CN107924820B - 基板处理方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种基板处理方法，包括：朝着被容置在反应腔室中的基板注入包括含有硅的源材料的气体；通过产生包括氧基团的等离子体将所述源材料沉积在所述基板上以形成沉积膜；和通过注入包括氧基团的等离子体气体执行所述沉积膜的表面处理。

Description

基板处理方法
技术领域
实施方式涉及基板处理方法，其中可满足所需的密度和台阶覆盖率且可明显减少孔洞的产生。
背景技术
此处描述的内容仅提供实施方式的背景信息，而不构成现有技术。
通常，通过经由在基板上多次重复半导体工艺沉积和叠置所需形状的结构，制造半导体存储装置、液晶显示装置、有机发光装置等。
半导体制造包括在基板上沉积指定薄膜的工艺、用于暴露薄膜的所选区域的光刻工艺、用于从所选区域去除薄膜的蚀刻工艺等。这种半导体制造在反应腔室内进行，在反应腔室中实现用于相应工艺的最佳环境。
使用化学气相沉积(CVD)或者原子层沉积执行基板沉积工艺。
在CVD中，由于通过注入用于在基板上沉积的工艺气体在基板上形成沉积膜，因此CVD具有高沉积速度，但是与原子层沉积相比沉积膜具有较低的均匀性和质量。
在原子层沉积中，由于通过将源气体、净化气体、反应气体和净化气体顺序注入到基板上经由原子层吸收在基板上形成沉积膜，因此原子层沉积具有沉积膜被均匀沉积在基板上的优点，但是具有低的沉积速度。
由于需要形成基板上的装置的高集成度和制造具有3D结构的基板，因此，基板沉积工艺需要将沉积膜形成为具有均匀且高的密度以及沉积中的高均匀性，即高的台阶覆盖率。
特别是，如果执行用于在基板制造期间通过叠置多个沉积膜填充在具有3D结构的基板上形成的间隙的间隙填充工艺，则在一体地组合了沉积膜的区域中会产生不希望的孔洞。
由于这种孔洞的产生会引起半导体产品操作特性的缺陷，因此应当丢弃具有孔洞的半导体产品，由此，需要用于减少孔洞产生的基板处理方法。
公开内容
技术问题
由此，实施方式提供了一种基板处理方法，其中可满足所需的密度和台阶覆盖率，且可显著减少孔洞产生。
技术方案
在一个实施方式中，一种基板处理方法包括：朝着被容置在反应腔室中的基板进行包括含有硅的源材料的气体的注入；通过产生包括氧基团的等离子体在基板上沉积源材料以形成沉积膜；以及通过注入包括氧基团的等离子体气体执行沉积膜的表面处理。
在一个实施方式中，可在一个反应腔室内处理被设置为多个的基板。
反应腔室可包括：旋转的基板支撑单元，在基板支撑单元上对称地安装有多个基板；与基板支撑单元的上表面间隔开的盖；安装在盖上的气体注入单元；和安装在盖上并与气体注入单元分开的等离子体产生单元。
气体注入单元可包括：被配置成注入包括源材料的气体的第一注入单元和被配置成划分反应腔室的空间并注入用于净化反应腔室的气体的第二注入单元。
发明效果
在实施方式中，在表面处理中，通过将等离子体气体重复注入到沉积膜上，沉积膜会收缩。因此，随着沉积膜收缩，沉积膜的密度会提高。而且，随着沉积膜收缩，存在于沉积膜内或者在沉积膜表面上的一些细小的气泡会被去除且沉积膜的沉积过程中的均匀性，即沉积膜的台阶覆盖率会提高。
而且，如果沉积膜经历了表面处理，则形成在间隙的上部上的沉积膜比形成在间隙的下部上的沉积膜更加薄且更加密。这种结构可抑制在间隙填充操作期间产生孔洞。
附图简要说明
图1是示出根据一个实施方式的基板处理方法的流程图。
图2是示出根据一个实施方式在表面处理之后在基板间隙上沉积的沉积膜形状的截面图。
图3是示出根据一个实施方式在表面处理次数和表面处理中的湿蚀刻速率之间关系的图表。
图4是示出根据一个实施方式通过基板处理方法在具有间隙的基板上完成沉积膜的形成的截面图。
图5是示出通过一般基板处理方法在具有间隙的基板上完成沉积膜的形成的截面图。
图6是示意性示出根据一个实施方式在基板处理方法中使用的反应腔室的图。
发明的最佳实施方式
以下，将参照附图描述实施方式。可不同地修改这些实施方式，将参照附图示例性描述具体实施方式。但是，实施方式不限于此而是可涵盖实施方式范围内的所有修改、变型和等同物。在此，为了清楚和便于描述，图中示出的元件的尺寸或形状可被放大。
而且，术语“第一”、“第二”等可用于描述不同元件，但这些元件受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件和另一个元件。此外，考虑到实施方式的构造和功能具体限定的术语仅用于描述实施方式，而不限制实施方式的范围。
在实施方式的下文描述中，将理解，当每个元件被描述为形成在另一个元件“上”或“下”时，其可直接位于另一个元件“上”或“下”，或者在其间具有一个或多个中间元件的情形下间接形成。此外，还将理解，在元件“上”或“下”可指元件向上的方向和向下的方向。
而且，实施方式的描述中使用的关系术语“上/上方/上部”以及“下/下方/下部”等不是必需或暗示物质和元件之间的物理或者逻辑关系或者其顺序，而是仅用于区分一个物质或元件与其他物质或元件。
图1是示出根据一个实施方式的基板处理方法的流程图。图2是示出根据一个实施方式在表面处理之后在基板10(参照图6)的间隙20上沉积的沉积膜100的形状的截面图。图3是示出根据一个实施方式在表面处理次数和表面处理中的湿蚀刻速率之间关系的图表。
如图1中示例性示出的，根据一个实施方式的表面处理方法包括：注入(操作S100)、沉积(操作S110)、第一次判断(操作S120)、第一次净化(操作S130)、表面处理(操作S140)、第二次净化(操作S150)和第二次判断(操作S160)。
在注入(操作S100)中，可将包括含有硅的源材料的气体注入到被容置在反应腔室200中的基板10上(参照图6)。这种源材料是用于形成沉积膜100的材料，且，根据实施方式，可使用用于形成硅氧化物的源材料例如SiH4等。
此处，可自反应腔室200的外部提供包括源材料的气体，用于形成沉积膜100的源材料的存储单元和用于传送源材料的工艺气体的存储单元彼此分开，且源材料和工艺气体混合并被引入到反应腔室200中。
除了传送源材料的功能外，工艺气体可以是由处理基板10所需的成分形成的气体。例如，工艺气体可以是反应气体比如O2或O3，或者是净化气体比如Ar或N2。
在沉积(操作S110)中，可在反应腔室200内产生包括氧基团的等离子体且通过在基板10上沉积源材料可在被容置在反应腔室200内的基板上形成沉积膜100。
在沉积(操作S110)中，源材料形成硅氧化物且由此沉积膜100可以是硅氧化物膜。此处，在沉积(操作S110)中，通过使用等离子体沉积，可将沉积膜100可形成在基板10上。而且，在沉积(操作S110)中，可附加地使用热沉积。
在等离子体沉积中，可将产生等离子体的气体例如反应气体(比如O2或O3)引入到反应腔室200中作为工艺气体。通过安装在反应腔室200中的等离子体产生单元，可将引入到反应腔室200中的O2或O3分离成离子，由此产生等离子体。
在热沉积中，可在将源材料和工艺气体引入到反应腔室200中之前，加热源材料和工艺气体，或者可在将源材料和工艺气体引入到反应腔室200中之后，通过在反应腔室200中设置的加热装置加热源材料和工艺气体。
稍后将参照图6更具体地描述根据一个实施方式的反应腔室200的结构。
在沉积(操作S110)中，热沉积和等离子体沉积二者可同时使用，且更适当地，可使用热等离子体原子层沉积方法，并且例如O2和O3可混合且用作等离子体产生气体。
在第一次判断(操作S120)中，判断沉积膜100是否被形成为预定厚度。可考虑到沉积膜100的材料、表面处理期间收缩之后的沉积膜100的厚度、多个沉积膜100的数量、形成在基板10的沉积区域上的间隙宽度等，适当设置沉积膜100的厚度。
在第一次判断中，如果沉积膜100的厚度小于预定厚度，则基板处理方法可返回到注入(操作S100)，继续执行沉积直到沉积膜100达到预定厚度为止。此处，为了判断沉积膜100是否被形成为预定厚度，可测量沉积膜100的厚度。为了快速操作的目的，可使用自动化设备适当测量沉积膜100的厚度。
而且，一旦在第一次判断中判断出沉积膜100达到了预定厚度，就可执行第一次净化。
在第一次净化(操作S130)中，一旦判断出沉积膜100达到预定厚度，就可将净化气体注入到反应腔室200中，以便净化反应腔室200的内部。
此处，净化气体可被引入到反应腔室200中且由此将剩余的源材料排放至反应腔室200的外部而不在反应腔室200中形成沉积膜100。如上所述，可将惰性气体比如Ar或N2用作净化气体。
在表面处理(操作S140)中，等离子体气体可被注入到沉积膜100上，以便执行沉积膜100的表面处理。在表面处理(操作S140)中，等离子体气体可被重复喷射到沉积膜100上。
此处，在表面处理中，可通过使用包括氧基团的材料的等离子体来执行表面处理。例如，可将O2、O3、NO等用作包括氧基团的材料。
在表面处理中，等离子体气体可被重复注入到沉积膜100上以便收缩沉积膜100。因此，随着沉积膜100收缩，沉积膜100会变得更加硬化且由此沉积膜100的密度可提高。
而且，随着沉积膜100收缩，沉积膜100的湿蚀刻速率可被降低且由此沉积膜100的耐久性可提高。稍后将参照图3更加具体地描述湿蚀刻速率。
而且，随着沉积膜100收缩，可去除沉积膜100内部或者沉积膜100表面上存在的一些细小气泡且可提高沉积膜100的沉积均匀性，即沉积膜100的台阶覆盖率。
可通过将等离子体气体重复注入到沉积膜100上重复表面处理，直到沉积膜100达到预定密度和台阶覆盖率为止。
图3是示出根据一个实施方式在表面处理中表面处理次数和湿蚀刻速率之间关系的图表。如果沉积膜100被浸泡在蚀刻溶液中，则湿蚀刻速率表示在具体时间的沉积膜蚀刻程度。因此，随着湿蚀刻速率降低，沉积膜100的化学阻抗性和耐久性会提高。
如果湿蚀刻速率较高，则沉积膜100的密度较低，且如果湿蚀刻速率较低，则沉积膜100的密度较高。因此，湿蚀刻速率和沉积膜100的密度彼此成反比。
如图3中示例性示出的，随着表面处理次数增加，湿蚀刻速率降低。可以证明，随着表面处理次数增加，沉积膜100变得更加硬化且沉积膜密度提高。因此，为了提高沉积膜100的密度，可增加表面处理次数。
但是，如果表面处理次数增加，则沉积膜100的形成工艺速度降低，且由此，整个基板10上的沉积工艺速度降低。因此，可考虑到确保高的工作速度以及所需的沉积膜100的密度和台阶覆盖率，适当选择表面处理次数。
图2是示出基板10的间隙20上沉积的已经经历了表面处理的沉积膜100的形状的截面图。在表面处理(操作S140)中，可执行形成在基板10的间隙20上的沉积膜100的表面处理。
根据需要，如图2中示例性示出的，可将间隙20形成在基板10的上表面上，且可在沉积(操作S110)中执行间隙填充操作以利用沉积膜100填充间隙20。
此处，通过表面处理，形成在间隙20的下部上的沉积膜100的厚度可大于形成在间隙20的上部上的沉积膜100。如此的原因在于：在表面处理中，等离子体气体主要与形成在间隙20的上部上的沉积膜100反应，且与在间隙20的上部上的沉积膜100相比，较少地与较深地形成在间隙20的下部上的沉积膜100反应。
也就是，与间隙20的下部相比，间隙20的上部更多地暴露到等离子体气体，且由此，与形成在间隙20的下部上的沉积膜100相比，形成在间隙20的上部上的沉积膜100更积极地收缩。
因此，如果已经执行了表面处理，则与形成在间隙20的下部上的沉积膜100相比，形成在间隙20的上部上的沉积膜100可更薄且更密。在间隙填充操作期间这种结构会抑制产生孔洞V(参照图5)。稍后将参照图4和5对此进行具体描述。
在第二次净化(操作S150)中，净化气体可被注入到反应腔室200中以便净化反应腔室200的内部。以与第一次净化(操作S130)相同的方式，在第二次净化(操作S150)中，净化气体可被引入到反应腔室200中，且由此可将剩余的源材料排放至反应腔室200的外部而不在反应腔室200中形成沉积膜100。如上所述，可将惰性气体比如Ar或N2用作净化气体。
在第二次判断(操作S160)中，判断沉积膜100是否形成预定数量的多层。在第二次判断(操作S160)中，如果沉积膜100形成数量小于预定数量的多层，则基板处理方法可返回到注入(操作S100)且可重复执行沉积(操作S110)至第二次净化(操作S150)的操作。
当基板处理方法经由第二次净化到达第二次判断时，再次判断沉积膜100是否形成了预定数量的多层。一旦判断沉积膜100形成了预定数量的多层，则所有上述操作可终止。
图4是示出根据一个实施方式通过基板处理方法在具有间隙20的基板10上完成沉积膜100的形成的截面图。图5是示出通过一般基板处理方法在具有间隙20的基板10上完成沉积膜100的形成的截面图。
如图4中示例性示出的，基板10包括间隙20，其上表面开口，且可通过经由基板处理方法的各操作在间隙20的表面上形成具有多层的沉积膜100执行间隙填充操作以填充间隙20。
如上面参照图2所述的，由于在表面处理中与间隙20的下部相比，间隙20的上部更多地暴露至等离子体气体，因此经由表面处理，与形成在间隙20的上部上的沉积膜100相比，形成在间隙20的下部上的沉积膜100可具有更大厚度。
如图4中示例性示出的，各沉积膜100例如第一沉积膜100-1、第二沉积膜100-2、第三沉积膜100-3、第四沉积膜100-4和第五沉积膜100-5可被顺序沉积，且由此完全填充间隙20，之后可完成间隙填充操作。
尽管本实施方式描述了5个沉积膜100，但是沉积膜100的数量可以是3或更少或者6或更多。
在实施方式中，除了位于最上部位置的第五沉积膜100-5之外，其余沉积膜100-1、100-2、100-3和100-4可被配置成使得形成在间隙20的下部上的每一个沉积膜100-1、100-2、100-3和100-4的厚度都大于形成在间隙20的上部上的每一个沉积膜100-1、100-2、100-3和100-4的厚度，且形成在间隙20的中心部上的每一个沉积膜100-1、100-2、100-3和100-4的厚度具有介于形成在间隙20的下部上的每一个沉积膜100-1、100-2、100-3和100-4的厚度与形成在间隙20的上部上的每一个沉积膜100-1、100-2、100-3和100-4的厚度之间的值。
由于这种结构，由于沉积膜100的大厚度使得在间隙20的下部和中间部上的各沉积膜100可在其界面处被压向彼此，且被一体地组合而不会存在孔洞，以填充间隙20，由此完成间隙填充操作。
而且，在表面处理中形成在间隙20的上部上的沉积膜100可充分收缩且在其界面处被压向彼此，由此被一体地组合而不存在孔洞。
但是，与图4中示出的实施方式不同，如果通过一般基板处理方法进行间隙填充操作，如图5中示例性示出的，例如，孔洞V会形成在第三沉积膜100-3的一个表面的区域处，这个表面与第三沉积膜100-3的与第二沉积膜100-2形成界面的其他表面相对。
在图5中示例性示出的间隙填充操作的情况下，由于不执行表面处理，因此，如果通过顺序沉积第一沉积膜100-1、第二沉积膜100-2、第三沉积膜100-3和第四沉积膜100-4执行间隙填充操作，则在间隙20的上部、中心部和下部处形成的沉积膜100-1、100-2、100-3和100-4的厚度相等。
因此，第三沉积膜100-3的其他表面(其与第三沉积膜100-3的与第二沉积膜100-2形成界面的表面相对)的相对部分不被充分地压向彼此，且由此，孔洞V可被形成在第三沉积膜100-3的其他表面的相对部分之间。
如上文参照图4和5所述的，在本实施方式中，特别是，如果通过经由表面处理在基板10上形成沉积膜100来完成间隙填充操作，则抑制了在间隙20中心处产生孔洞。
图6是示意性示出根据一个实施方式示意性在基板处理方法中使用的反应腔室200的图。
反应腔室200可包括基板支撑单元210、盖220、气体注入单元230和等离子体产生单元。图6中示出的实施方式的反应腔室200容置多个基板10且由此可执行在一个反应腔室200中在基板10上的沉积膜100的形成。
可与图6中示出的实施方式不同，在具有其中基板支撑单元不旋转的结构的反应腔室(未示出)中执行上述基板处理方法。
基板10可安装在基板支撑单元210上，以便关于基板支撑单元210的中心对称，且基板支撑单元210可旋转。此处，基板支撑单元210可由穿过反应腔室200的底表面中心的旋转轴(未示出)支撑。
尽管图6示出了基板支撑单元210在顺时针方向旋转，但是基板支撑单元210可在逆时针方向旋转，使得沉积膜100可被形成在基板10上。
安装在基板支撑单元210上的一些基板10可通过第二注入单元232在空间上与其他基板10分离，这在稍后将描述。
因此，其上已经完成将沉积膜100形成至预定厚度以及在沉积和第一次判断之后执行表面处理的基板10可在空间上与其他基板10分离，且通过等离子体产生单元被暴露至等离子体以便使用等离子体执行表面处理。
盖220可与基板支撑部分210的上表面间隔开且用于封闭反应腔室200的上部。而且，气体注入单元230和等离子体产生单元可安装在盖220上，且这种情况下，盖220可用作电极以将电力提供至等离子体产生单元。
气体注入单元230可安装在盖220上，用于将基板处理方法中使用的各种类型的工艺气体朝着安装在基板支撑单元210上的基板10向下注入，且包括第一注入单元231和第二注入单元232。
第一注入单元231可将包括源材料的气体朝着安装在基板支撑单元210上的基板10向下注入以在基板10上形成沉积膜100，由此执行基板10上沉积膜100的沉积。
第二注入单元232可用于划分反应腔室200的空间并注入用于净化反应腔室200的气体。因此，作为自第二注入单元232注入的气体，可使用惰性气体例如Ar和N2，如上所述。
因此，第二注入单元232可划分反应腔室200的空间，且如果在基板100上(其上经由沉积和第一次判断完成了沉积膜100的形成)执行使用等离子体的表面处理，则第二注入单元232用于注入气体以划分反应腔室200的空间。
由此，例如在通过经由第二注入单元232划分反应腔室200的空间而形成的两个被划分的空间当中，可同时执行在一个被划分的空间中的沉积和在另一个被划分的空间中的表面处理。
而且，在第一次净化和第二次净化期间，第二注入单元232可用于注入净化气体以净化反应腔室200内的剩余源材料。
如果在沉积期间使用等离子体沉积方法，则等离子体产生单元可使用反应气体比如O2或O3产生等离子体，且在表面处理期间使用包括氧基团例如上述的反应气体(比如O2、O3或NO)的材料产生等离子体。
此处，如果在沉积期间使用等离子体，则可不操作第二注入单元232且可同时执行安装在基板支撑单元210上的所有基板10上的沉积。
而且，如果在沉积期间使用等离子体且操作第二注入单元232，为了使用反应气体比如O2或O3产生等离子体，在通过第二注入单元232划分的空间当中在其中执行沉积的被划分空间中，可将分离的等离子体产生单元设置在盖220上。
尽管参考多个说明性实施方式描述了各实施方式，但是应当理解，所属领域技术人员可设计出落入到本发明公开原理的精神和范围内的多种其他修改和实施方式。更特别地，在本发明的说明书、附图和权利要求书的范围内，在主题组合布置的组成部分和/或配置中各种变化和修改是可能的。除了组成部分和/或配置中的变化和修改之外，替代使用对于所属领域技术人员也将是显而易见的。
