通過使用遠(yuǎn)程等離子體pecvd的fcvd硬件形成的可流動碳膜的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的實施例總體上涉及用于在基板上形成可流動含碳膜的方法。在一個實施例中，含氧氣體流入遠(yuǎn)程等離子體區(qū)域內(nèi)以產(chǎn)生含氧等離子體流出物，并且在含有該基板的基板處理區(qū)域中使含碳?xì)怏w與該含氧等離子體流出物結(jié)合。含碳膜被形成在形成在該基板上的溝槽中，并且低K介電材料被沉積在該溝槽中的含碳膜上。通過UV處理來分解該含碳膜，并且空間間隙被形成在該溝槽中且位于該低K介電材料下方。
【專利說明】
通過使用遠(yuǎn)程等離子體PECVD的FCVD硬件形成的可流動碳膜
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明的實施例總體上涉及用于在半導(dǎo)體基板上形成可流動含碳膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 自從數(shù)十年前的半導(dǎo)體器件的引入，半導(dǎo)體器件幾何結(jié)構(gòu)在尺寸上已經(jīng)急劇地減 小?，F(xiàn)代的半導(dǎo)體制造設(shè)備通常生產(chǎn)具有45nm、32nm與28nm特征尺寸的裝置，并且正在研發(fā) 與并實現(xiàn)新的設(shè)備以制造具有甚至更小的幾何結(jié)構(gòu)的裝置。減小的特征尺寸造成裝置上的 結(jié)構(gòu)特征具有減小的寬度。裝置上之間隙與溝槽的寬度窄到使得利用介電材料來填充間隙 變得更有挑戰(zhàn)性。沉積介電材料易于在間隙完全填滿之前在頂部處堵塞，因而在間隙的中 間產(chǎn)生空隙或細(xì)縫。
[0003] 近幾年來，已經(jīng)發(fā)展許多技術(shù)來避免使介電材料堵塞間隙的頂部，或"修復(fù) (heal)"已經(jīng)形成的空隙或細(xì)縫。一種方式是開始于含碳可流動材料，能以液相將該含碳可 流動材料涂覆到旋轉(zhuǎn)的基板表面(例如S0G沉積技術(shù)）。在去除溶劑后，含碳膜被形成在溝槽 中。接著，從膜去除碳以在溝槽內(nèi)形成空氣間隙。然而，通過S0G沉積技術(shù)形成的含碳膜中的 碳是非常難以去除的。
[0004] 因此，需要一種用于在基板上形成可流動含碳膜的改進(jìn)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的實施例總體上涉及用于在基板上形成可流動含碳膜的方法。在一個實施 例中，含氧氣體流進(jìn)遠(yuǎn)程等離子體區(qū)域內(nèi)以產(chǎn)生含氧等離子體流出物，并且在含有所述基 板的基板處理區(qū)域中使含碳?xì)怏w與所述含氧等離子體流出物結(jié)合。含碳膜形成在溝槽中， 所述溝槽形成在所述基板上，并且低K介電材料被沉積在所述溝槽中的含碳膜上。通過UV處 理來分解所述含碳膜并且氣隙被形成在所述溝槽中且位于所述低K介電材料下方。
[0006] 在一個實施例中，公開了一種用于在形成在基板上的溝槽中形成氣隙的方法。所 述方法包括在所述溝槽的第一部分中形成可流動含碳膜的步驟，所述步驟包括:將含碳?xì)?體提供到化學(xué)氣相沉積腔室中的基板處理區(qū)域;將含氧氣體提供到遠(yuǎn)程等離子體系統(tǒng)以形 成含氧等離子體流出物;將所述等離子體流出物引導(dǎo)到所述基板處理區(qū)域內(nèi)；以及使所述 等離子體流出物和所述含碳?xì)怏w反應(yīng)以在所述溝槽的第一部分中形成所述可流動含碳膜。 所述方法進(jìn)一步包括:在所述溝槽的第二部分中且在所述可流動含碳膜上形成低K介電材 料;以及去除所述可流動含碳膜以在所述溝槽的第一部分中形成氣隙。
[0007] 在另一實施例中，公開了一種用于在形成在基板上的溝槽中形成氣隙的方法。所 述方法包括在所述溝槽的第一部分中形成可流動聚（甲基丙烯酸甲酯)膜，這包括:將甲基 丙烯酸甲酯氣體提供到化學(xué)氣相沉積腔室中的基板處理區(qū)域;在所述化學(xué)氣相沉積腔室中 的與所述基板處理區(qū)域不同的等離子體區(qū)域中形成含氬與氧的等離子體流出物;將所述等 離子體流出物引導(dǎo)到所述基板處理區(qū)域內(nèi)；以及使所述等離子體流出物和所述甲基丙烯酸 甲酯氣體反應(yīng)以在所述溝槽的第一部分中形成所述可流動聚（甲基丙烯酸甲酯)膜。所述方 法進(jìn)一步包括去除所述可流動聚（甲基丙烯酸甲酯)膜以在所述溝槽的第一部分中形成氣 隙。
