专利名称：使用氧化物衬垫的可流动电介质的制作方法
使用氧化物衬垫的可流动电介质相关申请的交叉引用本申请是于2010 年 12 月 21 日提交的题为 “FLOWABLE DIELECTRIC USING OXIDELINEAR (使用氧化物衬垫的可流动电介质)”的美国专利申请第12/974，495号的PCT申请，且要求于 2010 年 I 月 6 日提交的题为 “RADICAL COMPONENT DIELECTRIC USING OXIDELINEAR (使用氧化物衬垫的自由基成分电介质)”的美国临时专利申请第61/292，520号的权益，将所述文献的全文结合于本文中作为参考。
背景技术：
自从数十年前引进了半导体装置，半导体装置的几何结构在尺寸上已显著地减小。现代半导体制造设备常规地生产具有45nm、32nm及28nm的特征尺寸的装置，并且正在发展及实行新的设备来制造具有甚至更小几何结构的装置。减小的特征尺寸造成装置上的结构性特征具有减小的空间尺寸。装置上的间隙及沟槽的宽度窄化至间隙深度与间隙宽度 的纵横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，沉积介电材料倾向会堵塞在顶部，因而在间隙的中间产生孔隙或缝隙。历经多年，已经开发出许多技术来防止介电材料堵塞在间隙的顶部，或“合拢(heal)”已形成的孔隙或缝隙。已经启用具有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转的基板表面(例如，SOG沉积技术)。这些可流动前驱物可流至非常小的基板间隙中并填充所述非常小的基板间隙，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，就必须将它们硬化成固体介电材料。在许多例子中，硬化过程包括热处理，以从沉积材料移除碳及羟基而留下诸如氧化硅的固体电介质。不幸地，碳及羟基物种的离开通常会在硬化的电介质中留下孔洞，而降低最终材料的质量。此外，硬化电介质也倾向缩减体积，这可能在电介质与周围基板的接口处留下裂缝和间隔。在一些例子中，硬化的电介质的体积可减小40%或更多。因此，需要新的沉积过程及材料以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、缝隙或孔隙和缝隙。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。在本申请中解决了此项及其它的需求。发明简述本发明描述了形成氧化硅层的方法。本方法包括以下步骤混合不含碳的含硅前驱物与氮自由基前驱物，以及沉积含硅及氮的层至基板上。通过流动含氢及氮的前驱物至等离子体中以在等离子体中形成氮自由基前驱物。在沉积含硅及氮的层之前，形成氧化硅衬垫层以改善含硅及氮的层的粘附性、平滑性及可流动性。含硅及氮的层可通过固化及退火所述膜而转化为含硅及氧的层。本方法还包括在施加旋涂式含硅材料之前形成二氧化硅衬垫层。本发明的实施例包括在基板上形成可流动介电层的方法。所述方法包括以下步骤(1)在基板维持在衬垫沉积温度的同时，通过将基板暴露至含硅衬垫前驱物及含氧衬垫前驱物，以在基板上形成大体上共形的氧化硅衬垫层；以及(2)在基板维持在整体沉积温度的同时，在基板上形成不含碳的可流动含硅-氮及氢的层。
本发明的其它实施例及特征部分阐述于下文的描述中，且部分对本领域技术人员而言可基于检查本说明书而变得显而易见，或可通过实施本发明来了解。可通过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。附图
简述可通过参照说明书的其余部分及附图以更进一步了解本发明的特性与优势，其中在整个附图中使用相似附图标记来表示相似的部件。在一些情况中，子标签(sublabel)与附图标记相关联且后接一连号以表示多个相似部件中的一个。当参照一附图标记而未指明存在的子标签时，旨在涉及所有这样的多个相似部件。图I为根据本发明实施例制造氧化硅膜的选择步骤的流程图。
