阅读说明：本技术 半导体结构的形成方法 (Method for forming semiconductor structure ) 是由 彭羽筠 于 2019-06-27 设计创作，主要内容包括：此处提供介电材料组成与相关方法。一种半导体结构的形成方法,方法包括图案化基板以形成第一结构、与第一结构相邻的第二结构、以及位于第一结构与第二结构之间的沟槽。方法亦包括沉积介电材料于第一结构上与沟槽中。在一些实施例中,沉积介电材料的步骤包括：使第一前驱物、第二前驱物、与反应气体流入工艺腔室。此外,在使第一前驱物、第二前驱物、与反应气体流入工艺腔室时,形成等离子体于工艺腔室中以沉积介电材料。(Dielectric material compositions and related methods are provided herein. A method of forming a semiconductor structure includes patterning a substrate to form a first structure, a second structure adjacent to the first structure, and a trench between the first and second structures. The method also includes depositing a dielectric material over the first structure and in the trench. In some embodiments, the step of depositing the dielectric material comprises: a first precursor, a second precursor, and a reactant gas are flowed into a process chamber. In addition, a plasma is formed in the process chamber to deposit the dielectric material while flowing the first precursor, the second precursor, and the reactant gas into the process chamber.)

半导体结构的形成方法

技术领域

本公开实施例关于半导体结构的形成方法，更特别关于合成纳米填充介电层的形成方法。

背景技术

电子产业对更小且更快的电子装置的需求不断增加，且电子装置可同时支援更多数量日益复杂的功能。综上所述，此为半导体产业的持续趋势，以形成更低成本、更高效能、与更低能耗的集成电路。因此远程目标的实现方法主要为缩小半导体集成电路尺寸(比如最小结构尺寸)，进而改善产能并降低相关成本。然而尺寸缩小亦会增加半导体工艺的复杂度。因此半导体工艺与技术亦需类似进展，以实现半导体集成电路与装置的持续进展。

随着集成电路尺寸持续缩小，半导体工艺通常必需将绝缘材料填入高深宽比的间隙。此工艺可称作填隙工艺。举例来说，填隙工艺可用于浅沟槽隔离、金属间介电层、钝化层、硬遮罩层、或其他形态的层状物。在至少一些现有的工艺中，不良的材料填入工艺(比如不良的填隙工艺)可能导致间隙或空洞(比如在金属栅极、沟槽、或类似物中)，其将劣化装置效能。为了缓解填隙问题，已导入可流动的化学气相沉积工艺。虽然可流动的化学气相沉积所沉积的氧化物具有优异的流动性，其对蚀刻工艺具有不良的化学抗性。此外，作为可流动的化学气相沉积前驱物的至少一些化学单元具有大的立体化学结构，其不利于填隙应用。

因此现有技术无法完全满足所有方面。

发明内容

本公开一实施例提供的半导体结构的形成方法，包括：图案化基板以形成第一结构、与第一结构相邻的第二结构、以及位于第一结构与第二结构之间的沟槽；以及沉积介电材料于第一结构上与沟槽中，其中沉积介电材料的步骤包括：使第一前驱物、第二前驱物、与反应气体流入工艺腔室；以及在使第一前驱物、第二前驱物、与反应气体流入工艺腔室时，形成等离子体于工艺腔室中以沉积介电材料。

本公开一实施例提供的方法包括：提供包括沟槽的基板；顺应性地沉积衬垫层于沟槽中；以及形成隔离结构于沟槽中的衬垫层上，其中隔离结构包括碳氮氧化硅、碳氮化硅、或碳氧化硅，且形成隔离结构的步骤包括：使硅前驱物与碳前驱物流入工艺腔室；以及在使硅前驱物与碳前驱物流入工艺腔室时，使等离子体源的功率脉冲以形成隔离结构。

本公开一实施例提供的方法包括：提供栅极结构于基板上，其中通道区位于栅极结构下；形成沟槽于栅极结构上；以及沉积遮罩层于沟槽中，其中遮罩层沉积于化学气相沉积工艺腔室内，化学气相沉积工艺腔室包括等离子体模块，且沉积遮罩层的步骤包括使硅前驱物与碳前驱物流入化学气相沉积工艺腔室。

