低介电常数原子层沉积间隙填充方法和材料技术

多种实施方案包括用于提供低介电常数(低‑κ)膜的方法。在一实施方案中，交替ALD循环和掺杂剂材料用于产生新家族的硅基低‑κ材料。具体而言，这些材料是被发展用来填充具有内凹特征的高深宽比结构。然而，这些膜也可用于均厚应用，其中可以使用共形的纳米层合。多种实施方案还公开了SiOF以及SiOCF、SiONF、GeOCF和GeOF。相似膜可包括具有碘与溴的卤化物衍生物(例如，以“I”或“Br”来取代“F”)。本说明书公开其他方法、化学品以及技术。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低介电常数原子层沉积间隙填充方法和材料优先权主张本申请要求于2018年9月21日申请的、名称为“LOW-KALDGAP-FILLMETHODSANDMATERIAL,”的美国临时申请序列号62/734,635的优先权，其公开内容通过引用全部合并于此。
在此公开的主题涉及用于半导体及其相关工业的各种类型的膜。更详细地说，所公开的主题涉及形成低-κ(低介电常数)材料和间隙填充方法。
技术介绍
用于半导体器件的电阻、电容(RC)的缩放是取决于新膜和材料的发展，其中该新膜和材料具有沉积至侵蚀性特征上且填充侵蚀性特征的能力。NAND、DRAM、PCRAM和相关的存储器及其他器件是取决于对一般介电器件进行二氧化硅(SiO2)的掺入。高质量的主体SiO2膜具有介电常数κ，其中κ＝4.0。同样地，诸如碳氧化硅(SiOC)之类的低-κ材料可以达到相似的κ-值，如本文所公开的。在该部分所描述的信息是被提供用于向本领域技术人员针对以下公开的主题提供背景内容，且不应被视为承认的现有技术。附图说明图1显示了用于以掺杂氟的氧化硅(SiOF，也称为氟硅酸盐玻璃)或各种生成在此公开的低-κ膜的实施方案的其他卤化物来进行硅氧化物(SiOx)膜的纳米层合掺杂的工艺方法；图2A-2C显示了200℃相变化随机存取存储器(PCRAM)均厚(blanket)测试的示例性实施方案，其比较基线工艺与所公开的主题的新工艺的介电常数(生成低-κ膜)、击穿场强度(具有比通过基线工艺生成的膜更大的击穿电压Vbd)、以及漏电流(在2MV小于1×10-9A/cm2)，由此显示在此公开的技术和方法所生成的低-κ膜具有与标准原子层沉积(ALD)氧化物相当或比其更佳的电气性质；以及图3A-3C显示400℃PCRAM均厚测试的示例性实施方案，其比较基线工艺与所公开的主题的新工艺的介电常数(生成低-κ膜)、击穿场强度(具有比通过基线工艺生成的膜更大的击穿电压Vbd)、以及漏电流(在2MV小于1×10-9A/cm2)，由此显示在此公开的技术和方法所生成的低-κ膜具有与标准ALD氧化物相当或比其更佳的电气性质；图4显示了并入有掺杂剂工艺流程的ALD工艺流程的方法的示例性实施方案；图5显示并入有掺杂剂工艺流程和退火工艺控制流程的ALD工艺流程的方法的示例性实施方案；图6显示了用于低深宽比(低AR)特征且并入有掺杂剂工艺流程的ALD工艺流程的方法的示例性实施方案；以及图7显示了用于高深宽比(高AR)特征且并入有掺杂剂工艺流程的ALD工艺流程的方法的示例性实施方案。具体实施方式现将参照一些一般的和特定的实施方案来详细描述所公开的主题，例如附图中所描绘的各种实施方案。在以下描述中，许多特定细节被公开，以提供对所公开的主题的完整理解。然而，本领域技术人员应理解，所公开的主题可在不具有这些特定细节中的一些或全部的情况下来实现。在其他情况中，并未详细地描述已知的工艺步骤或结构，以避免使所公开的主题不清楚。所公开的主题公开了工艺方法，其利用交替原子层沉积(ALD)循环和掺杂材料来产生新的硅基低-κ材料家族。在多种实施方案中，介电常数k可介于约3.2至约3.4的范围中。更详细地说，这些材料是被发展用来填充具有内凹特征的高深宽比结构。在此公开的工艺可以在高深宽比特征中产生无孔隙或基本上无孔隙的填充。然而，这些膜也可用于均厚膜应用中，其中可以使用共形的纳米层合。所公开的主题包括例如掺杂氟的硅氧化物(SiOF)，以及例如氟化碳氧硅(SiOCF)、氟化氮氧化硅(SiONF)、氟化碳氧锗(GeOCF)和掺杂氟的锗氧化物(GeOF)材料之类的建议物。用来取代这些材料或除了这些材料以外，这些膜的相似膜还可以包括具有碘与溴的卤化物衍生物(例如，以I或Br来取代前述材料的F)。对于间隙填充应用，这些材料可以用于例如包括几何形态复杂的集成电路结构(其包括3DNAND字线)的3D无孔隙间隙填充的NAND间隙填充(例如，狭缝和柱体或孔洞)、DRAM浅沟渠隔离(STI)、逻辑STI、PCRAMSTI、MRAM以及逻辑金属前电介质(PMD)。这些材料和方法还可以用于水平和竖直器件间隙填充的串接式沉积和间隙填充(例如，类似位于NAND字线和其他器件之间的层间电容堆叠)。氟或另一卤化物在SiOx基质中的密度可以在1×1018原子/cm3与1×1021原子/cm3之间变化。在此描述的间隙填充工艺也是通过使用例如氟作为掺杂剂而逐层来调节所沉积的膜厚的ALD工艺。因此，在多种实施方案中，该ALD工艺包括膜沉积层、氟掺杂、随后的另一膜沉积层、以及对于给定工艺所需求的层等。在多种实施方案中，各个层可例如介于约至约之间，可高达或更厚。重复的次数可根据器件类型而改变，且可包含高达数百或更多的层。所以，除了在此公开的其他变量，可以改变的两个变量包括例如氟(或其他掺杂剂类型)掺杂的水平以及所沉积的介电层的类型和厚度。此外，氟掺杂剂轮廓可以是在z-方向或横向上为渐变的或非渐变的。因此，如果需要，可以在任何方向上产生掺杂剂轮廓的梯度。在多种实施方案中，氟(或碘(I)或溴(Br)，如上所述)的掺入是被控制成如作为本公开内容的一部分的各种图中所描绘的。在一些情况中，可以减少膜的卤化物含量。减少膜的卤化物含量的方法包括例如中间处理或后处理：一或多个高处理温度、氢处理(+/-等离子体)、H2/O2混合物、和/或紫外线(UV)或真空紫外线(VUV)处理。已经证实以例如在13.56MHz下的电容式耦合等离子体(CCP)ALD处理来实现这些材料的沉积。然而，也可以利用其他频率(例如，400Khz、27MHz或60MHz)。也可以应用包括感应式耦合等离子体(ICP)、VUV及热线自由基(hot-wireradicals)的额外的活化方法。大致上，在其他因素基本上恒定时，当频率增加时，介电常数κ会减小。在多种实施方案中，功率范围可以介于约100瓦(或更小)至约6000瓦(或更大)。增加的功率会倾向于增加所生成的膜的致密性。已经以介于约200℃至约550℃之间的沉积温度来生成SiOF膜。在其他实施方案中，SiOF膜是在介于约0℃至约700℃之间的温度来生成的，其中该温度至少部分地取决于硅前体的选择。此外，可利用温度来控制膜密度。例如，在一实施方案中，在0℃生成的ALD膜具有低密度，而在700℃生成的ALD膜具有较高的密度。在多种实施方案中，可以使用以下的前体和相关的类似物：双叔丁基氨基硅烷(BTBAS)、三二甲基氨基硅烷(3DMAS)、三二甲基氨基硅烷(TDMAS)、双二乙基氨基硅烷(BDEAS)、二异丙基氨基硅烷(DIPAS)、亚甲硅基、卤化(例如，F、Br、I)硅、以及本领域技术人员在根据阅读和理解本文所提供的公开内容而能识别的物质等。已经以新颖的掺杂策略来发展SiOF的家族。材料是通过在ALDSiO2层之间投配间歇性氟前体来沉积的，如以下所更详细描述的。在一实施方案中，氟前体包括三氟化氮(NF3)。然而，许多实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形成低介电常数(低-κ)膜的方法，所述方法包含：/n通过原子层沉积(ALD)技术来沉积膜沉积层；/n以氟来掺杂所沉积的所述膜层；/n通过原子层沉积技术来沉积后续膜沉积层；以及/n根据需要重复所述沉积操作和所述掺杂操作，以获得具有低介电常数的膜的最终膜厚度。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180921 US 62/734,6351.一种形成低介电常数(低-κ)膜的方法，所述方法包含：
通过原子层沉积(ALD)技术来沉积膜沉积层；
以氟来掺杂所沉积的所述膜层；
通过原子层沉积技术来沉积后续膜沉积层；以及
根据需要重复所述沉积操作和所述掺杂操作，以获得具有低介电常数的膜的最终膜厚度。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所形成的所述低-κ膜是硅衬底料。


