專利名稱：使用含硅前驅(qū)物和原子氧進(jìn)行高質(zhì)量流體狀硅氧化物的化學(xué)氣相沉積的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文是有關(guān)于沉積氧化硅層于基材上的方法以及用來沉積氧化硅層于基材上的 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著集成電路上的組件密度不斷提高，組件結(jié)構(gòu)的尺寸與間距亦不斷縮小。結(jié)構(gòu) 間隙和溝渠的寬度變窄會(huì)提高這些結(jié)構(gòu)的高度對寬度的比例(即深寬比)。換言的，集成電 路組件持續(xù)微型化對于縮小組件的橫向?qū)挾鹊姆却笥诳s小縱向高度的幅度。雖然提高組件結(jié)構(gòu)的深寬比可在半導(dǎo)體芯片基材的相同表面積上放置更多的結(jié) 構(gòu)，但也會(huì)引起制造上的問題。問題之一在于，進(jìn)行填入制程時(shí)難以在不產(chǎn)生空隙(void) 或裂縫(seam)的情況下完全填滿這些結(jié)構(gòu)中的間隙和溝渠。對于電氣隔絕鄰近的組件結(jié) 構(gòu)來說，以介電材料(如氧化硅)填入間隙和溝渠中是必要步驟。若間隙未填入介電材料， 則將有太多電噪聲和(或)影響適當(dāng)操作組件的漏電流。當(dāng)間隙寬度較大時(shí)(深寬比較小)，較易快速沉積介電材料來填入間隙。沉積材 料將覆蓋間隙的側(cè)面與底部，并持續(xù)由下往上填入，直到填滿裂縫或溝渠。然隨著深寬比增 加，要填滿既深且窄的溝渠但又不會(huì)在溝渠中形成空隙或裂縫變得越來越困難。介電層中的空隙與裂縫會(huì)引發(fā)半導(dǎo)體組件制作與完成組件性質(zhì)的問題。任意形成 在介電層中的空隙與裂縫具有無法預(yù)測的大小、形狀、位置和分布密度。這將會(huì)導(dǎo)致例如蝕 刻、研磨、退火等沉積后(post-d印osition)處理制程產(chǎn)生不可預(yù)期且不一致的處理效果。 成品組件中的空隙與裂縫亦會(huì)造成組件結(jié)構(gòu)之間隙和溝渠中的介電品質(zhì)差異。因此組件間 將產(chǎn)生電性相互干擾、漏電、甚至短路，以致組件性質(zhì)不穩(wěn)且較差。已開發(fā)出多種技術(shù)，用來減少于高深寬比結(jié)構(gòu)上沉積介電材料時(shí)形成空隙與裂縫 的問題。該些技術(shù)包括減慢沉積介電材料的速率，使介電材料能更加共形地沉積于溝渠的 側(cè)壁與底面。更共形地沉積可減少因沉積材料累積在溝渠的頂部或中間處導(dǎo)致最后封住空 隙頂端的情形。然而，減慢沉積速率代表沉積時(shí)間增長，因而降低處理效率和生產(chǎn)速率。另一種控制空隙形成的技術(shù)為增進(jìn)所沉積的介電材料的流動(dòng)性。流動(dòng)性較佳的 材料可較快填入空隙或裂縫，且可避免其變成填入空間中的永久性缺陷。增進(jìn)氧化硅介電 材料的流動(dòng)性通常涉及在用來形成氧化層的前驅(qū)物混合物中添加水蒸氣或過氧化物，例如 過氧化氫(H202)。水蒸氣會(huì)于沉積層中形成較多的Si-OH鍵，使得膜層的流動(dòng)性提高。然 而，不幸的是，于氧化硅沉積過程中增加水氣可能對沉積層的性質(zhì)造成不良影響，包括密度 (即提高濕蝕刻速率比(WERR))和介電性質(zhì)(即增加k值)。因此，目前仍需要能在間隙、溝渠和其它高深寬比組件結(jié)構(gòu)中沉積無空隙、無裂縫的介電層的介電沉積系統(tǒng)及方法。也需要可快速沉積具流動(dòng)性的介電材料的系統(tǒng)及方法， 且不會(huì)惡化填充結(jié)構(gòu)的品質(zhì)。本發(fā)明將提出這些與其它介電層沉積制程的態(tài)樣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)的實(shí)施例包括數(shù)種沉積氧化硅層于基材上的方法。該些 方法可包括多個(gè)步 驟提供基材至沉積室中、在沉積室外產(chǎn)生氧原子前驅(qū)物(atomicoxygen precursor)以及 引進(jìn)氧原子前驅(qū)物至沉積室中。該些方法還可包括引進(jìn)硅前驅(qū)物至沉積室中，其中硅前驅(qū) 物和氧原子前驅(qū)物先在沉積室內(nèi)混合。硅前驅(qū)物與氧原子前驅(qū)物反應(yīng)而形成氧化硅層于基 材上。該些方法亦可包括退火處理所沉積的氧化硅層。本發(fā)明實(shí)施例還包括數(shù)種形成氧化硅層于基材上的方法。該些方法可包括提供硅 晶片基材至反應(yīng)室以及在高密度氬等離子體中解離氧分子而產(chǎn)生氧原子前驅(qū)物。氧原子前 驅(qū)物可由位于反應(yīng)室外的遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生室產(chǎn)生。該些方法還可包括在反應(yīng)室中混合氧 原子前驅(qū)物與硅前驅(qū)物，其中氧原子前驅(qū)物與硅前驅(qū)物在進(jìn)入反應(yīng)室前尚未混合。沉積在 基材上的氧化硅層包括氧原子與硅前驅(qū)物反應(yīng)的產(chǎn)物。本發(fā)明實(shí)施例更包括沉積氧化硅層于基材上的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包括一沉積室以及 一連接沉積室的遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)，其中該沉積室中可撐托基材，并且該等離子體產(chǎn) 生系統(tǒng)是用來產(chǎn)生氧原子前驅(qū)物。該系統(tǒng)還可包括一供應(yīng)硅前驅(qū)物至沉積室的硅前驅(qū)物源 以及一前驅(qū)物操作系統(tǒng)(precursor handling system)，用以引導(dǎo)氧原子前驅(qū)物與硅前驅(qū) 物流入沉積室。前驅(qū)物操作系統(tǒng)可用來防止氧原子前驅(qū)物與硅前驅(qū)物進(jìn)入沉積室前先行混
