本公开总的涉及适于形成电子器件的方法和系统。更特别地，本公开涉及可用于通过等离子体辅助沉积在沟道和侧向空间中沉积间隙填充流体的方法和系统。
背景技术：
半导体器件的规模化已导致集成电路的速度和密度的显著改善。然而，随着大规模集成器件的布线间距的小型化，由于现有沉积工艺的限制，高纵横比沟道(例如，纵横比为三或更高的沟道)的无空隙填充变得越来越困难。因此，仍然需要有效填充半导体基板上的高纵横比特征如沟道的工艺。仍然需要可还填充基板表面下方的掩埋空间的工艺。
国际公开号wo2019/152055中公开了一种间隙填充方法。然而，该方法没有公开掩埋层用间隙填充流体的填充。
本公开中引入的任何讨论，包括此部分中阐述的问题和解决方案的讨论，仅出于为本公开提供上下文的目的引入。这样的讨论不应视为承认任何或所有信息在做出本发明之时是已知的或以其他方式构成现有技术。
技术实现要素：
本公开的各种实施例涉及间隙填充方法、使用这样的方法形成的结构和器件以及用于进行所述方法和/或用于形成所述结构和/或器件的装置。下文更详细地讨论了本公开的各种实施例解决现有方法和系统的缺点的方式。
本文提供了一种填充间隙的方法，其包括：在反应器腔室中引入设置有间隙的基板，所述间隙包括凹部和从凹部基本上侧向地延伸的侧向空间；向反应器腔室中引入前体；向反应器腔室中引入共反应物；和在反应器腔室中引入等离子体；由此，前体和共反应物反应形成间隙填充流体，该间隙填充流体至少部分地填充间隙的凹部和侧向空间。
在一些实施例中，共反应物包含氮和/或氨。
在一些实施例中，共反应物包含惰性气体。
在一些实施例中，惰性气体选自he、ne、ar和kr。
在一些实施例中，惰性气体为ar。
在一些实施例中，前体为环硅氮烷前体。
在一些实施例中，反应器腔室在至少700pa到至多1,500pa的压力下并在至少50℃到至多150℃的温度下。
在一些实施例中，反应器腔室在至少900pa到至多1,200pa的压力下。
在一些实施例中，反应器腔室在至少50℃到至多75℃的温度下。
在一些实施例中，环硅氮烷前体选自环三硅氮烷前体、环四硅氮烷前体和环五硅氮烷前体。
在一些实施例中，环硅氮烷前体具有下式：
其中r1至r9中的任何一个各自独立地选自氢以及c1至c5支链或直链烷基、烯基、炔基和烷基胺。
在一些实施例中，前体和共反应物被同时引入。
在一些实施例中，连续地提供共反应物的引入，前体以多个前体脉冲提供，等离子体以多个等离子体脉冲提供，其中通过吹扫步骤分开各个前体脉冲和各个等离子体脉冲。
在一些实施例中，环硅氮烷前体完全由n、c、h和si组成。
在一些实施例中，环硅氮烷前体完全由n、c和si组成。
在一些实施例中，环硅氮烷前体不含任何氧。
在一些实施例中，环硅氮烷前体不含任何卤素。
在一些实施例中，在整个引入前体、共反应物和等离子体的过程中，除了环硅氮烷前体、氨和氮之外，没有气体被引入到反应器腔室中。
在一些实施例中，基板包含半导体。
在一些实施例中，所述方法包括用间隙填充流体完全填充所述多个凹部。
在一些实施例中，所述方法包括用间隙填充流体完全填充所述一个或多个侧向空间。
在一些实施例中，所述方法包括固化间隙填充流体。
在一些实施例中，固化步骤涉及直接等离子体的使用，并且填充间隙的方法包括多个循环，其中间隙填充流体沉积和等离子体处理步骤交替进行。
在一些实施例中，固化步骤涉及用间隙填充流体填充间隙之后间接等离子体的使用。
在一些实施例中，固化步骤涉及惰性气体等离子体的使用。
在一些实施例中，固化步骤涉及微脉冲等离子体的使用，微脉冲等离子体的使用涉及多个等离子体开启和等离子体关闭脉冲的依次施加。
在一些实施例中，固化步骤包括使基板经受微脉冲等离子体，包括多个微脉冲循环的依次施加，一个微脉冲循环包括等离子体开启脉冲和等离子体关闭脉冲。
在一些实施例中，微脉冲等离子体采用惰性气体作为等离子体气体。
在一些实施例中，基板为300mm硅晶片，并且在微脉冲等离子体期间保持至少5.0slm的等离子体气体流量。
本文还描述了一种包括半导体基板的结构，所述半导体基板设置有间隙，所述间隙包括凹部和从凹部侧向延伸的侧向空间，其中所述凹部和所述侧向空间至少部分地填充有间隙填充流体。
在一些实施例中，所述侧向空间具有至少1.0nm到至多40.0nm、或至少2.0nm到至多20.0nm、或至少3.0nm到至多18.0nm、或至少4.0nm到至多16.0nm、或至少5.0nm到至多15.0nm、或至少6.0nm到至多14.0nm、或至少7.0nm到至多13.0nm、或至少8.0nm到至多12.0nm、或至少9.0nm到至多11.0nm、或约10.0nm的高度。
在一些实施例中，间隙填充流体在侧向空间中延伸至少1.0nm到至多100.0nm、或至少1.5nm到至多50.0nm的距离、或至少2.0nm到至多25.0nm的距离、或至少3.0nm到至多20.0nm的距离、或至多4.0nm到至多18.0nm的距离、或至少5.0nm到至多16.0nm的距离、或至少6.0nm到至多14.0nm的距离、或至少8.0nm到至多12.0nm的距离、或约10.0nm的距离。
在一些实施例中，间隙填充流体包含聚硅氮烷低聚物。
在一些实施例中，聚硅氮烷低聚物是支化的。
在一些实施例中，聚硅氮烷低聚物包含多个低聚物种。
在一些实施例中，间隙填充流体完全填充至少90％、优选至少95％、更优选至少99％、最优选所有的凹部。
在一些实施例中，间隙填充流体完全填充至少90％、优选至少95％、更优选至少99％、最优选所有的侧向空间。
在一些实施例中，间隙填充流体基本上没有空隙。
在一些实施例中，间隙填充流体在一个或多个侧向空间中延伸至少3nm的距离。
在一些实施例中，凹部具有至少5nm到至多500nm、或至少10nm到至多250nm、或至少20nm到至多200nm、或至少50nm到至多150nm、或至少100nm到至多150nm的深度。
在一些实施例中，凹部具有至少10nm到至多10,000nm、或至少20nm到至多5,000nm、或至少40nm到至多2,500nm、或至少80nm到至多1,000nm、或至少100nm到至多500nm、或至少150nm到至多400nm、或至少200nm到至多300nm的宽度。
在一些实施例中，凹部具有至少10nm到至多10,000nm、或至少20nm到至多5,000nm、或至少40nm到至多2,500nm、或至少80nm到至多1000nm、或至少100nm到至多500nm、或至少150nm到至多400nm、或至少200nm到至多300nm的长度。
在一些实施例中，其中所述侧向空间设置在全环绕栅极晶体管的源极和/或漏极区域中，并且其中所述间隙填充流体充当层间电介质。
在一些实施例中，间隙填充流体被固化。
还描述了包括根据如本文所述的方法填充的间隙的结构。
还描述了一种全环绕栅极晶体管，其包含间隙填充流体作为层间电介质。在一些实施例中，间隙填充流体被固化。
本文还描述了一种系统，其配置为执行如本文所述的填充间隙的方法，和/或配置为形成如本文所述的包括经填充的间隙的结构。
