CN107406983A - 通过沉积调整来解决fcvd的线条弯曲 - Google Patents

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Abstract

减少具支柱的基板的线条弯曲与表面粗糙度的方法包括通过用自由基处理含支柱的基板来形成处理表面。自由基可以是硅基的、氮基的或氧基的。该方法可包括通过使有机硅前体和氧前体反应来在处理表面上面形成介电膜。该方法可包括在约150℃或以下的温度下，固化介电膜。减少具支柱的基板的线条弯曲与表面粗糙度的方法包括通过使有机硅前体、氧前体和自由基前体反应来在含支柱的基板上面形成介电膜。该方法可包括在约150℃或以下的温度下，固化介电膜。自由基前体可选自由氮基自由基前体、氧基自由基前体和硅基自由基前体所组成的群组。

Description

通过沉积调整来解决FCVD的线条弯曲
技术领域
本公开的实施例大体涉及表面处理及形成介电膜。
背景技术
随着器件节点微缩，窄又高深宽比支柱变得机械易碎，及易因沉积期间的应力或力不平衡而弯曲。例如，高深宽比氧化硅支柱易受此弯曲。细长支柱周围的应力或力不平衡可能由毛细力与可流动化学气相沉积(FCVD)弯月面轮廓、FCVD沉积与基板间的黏滞力(例如由悬键间的分子间作用力引起)和/或因表面粗糙度导致的局部应力引起。
图1是示出部分半导体器件100的截面示意图，其中在半导体器件100内的两个支柱间发生线条弯曲。如图1所示，高深宽比器件结构形成于基板表面上。处理期间，器件支柱102应保持朝垂直取向，而壁106不应横穿开口104及接触支柱102的相邻壁106。支柱102的壁106受到毛细力，致使相邻支柱102的壁106朝彼此弯曲而相互接触。线条弯曲因相邻支柱102的壁106接触所致，最终将造成开口104封闭。黏滞例如至少发生在相邻支柱间的交互作用点108。一般线条弯曲(特别是线条黏滞)不是所期望的，因为此例如会妨碍在后续基板处理步骤(例如进一步的沉积步骤)期间进入开口104。
毛细力还会造成这些结构中的材料弯曲而产生不期望的黏滞，以致可损坏半导体基板。上述缺点在发生在基板上的沉积工艺期间，对具高深宽比半导体支柱的基板特别明显。线条弯曲因毛细压力遍及陷入沟槽或通孔的液体上面的气液界面而使侧壁朝彼此弯曲所致，侧壁形成高深宽比沟槽或通孔。支柱的高深宽比和支柱本身的弹性常数亦会造成此类线条弯曲。由于毛细压力(有时亦称作毛细力)，具窄线宽与高深宽比的特征结构易受气液与液壁界面间的表面张力的差异影响。
沉积期间，较黏性的可流动膜不均匀分布至各支柱间开口104内还因各支柱间的沉积膜缺乏流动性而导致进一步线条弯曲。沉积的不均匀分布还可引起沉积于各支柱间的膜的初始表面粗糙度。沉积于具原生氧化物的支柱间的膜的表面的不均一反应亦会造成线条弯曲。由于器件尺度化进展迅速，半导体处理在防止线条弯曲方面正面临严峻挑战。
因此，此领域需要减少或消除了因沉积粗糙度引起的线条弯曲和局部应力的FCVD工艺。
发明内容
在300毫米(mm)基板的一个实施例中，减少具支柱的基板的线条弯曲和表面粗糙度的方法包括通过在约50℃与约800℃之间的温度、约10毫托与约20托之间的压力下用自由基处理含支柱的基板来形成处理表面。自由基可以是硅基(silicon-based)的、氮基(nitrogen-based)的或氧基(oxygen-based)的，且自由基可按约0.1sccm(标准立方厘米每分钟)与约10000sccm之间的流率引入处理区。该方法可包括通过在约100℃或以下的温度、约0.5托与约10托之间的压力下使有机硅前体和氧前体反应来在处理表面上面形成介电膜。有机硅前体可按约10sccm与约1800sccm之间的流率引入处理区，且氧前体可按约10mgm(毫克每分钟)与约1500mgm之间的流率引入处理区。该方法可包括在约150℃或以下的温度下，固化介电膜。
在一个实施例中，减少具支柱的基板的线条弯曲和表面粗糙度的方法包括通过在约100℃或以下的温度、约0.5托与约10托之间的压力下使有机硅前体、氧前体和自由基前体反应来在含支柱的基板上面形成介电膜。有机硅前体可按约10sccm与约1800sccm之间的流率引入处理区。氧前体可按约10mgm与约1500mgm之间的流率引入处理区。自由基前体可按约600sccm与约1250sccm之间的流率引入自由基源。该方法可包括在约150℃或以下的温度下，固化介电膜。自由基前体可选自由氮基自由基前体、氧基自由基前体和硅基自由基前体所组成的群组。
附图说明
为能详细地理解本公开的上述特征，可通过参考实施例获得对上面所简要概述的主题的更具体的说明，其中一些实施例图示在附图中。然而，应注意所附附图仅说明本公开的典型实施例，故不宜视为限定本公开范围，因为所要求保护的主题可容许其他等效实施例。
