後平坦化緻密化的製作方法

2023-05-16 05:12:31

專利名稱：後平坦化緻密化的製作方法
技術領域：
本發明是關於後平坦化緻密化。
背景技術：
自從數十年前引進了半導體組件，半導體組件幾何形態的尺寸已經顯著地減小。現代半導體製造設備常規地製造具有45nm、32nm與28nm特徵尺寸的組件，正在發展且實現 新設備以製造具有甚至更小几何形態的組件。減小的特徵尺寸致使組件上的結構特徵具有減小的空間尺寸。組件上的間隙與溝槽的寬度窄到一程度，其中間隙的深寬比(深度對寬度的比值)變得高到足以使以介電質材料來填充間隙更富有挑戰性。沉積的介電質材料傾向於在間隙完全被填滿之前在頂部堵塞，而在間隙中間產生了空隙或縫隙。數年來，已經發展許多技術來避免使介電材料堵塞間隙的頂部，或來「密封」已經形成的空隙或縫隙。典型地，一類方式涉及各自的沉積及回蝕處理。這造成了沉積-蝕刻-沉積順序，該順序可能對沉積和蝕刻均賦予更嚴格的處理規格。另一種方式以高可流動的前驅物材料來開始，高可流動前驅物材料可在液相中應用到旋轉的基材表面(例如SOG沉積技術)。這些可流動的前驅物可流動到非常小的基材間隙內且將間隙填滿，而不會形成空隙或弱縫隙。然而，一旦這些高可流動的材料被沉積了，該材料可能需要被固化且被硬化成固體介電質材料。存在有通過改變沉積處理與(或)後續處理來製造具有較小應力的替代性間隙填充膜的需求。也存在有使這些工藝順序可製造在窄溝槽和寬溝槽中具有類似性質的膜的需求。本發明滿足了這種和其它需求。

發明內容
本發明描述用以在一圖案化基材上形成高密度間隙填充氧化矽的處理。此處理增加間隙填充氧化矽(尤其是窄溝槽中)的密度。也可增加寬溝槽和凹陷開放區域中的密度。在處理後，窄溝槽與寬溝槽/開放區域中的間隙填充氧化矽的密度變得更近似，這容許蝕刻速率更密切地匹配的。此效應也可被描述成圖案負載效應的減少。此處理涉及形成且接著平坦化氧化矽。平坦化暴露了更靠近窄溝槽的新介電質界面。新暴露的界面可通過退火與(或)將經平坦化的表面暴露給等離子體來促進緻密化處理。本發明的實施例包括一種處理一圖案化基材上的一含娃與氧層的方法，該圖案化基材具有一窄溝槽與一凹陷開放區域。該方法包括在該圖案化基材上形成一含娃與氧層，包括在該窄溝槽中與在該凹陷開放區域中。該方法包括平坦化該含矽與氧層，而在該窄溝槽中留下一窄間隙填充部分且在該凹陷開放區域中留下一寬間隙填充部分。平坦化該含矽與氧層的步驟包括移除該窄溝槽上方的該含矽與氧層的一部分及暴露一後平坦化介電質界面，其中該後平坦化介電質界面比一相應的預平坦化介電質界面更靠近該窄溝槽。該方法還包括在該平坦化操作後，處理該基材，以增加該窄間隙填充部分的密度。在處理期間，更靠近該窄溝槽的該後平坦化介電質界面容許該窄間隙填充部分變得比該基材在該平坦化操作前被處理更緻密。額外的實施例與特徵部分地揭示在以下說明中，且部分地對於熟知此技術的人士在參閱說明書時變得明顯或可通過實施所揭示的實施例而了解。所揭示的實施例的特徵與優點可通過描述在說明書中的裝置、組合和方法來了解和獲得。


可通過參照說明書和附圖的剩餘部分來進一步了解本發明的本質和優點，其中附圖裡使用類似的代表符號來表示類似的組件。在一些情況中，次標關聯到代表符號且跟隨 在連字號後，以表示多個類似組件的一個。當參照代表符號而沒有指定次標時，欲意指所有這樣的多個類似組件。圖I為一流程圖，表示根據所揭示實施例的處理一含矽膜的經選擇的步驟。圖2為一經蝕刻的氧化矽膜與根據所揭示實施例的一所製備的經蝕刻的氧化矽膜的剖視圖。圖3為另一流程圖，表示根據所揭示實施例的處理一氧化矽間隙填充膜的經選擇的步驟。圖4顯示根據所揭示實施例的基材處理系統。圖5A顯示根據所揭示實施例的基材處理腔室。圖5B顯示根據所揭示實施例的基材處理腔室的噴頭。
具體實施例方式描述用以在一圖案化基材上形成高密度間隙填充氧化矽的處理工藝。處理工藝增加間隙填充氧化矽的密度，尤其是在窄溝槽中。在寬溝槽與凹陷的開放區域中，密度也增加了。在處理之後，窄與寬溝槽/開放區域中的間隙填充氧化矽的密度變得更近似，以容許蝕刻速率更密切地匹配。此效果也可被描述成圖案負載效應的減少。接著，此處理涉及形成並然後平坦化氧化矽。平坦化暴露了新的介電質界面，該介電質界面更靠近窄溝槽。新暴露的界面可促進通過退火與(或)將平坦化表面暴露給等離子體的緻密化處理。溝槽內的介電質可具有不同於開放區域(或寬溝槽)內的介電質的性質。這可能是由於，相較於寬溝槽，窄溝槽內的更受限的幾何形態。在平坦化步驟(例如平坦化蝕刻或化學機械研磨-CMP)後，額外暴露給周遭環境提供了處理膜堆棧的能力，藉此增加間隙填充材料的密度且使得窄溝槽內與寬溝槽(或凹陷開放區域)內的材料的性質更類似。受益自熱處理的介電質膜包括相對不緻密的膜，諸如以PECVD、APCVD, FCVD, SOG等來沉積的氧化矽。方法可對在沉積期間(例如在流體CVD (FCVD)與旋塗玻璃(SOG)期間)為可流動的膜提供特別的應用。窄溝槽內與外的性質的差異可通過比較包含例如氟化氫的溼蝕刻中的溼蝕刻速率來評估。在說明書中，氧化矽將被用來意謂著含矽與氧層且包括諸如碳氧化矽與氮氧化矽的膜的代表稱法。