[发明专利]使用氧化物衬垫的可流动电介质

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是于2010年12月21日提交的题为“FLOWABLE DIELECTRIC USING OXIDE LINEAR（使用氧化物衬垫的可流动电介质）”的美国专利申请第12/974,495号的PCT申请，且要求于2010年1月6日提交的题为“RADICAL COMPONENT DIELECTRIC USING OXIDE LINEAR（使用氧化物衬垫的自由基成分电介质）”的美国临时专利申请第61/292,520号的权益，将所述文献的全文结合于本文中作为参考。

发明背景

自从数十年前引进了半导体装置，半导体装置的几何结构在尺寸上已显著地减小。现代半导体制造设备常规地生产具有45nm、32nm及28nm的特征尺寸的装置，并且正在发展及实行新的设备来制造具有甚至更小几何结构的装置。减小的特征尺寸造成装置上的结构性特征具有减小的空间尺寸。装置上的间隙及沟槽的宽度窄化至间隙深度与间隙宽度的纵横比变得高到足以使用介电材料来填充间隙受到挑战的程度。在完全填充间隙之前，沉积介电材料倾向会堵塞在顶部，因而在间隙的中间产生孔隙或缝隙。

历经多年，已经开发出许多技术来防止介电材料堵塞在间隙的顶部，或“合拢(heal)”已形成的孔隙或缝隙。已经启用具有高度可流动的前驱物材料的方法，其中高度可流动的前驱物可以液相施加至旋转的基板表面(例如，SOG沉积技术)。这些可流动前驱物可流至非常小的基板间隙中并填充所述非常小的基板间隙，而不会形成孔隙或松软缝隙。然而，一旦沉积这些高度可流动材料，就必须将它们硬化成固体介电材料。

在许多例子中，硬化过程包括热处理，以从沉积材料移除碳及羟基而留下诸如氧化硅的固体电介质。不幸地，碳及羟基物种的离开通常会在硬化的电介质中留下孔洞，而降低最终材料的质量。此外，硬化电介质也倾向缩减体积，这可能在电介质与周围基板的接口处留下裂缝和间隔。在一些例子中，硬化的电介质的体积可减小40%或更多。

因此，需要新的沉积过程及材料以在结构基板上形成介电材料而不会在基板间隙和沟槽中产生孔隙、缝隙或孔隙和缝隙。也需要以较少孔洞及较少体积减小来硬化可流动介电材料的材料与方法。在本申请中解决了此项及其它的需求。

发明简述

本发明描述了形成氧化硅层的方法。本方法包括以下步骤：混合不含碳的含硅前驱物与氮自由基前驱物，以及沉积含硅及氮的层至基板上。通过流动含氢及氮的前驱物至等离子体中以在等离子体中形成氮自由基前驱物。在沉积含硅及氮的层之前，形成氧化硅衬垫层以改善含硅及氮的层的粘附性、平滑性及可流动性。含硅及氮的层可通过固化及退火所述膜而转化为含硅及氧的层。本方法还包括在施加旋涂式含硅材料之前形成二氧化硅衬垫层。

本发明的实施例包括在基板上形成可流动介电层的方法。所述方法包括以下步骤：(1)在基板维持在衬垫沉积温度的同时，通过将基板暴露至含硅衬垫前驱物及含氧衬垫前驱物，以在基板上形成大体上共形的氧化硅衬垫层；以及(2)在基板维持在整体沉积温度的同时，在基板上形成不含碳的可流动含硅-氮及氢的层。

本发明的其它实施例及特征部分阐述于下文的描述中，且部分对本领域技术人员而言可基于检查本说明书而变得显而易见，或可通过实施本发明来了解。可通过说明书中描述的工具构件、组合物、及方法来理解及达成本发明的特征及优点。

附图简述

可通过参照说明书的其余部分及附图以更进一步了解本发明的特性与优势，其中在整个附图中使用相似附图标记来表示相似的部件。在一些情况中，子标签（sublabel）与附图标记相关联且后接一连号以表示多个相似部件中的一个。当参照一附图标记而未指明存在的子标签时，旨在涉及所有这样的多个相似部件。

图1为根据本发明实施例制造氧化硅膜的选择步骤的流程图。

图2为根据本发明实施例用于在基板间隙中形成氧化硅膜的选择步骤的另一流程图。

图3示出根据本发明实施例的基板处理系统。

图4A示出根据本发明实施例的基板处理腔室。

图4B示出根据本发明实施例的基板处理腔室的喷头。

发明的具体描述