图1图示因毛细力产生而导致在支柱间产生的线条弯曲的影响，支柱形成于在基板上形成的半导体器件结构内。
图2是根据一个实施例的设备的截面图。
图3是可用于图2设备的双通道喷淋头的截面图。
图4A至图4B是工艺流程图，各自图示根据另一实施例的方法。
为助于理解，已尽可能使用相同的附图标记代表各图中共同的相同要素。可构想一个实施例中所公开的要素可有益地用于其他实施例而无需详述。除非具体指明，否则附图在此不应理解为按比例绘制。又，为清楚呈现及说明，往往简化附图及省略细节或部件。附图和讨论用于说明下述原理，其中相似的附图标记代表相似的要素。
具体实施方式
本申请主张2014年12月22日申请的美国临时专利申请第62/095518号的权益，该临时专利申请全文以引用方式并入本文中。
为加以说明，以下叙述中提及众多具体细节，以对本文所提供的实施例有更彻底的理解。然本领域技术人员将明白本公开可在没有这些具体细节的情况下被实践。在其他情况下，不描述具体设备结构，以免让所述实施例变得晦涩难懂。以下叙述和附图仅为说明性实施例，故不宜解释成限制所要求保护的主题。
如本文所述，含支柱的基板可具有多个空间做为形成于基板上的支柱的间隔与结构。空间可具高度和宽度，以定义高度对宽度的深宽比(即H/W)，深宽比明显大于1：1(例如介于5：1或至25：1或以上之间)。
图2是根据本公开实施例的用于介电膜/基板的硅烷基和/或自由基表面处理的设备200的截面图。如图2所示，设备200包括处理腔室202，处理腔室包含主体230和耦接至主体230的自由基源204。自由基源204可以是任何能产生自由基的适合的源。自由基源204可以是远程等离子体源，例如射频(RF)或甚高射频(VHRF)电容耦合等离子体(CCP)源、感应耦合等离子体(ICP)源、微波诱导(MW)等离子体源、DC辉光放电源、电子回旋共振(ECR)腔室或高密度等离子体(HDP)腔室。或者，自由基源204可以是紫外线(UV)源、或热丝化学气相沉积(HW-CVD)腔室的丝。自由基源204可包括一或更多个气体入口206，且自由基源204可通过自由基导管208耦接至处理腔室202。
一或更多种工艺气体可经由一或更多个气体入口206进入自由基源204，工艺气体可以是自由基形成气体且可以是气体混合物。一或更多种工艺气体可包含含氧和/或含氮气体，例如氧、H2O、过氧化氢和/或氨。或者，或除含氧和/或含氮气体外，工艺气体可包含含硅气体。含硅气体的示例包括有机硅、四烷基正硅酸盐气体和二硅氧烷。有机硅气体包括具至少一个碳-硅键的有机化合物的气体。四烷基正硅酸盐气体包括由附接至SiO4 4-离子的四个烷基组成的气体。更特别地，一或更多种前驱气体可以是(二甲基硅基)(三甲基硅基)甲烷((Me)3SiCH2SiH(Me)2)、六甲基二硅烷((Me)3SiSi(Me)3)、三甲基硅烷((Me)3SiH)、三甲基氯硅烷((Me)3SiCl)、四甲基硅烷((Me)4Si)、四乙氧基硅烷((EtO)4Si)、四甲氧基硅烷((MeO)4Si)、四(三甲基硅基)硅烷((Me3Si)4Si)、(二甲基氨基)二甲基硅烷((Me2N)SiHMe2)、二甲基二乙氧基硅烷((EtO)2Si(Me)2)、二甲基二甲氧基硅烷((MeO)2Si(Me)2)、甲基三甲氧基硅烷((MeO)3Si(Me))、二甲氧基四甲基二硅氧烷(((Me)2Si(OMe))2O)、三(二甲基氨基)硅烷((Me2N)3SiH)、双(二甲基氨基)甲基硅烷((Me2N)2CH3SiH)、二硅氧烷((SiH3)2O)和上述组合物。
含硅气体可与基板表面反应(例如与Si-OH悬键反应)，以形成硅官能化基板表面。或者或此外，含硅气体可在基板上形成共形硅层。相较于例如未处理表面的Si-OH悬键，硅官能化和/或硅沉积的基板表面减少了相邻支柱间的分子间作用力，例如氢键合。含氮气体和含氧气体对未处理基板表面有类似效果。
一或更多种工艺气体可包含惰性气体，例如氩。自由基源204产生的自由基(例如氧、氮或硅自由基)经由自由基导管208行进到处理腔室202中。可优化处理条件，以便使氮、氧和/或硅基板表面含量达到期望的均匀度。
自由基导管208是盖组件212的零件，盖组件还包括自由基腔210、顶板214、盖缘216和双通道喷淋头218。自由基导管208可包含实质上不与自由基反应的材料。例如，自由基导管208可包含AlN，SiO2，Y2O3，MgO，阳极化Al2O3，蓝宝石，含Al2O3、蓝宝石、AlN、Y2O3、MgO中的一种或多种的陶瓷，或塑料。适合的SiO2材料的代表性示例为石英。或者或此外，自由基导管208在操作时接触自由基的表面上可具有涂层。涂层也可包含AlN，SiO2，Y2O3，MgO，阳极化Al2O3，蓝宝石，含Al2O3、蓝宝石、AlN、Y2O3、MgO中的一种或多种的陶瓷，或塑料。若使用涂层，则涂层厚度可以在约1微米(μm)与约1mm之间。涂层可利用喷涂工艺来施加。自由基导管208可设置于自由基导管支撑构件220内或由自由基导管支撑构件220支撑。自由基导管支撑构件220可设在顶板214上，顶板搁置在盖缘216上。
