TW201209920A - Oxide-rich liner layer for flowable CVD gapfill - Google Patents

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Dong Qing Li
Jing-Mei Liang
Nitin K Ingle
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Applied Materials Inc
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Description

201209920 六、發明說明： 【交互參照之相關申請案】 本發明主張美國臨時申請案61/369,352之優先權，該 申請案6^69,352由Li等人於2〇1〇年7月3〇曰提出申 請，且該申請案61/369,352的發明名稱為「用於流動式 CVD間隙填充之富含氧化物的襯墊層」，該申請案 61/3 69,3 52在此併入全文做為參考。 【發明所屬之技術領域】 本發明關於半導體處理的方法。 【先前技術】 自從導入半導體元件數十年以來，半導體元件的幾何 形痞已在尺寸上劇烈地減少。現代的半導體製造設備例 行性生產具有45nm、32nm、及28細的特徵結構尺寸 的元件’而目前正開發新的設備，並且實施該等新設備 以製做具有更小幾何形態的元件。減少的特徵結構尺寸 造成7L件上的結構性特徵的空間尺度減少。元件上間隙 與溝槽的寬度變窄到間隙深度對寬度的 導致介電質填充間隙相當不易的程度。間隙完 前，沉積的介電材料傾向阻塞在頂部，而產生間隙中間 部的空洞或接縫（seam)。 幾年來，已開發許多技術避免介電材料阻塞間隙頂 4 201209920 部’或避免「癒合（heal )」已形成的該空洞或接縫。一 項解決方案是始於：高度可流動的前驅物材料可以液相 施加到旋轉基材表面（例如S〇G沉積技術）^這些可流 動的前驅物能夠流進並且加以填充非常小的基材間隙， 而不形成空洞或脆弱的接縫。然而，一旦這些高度流動 的材料沉積’他們必須硬化成固態介電材料。 在許多例子中，硬化的製程包括熱處理，該熱處理從 沉積的材料移除碳與羥基，而將固體介電質（諸如矽氧 化物）留下。不幸的是，離開的碳與羥基物種經常留下 孔隙於硬化的介電質中，孔隙.會降低最終材料的品質。 此外，硬化的介電質傾向在體積上觸縮，該觸縮可能會 在介電質與周圍基材的介面處留下破裂以及空間。在一 些例子中，硬化的介電質的體積可能減少4〇%以上。 因此，需I一些新的沉積製程與材料來形成“㈣ 於結構化基材上而不生成空洞、接縫（或前述二者）於 基材間隙與溝槽中。亦需要—些材料與方法用於硬化可 流動介電材料且使該可流動介電材料具有較少孔隙與較 少縐縮’及用於調適仍會發生的縐縮。這些與其他的需 求在本申請案中獲得解決。 【發明内容】 在此描述空洞體積比例降低的間隙填充氧化石夕層的开, 成。該沉積涉及在缺少氧較可流動的間隙填充層之前形 201209920 成富含氧較不可流動的襯墊層。然而，該襯墊層在與間 隙填充層相同的腔室内沉積。襯墊層與間隙填充層二者 可透過使自由基成份與未激發的含石夕前驅物（即不直接 透過施加電漿功率而被激發）結合而形成。襯墊層比間 隙填充層具更多的氧含量並且更加共形地沉積。間隙填 充層的沉積速率可藉由襯墊層的存在而增加。間隙填充 層可含有矽、氧與氮，並且該間隙填充層在高溫下轉化 成含有更多氧與更少氮《間隙填充襯墊的存在提供了間 隙填充層下方的氧源，以增大在轉化期間導入的氣相氧。 本發明的實施例包括一些形成氧化矽層於含有溝槽的 圖案化基材上的方法。該等方法包括將該基材傳送進入 一基材處理腔室，以及隨後形成一富含氧的襯墊層於包 括該溝槽的該基材上。該等方法進一步包括形成一間隙 填充介電層於該基材上與該溝槽中。該間隙填充介電層 具有一氧含量，該間隙填充介電層的氧含量低於該富含 氧的襯墊層的氧含量，並且該間隙填充介電層在形成期 間可机動。該等方法進一步包括在一高溫下固化該間隙 填充介電層以將一些氧從該富含氧的襯墊層轉移進入該 間隙填充介電層。 額外的實施例與特徵部份在隨後的實施方式中提出， 而部份對於熟習此技術者而言’在詳閱本說明書後可知 :等實施例與特徵為顯而易見，或者可由操作所揭露的 :施例而學得。可透過本說明書中所述的設備、各式組 合物及方法而明瞭及獲得所揭露的實施例之特徵與優 201209920 點。 【實施方式】 在此描述間隙填充氧化矽層的形成’該間隙填充氧化 石夕層具有減少的破裂傾向。該沉積涉及可流動含發層的 形成，該形成助於填充溝槽。後續在高基材溫度的處理 使得該介電膜中的破裂少於比根據先前技術方法形成的 可流動膜中的破裂。