图2为根据本发明实施例用于在基板间隙中形成氧化硅膜的选择步骤的另一流程图。图3示出根据本发明实施例的基板处理系统。图4A示出根据本发明实施例的基板处理腔室。图4B示出根据本发明实施例的基板处理腔室的喷头。发明的具体描述本发明描述形成氧化硅层的方法。本方法包括以下步骤混合不含碳的含硅前驱物与氮自由基前驱物，以及在基板上沉积含硅及氮的层。通过流动含氢及氮的前驱物至等离子体中以在等离子体中形成氮自由基前驱物。在沉积含硅及氮的层之前，形成氧化硅衬垫层以改善含硅及氮的层的粘附性、平滑性及可流动性。含硅及氮的层可通过固化及退火所述膜而转化为含硅及氧的层。本方法还包括在施加旋涂式含硅材料之前形成二氧化硅衬垫层。在后续的处理期间及之后，在基板与含硅及氮的层之间引入氧化物衬垫层看来可改良粘附性并减低分层及破裂的发生。根据本揭示实施例使用氧化硅衬垫形成的氧化硅膜还展现较平滑的外表面，这显示在沉积动态(deposition dynamic)中的改变。在不将本发明的权利要求书的覆盖范围约定为可能完全正确或可能不完全正确的理论机构的前提下，硅醇基可存在于氧化硅衬垫层的暴露表面上并可用来增加迁移率，因而增加含硅及氮的层的初期(nascent)可流动性。包括氧化硅层的其它益处包含在氮化硅上有更快速的初始生长速率、在一些应用中有更通用的下方材料。其它益处也包括容许上方层相对于下方基板的收缩或膨胀。紧跟在沉积了多层之后，含硅及氮的层可在含氧环境中固化及/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和系统的其它细节。示例件的氧化硅形成过稈图I是根据本发明实施例制造氧化硅膜的方法100的选择步骤的流程图。方法100包括在操作101中使用TEOS及臭氧(O3)的并流在基板上沉积氧化硅衬垫。如本文中描述的其它衬垫沉积，在本发明实施例中，沉积期间的基板温度大于400°C、大于500°C、及大于6000C。为了确保更可流动或更平滑的沉积，可添加诸如水(H20，水蒸气)、HMDS及TMDSO的添加物至TEOS及臭氧(O3)中。紧接着的基板相对于自由基成分沉积的相对高温有利于在惰性表面(诸如氮化硅)上的沉积。随后，衬垫呈现氧化硅表面，所述氧化硅表面对于相对低温的沉积有更低的惰性及更高的导电性。这种沉积处理在本领域中以次大气压CVD(SACVD)被熟知，但也可在超过Iatm的压力下进行。在不同实施例中，TEOS的典型流速可为大于0. lgm/min (克每分钟)、大于0. 5gm/min、大于lgm/min以及大于3gm/min。在不同实施例中，臭氧可以大于lOOOsccm、大于3000sccm、大于lOOOOsccm或大于30000sccm的流速流动。可使用相对惰性的载气将TEOS及选择性添加物传递至基板，且载气的质量不包括在上述给出的gm/min传递速率中。本方法继续进行且包括提供不含碳的含硅前驱物至基板处理区域(操作102)。在其它类型的硅前驱物中，不含碳的含硅前驱物可为(例如)硅及氮的前驱物、硅及氢的前驱物、或含硅-氮及氢的前驱物。除了不含碳之外，硅前驱物可为不含氧。氧的缺乏导致在从前驱物形成的硅及氮的层中有较低浓度的硅醇(Si-OH)基。沉积膜中过量的硅醇部分(moieties)会在从沉积层移除羟基(_0H)部分的后沉积步骤期间致使孔隙度及缩减增加。在其它硅烷胺中，不含碳的含硅前驱物的特定示例可包括硅烷胺，诸如H2N (SiH3)、HN(SiH3)2及N(SiH3)315在不同实施例中，硅烷胺的流速可大于或约为200SCCm、大于或约为300sccm、或大于或约为500sccm。所有在本文中给定的流速都涉及双腔室基板处理系统。单晶圆系统将需要这些流速的一半，且其它晶圆尺寸将需要流速由处理区域依比例决定。 这些硅烷胺可与作为载气、反应气体或同时载气和反应气体的添加气体混合。在其它气体中，这些添加气体的示例可包括H2、N2、NH3、He及Ar。不含碳的含硅前驱物的示例也可单独包括硅烷(SiH4)或与其它含硅(例如，N(SiH3)3)、含氢(例如，H2)、及/或含氮(例如，N2、NH3)的气体混合。不含碳的含硅前驱物也可包括二硅烷、三硅烷、甚至是更高阶的硅烷、及氯化硅烷，它们可以是单独的或彼此结合，或与先前提及的不含碳的含硅前驱物结合。不含碳的含硅前驱物在进入无等离子体的基板处理区域之前并未在等离子体区域(例如，远程等离子体区域)中激发。氨(NH3)被传递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，所述前驱物在基板处理区域外侧的等离子体区域中由氨产生。例如，含有NH3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程等离子体系统(RPS)中被激活，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中(操作106)。