CN116779528A - 沉积间隙填充流体的方法及相关系统和装置 - Google Patents

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Abstract

用间隙填充流体至少部分地填充包含在衬底中的凹槽的方法和相关系统。间隙填充流体包括Si‑N键。该方法包括一方面将衬底暴露于含氮和氢的气体，另一方面暴露于真空紫外光。

Description

沉积间隙填充流体的方法及相关系统和装置
技术领域
本公开总体涉及适于形成电子器件的方法和系统。更具体地，本公开涉及可用于改善沉积在间隙、沟槽等中的材料的方法和系统。
背景技术
半导体器件的尺寸缩小已经导致集成电路的速度和密度显著提高。然而，随着大规模集成器件的布线间距的小型化，由于现有沉积过程的限制，高纵横比沟槽(例如纵横比为3或更高的沟槽)的无空隙填充变得越来越多。因此，仍需要有效填充高纵横比特征的过程，例如间隙，比如半导体衬底上的沟槽。
本部分中阐述的任何讨论(包括对问题和解决方案的讨论)已经包括在本公开中，仅仅是为了提供本公开的背景。这种讨论不应被认为是承认本发明的任何一个或全部是先前已知的或以其他方式构成现有技术。
发明内容
本公开的各种实施例涉及间隙填充方法、使用这种方法形成的结构和器件以及用于执行该方法和/或用于形成该结构和/或器件的装置。下面更详细地讨论本公开的各种实施例解决现有方法和系统的缺点的方式。
具体而言，本文描述了一种固化间隙填充流体的方法。该方法包括将设有间隙的衬底引入处理室中。间隙包括间隙填充流体。间隙填充流体包括Si-N键。该方法还包括将衬底同时暴露于真空紫外辐射和环境气体。环境气体可以包括含氮和氢的气体或含氩的气体。因此，间隙填充流体被固化，并且在间隙中形成氮化硅。
本文还描述了一种填充间隙的方法。该方法包括将设置有间隙的衬底引入处理系统。该方法包括执行一个或多个循环。循环包括沉积步骤和固化步骤。沉积步骤包括提供前体。前体包括硅、氮和氢。该方法还包括提供反应物。反应物包括氮气、氢气和稀有气体中的一种或多种。该方法还包括产生等离子体。等离子体使前体和反应物反应以形成至少部分填充间隙的间隙填充流体。间隙填充流体包括Si-N键。固化步骤包括同时将衬底暴露于真空紫外辐射和环境气体。环境气体可以包括含氮和氢的气体或含氩的气体。因此，间隙填充流体被固化，并且在间隙中形成氮化硅。
在一些实施例中，这里描述的方法包括执行多个循环。因此，间隙可以至少部分地被氮化硅填充。
在一些实施例中，含氮和氢的气体包括NH3。
在一些实施例中，间隙填充流体包括聚硅氮烷。
在一些实施例中，前体包括硅氮烷。
在一些实施例中，前体包括具有下式的化合物：
应当理解，R1、R2和R3独立地选自SiH3、SiH2X、SiH2XY、SiX2Y和SiX3。还应该理解，X是第一卤素，Y是第二卤素。
在一些实施例中，R1、R2和R3是SiH3。
在一些实施例中，前体包括具有下式的化合物：
应当理解，R4、R5、R6和R7独立地选自H、SiH3、SiH2X、SiHXY、SiX2Y和SiX3。还应该理解，X是第一卤素，Y是第二卤素。
在一些实施例中，前体包括具有下式的化合物：
应当理解，R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19和R20独立地选自H、X、Y、NH2、SiH3、SiH2X、SiHXY、SiX2Y和SiX3。在一些实施例中，X是第一卤素，Y是第二卤素。
在一些实施例中，沉积步骤和固化步骤在同一处理系统中进行，没有任何中间真空中断。
在一些实施例中，真空紫外辐射包括波长为至少150nm到至多200nm的电磁辐射。
在一些实施例中，沉积步骤在第一处理室中进行，固化步骤在第二处理室中进行。应当理解，第一处理室和第二处理室是包含在同一处理系统中的不同处理室。
在一些实施例中，沉积步骤在至多150℃的沉积温度下进行。
在一些实施例中，固化步骤在比沉积温度高至多20℃的固化温度下进行。
在一些实施例中，本文所述的方法还包括在退火温度下对衬底进行退火的步骤，退火温度高于沉积温度。
本文还描述了一种处理系统。该处理系统包括第一处理室、前体源、前体管线、氨源、氨管线和真空紫外光源。前体源包括前体。前体包括Si-N键。前体管线布置用于从前体源向第一处理室提供前体。氨管线布置用于从氨源向第一处理室提供氨。真空紫外光源布置用于产生真空紫外光。
在一些实施例中，处理系统还包括第二处理室和晶片处理系统。在这样的实施例中，真空紫外光源可以布置用于向第二处理室提供真空紫外光，并且晶片处理系统可以布置用于在第一处理室和第二处理室之间传送一个或多个晶片。
在一些实施例中，处理系统还包括控制器。该控制器布置用于使处理系统执行这里描述的方法。
通过参考附图对某些实施例的以下详细描述，这些及其他实施例对于本领域技术人员来说将变得显而易见。本发明不限于所公开的任何特定实施例。
附图说明
当结合以下说明性附图考虑时，通过参考详细描述和权利要求，可以获得对本公开的实施例的更完整理解。
图1是等离子体增强原子层沉积(PEALD)设备的示意图，该设备适合于沉积结构和/或执行根据本公开的至少一个实施例的方法。
图2中的a)和b)示出了根据本公开的至少一个实施例使用可用的流过系统(FPS)的前体供应系统的示意图。
图3示出了直接等离子体系统300的实施例的示意图，该系统可操作或可控制以形成间隙填充流体。
图4示出了间接等离子体系统的另一实施例的示意图，该系统可操作或可控制以形成间隙填充流体。
图5示出了可操作或可控制以形成间隙填充流体的远程等离子体系统500的实施例的示意图。
图6示出了如本文所述的用于固化间隙填充流体的方法的示例性实施例。
图7示出了如本文所述的用于固化间隙填充流体的方法的另一示例性实施例。
图8中的a)至c)示出了在本文所述方法的一个或多个实施例中可用于形成间隙填充流体的示例性脉冲方案。
图9示出了可用于在本文所述方法的一个或多个实施例中形成间隙填充流体的另一示例性脉冲方案。
图10示意性地示出了根据本公开实施例的示例性系统的布局。
图11中的a)至d)示出了实验结果。
图12示出了如本文所述的用于固化间隙填充流体的方法的另一示例性实施例。
应当理解，附图中的元件是为了简单和清楚而示出的，并不一定是按比例绘制的。例如，图中的一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大，以有助于提高对本公开的所示实施例的理解。
具体实施方式
下面提供的方法、结构、设备和系统的示例性实施例的描述仅仅是示例性的，并且仅是为了说明的目的；以下描述不旨在限制本公开或权利要求的范围。此外，对具有所述特征的多个实施例的叙述并不旨在排除具有附加特征的其他实施例或者结合了所述特征的不同组合的其他实施例。例如，各种实施例被阐述为示例性实施例，并且可以在从属权利要求中叙述。除非另有说明，示例性实施例或其部件可以组合或可以彼此分开应用。