不想限制權利要求的範疇到假設的處理機構，在平坦化後加熱膜堆棧被認為是將介電質內的網絡再建構，造成了溼緩衝氧化蝕刻(buttered oxide etch ；B0E)速率的減小，特別是在溝槽中。已經發現在高溫下退火介電質膜可將一膜從伸張的應力轉變成壓縮的應力。從介電質移除諸如氫的材料是另一可行的機制，並且可發生在和再建構相同的時間點。發現窄溝槽內的區域比寬溝槽和開放區域內的區域受益更多。氧化矽是介電質的一實例，該介電質受益於後CMP退火。受限的幾何形態(諸如窄溝槽)內的氧化矽的密度在後CMP退火期間增加，這會使溼蝕刻速率(wet etch rate ；WER)減小。基材的實體彎曲度，整體而言，也可通過形成膜期間及後續處理期間壓縮層的存在而減輕。已經發現將經平坦化的介電質表面暴露給等離子體可提供和將間隙填充介電質予以緻密化類似的優點。經平坦化的表面在等離子體激發環境中的離子轟擊似乎可增加間隙填充介電質的密度。在一些情況中，通過供應氧(該氧被併入到氧化矽中)，增加氧到由 等離子體激發的環境有助於進一步增加密度。氧可被併入到存在於相對多孔的間隙填充介電質中的空隙內，與(或)取代較不緻密的構成物(該構成物也可能更弱地黏接到間隙填充介電質中的材料)。添加氫以及氧也可因溼氣含量的增加而有助於增加間隙填充介電質的密度。將在描述一些示範性方法的過程中提供額外的細節。圖I為一流程圖，顯示根據本發明實施例的製造氧化矽膜的方法100中經選擇的步驟。方法100包括將具有窄間隙或溝槽與凹陷開放區域的圖案化基材傳送到反應腔室內102。在不同的實施例中，凹陷開放區域可以是寬度大於50nm、100nm、200nm、500nm或IOOOnm的寬溝槽。在不同的實施例中，窄溝槽可具有小於100鹽、70鹽、50鹽、3511111、2511111或2011111的寬度。窄溝槽可具有高度和寬度，定義高度對寬度(即H/W)的深寬比(aspect ratio ;AR)，其中深寬比顯著地大於I 1(例如5 I或更大、6 I或更大、7 I或更大、8 I或更大、9 I或更大、10 I或更大、11 I或更大、12 I或更大等)。填充窄溝槽與凹陷開放區域開始於同時地提供一不含碳的矽前驅物與一自由基氮前驅物到基材處理區域104。不含碳的矽前驅物可以是，除了其它類型的矽前驅物以外，例如一矽與氮的前驅物、一矽與氫的前驅物、或一含矽氮與氫的前驅物。這些前驅物的特定實例可包括矽烷胺，諸如H2N(SiH3)、HN(SiH3)2與N(SiH3)3等。這些矽烷胺可和額外的氣體混合，該些額外的氣體作為載氣、反應性氣體、或兩者。額外的氣體的實例可包括H2、N2, NH3> N2H4, He與Ar等。不含碳的矽前驅物的實例也可包括矽烷(SiH4),獨立地或者和其它含矽氣體(例如N(SiH3)3)、含氫氣體(例如H2)和/或含氮氣體(例如N2、NH3、N2H4)混合。不含碳的矽前驅物也可包括二矽烷、三矽烷、更高階的矽烷和氯化矽烷，獨立地或彼此組合或者和前述不含碳的矽前驅物組合。矽前驅物除了不含碳外，可以不含氧。缺少氧會造成從前驅物所形成的矽與氮層中的矽醇(Si-OH)基團的更低濃度。沉積膜中過量的矽醇份額會造成增加的孔隙度以及在後沉積步驟(該步驟從沉積層移除羥基(-0H)份額)期間的收縮。自由基氮前驅物是一含氮自由基的物種，該含氮自由基的物種在反應腔室外從更穩定的氮前驅物來產生。舉例而言，穩定的氮前驅物(諸如NH3)可在反應腔室外的等離子體單元中被活化以形成自由基氮前驅物，該自由基氮前驅物接著被傳送到反應腔室內。在不同的實施例中，穩定的氮前驅物也可以是包含NH3&N2、nh3&h2、NH3&N2&H2、與N2&H2的混合物。聯胺(N2H4)可用來取代NH3或來添加到NH3,並且可與如上所列N2與(或)H2組合。所產生的自由基氮前驅物包含等離子體流出物(該等離子體流出物包括 N、 NH、 NH2中的一種或多種)，並且也可由形成在等離子體中的離子化物種來伴隨。若自由基前驅物包括用上述前驅物來供應到遠程等離子體區域的氮，則自由基前驅物可以是自由基氮前驅物。大致上而言，不包括氮的自由基前驅物也將容許形成一含矽與氮層。自由基前驅物被產生在反應腔室的和沉積區域(其中前驅物混合且反應以在一沉積基材(例如半導體晶片)上沉積矽與氮層))分隔的一區塊中。在自由基前驅物是一自由基氮前驅物的實施例中，一穩定的氮前驅物流動到遠程等離子體區域內且被等離子體激發。穩定的氮前驅物(與自由基氮前驅物)也可由諸如氫(H2)、氮(N2)、氬、氦等載氣來伴隨。也已經發現，在所揭示的實施例中，從實質上由氮(N2)(具有或不具有額外的惰性載氣)構成的輸入氣體形成的自由基氮前驅物可產生有利的膜。在含矽前驅物提供了期望的膜中需要的氮的實施例中，自由基氮前驅物也可被一自由基前驅物所取代，其中該自由基前驅、物是從實質上由氫(H2)(與選擇性地惰性載氣)構成的輸入氣體所形成。流動到等離子體內而待激發的前驅物可在此稱為等離子體前驅物，並且流出等離子體的自由基前驅物可稱為等離子體流出物。在反應腔室中，不含碳的矽前驅物與自由基氮前驅物混合且反應，以在沉積基材上沉積一含矽與氮的膜106。