TWI670756B - 藉由沉積調整來解決fcvd的線條彎曲 - Google Patents

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Abstract

減少具支柱之基板表面粗糙度與線條彎曲的方法包括用自由基處理含支柱之基板,以形成處理表面。自由基可為矽基、氮基或氧基。方法包括使有機矽前驅物和氧前驅物反應,以在處理表面上面形成介電膜。方法包括在約150℃或以下的溫度下,固化介電膜。減少具支柱之基板表面粗糙度與線條彎曲的方法包括使有機矽前驅物、氧前驅物和自由基前驅物反應,以在含支柱之基板上面形成介電膜。方法包括在約150℃或以下的溫度下,固化介電膜。自由基前驅物可選自由氮基自由基前驅物、氧基自由基前驅物和矽基自由基前驅物所組成的群組。

Description

藉由沉積調整來解決FCVD的線條彎曲
本發明的實施例大體係關於表面處理及形成介電膜。
隨著裝置節點微縮,窄又高深寬比支柱變得機械易碎,及易因沉積期間的應力或力不平衡而彎曲。例如,高深寬比氧化矽支柱易受此彎曲。細長支柱周圍的應力或力不平衡可能係由毛細力與流動化學氣相沉積(FCVD)半月輪廓、FCVD沉積與基板間的黏滯力(例如由懸鍵間的分子間作用力引起)及/或表面粗糙度導致的局部應力引起。
第1圖係圖示部分半導體裝置100的截面示意圖,其中在半導體裝置100內的二支柱間發生線條彎曲。如第1圖所示,高深寬比裝置結構形成於基板表面。處理期間,裝置支柱102應保持朝垂直位向,壁面106不應橫穿開口104及接觸支柱102的鄰接壁面106。支柱102的壁面106受到毛細力,致使鄰接支柱102的壁面106朝彼此彎曲而相互接觸。線條彎曲係因鄰接支柱102的壁面106接觸所致,此最終將造成開口104封閉。黏滯例如至少發生在鄰接支柱間的交互作用點 108。一般線條彎曲、特別係線條黏滯並非所期,因為此例如會防止在後續基板處理步驟(例如進一步沉積步驟)期間進入開口104。
毛細力亦會造成結構材料彎曲而產生不當黏滯,以致損壞半導體基板。上述缺點在沉積處理基板時,對具高深寬比半導體支柱的基板特別明顯。線條彎曲係因毛細壓力遍及陷入溝槽或通孔的液體上面的氣液界面,使側壁朝彼此彎曲所致,側壁形成高深寬比溝槽或通孔。支柱的高深寬比和支柱本身的彈性常數亦會造成線條彎曲。由於毛細壓力,此有時亦稱作毛細力,具窄線寬與高深寬比的特徵結構易受氣液與液壁界面間的表面張力差異影響。
沉積期間,較黏性流動膜不均勻分布至各支柱間開口104內亦因各支柱間的沉積膜缺乏流動性而導致進一步線條彎曲。沉積於各支柱間的膜初始表面粗糙度也會引起不均勻沉積分布。沉積於具原生氧化物之支柱間的膜表面反應不均一亦會造成線條彎曲。由於裝置尺度化進展神速,半導體處理在防止線條彎曲方面正面臨嚴峻挑戰。
因此,此領域需要FCVD製程,以減少或消除沉積粗糙度引起的線條彎曲和局部應力。
在300毫米(mm)基板的實施例中,減少線條彎曲和具支柱之基板表面粗糙度的方法包括在約50 ℃至約800℃的溫度、約10毫托耳至約20托耳的壓力下,用自由基處理含支柱之基板,以形成處理表面。自由基可為矽基(silicon-based)、氮基(nitrogen-based)或氧基(oxygen-based),且自由基可按約0.1sccm(標準立方公分每分鐘)至約10000sccm的流率引入處理區。方法包括在約100℃或以下的溫度、約0.5托耳至約10托耳的壓力下,使有機矽前驅物和氧前驅物反應,以在處理表面上面形成介電膜。有機矽前驅物可按約10sccm至約1800sccm的流率引入處理區,氧前驅物可按約10mgm(毫克每分鐘)至約1500mgm的流率引入處理區。方法包括在約150℃或以下的溫度下,固化介電膜。
在一實施例中,減少具支柱之基板表面粗糙度和線條彎曲的方法包括在約100℃或以下的溫度、約0.5托耳至約10托耳的壓力下,使有機矽前驅物、氧前驅物和自由基前驅物反應,以在含支柱之基板上面形成介電膜。有機矽前驅物可按約10sccm至約1800sccm的流率引入處理區。氧前驅物可按約10mgm至約1500mgm的流率引入處理區。自由基前驅物可按約600sccm至約1250sccm的流率引入自由基源。方法包括在約150℃或以下的溫度下,固化介電膜。自由基前驅物可選自由氮基自由基前驅物、氧基自由基前驅物和矽基自由基前驅物所組成的群組。
100‧‧‧半導體裝置
102‧‧‧支柱
104‧‧‧開口
106‧‧‧壁面
108‧‧‧交互作用點
200‧‧‧設備
202‧‧‧處理腔室
204‧‧‧自由基源
206‧‧‧氣體入口
208‧‧‧導管
210‧‧‧自由基腔
212‧‧‧蓋組件
214‧‧‧頂板
216‧‧‧蓋緣
218‧‧‧噴淋頭
219、221‧‧‧氣源/自由基源
220‧‧‧支撐構件
222‧‧‧襯層
223‧‧‧分配板
224‧‧‧孔洞
226‧‧‧開口
228‧‧‧處理區
230‧‧‧主體
