CN113924636A - 作为SiCxOy的成核层的SixNy - Google Patents

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Abstract

在一实施方案中，所公开的主题是一种方法，其用于在介电材料与金属材料两者上产生基本均匀的硅碳化物层。在一示例中，该方法包括在介电材料与金属材料上形成硅氮化物层，并在该硅氮化物层上形成硅碳化物层。公开其他的方法。

Description

作为SiCxOy的成核层的SixNy
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年5月20日提交的、名称为“SixNy AS A NUCLEATION LAYER FORSiCxOy,”的美国专利申请No.62/850,343的优先权利益，其全部内容都通过引用合并于此。
技术领域
本文所公开的主题涉及在半导体与相关工业中所使用的衬底处理的方法。更具体而言，本文所公开的主题涉及一种将硅氮化物成核层基本上同时地沉积在介电层与金属层的组合上的方法，以避免在后续沉积的硅碳化物层中的显著成核延迟。
背景技术
半导体装置的加工往往涉及在金属材料上方沉积介电材料层。这些介电层的示例包括存储器堆叠件的包覆层、以及各种扩散阻挡层、与蚀刻停止层。硅碳化物(SiC)为经常用于这种应用中的一种介电材料类型。SiC薄膜的类别包括：氧掺杂硅碳化物，也称为硅碳氧化物(SiCO、或更通常为SiCxOy)；氮掺杂硅碳化物，也称为硅碳氮化物；氧掺杂与氮掺杂硅碳化物，也称为硅碳氮氧化物；以及未掺杂的硅碳化物。硅碳化物通常通过化学气相沉积(CVD)处理来进行沉积，例如通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、或者在一些情况下通过原子层沉积(ALD)处理来进行沉积。这些沉积技术中的每一者是本领域中所公知的。
本领域中普通技术人员理解，将SiCxOy或其他介电膜沉积在例如钨(W)和钴(Co)之类的金属上，稍微比将SiCxOy沉积在介电材料(例如，SiN)上薄，这意指SiCxOy在金属上的成核和生长存在延迟。这在特征(特征中包含多种材料)中可能会成为有问题的，例如SiCxOy的厚度会根据存在于特定位置处的材料种类而改变。在厚度中的偏差例如可能影响特征的侧壁轮廓、SiCxOy膜的材料性质(例如，气密性(hermiticity)、针孔、湿式与干式蚀刻厚度等)，并且可能造成后续装置-整合步骤的问题。目前用于克服成核延迟问题的策略包括：
(1)表面处理：在进行沉积之前，将金属表面使用基于H2的等离子体、或乙硼烷气体的退火处理步骤来进行处理。该机制被认为改变金属表面的性质并促进后续的介电膜沉积；以及
(2)SiO2沉积：将基于二氧化硅(SiO2)的初始层进行沉积以试图解决金属表面上的电介质-生长成核-延迟(如下参照图2所描述)。基于SiO2的解决方案减低了偏差厚度的问题，但对于高级的半导体装置来说不是完全足够的。另外，当例如在装置整合的步骤期间已通过不同蚀刻和/或清洁处理来改变金属表面的一或更多种性质时，该技术可能会较不可靠。此外，SiO2处理可能会使金属氧化物层形成在下伏金属材料上。
图1是根据现有技术的方法而显示横截面半导体结构100的示例，该横截面半导体结构100具有沉积在介电材料101、金属材料103、及半导体材料105的组合上的硅碳氧化物层。横截面半导体结构100可以例如是在各种类型的非挥发性存储器装置中所使用的位线(bitline)。硅碳氧化物可用以在横截面半导体结构100上方形成低介电常数(低κ)的间隔物。然而，对于位线应用以及许多其他类型的应用，在不同材料上方的硅碳氧化物(例如，间隔物)的厚度应具有基本上恒定的厚度。在该示例中，介电材料101可以是硅氮化物(SiN)、金属材料103可以是钨(W)、而半导体材料105可以是硅(Si)。
请继续参照图1，半导体结构100具有形成在介电材料101上的第一硅碳氧化物层107，其中该第一硅碳氧化物层107具有第一厚度t1；形成在金属材料103上的第二硅碳氧化物层109，其具有第二厚度t2；以及形成在半导体材料105上的第三硅碳氧化物层111，其具有第三厚度t3。如图1中所显示的，第三硅碳氧化物层111的第三厚度t3大致上与第一硅碳氧化物层107的第一厚度t1相同。然而，第二硅碳氧化物层109的第二厚度t2比第一厚度t1或第三厚度t3显著较薄。
第二硅碳氧化物层109较薄的一个原因是由于在金属材料103上所沉积的硅碳氧化物的成核差异。该成核差异是由于：与分别在介电材料101与半导体材料105上所形成的硅碳氧化物层107、111相比，对于硅碳氧化物在反应位点的可利用性方面的差异。分别在硅碳氧化物层107、109、111的厚度中产生差异的另一原因可以是由于在三种材料101、103、105上的不同化学污染层级。无论原因为何，在硅碳氧化物层的厚度上的不均匀性可能会不利于许多类型的半导体装置。在一些情况下，厚度的不均匀性可能会使得半导体装置减慢、不稳定、或以其他方式影响装置的性能。在一些情况下，厚度的不均匀性可能会使得半导体装置完全无法使用。
图2是根据现有技术的方法而显示具有二氧化硅(SiO2)初始层213的横截面半导体结构200，以减少在沉积于介电材料201上、沉积于金属材料203上、与沉积于半导体材料205上的硅碳氧化物之间的厚度差异。在一实施方案中，SiO2初始层213可以是保形沉积的ALD层。横截面半导体结构200可以类似于、或相同于图1的横截面半导体结构100。在此示例中，介电材料201可以是硅氮化物(SiN)、金属材料203可以是钨(W)、而半导体材料205可以是多晶硅。