在實施例中，經沉積的含矽與氮的膜能夠以一些程序組合來共形地沉積。在其它實施例中，經沉積的含矽與氮的膜具有不同於傳統氮化矽(Si3N4)膜沉積技術的可流動特徵。形成的可流動本質容許膜流動到基材的沉積表面上的窄間隙、溝槽與其它結構內。在實施例中，可流動膜填充具有高深寬比的溝槽，而不會在填充材料中心的周圍建立空隙或弱縫隙。可流動膜不太可能會預成熟地堵塞窄間隙或溝槽的頂部。可流動性是由於各種性質，該些性質起因於自由基氮前驅物和不含碳的矽前驅物的混合。這些性質可包括經沉積的膜中顯著的氫成分和/或短鏈聚矽氮烷聚合物。在形成膜的期間與之後，這些短鏈成長且構成網絡以形成更緻密的介電質材料。舉例而言，經沉積的膜可具有矽氮烷類型的Si-NH-Si骨幹(即Si-N-H膜)。當矽前驅物與自由基氮前驅物都不含碳時，經沉積的含矽與氮的膜也為實質上不含碳的。當然，「不含碳」不必然意謂著膜缺乏甚至少量的碳。碳汙染物可存在於前驅物材料中，該碳汙染物找到進入經沉積的矽與氮前驅物的途徑。然而，這些碳雜質的量比在具有碳份額的矽前驅物(例如TE0S、TMDS0等)中所發現的少多了。在沉積了含矽與氮層後，沉積基材可經歷一在含氧環境中的處理108。在所揭示的實施例中，基材先在含臭氧的環境中被固化。沉積基材可保持在基材處理區域中以為了固化，或者基材可被傳送到引進有含臭氧環境的不同腔室。在不同實施例中，基材的固化溫度可小於或約400°C、小於或約300°C、小於或約250°C、小於或約200°C、或小於或約150°C。在不同實施例中，基材的溫度可大於或約室溫、大於或約50°C、大於或約100°C、大於或約150°C、或大於或約200°C。根據額外所揭示的實施例，任何上限可和任何下限結合以形成基材溫度的額外的範圍。在實施例中，在固化期間，沒有等離子體或實質上沒有等離子體被施加到基材處理區域，以避免產生原子氧(該原子氧會關閉近表面網絡且阻撓表面氧化)。在固化步驟期間，臭氧流動到基材處理區域的流速可大於或約200sccm、大於或約300sccm、或大於或約500sCCm，其通常是由更大流量的相對更穩定的分子氧來伴隨。在固化步驟期間，臭氧的分壓可大於或約lOTorr、大於或約20Torr、或大於或約40Torr。在一些條件下(例如約100°C至約200°C的基材溫度之間)，已經發現轉換實質上已完成，因此在實施例中，在含氧環境中的相對高溫退火可能是不需要的。在一些實施例中，平坦化可發生在剛描述的臭氧處理之後。在其它實施例中，暴露給含氧環境持續成更高溫度處理的形式。在含矽與氮層的固化之後，沉積基材可在一含氧環境110中被退火。當引進含氧環境時，沉積基材可保持在和用於固化相同的基材處 理區域中；或者基材可被傳送到引進有含氧環境的不同腔室。含氧環境可包括一或多種含氧氣體，諸如分子氧(O2)、臭氧(O3)、水蒸氣(H2O)、過氧化氫(H2O2)、與氧化氮_、顯2等)，除了其它含氧氣體以夕卜。含氧環境也可包括自由基氧與羥基物種，諸如原子氧(O)、氫氧化物(OH)等，該自由基氧與羥基物種可遠程地被產生且被傳送到基材腔室內。含氧物種的離子也可存在。在不同實施例中，基材的氧退火溫度可小於或約1100°C、小於或約1000°C、小於或約900°C、或小於或約800°C。在不同實施例中，在氧退火期間，基材的溫度可大於或約500°C、大於或約600°C、大於或約700°C、或大於或約800°C。根據額外所揭示的實施例，任何上限可和任何下限結合以形成基材溫度的額外的範圍。圖案化基材可以額外地以更高的溫度在惰性環境中退火。在不同實施例中，在惰性退火期間，基材的溫度可大於或約800°C、大於或約900°C、大於或約1000°C、或大於或約1100°C。接著，圖案化基材被傳送到一化學機械研磨(CMP)工具。圖案化基材上的氧化矽被研磨，以平坦化氧化矽層110。平坦化處理(諸如CMP)典型地以比移除凹陷材料更快地移除延伸更遠離基材的材料，從而在可選擇的橫向長度尺度造成更大的平坦性。典型地，橫向長度尺度顯著地小於基材的「長度」或直徑。其它技術可被用來平坦化表面，包括蝕刻處理(該蝕刻處理經調控以優先地移除延伸在凹陷區域上方的氧化矽)。在實施例中，從延伸區域與凹陷區域中移除材料。在使用CMP的平坦化後，形成了一後平坦化介電質表面，該後平坦化介電質表面比研磨前界面更靠近圖案化基材。後平坦化介電質界面容許(特別是)窄溝槽內的材料被處理以增加超過平坦化之前所可能的密度。基材可被固化且被退火112，如同平坦化之前所述者(包括涉及操作108的討論的所有處理參數範圍與環境)。後平坦化介電質界面致使上述相同實施例可進一步增加在凹陷區域中(但特別是在窄溝槽內)的材料的密度。氧的存在和後平坦化介電質界面對窄溝槽的更靠近鄰近性的組合可容許膜中剩餘的未反應氮進一步被氧所取代。換言之，在平坦化之前僅是太遠離界面的區域中，氧暴露可將含矽與氮層進一步轉換成含矽與氧層。CMP之後可行的額外緻密化表明，溝槽內的SiO2網絡可由覆蓋的介電質層來維持。一旦已經移除了覆蓋層，溝槽內的SiO2可在後CMP退火期間自由地再建構。受限的溝槽幾何形態可能有助於在預CMP退火期間限制網絡再建構，而CMP之後的重新暴露容許顯著的額外網絡再建構發生。