高品质间隙填充物的高偏压沉积

摘要

本公开文本的实施例总体上涉及集成电路的制造。更特定而言，本文所述的实施提供用于沉积高品质间隙填充物的技术。一些实施例利用化学气相沉积、等离子体气相沉积、物理气相沉积及其组合来沉积所述间隙填充物。所述间隙填充物为高品质的且在性质方面类似于类似组成的块体材料。

说明书

技术领域

本公开文本总体上涉及沉积薄膜的方法。详细来说，本公开文本涉及通过高品质介电间隙填充物来填充窄沟槽的工艺。

背景技术

半导体电路元件的小型化在商业规模上已达到制造45nm、32nm、28nm以及甚至20nm的特征大小的程度。随着尺寸持续变得更小，对于诸如通过多种材料来填充电路元件之间的间隙的工艺步骤而言，新的挑战出现了。随着元件之间的宽度持续缩小，其间的间隙时常变得更高并且更窄，使得间隙更难以填充而无间隙填充材料被卡住以产生孔隙和弱接缝。常规化学气相沉积(chemical vapor deposition；CVD)技术时常在间隙被完全填充之前经历间隙顶部处的材料的过度生长。这可在间隙中产生孔隙或接缝，其中由于过度生长而过早地切断了沉积材料；问题有时被称作面包成块。

面包成块问题的一个解决方案为使用间隙填充前驱物和等离子体激发的前驱物在无等离子体的基板处理区域中组合以便形成新生的可流动膜。如此沉积的可流动性允许膜使用此化学气相沉积技术在无接缝或孔隙的情况下填充间隙。已发现此化学气相沉积产生比旋涂玻璃(spin-on glass；SOG)工艺或旋涂介电质(spin-on dielectric；SOD)工艺更佳的间隙填充性质。虽然通过CVD沉积的可流动膜沉积具有较少面包成块问题，但此类技术仍无法用于一些类别的材料。

虽然可流动CVD技术代表了通过其他间隙填充材料来填充高的、窄的(即，高的深宽比)间隙方面的重大突破，但仍需要可通过高品质介电材料来无缝地填充所述间隙的技术。举例而言，以前可流动的基于碳的间隙填充物含有大量氧及硅。这些元素明显改变了基于碳的间隙填充膜的性质。

因此，需要用于沉积高品质间隙填充膜的前驱物及方法。

发明内容

本公开文本的一个或多个实施例针对一种间隙填充物沉积方法，所述间隙填充物沉积方法包括将基板定位在处理腔室的处理空间内的静电卡盘上。所述基板具有在其中包括至少一个特征的基板表面。所述至少一个特征延伸从所述基板表面至底表面的深度。所述至少一个特征在所述基板表面处具有由第一侧壁和第二侧壁限定的开口宽度。使间隙填充前驱物从在所述静电卡盘上方间隔开的气体分配元件流入所述处理空间中，而同时所述处理空间被维持在约0.5毫托与约10托之间的压力下。通过将第一RF偏压施加至所述静电卡盘而在所述基板上方的所述处理空间中产生等离子体，以在所述基板的所述至少一个特征内沉积间隙填充物。所述间隙填充物基本上不包括孔隙。

本公开文本的额外实施例针对一种间隙填充物沉积方法，所述间隙填充物沉积方法包括将基板定位在处理腔室的处理空间内的第一电极之上。所述基板具有在其中包括至少一个特征的基板表面。所述至少一个特征延伸从所述基板表面至底表面的深度。所述至少一个特征在所述基板表面处具有由第一侧壁和第二侧壁限定的开口宽度。所述处理腔室进一步包括定位在所述第一电极和所述基板上方的第二电极。所述第二电极具有包括二次电子发射材料的表面，所述二次电子发射材料包括含硅材料或含碳材料中的一者或多者。使间隙填充前驱物流入所述处理空间中。将第一RF功率施加至所述第一电极和所述第二电极中的至少一者。在所述基板的所述至少一个特征内形成间隙填充物。所述间隙填充物基本上不包括孔隙。

本公开文本的进一步的实施例针对一种在基板的特征内的类金刚石的碳间隙填充物。所述间隙填充物具有在约1.8g/cm

附图说明

因此，可详细地理解本发明的上述特征的方式，可通过参考实施例来获得以上简要概述的本发明的更具体描述，一些实施例在附图中被示出。然而，应注意，附图仅示出本发明的典型实施例，且因此不应视为对本发明的范围的限制，因为本发明可允许其他同等有效的实施例。

图1描绘可使用电子束等离子体技术来实践本公开文本的一些实施例的沉积设备的一个示例的示意图；

图2描绘可使用电子束等离子体技术实践本公开文本的一些实施例的沉积设备的另一示例的示意图；

图3描绘根据本公开文本的一些实施例的用于形成间隙填充物的方法的流程图；

图4A至图4B描绘根据本公开文本的一些实施例的用于形成间隙填充物的方法的流程图；

图5A和图5B描绘根据本公开文本的一个或多个实施例的在处理之前及处理之后的基板的横截面；

图6A描绘可用于实践本公开文本的一些实施例的沉积系统的示意性横截面图；

图6B描绘可用于实践本公开文本的一些实施例的另一沉积系统的示意性横截面图；

图7描绘可用于图6A或图6B的用于实践本公开文本的一些实施例的设备中的静电卡盘的示意性横截面图；以及

图8描绘根据本公开文本的一个或多个实施例的用于在基板的特征中形成高品质间隙填充物的方法的流程图。

为了便于理解，在可能的情况下，已使用相同元件符号来表示附图中所共有的相同元件。预期一个实施例的元件及特征可有利地并入其他实施例中而无需进一步叙述。

具体实施方式

如在本说明书及所附的权利要求中所使用的，互换地使用术语“基板”及“晶片”，均指代工艺在其上起作用的表面或表面的部分。本领域技术人员也应理解，对基板的提及也可仅指代基板的部分，除非上下文中另有明确说明。另外，对在基板上沉积的提及可意谓裸基板以及具有沉积或形成于其上的一个或多个膜或特征的基板两者。

如本文中所使用，“基板”指代在制造工艺期间在其上执行膜处理的任何基板或形成于基板上的材料表面。举例而言，视应用而定，可在其上执行处理的基板表面包括诸如以下各者的材料：硅、氧化硅、应变硅、绝缘体上硅(silicon on insulator；SOI)、碳掺杂的氧化硅、氮化硅、掺杂硅、锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石、以及任何其他材料，诸如金属、金属氮化物、金属合金及其他导电材料。基板包括而不限于半导体晶片。可将基板暴露于预处理工艺，以对基板表面研磨、蚀刻、还原、氧化、羟基化(或以其他方式产生或接枝目标化学部分以赋予化学功能)、退火和/或烘烤。除了直接在基板表面自身上进行膜处理以外，在本公开文本中，也可在形成于基板上的下层(如以下更详细地公开)上执行所公开的膜处理步骤中的任一者，且术语“基板表面”意欲包括这样的下层，如上下文中所指示。因此，例如，在膜/层或部分膜/表面已沉积在基板表面上的情况下，最新沉积的膜/层的被暴露表面成为基板表面。给定基板表面包括什么，将取决于将沉积何种膜以及所使用的特定化学物质。

如在本说明书及所附权利要求中所使用，可互换地使用术语“反应气体”、“前驱物”、“反应物”等，以意谓包括与基板表面反应的物质的气体。举例而言，第一“反应气体”可简单地吸附在基板的表面上并且可用于与第二反应气体的进一步化学反应。

如本文中所使用，术语“约”意谓大约或近似且在所阐述的数值或范围的上下文中意谓数值的±15％或更小的变化。举例而言，相差±14％、±10％、±5％、±2％或±1％的值将满足约的定义。

以下公开内容描述用于在基板的特征中沉积高品质间隙填充物的技术。在以下描述中并在图1至图8中阐述某些细节以提供对本公开文本的各种实施例的彻底理解。未在以下公开内容中阐述描述时常与等离子体处理及间隙填充物沉积相关联的熟知结构及系统的其他细节，以避免不必要地混淆各种实施例的描述。

附图中所示的细节、尺寸、角度及其他特征中的许多者仅说明特定实施例。因此，在不脱离本公开文本的精神或范围的情况下，其他实施例可具有其他细节、元件、尺寸、角度和特征。另外，可在无以下所述细节中的若干者的情况下实践本公开文本的另外的实施例。

以下将参考可使用任何合适的薄膜沉积系统执行的PECVD工艺来描述本文所述实施例。合适系统的示例包括可使用

也可在具有由陶瓷壁环绕的多频电容耦合等离子体(capacitively coupledplasma；CCP)配置的处理腔室中沉积本文所述的间隙填充物。陶瓷壁外部为电感耦合线圈，所述电感耦合线圈也可以电感方式增强等离子体。处理腔室具有顶电极，所述顶电极由一个或多个RF发生器供电。所述顶电极也可充当气体分配喷头。也可侧向地将原料气体注入处理腔室中，用于调节膜均匀性。处理腔室进一步包括底电极，晶片定位在所述底电极处。所述底电极也由RF发生器供电，且驱动频率取决于选定的沉积方案。

在一些实施例中，经由喷头电极或者侧壁注入件将间隙填充前驱物引入处理腔室中。处理腔室通常包括顶电极(例如，喷头电极)、底电极(例如，基座)及环绕处理腔室的部分的ICP线圈。可用惰性气体(诸如，Ar或He)来稀释间隙填充前驱物，以增大等离子体密度。在撞击等离子体之前，可通过真空泵上方的闸阀在处理腔室中建立稳定的操作压力(例如，从约0.1毫托至几托)。将RF功率施加至顶电极、底电极及ICP线圈中的至少一者。视电源方案而定，可同时对顶电极、底电极和ICP线圈供电，或可同时对此三者中的两者供电。所施加的RF频率范围为从几百kHz至数十MHz。也可将多个频率施加至顶电极或底电极，以优化离子通量及入射至基板上的能量。在所需沉积时间之后，关闭电源，并且沉积完成。

