专利名称：以可变的氮/氢比所制造的自由基来生长介电薄膜的方法
以可变的氮/氢比所制造的自由基来生长介电薄膜的方法相关申请的交叉引用本申请是2010 年 12 月 16 日提交的、题为 “DIELECTRIC FILM GROWTH WITHRADICALS PRODUCED USING FLEXIBLE NITROGEN/HYDROGEN RATIO (以可变的氮 / 氢比所制造的自由基来生长介电薄膜的方法)”的美国专利申请No. 12/969877的PCT申请，并且要求 2009 年 12 月 30 日提交的题为“NITRIDE FILM GROWTH WITH RADICALS PRODUCED USINGFLEXIBLE NITROGEN/HYDROGEN RATIO (以可变的氮/氢比所制造的自由基来生长氮化膜的方法)”的美国临时专利申请No. 61/291054的权益，上述申请的内容通过引用整体结合于此。发明背景自从数十年前引进了半导体器件，半导体器件的几何结构在尺寸上已显著地减 小。当代半导体制造设备常规地生产具有45nm、32nm及28nm的特征尺寸的器件，并且正在开发和实现新的设备来制造具有甚至更小几何结构的器件。减小的特征尺寸造成器件上的结构性特征具有减小的空间尺寸。器件上的间隙及沟槽的宽度窄化至间隙深度与间隙宽度的深宽比变得高到足以使用介电材料来填充间隙受到挑战的程度。在完全填充间隙之前，沉积介电材料倾向于堵塞在顶部，因而在间隙的中间产生孔隙及缝隙。历经多年，已经发展出许多技术来防止介电材料堵塞在间隙的顶部，或“修复(heal) ”已形成的孔隙及缝隙。已经启用ー种高度可流动的前驱物材料的方法，其中高度可流动的前驱物可以液相施加至旋涂基板表面(例如，SOG沉积技木)。这些可流动前驱物可流至非常小的基板间隙中并填充非常小的基板间隙，而不会形成孔隙或松软缝隙。然而，一旦沉积这些高度可流动材料之后，必须将这些高度可流动材料硬化成固体介电材料。在许多例子中，硬化エ艺包括热处理，以自沉积材料移除碳及羟基而留下诸如氧化硅之类的固体电介质。不幸地，碳及羟基种类的离开通常会在硬化的电介质中留下孔洞，而降低最終材料的品质。此外，硬化电介质亦倾向缩减体积，这可能在电介质与周围基板的界面处留下裂缝或间隔。在一些例子中，硬化的电介质的体积可能减小40%或更多。因此，需要在结构基板上形成介电材料而不会在基板间隙和沟槽中产生孔隙、缝隙或两者的新沉积エ艺及材料。也需要以较少孔洞及较少体积减小来硬化可流动介电材料的材料与方法。在本发明中实现此项及其他的需求。
发明内容本发明描述形成介电层的方法。本方法可包括以下步骤混合含硅前驱物与氮自由基前驱物，以及沉积介电层至基板上。氮自由基前驱物在远端等离子体中藉由将氢(H2)及氮(N2)流动至等离子体中以便允许调整氮/氢比例而形成。介电层起初为含硅及氮层，所述含硅及氮层可藉由在含氧环境中固化和/或退火薄膜而转化为含硅及氧层。本发明诸实施例包括在基板处理腔室的无等离子体基板处理区域中的基板上形成介电层的方法。所述方法包括以下步骤流动含氮及氢气体至等离子体区域中以产生氮自由基前驱物。含氮及氢气体包含氢(H2)及氮(N2)以允许进入所述等离子体区域中的氮氢原子流量比的选择能有更大的可变性。所述方法进ー步包括以下步骤在无等离子体基板处理区域中结合含硅前驱物与氮自由基前驱物，以及沉积介电层至基板上。其他实施例及特征部份阐述于下文，且部份对本领域技术人员而言可基于检视本说明书而为显而易见，或可藉由实施本发明来了解。可藉由说明书中描述的工具构件、组合物、及方法来理解及达成本发明的特征及优点。
可藉由參照说明书的其余部分及附图以更进一歩了解本发明的特性与优势，其中在附图中使用相似參考元件符号来表示相似的组件。在一些情况中，子标签(sublabel)与參考元件符号相关联且接续ー连号以表示为多个相似组件中的ー个。当參照ー參考元件符号而未指定子标签，则表示所有此类多个相似组件。第I图为根据本发明实施例例示制造氧化硅薄膜的选择步骤的流程图。 第2图为根据本发明实施例例示用于在基板间隙中形成氧化硅薄膜的选择步骤的另一流程图。第3图为根据本发明实施例的基板处理系统的示意图。第4A图为根据本发明实施例的基板处理腔室的示意图。第4B图为根据本发明实施例的基板处理腔室的喷淋头的示意图。
