碳化硅膜的共形沉積的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及碳化硅膜的共形沉積。本發(fā)明公開了用于提供碳化硅膜的方法和系統(tǒng)。碳化硅層可以是在采用一種或多種具有一個(gè)或多個(gè)硅-氫鍵和/或硅-硅鍵的含硅前體的工藝條件下提供的。所述含硅前體還可以具有一個(gè)或多個(gè)硅-氧鍵和/或硅-碳鍵。處于基本上低能量狀態(tài)的一種或多種自由基物質(zhì)可與含硅前體反應(yīng)以形成碳化硅膜。所述一種或多種自由基物質(zhì)可在遠(yuǎn)程等離子體源中形成。
【專利說(shuō)明】
碳化括膜的共形沉積
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明一般設(shè)及碳化娃膜的形成，尤其設(shè)及碳化娃膜的共形沉積。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳化娃(SiC)類薄膜具有獨(dú)特的物理、化學(xué)和機(jī)械性能，并被用于各種應(yīng)用，特別 是集成電路應(yīng)用中。碳化娃薄膜的種類包括經(jīng)氧滲雜的碳化娃(也稱為碳氧化娃(SiOC))、 經(jīng)氮滲雜的碳化娃（也稱為碳氮化娃（SiNC))、經(jīng)氧和氮滲雜的碳化娃（也稱為氧氮化娃 (SiONC) )、W及無(wú)滲雜的碳化娃。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提供了用于制備碳化娃的方法和系統(tǒng)?；旧瞎残蔚奶蓟迣涌墒褂貌捎?具有一個(gè)或多個(gè)娃-氨鍵和/或娃-娃鍵的含娃前體的工藝來(lái)提供。含娃前體還可具有一個(gè) 或多個(gè)娃-氧鍵、娃-氮鍵、和/或娃-碳鍵?？赏ㄟ^(guò)破壞一個(gè)或多個(gè)娃-氨鍵(例如從前體剝離 氨原子)或者破壞一個(gè)或多個(gè)娃-娃鍵(如果存在于前體中的話），同時(shí)維持前體中的娃-氧 鍵、娃-氮鍵、和/或娃-碳鍵中的一者或多者，而將前體制成活性的。所得的膜可包含一個(gè)或 多個(gè)娃-氧鍵和/或娃-碳鍵。前體可通過(guò)將其轉(zhuǎn)化為其中提取了氨原子或其他原子的自由 基或其它活性物質(zhì)而被轉(zhuǎn)換成活性的但基本上完整的形式。氨原子或其它原子可通過(guò)例如 將前體暴露于自由基物質(zhì)來(lái)進(jìn)行提取。在某些實(shí)施方案中，處于基本上低能量狀態(tài)的一種 或多種自由基物質(zhì)可與一種或多種含娃前體反應(yīng)W形成碳化娃。所述一種或多種自由基物 質(zhì)可W在遠(yuǎn)程等離子源中形成。碳化娃可W在各種應(yīng)用中被使用，包括但不限于用作襯里、 間隔片、蝕刻停止、銅擴(kuò)散阻擋層、孔密封劑和超低k的電介質(zhì)層。
[0004] 本發(fā)明的某些方面設(shè)及一種在襯底上沉積碳化娃膜的方法，該方法的特征在于， 包括W下操作：（a)提供所述襯底到反應(yīng)室；（b)提供含娃前體到所述襯底，其中所述含娃前 體具有（i)一個(gè)或多個(gè)娃-氨鍵和/或娃-娃鍵，（ii)不具有碳-氧鍵；W及(i ii)不具有碳-氮 鍵；W及（C)從源氣體引入處于基本上低能量狀態(tài)的一種或多種自由基物質(zhì)W與所述含娃 前體反應(yīng)，W在破壞所述含娃前體的娃-氨鍵或娃-娃鍵但基本維持所述含娃前體的娃-碳 鍵的條件下在所述襯底上形成所述碳化娃膜。作為實(shí)例，所述碳化娃膜包括經(jīng)氧滲雜的碳 化娃、經(jīng)氮滲雜的碳化娃、或無(wú)滲雜的碳化娃。
[0005] 在一些情況下，所述含娃前體不具有烷氧基(-C-0-R)，其中R是有機(jī)部分，并且不 具有胺基(-C-NRiRs )，其中Ri和R2各自獨(dú)立地為氨或有機(jī)部分。在某些實(shí)施方式中，在(b)和 (C)期間，不提供包含碳-氧鍵或碳-氮鍵的化合物給所述襯底。此外，在某些實(shí)施方式中，所 述碳化娃膜是在不執(zhí)行原子層沉積的情況下形成的。
[0006] 在某些實(shí)施方式中，所述含娃前體為環(huán)狀硅氧烷，如六甲基環(huán)四硅氧烷和四甲基 環(huán)四硅氧烷。在某些實(shí)施方式中，所述含娃前體為線性硅氧烷，如二硅氧烷和=硅氧烷。在 某些實(shí)施方式中，所述含娃前體為烷基硅烷，如二硅烷或=硅烷。在某些實(shí)施方式中，所述 含娃前體為娃氮燒。
[0007]在某些實(shí)施方式中，所述自由基物質(zhì)為氨自由基、氧自由基、和/或氮自由基。在某 些實(shí)施方式中，引入所述一種或多種自由基物質(zhì)包括將所述源氣體暴露于遠(yuǎn)程等離子體， 所述遠(yuǎn)程等離子體可由射頻功率源或微波功率源生產(chǎn)。
[000引在某些實(shí)施方式中，在所述碳化娃膜中的所述娃-氧鍵或娃-氮鍵與娃-碳鍵的比 率是介于約3:1和約0.5:1之間。在一些情況下，在所述襯底上的所述碳化娃膜具有至少約 90%的共形率。在一些應(yīng)用中，所述襯底包括具有柵極電極的晶體管，所述方法還包括在所 述柵極電極的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁上形成所述碳化娃膜。在一些應(yīng)用中，所述碳化娃膜包括超 低k的電介質(zhì)薄膜。
[0009] 本公開的某些方面設(shè)及一種用于在襯底上沉積碳化娃膜的裝置，該裝置的特征可 W在于，包括:反應(yīng)室，其配置成在碳化娃膜沉積期間保持所述襯底;等離子體室，其禪合到 所述反應(yīng)室并且配置成在所述反應(yīng)室的外側(cè)生成等離子體;兩個(gè)或更多個(gè)氣體入口，其禪 合到所述反應(yīng)室；W及控制器。所述控制器可W包括用于執(zhí)行W下操作的指令：（a)使含娃 前體通過(guò)所述氣體入口中的一個(gè)進(jìn)入所述反應(yīng)室，其中所述含娃前體具有（i) 一個(gè)或多個(gè) 娃-氨鍵和/或娃-娃鍵，（ii)不具有碳-氧鍵；W及（iii)不具有碳-氮鍵；（b)從所述等離子 體室中的等離子體提供處于基本上低能量狀態(tài)的一種或多種自由基物質(zhì)；W及(C)使所述 一種或多種自由基物質(zhì)通過(guò)所述氣體入口中的另一個(gè)流入到所述反應(yīng)室來(lái)與所述含娃前 體反應(yīng)，W在所述襯底上形成所述碳化娃膜。
[0010] 在一些設(shè)計(jì)中，該裝置具有在所述反應(yīng)室和所述等離子體室之間的介于約Icm和 約30cm之間的距離。在不同實(shí)現(xiàn)方式中，所述等離子體室包括射頻功率源或微波功率源。
[0011] 在某些實(shí)施方式中，所述控制器還包括用于在(a)到（C)期間不提供包含碳-氧鍵 或碳-氮鍵的化合物的指令。在某些實(shí)施方式中，所述控制器指令不包括用于利用原子層沉 積來(lái)沉積所述碳化娃膜的指令。
[0012] 在某些實(shí)現(xiàn)方式中，所述含娃前體不具有烷氧基(-C-0-R)，其中R是有機(jī)部分，并 且不具有胺基(-C-NR1R2)，其中Ri和R2各自獨(dú)立地為氨或有機(jī)部分。在一些應(yīng)用中，所述含 娃前體為硅氧烷。在某些實(shí)現(xiàn)方式中，所述含娃前體為烷基硅烷。在某些實(shí)現(xiàn)方式中，所述 含娃前體為娃氮燒。
[001引在一些裝置中，所述一種或多種自由基物質(zhì)是由選自由氨、氮和氨構(gòu)成的組中的 氣體生成的。作為一個(gè)實(shí)例，所述自由基物質(zhì)為氨原子。在一些應(yīng)用中，在所述碳化娃膜中 的娃-氧鍵或娃-氮鍵與娃-碳鍵的比率是介于約3:1和約0.5:1之間。在一些應(yīng)用中，所述碳 化娃膜是超低k的電介質(zhì)薄膜。
[0014] 在一些實(shí)施方式中，所述控制器被配置成將所述反應(yīng)室維持在介于約250°C和約 40(TC之間的溫度。在一些實(shí)施方式中，所述控制器被配置成將所述反應(yīng)室維持在介于約 0.2托和約40托之間的壓強(qiáng)。
[0015] 運(yùn)些和其它實(shí)施方式將參考附圖在下面進(jìn)一步進(jìn)行描述。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖IA示出了在襯底上沉積的SiC膜的一個(gè)實(shí)例的橫截面。
[0017] 圖IB示出了在晶體管的柵極電極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上的SiC垂直結(jié)構(gòu)。
[0018] 圖IC示出了在空氣間隙型的金屬化層中銅線的暴露的側(cè)壁上的SiC垂直結(jié)構(gòu)。
[0019] 圖ID示出了用于多孔介質(zhì)材料的SiC孔密封劑。
[0020] 圖2示出了代表性的籠形硅烷前體的實(shí)施例。
[0021 ]圖3示出了具有遠(yuǎn)程等離子體源的處理裝置的示意圖。
[0022] 圖4呈現(xiàn)了比較具有經(jīng)氧滲雜的碳化娃的特征的兩個(gè)顯微照片，該經(jīng)氧滲雜的碳 化娃是在相似的條件下但使用兩種不同前體產(chǎn)生的，其中一種前體含有烷氧基，而另一種 不含烷氧基。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面的公開呈現(xiàn)了各種細(xì)節(jié)來(lái)幫助解釋相關(guān)的概念，其可W在沒(méi)有運(yùn)些細(xì)節(jié)中的 一些或全部的情況下實(shí)施。雖然一些概念將結(jié)合【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述，但應(yīng)當(dāng)理解，運(yùn)些 實(shí)施方式并不旨在進(jìn)行限制。在一些情況下，公知的工藝操作、結(jié)構(gòu)和其他特征不進(jìn)行詳細(xì) 描述，W便促進(jìn)理解所描述的概念。