针对顶电极、底电极和ICP线圈的电源方案可为以下电源方案中的任一者。在一些实施例中，仅对顶电极供电。顶电极可同时受多个频率驱动(例如，约2MHz及约40MHz)。在一些实施例中，对顶电极及ICP供电。可将ICP用作构件以进一步降低k值，增大沉积速度或调整均匀性。在一些实施例中，仅对底电极供电。在此配置中，底电极受高频驱动(例如，高于13MHz的频率，例如，60MHz)或者受高频及低频驱动。在一些实施例中，同时对底电极和顶电极供电。在一些实施例中，同时对下部电极及ICP供电。

在一些实施例中，顶电极具有由高二次电子发射材料(诸如，硅或碳)制成的电极表面。当以离子轰击顶电极时，由于离子轰击而发射的二次电子被等离子体鞘加速，由此获得高能量。那些高能二次电子如同电子束一样向下射击，并对烃分子的游离及离解而言非常有效。为了增大碰撞机率，可增大顶电极与底电极之间的间隙。

目前间隙填充物应用主要使用可流动膜，所述可流动膜本质上为非晶的，但其性质不同于类似块体膜。在许多情形下，相对于可流动间隙填充物的性质，块体膜性质较佳。因而，需要间隙填充物，尤其是碳(类金刚石)膜及具有类似于块体材料的性质的其他介电材料(例如，Si、SiN、SiO)。对于类金刚石的碳材料而言，间隙填充物所寻求的块体性质包括但不限于高密度及模数(例如，更高的sp3含量，更类同金刚石)和低应力(例如，＜-500MPa)。

本文所述的一些实施例提供制造具有高密度(例如，＞1.8g/cc)、高模数(例如，＞150GPa)及低应力(例如，＜-500MPa)的碳间隙填充物的方法。根据本文所述的一些实施例产生的碳间隙填充物不仅具有低应力而且具有高的sp3碳含量。

在一些实施例中，可通过使用间隙填充前驱物的化学气相沉积(等离子体增强和/或热)工艺形成本文所述的间隙填充材料。在一些实施例中，间隙填充前驱物包括烃，且间隙填充物包括类金刚石的碳材料。在一些实施例中，所述烃选自由以下各者组成的组：C

可在范围为从-50摄氏度至600摄氏度的温度下执行间隙填充物沉积工艺。可在压力范围为从0.1毫托至10托的处理空间中执行间隙填充物沉积工艺。间隙填充前驱物可进一步包括He、Ar、Xe、N

在一些实施例中，间隙填充前驱物可进一步包括蚀刻剂气体，诸如，Cl

在一些实施例中，经由RPS馈送氢自由基，这导致sp2杂化碳原子的选择性蚀刻，由此进一步增大间隙填充物的sp3杂化碳原子比例。

图1描绘可使用电子束等离子体技术实践本公开文本的一些实施例的处理腔室100的一个示例的示意图。电子束等离子体腔室具有限定处理腔室100的真空腔室主体，所述处理腔室100包括圆柱形的侧壁102。处理腔室100由栅格过滤器104划分为上部腔室100a及下部腔室100b。下部腔室100b为漂移空间，因为在不施加偏置电压的情况下其中无实质性电场。顶板106覆盖上部腔室100a并支撑电极108。在一些实施例中，电极108由工艺相容材料形成，诸如硅、碳、硅碳化合物或氧化硅化合物。在一些实施例中，电极108由金属氧化物形成，诸如氧化铝、氧化钇或氧化锆。顶板106及电极108可为圆盘形。电极108的底表面面向栅格过滤器104且暴露于上部腔室100a的内部体积。在一些实施例中，绝缘体或介电环109环绕电极108。

在特定实施例中，电极108由含碳材料形成，所述含碳材料可在间隙填充物沉积工艺期间辅助提供碳源。因此，在执行诸多间隙填充物沉积工艺之后，可消耗电极108。从电极108移出的材料可通过消耗从电极108轰击的材料而辅助形成具有高的膜密度的碳间隙填充层。因此，可执行电极108的周期性替换以确保工艺可靠性和可重复性。

在一些实施例中，电极108充当喷头元件，用于将处理气体输送至处理腔室100中。在一些实施例中，电极108具有多个开口108-1，用于将处理气体输送至处理腔室100中。经由阀阵列(未示出)从处理气体供应器114的阵列供应气体。

用于支撑下部腔室100b中的工件(例如，基板111)的工件支撑基座110具有面向栅格过滤器104的工件支撑表面110a，且可通过抬升伺服器112在轴向上移动。在一些实施例中，工件支撑基座110包括形成工件支撑表面110a的绝缘圆盘195、在绝缘圆盘195内部的工件电极196、以及连接至工件电极196的卡紧电压供应器199。另外，在绝缘圆盘195下的基层194具有内部通道107，用于使来自循环供应器198的热介质(例如，液体)循环。循环供应器198可充当散热器或者充当热源。

通过RF馈送导体123经由阻抗匹配件124将具有VHF频率(例如，160MHz)的RF电源功率发生器120和具有低于VHF范围或低于HF范围的频率(例如，在MF或LF范围中，例如，2MHz)的较低功率RF电源功率发生器122耦接至电极108。RF电源功率发生器120、122通常能够产生具有从约0.4kHz至约300MHz的频率以及在约0瓦特与约10000瓦特之间的功率的RF信号。在一些实施例中，阻抗匹配件124经调适以提供RF电源功率发生器120及122的不同频率下的阻抗匹配，且提供过滤以使功率发生器彼此隔离。通过控制器126独立地控制RF电源功率发生器120、122的输出功率水平。如以下将详细描述，将来自RF电源功率发生器120、122的功率耦合至电极108。在一些实施例中，顶板106导电且与电极108电接触，且来自阻抗匹配件124的功率经由顶板106传导至电极108。

在一些实施例中，侧壁102由金属形成且接地。在一些实施例中，上部腔室100a内部的接地内表面的表面积为电极108的表面积的至少两倍。在一些实施例中，处理腔室100内部的接地内表面可涂布有工艺相容材料，诸如硅、碳、硅碳化合物或氧化硅化合物。在替代实施例中，处理腔室100内部的接地内表面可涂布有诸如氧化铝、氧化钇或氧化锆的材料。

在一些实施例中，可以两个单独受控制的VHF功率发生器120a及120b来替换RF电源功率发生器120。VHF功率发生器120a具有在VHF频带的下部部分(例如，30MHz至150MHz)中的输出频率，而VHF功率发生器120b具有在VHF频带的上部部分(例如，150MHz至300MHz)中的输出频率。控制器126可通过选择VHF功率发生器120a及120b的输出功率水平之间的比率来管控等离子体离子密度。通过两个VHF功率发生器120a及120b，可通过选择上部腔室100a的间隙(电极108与栅格过滤器104之间的距离)来控制上部腔室100a中的径向等离子体均匀性，使得下部VHF频率通过自身在上部腔室100a中产生等离子体离子密度的边缘高的径向分布，且上部VHF频率通过自身产生等离子体离子密度的中心高的径向分布。通过此选择，接着将两个VHF功率发生器120a、120b的功率水平设定为使等离子体离子密度的径向分布的均匀性优化的比率。

在一些实施例中，顶板106为用于电极108的支撑件，且包括绝缘层150，所述绝缘层150含有面向电极108的卡紧电极152。DC卡紧电压供应器154经由馈送导体155耦接至卡紧电极152，用于以静电方式将电极108夹紧至顶部106。DC阻挡电容器156可与阻抗匹配件124的输出串联连接。控制器126可控制DC卡紧电压供应器154。在一些实施例中，来自阻抗匹配件124的RF馈送控制器123可连接至电极支撑件或顶部106，而非直接连接至电极108。在此实施例中，来自RF馈送导体123的RF功率可从电极支撑件电容耦合至电极108。在一些实施例中，上部气体注入器130经由第一阀132将处理气体提供至上部腔室100a中。在一些实施例中，下部气体注入器134经由第二阀136将处理气体提供至下部腔室100b中。经由阀140的阵列从处理气体供应器138的阵列供应气体，例如，所述阀可包括第一阀132及第二阀136。在一些实施例中，至上部腔室100a及下部腔室100b中的气体种类及气体流动速率为独立可控的。控制器126可管控阀140的阵列。在一些实施例中，将惰性气体供应至上部腔室100a中，且将处理气体供应至下部腔室100b中。可选择惰性气体流动速率以基本上防止气体从下部腔室100b对流或扩散至上部腔室100a中，从而提供上部腔室100a的实质性化学隔离。

在一些实施例中，可通过各种块体工艺及表面工艺在上部腔室100a中产生等离子体，所述工艺包括顶部电子发射电极108的内表面的高能粒子轰击。电极108的离子轰击能量及等离子体密度为RF电源功率发生器120及122两者的函数。电极108的离子轰击能量可基本上受来自RF电源功率发生器122的较低频率功率控制，且上部腔室100a中的等离子体密度可基本上由来自RF电源功率发生器120的VHF功率控制(增强)。可从电极108的内表面发射高能二次电子。来自发射表面的高能电子通量可包括电子束，且可具有基本上垂直于电极108的内表面的方向，以及大约为电极108的离子轰击能量的束能量，其通常范围可为从约10eV至5000eV，诸如，至少大于100eV。不同工艺的碰撞横截面取决于电子能量。在低能量下，用于激发(及分子气体中的离解)的横截面大于用于游离的横截面，而在高能量下则相反。可有利地选择(多个)RF功率水平以针对各种非弹性电子碰撞工艺。

在一些实施例中，侧壁102中的侧窗170面向上部腔室100a，且由RF功率可经由其进行电感耦合的材料(例如，石英或氧化铝)形成。电感线圈天线172环绕侧窗170且由可选RF电源功率发生器174经由阻抗匹配件176驱动。将待施加于电感线圈天线172的RF电源功率发生器174控制在约200瓦特(W)与约10千瓦之间。施加至电感线圈天线172的电感耦合功率的频率可在2MHz与约13MHz之间。远程等离子体源197可将等离子体物质引入下部腔室100b中。在具有RF电源功率发生器174及电感线圈天线172的实施例中，可通过来自RF电源功率发生器174的RF功率基本上控制(增强)上部腔室100a中的等离子体密度。在一个示例中，RF电源功率发生器174及电感线圈天线172可辅助提供轰击功率以从电极108溅射掉材料，因此辅助将材料放至设置于工件支撑基座110上的基板111的表面上。

