最小化TEOS氧化物膜沉积期间接缝效应的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及最小化TEOS氧化物膜沉积期间接缝效应的方法和装置。一种最小化在半导体衬底等离子体处理装置中的半导体衬底上进行的沟槽填充工艺期间沉积的TEOS氧化物膜的接缝效应的方法，该方法包括将半导体衬底支撑在半导体衬底等离子体处理装置的真空室中的基座上。使包括TEOS、氧化剂和氩气的工艺气体流动通过喷头组件的面板进入真空室的处理区域中。RF能量将所述工艺气体激励成等离子体，其中TEOS氧化物膜被沉积在半导体衬底上以便填充其至少一个沟槽。所述氩气以足以增大所述等离子体的电子密度的量供给，使得朝向半导体衬底的中央的TEOS氧化物膜的沉积速度增大，以及在至少一个沟槽中所沉积的TEOS氧化物膜的接缝效应减小。效应减小。效应减小。

【技术实现步骤摘要】
最小化TEOS氧化物膜沉积期间接缝效应的方法和装置
本申请是申请号为201610127551.3、申请日为2016年3月7日、专利技术名称为“最小化TEOS氧化物膜沉积期间接缝效应的方法和装置”的申请的分案申请。


本专利技术所公开的实施方式涉及用于在半导体衬底处理过程中在半导体衬底上沉积电介质膜的方法和装置，并且更具体地涉及最小化在TEOS氧化物膜沉积期间接缝效应的方法和装置。

技术介绍

[0001]TEOS(三
‑
乙氧基
‑
有机
‑
硅酸盐)是一种含硅化合物，其在室温下为液体。例如，代替硅烷，TEOS在许多应用中被使用以在衬底上沉积电介质膜。因为由TEOS化学气相沉积工艺沉积的二氧化硅(或“TEOS氧化物”)膜具有良好的共形性，所以TEOS被用于其中需要共形性的应用中。TEOS氧化物通常由等离子体增强沉积化学气相沉积(PECVD)工艺进行沉积。
[0002]基于TEOS的PECVD工艺通常涉及将衬底暴露于包括TEOS和如氧或臭氧之类的氧化剂的工艺气体。在半导体衬底处理的沟槽填充工艺过程中TEOS氧化物沉积可能导致不均匀沉积和台阶覆盖的形成，从而由于沉积在沟槽的侧壁上的沉积材料的悬垂可导致在所沉积的膜中形成空隙和/或接缝(即接缝效应)。因此，人们期望具有用于沉积TEOS氧化物膜的高沉积速率、高纯度的工艺，其中如接缝效应之类缺陷被最小化。

