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TW202015131A - 碳間隙填充膜 - Google Patents

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TW202015131A
TW202015131A TW108121511A TW108121511A TW202015131A TW 202015131 A TW202015131 A TW 202015131A TW 108121511 A TW108121511 A TW 108121511A TW 108121511 A TW108121511 A TW 108121511A TW 202015131 A TW202015131 A TW 202015131A
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TW
Taiwan
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plasma
feature
carbon
flowable
Prior art date
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TW108121511A
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English (en)
Inventor
江施施
艾斯華倫納德 凡卡塔蘇巴拉馬尼恩
帕拉米特 曼納
亞伯希吉特巴蘇 馬禮克
Original Assignee
美商應用材料股份有限公司
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Publication date
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Abstract

本案描述了用於在半導體基板上形成可流動碳層的方法。如本文中所述地向含碳前驅物施加局部激發（例如PECVD中的電漿）以在基板上形成可流動碳膜。也發現了遠端激發方法，該遠端激發方法用來藉由以下步驟來產生可流動碳膜：激發穩定的前驅物以產生自由基前驅物，該自由基前驅物接著在基板處理區域中與未激發的含碳前驅物結合。可選的後沉積電漿暴露也可以在沉積之後固化或凝固可流動膜。也描述了用於使用本文中所述的可流動膜來形成氣隙的方法。

Description

碳間隙填充膜
本揭示內容大致係關於沉積薄膜的方法。詳細而言，本揭示內容係關於用可流動碳膜來填充狹窄溝槽及可選地固化可流動膜的過程。
半導體電路元件的微型化已經到達以商業規模製造45 nm、32 nm、28 nm、及甚至20 nm的特徵尺寸的程度。隨著尺度繼續變得越來越小，對於像是用各種材料填充電路元件之間的間隙的過程步驟而言出現了新的挑戰。隨著元件之間的寬度繼續縮小，該等元件之間的間隙通常變得越來越高且越來越狹窄，從而使得難以在間隙填充材料不卡住而產生空隙及弱的接縫的情況下填充間隙。常規的化學氣相沉積（CVD）技術通常在完全填充間隙之前在間隙的頂部處經歷材料的過度生長。這可能在間隙中產生空隙或接縫，在該空隙或接縫處，沉積材料已經由於過度生長過早地切斷（有時候稱為麵包切片（breadloafing）的問題）。
麵包切片問題的一種解決方案是使用在無電漿基板處理區域中結合的間隙填充前驅物及電漿激發的前驅物來形成可新生流動的膜。初沉積的可流動性允許膜使用此種化學氣相沉積技術在沒有接縫或空隙的情況下填充間隙。已經發現此類化學氣相沉積產生了比旋轉塗佈玻璃（SOG）或旋轉塗佈介電體（SOD）過程好的間隙填充性質。儘管由CVD所沉積的可流動膜的沉積具有較少的麵包切片問題，但此類技術對於一些類別的材料而言仍然是不可用的。
儘管可流動CVD技術代表了用其他的間隙填充材料填充高的、狹窄的（即高的深寬比）間隙方面的重大突破，但仍然需要可以用高純度的碳基材料無接縫地填充此類間隙的技術。先前的碳基間隙填充膜含有大量的氧及矽。這些元素顯著地變更了碳基間隙填充膜的性質。
因此，需要用於沉積沒有氧或矽的碳間隙填充膜的前驅物及方法。
此揭示內容的一或更多個實施例涉及可流動碳膜沉積方法。該方法包括以下步驟：將基板提供到處理腔室的基板處理區域。形成包括含碳前驅物的反應電漿。含碳前驅物實質上不包括氧。反應電漿實質上不包括氧。將基板暴露於反應電漿，以在基板上沉積可流動碳膜。可流動碳膜實質上不包括矽或氧。