在本公开中，“气体”可以包括在常温常压(NTP)下为气体的材料、蒸发的固体和/或蒸发的液体，并且可以根据情况由单一气体或气体混合物构成。除了处理气体之外的气体，即不经过气体分配组件、多端口注入系统、其它气体分配装置等引入的气体，可以用于例如密封反应空间，并且可以包括密封气体，例如稀有气体。在一些情况下，术语“前体”可以指参与产生另一种化合物的化学反应的化合物，特别是指构成膜基质或膜主骨架的化合物；术语“反应物”可以与术语前体互换使用。
在一些实施例中，术语“反应物”是指能够与前体反应和/或相互作用以形成本文所述的可流动间隙填充层的气体。反应物可以激活前体低聚。反应物可以是催化剂。虽然在形成间隙填充流体期间反应物确实与前体相互作用，但是反应物并不一定必须结合到所形成的间隙填充流体中。换句话说，在一些实施例中，反应物结合到间隙填充流体中，而在其他实施例中，反应物不被结合到间隙填充流体中。可能的反应物包括N2、H2和NH3以及稀有气体，例如He和Ar，它们可以处于激发态，特别是激发态，例如通过等离子体诱导的离子和/或自由基。
如本文所用，术语“衬底”可以指可以使用的或者可以在其上形成器件、电路或膜的任何一种或多种底层材料。“衬底”可以是连续的或非连续的；刚性或柔性；实心的或多孔的。衬底可以是任何形式，例如粉末、板或工件。
在一些实施例中，术语“衬底”可指可用于形成器件、电路或膜或者可在其上形成器件、电路或膜的任何一种或多种底层材料。衬底可以包括主体材料，比如硅(例如单晶硅)、其他IV族材料，例如锗，或者其他半导体材料，例如II-VI族或III-V族半导体，并且可以包括覆盖或位于主体材料下面的一个或多个层。
多孔衬底可以包含聚合物。工件可以包括医疗器械(即支架、注射器等)、珠宝、工具设备、用于电池制造的部件(即阳极、阴极或隔板)或光伏电池的部件。
连续衬底可以延伸到发生沉积过程的处理室的边界之外，并且可以移动通过处理室，使得该过程继续，直到到达衬底的末端。连续衬底可以由连续衬底进给系统提供，该系统允许以任何合适的形式制造和输出连续衬底。连续衬底的非限制性示例可包括薄片、非织造膜、卷、箔、网、柔性材料、连续细丝或纤维(即陶瓷纤维或聚合物纤维)束。连续衬底也可以包括其上安装有非连续衬底的载体或薄片。
此外，在本公开中，变量的任何两个数字可以构成该变量的可行范围，并且所指示的任何范围可以包括或不包括端点。此外，所指出的变量的任何值(不管它们是否用“约”表示)可以指精确值或近似值，并且包括等同物，并且可以指平均值、中间值、代表性值、多数值等。此外，在本公开中，术语“包括”、“由...构成”和“具有”在一些实施例中独立地指“通常或广义地包括”、“包含”、“基本由...组成”或“由...组成”。在本公开中，任何定义的含义在一些实施例中不一定排除普通和习惯的含义。
如本文所用，术语“包括”表示包括某些特征，但不排除其它特征的存在，只要它们不会使权利要求不可行。在一些实施例中，术语“包含”包括“组成”。
如本文所用，术语“组成”表示除了所述措辞之后的特征之外，在设备/方法/产品中不存在其他特征。当术语“组成”用于指化合物、物质或物质组合物时，它表示该化合物、物质或物质组合物仅包含所列出的成分。尽管如此，在一些实施例中，除了列出的成分之外，化学化合物、物质或物质组合物可以包括作为痕量元素或杂质的其他成分。
衬底中的间隙可以指衬底中的图案化凹陷、沟槽、孔或通孔。凹陷可以指相邻突出结构之间的特征，并且任何其他凹陷图案可被称为“沟槽”。也就是说，沟槽可以指包括孔/通孔的任何凹陷图案。在一些实施例中，沟槽可具有约5nm至约150nm、或约30nm至约50nm、或约5nm至约10nm、或约10nm至约20nm、或约20nm至约30nm、或约50nm至约100nm、或约100nm至约150nm的宽度。当沟槽的长度与其宽度基本相同时，它可被称为孔或通路。孔或通孔通常具有约20nm至约100nm的宽度。在一些实施例中，沟槽具有约30nm至约100nm的深度，并且通常为约40nm至约60nm。在一些实施例中，沟槽具有约2至约10的纵横比，并且通常为约2至约5。沟槽的尺寸可以根据处理条件、膜成分、预期应用等而变化。
在一些实施例中，间隙的深度为至少5nm到至多500nm，或至少10nm到至多250nm，或至少20nm到至多200nm，或至少50nm到至多150nm，或至少100nm到至多150nm。
在一些实施例中，间隙的宽度为至少10nm到至多10000nm，或至少20nm到至多5000nm，或至少40nm到至多2500nm，或至少80nm到至多1000nm，或至少100nm到至多500nm，或至少150nm到至多400nm，或至少200nm到至多300nm。
在一些实施例中，间隙的长度为至少10nm到至多10000nm，或至少20nm到至多5000nm，或至少40nm到至多2500nm，或至少80nm到至多1000nm，或至少100nm到至多500nm，或至少150nm到至多400nm，或至少200nm到至多300nm。
在一些实施例中，术语“间隙填充流体”，也称为“可流动间隙填充”，可以指在沉积在衬底上的条件下为液体并且具有交联和形成固体膜的能力的低聚物。
所述方法可用于用间隙填充流体填充间隙，然后固化。间隙填充流体可以应用于各种半导体器件，包括但不限于3D交叉点存储器件中的单元隔离、自对准通孔、伪栅极、反色调图案化、PC RAM隔离、切割硬掩模和DRAM存储节点接触(SNC)隔离。
因此，本文描述了一种固化间隙填充流体的方法。该方法包括将衬底引入处理室中。衬底设置有间隙。间隙包括间隙填充流体。间隙填充流体包括Si-N键。该方法还包括将衬底同时暴露于真空紫外辐射和环境气体。环境气体包括含氮和氢的气体或含氩的气体。因此，间隙填充流体被固化以在间隙中形成氮化硅。应当理解，氮化硅可以指基本由硅和氮构成的结晶或无定形陶瓷。可选地，氮化硅可以包括氢。在一些实施例中，氮化硅是指基本由交联聚硅氮烷构成的材料。
固化间隙填充流体的方法可以在用于填充间隙的方法的情况下适当地执行。因此，本文进一步描述了一种填充间隙的方法。该方法包括将设置有间隙的衬底引入处理系统。该方法还包括执行一个或多个循环。循环包括沉积步骤和固化步骤。沉积步骤包括提供前体。前体包括硅、氮和氢。沉积步骤还包括提供反应物。反应物包括氮气、氢气和稀有气体中的一种或多种。沉积步骤还包括产生等离子体。等离子体使前体和反应物反应以形成至少部分填充间隙的间隙填充流体。应当理解，等离子体可以在包括衬底的处理室中产生。等离子体可以与衬底直接接触，即它可以用于直接等离子体配置中。可替代地，可以使用多孔屏障比如网板或多孔板将等离子体与衬底分离。也可以在远程位置产生等离子体，该远程位置可操作地连接到包括衬底的处理室，并且可以从该远程位置向处理室提供活性物质，使得衬底可以暴露于那些活性物质。如此形成的间隙填充流体包含硅-氮键。固化步骤包括同时将衬底暴露于真空紫外辐射和环境气体。环境气体包括含氮和氢的气体或含氩的气体。因此，间隙填充流体被固化，并且在间隙中形成氮化硅。
在一些实施例中，该方法包括用氮化硅完全填充间隙。在一些实施例中，该方法包括用氮化硅填充间隙而不形成空隙。换句话说，在一些实施例中，根据本方法的沉积继续进行，直到间隙被氮化硅完全填充，并且在填充的间隙中基本没有空隙形成。空隙的存在可以通过在扫描隧道电子显微镜中研究形成的材料来观察。