在此描述於間隙填充氧化矽層形成 前沉積的壓縮性襯墊層，且該壓縮性襯墊層減少後續沉 積膜破裂的傾向。可流動含矽層之後沉積的壓縮性帽蓋 層（capping layer)亦已被確認可減少破裂。可單獨使用 或結合使用壓縮性襯墊層與壓縮性帽蓋層以減少破裂。 所揭露的實施例中的壓縮性帽蓋層已另外被確認能使下 伏的氮化矽層得以轉形為氧化矽層。 將氧含量高於後續間隙填充層的襯墊層納入提供了間 隙填充層下方的另一個氧源’以於將間隙填充層轉化成 氧化石夕期間使用。可流動的膜可能需要固化，該固化為 獨立的固化步驟或為後續處理期間加熱膜堆疊（包括間 隙填充膜）的自然副作用。固化可在含氧環境中完成， 氧從該含氧環境遷移進人間隙填充層並且取代需要使間 隙填充層流入溝槽（溝槽位於圖案化基材上）的成份。 了旦間隙填充層已填充溝槽，那些成份可移除。固化是 、氧取代該等成伤，有些氧從富含氧化物的襯整層擴散 7 201209920 進入間隙填充層。 為了更佳地瞭解與認識本發明，現在請參閱第1圖至 第3圖，该等圖式是顯示根據本發明實施例的使用富含 氧化物襯塾層的所選步驟流程圖以及結合富含氧化物襯 整層的結構的剖面視I方们⑽包括將具有溝槽的圖 案化基材傳送進人基材處理區域（1G2)。在該範例中， 氧化矽襯墊層沉積在圖案化基材上（104)。帛2圖顯示 富含氧化物的襯墊層從基材2〇〇生長蔓延到虛線2〇2。 第3B圖顯示富含氧化物的襯墊生長到圖案化基材3⑼ 申的溝槽上的虛線302。在襯墊層沉積後，間隙填充介 電層在步驟106-110中透過CVD生長。間隙填充介電層 在形成期間可流動，以助益更完全地填充溝槽。間隙填 充介電層204、304-2各描繪於第2圖與第36圖。富含 氧化物的襯墊層比間隙填充介電層更為共形，且在一些 揭露的實施例中，該富含氧化物的襯墊層可大體上是共 形的。間隙填充介電層可實質上填充該溝槽。 各種方法可用於沉積在形成期間可流動的間隙填充介 電層。第1圖的範例中，矽前驅物導入容置基材的基材 處理區域（106)。另一前驅物僅在該另一前驅物通過遠 端電漿區域以生成「自由基氮」前驅物之後導入，該另 一前驅物隨後流進基材處理區域（i 08 )，並且與矽前驅 物結合。該含矽前驅物不直接透過施加電漿功率而被激 發。換言之’不施加電漿功率激發基材處理區域中的電 漿。此設置造成含矽與氮層以可流動式沉積進入該受襯 201209920 的溝槽（110)。膜的流動能力隨沉積進行而衰減，且在 固化操作期間，基本上除去該流動能力1化操作涉及 將切與氣層轉化成氧切⑺2)。固化涉及升高圖案 化基材的溫度並且將間隙填充介電層暴露到含氡環境。 富含氧化物的襯墊層的氧含量大於含矽與氮間隙填充層 的氧含量。該高溫誘導氧化物從襯墊層擴散進入間隙填 充層’而從間隙填充介電層下方提供額外氧源。 、 在揭露的實施例中，自由基成份的CVD用於形成富含 氧化物的襯塾與間隙填充層。該二操作是在相同的：材 處理區域中執行’以減少操作成本、增加處理量、並且 維持介面的整體性。含矽前驅物可含有碳或氮以確保間 隙填充介電層形成期間的流動能力。在揭露的實施例 中3矽刚驅物是無碳的含矽前驅物，該無碳的含矽前 驅物使間隙填充層在固化製程期間經歷較少頌縮。在石夕 月J驅物的分類中，該無碳的矽前驅物尤其可例如為矽與 氮的前驅物、矽與氫的前驅物、或含矽與氮與氩的前驅 物。這些前驅物的特定範例可包括矽烷胺（siyl-amine )， °亥石夕烧胺尤其是諸如H2N(SiH3)、HN(SiH3)2、和 n(SiH3)3。這些妙烷胺可與額外氣體混合，該額外氣體可 做為載氣、反應氣體、或前述二者。這些額外氣體的範 例尤其可包括氫氣、氮氣、氨氣、氦氣、與氬氣。無碳 的矽前驅物的範例亦可包括單獨的甲矽烷（SiH4 )或與 其他含碎氣體（例如N(SiH3)3 )、含氫氣體（例如氫氣）、 及/或含氮氣體（例如氮氣、氨氣）混合的甲矽烷。該含 201209920 石夕前驅物亦可包括不具有碳或氮的矽化合物，該不具有 石厌或II的石夕化合物諸如是曱石夕烧、乙石夕炫（disjiane)等。 倘若沉積的氧化物膜是摻雜的氧化物膜，亦可使用尤其 是諸如 TEB、ΤΜΒ、B2H6、ΤΕΡΟ、PH3、P2H6、與 TMP 之删及磷摻質做為摻質前驅物。 在自由基前驅物與含矽前驅物之一者或二者中可包括 览。當氮存在於自由基前驅物時，氮可指自由基氮前驅 物自由基氮别驅物包括電毁流出物（plasma effluent )， 該電漿流出物是透過激發電漿中較穩定的含氮前驅物生 成。例如’含有NH3及/或聯氨（n2H4 )的相對穩定的含 氮前驅物可在腔室電漿區域或處理腔室外的遠端電漿系 統（RPS )中受活化，以形成自由基氮前驅物，該自由 基氮刖驅物隨後輸送進入無電漿的基材處理區域。該穩 定的氮前驅物亦可為一混合物，在不同實施例中，該混 合物包含ΝΑ與A、NH3與H2、NH3與N2與H2、及N2 與Η2。