【附圖說明】
[0008] 因此，為了能詳細(xì)理解本發(fā)明的上述特征的方式，可參考多個實施例得出以上簡 要概括的本發(fā)明的更具體的描述，并且在附圖中輸出實施例中的一些。然而應(yīng)注意的是，所 附附圖僅示出本發(fā)明的典型實施例，并且不應(yīng)被視為本發(fā)明范圍的限制，本發(fā)明可允許其 他等效實施例。
[0009] 圖1是描繪根據(jù)一個實施例的用于在形成在基板上的溝槽中形成氣隙的方法的流 程圖。
[0010] 圖2示出根據(jù)一個實施例的基板處理系統(tǒng)。
[0011] 圖3示出根據(jù)一個實施例的基板處理腔室。
[0012] 為促進(jìn)理解，在可能的情況下使用相同的附圖標(biāo)記來表示附圖共有的相同元件。 可設(shè)想出的是一個實施例中公開的元件可有益地用于其他實施例而無需特定的陳述。
【具體實施方式】
[0013] 本發(fā)明的實施例總體上涉及用于在基板上形成可流動含碳膜的方法。在一個實施 例中，含氧氣體流進(jìn)遠(yuǎn)程等離子體區(qū)域內(nèi)以產(chǎn)生含氧等離子體流出物，并且在含有基板的 基板處理區(qū)域中使含碳?xì)怏w與含氧等離子體流出物結(jié)合。含碳膜被形成在形成在基板上的 溝槽中，并且低K介電材料被沉積在溝槽中的含碳膜上。通過UV處理來分解含碳膜，并且氣 隙被形成在溝槽中且位于低K介電材料下方。
[0014] 圖1是描繪根據(jù)對于300mm直徑晶片的一個實施例的用于在形成在基板上的溝槽 中形成氣隙的方法的流程圖100。在框102,含碳前驅(qū)物氣體被引導(dǎo)到化學(xué)氣相沉積(CVD)腔 室的基板處理區(qū)域。含碳前驅(qū)物氣體可以是諸如甲基丙烯酸甲酯(MMA)之類的含碳單體并 且可具有400到600每分鐘標(biāo)準(zhǔn)立方厘米(seem)的流速。在一個實施例中，含碳前驅(qū)物氣體 不含有硅。含碳前驅(qū)物氣體可通過雙區(qū)域噴頭被引導(dǎo)到基板處理區(qū)域。
[0015] 除了含碳前驅(qū)物氣體，在框104,含氧等離子體流出物也被引導(dǎo)到CVD腔室的基板 處理區(qū)域。在一個實施例中，含氧等離子體流出物還包括氬等離子體流出物。通過使含氧與 氬的氣體(諸如氧氣與氬氣的混合物)流動通過遠(yuǎn)程等離子體系統(tǒng)來形成含氧與氬的等離 子體流出物。在一個實施例中，氧氣具有l(wèi)OOseem的流速，且氬氣具有1000到2000sccm的流 速。可通過形成在遠(yuǎn)程等離子體系統(tǒng)中的等離子體來激勵含氧與氬的氣體，該遠(yuǎn)程等離子 體系統(tǒng)被定位在CVD腔室外側(cè)或內(nèi)側(cè)?？稍贑VD腔室內(nèi)的等離子體區(qū)域中激發(fā)含氧與氬的氣 體。此等離子體區(qū)域可與基板處理區(qū)域隔開。含氧與氬的氣體可暴露于遠(yuǎn)程等離子體，其中 所述含氧與氬的氣體被分解、被自由基化與/或以其他方式轉(zhuǎn)變成含氧與氬的等離子體流 出物。接著，形成在等離子體區(qū)域中的等離子體流出物通過雙區(qū)域噴頭被引導(dǎo)到基板處理 區(qū)域。
[0016] 接著，在框106,含氧等離子體流出物和含碳前驅(qū)物氣體在基板處理區(qū)域中反應(yīng)以 在形成在基板上的溝槽中形成可流動含碳膜。此反應(yīng)可在室溫(諸如20攝氏度）下發(fā)生。在 使用MMA作為含碳?xì)怏w的實施例中，可流動聚（甲基丙烯酸甲酯）(PMMA)被形成在溝槽中。
[0017] 可流動含碳膜僅填充每個溝槽的一部分，并且每個溝槽的剩余部分被低K介電材 料(諸如摻雜碳的氧化硅)填充。在框108，低Κ介電材料被沉積在溝槽中的含碳膜上。接著， 在框110,通過紫外線(UV)處理來去除每個溝槽內(nèi)的可流動含碳膜，從而留下形成在溝槽的 底部中的氣隙。利用UV處理來去除如上所述沉積的可流動ΡΜΜΑ膜是相對容易的。
