衬底处理方法与流程

1.一个或多个实施例涉及一种衬底处理方法，更具体地，涉及一种在衬底中形成的凹陷区域(例如间隙或沟槽结构)中填充膜的方法。


背景技术：

2.通常，用于填充凹陷结构(例如半导体器件的浅沟槽隔离(sti))和3d vnand器件的竖直栅极结构)的沉积-蚀刻-沉积(ded)技术是众所周知的。在用于填充凹陷区域的沉积步骤中，使用原子层沉积(ald)、等离子体增强原子层沉积(peald)、化学气相沉积(cvd)、高密度等离子体化学气相沉积(hdp cvd)等来沉积膜。特别地，cvd方法或等离子体化学气相沉积方法主要用于快速成膜。
3.作为玻璃材料的磷硅酸盐玻璃(psg)膜用作填充sti的绝缘膜，并且主要通过cvd来填充。为了赋予psg膜流动性，需要在高于熔点的温度下，例如在700℃或更高的高温下，进行后续热处理。然而，在填充膜中仍存在空隙，并且存在的问题是高温过程通过对半导体器件施加热冲击而降低了器件性能。例如，高温处理可能导致半导体器件中的离子扩散，从而破坏绝缘性能。


技术实现要素：

4.一个或多个实施例包括一种衬底处理方法，该方法通过在低于填充材料熔点的温度下使用填充材料(例如磷硅酸盐玻璃(psg)膜)来填充凹陷区域，而不会对器件造成热冲击。更详细地，一个或多个实施例包括一种衬底处理方法，该方法通过用填充材料填充凹陷结构以具有流动性并增加膜的密度来无空隙或接缝地填充凹陷的衬底处理方法。
5.附加方面将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显而易见，或者可以通过实践本公开的所呈现的实施例来了解。
6.根据一个或多个实施例，衬底处理方法包括：在包括沟槽的衬底上用第一材料至少部分地填充沟槽；以及供应包含在第一材料中的至少一种构成元素，并施加等离子体以诱导第一材料的流化。
7.根据衬底处理方法的一示例，可以在低于第一材料的熔点的第一温度下执行填充。
8.根据衬底处理方法的另一示例，可以在低于第一材料熔点的第二温度下执行诱导流化。
9.根据衬底处理方法的另一示例，填充可以在第一温度下执行，诱导流化可以在第二温度下执行，其中第一温度和第二温度中的至少一个可以低于第一材料的熔点，并且第二温度可以高于第一温度。
10.根据衬底处理方法的另一示例，通过流化，第一材料可被转化成第二材料。
11.根据衬底处理方法的另一示例，第二材料的流动性可以高于第一材料的流动性。
12.根据衬底处理方法的另一示例，第一材料可以具有线性分子结构，第二材料可以
具有网状分子结构。
13.根据衬底处理方法的另一示例，第一材料可以包括氧元素，并且第二材料的氧含量可以大于第一材料的氧含量。
14.根据衬底处理方法的另一示例，在填充和诱导流化之间，可以执行供应惰性气体。
15.根据衬底处理方法的另一示例，惰性气体的活性物质可以在供应惰性气体的时间段的至少一部分期间产生，并且活性物质可以有助于增加第一材料的流动性。
16.根据衬底处理方法的另一示例，通过填充和供应惰性气体形成的间隙填充层可以包括第一深度的凹陷，间隙填充层可以包括空隙。
17.根据衬底处理方法的另一示例，在诱导流化之后，间隙填充层的凹陷可被改变为具有比第一深度大的第二深度。
18.根据衬底处理方法的另一示例，填充可以包括：供应硅源；供应磷源；以及供应等离子体功率。
19.根据衬底处理方法的另一示例，硅源可以包括bdeas，磷源可以包括tmpi。
20.根据衬底处理方法的另一示例，诱导流化可以包括：供应含氧气体；以及提供等离子体功率。
21.根据衬底处理方法的另一示例，第一材料可以包括si
x
p2o3，并且通过诱导流化，psg间隙填充层的si
x
p2o3可被转化成si