附图说明

图1是多种实施例中，采用合成纳米填充介电层作为填隙材料的方法的流程图。

图2A是多种实施例中，采用图1的方法形成的具有合成纳米填充介电层与多个结构的装置的剖视图。

图2B是一些实施例中，图2A的装置在化学机械研磨工艺之后的剖视图。

图3是多种实施例中，采用合成纳米填充介电层作为硬遮罩的方法的流程图。

图4A是一些实施例中，采用图3的方法形成的具有栅极结构与合成纳米填充介电层的装置的剖视图。

图4B是一些实施例中，图4A的装置在化学机械研磨工艺之后的剖视图。

图5是一些实施例中，用于形成合成纳米填充介电层的例示性反应。

图6、7、与8是一些实施例中，例示性的硅前驱物。

图9、10、11、12、13、14、15、16、17、与18是一些实施例中，例示性的碳前驱物。

图19是一些实施例中，在沉积合成填充纳米介电层时的等离子体功率、反应气体、碳源、与硅源的例示性时序图。

图20是可在其中沉积合成纳米填充介电层的例示性化学气相沉积系统。

附图标记说明：

H高度

S、S_min空间

T、T’厚度

W1、W2宽度

100、300方法

102、104、106、108、302、304、306、308、310步骤

200、400装置

202、402基板

204结构

206、412、510合成纳米填充介电材料组成

403栅极结构

404栅极堆叠

406间隔物层

408介电层

410衬垫层

502硅源

504碳源

506反应气体

508反应性自由基

1900时序图

2000系统

2002工艺腔室

2004晶座

2006晶圆

2008杆

2010气体注入端

2012排气端

2014喷洒头

2016电源

具体实施方式

下述内容提供的不同实施例或实例可实施本公开的不同结构。特定构件与排列的实施例是用以简化本公开而非局限本公开。举例来说，形成第一构件于第二构件上的叙述包含两者直接或物理接触，或两者之间隔有其他额外构件而非直接接触。此外，本公开的多种例子中可重复标号，但这些重复仅用以简化与清楚说明，不代表不同实施例及/或设置之间具有相同标号的单元之间具有相同的对应关系。

此外，空间性的相对用语如「下方」、「其下」、「下侧」、「上方」、「上侧」、或类似用语可用于简化说明某一元件与另一元件在图示中的相对关系。空间性的相对用语可延伸至以其他方向使用的元件，而非局限于图示方向。元件亦可转动90°或其他角度，因此方向性用语仅用以说明图示中的方向。

应注意此处所述的实施例可用于设计及/或制作任何形态的集成电路或其部分，其可包括多种装置及/或构件的任一者，比如静态随机存取存储器及/或其他逻辑电路、被动构件(如电阻、电容、或电感)、与主动构件(如p型通道场效晶体管、n型通道场效晶体管、金属氧化物半导体场效晶体管、互补式金属氧化物半导体晶体管、双极性晶体管、高电压晶体管、高频晶体管、鳍状场效晶体管装置、全绕式栅极装置、Ω栅极装置、或Π栅极装置、应变半导体装置、绝缘层上硅装置、部分空乏绝缘层上硅装置、完全空乏绝缘层上硅装置、其他存储器)、或本技术领域已知的其他装置。本技术领域中技术人员应理解半导体装置及/或电路的其他实施例(包含其设计与制作方法)，可受益于本公开实施例。

在半导体工艺中，通常必需以填隙工艺将绝缘材料填入高深宽比的间隙。在多种实施例中，填隙工艺可用于浅沟槽隔离、金属间介电层、钝化层、硬遮罩层、或其他形态的层状物。此外，不良的填隙工艺可能或造成间隙或空洞(比如形成于金属栅极、沟槽、或类似物中)，进而劣化装置效能。为解决这些问题，已导入可流动的化学气相沉积工艺。虽然可流动的化学气相沉积所沉积的氧化物具有优异的流动性，其对蚀刻工艺的化学抗性不良。此外，作为可流动的化学气相沉积前驱物的至少一些化学单元具有大的立体化学结构，其不利于填隙应用。因此现有技术无法满足所有方面。

本公开实施例比现有技术具有更多优点，但应理解其他实施例可提供不同优点，此处不必说明所有优点，且所有实施例不必具有特定优点。举例来说，此处所述的实施例包含介电材料组成与相关形成方法，其可有效缓解至少一些现存方法的缺点。在一些实施例中，采用合成纳米填充介电层以形成介电层(如隔离结构)。在一些例子中，合成纳米填充介电层可作为填隙材料、硬遮罩材料、或一般的介电材料层。在一些实施例中，合成纳米填充介电材料的形成方法可采用化学气相沉积腔识，其配备旋转晶座与等离子体模块。在一些实施例中，形成合成纳米填充介电材料的方法包括采用一或多个前驱物，其中一前驱物作为硅及/或碳源，而另一前驱物作为额外的碳源以调整碳含量。在一些实施例中，用于形成合成纳米填充介电材料的至少一前驱物含硅。一般而言，本公开多种实施例提供含碳的纳米填充介电材料，其具有优异的流瓮性与化学选择性，且其形成方法是以合成方式将Si-C-Si单元结合至具有-O-或-N-桥基的网络中。如此一来，调整碳含量与骨架种类以提供化学选择性，应用树枝状分子以提供持平的流动性，并提供用于产生适当流动性的三元或四元介电材料的设备。对本技术领域中技术人员而言，可由本公开实施例轻易得知其他实施例与优点。

