原子层沉积氮化硅膜的原位碳和氧掺杂的制作方法
原子层沉积氮化硅膜的原位碳和氧掺杂的制作方法
【技术领域】
[0001]本文中揭露的实施方式大体上涉及用于沉积薄膜的方法，且更具体而言，涉及用于使用原子层沉积来沉积SiCN或SiCON膜的方法。
【背景技术】
[0002]自引入半导体器件数十年来，半导体器件的几何形状的大小已显着减小。现代半导体制造设备通常生产具有45nm、32nm和28nm的特征大小的器件，且正在开发和实施新设备以制作具有小于12nm的尺寸的器件。另外，芯片构造正在经历从二维结构到三维结构的转折点，以便得到性能更好、耗电更低的器件。因此，用以形成这些器件的材料的保形沉积变得日益重要。
[0003]随着器件节点缩小至低于45nm，需要其中电介质膜对高深宽比结构具有低图案负载效应的保形覆盖。碳氮化硅(SiCN)和碳氮氧化硅(SiCON)由于其低介电常数k而作为间隔件和蚀刻停止层应用的候选。较低k改进RC电容器延迟，从而改进器件性能。另外，SiCN, SiCON膜对过氧化物和缓冲剂氧化蚀刻(BOE)湿法清洁中的氢氟酸(HF)更具抗性。然而，膜中的高百分率的碳产生低清洁蚀刻速率，但使电性能降级。另一方面，膜中的高百分率的氧或氮改进电性能，但牺牲了低清洁蚀刻速率。传统工艺技术基于即使是用高容量分批工艺但由于巨大泵送/冲洗时间量的低产量。另外，控制诸如气体流、等离子体均匀性的工艺参数对于巨型熔炉是巨大缺点。
[0004]因而，需要一种用于形成低k电介质膜的在工艺控制和拥有成本两方面的改进方法。
【发明内容】
[0005]本文中揭露的实施方式大体上涉及衬底的处理，且更具体而言，涉及用于形成电介质膜的方法。在一个实施方式中，所述方法包括:将多个衬底放置在处理腔室内部，且执行以下序列:将所述衬底暴露于包含硅的第一反应性气体，且然后将所述衬底暴露于包含氮以及氧或碳中的至少一个的第二反应性气体的等离子体，以及重复所述序列以在所述衬底的每一个上形成包含碳氮化硅或碳氮氧化硅的所述电介质膜。
[0006]在另一实施方式中，揭露一种用于形成电介质膜的方法。所述方法包括:将多个衬底放置在处理腔室内部且执行以下序列:将所述衬底暴露于包含硅的第一反应性气体；且然后将所述相同衬底暴露于包含氮以及氧或碳中的至少一个的第二反应性气体。重复所述序列以在所述衬底的每一个上形成包含碳氮化硅或硅碳氮氧化物的所述电介质膜。
[0007]在另一实施方式中，揭露一种用于形成电介质膜的方法。所述方法包括:将多个衬底放置在处理腔室内部且执行以下序列:将所述衬底暴露于包含硅的第一反应性气体，且将所述相同衬底暴露于包含氮的第二反应性气体，接着暴露于惰性或氧气等离子体。重复所述序列以在所述衬底的每一个上形成包含碳氮化硅或碳氮氧化硅的所述电介质膜。
【附图说明】
[0008]为了可详细地理解本发明的上述特征的方式，可参考实施作出对上文简要概述的本发明的更具体描述，所述实施例中的一些实施例在附图中图解说明。然而，应注意附图仅图解说明本发明的典型实施且因而不被视为对本发明范围的限制，因为本发明可承认其它同等有效的实施。
[0009]图1为根据一个实施方式的处理腔室的横截面侧视图。
[0010]图2为根据一个实施方式的回转处理腔室的透视图。
[0011]图3为根据一个实施方式的气体/等离子体分配总成的一部分的示意性底视图。
[0012]图4图解说明根据一个实施方式的用于沉积电介质膜的工艺步骤。
[0013]为促进理解，在可能的情况下已使用相同元件符号来指示诸图中共有的相同元件。预期在没有具体叙述的情况下，在一实施中揭露的元件可有利地用于其它实施。
【具体实施方式】
[0014]本文中揭露的实施方式大体上涉及衬底的处理，且更具体而言，涉及用于形成电介质膜的方法。在一实施方式中，所述方法包括:将多个衬底放置在处理腔室内部，且执行以下序列:将所述衬底暴露于包含硅的第一反应性气体，且然后将所述衬底暴露于包含氮和氧或碳中的至少一个的第二反应性气体的等离子体，以及重复所述序列以在所述衬底的每一个上形成包含碳氮化硅或碳氮氧化硅的所述电介质膜。
[0015]图1为根据一个实施方式的处理腔室100的横截面侧视图。处理腔室100能够在一或多个衬底60上执行一或多个沉积过程。处理腔室100包括能够跨衬底60的顶表面61分配一或多个气体和/或等离子体的气体/等离子体分配总成30。气体/等离子体分配总成30包括将一或多个气体流和/或等离子体传输至衬底60的多个气体口，和设置在相邻气体口之间以将气体流传输出处理腔室100的多个真空口。在一个实施方式中，气体/等离子体分配总成包括第一前驱物注入器120、第一等离子体注入器130、第二前驱物注入器142、第二等离子体注入器144和净化气体注入器140。注入器120、130、140、142、144可受诸如主机的系统计算机(未示出)控制，或受诸如可编程逻辑控制器的特定于腔室的控制器控制。前驱物注入器120将连续的或脉冲的化合物A的反应性前驱物流通过气体口 125注入到处理腔室100中。等离子体注入器130将化合物B的反应性前驱物的受激进气体通过气体口 135注入到处理腔室100中。前驱物注入器142将连续的或脉冲的化合物C的反应性前驱物流通过气体口 165注入到处理腔室100中。第二等离子体源注入器144将反应性前驱物D或非反应性气体(诸如，氩或氮)的等离子体通过气体口 175注入到处理腔室100中。前驱物A、B、C、D可用以在衬底60的表面61上执行SiCN或SiCON的原子层沉积(ALD)。在一个实施方式中，一或多个前驱物A、B、C、D包括具有一或多个气体的气体混合物。
