(操作 215)，以藉由在制程腔室中形成等离子体来形成起始层。在将相对惰性气体(例如氮(N2)、 氢(H2)、氦(He)、氩(Ar)、或氙(Xe))流入制程区域内的同时，等离子体可藉由施加电功率 (例如在RF频率)来建立。尽管这些气体主要是惰性的，特别是当使用氮与(或)氢时，起始层可并入一些惰性气体。再次地，在所揭示实施例中，起始层可约25A或更小、约15A或更小、约IOA或更小、或约5A或更小。此种类型的沉积在此可称为起始层的间接沉积，以将其和将层直接沉积在基材表面上的制程予以区分。在起始层的间接沉积之后，含硼层在操作220被形成，并且基材从制程腔室被移除(操作225)。藉由先调适腔室来生长一起始层(而非将沉积层直接沉积在基材上)的优点在于厚度可更佳地受到控制，即使是非常薄的膜亦是如此。非常薄的起始层(低达约5A)有时候是令人期望的，以致双层性质大部分是由衬里层来决定且尤其是当填充窄的深宽比的沟道时。在取得薄起始层的厚度的额外控制下，组成系数比会稍微难以预测或控制。材料在内表面上的厚度可大于沉积在基材上的厚度。内表面可以是靠近基材的表面的任何表面，并且在一些实施例中可以是喷头。在所揭示实施例中，在间接沉积制程的第一步骤期间，沉积在喷头上的材料的厚度可以是约100A至约2000A或约600A至约 1000A，并且仅一部分的材料可在间接沉积制程的第二步骤(再沉积)中被传送到基材。大量的材料可经由排放岐管被泵送抽离，但一些材料可保持在喷头与(或)其他内表面上。在实施例中，任何残余的材料可在后续的清洁循环中被移除，并且新材料可在处理下一个基材之前被沉积在内表面上。根据所揭示实施例的方法所生长的起始层可含有氮与硼，且氮的原子浓度比硼更高。此种类型的氮化硼膜称为富氮氮化硼膜。富氮氮化硼起始层将硼更牢固地键结在起始层内，并且降低了膜内的硼的迁移率。在所揭示实施例中，含有原子氮含量大于约53%、大于约56%或大于约58%的富氮氮化硼层可用以形成起始层。根据所揭示实施例的方法所生长的起始层可含有氮与(或)碳。碳与氮原子均是小的，并且能够在层内形成足够强的化学键。不意图局限在特定的理论机制，这些性质可有助于抑制各种物质越过含有大量部分氮、碳或这两者组合的层的扩散。已经发现氮可类似碳来抑制硼扩散，但在较低的浓度下。在所揭示实施例中，起始层可具有大于约10%、大于约20%或大于约30%的原子氮浓度。在所揭示实施例中，起始层可具有小于约47%、小于约44%、小于约42 %、小于约30 %、小于约20 %、或小于约10 %的原子硼浓度。在所揭示实施例中，起始层亦可具有大于约10%、大于约20%、或大于约30%的原子碳浓度。由于碳和氮共同存在且实现类似角色，在所揭示实施例中，起始层亦可具有相加高达到大于约10%、大于约20%、或大于约30%的原子氮浓度与原子碳浓度。根据所揭示实施例，可用以形成起始层的示范性材料为氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、氮碳化硼、与富氮氮化硼。在所揭示实施例中，起始层亦可具有大于约10%、大于约20%、或大于约30%的原子硅浓度。可在起始层中发现的额外元素包括氟和氢。图3为根据所揭示实施例的在从含硼双层扩散到下方硅基材内之后的硼浓度的图表。水平轴310是含硼双层的界面下方的深度(单位是nm)，并且垂直轴305是使用对数刻度的硼原子浓度。显示有未经退火至1050°C的氮化硼/基材堆迭的硼轮廓(曲线335)。 曲线335作为参考曲线是有用的，这是由于硼轮廓会因被维持在相当低温度的基材内的低迁移率而将是最小的。