自由基腔210设在自由基导管208下方并耦接至自由基导管208，并且自由基源204中产生的自由基经由自由基导管208行进到自由基腔210中。在此所用方向性术语，例如“下方”、“上”、“下”、“顶部”或“底部”等是相对腔室的基础平面而言，而非绝对方向。自由基腔210由与盖缘216耦接的顶板214界定，盖缘与双通道喷淋头218耦接。任选地，自由基腔210可包括衬层222(liner)。衬层222可覆盖在自由基腔210内的顶板214表面和盖缘216。衬层222可包含实质上不与自由基反应的材料。例如，衬层222可包含AlN，SiO2，Y2O3，MgO，阳极化Al2O3，蓝宝石，含Al2O3、蓝宝石、AlN、Y2O3、MgO中的一种或多种的陶瓷，或塑料。或者或此外，自由基腔210接触自由基的表面可由实质上不与自由基反应的材料组成或用所述材料涂覆。例如，表面可由AlN，SiO2，Y2O3，MgO，阳极化Al2O3，蓝宝石，含Al2O3、蓝宝石、AlN、Y2O3、MgO中的一种或多种的陶瓷，或塑料组成或用所述材料涂覆。若使用涂层，则涂层厚度可以在约1μm与约1mm之间。通过不消耗所产生的自由基，去往设置于处理腔室202中的基板的自由基通量增加。
通常，由例如气态分子的能量激发所产生的活化气体由带电离子、自由基和电子的等离子体组成。在期望等离子体自由基的一些工艺中(因为比起离子或自由基与离子混合物，等离子体自由基以更加期望的方式与基板上的硅或多晶硅材料反应)，自由基分配板223可当作离子过滤器，例如静电过滤器、丝或网状过滤器、或磁性过滤器，该离子过滤器在顶板214与双通道喷淋头218之间使用，以消除大多数或实质上所有的等离子体离子，使得仅等离子体自由基流过双通道喷淋头218并与基板上的硅或多晶硅材料反应，从而获得基板表面的处理的更大的选择性。在自由基源204的自由基流经双通道喷淋头218的情况下，可用少量功率开启双通道喷淋头218，以促进自由基再生而补偿因流动路径造成的自由基损耗，或通过利用不同RF频率与其他参数来改变自由基组成。或者，可不供电给双通道喷淋头218的电极，使得来自自由基源204的等离子体自由基绕过双通道喷淋头218以避免或最小化在处理区228内产生的不期望的反应。
自由基分配板223可由和衬层222一样的材料制成，或可用和衬层222一样的材料涂覆。自由基分配板223可用于控制自由基流轮廓。自由基分配板223在自由基腔210内的位置(即自由基分配板223与顶板214间的距离和自由基分配板223与双通道喷淋头218间的距离)亦可被调整以影响自由基分布。
自由基分配板223可包含多个孔洞，孔洞可被配置成控制活化气体(即离子、自由基和/或中性物种)通过自由基分配板223。例如，孔洞的长径比(即孔洞直径对长度)和/或孔洞的几何形状可被控制以减少通过自由基分配板223的活化气体中的离子带电物种的流。自由基分配板223中的孔洞可包括例如面对顶板214的圆柱部和面对双通道喷淋头218的锥形部。圆柱部可塑形及按尺寸制作以控制传送至双通道喷淋头218的离子物种的流。可调电偏压亦可作为附加手段施加至自由基分配板223以控制穿过自由基分配板223的离子物种的流。控制通过自由基分配板223的离子物种的量提供了对活化气体的增强控制，使之接触底下基板，进而加强对气体混合物的表面处理特性的控制。例如，气体混合物的离子浓度的调整可转变沉积介电材料的共形与可流动的平衡。
自由基接着通过设置在双通道喷淋头218中的多个孔洞224而进入处理区228。双通道喷淋头218进一步包括直径小于多个孔洞224的多个开口226。
多个开口226连接至内部容积(未图示)，内部容积不流体连通多个孔洞224。至少两个气体/自由基源219、221可耦接至双通道喷淋头218。双通道喷淋头218可被加热或冷却。在一个实施例中，双通道喷淋头218被加热到约100℃至约600℃的温度。在另一实施例中，双通道喷淋头218被冷却到约25℃至约75℃的温度。一或更多个加热元件(未示出)和/或冷却通道(未示出)可嵌入于双通道喷淋头218中。加热元件和冷却通道可用于控制操作期间双通道喷淋头218的温度。加热元件可以是任何适合的加热元件，例如一或更多个电阻式加热元件。加热元件可连接至一或更多个电源(未图示)。冷却剂可流过通道，以冷却双通道喷淋头218。双通道喷淋头218将更详细的描述于后(图3)。
