[发明专利]使用复合PEALD和PECVD方法的可变深宽比特征的间隙填充

说明书

本申请是申请号为201410521390.7、申请日为2014年9月30日、发明名称为“使用复合PEALD和PECVD方法的可变深宽比特征的间隙填充”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及半导体处理领域，具体涉及使用复合PEALD和PECVD方法的可变深宽比特征的间隙填充。

背景技术

集成电路的制造包括许多各式各样的工序。频繁采用的一项操作是在衬底上或衬底中图案化的特征之间的间隙中沉积介电膜。沉积这种材料的一个目的是在间隙中形成无孔洞、无接缝的填充物。由于器件尺寸在例如DRAM、闪存和逻辑的环境下变得越来越小，因此越来越难以获得这种类型的理想填充。

尽管例如高密度等离子体(HDP)、亚常压化学气相沉积(SACVD)和低压化学气相沉积(LPCVD)的沉积方法已经用于间隙填充，但是这些方法无法实现理想的填充性能。可流动的化学气相沉积和旋涂电介质(SOD)方法可以实现所需的填充，但是易于沉积高孔隙度的膜。另外，这些方法特别复杂并且整合的成本太高，因为它们需要许多额外的工序。原子层沉积(ALD)工艺也用于间隙填充，但是这些工艺需要很长的加工时间并且产量低，特别是对于大间隙。在一些情况下，使用多步骤沉积工艺，包括在后续沉积操作之间要求明显蚀刻操作的沉积-蚀刻-沉积工艺。可以进行蚀刻来弥补或防止间隙中形成孔洞。尽管这种方法是有用的，但是可能优选的是，使用仅涉及沉积而不要求蚀刻操作的过程。

另外的挑战是在衬底上同时填充不同尺寸的间隙。例如，为小深宽比的宽间隙优化的沉积方法可能不适合用于填充大深宽比的窄间隙，并且反之亦然。因此，需要一种在间隙中实现无孔洞、无接缝填充的电介质材料的方法，特别是可用于同时填充各种尺寸的间隙的方法。

发明内容

本文中的某些实施方式涉及用于填充半导体衬底上的间隙的方法及设备。在某些情况下，通过等离子体增强原子层沉积(PEALD)操作来填充间隙。在其他情况下，通过包括PEALD和等离子体增强化学气相沉积(PECVD)操作两者的混合方法来填充间隙。在本文中的实施方式的一方面，提供了一种用于填充间隙的方法，该方法包括：(a)引导气相的第一反应物进入里面有衬底的反应室中，并且使所述第一反应物能吸附在所述衬底表面上；(b)引导气相的第二反应物进入所述反应室中，并且使所述第二反应物能吸附在所述衬底表面上；(c)使所述衬底表面暴露于等离子体以驱动所述衬底表面上所述第一反应物与所述第二反应物之间的表面反应，从而形成构成所述间隙的底部和侧壁的衬里的膜层；(d)在不进行抽空(pumpdown)的情况下清扫(sweep)所述反应室；并且(e)重复操作(a)至(d)以形成额外的膜层，其中当所述间隙的相对侧壁上相对的膜层彼此靠近时，所述相对的膜成上存在的表面基团彼此交联，从而填充所述间隙。所述方法可用于在不形成孔洞或接缝的情况下填充所述间隙。

在一些实施方式中，所述第一反应物是含硅反应物，并且所述第二反应物是氧化反应物。例如，所述第一反应物可以包括双叔丁基氨基硅烷(BTBAS)。在其他实例中，所述第二反应物可以包括氧气和/或一氧化二氮。在各种情况下，间隙是凹角的。另外，在许多实施方式中，通过可以至少部分表征为自底向上的填充机理的机理来填充间隙。这种自底向上的填充机理可以实现无接缝无孔洞的填充，甚至在间隙是凹角的情况下也如此。

在公开的实施方式的另一方面，提供了一种填充衬底表面上的间隙的方法，包括：(a)引导气相的第一反应物进入里面有所述衬底的反应室中，并且使所述第一反应物能吸附在所述衬底表面上；(b)引导气相的第二反应物进入所述反应室中，并且使所述第二反应物能吸附在所述衬底表面上；(c)使所述衬底表面暴露于等离子体以驱动所述衬底表面上所述第一反应物与所述第二反应物之间的表面反应，从而形成构成所述间隙的底部和侧壁的衬里的膜层，其中所述膜在所述间隙的场区域和上侧壁附近比在所述间隙的底部和下侧壁附近致密和/或薄。所述方法可以包括在进行(c)之后在不进行抽空的情况下清扫所述反应室的操作(d)。在一些实施方式中，所述方法包括重复操作(a)至(c)(或(a)至(d))以形成额外的膜层，从而填充所述间隙。在某些实施方式中，在不形成孔洞或接缝的情况下可以通过自底向上的填充机理填充所述间隙。