制备含硅膜的方法技术

本发明专利技术提供了制备含硅膜的方法。本文描述了形成介电膜的方法，该膜包含硅、氧及任选的氮、碳、氢和硼。本文还公开了在待加工的物体，如半导体晶片，上形成介电膜或涂层的方法。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求2010年2月4日提交的在先美国临时申请61/301，375的优先权。
技术介绍
在此公开的是制备用于各种电子应用中的含硅材料或膜的方法和组合物， 例如但不限于化学计量的或非化学计量的氧化硅、氮氧化硅或碳氮氧化硅(silicon oxycarbonitride)膜。氧化硅薄膜由于其介电性能而经常在半导体制造中用作电介质。在硅基半导体器件的制造中，氧化硅膜可用作栅极绝缘、扩散掩模、侧壁间隔(sidewall spacer)、硬掩模、 抗反射涂层、钝化及封装以及各种其他用途。氧化硅膜还对于其他复合半导体器件的钝化日益变得重要。除了硅和氧以外的其他元素可以存在于二氧化硅膜中。这些其他元素有时可以根据膜的最终用途或期望的成品性能有意地添加到组合的混合物中和/或沉积工艺中。例如，元素氮(N)可以添加到氧化硅膜中以形成氮氧化硅膜，其可以提供某些介电性能，如较低的漏电流。元素锗(Ge)可以添加到氧化硅膜中以提供锗掺杂的氧化硅，其可以降低膜的沉积温度。还有其他元素如硼(B)或碳(C)可以添加到氧化硅膜中以提高其抗蚀性。不过， 根据其应用，膜中的某些元素可能是不需要的，即使在较低浓度水平下也是不需要的。例如，当二氧化硅膜用作蚀刻终止层或直接作为深紫外(DUV)光刻胶下面的电介质层时，膜中的少量氮可以与DUV光刻胶相互作用，从而化学地增强光刻胶的材料性能或毒害(poison)光刻胶并使一部分光刻胶不溶于显影液中。其结果是，残留的光刻胶可能保留在图案化的特征的边缘或结构的侧壁上。这可能对半导体器件的光刻图案化工艺是有害的。另一个不含氮的氧化硅膜的例子可以在抗反射涂层(ARC)的应用中找到。在抗蚀成像期间ARC抑制基础下面的材料层的反射，从而在能量敏感的抗蚀剂层中提供精确的图案复制。然而，传统的ARC材料含有氮，例如氮化硅和氮化钛。ARC层中氮的存在可以化学地改变光刻胶材料的组成。在氮与光刻胶材料之间的化学反应可以称为“光刻胶中毒”。经过典型的图案形成步骤的光刻胶中毒材料可以导致在光刻胶中不精确地形成的特征或图案化后过多的残留光刻胶，两者都可以对I3R工艺如蚀刻工艺造成不利影响。例如，氮可以中和靠近光刻胶和ARC界面的酸并导致形成残留(称为底脚(footing))，其可以进一步在特征的底部和侧墙的界面处产生弯曲或圆的外观而不是期望的直角。对于几种应用，利用等离子增强化学气相沉积工艺(“PECVD”)在比典型化学气相沉积工艺(“CVD”)低的沉积温度下形成氧化硅膜。分子式为Si(OC2H5)4的四乙氧基硅烷 (“TE0S”)是常用的可与一种或几种氧源(如，但不限于O2或O3)结合用于具有最小的残余碳污染的氧化硅膜的PECVD沉积的前体。TEOS以稳定的、惰性的、高蒸汽压的液体形式提供，且其危险性低于其他含硅前体如SiH4。由于以下原因中的一种或几种一般倾向于较低的沉积温度(如400°C以下)成本(如能够使用较廉价的衬底)和热预算(如由于热敏的高性能膜的集成)。进一步对于 PECVD TEOS膜，在较低温度下间隙填充性和保形性(conformality)可以相对较好。然而 PECVD TEOS膜的膜质量可能由于其不具有化学计量组成，富氢，具有低的膜密度和/或表现出快速蚀刻率而较差。因此，需要比TEOS性能更好的替代前体。
技术实现思路