在一些实施例中，可以使用直接等离子体形成间隙填充流体，然后可以固化。因此，本文进一步描述了一种填充间隙的方法。这里描述的方法可以包括将设置有间隙的衬底引入处理系统。该方法还包括执行一个或多个循环。循环包括沉积步骤和固化步骤。沉积步骤包括将衬底暴露于前体。前体包括硅、氮和氢。沉积步骤还包括将衬底暴露于反应物。反应物包括氮气、氢气和稀有气体中的一种或多种。沉积步骤还包括产生等离子体。因此，前体和反应物在等离子体存在下反应以形成间隙填充流体。间隙填充流体至少部分地填充间隙，并且包括Si-N键。在一些实施例中，填充能力可以通过在填充有挥发性前体的室中撞击例如稀有气体、N2和/或NH3等离子体而以气相形成粘性材料来实现，该挥发性前体可以在某些参数范围内聚合。可选地，气相包括除前体和稀有气体、N2和/或NH3之外的另一种气体，例如H2。固化步骤包括同时将衬底暴露于真空紫外辐射和环境气体。环境气体包括含氮和氢的气体或含氩的气体。因此，间隙填充流体被固化，并且在间隙中形成氮化硅。
在一些实施例中，等离子体是在一方面位于处理室中的喷淋头前体注射器和另一方面衬底之间产生的直接电容耦合RF等离子体。在一些实施例中，至少10W到至多300W的等离子体功率用于形成间隙填充流体。在一些实施例中，至少20W到至多150W的等离子体功率用于形成间隙填充流体。在一些实施例中，至少30W到至多100W的等离子体功率用于形成间隙填充流体。在一些实施例中，至少35W到至多75W的等离子体功率用于形成间隙填充流体。在一些实施例中，至少40W到至多50W的等离子体功率用于形成间隙填充流体。应当理解，这些功率是为300mm晶片的特殊情况提供的。它们可以容易地转换成W/cm2的单位，以获得不同晶片尺寸的等同RF功率值。
合适地，在直接等离子体配置中，处理室可以包括衬底支撑件和喷淋头注射器。衬底支撑件和喷淋头喷射器可以平行布置，并且可以通过电极间隙分开。在一些实施例中，使用至少5mm到至多30mm的电极间隙，例如至少5mm到至多10mm的电极间隙，或至少10mm到至多20mm的电极间隙，或至少20mm到至多30mm的电极间隙。
在一些实施例中，这里描述的方法可以包括产生不与衬底直接接触的等离子体。示例性配置包括间接等离子体和远程等离子体配置，并且在本文的其他地方有更详细的描述。
在一些实施例中，包括执行多个循环。因此，间隙至少部分被氮化硅填充。在一些实施例中，间隙完全被氮化硅填充。
在一些实施例中，含氮和氢的气体包括氨(NH3)。在一些实施例中，含氮和氢的气体包括肼(N2H2)。在一些实施例中，含氮和氢的气体基本由氨和肼中的至少一种构成。因此应当理解，氮和氢可以包含在同一个化合物中。此外，应当理解的是，含氮和氢的气体可以包括其他气体，例如一种或多种稀有气体，比如Ar或He。
在一些实施例中，固化步骤在比沉积温度高至多20℃的固化温度下进行。
当挥发性前体通过等离子体聚合并沉积在衬底表面上时，可暂时获得可流动膜，其中气态前体(例如单体)被等离子体气体放电提供的能量活化或分裂以引发聚合，并且当所得材料沉积在衬底表面上时，该材料暂时表现出可流动行为。
应当理解，间隙填充流体可被描述为粘性材料，即在衬底上形成的粘性相。间隙填充流体能够在衬底上的沟槽中流动。合适的衬底包括硅晶片。结果，粘性材料以自下而上的方式无缝填充沟槽。
在一些实施例中，间隙填充流体由硅、氮、氢以及可选的一种或多种卤素构成。换句话说，在一些实施例中，间隙填充流体由硅、氮和氢构成；而在其他实施例中，间隙填充流体由硅、氮、氢和一种或多种卤素构成。
在一些实施例中，间隙填充流体包括聚硅氮烷。在一些实施例中，间隙填充流体包括聚硅氮烷低聚物。聚硅氮烷低聚物可以是支链或直链的。合适地，聚硅氮烷低聚物包括多种低聚物种类，即间隙填充流体可以包括各种不同的低聚物，包括支化的和线性的。在一些实施例中，聚硅氮烷低聚物包含多种不同的大分子，这些大分子可以具有不同的形态。
这里形成的间隙填充流体包含氢。在一些实施例中，本文形成的间隙填充流体包含至少3％到至多30％的H，或至少5％到至多20％的H，或至少10％到至多15％的H，其中所有百分比以原子百分比给出。因此，当例如间隙填充流体被称为SiN时，术语“SiN”的含义旨在包括SiN:H，即包含氢的SiN，例如高达30％的氢。
合适的前体包括由硅、氮和氢以及可选的一种或多种卤素构成的前体。换句话说，合适的前体包括除了硅原子、氮原子、氢原子和可选的一种或多种卤素之外不含其他原子的化合物。
在一些实施例中，前体不包含任何碳、卤素或硫族元素。在一些实施例中，前体不包含任何碳或硫族元素。在一些实施例中，前体不含任何碳。在一些实施例中，前体不包含任何硫族元素。例如，在一些实施例中，前体不包含任何碳、氯或氧。
有利地，前体不包含除硅、氮和氢之外的任何原子。换句话说，在一些实施例中，前体基本由硅、氮和氢构成。
在一些实施例中，前体包括硅氮烷。
在一些实施例中，前体包括具有下式的化合物：
应当理解，R1、R2和R3独立地选自SiH3、SiH2X、SiH2XY、SiX2Y和SiX3，X是第一卤素，Y是第二卤素。在一些实施例中，R1、R2和R3是SiH3。在一些实施例中，第一卤素和/或第二卤素选自氟、氯、溴和碘。在一些实施例中，第一卤素和/或第二卤素是氟。在一些实施例中，第一卤素和/或第二卤素是氯。在一些实施例中，第一卤素和/或第二卤素是溴。在一些实施例中，第一卤素和/或第二卤素是碘。在一些实施例中，R1、R2和R3中的至少一个是SiH3。在一些实施例中，前体包括三甲硅烷基胺。当三甲硅烷基胺用作前体时，反应物可以适当地选自N2、NH3、Ar和He。
在一些实施例中，前体包括具有下式的化合物：
应当理解，R4、R5、R6和R7独立地选自H、SiH3、SiH2X、SiHXY、SiX2Y和SiX3。还应该理解，X是第一卤素，Y是第二卤素。在一些实施例中，R4、R5、R6和R7是SiH3。在一些实施例中，R4、R5、R6和R7是H。在一些实施例中，第一卤素和/或第二卤素选自氟、氯、溴和碘。在一些实施例中，第一卤素和/或第二卤素是氟。在一些实施例中，第一卤素和/或第二卤素是氯。在一些实施例中，第一卤素和/或第二卤素是溴。在一些实施例中，第一卤素和/或第二卤素是碘。在一些实施例中，R4、R5、R6和R7中的至少一个是SiH3。在一些实施例中，R4和R7是SiH3，R5和R6是H。在一些实施例中，R4、R5、R6和R7是H。
在一些实施例中，前体包括环硅氮烷。使用环硅氮烷前体的间隙填充层提供了具有特别好的横向流动性即在横向空间中特别好的流动性的层。合适地，环硅氮烷仅包含硅、氮、氢和可选的卤素比如氯。
在一些实施例中，环硅氮烷包含选自环三硅氮烷环、环四硅氮烷环和环戊硅氮烷环的环结构。
在一些实施例中，前体包括具有下式的化合物：