此外应注意本公开实施例的介电材料组成与其形成方法不限于特定的基板形态、遮罩形态、光阻形态、射线源(如射线波长)、及/或光微影系统形态。举例来说，材料组成与方法可用于图案化基板上的结构及/或装置，且多种基板材料可为硅、锗、碳化硅、硅锗、钻石、半导体化合物、或半导体合金，且基板可视情况包含一或多个外延层，可具有应力以增进效能、可包含绝缘层上硅结构、及/或具有其他合适的增进结构。本公开实施例可应用的工艺采用反射式光罩(比如用于极紫外线微影)、穿透式光罩、二元强度光罩、相移光罩、或本技术领域已知的其他光罩。在一些例子中，此处所述的实施例可应用的工艺采用多种形态的光阻，且光阻可为聚甲基丙烯酸甲酯、SU-8、极紫外线光阻、正型光阻、负型光阻、或本技术领域已知的其他形态光阻。此外，本公开实施例可用于多种微影系统及/或对准形态，比如接触对准器、邻近对准器、投射对准器、或极紫外线微影系统。因此本公开实施例可进一步用于采用任何射线源(射线波长)如紫外线、深紫外线、极紫外线、或本技术领域已知的其他射线源的系统。

如图1所示的多种实施例，方法100的流程图采用合成纳米填充介电层作为填隙材料。可以理解的是，在方法100之前、之中、与之后可提供额外步骤，且方法的额外实施例可置换、省略、或调换一些所述步骤。值得注意的是，方法100仅用以举例，而非局限本公开实施例至权利要求未实际记载处。方法100将搭配图2A与2B说明如下。

方法100一开始的步骤102图案化基板，使其包含多个结构。如图2A所示的剖视图，在步骤102的一实施例中，装置200包括的基板202具有多个结构204形成于基板202上。在一些实施例中，基板202可包含一或多种基板材料如硅、锗、碳化硅、硅锗、半导体化合物、或类似物，其可包含一或多个外延层、形成于基板202上的一或多个导电或绝缘层、及/或多种增进结构如上述。基板202亦可包含多种掺杂设置，端视本技术领域已知的设计需求。

此外，多种实施例中的图2A的结构204可对应金属层、氧化物层、氮化物层、半导体层、或其他层，其构成集成电装置的构件。在一些例子中，结构204可与其他结构结合，以形成集成电路装置及/或电路的多种部分。在一些实施例中，结构204可包含本技术领域已知的多种结构，其可形成及/或沉积于基板202上。举例来说，一些实施例的结构204可包含的结构组成可为硅、硅锗、硅为主的介电层、金属氧化物、金属氮化物、金属、或其他材料，且可包含简单或复杂的结构如佣于形成鳍状场效晶体管的鳍状结构或其他结构。

在图2A所示的多种实施例中，多个结构204具有多种宽度(如宽度W1、W2、或类似尺寸)与高度H。相邻结构之间的空间可称作空间S，而最小结构空间可称作空间S_min。多种实施例在沉积合成纳米填充介电材料组成之前，形成于基板202上的多个结构204可定义多个沟槽或孔洞结构(比如位于相邻结构之间)，其具有至少部分由相邻结构之间的空间S所定义的可变宽度。在一些实施例中，相邻结构之间的空间S大于或等于约6nm。在一些例子中，宽度W1或W2大于或等于约6nm。深宽比(如H/W1)指的是沟槽或孔洞结构(比如位于相邻结构之间)的深宽比。在一些实施例中，深宽比可大于或等于约8。一般而言，多种例子中的宽度W1或W2可大于或等于约6nm，并小于或等于约50nm。高度H可大于或等于约48nm，并小于或等于约150nm。深宽比(H/W1或H/W2)可大于或等于约1，并小于或等于约18。

方法100的步骤104沉积合成纳米填充介电材料组成于多个结构上。如图2A所示的装置200的剖视图，在步骤104的一实施例中，装置200包括合成纳米填充介电材料组成206沉积于基板202及多个结构204上。如前所述，合成纳米填充介电材料组成206的形成方法，可采用配备旋转晶座与等离子体模块的化学气相沉积工艺腔室。用于沉积合成纳米填充介电材料组成206的例示性系统与方法的额外细节，将搭配图19与20说明如下。在一些实施例中，可定义合成纳米填充介电材料组成206的厚度T(比如相邻的结构204之间的沟槽或孔洞结构中)与厚度T’(比如在基板202上的多个结构204的一或多者之上)。在一些实施例中，T/T’可定义为合成纳米填充介电材料组成206的流动性。在一例中，当相邻结构之间的空间S为约100nm时，T/T’可大于约5。流动性可增加以改善填隙工艺。