在不同实施例中，氨的流速可大于或约为300SCCm、大于或约为500sccm、或大于或约为700sccm，而同时可包括诸如氮(N2)及氢(H2)的额外前驱物以调整氮氢的原子流量比。也可在不使用NH3的情况下产生氮自由基前驱物。在本发明的实施例中，流入远程等离子体区域中的稳定的氮前驱物可包括H2、N2&N2H4中的一个或多个。在腔室等离子体区域中产生的氮自由基前驱物可为 N、 NH、 NH2等中的一个或多个，并可伴随等离子体中形成的离子化物种。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基板处理区域分隔出的基板处理系统的区段中产生，其中前驱物在所述基板处理区域中混合并反应以在沉积基板(例如，半导体晶圆)上沉积硅及氮的层。氮自由基前驱物也可伴随诸如氦、氩等的载气。在含硅及氮的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”并不一定意味着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物种确实穿过隔板(喷头)中的孔洞(穿孔)，但不含碳的含硅前驱物并未实质上通过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，且可能经由喷头中的穿孔侵入基板处理区域。在感应耦合的等离子体的例子中，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强度的等离子体，而不消除形成膜的可流动特性。在氮自由基前驱物的产生期间，在基板处理区域中具有远低于腔室等离子体区域的离子密度的等离子体并未偏离本文所用的“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的膜(操作108)。经沉积的含硅及氮的膜可使用在沉积表面处导致低沉积速率或高氮自由基通量的配方组合(recipe combination)而共形地(conformally)沉积。在其它实施例中，经沉积的含硅及氮的膜具有不同于常规氮化硅(Si3N4)膜沉积技术的可流动特性。所述形成的可流动特性允许膜流入基板的沉积表面上的窄间隙沟槽以及其它结构中。在不同实施例中，沉积期间(操作108)的基板的温度小于120°C、小于 100°C、小于 80°C、及小于 60°C。可流动性可归因于由于混合氮自由基前驱物与未激发的不含碳的含硅前驱物而带来的各种性质。这些性质可包括在沉积膜中的显著氢成分及/或短链聚硅氮烷聚合物的 存在。在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，沉积膜可具有硅氮烷类型，Si-NH-Si主链(backbone) (S卩，Si_N_H膜)。当含硅前驱物及氮自由基前驱物皆为不含碳，沉积的含硅及氮的膜也实质上为不含碳的。当然，“不含碳”并非一定意味着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，所述前驱物材料找到它们的路径进入沉积的硅及氮的前驱物中。然而，这些碳杂质的量远小于将在具有碳成份(例如，TE0S、TMDS0等)的含硅前驱物中(例如，在操作101中生长的衬垫层)所发现的量。 紧接着含硅及氮的层的沉积之后，沉积基板可在含氧大气中固化及/或退火(操作110)。固化可在含臭氧的大气中在低于或约为400°C的基板温度下发生。在本发明实施例中的一些情况下(例如，介于约100°C至约200°C的基板温度之间)，已发现可实质上完全地转化，使得在含氧环境中的相对高温退火可为非必要的。紧接在固化含硅及氮的层之后，可期望在含氧大气中退火基板，以进一步将膜转化为氧化硅。在其它含氧气体中，含氧大气可包含一种或多种含氧气体，诸如氧分子(O2)、臭氧(O3)、水蒸气(H2O)、过氧化氢(H2O2)及氮氧化物(NO、NO2> N2O等)。含氧大气还可包括氧自由基及羟基物种,诸如氧原子(0)、氢氧根(OH)等，它们可远程产生并输送至基板腔室中。也可存有含氧物种的离子。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于基板处理区域中、位于喷头所分隔的分隔区域中或位于远程等离子体系统(RPS)中。