半导体结构200具有形成在介电材料201上的第一硅碳氧化物层207，其中该第一硅碳氧化物层具有第一厚度t1；形成在金属材料203上的第二硅碳氧化物层209，其具有第二厚度t2；以及形成在多晶硅材料205上的第三硅碳氧化物层211，其具有第三厚度t3。第三硅碳氧化物层211的第三厚度t3大致上与第一硅碳氧化物层207的第一厚度相同。第二硅碳氧化物层209的第二厚度t2比第一厚度t1或第三厚度t3薄。然而，与图1的半导体结构100的第二硅碳氧化物层109不同的是，图2的第二硅碳氧化物层209的厚度更接近于其他两个硅碳氧化物层207、211的厚度。
因此，SiO2初始层213至少部分地解决了如上所述在金属表面上的介电质-生长成核-延迟。然而，当例如在装置整合的步骤期间已通过使半导体结构200经历不同蚀刻和/或清洁处理来改变金属表面的一或更多种特性时，该SiO2初始层213的解决方案可能会较不可靠。因此，即使使用SiO2初始层213的厚度差异(△t)已大大减少了偏差厚度的差异，但当今的许多同时存在的半导体装置仍需要小于约2nm至约3nm的△t。
在该章节中所描述的信息被提供以使本领域技术人员具有以下公开主题的背景，且不应被视为是承认的现有技术。
发明内容
在一示例性实施方案中，所公开的主题描述了一种基本上同时在至少一种介电材料与至少一种金属材料两者上产生基本均匀的硅碳化物层的方法。该方法包括：在所述至少一种介电材料与所述至少一种金属材料上形成SixNy形式的硅氮化物层；以及在所述硅氮化物层上形成SiCxOy形式的所述硅碳化物层。
在一示例性实施方案中，所公开的主题描述了一种形成硅碳化物层的方法。所述方法包括：在至少介电材料和金属材料上基本上同时形成SixNy形式的硅氮化物初始层。所述硅氮化物初始层用作生长初始层。在所述硅氮化物初始层上形成SiCxOy形式的所述硅碳化物层。与所述硅碳化物层在所述介电材料上的成核与生长相比，所形成的所述硅氮化物初始层基本上避免了所述硅碳化物层在所述金属材料上的成核与生长中的延迟。
在一示例性实施方案中，所公开的主题描述了一种形成硅碳化物层的方法。所述方法包括：在沉积室中的衬底上形成至少一种金属材料与至少一种介电材料的层；在位于所述衬底上的所述至少一种金属材料与所述至少一种介电材料上形成SixNy形式的硅氮化物以作为初始层；以及后续在所述硅氮化物上形成至少一层，其中所述至少一层包括选自包括SixCy形式的硅碳化物、SixCyNz形式的硅碳氮化物、SiCxNyOz形式的硅碳氮氧化物、以及SixCyOz形式的硅碳氧化物的材料中的材料。
附图说明
图1示出根据现有技术的方法的横截面半导体结构，该横截面半导体结构具有沉积在介电材料、金属材料以及半导体材料的组合上的硅碳氧化物层；
图2示出根据现有技术的方法的具有二氧化硅(SiO2)初始层的横截面半导体结构，以减少在沉积于介电材料上、沉积于金属材料上、与沉积于半导体材料上的硅碳氧化物之间的厚度差异；
图3示出根据本发明所公开的主题的横截面半导体结构的示例，该横截面半导体结构具有基本上同时形成在介电材料、金属材料、及多晶硅材料上的硅氮化物(SiN)初始层；
图4示出示例性的处理流程，以制备形成在各种材料类型上的SiN初始层；
图5示出具有处理室的远程等离子体设备的横截面示意图的示例，其中该远程等离子体设备是可以与本文所公开的多种实施方案共同使用的；以及
图6以计算机系统的示例形式显示机器的简化框图，且在机器中可执行指令组以用于使得机器执行本文所讨论的方法与操作(例如，处理配方)中的任何一或多者。
具体实施方式
现在将参照如各种附图中所描绘的几个一般性与特定实施方案来对本发明所公开的主题进行更详细的描述。在下列叙述中，许多具体细节被阐述以提供对本发明所公开的主题的透彻理解。然而，对本领域中普通技术人员将显而易见的是，本发明所公开的主题可在不具有这些具体细节中的一些或全部的情况下实施。在其他情况下，并未对公知的处理步骤、加工技术、或是结构进行详细描述以免不必要地模糊公开的主题。
半导体装置的制造通常涉及在整合-加工处理中将一或更多薄膜沉积于衬底上。在整合-加工处理的一些方面中，可使用原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、或是如上所述的任何其他合适的沉积方法及技术来沉积各种类型的薄膜。
PECVD处理可使用用于沉积硅碳化物类别的薄膜的原位等离子体处理，其中等离子体处理直接相邻于衬底进行。然而，已发现，沉积高质量的硅碳化物类别的薄膜可能具有许多挑战。举例来说，这样的挑战可包括为硅碳化物类别的薄膜提供优异的台阶覆盖率(step coverage)、低介电常数、高击穿电压、低漏电流、低孔隙率、高气密性(hermeticity)、高密度、高硬度、以及在不氧化金属表面的情况下将暴露的金属表面进行覆盖等。
本文所描述的硅碳化物膜可以包括掺杂及未掺杂的硅碳化物两者，例如掺杂和未掺杂的具有各种不同化学计量比的SixCy、硅碳氮化物(SixCyNz)、硅碳氮氧化物(SiCxNyOz)、以及硅碳氧化物(SixCyOz)的版本(这些化学式表示各种元素组成，但其化学计量比是可变的)。氢可任选地存在于任何硅碳化物膜(例如，SixCy、SixCyNz、SiCxNyOz、以及SixCyOz膜)中。