在一些实施例中，栅格过滤器104为扁平盘形状且可以与侧壁102同轴。栅格过滤器104形成有多个开口104-1的阵列。在一些实施例中，选择栅格过滤器104的轴向厚度T及多个开口104-1的直径“d”，以促进高能导向束电子流经栅格过滤器104，同时阻止非束(低能量)电子及等离子体离子流经栅格过滤器104，且栅格过滤器孔面积与总的栅格过滤器面积的比率可最大化。高能电子通量(电子束)可经过栅格过滤器104至下部腔室100b，且可通过各种电子冲击工艺在下部腔室100b中产生等离子体。

由电子束在下部腔室100b中产生的等离子体可具有与上部腔室100a中的等离子体不同的特性。栅格过滤器104可充当过滤器以基本上使上部腔室100a及下部腔室100b彼此电隔离。在一些实施例中，栅格过滤器104由导电或半导体材料形成，且可连接接地或可为电浮动的。在一些实施例中，栅格过滤器104由非导电材料形成。在一些实施例中，栅格过滤器104可涂布有工艺相容材料，诸如，硅、碳、硅碳化合物或氧化硅化合物。在一些实施例中，栅格过滤器104可涂布有诸如氧化铝、氧化钇或氧化锆的材料。在一些实施例中，在上部腔室100a中产生的等离子体可具有高电子密度和/或高电子温度，且具有撞击在电极108上的高能离子。

由归因于电极表面的高能离子轰击而从电极108发射的二次电子通量组成的电子束的至少一部分传播经过栅格过滤器104并传播至下部腔室100b中，从而在下部腔室100b中产生低电子温度的等离子体，具有取决于束能量及通量以及其他因素(诸如，压力及气体成分)的等离子体密度。当离开下部腔室100b的等离子体区域时，高能束电子可撞击基板111或工件支撑基座110。留下的等离子体可容易地使由电子束通量导致的任何所得表面电荷放电。

在需要较高电子束通量或较高电子束密度的一些实施例中，可移除或消除栅格过滤器104，如图2中所示，以辅助从电极108发射的二次电子束通量以较快速率到达基板111或工件支撑基座110。或者，可出于任何工艺考虑及需要，在处理腔室100中移除或消除栅格过滤器104，如图2中所示。

在一些实施例中，将诸如氯的电负性或电子吸附气体供给至腔室中，将RF和/或VHF功率施加至电极108，可选地将RF功率施加至电感线圈天线172，可选地将远程等离子体源(remote plasma source；RPS)功率施加至远程等离子体源(RPS)197，在上部腔室100a中产生等离子体，且相对于接地及相对于等离子体在电极108上形成加速电压。电极108的所得高能离子轰击产生来自电极表面的二次电子发射，其构成来自电极表面的电子束通量。栅格过滤器104允许电子束的至少一部分传播经过栅格过滤器104并至下部腔室100b中，而同时防止非束电子的至少一部分及等离子体离子经过栅格过滤器104，从而在下部腔室100b中产生低电子温度的等离子体。在下部腔室100b中在电负性气体(诸如，氯气)中的所得低电子温度的等离子体可产生高度电负性的等离子体，具有远高于电子密度且达到正离子的密度的负离子密度。此等离子体通常称为离子-离子等离子体。

可以可选地使用基本上平行于电子束的基本上轴向导向的磁场以帮助导引电子束，从而改良电子束传送经过上部腔室100a、栅格过滤器104和/或下部腔室100b。可将低频率偏置电压或低重复频率的任意波形施加至工件支撑基座110(例如，施加至工件电极196)，以选择性地或交替地从所述等离子体提取正和/或负离子，并将那些离子加速至所需水平以便冲击基板111的表面用于蚀刻、清洁、沉积或其他材料改性。(a)在上部腔室100a中产生的自由基、(b)通过下部腔室100b中的电子束产生的自由基、(c)通过将偏置电压施加至工件支撑基座110产生的自由基或(d)通过远程等离子体源(remote plasma source；RPS)197产生的自由基可对流或扩散至基板111且参与工件表面上的反应。

在一些实施例中，将诸如氦气或氩气的相对惰性气体供给至上部腔室100a中，且电负性的或电子吸附气体(诸如，六氟化硫或氟化碳或其类似者)流入下部腔室100b中，将RF和/或VHF功率施加至电极108，可选地将RF功率施加至电感线圈天线172，可选地将RPS功率施加至远程等离子体源197，在上部腔室100a中产生等离子体，且相对于接地及相对于等离子体在电极108上形成加速电压。电极108的所得高能离子轰击产生来自电极表面的二次电子发射，其构成来自电极表面的电子束通量。栅格过滤器104允许电子束的至少一部分传播经过栅格过滤器104且传播至下部腔室100b中，而同时防止非束电子的至少一部分及等离子体离子经过栅格过滤器104，从而在下部腔室100b中产生低电子温度的等离子体。

在下部等离子体腔室中在电负性气体中的所得低电子温度的等离子体可产生高度电负性的等离子体，具有远高于电子密度且达到正离子的密度的负离子密度，通常将其称为离子-离子等离子体。

在一些实施例中，栅格过滤器104为气体分配板，其具有内部气体通道105a及气体注入出口105b。内部气体通道105a可耦接至阀140的阵列。

在一些实施例中，RF偏压功率发生器142经由阻抗匹配件144耦接至工件支撑基座110的工件电极196。在又一实施例中，波形定制处理器147可连接在阻抗匹配件144的输出与工件电极196之间。波形定制处理器147将RF偏压功率发生器142所产生的波形改变为所需波形。通过波形定制处理器147控制靠近基板111的等离子体的离子能量。在一些实施例中，波形定制处理器147产生其中在每一RF循环的特定部分期间振幅保持在对应于所需离子能级的水平的波形。控制器126可控制波形定制处理器147。

在一些实施例中，具有VHF或HF频率(例如，11MHz至60MHz)的RF功率发生器146以及具有低于VHF范围或低于HF范围(例如，在MF或LF范围中，例如，为0.4kHz至10MHz)的频率的RF功率发生器148经由阻抗匹配件144耦接至工件电极196。RF功率发生器146、148通常能够产生具有从约0.4kHz至约300MHz的频率以及在约0瓦特与约10000瓦特之间的功率的RF信号。在一些实施例中，RF功率发生器146、148为RF偏压功率发生器。在一些实施例中，RF功率发生器146、148为RF电源功率发生器。在一些实施例中，阻抗匹配件124经调适以提供RF功率发生器146及148的不同频率下的阻抗匹配，并且提供过滤以使功率发生器彼此隔离。通过控制器126独立地控制RF功率发生器146、148的输出功率水平。如将在本文中描述，来自RF功率发生器146、148的功率耦合至工件电极196。如先前所论述，可使用VHF发生器。

在一些实施例中，磁体160环绕处理腔室100。在一些实施例中，所述磁体包括分别与上部腔室100a及下部腔室100b相邻的一对磁体160-1、160-2。在一些实施例中，所述对磁体160-1、160-2提供适合于限制从上部腔室100a传播至下部腔室100b的电子束的轴向磁场。

在一些实施例中，高能电子至基板111的流动被在栅格过滤器104与基板111之间的区域中具有主要径向分量(即，横向于电子束流动方向)的磁场阻挡。此磁场可由磁体160-1或160-2中的一者产生、或者由另一磁体或另一组磁体产生。

在一些实施例中，顶板106包括内部通道178，用于在顶板106内部传导导热液体或介质。内部通道178连接至热介质循环供应器180。所述热介质循环供应器180充当散热器或热源。电极108与顶板106之间的机械接触足以维持电极108与顶板106之间的高热导率。在图1中所示的实施例中，通过DC卡紧电压供应器154所提供的静电夹紧力来调节机械接触的力。

图3描绘根据本公开文本的一个或多个实施例的用于在基板特征中形成间隙填充物的方法300的流程图。图4A至图4B为基板的横截面图，其图示出根据方法300在基板特征中形成间隙填充物的序列。

方法300在操作310处始于将基板111提供至处理腔室(诸如，图1或图2中所描绘的处理腔室100)中。在本公开文本的别处描述合适基板。

在操作320处，将间隙填充前驱物供应至处理腔室100中以准备在基板特征中形成间隙填充物。可经由阀140的阵列从处理气体供应器138将间隙填充前驱物供应至气体注入器130、134，从而分别流入处理腔室100中。

在一些实施例中，间隙填充前驱物包括烃。在本公开文本的其他地方论述合适的烃。额外合适的烃类化合物包括脂环烃及芳烃。

举例而言，脂环烃包括环丙烷、环丁烷、环戊烷、环戊二烯、甲苯等。举例而言，芳烃包括苯、苯乙烯、甲苯、二甲苯、吡啶、乙苯、苯乙酮、苯甲酸甲酯、乙酸苯酯、苯酚、甲酚、呋喃等。另外，α-松油烯，伞花烃、1,1,3,3-四甲基丁基苯、t-丁基醚、t-丁基乙烯、甲基丙烯酸甲酯及第三丁基糠基醚可能为合适的。

在一些实施例中，烃选自以下各者：丙烯、乙炔、乙烯、丙烯、丁烯、甲苯、α-松油烯。在一些实施例中，烃选自以下各者：C

在一些实施例中，可混合多种烃类化合物并将其供应至处理腔室作为间隙填充前驱物。可使用两种或两种以上烃类化合物来沉积间隙填充物。

在一些实施例中，烃包括甲烷(CH

在一些实施例中，可以约50sccm与约1000sccm之间的速率将间隙填充前驱物(诸如，甲烷)供应于气体混合物中。可以约10sccm与约1000sccm之间的速率将惰性气体(诸如，Ar气或He气)供应于气体混合物中。可以约100sccm与约500sccm之间的速率将氢气供应于气体混合物中。可以约0sccm与约200sccm之间的速率将氧气供应于气体混合物中。可以约0sccm与约400sccm之间的速率将氮气供应于气体混合物中。又，可以约100sccm与约2000sccm之间的流动速率将额外烃供应至气体混合物中。