[0016]前驱物A可含有硅和碳，前驱物B可含有氮，且前驱物C可含有氧和可能地碳。在其中使用三个前驱物A、B和C的实施方式中，第二等离子体源注入器144注入非反应性或惰性气体(诸如，氩或氮)的等离子体。在一实施方式中，仅有两个前驱物，诸如前驱物A和B，且前驱物注入器142注入前驱物A，且等离子体源注入器144注入反应性前驱物B的等离子体。
[0017]等离子体注入器130可将远程等离子体通过等离子体/气体口 135注入到处理腔室100中。或者，等离子体注入器130可将前驱物气体(诸如，含氮气体或含氮、氧和碳气体)通过等离子体/气体口 135注入到等离子体区域106中，且电极102、104在等离子体区域106中形成电场且进而在等离子体区域106中产生等离子体。其它类型的等离子体源可代替电极102、104而用以在等离子体区域106中产生等离子体。等离子体注入器144可将远程等离子体通过等离子体/气体口 175注入到处理腔室100中。或者，等离子体注入器144可将前驱物或惰性气体通过等离子体/气体口 175注入到等离子体区域185中，且电极181、189在等离子体区域185中形成电场且进而在等离子体区域185中产生等离子体。其它类型的等离子体源可代替电极181、189而用以在等离子体区域185中产生等离子体。在等离子体区域106中形成的等离子体可与在等离子体区域185中形成的等离子体含有相同的自由基。或者，在等离子体区域106中形成的等离子体可与在等离子体区域185中形成的等离子体含有不同的自由基。在一个实施方式中，不存在电极102、104和/或181、189，所以代替等离子体的前驱物气体流经衬底60的表面61。
[0018]净化气体注入器140将连续的或脉冲的非反应性气体或净化气体流通过多个气体口 145注入到处理腔室100中。净化气体从处理腔室100移除反应性材料和反应性副产物。净化气体通常是惰性气体，诸如氮、氩或氦。气体口 145可设置在气体口 125、135、165、175之间以便分离前驱物化合物A、B、C、D ;从而避免前驱物之间的气相交叉反应。
[0019]在另一方面，在将前驱物注入到处理腔室100中之前，可将远程等离子体源(未示出)连接至前驱物注入器120、前驱物注入器130和前驱物注入器142。处理腔室100进一步包括连接至处理腔室100的泵送系统150。泵送系统150可经配置以将气体流从处理腔室100通过一或多个真空口 155抽空。真空口 155可被设置在气体口 125、135、165、175之间，以便在气体流与衬底表面61反应之后将气体流从处理腔室100抽空，且进一步限制前驱物与等离子体/蚀刻剂气体之间的交叉污染。
[0020]处理腔室100包括设置在相邻口之间的多个分隔件160。每一分隔件160的下部延伸靠近衬底60的表面61，例如离表面61约0.5mm或更大。在此配置中，分隔件160的下部与衬底表面61分离达一距离，所述距离足以允许在气体流与衬底表面61反应之后使气体流围绕所述下部朝真空口 155流动。箭头198指示气体流的方向。由于分隔件160作为对气体流的物理阻挡层而操作，因此分隔件160也限制前驱物之间的气相交叉反应。多个加热器90可设置在衬底60下面，以协助在处理腔室100中执行的一或多个过程。
[0021]处理腔室100也可包括在气体/等离子体分配总成30下方经过的用于将衬底60传递通过处理腔室100的搬运梭(shuttle)65和轨道70。在图1中所示的实施方式中，搬运梭65以直线路径移动穿过处理腔室100。图2示出其中衬底以圆形路径移动通过回转处理系统的实施方式。
[0022]图2为根据一个实施方式的回转处理腔室200的透视图。处理腔室200可包括基座总成230和气体/等离子体分配总成250。基座总成230具有顶表面231和形成于顶表面231中的多个凹槽243。每一凹槽243可支撑一个衬底60。在一个实施方式中，基座总成230具有用于支撑六个衬底60的六个凹槽。每一凹槽243的大小被设计成使得支撑于凹槽243中的衬底60具有与基座总成230的顶表面231大体上共平面的顶表面61。基座总成230可在沉积/蚀刻过程期间或之间通过支撑轴240旋转。
[0023]气体/等离子体分配总成250包括多个饼形区段252。如在图2中所示，移除气体/等离子体分配总成250的部分，以展示安置于下方的基座总成23 0。代替由多个区段252形成，气体/等离子体分配总成250可以与基座总成230具有相同形状的整体而形成。在图3中示出气体/等离子体分配总成250的一部分。
