利用沉积刻蚀序列的间隙填充处理制造技术

提供了一种在置于衬底处理室中的衬底上沉积膜的方法。所述衬底具有形成在相邻的凸起表面之间的间隙。将第一前驱体沉积气体流提供到所述衬底处理室。由所述第一前驱体沉积气体流形成第一高密度等离子体，以利用同时具有沉积和溅射分量的第一沉积处理在所述衬底上和所述间隙内沉积所述膜的第一部分，直到所述间隙闭合之后为止。将所述膜的所述第一部分回蚀足够的部分，以使得所述间隙重新开口。将第二前驱体沉积气体流提供到所述衬底处理室。由所述第二前驱体沉积气体流形成第二高密度等离子体，以利用同时具有沉积和溅射分量的第二沉积处理在所述衬底上和所述重新开口的间隙内沉积所述膜的第二部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用沉积刻蚀序列的间隙填充处理
技术介绍
在半导体技术的发展中所面临的一个持久挑战是希望增加衬底上的电 路元件和互连的密度而不会引入它们之间的寄生相互作用。一般通过提供填 充有电绝缘材料的间隙或沟槽来物理地和电地隔离元件，防止所不希望出 现的相互作用。然而，随着电路密度的增大，这些间隙的宽度减小，从而增 大了其深宽比并使得逐渐更难以在不留下空洞(void)的前提下填充这些 间隙。当间隙未被完全填充时所形成的空洞是不希望出现的，因为它们可能 例如通过捕获绝缘材料内的杂质的方式不利地影响完成后的器件的操作。用于这种间隙填充应用的常用技术是化学气相沉积(CVD)技术。 常规的热CVD处理向衬底表面提供反应气体，在衬底表面发生热诱导 (heat-induced)化学反应以产生期望的膜。等离子体增强CVD (PECVD)技术通过向接近衬底表面的反应区域施加射频 (RF)能量促进了反应气体的激发和/或解离，从而生成等离子体。相 比于常规的热CVD处理，等离子体物质的高反应率减少了发生化学反应 所需的能量，从而降低了这种CVD处理所需的温度。,优点在高密度等 离子体(HDP ) CVD技术中可得到进一步的体现，在该技术中，在低真空压强下形成密集的等离子体从而使等离子体物质更具有活性。尽管广义 上这些技术中的每一种都落入CVD技术的范畴，但是每种都有其特征 属性，从而使其更适于或更不适于某种特定应用。在某些间隙具有大深宽比和窄宽度的示例中，利用沉积/刻蚀/沉 积处理，通过顺序地沉积材料、刻蚀沉积材料的一部分并且再沉积另外的 材料来以热CVD技术填充间隙。刻蚀步骤用来对部分填充的间隙进行重整 形，在其上开口使得更多的材料可以在其闭合并留下内部空洞之前沉积进 去。也可以用PECVD技术来进行这种沉积/刻蚀/沉积处理，但是即使通过循 环进行沉积和刻蚀步骤，某些热和PECVD技术仍然不能填充具有非常大的深宽比的间隙。通常在本领域技术人员看来，沉积和刻蚀步骤的循环在HDP-CVD处 理的环境中是无用的。这是因为和PECVD处理非常不同的是，HDP-CVD 处理期间等离子体的高密度离子化物质使得即使在沉积的同时亦会导致对 膜的溅射。这种在沉积处理期间材料溅射和沉积的同时进行试图在沉积期间 保持间隙开口，因此被认为使分离的中间刻蚀步骤多余。这种流行观点被证 明是部分正确的，因为利用HDP-CVD处理可以填充具有比利用PECVD 沉积/刻蚀/沉积处理可填充的更大深宽比的间隙。然而，在KentRossman 1998年3月20日提交的美国专利No. 6,194,038中，获得了意想不到的结 果，即通过在某些HDP-CVD处理条件下使用沉积/刻蚀/沉积处理，可以 进一步改进间隙填充。该结果随后在George D. Papasouliotis等人1998年5 月5日提交的美国专利No. 6,030,881中得到了证实。现在发现即使使用HDP-CVD处理的沉积和溅射组合，当填充窄宽度 大深宽比的结构时，间隙仍然容易闭合。HDP处理中所使用的沉积/刻蚀/沉 积技术因此还是采用沉积/刻蚀/沉积技术的传统路线，即沉积足够的材料 以部分填充间隙，然后为了进一步沉积而进行刻蚀以对间隙进行重整形。