此揭示內容的額外實施例涉及可流動碳膜沉積方法。該方法包括以下步驟：將基板提供到處理腔室的基板處理區域。基板具有基板表面，基板表面上具有至少一個特徵。至少一個特徵從基板表面向底面延伸達一定深度。至少一個特徵在基板表面處具有由第一側壁及第二側壁所界定的開口寬度。至少一個特徵具有深度與開口寬度的比率，該比率大於或等於約10:1。在基板處理區域內形成第一電漿。第一電漿包括含碳前驅物及第一電漿氣體。含碳前驅物實質上不包括氧，且第一電漿實質上不包括氧。將基板暴露於第一電漿以在至少一個特徵中沉積可流動碳膜。沉積在至少一個特徵中的可流動碳膜實質上不具有接縫，且可流動碳膜實質上不包括矽或氧。將可流動碳膜暴露於第二電漿以固化可流動碳膜。第二電漿是藉由激發第二電漿氣體來產生的。在不中斷真空的情況下在單個腔室中執行該方法。在整個方法中將基板維持在大約相同的溫度下。
此揭示內容的另外的實施例涉及在基板特徵中形成氣隙的方法。該方法包括以下步驟：將基板提供到處理腔室的基板處理區域。基板具有基板表面，基板表面上具有至少一個特徵。至少一個特徵從基板表面向底面延伸達一定深度。至少一個特徵在基板表面處具有由第一側壁及第二側壁所界定的開口寬度。至少一個特徵具有深度與開口寬度的比率，該比率大於或等於約10:1。在至少一個特徵的第一部分中沉積可流動碳膜。藉由一個過程來沉積可流動碳膜，該過程包括以下步驟：激發含碳前驅物以形成電漿。含碳前驅物實質上不包括氧。電漿實質上不包括氧。將基板暴露於電漿以在至少一個特徵中沉積可流動碳膜。沉積在至少一個特徵中的可流動碳膜實質上不具有接縫，且可流動碳膜實質上不包括矽或氧。在至少一個特徵的第二部分中的可流動碳膜上沉積材料。從至少一個特徵的第一部分移除可流動碳膜，以在至少一個特徵的第一部分中形成氣隙。
如此說明書及隨附申請專利範圍中所使用的，用語「基板」及「晶圓」可互換使用，兩者都指過程在上面作用的表面或表面的一部分。本領域中的技術人員也將了解到，對基板的指稱也可以僅指基板的一部分，除非上下文另有明確指示。此外，對沉積在基板上的指稱可以意味著裸基板及上面沉積或形成有一或更多個膜或特徵的基板。
如本文中所使用的「基板」指的是任何基板或形成於基板上的材料表面，膜處理在製造過程期間執行於該基板或材料表面上。例如，取決於應用，可以在上面執行處理的基板表面包括例如矽、氧化矽、應變矽、絕緣體上矽結構（SOI）、摻碳氧化矽、氮化矽、摻雜矽、鍺、砷化鎵、玻璃、藍寶石、及任何其他材料（例如金屬、氮化金屬、金屬合金、及其他導電材料）的材料。基板包括（但不限於）半導體晶圓。可以將基板暴露於預處理過程以拋光、蝕刻、還原、氧化、羥基化（或用其他方式產生或移植目標化學部分以賦予化學功能性）、退火、及/或烘烤基板表面。除了直接在基板本身的表面上進行薄膜處理以外，在本揭示內容中，也可以如下文更詳細揭露地在形成於基板上的下層上執行所揭露的薄膜處理步驟中的任一者，且用語「基板表面」在上下文指示時旨在包括此類下層。因此，例如，若已經將膜/層或部分的膜/層沉積到基板表面上，則新沉積的膜/層的受暴面變成基板表面。給定的基板表面所包括的內容將取決於要沉積的膜以及所使用的特定化學物質。
如此說明書及隨附申請專利範圍中所使用的，用語「反應氣體」、「前驅物」、「反應劑」等等可互換使用以意指包括與基板表面起反應的物種的氣體。例如，第一「反應氣體」可以僅吸附到基板的表面上且可用於與第二反應氣體進行進一步的化學反應。
如本文中所使用的用語「約」意味著近似或幾乎，且在所闡述的數值或範圍的背景脈絡下，意味著±15%或更小的數值變化。例如，相差達±14%、±10%、±5%、±2%、或±1%的值會滿足「約」的定義。
此揭示內容的實施例與用於在半導體基板上形成可流動碳層及可選地固化或凝固可流動碳層的方法相關。如此揭示內容及隨附申請專利範圍通篇使用的，應將碳層及碳膜了解為指相同的材料。可以如本文中進一步描述地由實質上不包括氧原子的含碳前驅物形成反應電漿以在基板上形成可流動的碳膜。也發現了遠端激發方法，該遠端激發方法用來藉由以下步驟來產生可流動碳膜：激發穩定的前驅物以產生自由基前驅物，該自由基前驅物接著與未激發的含碳前驅物結合以在基板處理區域中形成反應電漿。
在局部激發的情況下，可以使用局部電漿來激發含碳前驅物。發明人已經確定，可以修改這些技術以在收容激發區域的相同基板處理區域中在基板上形成可流動碳膜。在一些實施例中，過程允許在前驅物行進到基板之前對前驅物適當地重組及去激發。重組及去激發從反應物流移除了離子化物種且允許新生的膜在凝固或固化之前流動。後續論述中所呈現的流量、前驅物、及過程參數適用於局部及遠端電漿技術。
在示例性遠端電漿CVD過程中，可流動碳膜的碳成分可以來自含碳前驅物，該含碳前驅物被形成於遠端電漿中的自由基前驅物激發，該遠端電漿形成在基板處理區域外部。自由基前驅物可以由氨、氬、氫、氦等等所形成。自由基前驅物實質上不包括氧原子。因為含碳前驅物及穩定的前驅物/自由基前驅物兩者實質上不包括氧原子，反應電漿實質上不包括氧原子。遠端電漿可以是遠端電漿系統或在相同的基板處理系統內但藉由淋噴頭與基板處理區域分開的隔室。部分地活化自由基前驅物以在低沉積溫度下結合含碳前驅物時形成可流動碳膜。在基板的被結構化為具有高的深寬比的間隙的彼等部分中，可以在實質上沒有接縫的情況下將可流動的碳材料沉積到彼等間隙中。
