使用远程等离子体处理使碳化硅膜致密化制造技术

提供了使用远程等离子体处理使碳化硅膜致密化的方法和装置。远程等离子体沉积和远程等离子体处理碳化硅膜的操作交替发生以控制膜密度。沉积第一厚度的碳化硅膜，然后进行远程等离子体处理，并且然后沉积第二厚度的碳化硅膜，然后进行另一次远程等离子体处理。远程等离子体处理可以使处于实质上低能量状态的源气的自由基(例如处于基态的氢自由基)朝向沉积在衬底上的碳化硅膜流动。处于实质上低能态的源气的自由基促进碳化硅膜中的交联和膜致密化。致密化。致密化。

【技术实现步骤摘要】
使用远程等离子体处理使碳化硅膜致密化
本申请是申请号为201780086632.6、申请日为2017年11月30日、专利技术名称为“使用远程等离子体处理使碳化硅膜致密化”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求2016年12月16日提交的以及名称为“DENSIFICATION OF SILICON CARBIDE FILM USING REMOTE PLASMA TREATMENT”的美国专利申请No.15/382,137的优先权，该申请其全部内容在此通过引用并入且用于所有目的。


[0002]本公开总体上涉及碳化硅膜的形成，并且更具体地涉及用于致密化碳化硅膜的远程等离子体沉积和远程等离子体处理。

技术介绍

[0003]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。SiC薄膜的种类包括经氧掺杂的碳化硅(也称为碳氧化硅)、经氮掺杂的碳化硅(也称为碳氮化硅)、以及经氧和氮掺杂的碳化硅(也称为碳氧氮化硅)、和未掺杂的碳化硅。