处理腔室202可包括盖组件212、主体230和支撑组件232。支撑组件232可以至少部分置于主体230内。主体230可包括狭阀开口235，以提供对处理腔室202的内部的访问。主体230可包括衬层234，衬层覆盖主体230的内表面。衬层234可包括一或更多个孔236和形成于内的泵送通道238，泵送通道流体连通真空系统240。孔236提供气体进入泵送通道238的流动路径，泵送通道提供处理腔室202内的气体的排出口。或者，孔和泵送通道可设在主体230的底部中，并且气体可从主体230底部抽出处理腔室202。在此所用方向性术语，例如“下方”、“上”、“下”、“顶部”或“底部”等是相对腔室的基础平面而言，而非绝对方向。
真空系统240包括真空端口242、阀244和真空泵246。真空泵246经由真空端口242流体连通泵送通道238。孔236允许泵送通道238流体连通主体230内的处理区228。处理区228由双通道喷淋头218的下表面248与支撑组件232的上表面250限定，并且衬层234围绕处理区228。在此所用方向性术语，例如“下方”、“上”、“下”、“顶部”或“底部”等是相对腔室的基础平面而言，而非绝对方向。
支撑组件232可包括支撑构件252，用以支撑基板(未图示)以在主体230内进行处理。基板可以是任何标准尺寸，例如300mm。或者，基板可大于300mm，例如450mm或更大。视操作温度而定，支撑构件252可包含AlN或铝。支撑构件252可被配置成夹持基板，支撑构件252可以是静电夹盘或真空夹盘。
支撑构件252可经由轴杆256耦接至升降机构254，轴杆延伸穿过形成于主体230底表面中的居中的开口258。升降机构254可由波纹管260柔性密封至主体230，以防来自轴杆256周围的真空泄漏。升降机构254允许支撑构件252在主体230内在处理位置与较低的传送位置间垂直移动。传送位置略低于狭阀235的开口。操作期间，基板与双通道喷淋头218之间的间隔可被最小化，以便使基板表面处的自由基通量最大化。例如，间隔可以在约100mm与约5000mm之间。升降机构254可被配置成经由耦接至支撑构件252的转子(未图示)转动轴杆256，进而转动支撑构件252，致使置于支撑构件252上的基板在操作期间旋转。基板的旋转有助于改善表面处理均匀度。
一或更多个加热元件262和冷却通道264可嵌入于支撑构件252中。加热元件262和冷却通道264可用于控制操作期间的基板的温度。加热元件262可以是任何适合的加热元件，例如一或更多个电阻式加热元件。加热元件262可连接至一或更多个电源(未图示)。加热元件262可被个别控制，以具有对多区加热或冷却的独立加热和/或冷却控制。在具有对多区加热和冷却的独立控制的能力的情况下，可在不同工艺条件下增强基板温度轮廓。冷却剂可流过通道264，以冷却基板。支撑构件252可进一步包括气体通道，气体通道延伸至上表面250，以让冷却气体流至基板背侧。
腔室202可包含RF源。RF源可耦接至双通道喷淋头218或支撑构件252。RF源可以是低频、高频或甚高频。在一个实施例中，如图2所示，双通道喷淋头218耦接至RF源，支撑构件252则接地。在另一实施例中，双通道喷淋头218为接地，支撑构件252则耦接至RF源。在任一实施例中，在操作期间，电容耦合等离子体可在双通道喷淋头218与支撑构件252间的处理区228中形成。当自由基源为远程等离子体源时，除了在自由基源中形成等离子体之外，还可在处理区228中形成电容耦合等离子体。支撑构件252可利用DC源来偏压，以增加活化气体轰击。故处理腔室202可以是PECVD/FCVD腔室，而设备200能执行循环工艺(交替的基于自由基的PECVD/FCVD)。
或者或除经由自由基源204供应的自由基外，含氮、含氧和含硅气体中的一种或多种可经由双通道喷淋头218供应至基板以供表面处理。图3是根据本文所述实施例的双通道喷淋头218的截面图。双通道喷淋头218可具有面对自由基腔210的第一表面302和与第一表面302相对的第二表面304。第二表面304可面对支撑组件232。第一表面302可与第二表面304间隔开以提供内部容积306。第一和第二表面302、304可由实质上不与自由基反应的材料组成或用所述材料涂覆。例如，表面302、304可由AlN，SiO2，Y2O3，MgO，阳极化Al2O3，蓝宝石，含Al2O3、蓝宝石、AlN、Y2O3、MgO中的一种或多种的陶瓷，或塑料组成或用所述材料涂覆。若使用涂层，则涂层厚度可以在约1μm与约1mm之间。多个孔洞224可形成于双通道喷淋头218中。孔洞224可从第一表面302延伸到第二表面304，且从自由基源204产生的自由基可通过孔洞224而到达置于支撑组件232上的基板。内部容积306可围绕多个孔洞224，而一或更多个环状通道308、310可围绕内部容积306和多个孔洞224。
