專利名稱：在高深寬比圖案上形成具有Si-N鍵的共形薄膜的方法
在高深寬比圖案上形成具有Si-N鍵的共形薄膜的方法
背景技術：
發(fā)明領域本發(fā)明涉及半導體集成電路制造，并且尤其涉及到一種形成諸如氮化硅薄膜的共形介電薄膜的方法。相關技術描述在半導體襯底上制造的用于大規(guī)模集成的集成電路需要多級金屬互連以電性互連形成在半導體芯片上的半導體器件的不連續(xù)層。不同級別的互連由不同的絕緣或介電層分隔，這些絕緣或介電層被蝕刻以形成通孔從而連接一級金屬到另一級金屬。芯片設計的發(fā)展持續(xù)地需要比以前更快的電路和更大的電路密度。對于具有更大電路密度的更快電路，就需要用于制造這種集成電路的材料具有某些特性，尤其是當集成電路組件的尺寸減小到亞微米級時更是如此。同樣地，為了更大的集成電路密度，集成電路組件制造需要某些工藝順序。近年來，在低溫(小于400°C )下沉積的氮化硅層已經(jīng)在用于存儲器件的大量重要應用中使用，例如，用作鈍化層、表面保護層和/或用于晶體管柵極的隔離。氮化硅薄膜可以通過等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)法來形成。PECVD方法比其他CVD方法的主要優(yōu)點在于更高的沉積速率，以及在寬范圍的折射率上的控制。PECVD方法的另一個優(yōu)點在于該工藝可以在一個相對低的溫度下實施，例如400°C以下的溫度，保持單元工藝的總熱預算至最小。但是，形成氮化硅的PECVD方法導致在包含小和/或高深寬比特征的襯底上較差的共形性或較差的臺階覆蓋。在小電路和器件中，諸如超大規(guī)模集成(ULSI)電路，較差的共形覆蓋會阻礙更高密度電路器件和元件的發(fā)展。概要本發(fā)明的至少一實施例的目的是提供一種在例如用于集成電路的具有關于溝道的圖案化表面的襯底上形成諸如氮化硅層之類的具有Si-N鍵的共形介電薄膜的方法。在本發(fā)明的一個實施例中，提供一種通過脈沖等離子體增強化學氣相沉積 (PECVD)或等離子體增強原子層沉積(PEALD)在具有高深寬比圖案的半導體襯底表面上形成具有Si-N鍵的共形介電薄膜的方法。該方法包括(i)向內(nèi)部放置有襯底的反應空間中導入反應氣體；(ii)以小于5秒歷時的脈沖向反應空間中導入硅前驅(qū)物，其中一個脈沖和接著的脈沖之間的一個間隔構(gòu)成一個反應周期；(iii)在每個周期中的硅前驅(qū)物脈沖期間向反應空間施加第一 RF功率；(iv)在每個周期中的硅前驅(qū)物脈沖的間隔期間向反應空間施加第二 RF功率，其中在該硅前驅(qū)物脈沖的間隔期間的第二 RF功率的平均強度大于在該硅前驅(qū)物脈沖期間的第一RF功率；以及(ν)重復該周期以在襯底的圖案化表面上形成具有期望厚度的具有Si-N鍵的共形介電薄膜。在該公開方案中，該“氣體”包括蒸發(fā)的固體和 /或液體。進一步地，該“氣體”指代單一氣體或氣體混合物。在一些實施例中，通過兩步施加脈沖形式的RF功率同時使其與硅前驅(qū)物的脈沖同步來產(chǎn)生RF等離子體。第一步施加發(fā)生在導入硅前驅(qū)物的時段期間。在一些實施例中， 在第一步施加期間，RF等離子體在硅前驅(qū)物導入開始之后通過滯后的第一 RF功率施加產(chǎn)生。在一些實施例中，第一 RF功率的強度較低和/或第一 RF功率的歷時較短，以使前驅(qū)物分解以及使其分子在襯底表面吸收，而不增加分子在表面上的遷移率和擴散率。第二步施加發(fā)生在不導入硅前驅(qū)物的時段期間。在一些實施例中，在第二步施加期間，RF等離子體通過以高于第一 RF功率的強度和/或在短于第一 RF功率的時段里施加第二 RF功率以增加分子的遷移率和擴散率。換句話說，在一些實施例中，第一步RF等離子體用于在表面上產(chǎn)生和吸收硅前驅(qū)物的分子，而第二步RF等離子體用于遷移表面上的分子，從而改善薄膜的共形性或臺階覆蓋。為了總結(jié)本發(fā)明的方面和超過相關技術所達到的優(yōu)點，在本公開中描述了本發(fā)明的某些目的和優(yōu)點。當然，應當理解根據(jù)本發(fā)明的一些特殊實施例沒有必要實現(xiàn)所有這些目標和優(yōu)點。因此，例如，本領域技術人員將意識到會以獲得或優(yōu)化本文所教導的一個優(yōu)點或一組優(yōu)點的方式來具體化或?qū)嵤┍景l(fā)明，而沒有必要獲得本文所教導或建議的其他目標或優(yōu)點。本發(fā)明進一步的細節(jié)、特征和優(yōu)點將從如下詳細描述中體現(xiàn)。附圖簡要說明本發(fā)明的這些和其他特征現(xiàn)在將參考用于說明而不是限制本發(fā)明的優(yōu)選實施例的附圖進行描述。該附圖用于說明目的而進行過分簡化且不一定是按比例的。