232‧‧‧支撐組件
234‧‧‧襯層
235‧‧‧狹閥(開口)
236‧‧‧口孔
238‧‧‧泵送通道
240‧‧‧真空系統
242‧‧‧真空埠
244‧‧‧閥
246‧‧‧真空泵
248、250‧‧‧表面
252‧‧‧支撐構件
254‧‧‧升降機構
256‧‧‧軸桿
258‧‧‧開口
260‧‧‧伸縮管
262‧‧‧加熱元件
264‧‧‧冷卻通道
302、304‧‧‧表面
306‧‧‧內部容積
308、310、316‧‧‧通道
312、314‧‧‧入口
402、404、406、408、410‧‧‧方塊
為讓本發明的上述概要特徵更明顯易懂,可配合參考實施例說明,部分實施例乃圖示在附圖。然應注意所附圖式僅說明本發明的典型實施例,故不宜視為限定本發明範圍,因為主張標的可接納其他等效實施例。
第1圖圖示因毛細力產生,導致支柱間線條彎曲的影響,支柱形成於基板上的半導體裝置結構內。
第2圖係根據一實施例的設備截面圖。
第3圖係可用於第2圖設備的雙通道噴淋頭截面圖。
第4A圖至第4B圖係製程流程圖,各圖圖示根據另一實施例的方法。
為助於理解,盡可能以相同的元件符號代表各圖中共同的相似元件。應理解某一實施例所述元件當可有益地用於其他實施例,在此不另外詳述。除非具體指明,否則圖式在此不應理解為按比例繪製。又,為清楚呈現及說明,通常乃簡化圖式及省略細節或部件。圖式和敘述用於說明下述原理,其中相似的元件符號代表相似的元件。
本申請案主張西元2014年12月22日申請的美國臨時專利申請案第62/095518號的權益,該臨時專利申請案全文以引用方式併入本文中。
為加以說明,以下敘述提及眾多特定細節,以對所述實施例有更徹底的理解。然熟諳此技術者將明 白本發明可不按該等特定細節實踐。在其他情況下,不描述特定設備結構,以免讓所述實施例變得晦澀難懂。以下敘述和圖式僅為說明實施例,故不宜解釋成限定主張標的。
所述含支柱之基板可具有複數個空間做為支柱形成於基板上的間隔與結構。空間可具高度和寬度,以定義高度與寬度的深寬比(即H/W),深寬比明顯大於1:1(例如5:1或至25:1或以上)。
第2圖係根據本發明一實施例,設備200的截面圖,用於介電膜/基板的矽烷基及/或自由基表面處理。如第2圖所示,設備200包括處理腔室202,處理腔室包含主體230和耦接至主體230的自由基源204。自由基源204可為任何能產生自由基的適合源。自由基源204可為遠端電漿源,例如射頻(RF)或超高射頻(VHRF)電容耦合電漿(CCP)源、感應耦合電漿(ICP)源、微波誘導(MW)電漿源、DC輝光放電源、電子迴旋共振(ECR)腔室或高密度電漿(HDP)腔室。或者,自由基源204可為紫外線(UV)源或熱線化學氣相沉積(HW-CVD)腔室的絲極。自由基源204可包括一或更多氣體入口206,自由基源204可由自由基導管208耦接至處理腔室202。
一或更多製程氣體可經由一或更多氣體入口206進入自由基源204,製程氣體可為自由基形成氣體且可為氣體混合物。一或更多製程氣體可包含含氧及/ 或含氮氣體,例如氧、H2O(水)、過氧化氫及/或氨。或者或除含氧及/或含氮氣體外,製程氣體可包含含矽氣體。含矽氣體實例包括有機矽、四烷基正矽酸鹽氣體和二矽氧烷。有機矽氣體包括具至少一碳-矽鍵的有機化合物氣體。四烷基正矽酸鹽氣體包括由附接至SiO4 4-離子的四個烷基組成的氣體。更特別地,一或更多前驅氣體可為(二甲基矽基)(三甲基矽基)甲烷((Me)3SiCH2SiH(Me)2)、六甲基二矽烷((Me)3SiSi(Me)3)、三甲基矽烷((Me)3SiH)、氯化三甲基矽烷((Me)3SiCl)、四甲基矽烷((Me)4Si)、四乙氧基矽烷((EtO)4Si)、四甲氧基矽烷((MeO)4Si)、肆(三甲基矽基)矽烷((Me3Si)4Si)、(二甲基胺基)二甲基矽烷((Me2N)SiHMe2)、二甲基二乙氧基矽烷((EtO)2Si(Me)2)、二甲基二甲氧基矽烷((MeO)2Si(Me)2)、甲基三甲氧基矽烷((MeO)3Si(Me))、二甲氧基四甲基二矽氧烷(((Me)2Si(OMe))2O)、三(二甲基胺基)矽烷((Me2N)3SiH)、雙(二甲基胺基)甲基矽烷((Me2N)2CH3SiH)、二矽氧烷((SiH3)2O)和上述組合物。
含矽氣體可與基板表面反應,例如與Si-OH懸鍵,以形成矽官能化基板表面。或者或此外,含矽氣體可於基板上形成共形矽層。相較於如未處理表面的 Si-OH懸鍵,矽官能化及/或矽沉積基板表面可減少相鄰支柱間的分子間作用力,例如氫鍵。含氮氣體和含氧氣體對未處理基板表面有類似效果。
一或更多製程氣體可包含鈍氣,例如氬。自由基源204產生的自由基(例如氧、氮或矽自由基)經由自由基導管208進入處理腔室202。處理條件可最佳化,使氮、氧及/或矽基板表面含量達預定均勻度。
