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形成在衬底表面上的间隙的方法。

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至反应空间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，当在通过cvd而在其上形成间隙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，一种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，通过位于衬底支撑单元上方的气体供应单元向衬底供应低聚硅前体和含氮气体，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在反应空间中产生直接等离子体，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等离子体占空比。

6、根据处理衬底的方法的一示例，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硅浓度，并且预设偏差内的硅浓度可以由应用不同等离子体占空比的多个子步骤引起。

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，在第一子步骤期间，可以施加第一占空比的等离子体以防止在填充间隙的膜中形成孔，并且在第二子步骤期间，可以施加小于第一占空比的第二占空比的等离子体以防止填充间隙的膜聚合。

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，第一电压可被施加第一时间，并且在第二子步骤期间，第一电压可被施加少于第一时间的第二时间。

18、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，并且在第二子步骤期间，反应空间可以保持在第一压力。

19、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等于在第二子步骤期间供应的低聚硅前体的流量。

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含氮气体的流量可以等于在第二子步骤期间供应的含氮气体的流量。

21、根据处理衬底的方法的另一示例，低聚硅前体可以包括选自以下中的至少一种：二聚体-三甲硅烷基胺(tsa)、三聚体-tsa、四聚体-tsa、五聚体-tsa、六聚体-tsa、七聚体-tsa、八聚体-tsa及其混合物。

22、根据处理衬底的方法的另一示例，含氮气体可以包括选自以下中的至少一种：n2、n2o、no2、nh3、n2h2、n2h4、其自由基中的至少一种及其混合物中的至少一种。

23、根据本公开的技术思想的实施例的另一方面，一种处理具有其上形成有间隙的表面的衬底的方法可以包括：将衬底装载到反应空间；使用直接等离子体方法部分地填充间隙，通过将反应空间保持在低于100℃的第一温度和第一压力，在第一电压的rf功率被施加第一时间的状态下以第一流量供应低聚硅前体，并且供应第二流量的含氮气体；使用直接等离子体方法另外地填充间隙，通过将反应空间保持在第一温度和第一压力，在第一电压的rf功率被施加小于第一时间的第二时间的状态下以第一流量供应低聚硅前体，并且供应第二流量的含氮气体；使用远程等离子体方法，将通过部分地填充间隙和另外地填充间隙而在衬底间隙中形成的可流动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。

24、根据本公开的技术构思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含在衬底中的宽度为20nm或更小的间隙的方法可以包括：通过在循环期间直接使用等离子体来执行可流动间隙填充过程，并且在循环期间改变在可流动间隙填充过程中使用的rf功率的等离子体占空比。