应当理解，R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19和R20独立地选自H、X、Y、NH2、SiH3、SiH2X、SiHXY、SiX2Y和SiX3，其中X是第一卤素，并且其中Y是第二卤素。在一些实施例中，第一卤素和/或第二卤素选自氟、氯、溴和碘。在一些实施例中，第一卤素和/或第二卤素是氟。在一些实施例中，第一卤素和/或第二卤素是氯。在一些实施例中，第一卤素和/或第二卤素是溴。在一些实施例中，第一卤素和/或第二卤素是碘。在一些实施例中，R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19和R20中的至少一个是H。在一些实施例中，R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19和R20是H。
在一些实施例中，前体由硅、氮和氢构成；间隙填充流体由硅、氮和氢构成。在一些实施例中，前体还包括一种或多种卤素，间隙填充流体还包括一种或多种卤素。在一些实施例中，前体由硅、氮、氢和一种或多种卤素构成；并且间隙填充流体由硅、氮、氢和一种或多种卤素构成。应当理解，当间隙填充流体由某些成分构成时，在一些实施例中，其他成分可能仍以少量存在，例如作为污染物。
应当理解，反应物不一定包含在沉积的间隙填充流体中。因此，在一些实施例中，反应物结合到间隙填充流体中，而在其他实施例中，反应物不结合到间隙填充流体中。例如，当稀有气体比如氩气用作反应物时，稀有气体基本不包含在间隙填充流体中。
在一些实施例中，反应物包括氮气、氢气、氨气、肼、一种或多种稀有气体或其混合物。
在一些实施例中，反应物包括氮和氨中的至少一种。
在一些实施例中，反应物包括稀有气体。
在一些实施例中，稀有气体选自He、Ne、Ar和Kr。
在一些实施例中，稀有气体是Ar。
在一些实施例中，同时提供前体和反应物。例如，可以将前体和反应物同时提供给处理室。在一些实施例中，反应物是载气。应当理解，载气是指将前体运送或夹带到处理室的气体。示例性载气包括稀有气体，例如氩气。示例性载气流量为至少0.1slm到至多10slm，或至少0.1slm到至多0.2slm，或至少0.2slm到至多0.5slm，或至少0.5slm到至多1.0slm，或至少1.0slm到至多2.0slm，或至少2.0slm到至多5.0slm，或至少5.0slm到至多10slm，或至少0.1slm到至多2slm。
在一些实施例中，在形成间隙填充流体时供应到反应空间的所有气体是前体、反应物、可选的载体比如N2、Ar和/或He，以及可选的等离子体点火气体，其可以是或包括Ar、He、N2和/或H2。换句话说，在这些实施例中，除了列出的气体之外，没有其他气体被提供给处理室。在一些实施例中，载气和/或等离子点火气体用作反应物。在一些实施例中，前体由硅、氮和氢构成。
在一些实施例中，反应物包括氮气和氨气，并且在沉积步骤期间，除了前体和反应物之外，没有气体被引入处理室。
在一些实施例中，反应物包括稀有气体，例如He或Ar，并且在沉积步骤期间，除了前体和反应物之外，没有气体被引入到处理室中。
在一些实施例中，沉积步骤和固化步骤在同一处理系统中进行，没有任何中间真空中断。
在一些实施例中，沉积步骤在第一处理室中进行，固化步骤在第二处理室中进行。应当理解，第一处理室和第二处理室是包含在同一处理系统中的不同处理室。
在一些实施例中，真空紫外辐射包括波长为至少140nm到至多200nm的电磁辐射。例如，真空紫外(VUV)辐射可以在以下波长处具有峰值强度：至少10nm到至多200nm、或至少10nm到至多50nm、或至少50nm到至多100nm、或至少100nm到至多150nm、或至少150nm到至多200nm。例如，当(SiH3)2NSiH2N(SiH3)2用作硅前体并且NH3用作含氮和氢的气体时，则优选使用波长在130和200nm之间的VUV光，例如波长在140nm和190nm之间的VUV光，或者波长在150nm和180nm之间的VUV光。
在一些实施例中，挥发性前体在某个参数范围内聚合，该参数范围主要由等离子体撞击期间前体的分压、晶片温度和处理室中的总压力来限定。为了调节“前体分压”，可使用间接处理旋钮(稀释气体流量)来控制前体分压。为了控制沉积膜的流动性，可以不需要前体分压的绝对数值，相反，在参考温度和总压下，前体的流量与剩余气体的流量和反应空间中的总压之比可以用作实际的控制参数。尽管如此，在一些实施例中，在间隙填充流体形成期间，处理室保持在至少600Pa到至多10000Pa的压力。例如，处理室中的压力可以保持在至少600Pa到至多1200Pa的压力，或者至少1200Pa到至多2500Pa的压力，或者至少2500Pa到至多5000Pa的压力，或者至少5000Pa到至多10000Pa的压力。
在一些实施例中，沉积步骤在至少-25℃到至多200℃的温度下进行。在一些实施例中，沉积步骤在至少-25℃到至多0℃的温度下进行。在一些实施例中，沉积步骤在至少0℃到至多25℃的温度下进行。在一些实施例中，沉积步骤在至少25℃到至多50℃的温度下进行。在一些实施例中，沉积步骤在至少50℃到至多75℃的温度下进行。在一些实施例中，沉积步骤在至少75℃到至多150℃的温度下进行。在一些实施例中，沉积步骤在至少150℃到至多200℃的温度下进行。这增强了目前提供的间隙填充流体的间隙填充性能。在一些实施例中，沉积步骤在至少70℃到至多90℃的温度下进行，或者在至少80℃到至多100℃的温度下进行。在一些实施例中，沉积步骤在至多150℃的沉积温度下进行。
前体源可以包括前体接收器，例如前体罐、前体瓶等；以及一个或多个气体管线，其可操作地将前体接收器连接到处理室。因此，前体接收器可以适当地保持在比处理室温度低至少5℃到至多50℃的温度，或者比处理室温度低至少5℃到至多10℃的温度，或者比处理室温度低至少10℃到至多20℃的温度，或者比处理室温度低至少30℃到至多40℃的温度，或者比处理室温度低至少40℃到至多50℃的温度。气体管线可以适当地保持在前体接收器和处理室之间的温度。例如，气体管线可以保持在比处理室温度低至少5℃到至多50℃，或至少5℃到至多10℃，或至少10℃到至多20℃，或至少30℃到至多40℃，或至少40℃到至多50℃的温度。在一些实施例中，气体管线和处理室保持在基本相同的温度，该温度高于前体接收器的温度。
这里使用的等离子体，无论是远程的、间接的还是直接的；无论是电容耦合还是电感耦合，都可以通过在等离子体频率下工作的交流电来产生。在一些实施例中，使用至少40kHz到至多2.45Ghz的等离子体频率，或者使用至少40kHz到至多80kHz的等离子体频率，或者使用至少80kHz到至多160kHz的等离子体频率，或者使用至少160kHz到至多320kHz的等离子体频率，或者使用至少320kHz到至多640kHz的等离子体频率，或者使用至少640kHz到至多1280kHz的等离子体频率，或者使用至少1280kHz到至多2500kHz的等离子体频率，或者使用至少2.5MHz到至少5MHz的等离子体频率，或者使用至少5MHz到至多50MHz的等离子体频率，或者使用至少5MHz到至多10MHz的等离子体频率，或者使用至少10MHz到至多20MHz的等离子体频率，或者使用至少20MHz到至多30MHz的等离子体频率，或者使用至少30MHz到至多40MHz的等离子体频率，或者使用至少40MHz到至多50MHz的等离子体频率，或者使用至少50MHz到至多100MHz的等离子体频率，或者使用至少100MHz到至多200MHz的等离子体频率，或者使用至少200MHz到至多500MHz的等离子体频率，或者使用至少500MHz到至多1000MHz的等离子体频率，或者使用至少1GHz到至多2.45GHz的等离子体频率。在示例性实施例中，等离子体是电容性RF等离子体，并且以13.56MHz的频率提供RF功率。