技术实现思路

[0003]本专利技术公开的是一种最小化在半导体衬底等离子体处理装置中的半导体衬底上进行沟槽填充工艺期间沉积的TEOS氧化膜的接缝效应的方法。该方法包括将半导体衬底支撑在半导体衬底等离子体处理装置的真空室中的基座上，其中所述半导体衬底包括在其上表面的至少一个沟槽。使包括TEOS、氧化剂和氩气的工艺气体流动通过半导体衬底等离子体处理装置的喷头组件的面板到达真空室的在半导体衬底的上表面的上方的处理区域内。利用至少一个RF产生器将RF能量供给到真空室的处理区域，以将工艺气体激发成等离子体，其中TEOS氧化物膜被沉积在半导体衬底的上表面上，以便填充所述至少一个沟槽，其中所述氩气以足以增大等离子体的电子密度的量被供给，使得朝向半导体衬底的中央的TEOS氧化物膜的沉积速率增大，而在所述至少一个沟槽中沉积的TEOS氧化物膜的接缝效应减小。
[0004]本专利技术还公开了半导体衬底等离子体处理装置的喷头组件。该喷头组件包括：面板，所述面板包括下壁和从下壁的外周向上延伸的环形外壁；和背板，其中所述背板的外周焊接在背板的向上延伸的环形壁上，使得在面板的下壁和背板之间形成腔。面板的下壁包括延伸通过其中的至少6000个气体喷射孔，其中至少6000个气体喷射孔在空间上布置在面板的下壁中，使得工艺气体输送到所述腔并通过所述至少6000个气体喷射孔喷射，从而最小化在TEOS氧化物沟槽填充操作期间在半导体衬底的至少一个沟槽中沉积的TEOS氧化物
膜的接缝效应。
附图说明
[0005]图1示出了可操作以执行如本专利技术所公开的沉积TEOS氧化物膜的方法的半导体衬底处理装置的示意图。
[0006]图2A示出了现有技术的在半导体衬底的DRAM单元特征上执行的TEOS氧化物沉积工艺的结果。
[0007]图2B示出了根据本专利技术所公开的一种实施方式执行的半导体衬底的DRAM单元特征上的TEOS氧化物沉积工艺的结果。
[0008]图3A示出了作为现有技术的在半导体衬底的DRAM单元特征上的TEOS氧化物沉积工艺的结果的形成的接缝的角度。
[0009]图3B示出了作为根据本专利技术所公开的一种实施方式执行的在半导体衬底的DRAM单元特征上的TEOS氧化物沉积工艺的结果的形成的接缝的角度。
[0010]图4A和图4B示出了根据本专利技术所公开的一种实施方式所述的半导体衬底等离子体处理装置的喷头组件的一种实施方式
[0011]图5A示出了根据本专利技术所公开的一种实施方式的半导体衬底等离子体处理装置的喷头组件的面板的一种实施方式，图5B示出了图5A的细节J的放大图。
具体实施方式
[0012]在下面的详细描述中阐述了示例性的实施方式，以提供对公开的装置和方法的理解。然而，对本领域的技术人员而言，显而易见的是，示例性的实施方式可以在没有这些具体细节的情况下实施或通过使用替代的元件或方法来实施。在其他实例中，没有具体说明公知的处理、过程和/或组件，以免不必要地模糊本公开的实施方式的方面。附图中的类似标号表示类似的元件。如本文所用的术语“约”是指
±
10％。
[0013]三乙氧基有机硅酸盐(“TEOS”)是一种含硅化合物，TEOS在室温下为液体，并在许多应用中被使用以在半导体衬底等离子体处理装置中在半导体衬底上沉积TEOS氧化物膜。TEOS通常代替硅烷用于需要良好的共形性的应用中，例如，当半导体衬底表面含有凹陷特征或其它不规则性结构时。
[0014]使用TEOS(也称为TEOS氧化物膜或TEOS膜)沉积的二氧化硅膜可使用含有TEOS和氧化剂(通常为氧气或臭氧)的工艺气体通过等离子体增强化学气相沉积工艺或等离子体增强原子层沉积工艺来沉积。
[0015]本专利技术所公开方法的实施方式可以在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)反应器中来实施，或者可替换地在等离子体增强原子层沉积(PEALD)反应器中来实施。这样的反应器可采取许多不同的形式。该装置可以包括一个或多个真空室(室)或“反应器”(有时包括多个站)，每个真空室或“反应器”可容纳一个或多个半导体衬底，并适合用于半导体衬底的等离子体处理。一个或多个室将半导体衬底保持在确定的位置或多个位置(在该位置内运动或没有运动，运动例如旋转、振动或其他搅动)。在一种实施方式中，在处理过程中经受沉积处理的半导体衬底从反应器室内的一个站运输到另一个站。例如，如果期望在半导体衬底的上表面上沉积2000埃的膜，那么在根据本专利技术所公开的实施方式所述的四个站中的每