硼浓度从在深度15nm处的1 X 1016at/cm3变化到在深度3nm处的 3 X IO1Wcm30作为对比，亦显示了曲线320，该曲线320对应在快速热退火(RTA或RTP退火) 到1050°C之后于400°C直接地形成在基材上的氮化硼衬里层。硼浓度从在深度15nm处的 1 X 1017at/cm3变化到在深度3nm处的4X 10wat/cm3。由于在基材与衬里层间的界面处不存在有作为阻障物的起始层，层/基材呈现了大量的硼扩散。显示有曲线315，该曲线对应在RTP退火到1050°C之后所形成的在基材与「主体 (bulk)」氮化硼间具有富氮氮化硼界面(约5A厚)的氮化硼层。亦显示有一在量上类似的曲线330，该曲线从形成在5A氮化硅的起始层上的一主体氮化硼层产生，其中该起始层藉由间接沉积制程而被建立在基材上。曲线(315与330)均显示在深度15nm处的2X 1016at/ cm3变化到在深度3nm处的5X 1017at/cm3的硼浓度，该量相比曲线320而言更类似于曲线 335。因此，于氮化硼层与基材间加入一薄起始层可减少在高温退火期间氮化硼到基材内的扩散(近似未经退火的多个层的堆迭的程度)。直接沉积制程除非特别指明，以下讨论均适用于起始层与衬里层。将指出起始层与衬里层间的差异。组成差异在于，在此描述的衬里层含有硼，而起始层可以或不必含有硼。具有微量或不具有硼含量的起始层(包括碳化硅、氮化硅、与氮氧化硅)可藉由传统的方式或在此描述的方法来沉积。已知多种气体用于生长含有氮、碳、氧、硼与硅的膜。氨时常作为反应性氮源以生长含氮膜，但联胺(N2H4)亦已被使用。碳源包括甲烷、乙烷、与通常所谓的CxHy。氧(O2)、臭氧(O3)、一氧化氮(NO)、一氧化二氮(N2O)、二氧化碳(CO2)、与(或)水(H2O)可用作为氧源。 硼源可包括二硼烷(B2H6)、硼氮苯分子(B3N3H6)、与硼氮苯分子的烷基取代衍生物。通常的硅源是硅烷、二硅烷、三硅胺(trisilylamine，TSA)、三甲基硅烷(trimethylsilane，TMS)、 与娃氮烧(Silazane)0将参照图4的流程图来描述一种沉积含硼起始层或衬里层的示范性方法。实例将关注于沉积氮化硼的方法。如操作405所示，将含硼前驱物引进到腔室内。在操作410，含硼膜在腔室中从含硼前驱物被沉积在基材上。接着，在操作415，处理该含硼膜以将膜组成予以改质(例如增加膜的氮含量)。在操作415中处理该含硼膜包括将含硼膜暴露于含氮前驱物。图4代表的依序暴露亦可用来沉积许多在此描述的其他膜。返回操作405，含硼前驱物被引入其中的腔室可以是任何化学气相沉积腔室或等离子体增强化学气相沉积腔室。可使用的腔室的实例包括PRODUCER SE与PRODUCER GT PECVD腔室，此二者均可由美国加州圣克拉拉市的Applied Materials, Inc.获得。在此提供的制程条件用于具有两个隔离的制程区域(每一制程区域具有一基材)的300mm PRODUCER SE腔室。因此，每一基材制程区域与基材所经历的流速为进入腔室的流速的一半。在描述沉积制程的细节之前，应了解，其他方法可用以形成含硼膜以用于作为起始层与衬里层，其中该等方法可以或不必使用图4中表示的依序暴露。起始层可以或不必含有硼且能够藉由同时暴露的方式来沉积。下方基材(其上被沉积有含硼双层)可以是硅、含硅的、或玻璃。基材可以是裸基材，或具有一或多个沉积在其上的材料层与(或)多个形成在其中的特征结构。被沉积在其上的示范性材料可以是半导体的、介电质、与(或)金属。在此，将使用术语「基材」来描述下方基材，或下方基材与一或多个形成且可能图案化在其上的层的组合。