I=I ο其它實(shí)施例和特征將部分說明于下，且其在熟諳此技藝者檢閱說明書或?qū)嵺`本發(fā) 明后將變得明顯易懂。由說明書所述的手段、組合和方法可理解及達(dá)到本發(fā)明的特征與優(yōu)
點(diǎn)ο


本發(fā)明的本質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)在參閱說明書其余部分與所附圖式后將更明顯易懂，其中， 各圖式中相同的組件符號(hào)表示類似的組件。在某些例子中，與組件符號(hào)相連的下標(biāo)與連字 號(hào)代表多個(gè)類似組件的其中一個(gè)。若文中指出的組件符號(hào)，但沒有特定指出下標(biāo)時(shí)，則表示 其是指所有此類的類似組件。圖1為一流程圖，其顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例形成氧化層于基材上的方法的步驟；圖2繪示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例形成氧化層的方法的步驟；圖3繪示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例形成氧化層的方法的步驟，其使用不同的反應(yīng)室來沉 積和固化膜層；圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例利用不含Si-C鍵的硅前驅(qū)物來形成氧化層的步驟流程 圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例利用含Si-C鍵的硅前驅(qū)物來形成氧化層的步驟流程 圖；圖6A繪示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，可用來形成氧化硅層的基材處理系統(tǒng)的垂直剖面； 以及
圖6B為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基材處理系統(tǒng)中系統(tǒng)監(jiān)測器/控制器組件的示意圖。主要組件符號(hào)說明7氣體源8管線9混合系統(tǒng)10系統(tǒng)11歧管12基座12a平面12b頂針
13a面板13b穿孔14虛線/處理位置15真空室/處理室15a室壁15b室蓋組件16狹長孔17空間19內(nèi)襯20室蓋21延伸部23通道24關(guān)閉閥25出口26 開口32 馬達(dá)34控制器36線路37處理器38存儲(chǔ)器42阻擋盤44功率供應(yīng)器50a屏幕50b光筆60等離子體產(chǎn)生器64轉(zhuǎn)接器66隔絕件70混合裝置72插入件74狹縫77三向閥100、200、300、400、500 方法102、104、106、108、110、112、114、202、204、206、208、210、212、214、216、218、220、 222、302、304、306、308、310、312、402、404、406、408、410、502、504、506、508、510、512 步驟
具體實(shí)施例方式本文描述沉積高流動(dòng)性的氧化硅層的系統(tǒng)及方法，并且該氧化硅層隨后經(jīng)固化 (即退火處理)成高品質(zhì)的氧化層或填充層。最初形成的氧化物具高流動(dòng)性而能填滿高深 寬比之間隙和溝渠(如深寬比大于5 1)，且不會(huì)形成空隙或裂縫。隨后執(zhí)行固化步驟來 驅(qū)除水氣而留下致密的氧化層，該致密氧化層的濕蝕刻速率比(WERR)接近氧化硅層的實(shí) 際極限值，例如WERR降為約1. 8至約 1. 4。以含碳的硅前驅(qū)物所制得的膜層而言，也可形成 最初高流動(dòng)性與固化后具有高品質(zhì)的低k氧化層。本發(fā)明的方法包括在沉積室/反應(yīng)室外的遠(yuǎn)程處產(chǎn)生反應(yīng)性氧原子。氧原子先在 沉積室內(nèi)與硅前驅(qū)物混合，在此即使是在低溫與低壓下，二者仍會(huì)快速反應(yīng)并沉積氧化硅 至基材上。所形成的氧化物富含與硅(Si)鍵結(jié)的氫氧(OH)基，使得該氧化物具高流動(dòng)性。 于填充間隙或溝渠期間，一旦沉積該氧化物，其即便在低溫下仍可快速流動(dòng)而填入初生成 的空隙與裂縫。沉積后，固化步驟將許多Si-OH基轉(zhuǎn)化成純二氧化硅和水蒸氣，并將水蒸氣 逐出沉積層。
