氧化硅薄膜的選擇性側向生長的制作方法
本文描述的實施例通常涉及半導體制造，并且更具體地涉及選擇性形成氧化硅膜的方法。
背景技術：
隨著半導體工業引進具有更高性能和更強功能的新一代的集成電路(ic)，形成那些ic的組件的密度也被增加。隨著增加的組件密度，單個部件或組件之間的大小、尺寸及間隔被減小。圖案化工藝的增加的分辨率是降低ic上的特征結構的尺寸與間隔的一種機制。
增加的分辨率可通過改變圖案的固有分辨率來達成。圖案的固有分辨率是圖案可轉移的最細微的空間細節。固有分辨率是諸如所使用的輻射的波長與圖案中的特征結構的尺寸等因子的的函數。可以使用諸如自對準雙圖案法(sadp)和自對準四圖案法(saqp)的圖案加乘工藝來增加圖案化工藝的最終分辨率，而不會改變曝光工具的固有分辨率。因此，這些工藝可減少每層的微影曝光的數量，這減少了組件制造的顯著成本。
目前圖案加乘通常是通過一些沉積與蝕刻步驟的組合來達成。這樣的方式是非常不符合經濟效益的，并且會造成顯著的整合復雜性。此外，由于特征結構尺寸變得更小。
所以，存在著控制集成電路中特征結構尺寸的新方法的需求。
技術實現要素：
本文描述的實施例通常涉及選擇性沉積氧化硅層的方法，諸如選擇性沉積在電介質表面上而避免沉積在金屬表面上。此方法通常包括在具有暴露羥基的表面上執行硅烷化。當具有oh的表面被暴露于硅烷化試劑時，該試劑與oh反應以形成共價聯結到-o-si(ch3)3基團。基板的表面上的羥基接著使用含氮等離子體與h2o浸泡而被再生成，以便將-o-si(ch3)3基團轉變成si-oh基團且執行額外的硅烷化。多個硅烷化、等離子體處理及浸泡可被執行，以沉積具有期望厚度的層。
在一實施例中，一種沉積氧化硅膜的方法可包括以下步驟：將基板定位于處理腔室中，該基板具有：第一層；及第二層，該第二層設置在該第一層上方，該第二層具有暴露第二表面與形成在該第二層中的一個或多個特征結構，該特征結構產生一個或多個側壁表面與暴露第一表面；用催化劑來處理該基板，該催化劑包括路易斯酸，該催化劑在該暴露第一表面、該一個或多個側壁表面及該暴露第二表面上形成末端反應性基團；將催化劑去活化劑輸送到該基板，該催化劑去活化劑被等離子體活化，該基板被偏壓以使該催化劑去活化劑被該暴露第一表面與該暴露第二表面接收，該末端反應性基團被保持在該一個或多個側壁表面上；及將硅醇輸送到該基板，該硅醇將含硅層沉積在該一個或多個側壁表面上。
在另一實施例中，一種沉積氧化硅膜的方法可包括以下步驟：將基板定位于處理腔室中，該基板包括：電介質區域，該電介質區域具有暴露電介質表面與被形成在該電介質區域中的一個或多個特征結構，該特征結構具有側壁，該暴露電介質表面與該側壁具有末端羥基；及金屬區域，該金屬區域具有基本上不含氧的暴露表面；及執行一個或多個硅烷化循環，以將含硅與碳層選擇性沉積在該側壁與該暴露電介質表面上，硅烷化循環中的每一個包括以下步驟：在該基板的該表面上執行硅烷化，該硅烷化是沉積含硅與碳層；將該基板暴露于含氮等離子體，該含氮等離子體在該含硅與碳層中以氮取代至少一個碳；及將該基板暴露于含水氣體以在該基板的該表面上形成羥基。
在另一實施例中，一種沉積氧化硅膜的方法可包括以下步驟：將基板定位于處理腔室中，該基板具有：金屬層，該金屬層包括銅；及電介質層，該電介質層設置在該金屬層上方，該電介質層具有暴露電介質表面與被形成在該電介質層中的一個或多個特征結構，該特征結構產生一個或多個側壁表面與暴露金屬表面；用催化劑來處理該基板，該催化劑包括四甲基鋁，該催化劑在該暴露金屬表面、該一個或多個側壁表面及該暴露電介質表面上形成末端ch3基團；形成電容式耦合等離子體，該電容式耦合等離子體包括催化劑去活化劑；將該電容式耦合等離子體輸送到該基板，該基板被偏壓以使該催化劑去活化劑被該暴露金屬表面與該暴露電介質表面接收，該末端ch3基團被保持在該一個或多個側壁表面上；及輸送一硅醇到該基板，該硅醇將氧化硅層沉積在該一個或多個側壁表面上。