具体实施方式本发明描述形成介电层的方法。本方法可包括以下步骤混合含硅前驱物与氮自由基前驱物，以及沉积介电层至基板上。氮自由基前驱物在远端等离子体中藉由将氢(H2)及氮(N2)流动至等离子体中以便允许调整氮/氢比例而形成。介电层起初为含硅及氮层，所述含硅及氮层可藉由在含氧环境中固化和/或退火薄膜而转化为含硅及氧层。増加用于形成氮自由基前驱物的氮的浓度降低了初期(nascent)可流动性，但大体上产生更高的薄膜品质(例如，较高密度、较少缩減)。另ー方面，减少氮的浓度增加了沉积期间的初期可流动性而牺牲薄膜品质。在沉积之后，含硅及氮层可在含氧环境中固化和/或退火以将所述层转化为氧化硅。现将描述关于形成氧化硅层的方法与系统的其他细节。示例件氧化硅形成エ艺第I图示出根据本发明实施例制造氧化硅薄膜的方法100的选择步骤的流程图。方法100包括提供不含碳的含硅前驱物至基板处理区域(操作102)。例如，不含碳的含硅前驱物可为硅及氮前驱物、硅及氢前驱物、或含硅-氮及氢前驱物、以及其他类型的含硅前驱物。除了不含碳之外，硅前驱物可为不含氧。氧的缺乏导致从前驱物形成的硅及氮层中的硅醇(Si-OH)基的浓度较低。沉积薄膜中过量的硅醇成份(moieties)会在自沉积层移除羟基(-0H)成份的后沉积步骤期间致使孔隙度及缩减增加。在本发明实施例中，含硅前驱物可为不含碳的含硅前驱物或可为含硅及氮的前驱物。此类前驱物的具体示例包括硅烷胺(silyl-amines)，例如H2N(SiH3)、HN(SiH3)2、N(SiH3)3及其他硅烷胺。不含碳的含硅前驱物的进ー步示例包括=N(SiH2SiH3)3以及较长的硅烷基链。在不同实施例中，含硅前驱物的流速可大于或约200sccm、大于或约300sccm、或大于或约500sCCm。所有在本文中给定的流速涉及双重腔室基板处理系统。单一晶圆系统将需要这些流速的一半，以及其他晶圆尺寸的流速将需要乘上处理区域来调整大小。这些硅烷胺可混合作为载气、反应气体或两者的添加气体。示例性添加气体可包括H2、N2, nh3、He及Ar，及其他气体。不含碳的含硅前驱物的示例亦可単独包括硅烷(SiH4)或混合其他含硅(例如，N(SiH3)3)、氢(例如，H2)、和/或氮(例如，N2, NH3)的气体的硅烷。不含碳的含硅前驱物也可单独包括ニ硅烷、三硅烷、甚至是更高序列的硅烷、及氯化硅烷，或者包括上述硅烷彼此之间的组合，或上述硅烷与先前提及的不含碳的含硅前驱物的组合。不含碳的含硅前驱物在进入无等离子体基板处理区域之前未在等离子体区域(例如，远端等离子体区域)中激发。一般而言，在本发明实施例中可使用具有一些碳的含硅前驱物。碳的存在可増加可流动性，但也使整个薄膜的缩减加剧。一些应用自可流动性的获益大于这些应用受到缩减的伤害。在一些实施例中，一些碳可存在于含硅前驱物中，且示例性含硅前驱物包括N(SiH2CH3)3。各种其他的含碳-氮及硅前驱物可能是适当的，并可藉由调整硅烷基链的长度以及用碳取代ー个或多个硅原子来达成。
氮(N2)及氢(H2)被提供至等离子体区域以形成氮自由基前驱物(操作104)。氮自由基前驱物为含氮自由基的前驱物，所述含氮自由基的前驱物在基板处理区域外侧的等离子体区域中由氮及氢产生。例如，含有H2及N2的稳定的氮前驱物化合物可在腔室等离子体区域或在处理腔室外侧的远端等离子体系统(RPS)中被活化，以形成氮自由基前驱物，所述氮自由基前驱物随后被输送至基板处理区域(操作106)。在不同的实施例中，氢的流速可大于或约500sccm、大于或约lslm、或大于或约I. 5slm，而在不同的实施例中，氮(N2)的流速可大于或约250sccm、大于或约500sccm、或大于或约750sccm。在腔室等离子体区域产生的氮自由基前驱物可为· N、·ΝΗ、· NH2等中的ー个或多个，并可伴随等离子体中形成的离子种类。