含氧環境可包括上述的含氧化合物與自由基。在實施例中，含氧環境可還包括氫，以增加溼氣、促進網絡再建構、且增加凹陷區域內的密度。由於引進了後平坦化退火，可變更平坦化步驟之前的退火。不將膜予以緻密化以準備用於下遊處理，而是預CMP退火僅需要將膜緻密化以使該膜能忍受CMP步驟。這可減少或去除處理的高溫部分的需要。在實施例中，膜需要在含臭氧環境中低溫固化。在其它實施例中，膜需要在含臭氧環境中低溫固化以及在含氧環境中低溫退火。除了分層(delamination)與研磨均勻性考慮,還應選擇預CMP退火來容許可忍受的缺陷程度。包括後平坦化退火可潛在地用來減少、減輕、控制或避免在處理期間可流動膜的膜破裂，這是因為預CMP退火可具有比後CMP退火更低的熱負載。後CMP退火可具有高溫，但膜的厚度是減小的(該膜厚度減小可降低在退火期間膜破裂的可能性)。在一些實施例中，圖案化基材包含一窄溝槽與一凹陷開放區域，該窄溝槽與凹陷開放區域如前所述各被填充以氧化矽。由於各種效應，窄溝槽內的氧化矽的密度會小於凹陷開放區域內的氧化矽的密度。這可通過當各材料暴露於氫氟酸蝕刻溶液(例如6I緩衝氧化物蝕刻溶液)時測量溼蝕刻速率來決定。一特定的測試結構用來證實根據所揭示實施例的方法在溝槽內膜質量的優點。此結構具有60-120nm寬度的溝槽與開放區域。圖2A-2B為一經蝕刻的間隙填充氧化矽膜與根據所揭示實施例的一經蝕刻的間隙填充氧化矽膜的剖視圖。圖2A顯示一支撐基材200，支撐基材200具有在溝槽壁202之間的多個溝槽。整個晶片被沉積以一可流動的含矽與氮的膜，該膜接著在蒸氣中以2000C -400°C和在N2中以800°C -1100°C被固化且被退火。然後，使用CMP將晶片予以平坦化到圖案化基材上的溝槽的頂部。存在有一氮化物終止層以有助於將研磨終止在期望的位 置處。後平坦化介電質界面的位置以虛線201來表示。在6 IBOE中溼蝕刻長達10秒後，窄溝槽204-1與凹陷開放區域205-1中剩餘的氧化矽以實線來表示。所移除的材料量可稱為溼凹陷(wet recess)且正比於溼蝕刻速率(wet etch rate ;WER)。溼凹陷在不同區域中可能不同，例如凹陷可能隨著溝槽的寬度而改變。窄間隙填充部分204-1的蝕刻速率大於寬間隙填充部分205-1的蝕刻速率，造成了較低的後蝕刻介電質界面。溼凹陷在65nm溝槽寬度的窄溝槽中為約90nm，並且在開放區域中為約36nm。另一種在後CMP退火(在惰性環境中)後的溼蝕刻速率比較顯示在圖2B中。由於窄間隙填充部分204-2中增加的密度，窄間隙填充部分204-2與寬間隙填充部分205-2的高度現在是近似的。在圖2B的剖視圖中，不同區域中的溼凹陷實質上匹配。溼凹陷在窄溝槽中減少到34nm且在開放區域中減少到30nm。窄間隙填充部分204-2與寬間隙填充部分205-2的密度在後CMP退火期間增加，但是窄間隙填充部分中的密度增加得更顯著。這容許窄間隙填充部分的WER變得更近似於寬間隙填充部分的WER。在將基材予以處理以增加密度之後，寬間隙填充部分的蝕刻速率為窄間隙填充部分的蝕刻速率的
7%、5%、或 3%的一種。在此揭示的方法是使用一示範性含矽與氮的膜(該膜接著被處理以變成氧化矽膜)來描述。應注意，該些方法可用在氧化矽以及其它使用各種方法(包括SACVD)來沉積的介電質間隙填充膜(例如SiON、SiOC)、HARP/eHARP膜(也稱為TEOS-臭氧氧化矽/TEOS-臭氧-H2O氧化矽)、旋塗式玻璃(SOG)、等離子體增強CVD(PECVD)氧化矽、可流動CVD(FCVD)氧化矽、次大氣壓CVD(SACVD)氧化矽。膜可以是未摻雜的矽酸鹽玻璃(USG)或可經摻雜(例如BPSG)。增加溝槽與凹陷開放區域中的密度可包括將間隙填充材料再流動或密封在共形沉積期間可能形成的縫隙。熱處理(諸如固化與退火)不是增加溝槽與凹陷開放區域內間隙填充氧化矽的密度的唯一方式。激發在含有圖案化基材的基材處理區域中的等離子體可作為上述熱步驟(固化與/或退火)的替代方式或添加到上述熱步驟(固化與/或退火)。也已經發現這樣的等離子體可增加間隙填充氧化矽的密度。可同時地與(或)依序地執行等離子體與熱處理。可在與在此所揭示其它處理不同的等離子體腔室中或相同的腔室中執行等離子體處理。圖3為一流程圖，顯示根據本發明實施例的處理氧化矽膜的方法300中經選擇的步驟。方法300包括平坦化一間隙填充氧化矽層302，如同圖I的操作110。接著，圖案化基材在一含氧等離子體(該含氧等離子體是從含氧前驅物來形成，示範性含氧前驅物列出在和圖I的操作108(及112)有關的討論中)中被處理304。典型地，含氧前驅物可由諸如貴族氣體(Ne、Ar等)的惰性氣體來伴隨。已經發現，在平坦化步驟之後，實質上不含有任何含氧前驅物的等離子體激發的惰性氣體可增加間隙填充氧化矽的密度。也已經發現，具有含氧前驅物與含氫前驅物兩者的等離子體激發的惰性氣體可能由於溼氣的增加而可能是有幫助的。已經發現，所有這些等離子體處理可增加窄溝槽與凹陷開放區域內的密度且產生更近似的密度。