固化及氧退火的含氧大气都提供氧以将含硅及氮的膜转化为氧化硅(SiO2)膜。如先前所示，含硅及氮的膜中缺乏碳造成最终氧化硅膜中形成显著较少的孔洞。此举在转化为氧化硅期间也导致膜的体积下降(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％或更多，而实质上不含碳的硅及氮的膜可能减缩约17体积％或更少。现参照图2，示出了根据本发明实施例图示在基板间隙中形成氧化硅膜的方法200中的选择步骤的另一流程图。方法200包括在图案化的基板上沉积氧化硅衬垫，其中所述基板具有形成在基板上的装置部件(例如晶体管)的空间及结构中的间隙。所述间隙可具有界定高度与宽度(即H/W)的纵横比(AR)的高度及宽度，所述纵横比显著大于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)。在诸多实施例中，高AR归因于小间隙宽度，所述小间隙宽度的范围从约90nm 至约 22nm 或更小(例如，约 90nm、65nm、45nm、32nm、22nm、16nm 等)。使用TEOS与氧(O2)的并流来沉积氧化硅衬垫(操作201)。基板温度可与参照图I所述的实施例相同，且可为相同目的添加相同的添加物。相对高的沉积温度允许所述沉积可相比试图不使用衬垫层的自由基成分的沉积能更快地进行。衬垫呈现氧化硅表面，所述氧化硅表面对于相对低温的沉积有更低的惰性及更高的导电性。这种沉积处理在本领域中以次大气压CVD(SACVD)被熟知，但也可在超过Iatm的压力下进行。在不同实施例中，TEOS的典型流速可为大于0. lgm/min (克每分钟)、大于0. 5gm/min、大于lgm/min以及大于3gm/min。在不同实施例中，氧可以大于3000sccm、大于lOOOOsccm、大于30000sccm或大于60000sccm的流速来流动。使用相对惰性的载气将TEOS及选择性添加物传递至基板，且载气的质量不包括在上述给出的gm/min传递速率中。随后，基板被传送至基板处理区域(操作202)，且氨(NH3)在分隔的腔室等离子体区域中被激发，以形成氮自由基前驱物204。腔室等离子体区域中的等离子体产生流经喷头 中的穿孔的氮自由基前驱物，所述喷头将腔室等离子体区域从基板处理区域分隔出。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)。可流动的含硅及氮的层沉积在基板上(操作208)。因为所述层是可流动的，它可填充具有高纵横比的间隙，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可流动材料完全填充之前过早堵塞间隙的顶部，从而在间隙的中间留下孔隙。基板温度低于实施例中参照图I所讨论的温度。随后，经沉积的含硅及氮的层可在含臭氧的大气中固化及/或在含氧的大气中退火(操作210)，以将含硅及氮的层转换成氧化硅。为了致密化氧化硅层，可在较高的基板温度下在惰性环境中执行进一步退火(未示出)。在含氧大气中固化及退火经沉积的含硅及氮的层在基板上(包括基板间隙)形成氧化硅层。在实施例中，操作210的处理参数拥有参照图I所描述的相同范围。如上所述，氧化硅层相比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、修复或消除因缩减氧化硅而形成在间隙中的空间。示例件的氧化硅沉积系统在其它类型的腔室中，可实现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。可执行本发明实施例的CVD系统的特定示例包括 CENTURA ULTIMA HDP-CVD 腔室 / 系统，及PRODUCER PECVD 腔室 / 系统，它们可从美国加州圣塔克拉拉应用材料公司获得。可与本发明的示例性方法一起使用的基板处理腔室的示例可包括图示并描述于共同受让予Lubomirsky等人的美国临时专利申请案60/803,499中的内容，申请日为2006年5月30日，及标题为“PROCESS CHAMBER FOR DIELECTRIC GAPFILL (用于电介质间隙填充的处理腔室)”，所述文献的全文并入本文作为参考。其它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中的系统，将这些文献也并入本文作为参考。