氮自由基前驱物流动至无等离子体基板处理区域(操作106)。在采用腔室等离子体区域的实施例中，氮自由基前驱物在从沉积区域分隔出的基板处理区域的区段中产生，其中前驱物在沉积区域混合并反应以在沉积基板(例如，半导体晶圆)上沉积硅及氮层。氮自由基前驱物也可伴随诸如氦、氩等的载气。在含硅及氮层的生长期间及低温臭氧固化期间，基板处理区域在本文可描述为“无等离子体(plasma-free) ”。“无等离子体”并非代表区域中完全没有等离子体。在等离子体区域中产生的离子化种类确实穿过隔板(喷淋头)中的孔洞(穿孔)，但不含碳的含硅前驱物实质上并未藉由施加至等离子体区域的等离子体功率所激发。腔室等离子体区域中的等离子体的边界难以界定，且等离子体可能经由喷淋头中的穿孔侵入基板处理区域。在感应耦合等离子体的例子中，可在基板处理区域中直接地引起少量的离子化。再者，可在基板处理区域中产生低強度等离子体，而不消除所形成薄膜的可流动特性。在氮自由基前驱物的产生期间，所有造成等离子体具有远低于腔室等离子体区域的离子密度的因素并未偏离本文所述“无等离子体”的范畴。 在基板处理区域中，不含碳的含硅前驱物及氮自由基前驱物混合并反应，以在沉积基板上形成含硅及氮薄膜(操作108)。经沉积的含硅及氮薄膜可与一些导致低沉积速率的配方(recipe)组合共形地(conformally)沉积。在其他实施例中，经沉积的含娃及氮薄膜具有不同于常规氮化硅(Si3N4)薄膜沉积技术的可流动特性。所形成的可流动特性允许薄膜流入基板的沉积表面上的窄间隙沟槽以及其他结构。可流动性可归因于由于混合氮自由基前驱物与不含碳的硅前驱物所产生的各种性质。这些性质可包括在沉积薄膜中的显著氢组分和/或短链聚硅氮烷聚合物的存在。在薄膜的形成期间及之后，这些短链生长且连结成网络以形成更致密的介电材料。举例而言，沉积薄膜可具有娃氮烧类型，Si-NH-Si主链(backbone)(亦即，Si-N-H薄膜)。当含娃前驱物及氮自由基前驱物皆为不含碳时，沉积的含硅及氮薄膜实质上也为不含碳。当然，“不含碳”并非代表薄膜甚至连微量的碳也没有。碳污染物可能存在于前驱物材料中，所述碳污染物自己找到路径进入沉积的硅及氮前驱物中。然而，这些碳不纯物的量远小于将在具有碳成份(例如，TEOS, TMDSO等)的含硅前驱物中所发现的量。在本发明实施例中，经沉积的薄膜可为不含碳的Si-N-H薄膜。在含硅及氮层的沉积之后，沉积基板可在含氧大气中固化和/或退火(操作110)。固化可在含臭氧的大气中于低于或约400°C的基板温度下发生。在一些情况下(例如，基板温度介于约100°C至约200°C)，已发现可基本上完全地转化，使得在一些实施例中在含氧环境中的相对高温退火可为非必要的。在固化含硅及氮层之后，可能期望在含氧大气中退火基板，以进ー步将薄膜转化为氧化硅。含氧大气可包含ー种或多种含氧气体，例如氧分子
(O2)、臭氧(O3)、水蒸气(H2O)、过氧化氢(H2O2)及氮氧化物(NO、NO2等)、以及其他含氧气体。含氧大气也可包括氧自由基及羟基种类，例如氧原子(O)、氢氧根(OH)等，所述氧自由基及羟基种类可远端产生并输送至基板腔室中。也可存在含氧种类的离子。基板的氧退火温度可介于约500°C至约1100°C之间。当使用等离子体时，所述等离子体可能位在基板处理区域中、位于喷淋头所分离的分离区域中或位于远端等离子体系统(RPS)中。固化及氧退火的含氧大气均提供氧以将含硅及氮薄膜转化为氧化硅(SiO2)薄膜。如先前所示，含硅及氮薄膜中缺乏碳造成最終氧化硅薄膜中形成显著较少的孔洞。此举在转化为氧化硅的期间也导致薄膜的体积下降(亦即，缩减)较少。例如，当由含碳的硅前驱物与氮自由基形成的硅-氮-碳层转化为氧化硅时，可能会减缩40体积％或更高，而实质上不含碳的硅及氮薄膜可能减缩约17体积％或更少。藉由引入及增加进入等离子体区域中的氮流量来增加氮氢的原子流量比通常进ー步降低缩减。在不同实施例中，缩减可低于或约17体积％、低于或约16体积％、低于或约15体积％、低于或约14体积％。在不同实施例中，氮氢的原子流量比可高于1:3(1/3)，高于或约1:2、高于或约2:3、或高于或约1:1。