當氧化矽間隙填充層被退火306時，圖3的示範性處理持續進行，以更緻密化且均等化該間隙填充層。當依序地施加等離子體處理與熱處理時，等離子體處理可在熱處理之前或之後執行。在等離子體緻密化處理期間，在含有基材的基材處理區域中建立一等離子體。惰 性與反應性前驅物(選擇性地)流動到基材處理區域內，並且等離子體功率(例如RF或微波)被施加到該區域以激發氣體。可以各種方式來施加等離子體功率,包括電容式地和感應式地。在一些實施例中，RF功率可被施加成一混合頻率，典型地在13. 56MHz的高RF頻率(RFl)與360KHz的低RF頻率(RF2)供應功率，以增強引進到基材處理區域內的反應性物種的分解。所使用的特定頻率可根據發生處而改變，並且主要由溝通界面考慮來決定。在所揭示的實施例中，基材的溫度可大於約100°C、約150°C、約200°C、約250°C、或約300°C。在所揭示的實施例中，基材的溫度可小於約600°C、約500°C、或約400°C。根據額外所揭示的實施例，基材溫度的任何上限可和任何下限結合以形成額外的範圍。在所揭示的實施例中，基材處理區域中的壓力可大於約0. 5Torr、lTorr、2Torr、或4Torr。在所揭示的實施例中，基材處理區域中的壓力可小於約20Torr、約15Torr、約IOTorrJ^ 8Torr、或約6Torr。可通過壓力的任何下限和任何上限結合以形成額外所揭示的實施例。在所揭示的實施例中，當使用 13. 56MHz來激發等離子體時，RF功率可為約25W至約400W、約50W至約350W、約100W至約300W、或約150W至約250W。在所揭示的實施例中，RF功率的任何上限可和任何下限結合以形成功率的額外的範圍。示範件基材處理系統沉積系統的實施例可被併入到更大的製造系統以製造集成電路晶片。圖4顯示根據所揭示實施例的沉積、烘烤與固化腔室的一這樣系統400。在此圖中，一對前開式整合艙(FOUPs) 402供應基材(例如300mm直徑晶片)，該些基材由機械手臂404接收且在被放置到基材處理腔室408a-f中的一個前被放置到一低壓固持區域406內。一第二機械手臂410可用來從固持區域406傳送基材晶片到處理腔室408a-f且返回。處理腔室408a_f可包括用以沉積、退火、固化與(或)蝕刻基材晶片上的可流動介電質膜的一或多個系統部件。在一組態中，兩對處理腔室(例如408c-d與408e-f)可用以沉積可流動介電質材料在基材上，並且第三對處理腔室(例如408a-b)可用以退火經沉積的介電質。在另一組態中，此相同的兩對處理腔室(例如408c-d與408e-f)可設以沉積且退火基材上的可流動介電質膜，而第三對處理腔室(例如408a-b)可用於經沉積的膜的UV或電子束固化。在又另一組態中，所有三對處理腔室(例如408a-f)可設以沉積、固化可流動介電質膜在基材上。在再另一組態中，兩對處理腔室(例如408c-d與408e-f)可都用於可流動介電質的沉積以及UV或電子束固化，而第三對處理腔室(例如408a-b)可用以退火介電質膜。可了解，用於可流動介電質膜的沉積、退火與固化腔室的額外組態可由系統400設想出。此外，處理腔室408a_f中的一或多個可設置成一溼處理腔室。這些處理腔室包括在包括溼氣的環境中加熱可流動介電質膜。因此，系統400的實施例可包括溼處理腔室408a-b與退火處理腔室408c-d，以對經沉積的介電質膜執行溼與幹退火。圖5A為根據所揭示實施例的一基材處理腔室500。一遠程等離子體系統(remoteplasma system ;RPS) 510可處理一氣體，該氣體接著行經一氣體入口組件511。氣體入口組件511內可看見兩個分離的氣體供應通道。第一通道512承載通過遠程等離子體系統RPS510的氣體，而第二通道513繞過RPS 510。在所揭示的實施例中，第一通道512可用於一處理氣體(process gas),並且第二通道513可用於一加工氣體(treatment gas)。蓋(或導電頂部)521與穿孔分隔物553顯示在它們之間具有一絕緣環524，絕緣環524容許AC電 位相對於穿孔分隔物553被施加到蓋521。處理氣體行經第一通道512到腔室等離子體區域520內，並且可獨立地由腔室等離子體區域520中的等離子體或與RPS 510的組合來激發。腔室等離子體區域520與(或)RPS 510的組合在此可稱為一遠程等離子體系統。穿孔分隔物(也稱為噴頭)553將腔室等離子體區域520與噴頭553下方的基材處理區域570分離。噴頭553容許等離子體存在於腔室等離子體區域520中以避免直接地激發基材處理區域570中的氣體，同時仍容許經激發的物種可從腔室等離子體區域520行進到基材處理區域570內。噴頭553位在腔室等離子體區域520與基材處理區域570之間，並且容許腔室等離子體區域520中建立的等離子體流出物(前驅物或其它氣體的激發衍生物)通過多個橫跨板厚度的通孔556。噴頭553也具有一或多個中空容室551，該些中空容室551可被填充以蒸氣或氣體形式的前驅物(諸如含矽前驅物)且前驅物通過小孔555到基材處理區域570內但不直接到腔室等離子體區域520內。在此揭示的實施例中，噴頭553比通孔556的最小直徑550的長度更厚。