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TW202334475A - 原子層沉積接縫減少 - Google Patents

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TW202334475A
TW202334475A TW111141065A TW111141065A TW202334475A TW 202334475 A TW202334475 A TW 202334475A TW 111141065 A TW111141065 A TW 111141065A TW 111141065 A TW111141065 A TW 111141065A TW 202334475 A TW202334475 A TW 202334475A
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TW
Taiwan
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oxide material
deposition method
material deposition
plasma
processing
Prior art date
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TW111141065A
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English (en)
Inventor
道格拉斯 華特 阿格紐
喬納森 格蘭特 貝克
Original Assignee
美商蘭姆研究公司
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Abstract

文中揭露將材料沉積至特徵部中的方法及設備。方法涉及沉積氧化物材料接著濺射氧化物材料以減少接縫。氧化物材料可以ALD處理沉積。

Description

原子層沉積接縫減少
本發明係大致上關於氧化物材料沉積方法及設備。
許多半導體裝置製造處理涉及形成薄膜，薄膜包含氧化物薄膜如矽之氧化物。矽之氧化物薄膜的沉積可涉及化學汽相沉積(CVD)或原子層沉積(ALD)及電漿增強沉積，但在某些情況中可能難以達到高品質薄膜。當沉積薄膜於間隙中時，這可能尤其造成挑戰。
此處所提供的背景說明係用以大致上說明本發明之背景。在此背景段落中所提及之本發明人的作品以及在申請時不能算作是先前技術的說明並非為本發明人明示或暗示自認之與本發明相對的先前技術。
文中揭露將氧化物材料沉積至基板之特徵部中的各種方法及系統。在文中實施例的一態樣中，揭露一種氧化物材料沉積方法，其包含：在一處理室中接收一半導體基板；將一氧化物材料之一順形晶種層沉積至該半導體基板之一層之複數經圖案化之特徵部中；及一或多個循環包含：利用一惰性氣體在一電漿存在的情況下濺射該氧化物材料，該電漿係由包含一高頻(HF)分量及低頻(LF)分量之一雙射頻(RF)電漿源所產生；及以一原子層沉積(ALD)處理，將該氧化物材料沉積至該複數經圖案化之特徵部。在某些實施例中，該一或多個循環中的每一循環包含：濺射該氧化物材料及藉由該ALD處理的複數循環順形地沉積該氧化物材料。在某些實施例中，該一或多個循環中的每一循環更包含：使一氧化物前驅物流至該處理室中；使一吹淨氣體流至該處理室中； 使一含氧物種及一惰性氣體流至該處理室中；及使該吹淨氣體流至該處理室中。在某些實施例中，該氧化物前驅物為含氨基之矽氧烷。在某些實施例中，該氧化物前驅物為具有化學式X(R 1) aSi-O-Si(R 2) bY的二矽氧烷，其中a與b為自0至2的整數，其中X與Y獨立地可為H或NR 3R 4，且其中R 1、R 2、R 3及R 4中的每一者為氫、無分支之烷基、分支烷基、飽和雜環、不飽和雜環基團、或其組合。在某些實施例中，X、Y、或兩者為NR 3R 4，且R 3、R 4、及其所附接的原子形成一飽和雜環化合物。在某些實施例中，該電漿源在流動該含氧物種及該惰性氣體期間具有一非零LF分量功率。在某些實施例中，該惰性氣體與該含氧物種之間的一體積流量比率至少約為1：1。在某些實施例中，該惰性氣體與該含氧物種之間的一體積流量比率係介於約1：1與6：1之間。
在某些實施例中，該方法更包含該一或多個循環中的一第一循環及一或多個循環中的一第二循環，其中該第二循環與該第一循環之間的該LF分量功率、一處理室壓力、該惰性氣體與該含氧物種之間的比率、或其任何組合係不同。在某些實施例中，在該第二循環期間的該處理室的一壓力係低於在該第一循環期間的該處理室的一壓力。在某些實施例中，在該第二循環期間之該惰性氣體與該含氧物種之間的一比率係高於在該第一循環期間之該惰性氣體與該含氧物種之間的一比率。在某些實施例中，在該第二循環期間的該LF分量功率係高於在該第一循環期間的該LF分量功率。
在某些實施例中，在該濺射之前該氧化物材料至少具有約6.5 nm的一厚度。在某些實施例中，更包含在該濺射期間使一含氧物種流至該處理室中。在某些實施例中，該一或多個循環包含至少約100個循環。在某些實施例中，在該濺射期間該LF分量功率至少約為500W。在某些實施例中，在該濺射期間該LF分量功率係介於約500W與5kW之間。在某些實施例中，該HF分量功率係介於約500W與約6.5 kW之間。在某些實施例中，該處理室之一壓力係介於約10 mTorr與約20 Torr之間。在某些實施例中，該ALD處理係於一電漿存在的情況下進行。在某些實施例中，在該ALD處理期間該LF分量功率為0W且在該濺射期間該LF分量功率至少約為1000kW。在某些實施例中，一惰性氣體包含氬。在某些實施例中，該氧化物材料在該經圖案化之特徵部之一頂部下方至少約50 nm不具有一接縫。在某些實施例中，該經圖案化之特徵部具有介於約1：1與約10：1之間的一深寬比。
在文中實施例的另一態樣中，揭露另一種氧化物材料沉積方法，包含：在一處理室中接收一半導體基板；將氧化物材料之一順形晶種層沉積至該半導體基板之一層之複數經圖案化之特徵部中；藉由一電漿增強原子層沉積(PEALD)處理沉積該氧化物材料，其中該處理包含：點燃藉由包含一高頻(HF)分量與一低頻(LF)分量的一雙射頻(RF)電漿源所產生的一電漿；使一氧化物前驅物流至該處理室中；使一吹淨氣體流至該處理室中；使一含氧物種及一惰性氣體流至該處理室中；使該吹淨氣體流至該處理室中，其中在流動該含氧物種及該惰性氣體期間增加該LF分量功率。
下面將參考附圖詳細說明本發明實施例的此些及其他特徵。
本發明揭露在半導體基板上之一層的特徵部中沉積氧化物的技術。半導體製造處理通常包含利用化學汽相沉積(CVD)及/或原子層沉積(ALD)填充特徵部之介電材料間隙填充。 文中揭露利用介電材料(包含但不限於矽之氧化物)填充特徵部的方法、及相關系統與設備。文中所述之方法可用以填充以垂直位向形成於基板中的特徵部。此類特徵部可被為間隙、凹陷特徵部、負面特徵部、未經填充之特徵部、或簡稱為特徵部。填充此類特徵部可被稱為間隙填充。形成於基板中的特徵部可以一或多個窄及/或凹角的開口、特徵部內的收縮、及高深寬比作為特徵。在某些實施例中，特徵部可具有至少約2：1、至少約4：1、至少約6：1、至少約10：1、至少約30：1、至少約50：1、或更大的深寬比。在某些實施例中，文中之技術可用以填充具有最小/經縮減之孔隙的溝槽。在其他實施例中，文中之技術可用以填充特徵部，其中一部分經沉積之材料具有較少的孔隙/無接縫直到自特徵部之頂部的特定深度，該深度下方可形成接縫卻不明顯地影響經沉積之材料的效能。基板可為矽晶圓如200-mm晶圓、300-mm晶圓、450-mm晶圓，包含具有一或多層材料如介電材料、導電材料、半導電材料沉積於其上的晶圓。
