双频硅烷基二氧化硅沉积以最小化膜的不稳定性制造技术

一种用于使用双频工艺执行等离子体增强化学气相沉积(PECVD)以在衬底上沉积基于硅烷的氧化物膜的方法包括：将所述衬底布置在被配置为执行PECVD的处理室中的衬底支撑件上；并且将PECVD处理气体供应到处理室中。所述处理气体包括包含硅的第一处理气体和包含氧化剂的第二处理气体。所述方法还包括在将所述PECVD处理气体供应到所述处理室中的同时，在所述处理室中产生双频等离子体，以通过以下方式在所述衬底上沉积基于硅烷的氧化物膜：向所述处理室供应第一射频(RF)电压，以及向所述处理室供应第二RF电压。以第一频率供应所述第一RF电压，并且以不同于所述第一频率的第二频率供应所述第二RF电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】双频硅烷基二氧化硅沉积以最小化膜的不稳定性相关申请的交叉引用本申请要求于2018年9月26日申请的美国专利申请No.16/142,370的优先权。上述引用的申请其全部公开内容都通过引用合并于此。
本公开内容涉及在半导体衬底处理中沉积硅烷基氧化物膜。
技术介绍
这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的专利技术人的工作在其在此
技术介绍
部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。衬底处理系统用于在衬底(例如半导体晶片)上执行诸如膜的沉积和蚀刻之类的处理。例如，可以使用化学气相沉积(CVD)、等离子体增强CVD(PECVD)、原子层沉积(ALD)和/或其他沉积工艺来执行沉积以沉积导电膜、介电膜或其他类型的膜。在沉积期间，将衬底布置在衬底支撑件上，并且可以在一个或多个处理步骤期间将一种或多种前体气体供应至处理室。在PECVD工艺中，等离子体用于在沉积过程中激活处理室内的化学反应。
技术实现思路
一种用于使用双频工艺执行等离子体增强化学气相沉积(PECVD)以在衬底上沉积基于硅烷的氧化物膜的方法包括：将所述衬底布置在被配置为执行PECVD的处理室中的衬底支撑件上；并且将PECVD处理气体供应到处理室中。所述处理气体包括包含硅的第一处理气体和包含氧化剂的第二处理气体。所述方法还包括在将所述PECVD处理气体供应到所述处理室中的同时，在所述处理室中产生双频等离子体，以通过以下方式在所述衬底上沉积基于硅烷的氧化物膜：向所述处理室供应第一射频(RF)电压，以及向所述处理室供应第二RF电压。以第一频率供应所述第一RF电压，并且以不同于所述第一频率的第二频率供应所述第二RF电压。在其他特征中，所述第一处理气体包括硅烷(SiH4)。所述第二处理气体包括一氧化二氮(N2O)。所述第一处理气体以0.1至1.5sccm/cm2的流率供应。所述第二处理气体以0.1至20sccm/cm2的流率供应。所述处理气体还包括惰性气体。所述惰性气体包括氦气和氩气中的至少一种。在其他特征中，所述处理气体还包括氮气(N2)。所述第一频率大于所述第二频率。所述第一频率介于12MHz至15MHz之间，并且所述第二频率在350KHz至450KHz之间。所述第一RF电压和所述第二RF电压是同时供应的。所述第一RF电压和所述第二RF电压以交替的时间段被供应。所述第一RF电压和所述第二RF电压是脉冲式的。一种被配置为使用双频工艺执行等离子体增强化学气相沉积(PECVD)以在衬底上沉积基于硅烷的氧化物膜的系统包括：气体输送系统，其被配置为在将衬底布置在处理室内的衬底支撑件上的同时，将PECVD处理气体供应到处理室中。所述处理气体包括包含硅的第一处理气体和包含氧化剂的第二处理气体。所述系统还包括控制器，其被配置为控制射频(RF)产生系统，以在将所述PECVD处理气体供应到处理室内时，在所述处理室内产生双频等离子体，以通过以下方式在所述衬底上沉积所述基于硅烷的氧化物膜：向所述处理室供应第一射频(RF)电压，以及向所述处理室供应第二RF电压。以所述第一频率供应第一RF电压，并且以不同于所述第一频率的第二频率供应所述第二RF电压。在其他特征中，所述第一处理气体包括硅烷(SiH4)。所述第二处理气体包括一氧化二氮(N2O)。所述第一处理气体以0.1至1.5sccm/cm2的流率供应，并且所述第二处理气体以0.1至20sccm/cm2的流率供应。所述处理气体还包括惰性气体。所述第一频率大于所述第二频率。所述第一RF电压和所述第二RF电压以交替的时间段被供应。根据详细描述、权利要求和附图，本公开内容的适用性的进一步的范围将变得显而易见。详细描述和具体示例仅用于说明的目的，并非意在限制本公开的范围。附图说明根据详细描述和附图将更充分地理解本公开，其中：图1是根据本公开内容的示例性处理系统的功能框图；图2是包括根据本公开内容的双频RF产生系统的示例的衬底处理系统的功能框图；图3示出了根据本公开的用于执行双频PECVD工艺的示例性方法的步骤；以及图4A、图4B和图4C示出了在双频PECVD工艺期间向处理室供应双频RF功率的示例。在附图中，可以重复使用附图标记来标识相似和/或相同的元件。具体实施方式可以使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺在半导体器件的衬底和/或下伏层上沉积膜(例如，非晶膜、覆盖(blanket)膜、保形膜等)。例如，可以在微机电系统(MEMS)器件的制造期间将膜沉积在下伏层上。沉积的膜具有相关的机械应力(例如，拉伸/压缩应力)，其可以以兆帕斯卡(MPa)测量。膜的应力对应于膜对物理损坏(例如，破裂)的抵抗力，并且指示半导体器件的电特性和可靠性。