附圖說明
可通過參考本發明的實施例來詳細了解本發明的組件和方法的上述特征，組件和方法的更特定敘述簡短地在前面概述過，其中這些實施例的一些實施例在附圖中示出。但是應注意的是，附圖僅示出組件和方法的典型實施例，因此附圖不應被視為會對組件和方法的范圍構成限制，這是因為組件和方法可允許其他等效實施例。
圖1是適于實現實施例的處理腔室的剖視圖。
圖2是根據一實施例的用以沉積氧化硅膜的方法操作的流程圖。
圖3a-3d繪示了根據一實施例的在氧化硅膜的形成期間的基板。
圖4是根據一實施例的用以沉積氧化碳硅膜的方法操作的流程圖。
圖5a-5e繪示了根據另一實施例的在氧化碳硅膜的形成期間的基板。
為促進了解，在可能時使用相同的組件符號來表示該等圖式共有的相同組件。可設想出的是一實施例的組件與特征可有利地被并入到其他實施例而不需進一步詳述。
具體實施方式
本文所述的實施例通常涉及形成碳摻雜氧化物膜的方法。這些方法通常包括使用等離子體在基板的表面上產生羥基，并且接著在基板的表面上執行硅烷化。基板的表面上的羥基接著使用等離子體被再次生成，以為了執行額外的硅烷化。可執行多次等離子體處理與硅烷化，以沉積具有期望厚度的層。
圖1是根據一實施例的處理腔室100的剖視圖。處理腔室100具有腔室主體102與耦接到腔室主體102以界定內部150的腔室蓋104。基板支撐件106設置在腔室100的內部150中。基板支撐件106的上表面166與腔室蓋104的下表面168界定處理區域108，在該處理區域108中設置在基板支撐件106的上表面166上的基板接觸區域176中的基板被暴露于處理環境。
基板透過腔室主體102中的基板通道或開口110進入與離開處理腔室100。在圖1的剖視圖中，基板通道或開口110位于剖視平面后面，而位于腔室100的“背后”。基板支撐件106可沿著腔室100的縱軸移動，以將基板支撐件106交替地定位在基板操縱位置(此時基板支撐件106的上表面166靠近開口110)與基板處理位置(此時基板支撐件106的上表面166靠近腔室蓋104的下表面168)。在圖1的視圖中，基板支撐件106被顯示位于基板處理位置。當基板支撐件106位于基板處理位置時，基板支撐件106的上表面166與腔室蓋104的下表面168之間的距離是約2mm至約8mm。基板支撐件106的桿172典型地延伸通過腔室主體102的下壁170中的開口120且耦接到舉升機構(未示出)以促使基板支撐件106的移動。
基板升降件112設置成通過基板支撐件106。基板升降件112具有基底114，基底114接觸設置在腔室100的內部150的下區域中的致動器116。致動器116被支撐構件118從下壁170所支撐。致動器116可以是環狀構件(諸如環)，并且支撐構件118可以是來自致動器116的環狀突出部。致動器116、支撐構件118、或兩者可交替地被區片化(segment)。例如，其中一者或兩者可以是區片化的環狀構件，或者致動器116可以是被定位以嚙合基板升降件112的基底114的墊、柱或桿。
支撐構件118保持致動器116基本上平行于基板支撐件106的上表面166。當基板支撐件106從處理位置被移動到基板操縱位置時，基板升降件112的基底114會接觸致動器116，造成基板升降件112突出通過基板支撐件106的上表面且將設置在該上表面上的基板舉升于該上表面之上，以被基板操縱機械手臂(未示出)接取通過開口110。圖1的視圖中僅可看到兩個基板升降件112，但典型的實施例將具有三或更多個基板升降件112，這些基板升降件112被分布以提供用于基板操縱的穩定的定位。