氧化物薄膜用之間隙填充沉積處理可在經沉積的薄膜中產生接縫。隨著薄膜於特徵部內順形成長，由於薄膜係自特徵部的側壁朝向每一者成長，接縫可形成在薄膜之間的接合處。接縫可為較不緻密的氧化物薄膜區域且導致較差的薄膜特性。由於會增加最終半導體裝置的故障機率，一般而言不希望產生接縫。
文中揭露用以解決接縫的技術，若非如此，在沉積氧化物間隙填充材料期間會形成接縫。尤其，在沉積期間濺射氧化物材料可減少接縫形成。氧化物間隙填充材料、氧化物薄膜、及氧化物材料等詞在文中可交換使用。
圖1A顯示在已填充之特徵部中的接縫。在圖100中，顯示具有下列者的基板：經圖案化之膜層102、經圖案化之膜層102內的特徵部104、及沉積於特徵部104內之氧化物材料106。氧化物材料具有接縫105。在圖1A之實施例中，接縫105亦可以接縫105與經圖案化之膜層102之頂部及/或特徵部104之頂部之間的深度101作為特徵。
在某些實施例中，文中所述之技術可填充特徵部而不形成接縫。在其他實施例中，可形成接縫僅達較少的程度。在此類實施例中，接縫可以至少約40 nm、至少約50 nm、或至少約60 nm的深度(如圖1A中所述)作為特徵。
圖1B顯示減少接縫的處理。在圖110中，顯示具有經圖案化之膜層112及特徵部114的基板。在圖120中，氧化物材料126被沉積在經圖案化之膜層112上及特徵部114內。由於氧化物材料並未完全填充特徵部，因此間隙127存在於特徵部114內且由氧化物材料所定義。應了解，雖然顯示氧化物材料126沉積在經圖案化之膜層112上方，但在某些實施例中，經圖案化之膜層112之頂部上並無沉積且氧化物材料126僅沉積於特徵部114內。
在圖130中已濺射了氧化物材料126。濺射可包含蝕刻及材料如氧化物材料的再沉積。在某些實施例中，某些受到蝕刻的材料接著再沉積回基板上。濺射的結果可包含靠近特徵部之頂部的氧化物材料再沉積於特徵部的底部處，促進由底部向上的填充機構而減少接縫形成。
濺射的另一結果是間隙自特徵部114的頂部錐斜。如圖130中所示，原本形狀有些矩形的間隙127已變成了更三角形形狀的間隙137，間隙137在特徵部的頂部處較寬並朝向特徵部的底部錐斜。如上所述，隨著薄膜自特徵部側壁朝向彼此成長，順形薄膜沉積可導致接縫。例如，間隙127可持續縮小，直到反應物無法在間隙中吸附及/或反應，導致被指為接縫的較不緻密區域。在圖1B的實例中，濺射氧化物材料能改變間隙的形狀並將氧化物材料重新沉積在特徵部的底部處。這能減少後續之沉積處理將氧化物材料沉積在間隙137中產生接縫的風險。其亦減少後續之沉積處理在氧化物材料中造成孔隙的風險。
在圖140中，將額外的氧化物材料146沉積在特徵部中。氧化物材料126及146可為相同或不同之氧化物材料(即圖1B中的陰影係用以例示且不應被解讀為氧化物材料126及146之化學組成必須不同)。在某些實施例中，氧化物材料146可以類似於氧化物材料126的處理加以沉積，但在其他實施例中，可進行不同之處理。在某些實施例中，至少部分因為氧化物材料之濺射，因此氧化物材料126及146不包含接縫。雖然在圖140中未顯示接縫，但應了解，在某些實施例中會形成接縫，其程度係小於未進行濺射處理的程度。在某些實施例中， 接縫可存在，但相對於不進行濺射處理可能形成的接縫，此處接縫的深度(如上面參考圖1A所討論的)可更深即接縫更小。
圖2顯示文中所述之實施例的處理流程圖。在操作200中，在處理室中接收具有欲填充之特徵部的基板。在某些實施例中，基板可自先前操作而留在處理室中，但在其他實施例中，可將基板提供至處理室。基板具有欲填充之經圖案化的特徵部。在某些實施例中，經圖案化之特徵部可具有介於約5：1與約10：1之間的深寬比(寬度與深度之間的比率)。
在操作202中，可以可選地將晶種層沉積至特徵部內。晶種層有助於促進後續的沉積操作及/或保護下方層。例如，在藉由電漿增強處理沉積氧化物材料的情況中，晶種層可保護下方層不受電漿所產生之離子的蝕刻。在某些實施例中，晶種層可為氧化物材料，其可與文中所述之後續操作中所沉積之氧化物材料相同或不同。在各種實施例中，晶種層可包含任何文中所述的氧化物材料或用以促進氧化物材料沉積的其他適合材料。在某些實施例中，晶種層可為經摻雜或未經摻雜的矽的氮化物。在各種實施例中，晶種層可以ALD、電漿增強ALD(PEALD)、CVD、或電漿增強CVD(PECVD)沉積。ALD為利用依序自我限制反應沉積材料薄層的技術。ALD處理使用表面中介的沉積反應，在複數循環中以逐層方式沉積薄膜。例如，ALD循環可包含下列操作：(i)輸送/吸附一前驅物；(ii)自腔室吹淨前驅物；(iii)輸送第二反應物及可選之點燃電漿；及(iv)自腔室吹淨副產物。會在基板表面上形成薄膜之第二反應物與已吸附之前驅物之間的反應能影響薄膜組成與特性如非均勻度、應力、濕式蝕刻率、乾式蝕刻率、電特性(如崩潰電壓及漏電流)等。
在ALD處理的一實例中，將包含許多表面活性位置的基板表面暴露至以一劑量提供至容納基板之腔室之第一前驅物如含矽前驅物的氣相分佈。此第一前驅物的分子吸附至基板表面上，包含第一前驅物之化學吸附物種及/或物理吸附分子。應了解，當化合物如文中所述吸附至基板表面上時，吸附層可包含該化合物以及該化合物之衍生物。例如，含矽前驅物之吸附層可包含該含矽前驅物以及該含矽前驅物之衍生物。在第一前驅物給劑之後，接著排空腔室以移除大部分或所有剩下的氣相第一前驅物，俾使大部分或僅有已吸附的物種留下來。在某些實施例中，腔室可能不會被完全排空。例如，可排放反應器俾使氣相第一前驅物的分壓低到足以緩和反應。將第二反應物如含氧氣體導入腔室，俾使此些分子中的某些者與吸附在表面上的第一前驅物反應。在某些處理中，第二反應物立即與已吸附的第一前驅物反應。在其他實施例中，第二反應物僅在暫時施加活化源如電漿後進行反應。接著可再次排放腔室以移除未被束縛的第二反應物分子。如上所述，在某些實施例中，腔室可能不會被完全排空。可使用額外的ALD循環建立薄膜厚度。
在某些實施例中，ALD方法包含電漿活化。如文中所述，文中所述之ALD方法及設備可為順形薄膜沉積(CFD)方法，其大致上揭露於2011年4月11日申請之名為「PLASMA ACTIVATED CONFORMAL FILM DEPOSITION」的美國專利申請案U.S. 13/084,399 (現為美國專利U.S. 8,728,956)中，將其所有內容包含於此作為參考。
圖3顯示單一ALD循環之處理流程圖。在操作321中，將基板暴露至含矽前驅物如文中所述之任何前驅物，以將前驅物吸附至特徵部的表面上。在各種實施例中，此操作為自我限制性的。在某些實施例中，前驅物吸附至少於特徵部表面上的所有活性位置。在操作322中，可選地吹淨處理室以移除任何未吸附之含矽前驅物。在操作323中，將基板暴露至氧化性化學品並點燃電漿，以在特徵部中形成第一矽之氧化物層。在各種實施例中，操作323將已吸附之含矽前驅物層轉換為矽之氧化物。在操作324中，可選地吹淨處理室以移除來自含矽前驅物與氧化劑之間之反應的副產物。若有需要，可以可選地重覆操作321至324兩或更多次循環，以在特徵部中將矽之氧化物沉積至期望厚度。
應注意，文中所述之處理並不限於特定的反應機制。因此，針對圖3所述之處理包含使用依序暴露至含矽反應物及氧化性電漿的所有氧化物沉積處理，包含嚴格來說並非自我限制性的處理。處理包含在處理期間用以產生電漿之一或多種氣體連續流動及間歇之電漿點燃。又，在某些實施例中，可施行使用所述化學品的熱(無電漿)ALD。
