氧化硅薄膜的选择性侧向生长的制作方法

本文描述的实施例通常涉及半导体制造，并且更具体地涉及选择性形成氧化硅膜的方法。

背景技术：

随着半导体工业引进具有更高性能和更强功能的新一代的集成电路(ic)，形成那些ic的组件的密度也被增加。随着增加的组件密度，单个部件或组件之间的大小、尺寸及间隔被减小。图案化工艺的增加的分辨率是降低ic上的特征结构的尺寸与间隔的一种机制。

增加的分辨率可通过改变图案的固有分辨率来达成。图案的固有分辨率是图案可转移的最细微的空间细节。固有分辨率是诸如所使用的辐射的波长与图案中的特征结构的尺寸等因子的的函数。可以使用诸如自对准双图案法(sadp)和自对准四图案法(saqp)的图案加乘工艺来增加图案化工艺的最终分辨率，而不会改变曝光工具的固有分辨率。因此，这些工艺可减少每层的微影曝光的数量，这减少了组件制造的显著成本。

目前图案加乘通常是通过一些沉积与蚀刻步骤的组合来达成。这样的方式是非常不符合经济效益的，并且会造成显著的整合复杂性。此外，由于特征结构尺寸变得更小。

所以，存在着控制集成电路中特征结构尺寸的新方法的需求。

技术实现要素：

本文描述的实施例通常涉及选择性沉积氧化硅层的方法，诸如选择性沉积在电介质表面上而避免沉积在金属表面上。此方法通常包括在具有暴露羟基的表面上执行硅烷化。当具有oh的表面被暴露于硅烷化试剂时，该试剂与oh反应以形成共价联结到-o-si(ch3)3基团。基板的表面上的羟基接着使用含氮等离子体与h2o浸泡而被再生成，以便将-o-si(ch3)3基团转变成si-oh基团且执行额外的硅烷化。多个硅烷化、等离子体处理及浸泡可被执行，以沉积具有期望厚度的层。

在一实施例中，一种沉积氧化硅膜的方法可包括以下步骤：将基板定位于处理腔室中，该基板具有：第一层；及第二层，该第二层设置在该第一层上方，该第二层具有暴露第二表面与形成在该第二层中的一个或多个特征结构，该特征结构产生一个或多个侧壁表面与暴露第一表面；用催化剂来处理该基板，该催化剂包括路易斯酸，该催化剂在该暴露第一表面、该一个或多个侧壁表面及该暴露第二表面上形成末端反应性基团；将催化剂去活化剂输送到该基板，该催化剂去活化剂被等离子体活化，该基板被偏压以使该催化剂去活化剂被该暴露第一表面与该暴露第二表面接收，该末端反应性基团被保持在该一个或多个侧壁表面上；及将硅醇输送到该基板，该硅醇将含硅层沉积在该一个或多个侧壁表面上。

在另一实施例中，一种沉积氧化硅膜的方法可包括以下步骤：将基板定位于处理腔室中，该基板包括：电介质区域，该电介质区域具有暴露电介质表面与被形成在该电介质区域中的一个或多个特征结构，该特征结构具有侧壁，该暴露电介质表面与该侧壁具有末端羟基；及金属区域，该金属区域具有基本上不含氧的暴露表面；及执行一个或多个硅烷化循环，以将含硅与碳层选择性沉积在该侧壁与该暴露电介质表面上，硅烷化循环中的每一个包括以下步骤：在该基板的该表面上执行硅烷化，该硅烷化是沉积含硅与碳层；将该基板暴露于含氮等离子体，该含氮等离子体在该含硅与碳层中以氮取代至少一个碳；及将该基板暴露于含水气体以在该基板的该表面上形成羟基。

在另一实施例中，一种沉积氧化硅膜的方法可包括以下步骤：将基板定位于处理腔室中，该基板具有：金属层，该金属层包括铜；及电介质层，该电介质层设置在该金属层上方，该电介质层具有暴露电介质表面与被形成在该电介质层中的一个或多个特征结构，该特征结构产生一个或多个侧壁表面与暴露金属表面；用催化剂来处理该基板，该催化剂包括四甲基铝，该催化剂在该暴露金属表面、该一个或多个侧壁表面及该暴露电介质表面上形成末端ch3基团；形成电容式耦合等离子体，该电容式耦合等离子体包括催化剂去活化剂；将该电容式耦合等离子体输送到该基板，该基板被偏压以使该催化剂去活化剂被该暴露金属表面与该暴露电介质表面接收，该末端ch3基团被保持在该一个或多个侧壁表面上；及输送一硅醇到该基板，该硅醇将氧化硅层沉积在该一个或多个侧壁表面上。