腔室蓋104可以是電極，并且可耦接到rf功率源174。若腔室蓋104是電極，腔室蓋104典型地包括導電材料。腔室蓋104可整體地或基本上由導電材料制成，或可被涂覆導電材料到任何方便程度。若腔室蓋104被用作為電極，腔室蓋104的下表面168將會導電而提供rf耦合到靠近基板支撐件106的上表面166的處理區域108內。在實施例中，腔室蓋104是鋁。處理腔室100適于在其中生成等離子體(諸如電容式耦合等離子體)。
氣體歧管124在端口194耦接到腔室蓋104。工藝氣體透過氣體管線128被輸送到腔室。多個高速閥126a-c控制氣體通過氣體管線128到腔室100內的流量。這些高速閥可以是ald閥，并且在一些實施例中能夠以小于1秒開啟或關閉，且在一些情況中以小于0.25秒開啟或關閉。前體管線130耦接到這些高速閥126a-c中的一者。其他高速閥可用以接合其他前體管線(圖1未示出)以輸送氣體通過氣體管線128。這些高速閥的運作致使所需要用于腔室運作(諸如ald沉積循環)的氣體流動的快速開關。
腔室蓋104具有氣體入口122，氣體入口122位于腔室蓋104的周邊區域中且和端口194及氣體歧管124流體連通。氣體入口122可位于基板支撐件106的基板接觸區域176的外面。邊緣環136設置成圍繞基板支撐件106的周邊區域。邊緣環136可以是具有內部尺寸和外部尺寸的環狀構件。邊緣環136的內部尺寸可以和基板接觸區域176的尺寸基本上相同，以使設置在基板支撐件上的基板布置在邊緣環136內，如圖1所示。邊緣環136的內部尺寸也可大于基板接觸區域176的尺寸。邊緣環136的內部尺寸也可小于基板接觸區域176，以使邊緣環136的一部分延伸在基板的邊緣上方。當基板支撐件106位于處理位置時，圖1的邊緣環136布置在基板支撐件106上。因此，當基板支撐件106位于處理位置時，基板支撐件106也支撐邊緣環136。
泵送容室132位于腔室主體102的側壁178中而靠近基板支撐件106的處理位置。泵送容室132是圍繞處理區域108的環狀通道，其中處理氣體從處理區域108被抽空到泵送容室132。襯里134將泵送容室132和處理區域108分隔。襯里134具有開口180，開口180允許氣體從處理區域108流動到泵送容室132內。當基板支撐件106位于處理位置時，開口180典型地位于基板支撐件106的上表面166下方。
圖2是根據一實施例的用以沉積碳摻雜氧化物膜的方法200的流程圖。方法200包括：在步驟202，將基板定位在處理腔室中，基板具有第一層與設置在第一層上方的第二層，第二層具有暴露的第二表面及形成在第二層中的一個或多個特征結構，這些特征結構產生一個或多個側壁表面與暴露的第一表面；在步驟204，用催化劑來處理該基板，該催化劑包含路易斯酸，該催化劑在該暴露的第一表面、一個或多個側壁表面及該暴露的第二表面上形成末端反應性基團；在步驟206，將催化劑去活化劑輸送到該基板，該催化劑去活化劑被等離子體活化，該基板被偏壓以使該催化劑去活化劑被該暴露的第一表面與該暴露的第二表面接收，這些末端反應性基團被保持在該一個或多個側壁表面上；及在步驟208，將硅醇輸送到該基板，該硅醇將含硅層沉積在該一個或多個側壁表面上。圖3a-3d繪示根據一實施例在氧化硅膜的形成期間的基板。為了促進本文揭示的實施例的解釋，將結合圖2和圖3a-3d來解釋。
方法200開始于步驟202，通過將基板定位在一處理腔室中，基板具有第一層與設置在第一層上方的第二層，第二層具有暴露的第二表面及形成在第二層中的一個或多個特征結構，這些特征結構產生一個或多個側壁表面與暴露的第一表面。在步驟202，組件300(如圖3a所示)被定位于處理腔室(諸如圖1所示的處理腔室100)中。組件300包含基板302。基板302可以是例如其上具有氧化硅層或碳摻雜氧化硅層的硅晶片。基板302，如圖所示，包括第一層304。第一層304可以是金屬層(諸如含銅層)。第二層306可形成在第一層304上方。第二層306可以是電介質層(諸如氧化硅層)。如圖所示，第二層306具有暴露的第二表面310及形成在第二層中的一個或多個特征結構307。該一個或多個特征結構307具有側壁表面309且向下延伸到暴露的第一表面308。
