平滑的含硅膜制造技术

描述了一种用于沉积超平滑的含硅膜和膜堆叠的方法和硬件。在一种实施方式中，公开了在等离子体增强化学气相沉积装置中在衬底上形成含硅膜的方法的一种实施方式，该方法包括：供给含硅反应物至该等离子体增强化学气相沉积装置；供给共反应物至该等离子体增强化学气相沉积装置；供给电容耦合等离子体至该等离子体增强化学气相沉积装置的处理站，该等离子体包括从该含硅反应产生的硅自由基和从该共反应物产生的共反应物自由基；以及在该衬底上沉积该含硅膜，该含硅膜具有介于1.4和2.1之间的折射率，该含硅膜还具有在硅衬底上测量的小于或等于4.5埃的绝对粗糙度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】平滑的含硅膜 相关申请的交叉引用 本申请要求于2010年9月13日提交的名称为“ IN-SITU PLASMA-ENHANCEDCHEMICAL VAPOR DEPOSITION OF FILM STACKS”的美国临时专利申请序列 N0.61/382，465 ；于2010年9月13日提交的名称为“SMOOTH SI LANE-BASED FILMS，”的美国临时专利申请序列 N0.61/382，468 ;于 2010 年 10 月 19 日提交的名称为 “IN-SITU PLASMA-ENHANCEDCHEMICAL VAPOR DEPOSITION OF FILM STACKS，”的美国临时专利申请序列 N0.61/394，707 ；于2010年12月16日提交的名称为“SMOOTH SLIC0N-C0NTAINING FILMS，”的美国非临时专利申请序列N0.12/970,853的权益，其中的全部内容通过引用并入本文用于所有目的。
技术介绍
图案化用于三维(3D)存储器设备的膜堆叠会是困难的。用于沉积膜层的一些常规的原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)、高密度等离子体化学气相沉积(HDP-CVD)、以及等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺会产生不可接受的粗糙的膜，导致不可接受的膜层之间的界面混合，并且可以具有由在依次沉积的膜层之间的真空中断引起的界面缺陷。随着该膜堆叠的建立，产生的这些粗糙的膜的界面和界面缺陷会通过随后沉积的层而放大，使得对于下游的图案化工艺，膜堆叠的顶表面可能是不可接受的粗糙。此外，膜堆叠内的界面缺陷可能导致3D存储设备内的结构缺陷和/或电气缺陷。
技术实现思路
本专利技术描述了涉及沉积超平滑的含硅膜的各种实施方式。例如，一个公开的实施方式提供了一种在衬底上原位形成包括第一膜和第二膜的膜堆叠的方法，该第一膜具有与该第二膜不同的材料组分。该方法包括:在第一膜沉积阶段，供给第一反应物气体混合物至处理站，使用该第一反应物气体混合物来保持第一等离子体，用该第一等离子体在该衬底上沉积该第一膜；且在第二膜沉积阶段，并且没有中间真空中断，供给第二反应气体混合物至该处理站，使用该第二反应气体混合物来保持第二等离子体，用该第二等离子在该衬底上沉积该第二膜，以及控制该第二膜沉积阶段的工艺参数，从而使该第二膜的绝对粗糙度随着该第二膜的厚度的增加而减小。另一种公开的实施方式包括:供给含硅反应物至等离子体增强化学气相沉积装置；供给共反应物至该等离子体增强化学气相沉积装置；供给电容耦合等离子体至该等离子体增强化学气相沉积装置的处理站，该等离子体包括从该含硅反应物产生的硅自由基和从该共反应物产生的共反应物自由基；以及在该衬底上沉积该含硅膜，该含硅膜具有介于1.4和2.1之间的折射率，该含硅膜还具有在硅衬底上测量的(即，在硅衬底上直接沉积的膜上测量的)小于或等于4.5埃的绝对粗糙度。提供本
技术实现思路
以引入简化形式的构思的选择，在下面的具体实施方式中详细描述了这些构思。本
技术实现思路