在本文所述的用于沉积处理的多种实施方案中，等离子体直接形成在处理室或容纳衬底的处理室隔间中。然而，虽然本公开并不受限于任何特定理论，但在典型PECVD处理中的等离子体条件可能会产生不期望的影响。例如，PECVD处理可能提供直接等离子体条件而破坏前体分子中的Si-N和/或Si-C键。直接等离子体条件会包括带电粒子轰击与高能紫外光辐射，从而可能在薄膜中造成破坏性的影响。
由直接等离子体条件所造成的一种此类膜破坏性影响会包括劣化的台阶覆盖率。直接等离子体条件中的带电粒子可能造成具有增高粘度系数的高反应性自由基。所沉积的硅碳化物膜可能具有“悬挂(dangling)”的硅、碳、氧、和/或氮键，其表示该硅、碳、和/或氮原子将具有反应性且未成对的价电子。前体分子的增高粘度系数可能造成沉积具有劣化台阶覆盖率的硅碳化物膜，原因在于反应性的前体片段可能会倾向粘附在先前所沉积的膜或层的侧壁上。
由直接等离子体条件所造成的另一膜破坏性影响会包括沉积中的定向性。这部分归咎于分解前体分子所需的能量可能处于低频率，从而在表面处产生相当大量的离子轰击。定向性沉积可能会进一步造成具有劣化台阶覆盖率的沉积。
在PECVD中的直接等离子体条件还可能在硅碳化物膜中造成硅-氢键合(Si-H)的数量增加。具体来说，Si-C的断键可能会被Si-H所取代。这种类型的键合不仅可使碳含量减低，在一些情况下还可能使膜具有劣化的电性能。例如，Si-H键的存在可能会降低击穿电压并使得漏电流增大，原因在于Si-H键提供了电子的漏电路径。
因此，由于直接等离子体类型的处理的潜在缺点，本文所述的许多技术依赖于远程等离子体技术，且特别依赖于远程等离子体ALD技术。在一般的远程等离子体技术中，等离子体是在与容纳衬底的室不同的室中远程地形成。接着将等离子体传输至容纳衬底的室。这种远程等离子体处理于下文参照图5而更详细描述。在多种实施方案中，使用介于约2.45MHz至约13.56MHz的范围内的频率、伴随着介于约2kW至约6kW的范围内的功率来形成等离子体。在一些实施方案中，室中的压强小于约2托，例如为约1.5托或更小。如本领域中普通技术人员所知，较低的压强通常关联于较高的沉积速率。然而，在适当条件中并伴随适当的防护措施，本发明所公开的主题同样地可适用于上述的直接等离子体技术。
通常，且如上所简单描述的，当代的高级半导体装置(例如，存储器与逻辑整合)需要均匀地沉积形成于不同材料上的间隔物膜，所述材料例如包括硅、金属和介电材料。然而，由于材料性质的差异，通过例如ALD及CVD技术所沉积的间隔物膜往往例如在金属表面与介电质表面之间显示出不同的成核表现。该不同的成核表现会造成不同的沉积厚度。本发明所公开的主题的多种实施方案解决了这种特定议题。
在本文所述的多种实施方案中，在金属表面上或在介电质表面上沉积硅氮化物(或更通用地为SixNy)层能够后续在不使SiCxOy成核与生长显著延迟的情况下沉积硅碳氧化物(或更通常为SiCxOy)层。例如可使用等离子体增强原子层沉积(PEALD)处理而在原位进行该SixNy层的沉积。在紧接着进行SiCxOy的远程等离子体化学气相沉积之前，该PEALD处理在同一室内进行。位于金属表面与介电质表面上的可预设均匀且非选择性的SixNy涂层允许SiCxOy沉积在SixNy上而并非金属表面上，否则该SiCxOy将会经历成核延迟。因此，无论存在的材料(例如，金属或介电质)如何，都将均匀厚度的SiCxOy沉积在特征上。用于沉积SixNy的PEALD处理已在例如SiN、多晶硅、与钨金属上显示出有效性。在沉积SiN之后，无论在SiN层下面的材料如何，在这些材料上的SiCxOy沉积都是基本相等的，且在所沉积的SiCxOy中具有很小的、或无偏差厚度差异。
这种在沉积SiCxOy之前使用SiN的ALD的策略很可能可进行扩展，以确保将均匀的SiCxOy沉积在半导体及相关工业中的其他介电材料与金属材料(例如，钴(Co)、铜(Cu)以及钌(Ru))上。该ALD的SixNy用作生长-初始层。
举例来说，现在参照图3，根据本文所述的多种实施方案，横截面半导体结构300具有硅氮化物(例如，SixNy)初始层313以减少在沉积于介电材料301上、沉积于金属材料303上、及沉积于半导体材料305上的硅碳氧化物(例如，SiCxOy)的厚度之间的厚度差异。在特定的示例性实施方案中，SiN初始层313可以是保形沉积的ALD层。在此示例中，介电材料301可以是硅氮化物(SiN)、金属材料303可以是钨(W)、而半导体材料305可以是多晶硅。
在多种实施方案中，介电材料301可例如包括二氧化硅(SiO2)、硅氮化物(SixNy)、或各种其他介电材料或陶瓷，例如五氧化二钽(Ta2O5)、铝氧化物(Al2O3)、铪氧化物(HfO2)、二氧化锆(ZrO2)、镧氧化物(LaxOy)、钛酸锶(SrTiO3)、锶氧化物(SrO)、或这些及其他介电材料的组合。
在多种实施方案中，金属材料303可包括各种金属，例如钨(W)、钛(Ti)、钽(Ta)、钴(Co)、铜(Cu)、铂(Pt)以及在本领域中所公知并使用的其他元素型金属、及其合金。在多种实施方案中，半导体材料305可包括硅(包括多晶硅)、锗、及在本领域中所公知并使用的其他元素型及化合物型半导体材料。
再次参照图3，一般来说，横截面半导体结构300可以包括平面特征(相对于下伏衬底上的表面为竖直或水平定向)、或可包括凹陷或凸出特征。本文所提供的方法特别有利于具有凹陷特征的结构，原因在于即使在需要沉积薄层时它们仍允许沉积保形且均匀的硅碳化物。本发明所公开的主题可用于沉积具有各种厚度的硅碳化物层(例如，约
Figure BDA0003366816580000081
至约