特 征尺寸的不断减小目前正面临其中这类技术的实用性正在接近极限的阶段。 这对于某些可能具有窄的间隙和宽松区域两者的结构几何形状(诸如浅沟 槽隔离(STI)结构)尤其如此。隨着间隙变得更加窄深，为了填充间 隙，己经发现需要不断增加循环次数，结果每个沉积歩骤通过沉积更少量 的材料而对间隙填充更小的程度。因此，相应小的量的材料被沉积在宽松区 域中，结果后续的刻蚀步骤往往去除宽松区域中的材料薄层中的太多材 料，损伤了下面的结构。因此，在本领域中仍然需要改进HDP-CVD沉积/刻蚀/沉积处理，以 适应窄的大深宽比的结构。
技术实现思路
因此，本专利技术的实施例提供了使用交替的沉积和刻蚀部分序列的间隙 填充方法，其中，初始沉积步骤闭合该间隙，之后应用刻蚀来回蚀沉积材料，并使得间隙重新开口。在第一组实施例中，提供了一种在置于衬底处理 室中的衬底上沉积膜的方法。所述衬底具有形成在相邻的凸起表面之间的间 隙。将第一前驱体沉积气体流提供到所述衬底处理室。由所述第一前驱体沉积 气体流形成第一高密度等离子体，以利用同时具有沉积和溅射分量的第一 沉积处理在所述衬底上和所述间隙内沉积所述膜的第一部分，直到所述间 隙闭合之后为止j梦万述膜的所述第一部分回蚀足够的部分，以使得所述间 隙重新开口。将第二前驱体沉积气体流提供到所述衬底处理室。由所述第二前 驱体沉积气体流形成第二高密度等离子体，以利用同时具有沉积和溅射分 量的第二沉积处理在所述衬底上和所述重新开口的间隙内沉积所述膜的第 二部分。在一些实施例中，通过在所述处理室中由对所述膜具有腐蚀性的刻蚀 剂气体形成第三高密度等离子体，将所述膜的所述第一部分回蚀足够的部 分。还可以对所述衬底施加电偏压。例如，所述第一和第二前驱体沉积气体可 以每个包含含硅气体和含氧气体，从而所述膜包括氧化硅膜；在这样的示 例中，所述刻蚀剂气体可以包含含卤素气体，诸如含氟气体。在一些实施例 中，所述第一和第二前驱体沉积气体还可以包含含掺杂剂气体。此外，所述第一和第二前驱体沉积气体可以包含分子氢H2，分子氢H2可以以超过 500 sccm的流率提供到所述处理室。在一些实施例中，所述膜的所述第一部分以超出闭合所述间隙的临界 厚度大于所述临界厚度的5%的厚度沉积在所述衬底上和所述间隙内。在其 它实施例中，所述膜的所述第一部分以超出闭合所述间隙的临界厚度大于 所述临界厚度的10%的厚度沉积在所述衬底上和所述间隙内。在特定实施例 中，所述间隙的深宽比为至少5: 1，宽度小于100 nm，或者所述间隙的 深宽比为至少6: 1，宽度小于65 nm所述间隙还可以包括多个形成在相邻 凸起表面之间的间隙，第一部分的所述间隙的宽度为第二部分的所述间隙 的宽度的至少5倍。所述膜的所述第二部分被沉积在所述衬底上和所述重新开口的间隙 内，直到所述间隙再次闭合之后为止。在这样的实施例中，可以将所述膜的 所述第二部分回蚀足够的部分，以再次使得所述间隙重新开口。将第三前驱体沉积气体流提供到所述衬底处理室由所述第三前驱体沉积气体流形成第 三高密度等离子体，以利用同时具有沉积和溅射分量的第三沉积处理在所 述衬底上和所述重新开口的间隙内沉积所述膜的第三部分。在第二组实施例中，提供了一种在置于衬底处理室中的衬底上沉积氧化硅膜的方法。戶; ^衬底具有多个分布在所述衬底上的宽松区域和密集区域中的间隙。戶，密集区域中的至少一个间隙的深宽比大于5: 1，宽度小于100 nm所述宽松区域中的至少一个间隙的宽度为所述密集区域中的所述至 少一个间隙的宽度的至少5倍。将SH4、02和第一流动气体的第一流提供到所 述衬底处理室。由所述SH4、Q和第一流动气体的第一流形成第一高密度等离 子体，以利用同时具有沉积和溅射分量的第一沉积处理在所述衬底上和所 述间隙内沉积所述氧化硅膜的第一部分，直到所述间隙闭合之后为止。将含 氟气体的第一流提供到所述衬底处理室。