并不意图确定权利要求的主题的关键特征或基本特征，也不意图用于限制权利要求保护的主题的范围。此外，权利要求保护的主题的范围并不限于解决本公开的任何部分中指出的任何或所有缺点的实现方式。附图说明图1示意性地示出了沉积在衬底上的包括第一膜和第二膜的交替层的膜堆叠的示例性实施方式。图2示出了沉积在包括11对交替的SiN/Si02层的膜堆叠的顶部的示例性基于原硅酸四乙酯(TEOS)的等离子体增强化学气相沉积(PECVD) SiO2膜的表面的原子力显微镜(AFM)图像。图3示出了沉积在包括11对交替的SiN/Si02层的膜堆叠的顶部的示例性常规的基于硅烷的PECVD SiO2膜的表面的原子力显微镜(AFM)图像。图4示出了根据本公开的实施方式沉积在包括14对交替的SiN/Si02层的膜堆叠的顶部的示例性超平滑的PECVD SiO2膜的表面的原子力显微镜(AFM)图像。图5示意性地示出了常规的PECVD和原子层沉积(ALD)的SiO2膜和根据本专利技术的一个实施方式沉积的示例性超平滑的PECVD SiO2膜之间的绝对粗糙度的比较。图6示意性地示出了包括根据本公开的一个实施方式沉积的示例性超平滑的PECVD SiO2膜、与氮化硅膜交替的超平滑的PECVD SiO2膜的堆叠的一个实施方式。图7示意性地示出了在图6中示意性地示出的膜堆叠的顶部根据本公开的一个实施方式沉积的超平滑的PECVD SiO2膜。图8示出了在图6中示意性地示出的膜堆叠的顶部暴露的氮化硅表面的AFM图像。图9示出了在图7中示意性地示出的膜堆叠的顶部根据本公开的一个实施方式沉积的300埃的超平滑的PECVD SiO2膜的表面的AFM图像。图10示出了在图7中示意性地示出的膜堆叠的顶部根据本公开的一个实施方式沉积的3000埃的超平滑的PECVD SiO2膜的表面的AFM图像。图11示意性地示出了包括根据本公开的一个实施方式沉积的示例性超平滑的PECVD SiO2膜、与氮化硅膜交替的超平滑的PECVD SiO2膜的膜堆叠的另一实施方式。图12图示地示出了根据本公开的一个实施方式沉积的超平滑的PECVD SiO2膜、常规的基于TEOS的PECVD SiO2膜、以及常规的基于硅烷的PECVD SiO2膜的厚度与这些膜的绝对粗糙度测量值之间的示例性关系。图13示意性地示出了在图11示意性地示出的膜堆叠的顶部上沉积的氮化硅膜。图14图示地示出了根据本公开的一个实施方式沉积的超平滑的PECVD SiO2膜、常规的基于TEOS的PECVD SiO2膜、以及常规的基于硅烷的PECVD SiO2膜的厚度与沉积在这些SiO2膜中的每一个上的800埃的氮化硅膜的绝对粗糙度测量值之间的示例性关系。图15示出了流程图，其示出了根据本公开的一个实施方式沉积超平滑的PECVD含硅膜的方法。图16图示地示出了常规的PECVD SiO2膜和根据本公开的实施方式沉积的超平滑的PECVD SiO2膜的表面粗糙度和硅烷流率之间的示例性关系。图17图示地示出了用于在图7中所示的示例性膜的硅烷流率和SiO2膜沉积速率之间的不例关系。图18图示地示出了根据本公开的实施方式沉积的超平滑的PECVD SiO2膜的处理站压强和SiO2膜的沉积速率之间的关系，从具有类似的硅烷流率但不同的总的气体流率的超平滑的PECVD工艺中沉积该SiO2膜。图19图示地示出了根据本公开的一个实施方式沉积的超平滑的PECVD SiO2膜的膜应力、SiO2膜的沉积速率和硅烷的流率之间的关系。图20图示地示出了根据本公开的一个实施方式沉积的超平滑的PECVD SiO2膜的月吴应力、衬底弯曲(bow)和I吴厚度之间的关系。图21图示地示出了傅里叶变换红外光谱的比较，其示出了热生长的3102膜、基于TEOS的PECVD SiO2膜和根据本专利技术的一个实施方式沉积的超平滑的PECVD SiO2膜的S1-O的伸缩模式数据。图22图示地示出了根据本公开的实施方式沉积的超平滑的PECVD SiO2膜的绝对粗糙度与高频等离子体的功率电平之间的关系。图23图示地示出了根据本公开的实施方式沉积的超平滑的PECVD SiO2膜的处理站压强与绝对粗糙度的依赖关系。