附图说明

可通过参考本发明的实施例来详细了解本发明的组件和方法的上述特征，组件和方法的更特定叙述简短地在前面概述过，其中这些实施例的一些实施例在附图中示出。但是应注意的是，附图仅示出组件和方法的典型实施例，因此附图不应被视为会对组件和方法的范围构成限制，这是因为组件和方法可允许其他等效实施例。

图1是适于实现实施例的处理腔室的剖视图。

图2是根据一实施例的用以沉积氧化硅膜的方法操作的流程图。

图3a-3d绘示了根据一实施例的在氧化硅膜的形成期间的基板。

图4是根据一实施例的用以沉积氧化碳硅膜的方法操作的流程图。

图5a-5e绘示了根据另一实施例的在氧化碳硅膜的形成期间的基板。

为促进了解，在可能时使用相同的组件符号来表示该等图式共有的相同组件。可设想出的是一实施例的组件与特征可有利地被并入到其他实施例而不需进一步详述。

具体实施方式

本文所述的实施例通常涉及形成碳掺杂氧化物膜的方法。这些方法通常包括使用等离子体在基板的表面上产生羟基，并且接着在基板的表面上执行硅烷化。基板的表面上的羟基接着使用等离子体被再次生成，以为了执行额外的硅烷化。可执行多次等离子体处理与硅烷化，以沉积具有期望厚度的层。

图1是根据一实施例的处理腔室100的剖视图。处理腔室100具有腔室主体102与耦接到腔室主体102以界定内部150的腔室盖104。基板支撑件106设置在腔室100的内部150中。基板支撑件106的上表面166与腔室盖104的下表面168界定处理区域108，在该处理区域108中设置在基板支撑件106的上表面166上的基板接触区域176中的基板被暴露于处理环境。

基板透过腔室主体102中的基板通道或开口110进入与离开处理腔室100。在图1的剖视图中，基板通道或开口110位于剖视平面后面，而位于腔室100的“背后”。基板支撑件106可沿着腔室100的纵轴移动，以将基板支撑件106交替地定位在基板操纵位置(此时基板支撑件106的上表面166靠近开口110)与基板处理位置(此时基板支撑件106的上表面166靠近腔室盖104的下表面168)。在图1的视图中，基板支撑件106被显示位于基板处理位置。当基板支撑件106位于基板处理位置时，基板支撑件106的上表面166与腔室盖104的下表面168之间的距离是约2mm至约8mm。基板支撑件106的杆172典型地延伸通过腔室主体102的下壁170中的开口120且耦接到举升机构(未示出)以促使基板支撑件106的移动。

基板升降件112设置成通过基板支撑件106。基板升降件112具有基底114，基底114接触设置在腔室100的内部150的下区域中的致动器116。致动器116被支撑构件118从下壁170所支撑。致动器116可以是环状构件(诸如环)，并且支撑构件118可以是来自致动器116的环状突出部。致动器116、支撑构件118、或两者可交替地被区片化(segment)。例如，其中一者或两者可以是区片化的环状构件，或者致动器116可以是被定位以啮合基板升降件112的基底114的垫、柱或杆。

支撑构件118保持致动器116基本上平行于基板支撑件106的上表面166。当基板支撑件106从处理位置被移动到基板操纵位置时，基板升降件112的基底114会接触致动器116，造成基板升降件112突出通过基板支撑件106的上表面且将设置在该上表面上的基板举升于该上表面之上，以被基板操纵机械手臂(未示出)接取通过开口110。图1的视图中仅可看到两个基板升降件112，但典型的实施例将具有三或更多个基板升降件112，这些基板升降件112被分布以提供用于基板操纵的稳定的定位。

腔室盖104可以是电极，并且可耦接到rf功率源174。若腔室盖104是电极，腔室盖104典型地包括导电材料。腔室盖104可整体地或基本上由导电材料制成，或可被涂覆导电材料到任何方便程度。若腔室盖104被用作为电极，腔室盖104的下表面168将会导电而提供rf耦合到靠近基板支撑件106的上表面166的处理区域108内。在实施例中，腔室盖104是铝。处理腔室100适于在其中生成等离子体(诸如电容式耦合等离子体)。