回到圖2，在操作204中以氧化物材料填充經圖案化之特徵部。在各種實施例中，氧化物材料為矽之氧化物。在某些實施例中，氧化物材料可為金屬氧化物如GeO 2、HfO 2、AlO 3等、或其任何組合。在某些實施例中，氧化物材料係以ALD處理或PEALD處理所沉積。在某些實施例中，操作204所沉積之氧化物薄膜所具有的厚度至少約為6.5 nm、或介於欲填充之特徵部之關鍵尺寸或寬度的約5% 與約35%之間。
在操作206中濺射氧化物材料。可在電漿存在的情況下進行濺射。在某些實施例中， 濺射涉及利用雙RF 電漿源點燃電漿，以產生具有低頻(LF)分量與高頻(HF)分量的電漿。不受限於任何理論，HF分量具有維持電漿的功能而LF分量可產生能轟擊基板之惰性氣體的離子。在某些實施例中，惰性氣體可包含氦、氮、氬、或氙。藉著以離子轟擊氧化物材料，可如圖1B中所示，濺射氧化物材料並將至少部分之氧化物材料再沉積得更深入基板的特徵部中。
雖然在高密度電漿(HDP)處理中已使用濺射，但HDP處理用之處理條件係明顯不同。HDP處理可使用具有明顯較高離子轟擊的感應耦合電漿並造成與利用文中所述之雙RF源之電容耦合 PEALD處理不同的薄膜。例如，HDP反應器可在低於100 mTorr的壓力及高於10 11離子/cm 3的電漿密度下操作，但文中所述之PEALD或PECVD處理可在高於約500 mTorr的壓力及約100x更低的電漿密度下操作。又，在HDP反應器中可使用400 KHz (即LF分量)產生電漿(即施加至線圈)及將13.56 MHz (即HF分量)施加至在操作期間晶圓位於其上的平臺。然而在如文中所述的電容耦合電漿處理中，亦可使用13.56 MHz產生電漿且400 KHz可控制晶圓的離子轟擊。在電容耦合電漿中，由於反應器係於較高壓力及較高離子-中性碰撞頻率下操作，離子能力無法藉由13.56 MHz加以調制。可使用LF分量控制碰撞晶圓的離子能量且離子能量係遠低於HDP處理。不同的離子能量亦影響HDP與包含文中所述之濺射處理的PECVD或PEALD處理之間的薄膜組成及特性。由於此些各種差異尤其是壓力、電漿生成、及控制技術的差異，HDP沉積之處理條件無法被外推至電容耦合電漿處理如文中所述者。
如上所述，濺射可具有兩個優點。第一，其將經濺射之薄膜再沉積至特徵部的底部中。第二，其改變氧化物薄膜之間之間隙的形狀以具有錐斜形狀，改善反應物分佈於特徵部內的能力並沉積在特徵部的底部處。在某些實施例中，濺射藉著濺射薄膜的底密度部分(例如濺射在先前沉積處理所形成的接縫)亦有助於緻密化氧化物薄膜。較低密度之薄膜可更輕易地受到濺射，使氧化物材料再沉積並形成較高密度之薄膜(或針對用以沉積較高密度之薄膜的分別沉積處理)。
濺射的量可至少藉由三個參數加以控制：處理室的壓力、氣流、及RF設定。 一般而言，較低之壓力及較高之LF功率會增加濺射。又，可控制氣流以導入更多惰性氣體尤是更多氬以增加濺射。在某些實施例中，如文中更進一步討論的，用於濺射之處理氣體亦可包含含氧物種，且較高比率之Ar：O可增加濺射。
在操作208中，沉積氧化物材料。操作208可在與操作204相同或不同的處理條件下進行。在某些實施例中，在操作204及208中沉積的氧化物材料為相同的氧化物材料如矽之氧化物。在某些實施例中，可在操作208中利用CVD或ALD處理包含電漿增強CVD或ALD處理沉積氧化物材料。
在某些實施例中，可以可選地重覆操作206及208一或多次。重覆操作206及208可有利於逐漸濺射氧化物材料並改變剩餘待填充之特徵部的形狀。在某些實施例中，可根據循環操作206及208而調變濺射操作的持續期間及用以沉積氧化物材料之ALD 操作的循環次數。例如，針對ALD 沉積的每10個循環(其中ALD 沉積之單一循環可包含上述之操作(i)–(iv)中的每一者)，可進行一個循環的濺射處理。在某些實施例中，可定義濺射對ALD循環的比率，其中比率可介於約1：1與約50：1之間。
在進行複數濺射操作的實施例中，濺射操作的處理參數可在操作之間改變。例如，可能期望針對較晚的濺射操作增加濺射的量。在此類實施例中，可針對較晚的操作改變參數以增加濺射的量。例如，相較於第一濺射操作，可增加第二濺射操作的LF功率以增加第二濺射操作中的濺射量。在某些實施例中，亦可修改其他處理參數(包含上面所討論之該些參數)以增加/減少濺射。
圖4顯示包含複數濺射操作之處理。類似於上面的圖110，圖410顯示具有經圖案化之膜層412及特徵部414的基板。類似於上面的圖120，在圖420中已將氧化物薄膜426順形沉積至特徵部114中，定義間隙427。在圖430中已濺射氧化物薄膜426以形成具有間隙437的氧化物薄膜436。間隙437在特徵部中向下錐斜，相較於在特徵部中的更深處，其在特徵部的頂部處的氧化物薄膜之間提供更多空間。
在圖440中已進行了一或多個額外的沉積及濺射操作，因此形成氧化物薄膜446及間隙447。由於已自特徵部之頂部濺射氧化物材料並將其再沉積至間隙的底部處，因此間隙447比間隙437具有更寬的「V」形。在圖450中，進行更進一步的沉積及濺射操作，導致特徵部完全被氧化物材料456所填充。間隙457比間隙437及447兩者具有更寬的開口。在圖430及440間所進行的沉積及濺射操作可與在圖440與450間所進行的沉積及濺射操作相同，或為不同的操作。例如，可改變處理條件以增加接續濺射操作的濺射量。文中他處亦討論調變處理條件以控制濺射量的技術。
上面討論之處理流程說明沉積及濺射為可在處理室中進行的分離處理。例如，可進行100個循環的ALD沉積氧化物材料、接著進行30秒的濺射、接著可進行另100個循環的ALD以沉積額外的氧化物材料。然而在某些實施例中，可整合沉積及濺射操作，俾使ALD循環的一部分包含濺射處理。
圖5顯示沉積氧化物材料的處理流程，其中濺射之發生為ALD處理之一部。始於操作500，在處理室中接收基板。在操作502中可選地沉積晶種層，在操作504中以ALD處理沉積氧化物材料。操作500–504之進行方式可類似於上述與操作200–204相關之方式。.
操作505為用以沉積及濺射氧化物材料的PEALD處理，其包含4個操作。在操作506中，使氧化物前驅物流至腔室中，氧化物前驅物吸附至基板表面上。在可選的處理507中，以例如惰性氣體自處理室吹淨氧化物前驅物，因此僅有已吸附的物種留下來。
在操作508中，在具有LF分量之電漿的存在下使含氧物種及惰性氣體流至處理室中 。含氧物種與已吸附之氧化物前驅物反應而形成氧化物材料。在此反應之同時，電漿的LF分量造成惰性氣體解離成離子，離子在RF偏壓施加至基板時轟擊基板。是以離子可濺射氧化物材料。由於沿著水平表面的蝕刻率通常高於側壁的蝕刻率，因此特徵部的頂部可比側壁經歷更多的濺射。此可導致圖4中所示之錐斜形狀。
在可選的處理509中，藉由例如惰性氣體自處理室吹淨含氧物種，俾使僅有已吸附的物種留下來。應了解，在各種實施例中，惰性氣體亦與氧化物前驅物一起流動，但LF分量的存在會造成基板轟擊，因此LF分量不存在不會造成基板濺射。接著可重覆操作506–509一或多次以連續沉積/濺射氧化物薄膜。
如上所述，在某些實施例中，當氧化物薄膜成長時可改變濺射的量。在此類實施例中，可在操作505期間改變壓力、氣體流量比率、LF功率、或其任何組合，以增加及/或減少濺射的量。
圖5之處理的一優點在於，相較於分離之濺射與ALD操作，濺射操作係與ALD處理整合而改善了薄膜沉積的效率。由於增加之LF功率會增加基板濺射，在所有的參數中尤其可調變LF功率以在已吸附之氧化物前驅物氧化形成氧化物材料的期間充分濺射薄膜。尤其，可濺射薄膜，俾以即便ALD處理的順形機制下仍能使氧化物薄膜優先在靠近特徵部底部處成長。在某些實施例中，除了圖430–450中之每一者可來自操作505之一或多個循環而非圖2中所述之分離濺射及沉積操作之外，氧化物薄膜可如圖4中所示成長。