x
p2o5。
22.根据衬底处理方法的另一示例，填充和诱导流化可以在同一反应器中原位进行。
23.根据衬底处理方法的另一示例，衬底处理方法可以在包括至少一个反应器的衬底处理设备中执行该衬底处理方法，其中衬底处理设备可以包括：在其中执行填充的第一反应器和第三反应器；在其中执行诱导流化的第二反应器和第四反应器；以及衬底传送单元，其配置为将衬底从第一反应器传送到第二反应器，并将衬底从第三反应器传送到第四反应器。
24.根据一个或多个实施例，一种衬底处理方法包括：在低于psg(磷硅酸盐玻璃)熔点的第一温度下，在包括沟槽的衬底上形成包括至少部分填充沟槽的si
x
p2o3的psg膜；通过将氩活性物质施加到psg膜上来增加psg膜的流动性；以及通过在低于psg熔点的第二温度下将氧活性物质施加到psg膜上来诱导psg膜的回流，其中，通过诱导回流，包含在psg膜中的si
x
p2o3可被转化成si
x
p2o5。
25.根据一个或多个实施例，一种衬底处理方法包括：第一循环，包括供应包括氨基硅烷和硅烷中的至少一种的硅源，并吹扫硅源；第二循环，包括供应包含tmpi的磷源和吹扫磷源；第三循环，包括供应氩活性物质和吹扫包括c2h5oh的残余物；以及第四循环，包括供应氧活性物质和吹扫氧活性物质，其中，可以在低于psg(磷硅酸盐玻璃)熔点的温度下执行第一循环至第四循环。
附图说明
26.从以下结合附图的描述中，本公开的某些实施例的上述和其他方面、特征和优点将变得更加明显，其中：
27.图1至图5是示出根据实施例的衬底处理方法的视图；
28.图6是示出图1至图5所示的衬底处理方法的流程图；
29.图7是示出根据实施例的衬底处理方法的视图；
30.图8是示出了根据实施例的用于填充凹陷(例如间隙)的过程序列的流程图；
31.图9是示出根据图8的过程序列的图；
32.图10是示出在第一流动性赋予步骤和第二流动性赋予步骤中膜的分子结构的变化的视图；
33.图11是示出根据实施例的psg膜的填充状态的视图；以及
34.图12是示出根据实施例的衬底处理方法的视图。
具体实施方式
35.现在将详细参考实施例，其示例在附图中示出，其中相同的附图标记始终表示相同的元件。在这点上，本实施例可以具有不同的形式，并且不应被解释为限于这里阐述的描述。因此，下面仅通过参考附图来描述实施例，以解释本说明书的各个方面。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。当在元素列表之前时，诸如“至少一个”的表述修饰整个元素列表，而非修饰列表的单个元素。
36.在下文中，将参照附图详细描述本公开的实施例。
37.在这点上，本实施例可以具有不同的形式，并且不应被解释为限于这里阐述的描述。相反，提供这些实施例是为了使本公开彻底和完整，并将本公开的范围完全传达给本领域普通技术人员。
38.这里使用的术语用于描述特定的实施例，并不意图限制本公开。如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另外明确指出。还应当理解，这里使用的术语“包括”、“包含”及其变体指定存在所陈述的特征、整数、步骤、过程、构件、部件和/或其组合，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、过程、构件、部件和/或其组合。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。