在步驟204，基板被定位于處理腔室中，用催化劑來處理該基板，該催化劑包含路易斯酸。該路易斯酸可以是有機化合物，諸如有機鋁化合物、有機鐵化合物、有機鈦化合物、有機鋅化合物、或上述的組合。在一實施例中，該路易斯酸是三甲基鋁(tma)、四甲基鈦、四甲基鋅、或上述的組合。該路易斯酸可進一步是含鹵素化合物，諸如alcl3、fecl3、ticl4、zncl4、或上述的組合物。該路易斯酸與這些暴露表面(諸如該暴露第一表面308、該一個或多個側壁表面309及該暴露第二表面310)反應，而產生具有末端反應性基團的層312，如圖3b所示。使用上述路易斯酸、層312的末端反應性基團可以是有機基團(諸如甲基基團，或鹵素基團(諸如氯基團))。
在步驟206，催化劑去活化劑可被輸送到基板，該催化劑去活化劑被等離子體活化。該催化劑去活化劑可以是氣體，諸如o2、n2、nh3、h2、h2o、he、ar、或上述的組合物。該等離子體可以是電容式耦合等離子體。該等離子體應具有可使該催化劑去活化劑主要地被離子化而不產生自由基的能量水平。在層312被暴露于該催化劑去活化劑之后且假設上述特定命名的路易斯酸的一者，-ch3或-cl鍵被斷裂且非反應性物質被取代，如圖3c的層314所示。例如，當催化劑去活化劑是o2或h2o時，末端反應性基團被取代成-oh基團。基板被偏壓以使該催化劑去活化劑被該暴露第一表面308與該暴露第二表面310接收，而不被這些側壁表面309接收。因此，這些末端反應性基團被保持在這些側壁表面309上
在步驟208，一旦該暴露第一表面308與該第二暴露表面310以催化劑去活化劑來處理，硅醇被輸送到基板，硅醇將含硅層316沉積在該一個或多個側壁表面上。硅醇可以是具有通式si(or)3oh的任何化合物，其中r基團是碳氫化合物。在示例中，硅醇是三-(第三丁氧基)硅醇、三-(第三戊氧基)硅醇、或上述的衍生物。硅醇被輸送到組件300的表面，硅醇在此處與殘留的層312的末端反應性基團反應而形成在側壁表面309上，如圖3d所示。
取決于暴露時間與濃度，生長厚度可在側壁表面309上高達約
圖4是根據一實施例的用以沉積氧化碳硅膜的方法400的流程圖。方法400包括：在步驟402，將基板定位在處理腔室中，該基板包含：電介質區域及形成在基板中的一個或多個特征結構，該電介質區域具有暴露的電介質表面，這些特征結構具有側壁，該暴露電介質表面與這些側壁具有末端oh基團；及金屬區域，該金屬區域具有基本上不含氧的暴露的表面；及在步驟404，執行一個或多個硅烷化循環以將含硅與碳層選擇性沉積在這些側壁與該暴露的電介質表面上，硅烷化循環中的每一個包含：在基板的表面上執行硅烷化，該硅烷化是沉積含硅與碳層；在步驟406，將該基板暴露于含氮等離子體，該含氮等離子體在該含硅與碳層中以氮取代至少一個碳；及在步驟408，將該基板暴露于含水氣體以在基板的表面上形成羥基。圖5a-5e繪示根據一實施例的在氧化碳硅的形成期間的基板。為了促進本文揭示的實施例的解釋，將結合圖4和圖5a-5e來解釋。
方法400開始于步驟402，通過將基板定位在處理腔室中，該基板包含：電介質區域及形成在電介質區域中的一個或多個特征結構，該電介質區域具有暴露的電介質表面，這些特征結構具有側壁，該暴露的電介質表面與這些側壁具有末端oh基團；及金屬區域，該金屬區域具有基本上不含氧的暴露的第一表面508。在步驟402，組件500(如圖5a所示)被定位于處理腔室(諸如圖1所示的處理腔室100)中。組件500包含基板502。基板502可以是例如其上具有氧化硅層或碳摻雜氧化硅層的硅晶片。基板502，如圖所示，包括第一層504。第一層504可以是金屬層(諸如含銅層)。第二層506可形成在第一層504上方。第二層506可以是電介質層(諸如氧化硅層)。如圖所示，第二層506具有暴露的第二表面510及形成在第二層中的一個或多個特征結構507。該一個或多個特征結構507具有側壁表面509且向下延伸到暴露的第一表面508。該暴露的第一表面508具有末端非反應性物質522，在此以氫來顯示。該暴露的第二表面510與該側壁表面509具有末端羥基520。