[0024]图3为气体/等离子体分配总成250的一部分的示意性底视图。气体/等离子体分配总成250具有面向基座总成230的表面301。多个气体/等离子体口 302可形成在表面301中。净化气体口 304围绕每一气体/等离子体口 302，且真空口 306在相邻气体/等离子体口 302之间。气体/等离子体口 302可具有与气体/等离子体口 125、135、165、175相同的功能，净化气体口 304可具有与净化气体口 145相同的功能，且真空口 306可具有与真空口 155相同的功能。在一个实施方式中，存在设置在表面301中的八个气体/等离子体口 302。在一个实施方式中，存在形成气体/等离子体分配总成250的八个区段252，其中每一区段252具有一个气体/等离子体口 302。在图3中展示的气体/等离子体分配总成250的部分可为两个区段252的组合。在一个实施方式中，四个气体/等离子体口 302用于分配前驱物气体和/或惰性气体的等离子体，而其余四个口 302用于分配不同的前驱物气体。在若干次绕转之后，SiCN或SiCON膜沉积在衬底60的表面61上。
[0025]在操作期间，衬底60在这些空间分开的口 302下方移动且取得对不同化学或等离子体环境的连续且多次表面暴露，以在衬底60的表面61上形成SiCN或SiCON膜。由于所述系统可容纳不同工艺流下的不同前驱物，所以经沉积SiCN或SiCON膜的膜性质受到很好地控制。在一个实施方式中，经沉积SiCON膜由于高碳含量而具有较高的湿法清洁抗性和较低k值。在另一实施方式中，经沉积SiCON膜由于更平衡的氮和氧含量而在后续高温退火期间更加稳定。在另一实施方式中，经沉积SiCON膜对于诸如牺牲蚀刻硬掩模的应用具有最高S1-O含量。
[0026]图4图解说明根据一个实施方式的用于沉积电介质膜的工艺步骤400。在步骤402处，将多个衬底放置在处理腔室(诸如，处理腔室100或处理腔室200)内部。将衬底放置在气体/等离子体分配总成(诸如，气体/等离子体分配总成30、230)下方的基座总成(诸如，搬运梭65或基座总成230)上。每一衬底具有面向气体/等离子体分配总成的表面。在步骤404处，将衬底暴露于第一反应性前驱物气体，诸如前驱物气体A。在一个实施方式中，前驱物气体A包含二(三氯甲硅烷基)甲烷(BTCSM)、六氯乙硅烷(HCDS)，或二氯甲硅烷(DCS)。可将前驱物气体A从气体口(诸如，气体口 125或302)注入到处理腔室中。衬底可在气体口下方为旋转的或可在气体口下方为静止的。
[0027]接下来，在步骤406处，将衬底暴露于第二反应性气体(诸如前驱物气体B)的等离子体。在一些实施例中，将第二反应性气体注入到处理腔室中，且将衬底暴露于第二反应性气体，诸如前驱物气体B。可将前驱物气体B自注入器(诸如，等离子体注入器130)通过口(诸如，口 135)注入到等离子体区域(诸如，等离子体区域106)中。在等离子体区域中形成等离子体，且使等离子体流经衬底的顶表面。衬底可在口下方为旋转的或可在口下方为静止的。在一些实施例中，前驱物气体B包含一或多种含氮气体(诸如，乙腈、氮气、氨气或以上气体的组合)，以及一或多种含氧气体(诸如，水、氧气、二氧化碳或以上气体的组合)。在这些实施方式中，如在步骤410中所示，重复步骤404和406，直到SiCON膜沉积在衬底的表面上为止。
[0028]在其它实施方式中，前驱物气体B含有含氮气体(诸如乙腈、氮气、氨气或以上气体的组合)且不含有任何含氧气体。在这种情况下，如在步骤408中所展示，将衬底暴露于第三反应性气体(诸如，前驱物气体C)或第三反应性气体的等离子体。前驱物气体C可含有氧(诸如，水、氧气、二氧化碳或以上气体的组合)，或前驱物气体C可含有惰性气体，诸如氩。可将前驱物气体C自注入器(诸如，注入器142)通过口(诸如，口 165)注入到处理腔室中。或者，可将前驱物气体C自注入器(诸如，注入器144)通过口(诸如，口 175)注入到等离子体区域(诸如，等离子体区域185)中。在等离子体区域中形成等离子体且使等离子体流经衬底的顶表面。衬底可在口下方为旋转的或可在口下方为静止的。在这些实施方式中，如在步骤410中所示，重复步骤404、406、408，直到SiCON膜沉积在衬底的表面上为止。
[0029]在一个实施方式中，衬底首先暴露于BTCSM，然后暴露于氮、氨或以上的组合的等离子体，且最后暴露于水、氧、二氧化碳或以上的组合的气体或等离子体。重复暴露，直到SiCON膜沉积在每一衬底上为止。在另一实施方式中，衬底首先暴露于BTCSM，然后暴露于氮、氨或以上的组合和水、氧、二氧化碳或以上的组合的等离子体。重复暴露，直到SiCON膜沉积在每一衬底上为止。在另一实施方式中，衬底首先暴露于HCDS，然后暴露于氮、氨或以上的组合的等离子体，且最后暴露于氧和二氧化碳、水和二氧化碳或氧、二氧化碳和水的气体或等离子体。重复暴露，直到SiCON膜沉积在每一衬底上为止。在另一实施方式中，衬底首先暴露于HCDS，然后暴露于氮、氨或以上的组合、二氧化碳和水、氧或以上的组合的等离子体。重复暴露，直到SiCON膜沉积在每一衬底上为止。在另一实施方式中，衬底首先暴露于DCS，然后暴露于乙腈和氧、水或二氧化碳，且最后暴露于惰性等离子体(诸如，氩、氦或氮)以形成网络。重复暴露，直到SiCON膜沉积在每一衬底上为止。在另一实施方式中，衬底首先暴露于DCS，然后暴露于乙腈和水、氧、二氧化碳或以上的组合的等离子体。重复暴露，直到SiCON膜沉积在每一衬底上为止。在另一实施方式中，衬底首先暴露于含有硅或硅和碳的第一前驱物气体，然后暴露于含有氮和氧或碳中的至少一个的第二前驱物气体。重复暴露，直到SiCN或SiCON膜沉积在每一衬底上为止。在另一实施方式中，衬底首先暴露于含有硅的第一前驱物气体，然后暴露于含有乙腈的第二前驱物气体，且最后暴露于包括氧的气体的等离子体。重复暴露，直到SiCON膜沉积在每一衬底上为止。