技术实现思路

[0004]本公开涉及一种使碳化硅膜致密化的方法。该方法包括：在反应室中提供衬底；在所述衬底上沉积第一厚度的碳化硅膜；以及将所述第一厚度的所述碳化硅膜暴露于远程氢等离子体处理，其中所述第一厚度的所述碳化硅膜被致密化；在所述第一厚度的所述碳化硅膜上沉积第二厚度的所述碳化硅膜；以及将所述第二厚度的所述碳化硅膜暴露于远程氢等离子体处理，其中所述第二厚度的所述碳化硅膜被致密化。
[0005]在一些实现方式中，所述第一厚度和所述第二厚度中的每一个介于约和约之间。在一些实现方式中，沉积所述第一厚度的所述碳化硅膜包括：(a)使一种或多种含硅前体流入所述反应室；以及(b)使从远程等离子体源产生的一种或多种氢自由基流动以与所述一种或多种含硅前体反应持续第一时间段，其中沉积所述第二厚度的所述碳化硅膜包括重复操作(a)和(b)持续第二段时间。在一些实现方式中，所述一种或多种含硅前体中的每一种具有(i)一个或多个硅
‑
氢键和/或硅
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硅键，和(ii)一个或多个硅
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碳键、硅
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氮键和/或硅
‑
氧键。在一些实现方式中，所述一种或多种含硅前体中的每一种选自：环状硅氧烷、线性硅氧烷、烷氧基硅烷、烷基硅烷和硅氮烷。在一些实现方式中，所述氢自由基中的至少90％是基态的氢自由基。在一些实现方式中，其中将所述第一厚度的所述碳化硅膜暴露于远程氢等离子体处理包括：(c)使氢源气流入远程等离子体源；(d)使惰性气体与所述氢源气流动；(e)从所述氢源气产生远程等离子体源中的氢自由基；以及(f)使所述氢自由基流到所述第一厚度的所述碳化硅膜，其中将所述第二厚度的所述碳化硅膜暴露于远程氢等离子体处理包括在所述第二厚度的所述碳化硅膜上重复操作(c)到(f)。在一些实现方式
中，所述惰性气体是氦气，并且所述氦气中的氢源气具有1
‑
10％的氢气浓度。在一些实现方式中，将所述第一厚度的所述碳化硅膜暴露于远程氢等离子体处理还包括：(g)使共反应气体与所述源气一起流动，其中所述共反应气体包括氧气(O2)、氮气(N2)、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、水(H2O)、甲醇(CH3OH)、臭氧(O3)、氧化亚氮(N2O)、氨(NH3)、二氮烯(N2H2)、甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、乙炔(C2H2)、乙烯(C2H4)、乙硼烷(B2H6)或其组合，其中将所述第二厚度的所述碳化硅膜暴露于远程氢等离子体处理还包括对所述第二厚度的所述碳化硅膜重复操作(g)。在一些实现方式中，所述反应室中的压强介于约0.2托和约5托之间。在一些实现方式中，将所述第一厚度的所述碳化硅膜暴露于远程氢等离子体处理进行介于约5秒和约50秒之间的持续时间，并且将所述第二厚度的所述碳化硅膜暴露于远程氢等离子体处理进行介于约5秒和约50秒之间的持续时间。
[0006]本公开还涉及用于使碳化硅膜致密化的设备。该装置包括反应室、远离反应室的等离子体源、用于将衬底保持在反应室中的衬底支撑件，以及配置有用于提供以下操作的指令的控制器：在反应室中提供衬底；在所述衬底上沉积第一厚度的碳化硅膜；并且将所述第一厚度的所述碳化硅膜暴露于远程氢等离子体处理，其中所述第一厚度的所述碳化硅膜被致密化；在所述第一厚度的所述碳化硅膜上沉积第二厚度的所述碳化硅膜；以及将所述第二厚度的所述碳化硅膜暴露于远程氢等离子体处理，其中所述第二厚度的所述碳化硅膜被致密化。
[0007]在一些实现方式中，所述第一厚度和所述第二厚度中的每一个介于约和约之间。在一些实现方式中，沉积所述第一厚度的所述碳化硅膜包括：(a)使一种或多种含硅前体流入所述反应室；以及(b)使从远程等离子体源产生的一种或多种氢自由基流动以与所述一种或多种含硅前体反应持续第一时间段，其中沉积所述第二厚度的所述碳化硅膜包括重复操作(a)和(b)持续第二段时间。在一些实现方式中，所述氢自由基中的至少90％是基态的氢自由基。在一些实现方式中，其中将所述第一厚度的所述碳化硅膜暴露于远程氢等离子体处理包括：(c)使氢源气流入远程等离子体源；(d)使惰性气体与所述氢源气流动；(e)从所述氢源气产生远程等离子体源中的氢自由基；以及(f)使所述氢自由基流到所述第一厚度的所述碳化硅膜，其中将所述第二厚度的所述碳化硅膜暴露于远程氢等离子体处理包括在所述第二厚度的所述碳化硅膜上重复操作(c)到(f)。在一些实现方式中，所述惰性气体是氦气，并且所述氦气中的氢源气具有1
‑
10％的氢气浓度。在一些实现方式中，所述反应室中的压强介于约0.2托和约5托之间。
[0008]这些和其它实施方案将参考附图在下面进一步进行描述。
附图说明
[0009]图1A示出了沉积在衬底上的示例性碳化硅膜的横截面。
[0010]图1B示出了在晶体管的栅极电极结构的侧壁上的碳化硅垂直结构。
[0011]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碳化硅垂直结构。
[0012]图1D示出了用于多孔介电材料的碳化硅孔密封剂。
[0013]图2示出了代表性的笼形硅烷前体的实施方案。
[0014]图3示出了具有远程等离子体源的装置的示意图。
[0015]图4A显示了致密化之前氧掺杂的碳化硅的化学结构的示例。
[0016]图4B显示了致密化之后氧掺杂的碳化硅的化学结构的示例。
[0017]图5A
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5D示出了沉积和致密化衬底上的碳化硅膜的各个阶段。
[0018]图6A示出了傅里叶变换红外光谱(FTIR)吸收光谱，其具有各种振动峰，以用于检测在经分层处理的碳化硅膜和未经分层处理的碳化硅膜中的某些键类型。
[0019]图6B
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6E示出了图6A中的FTIR吸收光谱的放大视图，其具有各种振动峰，以用于检测经分层处理的碳化硅膜和未经分层处理的碳化硅膜中的某些本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种沉积掺杂碳化硅膜的方法，该方法包括：使一种或多种含硅前体流入反应室，其中所述一种或多种含硅前体中的每一个包含Si
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H键和/或Si
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Si键，以及Si
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C键、Si
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O键和/或Si
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N键；和使从远程等离子体源产生的源气体的自由基流入所述反应室，其中所述自由基在所述反应室中与衬底相邻的环境中处于基本上低能态或基态，其中所述自由基与在与所述衬底相邻的所述环境中的所述一种或多种含硅前体反应，以在所述衬底上沉积具有高击穿电压和低漏电流的掺杂碳化硅膜。2.如权利要求1所述的方法，还包括：在所述源气体的自由基流入所述反应室之前，使所述源气体流入位于所述反应室上游的所述远程等离子体源；和在所述远程等离子体源中产生所述源气体的自由基，其中所述远程等离子体源被配置为使得所述自由基从所述远程等离子体源到邻近所述衬底的所述环境的停留时间大于所述源气体的所述自由基的能量缓释时间。3.如权利要求1所述的方法，其中所述源气体包括氢气、氮气或含有N
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H键的气体。4.如权利要求1所述的方法，其中所述源气体的自由基包括氢原子自由基。5.如权利要求4所述的方法，其中所述氢原子自由基的相当大的部分是在与所述衬底相邻的所述环境中处于基态的氢原子自由基。6.如权利要求1所述的方法，其中所述掺杂碳化硅膜中的掺杂原子的浓度为至少50％原子，其中所述掺杂原子包括氧(O)原子和氮(N)原子中的一者或两者。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种含硅前体包括具有Si
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O键和Si
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N键的第一含硅前体和具有Si
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C键的第二含硅前体。8.如权利要求1所述的方法，还包括：通过将所述掺杂碳化硅膜暴露于所述反应室中的远程氢等离子体来致密化所述掺杂碳化硅膜。9.如权利要求8所述的方法，其中致密化所述掺杂碳化硅膜减少末端CH3基团、减少Si
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H键，并增加所述掺杂碳化硅膜中的交联。10.根据权利要求8所述的方法，其中致密化所述掺杂碳化硅膜降低了蚀刻速率、增加了对氧化硅的蚀刻选择性、增加了氧等离子体灰化抗性，并增加了所述掺杂碳化硅膜的热稳定性。11.一种沉...

【专利技术属性】
技术研发人员：巴德里，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：