3.根据权利要求2所述的方法，其还包含选择硅烷前体。


4.根据权利要求1所述的方法，其中所述低-κ膜包含从包括以下材料的材料中选择的至少一种材料：掺杂氟的硅氧化物(SiOF)、氟化碳氧硅(SiOCF)、以及氟化氮氧化硅(SiONF)。


5.根据权利要求1所述的方法，其还包含：选择所述氟掺杂剂的密度使其在介于约1×1018原子/cm3与1×1021原子/cm3之间的范围内。


6.根据权利要求5所述的方法，其中所述氟掺杂剂的所述密度的所述范围是在硅氧化物(SiOx)基质中。


7.根据权利要求1所述的方法，其还包含从包括氟掺杂水平与每个沉积层的沉积的膜厚度的变量中选择至少一个变量。


8.根据权利要求7所述的方法，其还包含选择所述至少一个变量，使得由此形成的膜具有在介于约3.2与约3.4的范围内的低介电常数。


9.一种形成低介电常数(低-κ)膜的方法，所述方法包含：
引进硅烷前体到反应室内；
通过原子层沉积(ALD)工艺来沉积至少第一膜层；
氧化且清洁所述第一膜层；以及
以氟掺杂剂材料来掺杂所述第一膜层。


10.根据权利要求9所述的方法，其还包含根据需要重复所述沉积操作和所述掺杂操作，以获得具有低介电常数的膜的最终期望的膜厚度，其中所述低介电常数是在介于约3.2与约3.4之间的范围内。


11.根据权利要求9所述的方法，其还包含增加退火操作...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫·R·阿贝尔，道格拉斯·沃尔特·阿格纽，阿德里安·拉沃伊，伊恩·约翰·科廷，普鲁肖塔姆·库马尔，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国;US