内部容积306可流体连通一或更多个环状通道308、310。多个开口226可从内部容积306延伸到第二表面304。一或更多个环状通道308、310可连接至入口312，入口耦接至气源221。气源221可提供前驱气体至双通道喷淋头218，前驱气体诸如含硅气体、含氧气体和/或含氮气体，且前驱气体流过一或更多个环状通道308、310而至内部容积306，及经由多个开口226至处理区228。
由于多个孔洞224中的开口不流体连通内部容积306，所以通过多个孔洞224的自由基不会与双通道喷淋头218中的前驱气体混合。因喷淋头218含有一或更多个彼此不流体连通的通道，故喷淋头218是双通道喷淋头218。然喷淋头218可含有两个以上的通道，此亦称作双通道喷淋头。多个孔洞224各自具有约0.10英寸至约0.35英寸的内径。多个开口226各自具有约0.01英寸至约0.04英寸的直径。
一或更多个环状通道308、310可由一或更多个连接通道316连接，连接通道316相较环状通道308、310具有更小的截面。此构造有助于使前驱气体均匀分配至内部容积306中及至开口226外。然而，若自由基将进入入口312，则当从大的环状通道308流向较小的连接通道316时，自由基可重新结合。为给不同于形成于自由基源204中的自由基的自由基提供路径，第二入口314形成于双通道喷淋头218中，第二入口314连接至内部容积306并绕过一或更多个环状通道308、310。第二入口314可不同于第一入口312，且可被配置成将自由基从自由基源219引导到内部容积306，而不通过一或更多个环状通道308、310。
利用设备200表面处理期间的处理条件可以如下。处理腔室202的温度可维持在约50℃与800℃之间，例如在约100℃与约600℃之间。处理腔室202的压力可维持在约10毫托与约20托之间，例如在约0.5托与约8托之间。就300mm基板而言，至少一种含硅、含氮和/或含氧前驱气体可按范围从约0.1sccm至约10000sccm的流率引入处理区228。或者或此外，就300mm基板而言，这些自由基形成气体可按范围从约1sccm至约50000sccm的流率引入自由基源204。若有使用，则就300mm基板而言，载气的流率可以范围从约1sccm至约50000sccm。或者或除双通道喷淋头218外，自由基可由自由基源204产生。例如，若自由基源204是电容耦合远程等离子体源，则就300mm基板而言，可以从约50瓦(W)与约15000W之间的RF功率产生自由基，例如从约2000W至约10000W的RF功率。
表面处理后，相较于处理前的基板的支柱和整个表面，已处理基板的表面的支柱越均匀，越能减小支柱间黏滞力和表面粗糙度。线条弯曲和表面粗糙度可利用显微镜监测，例如扫描式电子显微镜和穿隧式电子显微镜。然其他显微镜技术亦可用于监测线条弯曲。利用此类技术，可通过计算相邻支柱岛部和/或凹部之间的距离的标准偏差来监测线条弯曲。例如，可计算基板各处二十个晶粒的平均与标准偏差。相较具高标准偏差值的基板晶粒，低标准偏差意味着线条弯曲较少。在此，均匀度是指岛部之间的距离和/或支柱之间的间隔的标准偏差。若基板表面各处的岛部/凹部的均匀度高，则将有较少线条弯曲。
根据本公开实施例，本文所述的表面处理调节FCVD填充轮廓弯月面，及在例如后续FCVD工艺时减小相邻支柱间的毛细力。降低基板表面的表面反应性减小了基板的相邻支柱间的黏滞，及允许后续FCVD工艺填充相邻支柱间的间隙，并减少此类FCVD工艺之前与期间的线条弯曲。故根据本公开实施例的表面处理可调节处理层和沉积至处理层上的后续FCVD层的初始沉积粗糙度。
或者或除上述表面处理外，可通过可流动或类流动CVD工艺将可流动层形成在已处理或未处理的基板上面。可流动层通常依毯覆式形成、填充图案化基板的凹部及覆盖图案化基板的凸部。可流动层可以是氧化层。
沉积的介电膜通常在低等离子体功率下更具流动性，且随等离子体功率提高而从流动性转变成共形性。例如，当等离子体功率从约1000瓦降至约100瓦或以下(例如约900、800、700、600或500瓦或以下)时，保持在处理区228中的含氩等离子体可制造更具流动性的氧化硅层，而当等离子体功率从约1000瓦或以上(例如约1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700瓦或以上)增加时，将制造更共形的层。随着等离子体功率从低增加至高，从流动性沉积膜到共形沉积膜的转变可以是较平顺且连续的，或通过相较离散的阀值来进行。等离子体功率(单独地或除其他沉积参数外)可被调整以选择沉积膜的共形性与可流动性之间的平衡。