在操作405，含硼前驱物可以是二硼烷(B2H6)、、硼氮苯分子(B3N3H6)、与硼氮苯分子的烷基取代衍生物。可以约5SCCm至约50slm的流速(例如约IOsccm至约lslm)将含硼前驱物引进到腔室内。典型地，含硼前驱物连同作为稀释气体的氮(N2)、氢(H2)、氩(Ar)、 或其组合被引进到腔室内。可以约5SCCm至约50slm的流速(例如约Islm至约IOslm)将稀释气体引进到腔室内。对于在腔室中不存在有等离子体的含硼膜的沉积，在沉积期间，腔室中基材支撑件的温度可以被设定在约100°c至约1000°C (例如约300°C至约500°C )，并且腔室中压力可以是约IOmTorr至约760Torr (例如约2Torr至约IOTorr)。含硼前驱物可和含氮、含碳、 含氧、与(或)含硅前驱物结合，并且以约5SCCm至约50slm的流速(例如约IOsccm至约 lslm)同时被流到腔室中。对于在腔室中存在有等离子体的含硼膜的沉积，在沉积期间，腔室中基材支撑件的温度可以被设定在约100°c至约1000°C (例如约300°C至约500°C )，并且腔室中压力可以是约IOmTorr至约760Torr (例如约2Torr至约IOTorr)。可由被传递到腔室的喷头电极与(或)基材支撑件电极的RF功率来提供等离子体。RF功率可被提供于在约IOOkHz至高达约IMHz的单一低频(例如约300kHz至约400kHz)下为约2W至约5000W的功率级别(例如约30W至约1000W)，或被提供于在大于约IMHz的单一高频(例如大于约IMHz至高达约 60MHz，诸如13. 6MHz)下为约2W至约5000W的功率级别(例如约30W至约1000W)。或者， RF功率可被提供于包括第一频率与第二频率的混合频率，其中该第一频率为在约2W至约 5000W功率级别(例如约30W至约1000W)下约IOOkHz至高达约IMHz (例如约300kHz至约 400kHz)，而该第二频率为在约2W至约5000W功率级别(例如约30W至约1000W)下大于约 IMHz (例如大于约IMHz至高达约60MHz，诸如13. 6MHz)。在实施例中，可在图4的操作415中藉由将含氮前驱物引进来形成氮化硼膜。可使用的含氮前驱物的实例包括氨(NH3)、联胺(N2H4)。氮化硼膜的厚度可为约2A至约5000A。亦可使用其他前驱物，包括含氧前驱物、含硅前驱物、含碳前驱物、含磷前驱物等。亦可使用该等前驱物的组合。在一些例子中，在含硼前驱物位于腔室中时，这些前驱物可以存在(未示于图4中)。或者，可在将含硼前驱物引进到之前或之后，将该等前驱物引进到腔室内。含氧前驱物的实例包括氧(O2)、一氧化氮(NO)、一氧化二氮(N2O)、二氧化碳(CO2)、与水(H2O)。可使用的含硅前驱物的实例包括硅烷、三硅胺(trisilylamine， TSA)、三甲基硅烷(trimethylsilane，TMQ、与硅氮烷(silazane)，例如六甲基环三硅氮烷 (hexamethylcyclotrisilazane, HMCTZ)。可使用的含碳前驱物的实例包括具有一般化学式CxHy的碳氢化合物前驱物，例如烷类、烯类、与炔类。可使用的含磷前驱物的一实例为磷化氢(PH3)。可在腔室中于存在有或不存在有等离子体下从含硼前驱物将膜沉积在基材上。 膜可具有约2A至约5000A的厚度。操作415亦可包括藉由将氮引进到膜内以将氮化硼膜的组成予以改质且形成氮化硼膜的处理。此处理选自由等离子体制程、紫外线(UV)硬化制程、热退火制程、与其组合所构成的群组，并且包含将含硼膜暴露于含氮前驱物以将氮引进到膜内且形成氮化硼膜。 