气体歧管124在端口194耦接到腔室盖104。工艺气体透过气体管线128被输送到腔室。多个高速阀126a-c控制气体通过气体管线128到腔室100内的流量。这些高速阀可以是ald阀，并且在一些实施例中能够以小于1秒开启或关闭，且在一些情况中以小于0.25秒开启或关闭。前体管线130耦接到这些高速阀126a-c中的一者。其他高速阀可用以接合其他前体管线(图1未示出)以输送气体通过气体管线128。这些高速阀的运作致使所需要用于腔室运作(诸如ald沉积循环)的气体流动的快速开关。

腔室盖104具有气体入口122，气体入口122位于腔室盖104的周边区域中且和端口194及气体歧管124流体连通。气体入口122可位于基板支撑件106的基板接触区域176的外面。边缘环136设置成围绕基板支撑件106的周边区域。边缘环136可以是具有内部尺寸和外部尺寸的环状构件。边缘环136的内部尺寸可以和基板接触区域176的尺寸基本上相同，以使设置在基板支撑件上的基板布置在边缘环136内，如图1所示。边缘环136的内部尺寸也可大于基板接触区域176的尺寸。边缘环136的内部尺寸也可小于基板接触区域176，以使边缘环136的一部分延伸在基板的边缘上方。当基板支撑件106位于处理位置时，图1的边缘环136布置在基板支撑件106上。因此，当基板支撑件106位于处理位置时，基板支撑件106也支撑边缘环136。

泵送容室132位于腔室主体102的侧壁178中而靠近基板支撑件106的处理位置。泵送容室132是围绕处理区域108的环状通道，其中处理气体从处理区域108被抽空到泵送容室132。衬里134将泵送容室132和处理区域108分隔。衬里134具有开口180，开口180允许气体从处理区域108流动到泵送容室132内。当基板支撑件106位于处理位置时，开口180典型地位于基板支撑件106的上表面166下方。

图2是根据一实施例的用以沉积碳掺杂氧化物膜的方法200的流程图。方法200包括：在步骤202，将基板定位在处理腔室中，基板具有第一层与设置在第一层上方的第二层，第二层具有暴露的第二表面及形成在第二层中的一个或多个特征结构，这些特征结构产生一个或多个侧壁表面与暴露的第一表面；在步骤204，用催化剂来处理该基板，该催化剂包含路易斯酸，该催化剂在该暴露的第一表面、一个或多个侧壁表面及该暴露的第二表面上形成末端反应性基团；在步骤206，将催化剂去活化剂输送到该基板，该催化剂去活化剂被等离子体活化，该基板被偏压以使该催化剂去活化剂被该暴露的第一表面与该暴露的第二表面接收，这些末端反应性基团被保持在该一个或多个侧壁表面上；及在步骤208，将硅醇输送到该基板，该硅醇将含硅层沉积在该一个或多个侧壁表面上。图3a-3d绘示根据一实施例在氧化硅膜的形成期间的基板。为了促进本文揭示的实施例的解释，将结合图2和图3a-3d来解释。

方法200开始于步骤202，通过将基板定位在一处理腔室中，基板具有第一层与设置在第一层上方的第二层，第二层具有暴露的第二表面及形成在第二层中的一个或多个特征结构，这些特征结构产生一个或多个侧壁表面与暴露的第一表面。在步骤202，组件300(如图3a所示)被定位于处理腔室(诸如图1所示的处理腔室100)中。组件300包含基板302。基板302可以是例如其上具有氧化硅层或碳掺杂氧化硅层的硅晶片。基板302，如图所示，包括第一层304。第一层304可以是金属层(诸如含铜层)。第二层306可形成在第一层304上方。第二层306可以是电介质层(诸如氧化硅层)。如图所示，第二层306具有暴露的第二表面310及形成在第二层中的一个或多个特征结构307。该一个或多个特征结构307具有侧壁表面309且向下延伸到暴露的第一表面308。