[0024] 在本申請(qǐng)中，術(shù)語(yǔ)"半導(dǎo)體晶片'、"晶片"、"襯底"、"晶片襯底"和"部分制造的集成 電路"可互換使用。一個(gè)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解的是，術(shù)語(yǔ)"部分制造的集成電路"可 W指在其上面進(jìn)行的集成電路制造的許多階段中的任意階段期間的娃晶片。在半導(dǎo)體器件 工業(yè)中使用的晶片或襯底典型地具有200毫米或300毫米或450毫米的直徑。下面的詳細(xì)描 述假設(shè)本發(fā)明是在晶片上實(shí)現(xiàn)。然而，本發(fā)明并不受此限制。工件可W是各種形狀、尺寸和 材料。除了半導(dǎo)體晶片外，可利用本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)的其它工件還包括各種物品，如印刷電路板、 磁記錄介質(zhì)、磁記錄傳感器、鏡、光學(xué)元件、微型機(jī)械裝置等。 引旨
[0025] 半導(dǎo)體設(shè)備的制造通常設(shè)及在集成電路制造工藝中在襯底上沉積一個(gè)或多個(gè)薄 膜。在制造工藝的一些方面中，如SiC、SiON、SiONC和SiCN之類的薄膜類型是使用原子層沉 積(ALD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)或任何其他合適的沉積 方法進(jìn)行沉積。如本文所用，術(shù)語(yǔ)"碳化娃"包括經(jīng)滲雜的娃碳化物，如經(jīng)氧滲雜的碳化娃、 經(jīng)氮滲雜的碳化娃、W及經(jīng)氮和氧滲雜的碳化娃。經(jīng)滲雜的碳化娃可具有廣范圍的滲雜濃 度。對(duì)于多數(shù)而言，經(jīng)滲雜的碳化娃具有至多約50%原子的滲雜原子，其中運(yùn)些原子是氧、 氮或另一種元素的原子。滲雜水平提供了所需的膜性能。在一個(gè)實(shí)例中，工藝可W制造具有 約10-15%原子的碳和大約40%原子的氧的SiOC膜。在另一實(shí)例中，SiOC膜含有約30-35% 原子的碳和大約25-30%原子的氧。當(dāng)然，碳化娃膜的電性能將不同。通常情況下，為了良好 的電性能，碳含量是比較低的。
[00%]用于沉積SiC的前體分子包括具有娃-氨(Si-H)鍵和/或娃-娃(Si-Si)鍵、W及娃-碳（Si-C)鍵的含娃分子。用于沉積SiOC的前體分子包括具有娃-氨（Si-H)鍵和/或娃-娃 (Si-Si)鍵、W及娃-氧(Si-O)鍵、和/或娃-碳(Si-C)鍵的含娃分子。用于沉積SiNC的前體分 子包括具有娃-氨(Si-H)鍵和/或娃-娃(Si-Si)鍵，W及娃-氮(Si-N)鍵，和/或娃-碳(Si-C) 鍵的含娃分子。用于沉積SiONC的前體分子包括具有娃-氨（Si-H)鍵、和/或娃-娃（Si-Si) 鍵、W及娃-氮(Si-N)鍵、娃-氧(Si-O)鍵，和/或娃-碳(為Si-C)鍵的含娃分子。當(dāng)前的陽(yáng)CVD 工藝可使用原位等離子體處理，在原位等離子體處理中，等離子體被直接提供到所處理襯 底的附近。
[0027]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，沉積高品質(zhì)的碳化娃薄膜會(huì)具有一些挑戰(zhàn)，例如提供具有W下特性的 膜：良好的臺(tái)階覆蓋、低介電常數(shù)、高擊穿電壓、低漏電流、高孔隙率、和/或覆蓋在暴露的金 屬表面上而不氧化金屬表面。
[00%]雖然本發(fā)明不受任何特定理論的限制，但相信，在典型PECVD工藝中的等離子體條 件W產(chǎn)生不良影響的方式將含娃前體分子分成片段。例如，PECVD可破壞在前體分子中的 Si-O和/或Si-C鍵，W產(chǎn)生高活性自由基或具有高粘附系數(shù)的其他片段類型。片段和所得的 碳化娃膜可W包括具有"懸掛"的鍵的娃、碳、和/或氧原子，意思是娃、碳和/或氧原子具有 活躍的不成對(duì)的價(jià)電子。前體分子和它們片段的高粘附系數(shù)會(huì)沉積具有不良臺(tái)階覆蓋的碳 化娃膜，因?yàn)榛钚郧绑w片段可不成比例地粘附到凹入特征的側(cè)壁的上部區(qū)域和其他結(jié)構(gòu) 中。
[0029] 懸掛鍵可在所沉積的SiOC或SiONC膜中產(chǎn)生娃醇基（Si-OH)。其結(jié)果是，該膜可能 具有不利的高介電常數(shù)。膜質(zhì)量也可能受到影響，因?yàn)橹苯拥入x子體條件傾向于將碳從沉 積膜中提出。
[0030] 此外，懸空鍵可造成在沉積的碳化娃膜中娃-氨鍵(Si-H)增多。毀壞的Si-C鍵可W 在直接等離子體沉積條件下用Si-H替換。碳化娃膜中的Si-H鍵的存在可產(chǎn)生具有不良電性 能的薄膜。例如，Si-H鍵的存在可降低擊穿電壓，并可W增加漏電流，因?yàn)镾i-H鍵為電子提 供了泄漏路徑。
[0031] 另外，懸掛鍵可導(dǎo)致碳化娃膜中不受控制的化學(xué)結(jié)構(gòu)或形態(tài)結(jié)構(gòu)。在某些情況下， 運(yùn)樣的結(jié)構(gòu)是具有低孔隙率或無(wú)孔的致密細(xì)絲，使得膜具有不能接受的高介電常數(shù)。無(wú)孔 隙率可能是直接等離子體條件破壞了在環(huán)硅氧烷中的Si-C和/或Si-O鍵的結(jié)果，否則將會(huì) 在超低k介電材料中提供孔隙率。
[0032] 有時(shí)在PECVD中使用直接等離子體條件可導(dǎo)致沉積中的方向性，因?yàn)閾舸┣绑w分 子的能量可W是在表面產(chǎn)生大量離子轟擊的低頻。定向沉積也可導(dǎo)致具有不良臺(tái)階覆蓋的 碳化娃膜的沉積。直接等離子體是運(yùn)樣的等離子體:在其中，等離子體(適當(dāng)濃度的電子和 正離子)在沉積期間駐留在靠近襯底表面，有時(shí)僅通過(guò)等離子體銷與襯底表面分離。
[0033] 典型的PECVD工藝有時(shí)不適于在暴露的銅或其它金屬表面上沉積碳化娃膜，因?yàn)?運(yùn)種工藝可氧化金屬。在PECVD工藝中可使用氧化劑，如氧氣（〇2)、臭氧（〇3)、二氧化碳 (C〇2)、或其他氧化物質(zhì)W形成經(jīng)氧滲雜的碳化娃(如SiOC)。 沉積期間襯底表面的環(huán)境
[0034] 圖IA示出了生成的具有在襯底上沉積的碳化娃膜的結(jié)構(gòu)的橫截面。膜101可W在 鄰近襯底100處產(chǎn)生相對(duì)溫和的環(huán)境的工藝條件下形成。襯底100可W是任意晶片、半導(dǎo)體 晶片、部分制造的集成電路、印刷電路板、顯示屏、或其他適當(dāng)?shù)墓ぜ?。用于沉積碳化娃膜 101的工藝可包括具有一個(gè)或多個(gè)Si-H鍵和/或一個(gè)或多個(gè)Si-Si鍵并伴有其它鍵，例如娃-碳鍵、娃-氧鍵、和/或娃-氮鍵的一種或多種含娃前體，具體取決于要生成的滲雜結(jié)構(gòu)的類 型。在某些實(shí)施方式中，前體不包括氧-碳鍵或氮-碳鍵。作為一個(gè)實(shí)例，前體不包含烷氧基 或胺基。
[0035] 采用碳化娃膜的某些應(yīng)用在圖1B-1D中被示出。在一些實(shí)施方式中，含娃前體可W 包括含娃-氧前體、含娃-氮前體、和/或含娃-碳前體。含娃-氧前體可包括一個(gè)或多個(gè)Si-O 鍵，含娃-氮前體可包括一個(gè)或多個(gè)Si-N鍵，含娃-碳前體可包括一個(gè)或多個(gè)Si-C鍵。在一些 實(shí)施方式中，例如，含娃前體可包括具有Si-O和Si-C鍵或Si-N和Si-C鍵的單一反應(yīng)物A。在 一些實(shí)施方式中，含娃前體可W包括具有Si-O鍵或Si-N鍵的反應(yīng)物B、W及具有Si-C鍵的反 應(yīng)物C。應(yīng)該理解的是，可W在本發(fā)明的范圍內(nèi)使用任何數(shù)量的合適的反應(yīng)物。示例性的含 娃前體的化學(xué)結(jié)構(gòu)將在下面進(jìn)一步詳細(xì)討論。
[0036] 含娃前體包括一個(gè)或多個(gè)Si-H鍵和/或一個(gè)或多個(gè)Si-Si鍵。在沉積工藝中，Si-H 鍵及/或Si-Si鍵被破壞，并作為活性位點(diǎn)，W用于在沉積的碳化娃膜101中的含娃前體之間 形成鍵。被破壞的鍵也可W作為位點(diǎn)，W用于在沉積期間或之后所進(jìn)行的熱加工處理中的 交聯(lián)。在活性部位鍵合與交聯(lián)可W共同形成所得碳化娃膜101中的一級(jí)主鏈或基體。
[0037] 在一些實(shí)施方式中，工藝條件可基本上維持所沉積的碳化娃膜101層中的Si-C鍵、 W及假如存在的Si-O和Si-N鍵。因此，鄰近襯底100的反應(yīng)條件提供用于破壞Si-H和/或Si-Si鍵，例如，從破壞的Si-H鍵中提取氨，但該反應(yīng)條件并不提供用于從Si-O鍵提取氧、從Si-N鍵提取氮、或者從Si-C鍵提取碳。通常，所描述的反應(yīng)條件存在于工件的暴露面(碳化娃膜 沉積所在的面）。它們還可存在于工件上方的一定距離處，例如，在工件上方的約0.5微米至 約150毫米處。實(shí)際上，前體的活化可在工件上方的相當(dāng)遠(yuǎn)的距離處W氣相形式發(fā)生。通常， 相關(guān)的反應(yīng)條件在襯底的整個(gè)暴露面上會(huì)是均勻的或基本均勻的，但某些應(yīng)用可允許一些 變化。
[0038] 除了含娃前體，工件附近的環(huán)境可包括一種或多種自由基物質(zhì)，優(yōu)選處于基本上 低能量狀態(tài)的自由基物質(zhì)。運(yùn)些物質(zhì)的實(shí)例包括氨原子自由基。在一些實(shí)施方式中，氨原子 自由基中的所有的、基本上所有的、或相當(dāng)大的部分會(huì)處于基態(tài)(ground state)，例如，在 工件附近的至少約90%或95%的氨原子自由基處于基態(tài)。在某些實(shí)施方式中，氨是在載體 (如氮）中提供。作為一個(gè)例子，氨氣可在氮載體中W約1-10%的濃度的氨進(jìn)行提供。選擇壓 強(qiáng)、載氣（如氮）的比例和其他工藝條件，W使氨原子作為處于未經(jīng)重組的低能量狀態(tài)的自 由基來(lái)接觸襯底。