Figure BDA0003366816580000082
)，且特别有利于沉积薄的硅碳化物层(例如，具有约
Figure BDA0003366816580000083
至约
Figure BDA0003366816580000084
的厚度)。
半导体结构300具有形成在介电材料301上的第一硅碳氧化物层307，其中该第一硅碳氧化物层具有第一厚度t1；形成在金属材料303上的第二硅碳氧化物层309，其具有第二厚度t2；以及形成在半导体材料305上的第三硅碳氧化物层311，其具有第三厚度t3。第三硅碳氧化物层311的第三厚度t3大致上与第一硅碳氧化物层307的第一厚度t1相同。第二硅碳氧化物层309的第二厚度t2也大致上与第一厚度t1或第三厚度t3为相同的厚度。在应用本发明所公开的主题的技术的测试中，已无法测得在第一厚度t1、第二厚度t2、与第三厚度t3之间的偏差厚度。因此，所沉积的硅碳氧化物层的偏差厚度已成功地在约2nm内(即，小于约2nm)。
然而，尽管本发明所公开的主题已参照半导体结构300而进行了限定，但在阅读并理解本发明所的主题后，本领域中普通技术人员将会意识到可将本发明所的主题应用至任何竖直结构(例如，相对于该结构为基本上垂直于下伏衬底(未显示)的竖直方位)、或水平(相对于该结构为基本上平行于衬底的水平方位)、或相对于衬底的任何其他方位。
现在参照图4，显示出了示例性的处理流程400以制备形成在各种材料类型上的SixNy初始层。在操作401处，将具有至少一种金属材料与至少一种介电材料的暴露层的衬底传输至沉积室。在操作403处，为了能够在各种介电与金属材料(以及其他材料，例如半导体材料)上沉积基本均匀的SiCxOy，将例如以PEALD SixNy形式的初始层进行沉积或以其他方式形成在各种介电与金属材料上。如上所述，在介电材料、金属材料、与半导体材料上基本均匀地沉积SixNy以至少在计量检测限内(例如，在形成于介电质上的SixNy对比形成于金属上的SixNy的偏差台阶高度小于约2nm)。在操作405处，后续将SiCxOy层进行沉积或以其他方式形成在SixNy层上。
因此，为了防止SiCxOy在不同材料(其可以存在于特征中)上生长的成核延迟，于是首先沉积SixNy薄层。在实施方案中，可以在相同室中沉积SixNy以及后续的SiCxOy沉积(例如，直接等离子体)。在其他实施方案中，可以在不同室中沉积SixNy接着进行后续的SiCxOy沉积(例如，远程等离子体)。在多种实施方案中，可将SixNy沉积或以其他方式以例如约20nm至约200nm的厚度来形成。然而，这些厚度仅是示例性的，并且对于所给定的处理，可以考虑小于约20nm或大于约200nm的厚度范围。
比起依赖例如上文参照图2所述的使用SiO2初始层的现有技术处理，将SixNy用作SiCxOy沉积处理的初始层是具有优势的。举例来说，使用SixNy作为初始层不会像在SiO2初始层的处理中所发生的那样，氧化该初始层沉积于上的下伏金属。缺少氧化是有利的，原因在于金属氧化可能提高金属材料(例如，金属线或通孔)的电阻。提高的电阻例如可能会使电子装置的切换速度降低。虽然下伏金属材料可能会有机会在金属表面处形成氮化物，但金属氮化物的电阻通常低于金属氧化物的电阻。因此，在装置速度上的影响将不会如在金属表面上形成氧化物所造成的影响一般严苛。将SixNy用作初始层来替代蚀刻和湿式清洁步骤以清洗金属与介电材料的表面的另一优势在于，因为减少处理步骤的数量而因此节省时间。减少处理步骤的数量被进一步解释成减少生产成本。此外，SixNy初始层通常比SiO2初始层更加可靠。整体来说，将SixNy用作SiCxOy沉积处理的初始层会产生较佳的后沉积轮廓(如上文参照图3所显示与描述的)，并且进一步产生半导体装置的较高的装置良率。
远程等离子体设备
如上所述，在多种实施方案中，本发明所公开的主题可使用远程等离子体设备。如更详细描述于下，该远程等离子体设备包括处理室、用于将衬底保持在该处理室中的衬底支撑件、位于该衬底支撑件上的远程等离子体源、介于该远程等离子体源与该衬底支撑件之间的喷头、位于该处理室内的一或更多可移动构件、以及控制器。该一或更多可移动构件可配置成将衬底移动至喷头与衬底支撑件之间的位置。该控制器可以被配置成执行一或更多操作，包括将衬底传输至该处理室、将该衬底传输至该衬底支撑件、以及形成气体的远程等离子体。
图5示出了根据各种示例性实施方案的具有处理室的远程等离子体设备500的横截面示意图。远程等离子体设备500包括处理室520，该处理室520包括例如基座或静电卡盘(ESC)之类的衬底支撑件513以支撑衬底509。在多种实施方案中，衬底可以是硅晶片。远程等离子体设备500还包括位于处理室520上方的远程等离子体源510、以及位于衬底509与远程等离子体源510之间的喷头517。
气体物质519可以从远程等离子体源510流动通过喷头517而朝向衬底509。远程等离子体可以在远程等离子体源510中产生以制造所选版本的气体物质519的自由基。远程等离子体还可制造气体物质519的离子与其他带电物质。远程等离子体可以进一步从气体物质519产生例如UV辐射之类的光子。举例来说，线圈503可围绕着远程等离子体源510的壁，并且在远程等离子体源510中产生远程等离子体。
在一些实施方案中，线圈503可以与射频(RF)功率源或微波功率源(未显示)电连通。具有RF功率源的远程等离子体源510的商用示例为由Lam Research Corporation(Fremont,California,USA)所制造的