39.应当理解，尽管术语第一、第二等可以在这里用来描述各种构件、部件、区域、层和/或部分，但这些构件、部件、区域、层和/或部分不应该受这些术语的限制。这些术语不表示任何顺序、数量或重要性，而是仅用于将各个部件、区域、层和/或部分区分开。因此，在不脱离实施例的教导的情况下，下面讨论的第一构件、部件、区域、层或部分可被称为第二构件、部件、区域、层或部分。
40.下文将参照附图描述本公开的实施例，在附图中示意性地示出了本公开的实施例。在附图中，由于例如制造技术和/或公差，可以预期与所示形状的偏差。因此，本公开的实施例不应被解释为限于本文所示的区域的特定形状，而是可以包括例如由制造过程导致的形状偏差。
41.图1至图5是示出根据实施例的衬底处理方法的视图。图6是示出图1至图5所示的衬底处理方法的流程图。
42.参照图1，首先，提供具有第一突起p1和第二突起p2的图案结构。图案结构是非平坦结构，并且可以包括上表面、下表面和将上表面连接到下表面的侧表面。图案结构可以用于形成有源区或者可以用于形成栅极图案。例如，当图案结构用于实现闪存时，第一突起p1和第二突起p2中的每个可以包括栅电极和隧穿绝缘层。
43.图案结构可以形成在衬底中，并且衬底可以是例如半导体衬底或显示衬底。衬底
可以包括例如硅、绝缘体上硅、蓝宝石上硅、锗、硅锗和砷化镓中的任何一种。应当注意，尽管图案结构被实现为在附图中向上突出的形状，但图案结构可以延伸以横向突出。
44.通过提供图案结构，可以在第一突起p1和第二突起p2之间形成沟槽tr。在图案结构用于形成有源区的情况下，半导体衬底的器件隔离区可以由沟槽tr限定，半导体衬底的有源区可以由器件隔离区限定。
45.此后，参照图2和图6，执行形成部分填充沟槽tr的第一材料的膜110的操作s610。用于至少部分填充沟槽tr的第一材料可以包括例如硅酸盐玻璃。在一些示例中，第一材料可以包括磷硅酸盐玻璃(psg)。在另一示例中，第一材料可以包括sio2、氢倍半硅氧烷(hsq)、甲基倍半硅氧烷(msq)、无定形碳氟化合物(a-c:f)、氟化氧化硅(siof)和碳氧化硅(sioc)中的至少一种。
46.用于形成第一材料的膜110的填充步骤可以在低于第一材料的熔点的第一温度下执行。在一些实施例中，第一温度可以是100℃或更低。例如，可以使用化学气相沉积(cvd)或原子层沉积(ald)过程来形成第一材料。在一些实施例中，可以在cvd或ald过程期间施加等离子体。
47.例如，当形成包括psg的第一材料的膜110时，填充步骤可以包括供应硅源和供应磷源。选择性地，填充步骤可以进一步包括供应rf功率。在替代实施例中，可以进一步包括吹扫硅源和吹扫磷源。
48.上述源的供应和吹扫可以作为一个循环重复多次。例如，硅源的供应和吹扫可以作为第一循环重复多次。此外，磷源的供应和吹扫可以作为第二循环重复多次。可以在第一循环和第二循环中的至少一个中执行供应rf功率。
49.在一些实施例中，硅源可包括氨基硅烷，例如双二乙基氨基硅烷bdeas、(sih2(net2)2)和二异丙基氨基硅烷dipas、sih3n(ipr)2。在另一实施例中，硅源可以包括硅烷，比如硅烷(sih4)、乙硅烷(si2h6)、丙硅烷(si3h8)、四硅烷(si4h
10
)或具有式si
xh(2x+2)
的更高级硅烷。在另一实施例中，硅源可以包括硅烷二胺n,n,n',n-四乙基(c8h
22
n2si)、btbas(双(叔丁基氨基)硅烷)、tdmas(三(二甲基氨基)硅烷)、六(乙基氨基)乙硅烷(si2(nhc2h5)6)、六氯乙硅烷(hcds)和五氯乙硅烷(pcds)中的至少一种。
50.此外，在一些实施例中，磷源可以包括亚磷酸三甲酯(tmpi)(p(och3)3)。在另一实施例中，磷源可以包括三(三甲基甲硅烷基)膦[p(tms)3]、三(二甲基氨基)膦[p(dma)3]和三(二乙基氨基)膦[p(dea)3]中的至少一种。