工业应用性
在实施方式中，在表面处理中，通过将等离子体气体重复注入到沉积膜上沉积膜会收缩。因此，随着沉积膜收缩，沉积膜的密度会提高。而且，随着沉积膜收缩，存在于沉积膜内或者沉积膜表面上的一些细小气泡会被去除且在沉积膜的沉积中的均匀性，也就是沉积膜的台阶覆盖率可提高。由此具备工业应用性。

Claims (14)

1.一种基板处理方法，包括：
朝着被容置在反应腔室中的基板注入包括含有硅的源材料的气体；
通过产生包括氧基团的等离子体使用等离子体原子层沉积方法将所述源材料沉积在所述基板上以形成沉积膜；
通过将净化气体注入到所述反应腔室来第一次净化所述反应腔室的内部；
通过注入包括氧基团的等离子体气体执行所述沉积膜的表面处理；以及
通过将净化气体注入到所述反应腔室中，第二次净化所述反应腔室的内部，
其中所述基板包括间隙，在其所述间隙中容置所述沉积膜，
其中，在执行所述表面处理时，在所述间隙的内表面的上部上的沉积膜相比在所述间隙的内表面的下部上的沉积膜更多地暴露到所述等离子体气体，使得形成在所述间隙的内表面的上部上的沉积膜相比形成在所述间隙的内表面的下部上的沉积膜更积极地收缩，
其中形成在所述间隙的内表面的上部上的沉积膜相比形成在所述间隙的内表面的下部上的沉积膜更薄且更密，
其中形成在所述间隙的中心部上的每一个沉积膜的厚度具有介于形成在所述间隙的下部上的每一个沉积膜的厚度与形成在所述间隙的上部上的每一个沉积膜的厚度之间的值，
其中通过产生等离子体将所述源材料沉积在所述基板上与通过注入等离子体气体执行所述沉积膜的表面处理在所述反应腔室的被划分的空间中同时执行。
2.如权利要求1所述的基板处理方法，还包括：在沉积之后第一次判断所述沉积膜是否被形成为预定厚度。
3.如权利要求1所述的基板处理方法，还包括：在第二次净化之后：
第二次判断所述沉积膜是否形成预定数量的多层。
4.如权利要求1所述的基板处理方法，其中所述源材料形成硅氧化物，所述沉积膜是硅氧化物膜。
5.如权利要求1所述的基板处理方法，其中在沉积中，通过使用热沉积将所述沉积膜形成在所述基板上。
6.如权利要求5所述的基板处理方法，其中使用O2和O3中的至少一种形成等离子体。
7.如权利要求2所述的基板处理方法，其中在第一次判断中，如果所述沉积膜的厚度小于预定厚度，则所述基板处理方法返回到注入。
8.如权利要求1所述的基板处理方法，其中在执行表面处理中，所述沉积膜收缩，使得所述沉积膜的密度提高。
9.如权利要求8所述的基板处理方法，其中重复执行表面处理，直到所述沉积膜达到预定密度和台阶覆盖率为止。
10.如权利要求3所述的基板处理方法，其中在第二次判断中，如果通过所述沉积膜形成的层数小于所述预定数量，则所述基板处理方法返回至注入。
11.如权利要求1所述的基板处理方法，其中所述沉积膜在所述间隙的表面上形成多层以通过执行注入、沉积和表面处理填充所述间隙。
12.如权利要求1所述的基板处理方法，其中被设置为多个的基板在一个反应腔室中处理。
13.如权利要求12所述的基板处理方法，其中所述反应腔室包括：
旋转的基板支撑单元，具有对称地安装在所述基板支撑单元上的多个基板；
盖，与所述基板支撑单元的上表面间隔开；
安装在所述盖上的气体注入单元；和
等离子体产生单元，安装在所述盖上并与所述气体注入单元分开。
14.如权利要求13所述的基板处理方法，其中所述气体注入单元包括：
第一注入单元，被配置成注入包括所述源材料的气体；和
第二注入单元，被配置成划分所述反应腔室的空间且注入用于净化所述反应腔室的气体。
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