在沉積富含Si-C鍵的低k膜層的實(shí)施例中，固化制程可分成將Si-C鍵水解成 Si-OH鍵以消除碳的第一步驟，以及隨后去除氫氧基并驅(qū)除所生成的水氣的第二步驟。達(dá)成 方法可包括先進(jìn)行濕式退火(如高達(dá)約950°C的蒸氣退火)，其是以水(H2O)將Si-C鍵水 解成Si-OH鍵，接著進(jìn)行干式退火(如在約90(TC下使用干燥氮?dú)?N2))將Si-OH基轉(zhuǎn)化成 氧化硅。本發(fā)明的制程與方法實(shí)施例將進(jìn)一步說明于下。形成氧化層的示例方法圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，形成氧化層于基材上的方法100的流程 圖。方法100 包括提供基材至沉積室(步驟102)?；目蔀榘雽?dǎo)體晶片，例如直徑約300毫米或更小的 硅晶片，如直徑約為100毫米、150毫米、200毫米、300毫米、400毫米等的硅晶片，并且可包 括預(yù)先形成的結(jié)構(gòu)、裝置組件等。例如，基材可包括具有高深寬比之間隙、溝渠等，如深寬比 為5 1或更包、6 1或更包、7 1或更包、8 1或更高、9 1或更高、10 1或更高、 11 1或更高、12 1或更高等。方法100也包括在沉積室外的遠(yuǎn)程處產(chǎn)生氧原子前驅(qū)物(步驟104)?？捎山怆x諸 如氧分子(O2)、臭氧(O3)、氮氧化合物(如，一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、氧化亞氮(N2O) 等)、氫氧化合物(如，水(H2O)、過氧化氫(H2O2)等)、碳氧化合物(如，一氧化碳(CO)、二 氧化碳(CO2)等)等含氧前驅(qū)物和其它含氧前驅(qū)物與前驅(qū)物組合物來產(chǎn)生氧原子。解離含氧前驅(qū)物來產(chǎn)生氧原子的方式包括熱解離、紫外光解離及/或等離子體解 離等。等離子體解離可包括在遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生室中點(diǎn)燃氦氣、氬氣、氫氣(H2)、氙氣、氨氣 (NH3)等的等離子體，并將氧前驅(qū)物引至等離子體中以產(chǎn)生氧原子前驅(qū)物。接著將反應(yīng)性氧原子等離子體引導(dǎo)到沉積室(步驟106)，并在此與亦引入沉積室 的硅前驅(qū)物初次混合(步驟108)。極具反應(yīng)性的氧原子將在如反應(yīng)溫度低于100°C等適當(dāng) 溫度和壓力(如約0. 1托耳至約10托耳；總室壓約0. 5-6托耳等)下與硅前驅(qū)物(以及反 應(yīng)室中的其它沉積前驅(qū)物)反應(yīng)而形成氧化硅層(步驟110)。沉積時(shí)，可利用支撐晶片的 晶片基座來可調(diào)整(即加熱或冷卻)晶片溫度約達(dá)0°C至約150°C。硅前驅(qū)物可包括有機(jī)硅烷化合物及/或不含碳的硅化合物。不含碳的硅前驅(qū) 物可包括甲硅烷(SiH4)等化合物。有機(jī)硅烷化合物可包括具Si-C鍵的化合物及/或具 Si-O-C鍵結(jié)的化合物。有機(jī)硅烷硅前驅(qū)物的例子可包括二甲基硅烷(dimethylsilane)、 三甲基硅烷(trimethylsilane)、四甲基硅烷(tetramethylsilane)、二乙基硅烷 (diethylsilane)、四甲氧基硅燒(tetramethylorthosilicate, TMOS,或稱正硅酸四甲 酯)、四乙氧基硅烷(tetraethylorthosilicate，TE0S，或稱正硅酸四乙酯)、八甲基三硅 氧(octamethyItrisiloxane, 0MTS)、八甲基環(huán)四娃氧(octamethyIcyclotetrasiloxane, 0MCTS)、四甲基二甲基二甲氧二硅烷(tetramethyldimethyldimethoxydisilane)、四甲基 環(huán)四硅氧(tetramethylcyclotetrasiloxane，TOMCATS)、DMDMOS, DEMS,甲基三乙氧基硅烷 (methyl triethoxysilane, MTES)、苯基二甲基硅烷(phenyldimethylsilane)和苯基硅烷 (phenylsilane)等。硅前驅(qū)物在引入沉積室之前或期間可與載氣混合。載氣可能是不會(huì)與形成于基材 上的氧化層反應(yīng)的惰性氣體。載氣的例子包括氦氣、氖氣、氬氣、氮?dú)?N2)和氫氣(H2)等氣 體。在方法100的實(shí)施例中，氧原子與硅前驅(qū)物在引入沉積室之前不先混合。前驅(qū)物可經(jīng)由各自設(shè)置于反應(yīng)室周圍的前驅(qū)物入口進(jìn)入反應(yīng)室。例如，氧原子前驅(qū)物可從反應(yīng)室 頂部且位于基材正上方的一個(gè)入口或多個(gè)入口進(jìn)入。該入口引導(dǎo)氧前驅(qū)物以垂直于基材沉 積面的方向流動(dòng)。同時(shí)，硅前驅(qū)物可從沉積室側(cè)邊的一或多個(gè)入口進(jìn)入。該些入口可引導(dǎo) 硅前驅(qū)物以近乎平行于沉積面的方向流動(dòng)。其它實(shí)施例包括透過多端口噴灑頭(multi-port showerhead)的個(gè)別通口來輸送 氧原子和硅前驅(qū)物。例如，位于基材上方的噴灑頭可包括由多個(gè)開口所構(gòu)成的圖案，以供前 驅(qū)物進(jìn)入沉積室。一開口子群組可供氧原子前驅(qū)物使用，而第二開口子群組可供硅前驅(qū)物 使用。流經(jīng)不同組開口的前驅(qū)物在進(jìn)入沉積室之前可先彼此隔離。