為了較佳地了解及理解本發明，現在參照圖1，圖1是示出依據本發明的實施例在基板上形成可流動碳層的方法中的選定步驟的流程圖。該方法包括以下步驟：將含碳前驅物提供102到化學氣相沉積腔室的基板處理區域。含碳前驅物提供了用於形成可流動碳層的碳。
含碳前驅物包括烴且在本發明的實施例中由烴組成。含碳前驅物由碳、氫、及可選的氮所組成。含碳前驅物在所揭露的實施例中不具有氧或氟（或其他鹵素原子）。示例性的含碳前驅物包括烷烴、烯烴、炴烴、胺、亞胺、及腈。
示例性的含碳前驅物包括甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯、丙炔、丁烷、丁烯、丁炔、己烷、己烯、己炔、庚烷、庚烯、庚烯、辛烷、辛烯、辛炔、及較長鏈的烴等等。含碳前驅物可以是環烴，包括但不限於環丙烷、環己烷、環己烯、或環庚烷。含碳前驅物可以是芳香烴。示例性的含碳前驅物可以包括苯、甲苯、二甲苯、均三甲苯、苯胺、及吡啶。在一些實施例中，含碳前驅物基本上由丙烯、乙炔、或甲烷組成。
一般而言，含碳前驅物可以包括碳及氫，但也可以包括氮。在特定實施例中，含碳前驅物的反應成分基本上由碳及氫組成。如這樣使用的，用語「基本上由...組成」意味著，標的反應氣體的組成以原子計大於或等於約95%、98%、99%、或99.5%的所陳述的元素（總和）。含碳前驅物可以由碳、氫、及氮組成。在一些實施例中，含碳前驅物包括四到十二個、四到十個、四到八個、六到十二個、六到十個、八到十二個、或大於或等於四個、六個、八個、或十二個碳原子。
在一些實施例中，含碳前驅物包括至少一個不飽和鍵。在一些實施例中，不飽和鍵是碳-碳不飽和鍵。在一些實施例中，不飽和鍵是碳-氮不飽和鍵。在一些實施例中，含碳前驅物包括乙烯基官能團。在一些實施例中，含碳前驅物選自由以下項目所組成的群組：乙烯、丙烯、異丁烯、丁二烯、及苯乙烯。在一些實施例中，不飽和鍵是終端不飽和鍵。在一些實施例中，含碳前驅物包括芳香族或非芳香族的環狀結構。
穩定的前驅物流動到遠端電漿區域中（操作104）以產生自由基前驅物。自由基前驅物通過淋噴頭流動到基板處理區域中（操作106），在基板處理區域處，自由基前驅物與含碳前驅物結合（操作108）以形成反應電漿。含碳前驅物還未流動通過電漿且僅被自由基前驅物激發。已經發現未激發的含碳前驅物及自由基前驅物結合使得形成可流動的碳層（操作110）。
一般而言，穩定的前驅物可以包括不包含氧或矽的任何合適的氣體。示例性的穩定前驅物包括惰性氣體（例如Ne、Kr、Ar、Xe、He）、NH3 、及H2 。在所揭露的實施例中，穩定前驅物（且因此自由基前驅物）的流速可為大於或約300 sccm、大於或約500 sccm、或大於或約700 sccm。在所揭露的實施例中，含碳前驅物的流速可為大於或約100 sccm、大於或約200 sccm、大於或約250 sccm、大於或約275 sccm、大於或約300 sccm、大於或約350 sccm、大於或約400 sccm等等或更大。
用於形成及沉積可流動碳層的半導體基板可以是圖案化的半導體基板，且可以具有用於形成於半導體基板上的裝置部件（例如電晶體）的間隔及結構的複數個間隙或特徵。間隙可以具有界定高度比寬度（即H/W）的深寬比（AR）的高度及寬度，該深寬比顯著大於1:1（例如5:1或更大、6:1或更大、7:1或更大、8:1或更大、9:1或更大、10:1或更大、11:1或更大、12:1或更大等等）。在許多實例中，高的AR是由小的間隙寬度引起的，該等間隙寬度的範圍從約90 nm到約22 nm或更小（例如小於90 nm、65 nm、50 nm、45 nm、32 nm、22 nm、16 nm等等）。因為碳層起初是可流動的，它可以在不圍繞填充材料的中心產生空隙或弱接縫的情況下填充具有高的深寬比的間隙。例如，沉積的可流動材料較不可能在間隙被完全填充之前過早地「阻塞」或覆蓋間隙的頂部而在間隙中間留下空隙或接縫。
基板具有頂面。至少一個特徵在頂面中形成開口。特徵從頂面向底面延伸達一定深度。特徵具有界定特徵的開口寬度的第一側壁及第二側壁。由側壁及底部所形成的開放區域也稱為間隙。
在具體的實施例中，特徵是溝槽。特徵可以具有任何合適的深寬比（特徵的深度與特徵的寬度的比率）。在一些實施例中，深寬比大於或等於約5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、30:1、35:1、或40:1。
藉由原子濃度來量測，在本發明的實施例中，碳層可以含有至少70％的碳、至少75％的碳、至少80％的碳、及至少85％的碳。一般而言，碳層可以包括碳及氫，但也可以包括氮或其他的元素。碳層實質上不包括矽或氧。在特定實施例中，無矽的含碳層可以由碳及氫組成。碳層可以由碳、氫、及氮組成。