[0051]
如此形成的包含psg的第一材料的膜110在图2中示出。包括在膜110中的第一材料可以包括si
x
p2o3。在替代实施例中，包含在第一材料中的至少一部分si
x
p2o3可以具有线性分子结构。在另一替代实施例中，在第一流动步骤s620之后，包括在第一材料中的si
x
p2o3可以改变为具有线性分子结构，这将在下文中稍后描述。
[0052]
此后，参照图3和图6，执行赋予第一材料的膜110流动性的第一流动步骤(s620)。例如，当惰性气体元素的活性物质被供应到膜110上并且活性物质与第一材料的膜110碰撞时，第一材料的膜110的流动性可以由于离子轰击效应而增加。在一些实施例中，包括在流动性赋予步骤和随后的吹扫步骤中的惰性气体元素的活性物质的供应可以作为第三循环重复多次。
[0053]
上述将流动性赋予到第一材料的膜110上的步骤可以在与填充步骤相同的温度
(即第一温度)下执行。在另一示例中，可以在不同于填充步骤中的温度(即不同于第一温度的温度)下执行向第一材料的膜110赋予流动性。
[0054]
作为具体示例，在流动性赋予步骤期间，氩气可以作为惰性气体被供应到反应空间中，并且rf功率可被施加到反应空间以产生氩活性物质。在一些示例中，rf功率可以是定向的，使得氩活性物质可以朝向膜110施加。当氩活性物质与psg膜110碰撞时，c2h5oh可作为副产物产生，其可在随后的吹扫步骤中从反应空间中移除。
[0055]
被赋予流动性的第一材料的膜110可以在第一突起p1和第二突起p2之间形成间隙填充层。间隙填充层可以包括从第一突起p1的上表面起具有第一深度d的凹陷130。此外，间隙填充层中可以包括空隙120。在一些实施例中，空隙120可以包括上述惰性气体元素。
[0056]
此后，如图4所示，执行用于第一材料的膜110(图3中)的第二流动步骤(s630)。更详细地，可以执行通过施加rf功率将(图3的)膜110中包括的第一材料转化成第二材料。在一些实施例中，在第二流动步骤期间，包括在第一材料中的至少一种构成元素可被供应到等离子体气氛的反应空间。在替代实施例中，吹扫步骤可在供应至少一种构成元素之后执行。此外，构成元素的供应和随后的吹扫可以作为第四循环重复多次。
[0057]
根据一些实施例，包括在膜110(图3中)中的第一材料可以通过供应这种构成元素而转化成第二材料。在这种情况下，在替代实施例中，第二材料的流动性可以大于第一材料的流动性。
[0058]
该第二流动步骤可以在低于第一材料熔点的第二温度下进行。例如，当第一材料包括psg时，第二温度可以是700℃或更低，这是psg的熔点。在替代实施例中，第二温度可被选择为不对半导体器件施加热冲击的水平。因此，在低于第一材料熔点的温度下，在不对半导体器件造成热损伤的情况下诱导第一材料的流化，从而增加膜110的密度(图3中)，去除空隙，并填充沟槽tr(图1中)。
[0059]
在一些实施例中，第二温度可以与上述填充步骤中的第一温度相同。例如，第一温度和第二温度都可以是室温至300℃。在另一实施例中，第二温度可以高于第一温度。例如，第一温度可以是室温至300℃，第二温度可以是250℃至650℃。
[0060]
在一些实施例中，填充步骤和第二流动步骤可以在同一反应器中原位进行(参见图12(a))。这种原位过程可以应用于例如第一温度和第二温度相同的实施例。在另一实施例中，填充步骤和第二流动步骤可以在不同的反应器中进行。
[0061]
例如，填充步骤可以在第一反应器中进行，第二流动步骤可以在第二反应器中进行(参见图12(b))。在这种情况下，衬底处理设备可以包括配置为将衬底从第一反应器传送到第二反应器的衬底传送单元。