為了維持從腔室等離子體區域520穿過到基材處理區域570的激發物種的顯著集中，通孔的最小直徑550的長度526可通過形成通孔556的較大直徑部分來限制，該較大直徑部分部分地貫穿噴頭553。在所揭示的實施例中，通孔556的最小直徑550的長度可和通孔556的最小直徑具有相同大小等級或更小。在所顯示的實施例中，一旦通過腔室等離子體區域520中的等離子體所激發，噴頭553可(經由通孔556)散布含有氧、氫與(或)氮的處理氣體與(或)這樣處理氣體的等離子體流出物。在實施例中，經由第一通道512引進到RPS 510與(或)腔室等離子體區域520的處理氣體可含有氧(O2)、臭氧(O3)、N2O, NO、NO2, NH3> NxHy (包括N2H4)、娃燒、二娃燒、TSA與DSA的一種或多種。處理氣體也可包括一載氣，諸如氦、気、氮(N2)等。第二通道513也可輸送一處理氣體與(或)一載氣、與(或)一用以從生長或所沉積的膜移除不希望的成分的膜固化氣體。等離子體流出物可包括處理氣體的離子化或中性衍生物，並且在此也可稱為一自由基氧前驅物與(或)一自由基氮前驅物(該前驅物參照所引進的處理氣體的原子構成物)。在實施例中，通孔556的數量可為約60個至約2000個。通孔556可具有各種形狀，但為最容易製造的圓形。在所揭示的實施例中，通孔556的最小直徑550可為約0. 5mm至約20mm或約Imm至約6mm。也存在有選擇通孔的截面形狀的自由，可以是圓錐形、圓柱形、或此兩形狀的組合。在不同實施例中，用以將氣體引進到基材處理區域570內的小孔555的數量可為約100個至約5000個之間或約500個至約2000個之間。小孔555的直徑可為約0. Imm至約2mm。圖5B為根據所揭示實施例和處理腔室並同使用的噴頭553的底視圖。噴頭553和圖5A顯示的噴頭相應。通孔556被示成在噴頭553的底部具有一較大內徑(ID)且在頂部具有一較小內徑(ID)。小孔555實質上均勻地散布在噴頭表面，甚至在該些通孔556之間，這有助於提供比在此所描述的其它實施例更均勻的混合。當通過噴頭553的通孔556而抵達的等離子體流出物和通過小孔555 (該小孔源自中空容室551)而抵達的含矽前驅物結合時，一示範性膜被建立在基材處理區域570中由基座(未示出)所支撐的基材上。儘管基材處理區域570可設以支持用於其它處理(諸如固化)的等離子體，但該示範性膜的生長期間不存在有等離子體。
可在噴頭553上方的腔室等離子體區域520中或噴頭553下方的基材處理區域570中引發一等離子體。典型地，在沉積期間，射頻(RF)範圍中的AC電壓被施加在處理腔室的導電頂部521與噴頭553之間，以在腔室等離子體區域520中引發一等離子體。當基材處理區域570中的底等離子體被啟動以固化一膜或清潔基材處理區域570邊界的內表面時，頂等離子體被保持在低功率或沒有功率。基材處理區域570中的等離子體是通過施加AC電壓於噴頭553與腔室的基座或底部來引發。當等離子體存在時，可將一清潔氣體引進到基材處理區域570內。自由基氮前驅物被產生在遠程等離子體區域中且行進到基材處理區域內，含矽前驅物是在基材處理區域內由自由基氮前驅物來激發。在實施例中，含矽前驅物僅通過自由基氮前驅物來激發。在實施例中，等離子體功率可實質上僅被施加到遠程等離子體區域，以確保自由基氮前驅物可給含矽前驅物提供主導激發。在利用腔室等離子體區域的實施例中，經激發的等離子體流出物被產生在基材處理區域的從沉積區域分離的一區塊中，其中在該沉積區域處前驅物混合且反應以在沉積基材(例如半導體晶片)上沉積矽與氮層。經激發的等離子體流出物也由未經激發的惰性氣體(在此示範性例子中為氬)來伴隨。基材處理區域在此可被描述成例如在生長含矽與氮層的期間為「不含等離子體」。「不含等離子體」不必然意謂著此區域沒有等離子體。等離子體區域內所產生的離子化物種與自由電子確實行進通過分隔物(噴頭)的孔隙(通孔)，但不含碳的含矽前驅物實質上沒有被施加到等離子體區域的等離子體功率所激發。腔室等離子體區域中的等離子體的邊界是難以界定，並且可經由噴頭中的通孔侵入到基材處理區域。在感應式耦合等離子體的例子中，可在基材處理區域內直接地發生少量的離子化。而且，可在基材處理區域中建立一低密度等離子體，而不去除所形成膜的期望特徵。在建立經激發的等離子體流出物的期間，等離子體具有比腔室等離子體區域(或遠程等離子體區域)遠低得多的強度的離子密度的所有原因不脫離在此所使用的「不含等離子體」的範疇。在熱緻密化處理中，基材可在一惰性環境中被加熱。熱可由基座供應，其中該基座可含有電阻式加熱構件以升高基材溫度。在等離子體緻密化處理期間，一 RF功率供應器540在噴頭553與圖5A表示的部件下方的基座之間施加電氣功率。等離子體功率激發處理氣體混合物，以在噴頭553與由基座所支撐的基材間的約略圓柱形區域內形成一等離子體。噴頭553具有一導電錶面，或表面可以是絕緣的且被覆蓋以一金屬插件。無論位置為何，噴頭553的金屬部分經由介電質插件而和CVD腔室500的其餘部分電氣隔離，介電質插件容許噴頭553的電壓可相對於基材基座與蓋520而改變。蓋521與支撐基座也電氣隔離，因此可在基材處理區域570中建立一等離子體，而不會在腔室等離子體區域520中建立
