[发明专利]使用含硅前驱物和原子氧进行高质量流体状硅氧化物的化学气相沉积

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求对Ingel等人在2006年5月30日提交的题为“CHEMICAL  VAPOR DEPOSITION OF HIGH QUALITY FLOW-LIKE SILICON  DIOXIDE USING A SILICON CONTAINING PRECURSOR AND ATOMIC  OXYGEN”的美国临时申请No.60/803,483的权益。本申请还涉及Munro 等人在2006年5月30日提交的题为“A METHOD FOR DEPOSITING AND  CURING LOW-K FILMS FOR GAPFILL AND CONFORMAL FILM  APPLICATIONS”的共同授让的美国临时申请No.60/803,489。本申请还 涉及Chen等人在2006年5月30日提交的题为“A NOVEL  DEPOSITION-PLASMA CURE CYCLE PROCESS TO ENHANCE FILM  QUALITY OF SILICON DIOXIDE”的美国临时申请No.60/803,481。此外， 本申请还涉及Lubomirsky等人在2006年5月30日提交的题为“PROCESS  CHAMBER FOR DIELECTRIC GAPFILL”的美国临时申请No. 60/803,499。这些优先权美国临时专利申请和相关申请的全部内容通用地 通过引用结合于此。

背景技术

随着集成电路上的器件密度不断提高，器件结构的尺寸与间距亦不断 缩小。结构间隙和沟槽的宽度变窄会提高这些结构的高度对宽度的比例(即 高宽比)。换言之，在这些元件内和之间，集成电路器件持续微型化正在以 比纵向高度快的的幅度缩小器件的横向宽度。

虽然通过提高器件结构的高宽比制造器件结构的能力已允许在相同表 面积的半导体芯片基材上放置更多的结构(例如晶体管、电容器、二极管 等)，但也会引起制造上的问题。这些问题之一在于，在填充工艺期间难 以在不产生空隙(void)或裂缝(seam)的情况下完全填满这些结构中的间隙 和沟槽。对于电气隔离彼此相邻的器件结构来说，用介电材料(如氧化硅) 填充间隙和沟槽是必要步骤。若间隙未填充介电材料，则将有太多电噪声 和器件的漏电流从而使器件不能正确操作或根本不能操作。

当间隙宽度较大时(高宽比较小)，较易通过快速沉积介电材料来填充 间隙。沉积材料将覆盖间隙的侧面与底部，并持续由下往上填充，直到填 满裂缝或沟槽。但是随着高宽比增加，要填满既深且窄的沟槽但又不会在 填充空间中有引发空隙或裂缝的阻塞变得越来越困难。

介电层中的空隙与裂缝会在半导体器件制作期间与成品器件中都会产 生问题。任意形成在介电层中的空隙与裂缝具有无法预测的大小、形状、 位置和分布密度。这将会导致对所述层的例如蚀刻、研磨、退火等的不可 预期且不一致的沉积后(post-deposition)处理。成品器件中的空隙与裂缝亦 会造成器件结构的间隙和沟槽中的介电品质差异。因此器件内和器件间将 因电性串扰、漏电、甚至短路而产生不稳且较差的器件性质。

已开发出多种技术，用来最小化在大高宽比结构上沉积介电材料时空 隙与裂缝的形成。这些技术包括减慢介电材料的沉积速率，使介电材料能 更加共形地沉积于沟槽的侧壁与底面。更共形地沉积可减少因沉积材料累 积在沟槽的顶部或中间处导致最后封住空隙项端的情形。然而，减慢沉积 速率代表沉积时间增长，因而降低处理效率和生产速率。

另一种控制空隙形成的技术为增进所沉积的介电材料的流动性。流动 性越佳的材料可越快地填充空隙或裂缝，且可避免其变成填充空间中的永 久性缺陷。增进氧化硅介电材料的流动性通常涉及在用来形成氧化层的前 驱物混合物中添加水蒸气或过氧化物，例如过氧化氢(H₂O₂)。水蒸气会在 沉积膜中产生较多的Si-OH键，使得膜层的流动性提高。然而，不幸的是， 在氧化硅沉积过程中增加水分含量可能对沉积膜的性质造成不良影响，包 括密度(即提高湿蚀刻速率比(WERR))和介电性质(即增加k值)。

因此，目前仍需要能在间隙、沟槽和其它大高宽比器件结构中沉积无 空隙、无裂缝的介电膜的介电沉积系统及方法。也需要可快速沉积具流动 性的介电材料且不会恶化成品填充结构的品质的系统及方法。本发明将提 出介电膜沉积工艺的这些与其它方面。

发明内容