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中。图3示出根据所揭示实施例的这样一种沉积、烘烤及固化腔室的系统300。在此图中，一对FOUP(front opening unified pod,前开口式标准容器)302供应基板(例如300mm直径的晶圆)，所述基板通过机械臂304接收并在放入晶圆处理腔室308a-f之一之前放入低压保持区306。第二机械臂310可用来从保持区306将基板晶圆输送至处理腔室308a-f并返回。处理腔室308a_f可包括一个或多个系统部件，用于沉积、退火、固化及/或蚀刻在基板晶圆上的可流动介电膜。在一配置中，两对处理腔室(例如，308c-d及308e-f)可用来在基板上沉积可流动介电材料，且第三对处理腔室(例如，308a-b)可用来退火经沉积的电介质。在另一配置中，相同的两对处理腔室(例如，308c-d及308e-f)可经配置以同时在基板上沉积并退火可流动介电膜，同时第三对腔室(例如，308a-b)可用于U V或电子束(E-beam)固化经沉积的膜。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并固化可流动介电膜。在还有一配置中，两对处理腔室(例如，308c-d及308e-f)可用于同时沉积及U V或电子束固化可流动电介质，同时第三对处理腔室(例如，308a-b)可用于退火介电膜。在不同实施例中，所述的任何一个或多个过程可在从所示的制造系统分隔 的一个或多个腔室中执行。此外，处理腔室308a_f中的一个或多个可配置为湿处理腔室。这些处理腔室包括在含有湿气的大气中加热可流动介电膜。因此，系统300的实施例可包括湿处理腔室308a-b及退火处理腔室308c-d以在经沉积的介电膜上进行湿退火及干退火。氧化硅衬垫层可沉积在经配置以通过次大气化学气相沉积(SACVD)而沉积衬垫层的腔室之一中。可使用其它名称来描述涉及将基板暴露至TEOS与臭氧或TEOS与氧(O2)的组合的相对高压处理。这种系统也可从美国加州圣塔克拉拉美商应用材料公司获得。在不同实施例中，氧化硅衬垫层的厚度可小于100埃、小于75埃、小于50埃及小于25埃。紧接在沉积氧化硅衬垫层之后，基板可被输送至描述于图4中的自由基成分的CVD腔室。或者，也可应用旋涂电介质(S0D)、旋涂玻璃(SOG)、或其它旋涂含硅的膜的方法。旋涂可流动材料将提供与自由基成分的可流动沉积相似的益处，因为所述膜将展现较小的分层及破裂。含硅及氮的SOD膜将展现本发明实施例的这些益处。图4A为根据所述实施例的基板处理腔室400。远程等离子体系统(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中可看到两个不同的气体供应通道。第一通道412携带通过远程等离子体系统RPS 410的气体，同时第二通道413旁通RPS 400。在所揭示的实施例中，第一通道402可用于所述过程气体，而第二通道413可用于处理气体。示出的顶盖(或导电顶部)421和穿孔隔板453具有位于它们之间的绝缘环424，这可使AC电位相对于穿孔隔板453施加至顶盖421。所述过程气体经过第一通道412进入腔室等离子体区域420，并可通过腔室等离子体区域420 (单独或结合RPS 410)中的等离子体来激发。腔室等离子体区域420及/或RPS 410的组合可在本文中被称为远程等离子体系统。穿孔隔板(也称为喷头)453将腔室等离子体区域420从喷头453下方的基板处理区域470分离。喷头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物种从腔室等离子体区域420进入基板处理区域470。喷头453定位在腔室等离子体区域420与基板处理区域470之间，并允许在腔室等离子体区域420中产生的等离子体流出物(前驱物或其它气体的激发衍生物)通过多个通孔456，所述通孔456穿过板的厚度。喷头453还具有一个或多个中空空间451，中空空间451可被填充以蒸气或气体(诸如含硅前驱物)为形式的前驱物并通过小孔455进入基板处理区域470，但不直接进入腔室等离子体区域420。在所揭示的实施例中，喷头453比通孔456的最小直径450的长度厚。为了维持从腔室等离子体区域420穿越至基板处理区域470的激发物种的显著浓度，可通过形成部分穿过喷头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。