一等離子體。基材處理系統由一系統控制器來控制。在一不範性實施例中，系統控制器包括一硬碟機、一軟盤機與一處理器。處理器含有單板計算機(single-board computer ;SBC)、模擬與數字輸入/輸出板、界面板、與步進馬達控制器板。CVD系統的各部件符合VersaModular European(VME)標準,該標準定義了板、卡籠(card cage)與連接器尺寸和類型。VME標準也將總線結構定義成16位數據總線與24位地址總線。系統控制器控制CVD機臺的所有活動。系統控制器執行系統控制軟體，其中該系統控制軟體是儲存在一計算機可讀媒體中的電腦程式。較佳地，媒體是硬碟機，但媒體也可以是其它類型的存儲器。電腦程式包括指令組，該指令組可命令特定處理的時間點、氣 體混合、腔室壓力、腔室溫度、RF功率水平、載座位置和其它參數。儲存在其它存儲裝置(包括例如軟盤或其它適當的裝置)上的其它電腦程式也可用以指示系統控制器。可使用由系統控制器執行的電腦程式產品來實現一種用以在基材上沉積一膜堆棧的處理或一種用以清潔一腔室的處理。電腦程式碼能夠以任何傳統的計算機可讀程序化語目來撰與例如，68000彙編語目、C、C++、Pascal、Fortran或其它。適當的程序代碼是使用傳統的文字編輯器被轉成單一檔案或多個檔案，並且被儲存或內嵌在一計算機可用媒體(諸如計算機的存儲系統)中。若轉換的碼文字是屬於高級語言，則碼被編譯，並且最終的編譯器碼接著連結到預編譯的微軟窗口 資料庫常規的目的碼。為了執行連結的編譯的目的碼，系統使用者援引目的碼，使計算機系統將存儲器中的碼加載。然後，CPU讀取且執行該碼，以實施程序中所指定的任務。使用者與控制器之間的界面是經由一平面面板觸摸感應屏幕。在使用兩個屏幕的較佳實施例中，一屏幕是裝設在清潔室壁中以供操作者使用，而另一屏幕是裝設在壁後面以供維護技師使用。此兩屏幕可同時地顯示相同的信息，在任一情況中僅一屏幕會在一時間點接收輸入。為了選擇特定的顯示屏或功能，操作者觸摸該觸摸感應屏幕的一指定區域。經碰觸的區域會改變區域凸顯顏色，或一新選單或顯示屏會被顯示，確認操作者與觸摸感應屏幕之間的溝通。可使用其它裝置(諸如鍵盤、滑鼠、或其它指向或溝通裝置)來取代或添加到該觸摸感應屏幕，以容許使用者和系統控制器溝通。在此使用的「基材」可以是在基材上形成有或不形成有層的支撐基材。支撐基材可以是一絕緣體或一具有各種摻雜濃度和輪廓的半導體，並且可以是例如用來製造集成電路的類型的半導體基材。「氧化矽」與「含矽與氧層」在此交替地使用，並且可包括顯著濃度的其它元素構成物(諸如氮、氫、碳、及諸如此類)。在此使用的處於「激發狀態」的氣體描述一氣體，其中至少一些氣體分子是處于振動地激發、解離與(或)離子化狀態。一氣體可以是兩種或更多種氣體的組合。術語溝槽是在說明書中用來不意指經蝕刻的幾何形態必然具有大的水平深寬比。從表面上方看，溝槽可以是圓形、橢圓形、多邊形、矩形、或各種其它形狀。術語「前驅物」用以指參與反應以從表面移除或沉積材料的任何處理氣體。術語「惰性氣體」指當被併入到膜中時不會形成化學鍵的任何氣體。示範性惰性氣體包括貴族氣體，但可包括其它氣體，只要當(通常)少量被捕獲到膜中時不會形成化學鍵。如在此所使用的，一共形層指在一表面上大致上均勻的材料層且該材料層具有和該表面相同的形狀，即該層的表面和被覆蓋的表面大致上平行。此技術領域中具有通常知識的技術人員可了解，經沉積的材料不可能是100%共形的，並且因此術語「大致上」容許可接受的容忍度。
在此已經通過測量溼蝕刻速率(wet etch rate ；WER)與計算溼蝕刻速率比例(wetetch rate ratio ；WERR)來評估密度。這些測量是通過在氫氟酸溶液中執行給定時間蝕刻與計算納米每秒的蝕刻速率來實現。典型地，WERR是通過比較介電質樣品的蝕刻速率與熱氧化矽在相同溶液中的蝕刻速率來建立。一般的緩衝氧化物蝕刻溶液包括6 I體積比例的水中40% NH4F對水中49% HF。此溶液將在25°C以每秒約2納米來熱蝕刻所生長的氧化矽。典型地，形成氧化矽的其它方法將造成具有更快速溼蝕刻速率的氧化矽膜。更快速溼蝕刻速率大致上意指候選氧化矽膜具有比熱生長的氧化矽更低的密度。在一些例子中，溼蝕刻速率比值將用來比較兩種非熱氧化矽膜(或同一膜的不同部分)，並且文中將予以區分。已經描述了一些實施例，熟知此技術的技術人員可了解的是，在不脫離本發明的精神的情況下，可使用各種潤飾、替代性結構與等價物。此外，沒有描述許多已知的處理與構件，以為了避免不必要地模糊化本發明。因此，上述說明不應被視為會限制本發明的範疇。當提供數值的範圍時，應了解，也特定地揭示了該範圍的上限與下限間的各中間數值(達下限單位的十分之一，除非文中清楚地指明)。介於任何所載明數值或所載明範圍內的中間數值與任何其它所載明數值或在該所載明數值內的中間數值之間的各更小範圍被涵蓋。這些更小範圍的上限與下限可獨立地被包括在該範圍內或被排除該範圍外，並且包括有任一限制、沒有限制或兩者的更小範圍的各範圍也被涵蓋在本發明中，遵循在闡明範圍內任何特別排除的限制。所載明範圍包括限制的一個或兩個時，排除該些所包括的限制的任一個或兩個的範圍也被包括。如在此所使用的且如隨附權利要求書中所示，單數形式「一」、「一個」與「該、所述」包括多個參照物，除非文中清楚地指明。因此，例如，「一處理」包括多個這樣的處理，並且「該前驅物」包括熟知此技術的技術人員所熟知的一或多個前驅物及其等價物，以及諸如此類。此外，在說明書中和隨附權利要求書中使用的術語「包含」與「包括」意圖指明所記載特徵、整數、部件或步驟的存在，但不會排除一或多個其它特徵、整數、部件、步驟、動作 或群組的存在或添加。
