[发明专利]使用含硅前驱物和原子氧进行高质量流体状硅氧化物的化学气相沉积

说明书

本申请是提交于2007年5月30日，申请号为200780000130.3，题为“使用含硅前驱物和原子氧进行高质量流体状硅氧化物的化学气相沉积”的专利申请的分案申请。

技术领域

本文是有关于沉积氧化硅层于基材上的方法以及用来沉积氧化硅层于基材上的系统。

背景技术

随着集成电路上的组件密度不断提高，组件结构的尺寸与间距亦不断缩小。结构间隙和沟渠的宽度变窄会提高这些结构的高度对宽度的比例(即深宽比)。换言的，集成电路组件持续微型化对于缩小组件的横向宽度的幅度大于缩小纵向高度的幅度。

虽然提高组件结构的深宽比可在半导体芯片基材的相同表面积上放置更多的结构，但也会引起制造上的问题。问题之一在于，进行填入制程时难以在不产生空隙(void)或裂缝(seam)的情况下完全填满这些结构中的间隙和沟渠。对于电气隔绝邻近的组件结构来说，以介电材料(如氧化硅)填入间隙和沟渠中是必要步骤。若间隙未填入介电材料，则将有太多电噪声和(或)影响适当操作组件的漏电流。

当间隙宽度较大时(深宽比较小)，较易快速沉积介电材料来填入间隙。沉积材料将覆盖间隙的侧面与底部，并持续由下往上填入，直到填满裂缝或沟渠。然随着深宽比增加，要填满既深且窄的沟渠但又不会在沟渠中形成空隙或裂缝变得越来越困难。

介电层中的空隙与裂缝会引发半导体组件制作与完成组件性质的问题。任意形成在介电层中的空隙与裂缝具有无法预测的大小、形状、位置和分布密度。这将会导致例如蚀刻、研磨、退火等沉积后(post-deposition)处理制程产生不可预期且不一致的处理效果。成品组件中的空隙与裂缝亦会造成组件结构之间隙和沟渠中的介电品质差异。因此组件间将产生电性相互干扰、漏电、甚至短路，以致组件性质不稳且较差。

已开发出多种技术，用来减少于高深宽比结构上沉积介电材料时形成空隙与裂缝的问题。该些技术包括减慢沉积介电材料的速率，使介电材料能更加共形地沉积于沟渠的侧壁与底面。更共形地沉积可减少因沉积材料累积在沟渠的顶部或中间处导致最后封住空隙顶端的情形。然而，减慢沉积速率代表沉积时间增长，因而降低处理效率和生产速率。

另一种控制空隙形成的技术为增进所沉积的介电材料的流动性。流动性较佳的材料可较快填入空隙或裂缝，且可避免其变成填入空间中的永久性缺陷。增进氧化硅介电材料的流动性通常涉及在用来形成氧化层的前驱物混合物中添加水蒸气或过氧化物，例如过氧化氢(H₂O₂)。水蒸气会于沉积层中形成较多的Si-OH键，使得膜层的流动性提高。然而，不幸的是，于氧化硅沉积过程中增加水气可能对沉积层的性质造成不良影响，包括密度(即提高湿蚀刻速率比(WERR))和介电性质(即增加k值)。

因此，目前仍需要能在间隙、沟渠和其它高深宽比组件结构中沉积无空隙、无裂缝的介电层的介电沉积系统及方法。也需要可快速沉积具流动性的介电材料的系统及方法，且不会恶化填充结构的品质。本发明将提出这些与其它介电层沉积制程的态样。

发明内容

本发的实施例包括数种沉积氧化硅层于基材上的方法。该些方法可包括多个步骤：提供基材至沉积室中、在沉积室外产生氧原子前驱物(atomicoxygen precursor)以及引进氧原子前驱物至沉积室中。该些方法还可包括引进硅前驱物至沉积室中，其中硅前驱物和氧原子前驱物先在沉积室内混合。硅前驱物与氧原子前驱物反应而形成氧化硅层于基材上。该些方法亦可包括退火处理所沉积的氧化硅层。

本发明实施例还包括数种形成氧化硅层于基材上的方法。该些方法可包括提供硅晶片基材至反应室以及在高密度氩等离子体中解离氧分子而产生氧原子前驱物。氧原子前驱物可由位于反应室外的远程等离子体产生室产生。该些方法还可包括在反应室中混合氧原子前驱物与硅前驱物，其中氧原子前驱物与硅前驱物在进入反应室前尚未混合。沉积在基材上的氧化硅层包括氧原子与硅前驱物反应的产物。

本发明实施例更包括沉积氧化硅层于基材上的系统。该系统可包括一沉积室以及一连接沉积室的远程等离子体产生系统，其中该沉积室中可撑托基材，并且该等离子体产生系统是用来产生氧原子前驱物。该系统还可包括一供应硅前驱物至沉积室的硅前驱物源以及一前驱物操作系统(precursor handling system)，用以引导氧原子前驱物与硅前驱物流入沉积室。前驱物操作系统可用来防止氧原子前驱物与硅前驱物进入沉积室前先行混合。