有關(guān)前驅(qū)物操作設(shè)備的 型式與設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)描述于、Lubomirsky等人于公元2006年5月30日提出且標(biāo)題為「用于介 電溝渠填充的處理室(Process chamber for dielectric gapfill)」的共同受讓的美國專 利臨時(shí)申請案60/803，499號(hào)以及后續(xù)與本申請案同日提出申請的非臨時(shí)申請案(代理人 文件編號(hào)A11162/T72710)中，其均一并引用供作參考。當(dāng)氧原子與硅前驅(qū)物于沉積室內(nèi)反應(yīng)時(shí)，其將形成氧化硅層于基材沉積面上(步 驟112)。此初始氧化層具有絕佳的流動(dòng)性，并可快速移入沉積面的結(jié)構(gòu)中的間隙、溝渠、空 隙、裂縫內(nèi)。如此一來，利用方法100來填充氧化物實(shí)質(zhì)上不會(huì)在間隙、溝渠和其它具高深 寬比(如深寬比 AR 約 5 1、6 1、7 1、8 1、9 UlO Ull 1、和 12 1 或更 高)的表面結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生空隙與裂縫。盡管不欲結(jié)合特定理論，成信硅前驅(qū)物與遠(yuǎn)程產(chǎn)生的氧原子可反應(yīng)形成具有高濃 度硅-氫氧(Si-OH)鍵的氧化硅。并成信這些鍵結(jié)可增加氧化硅層的流動(dòng)性。然Si-OH鍵 亦會(huì)提高沉積層的濕蝕刻速率比(WERR)和介電常數(shù)，因而降低該沉積氧化物的品質(zhì)以及 其做為電絕緣體的效果。因此，借著于沉積后退火(即固化)該氧化硅層來降低Si-OH鍵 的濃度(步驟114)。該沉積氧化硅層(步驟114)的沉積后退火處理步驟可為單一步驟或多個(gè)步驟。單 一步驟退火例如可借著在實(shí)質(zhì)干燥的氛圍(如干燥氮?dú)?、氦氣、氬氣?中加熱該沉積層約 達(dá)300°C至約1000°C，例如約600°C至約900°C。退火處理移除了沉積層的水氣，并將Si-OH 基轉(zhuǎn)化成氧化硅。經(jīng)退火后的氧化硅層具有較佳的膜層品質(zhì)(如WERR為約6至約3或更 低)和介電性質(zhì)(如k值近似或等于純二氧化硅)。多步驟退火可包括二階段退火，其中膜層先經(jīng)濕式退火處理，例如在蒸氣中加熱 膜層至高約達(dá)950°C，例如約650°C。接著進(jìn)行干式退火，此時(shí)在實(shí)質(zhì)上不含水氣的氛圍(如 干燥氮?dú)?中加熱膜層(如約900°C)。如上所述，多步驟退火可搭配使用有機(jī)硅前驅(qū)物， 以形成實(shí)質(zhì)含碳的氧化硅層，例如具有高密度Si-C鍵的氧化硅層。第一階段的濕式退火有 助于以Si-OH鍵取代掉一些Si-C鍵，干式退火則將Si-OH轉(zhuǎn)化成氧化硅鍵并驅(qū)除膜層中的 水氣。除了濕式和干式熱退火以外，也可單獨(dú)或結(jié)合使用其它退火技術(shù)來退火該氧化硅 層(步驟114)。其包括蒸氣退火、等離子體退火、紫外光退火、電子束退火及/或微波退火寸。參照圖2，其繪示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例形成氧化層的方法200的步驟。方法200 包括提供基材到反應(yīng)室(步驟202)及在基材上執(zhí)行一預(yù)處理蝕刻制程(步驟204)。預(yù)處 理蝕刻可包括等離子體蝕刻，例如使用氬等離子體的高密度等離子體蝕刻，以弄平基材結(jié)構(gòu)并移除表面雜質(zhì)。方法200還包括在遠(yuǎn)程等離子體室中產(chǎn)生等離子體(步驟206)及供應(yīng)含氧氣體 (例如氧分子)至等離子體室(步驟208)，以產(chǎn)生氧原子等離子體(步驟210)。方法200 的實(shí)施例包括在產(chǎn)生氧原子前驅(qū)物前，利用遠(yuǎn)程等離子體室產(chǎn)生的等離子體來預(yù)處理蝕刻 該基材(步驟204)。完成預(yù)處理蝕刻后，將該含氧氣體引入遠(yuǎn)程等離子體室以產(chǎn)生氧原子 前驅(qū)物(步驟210)。等離子體可于 預(yù)處理步驟與沉積氧化硅步驟之間間斷或在該等步驟之 間連續(xù)流入反應(yīng)室。為了開始沉積氧化層至基材上，將遠(yuǎn)程產(chǎn)生的氧原子前驅(qū)物和硅前驅(qū)物(例如 TE0S、0MCATS)引進(jìn)反應(yīng)室(步驟212、214)。在反應(yīng)室中，二種前驅(qū)物發(fā)生反應(yīng)(步驟216)， 并形成氧化硅層于基材上(步驟218)。氧化層的形成速率可為約250埃(A) /分鐘至約2 微米(Pm)/分鐘。方法200的實(shí)施例包括使用含碳的硅前驅(qū)物，其加入顯著量的碳到氧化 層中，例如Si-C鍵及/或Si-O-C鍵。故，在方法200中執(zhí)行二階段退火，其先在第一退火 溫度下進(jìn)行蒸氣退火(步驟220)，接著在第二退火溫度下進(jìn)行干式退火(步驟222)。第一 退火溫度(例如約600°C至約950°C )可低于第二退火溫度(例如約900°C至約1000°C;如 約 950 0C )。圖3繪示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例形成氧化層的方法300，其使用不同的反應(yīng)室來沉積 和固化膜層。方法300包括提供基材至沉積室(步驟302)及引導(dǎo)氧原子前驅(qū)物和硅前驅(qū) 物至反應(yīng)室(步驟304、306)。前驅(qū)物在沉積室內(nèi)反應(yīng)形成氧化硅層于基材上(步驟308)。