[0030]虽然前文是针对本发明的实施例，但可在不脱离本发明的基本范围的情况下设想本发明的其它和进一步实施，且本发明的范围是由以上权利要求书来决定的。
【主权项】
1.一种用于形成电介质膜的方法，所述方法包含: 将多个衬底放置在处理腔室内部； 执行以下序列: 将所述衬底暴露于包含硅的第一反应性气体；且然后 将所述衬底暴露于包含氮以及氧或碳中的至少一个的第二反应性气 体的等1?子体；和 重复所述序列以在所述衬底的每一个上形成包含碳氮化硅或碳氮氧化硅的所述电介质膜。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一反应性气体包含二(三氯甲硅烷基)甲烷、六氯乙硅烷或二氯甲硅烷。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二反应性气体包含氨和二氧化碳。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个衬底中的所述衬底设置在基座总成上。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基座总成包括支撑所述多个衬底的多个凹槽。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述多个衬底包括六个衬底。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一反应性气体进一步包含碳。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个衬底中的所述衬底在暴露于所述第一反应性气体或所述等离子体时为旋转的。9.一种用于形成电介质膜的方法，所述方法包含: 将多个衬底放置在处理腔室内部； 执行以下序列: 将所述衬底暴露于包含硅的第一反应性气体；且然后 将所述衬底暴露于包含氮以及氧或碳中的至少一个的第二反应性气体；和 重复所述序列以在所述衬底的每一个上形成包含碳氮化硅或碳氮氧化硅的所述电介质膜。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一反应性气体包含二(三氯甲硅烷基)甲烷、六氯乙硅烷或二氯甲硅烷。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第二反应性气体包含氨和二氧化碳。12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述多个衬底设置在基座总成上。13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述基座总成包括支撑所述多个衬底的多个凹槽。14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述多个衬底包括六个衬底。15.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一反应性气体进一步包含碳。16.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述多个衬底中的所述衬底在暴露于所述第一反应性气体或所述第二反应性气体时为旋转的。17.一种用于形成电介质膜的方法，所述方法包含: 将多个衬底放置在处理腔室内部； 执行以下序列: 将所述衬底暴露于包含硅的第一反应性气体；然后 将所述衬底暴露于包含氮的第二反应性气体； 且然后 将所述衬底暴露于包含氧的气体或惰性气体的等离子体；和 重复所述序列以在所述衬底的每一个上形成包含碳氮化硅或碳氮氧化硅的所述电介质膜。18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述多个衬底设置在基座总成上。19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述基座总成包括支撑所述多个衬底的多个凹槽。20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述多个衬底包括六个衬底。
【专利摘要】本文中揭露的实施方式大体上涉及衬底的处理，且更具体而言，涉及用于形成电介质膜的方法。在一实施方式中，所述方法包括：将多个衬底放置在处理腔室内部，且执行以下序列：将所述衬底暴露于包含硅的第一反应性气体，且然后将所述衬底暴露于包含氮以及氧或碳中的至少一个的第二反应性气体的等离子体，以及重复所述序列以在所述衬底的每一个上形成包含碳氮化硅或碳氮氧化硅的所述电介质膜。
【IPC分类】H01L21/31
【公开号】CN104900513
【申请号】CN201510098387
【发明人】V·恩古耶, M·巴尔塞努, N·李, S·D·马库斯, M·沙立, D·汤普森, L-Q·夏
【申请人】应用材料公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月5日
【公告号】US20150252477