本文还描述了一种系统，其包括：一个或多个反应腔室；与所述一个或多个反应腔室中的至少之一流体联接的气体注入系统；用于在反应器腔室中引入前体和任选地载气的第一气体源；用于向反应器腔室中引入一种或多种其他气体的混合物的第二气体源；排气口；和控制器。所述控制器配置为控制进入气体注入系统的气体流量以执行如本文所述的填充间隙的方法。
根据本公开的还另外的实例，公开了一种系统以执行如本文所述的方法和/或形成结构、器件或其任一者的一部分。
根据本公开的还另外的实例，公开了一种控制器，其布置为处理用于执行如本文所述的方法和/或制造结构、器件或其一部分的指令。
根据本公开的还另外的实例，公开了一种数据载体，其上存储有用于执行如本文所述的方法和/或制造结构、器件或其一部分的计算机可读指令。
通过下文结合附图对某些实施例的详细描述，这些及其他实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。本发明不限于所公开的任何特定实施例。
附图说明
当结合以下示意性附图考虑时，可通过参考详细描述和权利要求来得到对本公开的实施例的更全面理解。
图1为适于沉积根据本公开的至少一个实施例的结构和/或执行根据本公开的至少一个实施例的方法的等离子体增强原子层沉积(peald)装置的示意图。
图2示意了根据本公开的至少一个实施例可用的使用流通系统(flow-passsystem，fps)的前体供给系统的示意图。
图3为测试结构(100)的扫描透射电子显微镜(stem)显微照片，该测试结构包括沟道(140)、未填充的侧向空间(130)和侧向空间(131)中的间隙填充流体。
图4示出了根据本文所述方法的至少一些实施例的用于填充间隙的间隙填充流体的一些实施例的填充能力的进一步细节。
图5示意了如何测量每个循环的顶部生长和每个循环的底部生长。
图6示意了当使用n2和nh3作为共反应物时单个间隙填充流体沉积循环的实施例。
图7示意了当使用ar作为共反应物时单个间隙填充流体沉积循环的实施例。
在整个附图中，使用了以下数字和符号：100-测试结构；110-间隙填充流体；120-氧化硅；130-侧向空间；135-氮化硅；140-沟道；wt-沟道的宽度；hv-侧向空间的高度；wv-侧向空间的宽度；ht-沟道的高度；tt-沉积在样品顶部上的间隙填充流体的厚度；tb-沉积在沟道底部中的间隙填充流体的厚度。
应理解，图中的元件仅为简单和清晰起见示意而不一定按比例绘制。举例来说，图中的一些元件的尺寸可能相对于其他元件被放大以帮助改善对所示意的本公开实施例的理解。
具体实施方式
下文提供的对方法、结构、器件和系统的示例性实施例的描述仅是示例性的并意在仅出于示意的目的；以下描述无意于限制本公开或权利要求的范围。此外，具有所陈述特征的多个实施例的叙述并不意图排除具有额外特征的其他实施例或并入所陈述特征的不同组合的其他实施例。例如，各种实施例作为示例性实施例阐述并可在从属权利要求中记载。除非另有说明，否则可将示例性实施例或其组成部分组合或者可彼此分开应用。
在本公开中，取决于上下文，“气体”可包括在常温常压(ntp)下为气体的材料、气化的固体和/或气化的液体，并可由单一气体或气体的混合物构成。可使用非工艺气体的气体，即不经过气体分配组件、多端口注入系统、其他气体分配设备等引入的气体，来例如密封反应空间，并可包括密封气体如稀有气体。如本文所用，术语“稀有气体”和“惰性气体”可互换使用。在一些情况下，术语“前体”可指参与产生另一化合物的化学反应的化合物，并特别是指构成膜的膜基质或主要骨架的化合物；术语“反应物”可与术语前体互换使用。
如本文所用，术语“共反应物”是指与前体反应和/或相互作用以形成如本文所述的可流动间隙填充层的气体。共反应物可激活前体低聚化。共反应物可以是催化剂。尽管在间隙填充流体的形成过程中共反应物确实会与前体相互作用，但不一定必须在所形成的间隙填充流体中引入共反应物。可能的共反应物包括he、ar、n2、h2和nh3。如本文所用，术语“共反应物”的替代表达可包括“气体混合物”、“一种或多种其他的气体”和“包含一种或多种其他的气体的气体混合物”。
如本文所用，术语“基板”可指可用来形成器件、电路或膜或者可在其上形成器件、电路或膜的任何一种或多种底层材料。基板可包括本体材料如硅(例如，单晶硅)、其他iv族材料如锗、或其他半导体材料如ii-vi族或iii-v族半导体，并可包括加在本体材料上面或下面的一个或多个层。
此外，在本公开中，变量的任何两个数字可构成变量的可工作范围，且所指示的任何范围可包括或排除端点。另外，任何所指示的变量值(无论它们是否用“约”指示)都可指精确值或近似值并包括等效值，并且可指平均值、中位数、代表性值、多数值等。此外，在本公开中，在一些实施例中，术语“包括”、“由……构成”和“具有”独立地指“通常或广义上包含”、“包含”、“基本上由……组成”或“由……组成”。在本公开中，在一些实施例中，任何定义的含义不一定排除普通和惯用的含义。
如本文所用，术语“包含”指示包括某些特征，但是它不排除其他特征的存在，只要它们不使权利要求不可行。在一些实施例中，术语“包含”包括“由……组成”。
如本文所用，术语“由……组成”指示除了所述措辞之后的特征外，装置/方法/产品中不存在其他的特征。
如本文所用，术语“间隙填充流体”，也称“可流动间隙填充”，可指在沉积在基板上的条件下为液体并具有交联和成为固体膜的能力的低聚物。
在本公开中，术语“填充能力”是指基本上无空隙(例如，不具有大约5nm或更大直径的尺寸的空隙)和接缝(例如，不具有长度为大约5nm或更大的接缝)地填充间隙的能力，其中观测到层的无接缝/无空隙自下而上的生长。间隙底部处的生长可比间隙侧壁上以及具有间隙的顶表面上的生长快至少大约1.5倍。具有填充能力的膜也被称为“可流动膜”或“粘性膜”。膜的可流动或粘性行为常常在沟道的底部处表现为凹形表面。
在本公开中，邻近的突起结构之间的凹部与任何其他凹部图案可被称为“沟道”。即，沟道可指包含孔/通孔的任何凹部图案。在一些实施例中，沟道可具有约20nm至约100nm、通常约30nm至约50nm的宽度。当沟道具有与其宽度基本上相同的长度时，其可被称为孔或通孔。孔或通孔通常具有约20nm至约100nm的宽度。在一些实施例中，沟道可具有约30nm至约100nm、通常约40nm至约60nm的深度。在一些实施例中，沟道具有约2至约10、通常约2至约5的纵横比。沟道的尺寸可随工艺条件、膜组成、预期应用等而异。
如本文所用，术语“侧向空间”可指半导体基板中与其表面流体连接的开口，并且对于该开口而言，不存在与晶片平面垂直的至晶片表面的直线路径。换句话说，侧向空间是指半导体晶片中的表面下空间。换言之，侧向空间是被基板覆盖但未完全封闭的开口。例如，图3示出了一种测试结构，该测试结构包括填充了间隙填充流体的侧向空间(130)。图3中示出的沟道(140)不是侧向空间，因为它未被基板表面覆盖。可根据本文所述的方法用间隙填充流体填充侧向空间。或者，“侧向空间”也可命名为“掩埋的侧向层”、“掩埋层”、“掩埋空间”、“掩埋的侧向空间”、“封端空间”或类似术语。