在本文中，若n2/d2高于(或低于)IVd1,则表示n2:m2的比值高于(或低于)Ii1Id1的比值。一般而言，本文在各个示例中所述的稳定的氮前驱物为包括氮(N2)及氢(H2)两者的含氮及氢气体。在实施例中，当选择流动至远端等离子体区域及从远端等离子体区域流出的H:N比例吋，稳定的氮前驱物包括氮及氢，但可基本上完全没有氨和/或联氨以増加可变性。氨(NH3)及联氨(N2H4)各自包括固定的氮与氢原子比例，且包括其中的任ー个(或两者)将限制可能的H:N比例的范围。然而，在本发明实施例中，含氮及氢气体可进ー步包括氨(NH3)和/或联氨(N2H4)15当选择氮氢原子流量比时，使用氮(N2)及氢(H2)取代ー些(或全部)的氨/联氨可提供额外的可变性。在后沉积エ艺期间，选择上述相对高的氮氢原子比以改良薄膜品质并降低缩减。此类实施例有助于将薄膜整合在各种处理流程中。为了増加薄膜的可流动性，也可降低氮氢比至低于1:3。为了填充非常窄的沟槽，这可能是符合期望的。在不同实施例中，氮氢原子流量比可低于1:3(1/3)，低于或约1:4，低于或约1:5，或低于或约1:7。薄膜缩减(大略随着增加氮流动而降低)通常将随着输送至等离子体区域中的氢增加而增加。稳定的氮前驱物将进一歩含有氧源，所述氧源降低可流动性但增加氧含量，从而有利于转化为氧化硅。现參照第2图，第2图示出根据本发明实施例图示在基板间隙中形成氧化硅薄膜的方法200的选择步骤的另一流程图。方法200包括移送包含间隙的基板至基板处理区域中(操作202)。基板具有用于形成在基板上的器件部件(例如晶体管)的空间及结构的间隙。间隙可具有界定高度与宽度(亦即H/W)的高宽比(AR)的高度及宽度，所述高宽比显著大于1:1 (例如5:1或更高、6:1或更高、7:1或更高、8:1或更高、9:1或更高、10:1或更高、11:1或更高、12:1或更高等)。在诸多实例中，高AR归因于小间隙宽度，所述间隙宽度范围自约90nm至约22nm或更小(例如，约90nm或更小、65nm或更小、45nm或更小、32nm或更小、28nm或更小、22nm或更小、16nm或更小等)。氢(H2)与氮(N2)结合并在腔室等离子体区域中激发以形成氮自由基前驱物(操作204)。在实施例中，引入少量甚至没有的氨(NH3)至腔室等离子体区域，以使可选择较宽范围的氮氢原子流动比。H2与N2的结合可形成在腔室等离子体区域中或在进入区域之前组合。无论如何，等离子体产生流经喷淋头中的穿孔的氮自由基前驱物，其中喷淋头自基板处理区域分离出等离子体区域。不含碳的含硅前驱物在基板处理区域中与氮自由基前驱物 混合(操作206)。可流动的含硅及氮层沉积在基板上(操作208)。因为层可流动，所以所述层可填充具有高深宽比的间隙，而不会在填充材料的中心附近产生孔隙或松软缝隙。例如，沉积可流动材料较不易在所述材料完全填充之前过早堵塞间隙的顶部，而在间隙的中间留下孔隙。随后，经沉积的含硅及氮层可在含臭氧大气中固化和/或在含氧大气中退火(操作210 )，以将含硅及氮层转换成氧化硅。为了致密化氧化硅层，可在较高基板温度下于惰性环境中执行进一歩退火(未图示)。在含氧大气中固化及退火经沉积的含硅及氮层在基板上(包括基板间隙)形成氧化硅层(操作208)。在实施例中，操作208及210的エ艺參数拥有參照第I图描述的相同范围。如上所述，氧化硅层相较于使用含碳前驱物形成的相似层(在热处理步骤之前具有显著量的碳存在于层中)，具有较少的孔洞及较少的体积下降。在许多例子中，体积下降是稍足以(例如约15体积％或更少)避免进行后热处理步骤来填充、修复或其他消除因缩减氧化硅而形成在间隙中的空间。本文所示的含硅及氮及氧化硅层可为エ艺序列的一部分。含硅及氮层可通过在所述的含氧大气中固化和/或退火而转换为氧化硅层。就此而言，本文使用术语“介电层”来描述含硅及氮层或氧化硅层或任何中间层。取决于应用所需，中间层可能足以供于给定目的，且完全的转换为氧化硅可能是非必要的。因此“介电层”包含这些所有的可能性。关于形成介电层的エ艺的额外细节呈现在描述示例性电介质沉积系统的例子中。