用于调节薄膜中的残余应力的方法技术

本发明专利技术涉及用于调节薄膜中的残余应力的方法。在半导体衬底上形成应力减小的介电膜的方法，其包括通过沉积具有厚度tm和应力水平sm的主要部分；以及沉积具有厚度tl和应力水平sl的低应力部分，其中sl<sm，从而沉积介电膜的第一应力减小的双层。双层的特征可以在于整体的应力水平stot<90％*(sm*tm+sl*tl)/(tm+tl)，在一些情况下，stot<sl。在一些情况下，stot<90％*sm，且对于每种单独的元素成分，在每单位体积5mol％的差数内，主要和低应力部分可有基本相同的化学组成。主要和低应力部分其特征可在于：相应的漏电流Im和Il，相应的击穿电压Vm和Vl，且双层的特征可在于整体漏电流Itot和击穿电压Vtot使得stot<90％*sm，且Itot<90％*(Im*tm+Il*tl)/(tm+tl)或Vtot>110％*(Vm*tm+Vl*tl)/(tm+tl)或两者。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及半导体处理领域，具体涉及用于调节薄膜中的残余应力的方法。
技术介绍
大多数膜沉积与由于外在因素(例如，热膨胀系数失配)和/或内在因素(例如，晶格的缺陷和/或错位)两者而引起的在所沉积的膜的残余应力的引入相关联。应力可以是压缩性的或拉伸性的，具体取决于，例如，衬底的特性、所沉积的膜的类型、其性能、其沉积的方式等等。所沉积的膜的压缩应力会导致膜的起泡或屈曲，而拉伸应力可能导致膜破裂。此外，通过这些应力引起的晶片变形会引起在其它器件层中的可靠性问题并且，通常，对电气和光学性能以及所制造的半导体器件的机械完整性造成不利影响。因此，在IC制造中，薄膜应力是器件层整合策略的主要问题。
技术实现思路
本专利技术公开了一种在半导体衬底上形成应力减小的介电膜的方法。所述方法包括通过下述步骤沉积所述介电膜的第一应力减小的双层：沉积具有厚度tm和应力水平sm的主要部分；以及沉积具有厚度tl和应力水平sl的低应力部分，其中sl<sm。在一些实施方式中，根据前面所述步骤沉积的所述第一应力减小的双层的特征可以在于整体的应力水平stot<90％*(sm*tm+sl*tl)/(tm+tl)。在某些实施方式中，所述第一应力减小的双层的特征可以在于整体的应力水平stot<sl。在一些实施方式中，所述第一应力减小的双层的特征可以在于整体的应力水平stot<90％*sm，并且对于每种单独的元素成分，在每单位体积5.0mol％的差数(margin)内，所述第一应力减小的双层的主要部分和低应力部分具有基本上相同的化学组成。在一些实施方式中，所沉积的所述应力减小的介电膜可以由硅的氧化物、氮化物和/或碳化物制成。在一些实施方式中，沉积所述第一应力减小的双层的主要部分和低应力部分可以包括：在处理室中，使膜前体吸附到所述衬底上，使得所述膜前体在所述衬底上形成膜前体的吸附受限层；从所述处理室中的包围所吸附的所述膜前体的体积除去至少一些未被吸附的膜前体；以及在除去未被吸附的膜前体后，通过将所吸附的所述膜前体暴露于等离子体而使其反应以在所述衬底上形成介电膜层。在一些实施方式中，沉积所述介电膜的第一应力减小的双层可以包括：沉积具有厚度tm、应力水平sm、漏电流Im、和击穿电压Vm的主要部分；沉积具有厚度tl、应力水平sl、漏电流Il、和击穿电压Vl的低应力部分，其中sl<sm。在某些这样的实施方式中，所述第一应力减小的双层的特征可以在于整体的应力水平stot、整体的漏电流Itot、和整体的击穿电压Vtot，并且其中，stot<90％*sm，并且Itot<90％*(Im*tm+Il*tl)/(tm+tl)，或者Vtot>110％*(Vm*tm+Vl*tl)/(tm+tl)，或者Itot<90％*(Im*tm+Il*tl)/(tm+tl)且Vtot>110％*(Vm*tm+Vl*tl)/(tm+tl)。本专利技术还公开了一种在半导体衬底上形成应力减小的介电膜的方法，该方法包括：通过沉积主要部分来沉积介电膜的第一应力减小的双层，其中在沉积主要部分的同时向主要部分的每单位膜面积和厚度施加总的RF能量大于约0.16焦耳/cm2，以及沉积低应力部分，其中在沉积低应力部分的同时向低应力部分的每单位膜面积和厚度施加总的RF能量小于约0.1焦耳/cm2。在某些这样的实施方式中，在主要部分的沉积中所施加的RF功率电平是大于约0.7瓦/cm2，并且在低应力部分的沉积中所施加的RF功率电平小于约0.4瓦特/cm2。在一些实施方式中，RF功率在主要部分的沉积中施加超过约0.1秒/循环，并且RF功率在低应力部分的沉积中施加小于约0.5秒/循环。具体而言，本专利技术的一些方面可以阐述如下：1.一种在半导体衬底上形成应力减小的介电膜的方法，所述方法包括：通过下述步骤沉积所述介电膜的第一应力减小的双层：(i)沉积具有厚度tm和应力水平sm的主要部分；以及(ii)沉积具有厚度tl和应力水平sl的低应力部分，其中sl<sm；其中根据(i)‐(ii)沉积的所述第一应力减小的双层的特征在于整体的应力水平stot，并且其中stot<90％*(sm*tm+sl*tl)/(tm+tl)。2.根据条款1所述的方法，其中对应于所述第一应力减小的双层的stot和sl是这样的，stot<sl。3.根据条款1所述的方法，其还包括：根据(i)‐(ii)沉积所述介电膜的第二应力减小的双层；其中，根据(i)‐(ii)沉积的所述介电膜的所述第二应力减小的双层的特征也在于整体的应力水平stot，其中stot<90％*(sm*tm+sl*tl)/(tm+tl)。4.根据条款3所述的方法，其中对应于所述第一应力减小的双层的stot和sl是这样的，stot<sl，并且对于所述第二应力减小的双层同样如此。5.根据条款1所述的方法，其中对应于所述第一应力减小的双层的stot、sm和sl是这样的，sm>200兆帕的压缩，sl<200兆帕的压缩，并且stot<200兆帕的压缩。6.根据条款1所述的方法，其中对应于所述第一应力减小的双层的stot、sm和sl是这样的，sm>200兆帕的拉伸，sl<200兆帕的拉伸，并且stot<200兆帕的拉伸。7.根据条款1所述的方法，其中，对于每个单独的元素成分，在每单位体积5mol％的差数内，所述第一应力减小的双层的主要部分和低应力部分具有基本上相同的化学组成。8.根据条款7所述的方法，其中所述介电膜包括硅的氧化物、氮化物和/或碳化物。9.根据条款1所述的方法，其中在(i)中沉积所述第一应力减小的双层的所述主要部分以及在(ii)中沉积所述低应力部分各自包括：(a)在处理室中，使膜前体吸附到所述衬底上，使得所述膜前体在所述衬底上形成膜前体的吸附受限层；(b)从所述处理室中的包围所吸附的所述膜前体的体积除去至少一些未被吸附的膜前体；以及(c)在(b)中除去未被吸附的膜前体后，通过将所吸附的所述膜前体暴露于等离子体而使其反应以在所述衬底上形成介电膜层。10.根据条款1所述的方法，还包括通过操作(i)或操作(ii)沉积膜的附加的单层。11.根据条款1所述的方法，其中在(i)中沉积所述第一应力减小的双层的主要部分以及在(ii)中沉积所述低应力部分各自包括PVD或CVD工艺。12.一种在半导体衬底上形成应力减小的介电膜的方法，所述方法包括：通过下述步骤沉积介电膜的第一应力减小的双层：(i)沉积具有厚度tm和应力水平Sm的主要部分；以及(ii)沉积具有厚度tl和应力水平sl的低应力部分，其中sl<sm；其中根据(i)‐(ii)沉积的所述第一应力减小的双层的特征在于整体的应力水平stot<90％*sm，并且其中，对于每种单独的元素成分，在每单位体积5.0mol％的差数内，所述第一应力减小的双层的主要部分和低应力部分具有基本上相同的化学组成。13.根据条款12所述的方法，其中于在(ii)中沉积所述低应力部分之前，在(i)中沉积所述第一应力减小的双层的主要部分。14.根据条款12所述的方法，其中于在(ii)中沉积所述低应力部分之后，在(i本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在半导体衬底上形成应力减小的介电膜的方法，所述方法包括：通过下述步骤沉积所述介电膜的第一应力减小的双层：(i)沉积具有厚度tm和应力水平sm的主要部分；以及(ii)沉积具有厚度tl和应力水平sl的低应力部分，其中sl<sm；其中根据(i)‐(ii)沉积的所述第一应力减小的双层的特征在于整体的应力水平stot，并且其中stot<90％*(sm*tm+sl*tl)/(tm+tl)。