如本文所用，术语“高度”可指特征在垂直于包含所讨论的特征的基板的表面的平面中的程度。
如本文所用，术语“宽度”可指特征在平行于包含所讨论的特征的基板的表面的平面中某方向上的程度。
如本文所用，术语“长度”可指特征在平行于包含所讨论的特征的基板的表面的平面中某方向上的程度。测量“宽度”和“长度”的方向相互垂直。应理解，可使用常规技术如扫描隧道电子显微镜(stem)来测量所有尺寸，包括结构的长度、宽度和高度。
如本文所用，术语“侧向”可指在包含所讨论的特征的基板的平面中延伸的特征或方向。
如本文所用，表述“侧向方向”可指在晶片的平面的方向上延伸的方向。
本发明的一个目的在于提供一种形成具有填充能力的包含硅、氮和任选地碳的膜的方法。还提供了由这样的方法产生的膜和包括这样的膜的结构。在一些实施例中，可通过在填充有挥发性前体的腔室中撞击例如n2和/或nh3等离子体而在气相中形成粘性材料来实现填充能力，其中所述挥发性前体可在某些参数范围内聚合。任选地，除了n2和/或nh3之外，气相还包含其他的气体，例如惰性气体或h2。所述参数可包括例如等离子体撞击期间前体的分压和晶片温度。如本文所用，聚合可包括形成较长的分子并且不必包括碳-碳键。实际上，聚合可包括例如si-si键、si-c键和/或si-n键的形成。粘性材料在基板的底部上形成粘性相并且能够在基板上的沟道中流动。合适的基板包括硅晶片。因此，粘性材料以自下而上的方式无缝地填充沟道。
当挥发性前体例如烷基硅烷等通过等离子体聚合并沉积在基板的表面上时，可暂时获得可流动膜，其中气态前体(例如，单体)通过等离子体气体放电所提供的能量活化或片段化以引发聚合，并且当所得材料沉积在基板的表面上时，材料显示出暂时可流动行为。根据示例性实施例，当沉积步骤完成时，可流动膜不再可流动，而是凝固的，并因此不需要单独的凝固过程。在其他实施例中，在沉积之后使可流动膜致密化和/或凝固。
本文沉积的间隙填充流体可包含氢，但并不要求其包含氢。在一些实施例中，本文沉积的间隙填充流体包含0.1％至10.0％之间、或0.2％至5.0％之间、或0.5％至2.5％之间、或1.0％至2.0％之间的氢，其中所有百分数均以原子百分数给出。因此，当例如间隙填充流体被称为sicn时，术语“sicn”旨在涵盖sicn:h，即包含氢的sicn，例如包含高达10原子百分数的氢。
在一些实施例中，挥发性前体在一定的参数范围内聚合，所述参数范围主要由等离子体撞击期间的前体分压、晶片温度和反应腔室中的总压力界定。为了调节“前体分压”，可使用间接过程旋钮(稀释气体流量)来控制前体分压。控制沉积膜的流动性可能不需要前体分压的绝对数，而是可使用前体的流量与其余气体的流量的比率和在参考温度下反应空间中的总压力作为实际控制参数。
基板中的间隙可指基板中的图案化凹部或沟道。相应地，填充基板上的图案化凹部或沟道的示例性方法包括：在反应空间中提供包括凹部/沟道的基板，向反应空间提供前体，从而用前体填充凹部，和提供等离子体以在凹部中形成前体的粘性相，其中所述前体的粘性相相对于侧壁和/或远离凹部的基板的顶部在凹部的底部中流动和沉积或形成沉积材料。
本公开的方法特别适用于填充包含与凹部流体连接的侧向空间的间隙。因此，本文提供了一种制造结构的方法。所述结构包括基板，所述基板又包括多个凹部和多个侧向空间。基板优选包含半导体。合适的基板包括半导体晶片，例如硅晶片。所述多个凹部与一个或多个侧向空间流体连接。所述方法包括用间隙填充流体至少部分地填充所述多个凹部和所述一个或多个侧向空间的步骤。
或者或另外，本文提供了借助于间隙填充流体填充间隙的方法。这些方法包括在反应器腔室中引入基板。所述基板设置有间隙。所述间隙包括凹部和从凹部基本上侧向地延伸的侧向空间。在已在腔室中引入基板后，所述方法包括向反应器腔室中引入前体以及向反应器腔室中引入共反应物。所述方法还包括在反应器腔室中产生等离子体。在施加等离子体时，前体和共反应物反应形成间隙填充流体，该间隙填充流体至少部分地填充间隙的凹部和侧向空间。
因此，基板中包括侧向空间的间隙可得到有效填充。
在一些实施例中，本公开的方法包括射频(rf)等离子体的使用并利用脉冲前体流和脉冲rf等离子体。优选地，前体脉冲和等离子体脉冲由吹扫气体脉冲分开。优选地，使用共反应物作为吹扫气体。在这样的实施例中，关于沉积膜的流动性的期望方面包括：1)在整个rf开启周期期间有足够高的分压以使聚合进行；2)在不太长的rf周期期间有足够的能量来激活反应(由rf开启周期和rf功率限定)；和3)聚合/链增长的温度和压力设定为高于可流动相的熔点并低于可流动相的沸点。
在一些实施例中，用间隙填充流体填充间隙的工艺包括以下子步骤。在步骤a.中，将包含间隙的基板定位于反应器腔室中。间隙包括与一个或多个侧向空间流体连接的凹部。步骤b.包括向反应器中引入前体。步骤c.包括向反应器中引入包含一种或多种其他的气体的气体混合物。所述包含一种或多种其他的气体的气体混合物包含共反应物。在一些实施例中，所述包含一种或多种其他的气体的气体混合物由共反应物组成。步骤d.包括在反应器中维持等离子体。步骤e.包括使一方面前体与另一方面氮和/或氨反应以在基板上形成间隙填充流体。步骤f.包括让间隙填充流体至少部分地填充所述多个凹部和所述一个或多个侧向空间。
在一些实施例中，步骤b和c同时进行。
在一些实施例中，步骤b先于步骤c，并且步骤c先于步骤d。
在一些实施例中，步骤c先于步骤b，并且步骤b先于步骤d。
在一些实施例中，所有步骤b、c和d均同时进行。
应理解，当步骤b、c和/或d以顺序方式进行时，即循环地进行时，每个循环可沉积少量的材料并可重复步骤序列直至获得具有所需厚度的层。
在一些实施例中，工艺循环地进行并且步骤b和d由吹扫气体脉冲分开。
在一些实施例中，前体和共反应物均不含任何硫属元素或卤素。优选地，前体和共反应物均不包含氧或氯。
在一些实施例中，本公开的方法涉及间歇地向反应空间提供前体和连续地施加等离子体。在一些实施例中，本公开的方法涉及间歇地向反应空间提供前体和间歇地施加等离子体。后一实施例因此特征在于向反应空间依次施加前体脉冲和等离子体脉冲。优选地，前体脉冲和等离子体脉冲由吹扫气体脉冲分开。
在一些实施例中，本公开的方法涉及在整个沉积步骤中连续地向反应空间提供前体和连续地或循环地施加等离子体，例如，通过施加rf功率。等离子体可以是连续的或脉冲的，并且其可以是直接的或远程的。
在一种优选的操作模式中，通过采用交替的前体和等离子体脉冲来沉积可流动膜。
在一些实施例中，施加脉冲等离子体，例如脉冲rf等离子体。在一些实施例中，rf功率施加的周期(即，反应器中的反应物暴露于等离子体的周期)在至少0.7秒到至多2.0秒的范围内，例如至少0.7秒到至多1.5秒。
在一些实施例中，通过改变上下电极之间的距离来调节等离子体暴露时间。实际上，通过增大此距离，当进入到反应空间中的前体的流量保持恒定时，前体被保留在上下电极之间的反应空间中的保留时间将延长。在一些实施例中，上下电极之间的距离为至少5.0mm到至多mm、或至少10.0mm到至多25.0mm、或至少15.0mm到至多20.0mm。