在使用ALD、PEALD、CVD、及PECVD中任何者之組合沉積氧化物材料的實施例中，可在兩技術期間使用相同的反應物及前驅物。在某些實施例中，可取決於技術而選擇不同前驅物。例如，在某些實施例中，可利用鹵素矽烷進行ALD、接著利用矽烷作為含矽前驅物進行PECVD。在某些實施例中，在用以沉積氧化物材料之技術的一或多者期間點燃電漿。 處理窗
此節說明可用以製造氧化物薄膜的各種處理參數。處理參數係針對包含濺射操作並在處理室如下文中所述之處理室中進行的電漿增強原子層沉積處理所提供。
在各種實施例中，處理室中的總壓力係介於約10 mTorr與約8 Torr之間。在某些實施例中，處理室中的壓力係介於約500 mTorr與約1 Torr之間、或介於約2 Torr與約6 Torr之間、或介於約1 Torr與20 Torr之間。如上所述，減少壓力通常會增加濺射的量。在某些實施例中，在文中所所述之操作期間或之間可增加或減少壓力，以分別減少或增加濺射的量。
在某些實施例中，氧化物材料可為矽之氧化物或金屬氧化物如GeO 2、HfO 2、AlO 3等、或其任何組合。為了沉積文中所述之矽之氧化物或其他含矽薄膜，可使用一或多種含矽前驅物。適合用於根據文中所揭露之實施例的含矽前驅物包含多矽烷 (H 3Si‑(SiH 2) n­‑SiH 3)，其中n ＞0。矽烷的實例為矽烷(SiH 4)、二矽烷(Si 2H 6)、及有機矽烷 如甲基矽烷、乙基矽烷、異丙基矽烷、第三丁基矽烷、二甲基矽烷、二乙基矽烷、二‑第三丁基矽烷、烯丙基矽烷、第二丁基矽烷、正己基矽烷、異戊基矽烷、第三丁基二矽烷、二‑第三丁基二矽烷等。
鹵素矽烷包含至少一鹵素基團且可包含或可不包含氫及/或碳基團。鹵素矽烷的實例為碘矽烷、溴矽烷、氯矽烷、及氟矽烷。雖然鹵素矽烷尤其是氟矽烷可在電漿擊發時形成可蝕刻矽材料的反應性鹵素物種，但在某些實施例中當擊發電漿時可不將鹵素矽烷導入腔室，因而緩和來自鹵素矽烷之反應性鹵素物種的形成。特定的氯矽烷為四氯矽烷、三氯矽烷、二氯矽烷、單氯矽烷、氯烯丙基矽烷、氯甲基矽烷、二氯甲基矽烷、氯二甲基矽烷、氯乙基矽烷、第三丁基氯矽烷、二-第三丁基氯矽烷、氯異丙基矽烷、氯-第二丁基矽烷、第三丁基二乙氯矽烷、正己基二甲基氯矽烷等。
氨基矽烷包含鏈結至一矽原子的至少一氮原子，但亦可包含氫、氧、鹵素、及碳。氨基矽烷之實例為單-、二-、三-、及四-氨基矽烷(分別為H 3Si(NH 2)、H 2Si(NH 2) 2、HSi(NH 2) 3、及Si(NH 2) 4)以及經取代之 單-、二-、三-、及四-氨基矽烷例如第三丁基氨基矽烷、甲基氨基矽烷、第三丁基矽烷胺、二(第三丁基氨基矽烷(SiH 2(NHC(CH 3) 3) 2(BTBAS)、第三丁基矽基氨基甲酸酯、SiH(CH 3)-(N(CH 3) 2) 2、SiHCl‑(N(CH 3) 2) 2、(Si(CH 3) 2NH) 3 、二-異丙基氨基矽烷 (DIPAS)、二-第二丁基氨基矽烷(DSBAS)、SiH 2[N(CH 2CH 3) 2] 2(BDEAS)等。氨基矽烷的更進一步實例為三矽烷基胺(N(SiH 3))。
在某些實施例中，含矽前驅物可包含矽氧烷或含氨基團之矽氧烷。在某些實施例中，文中所用之矽氧烷可具有化學式 X(R 1) aSi-O-Si(R 2) bY，其中a與b為自0至2之整數， X與Y可獨立地為H或NR 3R 4，其中R1、R2、R3、及R4中的每一者為氫、無分支之烷基、分支烷基、飽和雜環基團、不飽和雜環基團、或其組合。在某些實施例中，當X或Y的至少一者為NR 3R 4時，R3與R4與其每一者所附接的原子共同形成一飽和雜環化合物。在某些實施例中，含矽前驅物為五甲基化之包含氨基的矽氧烷、或二甲基化之包含氨基的矽氧烷。包含氨基之矽氧烷的實例包含：1-二乙基氨基1,1,3,3,3,-五甲基二矽氧烷、1-二異丙基氨基-1,1,3,3,3,-五甲基二矽氧烷、1-二丙基氨基-1,1,3,3,3,-五甲基二矽氧烷、1-二-正丁基氨基-1,1,3,3,3,-五甲基二矽氧烷、1-二-第二丁基氨基-1,1,3,3,3,-五甲基二矽氧烷、1-N-甲基乙基氨基1,1,3,3,3,-五甲基二矽氧烷、1-N-甲基丙基氨基-1,1,3,3,3,-五甲基二矽氧烷、1 N-甲基丁基氨基 -1,1,3,3,3,-五甲基二矽氧烷、1-第三丁基氨基 -1,1,3,3,3,-五甲基二矽氧烷、1-哌啶基-1,1,3,3,3,- 五甲基二矽氧烷、1-二甲基氨基-1,1-二甲基二矽氧烷、1-二乙基氨基-1,1-二甲基二矽氧烷、1-二異丙基氨基-1,1-二甲基二矽氧烷、1-二丙基氨基-1,1-二甲基二矽氧烷、1-二-正丁基氨基-1,1-二甲基二矽氧烷、1-二-第二丁基氨基-1,1-二甲基二矽氧烷、1-N-甲基乙基氨基-1,1-二甲基二矽氧烷、1-N 甲基丙基氨基-1,1-二甲基二矽氧烷、1-N-甲基丁基氨基-1,1-二甲基二矽氧烷、1-哌啶基-1,1-二甲基二矽氧烷、1-第三丁基氨基-1,1-二甲基二矽氧烷、1-二甲基氨基-二矽氧烷、1-二乙基氨基-二矽氧烷、1-二異丙基氨基-二矽氧烷、1-二丙基氨基-二矽氧烷、1-二-正丁基氨基-二矽氧烷、1-二-第二丁基氨基-二矽氧烷, 1-N 甲基乙基氨基-二矽氧烷、1-N-甲基丙基氨基-二矽氧烷、1-N-甲基丁基氨基-二矽氧烷、1-哌啶基-二矽氧烷、1-第三丁基氨基二矽氧烷、及1-二甲基氨基-1,1,5,5,5,- 五甲基二矽氧烷。
含氧之反應物的實例包含但不限於氧(O 2)、臭氧(O 3)、一氧化二氮(N 2O)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO 2)、三氧化二氮(N 2O 3)、四氧化二氮(N 2O 4)、五氧化二氮(N 2O 5)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO 2)、單氧化硫(SO)、二氧化硫(SO 2)、含氧之烴(C xH yO z)、水(H 2O)、甲醛(CH 2O)、硫化羰(COS)、其組合等。
在各種實施例中，在基板被暴露至氧化性化學品及惰性氣體時同時點燃電漿。例如，在一實施例中，在將氧與氬的混合物導至基板時點燃電漿。在某些實施例中，惰性氣體具有將處理氣體輸送至基板之載氣的作用，並被轉向至腔室上游。針對ALD或PEALD之沉積，以脈衝依序導入含矽前驅物及反應物，在兩者之導入之間可以吹淨操作分離。
在某些實施例中，惰性氣體包含氦、氮、氬、氙、或其任何組合。在某些實施例中，濺射操作所用的惰性氣體包含氬。
在濺射操作期間之惰性氣流可介於約1 slm與約25 slm之間。如上所述，可增加惰性氣流以增加基板的濺射量。在某些實施例中，濺射操作的持續期間可至少為200毫秒(ms)、或介於約200 ms 與約250秒之間。在濺射操作與ALD 操循環的實施例中，濺射操作與ALD 操作之間的期間(其可包含一或多個ALD循環)係至少約200 ms、或介於200 ms與10秒之間。
在某些實施例中，氧化與濺射係於相同的操作(如上述之操作508)期間發生。含氧氣體之體積流率取決於特定之處理室、基板、及其他處理條件。尤其，在ALD處理與濺射處理係整合在一起時，含氧物種與惰性氣體之間的比率會影響濺射程度。例如，較高之Ar ：O比率會增加濺射的量。在某些實施例中，Ar：O之比率可介於1：2與6：1之間。針對單一片300 mm基板可使用之體積流率的實例為：介於約100 sccm與約5000 sccm之間的氧及介於約3000 sccm與約25 slm之間的氬。熟知此項技藝者當了解，可以適當的修改使用其他含氧物種及惰性氣體。除非另外說明，否則文中所揭露之流率係針對300 mm晶圓用之單一站設備所訂。流率一般而言係隨著站的數目及基板面積線性縮放。