在具有&與Η2的混合物中，聯氨亦可用於取代 ΝΗ3或結合ΝΗ3。穩定的氮前驅物的流率在不同實施例 中可大於200 seem或約200 sccm、大於30〇 sccm或約 300 seen;、大於500 seem或約500 seem、或者是大於700 seem或約700 seem。含氮前驅物亦可包括n2〇、N〇、 N〇2與ΝΗβΗ。所產生的自由基氮前驅物可包括·Ν、 •ΝΗ、·ΝΗΖ等之一者或多者且亦可伴隨電漿中形成的離 子化物種。其他實施例中，自由基氮前驅物在與基材處 理區域（在該基材處理區域處，前驅物混合並且反應而 10 201209920 沉積珍與氣層於沉積基材上（例如半導體晶圓））分隔的 處理腔室的一區段中生成。該分隔亦可互換地稱作噴 頭。自由基氮前驅物亦可伴隨諸如氬氣、氦氣等載氣。 可同時遞送氧進入遠端電漿區域（以〇2及/或〇3的形 式），而調整自由基氮前驅物與以此技術沉積的襯墊或間 隙填充層中的氧含量。 使用以先别技術的間隙填充技術（例如HDP-CVD )生 產較不可流動的膜時，可能難以既不形成空洞或接縫又 能填充溝槽。該等溝槽可具有高度與寬度，該高度與寬 度界定高度對寬度（即H/w)的高寬比（AR)，該高寬 比顯著地大於1:1，例如5:1以上、6:1以上、7:1以上、 8.1以上、9:1以上、10:1以上、11:1以上、12:1以上等。 在許多例子中’高AR是由於小間隙寬度造成，該小間 隙寬度範圍是從約90 nm到約22 nm或低於22 nm ,例 如約 90 nm、65 nm、45 nm、32 run、22 nm、16 nm 等。 這些限制性的幾何形態不會完全被習知氮化矽（&川4) 膜的沉積所填充。；冗積的含石夕肖氮膜具有彳流動特性4， 使得該含矽與氮膜得以流入狹窄的間隙溝槽與其他在基 材的沉積表面上的結構。因為該層可流動，故該層可： 充尚的高寬比的間隙而不生成空洞或脆弱接縫於填充材 料中心周圍。例如，沉積可流動材料較不可能在完全填 充間隙之前過早阻塞間隙的頂部。此舉可助於減少或消 除殘留在間隙中間部的空洞。 流動能力可能（至少部份）是由於沉積的膜中顯著的 201209920 氫成份之故。例如，沉積的膜可能具有矽氮烷形式， Si-NH-Si骨架（即Si_N_H膜）。流動能力也可能是由於 矽氮烷類型的短鏈聚合物造成。使短鏈聚合物與流動能 力的氮可源自自由基前驅物或含矽前驅物。當矽前驅物 與自由基氮前驅物皆無碳時，所沉積的含矽與氮膜亦實 質上無奴。當然，無碳並非必然意味該膜缺乏甚至痕量 的碳。碳雜質可能存在於前驅物材料中而找到進入沉積 的含矽與氮膜的途徑。然而，這些碳雜質的量遠低於在 具有礙基團的石夕前驅物（例如TE〇s、TMDs〇等）中所 含的碳量。 在"L積含矽與氮層之後’沉積基材可暴露到含氧大氣 )田導入3氧大氣時，沉積基材可留在反應腔室 中或該基材可傳送到含氧大氣所導入的不同腔室。含 養大氣可包括一或多種含氧氣體，該等含氧氣體尤其是 諸如分子氧（〇2)、臭氧（〇3)、水蒸氣（A。)、與氮氧 化物（NO、N〇2等）。含氧大氣亦可包括自由基氧與經 物種’諸如原子氧（〇)、氫氧化物（OH)等，該等自由 基氧與經物種可漬# α 疋立而生成並且被輸送進入基材腔室。也 可能存在含氧物料的離子。 含氧大氣提供氧以將切與氮膜轉化成氧切（以〇2) 膜（U2)。如先前所述，含⑦與氮膜中缺乏碳而導致最 ^切膜t形成㈣較少孔^透過沉積可流動的含 石夕與氮臈並且轉介士 _ & a 成氧化矽，相較於一開始沉積可流動 3石夕與氧膜的情、' 况’從沉積到退火的淨縐縮減少。在轉 12 201209920 化製程期間，基；,田硌於_ 材μ度靶圍可從約25°C到約110(rc， 例如約20(TC、約3〇〇γ、約4〇n。广 。 、力 400 C、約 50(rc、約 6〇〇 C、約700 C、约只八〇0广 ,> 、 C、’力 900°c、約 100(TC 等。在 許夕清况中’體積的減少拳玉料（你丨1 各微（例如減少體積百分比約 1 5 0/〇以下）得足以避免 光後熱處理步驟，該後熱處理步驟 係為了填充、癒合、志耸而u丄 次甚而對付由於氧化矽縐縮而形成 在广隙中的接縫或空間。在一實施例中，轉化可以兩部 份發生。該兩部份的轉化可包括低溫臭氧固化（例如介 於20(TC與約40(TC )以啟翻氦几 ύ 一 ）以啟動氧化，之後是在含氧環境