示例件氧化硅沉积系统可实行本发明实施例的沉积腔室可包括高密度等离子体化学气相沉积(HDP-CVD)腔室、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)腔室、次大气压化学气相沉积(SACVD)腔室，以及热化学气相沉积腔室，与其他类型的腔室。可执行本发明实施例的CVD系统的特定示例包括可购自美国加州圣塔克拉拉应用材料公司的CENTURA ULTIMAS HDP-CVD腔室/系统，及:PRODUCER PECVD 腔室 / 系统。可用于本发明示例性方法的基板处理腔室的示例可包括图示及描述于共同受让予Lubomirsky等人的美国临时专利申请案60/803,499的基板处理腔室，申请日为2006年5月30日，及篇名为“PROCESS CHAMBER FOR DIELECTRIC GAPFILL”，上述专利申请案的全文并入本文作为參考。额外的示例性系统可包括图示及描述于美国专利号6，387，207及6，830，624的系统，上述专利的全文并入本文作为參考。沉积系统的实施例可并入到用于生产集成电路芯片的更大的制造系统。第3图示出根据所掲示实施例包括沉积、烘烤及固化腔室的这样ー种系统300。在此图中，ー对的FOUP (front opening unified pod,前开ロ式整合容器)302供应基板(例如300mm直径的晶圆)，其中基板是藉由机械臂304接收并在放入晶圆处理腔室308a-f之一之前放入低压固持区406。第二机械臂310可用来自固持区306将基板晶圆输送至处理腔室308a_f及返回。 处理腔室308a_f可包括ー个或多个系统组件，所述系统组件用于沉积、退火、固化和/或蚀刻在基板晶圆上的可流动介电薄膜。在ー个配置中，两对处理腔室(例如，308c-d及308e-f)可用来沉积可流动介电材料至基板上，且第三对处理腔室(例如，308a-b)可用来退火经沉积的电介质。在另ー配置中，相同的两对处理腔室(例如，308c-d及308e-f)可经配置以在基板上进行沉积及退火可流动介电薄膜两者，同时第三对腔室(例如，308a_b)可用于UV或电子束(E-beam)固化经沉积的薄膜。在又一配置中，全部三对腔室(例如308a_f)可经配置以在基板上沉积及固化可流动介电薄膜。在再一配置中，两对处理腔室(例如，308c-d及308e-f )可用于进行沉积及UV或电子束固化可流动电介质两者，同时第三对处理腔室(例如，308a-b)可用于退火介电薄膜。在不同实施例中，所述的任何ー个或多个エ艺可在与所示的制造系统分隔的ー个或多个腔室中执行。此外，处理腔室308a_f中的一个或多个可经配置为湿式处理腔室。这些处理腔室包括在含有湿气的大气中加热可流动介电薄膜。因此，系统300的实施例可包括湿式处理腔室308a-b及退火处理腔室308c-d以在经沉积的介电薄膜上实行湿式及干式退火两者。第4A图为根据所掲示实施例的基板处理腔室400。远端等离子体系统(RPS)410可处理随后经过气体入口组件411的气体。在气体入口组件411中可看到两个分离的气体供应通道。第一通道412携帯通过远端等离子体系统RPS 410的气体，同时第二通道413旁通RPS 400。在所掲示的实施例中，第一通道402可用于エ艺气体，以及第二通道413可用于处理气体。图示的顶盖(或导电顶部)421及穿孔隔板453之间具有绝缘环424，此可使AC电位相对于穿孔隔板453施加至顶盖421。エ艺气体经过第一通道412进入腔室等离子体区域420，并可藉由腔室等离子体区域420中的等离子体(単独或结合RPS 410)来激发。腔室等离子体区域420和/或RPS 410的组合可代表本文的远端等离子体系统。穿孔隔板(亦称为喷淋头)453将腔室等离子体区域420与喷淋头453下方的基板处理区域470分隔。喷淋头453允许等离子体存在于腔室等离子体区域420中，以防止直接激发基板处理区域470中的气体，同时仍允许经激发的种类从腔室等离子体区域420进入基板处理区域470。