自由基導管208係蓋組件212的零件,蓋組件亦包括自由基腔210、頂板214、蓋緣216和雙通道噴淋頭218。自由基導管208可包含實質不與自由基反應的材料。例如,自由基導管208可包含AlN、SiO2、Y2O3、MgO、陽極化Al2O3、藍寶石、含一或更多Al2O3、藍寶石、AlN、Y2O3、MgO的陶瓷或塑膠。適合SiO2材料的代表性實例為石英。或者或此外,自由基導管208於操作時接觸自由基的表面可具有塗層。塗層亦可包含AlN、SiO2、Y2O3、MgO、陽極化Al2O3、藍寶石、含一或更多Al2O3、藍寶石、AlN、Y2O3、MgO的陶瓷或塑膠。若使用塗層,則塗層厚度可為約1微米(μm)至約1mm。塗層可利用噴塗製程施用。自由基導管208可設置於內或由自由基導管支撐構件220支撐。自由基導管支撐構件220可設在頂板214,頂板置於蓋緣216上。
自由基腔210設在下方並耦接至自由基導管208,自由基源204產生的自由基經由自由基導管208 進入自由基腔210。在此所用方向性術語,例如「下方」、「上方」、「下」、「頂部」或「底部」等係相對腔室的基礎平面,而非絕對方向。自由基腔210由耦接蓋緣216的頂板214界定,蓋緣耦接雙通道噴淋頭218。視情況而定,自由基腔210可包括襯層222。襯層222可覆蓋在自由基腔210內的頂板214表面和蓋緣216。襯層222可包含實質不與自由基反應的材料。例如,襯層222可包含AlN、SiO2、Y2O3、MgO、陽極化Al2O3、藍寶石、含一或更多Al2O3、藍寶石、AlN、Y2O3、MgO的陶瓷或塑膠。或者或此外,自由基腔210接觸自由基的表面可由實質不與自由基反應的材料組成或塗覆該材料。例如,表面可由AlN、SiO2、Y2O3、MgO、陽極化Al2O3、藍寶石、含一或更多Al2O3、藍寶石、AlN、Y2O3、MgO的陶瓷或塑膠組成或塗覆該材料。若使用塗層,則塗層厚度可為約1μm至約1mm。藉由不消耗產生自由基,往置於處理腔室202的基板的自由基通量將增加。
通常,由如氣態分子能量激發產生的活化氣體係由帶電離子、自由基和電子的電漿組成。在期望有電漿自由基的一些製程中(比起離子或自由基與離子混合物,更期以電漿自由基方式與基板上的矽或多晶矽材料反應),自由基分配板223可當作離子濾器,例如靜電濾器、絲極或網狀濾器、或磁性濾器,用於頂板214與雙通道噴淋頭218之間,以消除主要或實質所有電漿 離子,使得僅電漿自由基流過雙通道噴淋頭218及與基板上的矽或多晶矽材料反應,使基板表面處理有更大的選擇性。在自由基源204的自由基流經雙通道噴淋頭218的情況下,可用少量功率開啟雙通道噴淋頭218,以促進自由基再生而補償因流動路徑造成的自由基損失,或利用不同RF頻率與其他參數來改變自由基組成。或者,可不供電給雙通道噴淋頭218的電極。如此,出自自由基源204的電漿自由基將繞過雙通道噴淋頭218,以避免或減少在處理區228內產生不當反應。
自由基分配板223可由和襯層222一樣的材料製成,或可塗覆和襯層222一樣的材料。自由基分配板223可用於控制自由基流動輪廓。自由基分配板223在自由基腔210內的位置(即自由基分配板223與頂板214間的距離和自由基分配板223與雙通道噴淋頭218間的距離)亦可調整以影響自由基分布。
自由基分配板223包含複數個孔洞,孔洞配置以控制活化氣體(即離子、自由基及/或中性物種)通過自由基分配板223。例如,孔洞的深寬比(即孔洞直徑對長度)及/或孔洞的幾何形狀可控制以減少活化氣體中的離子帶電物種通過自由基分配板223。自由基分配板223的孔洞例如包括面對頂板214的圓柱部和面對雙通道噴淋頭218的錐形部。圓柱部可塑形及按尺寸製作以控制離子物種流至雙通道噴淋頭218。可調電偏壓亦可施加至自由基分配板223做為附加手段來控制離子物 種流過自由基分配板223。控制離子物種通過自由基分配板223的量可加強控制活化氣體,使之接觸底下基板,進而加強控制氣體混合物的表面處理特性。例如,調整氣體混合物的離子濃度可轉移沉積介電材料的共形至流動平衡。
自由基接著通過設於雙通道噴淋頭218的複數個孔洞224而進入處理區228。雙通道噴淋頭218進一步包括直徑小於複數個孔洞224的複數個開口226。
複數個開口226連接至內部容積(未圖示),內部容積不流體連通複數個孔洞224。至少二氣體/自由基源219、221耦接至雙通道噴淋頭218。雙通道噴淋頭218可加熱或冷卻。在一實施例中,雙通道噴淋頭218加熱達約100℃至約600℃。在另一實施例中,雙通道噴淋頭218冷卻至約25℃至約75℃。一或更多加熱元件(未圖示)及/或冷卻元件(未圖示)可埋置於雙通道噴淋頭218。加熱元件和冷卻元件可用於控制操作期間雙通道噴淋頭218的溫度。加熱元件可為任何適合加熱元件,例如一或更多電阻式加熱元件。加熱元件可連接至一或更多電源(未圖示)。冷卻劑可流過通道,以冷卻雙通道噴淋頭218。雙通道噴淋頭218將詳述於後(第3圖)。