中南溫退火。這此择作湘p弓，条— A —锞作’月間虱從昌含氧的襯墊層擴散 進入間隙填充的含矽與氮層，以更完全地轉化該間隙填 充層。在揭露的實施例中，氮仍可存在於間隙填充層内， 然而，間隙填充材料實質上是由矽與氧構成。 第1圖的製程描述一製程，其中氧化石夕是透過首先沉 積含矽與氮層然後將該含矽與氮層轉化成氧化矽而形 成。在其他實施例中，沉積的膜是由自由基氧前驅物結 合不被電漿直接激發的含矽與碳前驅物而生成。該沉積 的膜之後會是含矽氧與碳膜，湘較於涉及含矽與氮膜的 製程，该含矽氧與碳膜可能會在後續的處理期間經歷更 多縐縮。示範性的不通過電漿的含碳前驅物可包括 TMOS、TriMOS、TEOS、OMCTS、HMDS、TMCTR、 TMCTS、OMTS、TMS、HMDSO 及/或 TMDSO。自由基 氧則驅物包含電聚流出物，該電漿流出物是透過在電漿 中激發含氧前驅物而生成，而該示範性的含氧前驅物可 13 201209920 包括Ο，、η . τ 3、Ν2〇、Ν0、Ν〇2、η2ο2、Η2〇、及 ΝΗ 〇 在沉積間隙i亩* Η ° 襯墊使得次砉而备 檟田3氧化物的 的氧增多。“以將來自固化期間所提供的氧大氣 例Τ包括固化後的多重退火階段，在所揭露的實 歹該等階段具有不同溫度與大氣。例如，第一加 階段可在較低的隹 熱 度下於包括水蒸氣（_)的大 T C ’而第二加熱階段可在較高的第二溫度下於 燥含氧大氣（實質上缺彡卜％友 c 凡 霄質上缺乏水蒸軋）中執行。第二加熱階 奴可在非含氧大氣（例如乾燥的N2、He、Ar等）中· 施。 ；〒只 現在轉而討論在此呈現的襯墊層的大致性質，根據所 揭露的實施例的富含氧化物之襯墊層比目標溝槽的寬度 的-半薄’以使後續沉積的可流動膜得以進入剩餘的間 隙。襯墊層的厚度在不同實施财可低於或約ι〇〇Α， 低於或約70 Α，低於或約50 Α，或者是低於或約3〇 A。 然而，富含氧化物的襯墊層是氧用於固化期間再分配的 儲存區。It這點而言，厚度應該大得足以儲#大量的氧 以供提昇間隙填充介電層中的氧含量。富含氧化物的襯 墊内的氧濃度亦應大，以便確保氧的儲存充足。 ” 〜I，w V J | \RJ *5貝 TfC 戈口 第2圖與第3B圖中的虛線2〇2、3〇2所示。該介面可基 本上在固化及退火後消除’因為氧濃度一經再分配就： 變得更均自。申請人已發現在一些實施例中使用剖面 201209920 SEM時介面無法偵測出。虛線2〇2與3〇2是顯示無固化 時"面存在之處。第3A圖顯示無襯塾層的可流動cvj) 間隙填充操作的剖面SEM代表圖，而第3B圖顯示具襯 墊層之同樣的沉積。在缺乏富含氧化物襯墊層時，沉積 層304-1的間隙填充區域中，孔隙3〇1是可見的。另— 方面’在第3B圖的沉積層的間隙填充區域3〇4_2中，既 不見孔隙也不見介面。 可使富含氧化物的襯墊層的氧含量大於間隙填充層的 氧含里，這是透過調整前驅物進入遠端電漿區域的流率 而達成。在形成富含氧化物襯墊層期間，氧（〇2 )對氨 氣（ΝΑ)進入遠端電漿區域的示範性流率比例可為約 2:1 (等同於原子氧對氮比例為約4:丨）。在沉積間隙填充 層期間，〇2:NH3的流率比例可為約i :5 (等同於原子氧 對氮比例為約2:5 )。這些比例指出將在襯墊層與間隙填 充層中發現的化學計量。在揭露的實施例中，襯墊的原 子氧對氮流率比例超過間隙填充的原子氧對氮流率比 例，使得富含氧化物的襯墊的氧含量超過間隙填充介電 層的氧含量。另一實施例中，襯墊的原子氧對氮流率比 例超過間隙填充的原子氧對氮流率比例一倍數因數，該 倍數因數大於5。 在生長可流動膜期間’在腔室電漿區域或基材處理區 域中的壓力可低於或約1〇〇 T〇rr、低於或約5〇 T〇rr、低 於或約20 Torr、低於或約1 〇 T〇rr、或者是低於或約5 Torr。在该二區域之—者或二者中的壓力在不同實施例 15 201209920 中可n於或約〇 25 T〇rr、高 丁⑽、高於或約2T 、古次、力〇·5Τ〇π·、南於或約i 〇ΓΓ问於或約5 T〇rr。在壓力上，每 一下限可與任—上人 母 、…“ 限、“而形成根據所揭露的實施例的
適當壓力的另—銘閱 ,E 。 長可流動膜期間，腔室電漿區 =:電衆條件(以為了生產自由基氧及二 “驅物）在不同實施例中可包括介於約3_ W至約 15000 W、介於約4〇〇w至約i〇_w'或介於約$㈧ 至約8000 W的RF功率。 沉積切膜（該切膜包括上文所給的範例t的氮及/ 或碳）期間，在基材溫度維持在相對低溫的同時可進 仃可流動膜的生長。可在低溫下於基材表面上沉積可流 動氧化物膜，該低溫是透過沉積期間冷卻基材而維持。 底座可包括在底座軸桿内側的加熱及/或冷卻導管，不同 貫轭例中，该等導管將底座與基材的溫度設定在約' 到約20(TC之間、約100。0到約16(rc之間、低於約ι〇〇 °c或低於約40°C。 示範性基材處理系統 沉積系統的實施例可結合至較大的製造系統，以生產 積體電路晶片。第4圖顯示根據所揭露之實施例之一個 此類沉積、烘烤及固化腔室之系統400。在該圖中，一 對FOUP (前開式晶圓盒）402供給基材（例如300 mm 直輕的晶圓），在該等基材放進晶圓處理腔室408a-f之 —者前，基材是由機械手臂404接收並且放置到低壓固 16 201209920 持區域406。