[0039] 如別處所解釋的，氨氣可被供給到遠(yuǎn)程等離子源W產(chǎn)生氨自由基。該氨自由基一 旦產(chǎn)生，就可處于激發(fā)能量狀態(tài)下。例如，處于激發(fā)能量狀態(tài)的氨可具有至少10.2eV(第一 激發(fā)狀態(tài)）的能量。激發(fā)的氨自由基可W導(dǎo)致含娃前體的非選擇性分解。例如，處于激發(fā)狀 態(tài)的氨自由基可輕易地破壞S i -H鍵、S i -S i鍵、S i -N鍵、Si -0鍵和S i -C鍵，運(yùn)可改變碳化娃膜 的組成或物理特性或電氣特性。在一些實(shí)施方式中，當(dāng)激發(fā)的氨自由基失去其能量或緩釋 (relax)時(shí)，該激發(fā)的氨自由基可W成為基本上低能量狀態(tài)的氨自由基或基態(tài)的氨自由基。 處于基本上低能量狀態(tài)或基態(tài)的氨自由基能夠選擇性地破壞Si-H鍵和Si-Si鍵，而通常保 留Si-O鍵、Si-N鍵和Si-C鍵。在一些實(shí)施方式中，可提供工藝條件，使得激發(fā)的氨自由基失 去能量或緩釋W(xué)形成基本上低能量狀態(tài)或基態(tài)的氨自由基。例如，遠(yuǎn)程等離子體源或相關(guān) 聯(lián)的組件可W被設(shè)計(jì)成為使得從遠(yuǎn)程等離子體源擴(kuò)散到襯底的氨自由的駐留時(shí)間大于激 發(fā)的氨自由基的能量緩釋時(shí)間（energetic relaxation time)。激發(fā)的氨自由基的能量緩 釋時(shí)間可W是約等于或小于1 X 1(T3秒。
[0040] 氨原子自由基的相當(dāng)大的部分處于基態(tài)的狀態(tài)可通過(guò)各種技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。如下面所 述，一些裝置被設(shè)計(jì)成實(shí)現(xiàn)運(yùn)種狀態(tài)?？蒞測(cè)試和調(diào)整裝置特征和工藝控制特征W產(chǎn)生溫 和狀態(tài)，在該溫和狀下氨原子自由基中的相當(dāng)大的部分是處于基態(tài)。例如，裝置可W針對(duì)等 離子體源下游（即，襯底附近）的帶電粒子來(lái)進(jìn)行操作和測(cè)試。該工藝和裝置可W進(jìn)行調(diào)節(jié)， 直到襯底附近基本上不存在任何帶電物質(zhì)。此外，裝置和工藝的特征可W被調(diào)節(jié)成一種配 置，在該配置中運(yùn)些裝置和工藝開始從標(biāo)準(zhǔn)前體（例如=甲基硅烷）生產(chǎn)高品質(zhì)的碳化娃 膜。選擇支持運(yùn)種膜沉積的相對(duì)溫和的條件。
[0041] 自由基物質(zhì)的其它實(shí)例包括:含氧物質(zhì)，如元素氧自由基(原子或雙原子）；含氮物 質(zhì)，如元素氮自由基（原子或雙原子）；和含N-H自由基，如氨自由基，其中氮被任選地滲入 膜。上述自由基物質(zhì)可W由包括含氨物質(zhì)、含氮物質(zhì)、含N-H物質(zhì)、或它們的混合物的氣體來(lái) 制備。在一些實(shí)施方式中，所沉積的膜的所有原子是基本上由前體分子提供。在運(yùn)種情況 下，用于驅(qū)動(dòng)沉積反應(yīng)的低能量的自由基可W完全是氨或其它基本上不對(duì)沉積層的質(zhì)量作 出貢獻(xiàn)的物質(zhì)。在一些實(shí)施方式中，如在下面進(jìn)一步詳細(xì)討論的，自由基物質(zhì)可W通過(guò)遠(yuǎn)程 等離子體源產(chǎn)生。在一些實(shí)施方式中，更高能量狀態(tài)的自由基或甚至離子都可W潛在地存 在于晶片平面附近。
[0042] 在一些實(shí)施方式中，工藝條件使用處于基本上低能量狀態(tài)的自由基物質(zhì)，該低能 量狀態(tài)足W破壞Si-H鍵和/或Si-Si鍵，同時(shí)基本上保持Si-O鍵、Si-N鍵和Si-C鍵。運(yùn)樣的工 藝條件可能不具有大量的處于高能量狀態(tài)(如基態(tài)之上的狀態(tài)）的離子、電子、或自由基物 質(zhì)。在一些實(shí)施方式中，在鄰近膜的區(qū)域內(nèi)離子濃度不超過(guò)約lO^cm 3。大量離子或高能量自 由基的存在可趨向于破壞Si-O鍵、Si-N鍵和Si-C鍵，運(yùn)可能產(chǎn)生具有非理想的電特性(例 如，高介電常數(shù)和/或低擊穿電壓）W及低質(zhì)的共形性的膜。相信，過(guò)度活性的環(huán)境產(chǎn)生具有 高粘附系數(shù)(表示W(wǎng)化學(xué)或物理方式粘附到工件側(cè)壁的傾向性)的活性前體片段，從而導(dǎo)致 共形性差。
[0043] 在鄰近襯底100的環(huán)境下，含娃前體通常用其它物質(zhì)(特別是載氣)輸送。在一些實(shí) 現(xiàn)方式中，含娃前體是與自由基物質(zhì)和其它物質(zhì)（包括其它活性物質(zhì)和/或載氣）一起出現(xiàn) 的。在一些實(shí)施方式中，含娃前體可W被作為混合物引入。在沉積反應(yīng)表面的上游，該含娃 前體可與惰性載氣混合。惰性載氣的實(shí)例包括但不限于氣(Ar)和氮化e)。此外，含娃前體可 W被引入具有主要和次要物質(zhì)的混合物中，含有一些元素或結(jié)構(gòu)特征(例如，環(huán)形結(jié)構(gòu)，籠 形結(jié)構(gòu)，不飽和鍵等）的次要物質(zhì)W相對(duì)低的濃度呈現(xiàn)在碳化娃膜101中。多種前體可W等 摩爾或相對(duì)類似的比例呈現(xiàn)，W適于形成在所得到的碳化娃膜101中的一級(jí)主鏈或基質(zhì)。在 其他實(shí)施方式中，不同前體的相對(duì)量是顯著偏離等摩爾濃度(equimolarity)的。
[0044] 在一些實(shí)施方式中，一種或多種含娃前體基本上提供了所沉積的碳化娃膜的所有 質(zhì)量，其中少量的氨或來(lái)自遠(yuǎn)程等離子體的其他元素提供了膜質(zhì)量中的小于約5%的原子 或小于約2%的原子。在一些實(shí)施方式中，只有自由基物質(zhì)和一種或多種含娃前體對(duì)所沉積 的碳化娃膜的組分作出貢獻(xiàn)。在其他實(shí)施方式中，沉積反應(yīng)包括其它共反應(yīng)物而非一種或 多種含娃前體和自由基物質(zhì)。運(yùn)樣的共反應(yīng)物的實(shí)例包括二氧化碳(0)2)、一氧化碳(CO)、 水化2〇)、甲醇(C出0H)、氧(〇2)、臭氧(〇3)、氮(化）、氧化亞氮(化0)、氨(畑3)、甲燒(邸4)、乙燒 (C2也）、乙烘(C2出）、乙締(C2H4)、乙棚燒、W及它們的組合。運(yùn)樣的材料可被用作氮化劑、氧 化劑、還原劑等等。在一些情況下，它們可通過(guò)除去與含娃前體一起提供的碳中的一部分來(lái) 用于調(diào)節(jié)所沉積的膜中的碳量。在采用非氨共反應(yīng)物的一些實(shí)施方式中，共反應(yīng)物通過(guò)與 含娃前體相同的流動(dòng)路徑被引入到反應(yīng)器;例如，包括噴頭的路徑，一般不直接暴露到等離 子體。在一些實(shí)施方式中，氧和/或二氧化碳與前體一起被引入，W通過(guò)在沉積期間從膜或 前體中除去碳來(lái)改變碳化娃膜的組分。在采用非氨共反應(yīng)物的一些實(shí)施方式中，共反應(yīng)物 經(jīng)由與氨相同的流動(dòng)路徑被引入反應(yīng)器，W使得共反應(yīng)物至少部分地轉(zhuǎn)化成自由基和/或 離子。在運(yùn)樣的實(shí)施方式中，氨自由基和共反應(yīng)物自由基都與一種或多種含娃前體反應(yīng)，W 產(chǎn)生沉積的碳化娃膜。
[0045] 在使用了共反應(yīng)物并且共反應(yīng)物與待轉(zhuǎn)換為自由基(例如，氨）的物質(zhì)一起被引入 到室的某些實(shí)施方式中，共反應(yīng)物W比反應(yīng)器中的包括自由基源（如氨）、任一種或多種載 氣（如氮)在內(nèi)的其他氣體相對(duì)少的量被提供到反應(yīng)器中。例如，共反應(yīng)物可W W約0.05 % 或更少的質(zhì)量比或約0.01%或更少的質(zhì)量比或約0.001%或更少的質(zhì)量比存在于在工藝氣 體中。例如，反應(yīng)物混合物(其進(jìn)入到等離子體源中）可W是約lOL/m的化、約200-500sccm的 此W及約I-Ssccm的氧。當(dāng)共反應(yīng)物與含娃前體一起(例如，通過(guò)噴頭）被引入到室時(shí)，共反 應(yīng)物可W呈現(xiàn)出較高的濃度;例如約2%或更少、或約0.1%或更少。當(dāng)共反應(yīng)物是相對(duì)較弱 的反應(yīng)物(例如，弱氧化劑，如二氧化碳)時(shí)，其可W呈現(xiàn)出甚至更高的濃度，例如約10%或 10% W下、或約4%或4% W下。
[0046] 鄰近襯底100的環(huán)境中的溫度可W是促進(jìn)沉積反應(yīng)的任何合適的溫度，但有時(shí)受 限于含有碳化娃膜101的設(shè)備的應(yīng)用。在碳化娃膜101的沉積期間，鄰近襯底100的環(huán)境中的 溫度可W在很大程度上通過(guò)在上面支撐有襯底100的基座的溫度控制。在一些實(shí)施方式中， 操作溫度可W是介于約50°C和約500°C之間。例如，在許多集成電路應(yīng)用中操作溫度可W是 介于約20(TC和約40(TC之間。在一些實(shí)施方式中，提高溫度可W導(dǎo)致襯底表面上的交聯(lián)增 加。