喷淋头453定位在腔室等离子体区域420及基板处理区域470之间，并允许在腔室等离子体区域420中产生的等离子体排放物(前驱物或其他气体的激发衍生物)通过多个通孔456，通孔456穿过板的厚度。喷淋头453也具有ー个或多个中空体积451，中空体积451可被填充以蒸气或气体(例如含硅前驱物)形式的前驱物并通过小孔455而进入基板处理区域470，而不直接进入腔室等离子体区域420。在此实施例中，喷淋头453较通孔456的最小直径450的长度来得厚。为了维持从腔室等离子体区域420穿越至基板处理区域470的激发种类的显著浓度，可藉由形成部分穿过喷淋头453的通孔456的较大直径部分来限制通孔的最小直径450的长度426。在所掲示的实施例中，通孔456的最小直径450的长度可相同于或小于通孔456的最小直径的数量级。在所示的实施例中，喷淋头453可分配(通过通孔456)エ艺气体(所述エ艺气体含有氧、氢、和/或氮)，和/或藉由腔室等离子体区域420中的等离子体激发此类エ艺气体的等离子体排放物。在实施例中，在RPS410和/或腔室等离子体区域420中激发的エ艺气体包括具有相对流速的氢(H2)及氮(N2以导致预定氮氢原子流量比。一般而言，经由第一通道412引入RPS 410和/或腔室等离子体区域420的エ艺气体可含有氧(O2)、臭氧(O3)、N2O, NO、NO2, NH3 > NxHy (包括N2H4)、硅烷、ニ硅烷、TSA及DSA中的ー种或多种。エ艺气体也可包括诸如氦、氩、氮(N2)等的载气。第二通道413也可传递エ艺气体和/或载气,和/或用来自生长中或经沉积薄膜移除不需要成分的薄膜固化气体。等离子体排放物可包括エ艺气体的离子化或中性衍生物，且等离子体排放物在本文中亦称为氧自由基前驱物和/或氮自由基前驱物，代表引入的エ艺气体的原子組成。
在实施例中，通孔456的数量可介于约60个至约2000个之间。通孔456可具有各种形状，但最容易制成圆形。在所掲示的实施例中，通孔456的最小直径450可介于约O. 5mm至约20mm之间，或介于约Imm至约6mm之间。亦可自由选择通孔的截面形状,所述截面形状可为圆锥形、圆柱形或这两种形状的结合。在不同实施例中，用来将气体引入基板处理区域470的小孔455的数量可介于约100个至约5000个之间，或约500个至约2000个之间。小孔455的直径可介于约O. Imm至约2mm之间。第4B图为根据所掲示实施例的用于处理腔室的喷淋头453的底部视图。喷淋头453对应于第4A图的喷淋头。通孔456绘示为在喷淋头453的底部具有较大的内直径(ID)，而在顶部有较小的ID。小孔455基本上均匀地分布在喷淋头的表面，相较于本文所述的其他实施例，在通孔456之间均匀分布有助于提供更均匀的混合。当通过喷淋头453中的通孔456的等离子体排放物结合通过小孔455 (源自中空体积451)的含硅前驱物，在基板处理区域470内藉由台座(未图示)支撑的基板上产生示例性薄膜。虽然基板处理区域470可经装配以支援其他エ艺(例如固化)的等离子体，在示例性薄膜的生长期间没有等离子体存在。可在喷淋头453上方的腔室等离子体区域420或喷淋头453下方的基板处理区域470点燃等离子体。在腔室等离子体区域420中存在等离子体以从含氮及氢气体的进流(inflow)生产氮自由基前驱物。在处理腔室的导电顶部421与喷淋头453之间施加通常在射频(RF)范围内的AC电压，以在沉积期间点燃腔室等离子体区域420中的等离子体。RF功率供应器产生13. 56MHz的高RF频率，但也可单独或结合13. 56MHz频率产生其他频率。当启动基板处理区域470中的底部等离子体以固化薄膜或清洁围绕基板处理区域470的内表面时，顶部等离子体可維持在低功率或零功率。基板处理区域470中的等离子体是藉由在喷淋头453与腔室的台座或底部之间施加AC电压而点燃。当等离子体存在时，可引入清洁气体至基板处理区域470中。台座可具有热交换通道，热交换流体流过热交換通道以控制基板的温度。此配置允许基板温度冷却或加热以维持相対的低温(从室温至约120°C)。热交换流体可包含こニ醇与水。