SiOCN薄膜的形成制造技术

本发明专利技术提供了用于在反应空间中的衬底上沉积氧碳氮化硅(SiOCN)薄膜的方法。方法包括至少一个等离子体增强原子层沉积(PEALD)循环，其包括交替地和顺序地将衬底与硅前驱物以及不包括氧的第二反应物接触。在一些实施例中方法允许沉积具有提高的酸基湿法刻蚀抗性的SiOCN膜。

Formation of SiOCN films

The present invention provides a method for depositing oxygen carbon nitride silicon nitride (SiOCN) films on a substrate in a reaction space. The method includes at least one plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD) cycle, which includes alternately and sequentially contacting the substrate with the silicon precursor and the second reactant not including oxygen. The SiOCN film has improved resistance to acid etching in some embodiments of the method allows the deposition.

【技术实现步骤摘要】
SiOCN薄膜的形成与申请相关的参考本申请要求享有2016年11月3日提交的美国专利申请15/342,943的优先权，其是2015年11月12日提交的美国专利申请号14/939,984的部分连续案。
本公开大体上涉及半导体器件制造的领域，并且更具体地涉及具有所需耐化学性特性的氧碳氮化硅(siliconoxycarbonitride，SiOCN)膜的形成。
技术介绍
对于具有相对较低介电常数(k)数值以及相对较低酸基湿法刻蚀速率的介电材料存在越来越多的需求。氧碳氮化硅可以满足某些这些需求。通常，用于SiOCN的沉积工艺需要包括卤化物和/或氧等离子体的前驱物。专利技术概述在一些实施方式中，提供了等离子体增强原子层沉积(plasmaenhancedatomiclayerdeposition；PEALD)工艺以用于在反应空间中的衬底上形成氧碳氮化硅(SiOCN)薄膜。在一些实施方式中，PEALD工艺可包括至少一个沉积循环，所述至少一个沉积循环包括将衬底的表面与气相硅前驱物接触至衬底表面上，将吸附的硅物质与由并不包括氧的气体所形成的等离子体所产生的至少一个反应性物质(活性物种，reactivespecies)接触，并且任选地重复接触步骤直至已经形成所需厚度的SiOCN膜。在一些实施方式中，PEALD工艺中使用的硅前驱物具有如以下通式之一的式：(RIO)4-xSi(RII-NH2)x(1)其中x是从1至4的整数；RI是独立选择的烷基；以及RII是独立选择的烃；(RIO)3Si-RII-NH2(2)其中RI是独立选择的烷基；以及RII是独立选择的烃；和(RIO)4-xSi(-[CH2]n-NH2)x(3)其中x是从1至4的整数；n是从1-5的整数；以及RI是独立选择的烷基。在一些实施方式中，SiOCN薄膜的湿法刻蚀速率与热氧化硅(thermalsiliconoxide)的湿法刻蚀速率的比率可小于约5。在一些实施方式中，SiOCN薄膜的湿法刻蚀速率与热氧化硅的湿法刻蚀速率的比率可小于约0.3。在一些实施方式中，SiOCN薄膜的湿法刻蚀速率与热氧化硅的湿法刻蚀速率的比率可小于约0.1。在一些实施方式中，SiOCN薄膜可以被沉积在衬底上的三维结构上。在一些实施方式中，形成在三维结构的顶表面上的SiOCN的湿法刻蚀速率与形成在三维结构的侧墙(sidewall)表面上的SiOCN的湿法刻蚀速率的湿法刻蚀速率比率在稀HF中可以为约1∶1、约1∶5、或小于约2∶1。在一些实施方式中气相硅前驱物可以不包括卤素。在一些实施方式中硅前驱物可以包括(3-氨丙基)三甲氧基硅烷(APTMS)。在一些实施方式中反应性物质可以包括氢等离子体、氢原子、氢自由基或氢离子。在一些实施方式中反应性物质可以由包括稀有气体的第二反应物产生。在一些实施方式中反应性物质可以进一步包括氮等离子体、氮原子、氮自由基或氮离子。在一些实施方式中反应性物质可以由来自包括氢的第二反应物的等离子体产生。在一些实施方式中第二反应物可以包括H2。在一些实施方式中衬底表面可以包括有机材料。在一些实施方式中有机材料包括光致抗蚀剂材料。在一些实施方式中方法可以进一步包括在所需数目的沉积循环之后所执行的氢等离子体处理循环，氢等离子体处理循环包括将衬底与由来自氢的等离子体所产生的反应性物质接触。在一些实施方式中氢等离子体处理循环可以在沉积工艺期间执行多于一次。在一些实施方式中氢等离子体处理循环与沉积循环的比率从约1∶1至约1∶10。在一些实施方式中至少一个反应性物质包括由来自N2的等离子体产生的反应性物质。在一些实施方式中方法可以进一步包括在已经执行了所需数目的沉积循环之后所执行的第二氢等离子体沉积步骤，氢等离子体沉积步骤包括至少一个循环，所述至少一个循环包括将衬底的表面与气相硅前驱物接触以在衬底的表面上形成硅物质；将吸附的硅物质与由从H2形成的等离子体所产生的反应性物质接触；以及任选地重复接触步骤直至已经形成了所需厚度的SiOCN膜；其中硅前驱物具有如以下通式之一的式：(RIO)4-xSi(RII-NH2)x(1)其中x是从1至4的整数；RI是独立选择的烷基；以及RII是独立选择的烃；(RIO)3Si-RII-NH2(2)其中RI是独立选择的烷基；以及RII是独立选择的烃；和(RIO)4-xSi(-[CH2]n-NH2)x(3)其中x是从1至4的整数；n是从1-5的整数；以及RI是独立选择的烷基。在一些实施方式中，方法被用于在间隔件限定双重图案(spacerdefineddoublepatterning；SDDP)工艺中在衬底上形成SiOCN间隔件(spacer)。在一些实施方式中，方法被用于在间隔件限定四重图案(spacerdefinedquadruplepatterning；SQDP)工艺中在衬底上形成SiOCN间隔件。在一些实施方式中SiOCN薄膜可以包括至少20at％的氧。在一些实施方式中SiOCN薄膜可以包括至少5at％的碳。在一些实施方式中SiOCN薄膜可以包括至少5at％的氮。在一些实施方式中，提供了用于在反应空间中的衬底上形成氧碳氮化硅(SiOCN)薄膜的工艺。在一些实施方式中工艺可以包括多个沉积循环，至少一个沉积循环可以包括交替地和顺序地将衬底的表面与硅前驱物以及包括至少一个反应性物质的第二反应物接触。在一些实施方式中沉积循环可以被重复两次或更多次以形成SiOCN薄膜。在一些实施方式中硅前驱物可以具有通式：LnSi(ORI)4-x-y-z-n(RIINRIIIRIV)xHy(OH)z其中n是从0至3的整数，x是从1至4的整数，y是从0至3的整数，z是从0至3的整数；以及4-x-y-z-n是从0至3；RI是独立选择的烷基；RII是独立的烃；RIII和RIV是独立选择的烷基和/或氢；以及L是独立选择的烷基或卤素。在一些实施方式中至少一个反应性物质可以由从并不包括氧的气体所形成的等离子体而产生。在一些实施方式中硅前驱物可以具有通式：LnSi(ORI)4-x-n(RIINRIIIRIV)x其中n是从0至3的整数，x是从1至3的整数；L是独立选择的烷基或卤素；RI是独立选择的烷基；RII是独立选择的烃；以及RIII和RIV是独立选择的烷基和/或氢。在一些实施方式中硅前驱物可以具有通式：Si(ORI)4-x-y-z(RIINRIIIRIV)xHy(OH)z其中x是从1至4的整数，y是从0至3的整数，z是从0至3的整数；RI是独立选择的烷基；RII是独立选择的烃；以及RIII和RIV是独立选择的烷基和/或氢。在一些实施方式中硅前驱物可以具有通式：Si(ORI)4-x(RIINRIIIRIV)x其中x是从1至4的整数；RI是独立选择的烷基；RII是独立选择的烃；以及RIII和RIV是独立选择的烷基和/或氢。在一些实施方式中硅前驱物可以包括APTMS。在一些实施方式中至少一个沉积循环可以是PEALD循环。在一些实施方式中反应性物质可以通过向第二反应物施加约100瓦(W)至约1000W的RF功率而产生。在一些实施方式中沉积循环可以在约300℃至约400℃的工艺温度下执行。在一些实施方式中可以在小于约100℃的工艺温度下执行沉积循环。在一些实施方式中衬底可以包括有机材料。在一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过等离子体增强原子层沉积(PEALD)工艺在反应空间中的衬底上形成氧碳氮化硅(SiOCN)薄膜的方法，其中所述PEALD工艺包括至少一个沉积循环，包括：将所述衬底的表面与气相硅前驱物接触于所述衬底的表面上；将吸附的硅物质与由从并不包括氧的气体所形成的等离子体所产生的至少一个反应性物质接触；以及任选地重复所述接触步骤直至已经形成了所需厚度的SiOCN膜；其中所述硅前驱物具有如以下通式之一的式：(R