在一些实施例中，形成合成纳米填充介电材料组成206的方法(比如在化学气相沉积工艺腔室中)，可采用一或两种前驱物，其中一前驱物作为硅及/或碳源，而其他前驱物作为额外碳源以调整碳含量。在一些实施例中，用于形成合成纳米填充介电材料的至少一前驱物包括硅。在一些例子中，沉积合成纳米填充介电材料组成206的方法还包括采用氨、氮气、一氧化氮、二氧化氮、氧气、二氧化碳、及/或氢气作为反应气体，并可在点燃等离子体时(比如在化学气相沉积工艺腔室中)形成自由基。举例来说，具有硅及/或碳的前驱物可与氮自由基、氧自由基、及/或氢自由基反应，以结合个别元素使沉积的合成纳米填充介电材料组成206具有组成如碳氧氮化硅、碳氮化硅、或碳氧化硅，即形成合成纳米填充介电材料组成206。以图5为例，可制作含碳氧氮化硅的合成纳米填充介电材料组成206。举例来说，硅源502(如硅前驱物)具有Si-C-Si键结，碳源504(如碳前驱物)具有Si-CH₃键结，且硅源502与碳源504可与氨或氧气的反应气体506反应(比如在化学气相沉积工艺腔室中)，其中反应气体转变成反应性自由基508(比如经由感应耦合等离子体的等离子体反应器)。在一些实施例中，反应性自由基508亦可反应形成碳氮氧化硅的合成纳米填充介电材料组成510，其具有Si-N-Si与Si-O-Si网络。合成纳米填充介电材料组成的多种额外结构及/或实施例，将搭配图6至18详述如下。

方法100的步骤106可视情况进行热退火或紫外线固化工艺。举例来说，一些例子在沉积合成纳米填充介电材料组成206之后，可对装置200进行热退火或紫外线固化工艺，以减少氢含量、产生交联键结、并增加合成纳米填充介电材料组成206的密度。在一些实施例中，热退火或紫外线固化工艺的温度可介于约300℃至450℃之间。

接着进行方法100的步骤108，以进行化学机械研磨工艺。如图2B所示，在步骤108的一实施例中，可进行化学机械研磨以自合成纳米填充介电材料组成206移除多余材料，并平坦化装置200的上表面。在一些实施例中，在化学机械研磨工艺之后，合成纳米填充介电材料组成206的上表面，可与形成于基板202上的多个结构204的上表面实质上共平面。

可对装置200进行后续工艺，以形成本技术领域已知的多种结构与区域。举例来说，后续工艺可形成栅极结构、接点开口、接点金属、多种接点/通孔/线路、及多层内连线结构(如金属层与层间介电层)于基板202上，其设置以连接多种结构，以形成含有一或多个多栅极装置的功能电路。在此例中，多层内连线可包括垂直内连线如通孔或接点，以及水平内连线如金属线路。多种内连线结构可采用多种导电材料如铜、钨、及/或硅化物。在一例中，采用镶嵌及/或双镶嵌工艺以形成铜相关的多层内连线结构。

如图3所示的流程图，多种实施例的方法300采用合成纳米填充介电层作为硬遮罩。在一些实施例中，方法300与方法100类似。然而方法300提供合成纳米填充介电层的其他使用例子。可以理解的是，在方法300之前、之中、与之后可提供额外步骤，且方法的额外实施例可置换、省略、或调换一些所述步骤。值得注意的是，方法300仅用于举例而非局限本公开至权利要求未实际记载处。方法300可搭配图4A与4B进一步说明如下。

方法300一开始的步骤302图案化基板，使其包括栅极结构。如图4A所示的剖视图，在步骤302的一实施例中，装置400包含基板402。在一些实施例中，基板402可与搭配方法100说明的前述基板202实质上相同。在多种例子中，装置400还包括多个栅极结构403(含有栅极堆叠404)、一或多个间隔物层406、与电性隔离相邻的栅极堆叠404并夹设于相邻的栅极堆叠404之间的介电层408。在一些实施例中，晶体管如鳍状场效晶体管的通道区位于栅极堆叠404下。在多种例子中，介电层408包含层间介电层，其包括的材料可为四乙氧基硅烷的氧化物、未掺杂的硅酸盐玻璃、或掺杂的氧化硅如硼磷硅酸盐玻璃、掺杂氟的氧化硅玻璃、磷硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、及/或其他合适的介电材料。介电层408的沉积方法可为等离子体增强化学气相沉积工艺或其他合适的沉积技术。在一些实施例中，可在沉积介电层408之前沉积接点蚀刻停止层。