[0018] 可通過沉積系統(tǒng)(諸如可從美國加利福尼亞州圣克拉拉市的應(yīng)用材料有限公司獲 得的PRODUCER?等離子體增強CVD(PECVD)系統(tǒng))來執(zhí)行用于在形成在基板上的溝槽內(nèi) 形成氣隙的方法。圖2示出根據(jù)一個實施例的基板處理系統(tǒng)200。如圖2所示，一對前開式標(biāo) 準(zhǔn)艙（F0UP)202供應(yīng)基板，該基板被機械臂204接收并且基板在被放置到基板處理腔室 208a-208f中的一者內(nèi)前被放置到低壓固持區(qū)域206內(nèi)?？墒褂玫诙C械臂210以將基板從 固持區(qū)域206傳送到基板處理腔室208a-208f并返回。
[0019]基板處理腔室208a_208f可包括一個或更多個系統(tǒng)部件，該系統(tǒng)部件用于沉積、退 火、硬化和/或蝕刻形成在基板上的溝槽中的可流動含碳膜(諸如PMMA膜）。在一個配置中， 可使用兩對處理腔室(例如208c-208d與208e-208f)在溝槽中沉積可流動含碳膜，并且可使 用第三對處理腔室(例如208a-208b)來處理經(jīng)沉積的膜，諸如通過執(zhí)行UV處理。
[0020] 圖3是根據(jù)一個實施例的基板處理腔室300。遠(yuǎn)程等離子體系統(tǒng)310可處理氣體，該 氣體接著行進(jìn)通過氣體入口組件311。氣體入口組件311內(nèi)可見到有兩個不同的氣體供應(yīng)通 道。第一通道312運載穿過遠(yuǎn)程等離子體系統(tǒng)310的氣體，而第二通道313繞過遠(yuǎn)程等離子體 系統(tǒng)310。蓋321與噴頭353被示出在其之間具有絕緣環(huán)324,這允許相對于噴頭353將AC電位 施加到蓋321。工藝氣體行進(jìn)通過第一通道312進(jìn)入腔室等離子體區(qū)域320內(nèi)且可由單獨的 腔室等離子體區(qū)域320中的等離子體激發(fā)該工藝氣體或者由結(jié)合遠(yuǎn)程等離子體系統(tǒng)310的 腔室和等離子體區(qū)域320中的等離子體激發(fā)該工藝氣體。腔室等離子體區(qū)域320和/或遠(yuǎn)程 等離子體系統(tǒng)310的組合在本文中可稱為遠(yuǎn)程等離子體系統(tǒng)。含氬與氧的氣體可被遠(yuǎn)程等 離子體系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成含氬與氧的等離子體流出物。噴頭353將腔室等離子體區(qū)域320與噴頭 353下方的基板處理區(qū)域370分離。噴頭353允許存在于腔室等離子體區(qū)域320中的等離子體 避免直接地激發(fā)基板處理區(qū)域370中的氣體，但仍允許被激發(fā)的物種（諸如等離子體流出 物)從腔室等離子體區(qū)域320行進(jìn)到基板處理區(qū)域370內(nèi)。
[0021] 噴頭353可以是雙區(qū)域噴頭，該雙區(qū)域噴頭允許等離子體區(qū)域320中創(chuàng)建的等離子 體流出物(諸如含氬與氧的等離子體流出物)通過穿過橫越噴頭353的厚度的通孔356而進(jìn) 入到基板處理區(qū)域370內(nèi)。每個通孔356可具有面對等離子體區(qū)域320的開口 350，并且開口 350可具有比通孔356的直徑更小的直徑。噴頭353還具有一個或更多個中空容積351，中空 容積351可被填充有蒸氣或氣體(諸如含碳前驅(qū)物氣體)形式的前驅(qū)物并且穿過小孔355進(jìn) 入到基板處理區(qū)域370內(nèi)但不直接地進(jìn)入到等離子體區(qū)域320內(nèi)。
[0022] 通孔356的數(shù)量可介于約60個與約2000個之間。通孔356可具有各種形狀但通常簡 單地制成圓形。開口 350的直徑可介于約0 · 5mm與約20mm之間或介于約1mm與約6mm之間。在 選擇通孔356的截面形狀中也具有寬容度，通孔356可制成錐形、圓柱形或這兩種形狀的組 合。在不同實施例中，用于將氣體引導(dǎo)到基板處理區(qū)域370內(nèi)的小孔355的數(shù)量可介于約100 個與約5000個之間或介于約500個與約2000個之間。小孔355的直徑可介于約0.1mm與約2mm 之間。
[0023]盡管以上描述針對本發(fā)明的實施例，可設(shè)想出本發(fā)明的其他與進(jìn)一步的實施例而 不背離本發(fā)明的基本范圍，并且本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書來確定。