图24图示地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在等离子体增强化学气相沉积装置中在衬底上形成含硅膜的方法，所述方法包括：供给含硅反应物至所述等离子体增强化学气相沉积装置；供给共反应物至所述等离子体增强化学气相沉积装置；供给电容耦合等离子体至所述等离子体增强化学气相沉积装置的处理站，所述等离子体包括从所述含硅反应物产生的硅自由基和从所述共反应物产生的共反应物自由基；以及在所述衬底上沉积所述含硅膜，所述含硅膜具有介于1.4和2.1之间的折射率，所述含硅膜进一步具有在硅衬底上测量的小于4.5埃的绝对粗糙度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.09.13 US 61/382,468;2010.09.13 US 61/382,465;1.一种在等离子体增强化学气相沉积装置中在衬底上形成含硅膜的方法，所述方法包括: 供给含硅反应物至所述等离子体增强化学气相沉积装置； 供给共反应物至所述等离子体增强化学气相沉积装置； 供给电容耦合等离子体至所述等离子体增强化学气相沉积装置的处理站，所述等离子体包括从所述含硅反应物产生的硅自由基和从所述共反应物产生的共反应物自由基；以及在所述衬底上沉积所述含硅膜，所述含硅膜具有介于1.4和2.1之间的折射率，所述含硅膜进一步具有在硅衬底上测量的小于4.5埃的绝对粗糙度。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含硅膜是二氧化硅膜，并且其中，在厚度范围为高达3000埃的所述二氧化硅膜中，所述二氧化硅膜具有在硅衬底上测量的小于4.5埃的绝对粗糙度。3.根据权利要求1所述 的方法，其中，所述共反应物包括NH3、N2O,CO和CO2中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含硅反应物包括硅烷、乙硅烷、卤素取代硅烧和烧基取代娃烧中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述等离子体具有小于2X 101°离子/厘米3的离子密度。6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括通过供应包含所述共反应物的量是所述含硅反应物的量的至少150倍的处理气体混合物来控制所述含硅膜的绝对粗糙度。7.根据权利要求1所述的方法，其中提供等离子体至所述衬底包括产生高频等离子体。8.—种在衬底原位形成包括第一膜和第二膜的膜堆叠的方法，所述第一膜具有与所述第二膜不同的材料组分，所述方法包括: 在第一膜沉积阶段， 供给第一反应气体混合物至处理站， 使用所述第一反应气体混合物来保持第一等离子体， 用所述第一等离子体，在所述衬底上沉积所述第一膜；以及在第二膜沉积阶段，且没有中间的真空中断， 供给第二反应气体混合物至所述处理站， 使用所述第二反应气体混合物保持第二等离子体， 用第二等离子体，在所述衬底上沉积所述第二膜，以及， 控制所述第二膜沉积阶段的工艺参数，从而使所述第二膜的所述绝对粗糙度随着所述第二膜的厚度的增加而减小。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一膜是多晶硅膜和不定型硅膜中的一种，且其中，所述第二膜是具有介于1.4和2.1之间的折射率的含硅膜，所述含硅膜进一步具有在硅衬底上测量的小于4.5埃的绝对粗糙度。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一膜包括硼掺杂剂、砷掺杂剂和磷掺杂剂中的一个。11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一膜是氮化硅膜，且其中所述第二膜是具有介于1.4和2.1之间的折射率的含硅膜，所述含硅膜进一步具有在硅衬底上测量的小于4.5埃的绝对粗糙度。12.根据权利要求8所述的方法，其中，相对于所述第一膜的绝对粗糙度，增加所述第二膜的厚度就减小了第三膜的绝对粗糙度，所述第三膜是在第三膜沉积阶段与所述第一膜沉积阶段和所述第二膜沉积阶段原位沉积的。13.根据权利要求8所述的方法，其中，控制所述第二膜沉积阶段的所述工艺参数包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：基思·福克斯，牛冬，乔·沃马克，曼迪亚姆·西里拉姆，乔治·安德鲁·安东内利，巴特·范施拉芬迪克，珍妮弗·奥洛克林，
申请(专利权)人：诺发系统公司，
类型：发明
国别省市：美国;US