【技术领域】
[0001]本文中揭露的实施方式大体上涉及用于沉积薄膜的方法，且更具体而言，涉及用于使用原子层沉积来沉积SiCN或SiCON膜的方法。
【背景技术】
[0002]自引入半导体器件数十年来，半导体器件的几何形状的大小已显着减小。现代半导体制造设备通常生产具有45nm、32nm和28nm的特征大小的器件，且正在开发和实施新设备以制作具有小于12nm的尺寸的器件。另外，芯片构造正在经历从二维结构到三维结构的转折点，以便得到性能更好、耗电更低的器件。因此，用以形成这些器件的材料的保形沉积变得日益重要。
[0003]随着器件节点缩小至低于45nm，需要其中电介质膜对高深宽比结构具有低图案负载效应的保形覆盖。碳氮化硅(SiCN)和碳氮氧化硅(SiCON)由于其低介电常数k而作为间隔件和蚀刻停止层应用的候选。较低k改进RC电容器延迟，从而改进器件性能。另外，SiCN, SiCON膜对过氧化物和缓冲剂氧化蚀刻(BOE)湿法清洁中的氢氟酸(HF)更具抗性。然而，膜中的高百分率的碳产生低清洁蚀刻速率，但使电性能降级。另一方面，膜中的高百分率的氧或氮改进电性能，但牺牲了低清洁蚀刻速率。传统工艺技术基于即使是用高容量分批工艺但由于巨大泵送/冲洗时间量的低产量。另外，控制诸如气体流、等离子体均匀性的工艺参数对于巨型熔炉是巨大缺点。
[0004]因而，需要一种用于形成低k电介质膜的在工艺控制和拥有成本两方面的改进方法。
【发明内容】
[0005]本文中揭露的实施方式大体上涉及衬底的处理，且更具体而言，涉及用于形成电介质膜的方法。在一个实施方式中，所述方法包括:将多个衬底放置在处理腔室内部，且执行以下序列:将所述衬底暴露于包含硅的第一反应性气体，且然后将所述衬底暴露于包含氮以及氧或碳中的至少一个的第二反应性气体的等离子体，以及重复所述序列以在所述衬底的每一个上形成包含碳氮化硅或碳氮氧化硅的所述电介质膜。
[0006]在另一实施方式中，揭露一种用于形成电介质膜的方法。所述方法包括:将多个衬底放置在处理腔室内部且执行以下序列:将所述衬底暴露于包含硅的第一反应性气体；且然后将所述相同衬底暴露于包含氮以及氧或碳中的至少一个的第二反应性气体。重复所述序列以在所述衬底的每一个上形成包含碳氮化硅或硅碳氮氧化物的所述电介质膜。
[0007]在另一实施方式中，揭露一种用于形成电介质膜的方法。所述方法包括:将多个衬底放置在处理腔室内部且执行以下序列:将所述衬底暴露于包含硅的第一反应性气体，且将所述相同衬底暴露于包含氮的第二反应性气体，接着暴露于惰性或氧气等离子体。重复所述序列以在所述衬底的每一个上形成包含碳氮化硅或碳氮氧化硅的所述电介质膜。
【附图说明】
[0008]为了可详细地理解本发明的上述特征的方式，可参考实施作出对上文简要概述的本发明的更具体描述，所述实施例中的一些实施例在附图中图解说明。然而，应注意附图仅图解说明本发明的典型实施且因而不被视为对本发明范围的限制，因为本发明可承认其它同等有效的实施。
[0009]图1为根据一个实施方式的处理腔室的横截面侧视图。
[0010]图2为根据一个实施方式的回转处理腔室的透视图。
[0011]图3为根据一个实施方式的气体/等离子体分配总成的一部分的示意性底视图。
[0012]图4图解说明根据一个实施方式的用于沉积电介质膜的工艺步骤。
[0013]为促进理解，在可能的情况下已使用相同元件符号来指示诸图中共有的相同元件。预期在没有具体叙述的情况下，在一实施中揭露的元件可有利地用于其它实施。
【具体实施方式】
[0014]本文中揭露的实施方式大体上涉及衬底的处理，且更具体而言，涉及用于形成电介质膜的方法。在一实施方式中，所述方法包括:将多个衬底放置在处理腔室内部，且执行以下序列:将所述衬底暴露于包含硅的第一反应性气体，且然后将所述衬底暴露于包含氮和氧或碳中的至少一个的第二反应性气体的等离子体，以及重复所述序列以在所述衬底的每一个上形成包含碳氮化硅或碳氮氧化硅的所述电介质膜。
[0015]图1为根据一个实施方式的处理腔室100的横截面侧视图。处理腔室100能够在一或多个衬底60上执行一或多个沉积过程。处理腔室100包括能够跨衬底60的顶表面61分配一或多个气体和/或等离子体的气体/等离子体分配总成30。气体/等离子体分配总成30包括将一或多个气体流和/或等离子体传输至衬底60的多个气体口，和设置在相邻气体口之间以将气体流传输出处理腔室100的多个真空口。在一个实施方式中，气体/等离子体分配总成包括第一前驱物注入器120、第一等离子体注入器130、第二前驱物注入器142、第二等离子体注入器144和净化气体注入器140。注入器120、130、140、142、144可受诸如主机的系统计算机(未示出)控制，或受诸如可编程逻辑控制器的特定于腔室的控制器控制。前驱物注入器120将连续的或脉冲的化合物A的反应性前驱物流通过气体口 125注入到处理腔室100中。等离子体注入器130将化合物B的反应性前驱物的受激进气体通过气体口 135注入到处理腔室100中。前驱物注入器142将连续的或脉冲的化合物C的反应性前驱物流通过气体口 165注入到处理腔室100中。第二等离子体源注入器144将反应性前驱物D或非反应性气体(诸如，氩或氮)的等离子体通过气体口 175注入到处理腔室100中。前驱物A、B、C、D可用以在衬底60的表面61上执行SiCN或SiCON的原子层沉积(ALD)。在一个实施方式中，一或多个前驱物A、B、C、D包括具有一或多个气体的气体混合物。