在某些實施例中，低頻(LF)RF功率係指具有介於約100 kHz與約2 MHz之間之頻率的 RF功率。在某些實施例中，LF RF功率具有約400 kHz之頻率的RF功率。高頻RF功率係指具有介於約2 MHz與約60 MHz之間之頻率的RF功率。在某些實施例中，HF RF功率具有約13.56 MHz或約27 MHz之頻率的RF功率。
在某些實施例中，每基板之HF功率範圍係介於每300 mm基板約500W與約6.5kW之間。在某些實施例中，每基板之HF功率範圍係介於約4kW與約5kW之間。在某些實施例中，LF功率係介於約500W and 5kW. 在某些實施例中，每基板之LF功率範圍係介於約1kW與5kW之間。在某些實施例中，每基板之LF功率約為4kW。在許多實施例中，HF RF分量的最小功率及LF RF分量的最小功率係足以維持電漿。文中所提供的所有功率係針對每300mm基板所訂。文中所述之RF功率一般而言係隨著站的數目及晶圓面積線性縮放。
在某些實施例中，在任何濺射操作之前沉積一層氧化物材料。在各種實施例中，此膜層可具有約 65 Å之厚度、或其厚度係介於特徵部寬度的約5%與約35%之間。 設備
圖6概略地例示可用以利用原子層沉積(ALD)及/或化學汽相沉積(CVD)沉積材料之處理站600的一實施例，原子層沉積(ALD)及/或化學汽相沉積(CVD)中之任一者可為電漿強增的。為了簡化圖示，處理站600被顯示成具有用以維持低壓環境之一處理室體602的一獨立處理站。然而應瞭解，在一共同的處理設備環境中可包含複數處理站600。又，當明白，在某些實施例中，可藉由一或多個系統控制器以程式方式調整處理站600的一或多個硬體參數，此些硬體參數包含下面將詳細討論的硬體參數。
處理站600係與反應物輸送系統601流體交流，反應物輸送系統601係用以將處理氣體輸送至分散噴淋頭606。反應物輸送系統601包含用以混合及/或調整欲輸送至噴淋頭601之處理氣體的混合容器604。一或多個混合容器入口閥620可控制處理氣體至混合容器604的導入。類似地，噴淋頭入口閥605可控制處理氣體至噴淋頭606的導入。
某些反應物如BTBAS、DIPAS、及DSBAS在蒸發並接著被輸送至處理站之前可以液態儲存。例如，圖6的實施例包含用以蒸發欲供給至混合容器604之液體反應物的蒸發點603。在某些實施例中，蒸發點603可以是一經加熱的蒸發器。自此類蒸發器所產生的反應物蒸氣可在下游輸送管線中凝結。不匹配之氣體暴露至已凝結的反應物可能會產生小粒子。此些小粒子可阻塞管線、阻礙閥件操作、污染基板等。解決此些問題的某些方法涉及掃除及/或排空輸送管線以移除剩餘的反應物。然而，掃除輸送管線可增加處理站週期時間、不利處理站產量。是以，在某些實施例中，可熱追蹤蒸發點603下游的輸送管線。在某些實例中，亦可熱追蹤混合容器604。在一非限制性的實例中，蒸發點603下游的管線具有較高溫度的輪廓自約100°C延伸至混合容器604處的約150°C。
如所述，在某些實施例中，可在液體注射器處蒸發反應物液體。例如，液體注射器可將液體反應物的脈衝注射至混合容器上游的載氣流中。在一情況中，液體注射器可藉著瞬間使液體自較高壓力變為較低壓力來蒸發反應物。在另一實例中，液體注射器可將液體原子化為分散微滴，此些分散微滴接著在經加熱的輸送管線中蒸發。應明白，較小的液滴可比較大的液滴更快蒸發，因此可降低液體注射與完成蒸發之間的延遲。較快蒸發可減少蒸發點603下游之管線的長度。在一情況中，液體注射器可直接架設至混合容器604。在另一情況中，液體注射器可直接架設至噴淋頭606。
在某些實施例中，可提供蒸發點603上游的液流控制器(LFC)以控制蒸發及輸送至處理站600之液體的質量流量。例如，液流控制器(LFC)可包含位於LFC下游的一熱質量流量計(MFM)。接著可調整LFC的柱塞閥以回應與MFM電交流之比例-積分-微分(PID)控制器所提供的反饋控制訊號。然而，利用反饋控制可能要花一秒或更久才能穩定液流。這可能會延長液態反應物的給劑時間。是以，在某些實施例中，LFC可動態地在反饋控制模式與直接控制模式之間切換。在某些實施例中，LFC可藉由使LFC與PID控制器的感測管失效來動態地自反饋控制模式切換至直接控制模式。
噴淋頭606朝向基板612分散處理氣體。在圖6所示的實施例中，基板612係位於噴淋頭606下方且被顯示為座落於平臺608上。應瞭解，噴淋頭606可具有任何適合的形狀且可具有任何適合數目與配置的接口以將處理氣體分散至基板612。
在某些實施例中，微體積607係位於噴淋頭606下方。在處理站中的微體積中進行ALD及/或CVD處理會比在處理站的整個體積中進行ALD及/或CVD處理更能降低反應物暴露與掃除時間、更可降低轉換處理條件(如壓力、溫度等)的所需時間、可限制處理站機器人被暴露至處理氣體等。微體積尺寸的實例包含但不限於介於0.1升至2升的體積。此微體積亦會影響生產力之產量。雖然每一循環的沉積率下降，但循環時間亦同時下降。在某些情況中，後者的影響係戲劇性地足以改善針對特定目標薄厚的模組總產量。
在某些實施例中，可舉升或降低平臺608以將基板612暴露至微體積607及/或改變微體積607的體積。例如，在一基板傳送階段中，可降低平臺608以將基板612載於平臺608上。在於沉積處理階段中，可舉升平臺608以將基板612置於微體積607中。在某些實施例中，微體積607可完全圍繞基板612以及平臺608的一部分以於沉積處理期間產生一高流動阻抗區域。
選擇性地，可在部分沉積處理期間降低及/或舉升平臺608以調變微體積607內的處理壓力、反應物濃度等。在沉積處理期間處理室體602被維持在一基礎壓力的一情況中，降低平臺608可使微體積607被排空。微體積對處理室之體積的例示性比率可包含但不限於介於1：100與1：10之間的體積比率。應明白，在某些實施例中，可藉由適合的系統控制器以程式方式調整平臺高度。
在另一情況中，調整平臺608的高度可變化沉積處理中所包含之電漿活化期間及/或處理循環期間的電漿密度。在完成沉積處理階段時，可在另一基板傳送階段期間降低平臺608以自平臺608移除基板612。
雖然文中所述之例示性微體積變化係指高度可調整之平臺，但應瞭解，在某些實施例中，可調整噴淋頭606相對於平臺608的位置以變化微體積607的體積。又，應瞭解，在本發明的範疇內可藉由任何適當的機構來變化平臺608及/或噴淋頭606的垂直位置。在某些實施例中，平臺608可包含用以旋轉基板612之位向的一旋轉軸。當明白，在某些實施例中，可藉由一或多個適合的電腦控制器以程式方式進行此些例示性調整的一或多者。
回到圖6所示的實施例，噴淋頭606與平臺608可與用以對電漿供給能量的RF電源614與匹配網路616電交流。在某些實施例中，可藉著控制處理站壓力、氣體濃度、RF源功率、RF源頻率、及電漿功率脈衝時點中的一或多者來控制電漿能量。例如，可在任何適當的功率下操作RF電源614與匹配網路616以產生具有期望之自由基物種組成的電漿。適當之電漿功率的各種實例已於上面說明。類似地，RF電源614可提供任何適合頻率的RF功率。在某些實施例中，RF電源614可用以彼此獨立地控制高頻與低頻RF電源。例示性之低頻RF頻率可包含但不限於介於約50 kHz至500 kHz之間的頻率範圍。取決於實施例，例示性之高頻RF頻率可包含但不限於介於約1.8 MHz至2.45 GHz的頻率範圍。應明白，可以離散或連續的方式調變任何適當的參數以提供表面反應用的電漿能量。在一非限制性實例中，相較於連續供能的電漿，可間歇地脈衝電漿功率以降低對基板表面的離子轟擊。