在步骤204，基板被定位于处理腔室中，用催化剂来处理该基板，该催化剂包含路易斯酸。该路易斯酸可以是有机化合物，诸如有机铝化合物、有机铁化合物、有机钛化合物、有机锌化合物、或上述的组合。在一实施例中，该路易斯酸是三甲基铝(tma)、四甲基钛、四甲基锌、或上述的组合。该路易斯酸可进一步是含卤素化合物，诸如alcl3、fecl3、ticl4、zncl4、或上述的组合物。该路易斯酸与这些暴露表面(诸如该暴露第一表面308、该一个或多个侧壁表面309及该暴露第二表面310)反应，而产生具有末端反应性基团的层312，如图3b所示。使用上述路易斯酸、层312的末端反应性基团可以是有机基团(诸如甲基基团，或卤素基团(诸如氯基团))。

在步骤206，催化剂去活化剂可被输送到基板，该催化剂去活化剂被等离子体活化。该催化剂去活化剂可以是气体，诸如o2、n2、nh3、h2、h2o、he、ar、或上述的组合物。该等离子体可以是电容式耦合等离子体。该等离子体应具有可使该催化剂去活化剂主要地被离子化而不产生自由基的能量水平。在层312被暴露于该催化剂去活化剂之后且假设上述特定命名的路易斯酸的一者，-ch3或-cl键被断裂且非反应性物质被取代，如图3c的层314所示。例如，当催化剂去活化剂是o2或h2o时，末端反应性基团被取代成-oh基团。基板被偏压以使该催化剂去活化剂被该暴露第一表面308与该暴露第二表面310接收，而不被这些侧壁表面309接收。因此，这些末端反应性基团被保持在这些侧壁表面309上

在步骤208，一旦该暴露第一表面308与该第二暴露表面310以催化剂去活化剂来处理，硅醇被输送到基板，硅醇将含硅层316沉积在该一个或多个侧壁表面上。硅醇可以是具有通式si(or)3oh的任何化合物，其中r基团是碳氢化合物。在示例中，硅醇是三-(第三丁氧基)硅醇、三-(第三戊氧基)硅醇、或上述的衍生物。硅醇被输送到组件300的表面，硅醇在此处与残留的层312的末端反应性基团反应而形成在侧壁表面309上，如图3d所示。

取决于暴露时间与浓度，生长厚度可在侧壁表面309上高达约通过重复步骤204、206、208，有可能生长比更厚的膜。有利地，在具有被抑制的催化剂的表面(例如该暴露第一表面308与该暴露第二表面310)上的生长厚度是不可测量的。因此，可在侧壁表面309上达到选择性生长，而在该暴露第一表面308或该第二暴露表面310不具有可检测的生长。此选择性生长允许可用于ic组件的持续最小化的更小特征结构的产生。

图4是根据一实施例的用以沉积氧化碳硅膜的方法400的流程图。方法400包括：在步骤402，将基板定位在处理腔室中，该基板包含：电介质区域及形成在基板中的一个或多个特征结构，该电介质区域具有暴露的电介质表面，这些特征结构具有侧壁，该暴露电介质表面与这些侧壁具有末端oh基团；及金属区域，该金属区域具有基本上不含氧的暴露的表面；及在步骤404，执行一个或多个硅烷化循环以将含硅与碳层选择性沉积在这些侧壁与该暴露的电介质表面上，硅烷化循环中的每一个包含：在基板的表面上执行硅烷化，该硅烷化是沉积含硅与碳层；在步骤406，将该基板暴露于含氮等离子体，该含氮等离子体在该含硅与碳层中以氮取代至少一个碳；及在步骤408，将该基板暴露于含水气体以在基板的表面上形成羟基。图5a-5e绘示根据一实施例的在氧化碳硅的形成期间的基板。为了促进本文揭示的实施例的解释，将结合图4和图5a-5e来解释。

方法400开始于步骤402，通过将基板定位在处理腔室中，该基板包含：电介质区域及形成在电介质区域中的一个或多个特征结构，该电介质区域具有暴露的电介质表面，这些特征结构具有侧壁，该暴露的电介质表面与这些侧壁具有末端oh基团；及金属区域，该金属区域具有基本上不含氧的暴露的第一表面508。在步骤402，组件500(如图5a所示)被定位于处理腔室(诸如图1所示的处理腔室100)中。组件500包含基板502。基板502可以是例如其上具有氧化硅层或碳掺杂氧化硅层的硅晶片。基板502，如图所示，包括第一层504。第一层504可以是金属层(诸如含铜层)。第二层506可形成在第一层504上方。第二层506可以是电介质层(诸如氧化硅层)。如图所示，第二层506具有暴露的第二表面510及形成在第二层中的一个或多个特征结构507。该一个或多个特征结构507具有侧壁表面509且向下延伸到暴露的第一表面508。该暴露的第一表面508具有末端非反应性物质522，在此以氢来显示。该暴露的第二表面510与该侧壁表面509具有末端羟基520。