[0047] 在鄰近襯底100的環(huán)境中的壓強(qiáng)可W是用于在處理室中生成活性自由基的任何合 適的壓強(qiáng)。在一些實(shí)施方式中，壓強(qiáng)可為約35托或更低。例如，如在采用微波生成等離子體 的實(shí)施方式中，壓強(qiáng)可W是介于約10托和約20托之間。在其它實(shí)例中，如在采用射頻(RF)生 成等離子體的實(shí)施方式中，壓強(qiáng)可W是小于約10托、或介于約0.2托和約財(cái)毛之間。
[0048] 圖1B-1D示出了在多種應(yīng)用中含有碳化娃膜的結(jié)構(gòu)的橫截面。圖IB示出了在晶體 管的柵極電極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上的碳化娃垂直結(jié)構(gòu)。圖IC示出了在空氣間隙型的金屬化層中暴 露的銅線側(cè)壁上的碳化娃垂直結(jié)構(gòu)。圖ID示出了針對(duì)多孔介質(zhì)材料的碳化娃孔密封劑。運(yùn) 些應(yīng)用中的每一個(gè)將在下面進(jìn)一步詳細(xì)討論。 前體的化學(xué)結(jié)構(gòu)
[0049] 如所討論的，在形成碳化娃膜中采用的前體可W包括含娃前體，其中該含娃前體 中的至少一些具有至少一個(gè)Si-H鍵和/或至少一個(gè)Si-Si鍵。在某些實(shí)施方式中，含娃前體 在每個(gè)娃原子上具有至多一個(gè)氨原子。因此，例如，具有一個(gè)娃原子的前體具有鍵合到該娃 原子的至多一個(gè)氨原子;具有兩個(gè)娃原子的前體具有鍵合到一個(gè)娃原子的一個(gè)氨原子和任 選地鍵合到第二娃原子的另一個(gè)氨原子;具有=個(gè)娃原子的前體具有鍵合到一個(gè)娃原子的 至少一個(gè)氨原子和任選地鍵合到其余一個(gè)或兩個(gè)娃原子的一個(gè)或兩個(gè)W上的氨原子，等 等。此外，含娃前體可W包括至少一個(gè)Si-O鍵、至少一個(gè)Si-N鍵、和/或至少一個(gè)Si-C鍵。雖 然在形成碳化娃膜期間可W使用任意數(shù)量的適當(dāng)?shù)那绑w，但該前體中的至少一些將包括具 有至少一個(gè)Si-H鍵或Si-Si鍵的含娃前體和任選地至少一個(gè)Si-O鍵、Si-N鍵、和/或Si-C鍵。 在各種實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)含娃前體不包含O-C或N-C鍵;例如，一個(gè)或多個(gè)前體不包含 烷氧基(-O-R)，其中R是有機(jī)基團(tuán)，如控基或胺(-NR巧2)基團(tuán)，其中Ri和R2各自獨(dú)立地為氨或 有機(jī)基團(tuán)。相信，運(yùn)樣的基團(tuán)可賦予高粘附系數(shù)給它們所在的前體或片段。在某些實(shí)施方式 中，在碳化娃形成期間被輸送到襯底的前體或其它化合物不含有烷氧基或胺基。
[0050] 在某些實(shí)施方式中，針對(duì)碳化娃膜提供的碳中的至少一些是由含娃前體上的一個(gè) 或更多控部分提供。運(yùn)些部分可W是選自烷基、締基、烘基、芳基等。在某些實(shí)施方式中，控 基具有單個(gè)碳原子W最小化在沉積期間Si-H和/或Si-Si鍵的斷裂反應(yīng)的空間位阻。然而， 前體不限于單碳基團(tuán)；可W使用較多數(shù)量的碳原子，如2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)或6個(gè)碳原子。在某 些實(shí)施方式中，控基是線性的。在某些實(shí)施方式中，控基是環(huán)狀的。
[0051] 在一些實(shí)施方式中，含娃前體為=種或更多種化學(xué)種類中的一種，其中任何一個(gè) 可W單獨(dú)作為唯一的前體單獨(dú)存在或W與其它類型的前體組合的形式存在。應(yīng)該理解的 是，也可W采用含娃前體的其它化學(xué)種類，含娃前體不限于下文所討論的化學(xué)種類。
[0052] 第一，含娃前體可W是硅氧烷。在一些實(shí)施方式中，硅氧烷可W是環(huán)狀的。環(huán)狀娃 氧燒可包括環(huán)四硅氧烷，如2，4,6,8-四甲基環(huán)四硅氧烷（TMCTS)和六甲基環(huán)四硅氧烷 (HMCTS)。其它環(huán)狀硅氧烷還可W包括但不限于環(huán)S硅氧烷和環(huán)戊硅氧烷。使用環(huán)狀硅氧烷 的實(shí)施方式是可W引入孔隙到碳化娃膜的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其中孔的尺寸對(duì)應(yīng)于環(huán)的半徑。例如， 環(huán)四硅氧烷環(huán)可具有約6.7埃的半徑。
[0053] 在一些實(shí)施方式中，硅氧烷可具有=維或籠形結(jié)構(gòu)。圖2示出了籠形硅氧烷前體的 代表性實(shí)例?；\形硅氧烷具有經(jīng)由氧原子彼此橋連的娃原子，W形成多面體或任何3-D結(jié) 構(gòu)?；\形硅氧烷前體分子的實(shí)例是倍半硅氧烷?；\形硅氧烷結(jié)構(gòu)在Cleemput等人的共同擁 有的美國(guó)專利No.6576345中被進(jìn)一步詳細(xì)描述，該專利通過(guò)引用被并入本文W用于所有目 的。類似于環(huán)狀硅氧烷，籠形硅氧烷可W引入孔隙到碳化娃膜。在一些實(shí)施方式中，孔隙大 小為介孔。
[0054] 在一些實(shí)施方式中，硅氧烷可W是線性的。合適的線性硅氧烷的實(shí)例包括但不限 于:二硅氧烷，如五甲基二硅氧烷(PMDSO)和四甲基二硅氧烷(TMDSO); W及S硅氧烷，如六 甲基二硅氧烷、屯甲基二硅氧烷。
[0055] 第二，含娃前體可W是烷基硅烷或其它的經(jīng)控基取代硅烷。所述烷基硅烷包括中 屯、娃原子，具有鍵合到該中屯、娃原子的一個(gè)或多個(gè)烷基W及鍵合到該中屯、娃原子的一個(gè)或 多個(gè)氨原子。在某些實(shí)施方式中，烷基中的任何一個(gè)或多個(gè)包含1至5個(gè)碳原子。所述控基可 W是飽和的或不飽和的（例如，締控(如乙締），烘控和芳香基）。實(shí)例包括但不限于=甲基娃 燒(3MS)、S乙基硅烷、五甲基二娃甲燒（（C出)2Si-C出-SKC出)3)、和二甲基硅烷(2MS)。 [0化 6] 此外，可W用二硅烷、=硅烷或其它更高級(jí)的硅烷代替甲硅烷。在一些實(shí)施方式 中，娃原子中的一個(gè)可具有連接到它的含碳基團(tuán)或控基，并且娃原子中的一個(gè)可具有連接 到它的氨原子。
[0057]第=，含娃前體可W是含氮化合物，如娃-氮氨化物（例如，娃氮燒）。通常，運(yùn)樣的 化合物包含碳，但只鍵合到娃原子，而不鍵合到氮原子。在某些實(shí)施方式中，含氮化合物不 具有任何碳-氮鍵。在某些實(shí)施方式中，含氮化合物不具有任何胺部分(-C-NR1R2)，其中Ri和 R2是相同或不同的基團(tuán)，例如氨原子和控基（如烷基、締基或烘基）。合適的娃-氮前體的實(shí) 例包括各種娃氮燒，如含有鍵合到一個(gè)或多個(gè)娃原子的一個(gè)或多個(gè)控部分和鍵合到一個(gè)或 多個(gè)娃原子的一個(gè)或多個(gè)氨原子的環(huán)狀和線性娃氮燒。娃氮燒的例子包括經(jīng)甲基取代的二 娃氮燒和二娃氮燒，如四甲基二娃氮燒和六甲基二娃氮燒。
[005引在沉積碳化娃期間，多種含娃前體可存在于處理氣中。例如，硅氧烷和烷基硅烷可 W -起使用，或硅氧烷和二娃氮燒可W-起使用。各個(gè)前體的相對(duì)比例可W基于所選擇的 前體的化學(xué)結(jié)構(gòu)和所得的碳化娃膜的應(yīng)用進(jìn)行選擇。例如，如下面更詳細(xì)地討論的，硅氧烷 量的摩爾百分比可W大于硅烷量的摩爾百分比，W產(chǎn)生多孔膜。
[0059] 為了沉積經(jīng)氧滲雜的碳化娃(SiOC)膜，合適前體的實(shí)例包括環(huán)硅氧烷，如環(huán)四娃 氧燒，例如屯甲基環(huán)四硅氧烷(HMCTS)和四甲基環(huán)四硅氧烷。其它環(huán)狀硅氧烷還可W包括但 不限于環(huán)=硅氧烷和環(huán)戊硅氧烷。為了沉積經(jīng)氧滲雜的碳化娃膜，合適前體的其它實(shí)例包 括線性硅氧烷，例如，但不限于二硅氧烷，如五甲基二硅氧烷（PMDSO)、四甲基二硅氧烷 (TMDSO)、六甲基二硅氧烷和屯甲基二硅氧烷。
[0060] 對(duì)于未滲雜的碳化娃，合適前體的實(shí)例包括用含有例如1-5個(gè)碳原子的一個(gè)或多 個(gè)烷基、締控和/或烘基取代的甲硅烷。實(shí)例包括但不限于S甲基硅烷（3MS)、二甲基硅烷 (2MS)、S乙基硅烷(TES)和五甲基二娃甲燒。
[0061] 此外，二硅烷、=硅烷或其它更高級(jí)的硅烷可W代替甲硅烷使用。來(lái)自烷基硅烷類 的一個(gè)運(yùn)樣的乙硅烷的實(shí)例是六甲基二硅烷(HMDS)。來(lái)自烷基硅烷類的二硅烷的另一個(gè)例 子可包括五甲基二硅烷(PMDS)。
[0062] 其他類型的烷基硅烷可包括烷基碳硅烷，其可W具有分支式聚合結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具 有鍵合到娃原子的的碳W及鍵合到娃原子的烷基。實(shí)例包括二甲基=甲基娃烷基甲燒 (DTMSM)和雙-二甲基娃烷基乙燒(BDM沈）。
[0063] 為了沉積經(jīng)氮滲雜的碳化娃(SINC)膜，合適前體的實(shí)例包括例如烷基二娃氮燒和 包括分別鍵合到一個(gè)或多個(gè)娃原子的氨基(-NH2)和烷基的可能的化合物。烷基二娃氮燒包 括鍵合到兩個(gè)娃原子的娃氮燒和烷基。一個(gè)實(shí)施例包括1，1，3,3-四甲基二娃氮燒(TMDSN)。