在一些实施例中，栅极堆叠404包含栅极介电层，与形成于栅极介电层上的金属层。在一些实施例中，栅极介电层可包含界面层形成于通道区上，以及高介电常数的介电层形成于界面层上。界面层可包含介电材料如氧化硅或氮氧化硅。高介电常数的介电层可包含氧化铪、氧化钛、氧化铪锆、氧化钽、氧化铪硅、氧化锆、氧化锆硅、上述的组合、或其他合适材料。在其他实施例中，栅极介电层可包含氧化硅或另一合适介电层。栅极介电层的形成方法可为化学氧化、热氧化、原子层沉积、物理气相沉积、化学气相沉积、及/或其他合适方法。金属层可包含导电层如钨、氮化钛、氮化钽、氮化钨、铼、铱、钌、钼、铝、铜、钴、镍、上述的组合、及/或其他合适组成。在一些实施例中，金属层可包含n型鳍状场效晶体管所用的第一种金属材料，以及p型鳍状场效晶体管所用的第二种金属材料。因此装置400可包含双功函数金属栅极的设置。在一些实施例中，金属层可改为包含多晶硅层。金属层的形成方法可采用物理气相沉积、化学气相沉积、电子束蒸镀、及/或其他合适工艺。在一些实施例中，一或多个间隔物层406形成于栅极结构403的侧壁上。一或多个间隔物层可包含介电材料如氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、或上述的组合。值得注意的是，栅极结构403可包含高介电常数的栅极介电层与金属栅极。然而一些例子中的栅极结构403包含虚置栅极堆叠，其可于制作装置400的后续工艺阶段中置换为最终栅极堆叠，其中最终栅极堆叠包括高介电常数的栅极介电层与金属栅极。

在制作装置400的中间阶段中，比如在形成多个栅极结构403、一或多个间隔物层406、与介电层408之后，可定义多个沟槽或孔洞结构(比如定义于栅极堆叠404上与相邻的介电层408之间)。在一些实施例中，沟槽或孔洞结构的深宽比如图4A所示，其定义的方式与搭配图2A说明的上述方式类似。

进行方法300的步骤304，以沉积衬垫层于栅极堆叠上的多个沟槽或孔洞中。如图4A所示的剖视图，在步骤304的一实施例中，装置400包括衬垫层410沉积于基板402与栅极堆叠404上。在一些实施例中，衬垫层410的沉积方法为原子层沉积，以顺应性地沉积衬垫层410。在其他实施例中，衬垫层410的沉积方法为物理气相沉积、化学气相沉积、或其他合适技术。在多种实施例中，衬垫层可包含氮化物层(如氮化钛、氮化钽、硅为主的氮化物、或其他氮化物层)、氧化物层、或其他合适层状物。

方法300的步骤306沉积硬遮罩层于衬垫层上。在多种实施例中，此方法的硬遮罩层包含此处所述的合成纳米填充介电材料组成。如图4A所示的剖视图，在步骤306的一实施例中，装置400包括合成纳米填充介电材料组成412沉积于基板402及栅极堆叠404上。在一些实施例中，合成纳米填充介电材料组成412可与搭配方法100说明的上述合成纳米填充介电材料组成206类似。

如此一来，合成纳米填充介电材料组成412的形成方法可采用配备旋转晶座与等离子体模块的化学气相沉积工艺腔室。此外，合成纳米填充介电材料组成412的形成方法，可包含多种前驱物。一前驱物作为硅及/或碳源，且其他前驱物作为额外碳源以调整碳含量。在一些实施例中，用于形成合成纳米填充介电材料组成412的至少一前驱物包括硅。在一些实施例中，合成纳米填充介电材料组成412可包含碳氮氧化硅的合成纳米填充介电材料组成，其具有Si-N-Si与Si-O-Si网络如上述。合成纳米填充介电材料组成412的多种其他结构及/或实施例，可与前述的合成纳米填充介电材料组成206类似，及/或搭配图6至18详述如下。

方法300的步骤308可视情况进行热退火或紫外线固化工艺。在一些实施例中，沉积合成纳米填充介电材料组成412之后，可对装置400进行热退火或紫外线固化工艺，以减少氢含量、产生交联键结、并增加合成纳米填充介电材料组成412的密度。在一些实施例中，热退火或紫外线固化工艺的温度可介于约300℃至450℃之间。

接着进行方法300的步骤310，以进行化学机械研磨工艺。如图4B所示，在步骤310的一实施例中，可进行化学机械研磨工艺以自合成纳米填充介电材料组成412移除多余材料，并平坦化装置400的上表面。在一些实施例中，化学机械研磨工艺亦可自介电层408的上表面蚀刻衬垫层410。在一些例子中，化学机械研磨工艺之后的合成纳米填充介电材料组成412的上表面，可与介电层408的上表面实质上共平面。

可对装置400进行后续工艺，以形成本技术领域已知的多种结构与区域。举例来说，后续工艺可形成接点开口、接点金属、多种接点/通孔/线路、及多层内连线结构(如金属层与层间介电层)于基板402上，其设置以连接多种结构，以形成含有一或多个多栅极装置的功能电路。在此例中，多层内连线结构可包含垂直内连线如通孔或接点，以及水平内连线如金属线路。多种内连线结构可采用多种导电材料如铜、钨、及/或硅化物。在一例中，可采用镶嵌及/或双镶嵌工艺形成铜相关的多层内连线结构。