此時(shí)，使前驅(qū)物停止流入沉積室，并移出基材。接著將基材移至獨(dú)立的退火室(步 驟310)，以退火該氧化硅層(步驟312)?；目稍谡婵占?或惰性環(huán)境下從沉積室傳送到 退火室，以免微粒、氧氣或其它污染物接觸沉積層。例如，沉積室與退火室可為用來在晶片 基材上形成半導(dǎo)體組件結(jié)構(gòu)、金屬前介電質(zhì)(PMD)、層間介電質(zhì)(ILD)、金屬化結(jié)構(gòu)、覆蓋層 的大型群組反應(yīng)室中的一員?？稍诳刂骗h(huán)境下由自動(dòng)化機(jī)器(例如機(jī)械手臂、傳送帶等) 將晶片從一反應(yīng)室傳送到另一反應(yīng)室。參照圖4及圖5，其分別繪示采用以及不用含碳的硅前驅(qū)物來形成氧化硅層的方 法實(shí)施例。圖4顯示利用不含Si-C鍵的硅前驅(qū)物形成氧化物層的方法400的步驟。方法 400包括提供基材至沉積室(步驟402)以及引導(dǎo)氧原子前驅(qū)物和不含碳的硅前驅(qū)物至反 應(yīng)室(步驟404、406)。該等前驅(qū)物在沉積室內(nèi)反應(yīng)形成氧化硅層于基材上(步驟408)， 接著進(jìn)行退火處理。氧化硅層(步驟410)的退火處理可為在干燥氮?dú)夥諊?、約800°C至約 1000°C下進(jìn)行單一步驟退火。由于所用的硅前驅(qū)物不含碳，因此所沉積的氧化物的碳含量 很低，故不需進(jìn)行蒸氣退火來移除碳。圖5的方法500則采用含碳的硅前驅(qū)物(例如有機(jī)硅烷)，因此沉積于基材上的初 始氧化硅層含有一定量的碳。類似圖4，圖5的方法500包括提供基材至沉積室(步驟502) 以及引導(dǎo)氧原子前驅(qū)物至反應(yīng)室(步驟504)。但所引入的硅前驅(qū)物為含碳的有機(jī)硅烷前驅(qū) 物(步驟506)。氧原子與有機(jī)硅烷前驅(qū)物反應(yīng)形成含碳的氧化硅層于基材上(步驟508)。 沉積后，進(jìn)行二階段退火，其先施行第一退火處理以降低氧化硅層的碳含量(步驟510)，接 著施行第二退火處理以減少膜層中的水氣，例如水(H2O)和Si-OH(步驟512)。第一退火處 理可包括至少水解部分Si-C鍵的蒸氣退火，及/或?qū)⑤^大有機(jī)分子分解成較小分子的等離 子體退火、電子束退火或紫外光退火。第二退火處理可進(jìn)一步將較小的碳分子氧化成一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、甲酸等，然后隨著水氣一起移除。在一些實(shí)施例中，第一退火處 理為蒸氣退火，第二退火處理為干燥氮?dú)馔嘶?。?yīng)理解的是，圖1至圖5繪示與說明的方法僅為根據(jù)本發(fā)明可用來沉積氧化層于 基材上的多個(gè)實(shí)施例中的一部分。其它實(shí)施例可包括額外步驟和不同的步驟順序以形成氧 化層。例如，雖然圖1中顯示氧原子比硅前驅(qū)物還要早引進(jìn)反應(yīng)室中，但方法100也可同時(shí) 引進(jìn)二者、或者先引進(jìn)硅前驅(qū)物、再引進(jìn)氧原子前驅(qū)物。敘述完本發(fā)明的部分實(shí)施例后，以 下將說明基材處理系統(tǒng)的實(shí)施例。示例的基材處理系統(tǒng)可用于本發(fā)明實(shí)施例的沉積系統(tǒng)包括高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(H DP-CVD) 系統(tǒng)、等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)系統(tǒng)、次大氣壓化學(xué)氣相沉積(SACVD)系統(tǒng)、 熱化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)和其它類型的系統(tǒng)等?？捎糜诒景l(fā)明實(shí)施例的CVD系統(tǒng)實(shí)例包括 CENTURA ULTIMA HDP-CVD反應(yīng)室/系統(tǒng)和PRODUCER PECVD反應(yīng)室/系統(tǒng)，其皆從美國 加州圣克拉拉市的應(yīng)用材料公司(Applied Materials, Inc.)取得。可經(jīng)修改而適用于本發(fā)明實(shí)施例的基材處理系統(tǒng)描述于共同受讓的美國專利證 書號(hào)6，387，207與6，830，624的專利案，其皆引用于本文中以供參考。圖6A繪示CVD系統(tǒng) 10的垂直剖面，該系統(tǒng)10包括具室壁15a和室蓋組件15b的真空室或處理室15。CVD系統(tǒng)10包含一氣體分配歧管11，用以將制程氣體分散至位在處理室15中間 的加熱基座12上的基材(未繪示)。氣體分配歧管11可由導(dǎo)電材料組成，以做為用來形成 電容等離子體的電極。處理時(shí)，例如半導(dǎo)體晶片等基材置于基座12的平坦或些微凸起的表 面12a上?；?2可控制地在較低的裝載/卸載位置(如圖6A所示)與較高的處理位置 (以圖6A的虛線14表示)之間移動(dòng)，并且該處理位置鄰近歧管11。中央板(未繪示)包 括多個(gè)傳感器，用以提供晶片位置的信息。沉積氣體和載氣通過傳統(tǒng)平面環(huán)形氣體分配面板13a的穿孔13b引入處理室15 中。更明確而言，沉積制程氣體經(jīng)由入口歧管11、傳統(tǒng)多孔阻擋盤42和氣體分配面板13a 的穿孔13b流入反應(yīng)室。