第二機械手臂410可用於從固持區域4〇6 傳輪基材晶圓至處理腔室408a-f並且往回傳輸。 處理腔室4〇8a-f可包括一或多個用以在基材晶圓上沉 積、退火、固化及/或蝕刻可流動介電膜的的系統部件。 在一個組態中，兩對處理腔室（例如，4〇8c_d及4〇8e_f) 可用於沉積可流動介電材料於基材上，而第三對處理腔 至（例如，408a-b )可用於退火沉積的介電質。在另一 組態中’相同的兩對處理腔室（例如4〇8c_d及4〇8e_f) 可經裝設以在基材上沉積及退火可流動介電膜，同時第 三對腔室（例如408a_b)可用於uv或電子束固化沉積 的膜。另一組態中，所有三對腔室（例如4〇8a f)可經 裝設以於基材上沉積及固化可流動的介電膜。尚有另一 組態’兩對處理腔室（例如4〇8c-d及408e-f)可用於沉 積及以UV固化或電子束固化可流動介電質，同時第三 對腔室（例如408a-b)可用於退火介電膜。應瞭解，系 統400可考慮用於可流動介電膜之沉積退火與固化腔 室的額外组態。 此外’一個或更多個製程腔室4〇8a-f可被裝設成濕式 處理腔室。該等製程腔室包括在含濕氣的大氣下加熱該 可流動介電膜。因此，系統400之實施例可包括濕式處 理腔室408a-b及退火處理腔室408c_d，以在沉積的介電 膜上執行濕式及乾式退火二者。 第5A圖是根據所揭露的實施例之基材處理腔室5〇〇。 遠端電襞系統（RPS ) 510可處理隨後行進穿過氣體入口 17 201209920 、.且件5 11的氣體。兩個個別的氣體供應通道可見於氣體 入口組件511内。第_通道512攜帶通過遠端電衆系統 RPS 51G的氣體’❿第二通道513繞過RPS 50G。在揭露 的實施例中，第一通道502可用於製程氣體，而第二通 道513可用於處理氣體。蓋（或導電的頂部部份） 以及穿孔隔件5 5 3之間呈現一絕緣環5 24，絕緣環5 24 使得AC電位得以相對於穿孔隔件553施加到蓋52卜製 程氣體行進穿過第一通道512進入腔室電漿區域52〇, 且製程氣體可單獨在腔室電漿區域52〇中（或者與Rps 510結合）由電漿激發。腔室電漿區域52〇及/或Rps 5 1〇 的結合可指此述的遠端電漿系統。穿孔隔件（亦指噴頭） 553將喷頭553下方的基材處理區域570與腔室電聚區 域520分隔。喷頭553使電漿得以存在於腔室電漿區域 520中’以避免直接激發基材處理區域570中的氣體， 同時依然使激發的物種得以從腔室電漿區域52〇行進至 基材處理區域570。 噴頭553定位在腔室電漿區域520與基材處理區域57〇 之間，且該喷頭5 5 3使電漿流出物（前驅物或其他氣體 的受激發的衍生物）在腔室電楽·區域520中生成而通過 複數個通孔556，其中該些通孔556係橫切板厚。嗔頭 553亦具有一個以上的中空空間551，該中空空間551可 被蒸氣或氣態形式的前驅物（諸如含矽前驅物）填充， 並且該蒸氣或氣態形式的前驅物經由小孔洞555進入基 材處理區域570但不直接進入腔室電漿區域520。在此
S 18 201209920 揭露的實施例中，喷頭553比通孔5S6的最小直徑55〇 的長度還厚。為了使從腔室電漿區域52〇穿透至基材處 理區域570的受激發物料維持顯著濃度，可透過在通過 噴頭553的一部份路徑中形成通孔556的較大直徑部 份，而限制通孔的最小直徑55〇的長度526。在所揭露 的實施例中，通孔5 5 6的最小直徑5 5 〇的長度可與通孔 556的最小直徑相同數量級，或者為較小的數量級。 在所示的實施例中，一旦製程氣體受到腔室電漿區域 520中的電漿激發，喷頭553可（透過通孔556 )分配製 程氣體，該等製程氣體含有氧、氫、及/或氮，及/或此類 製知氣體的電衆流出物。在實施例中，通過第一通道5 1 2 導進RPS 510及/或腔室電漿區域52〇的製程氣體可含有 氧（〇2)、臭氧（03)、N2〇、NO、N02、NH3、包括 N2H4 的 NxHy、甲矽烷（Siiane )、乙矽烷（disiUne )、TS A 及 DSA之一者或多者。沉積富含氧化物襯墊層期間，流過 RPS 5 10的氧對氮比例可相對地高，而在沉積間隙填充 層期間，流過RPS 5 1 0的氧對氮比例可減少。該製程氣 體亦可包括諸如氦氣、氬氣、氮氣（n2)等之類的載氣。 第二通道513亦可傳遞製程氣體及/或载氣，及/或膜固化 氣體，該膜固化氣體用於從生長中的膜或剛沉積的膜中 移除非期望的成份。電漿流出物可包括製程氣體的離子 化或中性衍生物，且在此電漿流出物亦可指自由基氧前 驅物及/或自由基氮前驅物，前述二前驅物所指的是所導 入的製程氣體之原子的組分。 19 201209920 在貫施例中’通孔5 5 6的數量可介於約6 〇個至約2 〇 〇 〇 個之間。通孔556可具有多種形狀，但大多數是做成圓 形。