在一些实施例中，可从不同位置(诸如，上部气体注入器130或下部气体注入器134及电极)控制可调整的流动速率及种类并将其供应至处理腔室100，以最大化栅格过滤器104下方或上方的自由基离解及等离子体密度。举例而言，若上部腔室100a中需要较高等离子体密度以增大束电子通量，则可经由上部气体注入器130来供应惰性气体(诸如，Ar或He)，这可促进电极轰击并降低电极108附近的分子气体密度以增大局部等离子体密度及束电子通量。相反，当需要氢分子离解(例如，增大所得膜纯度)时，可经由上部气体注入器130供应含氢气体，以便降低局部等离子体密度，但促进氢自由基形成，以便驱除处理腔室中以及所得间隙填充物中的杂质。

可选地，在操作330处，稳定处理腔室100中的压力历时预定义的RF接通延迟时间周期。预定义的RF接通延迟时间周期为固定时间延迟，其被定义为在操作340期间将间隙填充前驱物引入处理腔室100中与撞击或产生等离子体之间的时间周期。可使用任何合适的固定时间延迟来达成所需条件。通常选择RF接通延迟时间周期的长度，以使得间隙填充前驱物不会在处理腔室100中开始热分解或实质性地热分解。操作330的工艺可与操作320及操作340的工艺同时地执行、顺序地执行、或可部分地重叠。

在此实施例中，间隙填充前驱物可被引入处理腔室100中达较长时间，诸如，在约5秒与约30秒之间，例如，约15秒，所述时间可视基板的大小而变化。相信间隙填充前驱物在撞击等离子体之前的流动提供了处理腔室100的持续的热稳定及压力稳定。在一些实施例中，在操作340中撞击RF等离子体之前，间隙填充前驱物接着流入处理腔室100中达约0.5秒至约5秒，例如，约1秒至约2秒(流动时间可变化，只要所述流动足够久以使间隙填充前驱物开始到达处理腔室100的内部体积即可)。

在操作340处，在将间隙填充前驱物供应至处理腔室中之后，将RF功率供应至上部电极(例如，电极108)、下部电极(例如，工件电极196)和/或电感线圈天线(例如，电感线圈天线172)中的至少一者。在操作340处，在将气体混合物供应至处理腔室中之后，第一RF电源功率可从RF电源功率发生器120、122产生，并被施加至电极108，以便产生等离子体及二次电子束。来自电极108的二次电子束可产生冷等离子体，诸如，低于摄氏100度的温度，所述冷等离子体照射基板的表面以在其上形成间隙填充物。另外，也可经由RF电源功率发生器174将第二可选RF功率施加至电感线圈天线172，以增加电感耦合功率。如此产生的电感耦合功率可增大至基板的自由基通量，且增大上部腔室100a中的电子上的离子通量入射(或束通量)，以便产生高密度的束电子。电感耦合功率也降低电极108上的鞘电压，从而减少束能量。另外，可将第三可选RF功率可施加至工件电极196，以优化离子通量及入射至基板上的能量。第三RF功率可由RF功率发生器146、148和/或额外RF偏压功率发生器142产生。

通常将待施加至电感线圈天线172的从RF电源功率发生器174产生的第二电源功率(例如，电感耦合功率)控制在约1千瓦与约10千瓦之间。施加至电感线圈天线172的电感耦合功率的频率可在2MHz与约13MHz之间。在一些实施例中，视需要，可消除以及可选地施加电感耦合功率。也可利用(例如)在20毫托与约20托之间的工艺压力来形成间隙填充物。相信，所述电子束等离子体连同在沉积工艺期间利用的二次电子束可提供较高离子轰击，所述离子轰击可增强离子的离解以及来自气体混合物的电子束的能量，以形成具有坚固膜结构的间隙填充物。

在一些实施例中，在操作340期间，仅对上部电极(例如，电极108)供电。举例而言，将从RF电源功率发生器120、120a、120b、122中的至少一者产生的第一RF电源功率施加至电极108，并将其控制在1千瓦与约10千瓦之间的范围内。应注意，RF电源功率发生器120、120a、120b、122的频率可在0.4MHz与约300MHz之间。在此示例中，仅将功率施加至上部电极(例如，不将功率施加至下部电极(例如，工件电极196)或者电感线圈天线(例如，电感线圈天线172))。在一些实施例中，施加至上部电极的频率在0.4MHz与约300MHz之间。在一些实施例中，将高频率(例如，在约11MHz与60MHz之间)施加至上部电极。在一些实施例中，将低频率(例如，在约0.4kHz与10MHz之间)施加至上部电极。在一些实施例中，将多个频率施加至上部电极(例如，来自低频RF电源功率发生器122的2MHz，及来自VHF功率发生器120a的40MHz)。

在一些实施例中，在操作340期间对上部电极(例如，电极108)及电感线圈天线(例如，电感线圈天线172)两者供电。举例而言，将从RF电源功率发生器120、120a、120b、122中的至少一者产生的第一RF电源功率施加至上部电极，并将其控制在1千瓦与约10千瓦之间的范围内，且将第二RF电源功率施加至电感线圈天线并将其控制在约1千瓦与约10千瓦之间。在此示例中，将功率施加至上部电极与电感线圈天线两者(例如，不将功率施加至下部电极(例如，工件电极196))。在一些实施例中，施加至上部电极的频率在约0.4MHz与约300MHz之间，且施加至电感线圈天线的频率在约2MHz与约13MHz之间。在一些实施例中，将高频率(例如，在约11MHz与60MHz之间)施加至上部电极，且施加至电感线圈天线的频率在约2MHz与约13MHz之间。在一些实施例中，将低频率(例如，在约0.4kHz与10MHz之间)施加至上部电极，且施加至电感线圈天线的频率在约2MHz与约13MHz之间。在一些实施例中，将多个频率施加至上部电极(例如，来自低频RF电源功率发生器122的2MHz，及来自VHF功率发生器120a的40MHz)，且施加至电感线圈天线的频率在约2MHz与约13MHz之间。在不受理论束缚的情况下，相信可使用ICP增大沉积速度并调整已沉积的间隙填充物的均匀性。

在一些实施例中，在操作340期间，仅对下部电极(例如，工件电极196)供电。在对下部电极供电的实施例中，驱动频率可包括高频分量。举例而言，将从RF功率发生器146、148和/或额外RF偏压功率发生器142中的至少一者产生的第一RF功率(偏压的或电源的)施加至下部电极，并将其控制在1千瓦与约10千瓦之间的范围内。应注意，RF功率发生器146、148及RF偏压功率发生器142的频率可在0.4MHz与约300MHz之间。在此示例中，仅将功率施加至下部电极(例如，不将功率施加至上部电极(例如，电极108)或者电感线圈天线(例如，电感线圈天线172))。在一些实施例中，施加至下部电极的频率在0.4MHz与约300MHz之间。在一些实施例中，将高频率(例如，在约11MHz与60MHz之间)施加至下部电极。在一些实施例中，将多个频率施加至下部电极(例如，来自RF功率发生器148的2MHz，及来自RF功率发生器146的40MHz)。

在一些实施例中，在操作340期间使用前述条件中的任一者同时对上部电极(例如，电极108)及下部电极(例如，工件电极196)两者供电。举例而言，将从RF电源功率发生器120、120a、120b、122中的至少一者产生的RF电源功率施加至上部电极，并将其控制在1千瓦与约10千瓦之间的范围内，且将第二RF功率(偏压或电源)施加至工件电极196并将其控制在约1千瓦与约10千瓦之间。在此示例中，将功率施加至电极108及工件电极196两者(例如，不将功率施加至电感线圈天线(例如，电感线圈天线172))。在一些实施例中，施加至电极108的频率在约0.4MHz与约300MHz之间，且施加至工件电极196的频率在约0.4MHz与约300MHz之间。在一些实施例中，将多个频率施加至电极108及工件电极196(例如，来自低频RF功率发生器的2MHz，及来自VHF功率发生器的40MHz)。

在一些实施例中，在操作340期间对电感线圈天线(例如，电感线圈天线172)及下部电极(例如，工件电极196)两者供电。在此示例中，将功率施加至电感线圈天线及工件电极196两者(例如，不将功率施加至上部电极(例如，电极108))。在一些实施例中，施加至电感线圈天线172的频率在约2MHz与约12MHz之间且被控制在1千瓦与约10千瓦之间的范围内，且施加至工件电极196的频率在约0.4MHz与约300MHz之间且被控制在约1千瓦与约10千瓦之间。

在一些实施例中，将多个频率施加至电感线圈天线172及工件电极196中的至少一者(例如，来自低频RF功率发生器的2MHz，及来自VHF功率发生器的40MHz)。

在一些实施例中，在操作340期间对上部电极(例如，电极108)、下部电极(例如，工件电极196)及电感线圈天线(例如，电感线圈天线172)供电。

在操作340期间，可将基板温度控制在室温(例如，摄氏20度)与约摄氏1000度之间。在操作340期间，可将基板与喷头之间的间距控制在约1000密尔至约15000密尔。在操作340期间，可将工艺压力维持在(例如)0.1毫托与约20托之间。

在操作350处，在通过在操作340处调节的工艺参数执行沉积工艺之后，接着在基板特征中形成间隙填充物。在一些实施例中，如本文中所形成的间隙填充物经配置以具有在约1.5g/cc至约2.0g/cc之间的密度。在一些实施例中，所述间隙填充物具有100MPa或更小的应力。

本公开文本的实施例包括用于使用等离子体引发式CVD及物理气相沉积(physical vapor deposition；PVD)的组合来沉积间隙填充物的方法。可通过CVD分量及PVD分量的相对重量来调变所沉积间隙填充物的密度、硬度及应力。

参考图1及图2，顶电极(例如，电极108)受一个或多个RF发生器驱动，且可选地充当气体分配喷头。顶电极的表面包括碳部分，且当等离子体鞘使离子加速时，碳原子在PVD分量期间被溅射并沉积在晶片表面上。也通过RF发生器对底电极(例如，工件电极196)供电。若原料气体含有烃类气体，则施加至顶电极和/或底电极的任何RF功率将使烃类气体离解，因此，产生CVD分量。针对CVD分量添加偏压RF功率的一个优势在于，烃类离子可被加速至晶片表面并被布植至碳层中以增大碳膜密度及硬度。强离子轰击也帮助降低应力，在PVD层与CVD层之间形成交联，由此改良膜形态。然而，若仅存在顶电极RF功率，则沉积的膜通常软且密度低。