【技术特征摘要】
2015.11.12 US 14/939,984;2016.11.03 US 15/342,9431.一种通过等离子体增强原子层沉积(PEALD)工艺在反应空间中的衬底上形成氧碳氮化硅(SiOCN)薄膜的方法，其中所述PEALD工艺包括至少一个沉积循环，包括：将所述衬底的表面与气相硅前驱物接触于所述衬底的表面上；将吸附的硅物质与由从并不包括氧的气体所形成的等离子体所产生的至少一个反应性物质接触；以及任选地重复所述接触步骤直至已经形成了所需厚度的SiOCN膜；其中所述硅前驱物具有如以下通式之一的式：(RIO)4-xSi(RII-NH2)x(1)其中x是从1至4的整数；RI是独立选择的烷基；以及RII是独立选择的烃；(RIO3)Si-RII-NH2(2)其中RI是独立选择的烷基；以及RII是独立选择的烃；(RIO)4-xSi(-[CH2]n-NH2)x(3)其中x是从1至4的整数；n是从1-5的整数；以及RI是独立选择的烷基。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述SiOCN薄膜被沉积在所述衬底上的三维结构上。3.根据权利要求2所述的方法，其中在所述三维结构的基本上垂直表面上形成的SiOCN的湿法刻蚀速率与在所述三维结构的基本上水平表面上形成的SiOCN的湿法刻蚀速率的湿法刻蚀速率比率在0.5wt％稀HF中大于约5∶1。4.根据权利要求2所述的方法，其中在所述三维结构的基本上垂直表面上形成的SiOCN的湿法刻蚀速率与在所述三维结构的基本上水平表面上形成的SiOCN的湿法刻蚀速度的湿法刻蚀速率比率在0.5wt％稀HF中小于约1∶2。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述硅前驱物包括(3-氨丙基)三甲氧基硅烷(APTMS)。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应性物质包括氢等离子体、氢原子、氢自由基或氢离子。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应性物质由包括稀有气体的第二反应物产生。8.根据权利要求6所述的方法，其中所述反应性物质进一步包括氮等离子体、氮原子、氮自由基、或氮离子。9.根据权利要求6所述的方法，其中所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·苏祖基，V·J·波雷，
申请(专利权)人：ASMIP控股有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL