通過(guò)原子層沉積和原子層蝕刻沉積共形膜的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及通過(guò)原子層沉積和原子層蝕刻沉積保形膜。提供了用于在原子層沉積過(guò)程中使用含鹵素的蝕刻劑沉積共形膜的方法。所述方法包括在襯底暴露于第一前體和襯底暴露于第二等離子體活化的反應(yīng)物之間將襯底暴露于含鹵素的蝕刻劑，例如暴露于三氟化氮?？沙练e的共形膜的實(shí)例包括含硅膜和含金屬膜。還提供了相關(guān)的裝置。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
通過(guò)原子層沉積和原子層蝕刻沉積共形膜
技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，具體涉及通過(guò)原子層沉積和原子層蝕刻沉積保形膜。
【背景技術(shù)】
[0001] 例如半導(dǎo)體器件之類(lèi)的器件的制造會(huì)涉及在襯底上的凸起或凹陷的特征內(nèi)或其 上沉積各種介電膜、導(dǎo)電膜、以及半導(dǎo)體膜。與下伏的襯底形貌共形的膜的沉積會(huì)是具有挑 戰(zhàn)性的，尤其是隨著特征的深寬比的增大和關(guān)鍵尺寸的減小。
[0002] 可在器件制造中使用的膜的一個(gè)實(shí)施例是氮化硅(SiN)。氮化硅薄膜具有獨(dú)特的 物理、化學(xué)和機(jī)械性能，因此被用于各種應(yīng)用中。對(duì)于半導(dǎo)體器件，例如，SiN膜可以在擴(kuò)散 阻擋層、柵極絕緣體、側(cè)壁墊層、封裝層、在晶體管內(nèi)的應(yīng)變膜等內(nèi)使用。沉積SiN膜的常規(guī) 方法在用于沉積高深寬比特征的SiN膜時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生懸垂物(overhang)。隨著器件尺寸不 斷縮小，在高深寬比特征內(nèi)沉積共形的SiN膜和其它類(lèi)型的膜的需求日益增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提供了用于處理襯底的方法和裝置，一個(gè)方面涉及一種處理在室中的襯底 的方法，該方法包括：（a)提供具有一個(gè)或多個(gè)特征的襯底，每個(gè)特征包括特征開(kāi)口；（b)在 使得含硅前體能吸附到所述襯底的表面上的條件下，將所述襯底暴露于所述含硅前體，由 此形成含硅前體吸附層；（c)在將所述襯底暴露于所述含硅前體后，將所述襯底暴露于含鹵 素的蝕刻劑；以及(d)將所述襯底暴露于含氮反應(yīng)物并點(diǎn)燃等離子體，以在所述特征開(kāi)口處 或其附近選擇性地蝕刻所述第一前體吸附層并形成氮化硅膜。
[0004] 可以在使所述含鹵素的蝕刻劑能選擇性地吸附到所述第一前體吸附層的條件下， 使所述襯底暴露于所述含鹵素的蝕刻劑。含鹵素的蝕刻劑的實(shí)例包括三氟化氮、氯、三氟甲 烷、四氟化碳、以及它們的組合。在一些實(shí)施方式中，所述含素的蝕刻劑是化學(xué)式SC nF2n+2 或(^2"的化合物，其中η>1。
[0005] 在一些實(shí)施方式中，在將所述襯底暴露于所述含鹵素的蝕刻劑之后清掃所述室。 可以通過(guò)使清掃氣體流動(dòng)來(lái)清掃所述室，所述清掃氣體如氬氣、氦氣、氮?dú)夂蜌錃狻?br>[0006] 含硅前體的實(shí)例是硅烷、乙硅烷、丙硅烷、丁硅烷、三甲硅烷基胺、氨基硅烷、和鹵 代硅烷。含氮反應(yīng)物的實(shí)例是氮、氨、肼和胺。
[0007] 在一些實(shí)施方式中，所述方法包括重復(fù)(a)-(d)。在一些實(shí)施方式中，（a)-(d)在同 一室中進(jìn)行。
[0008] 另一方面涉及一種處理在室中的襯底的方法，該方法包括:通過(guò)執(zhí)行一個(gè)或多個(gè) 循環(huán)來(lái)沉積膜，循環(huán)包括：（a)提供具有一個(gè)或多個(gè)特征的襯底，每個(gè)特征包括特征開(kāi)口； (b)在使得第一前體能吸附到所述襯底的表面上的條件下，將所述襯底暴露于所述第一前 體，由此形成第一前體吸附層；（c)在將所述襯底暴露于所述第一前體后，將所述襯底暴露 于含鹵素的蝕刻劑；以及(d)將所述襯底暴露于第二反應(yīng)物并點(diǎn)燃等離子體，以在所述特征 開(kāi)口處或其附近選擇性地蝕刻所述第一前體吸附層并形成膜。
[0009] 含鹵素的蝕刻劑的實(shí)例包括三氟化氮、氯、三氟甲烷、四氟化碳、以及它們的組合。 在一些實(shí)施方式中，所述含鹵素的蝕刻劑是化學(xué)式為C nF2n+2或CnF2^化合物，其中η>1。
[0010] 在多種實(shí)施方式中，在(d)之前清掃所述室。例如，所述膜可以為電介質(zhì)膜或金屬 膜。在一些實(shí)施方式中，所述膜是含硅膜，例如氮化硅、碳化硅和氧化硅。所述第二反應(yīng)物可 以是氧化劑或還原劑。在多種實(shí)施方式中，每η個(gè)循環(huán)才執(zhí)行(d)，其中η是等于或大于1的整 數(shù)。
[0011]另一個(gè)方面涉及一種用于處理襯底的裝置，該裝置包括：（a)至少一個(gè)處理室，所 述處理室包含用于保持襯底的基座；（b)至少一個(gè)出口，所述出口用于耦合到真空；（C)一個(gè) 或多個(gè)處理氣體進(jìn)口，所述處理氣體進(jìn)口耦合到一個(gè)或多個(gè)含硅前體源和一種或多種含鹵 素的蝕刻劑；（d)射頻(RF)產(chǎn)生器;和(e)用于控制所述裝置中的操作的控制器，所述控制器 包括用于以下操作的機(jī)器可讀指令：（i)將含硅前體引入所述處理室；（ii)在將所述含硅前 體引入之后，將含鹵素的蝕刻劑引入所述室；以及(iii)將含氮反應(yīng)物引入所述室并點(diǎn)燃等 離子體以形成氮化硅膜。
[0012] 所述控制器還可以包括用于以下操作的機(jī)器可讀指令:在將所述含氮反應(yīng)物引入 之前引入清掃氣體以清掃所述室。
[0013] 含鹵素的蝕刻劑的實(shí)例包括三氟化氮、氯、三氟甲烷、四氟化碳、以及它們的組合。 在一些實(shí)施方式中，所述含鹵素的蝕刻劑是化學(xué)式為C nF2n+2或CnF2^化合物，其中η>1。
[0014] 還有一個(gè)方面涉及一種用于處理襯底的裝置，該裝置包括：（a)至少一個(gè)處理室， 所述處理室包含用于保持襯底的基座；（b)至少一個(gè)出口，所述出口用于耦合到真空；（C)一 個(gè)或多個(gè)處理氣體進(jìn)口，所述處理氣體進(jìn)口耦合到一個(gè)或多個(gè)前體源和一種或多種含鹵素 的蝕刻劑；（d)射頻(RF)產(chǎn)生器;和(e)用于控制所述裝置中的操作的控制器，所述控制器包 括用于以下操作的機(jī)器可讀指令：（i)將前體引入所述處理室；（ii)在將所述含硅前體引入 之后，將含鹵素的蝕刻劑引入所述室；以及（iii)將第二反應(yīng)物引入所述室并點(diǎn)燃等離子體 以形成膜。
[0015] 具體而言，本發(fā)明的一些方面可以描述如下： 1. 一種處理在室中的襯底的方法，該方法包括： (a) 提供具有一個(gè)或多個(gè)特征的襯底，每個(gè)特征包括特征開(kāi)口； (b) 在使得含硅前體能吸附到所述襯底的表面上的條件下，將所述襯底暴露于所述含 硅前體，由此形成含硅前體吸附層； (c) 在將所述襯底暴露于所述含硅前體后，將所述襯底暴露于含鹵素的蝕刻劑；以及 (d) 將所述襯底暴露于含氮反應(yīng)物并點(diǎn)燃等離子體，以在所述特征開(kāi)口處或其附近選 擇性地蝕刻所述第一前體吸附層并形成氮化硅膜。 2. 根據(jù)條款1所述的方法，其中在使所述含鹵素的蝕刻劑能選擇性地吸附到所述第一 前體吸附層上的條件下，使所述襯底暴露于所述含鹵素的蝕刻劑。 3. 根據(jù)條款1所述的方法，其中所述含鹵素的蝕刻劑選自由三氟化氮、氯、三氟甲烷、四 氟化碳、以及它們的組合組成的組。 4. 根據(jù)條款1所述的方法，其中所述含鹵素的蝕刻劑包括化學(xué)式為CnF2n+2或UF2n的化 合物，其中η>1。 5. 根據(jù)條款1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其中在將所述襯底暴露于所述含鹵素的蝕刻劑 之后清掃所述室。 6. 根據(jù)條款5所述的方法，其中通過(guò)使清掃氣體流動(dòng)來(lái)清掃所述室，所述清掃氣體選自 由氬氣、氦氣、氮?dú)夂蜌錃饨M成的組。 7. 根據(jù)條款1 _4中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述含娃前體選自由硅烷、乙硅烷、丙硅烷、 丁硅烷、三甲硅烷基胺、氨基硅烷、和鹵代硅烷組成的組。 8. 根據(jù)條款1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述含氮反應(yīng)物選自由氮、氨、肼和胺類(lèi)組 成的組。 9. 根據(jù)條款1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其還包括重復(fù)(a)-(d)。 10. 根據(jù)條款1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其中(a)-(d)在同一室中進(jìn)行。 11. 一種處理在室中的襯底的方法，該方法包括： 通過(guò)執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)循環(huán)來(lái)沉積膜，循環(huán)包括： (a) 提供具有一個(gè)或多個(gè)特征的襯底，每個(gè)特征包括特征開(kāi)口； (b) 在使得第一前體能吸附到所述襯底的表面上的條件下，將所述襯底暴露于所述第 一前體，由此形成第一前體吸附層； (c) 在將所述襯底暴露于所述第一前體后，將所述襯底暴露于含鹵素的蝕刻劑；以及 (d) 將所述襯底暴露于第二反應(yīng)物并點(diǎn)燃等離子體，以在所述特征開(kāi)口處或其附近選 擇性地蝕刻所述第一前體吸附層并形成膜。 12. 根據(jù)條款11所述的方法，其中所述含鹵素的蝕刻劑選自由三氟化氮、氯、三氟甲烷、 四氟化碳、以及它們的組合組成的組。 13. 根據(jù)條款11或12所述的方法，其中在(d)之前清掃所述室。 14. 根據(jù)條款11或12所述的方法，其中所述膜為電介質(zhì)膜或金屬膜。 15. 根據(jù)條款11或12所述的方法，其中所述膜選自由氮化硅、碳化硅和氧化硅組成的 組。 16. 根據(jù)條款11或12所述的方法，其中所述第二反應(yīng)物是氧化劑或還原劑。 17. 根據(jù)條款11或12所述的方法，其中每η個(gè)循環(huán)才執(zhí)行(d)，其中η是等于或大于1的整 數(shù)。 18. -種用于處理襯底的裝置，該裝置包括： (a) 至少一個(gè)處理室，所述處理室包含用于保持襯底的基座； (b) 至少一個(gè)出口，所述出口用于耦合到真空； (c) 一個(gè)或多個(gè)處理氣體進(jìn)口，所述處理氣體進(jìn)口耦合到一個(gè)或多個(gè)含硅前體源和一 種或多種含鹵素的蝕刻劑； (d) 射頻(RF)產(chǎn)生器;和 (e) 用于控制所述裝置中的操作的控制器，所述控制器包括用于以下操作的機(jī)器可讀 指令： (i) 將含硅前體引入所述處理室； (ii) 在將所述含硅前體引入之后，將含鹵素的蝕刻劑引入所述室；以及 (i i i)將含氮反應(yīng)物引入所述室并點(diǎn)燃等離子體以形成氮化硅膜。 19. 根據(jù)條款18所述的裝置，其中，所述控制器還包括用于以下操作的機(jī)器可讀指令： 在將所述含氮反應(yīng)物引入之前引入清掃氣體以清掃所述室。 20 .根據(jù)條款18所述的裝置，其中，所述含鹵素的蝕刻劑選自由三氟化氮、氯、三氟甲 烷、四氟化碳、以及它們的組合組成的組。
[0016] 這些和其它方面將在下面參照相關(guān)附圖進(jìn)行說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是描述根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方式所述的方法的操作的工藝流程圖。
[0018]圖2A和圖2B是用于根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方式沉積膜的機(jī)理的實(shí)例的示意圖。
[0019] 圖3是顯示根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方式所述的方法中的循環(huán)的實(shí)施例的時(shí)序示意圖。
[0020] 圖4是用于執(zhí)行所公開(kāi)的實(shí)施方式的示例性處理室的示意圖。
[0021] 圖5是用于執(zhí)行所公開(kāi)的實(shí)施方式的示例性處理工具的示意圖。
[0022] 圖6A是在具有特征的襯底上沉積的氮化硅膜的圖像。
[0023] 圖6B是在根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方式進(jìn)行的試驗(yàn)中的在具有特征的襯底上沉積的氮 化硅膜的圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 在下面的描述中，闡述了許多具體細(xì)節(jié)以提供對(duì)所呈現(xiàn)的實(shí)施方式的透徹理解。 在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)中的一些或所有的情形下可以實(shí)施所公開(kāi)的實(shí)施方式。在其它情形 下，未詳細(xì)描述公知的處理操作，以避免不必要地模糊所公開(kāi)的實(shí)施方式。雖然將結(jié)合具體 的實(shí)施方式描述所公開(kāi)的實(shí)施方式，但是應(yīng)理解的是并不意在限制所公開(kāi)的實(shí)施方式。
[0025] 以下公開(kāi)的實(shí)現(xiàn)方式描述了在例如晶片之類(lèi)襯底或其它工件上的材料的沉積。工 件可以是各種形狀、尺寸、和材料。除了半導(dǎo)體晶片外，在本發(fā)明公開(kāi)的實(shí)現(xiàn)方式可以使用 的其它工件還包括不同的物品，如印刷電路板等。所述工藝和裝置可以用于半導(dǎo)體器件、顯 示器、發(fā)光二極管、光伏電池板等的制造中。
[0026] 在一個(gè)實(shí)例中，氮化硅可以在半導(dǎo)體器件的制造中用作擴(kuò)散阻擋層、柵極絕緣體、 側(cè)壁墊層、和封裝層。在特定的應(yīng)用中，氮化硅被用作在存儲(chǔ)器裝置中的存儲(chǔ)器封裝層。在 這樣的器件中，碳層可以在加熱時(shí)相改變的相變層上沉積。該相變層如果損壞，就可能不會(huì) 改變相。該相變層也可以是對(duì)光敏感的。為了防止對(duì)相變層的任何損害，可以在相變層上沉 積氮化硅共形存儲(chǔ)器封裝層。該存儲(chǔ)器封裝層很少或幾乎沒(méi)有其它化合物的污染，并在低 溫下沉積，以避免損壞器件。也可以在其它應(yīng)用中使用共形氮化硅層。
[0027] 本發(fā)明提供了通過(guò)將原子層蝕刻(ALE)技術(shù)與原子層沉積(ALD)結(jié)合來(lái)沉積共形 膜的方法。所公開(kāi)的實(shí)施方式包括沉積氮化硅從而形成具有足夠的反應(yīng)性以與含氮等離子 體反應(yīng)的含硅前體吸附層的方法。注意，盡管本文所提供的實(shí)施例描述了氮化硅保形沉積， 應(yīng)當(dāng)理解的是，其它材料可以使用所公開(kāi)的實(shí)施方式來(lái)沉積。例如，本文提供的方法可以用 于沉積氧化硅、碳化硅、摻雜的含硅膜、含金屬（如氮化鋁和氮化鈦)膜、以及在器件制造中 的其它共形膜。
[0028] 所沉積的膜是共形的。膜的共形性可以通過(guò)臺(tái)階覆蓋率來(lái)測(cè)量。臺(tái)階覆蓋率可通 過(guò)在特征的底部、側(cè)壁、或頂部上沉積的膜的平均厚度與在特征的底部、側(cè)壁、或頂部上沉 積的膜的平均厚度進(jìn)行比較來(lái)計(jì)算。例如，臺(tái)階覆蓋率可以按以下方式計(jì)算:將在特征的側(cè) 壁上沉積的膜的平均厚度除以在特征的頂部沉積的膜的平均厚度，再將所得值乘以100,以 獲得百分比值。某些公開(kāi)的實(shí)施方式涉及在原子層沉積循環(huán)期間，在將襯底暴露于前體和 將襯底暴露于第二反應(yīng)物之間，在等離子體環(huán)境中，通過(guò)將襯底暴露于蝕刻劑在襯底上沉 積共形層。
[0029]本發(fā)明提供的方法涉及通過(guò)將一些ALE技術(shù)與ALD結(jié)合來(lái)沉積膜。ALE是一種使用 連續(xù)的自限性反應(yīng)去除薄材料層的技術(shù)。典型地，ALE循環(huán)包括改性操作以形成反應(yīng)層，接 著是去除操作，以?xún)H除去或蝕刻此改性層。舉例而言，ALE循環(huán)可以包括以下的操作：（i)輸 送反應(yīng)物氣體至容納襯底的室，（ii)從該室清掃反應(yīng)物氣體，（iii)輸送去除氣體和任選的 等離子體，以及(iv)清掃該室。
[0030] ALD是一種使用連續(xù)的自限性反應(yīng)沉積薄材料層的技術(shù)。通常，ALD循環(huán)包括以下 操作:輸送和吸附至少一種反應(yīng)物到襯底表面上，然后使被吸附的反應(yīng)物與一種或多種反 應(yīng)物反應(yīng)，以形成部分的膜層。舉例而言，氮化硅沉積循環(huán)可包括以下的操作：（i)輸送/吸 附含娃前體，（ii)從室清掃含娃前體，（iii)輸送氮等離子體，和（iv)從室清掃等離子體。其 它類(lèi)型的膜可以使用各種前體和共反應(yīng)物的脈沖來(lái)沉積。
[0031] 不像化學(xué)氣相沉積（CVD)技術(shù)，ALD工藝使用表面介導(dǎo)的沉積反應(yīng)以逐層地沉積 膜。在ALD工藝的一個(gè)實(shí)施例中，包含表面活性位點(diǎn)群的襯底表面暴露于按劑量提供到容納 襯底的室的氣相分布的第一前體，如含硅前體。該第一前體的分子被吸附在襯底表面，包含 第一前體的化學(xué)吸附物質(zhì)和/或物理吸附分子。應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)如本文所述，化合物被吸 附到襯底表面時(shí)，吸附層可以包含該化合物以及該化合物的衍生物。例如，含硅前體的吸附 層可包含含硅前體以及含硅前體的衍生物。在第一前體投配之后，接著將室排空，以去除氣 相中剩余的第一前體的絕大部分或全部，使得主要或僅僅所吸附的物質(zhì)剩余。在一些實(shí)現(xiàn) 方式中，室可以不完全排空。例如，反應(yīng)器可以排空，使得在氣相中的第一前體的局部壓強(qiáng) 足夠低，以減緩反應(yīng)。將第二反應(yīng)物(例如含氮反應(yīng)物）引入到室，使得這些分子中的一些與 吸附在表面上的第一前體反應(yīng)。在一些工藝中，第二反應(yīng)物與所吸附的第一前體立即反應(yīng)。 在其它實(shí)施方式中，第二反應(yīng)物僅在臨時(shí)施加活化源之后反應(yīng)。然后可將室再次排空以去 除未結(jié)合的第二反應(yīng)物分子。如上所述，在一些實(shí)施例中，室可以不被完全排空。附加的ALD 循環(huán)可被用于構(gòu)建膜厚。
[0032] 在某些實(shí)施方式中，ALD第一前體的劑量部分地充滿(mǎn)襯底的表面。在一些實(shí)施方式 中，在使前體接觸襯底以均勻地充滿(mǎn)表面之前，結(jié)束ALD循環(huán)的投配階段。典型地，在這時(shí)將 前體流關(guān)斷或轉(zhuǎn)移，并且僅僅清掃氣體流動(dòng)。通過(guò)在這種亞飽和狀態(tài)下工作，ALD工藝減少 了循環(huán)時(shí)間并提高了吞吐量。但是，由于前體吸附不是飽和受限的，因此被吸附的前體濃度 在整個(gè)襯底表面可以略有變化。在亞飽和狀態(tài)操作ALD工藝的實(shí)施例在2013年10月23日提 交的、名稱(chēng)為 "SUB-SATURATED ATOMIC LAYER DEPOSITION AND CONFORMAL FILM DEPOSITION，"的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 14/061587中被提供，該專(zhuān)利文件通過(guò)引用整體并入本發(fā) 明。
[0033]在一些實(shí)現(xiàn)方式中，所述ALD方法包含等離子體活化。如本文所述，本文所述的ALD 方法和裝置可以是共形膜沉積（CFD)法，其概括地描述在2011年4月11日提交的名稱(chēng)為 "PLASMA ACTIVATED CONFORMAL FILM DEPOSITION" 的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No .13/084399(現(xiàn)在的 美國(guó)專(zhuān)利No.8728956)和2011 年4月11 日提交的名稱(chēng)"SILICON NITRIDE FILMS AM) METHODS"的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 13/084305中，這些專(zhuān)利文件通過(guò)引用整體并入本文。
[0034] 圖1提供了用于執(zhí)行根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方式的操作的工藝流程圖。雖然本文所提 供的實(shí)施例在沉積氮化硅膜的背景下描述所公開(kāi)的實(shí)施方式，但是應(yīng)該理解的是，這些方 法也可以用于通過(guò)ALD沉積任何材料膜。
[0035] 在圖1的操作101中，將襯底提供至單站式室或多站式室的處理站。所述襯底可以 是硅晶片，例如，200mm的晶片，300mm的晶片或450mm的晶片，包括具有一個(gè)或更多個(gè)材料層 的晶片，該材料例如沉積在該晶片上的電介質(zhì)、導(dǎo)電材料或半導(dǎo)電材料。襯底可具有"特 征"，例如通孔或接觸孔，其可表征為一個(gè)或更多個(gè)狹窄的和/或內(nèi)凹的(re-entrant)開(kāi)口、 特征內(nèi)的收縮部和高深寬比。所述特征可以在一個(gè)或更多個(gè)上述層中形成。特征的一個(gè)示 例是半導(dǎo)體襯底中的或該襯底上的層中的孔或通孔。另一個(gè)示例是襯底或?qū)又械臏喜?。?多個(gè)實(shí)施方式中，所述特征可以具有下層，例如阻擋層或粘合層。下層的非限制性實(shí)施例包 括介電層和導(dǎo)電層，例如，硅氧化物、硅氮化物、硅碳化物、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬碳 化物和金屬層。
[0036] 在一些實(shí)施方式中，所述特征可以具有至少約2:1、至少約4:1、至少約6:1、至少約 10:1、或更高的深寬比。該特征也可具有接近開(kāi)口的尺寸，例如，介于約10納米(nm)至500nm 之間的開(kāi)口直徑或線(xiàn)寬度，例如介于約25nm至約300nm之間的開(kāi)口直徑或線(xiàn)寬度。所公開(kāi)的 方法可以在具有特征的襯底上進(jìn)行，該特征具有小于約150nm的開(kāi)口。通孔、溝槽或其它凹 陷特征可以被稱(chēng)為未填充的特征或特征。根據(jù)多種實(shí)施方式，特征輪廓可以逐步縮小和/或 包含在特征開(kāi)口的懸垂部。內(nèi)凹的輪廓是從特征的底部、封閉端、或內(nèi)部向特征開(kāi)口變窄的 輪廓。內(nèi)凹的輪廓可通過(guò)在圖案化期間不對(duì)稱(chēng)的蝕刻動(dòng)力學(xué)和/或由于在前面的膜沉積(例 如擴(kuò)散阻擋層沉積）中的非共形膜的臺(tái)階覆蓋率所形成的懸垂部而產(chǎn)生。在多種實(shí)施例中， 特征可以具有比特征的底部的寬度小的在特征的頂部的開(kāi)口中的寬度。
[0037] 在圖1的操作103-115中，可以使惰性氣體流動(dòng)。在多種實(shí)施方式中，惰性氣體用作 載氣。不例性的載氣包含氬氣、氦氣和氖氣。在一些實(shí)施方式中，載氣不是氫，使得很少的氫 甚至沒(méi)有氫被摻入沉積的氮化硅膜中。在一些實(shí)施方式中，可以使用含氫的載氣。在一些實(shí) 施方式中，載氣在一些操作中被用作清掃氣體。在一些實(shí)施方式中，使載氣轉(zhuǎn)向?？梢蕴峁?惰性氣體以協(xié)助處理室的壓強(qiáng)和/或溫度控制、液體反應(yīng)物的蒸發(fā)、更迅速地輸送反應(yīng)物 和/或作為打掃氣體用于從處理室和/或處理室管道去除處理氣體。
[0038] 各種所公開(kāi)的實(shí)施方式可在介于約0.1托至約20托之間的室壓強(qiáng)下進(jìn)行。在許多 實(shí)施方式中，所公開(kāi)的方法可以在低于約650°C的襯底溫度下進(jìn)行，或在低于約450°C，或在 介于約50 °C和約650°C之間，例如約200 °C的襯底溫度下進(jìn)行。在這樣的實(shí)施方式中，基座可 以被設(shè)置到低于約450°C的溫度來(lái)控制襯底溫度。在一些實(shí)施方式中，在較高的溫度下，如 大于約250°C，或大于450°C的溫度下執(zhí)行所述方法。
[0039] 在圖1的操作103中，使襯底暴露于第一前體，使得第一前體吸附在襯底表面上。雖 然本文中所描述的實(shí)施例使用含硅前體作為第一前體，但應(yīng)理解的是，第一前體可以是用 于在襯底上沉積膜(例如氮化硅膜、氧化硅膜、碳化硅膜、氮化鋁膜、氮化鎢膜、氮化鈦膜、氮 化鉭膜、氧化鈦膜等等)的任何適當(dāng)?shù)那绑w。
[0040] 操作103可以是ALD循環(huán)的一部分。如上所述，通常，ALD循環(huán)是用于進(jìn)行一次表面 沉積反應(yīng)的最小的一組操作。在一些實(shí)施方式中，一個(gè)循環(huán)的結(jié)果是在襯底表面上產(chǎn)生氮 化硅膜層的至少一部分。所述循環(huán)可包括某些輔助操作，例如打掃反應(yīng)物或副產(chǎn)物中的一 種和/或處理所沉積的膜的部分。通常，循環(huán)包括獨(dú)特系列操作的一個(gè)示例。如上所述，通 常，循環(huán)是用于進(jìn)行一次表面沉積反應(yīng)的最小的一組操作。一個(gè)循環(huán)的結(jié)果是在襯底表面 上產(chǎn)生至少一部分膜層，例如一部分氮化硅膜層。
[0041] 在操作103期間，襯底被暴露于第一前體，使得第一前體被吸附到襯底表面以形成 吸附層。在一些實(shí)施方式中，含硅前體以自限制方式吸附到襯底表面上，使得一旦活性位點(diǎn) 是由含硅前體占據(jù)，幾乎沒(méi)有或沒(méi)有附加的含硅前體將被吸附在襯底表面上。例如，含硅前 體可以被吸附到襯底表面的約60%上。在多種實(shí)施方式中，當(dāng)含硅前體流到室中時(shí)，該含硅 前體吸附在襯底的表面上的活性位點(diǎn)上，從而在該表面上形成薄的含硅前體層。在各種實(shí) 施方式中，該層可以小于一個(gè)單層，以及可具有介于約0.2埃和約0.4埃之間的厚度。本文所 提供的方法可以在低于約450°C的溫度下進(jìn)行。在高于約450°C的工藝溫度時(shí)，某些含硅前 體會(huì)分解以形成硅層。
[0042] 含硅前體是用于制造含硅膜的單一試劑或試劑的混合物，其中所述試劑或試劑混 合物含有至少一種硅化合物。在一些實(shí)施方案中，含硅前體可以是，例如，硅烷、鹵代硅烷、 或氨基硅烷。然而，在多種實(shí)施方式中，含硅前體是不含鹵素的。不含鹵素的硅烷可以包含 氫和/或碳基團(tuán)，但不包含鹵素。
[0043]適合于根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方式使用的含硅前體包括聚硅烷(H3Si-(SiH2) n-SiH3), 其中n>0。硅烷的實(shí)施例是硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)和有機(jī)硅烷，有機(jī)硅烷如甲基硅烷、乙 基硅烷、異丙基硅烷、叔丁基硅烷、^甲基硅烷、^乙基硅烷、^叔丁基硅烷、稀丙基硅烷、仲 丁基硅烷、叔己基硅烷(thexy Isi lane)、異戊硅烷，叔丁基乙硅烷、二叔丁基乙硅烷等。
[0044] 鹵代硅烷含有至少一個(gè)鹵素基團(tuán)，并且可以含有或可以不含有氫和/或碳基團(tuán)。鹵 代硅烷的實(shí)例是碘硅烷、溴硅烷、氯硅烷和氟硅烷。雖然鹵代硅烷，尤其是氟硅烷，可以在等 離子體被激勵(lì)時(shí)形成可以蝕刻硅材料的反應(yīng)性鹵化物，但在本發(fā)明所描述的某些實(shí)施方式 中，當(dāng)?shù)入x子體被激勵(lì)時(shí)，鹵代硅烷可以不引入室中，因此，由鹵代硅烷形成的反應(yīng)性鹵化 物可以減少。具體的氯硅烷是四氯硅烷、三氯硅烷、二氯硅烷、單氯硅烷、氯烯丙基硅烷、氯 甲基硅烷、二氯甲基硅烷、氯二甲基硅烷、氯乙基硅烷、叔丁基氯硅烷、二-叔丁基氯硅烷、氯 異丙基硅烷、氯仲丁基硅烷、叔丁基二甲基氯硅烷、叔己基二甲基氯硅烷 (thexyldimethylchlorosilane)、以及類(lèi)似物。
[0045] 氨基硅烷包含鍵合到硅原子的至少一個(gè)氮原子，而且也可以含有氫、氧、鹵素和 碳。氨基硅烷的實(shí)例是單氨基硅烷、二氨基硅烷、三氨基硅烷和四氨基硅烷（分別為H 3Si (順2)4，11說(shuō)（順2)2，!^(順2)3和3以順 2)4)，以及經(jīng)取代的單氨基硅烷、二氨基硅烷、三氨基 硅烷和四氨基硅烷，例如，叔丁基氨基硅烷、甲基氨基硅烷、叔丁基硅烷胺，雙(叔丁基氨基） 硅烷(SiH 2(NHC(CH3)3MBTBAS)、叔丁基甲硅烷基氨基甲酸酯、51!1(〇1 3)-0(〇13)2)2、3川(：1-(N(CH 3)2)2、（ Si (CH3)2NH)3、以及類(lèi)似物。氨基硅烷的另一個(gè)實(shí)例是三甲硅烷基胺（N (SiH3)3)〇
[0046] 可以被用來(lái)代替在操作103的含硅前體的其它第一前體的實(shí)例在下面給出。
[0047]圖2A和圖2B是根據(jù)圖1所述的方法中的各個(gè)階段的實(shí)施例的示意圖。圖2A和2B示 出了在襯底的表面上的在特征開(kāi)口處或其附近的分子的示例，其可以是在特征的頂部或頂 部附近。在一些實(shí)施方式中，在沿著特征的側(cè)壁或底部的在特征內(nèi)的襯底表面可以表現(xiàn)出 如在圖2A和2B所描繪的化學(xué)機(jī)理之類(lèi)的化學(xué)機(jī)理。在圖2A和圖2B所提供的實(shí)施例中，含硅 前體是乙硅烷，蝕刻劑是三氟化氮，而第二反應(yīng)物是氮。應(yīng)該理解的是，其它含硅的前體、蝕 刻劑和第二反應(yīng)物可在所公開(kāi)的實(shí)施方式中使用，并且在一些實(shí)施方式中可以經(jīng)歷與諸如 相對(duì)于圖2A和2B所描述的化學(xué)機(jī)理類(lèi)似的化學(xué)機(jī)理。
[0048] 在圖2A中的201，襯底200被暴露于乙硅烷，由此乙硅烷分子211、221和231吸附到 襯底200的表面上，從而形成乙硅烷吸附層。
[0049] 回到圖1，在操作105中，處理室被任選地清掃以除去氣相中的未吸附到襯底表面 的過(guò)量的含硅前體。清掃該室可以包括使清掃氣體或打掃氣體流動(dòng)，清掃氣體或打掃氣體 可以是在其它操作中使用的載氣，或者可以是不同的氣體。在一些實(shí)施方案中，清掃可包括 抽空該室。示例性的清掃氣體包含氬氣、氮?dú)?、氫氣和氦氣。在一些?shí)施方式中，操作105可 以包含用于抽空處理室的一個(gè)或多個(gè)抽空子階段?？商娲?，應(yīng)當(dāng)理解，在一些實(shí)施方式中 可以省略操作105。操作105可具有任何適當(dāng)?shù)某掷m(xù)時(shí)間，例如介于約0秒至約60秒之間，例 如約0.01秒。在一些實(shí)施方式中，增大一種或多種清掃氣體的流率可以減少操作105的持續(xù) 時(shí)間。清掃氣體流率可以根據(jù)各種反應(yīng)物的熱力學(xué)特性和/或處理室和/或處理室管道的幾 何特征進(jìn)行調(diào)整以修改操作105的持續(xù)時(shí)間。在一非限制性實(shí)施例中，清掃階段的持續(xù)時(shí)間 可以通過(guò)調(diào)節(jié)清掃氣體的流率進(jìn)行調(diào)節(jié)。這可能會(huì)減少沉積循環(huán)時(shí)間，從而可以提高襯底 吞吐量。在清掃后，該含硅前體保持吸附在襯底表面上。
[0050] 在操作107中，襯底被暴露于含鹵素的蝕刻劑。含鹵素的蝕刻劑可以是任何含鹵素 的化合物，如含氟化合物或含氯化合物。在多種實(shí)施方式中，含鹵素的蝕刻劑是三氟化氮、 氯、或含碳的蝕刻劑、或它們的組合。在一些實(shí)施方式中，含碳的蝕刻劑是CHF 3,或化學(xué)式為 CnF2n+2或?yàn)镃nF2r^化合物，其中n> 1，例如CF4。在執(zhí)行ALD以沉積氮化物的一些實(shí)施方式中， 可避免含氯的蝕刻劑化合物。這是因?yàn)楹任g刻劑一般不容易蝕刻氮化物。
[0051]執(zhí)行操作107的頻率可取決于從沉積的ALD層觀察到的懸垂物的量。在各種實(shí)施方 式中，每一個(gè)至每50個(gè)ALD循環(huán)執(zhí)行才操作107。在一些實(shí)施例中，每個(gè)ALD循環(huán)執(zhí)行操作 107。在一些實(shí)施方式中，每50個(gè)或更多個(gè)ALD循環(huán)才執(zhí)行操作107。操作107可在非等離子體 環(huán)境中進(jìn)行。在等離子體環(huán)境中執(zhí)行操作107可以產(chǎn)生高數(shù)量的反應(yīng)性鹵化物物質(zhì)，由此在 襯底上蝕刻的比所希望的多。例如，反應(yīng)性鹵化物物質(zhì)可以蝕刻大部分或整個(gè)吸附在襯底 表面上的第一前體，從而降低了產(chǎn)量且降低了沉積速率。
[0052]不受具體理論的限制，相信，該含鹵素化合物吸附于含硅前體吸附層的表面上。例 如，在圖2的203中，三氟化氮分子243被引入到室，使得所述三氟化氮分子243吸附在襯底 200的乙硅烷吸附層上。在許多實(shí)施方式中，所述含鹵素的蝕刻劑流入室中持續(xù)足以吸附在 大部分或全部的襯底表面上的時(shí)間。在一些實(shí)施方式中，含鹵素的蝕刻劑可以選擇性吸附 在特征開(kāi)口處或其附近。在一些實(shí)施方式中，含鹵素的蝕刻劑可選擇性吸附，使得更多的含 鹵素的蝕刻劑被吸附在特征的頂部或在該頂部附近，諸如對(duì)于垂直特征而言，在特征開(kāi)口 附近，而不是在特征的底部或在該底部附近。促進(jìn)選擇性吸附在特征的頂部或在該頂部附 近的適當(dāng)?shù)墓に嚄l件在下文描述。
[0053]回到圖1，在操作109中，清掃室以除去殘余的蝕刻劑，例如殘留在氣相中和未吸附 在第一前體吸附層的表面上的蝕刻劑。清掃條件和方法可以是上文相對(duì)于操作105所描述 的清掃條件和方法中的任何一些。在一些實(shí)施方法中，執(zhí)行操作109,以便防止殘留的蝕刻 劑在隨后的操作中去除太多的第一前體吸附層。例如，如果在等離子體被點(diǎn)燃時(shí)，殘留的三 氟化氮?dú)怏w存在于室中，則受激勵(lì)的氟會(huì)撞擊襯底，由此蝕刻襯底的表面，使得相比于沉積 執(zhí)行較多的蝕刻。在一些實(shí)施方式中，如果當(dāng)?shù)入x子體被點(diǎn)燃時(shí)，氣相中的殘留的蝕刻劑是 存在于室中，則沉積的效率和沉積速率會(huì)下降。
[0054] 在操作111中，將襯底暴露于第二反應(yīng)物，并且點(diǎn)燃等離子體。在各種實(shí)施方式中， 第二反應(yīng)物流和等離子體可被同時(shí)接通。在一些實(shí)施方式中，第二反應(yīng)物流可以在接通等 離子體之前接通，例如，以使第二反應(yīng)物流動(dòng)能夠穩(wěn)定。在多種實(shí)施方式中，第二反應(yīng)物是 含氮的反應(yīng)物，以在襯底的表面上形成至少部分氮化硅膜。含氮的反應(yīng)物是含有至少一個(gè) 氮的反應(yīng)物或反應(yīng)物的混合物，例如氨，肼，胺類(lèi)(含碳的胺類(lèi)），如甲胺，二甲胺，乙胺，異丙 胺，叔丁胺，二叔丁胺，環(huán)丙胺，仲丁胺，環(huán)丁胺，異戊胺，2-甲基丁-2-胺，三甲胺，二異丙胺， 二乙基異丙胺，乙二胺，叔丁胺，二叔丁基肼，以及含芳烴的胺類(lèi)，如苯胺，吡啶，和芐胺。胺 類(lèi)可以是伯胺、仲胺、叔胺或季胺(例如，四烷基銨化合物）。含氮的反應(yīng)物可含有除氮以外 的雜原子，例如，羥基胺、叔丁氧羰基胺和N-叔丁基羥基胺是含氮的反應(yīng)物。示例性的含氮 反應(yīng)劑包含氮?dú)狻焙桶奉?lèi)。
[0055] 對(duì)于其它含硅材料的沉積，其它反應(yīng)物可以用作第二反應(yīng)物以沉積不同的材料 膜。例如，對(duì)于使用所公開(kāi)的實(shí)施方式進(jìn)行的碳化硅的膜沉積，第二反應(yīng)物可以是含碳反應(yīng) 物。例如，對(duì)于氧化硅的沉積，可以使用氧化劑或含氧化合物。對(duì)于摻雜膜的沉積，摻雜劑也 可以作為第二反應(yīng)物加入。注意，在ALD循環(huán)點(diǎn)燃等離子體時(shí)，術(shù)語(yǔ)"第二反應(yīng)物"可用于描 述引入到室的一種或多種氣體。
[0056] 在各種實(shí)施方式中，在操作111過(guò)程中，等離子體能量被提供以激勵(lì)第二反應(yīng)物 (例如含氮?dú)怏w)成為與所述第一前體吸附層進(jìn)行反應(yīng)的離子和自由基以及其它活性物質(zhì)。 例如，等離子體可以直接或間接激活含氮?dú)庀喾肿右孕纬傻杂苫螂x子。等離子體也可 激勵(lì)被吸附的蝕刻劑，由此形成受激勵(lì)的蝕刻劑物質(zhì)，其可以蝕刻第一前體并將其從襯底 移除。可監(jiān)控室的條件，使得足夠的蝕刻劑被激勵(lì)以調(diào)節(jié)特征輪廓并提高共形性。例如，等 離子體條件可以被控制以?xún)?yōu)先地蝕刻特征開(kāi)口處或其附近，而在特征的側(cè)壁處或其附近或 朝向特征的底部形成較少的受激勵(lì)的蝕刻劑。促進(jìn)選擇性吸附在特征的頂部或其附近的適 當(dāng)?shù)墓に嚄l件在下文描述。
[0057] 在多種實(shí)施方式中，等離子體是原位等離子體，以使得等離子體在室中的襯底表 面的正上方形成。原位等離子體可以以介于約0.2122瓦/平方厘米至約2.122瓦/平方厘米 之間的每襯底面積的功率點(diǎn)燃。例如，對(duì)于處理4個(gè)300毫米晶片的室，功率范圍可為介于約 150W至約6000W之間、或者約600W至約6000W之間、或者介于約800W至約4000W之間。例如，用 于ALD工藝的等離子體可通過(guò)使用兩個(gè)電容耦合板施加射頻(RF)場(chǎng)給氣體而產(chǎn)生。這些板 之間的氣體通過(guò)RF場(chǎng)進(jìn)行的電離點(diǎn)燃等離子體，從而在等離子體放電區(qū)域產(chǎn)生自由電子。 這些電子被RF場(chǎng)加速，并且會(huì)與氣相反應(yīng)物分子發(fā)生碰撞。這些電子與反應(yīng)物分子的碰撞 可形成參與沉積過(guò)程的自由基物質(zhì)。應(yīng)該理解的是，RF場(chǎng)可以經(jīng)由任何合適的電極耦合。在 多種實(shí)施方式中，使用高頻等離子體，其具有至少約13.56MHz，或至少約27MHz，或至少約 40MHz，或至少約60MHz的頻率。在一些實(shí)施方式中，可以使用基于微波的等離子體。電極的 非限制性實(shí)例可以包括處理氣體分配噴頭和襯底支撐基座。應(yīng)當(dāng)理解，用于ALD工藝的等離 子體可以通過(guò)與電容耦合RF場(chǎng)到氣體不同的一種或多種合適的方法形成。在一些實(shí)施方式 中，等離子體是遠(yuǎn)程等離子體，使得第二反應(yīng)物在室上游的遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生器中點(diǎn)燃，然 后輸送到容納襯底的室內(nèi)。
[0058] 工藝條件精心設(shè)計(jì)以通過(guò)選擇性蝕刻獲得共形膜。合適的蝕刻溫度、蝕刻劑流量、 清掃操作、等離子體條件、和蝕刻壓強(qiáng)的結(jié)合可以幫助獲得理想的共形性。如果對(duì)于每種正 在沉積的膜類(lèi)型沒(méi)有適當(dāng)?shù)卣{(diào)整蝕刻共形性，則這可能會(huì)導(dǎo)致非共形沉積，其中臺(tái)階覆蓋 率差。工藝條件可能使得非共形蝕刻(也稱(chēng)為選擇性蝕刻)被執(zhí)行。
[0059] 在較高溫度下，進(jìn)入的蝕刻劑物質(zhì)，如氟原子，很容易反應(yīng)和在特征入口蝕刻，從 而導(dǎo)致較不共形的蝕刻;在較低溫度下，進(jìn)入的蝕刻劑物質(zhì)能夠擴(kuò)散并進(jìn)一步蝕刻到特征 內(nèi)，從而產(chǎn)生較共形的蝕刻。在操作109期間較短的清掃使蝕刻劑物質(zhì)保留在室內(nèi)和襯底 上，從而導(dǎo)致更多的蝕刻劑物質(zhì)擴(kuò)散并進(jìn)一步蝕刻到特征內(nèi)。在操作107過(guò)程中，對(duì)蝕刻劑 的短的暴露將趨向于發(fā)生反應(yīng)并在特征入口蝕刻，從而產(chǎn)生較共形的蝕刻。在一些情況下， 蝕刻劑在操作107中流動(dòng)，使得含鹵素的蝕刻劑被優(yōu)先吸附在特征頂部或其附近，而在操作 111期間，當(dāng)?shù)入x子體被點(diǎn)燃時(shí)，該特征的頂部比在特征內(nèi)的側(cè)壁蝕刻得較多。較低的蝕刻 劑流率將導(dǎo)致吸附在襯底表面上的蝕刻劑分子較少。較高的壓強(qiáng)會(huì)導(dǎo)致蝕刻劑物質(zhì)（如氟 自由基)形成分子氟的較多的重組。分子氟比氟自由基具有較低的粘附系數(shù)，并且因此更容 易在蝕刻前擴(kuò)散到特征內(nèi)，從而導(dǎo)致較不共形的蝕刻。
[0060] 如在圖2A中所示，在205期間，將襯底200暴露于第二反應(yīng)物(在本實(shí)施例中為氮）， 同時(shí)點(diǎn)燃等離子體，從而產(chǎn)生受激勵(lì)的氮物質(zhì)260,受激勵(lì)的氮物質(zhì)260尤其可包含離子、自 由基(例如，在205示出的·Ν)、以及中性物質(zhì)。在所提供的實(shí)施例中，等離子體還激勵(lì)吸附 的三氟化氮，三氟化氮由此離解成受激勵(lì)的氮· N和受激勵(lì)的氟物質(zhì)250(例如，· F)。一些 氟物質(zhì)250可以通過(guò)撞擊乙硅烷的硅中心而與吸附的乙硅烷進(jìn)行反應(yīng)，而一些受激勵(lì)的氮 物質(zhì)260，無(wú)論是來(lái)自三氟化氮還是氮，都通過(guò)撞擊乙硅烷的硅中心而與吸附的乙硅烷進(jìn)行 反應(yīng)。
[0061 ]結(jié)果，在圖2Β的207中，受激勵(lì)的氟與乙硅烷反應(yīng)以從襯底200的表面蝕刻乙硅烷 并形成六氟化二硫(217和227)，從而現(xiàn)在氟255被健合到硅。與此同時(shí)，如果受激勵(lì)的氮與 襯底表面上的乙硅烷發(fā)生反應(yīng)，則可以形成Si-N鍵(265)，由此在該表面上形成至少部分的 氮化硅層(237)。注意，在一些實(shí)施方式中，蝕刻工藝可經(jīng)歷不同的機(jī)理，并且在207所描繪 的機(jī)理是可能的機(jī)理中的一個(gè)實(shí)施例。
[0062]回到圖1，在操作118中，該室可任選清掃以除去被蝕刻掉的物質(zhì)和任何殘余的副 產(chǎn)物。如圖2中所示，在209，清掃該室后，將部分的氮化硅層237保留在襯底200的表面上。注 意，雖然在201吸附的乙硅烷層覆蓋較多的表面積，但由于來(lái)自蝕刻劑三氟化氮的局部蝕 亥IJ，因而只有一部分氮化硅層沉積，如圖209所示。在每個(gè)循環(huán)期間，相比于特征的靠近特征 的底部或溝槽的表面，特征的在特征開(kāi)口處或其附近的表面可以沉積部分的氮化硅的較少 部分。結(jié)果，在特征開(kāi)口處或其附近的沉積可調(diào)節(jié)，并且整體沉積是高度共形的。
[0063]在圖1的操作115中，確定膜的所需的厚度是否已沉積。如果沒(méi)有，則重復(fù)操作103-113足夠的循環(huán)以沉積所需的膜厚度。沉積循環(huán)的任何適當(dāng)數(shù)量可被包含在ALD工藝中，以 沉積氮化硅的所需的膜厚度。例如，大約50個(gè)沉積循環(huán)可被執(zhí)行以使用所公開(kāi)的實(shí)施方式 在襯底上沉積膜。如上所述，操作107可以或可以不在每個(gè)沉積循環(huán)中進(jìn)行。
[0064]圖3是根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方式的示例性脈沖的時(shí)序圖。圖3示出了在一個(gè)示例性的 ALD工藝300中針對(duì)各種工藝參數(shù)的階段，如針對(duì)載氣流、第一前體、蝕刻劑流、等離子體和 第二反應(yīng)物流的階段。線(xiàn)相應(yīng)地表示所述流或等離子體相應(yīng)地被接通和關(guān)斷的時(shí)間。示例 性的工藝參數(shù)包含但不限于，惰性物質(zhì)和反應(yīng)物質(zhì)的流率、等離子體功率和頻率、襯底溫 度、和處理室的壓強(qiáng)。描繪了兩個(gè)沉積循環(huán)310A和310B。每個(gè)沉積循環(huán)包含多個(gè)階段。例如， 沉積循環(huán)310A包含第一前體暴露階段320A、清掃階段340A(其可以是任選的）、蝕刻劑階段 350A、清掃階段355A、第二反應(yīng)物與等離子體暴露階段360A、和另一任選的清掃階段380A。 同樣地，沉積循環(huán)310B包含第一前體暴露階段320B、清掃階段340B(其可以是任選的）、蝕刻 劑階段350B、清掃階段355B、第二反應(yīng)物與等離子體暴露階段360B、和另一任選的清掃階段 380B。如圖所示，在該示例性過(guò)程300中，載氣在整個(gè)過(guò)程中流動(dòng)。在多種實(shí)施方式中，載氣 被用作清掃氣體。注意，在一些實(shí)施方式中，載氣可以與清掃氣體不同。在一些實(shí)施方式中， 載氣僅在清掃階段(例如，34(^、3554、38(^、34(?、3558、和38(?)流動(dòng)。載氣可以是上文參照 圖1的操作105所描述的那些載氣中的任何載氣。
[0065]在第一前體暴露階段(320A和320B)，接通第一前體，但不接通蝕刻劑、不接通等離 子體、且不接通第二反應(yīng)物。該階段可對(duì)應(yīng)于圖1的操作103。在可對(duì)應(yīng)于圖1中的操作105的 清掃階段340A中，載氣流動(dòng)，同時(shí)第一前體、蝕刻劑、等離子體和第二反應(yīng)物被關(guān)斷。在可對(duì) 應(yīng)于圖1中的操作107的蝕刻劑階段350中，蝕刻劑與載氣流動(dòng)，同時(shí)第一前體、等離子體、和 第二反應(yīng)物被關(guān)斷。在可對(duì)應(yīng)于圖1中的操作109的清掃階段355A中，載氣流動(dòng)，同時(shí)第一前 體、蝕刻劑、等離子體和第二反應(yīng)物被關(guān)斷。在第二反應(yīng)物與等離子體暴露階段360A，等離 子體被接通，同時(shí)第二反應(yīng)物與載氣流動(dòng)，并且第一前體和蝕刻劑流被關(guān)斷。在可對(duì)應(yīng)于圖 1中的操作111的清掃階段380A中，載氣流動(dòng)，同時(shí)第一前體、蝕刻劑、等離子體和第二反應(yīng) 物被關(guān)斷。在該示例性過(guò)程300中，在圖1的操作115中確定，所沉積的膜沒(méi)有足夠的厚度或 沒(méi)有所需的厚度，所以重復(fù)沉積循環(huán)(顯示為310B)。
[0066] 在一些實(shí)施方式中，包含蝕刻劑階段的沉積循環(huán)可以?xún)H不包含蝕刻劑階段的許多 沉積循環(huán)已經(jīng)執(zhí)行之后執(zhí)行。例如，包含蝕刻劑階段的沉積循環(huán)可以在約50個(gè)不包含蝕刻 劑階段的沉積循環(huán)之后進(jìn)行。
[0067] 如上所述，雖然本文所提供的實(shí)施例沉積氮化硅膜，但其它材料的膜也可以使用 所公開(kāi)的實(shí)施方式沉積。例如，所沉積的膜可以包含金屬。可以形成的含有金屬的膜的實(shí)例 包含鋁、鈦、鉿、鉭、鎢、錳、鎂、鍶等的氧化物和氮化物，以及金屬元素膜。示例性的前體可以 包括金屬烷基胺、金屬醇鹽、金屬烷基酰胺、金屬鹵化物、金屬β-二酮、金屬羰基化合物、有 機(jī)金屬化合物等。合適的含金屬的前體將包括被期望摻入膜中的金屬。例如，含鉭層可通過(guò) 使五(二甲氨基)鉭與氨或另一還原劑反應(yīng)來(lái)沉積?？梢允褂玫暮饘俚那绑w的進(jìn)一步的實(shí) 例包括三甲基鋁、四乙氧基鈦、四二甲基氨基鈦、四（乙基甲基酰胺)鉿、雙(環(huán)戊二烯基)錳 和雙(正丙基環(huán)戊二烯基)鎂。用于沉積氧化物的第二反應(yīng)物的實(shí)施例包含氧化劑，該氧化 劑可以是氧氣與弱氧化劑的混合物，弱氧化劑如一氧化二氮、一氧化碳、二氧化碳、一氧化 氮、二氧化氮、氧化硫、二氧化硫、含氧烴(如C xHyOz)和/或水。在其它實(shí)現(xiàn)方式中，氧化反應(yīng) 物可以完全是弱氧化劑?？商娲?，該氧化反應(yīng)物可以包含臭氧。 裝置
[0068] 圖4繪出了具有用于保持低壓環(huán)境的處理室主體402的原子層沉積(ALD)處理站 400的一實(shí)施方式的示意圖。多個(gè)ALD處理站400可以包含在通常低壓處理工具環(huán)境中。例 如，圖5繪出了多站式處理工具500的一實(shí)施方式。在一些實(shí)施方式中，ALD處理站400的一個(gè) 或一個(gè)以上的硬件參數(shù)(包含下文詳細(xì)討論的那些）可以由一個(gè)或一個(gè)以上的計(jì)算機(jī)控制 器450以編程方式調(diào)節(jié)。
[0069] ALD處理站400與反應(yīng)物輸送系統(tǒng)401a流體連通，以將處理氣體輸送至分配噴頭 406。反應(yīng)物輸送系統(tǒng)401a包含混合容器404,混合容器404用于混合和/或調(diào)節(jié)處理氣體以 輸送至噴頭406,處理氣體如含鹵素的蝕刻劑氣體、或含硅氣體、或含氮?dú)怏w。一個(gè)或一個(gè)以 上的混合容器入口閥420可以對(duì)處理氣體導(dǎo)入至混合容器404進(jìn)行控制。
[0070]舉例而言，圖4的實(shí)施方式包含汽化點(diǎn)403,汽化點(diǎn)403用于汽化將供應(yīng)至混合容器 404的液體反應(yīng)物。在一些實(shí)施方式中，汽化點(diǎn)403可以是加熱的蒸發(fā)器。從這樣的蒸發(fā)器產(chǎn) 生的飽和的反應(yīng)物蒸氣會(huì)在下游輸送管道凝結(jié)。不兼容氣體暴露至凝結(jié)的反應(yīng)物會(huì)產(chǎn)生小 顆粒。這些小顆?？赡茏枞艿?、阻礙閥操作、污染襯底等。處理這些問(wèn)題的一些方法涉及 清掃和/或排空輸送管道以去除殘留反應(yīng)物。然而，清掃輸送管道會(huì)增加處理站循環(huán)時(shí)間， 降低處理站吞吐量。因此，在一些實(shí)施方式中，汽化點(diǎn)403下游的輸送管道可以被熱追蹤。在 一些實(shí)施例中，混合容器304也可以被熱追蹤。在一個(gè)非限制性示例中，汽化點(diǎn)403下游的管 道具有增大的溫度分布，在混合容器404處從約100°C延伸至約150°C。
[0071 ]在一些實(shí)施方式中，液體前體或者液體反應(yīng)物可以在液體噴射器處汽化。例如，液 體噴射器可以將液體反應(yīng)物的脈沖噴射到混合容器上游的載體氣體流中。在一個(gè)實(shí)施方式 中，液體噴射器可以通過(guò)將液體從較高壓閃變到較低壓來(lái)汽化反應(yīng)物。在另一個(gè)示例中，液 體噴射器可以將液體霧化為接下來(lái)在加熱的輸送管中汽化的分散的微滴。較小的液滴比較 大的液滴可以較快汽化，從而減小了在液體注入和完成汽化之間的延遲。較快的汽化可以 減小汽化點(diǎn)403下游的管道長(zhǎng)度。在一個(gè)方案中，液體噴射器可以直接裝載到混合容器404。 在另一個(gè)方案中，液體噴射器可以直接裝載到噴頭406。
[0072]在一些實(shí)施方式中，可以在汽化點(diǎn)403上游設(shè)置液體流控制器(LFC)來(lái)控制用于汽 化并輸送至處理站400的液體的質(zhì)量流量。例如，LFC可以包含位于LFC下游的熱質(zhì)量流量計(jì) (MFM)。然后可以響應(yīng)于由與MFM電通信的比例積分微分(PID)控制器提供的反饋控制信號(hào)， 來(lái)調(diào)節(jié)LFC的柱塞閥。然而，其可以采取一秒或一秒以上來(lái)使用反饋控制以穩(wěn)定液體流。這 可以延長(zhǎng)投配液體反應(yīng)物的時(shí)間。因此，在一些實(shí)施方式中，LFC可以在反饋控制模式和直 接控制模式之間動(dòng)態(tài)切換。在一些實(shí)施方式中，這可以通過(guò)禁用PID控制器和LFC的感測(cè)管 道來(lái)執(zhí)行。
[0073]噴頭406朝襯底412分配處理氣體。在圖4所示的實(shí)施方式中，襯底412位于噴頭406 下方，并且示出為安置在基座408上。噴頭406可以具有任何適當(dāng)?shù)男螤?，并可以具有任何適 當(dāng)數(shù)量和布置的端口，以將處理氣體分配至襯底412。
[0074] 在一些實(shí)施方式中，基座408可以升高或降低以暴露襯底412給襯底412和噴頭406 之間的體積。應(yīng)理解的是，在一些實(shí)施方式中，基座高度可以經(jīng)由合適的計(jì)算機(jī)控制器450 通過(guò)編程方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0075]在另一種情況下，調(diào)芐基座408的高度可以使得等離子體密度在包含在工藝中的 等離子體活化循環(huán)期間內(nèi)改變。在處理階段結(jié)束時(shí)，基座408可以在另一襯底傳送階段被降 低以使得襯底412能從基座408移走。