[0062]
在进一步的实施例中，衬底处理设备可以配置为同时处理多个衬底。在这种情况下，衬底处理设备可以进一步包括配置为对附加衬底执行填充步骤的第三反应器和配置为对附加衬底执行流动步骤的第四反应器(参见图12(c))。此外，衬底处理设备的衬底传送单元可以进一步配置为将衬底从第三反应器传送到第四反应器。
[0063]
在第一材料包括氧成分的示例中，供应含氧气体和供应rf功率可以在第二流动步骤期间执行。因为第一材料包括氧元素作为其成分，所以通过供应含氧气体产生的第二材料的氧含量可以大于第一材料的氧含量。
[0064]
在一些实施例中，第一材料可以包括psg。在这种情况下，第一材料的膜110(图3
中)(即psg膜)可以包括si
x
p2o3。氧活性物质可以在第二流动步骤期间施加到psg膜上，由此包含在psg膜中的第一材料si
x
p2o3可以转化成第二材料si
x
p2o5。这样，具有线性分子结构的si
x
p2o3转化为具有网状分子结构的si
x
p2o5，从而增加psg膜的密度并去除psg膜中的空隙。
[0065]
尽管在本说明书中以psg为例描述了本公开的技术精神，但应当注意，本公开不限于这些实施例。例如，本领域普通技术人员将能够从本说明书中得到一种技术思想，即通过提供间隙填充层的第一材料中包含的至少一种构成元素并在低于第一材料熔点的温度下施加等离子体，将具有线性分子结构的第一材料转化为具有更高密度和/或流动性的网状分子结构的第二材料。
[0066]
图4中示出了包括第二材料的膜110’,该膜已经过第二流动步骤。包括第二材料的膜110’可以包括距第一突起p1(和第二突起p2)的上表面具有第二深度d’的凹陷130’。在一些实施例中，第二深度d’可以大于图3中所示的第一深度d，这可能是因为在第二流动步骤期间间隙填充层中的现有空隙120(图3中)被去除。在另一实施例中，第二深度d’可以小于图3所示的第一深度d。
[0067]
返回参考图6，在第二流动步骤之后，执行确定沟槽填充是否完成的操作s640。因为图4所示的第二流动步骤之后的膜110’具有第二深度的凹陷130’，所以确定沟槽的填充没有完成。在这种情况下，可以再次执行第一材料的膜140(图5)的形成，并且可以如图5所示填充凹陷。
[0068]
图7是示出根据实施例的衬底处理方法的视图。根据实施例的衬底处理方法可以是根据上述实施例的衬底处理方法的变型。在下文中，这里将不给出实施例的重复描述。
[0069]
参照图7，衬底处理方法可以包括部分填充沟槽的操作s710和流化沟槽材料的操作s720(即流动步骤)。在图6的上述实施例的情况下，执行第一流动步骤(图6中的s620)和第二流动步骤(图6中的s630)以流化沟槽材料，并且在图7的实施例中，可以省略第一流动步骤和第二流动步骤中的任何一个。
[0070]
例如，根据图7的实施例，可以省略图6的第二流动步骤，并且可以仅执行第一流动步骤。
[0071]
如上所述，流化沟槽材料的操作s720可以在低于沟槽材料熔点的温度下执行。还可以提供惰性气体元素来流化沟槽材料。也可以施加等离子体以允许惰性气体元素渗透到沟槽材料中。
[0072]
部分填充沟槽的操作s710中的第一等离子体气氛可以不同于流化沟槽材料的操作s720中的第二等离子体气氛。例如，第二等离子体气氛的rf功率水平可以大于第一等离子体气氛的rf功率水平。此外，第二等离子体气氛的rf功率施加时间可以大于第一等离子体气氛的rf功率施加时间。由于这种相对较大的rf功率和rf功率施加时间，惰性气体元素的离子轰击效应和离子能量可能增加，这可能促进沟槽材料的流化。
[0073]
此外，根据图7的另一实施例，图6的第一流动步骤可以省略，并且可以仅执行第二流动步骤。