在所述的实施例中，通孔456的最小直径450的长度可与通孔456的最小直径具有相同的数量级或更小的数量级。在所示的实施例中，喷头453可分配(通过通孔456)过程气体(含有氧、氢、及/或氮)，及/或通过腔室等离子体区域420中的等离子体激发的这种过程气体的等离子体流出物。在实施例中，在RPS410及/或腔室等离子体区域420中激发的过程气体包括氨(NH3)和氮(N2)和/或氢(H2)。一般而言，经由第一通道412引入RPS 410及/或腔室等离子体区域420的过程气体可含有氧(O2)、臭氧(O3)、N20、NO、NO2、NH3、NxHy (包括N2H4)、硅烷、二硅烷、TSA及DSA中的一种或多种。过程气体也可包括诸如氦、氩、氮(N2)等的载气。第二通道413也可传递过程气体及/或载气，及/或用来从生长中或经沉积的膜移除不需要成分 的膜固化气体。等离子体流出物可包括过程气体的离子化或中性衍生物，且所述等离子体流出物在本文中也称为氧自由基前驱物及/或氮自由基前驱物，表示引入的过程气体的原子组成。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。在所揭示的实施例中，通孔456的最小直径450可介于约0. 5mm至约20mm之间，或介于约Imm至约6mm之间。也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组合。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0. Imm至约2mm之间。图4B为根据所揭示实施例的与处理腔室一起使用的喷头453的仰视图。喷头453与图4A中所示的喷头一致。通孔456绘示为在喷头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基本均匀地分布在喷头的表面上，这相比于本文所述的其它实施例有助于提供更均匀的混合。当通过喷头453中的通孔456的等离子体流出物与通过小孔455 (源自中空空间451)到达的含硅前驱物结合时，在基板处理区域470内通过台座(未示出)支撑的基板上产生一典型的膜。尽管基板处理区域470可经装配以支持其它处理(诸如固化)的等离子体，但在所述典型膜的生长期间没有等离子体存在。可在喷头453上方的腔室等离子体区域420或喷头453下方的基板处理区域470中点燃等离子体。在腔室等离子体区域420中存有等离子体以从含氮及氢的气体的流入物(inflow)生成氮自由基前驱物。在处理腔室的导电顶部421与喷头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电源产生13. 56MHz的高RF频率，但也可单独产生其它频率或与13. 56MHz频率相结合地产生其它频率。当启动基板处理区域470中的底部等离子体以固化膜或清洁围住基板处理区域470的内表面时，顶部等离子体可维持在低功率或零功率。基板处理区域470中的等离子体通过在喷头453与腔室的台座或底部之间施加AC电压而点燃。在等离子体存在的同时，可将清洁气体引入基板处理区域470中。台座可具有热交换通道，热交换流体流过热交换通道以控制基板的温度。此配置允许基板温度得以冷却或加热以维持相对低的温度(从室温至约120°C)。热交换流体可包含乙二醇与水。台座的晶圆支撑圆盘(较佳为铝、陶瓷、及铝跟陶瓷的组合)也可经电阻加热(使用经配置以制造两个以平行同心圆为形式的完整线圈的经嵌入的单回路嵌入式加热器元件)，以达到相对高的温度(从约120°C至约1100°C)。加热器元件的外部可邻近于支撑圆盘的周长延伸(run),同时内部在具有较小半径的同心圆的路径上延伸(run)。加热器元件的接线通过台座的主干。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、软盘驱动及处理器。处理器含有单板计算机(SBC)、模拟及数字输入/输出板、接口 板及步进马达控制器板。CVD系统的各种部件与Versa Module欧洲(VME)标准(“VersaModular European standard”)一致,所述VME界定板、卡笼以及连接器的尺寸及类型。VME标准也将总线结构界定为具有16位的数据总线及24位的地址总线。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(所述系统控制软件为存储在计算机可读媒介中的计算机程序)。