在所揭露的實施例中，通孔556的最小直徑55〇可 介於約0.5 mm至約20 mm之間，或介於約i mm至約6 mm之間。在選擇通孔的截面形狀上，亦有範圍，截面可 做成錐形、圓柱形或該二種形狀的組合。不同實施例中， 用於將氣體導進基材處理區域57〇的小孔洞555數目可 介於約100個至約5〇〇〇個之間，或介於約5〇〇個至約 2000個之間。小孔洞555的直徑可介於约〇丨爪爪至約2 mm之間。 第5 B圖是根據所揭露的實施例與處理腔室一併使用 的喷頭553之底視圖。喷頭553對應第5A圖中所示的喷 頭。通孔556被繪成在喷頭η]底部處具有較大的内徑 (inner-diameter，ID)，而在頂部處具有較小的⑴。小孔 洞555實質上在喷頭表面上均勻分佈，甚至分佈在通孔 556之間，相較於此述的其他實施例，此舉助於提供更 均勻的混合。 當透過喷頭553中的通孔556而抵達的電漿流出物結 合源於中空空f0”51且透過小孔洞555抵達的含石夕前驅 物時，在基材處理區域570内示範性的膜生成於基材 上，而該基材是受底座（圖中未示）$支標。雖然將基 材處理區$ 570 |設成支援供諸#固化之類的其他製程 所用的«’然而在i長示範性膜的期間，無電聚存在。 電漿既可在喷頭553上方的腔室電漿區域52〇中被點 20 201209920 燃，亦可在喷頭553下方的基材處理區域57〇被點燃。 於處理腔室之導電頂部部份521及喷頭553之間施加— 般在射頻（RF)範圍的AC電壓，以在沉積期間於腔室電 漿區域520中點燃電漿。當開啟基材處理區域57〇中的 底部電I灵以固化m或清潔接壤基材處理區域57〇的内部 表面時，頂部電蒙可處於低功率或無功率。透過在喷頭 553及底座（或腔室底部）之間施加ac電壓，而點燃基 材處理區域57G中的電|。清潔氣體可在電漿存在時導 入基材處理區域570。 基材處理系統是由系統控制器控制。在一示範性實施 例中’系統控制器包括硬碟機、軟碟機及處理器。處理 器含有單板電腦（SBC)、類比數位輸入/輸出&、介面板 及步進馬達㈣板。咖纟統的各料符合Versa
Mod— —n(VME)標準，該標準界定電路板、介面 卡插件箱吨）以及連結器規格與類㉟。VME標準 亦界定匯流排結構為具有16位元資粗確二 70貢枓匯流排或24位元 位址匯流排。 一 办厂尔犹徑制器牵 行系統控制軟體’該軟體以雷腦链々^ 電腦程式之形式儲存在電朋 可讀媒體上。該媒體較佳為硬磾
嶸磲但亦可使用其他種H 的記憶體。電腦程式包括指令隼， ^ >、。私々集指示時間、 氣體混合、腔室壓力、腔宮⑽由
r t w 腔至酿度、RF功率層級、基J (susceptor )位置及其他特殊 表私參數。其他儲存在 他記憶體兀件（該元件包括例 八 如軟碟或其他適合的驅動 21 201209920 器）的電腦程式亦可用於指示系統控制器。 可使用由系統控制器執行的電腦程式實施用於在基材 上沉積膜堆疊的製程或者用於清潔腔室的製程。電腦程 式編碼可以習知電腦可讀的程式語言撰寫，例如68000 〇〇 C C + +、Pascal、Fortran或其他者。使用習知的 文件編輯器將適合的程式編碼編入單一檔案或多重檔 案，並且儲存於電腦可使用媒體（如電腦的記憶體系統) 或由該媒體實施。倘若編入的編碼内文是高階語言，則 編譯編碼，而所得的編譯編碼隨後與預先編譯的 Microsoft Wind〇ws⑧函式庫常式之目的碼連結。為了執 '亍k連、.σ、編譯的目的碼’系統使用者援用該目的碼， 使電腦系統載人記憶體中的編碼。咖隨後讀取並且執 仃該編碼，以操作程式中辨識的任務。 π阳有興控制器之間 器。在較佳實施例中，使用兩個顯示器，一個安裝在清 2壁以供操作者❹，另—個在難以供維修技術人 一吏用。兩個顯示器可同時顯示相同資訊，該實例卜 個接受輸人。為了選擇特殊的螢幕或功能， :乍：接觸顯示器榮幕上的指定的區域。接觸區域改變 琢&域的強調色彩， 作去U 巴如4呈現新的選單或螢幕，以確認操 示器， 的溝通。不使用接觸感應顯 置，例如了接觸感應顯示器之外，可使用其他裝 者盥系U次/、他扣不或溝通裝置，以讓使用 耆與系統控制器溝通。 22 201209920 在利用腔室電漿區域的實施例中，受激發的電漿流出 物在與沉積區域分隔的基材處理區域的區段中生成，在 該處電聚流出物與無碳含矽前驅物混合並且反應’以沉 積石夕與氮層於沉積基材上（例如半導體晶圓）。受激發的 電渡流出物亦可伴隨惰氣，在示範性情況中，該惰氣是 氯氣。在一些實施例中，無碳含矽前驅物在進入基材電 聚區域之前不通過電漿。自由基氮前驅物是在遠端電漿 區域中生成並且行進至基材處理區域，其中在該基材處 理區域處’含矽前驅物被自由基氮前驅物激發。在一些 實施例中’含矽前驅物只被自由基氮前驅物激發。在一 些實施例中’電漿功率可基本上僅被施加到遠端電漿區 域’以確保自由基氮前驅物提供主控的激發給含矽前驅 物°在此可將基材處理區域描述為在生長含矽與氮層期 間與低溫臭氧固化期間為「無電漿」。