處理腔室202包括蓋組件212、主體230和支撐組件232。支撐組件232至少部分置於主體230內。主體230包括狹閥開口235,以供進出處理腔室202 內部。主體230包括襯層234,襯層覆蓋主體230的內面。襯層234包括一或更多口孔236和泵送通道238形成於內,泵送通道流體連通真空系統240。口孔236提供氣體流入泵送通道238的路徑,泵送通道提供處理腔室202內的氣體排出。或者,口孔和泵送通道可設在主體230底部,氣體可從主體230底部抽出處理腔室202。在此所用方向性術語,例如「下方」、「上方」、「下」、「頂部」或「底部」等係相對腔室的基礎平面,而非絕對方向。
真空系統240包括真空埠242、閥244和真空泵246。真空泵246經由真空埠242流體連通泵送通道238。口孔236容許泵送通道238流體連通主體230內的處理區228。處理區228由雙通道噴淋頭218的下表面248與支撐組件232的上表面250界定。襯層234圍繞處理區228。在此所用方向性術語,例如「下方」、「上方」、「下」、「頂部」或「底部」等係相對腔室的基礎平面,而非絕對方向。
支撐組件232包括支撐構件252,用以支撐基板(未圖示)供在主體230內處理。基板可為任何標準尺寸,例如300mm。或者,基板可大於300mm,例如450mm或更大。視操作溫度而定,支撐構件252可包含AlN或鋁。支撐構件252可配置以夾持基板,支撐構件252可為靜電夾盤或真空夾盤。
支撐構件252可經由軸桿256耦接至升降機構254,軸桿穿過形成於主體230底表面的置中開口258。升降機構254可由伸縮管260彈性密封至主體230,以防軸桿256周圍真空洩漏。升降機構254容許支撐構件252在主體230內的處理位置與較低傳送位置間垂直移動。傳送位置略低於狹閥開口235。操作期間,基板與雙通道噴淋頭218的間隔可最小化,使基板表面的自由基通量最大化。例如,間隔可為約100mm至約5000mm。升降機構254可配置以利用耦接至支撐構件252的轉子(未圖示)轉動軸桿256,進而轉動支撐構件252,致使置於支撐構件252上的基板於操作時旋轉。基板旋轉有助於改善表面處理均勻度。
一或更多加熱元件262和冷卻通道264可埋置於支撐構件252。加熱元件262和冷卻通道264可用於控制操作期間的基板溫度。加熱元件262可為任何適合加熱元件,例如一或更多電阻式加熱元件。加熱元件262可連接至一或更多電源(未圖示)。加熱元件262可個別控制,以個別加熱及/或冷卻控制多區加熱或冷卻。具備個別控制多區加熱及冷卻的能力,可在不同處理條件下增強基板溫度輪廓。冷卻劑可流過通道264,以冷卻基板。支撐構件252可進一步包括氣體通道穿過上表面250,以讓冷卻氣體流至基板背側。
腔室202包含RF源。RF源可耦接至雙通道噴淋頭218或支撐構件252。RF源可為低頻、高頻或超 高頻。在一實施例中,如第2圖所示,雙通道噴淋頭218耦接至RF源,支撐構件252則接地。在另一實施例中,雙通道噴淋頭218為接地,支撐構件252則耦接至RF源。在任一實施例中,操作期間,電容耦合電漿可在雙通道噴淋頭218與支撐構件252間的處理區228形成。當自由基源為遠端電漿源時,除了於自由基源形成電漿,還可於處理區228形成電容耦合電漿。支撐構件252可利用DC源偏壓,以增加活化氣體轟擊。故處理腔室202可為PECVD/FCVD腔室,設備200能進行循環製程(交替自由基應用PECVD/FCVD)。
或者或除自由基源204供應的自由基外,一或更多含氮、含氧和含矽氣體可由雙通道噴淋頭218供應至基板供表面處理。第3圖係根據所述實施例,雙通道噴淋頭218的截面圖。雙通道噴淋頭218具有面對自由基腔210的第一表面302和相對第一表面302的第二表面304。第二表面304面對支撐組件232。第一表面302與第二表面304間隔開以提供內部容積306。第一和第二表面302、304可由實質不與自由基反應的材料組成或塗覆該材料。例如,表面302、304可由AlN、SiO2、Y2O3、MgO、陽極化Al2O3、藍寶石、含一或更多Al2O3、藍寶石、AlN、Y2O3、MgO的陶瓷或塑膠組成或塗覆該材料。若使用塗層,則塗層厚度可為約1μm至約1mm。複數個孔洞224形成於雙通道噴淋頭218。孔洞224可從第一表面302延伸到第二表面304,自由 基源204產生的自由基可通過孔洞224而抵置於支撐組件232上的基板。內部容積306圍繞複數個孔洞224,一或更多環狀通道308、310圍繞內部容積306和複數個孔洞224。
內部容積306流體連通一或更多環狀通道308、310。複數個開口226從內部容積306延伸到第二表面304。一或更多環狀通道308、310連接至入口312,入口耦接至氣源221。氣源221可提供前驅氣體至雙通道噴淋頭218,例如含矽氣體、含氧氣體及/或含氮氣體,前驅氣體流過一或更多環狀通道308、310而至內部容積306,及經由複數個開口226往處理區228。