在一些实施例中，等离子体为rf等离子体。在一些实施例中，rf功率以13.56mhz的频率提供。在一些实施例中，提供用于可流动膜沉积的rf功率为至少50w到至多1000w、或至少100w到至多900w、或至少200w到至多800w、或至少300w到至多700w、或至少400w到至多600w、或至少500w到至多550w。应理解，这些功率是针对300mm晶片的特殊情况提供的。可容易地将它们换算为单位w/cm2以获得对于不同晶片尺寸的等效rf功率值。
在优选的实施例中，本公开的方法涉及以脉冲提供前体，并涉及以另一脉冲提供rf功率，其中两个脉冲不重叠。优选地，前体脉冲和等离子体脉冲由吹扫气体脉冲分开。因此，在一些实施例中，填充间隙的方法包括多个沉积循环，所述沉积循环包括交替其中提供前体的脉冲和其中提供rf功率的脉冲以生成等离子体。优选地，这些前体脉冲和等离子体脉冲由其中流动吹扫气体的吹扫脉冲分开。在以下段落中，给出了针对1升的反应器腔室容积和300mm晶片的工艺条件。技术人员应理解，可容易地将这些值扩展到其他反应器腔室容积和晶片尺寸。
在一些实施例中，填充间隙的方法包括至少10到至多300个沉积循环、或至少20到至多200个沉积循环、或至少50到至多150个沉积循环、或至少75到至多125个沉积循环，例如，100个沉积循环。当使用氨和/或nh3作为共反应物时，填充间隙的方法优选包括至少10到至多125个沉积循环、或至少25到至多100个沉积循环、或至少50到至多75个沉积循环。当使用ar作为共反应物时，填充间隙的方法优选包括至少25到至多300个沉积循环、或至少50到至多250个沉积循环、或至少100到至多200个沉积循环，例如，150个沉积循环。
在一些实施例中，向反应器腔室中供给共反应物作为载气，即作为夹带前体的气体，和/或作为另外的气体。在一些实施例中，载气以至少0.2到至多2.0slpm、或至少0.3到至多1.5slpm、或至少0.4到至多1.0slpm、或至少0.5到至多0.7slpm的流量提供。在一些实施例中，共反应物由nh3和/或n2组成。优选地，使用n2作为载气。n2载气优选以至少0.2到至多2.0slpm、或至少0.3到至多1.5slpm、或至少0.4到至多1.0slpm、或至少0.5到至多0.7slpm的流量提供。在一些实施例中，共反应物由惰性气体(优选地，ar)组成，并且载气以至少0.2slpm到至多2.0slpm、或至少0.3slpm到至多1.5slpm、或至少0.4slpm到至多1.0slpm的流量、或至少0.6slpm到至多0.8slpm的流量提供。
在一些实施例中，除用作载气的n2外，还向反应器腔室提供另外的n2流量。在一些实施例中，此另外的n2流量为至少0.1slpm到至多2.0slpm、或至少0.2slpm到至多1.5slpm、或至少0.3slpm到至多1.0slpm、或至少0.4slpm到至多0.6slpm。
优选地，使用nh3不作为载气，而是作为单独提供到反应器腔室的另外的共反应物。在一些实施例中，nh3以至少0.1slpm至0.5slpm的流量、或至少0.15slpm到至多0.3slpm的流量提供。
在一些实施例中，反应器腔室中的压力为至少700pa到至多2000pa、或至少1000pa到至多1800pa、或至少1300pa到至多1500pa。当使用nh3/n2作为载气和当使用惰性气体如ar作为载气时，此压力范围均适用。
在一些实施例中，等离子体为rf等离子体。在一些实施例中，使用的rf功率为至少50w到至多1000w、或至少75w到至多500w、或至少100w到至多300w、或至少150w到至多200w。当使用nh3和/或n2作为共反应物时，rf功率为至少200w到至多800w、或至少250w到至多700w、或至少300w到至多600w、或至少400w到至多500w。当使用ar作为共反应物时，rf功率优选为至少50w到至多200w、或至少75w到至多150w、或至少100w到至多125w。
在一些实施例中，为生成rf等离子体所用的电极之间的距离为至少5mm到至多20mm、或至少7mm到至多15mm。
在一些实施例中，沉积循环由连续地重复的前体脉冲、前体吹扫、等离子体脉冲和等离子体后吹扫的序列组成。
在一些实施例中，前体脉冲的持续时间即前体进给时间为至少0.25s到至多4.0s、或至少0.5s到至多2.0s、或至少1.0s到至多1.5s。当使用惰性气体ar作为共反应物时，前体进给时间优选为至少0.5s到至多1.5s，例如1.0s。当使用nh3和/或n2作为共反应物时，前体进给时间优选为至少0.25s到至多4.0s、或至少0.5s到至多2.0s、或至少1.0s到至多1.5s。
在一些实施例中，直接在前体脉冲之后的吹扫步骤的持续时间即前体吹扫时间为至少0.025s到至多2.0s、或至少0.05s到至多0.8s、或至少0.1s到至多0.4s、至少0.2s到至多0.3s。对于当使用n2和/或nh3作为共反应物时和当使用惰性气体如ar作为共反应物时的情况，此时间设置均适用。
在一些实施例中，rf开启时间，即等离子体脉冲的持续时间——其为等离子体脉冲期间提供rf功率期间的时间——为至少0.5s到至多4.0s、或至少0.7s到至多3.0s、或至少1.0s到至多2.0s、或至少1.25s到至多1.75s，或为约1.5s。当使用n2和/或nh3作为共反应物时，等离子体脉冲的持续时间优选为至少0.75到至多3.0s、或至少1.0到至多2.0s。
在一些实施例中，等离子体后吹扫时间即施加等离子体脉冲后进行的吹扫的持续时间为至少0.5s到至多2.0s、或至少0.75到至多1.5s、或至少0.9到至多1.1s，例如1.0s。
在一些实施例中，在沉积循环期间，基板靠在反应器腔室中的衬托器上，并且衬托器温度为至少50℃到至多100℃、或至少60℃到至多80℃、或至少65℃到至多75℃。
当前提供的间隙填充流体在沉积后通过复合自发地凝固。因此，不需要单独的冷却步骤。然而，为了改善一种或多种有利的膜性质如高温下的抗收缩性和低的湿法蚀刻速率，固化步骤例如等离子体固化步骤可能是有利的。
相应地，在一些实施例中，所述方法包括固化间隙填充流体的步骤。此步骤增加了间隙填充流体的热电阻。换句话说，其增加了间隙填充流体在高温下抵抗变形和/或质量损失的阻力。另外或或者，固化步骤可使间隙填充流体凝固。
在一些实施例中，所述方法还包括在完成具有填充能力的膜的沉积后，将基板暴露于等离子体作为沉积后处理。另外或或者，可施加周期性等离子体。另外或或者，施加h2等离子体、he等离子体、h2/he等离子体、ar等离子体、ar/h2等离子体或ar/he/h2等离子体处理。任选地，在沉积间隙填充流体之后并在固化步骤之前对间隙填充流体进行退火。合适的退火时间包括至少10.0秒到至多10.0分钟，例如至少20.0秒到至多5.0分钟，例如至少40.0秒到至多2.5分钟。合适地，退火在包含一种或多种选自n2、he、ar和h2的气体的气体混合物中进行。优选地，退火在包含n2的气氛中进行。在一些实施例中，退火在至少200℃的温度下、或在至少250℃的温度下、或在至少300℃的温度下、或在至少350℃的温度下、或在至少400℃的温度下、或在至少450℃的温度下进行。