[0076] 在一些實(shí)施方式中，噴頭406的位置可以相對(duì)于基座408調(diào)節(jié)以改變襯底412和噴 頭406之間的體積。此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，基座408和/或噴頭406的垂直位置可以通過(guò)本公開(kāi) 內(nèi)容的范圍內(nèi)的任何合適的機(jī)構(gòu)來(lái)改變。在一些實(shí)施方式中，基座408可包含用于旋轉(zhuǎn)襯底 412的方位的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)。應(yīng)該理解的是，在一些實(shí)施方式中，這些示例性調(diào)節(jié)中的一種或多 種可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)控制器450以編程方式執(zhí)行。
[0077]在如上所述可以使用等離子體的一些實(shí)施方式中，噴頭406和基座408電連接射頻 (RF)功率源414和匹配網(wǎng)絡(luò)416來(lái)對(duì)等離子體提供功率。在一些實(shí)施方式中，等離子體的能 量可通過(guò)控制處理站的壓強(qiáng)、氣體的濃度、RF源功率、RF源頻率以及等離子體功率脈沖時(shí)序 中的一個(gè)或多個(gè)來(lái)控制。例如，RF功率源414和匹配網(wǎng)絡(luò)416可在任何合適的功率下進(jìn)行操 作，以形成具有所期望的自由基物質(zhì)的組分的等離子體。合適的功率的實(shí)施例包含在上文 中。同樣，RF功率源414可以提供任何適當(dāng)頻率的RF功率。在一些實(shí)施方式中，RF功率源414 可以被配置為控制彼此獨(dú)立的高頻RF功率源和低頻RF功率源。示例性的低頻RF頻率可以包 含，但不限于，介于OkHz和500kHz之間的頻率。示例性的高頻RF頻率可以包含，但不限于，介 于1.8MHz和2.45GHz之間的頻率，例如，或大于約13.56MHz、或大于27MHz、或大于40MHz、或 大于60MHz的頻率。應(yīng)當(dāng)理解，任何合適的參數(shù)可被離散地或連續(xù)地調(diào)制以提供用于表面反 應(yīng)的等離子體能量。等離子體條件可以被控制和/或維持，使得從蝕刻劑所產(chǎn)生的等離子體 優(yōu)先在特征開(kāi)口處或其附近進(jìn)行蝕刻，而不是在特征的側(cè)壁或底部進(jìn)行蝕刻。在一個(gè)非限 制性實(shí)例中，等離子體功率可以間歇地施以脈沖，以相對(duì)于被連續(xù)提供功率的等離子體減 少對(duì)襯底表面的離子轟擊。
[0078] 在一些實(shí)施方式中，等離子體可由一個(gè)或多個(gè)等離子體監(jiān)控器原位監(jiān)控。在一種 情形中，等離子體功率可通過(guò)一個(gè)或多個(gè)電壓、電流傳感器(例如，VI探針)進(jìn)行監(jiān)控。在另 一種情況下，等離子體密度和/或處理氣體的濃度可以由一個(gè)或多個(gè)光發(fā)射光譜傳感器 ( 0ES)來(lái)測(cè)量。在一些實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)等離子體參數(shù)可基于來(lái)自這樣的原位等離子 體監(jiān)控器的測(cè)量結(jié)果通過(guò)編程方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如，OES傳感器可用于反饋回路中以提供對(duì) 等離子體功率的編程式控制。應(yīng)理解的是，在一些實(shí)施方式中，可使用其它監(jiān)控器來(lái)監(jiān)控等 離子體和其它工藝特性。這樣的監(jiān)控器可包含，但不限于，紅外（IR)監(jiān)控器、聲學(xué)監(jiān)控器、以 及壓力傳感器。
[0079] 在一些實(shí)施方式中，可以經(jīng)由輸入/輸出控制（IOC)測(cè)序指令來(lái)提供用于控制器 450的指令。在一個(gè)示例中，用于設(shè)置工藝階段的條件的指令可被包含在工藝配方的相應(yīng)的 配方階段中。在某些情況下，工藝配方階段可按順序排列，使得用于工藝階段的所有指令與 該工藝階段同時(shí)執(zhí)行。在一些實(shí)施方式中，用于設(shè)定一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器參數(shù)的指令可以被 包含在配方階段中。例如，第一配方階段可以包含用于設(shè)置惰性氣體和/或反應(yīng)物氣體(例 如，第一前體，如乙硅烷)的流率的指令、用于設(shè)置載氣(諸如氬氣）的流率的指令；以及用于 第一配方階段的時(shí)延指令。接下來(lái)的第二配方階段可以包含用于調(diào)制或者停止惰性氣體 和/或反應(yīng)物氣體的流率的指令、用于調(diào)制載氣或者清掃氣體的流率的指令、以及用于第二 配方階段的時(shí)延指令。第三配方階段可以包含用于設(shè)定反應(yīng)物氣體(其可以是含鹵素的氣 體，例如三氟化氮）的流率的指令、用于調(diào)節(jié)載氣的流率的指令、以及用于第三配方階段的 時(shí)延指令。第四配方階段可以包含用于調(diào)節(jié)或者停止反應(yīng)物氣體的流率的指令、用于調(diào)節(jié) 載氣或者清掃氣體的流率的指令；以及用于第四配方階段的時(shí)延指令。第五配方階段可以 包含用于設(shè)置第二反應(yīng)物(例如氮)的流率的指令、用于調(diào)節(jié)載氣或者清掃氣體的流率的指 令；以及用于第五配方階段的時(shí)延指令。應(yīng)該理解的是，在本公開(kāi)的范圍內(nèi)，這些配方階段 可以進(jìn)一步細(xì)分和/或以任何適當(dāng)?shù)姆绞街貜?fù)。
[0080]在一些實(shí)施方式中，基座408可以經(jīng)由加熱器410進(jìn)行溫度控制。此外，在一些實(shí)施 方式中，對(duì)于處理站400的壓力控制可以由蝶形閥418提供。如在圖4的實(shí)施方式中所示，蝶 形閥418對(duì)由下游真空栗(未示出）提供的真空進(jìn)行調(diào)節(jié)。然而，在一些實(shí)施方式中，對(duì)處理 站400的壓力控制還可以通過(guò)改變引入至處理站400的一種或多種氣體的流率來(lái)調(diào)節(jié)。
[0081 ] 如上所述，一個(gè)或一個(gè)以上的處理站可以包含在多站處理工具中。圖5示出了多站 式處理工具500的實(shí)施方式的概要視圖，其具有入站裝載鎖502和出站裝載鎖504,其一者或 者兩者可以包含遠(yuǎn)程等離子體源。處于大氣壓的機(jī)械手506被配置為將晶片從通過(guò)艙508裝 載的盒經(jīng)由大氣端口 510移動(dòng)至入站裝載鎖502內(nèi)。晶片由機(jī)械手506放置在入站裝載鎖502 中的基座512上，關(guān)閉大氣端口 510，且抽空裝載鎖。當(dāng)入站裝載鎖502包含遠(yuǎn)程等離子體源 時(shí)，晶片在被引入處理室514之前，可以暴露至裝載鎖中的遠(yuǎn)程等離子體處理。此外，晶片另 外也可以在入站裝載鎖502中加熱，例如以移除濕氣和吸附的氣體。接下來(lái)，通向處理室514 的室傳輸端口 516被打開(kāi)，且另一個(gè)機(jī)械手(未示出）將晶片放置到在反應(yīng)器中被示出的第 一站的基座上的反應(yīng)器中以用于處理。盡管在圖5中繪出的實(shí)施方式包含裝載鎖，但應(yīng)該理 解的是，在一些實(shí)施方式中，可以使襯底直接進(jìn)入處理站。
[0082] 繪出的處理室514包含4個(gè)處理站，圖5所示的實(shí)施方式中編號(hào)為1至4。每個(gè)站具有 加熱的基座(對(duì)于站1示出為518)和氣體管線(xiàn)入口。應(yīng)該理解的是，在一些實(shí)施方式中，每個(gè) 處理站可以具有不同或者多個(gè)用途。例如，在一些實(shí)施方式中，處理站可以是可在ALD與等 離子體增強(qiáng)的ALD處理模式之間切換的。附加地或替代地，在一些實(shí)施方式中，處理室514可 以包含一個(gè)或多個(gè)ALD和等離子體增強(qiáng)的ALD處理站的匹配對(duì)。盡管繪出的處理室514包含4 個(gè)站，但要理解的是，根據(jù)本公開(kāi)所述的處理室可以具有任何適當(dāng)數(shù)量的站。例如，在一些 實(shí)施方式中，處理室可以具有5個(gè)或5個(gè)以上的站，而在其它實(shí)施方式中，處理室可以具有3 個(gè)或者更少的站。
[0083]圖5繪出了用于在處理室514內(nèi)傳輸晶片的晶片搬運(yùn)系統(tǒng)590的實(shí)施方式。在一些 實(shí)施方式中，晶片搬運(yùn)系統(tǒng)590可以在各種處理站之間和/或處理站與裝載鎖之間傳輸晶 片。應(yīng)該理解的是，可以采用任何適當(dāng)?shù)木徇\(yùn)系統(tǒng)。非限制性示例包含晶片轉(zhuǎn)盤(pán)和搬運(yùn) 晶片的機(jī)械手。圖5還繪出了采用來(lái)控制處理工具500的處理?xiàng)l件和硬件狀態(tài)的系統(tǒng)控制器 550的實(shí)施方式。系統(tǒng)控制器550可以包含一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器設(shè)備556、一個(gè)或多個(gè)海量存儲(chǔ) 設(shè)備554和一個(gè)或多個(gè)處理器552。處理器552可以包含計(jì)算機(jī)或者CPU、模擬和/或數(shù)字輸 入/輸出連接、步進(jìn)馬達(dá)控制器板等。
[0084] 在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)控制器550控制處理工具500的所有活動(dòng)。系統(tǒng)控制器550 執(zhí)行存儲(chǔ)在海量存儲(chǔ)設(shè)備554、載入存儲(chǔ)器設(shè)備556、并由處理器552執(zhí)行的系統(tǒng)控制軟件 558?？商娲?，控制邏輯可以在控制器550中硬編碼。特定應(yīng)用集成電路、可編程邏輯設(shè)備 (例如現(xiàn)場(chǎng)可編程?hào)艠O陣列、或者FPGA)等可以用于這些目的。在下面的討論中，無(wú)論使用 "軟件"還是"代碼"，可以使用功能上相當(dāng)?shù)挠簿幋a的邏輯來(lái)取代。系統(tǒng)控制軟件558可以包 含用于控制時(shí)序、氣體的混合、氣體流率、室和/或站壓強(qiáng)、室和/或站溫度、晶片溫度、目標(biāo) 功率電平、RF功率電平、襯底基座、卡盤(pán)和/或底座位置、以及由處理工具500執(zhí)行的特定處 理的其它參數(shù)的指令。系統(tǒng)控制軟件558可以以任何適當(dāng)?shù)姆绞脚渲谩＠?，各種處理工具 組件子程序或者控制對(duì)象可以寫(xiě)入以控制用于執(zhí)行各種處理工具處理的處理工具組件的 操作。系統(tǒng)控制軟件558可以以任何適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)可讀編程語(yǔ)言來(lái)編碼。
