[发明专利]含硅碳膜的化学气相沉积的基态氢自由基源

说明书

本发明涉及含硅碳膜的化学气相沉积的基态氢自由基源，具体而言，通过下列步骤将薄层的含硅碳膜沉积在衬底上：从被提供给自由基发生室的氢气产生氢自由基；将氢自由基提供给经由多舱口气体分配器与衬底处理室分立的衬底处理室；以及使其中的氢自由基与同时被引入到衬底处理室的有机硅反应物作反应。在与有机硅反应物反应之前，氢自由基被允许在衬底处理室内的自由基弛豫区内弛豫到基态。

本申请是申请日为2014年10月24日、中国专利申请号为201410576747.1、发明名称为“含硅碳膜的化学气相沉积的基态氢自由基源”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明总体上涉及半导体加工领域，更具体地涉及含硅碳膜的化学气相沉积的基态氢自由基源。

背景技术

碳化硅薄膜经常在半导体衬底加工操作中被用作阻挡层。如此，碳化硅薄膜经常必须具有高密度(例如大于约2g/cc)，必须是气密的，并且必须具有低孔隙率以防止不希望有的材料(例如金属原子或空气)通过阻挡层扩散或防止对阻挡层的不希望有的蚀刻。

有些已暗示产生远程氢等离子体可改善碳化硅薄膜性质。然而，壁碰撞和其它猝灭事件预期会降低由远程等离子体产生的活性物质的产量。进而，远程氢等离子体处理的薄膜沉积速率预期会难以接受地低。由于相信碳化硅薄膜密度与处理压强成反比地变化，意图增加沉积速率的处理压强增加可能不利地降低薄膜密度，由此导致不可接受的阻挡层表现性质。

发明内容

主题的一个方面可以在一种在衬底上沉积含硅碳膜的方法中实现，所述方法可以包括：将衬底支承在衬底处理室内，由此使所述衬底的主表面露出至所述衬底处理室的内部；将氢(H₂)气流引入到自由基发生室，所述自由基发生室与所述衬底处理室隔开并经由多舱口气体分配器与之流体耦合，所述多舱口气体分配器具有成组的相互隔开的气体舱口，所述气体舱口指向到所述衬底处理室内以建立从所述自由基发生室出来、通过所述多舱口气体分配器并进入完全包含在所述衬底处理室内部的自由基弛豫区的流动路径；激励所述自由基发生室内的所述氢(H₂)气中的至少一部分以在所述氢(H₂)气流中形成受激氢自由基，以使所述受激氢自由基中的至少一些沿所述流动路径流动、通过所述多舱口气体分配器并进入所述自由基弛豫区，在其中流入到所述自由基弛豫区内的几乎全部的所述受激氢自由基转变为弛豫氢自由基；以及将有机硅反应物流引入到化学气相沉积区，所述化学气相沉积区被形成在所述衬底处理室内部在所述自由基弛豫区和所述衬底的主表面之间，所述弛豫氢自由基中的至少一些从所述自由基弛豫区流动与所述有机硅反应物流同步地流入所述化学气相沉积区并在其中与所述有机硅反应物中的一些起反应，由此在所述衬底的所述主表面上沉积含硅碳的薄膜。

在一些实施例中，所述有机硅反应物经由相互隔开的反应物开口被引入，并且其中所述自由基弛豫区完全地包含在形成于所述多舱口气体分配器和所述相互隔开的反应物开口之间的空间内。在一些实施例中，所述相互隔开的反应物开口被配置以使所述有机硅反应物流沿与所述流动路径平行的方向被引入。在一些实施例中，所述相互隔开的反应物开口被配置以使所述有机硅反应物流沿与所述流动路径横交的方向被引入。在一些实施例中，所述成组的相互隔开的气体舱口与所述相互隔开的反应物开口相隔大约0.5英寸和大约5英寸之间的距离。

在一些实施例中，包括在所述多舱口气体分配器内的所述成组的气体舱口被配置为成阵列的规则间隔开的气体舱口。在一些实施例中，所述方法还包括通过经由气体出口排空或置换清洗或这两者从所述衬底处理室去除过量的有机硅反应物和氢气。在一些实施例中，受激氢自由基在所述多舱口气体分配器内的平均停留时间大于约1×10^-3秒。在一些实施例中，气体在所述自由基弛豫区内的平均停留时间大于约1×10^-3秒。