在一些实施例中，沉积步骤包括同时引入前体和反应物。
在一些实施例中，本方法包括将间隙填充流体暴露于射频(RF)等离子体，例如使用15MHz或更低的等离子体频率，并利用采用脉冲前体流和脉冲RF等离子体的循环沉积过程。前体脉冲和等离子体脉冲可被吹扫气体脉冲分开。在一些实施例中，吹扫步骤的持续时间和吹扫气体的流量被选择为足够低，以确保在吹扫步骤完成后，不是所有的前体都已经从处理室中去除。换句话说，吹扫步骤的持续时间和其中使用的吹扫气体流量可以足够低，使得整个处理室在吹扫步骤期间不被抽空。优选地，反应物用作吹扫气体。在这样的实施例中，沉积膜的流动性的期望方面包括：1)在整个RF开启期间足够高的分压以进行聚合；2)在不太长的RF周期内，足够的能量来激活反应(由RF开启周期和RF功率确定)；3)聚合/链增长的温度和压力设定在可流动相的熔点以上和沸点以下；4)聚合链增长的温度和压力选择在足够低的水平，使得间隙填充流体在例如由于链增长而固化之前有足够的时间填充间隙。
在一些实施例中，本方法包括间歇地向反应空间提供前体，并连续施加等离子体。在一些实施例中，本方法包括间歇地向反应空间提供前体，并间歇地施加等离子体。因此，后面的实施例的特征在于将前体脉冲和等离子体脉冲顺序施加到反应空间。
在一些实施例中，本方法包括在整个沉积步骤中，连续地向反应空间提供前体，并连续地或循环地施加等离子体，例如通过施加RF功率。等离子体可以是连续的或脉冲的，并且可以是直接的或远程的。
在一些实施例中，沉积步骤包括向处理室连续提供前体，向处理室连续提供反应物，以及在处理室中连续提供等离子体。
在一些实施例中，沉积步骤采用交替的前体和等离子体脉冲。
在一些实施例中，在沉积步骤期间使用脉冲等离子体，例如脉冲RF等离子体。在一些实施例中，RF功率施加的周期(即反应器中的反应物暴露于等离子体的周期)在至少0.7秒到至多2.0秒的范围内，例如从至少0.7秒到至多1.5秒。
在一些实施例中，沉积步骤包括一个或多个沉积循环。沉积循环包括连续重复的前体脉冲、可选的前体吹扫、等离子体脉冲和可选的后等离子体吹扫的序列。
在一些实施例中，前体脉冲的持续时间即前体供给时间为至少0.25秒到至多4.0秒，或至少0.5秒到至多2.0秒，或至少1.0秒到至多1.5秒。
在一些实施例中，直接在前体脉冲之后的吹扫步骤的持续时间即前体吹扫时间是从至少0.025秒到至多2.0秒，或从至少0.05秒到至多0.8秒，或从至少0.1秒到至多0.4秒，或从至少0.2秒到至多0.3秒。该定时可以应用于当N2和/或NH3用作反应物时的情况，以及当稀有气体比如Ar用作反应物时的情况。
在一些实施例中，本文所述的方法包括在退火温度下对衬底进行退火的步骤，退火温度高于沉积温度。优选地，在间隙填充流体的形成和退火之间不破坏真空。退火可以在与形成间隙填充流体的处理室相同的处理室中进行，或者在位于与形成间隙填充流体的处理室相同的系统中的不同处理室中进行。退火可以在所有的间隙填充流体已经沉积之后、在随后的沉积循环之间、在一些但不是所有的间隙填充流体已经沉积之后、在固化步骤之前或在固化步骤之后进行。合适的退火时间包括从至少10.0秒到至多10.0分钟，例如从至少20.0秒到至多5.0分钟，例如从至少40.0秒到至多2.5分钟。合适地，退火在包括选自N2、氦、He、Ar和H2中的一种或多种气体的气体混合物中进行。在一些实施例中，退火在包括含氮气体比如N2的气氛中进行。在一些实施例中，退火在至少200℃的温度、或至少250℃的温度、或至少300℃的温度、或至少350℃的温度、或至少400℃的温度、或至少450℃的温度下进行。在一些实施例中，退火在至少100℃到至多550℃的温度、或至少100℃到至多375℃的温度、或至少375℃到至多550℃的温度下进行。
本文还描述了一种处理系统，包括第一处理室、前体源、前体管线、氨源、氨管线和真空紫外光源。前体源包括前体。前体可以是本文所述的任何前体，并且包括Si-N键。前体管线布置用于从前体源向第一处理室提供前体。氨管线布置用于从氨源向第一处理室提供氨。真空紫外光源布置用于产生真空紫外光。
在一些实施例中，系统包括第二处理室和晶片处理系统。在这样的实施例中，真空紫外光源可以适当地布置为向第二处理室提供真空紫外光，并且晶片处理系统可以布置为在第一处理室和第二处理室之间传送一个或多个晶片。
在一些实施例中，该系统还包括控制器。控制器布置用于使处理系统执行这里描述的方法。
在示例性实施例中，使用(SiH3)2NSiH2N(SiH3)2，即具有以下结构式的化合物的直接等离子体聚合来形成间隙填充流体：
本发明或公开内容不受任何特定理论或操作模式的限制，据信直接等离子体聚合导致低聚硅氮烷和/或含聚硅氮烷的间隙填充流体的形成。在间隙填充流体形成后，间隙填充流体暴露于真空紫外光。因此，间隙填充流体的湿蚀刻速率比从至少40.3提高到10.6。此外，高温(400℃)退火后的膜收缩率从7.1％提高到4.1％。傅立叶变换红外光谱(FTIR)测量表明，当比较未固化和固化的间隙填充流体时，Si-H和Si-N峰值参数发生显著变化。这表明间隙填充流体经历了化学变化，例如交联和进一步聚合反应中的至少一种，这与间隙填充流体性能的总体改善相关。
应当理解，本文报道的湿蚀刻速率比(WERR)是通过将样品浸入稀释的HF酸(dHF1:100)中，在电子显微镜中测量层厚度，并将样品蚀刻速率与单晶硅晶片上热生长的氧化硅的蚀刻速率进行比较而获得的。换句话说，湿蚀刻速率比是通过测量样品层的湿蚀刻速率，测量热氧化硅参比在相同蚀刻剂中的湿蚀刻速率，并用样品获得的湿蚀刻速率除以参比获得的湿蚀刻速率而获得的。
图11示出了实验结果。所有的实验结果都是通过首先在电容耦合直接等离子体装置中使用(SiH3)2NSiH2N(SiH3)2作为硅前体形成间隙填充流体而获得的，该装置使用90℃的衬底温度、50秒的处理时间和包含Ar和N2的等离子体气体。对于所有样品，间隙填充形成步骤和随后的VUV曝光步骤发生在同一真空系统中包括的不同处理室中，没有任何中间真空中断。使用172nm处的峰值强度的光进行VUV曝光，并且采用25mW/cm2的功率密度10分钟。在VUV曝光期间，VUV处理室保持在300Pa的压力，并且使用100℃的衬底温度。