[0085]在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)控制軟件558可以包含用于控制上述各種參數(shù)的輸入/輸 出控制（IOC)測(cè)序指令。在一些實(shí)施方式中可以采用與系統(tǒng)控制器550關(guān)聯(lián)的、存儲(chǔ)在海量 存儲(chǔ)設(shè)備554和/或存儲(chǔ)器設(shè)備556的其它計(jì)算機(jī)軟件和/或程序。用于該目的的程序或者程 序段的示例包含襯底定位程序、處理氣體控制程序、壓力控制程序、加熱器控制程序、以及 等離子體控制程序。
[0086] 襯底定位程序可以包含用于處理工具組件的程序代碼，該處理工具組件用于將襯 底裝載到基座518,并控制襯底和處理工具500的其它部分之間的間隔。
[0087] 處理氣體控制程序可包含用于控制氣體組成(例如，如本文所述的含硅氣體、含氮 氣體、和含鹵素的蝕刻劑氣體以及清掃氣體)和流率的代碼和任選地用于使氣體在沉積之 前流到一個(gè)或多個(gè)處理站中以穩(wěn)定在處理站中的壓強(qiáng)的代碼。壓強(qiáng)控制程序可以包含用于 通過(guò)調(diào)節(jié)例如在處理站的排放系統(tǒng)中的節(jié)流閥、流入處理站內(nèi)的氣流等等來(lái)控制處理站內(nèi) 的壓強(qiáng)的代碼。
[0088] 加熱器控制程序可包含用于控制流向用于加熱襯底的加熱單元的電流的代碼?？?替代地，加熱器控制程序可控制傳熱氣體(如氦氣)朝向襯底上的傳送。
[0089] 等離子體控制程序可包含用于根據(jù)本文的實(shí)施方式設(shè)置施加到一個(gè)或多個(gè)處理 站內(nèi)的處理電極的RF功率電平的代碼。
[0090] 壓強(qiáng)控制程序可以包含用于根據(jù)本文的實(shí)施方式保持反應(yīng)室內(nèi)的壓強(qiáng)的代碼。
[0091] 在一些實(shí)施方式中，可以存在與系統(tǒng)控制器550相關(guān)聯(lián)的用戶(hù)界面。用戶(hù)界面可以 包含顯示屏、裝置和/或工藝條件的圖形軟件顯示器、以及諸如定點(diǎn)設(shè)備、鍵盤(pán)、觸摸屏、麥 克風(fēng)等用戶(hù)輸入設(shè)備。
[0092]在一些實(shí)施方式中，由系統(tǒng)控制器550調(diào)節(jié)的參數(shù)會(huì)涉及工藝條件。非限制性實(shí)例 包含處理氣體組成和流率、溫度、壓強(qiáng)、等離子體條件（例如，RF偏置功率電平）、壓強(qiáng)、溫度 等。這些參數(shù)可以以配方的形式提供給用戶(hù)，配方可以利用所述用戶(hù)界面輸入。
[0093]用于監(jiān)控處理的信號(hào)可以由系統(tǒng)控制器550的模擬和/或數(shù)字輸入連接件從各種 處理工具傳感器提供。用于控制處理的信號(hào)可以通過(guò)處理工具500的模擬和/或數(shù)字輸出連 接件輸出。可被監(jiān)控的處理工具傳感器的非限制性實(shí)例包含質(zhì)量流量控制器、壓力傳感器 (例如壓力計(jì)）、熱電偶等等。經(jīng)適當(dāng)編程的反饋和控制算法可以與來(lái)自這些傳感器的數(shù)據(jù) 一起使用，以保持工藝條件。
[0094]系統(tǒng)控制器550可以提供用于執(zhí)行上述沉積處理的程序指令。所述程序指令可以 控制多種處理參數(shù)，如DC功率電平、RF偏置功率電平、壓強(qiáng)、溫度等。所述指令可以控制這些 參數(shù)以根據(jù)本發(fā)明所描述的多種實(shí)施方式操作膜疊層的原位沉積。
[0095]系統(tǒng)控制器550將通常包含一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器設(shè)備和被配置成執(zhí)行指令的一個(gè)或 多個(gè)處理器以使該裝置將執(zhí)行根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方式所述的方法。包含用于控制根據(jù)所公 開(kāi)的實(shí)施方式的處理操作的指令的機(jī)器可讀的介質(zhì)可以耦合到系統(tǒng)控制器550。
[0096]在一些實(shí)現(xiàn)方式中，系統(tǒng)控制器550是系統(tǒng)的一部分，該系統(tǒng)可以是上述實(shí)施例的 一部分。這種系統(tǒng)可以包含半導(dǎo)體處理設(shè)備，該半導(dǎo)體處理設(shè)備包含一個(gè)或多個(gè)處理工具、 一個(gè)或多個(gè)處理室、用于處理的一個(gè)或多個(gè)平臺(tái)和/或具體的處理組件（晶片基座、氣流系 統(tǒng)等）。這些系統(tǒng)可以與用于控制它們?cè)谔幚戆雽?dǎo)體晶片或襯底之前、期間和之后的操作的 電子器件一體化。電子器件可以稱(chēng)為"控制器"，該控制器可以控制一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)的各種 元件或子部件。根據(jù)處理要求和/或系統(tǒng)的類(lèi)型，系統(tǒng)控制器550可以被編程以控制本文公 開(kāi)的任何工藝，包含控制處理氣體輸送、溫度設(shè)置(例如，加熱和/或冷卻）、壓強(qiáng)設(shè)置、真空 設(shè)置、功率設(shè)置、射頻(RF)產(chǎn)生器設(shè)置、RF匹配電路設(shè)置、頻率設(shè)置、流速設(shè)置、流體輸送設(shè) 置、位置及操作設(shè)置、晶片轉(zhuǎn)移進(jìn)出工具和其它轉(zhuǎn)移工具和/或與具體系統(tǒng)連接或通過(guò)接口 連接的裝載鎖。
[0097]廣義而言，系統(tǒng)控制器550可以定義為接收指令、發(fā)布指令、控制操作、啟用清潔操 作、啟用端點(diǎn)測(cè)量等等的具有各種集成電路、邏輯、存儲(chǔ)器和/或軟件的電子器件。集成電路 可以包含存儲(chǔ)程序指令的固件形式的芯片、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、定義為專(zhuān)用集成電路 (ASIC)的芯片和/或一個(gè)或多個(gè)微處理器或執(zhí)行程序指令(例如，軟件)的微控制器。程序指 令可以是以各種單獨(dú)設(shè)置的形式(或程序文件)傳送到系統(tǒng)控制器550的指令，該設(shè)置定義 用于在半導(dǎo)體晶片或系統(tǒng)上或針對(duì)半導(dǎo)體晶片或系統(tǒng)執(zhí)行特定處理的操作參數(shù)。在一些實(shí) 施方式中，操作參數(shù)可以是由工藝工程師定義的用于在制備晶片的一或多個(gè)(種)層、材料、 金屬、氧化物、硅、二氧化硅、表面、電路和/或管芯期間完成一個(gè)或多個(gè)處理步驟的配方 (recipe)的一部分。
[0098]在一些實(shí)現(xiàn)方式中，系統(tǒng)控制器550可以是與系統(tǒng)集成、耦合或者說(shuō)是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連 接系統(tǒng)或它們的組合的計(jì)算機(jī)的一部分或者與該計(jì)算機(jī)耦合。例如，系統(tǒng)控制器550可以在 "云端"或者是fab主機(jī)系統(tǒng)的全部或一部分，從而可以允許遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)晶片處理。計(jì)算機(jī)可以 啟用對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)以監(jiān)控制造操作的當(dāng)前進(jìn)程，檢查過(guò)去的制造操作的歷史，檢查多 個(gè)制造操作的趨勢(shì)或性能標(biāo)準(zhǔn)，改變當(dāng)前處理的參數(shù)，設(shè)置處理步驟以跟隨當(dāng)前的處理或 者開(kāi)始新的工藝。在一些實(shí)施例中，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)(例如，服務(wù)器)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)給系統(tǒng)提供工 藝配方，網(wǎng)絡(luò)可以包含本地網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可以包含允許輸入或編程參數(shù)和/或 設(shè)置的用戶(hù)界面，該參數(shù)和/或設(shè)置然后從遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)傳送到系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng) 控制器550接收數(shù)據(jù)形式的指令，該指令指明在一個(gè)或多個(gè)操作期間將要執(zhí)行的每個(gè)處理 步驟的參數(shù)。應(yīng)當(dāng)理解，參數(shù)可以針對(duì)將要執(zhí)行的工藝類(lèi)型以及工具類(lèi)型，系統(tǒng)控制器550 被配置成連接或控制該工具類(lèi)型。因此，如上所述，系統(tǒng)控制器550可以例如通過(guò)包含一個(gè) 或多個(gè)分立的控制器而為分布式，這些分立的控制器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接在一起并且朝著共同的 目標(biāo)(例如，本文所述的工藝和控制）工作。用于這些目的的分布式控制器的實(shí)施例可以是 與結(jié)合以控制室內(nèi)工藝的一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程集成電路(例如，在平臺(tái)水平或作為遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī) 的一部分)通信的室上的一個(gè)或多個(gè)集成電路。