含氮前驱物可以是例如氮气(N2)、氨(NH3)、或联胺(N2H4)。含氮前驱物能够以稀释气体(例如氩、氦、氢、或氙)来稀释。在处理包含等离子体制程的实施例中，等离子体制程能够在和沉积氮化硼膜相同或不同的腔室中执行。可藉由传递到腔室的喷头电极与(或)基材支撑件电极来提供等离子体。RF功率可被提供于约2W至约5000W的功率级别(例如约30W至约1000W)、约IOOkHz 至高达约IMHz的单一低频(例如约300kHz至约400kHz)，或被提供于约2W至约5000W的功率级别(例如约30W至约1000W)、大于约IMHz的单一高频(例如大于约IMHz至高达约 60MHz，诸如13. 6MHz)。或者，RF功率可被提供于包括第一频率与第二频率的混合频率，其中该第一频率为在约2W至约5000W功率级别(例如约30W至约1000W)下约IOOkHz至高达约IMHz (例如约300kHz至约400kHz)，而该第二频率为在约2W至约5000W功率级别(例如约30W至约1000W)下大于约IMHz (例如大于约IMHz至高达约60MHz，诸如13. 6MHz)。 在处理期间，可以约kccm至约50slm的流速(例如约IOOsccm至约500sccm)将含氮前驱物引进到腔室内。可将含氮前驱物流入腔室长达一时段，例如约1秒至约2小时(例如约 1秒至约60秒)。在处理期间，腔室压力可以是约IOmTorr至约760Torr，并且腔室中基材支撑件的温度可以是约20°C至约1000°C。等离子体制程的增加的高频RF功率、增加的NH3 流速、与更长的处理时间可用来调整膜的蚀刻速率。在处理包含UV硬化制程的实施例中，UV硬化制程能够在和沉积腔室相同的腔室中执行，或在丛集工具的部分的腔室中执行(其中该丛集工具包括有沉积含硼膜的沉积腔室)。例如，可在作为PRODUCER 平台的一部分的NANO⑶RE 腔室中执行UV硬化制程(其中该PRODUCER 平台包括有沉积含硼膜的PECVD腔室)。可使用的示范性UV硬化制程条件包括约IOmTorr至约760 !^的腔室压力与约 20°C至约1000°C的基材支撑件温度。在处理期间，可以约kccm至约50sCCm的流速将含氮前驱物引进到腔室内。可将含氮前驱物流入腔室长达一时段，例如约1秒至约2小时(例如约1秒至约10分钟)。可藉由任何UV源来提供UV辐射，例如水银微波弧灯、脉冲化氙闪光灯、或高效率UV发光二极体阵列。UV辐射可具有例如约170nm至约400nm的波长。处理可包含将含硼膜暴露于约lWatt/cm2至约lOOOWatt/cm2的紫外线辐射，并且紫外线辐射可提供约0. 5eV至约IOeV的光子能量(例如约IeV至约6eV)。典型地，硬化制程从膜移除氢，这是令人期望的，这是因为氢会扩散通过膜并进入基材的半导体区域且劣化形成在基材上的器件的可靠度。UV硬化制程亦典型地增加膜的密度且降低了蚀刻速率。在此描述的处理制程可在和沉积膜(例如含硼膜)相同或不同的腔室中执行。氮化硼层可被形成为富氮的，以为了执行对硼扩散的阻障物的功效且使层适于作为一起始层。根据图4的流程图所形成的氮化硼层可藉由变更操作415的制程参数而使其为富氮的。更详细地说，可延长化学暴露或硬化的时段。可增加含氮前驱物的流速。可藉由升高温度、增加辐射的密度、与(或)改变UV光大致上朝向较短波长的光谱分布来加强硬化步骤。若等离子体激发被用在操作415，增加等离子体功率级别以增加氮含量亦是可行的。尽管，在图4的实施例中，基材是依序地被暴露于含硼前驱物与含氮前驱物；在替代性实施例中，基材同时地被暴露于含硼前驱物与含氮前驱物。