具体而言，图11中的图a)示出了根据本文所述的方法处理的样品的扫描透射电子显微照片。在间隙填充流体形成后，样品同时暴露于氨(NH3)和真空紫外(VUV)光。这产生了固化的间隙填充流体，其在稀释的HF(22.5℃下在H2O中1体积％的HF)中的湿蚀刻速率比>36.45，在120Pa的压力下在还原的N2气氛中在400℃下退火30分钟后收缩率仅为4.5％，折射率为1.667，沉积速率(D/R)为1.650nm/s，并且固化的间隙填充流体的平均厚度为82.5nm，这是由椭圆偏振法通过对衬底上覆盖层的5个不同位置的厚度测量值进行平均而测量的。图11中的图b)示出了在间隙填充流体形成后同时暴露于Ar和VUV光的对比样品的扫描透射电子显微照片。这导致固化的间隙填充流体的湿蚀刻速率比>22.88，如前所述退火后收缩率为2.5％，折射率为1.650，D/R为0.948nm/s，固化的间隙填充流体的平均厚度为47.4nm。图11中的图c)示出了在间隙填充流体形成后同时暴露于H2和VUV光的对比样品的扫描透射电子显微照片。这导致固化的间隙填充流体的湿蚀刻速率比>27.23，收缩率为0％，折射率为1.666，D/R为0.990nm/s，固化的间隙填充流体的平均厚度为49.5nm。有利地，对于相同的处理时间，使用VUV光和NH3曝光固化的间隙填充流体具有较低的湿蚀刻速率比、较少的空隙形成、较低的退火收缩率以及较高的固化间隙填充流体厚度。
图11中的图d)示出了多个样品的傅立叶变换红外光谱(FTIR)光谱。特别地，光谱i示出了沉积态间隙填充流体的FTIR光谱，没有任何固化；光谱ii示出了通过同时Ar和VUV曝光固化的间隙填充流体的FTIR光谱；光谱iii示出了通过同时N2和VUV曝光固化的间隙填充流体的FTIR光谱；光谱iv示出了通过同时H2和VUV曝光固化的间隙填充流体的FTIR光谱；并且，光谱v示出了通过同时NH3和VUV曝光固化的间隙填充流体的FTIR光谱。FTIR测量表明在NH3和VUV曝光时H和/或Si从间隙填充流体中去除，表明SiH3基团可能损失。此外，测量结果表明NH3和VUV曝光时的间隙填充流体的氮化，即聚合。
对于所有样品，使用椭圆偏振法测量湿蚀刻速率比。对于所有样品，在120Pa的压力下在还原N2气氛中于400℃退火30分钟后，使用厚度测量法测量收缩率，使用椭圆偏振法测量折射率，使用考虑沉积时间的厚度测量法测量D/R，并且使用椭圆偏振法测量固化的间隙填充流体在包括感兴趣的覆盖膜的衬底上的五个不同位置的平均厚度。
应该理解的是，虽然同时NH3和VUV曝光仍导致空隙形成，但与其他固化方法相比，使用同时NH3和VUV曝光，在一个固化顺序中固化了更大部分的间隙填充流体。因此，预期当前公开的方法，当以循环沉积-固化模式实施时，可以导致无空隙氮化硅间隙填充形成，其中“氮化硅”指的是结晶或无定形氮化硅，或交联聚硅氮烷树脂，或中间材料。有利地，使用目前公开的方法形成的“氮化硅”可以具有非常低到可忽略的碳含量。例如，使用本文公开的方法形成的氮化硅的碳含量可以小于1原子％，或小于0.1原子％，或小于0.01原子％，或小于10-4原子％，或小于10-8原子％。
根据图中未示出的进一步实验结果，通过首先在电容耦合直接等离子体装置中使用(SiH3)2NSiH2N(SiH3)2作为硅前体形成间隙填充流体来获得，该装置使用90℃的衬底温度、50秒的处理时间和包含Ar和N2的等离子体气体。对于所有样品，间隙填充形成步骤和随后的VUV曝光步骤发生在同一真空系统中包括的不同处理室中，没有任何中间真空中断。使用在172nm处的峰值强度的光进行VUV曝光，采用125mW/cm2的功率密度6分钟。在VUV曝光期间，VUV处理室保持在氩气环境中，压力为1200Pa，并且使用80℃的衬底温度。
间隙填充流体可以在任何合适的设备中形成，包括在如图1所示的反应器中。图1是用于等离子体增强循环沉积的设备的示意图，理想地结合编程以进行下述顺序的控制，可用于本发明的一些实施例中。在该图中，通过在处理室3的内部11(反应区)提供一对平行且彼此面对的导电平板电极2、4，从电源25向一侧施加RF功率(例如13.56MHz和/或27MHz)，并将另一侧12电接地，在电极之间激发等离子体。温度调节器可以设置在下平台2中，即下电极中。衬底1放置在其上，并且其温度保持恒定在给定温度。上电极4也可以用作喷淋板，并且反应物气体和/或稀释气体(如果有的话)以及前体气体可以分别通过气体管线21和气体管线22并且通过喷淋板4引入到处理室3中。此外，在处理室3中，提供了具有排气管线17的圆形导管13，处理室3的内部11中的气体通过该导管排出。此外，转移室5设置在处理室3下方，并且设置有气体密封管线24，以将密封气体经由转移室5的内部16引入处理室3的内部11，其中设置有用于分隔反应区和转移区的分隔板14。注意，该图中省略了闸阀，通过该闸阀可以将晶片转移到转移室5中或从转移室5转移出。转移室还设置有排气管线6。
在一些实施例中，图1所示的设备、图2所示的切换非活性气体流和前体气体流的系统可用于以脉冲引入前体气体，而不会显著波动处理室的压力。
实际上，可以使用流过系统(FPS)来实现载气的连续流动，其中载气管线设置有具有前体储器(瓶)的迂回管线，并且主管线和迂回管线被切换，其中当只有载气被供给到处理室时，迂回管线关闭，而当载气和前体气体都被供给到处理室时，主管线关闭，载气流过迂回管线，并与前体气体一起从瓶中流出。以这种方式，载气可以连续地流入处理室，并且可以通过切换主管线和迂回管线以脉冲运送前体气体。图2示出了根据本发明实施例的使用流过系统(FPS)的前体供应系统(黑阀表示阀关闭)。如图2中的(a)所示，当将前体供给到处理室(未示出)时，首先，载气例如Ar(或He)流过具有阀b和c的气体管线，然后进入瓶(储器)20。载气从瓶20流出，同时携带与瓶20内的蒸汽压相对应的量的前体气体，并流过具有阀f和e的气体管线，然后与前体一起被供给到处理室。在上图中，阀a和d关闭。如图2中的(b)所示，当仅将载气(其可以是稀有气体，例如He或Ar)供给到处理室时，载气流过具有阀a的气体管线，同时绕过瓶20。在上图中，阀b、c、d、e和f关闭。
如上所述，本领域技术人员将理解，该设备包括一个或多个控制器(未示出)，该控制器被编程或以其他方式配置为使得本文其他地方描述的沉积过程得以进行。如本领域技术人员所理解，控制器与反应器的各种电源、加热系统、泵、机器人和气流控制器或阀通信。控制器包括电子电路，该电子电路包括处理器和软件，以选择性地操作系统中包括的阀、歧管、加热器、泵和其他部件。这种电路和部件操作成从各自的源(例如瓶20)引入前体、反应物和可选的吹扫气体。控制器可以控制气体供应顺序的定时、衬底和/或处理室3的温度、处理室3内的压力以及各种其他操作，以提供系统的正确操作。控制器可以包括控制软件，以电动或气动控制阀来控制前体、反应物和吹扫气体流入和流出处理室3。控制器可以包括执行特定任务的模块，例如软件或硬件部件，例如FPGA或ASIC。应当理解，在控制器包括执行特定任务的软件部件的情况下，控制器被编程来执行该特定任务。模块可以有利地配置成驻留在控制系统的可寻址存储介质即存储器上，并且配置成执行一个或多个过程。
可选地，可以使用双室反应器。双室反应器包括用于处理晶片的两个彼此靠近放置的部分或隔室。在这种双室反应器中，反应物气体和惰性气体可以通过共享管线供应，而含前体的气体通过非共享管线提供。在示例性实施例中，形成间隙填充流体发生在两个隔室之一中，固化步骤发生在另一处理室中。这可以有利地提高产量，例如当间隙填充流体形成和固化在不同的温度下发生时。