圖1是本發(fā)明中的一個實施例中使用的用于沉積氮化硅薄膜的PECVD裝置的示意圖。圖2說明了用于沉積介電薄膜的比較PECVD方法的工藝步驟。圖3是具有1. 25的深寬比的圖案化表面的示意性截面圖，其中根據(jù)圖2中的比較 PECVD方法，薄膜的共形性或臺階覆蓋將在95%或以上。圖4是具有2. 5的深寬比的圖案化表面的示意性截面圖，其中根據(jù)圖2中的比較 PECVD方法，薄膜的共形性或臺階覆蓋將在60%或以下。圖5說明了用于沉積介電薄膜的本發(fā)明的一個實施例的工藝步驟。圖6A至6K說明了用于沉積介電薄膜的本發(fā)明的實施例的工藝步驟。
具體實施例 本發(fā)明參考實施例進行描述但是并不意味著限制本發(fā)明。此外，在實施例中應用的元件可以自由地應用到其它實施例中，并且在不同實施例中應用的元件可以進行替換或互換除非其附加有特殊情況。進一步地，下述所指出的范圍可包括或排除實施例中的端點。
如上所述，所公開的實施例包括在具有圖案化表面的襯底上形成具有Si-N鍵的共形介電薄膜的方法，包括(i)向內(nèi)部放置有襯底的反應空間中導入反應氣體；(ii)在小于5秒歷時的脈沖下向該反應空間中導入硅前驅(qū)物，其中一個脈沖和接著的脈沖之間的一個間隔構(gòu)成一個反應周期；(iii)在每個周期中的硅前驅(qū)物脈沖期間向反應空間施加第一 RF功率；(iv)在每個周期中的硅前驅(qū)物脈沖的間隔期間向反應空間施加第二 RF功率，其中在硅前驅(qū)物脈沖的間隔期間的第二 RF功率的平均強度大于硅前驅(qū)物脈沖期間的第一 RF 功率的平均強度；以及(ν)重復該周期以在襯底的圖案化表面上形成具有期望厚度的具有CN 102412145 A
說明書
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Si-N鍵的共形介電薄膜。施加第一 RF功率的步驟也作為“吸收步驟”或“第一步驟”被提及，在該步驟中供應硅前驅(qū)物，而施加第二 RF功率的步驟也作為“遷移步驟”或“第二步驟”被提及，在該步驟中不供應硅前驅(qū)物。在一些實施例中，在硅前驅(qū)物的脈沖期間，第一 RF功率的平均強度為約0. 0Iff/cm2 至約lW/cm2 (典型為0. 02ff/cm2至0. 05ff/cm2)每襯底面積，而在硅前驅(qū)物脈沖的間隔期間， 第二 RF功率的平均強度為0. 02ff/cm2至約5W/cm2 (優(yōu)選0. 04ff/cm2至0. Iff/cm2)每襯底面積。在一些實施例中，第二 RF功率的最高強度比第一 RF功率的最高強度更高，例如， 如圖5、6A、6B、6C、6D、6E、6F、6J和6K所示。在一些實施例中，“更高”指比第一 RF功率要高至少10 %、50 %、100 %、200 %、300 %、500 %或1000 % (或由前述數(shù)字所限定的任何范圍)。 在一些實施例中，第二 RF功率的最高強度等于第一 RF功率的最高強度，例如，如圖6G、6H 和61所示。但是，如上所述，在硅前驅(qū)物脈沖的間隔期間的第二 RF功率的平均強度比硅前驅(qū)物脈沖期間的第一 RF功率的平均強度大?！捌骄鶑姸取?W )可以通過以下公式計算
權利要求
1.一種在具有圖案化表面的襯底上形成具有Si-N鍵的共形介電薄膜的方法，包括向內(nèi)部放置有所述襯底的反應空間中導入反應氣體；以小于5秒歷時的脈沖向所述反應空間中導入硅前驅(qū)物，其中一個脈沖和接著的脈沖之間的一個間隔構(gòu)成一個反應周期；在每個周期中的硅前驅(qū)物脈沖期間向所述反應空間施加第一 RF功率；在每個周期中的硅前驅(qū)物脈沖的間隔期間向所述反應空間施加第二 RF功率，其中在所述硅前驅(qū)物脈沖的間隔期間的所述第二 RF功率的平均強度大于在所述硅前驅(qū)物脈沖期間的所述第一 RF功率的平均強度；以及重復所述周期以在所述襯底的所述圖案化表面上形成具有期望厚度的具有Si-N鍵的共形介電薄膜。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二RF功率的最高強度高于所述第一 RF功率的最高強度。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一RF功率的強度以給定的斜坡上升速率從零變化。