或者或另外，凝固可在与基板接触时发生，其中该反应被热活化。就前体气体比而言，高的前体气体比对于流动性是优选的，因为在低的前体分压下，尽管可能发生聚合，但供给过低而无法形成足够长以流动即足够长以具有液体样行为的聚合物链。
在一些实施例中，固化的间隙填充流体为sicn层。sicn层可基本上由硅、碳、氮和任选地氢组成。在一些实施例中，sicn层包含超过5重量％的n，例如至少8.0重量％的n到至多20.0重量％的n、或至少10.0重量％的n到至多18.0重量％的n、或至少12.0重量％的n到至多15.0重量％的n。这里提供的这些组成是通过卢瑟福背散射光谱学(rbs)测量的。
在一些实施例中，在沉积sicn层后氧化sicn层，例如在o2等离子体中。
在一些实施例中，间隙填充流体为sicn，并在沉积后例如在o2等离子体中对间隙填充流体进行氧化。任选地，氧化步骤在间隙填充流体已固化之后进行。这是获得sio2层的有利方式。
在一些实施例中，固化步骤涉及循环等离子体处理的使用。当进行循环等离子体处理时，沉积循环和等离子体固化循环交替进行。术语“等离子体固化循环”是指其中使间隙填充流体固化的等离子体处理步骤。在一些实施例中，循环等离子体处理涉及不包含氮的气体混合物的使用。
在一些实施例中，循环等离子体处理采用直接等离子体。在这样的实施例中，填充间隙的工艺优选包括多个循环，即，其中间隙填充流体沉积和等离子体处理步骤交替进行。这样的循环工艺具有优点：较大部分的间隙填充流体被固化：直接等离子体通常具有约2至7nm的穿透深度，使得沉积后直接等离子体处理将仅固化间隙填充流体的顶层。相反，交替的沉积和等离子体步骤允许固化较大部分的间隙填充流体或甚至整个间隙填充流体。应指出，在侧向空间延伸大的侧向距离例如10.0μm或更大的侧向距离的情况下，通过循环等离子体处理对间隙填充流体的整个固化不会发生。这不一定是问题，因为在许多应用中，间隙填充流体的潜在未固化部分由凹部和侧向空间的壁中的固化的间隙填充流体所包封。在一些实施例中，直接等离子体为以600.0pa的压力施加20.0s的he等离子体。当用于处理300mm晶片上的间隙填充流体时，200w的等离子体功率是合适的。
在一些实施例中，固化步骤涉及远程等离子体的使用。由远程等离子体产生的自由基具有显著高于由直接等离子体所提供的穿透深度，例如，显著高于借助于当前提供的方法填充的间隙的大小。因此，可在已沉积所有间隙填充流体后有利地施加一次远程等离子体处理。尽管如此，远程等离子体固化也可以交替的等离子体固化和间隙填充流体沉积步骤循环地施加，类似于用直接等离子体的操作。远程等离子体大的穿透深度优点在于，它们允许侧向空间内间隙填充流体的有效固化。在一些实施例中，在远程等离子体中采用的等离子体气体包含惰性气体，例如选自he和ar的惰性气体。
在一些实施例中，循环等离子体处理涉及使用ar和/或he作为等离子体气体。在一些实施例中，循环等离子体固化与源自硅烷基胺前体的可流动间隙填充流体一起使用，例如与选自ar、n2和he的共反应物一起使用的硅烷基胺前体。这些间隙填充流体具有优异的性质。
在一些实施例中，固化步骤涉及微脉冲等离子体的使用。微脉冲等离子体是一种包括多个快速相继的开启-关闭微脉冲的施加的等离子体处理。换句话说，在一些实施例中，微脉冲等离子体包括使基板经受微脉冲等离子体，微脉冲等离子体包括多个微脉冲循环，一个微脉冲循环包括等离子体开启脉冲和等离子体关闭脉冲。
在一些实施例中，本公开描述的方法包括多个交替的循环，一个循环包括间隙填充流体沉积步骤和固化步骤，其中所述固化步骤包括使基板经受直接等离子体。合适地，直接等离子体为惰性气体等离子体。换句话说，并且在一些实施例中，直接等离子体采用惰性气体如ar作为等离子体气体。在一些实施例中，固化步骤包括使基板经受微脉冲等离子体，微脉冲等离子体包括多个微脉冲循环，一个微脉冲循环包括等离子体开启脉冲和等离子体关闭脉冲。
例如，微脉冲等离子体中的开启微脉冲可持续至少1.0μs到至多1.0s、或至少2.0μs到至多0.50s、或至少5.0μs到至多250ms、或至少10.0μs到至多100.0ms、或至少25.0μs到至多50.0ms、或至少50.0μs到至多25.0ms、或至少100.0μs到至多10.0ms、或至少250.0μs到至多5.0ms、或至少0.50ms到至多2.5ms。例如，微脉冲等离子体中的关闭微脉冲可持续至少1.0μs到至多2.0s、或至少2.0μs到至多1.0s、或至少5.0μs到至多500ms、或至少10.0μs到至多250.0ms、或至少25.0μs到至多100.0ms、或至少50.0μs到至多50.0ms、或至少100.0μs到至多25.0ms、或至少200.0μs到至多10.0ms、或至少500.0μs到至多5.0ms、或至少1.0ms到至多2.0ms。微脉冲等离子体可循环地使用和/或作为沉积后处理使用。换句话说，填充间隙的工艺可具有间隙填充流体沉积和微脉冲等离子体的交替循环。另外或或者，微脉冲等离子体可在已沉积所有间隙填充流体后作为沉积后处理施加。
优选地，微脉冲等离子体与高于预定阈值的等离子体气体流量一起施加。微脉冲等离子体与这些高流量的组合将使在沉积的间隙填充流体的等离子体诱导交联期间释放的挥发性副产物的再沉积最小化。在一些实施例中，在微脉冲等离子体处理期间等离子体气体的流量为至少5.0slm(标准升/分钟)、优选至少10.0slm。技术人员应理解，此流量取决于反应器腔室容积和基板尺寸，并且这里提供的针对300mm晶片和1升的反应器腔室容积的值可容易地转移到其他基板尺寸和/或反应器容积。优选地，在微脉冲等离子体处理期间使用惰性气体作为等离子体气体。在一些实施例中，惰性气体选自he和ar。
在一些实施例中，所述方法包括用间隙填充流体完全填充所述多个凹部。
在一些实施例中，所述方法包括用间隙填充流体完全填充所述一个或多个侧向空间。
在一些实施例中，所述方法包括用间隙填充流体填充所述多个凹部和所述一个或多个侧向空间而不形成空隙。换句话说，在一些实施例中，使根据本公开的方法的沉积继续直至所述多个凹部和所述一个或多个侧向空间被具有填充能力的膜完全填充，并且在所填充的凹部中基本上没有空隙形成。可通过在扫描透射电子显微镜中研究所形成的膜来观察空隙的存在。
在一些实施例中，共反应物包含氮和/或氨。这些一种或多种其他的气体通常被称为共反应物。
在一些实施例中，在步骤b至f中的整个任何一个中供给到反应空间的所有气体为：前体；任选的载体如n2、ar和/或he；及任选的等离子体点火气体，其可以是或可包括ar、he、n2和/或h2。
在一些实施例中，在整个步骤a至f中，除了前体、氨和氮之外，没有气体被引入到反应器中。