大致上来说，同时的暴露容许更大的膜生长速率，但可能牺牲一些控制薄氮化硼膜的性质与厚度的能力。在这样的实施例中，含硼前驱物与含氮前驱物被引进到腔室内，并接着在腔室中被反应以化学地气相沉积一氮化硼膜于基材上。氮化硼膜的形成是示范性的。大致上来说，双层的膜包括一起始层，该起始层能够执行作为阻障物以防止双层内的硼扩散到下方基材内。含硼前驱物、含氮前驱物、含硅前驱物、含氧前驱物、含碳前驱物、含磷前驱物、与其组合亦可同时地被引进到腔室内以沉积起始层与(或)衬里层。各种前驱物的反应可在腔室中存在有或不存在有等离子体下执行。在实施例中，可将基材同时暴露于具有RF等离子体激发及上述制程条件的在流速的硅烷与氨来形成异质起始层。得到的起始层的第一部分是氮化硅(SiN)，该氮化硅形成了对扩散进出基材的阻障物。在不关闭等离子体或制程气体流下，可添加二硼烷到制程区域以生长起始层的第二部分，该第二部分是由氮硼化硅(SiBN)构成。已经发现，这可促进一后续沉积的氮化硼层与基材(尤其是在沉积起始层之前具有暴露的金属(例如铜)的区域中)之间的粘附性。在不同实施例中，氮化硅层的厚度可以是约3A-10A，并且氮硼化硅的厚度可以是约3A-10A。在此使用的术语「起始层」均指异质起始层与均质起始层。刚才描述的异质起始层是示范性的，并且其他材料能够以其他制程与前驱物来沉积以形成不同的异质起始层。间接沉积制程以下讨论适用在可对进出下方基材的扩散形成阻障物的起始层。起始层可以或不必含有硼。具有微量或不具有硼含量(包括碳化硅、氮化硅、与氮氧化硅)的起始层可藉由传统的方式或以在此描述的方法来沉积。有多种气体可获得以用于生长含有氮、碳、氧、硼与硅的膜。氨可作为一反应性氮源以生长含氮膜，但联胺(N2H4)亦已可使用。碳源包括甲烷、乙烷、与通常所谓的 CxHy0氧(O2)、臭氧(O3)、一氧化氮(NO)、一氧化二氮(N2O)、二氧化碳(CO2)、与(或)水 (H2O)可用作为氧源。硼源可包括二硼烷(B2H6)、硼氮苯分子(B3N3H6)、与硼氮苯分子的烷基取代衍生物。通常的硅源是硅烷、二硅烷、三硅胺(trisilylamine，TSA)、三甲基硅烷 (trimethylsilane, TMS)、与娃氮烧(silazane)。将参照图5流程图来描述一种沉积起始层的示范性方法。实例将关注在沉积氮化硅的方法。如操作520-521所示，将一含氮前驱物与一含硅前驱物引进到腔室内。在操作522，建立一等离子体以在基材的内表面上沉积一氮化硅膜。接着，在操作530，基材被传送到制程腔室内。在操作M0，激发第二等离子体以从腔室的内表面移动一些氮化硅到基材， 其中该基材已先在操作530被传送到制程腔室内。此种形成膜的间接方法亦可用于除了氮化硅以外的膜，包括碳化硅、氮氧化硅、与富氮氮化硼。用在操作520-540的腔室可以是化学气相沉积腔室或等离子体增强化学气相沉积腔室。可使用的腔室的实例包括PRODUCER SE与PRODUCER GTPECVD腔室，此二者均可由美国加州圣克拉拉市的Applied Materials, Inc.获得。在此提供的制程条件用于具有两个隔离的制程区域(每一制程区域具有一基材)的300mm PRODUCER SE腔室。因此，每一基材制程区域与基材所经历的流速为进入腔室的流速的一半。在描述沉积制程的细节之前，应了解，其他方法可用以形成阻障物膜以为了作为起始层与衬里层，其中该等方法可以或不必使用图5代表的间接沉积技术。氮化硅是时常用在电子器件的材料，并且其他方法可用以沉积氮化硅起始层，然而膜的厚度难以控制。下方基材(其上被沉积有含硼双层)可以是硅、含硅的、或玻璃。基材可以是裸基材，或具有一或多个沉积在其上的材料层与(或)多个形成在其中的特征结构。