在本公开文本的一些实施例中，经由喷头电极或者侧壁注入件将间隙填充前驱物引入处理腔室中。可以惰性气体(诸如，Ar或He)来稀释间隙填充前驱物，以增大等离子体密度。在撞击等离子体之前，可通过真空泵上方的闸阀在处理腔室中建立稳定的操作压力(例如，从约0.1毫托至几托)。将RF功率施加至顶电极、底电极及ICP线圈中的至少一者。如先前在本文中所述，视电源方案而定，可同时对顶电极、底电极及ICP线圈供电、或可同时对此三者中的两者供电。所施加的RF频率范围为从几百kHz至数十MHz。也可将多个频率施加至顶电极或底电极，以优化离子通量及入射至基板上的能量。

在所需的CVD沉积时间之后，可停止间隙填充前驱物，且惰性气体继续流入腔室中。可通过真空泵上方的闸阀建立稳定的操作压力(0.1毫托至数十毫托)。通常，PVD工艺压力极低(例如，在约1毫托与约10毫托之间)，以使离子能量最大化。可在PVD沉积期间将RF功率施加至上部电极及下部电极。在PVD沉积期间，底部RF功率可不存在。可通过多个RF频率源对顶电极供电，以使溅射产率最大化。可使用磁场进一步增强低压下的等离子体密度，由此增大碳的溅射速率。底电极可经供电以引入适度离子轰击，以使膜密集化且使PVD层与CVD层交联。在RF溅射方案中，沉积的膜通常不具有颗粒问题。反复运行PVD工艺及CVD工艺，直至沉积了所需量的间隙填充物为止。可使用PVD之后进行CVD或CVD之后进行PVD的沉积次序。

在一些实施例中，同时地执行PVD工艺及CVD工艺。在一些实施例中，CVD膜也可沉积在顶电极上的碳靶表面上，由此阻碍溅射工艺。在一些实施例中，惰性净化气体经由顶电极流入或者沿周边注入至腔室的上部部分(例如，上部腔室100a)中，且碳源气体被注入至腔室的下部部分(下部腔室100b)中。如此，碳源气体至顶电极的返回扩散得以最小化，由此减少顶电极表面上的碳膜沉积。

在一些实施例中，在CVD工艺期间，被供电的顶电极由于离子轰击而也发射二次电子。所述二次电子被等离子体鞘加速且具有数百eV至keV的量级的能量。由于烃类气体的电子冲击游离截面通常在数百eV处达到峰值，因此二次电子可显著促进烃类气体游离，由此促进膜密度的增大。因此，可将多个RF频率施加至上部电极，以优化二次电子发射产率同时将鞘电压保持在数百eV左右。

可在CVD与PVD步骤之间执行氧等离子体清洁工艺，以从上部电极的表面移除沉积的膜，所述沉积的膜可能是在CVD工艺期间沉积。如此，溅射工艺始于清洁碳表面。可通过使含氧气体(且可选地是在惰性气体中)流入处理腔室中来形成氧等离子体。所述含氧气体可选自由以下各者组成的群：N

在氧等离子体清洁工艺的一些实施例中，将从RF电源功率发生器120、120a、120b、122中的至少一者产生的RF功率施加至电极108，并将其控制在1千瓦与约10千瓦之间的范围内。应注意，RF电源功率发生器120、120a、120b、122的频率可在0.4MHz与约300MHz之间。在使用第二RF电源功率的一些实施例中，通常将待施加至线圈天线172的从RF电源功率发生器174产生的第二RF电源功率(例如，电感耦合功率)控制在约1千瓦与约10千瓦之间。施加至线圈天线172的电感耦合功率的频率可在2MHz与约13MHz之间。也可利用(例如)在20毫托与约20托之间的工艺压力来执行氧等离子体清洁工艺。可执行氧等离子体清洁工艺历时足以从电极108的表面移除残留物的时间周期。

图4A至图4B描绘根据本文所述的一些实施例的用于形成间隙填充物的方法500的一个实施例的流程图。

方法500在操作510处始于将基板111提供至处理腔室中，诸如，图1或图2中所描绘的电子束等离子体处理腔室100中。基板111可具有基本上平坦的表面、不平坦表面、或形成于其上的结构。

在操作520处，将间隙填充前驱物供应至处理腔室100中以准备经由化学气相沉积(chemical vapor deposition；“CVD”)工艺在基板111上形成间隙填充物。在一些实施例中，可经由阀140的阵列从处理气体供应器138将间隙填充前驱物供应至气体注入器130、134，从而分别流入处理腔室100中。在一些实施例中，可从处理气体供应器114供应间隙填充前驱物，以流入电极108中。

所述间隙填充前驱物可包括烃及惰性气体。已在本公开文本的别处描述了所述烃。

在一些实施例中，可从不同位置(诸如，上部气体注入器130或下部气体注入器134、电极108)控制可调整的流动速率及种类并将其供应至处理腔室100，以最大化栅格过滤器104下方或上方的自由基离解及等离子体密度。举例而言，若上部腔室100a中需要较高等离子体密度以增大束电子通量，则可经由上部气体注入器130来供应惰性气体(诸如，Ar或He)，这可促进电极轰击并降低电极108附近的分子气体密度以增大局部等离子体密度及束电子通量。相反，当需要氢分子离解(例如，增大所得膜纯度)时，可经由上部气体注入器130供应含氢气体，以便降低局部等离子体密度，但促进氢自由基形成，以便驱除处理腔室中以及所得间隙填充物中的杂质。

可选地，类似于操作330，在操作530处，稳定处理腔室中的压力历时预定义的RF接通延迟时间周期。可使用任何合适的固定时间延迟来达成所需条件。操作530的工艺可与操作520及操作540的工艺同时地执行、顺序地执行、或可部分地重叠。在一些实施例中，将压力稳定至从约0.1毫托至约5托的压力。

在此实施例中，可将间隙填充前驱物引入处理腔室100中达较长时间，诸如，在约5秒与约30秒之间，例如，约15秒，所述时间可视基板的大小而变化。相信，间隙填充前驱物在撞击等离子体之前的流动提供了处理腔室100的持续的热稳定及压力稳定。在一些实施例中，在于操作540中撞击RF等离子体之前，间隙填充前驱物流入处理腔室100中达约0.5秒至约5秒，例如，约1秒至约2秒(流动时间可变化，只要所述流动足够久以使间隙填充前驱物开始到达处理腔室100即可)。

在操作540处，在将间隙填充前驱物供应至处理腔室中之后，将RF功率供应至上部电极(例如，电极108)、下部电极(例如，工件电极196)和/或电感线圈天线(例如，电感线圈天线172)中的至少一者。可使用关于操作340所描述的功率方案中的任一者来执行操作540。在操作540处，在将气体混合物供应至处理腔室中之后，第一RF电源功率可从RF电源功率发生器120、122产生，并被施加至电极108，以便产生等离子体及二次电子束。来自电极108的二次电子束可产生冷等离子体，诸如，低于摄氏100度的温度，所述冷等离子体照射基板的表面以在其上形成间隙填充物。另外，也可经由RF电源功率发生器174将第二可选RF功率施加至线圈天线172，以增加电感耦合功率。如此产生的电感耦合功率可增大至基板的自由基通量，且增大上部腔室100a中的电子上的离子通量入射(或束通量)，以便产生高密度的束电子。电感耦合功率也降低电极108上的鞘电压，从而减少束能量。另外，可将第三可选RF功率施加至工件电极196，以优化离子通量及入射至基板上的能量。第三RF功率可由RF功率发生器146、148和/或额外RF偏压功率发生器142产生。

在使用第一RF电源功率的一些实施例中，将从RF电源功率发生器120、120a、120b、122中的至少一者产生的第一RF电源功率施加至电极108，并将其控制在1千瓦与约10千瓦之间的范围内。应注意，RF电源功率发生器120、120a、120b、122的频率可在0.4MHz与约300MHz之间。在使用第二RF电源功率的一些实施例中，通常将待施加至线圈天线172的从RF电源功率发生器174产生的第二RF电源功率(例如，电感耦合功率)控制在约1千瓦与约10千瓦之间。施加至线圈天线172的电感耦合功率的频率可在2MHz与约13MHz之间。在对下部电极供电的实施例中，受驱动频率可包括低频分量、高频分量、或低频分量与高频分量两者的混合。举例而言，将从RF偏压功率发生器142产生的RF偏压功率施加至工件电极196，并将其控制在1千瓦与约10千瓦之间的范围内。应注意，RF偏压功率发生器142的频率可在0.4MHz与约300MHz之间。在一些实施例中，将多个频率施加至工件电极196(例如，来自低频RF功率发生器的2MHz，及来自VHF功率发生器的40MHz)。

也可利用(例如)在20毫托与约20托之间的工艺压力来形成间隙填充物。相信，所述电子束等离子体在沉积工艺期间利用的连同二次电子束可提供较高离子轰击，所述离子轰击可增强离子的离解以及来自气体混合物的电子束的能量，以形成具有坚固膜结构的间隙填充物。

在沉积期间，可将基板温度控制在室温(例如，摄氏20度)与约摄氏1000度之间。可将基板与喷头之间的间距控制在约200密尔至约15000密尔(例如，约200密尔至约1000密尔)。

如在别处所论述，电子束等离子体以及从电极108提供的二次电子束被电极鞘加速，因此在进入批量等离子体时获得另外能量。这些被加速电子提供了足够高的能量以有效地从分子离解氢，从而产生足够的氢自由基以从碳膜(诸如，形成于基板111上的间隙填充物)提取氢杂质，从而形成具有高纯度的间隙填充物。被加速的二次束电子在基板111上方(在栅格过滤器104下方的下部腔室区域100b处)产生低温等离子体，所谓的冷等离子体。低电子温度时常具有小于1eV的低电子能量，诸如，小于0.5eV。因此，充分产生来自冷等离子体的低能电子，以在振动状态下有效地离解氢分子并产生氢自由基，以便增大至基板表面上的氢自由基通量。