【技术特征摘要】
2015.05.08 US 14/708,0501.一种在半导体衬底上形成应力减小的介电膜的方法，所述方法包括：通过下述步骤沉积所述介电膜的第一应力减小的双层：(i)沉积具有厚度tm和应力水平sm的主要部分；以及(ii)沉积具有厚度tl和应力水平sl的低应力部分，其中sl<sm；其中根据(i)‐(ii)沉积的所述第一应力减小的双层的特征在于整体的应力水平stot，并且其中stot<90％*(sm*tm+sl*tl)/(tm+tl)。2.根据权利要求1所述的方法，其中对应于所述第一应力减小的双层的stot和sl是这样的，stot<sl。3.根据权利要求1所述的方法，其还包括：根据(i)‐(ii)沉积所述介电膜的第二应力减小的双层；其中，根据(i)‐(ii)沉积的所述介电膜的所述第二应力减小的双层的特征也在于整体的应力水平stot，其中stot<90％*(sm*tm+sl*tl)/(tm+tl)。4.根据权利要求3所述的方法，其中对应于所述第一应力减小的双层的stot和sl是这样的，stot<sl，并且对于所述第二应力减小的双层同样如此。5.根据权利要求1所述的方法，其中对应于所述第一应力减小的双层的stot、sm和sl是这样的，sm>200兆帕的压缩，sl<200兆帕的压缩，并且stot<200兆帕的压缩。6.根据权利要求1所述的方法，其中对应于所述第一应力减小的双层的stot、sm和sl是这样的，sm>200兆帕的拉伸，sl<200兆帕的拉伸，并且stot<200兆帕的拉伸。7.根据权利要求1所述的方法，其中，对...

【专利技术属性】
技术研发人员：普鲁肖塔姆·库马尔，康胡，钱俊，阿德里安·拉瓦伊，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国;US