可以藉由形成於定位在沉積腔室外部或內部的遠端電漿系統（RPS）中的電漿將穩定的前驅物通電以形成自由基前驅物。可以將穩定前驅物暴露於遠端電漿，在該遠端電漿處，該穩定前驅物被解離、自由基化、及/或用其他方式轉變成也稱為自由基前驅物的電漿溢流。接著將自由基前驅物引入到基板處理區域，以首次與單獨引入的含碳前驅物混合以形成反應電漿。藉由與自由基前驅物接觸激發含碳前驅物，而不是直接藉由電漿來激發含碳前驅物，形成了獨特的沉積媒介。若電漿直接激發含碳前驅物，則這些媒介不會存在。這些沉積媒介可以包含較長的碳鏈，這允許碳層起初是可流動的，不像常規的碳層沉積技術。形成期間的可流動本性允許層在凝固或固化之前流動到狹窄特徵中。
替代於（或附加性於）外部電漿區域，可以在沉積腔室內部的電漿區域中激發穩定前驅物。此電漿區域可以是從基板處理區域分割的。前驅物在基板處理區域中混合及反應，以在基板的受暴面上沉積可流動碳層。無論電漿區域的位置如何，都可以在沉積過程期間將基板處理區域描述為「無電漿」區域。應注意，「無電漿」不一定指區域不含電漿。腔室電漿區域中的電漿的邊界是難以界定的，且若正使用淋噴頭來將前驅物輸送到基板處理區域，則可能通過例如淋噴頭的孔侵入基板處理區域。若將感應耦接式電漿合併到沉積腔室中，則在不偏離本發明的範圍的情況下，可能甚至在沉積期間在基板處理區域中起動小量的離子化。具有比在產生自由基前驅物的期間的腔室電漿區域低得多的離子密度的電漿的所有成因都未偏離如本文中所使用的「無電漿」的範圍。
碳層形成於基板上且起初在沉積期間是可流動的。可流動性的起因可能與膜中除了碳以外的氫的存在有關。認為氫在膜中作為C-H鍵而存在，這可以有助於初始可流動性。在沉積碳層的期間，基板處理區域的反應區域中的溫度可以是低的（例如小於100℃），且總腔室壓力可以為約0.1托到約10托（例如約1到約10托等等）。可以部分地藉由支撐基板的溫度受控托座來控制溫度。可以將托座熱耦接到冷卻/加熱單元，該冷卻/加熱單元將托座及基板的溫度調整到例如約-100℃到約100℃。可流動性並不依賴高的基板溫度；因此即使在相對低溫的基板上，起初可流動的碳層也可以填充間隙。在形成碳層的期間，基板溫度可為低於或約100℃、低於或約50℃、低於或約25℃、或低於或約0℃。
可以將起初可流動的碳層沉積於受暴平坦面上以及沉積到間隙中。如在圖案化基板上的開放區域上所量測到的，在所揭露的實施例中，沉積厚度可以為約50 Å或更大、約100 Å或更大、約150 Å或更大、約200 Å或更大、約300 Å或更大、或約400 Å。在本發明的實施例中，沉積厚度可以為約2000 Å或更小、約1500 Å或更小、約1000 Å或更小、約800 Å或更小、約600 Å或更小、或約500 Å。可以藉由將這些上限中的一者與下限中的一者結合來獲得額外揭露的實施例。
在可流動碳層達到所需的厚度時，可以從沉積腔室移除過程溢流。這些過程溢流可以包括任何未反應的自由基前驅物及含碳前驅物、稀釋劑及/或載體氣體、及未沉積在基板上的反應產物。可以藉由將沉積腔室排氣及/或在沉積區域中用非沉積氣體取代溢流來移除過程溢流。
如先前指示的，可以使用局部激發來代替遠端電漿激發。可以使用局部電漿來激發含碳前驅物。在所揭露的實施例中，也可以使用PE-CVD，以藉由將局部電漿強度減少到低於約100瓦特、低於約50瓦特、低於約40瓦特、低於約30瓦特、或低於約20瓦特，來形成可流動碳膜。在一些實施例中，局部電漿可以大於3瓦特或大於5瓦特。可以將上邊界中的任一者與下邊界中的任一者結合以形成額外的實施例。可以藉由透過在例如氣體分佈淋噴頭與托座/基板之間的電容耦接電力施加RF能量來影響電漿。由於電漿不穩定性及先前不合需要地低的膜生長速率，一般不將此類低電力用在先前技術的系統中。在本文中所述的所有實施例中需要低的基板溫度（如先前所概述）以形成可流動碳膜。在本發明的實施例中，較高的過程壓力也有助於去激發及促進可流動的膜，且可以將基板處理區域維持在0.1托與10托之間的壓力下。對於PE-CVD而言，可以將氣體供應淋噴頭之間的間隔增加到對於先前技術的過程而言被認為是不合需要的間隔。在所揭露的實施例中，已經發現大於或等於約300密耳、約400密耳、約500密耳、約750密耳、約1000密耳、約1500密耳、約2000密耳、約5000密耳、約7500密耳、約10000密耳、或約12000密耳的較大的氣體供應器到基板面的間隔產生了可流動的碳膜。
將在描述一些示例性硬體的過程中介紹額外的過程參數。可以實施本發明的實施例的沉積腔室可以包括高密度電漿化學氣相沉積（HDP-CVD）腔室、電漿增強化學氣相沉積（PECVD）腔室、亞大氣壓化學氣相沉積（SACVD） 腔室、及熱化學氣相沉積腔室等類型的腔室。