另外，当从电极108发射的被加速二次电子束到达基板表面时，由被加速二次电子束携载的高能量(例如，数百电子伏(eV)至数千电子伏(eV)的量级)可引起表面反应，诸如，激发碳sp3表面状态以在基板111上形成间隙填充物，并且破坏弱的(或不当的)碳sp或sp2键或甚至C-H键，因此，增加了sp3键合，此可促进形成类金刚石的碳材料，而非碳结构的非晶态或其他结构。在间隙填充物中键合的碳元素可主要形成为sp3碳，其中四个单键指向与其他碳元素键合的四面体的拐角。具有两个单键及一个双键的不当sp2杂化碳(例如，三个键指向三角形的拐角)时常导致膜结构变为非晶态，而非所需的类金刚石结构。包括在sp3杂化碳或sp2杂化碳中的氢终止键的量以及任何缺失或悬空碳键的程度影响这些碳原子络合及充填地有多紧密，从而决定膜密度及应力。当所有碳原子充分互连时，间隙填充物经配置而形成有完全sp3杂化及零氢含量。在一个示例中，加速的二次电子束可具有大于100eV的束能量。

在操作550处，在通过在操作540处调节的工艺参数执行沉积工艺之后，接着在基板特征中形成间隙填充物。

可选地，在操作550完成之后，可执行可选腔室净化工艺，以从腔室移除由间隙填充物形成工艺导致的任何剩余气体及副产物。在腔室净化工艺期间，可从电极108、上部气体注入器130及下部气体注入器134中的至少一者将净化气体(例如，诸如氩气或氮气的惰性气体)输送至处理腔室100中。在一些实施例中，停止操作540期间所使用的间隙填充前驱物的流动，而同时操作540期间所使用的惰性气体继续流动并充当净化气体。可使用阀系统来控制处理腔室100内的压力，所述阀系统控制从腔室抽出排放气体的速率。

在一些实施例中，在操作550完成之后，在CVD工艺与PVD工艺之间执行类似于先前所述的氧等离子体清洁工艺的氧等离子体清洁工艺，以移除在CVD工艺期间沉积在上部电极的表面上的任何膜。如此，在开始PVD工艺之前，清洁电极108的碳表面。

类似于操作330，在操作570处，稳定处理腔室中的压力历时预定义的RF接通延迟时间周期。可使用任何合适的固定时间延迟来达成所需条件。操作530的工艺可与操作520及操作540的工艺同时地执行、顺序地执行、或可部分地重叠。在一些实施例中，将压力稳定至从约0.1毫托至约5托的压力。

预定义的RF接通延迟时间周期为固定时间延迟，其被定义为执行CVD工艺与在操作580处撞击或产生等离子体之间的时间周期。可使用任何合适的固定时间延迟来达成所需压力条件。通常选择RF接通延迟时间周期的长度以使得将处理腔室内的压力稳定至用于物理化学气相沉积工艺的所需压力。操作570的工艺可与操作560及操作580的工艺同时地执行、顺序地执行或者可部分地重叠。在一些实施例中，将压力稳定至从约0.1毫托至约50毫托(例如，在约1毫托与约10毫托之间)的压力。通常，PVD工艺压力极低以使离子能量最大化。

在所需CVD沉积时间之后，在操作580处，将RF功率施加至上部电极(例如，电极108)而同时使惰性气体流入处理腔室中。所述惰性气体可为在CVD沉积工艺期间所使用的同一惰性气体、或所述惰性气体可为不同的惰性气体。在一些实施例中，停止在CVD工艺期间所使用的间隙填充前驱物，而同时继续使惰性气体流入腔室中。在PVD工艺期间将RF功率施加至至少上部电极。可通过多个RF频率源对上部电极供电，以使溅射产率最大化。在一些实施例中，也可在PVD工艺期间将RF功率施加至下部电极(例如，工件电极196)。下部电极可经供电以引入适度离子轰击，以使膜密集化且使PVD层与CVD层交联。在一些实施例中，可使用磁场进一步增强低压下的等离子体密度，由此增大碳的溅射速率。举例而言，可通过磁体160-1及磁体160-2来施加磁场。所述磁场可具有小于或等于1000高斯(例如，从约20高斯至约700高斯；或者从约100高斯至约500高斯)的磁强。

在一些实施例中，在操作580的PVD工艺期间，仅对上部电极(例如，电极108)供电。举例而言，将从RF电源功率发生器120、120a、120b、122中的至少一者产生的第一RF电源功率施加至电极108，并将其控制在1千瓦与约10千瓦之间的范围内。应注意，RF电源功率发生器120、120a、120b、122的频率可在0.4MHz与约300MHz之间。在此示例中，仅将功率施加至上部电极(例如，不将功率施加至下部电极(例如，工件电极196)或者电感线圈天线(例如，电感线圈天线172))。在一些实施例中，施加至上部电极的频率在0.4MHz与约300MHz之间。在一些实施例中，将高频率(例如，在约11MHz与60MHz之间)施加至上部电极。在一些实施例中，将低频率(例如，在约0.4kHz与10MHz之间)施加至上部电极。在一些实施例中，将多个频率施加至上部电极(例如，来自低频RF电源功率发生器122的2MHz，及来自VHF功率发生器120a的40MHz)。

在又一示例中，在操作580期间使用前述条件中的任一者同时对上部电极(例如，电极108)及下部电极(例如，工件电极196)两者供电。举例而言，将从RF电源功率发生器120、120a、120b、122中的至少一者产生的RF电源功率施加至上部电极，并将其控制在1千瓦与约10千瓦之间的范围内，且将第二RF功率(偏压的或电源的)施加至下部电极196并将其控制在约1千瓦与约10千瓦之间。在此示例中，将功率施加至电极108及工件电极196两者(例如，不将功率施加至电感线圈天线(例如，电感线圈天线172))。在一些实施例中，施加至电极108的频率在约0.4MHz与约300MHz之间，且施加至工件电极196的频率在约0.4MHz与约300MHz之间。在一些实施例中，将多个频率施加至电极108和/或工件电极196(例如，来自低频RF功率发生器的2MHz，及来自VHF功率发生器的40MHz)。

在操作590处，在通过在操作580处调节的工艺参数执行沉积工艺之后，将碳溅射至基板111中的间隙填充物上。

可反复运行CVD工艺(例如，操作520至550)及PVD工艺(例如，操作560至590)，直至沉积了所需量的间隙填充物为止。另外，尽管将沉积的次序描述为CVD之后进行PVD，但也可使用PVD之后进行CVD。

在一些实施例中，同时地执行PVD工艺及CVD工艺。在此实施例中，CVD膜也可沉积在顶电极上的碳靶表面上，由此阻碍溅射工艺。在一些实施例中，惰性净化气体经由顶电极流入或者沿周边注入至腔室的上部部分(例如，上部腔室100a)中，且碳源气体被注入至腔室的下部部分(下部腔室100b)中。如此，碳源气体至顶电极的返回扩散得以最小化，由此减少顶电极表面上的碳膜沉积。

在一些实施例中，如本文中所形成的间隙填充物经配置以具有大于或等于2.0g/cm

在一些实施例中，其上定位有基板111的工件支撑基座110的温度可用以控制已沉积的碳膜的应力。发明者已发现，支撑基座的温度对膜应力有影响，且可用以减小膜应力。举例而言，在给定特定的功率/压力/气体组合的情况下，关于膜应力，当支撑基座的温度为60摄氏度时，已沉积的间隙填充物的应力为约-800MPa。然而，当支撑基座的温度降低至10摄氏度时，已沉积膜的应力降低为约-600MPa。另外，可使用在支撑表面的工件支撑表面110a与基板111的背侧表面之间流动的氦气来调变膜应力。在一些实施例中，氦气在约15托至约30托之间的压力下运行，且支撑基座的温度被设定在从约20摄氏度至约700摄氏度的范围。

因此，电子束等离子体沉积工艺提供了用于形成具有低应力的有所需密度的间隙填充物的方法。所述方法有利地提供具有所需机械性质中的一者或多者的间隙填充物，诸如，低应力及高密度、高蚀刻选择性或透明度。间隙填充物的改良的机械性质提供了高的膜品质，而同时维持了膜平坦度的预定范围和应力水平。

图6A描绘基板处理系统732的示意图，所述基板处理系统732可用以根据本文所述的一个或多个实施例执行间隙填充物沉积。基板处理系统732包括处理腔室700，所述处理腔室700耦接至气体分配板730及控制器710。处理腔室700通常包括限定处理空间726的顶壁724、侧壁701及底壁722。在处理腔室700的处理空间726中设置基板支撑元件746。所述基板支撑元件746通常包括由杆760支撑的静电卡盘750。所述静电卡盘750通常可由铝、陶瓷及其他合适材料制造。可使用移位机构(未示出)使静电卡盘750在处理腔室700内部在垂直方向上移动。

真空泵702耦接至形成于处理腔室700的底部中的端口。真空泵702用以维持处理腔室700中的所需气体压力。真空泵702也从处理腔室700抽出处理后的气体及处理的副产物。

基板处理系统732可进一步包括用于控制腔室压力的额外设备，例如，定位在处理腔室700与真空泵702之间以控制腔室压力的阀(例如，节流阀及隔离阀)。

将具有多个孔728的气体分配元件720设置在处理腔室700的顶部上，在静电卡盘750上方。气体分配元件720的孔728用以将处理气体引入处理腔室700中。孔728可具有不同大小、数目、分布、形状、设计及直径，以促进各种处理气体出于不同工艺要求的流动。气体分配元件720连接至气体分配板730，所述气体分配板730允许在处理期间将各种气体供应至处理空间726。由离开气体分配元件720的处理气体混合物形成等离子体，以增强处理气体的热分解，从而导致材料沉积在基板790的表面791上。

气体分配元件720及静电卡盘750可在处理空间726中形成一对间隔开的电极。一个或多个RF电源740经由可选匹配网路738将偏压电位提供给气体分配元件720，以促进在气体分配元件720与静电卡盘750之间产生等离子体。或者，RF电源740及匹配网路738可耦接至气体分配元件720、静电卡盘750、或耦接至气体分配元件720与静电卡盘750两者、或耦接至设置在处理腔室700以外的天线(未示出)。在一些实施例中，RF电源740可产生350kHz、2MHz、13.56MHz、27MHz、40MHz、60MHz或100MHz的频率的功率。在一些实施例中，RF电源740可以约50kHz至约13.6MHz的频率提供约100瓦至约3000瓦之间的功率。在一些实施例中，RF电源740可以约50kHz至约13.6MHz的频率提供约500瓦至约1800瓦之间的功率。