由於複數個孔洞224的開口不流體連通內部容積306,通過複數個孔洞224的自由基不會與雙通道噴淋頭218中的前驅氣體混合。因噴淋頭218含有一或更多彼此不流體連通的通道,故噴淋頭218係雙通道噴淋頭218。然噴淋頭218可含有兩個以上的通道,此亦稱作雙通道噴淋頭。複數個孔洞224各自的內徑為約0.10吋至約0.35吋。複數個開口226各自的直徑為約0.01吋至約0.04吋。
一或更多環狀通道308、310可由一或更多連接通道316連接,連接通道316的截面小於環狀通道308、310。此構造有助於使前驅氣體均勻分配至內部容積306及離開開口226。然若自由基將進入入口312,則當從大環狀通道308流向小連接通道316時, 自由基可復合。為提供不同於形成於自由基源204的自由基的自由基路徑,第二入口314形成於雙通道噴淋頭218,第二入口314連接至內部容積306並繞過一或更多環狀通道308、310。第二入口314不同於第一入口312,且可配置以將自由基從自由基源219引導到內部容積306,而不通過一或更多環狀通道308、310。
利用設備200表面處理期間的處理條件如下。處理腔室202的溫度可維持在約50℃至800℃,例如約100℃至約600℃。處理腔室202的壓力可維持為約10毫托耳至約20托耳,例如約0.5托耳至約8托耳。就300mm基板而言,至少一含矽、含氮及/或含氧前驅氣體可按約0.1sccm至約10000sccm的流率引入處理區228。或者或此外,就300mm基板而言,該等自由基形成氣體可按約1sccm至約50000sccm的流率引入自由基源204。若有使用,則就300mm基板而言,載氣流率可為約1sccm至約50000sccm。或者或除雙通道噴淋頭218外,自由基可由自由基源204產生。例如,若自由基源204係電容耦合遠端電漿源,則就300mm基板而言,可以約50瓦(W)至約15000W的RF功率產生自由基,例如RF功率為約2000W至約10000W。
表面處理後,相較於處理前的支柱和整體基板表面,已處理基板表面的支柱越均勻,越能減小支柱間黏滯力和表面粗糙度。線條彎曲和表面粗糙度可利用 顯微鏡監測,例如掃描式電子顯微鏡和穿隧式電子顯微鏡。然其他顯微鏡技術亦可用於監測線條彎曲。利用此技術,可藉由計算鄰接支柱島部及/或凹部間距的標準差,以監測線條彎曲。例如,可計算基板各處二十個晶粒的平均與標準差。低標準差意味著線條彎曲比具高標準差值的基板晶粒少。在此,均勻度係指島部間距及/或支柱間空間的標準差。若基板表面各處的島部/凹部均勻度很高,則將有較少線條彎曲。
根據本發明實施例,所述表面處理可調節FCVD填充半月輪廓,及在如後續FCVD製程後減小鄰接支柱間的毛細力。降低基板表面的表面反應性可減小基板鄰接支柱間的黏滯力,及容許後續FCVD製程填充鄰接支柱間的間隙,並減少FCVD製程之前與期間線條彎曲。故根據本發明實施例的表面處理可調節處理層的初始沉積粗糙度和沉積至處理層上的後續FCVD層。
或者或除上述表面處理外,流動層可利用流動或仿流動CVD製程形成在處理或未處理基板上面。流動層通常依毯覆式形成、填充圖案化基板的凹部及覆蓋圖案化基板的凸部。流動層可為氧化層。
沉積介電膜在低電漿功率下通常更具流動性,且隨電漿功率提高而從流動性轉移成共形性。例如,當電漿功率從約1000瓦降至約100瓦或以下時(例如約900、800、700、600或500瓦或以下),保持在處理區228中的含氬電漿可製造更具流動性的氧化矽層,當 電漿功率從約1000瓦或以上增加時(例如約約1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700瓦或以上),將製造更共形層。隨著電漿功率從低增加至高,可較平順且連續從流動性轉變成共形沉積膜,或利用較不連續閥值進行。電漿功率(單獨或除其他沉積參數外)可調整以選擇沉積膜的共形與流動性平衡。
在圖案化基板上面形成氧化層的示例性製程包括在約100℃或以下的溫度下,使有機矽前驅物和氧前驅物反應,以形成流動氧化層。適合的有機矽前驅物具有小於8的碳原子與矽原子比率。適合的有機矽化合物亦具有0至約6的氧與矽原子比率,且包括Si-O-Si交鏈,以助於SiOx膜形成及減少碳與羥基污染。
適合的有機矽化合物可為矽氧烷化合物(例如三乙氧基矽氧烷、四甲氧基矽氧烷、三甲氧基矽氧烷、六甲氧基二矽氧烷、八甲氧基三矽氧烷及/或八甲氧基十二矽氧烷)、具一或更多氮基的矽氮氧烷(例如六甲氧基二矽氮氧烷、甲基六甲氧基二矽氮氧烷、氯六甲氧基二矽氮氧烷、六乙氧基二矽氮氧烷、九甲氧基三矽氮氧烷和八甲氧基環矽氮氧烷)、包括一或更多鹵素基元(例如氟化物、氯化物、溴化物或碘化物)的鹵化矽氧烷化合物(例如四氯矽烷、二氯二乙氧基矽氧烷、氯三乙氧基矽氧烷、六氯二矽氧烷及/或八氯三矽氧烷)和胺基矽烷(例如三矽烷胺、六甲基二矽氮烷、雜氮矽三環、肆(二甲基胺基)矽烷、雙(二乙基胺基)矽烷、三(二甲基胺基) 氯矽烷和甲基雜氮矽三環)。適合的有機矽化合物亦可為二矽烷,例如烷氧基二矽烷、烷氧基烷基二矽烷和烷氧基乙醯氧基二矽烷,包括具以下一般結構的化合物: 其中R1-R6個別為C1-3烷氧基、C1-3烷基或乙醯氧基,其中R1-R6的至少一者為烷氧基或乙醯氧基。適合的有機矽化合物亦包括具烷基與烷氧基基元的環狀二矽烷,例如具至少一烷基與烷氧基的丁矽烷、戊矽烷、己矽烷、庚矽烷、辛矽烷等。實例包括八甲基-1,4-二氧雜-2,3,5,6-四矽雜環己烷、1,4-二氧雜-2,3,5,6-四矽環己烷、1,2,3,4,5,6-六甲氧基-1,2,3,4,5,6-六甲基環己矽烷等其他烷氧基烷基環矽烷。適合的有機矽化合物亦包括有機環矽烷,例如環丁矽烷、環戊矽烷、環己矽烷、環庚矽烷、環辛矽烷和其他類似化合物。