在一些实施例中，共反应物由ar、he、h2或其任何组合组成。在一些实施例中，共反应物包含不含任何氮的一种或多种气体。这样的共反应物与选自三甲硅烷基胺、二氯硅烷、三氯硅烷和硅烷基胺的前体组合产生特别好的结果。
硅烷基胺前体特别适合与等离子体一起使用，所述等离子体与选自ar、n2和he的共反应物一起进给。另外，优选对由涉及这些前体和共反应物的使用的沉积产生的间隙填充流体进行涉及循环等离子体处理的固化步骤。在一些实施例中，循环等离子体处理涉及不包含氮的气体混合物的使用。在一些实施例中，循环等离子体处理涉及惰性气体的使用。在一些实施例中，循环等离子体处理涉及ar和/或he的使用。
在一些实施例中，前体选自硅氮烷、环硅氮烷和硅烷基胺。在一些实施例中，前体选自双(二乙基氨基)硅烷、双二甲基氨基硅烷、己基乙基氨基硅烷、四乙基氨基硅烷、叔丁基氨基硅烷、双叔丁基氨基硅烷、双二甲基氨基二甲基氨基硅烷、七甲基硅氮烷、三甲基甲硅烷基二乙基胺(trimethysylyldiethylamine)、三甲基甲硅烷基二甲基胺(trimethylsyledimethlamine)、三甲基三乙烯基环三硅氮烷(trimethyltoribinylcycletrisilazane)、三甲基羟胺(tristrimetylhydroxyamine)、双二甲基氨基甲基硅烷和二甲基甲硅烷基二甲基胺。这些前体特别适合与等离子体一起使用，所述等离子体与选自ar、n2和he的共反应物一起进给。另外，优选对由涉及这些前体和共反应物的使用的沉积产生的间隙填充流体如本文其他地方所述进行固化步骤。
优选地，前体为环硅氮烷前体。使用环硅氮烷前体的间隙填充层提供具有特别好的侧向流动性、即在侧向空间中特别好的流动性的层。
在一些实施例中，环硅氮烷前体不含任何氧。
在一些实施例中，环硅氮烷前体不含任何卤素。
在一些实施例中，环硅氮烷前体选自环三硅氮烷前体、环四硅氮烷前体和环五硅氮烷前体。
在一些实施例中，环硅氮烷前体完全由n、c、h和si组成。在一些实施例中，环硅氮烷前体完全由n、c和si组成。
在一些实施例中，环硅氮烷前体具有式(i)的结构：
优选地，r1至r9中的任何一个各自独立地选自氢以及c1至c5支链或直链烷基、烯基、炔基和烷基胺。
在一些实施例中，环硅氮烷前体具有式(ii)的结构：
在一些实施例中，前体包含三甲硅烷基胺(tsa)。这样的前体特别适合与等离子体一起使用，所述等离子体与选自n2、nh3、ar和he的共反应物一起进给。优选地，所述一种或多种其他的气体包含1)n2和nh3中的任何一种与2)ar和he中的任何一种的组合。
在一些实施例中，前体包含硅烷基胺。例如，合适的前体为四甲基二硅氮烷。
硅烷基胺前体可特别适合与选自ar、n2和he的共反应物一起使用。
本发明不受理论或任何特定操作模式的束缚，据信沉积材料理想地在整个沉积过程中保持粘性或液体并且不应轻易凝固或蒸发。还据信在期望的反应条件下，液相的蒸气压而不是前体的蒸气压应低于总反应器压力。因此，据信反应器温度和压力应保持在可流动反应产物以液体存在而前体以气体存在的条件下。
在一些实施例中，所有步骤b至f在至少500pa的压力下、优选在至少700pa的压力下进行。更优选地，所有步骤b至f在至少900pa的压力下进行。这将增强本公开提供的间隙填充流体的间隙填充性质。
在一些实施例中，所有步骤b至f在至少-50℃到至多200℃的温度下、优选在至少50℃到至多150℃的温度下进行。更优选地，所有步骤b至f在至少50℃到至多75℃的温度下进行。这将增强本公开提供的间隙填充流体的间隙填充性质。
在一些实施例中，所有步骤b至f在至少500pa到至多10,000pa的压力下和在至少-50℃到至多200℃的温度下进行。在一些实施例中，所有步骤b至f在至少700pa的压力下和在至少50℃到至多150℃的温度下进行。优选地，所有步骤b至f在至少900pa的压力下进行，并且所有步骤b至f在至少50℃到至多75℃的温度下进行。温度和压力的这种特定组合将特别增强本公开提供的间隙填充流体的间隙填充性质。
在一些实施例中，基板包含半导体。在一些实施例中，半导体包含硅。
本文还提供了一种包括半导体基板的结构，所述半导体基板包含多个凹部。所述多个凹部与一个或多个侧向空间流体连接。另外，所述多个凹部和所述一个或多个侧向空间被间隙填充流体至少部分地填充。
在一些实施例中，间隙填充流体完全填充至少90％、优选至少95％、更优选至少99％、最优选所有的所述多个凹部。
在一些实施例中，间隙填充流体完全填充至少90％、优选至少95％、更优选至少99％、最优选所有的侧向空间。换句话说，间隙填充流体优选填充待填充间隙填充流体的全部每个侧向空间。
在一些实施例中，间隙填充流体基本上没有空隙。
在一些实施例中，侧向空间具有至少1.0nm到至多40.0nm、或至少2.0nm到至多20.0nm、或至少3.0nm到至多18.0nm、或至少4.0nm到至多16.0nm、或至少5.0nm到至多15.0nm、或至少6.0nm到至多14.0nm、或至少7.0nm到至多13.0nm、或至少8.0nm到至多12.0nm、或至少9.0nm到至多11.0nm、或约10.0nm的高度。
在一些实施例中，间隙填充流体在侧向空间中延伸至少1.0nm到至多200.0nm、或至少1.5nm到至多150.0nm、或至少2.0nm到至多100.0nm、或至少2.5nm到至多50.0nm的距离，或至少3.0nm到至多25.0nm的距离，或至少4.0nm到至多20.0nm的距离，或至少5.0nm到至多18.0nm的距离，或至少6.0nm到至多16.0nm的距离，或至少7.0nm到至多14.0nm的距离，或至少8.0nm到至多12.0nm的距离，或约10.0nm的距离。
在一些实施例中，间隙填充流体在侧向空间中延伸至少3nm的距离、或至少5.0nm的距离、或至少10.0nm的距离、或至少25nm的距离、或至少50nm的距离、或至少100nm的距离、或至少250nm的距离、或至少500nm的距离、或至少1μm的距离。
在一些实施例中，凹部具有至少5nm到至多500nm、或至少10nm到至多250nm、或至少20nm到至多200nm、或至少50nm到至多150nm、或至少100nm到至多150nm的深度。
在一些实施例中，凹部具有至少10nm到至多10,000nm、或至少20nm到至多5,000nm、或至少40nm到至多2,500nm、或至少80nm到至多1000nm、或至少100nm到至多500nm、或至少150nm到至多400nm、或至少200nm到至多300nm的深度。
在一些实施例中，凹部具有至少10nm到至多10,000nm、或至少20nm到至多5,000nm、或至少40nm到至多2,500nm、或至少80nm到至多1000nm、或至少100nm到至多500nm、或至少150nm到至多400nm、或至少200nm到至多300nm的长度。