被沉积在其上的示范性材料可以是半导体的、介电质、与(或)金属。在此，将使用术语「基材」来描述下方基材，或下方基材与一或多个形成且可能图案化在其上的层的组合。在操作520，含氮前驱物可以是经由起泡器来传送的双原子氮(N2)、氨(NH3)、联胺 (N2H4)、或甚至氢氧化铵(NH4OH)。这些前驱物的组合亦是可行的。可以约kccm至约50slm 的流速(例如约IOsccm至约lslm)将含氮前驱物引进到腔室内。典型地，含氮前驱物连同作为稀释气体的氮(N2)、氢(H2)、氩(Ar)、或其组合被引进到腔室内。可以约5sCCm至约 50slm的流速(例如约Islm至约IOslm)将稀释气体引进到腔室内。在操作521，含硅前驱物可以是硅烷、二硅烷、三硅胺(trisilylamine，TSA)、三甲基硅烧(trimethylsilane, TMS)、与(或)硅氮烧(silazane)。可以约 5sccm 至约 50slm 的流速(例如约IOsccm至约lslm)将含硅前驱物引进到腔室内。典型地，含硅前驱物连同作为稀释气体的氮(N2)、氢(H2)、氩(Ar)、或其组合被引进到腔室内。可以约5sCCm至约 50slm的流速(例如约Islm至约IOslm)将稀释气体引进到腔室内。在操作522，藉由在制程腔室中建立等离子体以沉积氮化硅于腔室的内表面上。 对于在腔室中存在有等离子体的起始层的沉积，在沉积期间，腔室中基材支撑件的温度可以被设定在约100°C至约1000°C (例如约300°C至约500°C )，并且腔室中压力可以是约 IOmTorr至约760Torr (例如约2Torr至约IOTorr)。可由被传递到腔室的喷头电极与(或) 基材支撑件电极的RF功率来提供等离子体。RF功率可被提供于在约IOOkHz至高达约IMHz 的单一低频(例如约300kHz至约400kHz)下为约2W至约5000W的功率级别(例如约30W 至约1000W)，或被提供于在大于约IMHz的单一高频(例如大于约IMHz至高达约60MHz，诸如13. 6MHz)下为约2W至约5000W的功率级别(例如约30W至约1000W)。或者，RF功率可被提供于包括第一频率与第二频率的混合频率，其中该第一频率为在约2W至约5000W功率级别(例如约30W至约1000W)下约IOOkHz至高达约IMHz (例如约300kHz至约400kHz)， 而该第二频率为在约2W至约5000W功率级别(例如约30W至约1000W)下大于约IMHz (例如大于约IMHz至高达约60MHz，诸如13. 6MHz)。氮化硅亦可在腔室中不存在有等离子体下被沉积在腔室的内表面上，在沉积期间，腔室中基材支撑件的温度可以被设定在约100°C至约1000°C (例如约300°C至约 5000C )，并且腔室中压力可以是约IOmTorr至约760Torr (例如约2Torr至约IOiTorr)。无论是否使用等离子体在腔室的内表面上沉积材料，氮化硅不是可被沉积的唯一材料。其他膜可用作为阻障物材料。含有硅、氮与额外材料的膜是可行的。含氮前驱物与含硅前驱物可和含硼、含碳、与(或)含氧前驱物结合，并且同时地以约5sCCm至约50slm 的流速(例如约IOsccm至约lslm)被流到腔室中。在腔室的内表面上沉积了阻障物材料之后，在操作530将基材传送到腔室内。在操作535，将惰性气体引进到腔室内。示范性惰性气体可包括一或多种气体，例如氮(N2)、 氢(H2)、氦(He)、氩(Ar)、或氙(Xe)。惰性气体可和反应性前驱物(例如用来涂覆腔室的内表面的反应性前驱物)结合。