[0074]
如上所述，流化沟槽材料的操作s720可以在低于沟槽材料熔点的温度下执行。也可以提供包含在沟槽材料中的至少一种构成元素来流化沟槽材料。也可以施加等离子体以允许构成元素渗透到沟槽材料中。
[0075]
部分填充沟槽的操作s710中的第一等离子体气氛可以不同于流化沟槽材料的操
作s720中的第二等离子体气氛。例如，第二等离子体气氛的压力可以小于第一等离子体气氛的压力。此外，第二等离子体气氛的rf频率可以小于第一等离子体气氛的rf频率。由于相对较低的处理压力和较低的rf频率，构成元素的平均自由程可能增加，这可能有助于沟槽材料的流化。
[0076]
图8是示出根据实施例的用于填充凹陷(例如间隙)的过程序列的流程图。每个步骤的详细描述如下。
[0077]
1.第一步骤(步骤1)：psg膜填充步骤。在该步骤中，用psg膜填充凹陷，例如间隙或沟槽。该步骤在第一处理温度下进行，其中第一处理温度是低于psg膜的熔点(700℃)的温度。该步骤包括吸附si膜和吸附磷(p)膜，并且在每个步骤中通过交替供应源气体和rf功率来吸附膜。
[0078]
2.第二步骤(步骤2)：反应副产物去除步骤。在该步骤中，去除在第一步骤中产生的反应副产物或在反应后未解吸的未反应副产物。例如，通过ar活性物质的离子能量沉积的psg膜的未解吸的配体或未反应的元素通过与ar活性物质的化学反应而被去除。此外，在该步骤中，由于离子轰击效应以及通过ar离子能量去除未反应的副产物，psg膜的流动性增加。该步骤可以在与第一步骤相同的第一处理温度下作为连续过程进行。在另一实施例中，可以省略该步骤，并且可以在第一步中去除反应副产物。
[0079]
3.第三步骤(步骤3)：psg膜密度控制步骤。在该步骤中，填充凹陷区域的psg膜的密度得到提高。在该步骤中，将含氧气体(例如活化氧)供应到psg膜，以使psg膜可回流，从而提高密度。该步骤在低于psg膜熔点的第二处理温度下进行。第二处理温度可以与第一处理温度相同或不同。该步骤可以抑制可能在psg膜中形成的空隙的形成并控制psg膜的蚀刻特性(例如werr湿蚀刻速率比)。
[0080]
图9是示出根据图8的过程序列的图。
[0081]
在图9中，第一步骤(步骤1)、第二步骤(步骤2)和第三步骤(步骤3)分别对应于图8的第一步骤(步骤1)、第二步骤(步骤2)和第三步骤(步骤3)。图9的每个步骤的详细描述如下。
[0082]
1.第一步骤(步骤1)：psg膜填充步骤。该步骤是用psg膜填充诸如间隙或沟槽的凹陷的步骤，并且对应于图9的步骤t1至t8(子步骤)。在该步骤中，在连续供应ar气体的同时，交替供应si源(前体)、p源和rf功率。bdeas(sih2(net2)2)用作si源，tmpi(p(och3)3)(其为液体源)用作p源。
[0083]
在图9的步骤t1至t4中，bdeas源分子化学吸附在表面上。然后，由rf功率或离子能量活化的ar的离子轰击效应吸附的bdeas源被分解。分解的bdeas源可以包括单独的si元素、碳元素和氢元素，或者它们的部分组合，并且除了si元素之外的分解产物在吹扫步骤中被排出。
[0084]
在图9的步骤t5至t8中，供应tmpi源，然后通过用rf功率活化的ar的离子轰击效应或离子能量分解tmpi源。作为tmpi源的成分的磷元素和氧元素与si层反应以形成具有si
x
p2o3结构的psg膜。
[0085]
这些步骤t1至t8可以在低于psg膜的熔点的第一处理温度下执行。在另一实施例中，第一处理温度可以是100℃或更低。
[0086]
2.第二步骤(步骤2)：反应副产物去除步骤。该步骤是其中通过活化的ar离子在熔