[0064] 如所解釋的，含娃的前體被選擇W提供高度保形的碳化娃膜。相信，具有低粘附系 數(shù)的含娃前體能夠生成高度保形的膜。"粘附系數(shù)"是用于描述在相同時(shí)間段內(nèi)吸附到/粘 附到該表面的吸附物質(zhì)(例如，片段或分子)的數(shù)量與撞擊表面的物質(zhì)總數(shù)相比的比率的術(shù) 語(yǔ)。符號(hào)S。有時(shí)用來(lái)指粘附系數(shù)。S。的值是介于0(意味著沒(méi)有任何物質(zhì)粘附）和1(意味著所 有的撞擊物質(zhì)粘附）。多種因素影響粘附系數(shù)，包括撞擊物質(zhì)的類型、表面溫度、表面覆蓋 率、表面的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)、W及撞擊物質(zhì)的動(dòng)能。某些物質(zhì)本性比其它更有"粘附性"，使得每次 物質(zhì)撞擊表面時(shí)它們更可能吸附到表面。運(yùn)些更有粘附性的物質(zhì)具有更大的粘附系數(shù)(所 有其它因素相同），并且與具有較低粘附系數(shù)的較不粘附的粘性物質(zhì)相比更可能吸附在凹 入特征的入口附近。在一些情況下，前體的粘附系數(shù)(在相關(guān)的沉積條件下）可為約0.05或 更小，例如約0.001或更小。 所沉積的膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)
[0065] 所沉積的膜將包括娃、碳，W及在某些情況下包括氧、氮和/或一種或多種其它元 素。在一些實(shí)施方式中，娃的原子濃度是介于約15%和45% (或約25%到40%)之間，碳的原 子濃度是介于約10 %和50 %之間，氧的原子濃度是介于約0 %和45%之間，氮的原子濃度是 介于約0%和45%。在一個(gè)實(shí)例中，娃的原子濃度為約30%，氧的原子濃度為約25%，碳的原 子濃度為約45%。在另一實(shí)例中，娃的原子濃度為約30%，氧的原子濃度為約45%，碳的原 子濃度是約25%。在另一個(gè)實(shí)例中，膜含有約10-15%的碳和約30-40%的氧，兩者均是基于 原子數(shù)計(jì)算的。在所有情況下，膜含有一些氨。應(yīng)該理解的是，相對(duì)原子濃度可W根據(jù)前體 的選擇而變化。娃原子將與碳形成鍵W及任選地與氮和/或氧原子形成鍵。在一些實(shí)施方式 中，所沉積的膜含有的Si-O鍵比Si-C鍵多。運(yùn)可W提供具有較低介電常數(shù)的相對(duì)多孔的膜。 在一些實(shí)例中，所沉積的膜含有的Si-O鍵與Si-C鍵之比為介于約0.5:1和3:1之間。在一些 實(shí)施方式中，所沉積的膜含有的Si-N鍵比Si-C鍵多。在一些實(shí)例中，所沉積的膜含有的Si-N 鍵與Si-C鍵之比為介于約0.5:1和3:1之間。在某些實(shí)施方式中，膜密度是介于約2和2.7g/ cm3之間。
[0066] 在一些實(shí)施方式中，在所沉積的膜中保持前體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。運(yùn)種結(jié)構(gòu)可W在該前 體中保留Si-C鍵、和Si-O鍵和/或Si-N鍵(如果存在的話）中的全部或大部分，同時(shí)通過(guò)存在 于前體分子的Si-H鍵和/或Si-Si鍵所在位置的鍵和/或通過(guò)生長(zhǎng)表面上的附加的縮合反應(yīng) (如果提供了足夠的熱能)來(lái)鏈接或交聯(lián)個(gè)別的前體部分。
[0067] 本文前面描述的工藝條件能提供高度保形的膜結(jié)構(gòu)。相對(duì)溫和的工藝條件可W最 小化襯底表面處的離子轟擊程度，W使沉積缺乏方向性。此外，相對(duì)溫和的工藝條件可減少 具有高粘附系數(shù)的自由基的數(shù)量，具有高粘附系數(shù)的自由基會(huì)具有粘附到先前沉積的層或 膜的側(cè)壁的傾向。在某些實(shí)施方式中，對(duì)于約2:1到10:1的深寬比，碳化娃膜可W W介于約 25 %和100 %之間、更典型地介于約50 %和100 %之間W及甚至更典型地介于約80 %和 100%之間的共形率進(jìn)行沉積。共形率可W通過(guò)在特征的底部、側(cè)壁或頂部的沉積膜的平均 厚度與在特征的底部、側(cè)壁或頂部的沉積膜的平均厚度的比較來(lái)計(jì)算。例如，共形率可W通 過(guò)在特征側(cè)壁的沉積膜的平均厚度除W在特征頂部的沉積膜的平均厚度并且乘WlOOW獲 得百分比來(lái)計(jì)算。對(duì)于某些應(yīng)用，介于約85%和95%之間的共形率是足夠的。在具有介于約 2:1和約4:1之間的深寬比的特征上沉積碳化娃的一些實(shí)施例中，共形率為至少約90%。某 些BE化(線后端)過(guò)程都屬于運(yùn)一類。在具有介于約4:巧日約6:1之間的深寬比的特征上沉積 碳化娃的一些實(shí)施例中，共形率為至少約80%。某些墊層的沉積過(guò)程屬于運(yùn)一類。在具有介 于約7:1和約10:1(甚至更高）之間的深寬比的特征上沉積碳化娃的一些實(shí)施例中，所述共 形率為至少約90%。某些DRAM(動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)的制造工藝屬于運(yùn)一類。
[0068] 工藝條件也可提供具有高擊穿電壓和低漏電流的膜結(jié)構(gòu)。通過(guò)引入有限量的氧或 氮到SiC類材料中，由Si-H鍵和/或Si-C出-Si鍵提供的泄漏路徑可通過(guò)氧或氮阻塞。在低場(chǎng) 下傳導(dǎo)方式在Si-O和Si-N中可不同。運(yùn)可W提供改善的電性能，同時(shí)保持相對(duì)低的介電常 數(shù)。在多種實(shí)施方式中，膜具有約5或更低、或約4.0或更低、并且在一些情況下約3.5或更 低、并且某些情況下約3.0或更低、并且在其它實(shí)施例中約2.5或更低的有效介電常數(shù)。有效 介電常數(shù)可取決于鍵合和密度。（在某些實(shí)施方式中，SiOC膜被制成具有6或更大的介電常 數(shù)，特別是當(dāng)碳含量比較高時(shí)。如果漏電流是重要考量因素，那么SiOC則需要為巧。越低則 其密封性和屏障性W及耐熱性則越差。在一些實(shí)施方式中，如果應(yīng)用要求低密封性和擴(kuò)散 限制、優(yōu)良的耐蝕刻性、熱穩(wěn)定性等，則碳化娃膜可W被制成致密和高度交聯(lián)的。運(yùn)是可W 通過(guò)例如W下步驟實(shí)現(xiàn):a)在相對(duì)較高的溫度下沉積膜;和/或b)提供相對(duì)高的自由基:前 體的比率。在一些實(shí)施方式中，所述碳化娃膜可W是相對(duì)薄的并且依然作為有效的密封或 擴(kuò)散阻擋層。
[0069] 在一些實(shí)施方式中，所沉積的膜可W是多孔的。如本文前面所討論的，含娃前體可 包括環(huán)狀硅氧烷和籠狀硅氧烷。運(yùn)些前體W及具有顯著內(nèi)部開放的空間的其它前體可W引 入顯著的孔隙率到沉積膜的結(jié)構(gòu)中。在所沉積的膜中的孔隙率可W進(jìn)一步降低介電常數(shù)。 在一些實(shí)施方式中，所沉積的碳化娃膜的孔隙率是介于約20%和50%之間。多孔膜的孔徑 可W隨著環(huán)狀或籠狀前體的孔徑變化。在某些實(shí)施方式中，膜的平均孔徑為介于約5埃與20 埃之間，例如約16埃。 裝置
[0070] 本發(fā)明的一個(gè)方面是配置成實(shí)現(xiàn)本文所描述的方法的裝置。適當(dāng)?shù)难b置包括用于 實(shí)現(xiàn)工藝操作的硬件和具有用于根據(jù)本發(fā)明控制工藝操作的指令的系統(tǒng)控制器。在一些實(shí) 施方式中，用于執(zhí)行前述工藝操作的裝置可W包括遠(yuǎn)程等離子體源。相比于直接等離子體， 遠(yuǎn)程等離子體源提供溫和的反應(yīng)條件。適當(dāng)?shù)倪h(yuǎn)程等離子體裝置的實(shí)例在于2013年10月24 日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 14/062，648中被描述，該美國(guó)專利申請(qǐng)被W引用的方式全部并 入本文。
[0071] 圖3示出了根據(jù)某些實(shí)施方式的遠(yuǎn)程等離子體裝置的一個(gè)示意圖。該裝置300包括 具有噴頭組件320的反應(yīng)室310。在反應(yīng)室310的內(nèi)部，襯底330擱置在臺(tái)座或基座335上。在 一些實(shí)施方式中，基座335可W裝配有加熱/冷卻元件。控制器340可W被連接到裝置300的 組件，W控制裝置300的操作。例如，該控制器340可W包含用于裝置300的操作的指令或控 制工藝條件，如溫度工藝條件和/或壓力工藝條件。
[0072] 在操作中，氣體或氣體混合物經(jīng)由禪合到反應(yīng)室310的一個(gè)或多個(gè)氣體入口被引 入到反應(yīng)室310。在一些實(shí)施方式中，兩個(gè)或更多個(gè)氣體入口被禪合到反應(yīng)室310。第一氣體 入口 355可被禪合到反應(yīng)室310并連接到容器350,第二氣體入口 365可W被禪合到反應(yīng)室 310并連接到遠(yuǎn)程等離子體源360。在包括遠(yuǎn)程等離子體配置的實(shí)施方式中，用于前體與在 遠(yuǎn)程等離子體源中產(chǎn)生的自由基物質(zhì)的輸送管線是分離的。因此，前體和自由基物質(zhì)在到 達(dá)襯底330之前基本上不會(huì)進(jìn)行相互作用。
