[发明专利]制备含硅膜的方法

说明书

本申请是申请日为2011年2月9日、申请号为201110036115.2和发明名称为“制备含硅膜的方法”的发明专利申请的分案申请。

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。

背景技术

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PR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(“TEOS”)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℃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。

发明内容

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(XPS)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％不均匀性。该％不均匀性可以利用标准的等式计算：％不均匀性＝((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匀的，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。