较佳地，所述媒介为硬盘驱动，但所述媒介也可为其它种类的存储器。计算机程序包括一套可支配时序、气体混合、腔室压力、腔室温度、RF功率水平、基座位置以及特定处理的其它参数的指令。存储在其它存储装置(包括例如软盘或其它适合的驱动)上的其它计算机程序也可用于指令系统控制器。在基板上沉积膜堆叠的过程或用于清洁腔室的过程可使用计算机程序产品来实现，而所述计算机程序产品通过系统控制器来执行。计算机程序编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或其它程序语目。使用常规的文本编辑器将合适的程序编码输入至单一文件中、或多个文件中，并将程序编码存储于或嵌入计算机可用媒介(诸如计算机的存储器系统)中。若以高级语言输入编码文本，编码经编译，且随后得到的编译码连结至预先编译的Microsoft Windows 例程库的目标编码。为了执行经连结、经编译的目标编码，系统使用者调用目标编码，致使计算机系统加载存储器中的编码。随后，CPU读取并执行编码以完成程序中识别的任务。使用者和控制者之间的联系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，一个安装在清洁的室壁上以供操作者使用，而另一个安装在壁后方以供服务技术人员使用。两个监视器可同时显示相同信息，其中一次仅一个监视器接受输入。为了选择特定的屏幕或功能，操作者触摸所述触摸感应监视器的指定区域。所述触摸区域改变它的加亮色彩，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、或其它指示或通信装置之类的其它设备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。如本文所使用的，“基板”可为在所述基板上形成或不形成层的支撑基板。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)可为使用在集成电路制造中的类型的半导体基板。“氧化硅”层可包括其它元素成分(诸如氮、氢、碳等)的少量浓度。处于“激发态”的气体描述了至少一些气体分子处于振动激发、解离及/或离子化状态的气体。气体可为两个或更多个气体的组合。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纵横比。从表面的上方看，沟槽可显示为圆形、卵形、多角形、矩形、或各种其它形状。术语“通孔”用于表示低纵横比沟槽，所述低纵横比沟槽可填充或不填充金属以形成垂直的电连接。术语“前驱物”用来表示任何参与反应以从表面移除材料或沉积材料的过程气体。在描述了数个实施例之后，本领域技术人员应了解，可在不背离本发明的精神的情况下使用各种修改、替代结构及等效物。此外，为了避免非必要地混淆本发明，并未描述一些公知的过程及组件。因此，上文的描述不应视为对本发明范围的限制。除非文中有明确的指示，否则当提供一个范围的数值时，应了解此范围的上限与下限之间的各个中间值(至下限单位的十分之一)也被明确地揭露了。涵盖在任何所述值之间的各个较小范围或所述范围中的中间值以及任何其它所述或在所述范围中的中间值。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，且本发明也涵盖较小范围中包括上下限之一、上下限都不包括或上下限都包括的各个范围，除了在规定范围中特别排除的限值。当规定范围包括上下限之一或同时包括上下限，也包括排除那些包括的上下限之一或同时排除那些包括的上下限的范围。 本文及随附权利要求书所使用的单数形式“一 (a) ”、“一 (an) ”及“所述(the) ”包括多个指示对象，除非文中另有明确相反指示。因此，举例而言，“一过程”的用语包括多个这样的过程，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的等效物等。同理，在本说明书中及后跟的权利要求书中所使用的单词“包含(comprise) ”、“包含(comprising) ”、“包括(include)，，、“包括(including) ” 及“包括(includes)” 旨在规定所述特征、整体、部件、或步骤的存在，而非排除一个或多个其它特征、整体、部件、步骤、动作或群组的存在与添加。
权利要求