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一RF功率和第二 RF功率均為具有相同頻率的單頻RF功率。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述硅前驅(qū)物脈沖期間所述第一RF功率的平均強度為約0. 01ff/cm2至約lW/cm2每襯底面積，而在所述硅前驅(qū)物脈沖的間隔期間所述第二 RF功率的平均強度為0. 02ff/cm2至約5W/cm2每襯底面積。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述襯底的所述圖案化表面具有大約1.5 或更高的深寬比。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述共形薄膜具有約90%或更高的共形性。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述硅前驅(qū)物脈沖期間和在所述硅前驅(qū)物脈沖的間隔期間所述反應空間的壓強控制在500 或更低。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括導入通過與所述硅前驅(qū)物脈沖同步其流量的烴類氣體。
10.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述烴類氣體為己烷。
11.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅前驅(qū)物的公式為SiaH0Xv，其中 a，β和γ為整數(shù)(γ包括零)，其中X包括N和/或Cl。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，所述硅前驅(qū)物從N(SiH3)3，SiH4, Si [N (C2H5) J2H2, Si [N (CH3)2J3H, [(CH3) 2N]3SiCl, Si [N CH3) (C2H5)J3H, Si2 [NH (C2H5) 6]和 SiH2[N(C2H5)2]所組成的群組中進行選擇。
13.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述反應氣包括持續(xù)導入到所述反應空間的稀有氣體。
14.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，脈沖歷時等于或小于脈沖之間的間隔。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，其特征在于，所述硅前驅(qū)物以歷時約0.1秒至約1. 0 秒的脈沖導入，脈沖之間的間隔為約0. 1秒至約3. 0秒。
16.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述反應氣包括持續(xù)導入到所述反應空間中的N2和H2的混合物以及NH3和H2的混合物中的至少一種。
17.根據(jù)權利要求13所述的方法，其特征在于，所述稀有氣體包括氦氣和氬氣的混合物。
18.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述共形介電薄膜為SiN薄膜或SICN薄膜。
19.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，導入硅前驅(qū)物、導入反應氣體、施加RF功率和重復周期的步驟作為脈沖等離子體增強化學氣相沉積或等離子體增強原子層沉積來控制。
全文摘要
在具有圖案化表面的襯底上形成具有Si-N鍵的共形介電薄膜的方法包括向反應空間中導入反應氣體；以小于5秒歷時的脈沖向該反應空間中導入硅前驅(qū)物；在硅前驅(qū)物的脈沖期間向該反應空間施加第一RF功率；在硅前驅(qū)物脈沖的間隔期間向該反應空間施加第二RF功率，其中硅前驅(qū)物脈沖的間隔期間的第二RF功率的平均強度比硅前驅(qū)物脈沖期間的第一RF功率的平均強度要大；以及重復該周期以在襯底的圖案化表面上形成所需厚度的具有Si-N鍵的共形介電薄膜。
文檔編號H01L21/3215GK102412145SQ20111034842
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月2日 優(yōu)先權日2010年9月3日
發(fā)明者李禹鎮(zhèn), 洪國維, 清水亮, 難波邦年 申請人:Asm日本公司