可以將沉積系統的實施例合併到用於生產積體電路晶片的較大型製造系統中。圖2示出依據所揭露的實施例的沉積腔室及其他處理腔室的一個此類系統1001。在圖式中，一對FOUP（前開式晶圓傳送盒）1002供應基底基板（例如300 mm直徑的晶圓），該等基板被機器手臂1004接收且在安置到晶圓處理腔室1008a-f中的一者中之前安置到低壓貯留區域1006中。可以使用第二機器手臂1010來將基底晶圓從貯留區域1006運輸到處理腔室1008a-f及運輸回來。處理腔室1008a-f可以包括用於在基底晶圓上沉積可流動介電膜的一或更多個系統元件。在一種配置中，可以將所有三對腔室（例如1008a-f）配置為在基板上沉積可流動介電膜。在不同的實施例中，可以在與所示出的製造系統分開的腔室上實現所述過程中的任一者或更多者。
圖3A是依據所揭露的實施例的基板處理腔室1101。遠端電漿系統（RPS）1110可以處理氣體，該氣體接著行進通過氣體入口組件1111。在氣體入口組件1111內可以看見兩個相異的氣體供應通道。第一通道1112承載穿過遠端電漿系統（RPS）1110的氣體，而第二通道1113繞過RPS 1110。在所揭露的實施例中，第一通道1112可以用於過程氣體，且第二通道1113可以用於處理氣體。蓋（或導電頂部）1121及淋噴頭1153被示為在其間具有絕緣環1124，這允許相對於淋噴頭1153向蓋1121施加AC電勢。過程氣體行進通過第一通道1112進入腔室電漿區域1120，且可以單獨地或與RPS 1110結合地被腔室電漿區域1120中的電漿激發。本文中可以將腔室電漿區域1120及/或RPS 1110的組合稱為遠端電漿系統。有孔隔板（也稱為淋噴頭）1153將腔室電漿區域1120與淋噴頭1153下方的基板處理區域1170分開。淋噴頭1153允許存在於腔室電漿區域1120中的電漿避免直接激發基板處理區域1170中的氣體，同時仍然允許激發的物種從腔室電漿區域1120行進到基板處理區域1170中。
淋噴頭1153被定位在腔室電漿區域1120與基板處理區域1170之間，且允許腔室電漿區域1120內所產生的電漿溢流（前驅物或其他氣體的激發衍生物）穿過橫過板子的厚度的複數個通孔1156。淋噴頭1153也具有一或更多個空心容積1151，該一或更多個空心容積可以填充有蒸氣或氣體的形式的前驅物（例如無矽含碳前驅物）且穿過小孔洞1155進入基板處理區域1170但不直接進入腔室電漿區域1120。在此揭露的實施例中，淋噴頭1153比通孔1156的最小直徑1150的長度厚。為了維持從腔室電漿區域1120穿透到基板處理區域1170的大濃度激發物種，可以藉由將通孔1156的較大直徑部分部分形成通過淋噴頭1153來限制通孔的最小直徑1150的長度1126。在所揭露的實施例中，通孔1156的最小直徑1150的長度可以是與通孔1156的最小直徑相同的數量級或更小。
在所示的實施例中，淋噴頭1153可以分佈（經由通孔1156分佈）包含氧、氫、及/或氮的過程氣體及/或此類過程氣體在被腔室電漿區域1120中的電漿激發之後的電漿溢流。在實施例中，引入到RPS 1110中及/或通過第一通道1112引入到腔室電漿區域1120中的過程氣體可以包含NH3 、Nx Hy （包括N2 H4 ）、或載體氣體（例如氦、氬、氮（N2 ）等等）中的一或更多者。第二通道1113也可以遞送過程氣體及/或載體氣體。電漿溢流可以包括過程氣體的離子化或中性的衍生物，且在本文中也可以稱為自由基前驅物或甚至是指稱所引入的過程氣體的原子成分的自由基氮前驅物。
在實施例中，通孔1156的數量可以是在約60個與約2000個之間。通孔1156可以具有各種形狀，但最容易製成圓形。在所揭露的實施例中，通孔1156的最小直徑1150可以是在約0.5 mm與約20 mm之間或在約1 mm與約6 mm之間。也存在著選擇通孔的橫截面形狀的寬容度，可以將該橫截面形狀製作成錐形、圓柱形、或這兩種形狀的組合。在不同的實施例中，用來將氣體引入到基板處理區域1170中的小孔洞1155的數量可以是在約100個與約5000個之間或在約500個與約2000個之間。小孔洞1155的直徑可以是在約0.1 mm與約2 mm之間。
圖3B是依據所揭露的實施例的用於與處理腔室一起使用的淋噴頭1153的仰視圖。淋噴頭1153與圖3A中所示的淋噴頭對應。通孔1156被描繪為在淋噴頭1153的底部上具有較大的內徑（ID）且在頂部處具有較小的ID。小孔洞1155實質上均勻地分佈在淋噴頭的表面上甚至是在通孔1156之中，這有助於與本文中所述的其他實施例相比提供更均勻的混合。
在通過淋噴頭1153中的通孔1156到達的電漿溢流與通過源自空心容積1151的小孔洞1155到達的含碳前驅物結合時，示例性膜產生在由基板處理區域1170內的托座（未示出）所支撐的基板上。可以將基板處理區域1170裝配為支撐電漿。在所揭露的實施例中，在形成一些碳膜時的沉積期間，溫和的電漿存在於基板處理區域1170中，而在其他示例性膜的生長期間不存在電漿。