氧前驅物可包括分子氧(O2)、臭氧(O3)、氮氧化合物(例如NO、NO2或N2O)、氫氧化合物(例如水或過氧化氫)、碳氧化合物(例如一氧化碳或二氧化碳)和其他含氧前驅物。氧前驅物亦可包括原子氧及/或氧自由基,此可遠端產生並偕同有機矽前驅物引入。諸如氦、氖、氬及/或氫等載氣可與有機矽前驅物、氧前驅物或二者混合。氧前驅物可在引入沉積腔室前活化,例如利用遠端電漿源,活化包括熱解離、紫外光解離、 射頻(RF)、直流(DC)及/或微波解離。在一實施例中,4-6千瓦(kW)的RF功率耦合至900-1800sccm的氬與600-1200sccm的分子氧流量。加熱溫度可為室溫至約1100℃。
有機矽前驅物和氧前驅物通常由不同路徑引入沉積腔室,以免在沉積腔室外面反應。有機矽前驅物可像氣體一樣按約800mgm至約1600mgm的液體當量流率引入沉積腔室。氦可按約600sccm至約2400sccm的流率納入做為載氣。活化氧前驅物可按約3sLm(標準升每分鐘)至約20sLm的流率引入沉積腔室。前驅物反應以沉積流動氧化層至具圖案化光阻材料的基板上。流動氧化物流動而填充圖案化基板的凹部。在一實施例中,流動氧化層可為氧化矽,沉積厚度為200-400埃()且覆蓋材料凸部。
有機矽前驅物可用於在約-10℃至約150℃的處理溫度(例如約30℃至約100℃,例如約65℃)和約0.5托耳至約10托耳的壓力下形成流動層。有機矽前驅物可按約10sccm至約1800sccm的流率提供,例如約600sccm至約1600sccm,例如約1400sccm。氧前驅物可按約10mgm至約1500mgm的流率提供,例如約1000mgm。
氮基自由基前驅物亦可按約600sccm至約1250sccm的流率提供至自由基源,例如約800sccm。在流動SiO層形成期間引入氮基自由至如處理區 228可減小沉積時基板鄰接支柱的黏滯力、改善毛細力和沉積SiO膜的表面粗糙度。上述矽烷基氣體和自由基氣體範圍的較高流率值可改善膜的流動性、基板的線條彎曲和沉積FCVD膜的粗糙度與機械強度。在一些實施例中,有機矽前驅物流率與氮基自由基流率比為約1:1至約10:1,例如約2:1。氮基自由基氣體可衍生自如氨。
如上所述,當流動SiO膜沉積至未經表面處理的基板上時,利用較小氮基自由基流率(例如600sccm)可獲得類似有益結果。
當矽基和氧基自由基取代或結合氮基自由基供應至處理區228時,可獲得類似有益結果。矽基和氧基自由基源可衍生自上述表面處理用矽基和氧基前驅物。如同氮基自由基FCVD製程的條件,類似處理條件可用於矽基和氧基自由基FCVD製程。當其他矽烷氣體用作沉積流動膜(即流動介電膜未必係SiO膜)的來源時,亦可獲得類似有益結果。
流動膜通常會在沉積後固化,以移除水氣和殘餘有機物、硬化及密化該層。固化通常係利用低溫製程進行,使磁性活化材料維持在約100℃或以下的溫度。製程包括接觸感應耦合電漿、紫外光、臭氧、電子束、酸性或鹼性蒸汽、含水環境(例如加熱去離子水),及結合或相繼此類處理。為助於固化,可利用表面加熱方法加熱流動氧化層達約150℃或以下。表面加熱方法 包括接觸紅外線或加熱燈及靠近熱腔室表面,例如噴淋頭。若基板置於能冷卻磁性活化材料的基板支撐件上,則可視基板支撐件的冷卻能力,加熱流動氧化層達更高溫度。
在其他實施例中,使用熱源加熱基板,熱源施加至相對氧化層的基板表面,以固化氧化層。例如,基板可置於加熱基板支撐件上,為固化氧化層,可加熱基板支撐件,從而加熱基板達約100℃至約150℃。
在此所用流動氧化層可依需求部分固化,以縮短固化時間或使固化氧化層達成一定預定性質。通常期流動氧化層固化達足以形成圖案且由固化氧化層維持而不流動的一定程度。若固化以固化後的水氣加上殘留層內的有機物除以原有水氣加上有機物的百分比表示,則0%係指未固化層,例如剛沉積之流動氧化層,100%係指固化程度為已移除所有水氣與有機物的層,在此所用流動氧化層通常經固化達至少約40%,例如約50%至約95%,例如約90%。