除了从内表面被再分布的材料之外，反应性前驱物可接着供应材料到起始层。在操作M0，建立一等离子体以从腔室的内表面传送一部分的阻障物材料(即流程图中的氮化硅)到基材。可藉由传递到腔室的喷头电极与(或)基材支撑件电极来提供等离子体。RF功率可被提供于约2W至约5000W的功率级别(例如约30W至约 1000W)、约IOOkHz至高达约IMHz的单一低频(例如约300kHz至约400kHz)，或被提供于约 2W至约5000W的功率级别(例如约30W至约1000W)、大于约IMHz的单一高频(例如大于约IMHz至高达约60MHz，诸如13. 6MHz)。或者，RF功率可被提供于包括第一频率与第二频率的混合频率，其中该第一频率为在约2W至约5000W功率级别(例如约30W至约1000W)下约IOOkHz至高达约IMHz (例如约300kHz至约400kHz)，而该第二频率为在约2W至约5000W 功率级别(例如约30W至约1000W)下大于约IMHz (例如大于约IMHz至高达约60MHz，诸如 13. 6MHz)。在处理期间，可以约kccm至约50slm的流速(例如约IOOsccm至约500sccm)将惰性气体引进到腔室内。可将惰性气体流入腔室长达一时段，例如约1秒至约2小时(例如约1秒至约60秒)。在处理期间，腔室压力可以是约IOmTorr至约760Torr，并且腔室中基材支撑件的温度可以是约20°C至约1000°C。氮化硼层可用作为起始层，并且可在腔室的内表面上沉积氮化硼的期间被形成为富氮的。可藉由变更沉积制程参数而使被形成在内表面上的氮化硼层为富氮的。举例而言， 可增加含氮前驱物对含硼前驱物的比例。类似用在先前节(section)的直接沉积制程的处理，后沉积处理可在此节所描述的间接沉积制程中具有应用性。这些处理可用来调整阻障物材料的性质，无论是当阻障物材料是位在腔室的内表面上时或在其被沉积到基材表面上后皆可。为了形成一富氮氮化硼层，可延长暴露于含氮前驱物的时段或硬化的时段、可增加含氮前驱物的流速、与(或)可增加等离子体功率级别。如同在此所使用，「基材」可以是一支撑基材而具有或不具有多个层形成在其上。 支撑基材可以是具有各种掺杂浓度与轮廓的绝缘体或半导体，并且可以是例如用于集成电路制造中半导体基材类型。「激发状态」的气体是描述一气体，其中至少一些气体分子处于振动地激发、解离、与(或)离子的状态。气体可以是两或多种气体的组合。术语「沟道」 用在本文而不意指经蚀刻的几何形态必须具有大的水平深宽比。从表面上方观之，沟道可以是圆形、椭圆形、多边形、矩形、或各种其他形状。已经揭示了一些实施例，本领域技术人员可知悉的是，在不脱离所揭示实施例的精神下可使用各种变化、替代性结构、与均等物。此外，本文没有描述许多已知的制程与构件，以为了不必要地避免模糊化本发明。因此，前述说明应不被视为本发明的范畴的限制。在提供数值范围的处，应了解亦详细地揭示了在该范围的上限和下限间的各个中间数值，低达下限的单位的十分之一(除非文中有清楚地说明)。在一叙述范围中的任何叙述数值或中间数值与在该叙述范围中的任何其他叙述或中间数值之间的各个较小范围被涵盖在内。这些较小范围的上限与下限可独立地被包括在范围中或被排除在范围外，并且各个范围(其中上限与下限的两者或没有任一者被包括在较小范围中)亦被涵盖在本发明内。对于所描述范围包括限制的一或两者，将包括在内的限制的一者或两者排除的范围亦被涵盖在内。如同在此与在随附申请专利范围中所使用，单数形式「一(a)」、「一(an)」与「该」 包括复数个指称物，除非文中有清楚地说明。因此，例如「制程」的指称包括复数个这样的制程，并且「介电质材料」的指称包括一或多个介电材料与本领域技术人员所已知的其均等物、及诸如此类者。此外，当在说明书与随附权利要求中使用术语「包含(comprise)」、「包含 (comprising)」、「包括(include)」、「包括(including)」、与「包括(includes)」时，其意图指明所叙述特征、整数、部件、或步骤的存在，但其不排除一或多个其他特征、整数、部件、步骤、动作、或群组的存在或增添。