点以下形成的psg(si
x
p2o3)膜的流动性增加的步骤，并且对应于图9的步骤t9和t10(子步骤)。在熔点以下形成的psg膜具有增加的流动性。此外，步骤2是能够从步骤1中产生的tmpi和bdeas副产物中去除未解吸的未反应材料的步骤。因此，凹陷区域以可流动的方式被填充。为了增加离子轰击效应和离子能量，可以增加ar活性物质的密度或者可以增加活性状态的保持时间。例如，在该步骤中供应的rf功率的强度可以大于第一步骤(步骤1)中的强度。可替代地，rf功率供应时间可以更长。该步骤(t9至t10)在低于psg膜熔点的温度下进行。例如，该步骤可以在与第一步骤(步骤1)中相同的第一处理温度下进行。在另一实施例中，可以省略该步骤，并且可以在第一步骤(步骤1)中去除反应副产物。
[0087]
3.第三步骤(步骤3)：psg膜密度控制步骤。该步骤是控制si
x
p2o3结构的psg膜的密度的步骤，并且对应于图9的步骤t11至t12(子步骤)。在该步骤中，通过用rf功率激活氧(o2)以向膜提供氧，psg膜的结构从si
x
p2o3转化为si
x
p2o5。换句话说，通过向膜中额外供应氧离子以诱导psg膜的回流，膜的分子结构从线性分子结构转化为更复杂的网状分子结构。因此，提高了psg膜的密度，并且抑制了psg膜中空隙的形成。
[0088]
在该步骤中，ar等离子体处理和氧等离子体处理同时进行。因此，可以仅通过省略第二步骤(步骤2)并且仅通过第一步骤(步骤1)和第三步骤(步骤3)来执行psg填充步骤。在该步骤中，为了增加离子轰击效果和离子能量，可以增加ar活性物质的密度或者可以增加活性状态的保持时间。例如，在该步骤中供应的rf功率的强度可以大于第一步骤(步骤1)中的强度。可替代地，rf功率供应时间可以更长。
[0089]
此外，该步骤可以在低处理压力和低频rf功率下进行，使得氧离子的平均自由程更长，以便氧离子渗透到psg膜中。
[0090]
该步骤可以在低于psg膜熔点的第二处理温度下进行。在另一实施例中，第二处理温度可以与第一处理温度相同。在另一实施例中，第二处理温度可以高于第一处理温度并且低于熔点。
[0091]
图10是示出在第一流动性赋予步骤和第二流动性赋予步骤中膜的分子结构的变化的视图。首先，第一步骤(步骤1)指的是在凹陷区域中沉积psg膜，并且对应于图8和图9的第一步骤(步骤1)。应当注意，为了便于理解，省略了si元素，仅示出了作为p源的tmpi源分子。第一步骤(步骤1)示出了如沉积在凹陷表面上的tmpi源分子。
[0092]
图10的第二步骤(步骤2)对应于图8和图9的第二步骤(步骤2)。在第二步骤(步骤2)中，通过活化的ar离子的离子轰击，psg膜的分子结构变为线性分子结构，并且流动性增加。因此，在第二步骤(步骤2)中，psg膜的流动性增加以流动并填充凹陷区域。
[0093]
在图10的第三步骤(步骤3)中，通过供应活化的氧离子以增加psg膜中的氧含量，psg膜的分子结构从线性si
x
p2o3结构转变为网状si
x
p2o5结构。由于包含更多的氧离子，psg膜回流并转化为网状分子结构，膜的密度增加。由于更致密的结构，抑制了psg膜中空隙的形成。由于膜密度的增加，与第二步骤(步骤2)中的werr相比，psg膜的werr(湿蚀刻速率比)降低。因此，填充凹陷区域的psg膜被稳定和固化。
[0094]
下表1是psg膜与热氧化膜(热sio2)的werr的比较数据。werr表示在稀释到500:1的稀释hf(dhf)蚀刻溶液中，psg膜的蚀刻速率与热氧化膜(热sio2)的蚀刻速率之比。
[0095]
【表1】
[0096]
状态werr
在步骤2之后(si
x
p2o3)》300(完全蚀刻)在步骤3之后(si