台座的晶圆支撑圆盘(较佳为铝、陶瓷、及上述材料的组合)也可经电阻加热(使用经配置以制造平行同心圆形式的两个完整线圈的经嵌入的单回路嵌入式加热元件)，以达到相对高的温度(从约120°C至约1100°C)。加热元件的外部可邻近于支撑圆盘的周长行迸，同时内部在具有较小半径的同心圆路径上行迸。加热元件的线路通过台座的主干。基板处理系统受到系统控制器的控制。在示例性实施例中，系统控制器包括硬盘驱动器、软盘驱动器及处理器。处理器含有单板计算机(SBC)、模数输入/输出板、接ロ板及步进马达控制器板。CVD系统的各种部件遵循Versa Modular European (VME)标准,所述标准界定板、卡笼、以及连接器的尺寸及类型。VME标准也界定总线结构为具有16位数据总线及24位地址总线。系统控制器控制所有CVD机器的活动。系统控制器执行系统控制软件(系统控制软件为储存在计算机可读介质中的计算机程序)。较佳地，介质为硬盘驱动器，但介质亦可为其他种类的存储器。计算机程序包括指示时序、气体混合、腔室压力、腔室温度、RF功率 水平、基座位置以及特定エ艺的其他參数的指令集。储存在其他存储器器件(包括(例如)软盘或其他适合的驱动器)的其他计算机程序也可用于指示系统控制器。在基板上沉积薄膜堆迭的エ艺或用于清洁腔室的エ艺可使用计算机程序产品来实施，计算机程序产品藉由系统控制器来执行。计算机程序代码可以任何常规的计算机可读编程语目与入，例如，68000汇编语目、C、C++、Pascal、Fortran或其他编程语目。使用常规的文本编辑器将适当的程序代码输入至单一文件中、或多个文件中，并将程序代码储存或嵌入计算机可用介质中(例如计算机的存储器系统)。若以高阶语言输入代码文本，则代码被编译，且随后最终编译码与预编译的Microsoft Windows 库例程的目标代码链接。为了运作经链接、经编译的目标代码，系统使用者启用目标代码，致使计算机系统将代码加载到存储器中。随后，CPU读取并执行代码以执行程序中识别的任务。使用者和控制者之间的界面通过平板触摸感应监视器。在较佳实施例中使用两个监视器，一个安装在清洁室壁上以供操作者使用，及另ー个安装在壁后方以供服务技术员使用。两个监视器可同时显示相同信息，其中一次仅ー个监视器接受输入。为了选择特定屏幕或功能，操作者触摸触摸感应监视器的指定区域。触摸区域改变自己的显目色彩，或显示新的菜单或屏幕，确认操作者与触摸感应监视器之间的通信。可使用诸如键盘、鼠标、或其他指向或通信装置之类的其他装置来取代或添加至触摸感应监视器，以允许使用者与系统控制器通信。本文所使用的“基板”可为具有或不具有形成于基板上的层的支撑基板。支撑基板可为绝缘体或各种掺杂浓度及分布的半导体，且(例如)可为在集成电路制造中使用的类型的半导体基板。“氧化硅”层可包括其他元素组成(例如氮、氢、碳等)的少量浓度。在本发明ー些实施例中，氧化硅大体上由硅及氧构成。处于“激发态”的气体描述至少一部分气体分子处于振动激发、解离和/或离子化状态的气体。气体(或前驱物)可为两种或多种气体(或前驱物)的组合。全文中使用的术语“沟槽”并未暗示经蚀刻的几何结构具有大的水平深宽比。从表面上方观之，沟槽可显示为圆形、卵形、多角形、矩形、或各种其他形状。术语“孔”用于代表低深宽比沟槽，孔可经填充或不填充金属以形成垂直电连接。术语“前驱物”用来表示任何參与反应以自表面移除材料或沉积材料的エ艺气体(或汽化的液滴)。在描述了数个实施例之后，本领域技术人员应认识到可在不背离本发明精神的情况下使用各种修改、替代结构及等效物。此外，为了避免不必要地混淆本发明，并未描述ー些公知エ艺及元件。因此，上文的描述不应视为对本发明范畴的限制。除非文中有明确的相反指示，当提供一个范围的数值时，应了解此范围上限与下限之间的各个中间值(至最小単位的十分之一)亦明确地揭露。涵盖在任何设定值之间的各个小范围或设定范围的中间值以及任何其他设定或在设定范围的中间值。这些小范围的上限与下限可独立地被包括在范围中或被排除，且本发明亦涵盖小范围中包括ー个上下限、皆不包含上下限、皆包含上下限的各个范围，除了在设定范围中特别排除的限制。