[发明专利]自由基蒸汽化学气相沉积

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是由Li等人在2011年9月19日提交且发明名称为“自由基蒸汽CVD（RADICAL STEAM CVD）”的美国专利申请号13/236,388的PCT申请，并且涉及由Li等人在2011年1月7日提交且发明名称为“自由基蒸汽CVD（RADICAL STEAM CVD）”的美国临时专利申请号61/430,620且要求所述临时专利申请的优先权，所述两个专利申请为了所有目的在此整体地被并入到本文。

发明背景

自从半导体器件几何形状在数十年前引进之后，半导体器件几何形状在尺寸上已经显著地减小。现代半导体制造设备系常规地生产具有45nm、32nm与28nm特征尺寸的器件，并且新设备正在被开发且被实现用来制造具有甚至更小的几何形状的器件。减小的特征尺寸在器件上造成具有减小的空间尺寸的构造特征。器件上的间隙与沟槽的宽度狭窄到间隙深度与间隙宽度的深宽比（aspect ratio）变得高到足以使得利用介电材料来填充间隙是富有挑战性的程度。沉积介电材料倾向于在间隙完全地填充之前在顶部处堵塞，从而在间隙的中央产生了空隙或狭缝。

经过多年，已经开发了许多技术，以避免使介电材料堵塞住间隙的顶部，或以“治愈（heal）”已经被形成的空隙或狭缝。一种方法开始于高度可流动的前驱物材料，所述高度可流动的前驱物材料能以液相的形式被施加到旋转基板表面（例如，SOG沉积技术）。这些可流动的前驱物可流动到非常小的基板间隙内且填充这些非常小的基板间隙，而不会形成空隙或弱狭缝。然而，一旦这些高度可流动的材料被沉积，这些高度可流动的材料就必须被硬化成固体介电材料。

在许多实例中，硬化工艺包括热处理以从被沉积的材料移除碳与羟基，从而留下固体介电质（诸如氧化硅）。不幸地，离开的碳与羟物质（species）常常在硬化的介电质中留下小孔，这些小孔降低最终材料的质量。此外，硬化介电质还倾向于体积收缩，此举会在介电质与周围基板的界面处留下裂缝与空间。在一些实例中，被硬化的介电质的体积可减少40%或更大。

因此，需要用以在结构化基板上形成介电材料而不会在基板间隙和沟槽中产生空隙、狭缝或此两者的新沉积工艺与材料。还需要具有低体积减少的硬化可流动的介电材料材料与方法。本发明满足了这种需求和其它需求。

发明内容

描述了形成氧化硅层的方法。这些方法包括同时地结合等离子体激发的（自由基）蒸汽与未激发的硅前驱物。可经由等离子体激发的路线（例如，藉由将氨添加到蒸汽）和/或藉由选择含氮的未激发的硅前驱物来供应氮。这些方法导致含硅-氧-与-氮的层沉积在基板上。含硅-氧-与-氮的层的氧含量接着被增加，以形成可几乎不含有或不含有氮的氧化硅层。可藉由在含氧气氛的存在下将层予以退火而造成氧含量的增加，并且可藉由在惰性环境中将温度提升到甚至更高来进一步增加膜的密度。

本发明的实施例包括在基板处理腔室内在无等离子体的基板处理区域中将氧化硅层形成在基板上的方法。所述方法包括使含氧前驱物流动到等离子体区域内，以产生自由基-氧前驱物。所述含氧前驱物含有H₂O。这些方法更包括在所述无等离子体的基板处理区域中结合所述自由基-氧前驱物与含硅前驱物。所述含硅前驱物含有氮。这些方法更包括将含硅-氧-与-氮的层沉积在所述基板上。

额外的实施例与特征部分地在以下说明中阐述，并且在检视说明书后对于本领域技术人员而言部分地显而易见、或者可藉由实施本发明而知晓。可借助于说明书中所描述的设施、组合与方法来实现与获得本发明的特征与优点。

附图说明

可藉由参照说明书的其余部分与附图来进一步实现对本发明的本质与优点的进一步理解，其中类似的附图标记在一些附图中用以代表类似的组件。

图1是流程图，所述流程图示出根据本发明的实施例的用以形成氧化硅膜的所选择的步骤。

图2是另一流程图，所述另一流程图示出根据本发明的实施例的用于使用腔室等离子体区域来形成氧化硅膜的所选择的步骤。

图3图示根据本发明的实施例的基板处理系统。

图4A图示根据本发明的实施例的基板处理腔室。

图4B图示根据本发明的实施例的基板处理腔室的喷头。

具体实施方式