控制器710包括中央处理单元(central processing unit；CPU)712、存储器716及支持电路714，用以控制工艺序列且调节来自气体分配板730的气流。CPU 712可为可用于工业环境的任何形式的通用计算机处理器。可将软件常用程序储存在存储器716中，诸如，随机存取存储器、只读存储器、软盘或硬盘驱动器、或其他形式的数字储存器。支持电路714常规耦接至CPU 712，且可高速缓存、时钟电路、输入/输出系统、电源等。

可包括于所述处理设备中的任一者中的控制器可具有处理器、耦接至处理器的存储器、耦接至处理器的输入/输出装置，及在不同电子元件之间进行通信的电路。存储器可包括暂时性存储器(例如，随机存取存储器)及非暂时性存储器(例如，储存器)中的一者或多者。

处理器的存储器或计算机可读媒体可为易购存储器中的一者或多者，诸如，随机存取存储器(random access memory；RAM)、只读存储器(read-only memory；ROM)、软盘、硬盘、或任何其他形式的数字储存器，为本端的或远程的。存储器可保留指令集合，所述指令集合可由处理器操作以控制系统的参数及元件。支持电路耦接至处理器，用于以常规的方式支援处理器。举例而言，电路可包括高速缓存、电源、时钟电路、输入/输出电路、子系统等。

工艺可一般而言作为软件常用程序储存在存储器中，当由处理器执行时，所述软件常用程序使处理腔室执行本公开文本的工艺。也可通过第二处理器(未示出)来储存和/或执行软件常用程序，所述第二处理器被定位成远离处理器所控制的硬件。也可以硬件执行本公开文本的一些或所有方法。如此，工艺可以软件实施并使用计算机系统执行，以硬件实施为(例如)专用集成电路或其他类型的硬件实施、或实施为软件与硬件的组合。当由处理器执行时，软件例程将通用计算机转化为专用计算机(控制器)，其控制腔室操作以使得工艺得以执行。

经由统一称作信号总线718的诸多信号缆线(在图6A中图示出其中一些)来处理控制器710与基板处理系统732的各种元件之间的双向通信。

图6B描绘可用于实践本文所述实施例的另一基板处理系统780的示意性横截面图。基板处理系统780类似于图6A的基板处理系统732，不同的处在于基板处理系统780经配置以使来自气体分配板730的处理气体经由侧壁701流过基板790的表面791。另外，以电极782替代图6A中所描绘的气体分配元件720。电极782可经配置用于二次电子产生。在一些实施例中，电极782位含硅电极。

图7描绘基板支撑元件746的示意性横截面图，所述基板支撑元件746在可用于实践一些实施例的图6A及图6B的处理系统中使用。参考图7，静电卡盘750可包括嵌入式加热器元件770，所述嵌入式加热器元件770适合于控制被支撑在静电卡盘750的上部表面792上的基板790的温度。可通过将电流从加热器电源706施加至加热器元件770以电阻方式加热静电卡盘750。可经由RF过滤器816来耦接加热器电源706。RF过滤器816可用以保护加热器电源706免受RF能量影响。加热器元件770可由封装在镍-铁-铬合金(例如，

参考图6A及图6B，可将温度传感器772(诸如，热电偶)嵌入于静电卡盘750中以便以常规方式监控静电卡盘750的温度。控制器710使用所测量的温度控制供应至加热器元件770的功率，以将基板维持在所需温度下。

静电卡盘750包括卡紧电极810，所述卡紧电极810可为导电材料的网格。可将卡紧电极810嵌入于静电卡盘750中。将卡紧电极810耦接至卡紧电源812，当被供能时，所述卡紧电源812以静电方式将基板790夹紧至静电卡盘750的上部表面792。

卡紧电极810可被配置成单极或双极电极、或具有另一合适布置。卡紧电极810可经由RF过滤器214耦接至卡紧电源812，所述卡紧电源812提供直流(direct current；DC)功率以便以静电方式将基板790紧固至静电卡盘750的上部表面792。RF过滤器214防止用以在处理腔室700内形成等离子体的RF功率损坏电设备或防止腔室外部的电危险。静电卡盘750可由诸如AlN或Al

功率应用系统220耦接至基板支撑元件746。功率应用系统220可包括加热器电源706、卡紧电源812、第一射频(radio frequency；RF)电源830及第二RF电源840。功率应用系统220的实施例可另外包括控制器710及传感器装置850，所述传感器装置850与控制器710以及第一RF电源830及第二RF电源840两者通信。

控制器710也可用以通过从第一RF电源830及第二RF电源840施加RF功率来控制来自处理气体的等离子体，以便在基板790上沉积材料层。

如以上所描述，静电卡盘750包括卡紧电极810，所述卡紧电极810可在一个方面中用以卡紧基板790而同时也充当第一RF电极。静电卡盘750也可包括第二RF电极860，且可连同卡紧电极810一起施加RF功率以调整等离子体。第一RF电源830可耦接至第二RF电极860，而同时第二RF电源840可耦接至卡紧电极810。可分别为第一RF电源830及第二RF电源840提供第一匹配网路及第二匹配网路。如所示出，第二RF电极860可为导电材料的固体金属板。或者，第二RF电极860可为导电材料的网格。

第一RF电源830及第二RF电源840可产生相同频率或不同频率的功率。在一些实施例中，第一RF电源830及第二RF电源840中的一者或这两者可独立地产生从约350kHz至约100MHz(例如，350kHz、2MHz、13.56MHz、27MHz、40MHz、60MHz或100MHz)的频率的功率。在一些实施例中，第一RF电源830可产生13.56MHz的频率的功率，且第二RF电源840可产生2MHz的频率的功率、或反之亦然。可使来自第一RF电源830及第二RF电源840中的一者或此两者的RF功率变化，以便调整等离子体。举例而言，可使用传感器装置850监控来自第一RF电源830及第二RF电源840中的一者或此两者的RF能量。可将来自传感器装置850的数据通信至控制器710，且可使用所述控制器710使通过第一RF电源830及第二RF电源840施加的功率变化。

类金刚石的碳材料中的sp3杂化碳原子的数量/百分比可随着应用而变化。在一些实施例中，类金刚石的碳材料可含有至少40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％或85％的sp3杂化碳原子。类金刚石的碳材料可含有高达45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％或90％的sp3杂化碳原子。类金刚石的碳材料可以含有从约50％至约90％的sp3杂化碳原子。类金刚石的碳材料可含有从约60％至约70％的sp3杂化碳原子。

基本上而言，可使用以下例示性沉积工艺参数在基板特征内形成间隙填充物。晶片温度的范围可为从约-50℃至约350℃(例如，从约10℃至约100℃；或从约10℃至约50℃)。腔室压力可为范围为从约0.5毫托至约10托(例如，约2毫托至约50毫托；或在约2毫托与约10毫托之间)的腔室压力。间隙填充前驱物的流动速率可为从约10sccm至约1000sccm(例如，从约100sccm至约200sccm，或从约750sccm至约200sccm)。稀释气体的流动速率的范围可单独地为从50sccm至约50000sccm(例如，从约100sccm至约500sccm；或从约50sccm至约100sccm)。气体分配元件与基板之间的间距可为从约1000密尔至约15000密尔(例如，从约6000密尔至约12000密尔，或从约8000密尔至约12000密尔)。

可将间隙填充物沉积成约

间隙填充物可具有大于2.0(例如，大约2.0至大约3.0，诸如，为2.3)的折射率或n值(n(在633nm处))。类金刚石的碳材料可具有大于0.1(例如，大约0.2至大约0.3，诸如，为0.25)的消光系数或k值(K(在633nm处))。

类金刚石的碳材料可具有小于约-900MPa的应力(MPa)，例如，从大约-600MPa至大约-900MPa，从大约-600MPa至大约-500MPa，诸如，大约-550MPa。

类金刚石的碳材料可具有大于或等于约1.8g/cm

类金刚石的碳材料可具有大于750GPa(例如，从约200GPa至约10GPa)的弹性模数(GPa)。

图8描绘根据本公开文本的一个或多个实施例的用于在基板特征中形成间隙填充物的方法900的流程图。图5A至图5B为基板的横截面图，其示出了根据方法900在基板特征中形成间隙填充物的序列。应理解，图8中所描绘的操作可同时地执行和/或以与图8中所描绘的次序不同的次序执行。

方法900在操作910处始于将基板(诸如，图5A中所描绘的基板10)定位在处理腔室(诸如，图6A或图6B中所描绘的处理腔室700)中。基板10可为图6A、图6B及图7中所描绘的基板790。可将基板10定位在静电卡盘(例如，静电卡盘750的上部表面792)上。

图5A示出具有特征12的基板10的部分横截面图。如在此方面所使用，术语“特征”意谓任何有意的表面不规则性。特征的合适示例包括但不限于具有顶部、两个侧壁及底部的沟槽；具有顶部及两个侧壁而无单独底部的凹部；以及具有从表面向下延伸的侧壁的通孔，所述表面具有开放底部或由与侧壁不同的材料形成的底部。

图5A至图5B出于说明性目的示出具有单个特征的基板；然而，本领域技术人员将会理解，可存在一个以上的特征。特征12的形状可为任何合适形状，包括但不限于沟槽及圆柱形通孔。

基板10具有顶表面20。所述至少一个特征12在顶表面20中形成开口。特征12从顶表面20以深度D延伸至底表面30。特征12具有限定特征12的开口宽度W的第一侧壁14及第二侧壁16。由侧壁及底部形成的开口区域也称作间隙。

在特定实施例中，特征12为沟槽。特征可具有任何合适的深宽比(特征的深度D与特征的宽度W的比率)。在一些实施例中，所述深宽比大于或等于约5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、30:1、35:1或40:1。

基板10视需要可为基于硅的材料或任何合适的绝缘材料或导电材料，其具有设置于基板10上的特征12，所述特征12可被间隙填充物50填充，如图5B中所示。

如在图5A中所描绘的例示性实施例中所示，基板10可具有顶表面20，所述顶表面20是基本上平坦的(如所示)、不均匀的、或为具有形成于其上的结构或形成于其中的额外特征的基本上平坦的表面。