在某些實施例中，可藉由一或多個電漿監測器原位監測電漿。在一情況中，可藉由一或多個電壓、電流感測器(如VI探針)監測電漿功率。在另一情況中，可藉由一或多個光發射光譜感測器(OES)量測電漿密度及/或處理氣體濃度。在某些實施例中，可基於來自此類原位電漿監測器的量測值以程式方式調整一或多個電漿參數。例如，可在提供電漿功率之程式化控制的反饋迴路中使用OES感測器。應瞭解，在某些實施例中，可使用其他監測器監測電漿與其他處理特性。此類監測器可包含但不限於紅外線(IR)監測器、聲學監測器及壓力傳感器。
在某些實施例中，可藉由輸入/輸出控制(IOC)序列指令控制電漿。在一實例中，設定電漿處理階段用之電漿條件的指令可被包含在沉積處理配方的對應電漿活化配方階段中。在某些情況中，處理配方階段可依順序配置，故一沉積處理階段的所有指令係與該處理階段同步執行。在某些實施例中，可將用以設定一或多個電漿參數的指令包含於一電漿處理階段之前的一配方階段中。例如，一第一配方階段可包含用以設定惰性氣體及/或反應物氣體之流率的指令、用以將電漿產生器設定至一功率設定點的指令、及第一配方階段用的時間延遲指令。一接續的第二配方階段可包含用以致能電漿產生器的指令及第二配方階段用的時間延遲指令。一第三配方階段可包含用以使電漿產生器失能的指令以及第三配方階段用的時間延遲指令。應明白，在本發明的範疇內此些配方階段可以任何適合的方式被更進一步地分割及/或重覆。
在某些沉積處理中，電漿擊發並維持數秒或更久等級的時間。在某些實施例中，電漿擊發並維持遠遠更短的時間。此些時間可落在10 ms至1秒的規模、通常約20 ms至80 ms的規模、以50 ms為特定實例。此類極短的RF電漿擊發需要電漿的極快速穩定。為了達到此目的，可配置電漿產生器俾使阻抗匹配被預設在一特定電壓但允許頻率浮動。傳統上，高頻電漿係於設定至約13.56 MHz的RF頻率下產生。在文中所揭露的各種實施例中，允許頻率浮動至不同於此標準值的值。藉著允許頻率浮動但將阻抗匹配固定在一預設電壓，可更加快速地穩定電漿，當使用與某些沉積循環相關的極短電漿擊發時，此結果可能是重要的。
在某些實施例中，平臺608可藉由加熱器610控制其溫度。又，在某些實施例中，沉積處理站600的壓力控制可藉由蝶閥618所提供。如圖6的實施例所示，蝶閥618 壓抑下游真空泵浦(未顯示)所提供的真空。然而，在某些實施例中，處理站600的壓力控制亦可藉由變化導入處理站600之一或多種氣體的流率來加以調整。
圖7為根據某些實施例之適合用以進行薄膜沉積處理之處理系統的方塊圖。系統700包含傳輸模組703。傳輸模組703提供潔淨之加壓環境，以最小化基板在各種反應器模組之間移動並進行處理的污染風險。安裝於傳輸模組703上的是兩個多站反應器709及710，反應器709及710中的每一者能進行根據某些實施例的原子層沉積(ALD)及/或化學汽相沉積(CVD)。反應器709及710可包含複數站711、713、715、及717，複數站711、713、715、及717可依序或非依序進行根據文中所揭露之實施例的操作。該複數站可包含經加熱之平臺或基板支撐件、一或多個氣體入口或噴淋頭或分散板。
亦可安裝於傳輸模組703上的是一或多個單站或多站模組707，模組707可進行電漿或化學(非電漿)預清理、或與文中所揭露之方法相關的任何其他處理。在某些情況中，模組707可用於各種處理如使基板準備好供後續之沉積處理。模組707亦可被設計/組態用以進行各種其他處理如蝕刻或研磨。系統700亦包含一或多個晶圓源模組701，晶圓在處理之前及之後係儲存於晶圓源模組701處。在大氣傳輸室719中的大氣機器人(未顯示)可先自源模組701移除晶圓並將晶圓送至裝載互鎖機構721。傳輸模組703中的晶圓傳輸裝置(一般為機器人手臂單元)將晶圓自裝載互鎖機構721移動至安裝於傳輸模組703上的多個模組之間。
在各種實施例中，使用系統控制器729控制沉積期間的處理條件。控制器729通常包含一或多個記憶體裝置及一或多個處理器。處理器可包含CPU或電腦、類比及/或數位輸入/輸出連接件、步進機馬達控制器板等。
控制器729可控制沉積設備的所有活動。系統控制器729執行系統控制軟體，系統控制軟體包含用以控制下列者的指令組：時序、氣體混合物、腔室壓力、晶圓溫度、射頻(RF)功率位準、晶圓夾頭及/或平臺的位置、及特定處理的其他參數。在某些實施例中，可施用儲存在與控制器729相關之記憶體裝置上的其他電腦程式。
通常存在著和控制器729相關的使用者界面。使用者界面可包含顯示螢幕、設備及/或處理條件的圖形化軟體顯示、及使用者輸入裝置如指向裝置、鍵盤、觸控螢幕、麥克風等。
可以任何適合的方式組態系統控制邏輯。一般而言，可以硬體及/或軟體設計或組態邏輯。可以硬體編碼或軟體提供控制驅動電路的指令。可以「程式化」方式提供指令。此類程式化應理解為包含任何形式的邏輯，包含數位訊號處理器、特定應用積體電路、及具有以硬體施行之特定演算法之其他裝置中的硬體編碼邏輯。程式化亦可被理解為包含可在通用處理器上執行之軟體或韌體指令。可以任何適合的電腦可讀程式化語言編碼系統控制軟體。
可以任何傳統的電腦可讀程式語言撰寫控制含鍺還原劑脈衝、氫氣流、及含鎢前驅物脈衝、及處理程序中其他處理用的電腦程式碼，電腦可讀程式語言例如是組合語言、C、C++、Pascal、Fortran或其他語言。可藉由處理器執行編譯過的物件碼或腳本以進行程式中所認定的任務。亦如前所述，可硬編碼程式碼。
控制器參數係關於處理條件如處理氣體組成與流率、溫度、壓力、冷卻氣體壓力、基板溫度、室壁溫度。此些參數係以配方形式提供予使用者且可利用使用者介面輸入。用以監控處理用之訊號可藉由系統控制器729之類比及/或數位輸入連接件加以提供。用以控制處理用的訊號在沉積設備700之類比及數位輸出連接件上加以輸出。
可以許多不同之方式設計或組態系統軟體 。例如，可撰寫各種腔室元件的子程式或控制物件，以控制進行根據本發明實施例之沉積處理 (及在某些情況中的其他處理)必要之腔室元件的操作。此目的用之程式或程式區段的實例包含基板定位碼、處理氣體控制碼、壓力 控制碼、及加熱器控制碼。
在某些實施例中，控制器729為系統的一部分，其為上述實例的一部分。此類系統可包含半導體處理設備，半導體處理設備包含一處理工具或複數處理工具、一處理室或複數處理室、一處理平臺或複數處理平臺、及/或複數的特定處理元件(晶圓座臺、氣體流動系統等)。此些系統係與一些電子裝置整合，此些電子裝置係用以在半導體晶圓或基板處理之前、期間及之後控制系統的操作。此些電子裝置可被稱為「控制器」，其可控制一系統或複數系統的各種元件或子部件。取決於處理需求及/或系統類型，控制器729可被程式化以控制文中所揭露的任何處理包含輸送處理氣體、溫度設定(如加熱及/或冷卻)、壓力設定、真空設定、功率設定、在某些系統中之射頻(RF)產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流率設定、流體輸送設定、位置與操作設定、晶圓傳輸進入或離開設備與連接至特定系統或與特定系統具有界面的其他傳輸設備及/或裝載互鎖機構。
概括地說，控制器可被定義為具有各種積體電路、邏輯、記憶體及/或軟體的電子裝置，其可接收指令、發佈指令、控制操作、致能清理操作、致能終點量測等。積體電路可包含儲存了程式指令之具有韌體形式的晶片、數位訊號處理器(DSP)、被定義為特殊應用積體電路(ASIC)的晶片及/或能執行程式指令(如軟體)的一或多個微處理器或微控制器。程式指令可為與控制器通訊之具有各種獨立設定(或程式檔案)形式的指令，其定義為了在半導體晶圓上或針對半導體晶圓、或對一系統進行特定處理所用的操作參數。在某些實施例中，操作參數為製程工程師為了完成一或多膜層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路及/或晶圓之晶粒之製造期間的一或多個處理步驟所定義之配方的一部分。