一些膜，例如基于硅烷(SiH4)之类的氧化物膜(即，通过氧化基于硅烷的前体而沉积的氧化物膜，例如二氧化硅(SiO2)膜)在处理后可能会随时间推移而产生应力漂移。应力漂移是指膜的机械应力的变化。例如，基于硅烷的氧化物膜的应力漂移在膜沉积的120小时内可以达到高达70MPa。在一些示例中，沉积的膜可能易受由于从大气吸收水分和/或其他环境因素而引起的应力漂移(即，不稳定性)的影响。沉积的膜也可能容易受到其他膜特性的漂移(例如折射率(RI)漂移)的影响。根据本公开原理的基于硅烷的氧化物膜沉积系统和方法实现双频沉积工艺以最小化沉积膜中的应力和RI漂移。例如，通常使用单频(例如，高频)PECVD工艺来沉积基于硅烷的氧化物膜。可以使用各种后处理步骤，例如退火步骤，以使膜特性漂移最小化。但是，这些后处理步骤增加了制造成本和时间。根据本公开的使用双(例如，高和低频)频率工艺进行基于硅烷的氧化物膜沉积工艺使膜特性漂移最小化，而不用执行如下文更详细描述的额外的后处理步骤。现在参考图1，示出了根据本公开的原理的用于执行基于硅烷的氧化物膜的双频PECVD的衬底处理系统100的示例。尽管前述示例涉及PECVD系统，但可以使用其他基于等离子体的衬底处理室。衬底处理系统100包括处理室104，该处理室104包围衬底处理系统100的其他部件。衬底处理系统100包括上电极108和衬底支撑件，例如包括下电极116的基座112。衬底120被布置在介于上电极108和下电极116之间的基座112上。仅举例而言，上电极108可以包括引入和分配处理气体的喷头124。替代地，上电极108可以包括导电板，并且可以以另一种方式引入处理气体。下电极116可以布置在不导电的基座中。替代地，基座112可以包括静电卡盘，该静电卡盘包括充当下电极116的导电板。当使用等离子体时，射频(RF)产生系统126产生RF电压并将RF电压输出到上电极108和下电极116中的一者。上电极108和下电极116中的另一者可以是DC接地、AC接地或浮置的。如图所示，RF电压被输出到上电极108，并且下电极116接地。仅举例而言，RF产生系统126可包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于使用双频工艺执行等离子体增强化学气相沉积(PECVD)以在衬底上沉积基于硅烷的氧化物膜的方法，该方法包括：/n将所述衬底布置在被配置为执行PECVD的处理室中的衬底支撑件上；/n将PECVD处理气体供应到处理室中，其中，所述处理气体包括包含硅的第一处理气体和包含氧化剂的第二处理气体；以及/n在将所述PECVD处理气体供应到所述处理室中的同时，在所述处理室中产生双频等离子体，以通过以下方式在所述衬底上沉积所述基于硅烷的氧化物膜：/n向所述处理室供应第一射频(RF)电压，以及/n向所述处理室供应第二RF电压，/n其中，以第一频率供应所述第一RF电压，并且以不同于所述第一频率的第二频率供应所述第二RF电压。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180926 US 16/142,3701.一种用于使用双频工艺执行等离子体增强化学气相沉积(PECVD)以在衬底上沉积基于硅烷的氧化物膜的方法，该方法包括：
将所述衬底布置在被配置为执行PECVD的处理室中的衬底支撑件上；
将PECVD处理气体供应到处理室中，其中，所述处理气体包括包含硅的第一处理气体和包含氧化剂的第二处理气体；以及
在将所述PECVD处理气体供应到所述处理室中的同时，在所述处理室中产生双频等离子体，以通过以下方式在所述衬底上沉积所述基于硅烷的氧化物膜：
向所述处理室供应第一射频(RF)电压，以及
向所述处理室供应第二RF电压，
其中，以第一频率供应所述第一RF电压，并且以不同于所述第一频率的第二频率供应所述第二RF电压。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一处理气体包括硅烷(SiH4)。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二处理气体包括一氧化二氮(N2O)。


4.根据权利要求1所述的方法，其中以0.1至1.5sccm/cm2的流率供应所述第一处理气体。


5.根据权利要求1所述的方法，其中以0.1至20sccm/cm2的流率供应所述第二处理气体。


6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述处理气体还包括惰性气体。


7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述惰性气体包括氦气和氩气中的至少一种。


8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述处理气体还包括氮气(N2)。


9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一频率大于所述第二频率。


10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一频率介于12MHz至15MHz之间，并且所述第二频率在350KHz至450KHz之间。


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【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫·卫，郝博易，普拉加蒂·库玛，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国;US