到達(dá)歧管11之前，沉積氣體與載氣從氣體源7經(jīng)由氣體供應(yīng)管線8輸入到混合系 統(tǒng)9，沉積氣體與載氣在此混合，隨后輸送到歧管11。各制程氣體的供應(yīng)管線一般包括(i) 數(shù)個(gè)安全關(guān)閉閥(未繪示)，其可自動(dòng)或手動(dòng)停止制程氣體流入反應(yīng)室，以及(ii)多個(gè)流量 控制器(亦未繪示)，用以測量氣體流經(jīng)供應(yīng)管線的流量。若制程使用有毒氣體，則會(huì)在各 個(gè)氣體供應(yīng)管在線設(shè)置數(shù)個(gè)安全關(guān)閉閥。CVD系統(tǒng)10執(zhí)行的沉積制程可為熱制程或等離子體加強(qiáng)制程。就等離子體加強(qiáng)制 程而言，RF功率供應(yīng)器44施加電功率于氣體分配面板13a與基座12之間，用以激發(fā)制程 混合氣體而在面板13a與基座12間的圓柱形區(qū)域形成等離子體。此區(qū)域在此亦稱為「反應(yīng) 區(qū)域」。等離子體成分進(jìn)行反應(yīng)以沉積一預(yù)定膜層至基座12上的半導(dǎo)體晶片表面。RF功率 供應(yīng)器44為混合頻率的RF功率供應(yīng)器，其一般以13. 56MHz的RF高頻(RFl)與360kHz的 RF低頻(RF2)供應(yīng)電功率，用以促進(jìn)分解引進(jìn)真空室15中的反應(yīng)物種。就熱制程而言，則 不采用RF功率供應(yīng)器44，且制程混合氣體將進(jìn)行熱反應(yīng)而沉積一預(yù)定膜層至基座12上的 半導(dǎo)體晶片表面，基座12為電阻式加熱來提供反應(yīng)熱能。在等離子體加強(qiáng)沉積制程期間，等離子體加熱整個(gè)處理系統(tǒng)10，包括包圍排放通道23與關(guān)閉閥24的主體室壁15a。當(dāng)?shù)入x子體未開啟或進(jìn)行熱沉積制程時(shí)，一熱液體循環(huán) 遍及處理室15的室壁15a，以保持處理室的升溫狀態(tài)。室壁15a中的其它通道則未繪示。用 來加熱室壁15a的流體包括典型的流體類型，即以水性(water-based)的乙二醇(ethylene glycol)或以油性的熱傳流體。此加熱動(dòng)作(指由「熱交換」加熱)可大幅減少或消除非期 望的反應(yīng)產(chǎn)物的凝結(jié)作用，并有助于減少制程氣體與其它污染物的揮發(fā)性產(chǎn)物，因?yàn)槿羝?凝結(jié)在冷卻的真空通道壁上且在未流入氣體時(shí)流回處理室，可能會(huì)污染制程。未沉積成膜層的剩余混合氣體(包括反應(yīng)副產(chǎn)物)由真空泵(未繪示)排出處理 室15。更明確而言，氣體經(jīng)由圍繞反應(yīng)區(qū)域的環(huán)狀狹長孔16排放到環(huán)狀排放空間17。環(huán) 狀狹長孔16和空間17是由圓柱形室壁15a頂部(包括壁面上的上介電內(nèi)襯19)與圓形室 蓋20底部間的間隙所定義。360度環(huán)形對稱與均勻配置的狹長孔16和空間17可使制程氣 體均勻流到晶片上方，故可在晶片上沉積出均勻的膜層。離開排放空間17后，氣體流經(jīng)排放空間17的側(cè)向延伸部 21下方、通過一窗口口 (未繪示)、并流過一向下延伸的氣體通道23、一真空關(guān)閉閥24 (其主體合并于下室壁15a) 并且流入透過前置管線(未繪示)連接到外部真空泵(未繪示)的排放出口 25?；?2的晶片支撐盤(較佳為鋁、陶瓷或其組合物)利用埋設(shè)式的在單一循環(huán)加 熱器組件來進(jìn)行電阻式加熱，其以平行同心圓形式排列成完整兩圈。加熱器組件的外部份 鄰接支撐盤周圍而延伸，其內(nèi)部份沿著半徑較小的同心圓延伸。加熱器組件的線路穿過基 座12主干。一般來說，任一個(gè)或所有的處理室內(nèi)襯、氣體入口歧管面板和各種反應(yīng)器硬件是 由諸如鋁、陽極鋁或陶瓷構(gòu)成。此類CVD設(shè)備的例子描述于共同受讓的美國專利證書號(hào) 5，558，717、標(biāo)題為「CVD處理室(CVDprocessing chamber)」、且頒予Zhao等人的專利案，其 一并引用于本文中以供參考。當(dāng)由機(jī)器手臂葉片(未繪示)經(jīng)由系統(tǒng)10側(cè)邊的插入/移出開口 26傳送晶片進(jìn) 出處理室15主體時(shí)，升降機(jī)制與馬達(dá)32 (圖6A)抬高及降低加熱器基座組件12和其晶片 頂針12b。馬達(dá)32抬起及降下基座12至處理位置14與較低的晶片裝載位置。馬達(dá)、連接 至供應(yīng)管線8的閥或流量控制器、氣體輸送系統(tǒng)、節(jié)流閥、RF功率供應(yīng)器44和處理室與基材 加熱系統(tǒng)全受控于控制線路36上的系統(tǒng)控制器，圖中僅顯示部分控制線路。控制器34依 據(jù)光學(xué)傳感器的回饋訊號(hào)來判別可移動(dòng)機(jī)械構(gòu)件的位置，例如節(jié)流閥和基底(susceptor)， 其在控制器34的控制下由適當(dāng)?shù)鸟R達(dá)移動(dòng)。在此示范實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器包括硬盤機(jī)(存儲(chǔ)器38)、軟盤機(jī)和處理器37。處 理器含有單板計(jì)算機(jī)(SBC)、模擬與數(shù)字輸入/輸出板、接口板和步進(jìn)馬達(dá)控制板。