[0073] -種或多種自由基物質(zhì)可在遠(yuǎn)程等離子體源360產(chǎn)生并配置為經(jīng)由氣體入口 365 進(jìn)入反應(yīng)室310。任何類型的等離子體源可W在遠(yuǎn)程等離子體源360中使用W創(chuàng)建自由基物 質(zhì)。運(yùn)包括但不限于電容禪合等離子體、電感禪合等離子體、微波等離子體、直流等離子體 和激光生成的等離子體。電容禪合等離子體的實(shí)例可W是射頻(RF)等離子體。高頻等離子 體可W配置W在13.56MHz或更高來(lái)進(jìn)行操作。運(yùn)樣的遠(yuǎn)程等離子體源360的實(shí)例可W是由 Novellus Systems of San Jose,California制造的 gamma?。運(yùn)樣的射頻遠(yuǎn)程等離子 體源360的另一實(shí)例可W是由馬薩諸塞州威明頓的MKS Instruments制造的Astron飯，其 可W在440曲Z下操作，并且可W被提供作為螺栓固定到較大裝置上的子單元，W用于并行 處理一個(gè)或多個(gè)襯底。在一些實(shí)施方式中，微波等離子體可被用作遠(yuǎn)程等離子體源360,如 As化X?，也由MKS Instruments制造。微波等離子體可被構(gòu)造成在2.45細(xì)Z的頻率下操作。 提供給遠(yuǎn)程等離子體源的氣體可W包括氨、氮、氧和如本文別處提及的其它氣體。在某些實(shí) 施方式中，氨是在載體(如氮）中提供。作為一個(gè)實(shí)例，氨氣可W在氮?dú)廨d體中W約1-10%氨 的濃度來(lái)提供。
[0074] 前體可W在容器350中被提供，并且可W經(jīng)由第一氣體入口 355被供給到噴頭320。 噴頭320將前體朝向襯底330分配到反應(yīng)室310。襯底330可W位于該噴頭320下方。應(yīng)該理解 的是，噴頭320可具有任何合適的形狀，并且可W具有任何數(shù)量和布置的用于分配氣體到襯 底330的端口。前體可W受控的流率被供給到噴頭320并最終供給到襯底330。
[0075] 在遠(yuǎn)程等離子源360形成的一種或多種自由基物質(zhì)可W氣相方式朝向襯底330運(yùn) 送。一種或多種自由基物質(zhì)可W通過(guò)第二氣體入口 365流入到反應(yīng)室310。應(yīng)當(dāng)理解的是，如 圖3所示，第二氣體入口365不必橫向于(transverser to)襯底330的表面。在某些實(shí)施方式 中，所述第二進(jìn)氣口 365可在襯底330正上方或在其它位置。遠(yuǎn)程等離子體源360和反應(yīng)室 310之間的距離可W被配置為提供溫和的反應(yīng)條件，從而使得在遠(yuǎn)程等離子源360產(chǎn)生的離 子化物質(zhì)基本上溫和的，但處于相當(dāng)?shù)偷哪芰繝顟B(tài)下的至少一些自由基物質(zhì)保持在鄰近襯 底330的環(huán)境中。運(yùn)樣的低能量狀態(tài)的自由基物質(zhì)不再重新組合W形成穩(wěn)定的化合物。遠(yuǎn)程 等離子體源360和反應(yīng)室310之間的距離可W是等離子體(例如，由源RF功率電平部分確定 的）的攻擊性、等離子體中氣體密度(例如，如果存在濃度高的氨原子，那么它們的相當(dāng)大的 部分可重組W在到達(dá)反應(yīng)室310之前形成此）、W及其他因素的函數(shù)。在一些實(shí)施方式中，遠(yuǎn) 程等離子體源360和反應(yīng)室310之間的距離可為介于約Icm和30cm之間，例如介于約5cm或約 15 cm之間。
[0076] 在一些實(shí)施方式中，不是主要的含娃前體或氨自由基的共反應(yīng)物可W在沉積反應(yīng) 期間引入。在一些實(shí)施方式中，裝置被配置成通過(guò)第二氣體入口365引入共反應(yīng)物，在運(yùn)種 情況下，共反應(yīng)物至少部分轉(zhuǎn)化成等離子體。在一些實(shí)施方式中，裝置被配置成經(jīng)由第一氣 體入口 355通過(guò)噴頭320引入共反應(yīng)物。共反應(yīng)物的實(shí)例包括氧、氮、二氧化碳等。
[0077] 控制器340可W包含用于針對(duì)裝置300的操作來(lái)控制工藝條件的指令?？刂破?40 會(huì)通常包括一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)處理器。所述處理器可W包括CPU或計(jì)算 機(jī)、模擬和/或數(shù)字輸入/輸出連接、步進(jìn)電機(jī)控制器板等。用于實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)目刂撇僮鞯闹噶?是在處理器上執(zhí)行。運(yùn)些指令可W存儲(chǔ)在與控制器340相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器設(shè)備，或者它們可W 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)提供。
[0078] 在某些實(shí)施方式中，控制器340控制本文描述的半導(dǎo)體處理裝置300的所有的或大 多數(shù)的動(dòng)作。例如，控制器340可控制半導(dǎo)體處理裝置300的與沉積碳化娃膜相關(guān)聯(lián)的所有 的或大多數(shù)的動(dòng)作、W及任選地控制在包括碳化娃膜的制造流程中的其它操作?？刂破?40 可W執(zhí)行包括成組指令的系統(tǒng)控制軟件，成組指令用于控制定時(shí)的設(shè)置、氣體組成、氣體流 率、室壓強(qiáng)、室溫度、RF功率水平、襯底位置、和/或其他參數(shù)。在一些實(shí)施例中可W采用存儲(chǔ) 在與控制器340相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器設(shè)備上的其它計(jì)算機(jī)程序、腳本或程序。為了在鄰近襯底 330的環(huán)境提供相對(duì)溫和的反應(yīng)條件，參數(shù)(如RF功率電平、流到遠(yuǎn)程等離子體區(qū)域的氣體 流率、W及等離子體點(diǎn)火的定時(shí))可W通過(guò)控制器340調(diào)整和維持。另外，調(diào)整襯底位置可W 進(jìn)一步減少在鄰近襯底330的環(huán)境中局能自由基物質(zhì)的存在。在多站式反應(yīng)器中，巧制器 340可包括用于不同裝置站的不同或相同的指令，從而使裝置站能獨(dú)立或同步操作。
[0079] 在一些實(shí)施方式中，控制器340可W包括用于執(zhí)行例如W下操作的指令:通過(guò)第一 氣體入口 355使含娃前體流動(dòng)到反應(yīng)室310;從遠(yuǎn)程等離子體源360提供處于實(shí)質(zhì)上低能量 狀態(tài)的一種或多種自由基物質(zhì)；W及使一種或多種自由基物質(zhì)通過(guò)第二氣體入口365流入 反應(yīng)室310中W與含娃前體反應(yīng)，從而在襯底330上形成碳化娃膜。
[0080] 在一些實(shí)施方式中，裝置可W包括與控制器340相關(guān)聯(lián)的用戶界面。用戶界面可W 包括顯示屏、裝置和/或工藝條件的圖形軟件顯示、W及用戶輸入設(shè)備，諸如定點(diǎn)設(shè)備，鍵 盤，觸摸屏，麥克風(fēng)等。
[0081] 用于控制上述操作的計(jì)算機(jī)程序代碼可W用任何常規(guī)的計(jì)算機(jī)可讀編程語(yǔ)言編 寫：例如，匯編語(yǔ)言、(：^++、？日3。日1、化的^11或其它。編譯的對(duì)象代碼或腳本由處理器執(zhí)行， W執(zhí)行程序中識(shí)別的任務(wù)。
[0082] 用于監(jiān)控工藝的信號(hào)可W由系統(tǒng)控制器的模擬和/或數(shù)字輸入連接來(lái)提供。用于 控制工藝的信號(hào)是在處理系統(tǒng)的模擬和數(shù)字輸出連接上的輸出。
[0083] 通常，本文所述的方法能夠在包括半導(dǎo)體處理設(shè)備的系統(tǒng)上執(zhí)行，半導(dǎo)體處理設(shè) 備如一個(gè)或多個(gè)處理工具、一個(gè)或多個(gè)室、用于處理的一個(gè)或多個(gè)平臺(tái)和/或具體的處理組 件（晶片基座、氣流系統(tǒng)等）。運(yùn)些系統(tǒng)可W與用于控制它們?cè)谔幚戆雽?dǎo)體晶片或襯底之前、 期間和之后的操作的電子器件一體化。通常，電子器件可W稱為"控制器"，該控制器可W控 制一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)的各種元件或子部件。根據(jù)處理要求和/或系統(tǒng)的類型，控制器可W被編 程W控制本文公開的任何工藝，包括控制工藝氣體輸送、溫度設(shè)置(例如，加熱和/或冷卻）、 壓強(qiáng)設(shè)置、真空設(shè)置、功率設(shè)置、射頻(RF)發(fā)生器設(shè)置、RF匹配電路設(shè)置、頻率設(shè)置、流速設(shè) 置、流體輸送設(shè)置、位置及操作設(shè)置、晶片轉(zhuǎn)移進(jìn)出工具和其他轉(zhuǎn)移工具和/或與具體系統(tǒng) 連接或通過(guò)接口連接的裝載鎖。
[0084] 寬泛地講，控制器122可W定義為接收指令、發(fā)布指令、控制操作、啟用清潔操作、 啟用端點(diǎn)測(cè)量等等的具有各種集成電路、邏輯、存儲(chǔ)器和/或軟件的電子器件。集成電路可 W包括存儲(chǔ)程序指令的固件形式的忍片、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP)、定義為專用集成電路 (ASIC)的忍片和/或一個(gè)或多個(gè)微處理器或執(zhí)行程序指令(例如，軟件)的微控制器。程序指 令可W是W各種單獨(dú)設(shè)置的形式(或程序文件)與控制器通信、定義用于在半導(dǎo)體晶片或系 統(tǒng)上或針對(duì)半導(dǎo)體晶片或系統(tǒng)執(zhí)行特定工藝的操作參數(shù)的指令。在一些實(shí)施方式中，操作 參數(shù)可W是由工藝工程師定義的用于在制備晶片的一個(gè)或多個(gè)（種）層、材料（例如碳化 娃）、表面、電路和/或管忍期間完成一個(gè)或多個(gè)加工步驟的配方(recipe)的一部分。