[0016]前驱物A可含有硅和碳，前驱物B可含有氮，且前驱物C可含有氧和可能地碳。在其中使用三个前驱物A、B和C的实施方式中，第二等离子体源注入器144注入非反应性或惰性气体(诸如，氩或氮)的等离子体。在一实施方式中，仅有两个前驱物，诸如前驱物A和B，且前驱物注入器142注入前驱物A，且等离子体源注入器144注入反应性前驱物B的等离子体。
[0017]等离子体注入器130可将远程等离子体通过等离子体/气体口 135注入到处理腔室100中。或者，等离子体注入器130可将前驱物气体(诸如，含氮气体或含氮、氧和碳气体)通过等离子体/气体口 135注入到等离子体区域106中，且电极102、104在等离子体区域106中形成电场且进而在等离子体区域106中产生等离子体。其它类型的等离子体源可代替电极102、104而用以在等离子体区域106中产生等离子体。等离子体注入器144可将远程等离子体通过等离子体/气体口 175注入到处理腔室100中。或者，等离子体注入器144可将前驱物或惰性气体通过等离子体/气体口 175注入到等离子体区域185中，且电极181、189在等离子体区域185中形成电场且进而在等离子体区域185中产生等离子体。其它类型的等离子体源可代替电极181、189而用以在等离子体区域185中产生等离子体。在等离子体区域106中形成的等离子体可与在等离子体区域185中形成的等离子体含有相同的自由基。或者，在等离子体区域106中形成的等离子体可与在等离子体区域185中形成的等离子体含有不同的自由基。在一个实施方式中，不存在电极102、104和/或181、189，所以代替等离子体的前驱物气体流经衬底60的表面61。
[0018]净化气体注入器140将连续的或脉冲的非反应性气体或净化气体流通过多个气体口 145注入到处理腔室100中。净化气体从处理腔室100移除反应性材料和反应性副产物。净化气体通常是惰性气体，诸如氮、氩或氦。气体口 145可设置在气体口 125、135、165、175之间以便分离前驱物化合物A、B、C、D ;从而避免前驱物之间的气相交叉反应。
[0019]在另一方面，在将前驱物注入到处理腔室100中之前，可将远程等离子体源(未示出)连接至前驱物注入器120、前驱物注入器130和前驱物注入器142。处理腔室100进一步包括连接至处理腔室100的泵送系统150。泵送系统150可经配置以将气体流从处理腔室100通过一或多个真空口 155抽空。真空口 155可被设置在气体口 125、135、165、175之间，以便在气体流与衬底表面61反应之后将气体流从处理腔室100抽空，且进一步限制前驱物与等离子体/蚀刻剂气体之间的交叉污染。
[0020]处理腔室100包括设置在相邻口之间的多个分隔件160。每一分隔件160的下部延伸靠近衬底60的表面61，例如离表面61约0.5mm或更大。在此配置中，分隔件160的下部与衬底表面61分离达一距离，所述距离足以允许在气体流与衬底表面61反应之后使气体流围绕所述下部朝真空口 155流动。箭头198指示气体流的方向。由于分隔件160作为对气体流的物理阻挡层而操作，因此分隔件160也限制前驱物之间的气相交叉反应。多个加热器90可设置在衬底60下面，以协助在处理腔室100中执行的一或多个过程。
[0021]处理腔室100也可包括在气体/等离子体分配总成30下方经过的用于将衬底60传递通过处理腔室100的搬运梭(shuttle)65和轨道70。在图1中所示的实施方式中，搬运梭65以直线路径移动穿过处理腔室100。图2示出其中衬底以圆形路径移动通过回转处理系统的实施方式。
[0022]图2为根据一个实施方式的回转处理腔室200的透视图。处理腔室200可包括基座总成230和气体/等离子体分配总成250。基座总成230具有顶表面231和形成于顶表面231中的多个凹槽243。每一凹槽243可支撑一个衬底60。在一个实施方式中，基座总成230具有用于支撑六个衬底60的六个凹槽。每一凹槽243的大小被设计成使得支撑于凹槽243中的衬底60具有与基座总成230的顶表面231大体上共平面的顶表面61。基座总成230可在沉积/蚀刻过程期间或之间通过支撑轴240旋转。
[0023]气体/等离子体分配总成250包括多个饼形区段252。如在图2中所示，移除气体/等离子体分配总成250的部分，以展示安置于下方的基座总成23 0。代替由多个区段252形成，气体/等离子体分配总成250可以与基座总成230具有相同形状的整体而形成。在图3中示出气体/等离子体分配总成250的一部分。
[0024]图3为气体/等离子体分配总成250的一部分的示意性底视图。气体/等离子体分配总成250具有面向基座总成230的表面301。多个气体/等离子体口 302可形成在表面301中。净化气体口 304围绕每一气体/等离子体口 302，且真空口 306在相邻气体/等离子体口 302之间。气体/等离子体口 302可具有与气体/等离子体口 125、135、165、175相同的功能，净化气体口 304可具有与净化气体口 145相同的功能，且真空口 306可具有与真空口 155相同的功能。在一个实施方式中，存在设置在表面301中的八个气体/等离子体口 302。在一个实施方式中，存在形成气体/等离子体分配总成250的八个区段252，其中每一区段252具有一个气体/等离子体口 302。在图3中展示的气体/等离子体分配总成250的部分可为两个区段252的组合。在一个实施方式中，四个气体/等离子体口 302用于分配前驱物气体和/或惰性气体的等离子体，而其余四个口 302用于分配不同的前驱物气体。在若干次绕转之后，SiCN或SiCON膜沉积在衬底60的表面61上。