權利要求
1.一種處理一圖案化基材上的一含矽與氧層的方法，所述圖案化基材具有一窄溝槽與一凹陷開放區域，所述方法包含下列步驟 在所述圖案化基材上形成一含矽與氧層，包括在所述窄溝槽中與在所述凹陷開放區域中形成一含娃與氧層； 平坦化所述含矽與氧層，而在所述窄溝槽中留下一窄間隙填充部分以及與在所述凹陷開放區域中留下一寬間隙填充部分，其中平坦化所述含矽與氧層的步驟包含移除所述窄溝槽上方的所述含矽與氧層的一部分及暴露一後平坦化介電質界面，其中所述後平坦化介電質界面比一相應的預平坦化介電質界面更靠近所述窄溝槽；及 在所述平坦化操作後，處理所述基材，以增加所述窄間隙填充部分的密度，其中更靠近所述窄溝槽的所述後平坦化介電質界面容許所述窄間隙填充部分變得比所述基材在所述平坦化操作前被處理更緻密。
2.如權利要求I所述的方法，其中形成所述含矽與氧層的步驟包含下列步驟 使一等離子體前驅物流動到一遠程等離子體區域中，以形成等離子體流出物； 使所述些等離子體流出物在一基材處理區域中與一含矽前驅物的流動結合，其中所述含矽前驅物的流動尚未被一等離子體所激發；及 在一含臭氧環境中固化含娃與氮層，以將所述含娃與氮層轉換成一含娃與氧層。
3.如權利要求I所述的方法，其中所述開放區域是一寬溝槽，所述寬溝槽具有大於50nm、100nm、200nm、500nm 或 IOOOnm 中之一的寬度。
4.如權利要求I所述的方法，其中所述窄溝槽具有小於100nm、70nm、50nm、35nm、25nm、或20nm中之一的寬度。
5.如權利要求I所述的方法，其中在處理所述基材以增加密度後，所述寬間隙填充部分的蝕刻速率是在所述窄間隙填充部分的蝕刻速率的20%、15%、10%、7%、5%、或3%中之一內。
6.如權利要求I所述的方法，其中處理所述基材以增加密度的操作包含下列步驟 在含有一惰性氣體的環境中，將所述基材暴露給一等離子體。
7.如權利要求6所述的方法，其中所述環境還包含氧。
8.如權利要求7所述的方法，其中所述環境還包含氫。
9.如權利要求I所述的方法，其中處理所述基材以增加密度的操作包含下列步驟 以高於或約400°c、50(rc、60(rc、70(rc、或800°C的溫度退火所述基材，以增加所述窄間隙填充部分的密度。
10.如權利要求I所述的方法，其中平坦化所述含矽與氧層的操作包含下列步驟 化學機械地研磨所述基材。
11.如權利要求I所述的方法，其中平坦化所述含矽與氧層的操作包含下列步驟 在所述基材上執行一平坦化蝕刻。
12.如權利要求I所述的方法，其中處理所述基材以增加密度的操作也造成所述寬間隙填充部分的密度的增加。
13.如權利要求I所述的方法，其中處理所述基材以增加密度的操作包含下列步驟 依序地將所述基材暴露給一等離子體且接著退火所述基材。
14.如權利要求I所述的方法，其中處理所述基材以增加密度的操作包含下列步驟依序地退火所述基材且接著將所述基材暴露給一等離子體。
15.如權利要求I所述的方法，還包含下列步驟 在平坦化所述含矽與氧層前，在一含氧環境中，在大於500°C、600°C、700°C、或800°C之一的基材溫度下，退火所述含娃與氧層
16.如權利要求I所述的方法，其中在處理所述含矽與氧層的操作後，所述含矽與氧層實質上由矽與氧構成。
17.如權利要求I所述的方法，其中所述含矽與氧層包含旋塗式玻璃(SOG)、等離子體增強CVD (PECVD)氧化矽、可流動CVD (FCVD)氧化矽、次大氣壓CVD (SACVD)氧化矽、TEOS-臭氧氧化矽、TEOS-臭氧-H2O氧化矽、未摻雜矽酸鹽玻璃(USG)、與硼磷矽酸鹽玻璃(BPSG)的至少一種。
全文摘要
本發明描述用以在一圖案化基材上形成高密度間隙填充氧化矽的處理。此處理增加間隙填充氧化矽的密度，尤其是在窄溝槽中的濃度。也可增加寬溝槽與凹陷開放區域中的密度。在處理後，窄溝槽與寬溝槽/開放區域中的間隙填充氧化矽的密度變得更近似，這容許蝕刻速率更密切地匹配的。此效應也可被描述成圖案負載效應的減少。此處理涉及了形成且接著平坦化氧化矽。平坦化暴露了更靠近窄溝槽的新介電質界面。新暴露的界面可通過退火和/或將經平坦化的表面暴露給等離子體來促進緻密化。
文檔編號H01L21/76GK102668061SQ201080048151
公開日2012年9月12日 申請日期2010年9月23日 優先權日2009年10月5日
發明者妮琴·K·英吉, 尚卡·文卡塔拉曼, 梁靜美 申請人:應用材料公司