x
p2o5)5
[0097]
如表1所示，氧等离子体处理之前(步骤2之后)的werr为300或更大，这比氧等离子体处理之后(步骤3之后)的werr高得多。这表明氧等离子体处理增加了psg膜的密度并改善了抗蚀刻性。
[0098]
图11是示出根据实施例的psg膜的填充状态的视图。图11(a)示出了处于沉积状态的psg膜(第一步骤(步骤1))，图11(b)示出了ar等离子体处理(第二步骤(步骤2))之后的填充状态，图11(c)示出了氧等离子体处理(第三步骤(步骤3))之后的填充状态。
[0099]
图11(a)示出了在低于psg膜熔点的第一处理温度下沉积在凹陷结构中的psg膜1。图11(b)示出了通过将ar等离子体施加到psg膜来改善流动性，该psg膜在低于psg膜熔点的温度下沉积并且具有降低的流动性。然而，因为流动性是由物理方法引起的，所以在膜内部存在空隙2。图11(c)示出了通过在低于psg膜熔点的第二处理温度下执行氧等离子体处理以向psg膜提供附加氧元素并诱导膜回流而具有更高密度且膜内没有空隙的psg膜。在图11(b)和11(c)中，填充凹陷的膜的上部的深度d可以增加，同时psg膜的流动性得到改善(d《d’)。因此，通过重复第一步骤(步骤1)至第三步骤(步骤3)，可以减小凹陷的上部和psg膜的上部之间的深度差。
[0100]
下表2示出了一实施例的操作条件。
[0101]
【表2】
[0102]
[0103][0104]
图12是示出根据实施例的衬底处理方法的视图。图12(a)示出了衬底处理方法，其中psg膜填充(第一步骤(步骤1))、ar等离子体处理(第二步骤(步骤2))和氧等离子体处理(第三步骤(步骤3))都在一个反应器中进行。在这种情况下，第一处理温度与第二处理温度相同。可替代地，在第一处理温度下处理衬底之后，将温度升高到第二处理温度，以在第二处理温度下处理衬底。图12(b)示出了衬底处理方法，其中在一个反应器中执行第一步骤(步骤1)和第二步骤(步骤2)，然后通过将衬底传送到处于真空状态(即不破坏真空)的另一个反应器中来执行第三步骤(步骤3)。图12(c)示出了衬底处理方法，其中，在两个反应器中执行第一步骤(步骤1)和第二步骤(步骤2)，然后通过将衬底传送到处于真空状态(即不破坏真空)的两个其他反应器中来执行第三步骤(步骤3)。在图12(b)和图12(c)的情况下，可以在一个反应器中在第一处理温度下进行psg膜填充和ar等离子体处理，然后可以通过将衬底传送到另一个反应器中在不同于第一处理温度的第二处理温度下进行氧等离子体处理。当在不同的处理温度下处理衬底时，可以通过使用多个反应器来提高每小时的衬底处理速率。
[0105]
这样，根据本公开，当在低于psg膜熔点的温度下用psg膜填充凹陷时，可以在低于熔点的第一处理温度下改善psg膜的流动性，并且通过在低于熔点但等于或高于第一处理温度的第二处理温度下向psg膜额外地供应膜的构成元素以诱导膜回流，可以增加膜的密度，并且可以无空隙地进行凹陷填充。
[0106]
应当理解，附图的每个部分的形状是为了清楚理解本公开而说明的。应当注意，这些部分可以被修改成除了所示形状之外的各种形状。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。
[0107]
应该理解，这里描述的实施例应被认为仅仅是描述性的，而不是限制性的。每个实施例中的特征或方面的描述通常应被认为可用于其他实施例中的其他类似特征或方面。虽然已经参照附图描述了一个或多个实施例，但本领域普通技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。