[0025]在操作期间，衬底60在这些空间分开的口 302下方移动且取得对不同化学或等离子体环境的连续且多次表面暴露，以在衬底60的表面61上形成SiCN或SiCON膜。由于所述系统可容纳不同工艺流下的不同前驱物，所以经沉积SiCN或SiCON膜的膜性质受到很好地控制。在一个实施方式中，经沉积SiCON膜由于高碳含量而具有较高的湿法清洁抗性和较低k值。在另一实施方式中，经沉积SiCON膜由于更平衡的氮和氧含量而在后续高温退火期间更加稳定。在另一实施方式中，经沉积SiCON膜对于诸如牺牲蚀刻硬掩模的应用具有最高S1-O含量。
[0026]图4图解说明根据一个实施方式的用于沉积电介质膜的工艺步骤400。在步骤402处，将多个衬底放置在处理腔室(诸如，处理腔室100或处理腔室200)内部。将衬底放置在气体/等离子体分配总成(诸如，气体/等离子体分配总成30、230)下方的基座总成(诸如，搬运梭65或基座总成230)上。每一衬底具有面向气体/等离子体分配总成的表面。在步骤404处，将衬底暴露于第一反应性前驱物气体，诸如前驱物气体A。在一个实施方式中，前驱物气体A包含二(三氯甲硅烷基)甲烷(BTCSM)、六氯乙硅烷(HCDS)，或二氯甲硅烷(DCS)。可将前驱物气体A从气体口(诸如，气体口 125或302)注入到处理腔室中。衬底可在气体口下方为旋转的或可在气体口下方为静止的。
[0027]接下来，在步骤406处，将衬底暴露于第二反应性气体(诸如前驱物气体B)的等离子体。在一些实施例中，将第二反应性气体注入到处理腔室中，且将衬底暴露于第二反应性气体，诸如前驱物气体B。可将前驱物气体B自注入器(诸如，等离子体注入器130)通过口(诸如，口 135)注入到等离子体区域(诸如，等离子体区域106)中。在等离子体区域中形成等离子体，且使等离子体流经衬底的顶表面。衬底可在口下方为旋转的或可在口下方为静止的。在一些实施例中，前驱物气体B包含一或多种含氮气体(诸如，乙腈、氮气、氨气或以上气体的组合)，以及一或多种含氧气体(诸如，水、氧气、二氧化碳或以上气体的组合)。在这些实施方式中，如在步骤410中所示，重复步骤404和406，直到SiCON膜沉积在衬底的表面上为止。
[0028]在其它实施方式中，前驱物气体B含有含氮气体(诸如乙腈、氮气、氨气或以上气体的组合)且不含有任何含氧气体。在这种情况下，如在步骤408中所展示，将衬底暴露于第三反应性气体(诸如，前驱物气体C)或第三反应性气体的等离子体。前驱物气体C可含有氧(诸如，水、氧气、二氧化碳或以上气体的组合)，或前驱物气体C可含有惰性气体，诸如氩。可将前驱物气体C自注入器(诸如，注入器142)通过口(诸如，口 165)注入到处理腔室中。或者，可将前驱物气体C自注入器(诸如，注入器144)通过口(诸如，口 175)注入到等离子体区域(诸如，等离子体区域185)中。在等离子体区域中形成等离子体且使等离子体流经衬底的顶表面。衬底可在口下方为旋转的或可在口下方为静止的。在这些实施方式中，如在步骤410中所示，重复步骤404、406、408，直到SiCON膜沉积在衬底的表面上为止。
[0029]在一个实施方式中，衬底首先暴露于BTCSM，然后暴露于氮、氨或以上的组合的等离子体，且最后暴露于水、氧、二氧化碳或以上的组合的气体或等离子体。重复暴露，直到SiCON膜沉积在每一衬底上为止。在另一实施方式中，衬底首先暴露于BTCSM，然后暴露于氮、氨或以上的组合和水、氧、二氧化碳或以上的组合的等离子体。重复暴露，直到SiCON膜沉积在每一衬底上为止。在另一实施方式中，衬底首先暴露于HCDS，然后暴露于氮、氨或以上的组合的等离子体，且最后暴露于氧和二氧化碳、水和二氧化碳或氧、二氧化碳和水的气体或等离子体。重复暴露，直到SiCON膜沉积在每一衬底上为止。在另一实施方式中，衬底首先暴露于HCDS，然后暴露于氮、氨或以上的组合、二氧化碳和水、氧或以上的组合的等离子体。重复暴露，直到SiCON膜沉积在每一衬底上为止。在另一实施方式中，衬底首先暴露于DCS，然后暴露于乙腈和氧、水或二氧化碳，且最后暴露于惰性等离子体(诸如，氩、氦或氮)以形成网络。重复暴露，直到SiCON膜沉积在每一衬底上为止。在另一实施方式中，衬底首先暴露于DCS，然后暴露于乙腈和水、氧、二氧化碳或以上的组合的等离子体。重复暴露，直到SiCON膜沉积在每一衬底上为止。在另一实施方式中，衬底首先暴露于含有硅或硅和碳的第一前驱物气体，然后暴露于含有氮和氧或碳中的至少一个的第二前驱物气体。重复暴露，直到SiCN或SiCON膜沉积在每一衬底上为止。在另一实施方式中，衬底首先暴露于含有硅的第一前驱物气体，然后暴露于含有乙腈的第二前驱物气体，且最后暴露于包括氧的气体的等离子体。重复暴露，直到SiCON膜沉积在每一衬底上为止。