在此描述的是形成含硅和氧的材料或膜的方法，该膜不含关键元素(critical element)，如氮、碳、卤素和氢，或可选择地，如由X-射线光电子能谱仪(XPQ测量的，包含约0到约30原子重量(atomic weight)百分比的氮和/或包含约0到约30原子重量百分比的碳，且该膜显示出5%或更低的％不均勻性。该％不均勻性可以利用标准的等式计算％ 不均勻性=((最大值-最小值)/(2*平均值))。利用在此描述的方法和前体沉积的膜是高度均勻的，而在某些情形下不用借助于温度、等离子体、等离子体样方法或其组合。在此还公开了在待加工物体(例如半导体晶片)上形成介电膜或涂层的方法，该膜或涂层基本上不含氮和/或基本上不含碳，或者可选择地包含相对低量的氮和碳。在替代的实施方式中，在此描述的方法和前体可以提供具有相对低氮含量的材料，其提供具有受控的组成的氮掺杂氧化物材料。在替代的实施方式中，在此描述的方法和前体可以提供一种具有相对低碳含量的材料，其提供具有受控的组成的碳掺杂氧化物材料。在这些实施方式中，该材料可以包含由XPS测量的约0到约30原子重量百分比的氮和 /或碳。在一些实施方式中，所用的前体能够制备非常高纯度的SiO2M料，其具有不可检测量的其他元素(包括碳、氮、氯和卤素以及其他可由XPS量化的物质)。一方面，本专利技术提供一种在衬底的至少一个表面上形成包含硅和氧的膜的方法， 该方法包括在反应室中提供衬底的至少一个表面；和利用包含选自以下通式I、II和III的前体的至少一种的硅前体以及任选地氧源， 通过选自化学气相沉积法和原子层沉积法的沉积方法在该至少一个表面上形成膜权利要求1.一种在衬底的至少一个表面上形成介电膜的方法，该方法包括 在反应室中提供衬底的至少一个表面；和将硅前体弓丨入反应室中以形成所述介电膜，所述硅前体包括选自如下通式I、II和III 的前体的至少一种HH7RO-Si-HRO-Si-OR1RO-Si-OR2^^OR1IIIIII其中，通式I、II和III中的R、R1和R2各自独立地是烷基、芳基、酰基或其组合。2.如权利要求1的方法，其中至少一种选自氧源、氮源或其组合的源引入所述反应室中，其中所述氧源优选包括氧气、臭氧或其组合。3.如权利要求1或2的方法，其中所述形成为选自循环化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积或原子层沉积的至少一种。4.如权利要求1-3中任一项的方法，其中所述硅前体包括二叔丁氧基硅烷、二叔戊氧基硅烷或其组合。5.一种通过原子层沉积工艺形成含硅和氧的介电膜的方法，该方法包括如下步骤a.将衬底置于ALD反应器中；b.将硅前体引入ALD反应器中，所述硅前体包括选自如下通式I、II和III的至少一种HHHRO-Si-HRO-Si-OR1RO-Si-OR2^^OR1IIIIII其中，通式I、II和III中的R、R1和R2各自独立地是烷基、芳基、酰基或其组合；c.用气体吹扫所述ALD反应器；d.将氧源引入所述ALD反应器；e.用气体吹扫所述ALD反应器；f.重复步骤b到d直到得到需要的介电膜厚度，其中所述介电膜包括由XPS测量的至多约30原子重量％的氮。6.如权利要求1-5中任一项的方法，其中其氮源引入所述反应室。7.如权利要求1-6中任一项的方法，其利用热CVD工艺，其中所述介电膜包括由XPS测量的至多约30原子重量％的氮。8.如权利要求1-7中任一项的方法形成的膜，具有组成SiaObN。CdHJf，其中a是10-50 原子％，b是10到70原子％，c是O到30原子％，d是O到30原子％，e是O到50原子％ 及f是O到30原子％。9.一种电解抛光的不锈钢容器，具有带高纯度低死体积阀的入口和出口，该容器包含叔丁氧基硅烷、异丙氧基硅烷、乙氧基硅烷、正丁氧基硅烷、异丁氧基硅烷、甲氧基硅烷、苯氧基硅烷、二叔丁氧基硅烷、二异丙氧基硅烷、二乙氧基硅烷、二正丁氧基硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种在衬底的至少一个表面上形成介电膜的方法，该方法包括：在反应室中提供衬底的至少一个表面；和将硅前体引入反应室中以形成所述介电膜，所述硅前体包括选自如下通式Ｉ、ＩＩ和ＩＩＩ的前体的至少一种：其中，通式Ｉ、ＩＩ和ＩＩＩ中的Ｒ、Ｒ１和Ｒ２各自独立地是烷基、芳基、酰基或其组合。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨柳，萧满超，韩冰，K·S·卡瑟尔，M·L·奥尼尔，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：US