沉积介电材料的方法与设备技术

用于沉积介电材料的方法和设备包括：将第一气体混合物提供到处理腔室中；在远程等离子体源中形成包括第一自由基的第一远程等离子体，并将第一自由基输送至处理腔室，以在存在第一气体混合物和第一自由基的情况下在设置在基板上的材料层中的开口中形成介电材料层；终止第一远程等离子体并向处理腔室施加第一RF偏置功率以形成第一偏置等离子体；使介电材料层与第一偏置等离子体接触以形成第一介电材料处理层；及随后在远程等离子体源中形成包括第二自由基的第二远程等离子体，并在存在第二气体混合物的情况下将第二自由基输送到内部处理区域中，同时施加第二RF偏置功率以形成第二偏置等离子体，其中第二自由基和第二偏置等离子体接触第一介电材料处理层，以增加第一介电材料处理层的疏水性或流动性。介电材料处理层的疏水性或流动性。介电材料处理层的疏水性或流动性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】沉积介电材料的方法与设备


[0001]本公开内容的实施方式大体上涉及用于沉积介电材料和改变其疏水性的方法和设备。

技术介绍

[0002]可靠地产生次半微米(sub
‑
half micron)和更小的特征是半导体装置的下一代超大规模集成电路(VLSI)和极大规模集成电路(ULSI)的关键技术挑战之一。但是，随着电路技术极限的推升，VLSI和ULSI互连技术的尺寸不断缩小，对处理能力提出了更高的需求。在基板上可靠地形成栅极结构对于VLSI和ULSI的成功以及对提高电路密度和单个基板和裸片品质的持续努力都是重要的。
[0003]为了使得能够制造下一代装置和结构，经常利用半导体芯片的三维(3D)堆叠来改善晶体管的性能。通过以三维取代常规的二维来布置晶体管，可以将多个晶体管彼此非常靠近地放置在集成电路(IC)中。半导体芯片的三维(3D)堆叠缩短了导线长度并保持低的布线延迟。随着诸如沟槽之类的特征的宽度继续缩小，对于半导体芯片的堆叠，深宽比(深度除以宽度)持续增大。关于制造诸如沟槽之类的高深宽比特征的一个挑战是避免在沟槽中沉积介电材料的期间形成空隙或缝隙。
[0004]为了填充沟槽，沉积诸如氧化硅的介电材料层。介电层通常覆盖场，以及诸如沟槽的特征的壁和底部。如果特征宽而浅，则完全填充特征并不困难。然而，随着特征深宽比的增加，沟槽的开口将“夹断(pinch off
””
，而在特征内形成空隙或缺陷的可能性增加。专利技术人已观察到，如果随后沉积的金属填充其中的空隙或缝隙，则空隙或缝隙会降低半导体产品的产率并改变介电材料的介电常数。
[0005]为了降低在特征内形成空隙或缺陷(例如在沟槽内形成缝隙)的可能性，已发展出许多不同的处理技术以用介电材料以最少缺陷填充特征。在沉积处理期间，不佳的处理控制将导致不规则的结构轮廓或特征(例如沟槽)的早期封闭，从而在沟槽中填充介电材料时在沟槽中形成空隙或气隙。
[0006]可流动的化学气相沉积(FCVD)是一种由下而上填充诸如沟槽的特征以避免形成空隙或缺陷的方法。然而，专利技术人已观察到，由FCVD方法形成的介电材料可能是不稳定的，并且可能不能改善介电膜的整体稳定性和品质，从而导致装置电阻增加和不佳的产率。例如，专利技术人已观察到可以采用偏置等离子体处理来使沉积的可流动膜材料密实，但是方法可能会有问题地降低由其形成的膜的流动性，从而导致共形沉积和有问题的空隙或缝隙形成。专利技术人亦已观察到可流动膜材料的偏置等离子体处理可降低沉积的可流动膜的疏水性。
[0007]因此，专利技术人提供了适合于改进由FCVD方法形成的材料的改进的方法和设备。