图3示出了直接等离子体系统300的实施例的示意图，该系统可操作或可控制以形成间隙填充流体。系统300包括在其中产生等离子体320的处理室310。特别地，等离子体320在喷淋头注射器330和支撑衬底或晶片341的衬底支撑件340之间产生。
在所示的配置中，系统300包括两个交流(AC)电源：高频电源321和低频电源322。在所示的配置中，高频电源321向喷淋头注射器提供射频(RF)功率，低频电源322向衬底支撑件340提供交流信号。例如，可以13.56MHz或更高的频率提供射频功率。例如，可以2MHz或更低的频率提供低频交流信号。
包含前体、反应物或两者的处理气体可以通过气体管线360提供给锥形气体分配器350。然后，处理气体通过喷淋头注射器330中的通孔331到达处理室310。尽管高频电源321示出为电连接到喷淋头注射器，低频电源322示出为电连接到衬底支撑件340，但其他配置也是可能的。例如，在一些实施例中(未示出)，高频电源和低频电源都可以电连接到喷淋头注射器；高频电源和低频电源都可以电连接到衬底支撑件；或者高频电源可以电连接到衬底支撑件，低频电源可以电连接到喷淋头注射器。
图4示出了间接等离子体系统400的另一实施例的示意图，该系统可操作或可控制以形成间隙填充流体。系统400包括处理室410，其与产生等离子体420的等离子体产生空间425分开。具体地，处理室410通过喷淋头注射器430与等离子体产生空间425分开，并且等离子体420在喷淋头注射器430和等离子体产生空间顶板426之间产生。
在所示的配置中，系统400包括三个交流(AC)电源：高频电源421和两个低频电源422、423(即第一低频电源422和第二低频电源423)。在所示的配置中，高频电源421向等离子体生成空间顶板提供射频(RF)功率，第一低频电源422向喷淋头注射器430提供交流信号，第二低频电源423向衬底支撑件440提供交流信号。衬底441设置在衬底支撑件440上。例如，可以13.56MHz或更高的频率提供射频功率。例如，可以2MHz或更低的频率提供第一和第二低频电源422、423的低频交流信号。
包括前体、反应物或两者的处理气体通过气体管线460提供，该气体管线穿过等离子体产生空间顶板426到达等离子体产生空间425。由等离子体420从处理气体中产生的活性物质(例如离子和自由基)通过喷淋头注射器430中的通孔431到达处理室410。
图5示出了可操作或可控制以形成间隙填充流体的远程等离子体系统500的实施例的示意图。系统500包括处理室510，其可操作地连接到产生等离子体520的远程等离子体源525。任何种类的等离子体源都可以用作远程等离子体源525，例如电感耦合等离子体、电容耦合等离子体或微波等离子体。特别地，活性物质从等离子体源525经由活性物质导管560提供到处理室510，经由喷淋板注射器530中的通孔531提供到锥形分配器550至处理室510。因此，活性物质可以均匀的方式提供给处理室。
在所示的配置中，系统500包括三个交流(AC)电源：高频电源521和两个低频电源522、523(例如第一低频电源522和第二低频电源523。在所示的配置中，高频电源521向等离子体生成空间顶板提供射频(RF)功率，第一低频电源522向喷淋头注射器530提供交流信号，第二低频电源523向衬底支撑件540提供交流信号。衬底541设置在衬底支撑件540上。例如，可以10MHz或更高的频率提供射频功率。例如，可以2MHz或更低的频率提供第一和第二低频电源522、523的低频交流信号。在一些实施例中(未示出)，额外的高频电源可以电连接到衬底支撑件。因此，可以在处理室中产生直接等离子体。通过气体管线560向等离子体源525提供包括前体、反应物或两者的处理气体。由等离子体520从处理气体中产生的活性物质比如离子和自由基被引导至处理室510。
图6示出了如本文所述的用于固化间隙填充流体的方法600的示例性实施例。方法600包括在处理室中提供衬底的步骤。衬底设置有间隙。间隙包括间隙填充流体。间隙填充流体包括硅-氮(Si-N)键。该方法然后包括固化间隙填充流体的步骤620。固化间隙填充流体的步骤620包括将衬底暴露于真空紫外光和含氮和氢的气体621、622。然后，根据本示例性实施例的方法600结束。
图7示出了如本文所述的用于固化间隙填充流体的方法700的另一示例性实施例。方法700包括在处理室中提供衬底的步骤。该方法然后包括执行一个或多个循环750。循环750包括形成间隙填充流体的步骤720和固化间隙填充流体的步骤730。换句话说，该方法包括形成间隙填充流体的步骤720和固化间隙填充流体的步骤730，并且这些步骤720、730可以可选地重复750一次或多次。形成间隙填充流体的步骤720包括提供前体、提供反应物和产生等离子体。前体包括硅、氮和氢。反应物包括氮气、氢气和稀有气体。等离子体导致前体和反应物反应。因此，形成了间隙填充。间隙填充流体至少部分地填充间隙。间隙填充流体包括Si-N键。固化间隙填充流体的步骤730包括同时将衬底暴露于真空紫外光和含氮和氢的气体731、732。
可选地，可以执行多于一个循环750，即可选地，形成和固化间隙填充流体的步骤720、730可以重复750一次或多次。例如，这对于用具有特别低的湿蚀刻速率比的氮化硅填充间隙是有用的。当间隙已被合适量的材料填充时，该方法结束760。
图8示出了在本文所述方法的一个或多个实施例中可用于形成间隙填充流体的示例性脉冲方案。在这些实施例的每个中，产生等离子体，并且可以用于例如直接、间接或远程配置中。等离子体可以连续操作或以脉冲方式操作。图8特别包含三副图：图a)、b)和c)。图8中的图a)示出了流程图，其中前体和反应物被连续地提供给处理室，即没有前体或反应物流的脉冲。热和等离子体增强化学气相沉积方法都可以采用这种连续的前体或反应物供应。图8中的图b)示出了前体流是脉冲而反应物流是连续的流程图。图8中的图c)示出了前体流是连续而反应物流是脉冲的脉冲方案。图8中的图b)和c)的流程图可用于形成衬里的脉冲热或等离子体增强化学气相沉积方法。
图9示出了另一示例性脉冲方案，该方案可用于在本文所述方法的一个或多个实施例中形成间隙填充流体。特别地，衬底分别在不重叠的前体脉冲和反应物脉冲中暴露于前体和反应物。可选地，前体脉冲和反应物脉冲通过吹扫分开。在一些实施例(未示出)中，前体和反应物脉冲部分重叠。等离子体在多个等离子体脉冲中产生，并且可以用于例如直接、间接或远程配置中。在等离子体脉冲期间，衬底暴露于等离子体产生的活性物质，例如离子或自由基。在一些实施例中，等离子体脉冲与前体脉冲和反应物脉冲中的至少一个至少部分重叠。在所示的实施例中，等离子体脉冲与反应物脉冲重叠，即在提供反应物的同时产生等离子体。