CVD系統(tǒng) 10的各種零件皆符合用來規(guī)范各種板、卡籠(card cage)和連接器的尺寸與種類的Versa Modular European (VME)標(biāo)準(zhǔn)。VME標(biāo)準(zhǔn)亦訂定具16位數(shù)據(jù)總線與24位地址總線的總線 結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)控制器34控制CVD機(jī)器的所用動(dòng)作。系統(tǒng)控制器執(zhí)行系統(tǒng)控制軟件，其為儲(chǔ) 存于計(jì)算機(jī)可讀取媒體(如存儲(chǔ)器38)中的計(jì)算機(jī)程序。較佳地，存儲(chǔ)器38為硬盤機(jī)，但 存儲(chǔ)器38也可為其它類型的存儲(chǔ)器。計(jì)算機(jī)程序包括用來指定特定制程的時(shí)序、混合氣 體、處理室壓力、處理室溫度、RF功率大小、基座位置和其它參數(shù)的多組指令。其它儲(chǔ)存于 它種存儲(chǔ)器裝置(例如包括軟盤或其它適合的驅(qū)動(dòng)器)中的計(jì)算機(jī)程序亦可用來操作控制器34。沉積膜層于基材上的制程或清洗處理室15的制程可實(shí)施成為控制器34執(zhí)行的計(jì) 算機(jī)程序產(chǎn)品。計(jì)算機(jī)程序碼可以任一傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)可讀取程序語言編寫，例如68000匯編 語言、C、C++、Pascal、F0rtran或其它語言。適當(dāng)?shù)某绦虼a利用傳統(tǒng)文字編輯器輸入于單 一檔案或多個(gè)檔案中，并儲(chǔ)存或內(nèi)建在計(jì)算機(jī)可用的媒體中，如計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)。若輸 入碼文字為高級(jí)語言，則進(jìn)行編碼，并將產(chǎn)生的編譯程序碼連結(jié)至預(yù)先編譯的Windows 書 庫例行程序(Windows library route)的目的碼。為執(zhí)行已連結(jié)的編譯目的碼，系統(tǒng)使用 者啟動(dòng)該目的碼，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)加載存儲(chǔ)器中的編碼。自此CPU讀取并執(zhí)行編碼，以進(jìn)行程 序中所決定的任務(wù)。
如圖6B所示，使用者與控制器34間的接口為CRT屏幕50a和光筆50b ；圖6B為 基材處理系統(tǒng)中系統(tǒng)屏幕和CVD系統(tǒng)10的簡示圖，其可包括一或多個(gè)處理室。在一較佳實(shí) 施例中為采用兩個(gè)屏幕50a，其一放置于無塵室壁面供操作員使用，另一放置于壁面后方供 維修技師使用。二屏幕50a同時(shí)顯示相同的信息，但只有一個(gè)光筆50b可用。光筆50b利 用筆尖的感光器偵測CRT顯示器發(fā)射的光線。為選擇特定畫面或功能，操作員觸碰顯示畫 面的指定區(qū)域，并按壓光筆50b上的按鈕。觸碰區(qū)域改變其反白標(biāo)示顏色或顯示新的選單 或畫面，以確定光筆與顯示畫面的溝通無礙。亦可額外使用其它諸如鍵盤、鼠標(biāo)或其它點(diǎn)觸 或通信裝置等輸入裝置或代替光筆50b，以提供使用者與處理器34之間的溝通管道。圖6A顯示裝設(shè)于處理室15的室蓋組件15b上的遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生器60，處理室 15包括氣體分配面板13a和氣體分配歧管11。最好如圖6A所示，架設(shè)轉(zhuǎn)接器64將遠(yuǎn)程等 離子體產(chǎn)生器60裝設(shè)在室蓋組件15b上。轉(zhuǎn)接器64通常由金屬構(gòu)成。混合裝置70耦接于 氣體分配歧管11的上游處(圖6A)?；旌涎b置70包括位于混合區(qū)塊的狹縫74內(nèi)的混合插 入件72，用以混合制程氣體。陶瓷隔絕件66放置在架設(shè)轉(zhuǎn)接器64與混合裝置70之間(圖 6A)。陶瓷隔絕件66可由陶瓷材料制成，例如三氧化二鋁(Al2O3)(純度99% )、Teflon 等。安裝時(shí)，混合裝置70和陶瓷隔絕件66可構(gòu)成室蓋組件15b的一部分。隔絕件66將金 屬轉(zhuǎn)接器64從混合裝置70與氣體分配歧管11隔離出來，以減少在室蓋組件15b中形成二 次等離子體，此將進(jìn)一步詳述于下。三向閥77控制制程氣體直接或經(jīng)由遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生 器60流入處理室15。遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生器60較佳為精巧獨(dú)立的單元，其便于裝設(shè)在室蓋組件15b 上，并且不費(fèi)時(shí)費(fèi)工即可修改并安裝至現(xiàn)有處理室上。適合的單元范例為ASTRON 產(chǎn) 生器，其可從美國麻薩諸塞州Woburn市的應(yīng)用科學(xué)與科技公司(Applied Science and Technology, Inc.)取得。ASTRON 產(chǎn)生器利用低場超環(huán)面等離子體來解離制程氣體。