用于在图案化基板上面形成氧化层的示例工艺包括在约100℃或以下的温度下使有机硅前体和氧前体反应以形成可流动氧化层。适合的有机硅前体具有小于8的碳原子与硅原子的比。此外，适合的有机硅化合物具有0至约6的氧与硅原子的比，且可包括Si-O-Si交链，以助于SiOx膜的形成及减少来自碳与羟基的污染。
适合的有机硅化合物可以是硅氧烷化合物(例如三乙氧基硅氧烷、四甲氧基硅氧烷、三甲氧基硅氧烷、六甲氧基二硅氧烷、八甲氧基三硅氧烷和/或八甲氧基十二硅氧烷)、具一或更多个氮基的硅氮氧烷化合物(例如六甲氧基二硅氮氧烷、甲基六甲氧基二硅氮氧烷、氯六甲氧基二硅氮氧烷、六乙氧基二硅氮氧烷、九甲氧基三硅氮氧烷和八甲氧基环硅氮氧烷)、包括一或更多个卤素基元(moiety)(例如氟化物、氯化物、溴化物或碘化物)的卤化硅氧烷化合物(例如四氯硅烷、二氯二乙氧基硅氧烷、氯三乙氧基硅氧烷、六氯二硅氧烷和/或八氯三硅氧烷)和氨基硅烷(例如三硅烷胺、六甲基二硅氮烷、杂氮硅三环、四(二甲基氨基)硅烷、双(二乙基氨基)硅烷、三(二甲基氨基)氯硅烷和甲基杂氮硅三环)。适合的有机硅化合物还可以是二硅烷类，例如烷氧基二硅烷、烷氧基烷基二硅烷和烷氧基乙酰氧基二硅烷，包括具以下一般结构的化合物：
其中R1-R6可以独立地为C1-3烷氧基、C1-3烷基或乙酰氧基，其中R1-R6中的至少一者为烷氧基或乙酰氧基。适合的有机硅化合物还包括具烷基与烷氧基基元的环状二硅烷类，例如具至少一个烷基与烷氧基的丁硅烷、戊硅烷、己硅烷、庚硅烷、辛硅烷等。示例包括八甲基-1,4-二氧杂-2,3,5,6-四硅杂环己烷、1,4-二氧杂-2,3,5,6-四硅环己烷、及1,2,3,4,5,6-六甲氧基-1,2,3,4,5,6-六甲基环己硅烷等其他烷氧基烷基环硅烷。适合的有机硅化合物还包括有机环硅烷类，例如环丁硅烷、环戊硅烷、环己硅烷、环庚硅烷、环辛硅烷和其他类似化合物。
氧前体可包括分子氧(O2)、臭氧(O3)、氮氧化合物(例如NO、NO2或N2O)、氢氧化合物(例如水或过氧化氢)、碳氧化合物(例如一氧化碳或二氧化碳)和其他含氧前体。氧前体还可包括原子氧和/或氧自由基，此可远程产生并偕同有机硅前体引入。如果需要，诸如氦、氖、氩和/或氢等载气可与有机硅前体、氧前体或二者混合。氧前体可在引入沉积腔室前例如利用远程等离子体源来活化，活化包括热解离、紫外光解离、射频(RF)、直流(DC)和/或微波解离。在一个实施例中，4-6千瓦(kW)的RF功率可被耦合至900-1800sccm的氩与600-1200sccm的分子氧的流中。加热温度可以范围在室温至约1100℃之间。
有机硅前体和氧前体通常由不同路径引入沉积腔室，以免在沉积腔室外面反应。有机硅前体可作为气体按约800mgm至约1600mgm的液体当量流率引入沉积腔室。氦可作为载气按约600sccm至约2400sccm的流率纳入。活化的氧前体可按约3sLm(标准升每分钟)与约20sLm之间的流率引入沉积腔室。前体发生反应以在具有图案化抗蚀剂材料的基板上沉积可流动氧化层。可流动氧化物流动而填充图案化基板中的凹部。在一个实施例中，可流动氧化层可以是氧化硅，被沉积至厚度为以覆盖材料的凸部。
有机硅前体可用于在约-10℃与约150℃之间(例如约30℃与约100℃之间，例如约65℃)的处理温度和约0.5托至约10托的压力下形成可流动层。有机硅前体可按约10sccm与约1800sccm之间(例如约600sccm与约1600sccm之间，例如约1400sccm)的流率来提供。氧前体可按约10mgm与约1500mgm之间(例如约1000mgm)的流率来提供。
此外，氮基自由基前体可按约600sccm与约1250sccm之间(例如约800sccm)的流率来提供至自由基源。在可流动SiO层形成期间引入氮基自由基例如至处理区228减少了沉积过程中基板的相邻支柱的黏滞、改善了毛细力和沉积SiO膜的表面粗糙度。针对硅烷基气体和自由基气体二者的上述范围的较高值时的流率改善了膜的流动性、基板的线条弯曲和沉积FCVD膜的粗糙度与机械强度。在一些实施例中，有机硅前体流率与氮基自由基流率之比可从约1：1至约10：1，例如约2：1。氮基自由基气体可衍生自例如氨。
当可流动SiO膜被沉积至已经历如上所述的表面处理的基板上时，利用较小氮基自由基流率(例如600sccm)可获得类似有益结果。
当硅基和氧基自由基取代或结合氮基自由基供应至处理区228时，获得类似有益结果。硅基和氧基自由基的源可衍生自用于上述表面处理的硅基和氧基前体。如同氮基自由基FCVD工艺的条件，类似处理条件可用于硅基和氧基自由基FCVD工艺。当其他硅烷气体用作沉积的可流动膜的源(即可流动介电膜未必是SiO膜)时，亦可获得类似有益结果。