[0030]虽然前文是针对本发明的实施例，但可在不脱离本发明的基本范围的情况下设想本发明的其它和进一步实施，且本发明的范围是由以上权利要求书来决定的。
【主权项】
1.一种用于形成电介质膜的方法，所述方法包含: 将多个衬底放置在处理腔室内部； 执行以下序列: 将所述衬底暴露于包含硅的第一反应性气体；且然后 将所述衬底暴露于包含氮以及氧或碳中的至少一个的第二反应性气 体的等1?子体；和 重复所述序列以在所述衬底的每一个上形成包含碳氮化硅或碳氮氧化硅的所述电介质膜。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一反应性气体包含二(三氯甲硅烷基)甲烷、六氯乙硅烷或二氯甲硅烷。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二反应性气体包含氨和二氧化碳。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个衬底中的所述衬底设置在基座总成上。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基座总成包括支撑所述多个衬底的多个凹槽。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述多个衬底包括六个衬底。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一反应性气体进一步包含碳。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个衬底中的所述衬底在暴露于所述第一反应性气体或所述等离子体时为旋转的。9.一种用于形成电介质膜的方法，所述方法包含: 将多个衬底放置在处理腔室内部； 执行以下序列: 将所述衬底暴露于包含硅的第一反应性气体；且然后 将所述衬底暴露于包含氮以及氧或碳中的至少一个的第二反应性气体；和 重复所述序列以在所述衬底的每一个上形成包含碳氮化硅或碳氮氧化硅的所述电介质膜。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一反应性气体包含二(三氯甲硅烷基)甲烷、六氯乙硅烷或二氯甲硅烷。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第二反应性气体包含氨和二氧化碳。12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述多个衬底设置在基座总成上。13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述基座总成包括支撑所述多个衬底的多个凹槽。14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述多个衬底包括六个衬底。15.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一反应性气体进一步包含碳。16.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述多个衬底中的所述衬底在暴露于所述第一反应性气体或所述第二反应性气体时为旋转的。17.一种用于形成电介质膜的方法，所述方法包含: 将多个衬底放置在处理腔室内部； 执行以下序列: 将所述衬底暴露于包含硅的第一反应性气体；然后 将所述衬底暴露于包含氮的第二反应性气体； 且然后 将所述衬底暴露于包含氧的气体或惰性气体的等离子体；和 重复所述序列以在所述衬底的每一个上形成包含碳氮化硅或碳氮氧化硅的所述电介质膜。18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述多个衬底设置在基座总成上。19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述基座总成包括支撑所述多个衬底的多个凹槽。20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述多个衬底包括六个衬底。
【专利摘要】本文中揭露的实施方式大体上涉及衬底的处理，且更具体而言，涉及用于形成电介质膜的方法。在一实施方式中，所述方法包括：将多个衬底放置在处理腔室内部，且执行以下序列：将所述衬底暴露于包含硅的第一反应性气体，且然后将所述衬底暴露于包含氮以及氧或碳中的至少一个的第二反应性气体的等离子体，以及重复所述序列以在所述衬底的每一个上形成包含碳氮化硅或碳氮氧化硅的所述电介质膜。
【IPC分类】H01L21/31
【公开号】CN104900513
【申请号】CN201510098387
【发明人】V·恩古耶, M·巴尔塞努, N·李, S·D·马库斯, M·沙立, D·汤普森, L-Q·夏
【申请人】应用材料公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月5日
【公告号】US20150252477
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