图10示意性地示出了根据本公开实施例的示例性系统1000的布局。系统1000包括间隙填充室1010。间隙填充室1010布置用于形成间隙填充流体。图1、3、4和5示出了间隙填充室的示例性实施例。系统1000还包括VUV室1020。VUV室1020包括真空紫外光源，其布置用于将衬底暴露于真空紫外光。系统1000还包括退火室1030。退火室1030布置用于热处理衬底。退火室1030包括一个或多个加热元件。合适的加热元件包括包含在衬底支撑件中的电阻加热器和红外光源。系统1000还包括装载锁1040。装载锁1040可以适当地用于将衬底带入系统，以及从系统中取出衬底。系统1000还包括衬底转移室1050。衬底转移室1050可用于在装载锁1040、间隙填充室1010、VUV室1020和退火室1030之间传送衬底。
在一些实施例中，省略了衬底转移室1050。在这样的实施例中，衬底可以直接在间隙填充室1010、VUV室1020和退火室1030之间传送。
在一些实施例中，省略了退火室1030。在这样的实施例中，可以使用非原位退火来进一步提高用于填充间隙的材料的质量。可替代地，可以完全省略退火，这样的VUV处理可以用于将间隙填充流体转变成高质量材料。
图12示出了如本文所述的用于固化间隙填充流体的方法1200的另一示例性实施例。方法1200包括在处理室中提供衬底的步骤。该方法然后包括执行多个循环1250。循环1250包括形成间隙填充流体的步骤1220和固化间隙填充流体的步骤1230。换句话说，该方法包括形成间隙填充流体的步骤1220和固化间隙填充流体的步骤1230，并且这些步骤1220、1230重复1250一次或多次。形成间隙填充流体的步骤1220包括提供前体、提供反应物和产生等离子体。前体包括硅、氮和氢。反应物包括氮气、氢气和稀有气体。等离子体导致前体和反应物反应。因此，形成了间隙填充流体。间隙填充流体至少部分地填充间隙。固化间隙填充流体的步骤1230包括同时将衬底暴露于真空紫外光和含氮和氢的气体比如氨。在已经执行多个循环1250之后，使用如本文所述的退火对衬底进行退火。可选地，重复执行多个循环1250和退火步骤1240一次或多次，从而形成多个超级循环1270。当间隙已经被合适量的材料填充时，该方法结束1260。
尽管已经讨论了某些实施例和示例，但本领域技术人员将理解，权利要求的范围超出了具体公开的实施例，延伸到了其他替代实施例和/或使用以及其明显的修改和等同物。实际上，除了在此示出和描述的那些之外，本公开的各种修改，例如所描述的元件的可替代的有用组合，对于本领域技术人员来说从描述中会变得显而易见。这种修改和实施例也旨在落入所附权利要求的范围内。
在本公开中，在没有指定条件和/或结构的情况下，鉴于本公开，本领域技术人员可以容易地提供这样的条件和/或结构，作为常规实验。

Claims (19)

1.一种固化间隙填充流体的方法，该方法包括：
在处理室中引入设置有间隙的衬底，该间隙包括间隙填充流体，该间隙填充流体包括Si-N键；并且
同时将衬底暴露于真空紫外辐射和环境气体；
从而固化间隙填充流体并在间隙中形成氮化硅。
2.一种填充间隙的方法，包括：
将设置有间隙的衬底引入处理系统；
执行一个或多个循环，循环包括沉积步骤和固化步骤，沉积步骤包括：
提供前体，该前体包括硅、氮和氢；
提供反应物，其中反应物包括氮气、氢气和稀有气体中的一种或多种；并且
产生等离子体；由此等离子体导致前体和反应物反应以形成至少部分填充间隙的间隙填充流体，间隙填充流体包含Si-N键；
固化步骤包括：
同时将衬底暴露于真空紫外辐射和环境气体，从而固化间隙填充流体并在间隙中形成氮化硅，其中环境气体是含氮和氢的气体或含氩的气体。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述方法包括执行多个循环，从而用氮化硅至少部分填充所述间隙。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述含氮和氢的气体包括NH3。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述间隙填充流体包括聚硅氮烷。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述前体包括硅氮烷。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述前体包括具有下式的化合物：
其中，R1、R2和R3独立地选自SiH3、SiH2X、SiH2XY、SiX2Y和SiX3，其中X是第一卤素，并且其中Y是第二卤素。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，R1、R2和R3是SiH3。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述前体包括具有下式的化合物：
其中，R4、R5、R6和R7独立地选自H、SiH3、SiH2X、SiHXY、SiX2Y和SiX3，其中X是第一卤素，并且其中Y是第二卤素。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述前体包括具有下式的化合物：
其中，R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19和R20独立地选自H、X、Y、NH2、SiH3、SiH2X、SiHXY、SiX2Y和SiX3，其中X是第一卤素，并且其中Y是第二卤素。
11.根据权利要求2至10中任一项所述的方法，其中，所述沉积步骤和所述固化步骤在同一处理系统中进行，没有任何中间真空中断。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，所述真空紫外辐射包括波长为至少150nm到至多200nm的电磁辐射。
13.根据权利要求2至12中任一项所述的方法，其中，所述沉积步骤在第一处理室中进行，其中，所述固化步骤在第二处理室中进行，并且其中第一处理室和第二处理室是包含在同一处理系统中的不同处理室。
14.根据权利要求2至13中任一项所述的方法，其中，所述沉积步骤在至多150℃的沉积温度下进行。
15.根据权利要求2至14中任一项所述的方法，其中，所述固化步骤在比沉积温度高至多20℃的固化温度下进行。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，还包括在退火温度下对衬底进行退火的步骤，所述退火温度高于沉积温度。
17.一种处理系统，包括第一处理室、前体源、前体管线、氨源、氨管线和真空紫外光源；其中，
-前体源包括前体，该前体包括Si-N键；
-前体管线布置用于从前体源向第一处理室提供前体；
-氨管线布置用于从氨源向第一处理室提供氨；并且
-真空紫外光源布置用于产生真空紫外光。
18.根据权利要求17所述的处理系统，还包括第二处理室和晶片处理系统，所述真空紫外光源布置用于向第二处理室提供真空紫外光，所述晶片处理系统布置用于在所述第一处理室和第二处理室之间传送一个或多个晶片。
19.根据权利要求17或18所述的处理系统，还包括控制器，所述控制器布置用于使所述处理系统执行根据权利要求1至16中任一项所述的方法。
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