可以在淋噴頭1153上方的腔室電漿區域1120或淋噴頭1153下方的基板處理區域1170中的任一者中點燃電漿。電漿存在於腔室電漿區域1120中以由過程氣體的流入物產生自由基前驅物。在處理腔室的導電頂部1121與淋噴頭1153之間施加一般是在射頻（RF）範圍中的AC電壓以在沉積期間點燃腔室電漿區域1120中的電漿。RF電源產生13.56 MHz的高RF頻率，但也可以單獨地或與13.56 MHz的頻率結合地產生其他頻率。
在可流動膜的沉積期間，一些實施例的電漿功率可以是在約10 W到約200 W、約10 W到約100W、約10 W到約50W、約50 W到約200W、約50W到約100 W、約100 W到約200W的範圍中。在可選的後沉積固化過程期間，電漿功率是在約100 W到約500 W、約100 W到約400 W、約100 W到約300 W、約100 W到約200 W、約200 W到約500 W、約200 W到約400 W、約200 W到約300 W、約300 W到約500 W、約300 W到約400 W、或約400 W到約500 W的範圍中。
在沉積期間接通基板處理區域1170中的底部電漿時，或為了清潔鄰接基板處理區域1170的內表面，可以將頂部電漿保持在低功率或無功率。藉由在淋噴頭1153與腔室的托座或底部之間施加AC電壓來點燃基板處理區域1170中的電漿。可以在電漿存在的同時將清潔氣體引入到基板處理區域1170中。
托座可以具有熱交換通道，熱交換流體流動通過該熱交換通道以控制基板的溫度。此配置允許冷卻或加熱基板溫度以維持相對低的溫度（從室溫到約120℃）。熱交換流體可以包括乙二醇及水。也可以使用嵌入的單環路嵌入式加熱元件來電阻式地加熱托座的晶圓支撐盤（優選地是鋁、陶瓷、或上述項目的組合）以實現相對高的溫度（從約120℃到約1100℃），該加熱元件被配置為製作平行同心圓形式的兩個全匝。加熱元件的外部可以與支撐盤的周邊相鄰地延伸，而內部在具有較小半徑的同心圓的路徑上延伸。通往加熱元件的線路穿過托座的桿。
基板處理系統是由系統控制器所控制的。在一個示例性的實施例中，系統控制器包括硬碟機、軟碟機、及處理器。處理器包含單板電腦（SBC）、類比及數位輸入/輸出板、介面板、及步進馬達控制板。CVD系統的各種部件符合Versa Modular European（VME）標準，該標準界定了板、卡籠、及連接器的尺度及類型。VME標準也將匯流排結構界定為具有16位元的資料匯流排及24位元的位址匯流排。
系統控制器控制沉積系統的所有活動。系統控制器執行系統控制軟體，該系統控制軟體是儲存在電腦可讀取媒體中的電腦程式。該媒體可以是硬碟機或其他種類的記憶體。電腦程式包括指令集，該等指令集支配時序、氣體的混合、腔室壓力、腔室溫度、RF電力水平、基座位置、及特定過程的其他參數。也可以使用儲存在包括例如軟碟或其他的另一種適當驅動器的其他記憶裝置上的其他電腦程式來指示系統控制器。
控制器包括用來控制過程序列及調節來自氣體面板的氣體流的中央處理單元（CPU）、記憶體、及一或更多個支援電路系統。CPU可以是可以用在工業環境中的任何形式的通用電腦處理器。可以將軟體常式儲存在記憶體中，例如隨機存取記憶體、唯讀記憶體、軟碟機、或硬碟機、或其他形式的數位儲存器。支援電路系統常規上被耦接到CPU，且可以包括快取記憶體、時脈電路系統、輸入/輸出系統、電源等等。
記憶體可以包括暫時性記憶體（例如隨機存取記憶體）及非暫時性記憶體（例如儲存器）中的一或更多者。處理器的記憶體或電腦可讀取媒體可以是可隨時取得的記憶體中的一或更多者，例如隨機存取記憶體（RAM）、唯讀記憶體（ROM）、軟碟、硬碟、或任何其他形式的本端或遠端數位儲存器。記憶體可以保存指令集，該指令集可以由處理器操作以控制系統的參數及部件。
一般可以將過程儲存在記憶體中作為軟體常式，該軟體常式在由處理器執行時使得過程腔室執行本揭示內容的過程。也可以由第二處理器（未示出）儲存及/或執行軟體常式，該第二處理器定位在被處理器控制的硬體的遠端。也可以用硬體執行本揭示內容的方法中的一些或全部。如此，過程可以用軟體實施且使用電腦系統來執行、用硬體實施為例如應用特定積體電路或其他類型的硬體實施方式、或實施為軟體及硬體的組合。軟體常式在由處理器執行時，將通用電腦變換成控制腔室操作使得過程被執行的專用電腦（控制器）。
一些實施例的控制器被配置為與硬體交互作用以執行程式化的功能。例如，可以將控制器配置為控制一或更多個閥門、馬達、致動器、電源等等。
參照圖1的112處，可以在沉積之後可選地固化或凝固起初可流動的碳膜。在一些實施例中，在沒有接縫的情況下沉積到基板特徵中之後固化可流動碳膜。
藉由暴露於第二電漿來固化可流動碳膜。第二電漿是藉由激發第二電漿氣體來形成的。在一些實施例中，第二電漿氣體包括H2 、Ar、He、或N2 中的一或更多者。