Figure BDA0003366816580000111
远程等离子体产生器产品系列。RF远程等离子体源的另一示例为由MKS Instruments(Wilmington,Massachusetts,USA)所制造的
Figure BDA0003366816580000112
远程等离子体产生器，其可在440kHz下进行操作并且可以被提供作为子单元，以用螺栓固定或以其他方式附接至用于同时处理一或更多衬底的大型设备。在一些实施方案中，远程等离子体源510可以与微波等离子体源共同使用，例如在也由MKS Instruments所制造的
Figure BDA0003366816580000113
微波等离子体源中所发现的。微波等离子体源可配置成在例如2.45GHz的频率下进行操作。
在远程等离子体源510中可使用任何类型的等离子体源以产生自由基物质。这些等离子体类型例如包括电容耦合等离子体、微波等离子体、DC等离子体、感应耦合等离子体、以及激光生成等离子体。电容耦合等离子体的示例可以是射频(RF)等离子体。
在具有RF功率源的实施方案中，RF产生器可以在任何合适的功率下进行操作以形成所需自由基物质组成的等离子体。合适功率的示例包括但不限于介于约0.5kW与约6kW之间的功率。同样地，RF产生器可提供合适频率的RF功率，例如用于感应耦合等离子体的13.56MHz。
可以将气体物质519从气体入口501输送至远程等离子体源510的内容积中。供应至线圈503的功率可以与气体物质519产生远程等离子体以形成气体物质519的自由基。可以在气相中将远程等离子体源510中形成的自由基通过喷头517并朝向衬底509进行运送。
继续参照图5，远程等离子体设备500可以主动冷却或以其他方式控制衬底509的温度。在一些实施方案中，在处理期间可能需要对衬底509的温度进行控制，以控制反应速率与暴露于远程等离子体的均匀度。
在多种实施方案中，远程等离子体设备500可以包括例如为升降销的多个可移动构件511，以能够将衬底509移动而远离或朝向衬底支撑件513。这些可移动构件511可以被配置成例如延伸约0mm至约125mm之间(或更多)而远离衬底支撑件513。在示例性实施方案中，这些可移动构件511可以将衬底509延伸以远离热的衬底支撑件513而朝向较冷的喷头517，以冷却该衬底509。也可将可移动构件511缩回以将衬底509携带朝向较热的衬底支撑件513并远离较冷的喷头517，以加热该衬底509。通过可移动构件511来定位衬底509，可调整该衬底509的温度。在一些实施方案中，当在定位衬底509时，可将喷头517与衬底支撑件513维持在恒定的温度。
在一些实施方案中，远程等离子体设备500可以包括一种包括喷头517的温度控制的喷头类型。举例来说，为了准许喷头517主动冷却，可使用例如去离子水或热传输液体之类的热交换流体。这样的一种热传输液体是由Dow Chemical Company(Midland,Michigan,USA)制造。在一些实施方案中，热交换流体可流过喷头517内的流体通道(未显示)。此外，喷头517可使用诸如流体加热器/冷却器单元(本领域中所公知)的热交换器系统(未显示)以控制温度。在一些实施方案中，可以将喷头517的温度控制在低于约30℃，例如介于约5℃与约20℃之间。例如，在对衬底509进行处理之前或之后，可以将喷头517冷却至低于衬底509的温度。
在一些实施方案中，远程等离子体设备500可以包括一或更多个气体入口505，以使冷却气体507流动通过处理室520。可以将该一或更多个气体入口505定位在衬底509的上方、下方、和/或侧边。可以将该一或更多个气体入口505中的一些配置成使冷却气体507沿基本上垂直于衬底509的面的方向流动。在一些实施方案中，至少一个气体入口505可以将冷却气体507通过喷头517而输送至衬底509。用于冷却衬底509的冷却气体507的流量可介于约0.1标准升/分钟(slpm)至约100slpm之间。
控制器515(于下文参照图6更详细描述)可包含多个指令，以控制用于操作远程等离子体设备500的参数。在多种实施方案中，控制器515通常将会包括一或更多个存储器装置以及一或更多处理器。处理器可以包括中央处理单元(CPU)、微处理器、或计算机；模拟和/或数字输入/输出连接；步进马达控制器板；以及本领域中所公知的其他连接以及周边装置。
控制器515可以包含多个指令，其用于根据本发明所公开的主题的多种实施方案而控制用于远程等离子体设备500的处理条件及操作(例如，处理配方)。在一些实施方案中，控制器515控制着处理工具(未显示)的所有活动。如于下文参照图6所描述的，控制器515可执行系统控制软件，其中所述系统控制软件被存储在海量存储装置中、加载至存储器装置中、以及在处理器上执行。系统控制软件可包括多个指令，其用于控制：时间、气体混合、室和/或站的压强、室和/或站的温度、清扫(purge)条件与时间、衬底温度、RF功率等级、与RF频率。系统控制软件还可以控制衬底、基座、卡盘和/或承受器位置、以及由处理工具所执行的特定处理的其他参数。系统控制软件可通过任何合适的方式进行配置。举例而言，可将各种处理工具构件的子程序或控制对象写入，以根据本发明所公开的方法对执行各种处理工具处理所需的处理工具构件的操作进行控制。系统控制软件可以在任何合适的计算机可读编程语言中进行编码。
具有执行各种操作的指令的机器