个在半导体衬底的上表面上可以沉积500埃的膜。替代地，TEOS氧化物膜沉积可以全部在单个站进行或可以在任何数目的站沉积总膜厚的任何部分。
[0016]在处理期间，每个半导体衬底由基座(即，半导体衬底支架)、静电卡盘，和/或其它衬底保持装置保持在适当的位置。对于其中半导体衬底被加热的某些操作，衬底支架或基座可以包括如加热板之类的加热器。
[0017]图1提供了描绘布置用于实施如本专利技术所公开的实施方式的各种反应器组件的简单框图。如图所示，半导体衬底等离子体处理装置300包括真空室324，真空室324包围反应器的其它部件并用于容纳由电容器型系统所产生的等离子体，电容器型系统包括与接地加热器块320结合工作的喷头组件314。至少一个RF产生器可操作地供给RF能量到在真空室324中的半导体衬底316的上表面上方的处理区域中，以将供给到真空室324的处理区域中的工艺气体激励成等离子体，使得等离子体沉积工艺可在真空室324中进行。例如，高频RF产生器302和低频RF产生器304中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种最小化在半导体衬底等离子体处理装置中的半导体衬底上进行的沟槽填充工艺期间沉积的TEOS氧化物膜的接缝效应的方法，所述方法包括：将半导体衬底支撑在所述半导体衬底等离子体处理装置的真空室中的基座上，其中所述半导体衬底包括在其上表面中的至少一个沟槽；使包括TEOS、氧化剂和氩气的工艺气体流动通过所述半导体衬底等离子体处理装置的喷头组件进入所述真空室的在所述半导体衬底的所述上表面上方的处理区域中；利用至少一个RF产生器供给RF能量到所述真空室的所述处理区域以将所述工艺气体激励成等离子体；以及在所述半导体衬底的所述上表面上沉积TEOS氧化物膜以填充其中的所述至少一个沟槽，其中所述氩气以足以减小在所述至少一个沟槽中所沉积的TEOS氧化物膜的所述接缝效应的量被供给。2.如权利要求1所述的方法，其中所述氩气以足以增大所述等离子体的电子密度的量被供给，使得朝向所述半导体衬底的中央的所述TEOS氧化物膜的沉积速率增大。3.如权利要求1所述的方法，其中所述氩气以约2000至6000sccm的流率供给到所述真空室，其中术语“约”是指
±
10％。4.如权利要求3所述的方法，其中所述氩气以约3000至5000sccm的流率供给到所述真空室，其中术语“约”是指
±
10％。5.如权利要求3所述的方法，其中所述氩气以约4000sccm的流率供给到所述真空室，其中术语“约”是指
±
10％。6.如权利要求1所述的方法，其中所述工艺气体还包括氦气，其中所述氦气以足以减小所述至少一个沟槽中所沉积的TEOS氧化物膜的所述接缝效应的流率供给到所述真空室中。7.如权利要求6所述的方法，其中所述氦气以足以增大所述等离子体中的所述电子密度的流率供给到所述真空室中，使得朝向所述半导体衬底的外围的所述TEOS氧化物膜的所述沉积速率增大。8.如权利要求6所述的方法，其中所述氦气以约3000至5000sccm的流率供给到所述真空室，其中术语“约”是指
±
10％。9.如权利要求8所述的方法，其中所述氦气以约3500
‑
4500sccm的流率供给到所述真空室，其中术语“约”是指
±
10％。10.如权利要求8所述的方法，其中所述氦气以约4000sccm的流率供给到所述真空室，其中术语“约”是指
±
10％。11.如权利要求1所述的方法，其中所述氧化剂是O2或臭氧，所述氧化剂以约15000sccm
‑
23000sccm的流率被供给到所述真空室，其中术语“约”是指
±
10％。12.如权利要求11所述的方法，其中所述氧化剂是O2或臭氧，所述氧化剂以约18000
‑
20000sccm的流率被供给到所述真空室，其中术语“约”是指
±
10％。13.如权利要求11所述的方法，其中所述氧化剂是O2或臭氧，所述氧化剂以约19000sccm的流率被供给到所述真空室，其中术语“约”是指
±
10％。14.如权利要求1所述的方法，其中利用至少一个RF产生器供给RF能量到所述真空室的所述处理区域包括利用在约1100W至1700W下被供电的高频RF产生器供给约2至60MHz的频率的RF能量到所述真空室的所述处理区域中以及利用在约1550至2400W下被供电的低频RF
产生器供给约50至800kHz的频率的RF能量到...

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