在步驟404，隨著基板被定位，硅烷化被在基板的表面上執行，硅烷化是沉積含硅與碳層。硅烷化反應通過將組件300暴露于一硅烷化試劑來執行，該硅烷化試劑是諸如(二甲基胺基)三甲基硅烷(dmatms)、雙(二甲基胺基)二甲基硅烷、或上述的組合物。硅烷化造成氫從羥基520被取代成三甲基硅基懸垂基團524，如圖5c所示。硅烷化反應將單層的三甲基硅基基團增加到組件500的側壁表面509與暴露的第二表面510。由于三甲基硅烷的甲基的存在，此反應造成具有一些碳被并入的氧化硅層的形成，并且因此氧化碳硅層被形成。使用上述的硅烷化反應，分離的單層的氧化碳硅可被形成，而允許在基板上重復沉積相對薄的層。
在一示例中，基板被保持在約25℃至約400℃的范圍內，諸如約75℃。壓力被保持在約100毫托(mtorr)至約760托(torr)的范圍內，諸如6托。硅烷化試劑被惰性氣體承載，該惰性氣體被提供于約0.1至約0.4標準升/分(slm)的流速，諸如約2slm。該惰性氣體可以是氦、氬、或二原子氮中的一個或多個。硅烷化試劑被提供于約0.1公克/分鐘(gram/min)至約4.0公克/分鐘的速率。基板可被暴露于硅烷化試劑長達約5至約300秒，諸如約60秒。
應注意的是在諸如電介質層的實施例中，硅烷化反應會消耗存在于第二層506中的羥基，并且因此進一步的硅烷化最終不會發生。為了促進進一步的硅烷化，因此增加形成在基板502上的膜的厚度，第二層506被處理以誘發在第二層上的額外的羥基的形成(例如，再生成)。
在步驟406，一旦硅烷化反應完成，基板被暴露于含氮等離子體，該含氮等離子體在該含硅與碳層中以氮取代至少一個碳。等離子體處理包括將基板330暴露于含氮等離子體(諸如從氨形成的等離子體)。等離子體處理通過斷裂一些硅-甲基鍵、以胺基團528來取代末端甲基526，來促進羥基的形成，如圖5d所示。
在一示例中，nh3氣體能以介于約100sccm與約5000sccm之間的流速，諸如約150sccm被提供到腔室，且施加50瓦rf功率來產生等離子體。在另一示例中，rf功率可以介于約10瓦與約1000瓦之間，諸如60瓦。基板可被保持在約200℃的溫度，并且腔室壓力可以是約3托。諸如n2的惰性氣體能以約100至約30000sccm的流速(諸如27000sccm)被提供到腔室。基板可被保持在約25-400℃的溫度，諸如約200℃。壓力可被保持在介于約1托至約10托的范圍內，諸如4.2托。暴露時間可以在約1秒至約60的范圍內，諸如4-10秒。
其次，在步驟408，基板被暴露于含水氣體以在基板的表面上形成羥基。基板502被暴露于含水氣體以通過取代懸垂基團524中的胺基團528而促進羥基530的形成，如圖5e所示。含水氣體可包括蒸汽或使用水蒸氣生成器(wvg)制造的水蒸氣。在一示例中，水蒸氣氣體的流速可以是約1sccm至約1000sccm，諸如約10sccm。
可以通過減少處理腔室內的壓力與/或通過增加處理腔室內的溫度來將在步驟408之后可能存在于基板302的表面上的不希望的水分子脫附(desorb)與脫鍵(debond)。揮發成分接著可從處理腔室被排出。
實施例的優點通常包括可重復制造與選擇性沉積具有相對小厚度(諸如小于約
盡管上述說明導向本申請案的實施例，可設想出其他與進一步實施例而不悖離本申請案的基本范圍，并且本申請案的范圍是由所附的申請專利范圍來決定。
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