在一些实施例中，间隙填充流体延伸到特定凹部中的距离等于该凹部的高度的至少1.0倍到至多10.0倍。在一些实施例中，间隙填充流体延伸到特定凹部中的距离等于该凹部的高度的至少1.5倍到至多9.0倍。在一些实施例中，间隙填充流体延伸到特定凹部中的距离等于该凹部的高度的至少2.0倍到至多8.0倍。在一些实施例中，间隙填充流体延伸到特定凹部中的距离等于该凹部的高度的至少3.0倍到至多6.0倍。在一些实施例中，间隙填充流体延伸到特定凹部中的距离等于该凹部的高度的至少4.0倍到至多6.0倍。在一些实施例中，间隙填充流体延伸到特定凹部中的距离等于该凹部的高度的约5.0倍。
在一些实施例中，间隙填充流体包含聚硅氮烷低聚物。
在一些实施例中，聚硅氮烷低聚物是支化的。
在一些实施例中，聚硅氮烷低聚物包含多个低聚物种。
在一些实施例中，结构包含多个侧向空间，其中所述侧向空间存在于全环绕栅极晶体管的源极和/或漏极区域中，并且其中所述间隙填充流体充当层间电介质。
在一些实施例中，间隙填充流体被固化。术语“固化”是指沉积的间隙填充流体低聚物的交联过程。合适的固化手段包括如本文所述的等离子体固化工艺。
在一些实施例中，固化的间隙填充流体完全由si、n、h和c组成。在一些实施例中，固化的间隙填充流体完全由si、n和c组成。
优选地，固化的间隙填充流体为热固性树脂。
还提供了一种通过如本文所述的方法形成的结构。
本公开的方法和结构涉及间隙填充流体的制造和/或提供。这样的间隙填充流体，即具有填充能力的流体，可应用于各种半导体器件，包括但不限于3d交叉点存储器件中的单元隔离、自对准通孔、伪栅极(替换当前的多晶si)、反向色调图案化、pcram隔离、切割硬掩模和dram存储节点接触(snc)隔离。
还提供了一种全环绕栅极晶体管，其包含间隙填充流体作为层间电介质。
在一些实施例中，间隙填充流体被固化，优选地，间隙填充流体借助于如本文所述的方法固化。
还提供了间隙填充流体作为层间电介质在全环绕栅极晶体管中的用途。全环绕栅极晶体管和层间电介质是如本领域已知的，并见述于例如美国专利号9,087,915中。
还提供了固化的间隙填充流体作为层间电介质在全环绕栅极晶体管中的用途。
还提供了一种系统，其配置为执行如本文所述的方法和/或配置为形成如本文所述的结构。
还提供了一种系统，其包括：一个或多个反应腔室；与所述一个或多个反应腔室中的至少之一流体联接的气体注入系统；用于在所述一个或多个反应器腔室中引入前体和任选地载气的第一气体源；用于向一个或多个反应器腔室中引入一种或多种其他气体的混合物的第二气体源；排气口；和控制器，其中所述控制器配置为控制进入气体注入系统的气体流量以执行如本文所述的方法。
在一些实施例中，气体注入系统包括前体递送系统，所述前体递送系统采用载气来将前体携带至一个或多个反应器腔室。在一些实施例中，载气的连续流动使用流通系统实现，其中载气管线提供有具有前体储罐(瓶)的绕道管线，并且在主管线和绕道管线之间切换，其中当仅意在向反应腔室进给载气时，关闭绕道管线，而当意在向反应腔室进给载气和前体气体二者时，关闭主管线，载气流经绕道管线并与前体气体一道从瓶流出。这样，载气可连续地流进反应腔室中并可通过切换主管线和绕道管线而以脉冲形式携带前体气体。
熟练技术人员应认识，所述装置包括一个或多个编程或以其他方式配置为使得沉积和本文其他地方描述的反应器清洁工艺能够进行的控制器(未示出)。如熟练技术人员应理解，所述一个或多个控制器可与各种电源、加热系统、泵、机器人装置和反应器的气体流量控制器或阀门连通。
在本公开中，当未指定条件和/或结构时，本领域的技术人员可以根据本公开，按照常规实验容易地提供这样的条件和/或结构。
本文描述的本公开的实例实施例不限制本发明的范围，因为这些实施例仅是本发明的实施例的实例，本发明由附随的权利要求书及其法律等同物限定。任何等同的实施例均意在包括在本发明的范围内。实际上，除本文示出和描述的那些外，本公开的各种修改，如所述要素的替代的可用组合，本领域技术人员可从说明书显而易见。这样的修改和实施例也意在落在附随的权利要求书的范围内。
作为用途情况的一个实例，本公开的间隙填充层可用作全环绕栅极晶体管中的层间层。
作为另一用途情况的一个实例，本公开的间隙填充层可用作自对准接触上方的介电填充层。
本公开提供的方法可在任何合适的装置中执行，包括在如图1中所示的反应器中执行。类似地，本公开提供的结构可在任何合适的装置中制造，包括如图1中所示的反应器制造。图1为peald装置的示意图，该装置宜与编程为进行下文所述序列的控制器结合，可用于本发明的一些实施例中。在此图中，通过在反应腔室(3)的内部(11)(反应区)中提供一对并联且彼此面对面的导电平板电极(2、4)，从电源(25)向一侧施加rf功率(例如，在13.56mhz或27mhz下)，并将另一侧(12)电接地，在电极之间激发等离子体。可在下部(2)即下电极中设置温度调节器。将基板(1)放置在其上并使其温度保持恒定于给定温度下。上电极(4)也可用作喷淋板，并可分别通过气体管线(21)和气体管线(22)及通过喷淋板(4)向反应腔室(3)中引入反应物气体和/或稀释气体(如果有的话)以及前体气体。另外，在反应腔室(3)中，提供具有排气管线(17)的环形管(13)，通过所述排气管线排出反应腔室(3)的内部(11)中的气体。另外，设置在反应腔室(3)下方的转移腔室(5)设置有气体密封管线(24)以经由转移腔室(5)的内部(16)向反应腔室(3)的内部(11)中引入密封气体，转移腔室中设置有用于分离反应区和转移区的分离板(14)。应指出，该图中省略了晶片可通过其向或从转移腔室(5)转移的闸阀。转移腔室还设置有排气管线(6)。在一些实施例中，在同一反应空间中进行多元素膜的沉积和表面处理，使得所有步骤都可连续地进行而不将基板暴露于空气或其他含氧气氛中。
在一些实施例中，在图1中所描绘的装置中，可使用图2中示意的切换非活性气体流与前体气体流的系统来以脉冲形式引入前体气体而基本上不使反应腔室的压力波动。
确实，载气的连续流动可使用流通系统(fps)实现，其中载气管线提供有具有前体储罐(瓶)的绕道管线，并且在主管线和绕道管线之间切换，其中当仅意在向反应腔室进给载气时，关闭绕道管线，而当意在向反应腔室进给载气和前体气体二者时，关闭主管线，载气流经绕道管线并与前体气体一道从瓶流出。这样，载气可连续地流进反应腔室中并可通过切换主管线和绕道管线而以脉冲形式携带前体气体。图2示意了根据本发明的一个实施例的使用流通系统(fps)的前体供应系统(黑色阀门指示该阀门是关闭的)。如图2中(a)中所示，当向反应腔室进给前体时(未示出)，第一载气如ar(或he)流经具有阀门b和c的气体管线，并然后进入瓶(储存器)(20)。载气从瓶(20)流出，同时携带量对应于瓶(20)内部的蒸气压的前体气体，流过具有阀门f和e的气体管线，并然后与前体一起进给到反应腔室。在上文中，阀门a和d是关闭的。当向反应腔室仅进给载气(惰性气体)时，如图2中(b)中所示，载气流经具有阀门a的气体管线，同时绕过瓶(20)。在上文中，阀门b、c、d、e和f是关闭的。