「無電漿」並非必 然指該區域缺乏電漿。在電漿區域内生成的離子化物種 與自由電子確實行進通過隔件（喷頭）中的孔洞（貫孔）， 但無碳含矽前驅物並不實質上被施加至電漿區域的電漿 功率所激發。腔室電漿區域中電漿的邊界是難以界定 的’且可能透過喷頭中的貫孔侵入基材處理區域上。在 誘導耦合電漿的實例中，可直接在基材處理區域内執行 少量的離子化。再者，低強度的電漿可在基材處理區域 中生成’而不至於消弭形成的膜的期望特徵。在激發的 電漿流出物生成期間強度離子密度遠低於腔室電漿區域 (或运端電漿區域’就此而言）的電漿的所有成因不背 23 201209920 離在此所用的「無電漿」之範疇。 在此所使用的「其分 —p ^ 土材」了為具有（或不具有）形成於 s玄基材上的膜層的主擔其分 . 叉得基材。该支撐基材可為有各種摻 雜濃度及摻雜輪廓的絕緣體或半導體，且該支撐基材可 例如為用在積體電路製造上的類型的半導體基材。「氧化 石夕」層用做為切與氧材料的縮寫，並且可與含石夕與氧 材料交換使用。就此而言’氧化石夕可包括其他元素組份 (諸如氮纟及奴等）的濃度。在一些實施例中，氧化 石夕基本上切肖氧構成。「前驅物」用於指任何參與反應 以從表面移除材料或沉積材料到表面上的製程氣體。處 於激發態」$氣體是敘述氣體其中至少有—些氣體分 子處於振動型式的激發、解離及/或離子化的狀態。「氣 體」（或「前驅物」）可為兩種以上氣體.（或前驅物）的 !σσ ’且可包括正常是液體或固體但暫時與其他「載氣」 搭載的物質。自由基前驅物」用於描述電漿流出物 (plasma effluent，為離開電漿而處於激發態的氣體）， 該電漿流出物參與反應以從表面移除材料或沉積材料到 表面上。「自丨基氮前,驅物」是一種含有氮的自由基前驅 物而自由基氫前驅物」是一種含有氫的前驅物^「惰 氣」一詞指任何在蝕刻或結合至膜時不形成化學鍵結的 氣體。不範性惰氣包含稀有氣體，但可包括其他氣體， 只要這些其他氣體在（一般情況下）膜，捕捉到痕量時 無化學鍵結形成即可。 全文中所用之溝槽（irench) 一詞毫無暗指意味地是指 24 201209920 触刻過的地形具有大的水平高寬比。由表面上方所視， 溝槽可顯現圓形、橢圓形、多邊形、矩形或各種其他形 狀。「通孔」一詞是用於指低的高寬比的溝槽（由上方而 視），該低高寬比溝槽可能或可能不被金屬填充而形成垂 直的電連接。如在此所使用，共形層是指表面上與該表 面形狀相同的大體上均勻的材料層，即，該層的表面與 受覆蓋的表面大體上平行。此技術領域中具通常知識者 將瞭解沉積的材料可能不會100%共形，而因此「大體上」 一詞允許可接受的容忍值。 透過上述數個實施例的說明，該領域技術人士應知多 種修飾例、替代架構與等效例皆不脫本發明之精神。此 外’說明書中不對多種習知製程與元件做說明，以避免 不必要地混淆了本發明。故，上述說明不應被視為對本 發明範疇之限制。 當提供數值範圍時’除非文字中另外清楚指明，應知 亦同時揭露介於該範圍的上下限值之間各個區間值至下 限值單位的十分之一。亦涵蓋了所陳述範圍中任何陳述 數值或區間值以及該陳述範圍中任何其他陳述數值或區 間值之間的每個較小範圍。這些較小範圍的上限值與下 限值可獨立包含或排除於該範圍中，且各範圍（不管是 包含其中一個、包含兩個或不含上限值與下限值）亦皆 涵蓋於本發明内所陳述之範圍中，除非在所述範圍中有 特別排除之限制。當所陳述之範圍包括極限值的一者或 兩者也/函蓋了該些排除所含極限值之一者或兩者的範 25 201209920 圍。 ，明書與如附申請專利範圍中所使用之單數形式「一」 ^該」等用語也包括複數形式，除非文字中另外清楚 2月。因*匕，舉例而言’「_種製程」所指的包括複數個 這類製程，而「該前驅物」所指的包括一或多種前驅物 以及該領域技術人士所熟知的該前驅物等效例。 「同時，說明書與下述申請專利範圍中「包括」、「包含」、 「含有」、「含」以及「具有」等用語是指存在所陳述之 特徵、組件'構件或步驟，但並不排除存在或增加一或 多個其他特徵、物體、構件、步驟、動作或群組。 【圖式簡單說明】 在此描述 成。該沉積 成富含氧較 隙填充層相 可透過使自 透過施加電 隙填充層具 充層的沉積 層可含有石夕 成含有更多 隙填充層下 空洞體積比例降低的間隙填充氧化矽層的形 涉及在缺少氧較可流動的間隙填充層之前形 不可流動的襯墊層。然而，該襯墊層在與間 同的腔室内沉積。襯墊層與間隙填充層二者 由基成份與未激發的含矽前驅物（即不直接 漿功率而被激發）結合而形成。襯塾層比間 更多的氧含量並且更加共形地沉積。間隙填 速率可藉由襯墊層的存在而增加1隙填充 、氧與氮’並且該間隙填充層在高溫下轉化 氧與更少氮。間隙填充襯墊的存在提供了間 方的氧源，以增大在轉化期間導入的氣相氧。 26 201209920 第1圖是、、* 於製做* 机圖，該流程圖說明根據揭露的實施例用 第2: 的氧切間隙填充介電層的步驟。 第3a疋拫據揭露的實施例的多層介電臈的剖面圖。 細载a圖是根據所揭露的實施例的不具富含氧化物的 襯二層广氡切間隙填充物之剖面圖。 B圖是根據所揭露的實施例的具富含氧化物的襯 層的氧切間隙填充物之剖面圖。 第 4圖 圖顯示根據所揭露的實施例的基材處理系統。