1.一种在基板上形成可流动介电层的方法，所述方法包含以下步骤 通过将所述基板暴露至含硅衬垫前驱物及含氧衬垫前驱物，以在所述基板上形成大体上共形的氧化硅衬垫层，其中所述基板维持在衬垫沉积温度；以及 在所述基板上形成不含碳的可流动含硅-氮及氢的层，其中所述基板维持在整体沉积温度。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，形成所述不含碳的可流动含硅-氮及氢的层的步骤包含以下步骤 使含氮及氢的气体流至等离子体区域中，以产生氮自由基前驱物； 在无等离子体基板处理区域中将不含碳的含硅前驱物与所述氮自由基前驱物相结合；以及 在所述基板上沉积含硅及氮的层。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述含氮及氢的气体包含氨(NH3)。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述含氮及氢的气体包含下列至少之一氮(N2)、氢(H2)、联氨(N2H4)及氨(NH3)。
5.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述大体上共形的氧化硅衬垫的厚度小于或约为100埃。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述不含碳的含硅前驱物包含N(SiH3)3。
7.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述不含碳的可流动含硅-氮及氢的层包含不含碳的Si-N-H层。
8.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述整体沉积温度低于所述衬垫沉积温度。
9.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述整体沉积温度小于120°C。
10.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述衬垫沉积温度大于400°C。
11.如权利要求I所述的方法，其特征在于还包含以下步骤固化步骤，用于在含臭氧的大气中将所述基板的温度维持在低于或约为400°C。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于还包含以下步骤后固化步骤，用于在含氧的大气中将所述基板的温度提升至高于或约为600°C的氧退火温度，其中所述含氧的大气包含一个或多个选自以下所构成的群组的气体氧原子、臭氧、及水蒸气(H2OX
13.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述等离子体区域位于远程等离子体系统中。
14.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述等离子体区域为所述基板处理腔室的隔 间部分，所述隔间部分通过喷头从所述无等离子体基板处理区域分隔出。
15.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述含氧衬垫前驱物包含臭氧。
16.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述含氧衬垫前驱物包含氧(O2)。
17.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述含硅衬垫前驱物包含TE0S。
18.如权利要求I所述的方法，其特征在于，沉积含硅及氮的层的操作包含以下步骤沉积旋涂介电(SOD)层。
全文摘要
本发明描述形成氧化硅层的方法。本方法包括以下步骤将不含碳的含硅前驱物与氮自由基前驱物进行混合，以及在基板上沉积含硅及氮的层。通过使含氢及氮的前驱物流至等离子体中，在等离子体中形成氮自由基前驱物。在沉积含硅及氮的层之前，形成氧化硅衬垫层以改良含硅及氮的层的粘附性、平滑性及可流动性。含硅及氮的层可通过固化及退火所述膜而转化为含硅及氧的层。本方法还包括在施加旋涂式含硅材料之前形成二氧化硅衬垫层。
文档编号H01L21/31GK102754193SQ201080063586
公开日2012年10月24日 申请日期2010年12月21日 优先权日2010年1月6日
发明者N·K·英格尔, 梁璟梅 申请人:应用材料公司