在步骤404，随着基板被定位，硅烷化被在基板的表面上执行，硅烷化是沉积含硅与碳层。硅烷化反应通过将组件300暴露于一硅烷化试剂来执行，该硅烷化试剂是诸如(二甲基胺基)三甲基硅烷(dmatms)、双(二甲基胺基)二甲基硅烷、或上述的组合物。硅烷化造成氢从羟基520被取代成三甲基硅基悬垂基团524，如图5c所示。硅烷化反应将单层的三甲基硅基基团增加到组件500的侧壁表面509与暴露的第二表面510。由于三甲基硅烷的甲基的存在，此反应造成具有一些碳被并入的氧化硅层的形成，并且因此氧化碳硅层被形成。使用上述的硅烷化反应，分离的单层的氧化碳硅可被形成，而允许在基板上重复沉积相对薄的层。

在一示例中，基板被保持在约25℃至约400℃的范围内，诸如约75℃。压力被保持在约100毫托(mtorr)至约760托(torr)的范围内，诸如6托。硅烷化试剂被惰性气体承载，该惰性气体被提供于约0.1至约0.4标准升/分(slm)的流速，诸如约2slm。该惰性气体可以是氦、氩、或二原子氮中的一个或多个。硅烷化试剂被提供于约0.1公克/分钟(gram/min)至约4.0公克/分钟的速率。基板可被暴露于硅烷化试剂长达约5至约300秒，诸如约60秒。

应注意的是在诸如电介质层的实施例中，硅烷化反应会消耗存在于第二层506中的羟基，并且因此进一步的硅烷化最终不会发生。为了促进进一步的硅烷化，因此增加形成在基板502上的膜的厚度，第二层506被处理以诱发在第二层上的额外的羟基的形成(例如，再生成)。

在步骤406，一旦硅烷化反应完成，基板被暴露于含氮等离子体，该含氮等离子体在该含硅与碳层中以氮取代至少一个碳。等离子体处理包括将基板330暴露于含氮等离子体(诸如从氨形成的等离子体)。等离子体处理通过断裂一些硅-甲基键、以胺基团528来取代末端甲基526，来促进羟基的形成，如图5d所示。

在一示例中，nh3气体能以介于约100sccm与约5000sccm之间的流速，诸如约150sccm被提供到腔室，且施加50瓦rf功率来产生等离子体。在另一示例中，rf功率可以介于约10瓦与约1000瓦之间，诸如60瓦。基板可被保持在约200℃的温度，并且腔室压力可以是约3托。诸如n2的惰性气体能以约100至约30000sccm的流速(诸如27000sccm)被提供到腔室。基板可被保持在约25-400℃的温度，诸如约200℃。压力可被保持在介于约1托至约10托的范围内，诸如4.2托。暴露时间可以在约1秒至约60的范围内，诸如4-10秒。

其次，在步骤408，基板被暴露于含水气体以在基板的表面上形成羟基。基板502被暴露于含水气体以通过取代悬垂基团524中的胺基团528而促进羟基530的形成，如图5e所示。含水气体可包括蒸汽或使用水蒸气生成器(wvg)制造的水蒸气。在一示例中，水蒸气气体的流速可以是约1sccm至约1000sccm，诸如约10sccm。

可以通过减少处理腔室内的压力与/或通过增加处理腔室内的温度来将在步骤408之后可能存在于基板302的表面上的不希望的水分子脱附(desorb)与脱键(debond)。挥发成分接着可从处理腔室被排出。

实施例的优点通常包括可重复制造与选择性沉积具有相对小厚度(诸如小于约或小于约)的氧化硅膜。氧化硅层可经由路易斯酸催化硅醇沉积而被沉积。可通过选择表面的偏压非活化来控制选择性。在进一步实施例中，氧化硅层可经由硅烷化通过以等离子体和水处理来再生成基板的表面而被沉积。硅烷化是允许精确的逐层沉积，因此促进具有精确厚度的多个非常薄的层的形成。

尽管上述说明导向本申请案的实施例，可设想出其他与进一步实施例而不悖离本申请案的基本范围，并且本申请案的范围是由所附的申请专利范围来决定。