第 5 A 圓顯示根據所揭露的實施例的基材處理腔室。
第 SP 圖顯示根據所揭露的實施例的基材處理腔室的 噴頭。 【主要元件符號說明】 100方法 1 11 2步驟 200基材 2〇2虛線 204間隙填充介電層 3〇〇圖案化基材 302虛線
304-1、3(M-2間隙填充介電層 400系統 402 FOUP 27 201209920 404、410機械手臂 406低壓固持區域 408a-f處理腔室 500基材處理腔室 5 1 0遠端電漿系統 5 11氣體入口組件 512、513 通道 520腔室電漿區域 521蓋 524絕緣環 526長度 550直徑 5 5 1中空空間 5 5 3 穿孔隔件 5 5 5 小孔洞 5 5 6通孔 570基材處理區域

Claims (1)

  1. 201209920 七、申請專利範圍： !· 一種形成一氧化矽層於含有一溝 ，霉槽的—圖案化基材 的方法，該方法包括以下步驟： 將該基材傳送進入一基材處理腔室； .形成-富含氧襯塾層於包括該溝槽的該基材 ， 形成-間隙填充介電層於該基材上與該溝槽 中，其中該間隙填充介電層具有一氧含量，該間隙 $充介電層的氧含量低於該富含氧襯墊層的氧含 量，並且該間隙填充介電層在形成期間可流動. 及 ^ “ 在一高溫下固化該間隙填充介電層以將一些 氧從該富含氧襯墊層轉移進入該間隙填充介電層一。 2·如請求項第卜員所述之方法’其中該富含氧襯墊層比 該間隙填充介電層更加共形。 3. 如請求項帛1項所述之方法，其中該間隙填充介電層 實質上填充該溝槽。 4. 如請求項帛1項所述之方法，其中形成該間隙填充介 電層之步驟包含以下步驟： 將一間隙填充電漿前驅物流進—遠端電毁區 29 201209920 域以形成電漿流出物；以及 在該基材處理區域中將該等電漿流出物結合 一含矽前驅物流，以形成該間隙填充介電層，其中 該含矽前驅物不直接透過施加電漿功率而受激 發，並且該間隙填充介電層是一含矽與氧層。 5·如晴求項第4項所述之方法，其中形成該富含氧化物 襯墊層的步驟包含以下步驟： 將襯墊電漿前驅物流進一遠端電漿區域以 形成該等電漿流出物；以及 在該基材處理區域中將該等電漿流出物結合 一含矽前驅物流，以形成該富含氧襯墊層，其中該 含矽前驅物不直接透過施加電漿功率而受激發，並 且該間隙填充介電層是一含矽與氧層。 6. 如請求項第5項所述之太、、土 & ^ 4之方法，其中使該間隙填充電漿 前驅物流進的操作包含以下步 以間隙填充的原子氧對氮流率比例將氧與 氮流進該遠端電漿區域。
    如凊求項第6項所述之方法，其 物流進的操作包含以下步锦. 中使該襯墊電漿前驅 流率比例將氧與氮流 以一襯墊的原子氧對氮 進該遠端電漿區域。 30 201209920 如月长項第7項所述之方法，其中該襯墊的原子氧對 氛流率比例超過該間隙填充的原子氧對氮流率比 J使得該§含氧化物襯墊的氧含量超過該間隙填充 介電層的氧含量。 如月求項第8項所述之方法，其中該襯墊的原子氧對 氮流率比例超過該間隙填充的原子氧對氮流率比例 一倍數因數，該倍數因數大於5。 10.如β求項第4項所述之方法，其中該含;^前驅物包含 3矽與氮前驅物，而該等電漿流出物包含一自由基 氮前驅物。 11 ·如求項第i 〇項所述之方法，其中該含碎與氣前驅 物包含 H2N(SiH3)、HN(SiH3)2 與 N(SiH3)3 的至少一 者，而4電漿前驅物包含NH3、NH4〇H、N2〇、N〇、 N02、N2與h2之至少一者。 12. 如呀求項第4項所述之方法，其中該遠端電漿區域是 在該基材處理腔室内，並且該遠端電漿區域與該基材 處理腔室透過一噴頭隔開。 13. 如凊求項第i項所述之方法，其中固化該間隙填充介 S 31 201209920 電曰的操作包含以下步驟： ♦該間隙填充介電層在該高溫下暴露到一含 袅氣的大氣。 14. 如睛求項楚d = 帛13項所述之方法’其中固化該間隙填充 9的操作進一步包含以下步驟： 接著在一退火溫度下將該間隙填充介電層暴 至丨1 3氧大氣’該含氧大氣包含〇2、〇3、及H2〇 少—者，而該退火溫度大於該高溫。 15. 如請求jg哲 喝第1項所述之方法，其中該溝槽具有約50 nm 或低於 <5 rfsf 50 nm的一寬度。 32
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