当设定范围包括上下限之ー或两者，亦包括排除那些包括上下限之一或两者的范围。本文及随附申请专利范围所使用的単数形式“一”、“一个”及「所述」包括复数个指示对象，除非文中另有明确相反指示。因此，举例而言，「“ー个エ艺”的用语包括复数个此类エ艺，以及“所述前驱物”的用语包括一个或多个前驱物及本领域技术人员所知悉的等效物等。同理，在说明书中及后文申请专利范围使用的用语“包含(comprise) ”、“包含(comprising) ”、“包括(include) ”、“包括(including) ”及“包括(includes) ”意欲界 定所述特征结构、整数、部件、或步骤的存在，而非排除ー个或多个其他特征结构、整数、部件、步骤、动作或群组的存在与添加。
权利要求
1.一种在基板处理腔室的无等离子体基板处理区域中在基板上形成介电层的方法，所述方法包含 流动含氮及氢气体至等离子体区域中以产生氮自由基前驱物，其中所述含氮及氢气体包含氢(H2)及氮(N2)以允许进入所述等离子体区域中的氮氢原子流量比的选择有更大的可变性； 在所述无等离子体基板处理区域中将含硅前驱物与所述氮自由基前驱物结合；以及 沉积所述介电层至所述基板上。
2.如权利要求I所述的方法，其中所述含硅前驱物为不含碳的含硅前驱物。
3.如权利要求I所述的方法，其中所述含硅前驱物包含硅烷、二硅烷或三硅烷中的至少一种。
4.如权利要求I所述的方法，其中所述氮氢原子流量比大于1:3，以改良薄膜品质并降低薄膜缩减。
5.如权利要求I所述的方法，其中所述氮氢原子流量比小于1:3，以改良薄膜可流动性。
6.如权利要求I所述的方法，其中所述氮氢原子流量比大于或约1:2。
7.如权利要求I所述的方法，其中所述氮氢原子流量比小于或约1:5。
8.如权利要求I所述的方法，其中所述含氮及氢气体基本上完全没有氨。
9.如权利要求I所述的方法，其中所述含氮及氢气体基本上完全没有联氨。
10.如权利要求I所述的方法，其中所述含硅前驱物包含含硅及氮前驱物。
11.如权利要求I所述的方法，其中所述含硅前驱物包含含碳-氮及硅前驱物。
12.如权利要求I所述的方法，其中所述含硅前驱物包含H2N(SiH3)、HN(SiH3)2或N(SiH3)3中的至少一种。
13.如权利要求I所述的方法，其中所述介电层包含不含碳的Si-N-H层。
14.如权利要求I所述的方法，还包含藉由在含臭氧大气中将所述基板的温度维持在低于或约400 V的固化温度下以固化所述介电层的操作。
15.如权利要求I所述的方法，还包含以下步骤在含氧大气中提升所述基板的温度至高于或约600°C的氧退火温度。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述含氧大气包含选自由以下气体所组成的群组中的一种或多种气体氧原子、臭氧及水蒸气(H20)。
17.如权利要求I所述的方法，其中所述基板经图案化并具有宽度约50nm或更窄的沟槽。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述沟槽中的所述氧化硅层基本上无孔隙。
19.如权利要求I所述的方法，其中所述等离子体区域位于远端等离子体系统中。
20.如权利要求I所述的方法，其中所述等离子体区域为所述基板处理腔室的隔间部分，所述隔间部分藉由喷淋头与所述无等离子体基板处理区域分隔。
全文摘要
本发明描述形成介电层的方法。本方法可包括以下步骤混合含硅前驱物与氮自由基前驱物，以及沉积介电层至基板上。氮自由基前驱物在远端等离子体中藉由将氢(H2)及氮(N2)流动至等离子体中以便允许调整氮/氢比例所形成。介电层起初为含硅及氮层，所述含硅及氮层可藉由在含氧环境中固化和/或退火薄膜而转化为含硅及氧层。
文档编号H01L21/205GK102687252SQ201080059994
公开日2012年9月19日 申请日期2010年12月16日 优先权日2009年12月30日
发明者M·L·米勒, N·K·英格尔, S·文卡特拉马, X·陈, 梁璟梅 申请人:应用材料公司