在一些實施例中,可利用如FCVD形成膜至處理表面或未處理膜表面上。膜可包括含矽膜,但不以此為限。例如,膜可沉積及由SiC、SiO、SiCN、SiO2、SiOC、SiOCN、SiON及/或SiN組成。膜組成取決於前驅氣體組成。SiC膜可利用如(二甲基矽基)(三甲基矽基)甲烷、六甲基二矽烷及/或三甲基矽烷沉積。SiO/SiO2膜可利用如TEOS及/或二矽氧烷沉積。 SiCN膜可利用如三(二甲基胺基)矽烷、雙(二甲基胺基)甲基矽烷及/或(二甲基胺基)二甲基矽烷沉積。SiOC膜可利用如三(二甲基胺基)矽烷、雙(二甲基胺基)甲基矽烷、(二甲基胺基)二甲基矽烷、三(二甲基胺基)矽烷、雙(二甲基胺基)甲基矽烷及/或(二甲基胺基)二甲基矽烷沉積。SiOCN膜可利用如三(二甲基胺基)矽烷、雙(二甲基胺基)甲基矽烷及/或(二甲基胺基)二甲基矽烷形成。SiON膜可利用如二矽氧烷或三矽烷胺形成。SiN膜可利用如三矽烷胺(TSA)及/或矽烷沉積。
流動或仿流動層可利用高密度電漿CVD系統、電漿加強CVD系統及/或次大氣壓CVD系統等其他系統形成。能形成流動或仿流動氧化層的CVD系統實例包括ULTIMA HDP CVD®系統和PRODUCER®系統上的ETERNA CVD®,二者均取自美國加州聖克拉拉的應用材料公司(Applied Materials,Inc.)。取自其他製造商的其他類似構造CVD系統也可使用。
第4A圖係製程流程圖,該圖圖示根據另一實施例的方法。如第4A圖所示,減少線條彎曲與具支柱之基板表面粗糙度的方法包括用自由基處理含支柱之基板,以形成處理表面(方塊402)。如上所述,用自由基處理含支柱之基板以形成處理表面可在約50℃至約800℃的溫度、約10毫托耳至約20托耳的壓力下進行。自由基可為矽基、氮基或氧基,自由基可按約0.1sccm至約10000sccm的流率引入處理區。方法包括使有機 矽前驅物和氧前驅物反應,以在處理表面上面形成介電膜(方塊404)。使有機矽前驅物和氧前驅物反應以在處理表面上面形成介電膜可在約100℃或以下的溫度、約0.5托耳至約10托耳的壓力下進行。有機矽前驅物可按約10sccm至約1800sccm的流率引入處理區,氧前驅物可按約10mgm至約1500mgm的流率引入處理區。方法包括在約150℃或以下的溫度下,固化介電膜(方塊406)。本發明的實施例可藉由改善毛細力和鄰接支柱間的黏滯力而改進基板表面粗糙度和基板支柱的整體線條彎曲。
第4B圖係製程流程圖,該圖圖示根據又一實施例的方法。如第4B圖所示,減少線條彎曲與具支柱之基板表面粗糙度的方法包括使有機矽前驅物、氧前驅物和自由基前驅物反應,以在含支柱之基板上面形成介電膜(方塊408)。在含支柱之基板上面形成介電膜可在約100℃或以下的溫度、約0.5托耳至約10托耳的壓力下進行。有機矽前驅物可按約10sccm至約1800sccm的流率引入處理區。氧前驅物可按約10mgm至約1500mgm的流率引入處理區。自由基前驅物可按約600sccm至約1250sccm的流率引入自由基源。方法包括在約150℃或以下的溫度下,固化介電膜(方塊410)。自由基前驅物可選自由氮基自由基前驅物、氧基自由基前驅物和矽基自由基前驅物所組成的群組。
本發明的實施例可改善毛細力和鄰接支柱間的黏滯力,藉以改進基板表面粗糙度和基板支柱的整體線條彎曲。本發明的實施例亦可改善沉積流動膜的流動性。
雖然以上係針對本發明實施例說明,但在不脫離本發明基本範圍的情況下,當可策劃本發明的其他和進一步實施例,因此本發明範圍視後附申請專利範圍所界定者為準。

Claims (20)

  1. 一種減少具支柱之基板的表面粗糙度與線條彎曲的方法,包含:在一遠端電漿系統中形成多個第一自由基與離子,該遠端電漿系統係一自由基源;在一噴淋頭中形成多個第二自由基;在約50℃至約800℃的一溫度、約10毫托耳至約20托耳的一壓力下,用至少該等第一自由基與第二自由基處理一含支柱之基板,以形成一處理表面,其中該等第一自由基與第二自由基係矽基(silicon-based)、氮基(nitrogen-based)或氧基(oxygen-based),且該等第一自由基與第二自由基按約0.1sccm至約10000sccm的一流率引入一處理區;在約100℃或以下的一溫度、約0.5托耳至約10托耳的一壓力下,使該等第一自由基與第二自由基的至少一者、一有機矽前驅物和一氧前驅物反應,以在該處理表面上面形成一介電膜,其中該有機矽前驅物按約10sccm至約1800sccm的一流率引入一處理區,該氧前驅物按約10mgm至約1500mgm的一流率引入該處理區;及在約150℃或以下的一溫度下,固化該介電膜。
  2. 如請求項1所述之方法,其中在該處理表面上面形成該介電膜進一步包含按約600sccm至約1250sccm的一流率提供一自由基前驅物至該自由基源。
  3. 如請求項1所述之方法,其中該等第一自由基與第二自由基的至少一者係氧基,且衍生自選自由氧、H2O和過氧化氫所組成群組的一或更多化合物。