本揭示內容的一些實施例有利地提供了要在與沉積可流動碳膜相同的腔室中固化的可流動膜，從而與涉及不同腔室的過程相比提供了增加的產量。在一些實施例中，整個方法（沉積及固化）是在不中斷真空的情況下在單個腔室中執行的。在一些實施例中，在將基板暴露於反應電漿（沉積可流動碳膜）及第二電漿（固化碳膜）的同時，將基板維持在大約相同的溫度下。
儘管一些過程參數可以在沉積與固化過程之間保持相同，但也可以在這兩個過程之間單獨控制其他的過程參數。例如，在一些實施例中，可以在沉積期間將過程腔室在沉積期間的壓力維持在約1托到約10托的範圍中，但可以在固化期間將該壓力降低到約3毫托到約2托的範圍。
在固化過程期間所利用的電漿可以是感應耦接式電漿或電容耦接式電漿。在一些實施例中，電漿功率是在約100 W到約500 W的範圍中或在如其他處所論述的其子範圍中。在一些實施例中，電漿頻率可以是在約400 kHz到約40 MHz的範圍中。
本揭示內容的一些實施例提供了用於使用本文中所揭露的可流動碳膜在基板特徵內形成氣隙的方法。如在這方面所使用的，氣隙是產生在基板特徵內的有意空隙。
在一些實施例中，藉由本文中所揭露的實施例將可流動碳膜沉積在特徵的第一部分中，且將額外的材料沉積在特徵的第二部分中的可流動碳膜上。在沉積額外的材料之後，移除可流動碳膜。在一些實施例中，可以藉由UV處理或藉由將基板暴露於基本上由氧組成的電漿，來移除可流動碳膜。如在這方面所使用的，基本上由氧組成的電漿包括激發的氧物種及離子，且可以由任何合適的材料（例如氧氣、臭氧）產生。
與沉積及固化過程類似，可以在不中斷真空的情況下將氣隙形成所需的過程整合及執行在單個腔室中。在一些實施例中，在形成氣隙的整個方法中將基板維持在大約相同的溫度下。
在一些實施例中，如上文所揭露地固化可流動膜。在一些實施例中，在沉積額外的材料之前固化可流動碳膜。在一些實施例中，在沉積額外的材料之後固化可流動碳膜。對於固化可流動膜的實施例而言，氣隙是藉由從特徵的第一部分移除固化的膜來形成的。
在不暗示蝕刻的幾何形狀具有大的水平深寬比的情況下在各處使用用語「間隙」。從表面上方來看，溝槽可以呈現圓形、橢圓形、多邊形、矩形、或各種其他的形狀。如本文中所使用的，保形層指的是表面上的呈現與該表面相同的形狀的大致均勻的材料層，即層的表面及被覆蓋的表面是大致平行的。本領域中的一般技術人員將認識到，沉積的材料可能不是100%保形的，且因此用語「大致」允許可接受的容差。
已經描述了幾個實施例，本領域中的技術人員將認識到，可以在不脫離本發明的精神的情況下使用各種變體、替代結構、及等效物。此外，並未描述許多眾所周知的過程及元件，以避免不必要地模糊了本發明。因此，不應將以上說明視為限制本發明的範圍。
整篇此說明書的對於「一個實施例」、「某些實施例」、「一或更多個實施例」、或「一實施例」的指稱意味著，與實施例結合描述的特定特徵、結構、材料、或特性被包括在本揭示內容的至少一個實施例中。因此，整篇此說明書的各種地方中的例如「在一或更多個實施例中」、「在某些實施例中」、「在一個實施例中」、或「在一實施例中」的語句的出現不一定是指本揭示內容的相同實施例。並且，可以在一或更多個實施例中用任何合適的方式結合特定的特徵、結構、材料、或特性。
儘管已經參照了詳細的實施例來描述本文中的發明，但要了解到，這些實施例僅說明本發明的原理及應用。本領域中的技術人員將理解到，可以在不脫離本發明的精神及範圍的情況下對本發明的方法及設備作出各種修改及變化。因此，本發明旨在包括隨附申請專利範圍及它們等效物的範圍內的修改及變化。
102:操作 104:操作 106:操作 108:操作 110:操作 112:操作 1001:系統 1002:FOUP（前開式晶圓傳送盒） 1004:機器手臂 1006:貯留區域 1010:第二機器手臂 1101:基板處理腔室 1110:遠端電漿系統（RPS） 1111:氣體入口組件 1112:第一通道 1113:第二通道 1120:腔室電漿區域 1121:導電頂部 1124:絕緣環 1126:長度 1150:最小直徑 1151:空心容積 1153:淋噴頭 1155:小孔洞 1156:通孔 1170:基板處理區域 1008a:晶圓處理腔室 1008b:晶圓處理腔室 1008c:晶圓處理腔室 1008d:晶圓處理腔室 1008e:晶圓處理腔室 1008f:晶圓處理腔室
可以藉由參照實施例來獲得可以用來詳細了解上文所載的本發明特徵的方式及上文簡要概述的本發明的更詳細描述，該等實施例中的一些被繪示在附圖中。然而，應注意，附圖僅繪示此發明的典型實施例且因此不要將其視為此發明的範圍限制，因為本發明可以接納其他同等有效的實施例。
圖1是繪示在基板上形成可流動碳層的方法中的選定步驟的流程圖；
圖2示出依據本揭示內容的一些實施例的基板處理系統；
圖3A示出依據本揭示内容的一些實施例的基板處理腔室；以及
圖3B示出依據本揭示內容的一些實施例的氣體分佈淋噴頭。
