掺杂氧的碳化硅膜的基于远程等离子体的沉积制造技术

本发明专利技术涉及掺杂氧的碳化硅膜的基于远程等离子体的沉积。本发明专利技术公开了用于提供掺杂氧的碳化硅膜的方法和系统。掺杂氧的碳化硅层可以是在采用一种或多种具有一个或多个硅‑氢键和/或硅‑硅键的含硅前体的工艺条件下提供的。所述含硅前体还可以具有一个或多个硅‑氧键和/或硅‑碳键。处于实质上低的能量状态的一种或多种自由基物质可与含硅前体反应以形成掺杂氧的碳化硅膜。所述一种或多种自由基物质可在远程等离子体源中形成。

Deposition of silicon carbide films doped with oxygen based on long distance plasma

The present invention relates to a deposition of a silicon carbide film doped with oxygen based on a remote plasma. The present invention discloses a method and a system for providing a silicon carbide film doped with oxygen. Oxygen doped silicon carbide layer can be provided with one or more silicon hydrogen bonding and / or silicon silicon bond in using one or more of the silicon containing precursor process conditions. The silicon containing precursor can also have one or more silicon oxygen bond and / or silicon carbon bond. One or more free radicals in a substantially lower energy state can react with a silicon containing precursor to form a silicon carbide film doped with oxygen. The one or more free radical substances can be formed in a remote plasma source.