由所述含氟气体的第一流形成第二 高密度等离子体，以将所述氧化硅膜的所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在置于衬底处理室中的衬底上沉积膜的方法，所述衬底具有形成在相邻的凸起表面之间的间隙，所述方法包括：　　　　将第一前驱体沉积气体流提供到所述衬底处理室；　　　　由所述第一前驱体沉积气体流形成第一高密度等离子体，以利用同时具有沉积和溅射分量的第一沉积处理在所述衬底上和所述间隙内沉积所述膜的第一部分，直到所述间隙闭合之后为止；　　　　将所述膜的所述第一部分回蚀足够的部分，以使得所述间隙重新开口；　　　　将第二前驱体沉积气体流提供到所述衬底处理室；以及　　　　由所述第二前驱体沉积气体流形成第二高密度等离子体，以利用同时具有沉积和溅射分量的第二沉积处理在所述衬底上和所述重新开口的间隙内沉积所述膜的第二部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-6-24 11/166,3571.一种在置于衬底处理室中的衬底上沉积膜的方法，所述衬底具有形成在相邻的凸起表面之间的间隙，所述方法包括将第一前驱体沉积气体流提供到所述衬底处理室；由所述第一前驱体沉积气体流形成第一高密度等离子体，以利用同时具有沉积和溅射分量的第一沉积处理在所述衬底上和所述间隙内沉积所述膜的第一部分，直到所述间隙闭合之后为止；将所述膜的所述第一部分回蚀足够的部分，以使得所述间隙重新开口；将第二前驱体沉积气体流提供到所述衬底处理室；以及由所述第二前驱体沉积气体流形成第二高密度等离子体，以利用同时具有沉积和溅射分量的第二沉积处理在所述衬底上和所述重新开口的间隙内沉积所述膜的第二部分。2. 如权利要求1所述的方法，其中，将所述膜的所述第一部分回蚀足 够的部分的操作包括在所述处理室中由对所述膜具有腐蚀性的刻蚀剂气体 形成第三高密度等离子体。3. 如权利要求2所述的方法，其中，将所述膜的所述第一部分回蚀足够的部分的操作还包括对所述衬底施加电偏压。4. 如权利要求2所述的方法，其中所述第一和第二前驱体沉积气体每个包含含硅气体和含氧气体，从而 所述膜包括氧化硅膜；以及所述刻蚀剂气体包含含卤素气体。5. 如权利要求4所述的方法，其中，所述含卤素气体包含含氟气体。6. 如权利要求4所述的方法，其中，所述第一和第二前驱体沉积气体中的至少一种还包含含掺杂剂气体。7. 如权利要求4所述的方法，其中，所述第一和第二前驱体沉积气体中的至少一种包含分子氢H2。8. 如权利要求7所述的方法，其中，分子氢H2以超过500 sccm的流率提供到所述处理室。9. 如权利要求1所述的方法，其中，所述膜的所述第一部分以超出闭 合所述间隙的临界厚度大于所述临界厚度的5%的厚度沉积在所述衬底上 和所述间隙内。10. 如权利要求1所述的方法，其中，所述膜的所述第一部分以超出闭合所述间隙的临界厚度大于所述临界厚度的10%的厚度沉积在所述衬底上和所述间隙内。11. 如权利要求1所述的方法，其中，所述间隙包括多个形成在相邻 凸起表面之间的间隙，第一部分的所述间隙的宽度为第二部分的所述间隙的宽度的至少5倍。12. 如权利要求1所述的方法，其中，所述间隙的深宽比为至少5:1，宽度小于100 nm。13. 如权利要求1所述的方法，其中，所述间隙的深宽比为至少6:1，宽度小于65nm。14. 如权利要求1所述的方法，其中，所述膜的所述第二部分被沉积 在所述衬底上和所述重新开口的间隙内，直到所述间隙再次闭合之后为止，所述方法还包括将所述膜的所述第二部分回蚀足够的部分，...

【专利技术属性】
技术研发人员：曼杰维莱卡尔，赫曼特P芒格卡，扬S李，奥野康利，汤浅浩，
申请(专利权)人：应用材料公司，松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：US[美国]