在 一實(shí)施例中，等離子體可解離制程氣體(包括如三氟化氮(NF3)的含氟氣體)和諸如氬氣 等載氣，以產(chǎn)生自由氟離子來清洗處理室15中的沉積物。根據(jù)上述數(shù)個(gè)實(shí)施例，熟諳此技藝者將可理解各種潤飾、更動(dòng)與均等物皆不脫離 本發(fā)明的精神與范圍。另外，本文中未對一些熟知的制程和組件進(jìn)行描述是為了避免不必 要的混淆。因此，以上說明內(nèi)容不應(yīng)用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)理解到，除非內(nèi)文特別指明，否則文中所提供的數(shù)值范圍亦明確揭露介于此范 圍上限與下限之間的每個(gè)數(shù)值到下限單位的十分的一位數(shù)。介于任一所述值之間，或介于 所述范圍內(nèi)任一數(shù)值與該范圍內(nèi)的其它所述值或區(qū)間值之間的較小范圍也包含在內(nèi)。較小范圍的上限與下限可各自涵蓋在此范圍內(nèi)或排除在外，且本發(fā)明亦包含每一種包含較小范 圍的上限及/或下限或不含上下限的范圍，取決于論述范圍中特別排除的限制。當(dāng)論述范 圍包括限制的一或二者時(shí)，排除這些限制的范圍亦包含在內(nèi)。
除非內(nèi)文另清楚指明，否則本文和所附申請專利范圍中使用的單數(shù)形式「一」與 「該」亦包括多個(gè)的意思。例如，「一制程」可包括數(shù)個(gè)此類制程、「該前驅(qū)物」包括一或多個(gè) 前驅(qū)物和熟諳此技藝者知曉的均等物。再者，本說明書和以下申請專利范圍采用的「包含」與「包括」等字詞意指存在有 多個(gè)所述的特征、整數(shù)、組件或步驟，但并不排除另有一或多個(gè)其它特征、整數(shù)、組件、步驟、 動(dòng)作或群組。
權(quán)利要求
一種沉積氧化硅層于一基材上的系統(tǒng)，該系統(tǒng)至少包含一沉積室，其內(nèi)撐托該基材；一遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)，其連接至該沉積室，其中該等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)是用來產(chǎn)生一氧原子前驅(qū)物；一硅前驅(qū)物源，用以供應(yīng)一硅前驅(qū)物至該沉積室；以及一前驅(qū)物操作系統(tǒng)，用以引導(dǎo)該氧原子前驅(qū)物與該硅前驅(qū)物流入該沉積室，其中該前驅(qū)物操作系統(tǒng)防止該氧原子前驅(qū)物與該硅前驅(qū)物進(jìn)入該沉積室前先行混合。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)為一高密度等離子體產(chǎn)生 系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)包含一氬氣源和一氧氣分子源，并且該氬氣 源和該氧氣分子源耦接至該遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中來自一載氣源的一載氣在進(jìn)入該沉積室之前先與該 硅前驅(qū)物混合。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該前驅(qū)物操作系統(tǒng)包含形成于該沉積室中的一第一 入口和一第二入口，其中該第一入口與該第二入口互相垂直，并且該氧原子前驅(qū)物從該第 一入口進(jìn)入該沉積室，該硅前驅(qū)物從該第二入口進(jìn)入該沉積室。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)包含一退火系統(tǒng)，用以退火該氧化硅層。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中該退火系統(tǒng)包含熱退火系統(tǒng)、蒸氣退火系統(tǒng)、等離子 體退火系統(tǒng)、紫外光退火系統(tǒng)、電子束退火系統(tǒng)或微波退火系統(tǒng)。
8.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中該氧化硅層是在該沉積室中進(jìn)行退火。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)包含一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積 (HDP-CVD)系統(tǒng)。
全文摘要
本文描述沉積氧化硅層于基材上的方法。該方法可包括提供基材至沉積室、在沉積室外產(chǎn)生氧原子前驅(qū)物以及將氧原子前驅(qū)物引至沉積室中的多個(gè)步驟。該方法亦可包括引進(jìn)硅前驅(qū)物至沉積室中，其中硅前驅(qū)物和氧原子前驅(qū)物先在沉積室內(nèi)混合。硅前驅(qū)物與氧原子前驅(qū)物反應(yīng)而形成氧化硅層于基材上，所沉積的氧化硅層可經(jīng)退火處理。本文亦描述用來沉積氧化硅層于基材上的系統(tǒng)。
文檔編號(hào)C23C16/455GK101831631SQ20101016988
公開日2010年9月15日 申請日期2007年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月30日
發(fā)明者K·薩普瑞, N·K·英格爾, P·基, Z·袁 申請人:應(yīng)用材料股份有限公司