衬底处理方法与流程

本发明涉及衬底处理方法，更具体地，涉及用可流动材料填充衬底表面中形成的间隙的方法。

背景技术：

1、间隙填充过程广泛用于半导体制造过程中，指的是用例如绝缘材料或导电材料填充诸如浅沟槽隔离(sti)的间隙结构中的间隙的过程。此外，随着半导体器件集成度的增加，间隙结构中间隙的纵横比(a/r)也增加，因此，由于已知沉积过程的限制，也难以无空隙地填充具有高纵横比的间隙的内部。

2、化学气相沉积(cvd)或等离子体化学气相沉积(pecvd)通常被用作半导体制造过程中的沉积技术，并且在这种方法中，源气体和反应气体被同时供应到反应空间中以在衬底上沉积期望的膜，因此，具有成膜速率快的优点。然而，当通过使用化学气相沉积方法对表面上具有高纵横比的间隙的衬底执行间隙填充过程时，间隙上部区域(即间隙入口区域附近)的成膜速率相对高于间隙下部区域的成膜速率，因此，存在间隙入口区域首先被封闭的缺点。

3、图1a和1b是概念性地示出了在已知的间隙填充过程期间在间隙中形成空隙的过程的视图。参考图1a，示出了在衬底10中形成间隙11的间隙结构。例如，当在其中通过cvd方法形成间隙11的衬底10上执行间隙填充过程时，在具有间隙11的衬底10的暴露表面上形成间隙填充层12。在间隙11的暴露表面中，间隙填充层12相对均匀地形成在间隙11的底部和侧壁表面上，但间隙11的入口区域中的间隙填充层12，即其上部区域，形成为比间隙11的下部区域中的间隙填充层12相对更厚。即，随着间隙填充层12形成得更厚，间隙11的上部区域中宽度w1减小的速率大于间隙11的下部区域中宽度w2减小的速率。

4、参照图1b，随着进一步执行间隙填充过程，间隙11的上部区域中的间隙填充层12的厚度逐渐增加，间隙11的上部区域中的宽度w1逐渐减小。最终，当间隙填充层12的一些部分在间隙11的上部区域中沿着间隙11的外围彼此接触时，间隙11的上部区域被封闭，导致在间隙11内部形成空隙14。例如，在韩国专利登记号898588的图2示出的状态下，材料被再沉积并粘附到相对的侧壁上，以阻挡间隙的入口，导致空隙的形成。

5、因此，尽管在半导体制造过程中间隙的纵横比增加，仍需要一种用于填充间隙而在间隙中没有空隙的技术。

技术实现思路

1、本公开要实现的一个目的是提供一种在半导体制造过程的间隙填充过程期间用间隙填充层填充间隙而在间隙中没有空隙的衬底处理方法。

2、本公开的另一个目的是提供一种在衬底上形成可流动的氮化硅膜的衬底处理方法。

3、本公开的另一个目的是提供一种填充间隙填充层的衬底处理方法，该间隙填充层在间隙填充过程期间在间隙的整个深度上具有均匀的膜质量。

4、额外的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。

5、根据本公开的技术构思的实施例的一方面，处理具有间隙的衬底的方法可以包括将衬底装载到衬底支撑单元上，通过衬底支撑单元上的气体供应单元将低聚硅前体和含氮气体供应到衬底上，以及通过向衬底支撑单元和气体供应单元中的至少一个施加电压而在反应空间中直接产生等离子体，其中在供应低聚硅前体和含氮气体以及产生直接等离子体期间可以执行多个子步骤，并且在多个子步骤期间可以应用不同的过程参数。

6、根据处理衬底的方法的示例，在产生直接等离子体期间，可以在衬底上形成可流动的氮化硅膜。

7、根据处理衬底的方法的另一示例，该方法可以还包括将氮化硅膜转化成氧化硅膜。

8、根据处理衬底的方法的另一示例，可以在第一温度下执行多个子步骤，并且在高于第一温度的第二温度下执行转化。

9、根据处理衬底的方法的另一示例，在转化期间，氧化硅膜在间隙深度上可以具有在预设偏差内的氧浓度，并且预设偏差内的氧浓度可以由应用不同过程参数的多个子步骤引起。

10、根据处理衬底的方法的另一示例，可以通过应用远程氧等离子体来执行转化。

11、根据处理衬底的方法的另一示例，该方法可以还包括致密化氧化硅膜。

12、根据处理衬底的方法的另一示例，多个子步骤可以在第一温度下进行，致密化可以在高于第一温度的第三温度下进行。

13、根据处理衬底的方法的另一示例，多个子步骤可以包括第一子步骤和第一子步骤之后的第二子步骤。

14、根据处理衬底的方法的另一示例，可以设置第一过程参数以防止在第一子步骤期间在填充间隙的膜中形成孔，并且可以设置第二过程参数以防止填充间隙的膜在第二子步骤期间聚合。

15、根据处理衬底的方法的另一示例，用于填充间隙的氮化硅膜可以在产生直接等离子体期间形成。

16、根据处理衬底的方法的另一示例，氮化硅膜可以包括第一部分和在第一部分上的第二部分，并且第一部分可以通过第一子步骤形成，第二部分可以通过第二子步骤形成。

17、根据处理衬底的方法的另一示例，在第一子步骤期间可以施加第一rf功率，在第二子步骤期间可以施加小于第一rf功率的第二rf功率。

18、根据处理衬底的方法的另一示例，氩等离子体和氦等离子体可以在产生直接等离子体期间产生，并且在第一子步骤期间氩气与氦气的比率可以小于在第二子步骤期间氩气与氦气的比率。

19、根据处理衬底的方法的另一示例，在第一子步骤期间，反应空间可以保持在第一压力下，并且在第二子步骤期间，反应空间可以保持在高于第一压力的第二压力下。

20、根据处理衬底的方法的另一示例，在第一子步骤期间供应的低聚硅前体的流量可以小于在第二子步骤期间供应的低聚硅前体的流量。

21、根据处理衬底的方法的另一示例，在第一子步骤期间供应的含氮气体的流量可以大于在第二子步骤期间供应的含氮气体的流量。

22、根据本公开的技术思想的实施例的另一方面，一种处理在衬底表面中形成有间隙的衬底的方法可以包括：将衬底装载到反应空间中；通过使用直接等离子体方法，通过将反应空间保持在低于100℃的第一温度和第一压力下，在施加第一rf功率的状态下以第一流量供应低聚硅前体，并且以第一流量供应含氮气体，来部分地填充间隙；通过使用直接等离子体方法，通过将反应空间保持在第一温度和高于第一压力的第二压力下，在施加小于第一rf功率的第二rf功率的状态下以大于第一流量的第二流量供应低聚硅前体，并且以大于第一流量的第二流量供应含氮气体，来另外地填充间隙；通过使用远程等离子体方法，通过部分地填充间隙和另外地填充间隙，将在衬底间隙中形成的可流动的氮化硅膜转化成氧化硅膜；以及在氧气氛下致密化氧化硅膜。

23、根据处理衬底的方法的示例，转化可以在高于第一温度的第二温度下进行，致密化可以在高于第二温度的第三温度下进行。

24、根据本公开的技术思想的实施例的另一方面，一种通过重复循环来处理衬底以填充包括在衬底中的宽度为20nm或更小的间隙的方法可以包括通过在循环期间施加直接等离子体来执行可流动间隙填充过程，以及在循环期间改变在可流动间隙填充过程中使用的过程参数。