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Claims (20)

  1. 一種可流動碳膜沉積方法，包括以下步驟： 將一基板提供到一處理腔室的一基板處理區域； 形成包括一含碳前驅物的一反應電漿，該含碳前驅物實質上不包括氧，該反應電漿實質上不包括氧；以及 將該基板暴露於該反應電漿，以在該基板上沉積一可流動碳膜，該可流動碳膜實質上不包括矽或氧。
  2. 如請求項1所述的方法，其中該基板具有一基板表面，該基板表面上具有至少一個特徵，該至少一個特徵從該基板表面向一底面延伸達一深度，該至少一個特徵在該基板表面處具有由一第一側壁及一第二側壁所界定的一開口寬度，該可流動碳膜被沉積在該至少一個特徵中，且該至少一個特徵具有該深度與該開口寬度的一比率，該比率大於或等於約10:1。
  3. 如請求項2所述的方法，其中沉積在該至少一個特徵中的該可流動碳膜實質上不具有接縫。
  4. 如請求項1所述的方法，其中該含碳前驅物基本上由丙烯、乙炔、或甲烷組成。
  5. 如請求項1所述的方法，其中該含碳前驅物包括四個到十二個碳原子。
  6. 如請求項1所述的方法，其中該含碳前驅物包括至少一個不飽和鍵。
  7. 如請求項6所述的方法，其中該含碳前驅物包括一乙烯基官能團。
  8. 如請求項7所述的方法，其中該含碳前驅物選自由以下項目所組成的群組：乙烯、丙烯、異丁烯、丁二烯、及苯乙烯。
  9. 如請求項6所述的方法，其中該不飽和鍵是一終端不飽和鍵。
  10. 如請求項1所述的方法，更包括以下步驟：將該可流動碳膜暴露於一第二電漿以固化該可流動碳膜。
  11. 如請求項10所述的方法，其中藉由激發一第二電漿氣體來產生該第二電漿，該第二電漿氣體包括H2 、Ar、He、或N2 。
  12. 如請求項10所述的方法，其中在不中斷真空的情況下在一單個腔室中執行該方法。
  13. 如請求項10所述的方法，其中在將該基板暴露於該反應電漿及該第二電漿的同時，將該基板維持在大約相同的溫度下。
  14. 如請求項1所述的方法，其中將該基板維持在約-100℃到約100℃的範圍中的一溫度下。
  15. 如請求項14所述的方法，其中將該基板維持在小於或等於25℃的一溫度下。
  16. 一種可流動碳膜沉積方法，包括以下步驟： 將一基板提供到一處理腔室的一基板處理區域，該基板具有一基板表面，該基板表面上具有至少一個特徵，該至少一個特徵從該基板表面向一底面延伸達一深度，該至少一個特徵在該基板表面處具有由一第一側壁及一第二側壁所界定的一開口寬度，該至少一個特徵具有該深度與該開口寬度的一比率，該比率大於或等於約10:1； 在該基板處理區域內形成一第一電漿，該第一電漿包括一含碳前驅物及一第一電漿氣體，該含碳前驅物實質上不包括氧，該第一電漿實質上不包括氧； 將該基板暴露於該第一電漿，以在該至少一個特徵中沉積一可流動碳膜，沉積在該至少一個特徵中的該可流動碳膜實質上不具有接縫，且該可流動碳膜實質上不包括矽或氧；以及 將該可流動碳膜暴露於一第二電漿以固化該可流動碳膜，該第二電漿是藉由激發一第二電漿氣體來產生的， 其中在不中斷真空的情況下在一單個腔室中執行該方法，且在整個該方法中將該基板維持在大約相同的溫度下。
  17. 一種在一基板特徵中形成一氣隙的方法，該方法包括以下步驟： 將一基板提供到一處理腔室的一基板處理區域，該基板具有一基板表面，該基板表面上具有至少一個特徵，該至少一個特徵從該基板表面向一底面延伸達一深度，該至少一個特徵在該基板表面處具有由一第一側壁及一第二側壁所界定的一開口寬度，該至少一個特徵具有該深度與該開口寬度的一比率，該比率大於或等於約10:1； 藉由一過程在該至少一個特徵的一第一部分中沉積一可流動碳膜，該過程包括以下步驟： 激發一含碳前驅物以形成一電漿，該含碳前驅物實質上不包括氧，該電漿實質上不包括氧；以及 將該基板暴露於該電漿，以在該至少一個特徵中沉積一可流動碳膜，沉積在該至少一個特徵中的該可流動碳膜實質上不具有接縫，且該可流動碳膜實質上不包括矽或氧； 在該至少一個特徵的一第二部分中的該可流動碳膜上沉積一材料；以及 從該至少一個特徵的該第一部分移除該可流動碳膜，以在該至少一個特徵的該第一部分中形成一氣隙。
  18. 如請求項17所述的方法，其中藉由UV處理或藉由將該基板暴露於基本上由氧組成的一電漿，來移除該可流動碳膜。
  19. 如請求項17所述的方法，其中在不中斷真空的情況下在一單個腔室中執行該方法，且在整個該方法中將該基板維持在大約相同的溫度下。
  20. 如請求項17所述的方法，更包括以下步驟：將該可流動碳膜暴露於一第二電漿以固化該可流動碳膜，該第二電漿是藉由激發一第二電漿氣體來產生的。
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