[发明专利]使用电感耦合高密度等离子体进行介电膜的致密化

说明书

技术领域

本公开涉及衬底处理系统，更具体地涉及使用高密度电感耦合等离子体源进行介电膜的致密化。

背景技术

这里提供的背景描述是为了一般地呈现本公开的背景的目的。在该背景技术部分以及在提交时不会以其他方式认为是现有技术的描述的方面中描述的程度上，目前署名的发明人的工作既不明确地也不隐含地被承认为针对本公开的现有技术。

衬底处理系统可用于沉积和蚀刻衬底(例如半导体晶片)上的膜。衬底处理系统通常包括处理室、气体分配装置和衬底支撑件。在处理期间，衬底被布置在衬底支撑件上。可以将不同的气体混合物引入处理室中，并且射频(RF)等离子体可以用于激活化学反应。

浅沟道隔离(STI)特征在集成电路(IC)中的各个晶体管器件之间提供电气隔离。STI特征可以用诸如使用可流动化学气相沉积(FCVD)或其它方法沉积的可流动氧化物之类的介电膜填充。可流动氧化物提供类似液体的填充行为。

可流动氧化物膜的质量受到高硅烷醇含量的限制，这使得可流动氧化物膜是多孔的。可流动氧化物膜中的硅烷醇键通过在高温炉中退火、暴露于UV处理或等离子体退火来除去。这些方法中的每一种的有效性受到限制，因为低热量预算和渗透到可流动氧化物膜中的渗透深度差。由于溅射速率高，因此不能使用常规等离子体退火，这会损害膜。

在一些应用中，沟道的高宽比(AR)可以高达8:1，并且沟道的开口可能变窄到约20nm。实现无空隙STI填充是重要的，因为在随后的集成步骤中可以对膜进行进一步处理。随后的处理可能会使空隙暴露。在一些示例中，可能无意中用导电材料填充空隙，这可能会导致短路。

致密化过程应该能够实现完全致密化的膜，直到沟道的底部部分，或者直到湿化学品在后续的化学机械抛光(CMP)或其它湿式整合步骤中可能达到的点。

发明内容

一种用于致密化衬底上的介电膜的方法包括：将包括介电膜的衬底布置在衬底处理室中的衬底支撑件上；向所述衬底处理室供应包括氦和氧的气体混合物；将所述衬底处理室中的压强控制为大于或等于预定压强的压强；以及以第一频率将第一功率电平提供给线圈以在所述衬底处理室中产生等离子体。所述线圈围绕所述衬底处理室的外表面的至少一部分布置。所述方法还包括致密化所述介电膜持续预定时间。选择所述压强和所述第一功率电平以防止在致密化所述介电膜期间所述介电膜的溅射。

在其他特征中，所述方法包括在以所述第一频率提供所述第一功率电平的同时，以第二频率将第二功率电平提供给所述线圈。

所述方法包括在以所述第一频率提供所述第一功率电平以及以所述第二频率提供所述第二功率电平的同时，以第三频率向所述衬底支撑件提供第三功率电平。选择所述预定压强、所述第一功率电平、所述第二功率电平和所述第三功率电平以防止在致密化所述介电膜期间所述介电膜的溅射。

在其他特征中，所述预定压强大于或等于40mTorr。所述第一功率电平大于或等于5000W，并且所述第一频率在340kHz至375kHz的范围内。所述第三功率电平小于或等于2000W，并且所述第三频率为13.56MHz。所述第二频率在420kHz至460KHz的范围内。

在其他特征中，所述第一功率电平大于5000W，所述第三功率电平小于或等于2000W，并且所述预定压强大于或等于40mTorr。

在其他特征中，所述第一功率电平介于6000W和8000W之间，所述第二功率电平介于3000W和5000W之间，并且所述第三功率电平小于2000W。在介电膜致密化过程中，所述衬底的温度低于570℃。所述介电膜包括可流动氧化物膜。

一种用于致密化衬底上的介电膜的方法包括：将包括介电膜的衬底布置在衬底处理室中的衬底支撑件上；向所述衬底处理室供应包括氦和氧的气体混合物；将所述衬底处理室中的压强控制为大于或等于40mTorr的压强；以及以第一频率将第一功率电平并以第二频率将第二功率电平提供给线圈，以在所述衬底处理室中产生等离子体。所述线圈围绕所述衬底处理室的外表面布置。所述方法还包括以第三频率向所述衬底支撑件提供第三功率电平；以及致密化所述介电膜持续预定时间。所述第一功率电平大于或等于5000W，所述第二功率电平介于3000W和5000W之间，并且所述第三功率电平小于或等于2000W。