[0085] 在一些實(shí)施方案中，控制器可W是計(jì)算機(jī)的一部分或者與該計(jì)算機(jī)禪接，該計(jì)算 機(jī)與系統(tǒng)集成、禪接到系統(tǒng)、或者通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接到系統(tǒng)、或運(yùn)些的組合。例如，控制器可W在 "云端"或者是化b主機(jī)系統(tǒng)的全部或一部分，它們可W允許遠(yuǎn)程訪問(wèn)晶片處理。計(jì)算機(jī)可W 啟用對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程訪問(wèn)W監(jiān)測(cè)制造操作的當(dāng)前進(jìn)程，檢查過(guò)去的制造操作的歷史，檢查多 個(gè)制造操作的趨勢(shì)或性能標(biāo)準(zhǔn)，改變當(dāng)前處理的參數(shù)，設(shè)置處理步驟W跟隨當(dāng)前的處理或 者開始新的工藝。在一些實(shí)例中，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)(例如，服務(wù)器)可W通過(guò)網(wǎng)絡(luò)給系統(tǒng)提供工藝 配方，網(wǎng)絡(luò)可W包括本地網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可W包括允許輸入或編程參數(shù)和/或設(shè) 置的用戶界面，該參數(shù)和/或設(shè)置然后從遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通信到系統(tǒng)。在一些實(shí)例中，控制器接 收數(shù)據(jù)形式的指令，該指令指明在一個(gè)或多個(gè)操作期間將要執(zhí)行的每個(gè)處理步驟的參數(shù)。 應(yīng)當(dāng)理解，參數(shù)可W針對(duì)將要執(zhí)行的工藝類型W及工具類型，控制器被配置成連接或控制 該工具類型。因此，如上所述，控制器可W例如通過(guò)包括一個(gè)或多個(gè)分立的控制器而分布， 運(yùn)些分立的控制器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接在一起并且朝著共同的目標(biāo)(例如，本文所述的工藝和控 審IJ)工作。用于運(yùn)些目的的分布式控制器的實(shí)例可W是與結(jié)合W控制室內(nèi)工藝的一個(gè)或多 個(gè)遠(yuǎn)程集成電路(例如，在平臺(tái)水平或作為遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的一部分)通信的室內(nèi)的一個(gè)或多個(gè) 集成電路。
[0086] 除了本文所描述的碳化娃沉積，示例的系統(tǒng)可W包括等離子體蝕刻室或模塊、沉 積室或模塊、旋轉(zhuǎn)清潔室或模塊、金屬電鍛室或模塊、清潔室或模塊、倒角邊緣蝕刻室或模 塊、物理氣相沉積(PVD)室或模塊、化學(xué)氣相沉積(CVD)室或模塊、原子層沉積(ALD)室或模 塊、原子層蝕刻(ALE)室或模塊、離子注入室或模塊、軌道室或模塊、W及在半導(dǎo)體晶片的制 備和/或制造中可W關(guān)聯(lián)上或使用的任何其他的半導(dǎo)體處理系統(tǒng)。
[0087] 如上所述，根據(jù)工具將要執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)工藝步驟，控制器可W與一個(gè)或多個(gè) 其他的工具電路或模塊、其他工具組件、組合工具、其他工具界面、相鄰的工具、鄰接工具、 位于整個(gè)工廠中的工具、主機(jī)、另一個(gè)控制器、或者在將晶片的容器搬運(yùn)到半導(dǎo)體制造工廠 中的工具位置和/或裝載口 W及從工具位置或裝載口搬運(yùn)晶片的容器的材料搬運(yùn)中使用的 工具。 應(yīng)用
[0088] 本公開可W通過(guò)參考針對(duì)高品質(zhì)的碳化娃膜的W下應(yīng)用被進(jìn)一步理解，其中應(yīng)用 意指純粹示例性的。本發(fā)明在范圍上不受具體應(yīng)用限制，其僅僅是本公開的方面的簡(jiǎn)單說(shuō) 明。
[0089] 在一些實(shí)施方式中，碳化娃膜可W在暴露的銅上進(jìn)行沉積。在沉積碳化娃膜期間， 鄰近襯底的反應(yīng)條件可W沒(méi)有氧化劑(如〇2,化，和C〇2)，包括它們的自由基。因此，碳化娃膜 可直接在暴露的銅上沉積而不氧化銅(例如，生成氧化銅）。運(yùn)樣的膜可W作為蝕刻停止層， 其也可作為銅擴(kuò)散阻擋層。碳化娃膜的存在可提供具有優(yōu)異的泄漏特性的足夠低的介電常 數(shù)W用作擴(kuò)散阻擋層。碳化娃膜本身或作為雙層堆疊（例如，沉積在暴露的銅上的碳化娃/ SiNC雙層)可W是蝕刻停止和/或擴(kuò)散阻擋物。在一些實(shí)施例中，碳化娃膜可W置于通常由 鑲嵌工藝生產(chǎn)的相鄰的金屬化層之間。碳化娃膜能抵抗蝕刻，并且可W是足夠致密的W最 小化銅離子進(jìn)入介電材料的相鄰區(qū)域的擴(kuò)散。在一些實(shí)施方案中，對(duì)于碳化娃膜所用的前 體可W是非環(huán)狀的。非環(huán)狀前體可包括PMDSO或TMDS0。非環(huán)狀前體可提供足夠高的密度W 作為密封或擴(kuò)散阻擋層。在一些實(shí)施方案中，氮可通過(guò)使用含氮前體或等離子體活化的含 氮自由基(如元素氮自由基或胺自由基)被滲入膜中。
[0090] 在一些實(shí)施方案中，碳化娃膜可沉積為鄰接金屬或半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直結(jié)構(gòu)。碳化 娃的沉積提供了極好的臺(tái)階覆蓋在金屬或半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的側(cè)壁W創(chuàng)建垂直結(jié)構(gòu)。在某些實(shí)施 方案中，垂直結(jié)構(gòu)可被稱為隔離物或襯墊。圖IB示出沉積在晶體管的柵極電極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁 上的碳化娃襯墊的橫截面。如圖IB中所示，晶體管可W是具有娃襯底110的CMOS晶體管，娃 襯底110具有源極112和漏極113。柵極電介質(zhì)114可被沉積在娃襯底110上，柵極電極115可 W沉積在柵極電介質(zhì)上W形成晶體管。碳化娃襯墊111可沉積在柵極電極115和柵電介質(zhì) 114的側(cè)壁上。在另一實(shí)例中，圖IC示出了沉積在氣隙型金屬化層中的暴露的銅線的側(cè)壁上 的碳化娃的橫截面。氣隙120可W被引入到銅線122之間的集成電路層中，從而可降低該層 的有效k值。碳化娃襯墊121可W沉積在銅線122的側(cè)壁上，非保形的電介質(zhì)層123可沉積在 氣隙120、襯里121、和銅線122上。運(yùn)樣的空氣間隙型金屬化層的例子可在化i Wang等人的 美國(guó)專利公開No. 2004/0232552中找到，該美國(guó)專利公開W引用的方式被并入本文。
[0091] 在一些實(shí)施方案中，碳化娃膜可W沉積在圖案化多孔電介質(zhì)材料的側(cè)壁上。超低k 電介質(zhì)材料可W由多孔結(jié)構(gòu)制成。在運(yùn)樣的材料中的孔可W在后續(xù)層的沉積期間提供金屬 的入口區(qū)域，包括含有金屬如粗(Ta)的擴(kuò)散阻擋層的沉積。如果太多的金屬遷移到介電材 料中，則該介電材料可提供相鄰的銅金屬化線之間的短路。圖ID示出了作為多孔電介質(zhì)材 料的孔密封劑的碳化娃的橫截面。多孔電介質(zhì)層132可W具有多個(gè)切入多孔電介質(zhì)層132的 溝槽或通孔W形成孔130。碳化娃131可W沿著孔130沉積W有效地密封孔130。用碳化娃131 密封孔130可避免由使用等離子體的其它密封技術(shù)引起的損壞多孔電介質(zhì)層132。碳化娃 131作為孔密封物可W是足夠致密的，并且可包括非環(huán)狀的含娃前體，諸如PMDSO和TMDS0。 在一些實(shí)施方案中，被蝕刻的電介質(zhì)材料例如多孔電介質(zhì)層132可W首先通過(guò)"k-恢復(fù)"工 藝進(jìn)行處理，其將多孔電介質(zhì)層132暴露到UV福射和還原劑。該恢復(fù)工藝在Varadarajan等 人的共同擁有的美國(guó)專利公開No. 2011/0111533中被進(jìn)一步描述，該美國(guó)專利公開通過(guò)引 用的方式被并入本文W用于所有目的。在另一個(gè)"k-恢復(fù)"工藝中，多孔電介質(zhì)層132可暴露 于UV福射和化學(xué)娃烷基化劑。該恢復(fù)工藝在Varadarajan等人的共同擁有的美國(guó)專利公開 No.2011/0117678中被進(jìn)一步描述，該美國(guó)專利公開通過(guò)引用的方式被并入本文W用于所 有目的。在孔130暴露于恢復(fù)處理，從而使得表面更具親水性并提供了材料單層之后，共形 地沉積的碳化娃131的層可W被沉積W有效地密封多孔電介質(zhì)層132的孔。
[0092] 在一些實(shí)施方案中，碳化娃膜可被沉積作為超低k電介質(zhì)材料本身。超低k電介質(zhì) 通常被定義為那些具有比介電常數(shù)2.5低的介電常數(shù)的材料。在運(yùn)樣的配置中，碳化娃的超 低k電介質(zhì)材料可W是多孔電介質(zhì)層。電介質(zhì)層的孔可W通過(guò)使用包括環(huán)狀硅氧烷和倍半 硅氧烷的環(huán)狀或籠狀前體分子引入。在一個(gè)實(shí)例中，碳化娃的超低k電介質(zhì)層的孔隙率可為 介于約20%和50%之間。另外，超低k電介質(zhì)層可具有小于約100埃的平均孔徑，如介于約5 埃與20埃之間。例如，環(huán)硅氧烷環(huán)可具有約6.7埃的半徑。同時(shí)增加孔的數(shù)目和大小可W降 低介電常數(shù)，介電層的機(jī)械完整性在其太多孔的情況下可能受到損害。 實(shí)施例