在某些實施例中控制器為整合至系統、耦合至系統、藉由網路連接至系統、或其組合的電腦的一部分或控制器耦合至電腦。例如，控制器係位於雲端中或工廠主機電腦系統的全部或部分中，這允許使用者遠端接取晶圓處理。電腦可致能遠端接取系統以監控製造操作的目前進展、檢視過去製造操作的歷程、自複數製造操作檢視驅勢或效能度量、改變現有處理的參數、設定處理步驟以符合現有處理、或開始一新的處理。在某些實例中，遠端電腦(如伺服器)可經由電腦網路對系統提供處理配方，電腦網路包含區域網路或網際網路。遠端電腦可包含使用者介面，使用者介面讓使用者能進入或程式化參數及/或設定，然後自遠端電腦與系統通訊。在某些實例中，控制器接收數據形式的指令，其明確定義了在一或多個操作期間欲進行之每一處理步驟的參數。應瞭解，參數可特別針對欲施行之處理的類型及控制器用以交界或控制之設備的類型。因此如上所述，可分散控制器如藉著包含一或多個藉由網路互連並朝向共同目的如文中所述之處理與控制工作的離散控制器。為了此類目的的分散控制器的實例為處理室上的一或多個積體電路，其係與一或多個位於遠端(例如位於平臺位準或遠端電腦的一部分)的積體電路通訊而共同控制處理室中的處理。
不受限地，例示性的系統可包含電漿蝕刻室或模組、沉積室或模組、旋轉沖洗室或模組、金屬鍍室或模組、清理室或模組、邊緣蝕刻室或模組、物理氣相沉積(PVD)室或模組、化學氣相沉積(CVD)室或模組、原子層沉積(ALD)室或模組、原子層蝕刻(ALE)室或模組、離子植入室或模組、軌道室或模組、及和半導體晶圓之製造相關或用於製造半導體晶圓的任何其他半導體處理系統。
如上所述，取決於設備所欲進行的處理步驟或複數處理步驟，控制器可與下列的一或多者通訊交流：其他設備的電路或模組、其他設備的元件、叢集設備、其他設備的界面、相鄰設備、鄰近設備、位於工廠內的設備、主電腦、另一控制器、或半導體製造工廠中用以將晶圓容器載入與載出設備位置及/或裝載接口的材料運輸用設備。
應明白，在多站處理設備環境如圖8所示之基板製程設備之實施例的概圖中可包含複數處理站。處理設備800使用積體電路製造室863，積體電路製造室863包含複數製造處理站，每一製造處理站可用以在等定之處理站處之基板支撐件如平臺中所支撐的基板上進行處理操作。在圖8之實施例中，積體電路製造室863被顯示為具有四個處理站851、852、853與854。取決於實施及例如平行晶圓處理的期望程度、尺寸/空間限制、成本限制等，其他類似之多站處理設備可具有更多或更少之處理站。圖8中亦可見基板搬運機器人875，機器人875係用以在系統控制器890之控制下操作而將來自於晶圓盒(未顯示於圖8中)的複數基板自裝載接口880移動至積體電路製造室863中，而移動至處理站851、852、853與854中的一者上。
圖8亦顯示用以處理設備800之處理條件與硬體狀態之系統控制器890的一實施例。如文中所述，系統控制器890可包含一或多個記憶體裝置、一或多個大量儲存裝置、及一或多個處理器。
RF子系統895可產生RF功率並藉由射頻輸入接口867而將RF功率傳輸至積體電路製造室863。在特定的實施例中，積體電路製造室863除了射頻輸入接口867之外尚可包含輸入接口(額外之輸入接口並未顯示於圖8中)。因此，積體電路製造室863可使用8個RF輸入接口。在特定的實施例中，積體電路製造室863中之處理站851-854中的每一者可使用第一及第二輸入接口，其中第一輸入接口可傳輸具有第一頻率之訊號而第二輸入接口可傳輸具有第二頻率之訊號。使用雙頻率可提供經強化的電漿特性。
如上所述，可將一或多個處理站包含於多站處理設備中。圖9概略地顯示具有入口裝載互鎖機構902及出口裝載互鎖機構904的多站處理設備900的一實例，入口裝載互鎖機構902及出口裝載互鎖機構904中的任一者或兩者可包含遠端電漿源。大氣壓下的機器人906係用以移動來自晶圓盒的基板或晶圓，基板或晶圓係經由艙908藉由大氣接口910而被載入入口裝載互鎖機構902中。機器人906 將基板放置在入口裝載互鎖機構902中的平臺912上、大氣接口910關閉、然後裝載互鎖機構泵抽降壓。當入口裝載互鎖機構902包含遠端電漿源時，在基板被導入處理室914之前，基板可在裝載互鎖機構中暴露至遠端電漿處理。又，亦可在入口裝載互鎖機構902中加熱基板以例如移除水氣及吸附的氣體。接下來，處理室914的腔室傳送接口916開啟，另一機器人(未顯示)將基板放置到處理反應器中所示之第一站之平臺上。雖然圖9所示之實施例包含裝載互鎖機構，但應明白，在某些實施例中可提供晶圓進入處理站中的直接進入。在各種實施例中，當機器人906將基板放置到平臺912上時可將浸泡氣體(soak gas)導入處理站。
所示之處理室914包含四個處理站，在圖9中的實施例中此四個處理站被編號為1-4。每一站具有一經加熱的平臺(處理站1的918處)以及複數氣體線入口。當明白，在某些實施例中，每一處理站可具有不同或複數的用途。例如，在某些實施例中，一處理站可在ALD與PEALD之間切換。此外或或者，在某些實施例中，處理室914可包含一或多個ALD與電漿增強ALD處理站的匹配對。雖然所示之處理室914包含四站，但應瞭解根據本發明之處理室可具有任何適當數目的站點。例如，在某些實施例中，處理室可具有五個或更多站，但在其他實施例中處理室可具有三個或更少站。
圖9例示用以在處理室914內傳送基板之晶圓搬運系統990的一實施例。在某些實施例中，晶圓搬運系統990可在各種處理站之間及/或處理站與裝載互鎖機構之間傳送基板。當明白，可使用任何適合的晶圓搬運系統。非限制性的實例包含晶圓轉盤及晶圓搬運機器人。圖9亦例示用以控制處理設備900之處理條件及硬體狀態的系統控制器950的一實施例。系統控制器950可包含一或多個記憶體裝置956、一或多個大量儲存裝置954、及一或多個處理器952。處理器952可包含CPU或電腦、類比及/或數位輸入/輸出連接件、步進機馬達控制器板等。在某些實施例中，系統控制器950包含用以進行操作如文中所述之操作的機器可讀指令。
在某些實施例中，系統控制器950控制處理設備900的所有活動。系統控制器950可在處理器952上執行儲存在大量儲存裝置954中且載入記憶體裝置956中的系統控制軟體958。或者，可將控制邏輯硬編碼至控制器950中。針對此些目的可使用應用特定積體電路、可程式化之邏輯裝置(如場可程式化之閘極陣列、或複數FPGA)等。在下面討論中使用到「軟體」或「程式碼」之處，可使用功能相當的硬編碼邏輯來代替。系統控制軟體958可包含用以控制下列者的指令：時序、氣體混合物、氣體流率、腔室及/或站壓力、腔室及/或站溫度、基板溫度、目標功率位準、RF功率位準、基板平臺、夾頭及/或基座位置、及處理工具900所執行之特定製程的其他參數。可以任何適合的方式配置系統控制軟體958。例如，可撰寫各種處理設備元件之子程式或控制物件，以控制用以進行各種處理設備處理用之處理設備元件的操作。可以任何適合的電腦可讀程式語言編碼系統控制軟體958。 結論
雖然為了清楚瞭解的目的已詳細地說明前述實施例，但應明白，在隨附請求項的範疇內可進行某些變化及修改。可在缺乏某些或全部此些特定細節的情況下施行文中所揭露的實施例。在其他的情況下，不詳細說明已知的處理操作以免不必要地模糊本發明之實施例。又，雖然已結合特定實施例說明本發明之實施例，但應了解，特定的實施例意不在限制本發明之實施例。應注意，有許多替代性之方式實施本發明實施例之處理、系統、及設備。因此，本發明之實施例應被視為說明性而非限制性地，且實施例並不限於文中所列舉的細節。