合成纳米填充介电材料组成的多种结构，将进一步详述如下。如上所述，此处所述的合成纳米填充介电材料组成可用于形成隔离结构，其含有至少一硅前驱物。在一些例子中，硅前驱物可含至少两个硅原子并包含Si-C-Si键结结构。举例来说，例示性的硅前驱物可写成化学式CH_x(SiH₃)_y，其中x+y＝4，且y大于或等于约2。举例来说，硅前驱物可包含CH₂(SiH₃)₂、CH(SiH₃)₃、或C(SiH₃)₄，分别如图6、7、与8所示。在一些例子中，另一前驱物包括至少一Si-CH₃末端基，其可定义为添加至合成纳米填充介电组成的碳前驱物，通过调整碳含量以最佳化合成纳米填充介电组成的碳/硅比例。在一些实施例中，碳前驱物可包含甲基硅烷、胺基硅烷、氮硅烷、或类似物。在一些例子中，作为碳前驱物的甲基硅烷可写成化学式SiH_x(CH₃)_y，其中x+y＝4，且y大于或等于约1。举例来说，甲基硅烷可包含SiH₃(CH₃)、SiH₂(CH₃)₂、SiH(CH₃)₃、或Si(CH₃)₄，其分别对应图9、10、11、或12。在一些实施例中，作为碳前驱物的胺基硅烷可写成化学式SiH_x(R₁)_y(R₂)_z，其中R₁为CH₃，R₂为NH₂、NH(CH₃)、或N(CH₃)₂，其中x+y+z＝4，且y与z大于或等于约1。举例来说，胺基硅烷可包括Si(CH₃)₃(NH₂)、Si(CH₃)₃(N(CH₃)₂)、SiH(CH₃)(NH(CH₃))₂、或Si(CH₃)₂(NH(CH₃))₂，其分别对应图13、14、15、或16。在一些实施例中，作为碳前驱物的硅氮烷可写成化学式Si(NH)SiH_2x(CH₃)_2y，其中x+y＝3，且y大于或等于约1。举例来说，硅氮烷可包含对应图17的Si(NH)SiH₂(CH₃)₄，与对应图18的Si(NH)Si(CH₃)₆。虽然已提供硅与碳前驱物所用的一些化学结构例子，但应理解在未偏离本公开实施例范围的情况下，可采用其他结构与其他前驱物。

如图20所示的例示性化学气相沉积的系统2000，可在其中进行工艺以形成此处所述的合成纳米填充介电层。在一些实施例中，系统2000包括工艺腔室2002与晶座2004(其上可放置一或多个晶圆2006)。在一些例子中，晶座2004可由杆2008固定其位置，其中杆2008耦接至驱动单位，以在工艺时旋转晶座2004。在一些实施例中，系统2000亦可包含多个气体注入端2010(以提供多种前驱物、载气、及/或反应气体)与排气端2012。在多种例子中，系统2000可包含一或多个加热单元以加热晶座2004、晶圆2006、及/或工艺腔室2002。此外，工艺腔室2002可流体耦接至真空/泵浦系统，且真空泵浦系统用于维持工艺腔室2002的真空条件。在多种例子中，真空/泵浦系统可包含一或多个负载锁定腔室、涡轮分子泵浦、低温泵浦、机械泵浦、或其他适当的真空/泵浦系统单元。

在多种实施例中，系统2000亦包含等离子体模块，其具有喷洒头2014耦接至电源2016(如射频电源)，以产生等离子体于工艺腔室2002中(比如采用经由气体注入端2010输送的一或多种气体)。在多种例子中，等离子体模块可包含感应式耦合等离子体源、连续微波等离子体、脉冲电容耦合等离子体产生器、或脉冲微波等离子体产生器。在一些实施例中，采用氦作为载气，并采用氨、氮气、一氧化氮、二氧化氮、氧气、二氧化碳、及/或氢气作为反应气体(比如经由多个气体注入端2010)，以用于形成等离子体并沉积合成纳米填充介电层。在一些例子中，沉积温度(比如用于沉积合成纳米填充介电层于晶圆2006上)介于约40℃至约150℃之间。在一些实施例中，可采用感应耦合等离子体源或微波等离子体产生器(2.45GHz)，以产生工艺腔室2002中的反应所用的自由基。

如图19所示的时序图1900，是沉积合成纳米填充介电层时(比如采用图20的系统2000)，硅源、碳源、反应气体、与等离子体功率(如脉冲等离子体模块)的时序。如图所示的多种实施例，合成纳米填充介电沉积的工艺包括流动稳定步骤与主要沉积步骤。在上述步骤中，硅源、碳源、与反应气体可流入工艺腔室2002中。然而多种例子在流动稳定步骤时，混合硅前驱物与碳前驱物而不反应，且反应气体与前驱物之间亦不反应。