  4. 如請求項1所述之方法,其中該等第一自由基與第二自由基的至少一者係矽基,且衍生自選自由(二甲基矽基)(三甲基矽基)甲烷((Me)3SiCH2SiH(Me)2)、六甲基二矽烷((Me)3SiSi(Me)3)、三甲基矽烷((Me)3SiH)、氯化三甲基矽烷((Me)3SiCl)、四甲基矽烷((Me)4Si)、四乙氧基矽烷((EtO)4Si)、四甲氧基矽烷((MeO)4Si)、肆(三甲基矽基)矽烷((Me3Si)4Si)、(二甲基胺基)二甲基矽烷((Me2N)SiHMe2)、二甲基二乙氧基矽烷((EtO)2Si(Me)2)、二甲基二甲氧基矽烷((MeO)2Si(Me)2)、甲基三甲氧基矽烷((MeO)3Si(Me))、二甲氧基四甲基二矽氧烷(((Me)2Si(OMe))2O)、三(二甲基胺基)矽烷((Me2N)3SiH)、雙(二甲基胺基)甲基矽烷 ((Me2N)2CH3SiH)和二矽氧烷((SiH3)2O)所組成群組的一或更多化合物。
  5. 如請求項1所述之方法,其中形成該處理表面進一步包含控制經由一自由基分配板朝該含支柱之基板的一離子流量。
  6. 如請求項1所述之方法,其中該噴淋頭係一雙通道噴淋頭。
  7. 一種減少具支柱之基板的表面粗糙度與線條彎曲的方法,包含:在一遠端電漿系統中形成多個第一自由基與離子,該遠端電漿系統係一自由基源;在一噴淋頭中形成多個第二自由基;藉由以該等第一自由基與第二自由基處理一含支柱之基板,以形成一處理表面;在約100℃或以下的一溫度、約0.5托耳至約10托耳的一壓力下,使一有機矽前驅物、一氧前驅物和該等第一自由基與第二自由基的至少一者反應,以在該含支柱之基板上面形成一介電膜,其中該有機矽前驅物按約10sccm至約1800sccm的一流率引入一處理區,該氧前驅物按約10mgm至約1500mgm的一流率引入該處理區,一自由基前驅物按約600sccm至約1250sccm的一流率引入該 自由基源;及在約150℃或以下的一溫度下,固化該介電膜,其中該自由基前驅物選自由氮基自由基前驅物、氧基自由基前驅物和矽基自由基前驅物所組成的一群組。
  8. 如請求項7所述之方法,其中該有機矽前驅物選自由三乙氧基矽氧烷、四甲氧基矽氧烷、三甲氧基矽氧烷、六甲氧基二矽氧烷、八甲氧基三矽氧烷和八甲氧基十二矽氧烷所組成的一群組。
  9. 如請求項7所述之方法,其中該有機矽前驅物係選自由六甲氧基二矽氮氧烷、甲基六甲氧基二矽氮氧烷、氯六甲氧基二矽氮氧烷、六乙氧基二矽氮氧烷、九甲氧基三矽氮氧烷和八甲氧基環矽氮氧烷所組成群組的一矽氮氧烷。
  10. 如請求項7所述之方法,其中該有機矽前驅物係選自由四氯矽烷、二氯二乙氧基矽氧烷、氯三乙氧基矽氧烷、六氯二矽氧烷和八氯三矽氧烷所組成群組的一鹵化矽氧烷。
  11. 如請求項7所述之方法,其中該有機矽前驅物係選自由三矽烷胺、六甲基二矽氮烷、雜氮矽三環、肆(二甲基胺基)矽烷、雙(二乙基胺基)矽烷、三(二甲基胺基)氯矽烷和甲基雜氮矽三環所組成群組 的一胺基矽烷。
  12. 如請求項7所述之方法,其中該有機矽前驅物係選自由烷氧基二矽烷、烷氧基烷基二矽烷和烷氧基乙醯氧基二矽烷所組成群組的一二矽烷,並由具以下一般結構的化合物組成, 其中R1-R6個別為C1-3烷氧基、C1-3烷基或乙醯氧基,其中R1-R6的至少一者為一烷氧基或一乙醯氧基。
  13. 如請求項7所述之方法,其中該有機矽前驅物係選自由八甲基-1,4-二氧雜-2,3,5,6-四矽雜環己烷、1,4-二氧雜-2,3,5,6-四矽環己烷、1,2,3,4,5,6-六甲氧基-1,2,3,4,5,6-六甲基環己矽烷、環丁矽烷、環戊矽烷、環己矽烷、環庚矽烷和環辛矽烷所組成群組的一環矽烷。
  14. 如請求項7所述之方法,其中該氧前驅物選自由氧、臭氧、NO、NO2、N2O、水、過氧化物、一氧化碳和二氧化碳所組成的一群組。
  15. 如請求項7所述之方法,其中該有機矽前驅物、該氧前驅物與該等第一自由基和第二自由基之至少一者係在一約65℃的溫度下反應。
  16. 如請求項7所述之方法,其中該有機矽前驅物流率與該等第一自由基和第二自由基的至少一者之流率比為1:1與10:1之間。
  17. 如請求項7所述之方法,其中該自由基前驅物係一氮基自由基前驅物。
  18. 如請求項7所述之方法,其中該自由基前驅物係一矽基自由基前驅物,且選自由(二甲基矽基)(三甲基矽基)甲烷、六甲基二矽烷、三甲基矽烷、氯化三甲基矽烷、四甲基矽烷、四乙氧基矽烷、四甲氧基矽烷、肆(三甲基矽基)矽烷、(二甲基胺基)二甲基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷、二甲基二甲氧基矽烷、甲基三甲氧基矽烷、二甲氧基四甲基二矽氧烷、三(二甲基胺基)矽烷、雙(二甲基胺基)甲基矽烷和二矽氧烷所組成的一群組。
  19. 如請求項7所述之方法,其中該自由基前驅物係一氧基自由基前驅物,且選自由氧、H2O和過氧化氫所組成的一群組。
  20. 如請求項7所述之方法,其中該自由基前驅物為氨。
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