100:圖 101:深度 102:經圖案化之膜層 104:特徵部 105:接縫 106:氧化物材料 120:圖 112:經圖案化之膜層 114:特徵部 126:氧化物材料 127:間隙 130:圖 137:間隙 140:圖 146:氧化物材料 200:操作 202:操作 204:操作 206:操作 208:操作 321:操作 322:操作 323:操作 324:操作 410:圖 412:經圖案化之膜層 414:特徵部 420:圖 426:氧化物薄膜 427:間隙 430:圖 436:氧化物薄膜 437:間隙 440:圖 446:氧化物薄膜 447:間隙 450:圖 456:氧化物材料 457:間隙 500:操作 502:操作 504:操作 505:操作 506:操作 507:處理 508:操作 509:處理 600:處理站 601:反應物輸送系統 602:處理室體 603:蒸發點 604:混合容器 605:噴淋頭入口閥 606:噴淋頭 607:微體積 608:平臺 610:加熱器 612:基板 614:RF電源 616:匹配網路 618:蝶閥 620:混合容器入口閥 700:系統/沉積設備 701:晶圓源模組 703:傳輸模組 707:多站模組 709:反應器 710:反應器 711、713、715、717:處理站 719:大氣傳輸室 721:裝載互鎖機構 729:系統控制器 800:處理設備 863:積體電路製造室 851、852、853、854:處理站 867:射頻輸入接口 875:基板搬運機器人 880:裝載接口 890:系統控制器 895:RF子系統 900:多站處理設備 902:入口裝載互鎖機構 904:出口裝載互鎖機構 906:機器人 908:艙 912:平臺 914:處理室 916:傳送接口 918:平臺 950:系統控制器 952:處理器 954:大量儲存裝置 956:記憶體裝置 958:系統控制軟體 990:晶圓搬運系統
圖1A顯示一特徵部中的接縫。
圖1B顯示根據一例示性實施例使用濺射操作沉積氧化物材料的處理。
圖2顯示一例示性實施例之操作流程圖。
圖3顯示原子層沉積(ALD)循環之流程圖。
圖4顯示根據文中所揭露之實施例利用複數濺射操作沉積氧化物材料之處理。
圖5顯示另一例示性實施例之操作流程圖。
圖6-9為用以進行根據文中所揭露之實施例之方法之處理室之實例的概圖。
410:圖
412:經圖案化之膜層
414:特徵部
420:圖
426:氧化物薄膜
427:間隙
430:圖
436:氧化物薄膜
437:間隙
440:圖
446:氧化物薄膜
447:間隙
450:圖
456:氧化物材料
457:間隙

Claims (26)

  1. 一種氧化物材料沉積方法，包含： 沉積一氧化物材料之一順形晶種層至被提供在一處理室內之一半導體基板之至少一經圖案化之特徵部中；及 一或多個循環，包含： 在一電漿存在的情況下利用一惰性氣體濺射該氧化物材料，該電漿係由包含一高頻(HF)分量與一低頻(LF)分量之一雙射頻(RF)電漿源所產生；及 以一原子層沉積(ALD)處理將該氧化物材料沉積至該至少一經圖案化之特徵部中。
  2. 如請求項1之氧化物材料沉積方法，其中該一或多個循環中的每一循環包含： (a) 濺射該氧化物材料；及 (b) 藉由該ALD處理的複數循環順形地沉積該氧化物材料。
  3. 如請求項1之氧化物材料沉積方法，其中該一或多個循環中的每一循環更包含： (a) 使一氧化物前驅物流至該處理室中； (b) 使一吹淨氣體流至該處理室中； (c) 使一含氧物種及一惰性氣體流至該處理室中；及 (d) 使一吹淨氣體流至該處理室中。
  4. 如請求項3之氧化物材料沉積方法，其中該氧化物前驅物為一含氨基之矽氧烷。
  5. 如請求項3之氧化物材料沉積方法，其中該氧化物前驅物為具有化學式X(R 1) aSi-O-Si(R 2) bY的一二矽氧烷，其中a與b為自0至2的整數，其中X與Y獨立地可為H或NR 3R 4，且其中R 1、R 2、R 3及R 4中的每一者為氫、無分支之烷基、分支烷基、飽和雜環、不飽和雜環基團、或其組合。
  6. 如請求項5之氧化物材料沉積方法，其中該X、Y、或兩者為NR 3R 4，且其中R 3、R 4、及其所附接的原子形成一飽和雜環化合物。
  7. 如請求項3之氧化物材料沉積方法，其中該電漿源在(c)期間具有一非零LF分量功率。
  8. 如請求項3之氧化物材料沉積方法，其中該惰性氣體與該含氧物種之間的一體積流量比率至少約為1：1。
  9. 如請求項3之氧化物材料沉積方法，其中該惰性氣體與該含氧物種之間的一體積流量比率係介於約1：1與6：1之間。
  10. 如請求項3之氧化物材料沉積方法，更包含該一或多個循環中的一第一循環及該一或多個循環中的一第二循環，其中該第二循環與該第一循環之間的該LF分量功率、一處理室壓力、該惰性氣體與該含氧物種之間的比率、或其任何組合係不同。
  11. 如請求項10之氧化物材料沉積方法，其中在該第二循環期間的該處理室壓力係低於在該第一循環期間的該處理室壓力。
  12. 如請求項10之氧化物材料沉積方法，其中在該第二循環期間之該惰性氣體與該含氧物種之間的一比率係高於在該第一循環期間之該惰性氣體與該含氧物種之間的一比率。
  13. 如請求項10之氧化物材料沉積方法，其中在該第二循環期間的該LF分量功率係高於在該第一循環期間的該LF分量功率。
  14. 如請求項1至13中任一項之氧化物材料沉積方法，其中在濺射之前，該氧化物材料至少具有約6.5 nm的一厚度。
  15. 如請求項1至13中任一項之氧化物材料沉積方法，更包含在濺射期間，使一含氧物種流至該處理室中。
  16. 如請求項1至13中任一項之氧化物材料沉積方法，其中該一或多個循環包含至少約100個循環。
  17. 如請求項1至13中任一項之氧化物材料沉積方法，其中在濺射期間，該LF分量功率至少約為500W。
  18. 如請求項1至13中任一項之氧化物材料沉積方法，其中在濺射期間，該LF分量功率係介於約500W與5kW之間。
  19. 如請求項1至13中任一項之氧化物材料沉積方法，其中該HF分量功率係介於約500W與約6.5 kW之間。
  20. 如請求項1至13中任一項之氧化物材料沉積方法，其中該處理室之一壓力係介於約10 mTorr與約20 Torr之間。
  21. 如請求項1至13中任一項之氧化物材料沉積方法，其中該ALD處理係於一電漿存在的情況下進行。
  22. 如請求項21之氧化物材料沉積方法，其中在該ALD處理期間，該LF分量功率為0W，且在濺射期間，該LF分量功率至少約為1000kW。
  23. 如請求項1至13中任一項之氧化物材料沉積方法，其中該惰性氣體包含氬。
  24. 如請求項1至13中任一項之氧化物材料沉積方法，其中該氧化物材料在該至少一經圖案化之特徵部之一頂部下方至少約50 nm不具有一接縫。
  25. 如請求項1至13中任一項之氧化物材料沉積方法，其中該至少一經圖案化之特徵部之一經圖案化之特徵部具有介於約1：1與約10：1之間的一深寬比。
  26. 一種氧化物材料沉積方法，包含： 沉積一氧化物材料之一順形晶種層至被提供在一處理室內之一半導體基板之一層之至少一經圖案化之特徵部中； 藉由一電漿增強原子層沉積(PEALD)處理沉積該氧化物材料，其中該處理包含： (a) 點燃藉由包含一高頻(HF)分量與一低頻(LF)分量的一雙射頻(RF)電漿源所產生的一電漿； (b) 使一氧化物前驅物流至該處理室中； (c) 使一吹淨氣體流至該處理室中； (d) 使一含氧物種及一惰性氣體流至該處理室中； (e) 使一吹淨氣體流至該處理室中，且 其中在(d)期間增加該LF分量功率。
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