图6为根据一些实施方案示出机器600的构件的框图，其能够从机器可读介质(例如，非暂时性机器可读介质、机器可读存储介质、计算机可读存储介质、或其任何合适的组合)读取指令并执行本文所讨论的方法中的任何一或多者。具体而言，图6以计算机系统的示例形式显示机器600的概略图，且在机器600中可执行指令624(例如，软件、程序、应用程序、小型应用程序、app、或其他可执行编码)，以用于驱使机器600执行本文所讨论的方法(例如，处理配方)中的任何一或多者。
在替代性的实施方案中，机器600作为独立装置进行操作或可连接(例如，网络连接)至其他机器。在网络连接的部署中，机器600可以在服务器-用户网络环境中以服务器机器或客户端机器的容量进行操作、或是在点对点(或分布式)网络环境中作为对等机器(peer machine)进行操作。机器600可以是服务器计算机、客户端计算机、个人计算机(PC)、平板计算机、膝上型计算机、上网本、机顶盒(STB)、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话、智能手机、网络设备、网络路由器、网络交换机、网桥或能顺序地或以其他方法执行指令624的任何机器，其中所述指令指定由该机器所采取的动作。此外，虽然仅描绘了单一机器，但还应将术语“机器”视为包括独立或共同执行指令624的机器集合，以执行本文所讨论的方法中的任何一或多者。
机器600包括被配置成通过总线608而彼此通信的处理器602(例如，中央处理单元(CPU)、图像处理单元(GPU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、射频集成电路(RFIC)、或其任何合适的组合)、主存储器604、及静态存储器606。处理器602可以包含可由一些或所有指令624暂时或永久配置的(configurable)微型电路，使得该处理器602可配置以整体地或部分地执行本文所讨论的方法中的任何一或多者。举例来说，处理器602的一或更多微型电路中的一组可以是可配置的，以执行本文所述的一或更多模块(例如，软件模块)。
机器600还可以包括图像显示器610(例如，等离子体显示面板(PDP)、发光二极管(LED)显示器、液晶显示器(LCD)、投影仪、或阴极射线管(CRT))。机器600还可以包括字母数字输入装置612(例如，键盘)、光标控制装置614(例如，鼠标、触摸板、轨迹球、游戏杆、运动感测器、或其他指向器具)、存储单元616、信号产生装置618(例如，扬声器)、以及网络接口装置620。
存储单元616包括存储多个指令624的机器可读介质622(例如，有形和/或非暂时性机器可读存储介质)，以实施本文所述的方法或功能中的任何一或多者。在通过机器600执行指令624的期间，指令624还可以完全或至少部分存在于主存储器604中、处理器602中(例如，在处理器的高速缓存中)、或两者中。因此，可将主存储器604与处理器602视为机器可读介质(例如，有形和/或非暂时性机器可读介质)。通过网络接口装置620，可将指令624以网络626进行发送或接收。举例来说，网络接口装置620可使用任何一或多个传输协议(例如，超文本传输协议(HTTP))来传递指令624。
在一些实施方案中，机器600可以是例如智能型手机或平板计算机之类的便携式运算装置，并且具有一或多个附加输入部件(例如，传感器或测量器)。这种附加输入部件的示例包括图像输入部件(例如，一或更多相机)、声频输入部件(例如，麦克风)、方位输入部件(例如，罗盘)、位置输入部件(例如，全球定位系统(GPS)接收器)、方位输入部件(例如，旋转仪)、运动检测部件(例如，一或多个加速度计)、高度检测部件(例如，高度计)、及气体检测部件(例如，气体传感器)。由这些输入部件中的任何一或多个所得的输入可以由本文所述的任何模块访问与使用。
如本文中所使用的，术语“存储器”是指能够暂时或永久存储数据的机器可读介质，并将其视为包括但不限于随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、缓冲存储器、闪存、以及高速缓存。虽然在实施方案中机器可读介质622被显示为单一介质，但术语“机器可读介质”应被视为包括能够存储指令的单一介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库、或相关的高速缓存和服务器)。术语“机器可读介质”也应被视为包括能够存储由机器(例如，机器600)执行的指令的任何介质、或多个介质组合，使得在由机器的一或多个处理器(例如，处理器602)执行时这些指令会驱使机器执行本文所述的方法中的任何一或多者。因此，“机器可读介质”指的是单一存储设备或装置、以及包括多个存储设备或装置的“基于云端”的存储系统或存储网络。术语“机器可读介质”应相应地被视为包括但不限于形式为固态存储器、光学介质、磁性介质、或其任何合适组合的一或多个有形(例如，非暂时性)数据存储库。
此外，机器可读介质是非暂时性的，因为它并不实施传播信号(propagatingsignal)。然而，将有形机器可读介质称为“非暂时性的”不应被视为是代表该介质无法移动，该介质应被视为可从一物理位置传输至另一物理位置。另外，由于机器可读介质是有形的，因此可将该介质视为机器可读装置。
经由网络接口装置620来使用传输介质并且利用多种公知的传输协议(例如，HTTP)中的任何一者，可进一步通过网络626(例如，通信网络)来发送或接收指令624。通信网络的示例包括局域网络(LAN)、广域网(WAN)、因特网、移动电话网络、普通老式电话服务(POTS)网络、以及无线数据网络(例如，WiFi与WiMAX网络)。术语“传输介质”应被视为包括任何能够存储、编译、或运载由机器所执行的指令的任何无形介质，并且包括数字或模拟通信信号或其他无形介质以促进这种软件的通信。