技术实现思路

[0008]本文提供了用于沉积介电材料的方法和设备。在一些实施方式中，一种沉积介电
材料的方法包括：(a)将第一气体混合物提供到其中设置有基板的处理腔室中；(b)在远程等离子体源中形成包括第一自由基的第一远程等离子体，并将第一自由基输送至处理腔室中的内部处理区域，以在存在第一气体混合物和第一自由基的情况下在设置在基板上的材料层中的开口中形成介电材料层；(c)终止第一远程等离子体并向处理腔室施加第一RF偏置功率以形成第一偏置等离子体；(d)使介电材料层与第一偏置等离子体接触，以形成第一介电材料处理层；及(e)随后在远程等离子体源中形成包括第二自由基的第二远程等离子体，并在存在第二气体混合物的情况下将第二自由基输送到处理腔室中的内部处理区域，同时向处理腔室施加第二RF偏置功率以形成第二偏置等离子体，其中第二自由基和第二偏置等离子体接触第一介电材料处理层，以增加第一介电材料处理层的疏水性或流动性。
[0009]在一些实施方式中，一种用于形成介电材料的方法包括：用介电材料填充基板上的具有大于5的深宽比的开口，该介电材料是通过将第一远程等离子体、第一偏置等离子体、和第二远程等离子体结合第二偏置等离子体依序施加到设置有基板的处理腔室的内部处理区域而形成的；及至少增加介电材料的流动性或疏水性。
[0010]在一些实施方式中，本公开内容涉及一种非暂态计算机可读取储存介质，其具有储存于其上的指令，这些指令当由处理器执行时，使得方法被实行，该方法包括：(a)将第一气体混合物提供到其中设置有基板的处理腔室中；(b)在远程等离子体源中形成包括第一自由基的第一远程等离子体，并将第一自由基输送至处理腔室中的内部处理区域，以在存在第一气体混合物和第一自由基的情况下在设置在基板上的材料层中的开口中形成介电材料层；(c)终止第一远程等离子体并向处理腔室施加第一RF偏置功率以形成第一偏置等离子体；(d)使介电材料层与第一偏置等离子体接触，以形成第一介电材料处理层；及(e)随后在远程等离子体源中形成包括第二自由基的第二远程等离子体，并在存在第二气体混合物的情况下将第二自由基输送到处理腔室中的内部处理区域，同时向处理腔室施加第二RF偏置功率以形成第二偏置等离子体，其中第二自由基和第二偏置等离子体接触第一介电材料处理层，以增加第一介电材料处理层的疏水性或流动性。
[0011]以下描述本公开内容的其他和进一步的实施方式。
附图说明
[0012]通过参照在附图中描绘的本公开内容的说明性实施方式，可以理解在上文简要概述并在下文更详细讨论的本公开内容的实施方式。然而，附图仅描绘本公开内容的典型实施方式，并且因而不被认为是对范围的限制，因为本公开内容可以允许其他等效实施方式。
[0013]图1描绘了根据本公开内容的一些实施方式的用于实行沉积处理的设备的示意性截面侧视图；
[0014]图2示出了包括图1的设备的处理工具的一个实施方式的俯视图；
[0015]图3是示出了结合本公开内容的一个实施方式的用于形成介电材料的方法的处理流程图；
[0016]图4A至图4B描绘了根据本公开内容的一些实施方式的填充高深宽比开口的阶段；和
[0017]图5是示出本公开内容的用于形成介电材料的另一方法的处理流程图。
[0018]为了便于理解，已尽可能使用相同的附图标记来表示图中共同的相同元件。这些
图不是按比例绘制的，并且为了清楚而可能被简化。一个实施方式的元件和特征可以有益地并入其他实施方式中而无需进一步叙述。
具体实施方式
[0019]本公开内容涉及用于在一或多个特征(诸如具有高深宽比的沟槽)中沉积介电材料的设备和方法，其用于半导体装置，特别是用于半导体芯片的三维(3D)堆叠。在一些实施方式中，沉积处理可以顺序地使用提供给其上放置基板的基板支撑组件的远程等离子体、RF偏置功率、以及远程等离子体和RF偏置功率的组合，以处理沉积的材料并维持或增加材料的流动性和/或材料的疏水性，以有利地减少或消除空隙或缝隙的形成。在一些实施方式中，将远程等离子体、RF偏置功率、以及远程等离子体和RF偏置功率的组合顺序地且循环地供应到处理腔室的内部处理区域，以为在来自基板的诸如沟槽之类的特征中的介电材料填充提供了良好的间隙填充能力。在一些实施方式中，用第一远程等离子体、第一RF偏置功率、以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种形成介电材料的方法，包括：用介电材料填充基板上的具有大于5的深宽比的开口，所述介电材料是通过依序施加第一远程等离子体、第一偏置等离子体、和第二远程等离子体结合第二偏置等离子体到设置有所述基板的处理腔室的内部处理区域而形成的；及至少增加所述介电材料的流动性或疏水性。2.如权利要求1所述的方法，其中填充所述开口进一步包括：(a)将第一气体混合物提供到其中设置有所述基板的处理腔室中；(b)在远程等离子体源中形成包括第一自由基的所述第一远程等离子体，并将所述第一自由基输送至所述处理腔室中的内部处理区域，以在存在所述第一气体混合物和所述第一自由基的情况下在设置在所述基板上的材料层中的开口中形成介电材料层；(c)终止所述第一远程等离子体并向所述处理腔室施加第一RF偏置功率以形成所述第一偏置等离子体；(d)使所述介电材料层与所述第一偏置等离子体接触以形成第一介电材料处理层；及(e)随后在所述远程等离子体源中形成包括第二自由基的所述第二远程等离子体，并在存在第二气体混合物的情况下将所述第二自由基输送到所述处理腔室中的所述内部处理区域，同时向所述处理腔室施加第二RF偏置功率以形成所述第二偏置等离子体，其中所述第二自由基和第二偏置等离子体接触所述第一介电材料处理层，以增加所述第一介电材料处理层的所述疏水性或所述流动性。3.如权利要求2所述的方法，进一步包括：重复(a)至(e)，直到所述第一介电材料处理层具有预定厚度。4.如权利要求2至3中任一项所述的方法，其中使所述介电材料层与所述第一偏置等离子体接触以形成第一介电材料处理层降低了所述第一介电材料处理层的疏水性，其中当与水接触时，所述第一介电材料处理层具有低于90度的接触角。5.如权利要求2至3中任一项所述的方法，其中使所述第二自由基和第二偏置等离子体与所述第一介电材料处理层接触增加所述第一介电材料处理层的疏水性，其中当与水接触时，所述第一介电材料处理层的第一表面的所述疏水性具有90至110度的程度的接触角。6.如权利要求2至3中任一项所述的方法，其中所述第一气体混合物和所述第二气体混合物包括处于摄氏负20度至摄氏...

【专利技术属性】
技术研发人员：巴加夫，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：