可流动膜通常会在沉积后固化，以移除水气和残余有机物、硬化及致密化该层。固化通常利用低温工艺执行，使磁性活化的材料维持在约100℃或以下的温度。此类工艺包括暴露于感应耦合等离子体、紫外光、臭氧、电子束、酸性或碱性蒸汽、含水环境(例如加热的去离子水)，及此类处理的结合或相继。为助于固化，可通过表面加热方法将可流动氧化层加热到约150℃或以下的温度。此类表面加热方法包括暴露于红外线或加热灯及靠近热腔室表面，例如喷淋头。若基板被置于能冷却磁性活化材料的基板支撑件上，则可视基板支撑件的冷却能力，将可流动氧化层加热到更高温度。
在其他实施例中，通过使用施加至基板的与氧化层相对的表面的热源加热基板来固化氧化层。例如，基板可被置于经加热的基板支撑件上，并且为固化氧化层，可通过加热基板支撑件来将基板加热到约100℃与约150℃之间的温度。
如果需要，在此所用的可流动氧化层可被部分固化，以缩短固化时间或以实现固化的氧化层的的某些期望性质。通常期望可流动氧化层被固化达到足以允许通过固化的氧化层来形成并维持图案而不流动的程度。若固化以固化后残留在层中的水气加上有机物除以原有水气加上有机物的百分比表示，0％是指未固化的层，例如刚沉积的可流动氧化层，而100％是指已固化至已移除所有水气与有机物的程度的层，则在此所用的可流动氧化层通常被固化达到至少约40％，例如约50％与约95％之间，例如约90％。
在一些实施例中，可通过例如FCVD将膜形成到处理表面或未处理膜表面上。此类膜可包括但不限于含硅膜。例如，膜可被沉积为由SiC、SiO、SiCN、SiO2、SiOC、SiOCN、SiON和/或SiN组成。膜组成取决于前驱气体组成。SiC膜可例如通过利用(二甲基硅基)(三甲基硅基)甲烷、六甲基二硅烷和/或三甲基硅烷来沉积。SiO/SiO2膜可例如通过利用TEOS和/或二硅氧烷来沉积。SiCN膜可例如通过利用三(二甲基氨基)硅烷、双(二甲基氨基)甲基硅烷和/或(二甲基氨基)二甲基硅烷来沉积。SiOC膜可例如通过利用三(二甲基氨基)硅烷、双(二甲基氨基)甲基硅烷、(二甲基氨基)二甲基硅烷、三(二甲基氨基)硅烷、双(二甲基氨基)甲基硅烷和/或(二甲基氨基)二甲基硅烷来沉积。SiOCN膜可例如通过利用三(二甲基氨基)硅烷、双(二甲基氨基)甲基硅烷和/或(二甲基氨基)二甲基硅烷来形成。SiON膜可例如通过利用二硅氧烷或三硅烷胺来形成。SiN膜可例如通过利用三硅烷胺(TSA)和/或硅烷来沉积。
可流动或类流动层可利用高密度等离子体CVD系统、等离子体增强CVD系统和/或次大气压CVD系统等其他系统形成。能形成可流动或类流动氧化层的CVD系统的示例包括ULTIMA HDP系统和系统上的ETERNA二者均可自美国加利福尼亚州圣克拉拉的应用材料公司(Applied Materials,Inc.)获得。来自其他制造商的其他类似构造的CVD系统也可使用。
图4A是工艺流程图，该图图示根据另一实施例的方法。如图4A所示，减少具支柱的基板的线条弯曲与表面粗糙度的方法包括通过用自由基处理含支柱的基板来形成处理表面(框402)。如上所述，通过用自由基处理含支柱的基板来形成处理表面可在约50℃与约800℃之间的温度、约10毫托与约20托之间的压力下执行。自由基可以是硅基的、氮基的或氧基的，且自由基可按约0.1sccm与约10000sccm之间的流率引入处理区。该方法可包括通过使有机硅前体和氧前体反应来在处理表面上面形成介电膜(框404)。通过使有机硅前体和氧前体反应来在处理表面上面形成介电膜可在约100℃或以下的温度、约0.5托与约10托之间的压力下执行。有机硅前体可按约10sccm与约1800sccm之间的流率引入处理区，且氧前体可按约10mgm与约1500mgm之间的流率引入处理区。该方法可包括在约150℃或以下的温度下，固化介电膜(框406)。本公开的实施例可通过改善毛细力和相邻支柱间的黏滞而改进基板的表面粗糙度和基板支柱的整体线条弯曲。
图4B是工艺流程图，该图图示根据又一实施例的方法。如图4B所示，减少具支柱的基板的线条弯曲与表面粗糙度的方法包括通过使有机硅前体、氧前体和自由基前体反应来在含支柱的基板上面形成介电膜(框408)。在含支柱的基板上面形成介电膜可在约100℃或以下的温度、约0.5托与约10托之间的压力下执行。有机硅前体可按约10sccm与约1800sccm之间的流率引入处理区。氧前体可按约10mgm与约1500mgm之间的流率引入处理区。自由基前体可按约600sccm与约1250sccm之间的流率引入自由基源。该方法可包括在约150℃或以下的温度下，固化介电膜(框410)。自由基前体可选自由氮基自由基前体、氧基自由基前体和硅基自由基前体所组成的群组。
本公开的实施例通过改善毛细力和相邻支柱间的黏滞，改进了基板的表面粗糙度和基板支柱的整体线条弯曲。本公开的实施例还提高了沉积流动膜的流动性。