熟练技术人员应认识，所述装置包括一个或多个编程或以其他方式配置为使得沉积和本文其他地方描述的反应器清洁工艺能够进行的控制器(未示出)。如熟练技术人员应理解，所述一个或多个控制器可与各种电源、加热系统、泵、机器人装置和反应器的气体流量控制器或阀门连通。
任选地，可使用双腔室反应器。双腔室反应器包括两个用于处理彼此靠近设置的晶片的区段或隔室。在这样的双腔室反应器中，反应物气体和惰性气体可通过共享管线供给，而含前体的气体借助于非共享管线提供。
在又一个实例中，参考图3，其示出了一种示例性的测试结构(100)。该测试结构用于证实具有优异的侧向流动性的间隙填充流体、更特别地sicn层的功效。本实例中的sicn层包含多个支化的聚硅氮烷低聚物种。其使用如
表1中所示的工艺条件2并使用以下前体分子沉积：
在测试结构(100)中，间隙填充流体(110)填充沟道(140)。此外，间隙填充流体(110)完全填充侧向空间(130)。沟道的宽度wt等于210nm。沟道(140)的高度等于445nm。侧向空间(130)的高度ht等于36nm。被间隙填充流体(110)填充的侧向空间(130)的宽度wv为160nm。这对应于侧向空间(130)的总宽度，因此，对于高度为36nm的侧向空间(130)，160nm是本实例中使用的间隙填充流体的侧向间隙填充能力的下限。
在又一个实例中，参考图4。使用表1的工艺条件3，其示出了在窄且高纵横比结构中的竖直填充能力。
在又一个实例中，参考图5。该图示出了如何对样品横截面使用扫描透射电子显微镜(stem)借助于厚度测量来测量沉积在样品顶部上的间隙填充流体的厚度tt和沉积在沟道底部中的间隙填充流体的厚度tb。沉积在样品顶部上的间隙填充流体的厚度tt与沉积在沟道底部中的间隙填充流体的厚度tb之比将得出样品顶部处每个循环的生长与底部处每个循环的生长之比。接近零或至少小于一的值指示良好的流动性。
在又一个实例中，讨论了如本文所提供的一种示例性方法。所述方法涉及填充硅晶片中的间隙。所述间隙包括凹部和与凹部流体连接的侧向空间。所述方法包括用间隙填充流体至少部分地填充所述凹部和所述侧向空间。优选地，凹部和侧向空间被间隙填充流体完全填充。
用间隙填充流体至少部分地填充间隙可包括：在反应器腔室中引入设置有间隙的基板，所述间隙包括凹部和从凹部基本上侧向地延伸的侧向空间；向反应器腔室中引入前体；向反应器腔室中引入共反应物；和在反应器腔室中引入等离子体；由此，前体和共反应物反应而在间隙的凹部和侧向空间中形成间隙填充流体。
共反应物可包含氮和/或氨，并且前体可以是具有根据下式的结构的环硅氮烷前体：
其中r1至r9中的任何一个各自独立地选自氢以及c1至c5支链或直链烷基、烯基、炔基和烷基胺。
除了环硅氮烷前体、氨和氮之外，没有气体可被引入到反应器中。另外，反应器中的压力可为至少900pa到至多1,800pa并且反应器中的温度可为至少50℃到至多75℃。
本文还提供了一种包括半导体基板的结构，所述半导体基板包含多个凹部。所述多个凹部与一个或多个侧向空间流体连接，并且所述多个凹部和所述一个或多个侧向空间用可固化的间隙填充流体填充。间隙填充流体基本上没有空隙。
侧向空间可具有至少1.0nm到至多40.0nm的高度。间隙填充流体可在侧向空间中延伸至少5.0nm的距离。凹部可具有至少5nm到至多500nm的深度、至少10nm到至多10,000nm的宽度和至少10nm到至多10,000nm的长度。
间隙填充流体可包含支化的聚硅氮烷低聚物，所述支化的聚硅氮烷低聚物包含多个低聚物种。换句话说，支化的聚硅氮烷低聚物可包含多个具有不同形态的不同大分子。
作为又一个实例，讨论了一种示例性的固化步骤。固化步骤可采用连续的直接等离子体达20秒。间隙填充流体沉积步骤和此直接等离子体固化步骤可循环地进行。这允许有效地固化全部或至少一大部分的间隙填充流体。为了固化300mm基板上间隙中的间隙填充流体，每个直接等离子体固化步骤均具有20秒的he等离子体，其rf功率为200w并且工作压力为600pa。反应器容积为大约1升并且he流量为2slm。
作为又一个实例，讨论了另一种示例性的固化步骤。固化步骤可涉及微脉冲等离子体的使用。在本实例中，固化步骤可循环地进行，即，采用间隙填充流体沉积和微脉冲rf等离子体的交替循环，但沉积后微等离子体固化处理也是可以的。循环的间隙填充流体沉积和等离子体步骤的施加允许有效地固化全部或至少一大部分的间隙填充流体。为了固化300mm基板上间隙中的间隙填充流体，每个直接固化步骤可具有200个微脉冲，所述微脉冲包含0.1秒的等离子体开启时间和0.5秒的等离子体关闭时间。固化步骤可采用400pa的he等离子体。所提供的rf功率可为200w。可采用10slm的he流量。
间隙填充流体可包含支化的聚硅氮烷低聚物，所述支化的聚硅氮烷低聚物包含多个低聚物种。换句话说，支化的聚硅氮烷低聚物包含多个可具有不同形态的不同大分子。
在又一个实例中，参考图6和表1。
图6示出了一种示例性间隙填充流体沉积工艺的沉积循环序列。所述工艺可采用由氮和氨组成的气体混合物作为共反应物。共反应物以恒定的流量连续提供到反应器腔室。前体脉冲和rf开启脉冲可依次施加，并可由吹扫脉冲分开。表1针对300mm基板示出了产生特别好的结果的示例性工艺条件。在本表中：“条件”一栏示出了工艺条件参考号；“沉积循环”一栏示出了每种工艺条件的沉积循环数；“nh3流量”一栏示出了每种工艺条件的氨流量，单位为标准升每分钟(slpm)；“n2载气流量”一栏示出了每种工艺条件的二氮载气流量，即与前体一起提供的二氮的流量，单位为slpm；“反应器压力”一栏示出了每种工艺条件的反应器腔室压力，单位为pa；“等离子体功率”一栏示出了每种工艺条件所用的rf等离子体，单位为w；“电极间隙”一栏示出了在其间生成rf等离子体的电极之间的距离，单位为mm；“n2气流量”一栏示出了每种工艺条件下除了作为载体所提供的之外另外向反应器腔室提供的二氮的流量，单位为slpm；“前体进给时间”一栏示出了每个沉积循环期间提供前体的时间，单位为秒；“前体吹扫时间”一栏示出了在每个前体进给脉冲之后仅向反应器腔室提供共反应物即n2和nh3而不施加等离子体的时间；“rf开启时间”一栏示出了每种工艺条件下每个沉积循环期间提供rf功率的时间，单位为秒；“后吹扫时间”一栏示出了在每个等离子体开启脉冲之后仅向反应器腔室提供共反应物即n2和nh3而不施加等离子体的时间，单位为秒；“顶部gpc”一栏示出了每种工艺条件下每个循环的顶部生长，单位为nm/循环；“底部gpc”一栏示出了每种工艺条件下每个循环的底部生长，单位为nm/循环；“顶部gpc/底部gpc”一栏示出了每种工艺条件下每个循环的顶部生长与每个循环的底部生长之比。
图7示出了一种示例性间隙填充流体沉积工艺的沉积循环序列。所述工艺采用包含氩气的气体混合物作为共反应物。共反应物可以恒定的流量连续提供到反应器腔室。前体脉冲和rf开启脉冲被依次施加，并由吹扫脉冲分开。表2针对300mm基板示出了产生特别好的结果的示例性工艺条件。在此表中，各栏的图例在作必要修改后与表1的那些具有相似的含义。