如上所述，在沉积合成纳米填充介电层时可采用等离子体源(如上述等离子体模块)与脉冲循环周期。举例来说，可采用脉冲的电容耦合等离子体产生器(10MHz至70MHz)或脉冲的微波等离子体产生器。在一些实施例中，脉冲等离子体模块包括脉冲开启时段与脉冲关闭时段，如图19所示。在一些实施例中，脉冲开启时段/脉冲关闭时段定义为脉冲等离子体源的工作周期。在一些例子中，1/(脉冲开启时段+脉冲关闭时段)定义为脉冲等离子体源的脉冲重现频率。在一些实施例中，脉冲开启时段可介于μs至ms之间，且工作周期可介于约5％至95％之间。在一些例子中，脉冲重现频率可介于约50kHz至100kHz之间。在多种例子中，在主要沉积步骤时发生脉冲等离子体源的操作、脉冲、或调整。

此处提供多种合成纳米填充介电层与其沉积方法的额外实施例。举例来说，一些实施例中的碳氧化硅的合成纳米填充介电层的制作方法可采用C(SiH₃)₄作为硅源，并采用氧气作为反应气体。在一些实施例中，工艺及/或沉积的温度介于约50℃至80℃之间，而感应耦合等离子体源可产生氧自由基以用于后续反应。在一些例子中，可添加碳前驱物SiH₂(CH₃)₂以与硅前驱物共流动。在一些实施例中，后热退火的温度介于约300℃至450℃之间使膜凝结(比如减少水气含量)并增加合成纳米填充介电层的密度。在碳氧化硅的合成纳米填充介电层的例子中，合成纳米填充介电层的碳含量％介于约4％至18％之间，且密度介于约1.5g/cm³至2.1g/cm³之间。在多种实施例中，稀氢氟酸(100：1)对合成纳米填充介电层与氧化物的蚀刻选择性大于约10。在一些实施例中，三氟化氮与氨对合成纳米填充介电层与氧化物的蚀刻选择性大于约20。在一些例子中，沉积的合成纳米填充介电层的介电常数介于约3至4.5之间，漏电流密度介于约10^-9A/cm²至10^-7A/cm²之间，而崩溃场介于3MV/cm至6MV/cm之间。

在一些实施例中，碳氮化硅的合成纳米填充介电层的制作方法可采用C(SiH₃)₄作为硅源，并采用氨作为反应气体。在一些实施例中，工艺及/或沉积的温度介于约75℃至110℃之间，而脉冲微波等离子体产生器可产生氨自由基以用于后续反应。在多种例子中，可添加碳前驱物(包括Si(CH₃)₃(N(CH₃)₂))以与硅前驱物共流动。在一些实施例中，紫外线固化工艺的温度介于约300℃至450℃之间以减少氢含量并使膜凝结。在一些实施例中，碳氮化硅的合成纳米填充介电层的碳含量％介于约3％至10％之间，且密度介于约1.7g/cm³至2.4g/cm³之间。在一些实施例中，稀氢氟酸(100：1)对合成纳米填充介电层与氧化物的蚀刻选择性大于约10。在一些实施例中，磷酸对合成纳米填充介电层与氮化硅的蚀刻选择性大于约5。在一些例子中，碳氢氟化物与氧气等离子体对合成纳米填充介电层与氮化硅的干蚀刻选择性大于约1.5。

在一些例子中，碳氮氧化硅的合成纳米填充介电层的制作方法可采用C(SiH₃)₄作为硅源，并采用氨/氧气作为反应气体。在多种例子中，氨与氧气的比例介于约0.2至0.5之间。在一些实施例中，工艺及/或沉积的温度介于约60℃至100℃之间，而脉冲微波等离子体产生器可产生氨与氧气自由基以用于后续反应。在一些例子中，图19的脉冲开启时段介于约100μs至1ms之间，且工作周期介于约40％至70％之间。在一些实施例中，可添加碳前驱物(含Si(NH)SiH₂(CH₃)₄)以与硅前驱物共流动。在一些例子中，热退火工艺的温度介于约300℃至450℃之间以减少膜的氢含量并使膜凝结。在一些实施例中，碳氮氧化硅的合成纳米填充介电层的碳含量％介于约8％至18％之间，氮/氧比介于约0.3至0.7之间，且密度介于约1.9g/cm³至2.4g/cm³之间。在多种实施例中，合成纳米填充介电层的介电常数介于约4.5至5.5之间，漏电流密度介于约10^-10A/cm²至10^-8A/cm²之间，而崩溃场介于4MV/cm至6MV/cm之间。在一些实施例中，稀氢氟酸(100：1)对合成纳米填充介电层与氧化物的蚀刻选择性大于约10。在一些实施例中，三氟化氮与氨对合成纳米填充介电层与氧化物的蚀刻选择性大于约20。举例来说，氯气为主的蚀刻对合成纳米填充介电层与硅的蚀刻选择性大于约12。在一些实施例中，碳氢氟化物与氧气等离子体对合成纳米填充介电层与氮化硅(及氧化硅)的干蚀刻选择性大于约4。