虽然以上针对本公开的实施例，但在不背离本公开基本范围的情况下，可策划本公开的其他和进一步实施例，并且因此本公开的范围由接下来的权利要求确定。

Claims (15)

1.一种减少具支柱的基板的线条弯曲与表面粗糙度的方法，包含：
通过在约50℃与约800℃之间的温度、约10毫托与约20托之间的压力下用自由基处理含支柱的基板来形成处理表面，其中所述自由基是硅基的、氮基的或氧基的，且所述自由基按约0.1sccm与约10000sccm之间的流率引入处理区；
通过在约100℃或以下的温度、约0.5托与约10托之间的压力下使有机硅前体和氧前体反应来在所述处理表面上面形成介电膜，其中所述有机硅前体按约10sccm与约1800sccm之间的流率引入处理区，且所述氧前体按约10mgm与约1500mgm之间的流率引入所述处理区；及
在约150℃或以下的温度下，固化所述介电膜。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述在所述处理表面上面形成介电膜进一步包含按约600sccm与约1250sccm之间的流率将自由基前体提供至自由基源。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述自由基是氧基的，且衍生自选自由氧、H2O和过氧化氢所组成的群组的一种或多种化合物。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述自由基是氮基的，且衍生自氨。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述自由基是硅基的，且衍生自选自由(二甲基硅基)(三甲基硅基)甲烷((Me)3SiCH2SiH(Me)2)、六甲基二硅烷((Me)3SiSi(Me)3)、三甲基硅烷((Me)3SiH)、三甲基氯硅烷((Me)3SiCl)、四甲基硅烷((Me)4Si)、四乙氧基硅烷((EtO)4Si)、四甲氧基硅烷((MeO)4Si)、四(三甲基硅基)硅烷((Me3Si)4Si)、(二甲基氨基)二甲基硅烷((Me2N)SiHMe2)、二甲基二乙氧基硅烷((EtO)2Si(Me)2)、二甲基二甲氧基硅烷((MeO)2Si(Me)2)、甲基三甲氧基硅烷((MeO)3Si(Me))、二甲氧基四甲基二硅氧烷(((Me)2Si(OMe))2O)、三(二甲基氨基)硅烷((Me2N)3SiH)、双(二甲基氨基)甲基硅烷((Me2N)2CH3SiH)和二硅氧烷((SiH3)2O)所组成的群组的一种或多种化合物。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述自由基在远程等离子体系统中形成，所述远程等离子体系统是自由基源。
7.如权利要求6所述的方法，其中形成处理表面进一步包含经由自由基分配板控制朝所述含支柱的基板的离子流。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述自由基在双通道喷淋头中形成。
9.一种减少具支柱的基板的线条弯曲与表面粗糙度的方法，包含：
通过在约100℃或以下的温度、约0.5托与约10托之间的压力下使有机硅前体、氧前体和自由基前体反应来在含支柱的基板上面形成介电膜，其中所述有机硅前体按约10sccm与约1800sccm之间的流率引入处理区，所述氧前体按约10mgm与约1500mgm之间的流率引入所述处理区，且所述自由基前体按约600sccm与约1250sccm之间的流率引入自由基源；及
在约150℃或以下的温度下，固化所述介电膜，其中所述自由基前体选自由氮基自由基前体、氧基自由基前体和硅基自由基前体所组成的群组。
10.如权利要求10所述的方法，其中所述有机硅前体选自由三乙氧基硅氧烷、四甲氧基硅氧烷、三甲氧基硅氧烷、六甲氧基二硅氧烷、八甲氧基三硅氧烷和八甲氧基十二硅氧烷所组成的群组。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述氧前体选自由氧、臭氧、NO、NO2、N2O、水、过氧化物、一氧化碳和二氧化碳所组成的群组。
12.如权利要求10所述的方法，其中所述有机硅前体的流率与所述自由基前体的流率之比在约1：1与约10：1之间。
13.如权利要求17所述的方法，其中所述有机硅前体的流率与所述自由基前体的流率之比为2：1。
14.如权利要求10所述的方法，其中所述自由基前体是氮基自由基前体，且为氨。
15.如权利要求10所述的方法，其中所述自由基前体是氧基自由基前体，且选自由氧、H2O和过氧化氢所组成的群组。
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