[0099]在非限制性的條件下，示例的系統(tǒng)可以包含等離子體蝕刻室或模塊、沉積室或模 塊、旋轉(zhuǎn)清洗室或模塊、金屬電鍍室或模塊、清潔室或模塊、倒角邊緣蝕刻室或模塊、物理氣 相沉積(PVD)室或模塊、化學(xué)氣相沉積(CVD)室或模塊、ALD室或模塊、原子層蝕刻(ALE)室或 模塊、離子注入室或模塊、軌道室或模塊、以及在半導(dǎo)體晶片的制備和/或制造中可以關(guān)聯(lián) 上或使用的任何其它的半導(dǎo)體處理系統(tǒng)。
[0100]如上所述，根據(jù)工具將要執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)工藝步驟，系統(tǒng)控制器550可以與一個(gè) 或多個(gè)其它的工具電路或模塊、其它工具組件、組合工具、其它工具界面、相鄰的工具、鄰接 工具、位于整個(gè)工廠中的工具、主機(jī)、另一個(gè)控制器、或者在將晶片的容器往來(lái)于半導(dǎo)體制 造工廠中的工具位置和/或裝載口搬運(yùn)的材料搬運(yùn)中使用的工具通信。
[0101] 用于執(zhí)行本文公開(kāi)的方法的適當(dāng)裝置在2011年4月11日提交的名稱(chēng)為"等離子體 激活的共形膜沉積"的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 13/084399 (現(xiàn)在的美國(guó)專(zhuān)利No. 8，728，956); 2011 年4月11日提交的名稱(chēng)為"氮化硅膜和方法"的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 13/084305中進(jìn)一步討論并 說(shuō)明，這些專(zhuān)利中的每個(gè)整體并入本文。
[0102] 本文所述的裝置/工藝可以與光刻圖案化工具或工藝結(jié)合使用，例如，用于制備或 制造半導(dǎo)體器件、顯示器、LED、光伏電池板等。通常，雖然不是必要地，這些工具/工藝將在 共同的制造設(shè)施中一起使用或操作。膜的光刻圖案化通常包含以下操作中的一些或所有， 每個(gè)操作啟用多個(gè)可行的工具：（1)使用旋涂或噴涂工具在工件，即，襯底上涂覆光致抗蝕 劑；（2)使用熱板或加熱爐或UV固化工具固化光致抗蝕劑；（3)使用例如晶片步進(jìn)曝光機(jī)之 類(lèi)的工具使光致抗蝕劑暴露于可見(jiàn)光或紫外線(xiàn)或X-射線(xiàn)；（4)使抗蝕劑顯影以便選擇性地 去除抗蝕劑并且從而使用例如濕式工作臺(tái)之類(lèi)的工具將其圖案化；（5)通過(guò)使用干式或等 離子體輔助蝕刻工具將抗蝕劑圖案轉(zhuǎn)印到下方的膜或工件上;并且(6)使用例如射頻或微 波等離子體抗蝕劑剝離器之類(lèi)的工具去除抗蝕劑。 試驗(yàn) 試驗(yàn)1
[0103] 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將通過(guò)常規(guī)ALD工藝沉積的氮化硅膜的共形性與通過(guò)所公開(kāi)的實(shí)施方 式沉積的氮化硅膜的共形性進(jìn)行比較。
[0104] 在第一個(gè)試驗(yàn)中，將襯底暴露于50個(gè)循環(huán)的原子層沉積，每個(gè)循環(huán)包括將襯底暴 露于乙硅烷、清掃室、將襯底暴露于氮并點(diǎn)燃等離子體、以及清掃該室。在圖6A示出了襯底 600的在特征上沉積有氮化硅610的圖像。注意，在特征的頂部的膜比在側(cè)壁的膜明顯較厚。
[0105] 在第二個(gè)試驗(yàn)中，將襯底暴露于根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方式的50個(gè)原子層沉積循環(huán)， 每個(gè)循環(huán)包括將襯底暴露于乙硅烷、清掃室、將襯底暴露于三氟化氮(含鹵素的蝕刻劑）、清 掃室、將襯底暴露于氮并點(diǎn)燃等離子體、以及清掃該室。用于兩個(gè)試驗(yàn)的吹掃氣體是氬氣。 在每個(gè)循環(huán)將襯底暴露于三氟化氮。在圖6B示出了襯底600的在特征上沉積有氮化硅680的 圖像。注意，相比于圖6A，在圖6B中的特征的頂部的膜的厚度與在側(cè)壁的膜上的厚度較相 似。
[0106] 對(duì)于兩種試驗(yàn)，氮化硅膜的厚度是在特征的頂部、在特征的側(cè)壁的頂端部分、在特 征的側(cè)壁的底端部分、以及在特征的底部測(cè)得的。計(jì)算比率以確定這些不種組件之間的共 形性。比率越接近100%，則膜越共形。結(jié)果示于下表1。 表1在利用和不利用蝕刻劑(NF3)的情況下的硅氮化物沉積
[0107] 如表1所示，相比于沒(méi)有利用蝕刻劑沉積的膜的比率，利用蝕刻劑沉積的膜的比率 更加接近100%。例如，對(duì)于利用蝕刻劑沉積的膜，側(cè)壁底端比側(cè)壁頂端的比率為52%，相比 而言，對(duì)于沒(méi)有利用蝕刻劑沉積的膜，側(cè)壁底端比側(cè)壁頂端的比率為29%。這些結(jié)果表明， 使用所公開(kāi)的實(shí)施方式沉積的膜的共形性被改善，所公開(kāi)的實(shí)施方式涉及將蝕刻劑暴露并 入到原子層沉積工藝中。 結(jié)論
[0108] 雖然上述實(shí)施例已經(jīng)為了清楚理解的目的在一些細(xì)節(jié)方面進(jìn)行了描述，但顯而易 見(jiàn)的是，某些變化和修改方案可在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)實(shí)施。例如，盡管各種操作可以被 以特定順序顯示或描述，但實(shí)現(xiàn)方式可以包括以其它順序執(zhí)行操作的工藝，除非另有明確 規(guī)定。例如，在一些實(shí)施方式中，本文所公開(kāi)的操作可以以與附圖中描繪的或在說(shuō)明書(shū)或權(quán) 利要求書(shū)闡述的順序不同的順序執(zhí)行，并且仍然獲得有益的結(jié)果。此外，在一些實(shí)現(xiàn)方式 中，各種操作可以被消除，或者除了所說(shuō)明的操作外，還可以執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)附加的操作。
[0109] 應(yīng)當(dāng)注意的是，具有實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式的工藝、系統(tǒng)和裝置的許多替代方式。 因此，本發(fā)明的實(shí)施方式應(yīng)被視為是說(shuō)明性的而不是限制性的，并且所述實(shí)施方式并不限 于本文所給出的細(xì)節(jié)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種處理在室中的襯底的方法，該方法包括： (a) 提供具有一個(gè)或多個(gè)特征的襯底，每個(gè)特征包括特征開(kāi)口； (b) 在使得含硅前體能吸附到所述襯底的表面上的條件下，將所述襯底暴露于所述含 硅前體，由此形成含硅前體吸附層； (c) 在將所述襯底暴露于所述含硅前體后，將所述襯底暴露于含鹵素的蝕刻劑；以及 (d) 將所述襯底暴露于含氮反應(yīng)物并點(diǎn)燃等離子體，以在所述特征開(kāi)口處或其附近選 擇性地蝕刻所述第一前體吸附層并形成氮化硅膜。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在使所述含鹵素的蝕刻劑能選擇性地吸附到所述 第一前體吸附層上的條件下，使所述襯底暴露于所述含鹵素的蝕刻劑。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述含鹵素的蝕刻劑選自由三氟化氮、氯、三氟甲 烷、四氟化碳、以及它們的組合組成的組。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述含鹵素的蝕刻劑包括化學(xué)式為CnF2n+^CnF 2n的 化合物，其中η>1。5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其中在將所述襯底暴露于所述含鹵素的蝕 刻劑之后清掃所述室。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中通過(guò)使清掃氣體流動(dòng)來(lái)清掃所述室，所述清掃氣體 選自由氬氣、氦氣、氮?dú)夂蜌錃饨M成的組。7. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述含硅前體選自由硅烷、乙硅烷、丙 硅烷、丁硅烷、三甲硅烷基胺、氨基硅烷、和鹵代硅烷組成的組。8. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述含氮反應(yīng)物選自由氮、氨、肼和胺 類(lèi)組成的組。9. 一種處理在室中的襯底的方法，該方法包括： 通過(guò)執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)循環(huán)來(lái)沉積膜，循環(huán)包括： (a) 提供具有一個(gè)或多個(gè)特征的襯底，每個(gè)特征包括特征開(kāi)口； (b) 在使得第一前體能吸附到所述襯底的表面上的條件下，將所述襯底暴露于所述第 一前體，由此形成第一前體吸附層； (c) 在將所述襯底暴露于所述第一前體后，將所述襯底暴露于含鹵素的蝕刻劑；以及 (d) 將所述襯底暴露于第二反應(yīng)物并點(diǎn)燃等離子體，以在所述特征開(kāi)口處或其附近選 擇性地蝕刻所述第一前體吸附層并形成膜。10. -種用于處理襯底的裝置，該裝置包括： (a) 至少一個(gè)處理室，所述處理室包含用于保持襯底的基座； (b) 至少一個(gè)出口，所述出口用于耦合到真空； (c) 一個(gè)或多個(gè)處理氣體進(jìn)口，所述處理氣體進(jìn)口耦合到一個(gè)或多個(gè)含硅前體源和一 種或多種含鹵素的蝕刻劑； (d) 射頻(RF)產(chǎn)生器;和 (e) 用于控制所述裝置中的操作的控制器，所述控制器包括用于以下操作的機(jī)器可讀 指令： (i) 將含硅前體引入所述處理室； (ii) 在將所述含硅前體引入之后，將含鹵素的蝕刻劑引入所述室；以及 (i i i)將含氮反應(yīng)物引入所述室并點(diǎn)燃等離子體以形成氮化硅膜。
【文檔編號(hào)】H01L21/02GK106057637SQ201610206201
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年4月5日 公開(kāi)號(hào)201610206201.6, CN 106057637 A, CN 106057637A, CN 201610206201, CN-A-106057637, CN106057637 A, CN106057637A, CN201610206201, CN201610206201.6
【發(fā)明人】米卡爾·達(dá)內(nèi)克, 喬恩·亨利, 謝恩·唐
【申請(qǐng)人】朗姆研究公司