整体来说，本文中所包含的本发明所公开的主题总体上被描述或涉及以上述的各种形式来沉积或以其他方式来形成均匀厚度的硅碳化物层。然而，本发明所公开的主题并不限于半导体加工环境并且可以使用于各种其他环境中。在阅读并理解本文所提供的公开之后，本领域中普通技术人员将意识到本发明所公开的主题的多种实施方案可与其他类型的处理工具、以及众多种类的其他工具、设备和部件一起使用。
如本文中所使用的，术语“或”可以被理解为包括性或排除性的含意。此外，在阅读并理解所提供的公开后，其他实施方案将能由本领域中普通技术人员所理解。另外，在阅读并理解本文所提供的公开之后，本领域中普通技术人员将容易理解的是，本文所提供的技术与示例的各种组合均可在各种配置中进行应用。
虽然多种实施方案被分开进行讨论，但这些分开的实施方案并不意旨被视为独立的技术或设计。如上所述，各部分中的每一者可以是相互关联的，且每一者可分别地或与本文所述的其他实施方案结合使用。举例来说，虽然已描述方法、操作、及处理的多种实施方案，但这些方法、操作、及处理可分别地或以各种组合进行使用。
因此，对于本领域中普通技术人员，在阅读并理解本文所提供的公开内容之后做出许多修改及变更将是显而易见的。此外，根据先前的描述，除了本文所列举的那些外，在本公开的范围内的功能等同方法与装置对于本领域中普通技术人员将是显而易见的。可以将一些实施方案、材料、以及构造技术的部分与特征包括在其他部分与特征中、或由其他部分与特征所取代。这样的修改及变更意在落入随附权利要求的范围内。因此，本公开仅由随附权利要求的术语、以及这些权利要求所赋予的等同方案的完整范围所限制，还应理解的是，本文所使用的术语仅出于描述特定实施方案的目的而不是意在进行限制。
本公开内容的摘要被提供以允许读者迅速地确定技术公开的本质。该摘要被提交且理解其将不会用于解释或限制权利要求。另外，在前述的具体实施方式中，可以看出为了简化本公开的目的，可以将各种特征一起组合在单一实施方案中。这种公开的方法并不被解释为限制权利要求。因此，以下的权利要求在此并入本具体实施方式中，其中各权利要求被独立地作为单独的实施方案。
以下编号的实施例为本发明所公开的主题的特定实施方案
实施例1：在示例性实施方案中，本发明所公开的主题是一种基本上同时在至少一种介电材料与至少一种金属材料两者上产生基本均匀的硅碳化物层的方法。该方法包括：在所述至少一种介电材料与所述至少一种金属材料上形成SixNy形式的硅氮化物层；以及在所述硅氮化物层上形成SiCxOy形式的所述硅碳化物层。
实施例2：根据实施例1所述的方法，其中与所述硅碳化物层在所述至少一种介电材料上的成核与生长相比，所形成的所述硅氮化物层基本上避免了所述硅碳化物层在所述至少一种金属材料上的成核与生长中的延迟。
实施例3：根据前述实施例中的任何一者所述的方法，其中所述硅碳化物层还包含氢。
实施例4：根据前述实施例中的任何一者所述的方法，其还包括在半导体材料上形成所述硅氮化物层。
实施例5：根据前述实施例中的任何一者所述的方法，所述至少一种金属材料包括至少一种材料，所述至少一种材料选自包括钨(W)、钛(Ti)、钽(Ta)、钴(Co)、铜(Cu)、铂(Pt)和钌(Ru)的材料。
实施例6：根据前述实施例中的任何一者所述的方法，所述至少一种介电材料包括至少一种材料，所述至少一种材料选自包括二氧化硅(SiO2)、硅氮化物(SixNy)、五氧化二钽(Ta2O5)、铝氧化物(Al2O3)、铪氧化物(HfO2)、二氧化锆(ZrO2)、镧氧化物(LaxOy)、钛酸锶(SrTiO3)、锶氧化物(SrO)的材料。
实施例7：根据前述实施例中的任何一者所述的方法，其中SiCxOy形式的所述硅碳化物层是硅碳氧化物层。
实施例8：在一示例性实施方案中，本发明所公开的主题描述了一种形成硅碳化物层的方法，所述方法包括：在至少介电材料和金属材料上基本上同时形成SixNy形式的硅氮化物初始层。所述硅氮化物初始层用作生长初始层。在所述硅氮化物初始层上形成SiCxOy形式的所述硅碳化物层。与所述硅碳化物层在所述介电材料上的成核与生长相比，所形成的所述硅氮化物初始层基本上避免了所述硅碳化物层在所述金属材料上的成核与生长中的延迟。
实施例9：根据实施例8所述的方法，其还包括与在至少所述介电材料和所述金属材料上形成所述硅氮化物初始层基本上同时地在半导体材料上形成所述硅氮化物初始层。
实施例10：根据前述实施例8及其后的实施例中的任何一者所述的方法，其中所述硅碳化物层包括掺杂硅碳化物与未掺杂硅碳化物中的至少一者。
实施例11：根据前述实施例8及其后的实施例中的任何一者所述的方法，其中在所述介电材料和所述金属材料上所形成的所述硅碳化物之间的偏差厚度小于约2nm。
实施例12：根据前述实施例8及其后的实施例中的任何一者所述的方法，其还包括将所述硅氮化物初始层基本上同时地形成在不同类型的介电材料与不同类型的金属材料的组合上。
实施例13：根据前述实施例8及其后的实施例中的任何一者所述的方法，其中所述硅碳化物层还包括氢。
实施例14：在一示例性实施方案中，本发明所公开的主题描述了一种形成硅碳化物层的方法。所述方法包括：在沉积室中的衬底上形成至少一种金属材料与至少一种介电材料的层；在位于所述衬底上的所述至少一种金属材料与所述至少一种介电材料上形成SixNy形式的硅氮化物以作为初始层；以及后续在所述硅氮化物上形成至少一层，其中所述至少一层包括选自包括SixCy形式的硅碳化物、SixCyNz形式的硅碳氮化物、SiCxNyOz形式的硅碳氮氧化物、以及SixCyOz形式的硅碳氧化物的材料中的材料。