【主權(quán)項】
1. 一種用于在形成在基板上的溝槽中形成氣隙的方法，所述方法包括以下步驟： 在所述溝槽的第一部分中形成可流動含碳膜的步驟，所述步驟包括： 將含碳?xì)怏w提供到化學(xué)氣相沉積腔室中的基板處理區(qū)域； 將含氧氣體提供到遠(yuǎn)程等離子體系統(tǒng)以形成含氧等離子體流出物； 將所述等離子體流出物引導(dǎo)到所述基板處理區(qū)域內(nèi)；以及 使所述等離子體流出物和所述含碳?xì)怏w反應(yīng)以在所述溝槽的第一部分中形成所述可 流動含碳膜； 在所述溝槽的第二部分中且在所述可流動含碳膜上形成低K介電材料的步驟；以及 去除所述可流動含碳膜以在所述溝槽的第一部分中形成氣隙的步驟。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述含碳?xì)怏w包括甲基丙烯酸甲酯，并且所述可流動 含碳膜包括聚（甲基丙烯酸甲酯）。3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述含氧氣體包括氧氣與氬氣。4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中對于300mm晶片，所述甲基丙烯酸甲酯具有等于約400 至Ij600sccm的流速。5. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中對于300mm晶片，所述氧氣具有等于約IOOsccm的流 速，并且所述氬氣具有等于約1000到2000sccm的流速。6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述低K介電材料包括摻雜碳的氧化硅。7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過UV處理來去除所述可流動含碳膜。8. -種用于在形成在基板上的溝槽中形成氣隙的方法，所述方法包括以下步驟： 在所述溝槽的第一部分中形成可流動聚（甲基丙烯酸甲酯)膜的步驟，所述步驟包括： 將甲基丙烯酸甲酯氣體提供到化學(xué)氣相沉積腔室中的基板處理區(qū)域； 在所述化學(xué)氣相沉積腔室中的與所述基板處理區(qū)域不同的等離子體區(qū)域中形成含氬 與氧的等離子體流出物； 將所述等離子體流出物引導(dǎo)到所述基板處理區(qū)域內(nèi)；以及 使所述等離子體流出物和所述甲基丙烯酸甲酯氣體反應(yīng)以在所述溝槽的第一部分中 形成所述可流動聚（甲基丙烯酸甲酯)膜；以及 去除所述可流動聚（甲基丙烯酸甲酯)膜以在所述溝槽的第一部分中形成氣隙的步驟。9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中形成所述含氬與氧的等離子體流出物包括:使氧氣與 氬氣流動到遠(yuǎn)程等離子體系統(tǒng)。10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中對于300mm晶片，所述氧氣具有等于約IOOsccm的流 速，并且所述氬氣具有等于約1000到2000sccm的流速。11. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中對于300mm晶片，所述甲基丙烯酸甲酯氣體具有等于 約400到600sccm的流速。12. 如權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟： 在所述溝槽的第二部分中且在所述可流動聚（甲基丙烯酸甲酯）膜上形成低K介電材 料。13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述低K介電材料包括摻雜碳的氧化硅。14. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中通過UV處理來去除可流動含碳膜。
【文檔編號】H01L21/205GK105900214SQ201480072981
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年12月12日
【發(fā)明人】A·查特吉
【申請人】應(yīng)用材料公司