【技术实现步骤摘要】
掺杂氧的碳化硅膜的基于远程等离子体的沉积
本专利技术总体上涉及掺杂氧的碳化硅膜的形成，更具体涉及掺杂氧的碳化硅膜的基于远程等离子体的沉积。
技术介绍
碳化硅(SiC)类薄膜具有独特的物理、化学和机械性能，并被用于各种应用，特别是集成电路应用中。一种这样的SiC类薄膜包括掺杂氧的SiC。
技术实现思路
本公开涉及一种沉积掺杂氧的碳化硅(SiCO)膜的方法。所述方法包括：提供衬底并且使一种或多种含硅前体流动到所述衬底上，其中所述一种或多种含硅前体中的每一者具有(i)一个或多个硅-氢键和/或硅-硅键，以及(ii)一个或多个硅-氧键和一个或多个硅-碳键。所述方法还包括使源气体流入远程等离子体源中；在所述远程等离子体源中从所述源气体产生氢的自由基；以及将所述氢的自由基引入到所述衬底上，其中所述自由基中的至少90％是在实质上低的能量状态下的氢的自由基，所述在实质上低的能量状态下的氢的自由基在破坏硅-氢键和硅-硅键中的一者或两者但保留所述硅-氧键和所述硅-碳键的条件下与一种或多种含硅前体反应以在所述衬底上形成SiCO膜。在一些实现方式中，所述含硅前体包括环状硅氧烷。在一些实现方式中，所述含硅前体包括烷氧基硅烷。在一些实现方式中，所述自由基由源气体氢气产生。在一些实现方式中，所述SiCO膜中的硅-氧键比硅-碳键的比例在约0.5:1和约3:1之间。在一些实现方式中，所述SiCO膜包括在所述衬底上的保形薄膜。在一些实现方式中，所述衬底包括具有栅电极的晶体管，并且所述方法还包括在所述栅电极的一个或多个侧壁上形成所述SiCO膜。本公开还涉及用于在衬底上沉积掺杂氧的碳化硅膜的装置。该装置包括反应室，该反应室包括用于支撑衬底的衬底支撑件，耦合到反应室并被配置成在反应室外产生等离子体的远程等离子体源，耦合到反应室的一个或多个气体入口，以及包含用于执行以下操作的指令的控制器：(a)使一种或多种含硅前体流动到所述衬底上，其中所述一种或多种含硅前体中的每一者具有(i)一个或多个硅-氢键和/或硅-硅键，以及(ii)一个或多个硅-氧键和一个或多个硅-碳键；(b)使源气体流入所述远程等离子体源中；(c)在所述远程等离子体源中从所述源气体产生氢的自由基；以及(d)将所述氢的自由基引入到所述衬底上，其中所述自由基中的至少90％是在实质上低的能量状态下的氢的自由基，所述在实质上低的能量状态下的氢的自由基在破坏硅-氢键和硅-硅键中的一者或两者但保留所述硅-氧键和所述硅-碳键的条件下与一种或多种含硅前体反应以在所述衬底上形成SiCO膜。在一些实现方式中，所述含硅前体包括环状硅氧烷。在一些实现方式中，所述含硅前体包括烷氧基硅烷。在一些实现方式中，所述自由基由源气体氢气产生。在一些实现方式中，所述SiCO膜中的硅-氧键比硅-碳键的比例在约0.5:1和约3:1之间。在一些实现方式中，所述SiCO膜包括在所述衬底上的保形薄膜。在一些实现方式中，所述衬底包括具有栅电极的晶体管，并且所述控制器还包括用于在所述栅电极的一个或多个侧壁上形成所述SiCO膜的指令。附图说明图1A示出了在衬底上沉积的掺杂氧的碳化硅膜的一个实例的横截面。图1B示出了在晶体管的栅电极结构的侧壁上的掺杂氧的碳化硅垂直结构。图1C示出了在空气间隙型的金属化层中铜线的暴露的侧壁上的掺杂氧的碳化硅垂直结构。图1D示出了用于多孔电介质材料的掺杂氧的碳化硅孔密封剂。图1E示出了在用于制造鳍式场效晶体管(finFET)结构的示例性集成流程中的三维示意图。图2示出了代表性的笼形硅烷前体的实施例。图3示出了具有远程等离子体源的处理装置的示意图。图4A示出了示例性的常规的碳氧化硅或掺杂碳的氧化硅(SiOC或SiOC:H)的化学结构。图4B示出了示例性的掺杂氧的碳化硅(SiCO)的化学结构。图5A示出了示例性的常规碳氧化硅或掺杂碳的氧化硅(SiOC或SiOC：H)的化学稳定性的傅里叶变换红外光谱(FTIR)图。图5B示出了示例性的常规碳氧化硅或掺杂碳的氧化硅(SiOC或SiOC：H)的热稳定性的热解吸光谱(TDS)图。图6A示出了示例性的掺杂氧的碳化硅(SiCO)的化学稳定性的FTIR图。图6B示出了示例性的掺杂氧的碳化硅(SiCO)的热稳定性的TDS图。具体实施方式在下面的描述中，阐述了许多具体细节，以提供对所呈现的构思的透彻理解。可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践所呈现的构思。在其他情况下，没有详细描述公知的处理操作，以免不必要地使所描述的构思难以理解。