[0093] 圖4表示兩個(gè)經(jīng)氧滲雜的碳化娃膜的掃描電子顯微照片：左邊的是使用具有燒氧 基的前體進(jìn)行沉積的，而右邊的是使用類似的前體但沒(méi)有烷氧基進(jìn)行沉積的。除了前體不 同，裝置和沉積條件是相同的。上面沉積有膜的特征具有7:1的深寬比和約60納米的寬度。 如圖所示，使用含烷氧基的前體生成的膜的共形率為約55%，而使用沒(méi)有烷氧基的前體生 成的膜的共形率為75 %。
[0094] 雖然上述的一些細(xì)節(jié)為了清楚和理解的目的進(jìn)行了描述，但顯而易見的是，某些 變化和修改可在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)實(shí)施。應(yīng)當(dāng)注意，存在實(shí)現(xiàn)所描述的工藝、系統(tǒng)和裝 置的許多替代方式。因此，所描述的實(shí)施例應(yīng)被認(rèn)為是說(shuō)明性的而不是限制性的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種在襯底上沉積碳化硅膜的方法，所述方法包括： (a) 提供所述襯底到反應(yīng)室； (b) 提供含硅前體到所述襯底，其中所述含硅前體具有（i)一個(gè)或多個(gè)硅-氫鍵和/或 硅-硅鍵，（i i)不具有碳-氧鍵;以及(i i i)不具有碳-氮鍵;以及 (c) 從源氣體引入處于基本上低能量狀態(tài)的一種或多種自由基物質(zhì)以與所述含硅前體 反應(yīng)，以在破壞所述含硅前體的硅-氫鍵或硅-硅鍵但基本維持所述含硅前體的硅-碳鍵的 條件下在所述襯底上形成所述碳化硅膜。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述碳化硅膜包括經(jīng)氧摻雜的碳化硅、經(jīng)氮摻雜的 碳化娃、或無(wú)摻雜的碳化娃。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在(b)和(c)期間，不提供包含碳-氧鍵或碳-氮鍵的 化合物給所述襯底。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述碳化硅膜是在不執(zhí)行原子層沉積的情況下形 成的。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述含硅前體不具有烷氧基(-C-0-R)，其中R是有 機(jī)部分，并且不具有胺基(-C-NRifc)，其中辦和辦各自獨(dú)立地為氫或有機(jī)部分。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述含硅前體為環(huán)狀硅氧烷。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述環(huán)狀硅氧烷是選自由六甲基環(huán)四硅氧烷和四 甲基環(huán)四硅氧烷構(gòu)成的組。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述含硅前體為線性硅氧烷。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述線性硅氧烷是選自由二硅氧烷和三硅氧烷構(gòu) 成的組。10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述含硅前體為烷基硅烷。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述烷基硅烷為二硅烷或三硅烷。12. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述含硅前體為硅氮烷。13. 根據(jù)權(quán)利要求1-12中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述自由基物質(zhì)為氫自由基、氧自 由基、和/或氮自由基。14. 根據(jù)權(quán)利要求1-12中的任一項(xiàng)所述的方法，其中引入所述一種或多種自由基物質(zhì) 包括將所述源氣體暴露于遠(yuǎn)程等離子體。15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其還包括由射頻功率源或微波功率源生產(chǎn)所述遠(yuǎn)程 等咼子體。16. 根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述碳化硅膜中的所述硅-氧鍵或 硅-氮鍵與硅-碳鍵的比率是介于約3:1和約0.5:1之間。17. 根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述襯底上的所述碳化硅膜具有 至少約90 %的共形率。18. 根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述襯底包括具有柵極電極的晶體 管，所述方法還包括在所述柵極電極的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁上形成所述碳化硅膜。19. 根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述碳化硅膜包括超低k的電介質(zhì)薄 膜。20. -種用于在襯底上沉積碳化硅膜的裝置，所述裝置包括： 反應(yīng)室，其配置成在碳化硅膜沉積期間保持所述襯底； 等離子體室，其耦合到所述反應(yīng)室并且配置成在所述反應(yīng)室的外側(cè)生成等離子體； 兩個(gè)或更多個(gè)氣體入口，其耦合到所述反應(yīng)室；以及 控制器，其包括用于執(zhí)行以下操作的指令： (a) 使含硅前體通過(guò)所述氣體入口中的一個(gè)進(jìn)入所述反應(yīng)室，其中所述含硅前體具有 (i)一個(gè)或多個(gè)硅-氫鍵和/或硅-硅鍵，（ii)不具有碳-氧鍵;以及(iii)不具有碳-氮鍵； (b) 從所述等離子體室中的等離子體提供處于基本上低能量狀態(tài)的一種或多種自由基 物質(zhì)；以及 (c) 使所述一種或多種自由基物質(zhì)通過(guò)所述氣體入口中的另一個(gè)流入到所述反應(yīng)室來(lái) 與所述含硅前體反應(yīng)，以在所述襯底上形成所述碳化硅膜。21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述反應(yīng)室和所述等離子體室之間的距離是介 于約lcm和約30cm之間。22. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述等離子體室包括射頻功率源或微波功率源。23. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述控制器還包括用于在(a)到（c)期間不提供 包含碳-氧鍵或碳-氮鍵的化合物的指令。24. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述控制器指令不包括用于利用原子層沉積來(lái) 沉積所述碳化硅膜的指令。25. 根據(jù)權(quán)利要求20-24中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述含硅前體不具有烷氧基(-C-0-R)，其中R是有機(jī)部分，并且不具有胺基(-C-NRA2)，其中RjPR 2各自獨(dú)立地是氫或有機(jī)部 分。26. 根據(jù)權(quán)利要求20-24中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述含硅前體為硅氧烷。27. 根據(jù)權(quán)利要求20-24中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述含硅前體為烷基硅烷。28. 根據(jù)權(quán)利要求20-24中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述含硅前體為硅氮烷。29. 根據(jù)權(quán)利要求20-24中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述一種或多種自由基物質(zhì)是由選 自由氫、氮和氨構(gòu)成的組中的氣體生成的。30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的裝置，其中所述自由基物質(zhì)為氫原子。31. 根據(jù)權(quán)利要求20-24中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述控制器被配置成將所述反應(yīng)室 維持在介于約250 °C和約400 °C之間的溫度。32. 根據(jù)權(quán)利要求20-24中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述控制器被配置成將所述反應(yīng)室 維持在介于約〇. 2托和約40托之間的壓強(qiáng)。33. 根據(jù)權(quán)利要求20-24中任一項(xiàng)所述的裝置，其中在所述碳化硅膜中的硅-氧鍵或硅-氮鍵與硅-碳鍵的比率是介于約3:1和約0.5:1之間。34. 根據(jù)權(quán)利要求20-24中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述碳化硅膜是超低k的電介質(zhì)薄 膜。
【文檔編號(hào)】C23C16/32GK105862010SQ201610084166
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年2月6日
【發(fā)明人】巴德里·N·瓦拉達(dá)拉簡(jiǎn), 龔波, 桂哲
【申請(qǐng)人】諾發(fā)系統(tǒng)公司