本公开实施例比现有技术具有更多优点，但应理解其他实施例可提供不同优点，此处不必说明所有优点，且所有实施例不必具有特定优点。举例来说，此处所述的实施例包括介电材料组成与相关方法，其可有效缓解至少一些现有方法的缺点。在一些实施例中，合成纳米填充介电层用于形成介电层。在一些例子中，合成纳米填充介电层可作为填隙材料、硬遮罩材料、或一般的介电材料层。在一些实施例中，合成纳米填充介电材料的形成方法可采用配备旋转晶座与等离子体模块的化学气相沉积工艺腔室。在一些实施例中，形成合成纳米填充介电材料的方法包括采用一或两个前驱物，其中一前驱物作为硅及/或碳源，而其他前驱物作为额外碳源以调整碳含量。在一些例子中，调整碳含量以调整蚀刻选择性。在一些实施例中，用于形成合成纳米填充介电材料的至少一前驱物包括硅。一般而言，本公开多种实施例提供形成含碳的纳米填充介电材料的形成方法，此材料具有优异的流动性与化学选择性。本技术领域中技术人员应理解，此处所述的方法可用于多种其他半导体结构、半导体装置、与半导体工艺，以利达到此处所述的类似优点而不偏离本公开实施例的范围。

因此本公开一实施例的方法包括图案化一基板以形成第一结构、与第一结构相邻的第二结构、以及位于第一结构与第二结构之间的沟槽。方法亦包括沉积介电材料于第一结构上与沟槽中。在一些实施例中，沉积介电材料的步骤包括：使第一前驱物、第二前驱物、与反应气体流入工艺腔室。此外，在使第一前驱物、第二前驱物、与反应气体流入工艺腔室时，形成等离子体于工艺腔室中以沉积介电材料。

在一些实施例中，反应气体包括氨、氮气、一氧化氮、二氧化氮、氧气、二氧化碳、与氢气中的至少一者。

在一些实施例中，介电材料的组成包括Si-N-Si键结与Si-O-Si键结的网络。

在一些实施例中，第一前驱物包括硅前驱物，且第二前驱物包括碳前驱物。

在一些实施例中，硅前驱物包括Si-C-Si键结结构，而碳前驱物包括Si-CH₃末端基。

在一些实施例中，碳前驱物包括甲基硅烷、胺基硅烷、或氮硅烷。

在一些实施例中，介电材料的碳含量％介于3％至18％之间。

在一些实施例中，介电材料包括碳氧氮化硅、碳氮化硅、或碳氧化硅。

在另一实施例中，方法包括提供包括沟槽的基板；顺应性地沉积衬垫层于沟槽中；以及形成隔离结构于沟槽中的衬垫层上。在一些实施例中，隔离结构包括碳氮氧化硅、碳氮化硅、或碳氧化硅。在多种例子中，形成隔离结构的步骤包括：使硅前驱物与碳前驱物流入工艺腔室。一些实施例在使硅前驱物与碳前驱物流入工艺腔室时，使等离子体源的功率脉冲以形成隔离结构。

在一些实施例中，形成隔离结构的步骤包括流动稳定步骤与主要沉积步骤，其中在主要沉积步骤时使等离子体源功率脉冲。

在一些实施例中，流动稳定步骤时的第一前驱物与第二前驱物之间不会反应，且反应气体与第一前驱物或第二前驱物之间不会反应。

在一些实施例中，等离子体源包括感应耦合等离子体源、连续微波等离子体、脉冲电容耦合等离子体产生器、或脉冲微波等离子体产生器。

在一些实施例中，形成隔离结构的步骤包括沉积第一厚度的隔离结构于沟槽中，并沉积第二厚度的隔离结构于第一结构上，其中第一厚度与第二厚度的比例大于5。

在一些实施例中，方法还包括：在形成隔离结构之后，进行退火工艺以减少隔离结构的氢含量并增加隔离结构的密度，且退火工艺的温度介于300℃至450℃之间。

在一些实施例中，形成隔离结构的温度介于40℃至150℃之间。

在一些实施例中，第一结构与第二结构之间的空间大于或等于6nm，其中每一第一结构与第二结构的宽度大于或等于6nm并小于或等于50nm，且其中第一结构与第二结构的高度大于或等于48nm并小于或等于150nm。

在其他实施例中，方法包括：提供栅极结构于基板上，其中通道区位于栅极结构下。方法还包括形成沟槽于栅极结构上，并沉积遮罩层于沟槽中。在化学气相沉积工艺腔室内沉积遮罩层，且化学气相沉积工艺腔室包括等离子体模块。在一些实施例中，沉积遮罩层的步骤包括使硅前驱物与碳前驱物流入化学气相沉积工艺腔室。

在一些实施例中，方法还包括在沉积遮罩层之前沉积衬垫层于沟槽中，并沉积遮罩层于衬垫层上。

在一些实施例中，方法还包括：在沉积遮罩层之后退火遮罩层，并进行化学机械研磨工艺以平坦化栅极结构的上表面。

在一些实施例中，遮罩层包括碳氧氮化硅、碳氮化硅、或碳氧化硅。