实施例15：根据实施例14所述的方法，其中在与直接等离子体操作中进行后续的SixCyOz沉积相同的室中形成所述SixNy。
实施例16：根据前述实施例14及其后的实施例中的任何一者所述的方法，其中所述SixNy在不同室中形成，接着在远程等离子体操作中进行后续的SixCyOz沉积。
实施例17：根据前述实施例14及其后的实施例中的任何一者所述的方法，其中使所述SixNy形成为具有约20nm至约200nm的厚度。
实施例18：根据前述实施例14及其后的实施例中的任何一者所述的方法，其中使所述SixNy形成为具有小于约20nm的厚度。
实施例19：根据前述实施例14及其后的实施例中的任何一者所述的方法，其中使所述SixNy形成为具有大于约200nm的厚度。
实施例20：根据前述实施例14及其后的实施例中的任何一者所述的方法，其中所述硅碳化物、所述硅碳氮化物、所述硅碳氮氧化物、以及所述硅碳氧化物可包括所列出的基于硅的化合物的掺杂与未掺杂版本中的至少一者。

Claims (20)

1.一种基本上同时在至少一种介电材料与至少一种金属材料两者上产生基本均匀的硅碳化物层的方法，该方法包括：
在所述至少一种介电材料与所述至少一种金属材料上形成SixNy形式的硅氮化物层；以及
在所述硅氮化物层上形成SiCxOy形式的所述硅碳化物层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中与所述硅碳化物层在所述至少一种介电材料上的成核与生长相比，所形成的所述硅氮化物层基本上避免了所述硅碳化物层在所述至少一种金属材料上的成核与生长中的延迟。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述硅碳化物层还包含氢。
4.根据权利要求1所述的方法，其还包括在半导体材料上形成所述硅氮化物层。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种金属材料还包括至少一种材料，所述至少一种材料选自于包括钨(W)、钛(Ti)、钽(Ta)、钴(Co)、铜(Cu)、铂(Pt)和钌(Ru)的材料。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种介电材料包括至少一种材料，所述至少一种材料选自包括二氧化硅(SiO2)、硅氮化物(SixNy)、五氧化二钽(Ta2O5)、铝氧化物(Al2O3)、铪氧化物(HfO2)、二氧化锆(ZrO2)、镧氧化物(LaxOy)、钛酸锶(SrTiO3)、锶氧化物(SrO)的材料。
7.根据权利要求1所述的方法，其中SiCxOy形式的所述硅碳化物层是硅碳氧化物层。
8.一种用于形成硅碳化物层的方法，所述方法包括：
在至少介电材料和金属材料上基本上同时形成SixNy形式的硅氮化物初始层，所述硅氮化物初始层用作生长初始层；以及
在所述硅氮化物初始层上形成SiCxOy形式的所述硅碳化物层，与所述硅碳化物层在所述介电材料上的成核与生长相比，所形成的所述硅氮化物初始层基本上避免了所述硅碳化物层在所述金属材料上的成核与生长中的延迟。
9.根据权利要求8所述的方法，其还包括与在至少所述介电材料和所述金属材料上形成所述硅氮化物初始层基本上同时地在半导体材料上形成所述硅氮化物初始层。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述硅碳化物层包括掺杂硅碳化物与未掺杂硅碳化物中的至少一者。
11.根据权利要求8所述的方法，其中在所述介电材料和所述金属材料上所形成的所述硅碳化物之间的偏差厚度小于约2nm。
12.根据权利要求8所述的方法，其还包括将所述硅氮化物初始层基本上同时地形成在不同类型的介电材料与不同类型的金属材料的组合上。
13.根据权利要求8所述的方法，其中所述硅碳化物层还包括氢。
14.一种用于形成硅碳化物层的方法，所述方法包括：
在沉积室中的衬底上形成至少一种金属材料与至少一种介电材料的层；
在位于所述衬底上的所述至少一种金属材料与所述至少一种介电材料上形成SixNy形式的硅氮化物以作为初始层；以及
后续在所述硅氮化物上形成至少一层，所述至少一层包括选自包括SixCy形式的硅碳化物、SixCyNz形式的硅碳氮化物、SiCxNyOz形式的硅碳氮氧化物、以及SixCyOz形式的硅碳氧化物的材料中的材料。
15.根据权利要求14所述的方法，其中在与直接等离子体操作中进行后续的SixCyOz沉积相同的室中形成所述SixNy。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述SixNy在不同室中形成，接着在远程等离子体操作中进行后续的SixCyOz沉积。
17.根据权利要求14所述的方法，其中使所述SixNy形成为具有约20nm至约200nm的厚度。
18.根据权利要求14所述的方法，其中使所述SixNy形成为具有小于约20nm的厚度。
19.根据权利要求14所述的方法，其中使所述SixNy形成为具有大于约200nm的厚度。
20.根据权利要求14所述的方法，其中所述硅碳化物、所述硅碳氮化物、所述硅碳氮氧化物、以及所述硅碳氧化物包括所列出的基于硅的化合物的掺杂与未掺杂版本中的至少一者。
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