在一些实施例中，基板10可为诸如以下各者的材料：结晶硅(例如，Si<100>或Si<111>)、氧化硅、应变硅、硅锗、掺杂或未掺杂的多晶硅、掺杂或未掺杂的硅基板及图案化或未图案化的绝缘体上硅基板(silicon on insulator；SOI)、碳掺杂的氧化硅、氮化硅、掺杂硅、锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石。基板10可具有各种尺寸，诸如，200mm、900mm及450mm或为其他直径的基板，并且为矩形或正方形面板。除非另有说明，否则本文所述的实施例及示例是在具有200mm直径、900mm直径的基板或450mm直径的基板上进行。在其中将SOI结构用于基板10的实施例中，基板10可包括设置在硅晶基板上的内埋式介电层。在本文所描绘的实施例中，基板10可为结晶硅基板。

应注意，可在基板10的在存在于基板10上的特征12内部或外部的任何表面或任何部分(包括顶表面20)上形成间隙填充物。

在一个或多个实施例中，沉积间隙填充物50且基本上无形成于间隙中的接缝。接缝的形成发生在以膜填充特征之前膜的厚度在特征12的顶部上封闭的情况下，“面包成块”。接缝可为形成于特征12的侧壁14、16之间的任何间隙、间隔件或孔隙。

在操作920处，将卡紧电压施加至静电卡盘以将基板10夹紧至静电卡盘。在一些实施例中，在将基板10定位在静电卡盘750的上部表面上的情况下，上部表面792在处理期间提供支撑并夹紧基板10。静电卡盘750使基板10变平以紧密抵靠上部表面792，以防止背侧沉积。经由卡紧电极810将电偏压提供至基板10。卡紧电极810可与卡紧电源812电子通信，所述卡紧电源812将偏置电压供应至卡紧电极810。在一些实施例中，所述卡紧电压在约10伏特与约9000伏特之间。在一些实施例中，所述卡紧电压在约100伏特与约2000伏特之间。在一些实施例中，所述卡紧电压在约200伏特与约1000伏特之间。

在操作920期间，可调节若干工艺参数。在适合于处理900mm基板的一些实施例中，可将处理空间中的工艺压力维持在约0.1毫托至约10托(例如，约2毫托至约50毫托；或约5毫托至约20毫托)。在适合于处理900mm基板的一些实施例中，可将处理温度和/或基板温度维持在约摄氏-50度至约摄氏350度(例如，约摄氏0度至约摄氏50度；或从约摄氏10度至约摄氏20度)。

在一些实施例中，将恒定卡紧电压施加至基板10。在一些实施例中，可使卡紧电压成脉冲至静电卡盘750。在一些实施例中，可将背侧气体施加至基板10而同时施加卡紧电压以控制基板的温度。背侧气体可包括但不限于氦气(He)、氩气(Ar)等。

在操作930处，通过将第一RF偏压施加至静电卡盘而在基板水平上产生等离子体。在基板水平上产生的等离子体可在基板与静电卡盘之间的等离子体区域中产生。第一RF偏压可为在从约350KHz至约100MHz(例如，350KHz、2MHz、13.56MHz、27MHz、40MHz、60MHz或100MHz)的频率下从约10瓦特至约9000瓦特。在一些实施例中，在约13.56MHz的频率下以在约250瓦特与约9000瓦特之间的功率提供第一RF偏压。在一些实施例中，经由第二RF电极860将第一RF偏压提供至静电卡盘750。第二RF电极860可与第一RF电源830电子通信，所述第一RF电源830将偏置电压供应至第二RF电极860。在一些实施例中，偏压功率在约10瓦特与约9000瓦特之间。在一些实施例中，偏压功率在约2000瓦特与约9000瓦特之间。在一些实施例中，偏压功率在约8500瓦特与约9000瓦特之间。第一RF电源830可产生从约350KHz至约100MHz(例如，350KHz、2MHz、13.56MHz、27MHz、40MHz、60MHz或100MHz)的频率的功率。

在一些实施例中，操作930进一步包括将第二RF偏压施加至静电卡盘。第二RF偏压可在从约350KHz至约100MHz(例如，350KHz、2MHz、13.56MHz、27MHz、40MHz、60MHz或100MHz)的频率下从约10瓦特至约9000瓦特。在一些实施例中，在约2MHz的频率下以在约800瓦特与约7200瓦特之间的功率提供第二RF偏压。在一些实施例中，经由卡紧电极810将第二RF偏压提供至基板10。卡紧电极810可与第二RF电源840电子通信，所述第二RF电源840将偏置电压供应至卡紧电极810。在一些实施例中，偏压功率在约10瓦特与约9000瓦特之间。在一些实施例中，偏压功率在约500瓦特与约7500瓦特之间。在一些实施例中，偏压功率在约800瓦特与约7200瓦特之间。第二RF电源840可产生从约350KHz至约100MHz(例如，350KHz、2MHz、13.56MHz、27MHz、40MHz、60MHz或100MHz)的频率的功率。在一些实施例中，在操作930期间维持在操作920中供应的卡紧电压。

在一些实施例中，在操作930期间，经由卡紧电极810将第一RF偏压提供至基板10，且可经由第二RF电极860将第二RF偏压提供至基板10。在一些实施例中，第一RF偏压为约8500瓦特(13.56MHz)，且第二RF偏压为约1000瓦特(2MHz)。

在操作940期间，使间隙填充前驱物流入处理空间726中以在基板特征中形成间隙填充物。间隙填充前驱物可经由气体分配元件720或者经由侧壁701从气体分配板730流入处理空间726中。在一些实施例中，间隙填充前驱物可进一步包括惰性气体、稀释气体、含氮气体、蚀刻剂气体或其组合。在一些实施例中，间隙填充前驱物可包括烃。在一些实施例中，间隙填充前驱物可包括含硅物质。间隙填充前驱物可为任何液体或气体，但较佳前驱物将为室温下的蒸汽，以简化材料计量、控制及输送至腔室所需的硬件。在一些实施例中，在操作940期间维持在操作920期间供应的卡紧电压。在一些实施例中，在操作940期间维持在操作920期间建立的工艺条件及在操作930期间形成的等离子体。

在一些实施例中，烃为气态的。在一些实施例中，所述烃具有通式C

在一些实施例中，烃类化合物为烷烃(例如，C

在一些实施例中，所述烃为烷烃(例如，C

在一些实施例中，烃类化合物为炔烃(例如，C

在一些实施例中，烃类化合物为芳烃化合物，诸如，苯、苯乙烯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙酮、苯甲酸甲酯、乙酸苯酯、苯酚、甲酚、呋喃等、α-松油烯、伞花烃、1,1,3,3-四甲基丁苯、t-丁基醚、t-丁基乙烯、甲基丙烯酸甲酯及第三丁基糠基醚；具有化学式C

在一些实施例中，间隙填充前驱物包括含硅物质。合适的含硅物质包括类似于以上所提供的烃类材料(其中以硅取代碳)的物质。举例而言，在一些实施例中，含硅物质选自硅烷、高阶硅烷、环硅烷、卤代硅烷及其组合。

在一些实施例中，间隙填充前驱物进一步包括一种或多种稀释气体。在需要时，可将诸如氦气(He)、氩气(Ar)、氙气(Xe)、氢气(H

在一些实施例中，间隙填充前驱物进一步包括一种或多种含氮气体。举例而言，合适含氮气体包括吡啶、脂肪胺、胺、腈、氨及类似化合物。

在一些实施例中，间隙填充前驱物进一步包括惰性气体。在一些实施例中，可将诸如氩气(Ar)和/或氦气(He)的惰性气体连同间隙填充前驱物供应至处理空间726中。也可使用诸如氮气(N

在一些实施例中，间隙填充前驱物进一步包括蚀刻剂气体。合适的蚀刻剂气体包括氯气(Cl

在一些实施例中，在于操作940期间在基板上形成了间隙填充物412之后，使间隙填充物412暴露于氢自由基。在一些实施例中，在操作940的沉积工艺期间，使间隙填充物暴露于氢自由基。在一些实施例中，氢自由基是在RPS中形成且被输送至处理区域。在不受理论束缚的情况下，相信将间隙填充物暴露于氢自由基导致对sp2杂化碳原子的选择性蚀刻，由此增大膜的sp3杂化碳原子比例。

在操作950处，在基板上形成了间隙填充物412之后，对基板解除卡紧。在操作950期间，关断卡紧电压。关断反应气体并可选地将其从处理腔室净化掉。在一些实施例中，在操作950期间，降低RF功率(例如，约200W)。可选地，控制器710监控阻抗变化以决定静电电荷是否经由RF路径消散至地面。一旦使基板从静电卡盘接触卡紧，则从处理腔室净化掉剩余气体。将处理腔室抽空，且基板在升降杆上向上移动，并被转移出腔室。

总体而言，本公开文本的一些益处提供了用于在基板特征中沉积间隙填充物的工艺。在本文所述的一些实施例中，低工艺压力(毫托对比托)及底部驱动的等离子体使得能够制造具有大约60％或更多的杂化sp3原子的间隙填充物。另外，在低基板温度下执行本文所述的一些实施例，这使得能够在远低于通过目前工艺可能的温度的温度下沉积其他介电膜，从而开启了具有目前通过CVD无法解决的低热预算的应用。

当介绍本公开文本的元件或其例示性方面或(若干)实施例时，冠词“一(a/an)”、“所述”及“所述”旨在意谓存在元件中的一者或多者。

术语“包括(comprising)”、“包括(including)”及“具有”旨在为包括性的，且意谓可存在除了所列元件以外的额外元件。

虽然前文针对本公开文本的实施例，但可在不脱离本公开文本的基本范围的情况下设计本公开文本的其他及另外实施例，且本公开文本的范围由所附的权利要求决定。

贯穿本说明书对“一个实施例”、“某些实施例”、“一个或多个实施例”或“实施例”的引用意谓结合所述实施例描述的特定特征、结构、材料或特性包括在本公开文本的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书各处出现的诸如“在一个或多个实施例中”、“在某些实施例中”、“在一个实施例中”或“在实施例中”的词语未必指代本公开文本的同一实施例。另外，可在一个或多个实施例中以任何合适方式组合特定特征、结构、材料或特性。

尽管已参考特定实施例描述了本文中的本发明，但应理解，这些实施例仅说明本发明的原理及应用。本领域技术人员将明白的是，在不脱离本发明的精神及范围的情况下，可对本发明的方法及设备进行各种修改及变化。因此，预期本发明包括在所附权利要求及其等效物的范围内的修改及变化。