权利要求
1.一种在制程腔室中沉积双层衬里于基材上的沟道中的方法，该方法包含下列步骤 形成起始层，该起始层具有小于或约15A的厚度，并且包含选自从氮与碳构成的元素群组中的至少一种；以及形成含硼层于该起始层上；其中该起始层减少硼从该含硼层到该基材内的扩散。
2.如权利要求1所述的方法，其中该含硼层的厚度小于或约200A。
3.如权利要求1所述的方法，其中该起始层包含氮化硅。
4.如权利要求1所述的方法，其中该起始层包含氮化硅层与氮硼化硅层。
5.如权利要求1所述的方法，其中该含硼层包含氮化硼。
6.如权利要求1所述的方法，其中该起始层包含氮，并且具有大于约10%的原子氮浓度且具有小于10%的原子硼浓度。
7.如权利要求1所述的方法，其中该起始层包含碳，并且具有大于约10%的原子碳浓度且具有小于10%的原子硼浓度。
8.如权利要求1所述的方法，其中该起始层包含碳与氮两者，并且碳与氮的原子浓度总和大于约10%，并且该起始层具有小于10%的原子硼浓度。
9.如权利要求1所述的方法，其中该起始层包含富氮氮化硼层。
10.如权利要求9所述的方法，其中该起始层包含硼与氮，原子硼浓度小于约47%且原子氮浓度大于约53%。
11.如权利要求9所述的方法，其中该起始层包含硼与氮，原子硼浓度小于约44%且原子氮浓度大于约56%。
12.如权利要求9所述的方法，其中该起始层包含硼与氮，原子硼浓度小于约42%且原子氮浓度大于约58%。
13.—种在制程腔室中沉积双层衬里于基材的表面上的方法，该方法包含下列步骤 形成阻障物材料层于该制程腔室的内表面上，其中该阻障物材料层包含选自从氮与碳构成的群组中的至少一种元素； 将基材传送到该制程腔室内；藉由在该制程腔室中引发等离子体以从该制程腔室的内表面再分布一部分的扩散阻障物材料到该基材上，藉此形成一起始层于该基材上，其中该起始层具有小于或约15A的厚度；以及形成含硼层于该起始层上。
14.如权利要求13所述的方法，其中该基材的表面包含沟道。
15.如权利要求13所述的方法，其中该含硼层的厚度小于或约200A。
16.如权利要求13所述的方法，其中该起始层包含氮化硅。
17.如权利要求13所述的方法，其中该含硅层包含氮化硼。
18.如权利要求13所述的方法，其中该起始层包含氮，并且具有大于约10%的原子氮浓度且具有小于10%的原子硼浓度。
19.如权利要求13所述的方法，其中该起始层包含碳，并且具有大于约10%的原子碳浓度且具有小于10%的原子硼浓度。
20.如权利要求13所述的方法，其中该起始层包含碳与氮两者，并且碳与氮的原子氮浓度的总和大于约10%且具有小于10%的原子硼浓度。
21.如权利要求13所述的方法，其中该起始层包含富氮氮化硼层。
全文摘要
一种沉积含硼衬里层于基材上的方法，涉及双层的形成，该双层包括起始层，该起始层包括阻障物材料以抑制硼从该双层到下方基材内的扩散。
文档编号H01L21/76GK102460679SQ201080027470
公开日2012年5月16日 申请日期2010年6月15日 优先权日2009年6月22日
发明者D·R·威蒂, M·巴尔塞努, 夏立群, 陈滢 申请人:应用材料公司