虽然一些构思将结合具体实施方式进行描述，但应当理解，这些实施方式并不旨在进行限制。在本申请中，术语“半导体晶片”、“晶片”、“衬底”、“晶片衬底”和“部分制造的集成电路”可互换使用。一个本领域的普通技术人员将理解的是，术语“部分制造的集成电路”可以指在其上面进行的集成电路制造的许多阶段中的任意阶段期间的硅晶片。在半导体器件工业中使用的晶片或衬底典型地具有200毫米或300毫米或450毫米的直径。下面的详细描述假设本专利技术是在晶片上实现。然而，本专利技术并不受此限制。工件可以是各种形状、尺寸和材料。除了半导体晶片外，可利用本专利技术优点的其它工件还包括各种物品，如印刷电路板、磁记录介质、磁记录传感器、镜、光学元件、微型机械装置等。引言半导体设备的制造通常涉及在集成电路制造工艺中在衬底上沉积一种或多种薄膜。在制造工艺的一些方面中，如SiC和SiCN之类的薄膜类型是使用原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或任何其他合适的沉积方法进行沉积的。可以沉积的另一类薄膜包括碳氧化硅(SiOC)。常规的SiOC膜通常通过用碳掺杂氧化硅来形成。含硅前体可以与含碳前体(例如甲烷、二氧化碳或一氧化碳)一起输送。可以使用合适的沉积工艺形成具有碳夹杂物的氧化硅膜。在一些实现方式中，用于沉积SiOC的前体分子可以包括具有硅-氢(Si-H)键、硅-硅(Si-Si)键、硅-碳(Si-C)键、和/或硅-氧(Si-O)键的含硅分子。当前的PECVD工艺可使用原位等离子体处理，在原位等离子体处理中，等离子体被直接提供到所处理衬底的附近。已经发现，沉积高品质的SiOC薄膜会具有一些挑战，例如提供具有以下特性的膜：良好的台阶覆盖、低介电常数、高击穿电压、低漏电流、高孔隙率、和/或覆盖在暴露的金属表面上而不氧化金属表面。虽然本专利技术不受任何特定理论的限制，但相信，在典型PECVD工艺中的等离子体条件以产生不良影响的方式将含硅前体分子分成片段。例如，PECVD可破坏在前体分子中的Si-O和/或Si-C键，以产生高活性自由基或具有高粘附系数的其他片段类型。片段和所得的SiOC膜可以包括具有“悬挂”的键的硅、碳、和/或氧原子，意思是硅、碳和/或氧原子具有活跃的不成对的价电子。前体分子和它们片段的高粘附系数会沉积具有不良台阶覆盖的SiOC膜，因为活性前体片段可不成比例地粘附到凹入特征中的侧壁的上部区域和其他结构中。悬挂键可在所沉积的SiOC膜中产生硅醇基(Si-OH)。其结果是，该膜可能具有不利的高介电常数。膜质量也可能受到影响，因为直接等离子体条件倾向于将碳从沉积膜中提出。此外，悬挂键可造成在沉积的SiOC膜中硅-氢键(Si-H)增多。断裂的Si-C键可以在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沉积掺杂氧的碳化硅(SiCO)膜的方法，所述方法包括：提供衬底；使一种或多种含硅前体流动到所述衬底上，其中所述一种或多种含硅前体中的每一者具有(i)一个或多个硅‑氢键和/或硅‑硅键，以及(ii)一个或多个硅‑氧键和一个或多个硅‑碳键；使源气体流入远程等离子体源中；以及在所述远程等离子体源中从所述源气体产生氢的自由基；以及将所述氢的自由基引入到所述衬底上，其中所述自由基中的至少90％是在实质上低的能量状态下的氢的自由基，所述在实质上低的能量状态下的氢的自由基在破坏硅‑氢键和硅‑硅键中的一者或两者但保留所述硅‑氧键和所述硅‑碳键的条件下与一种或多种含硅前体反应以在所述衬底上形成SiCO膜。

【技术特征摘要】
2016.09.09 US 62/385,784;2017.09.05 US 15/696,0451.一种沉积掺杂氧的碳化硅(SiCO)膜的方法，所述方法包括：提供衬底；使一种或多种含硅前体流动到所述衬底上，其中所述一种或多种含硅前体中的每一者具有(i)一个或多个硅-氢键和/或硅-硅键，以及(ii)一个或多个硅-氧键和一个或多个硅-碳键；使源气体流入远程等离子体源中；以及在所述远程等离子体源中从所述源气体产生氢的自由基；以及将所述氢的自由基引入到所述衬底上，其中所述自由基中的至少90％是在实质上低的能量状态下的氢的自由基，所述在实质上低的能量状态下的氢的自由基在破坏硅-氢键和硅-硅键中的一者或两者但保留所述硅-氧键和所述硅-碳键的条件下与一种或多...

【专利技术属性】
技术研发人员：巴德里·N·瓦拉达拉简，
申请(专利权)人：诺发系统公司，
类型：发明
国别省市：美国,US