CN113169022A - 在图案化和未图案化的基板上的沉积膜的顺序沉积和高频等离子体处理 - Google Patents

在图案化和未图案化的基板上的沉积膜的顺序沉积和高频等离子体处理 Download PDF

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Abstract

本文所公开的实施例包括形成高质量的氮化硅膜的方法。在实施例中，一种在基板上沉积膜的方法可包括：通过沉积工艺在第一处理空间中在基板的表面之上形成氮化硅膜；以及在第二处理空间中处理氮化硅膜，其中处理氮化硅膜包括：将膜暴露于由模块化的高频等离子体源引起的等离子体。在实施例中，等离子体的壳层电势小于100V，并且高频等离子体源的功率密度为约5W/cm2或更高、约10W/cm2或更高，或约20W/cm2或更高。

Description

在图案化和未图案化的基板上的沉积膜的顺序沉积和高频等 离子体处理
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年11月6日提交的美国非临时申请第16/676,097号的权益，所述美国非临时申请要求2018年11月30日所申请的美国临时申请第62/774,022号的权益，这些申请的全部内容通过引用并入本文。
背景技术
实施例涉及模块化的高频等离子体源，并且更具体地涉及利用模块化的高频等离子体源形成薄膜的方法。
技术领域
电子器件朝向增加的速度和密度的的迅速收缩导致了通过化学气相沉积(CVD)、等离子体增强CVD(PECVD)、原子层沉积(ALD)和等离子体增强ALD(PEALD)中的一种或多种所沉积的薄膜的厚度减小。具体来说，较低的膜厚度限制了诸如气密性、电阻等的膜功能的有效性。
此外，改善薄膜功能的努力并非没有问题。由于膜很薄，因此对膜的处理可能会对下层产生负面影响。因此，尽管现有方法允许沉积这样的薄膜，但这样的薄膜当前不具有期望的特性以提供具有这样的按比例缩小尺寸的器件。
发明内容
本文所公开的实施例包括形成高质量的膜的方法。在实施例中，一种在基板上沉积膜的方法可包括：在第一处理空间中以沉积工艺在基板的表面之上形成氮化硅膜；以及在第二处理空间中处理氮化硅膜，其中处理氮化硅膜包括：将膜暴露于由模块化的高频等离子体源引起的等离子体。在实施例中，等离子体的壳层电势小于100V，并且高频等离子体源的功率密度为约5W/cm2或更高、约10W/cm2或更高，或约20W/cm2或更高。
实施例还可包括在基板上沉积膜的方法，其包括：在第一处理空间中，在基板的表面之上沉积包括硅的膜。在实施例中，方法可进一步包括：用第一等离子体处理来处理膜，其中第一等离子体处理是包括氮和氦的RF感应等离子体以形成氮化硅膜。在实施例中，方法可进一步包括：将氮化硅膜暴露于第二等离子体处理，其中第二等离子体处理是包括适合于蚀刻氮化硅膜的物质的RF感应等离子体。在实施例中，方法可进一步包括：在第二处理空间中，用第三等离子体处理来处理氮化硅膜，其中第三等离子体处理包括由模块化的高频等离子体源引起的等离子体。
实施例还可包括一种形成高质量的氮化硅膜的方法。方法可包括：(a)在第一处理空间中，以等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺在基板的表面之上沉积包括硅的膜；(b)用第一RF等离子体来原位处理包括硅的膜，其中RF等离子体包含氮和氦以形成氮化硅膜；(c)用第二RF等离子体蚀刻氮化硅，其中第二RF等离子体包含氟、氯、氮和碳中的一种或多种；以及(d)用微波等离子体处理氮化硅膜，其中微波等离子体由模块化微波等离子体源引起。
上文的发明内容不包括所有实施例的详尽列表。可构想到，包括了可从以上概述的各种实施例、以及在下文的具体实施方式中所公开的和在与本申请一起提交的权利要求中特别指出的那些实施例的所有合适组合来实践的所有系统和方法。这样的组合具有在以上概述中未具体叙述的特定优势。
附图说明
图1A是根据实施例的用于形成高质量的薄膜的处理工具的示意图，所述处理工具具有用于沉积膜的第一处理空间和具有用于处理膜的模块化的高频等离子体源的第二处理空间。
图1B是根据实施例的用于形成高质量的薄膜的处理工具的示意图，所述处理工具具有多个处理体积，其中所述处理体积中的至少一者包括用于处理膜的模块化的高频等离子体源。
图2是根据实施例的包括模块化的高频等离子体源的处理空间的示意图。
图3A是根据实施例的固态高频等离子体源模块的示意性框图。
图3B是根据实施例的具有模块化的高频等离子体源的处理工具的一部分电子设备的示意性框图，所述模块化的高频等离子体源包括多个模块化的高频等离子体源模块，每个高频等离子体源模块均具有振荡器模块和反馈控制。
图4是根据实施例的定位在作为处理腔室的一部分的介电片上的施加器阵列的截面图。
图5是示出根据实施例的用于形成薄膜的工艺的工艺流程图。
图6A至图6C是根据实施例的在其上沉积薄膜的基板的截面图。
图7示出了根据实施例的可与模块化微波辐射源结合使用的示例性计算机系统的框图。
具体实施方式
根据本文描述的实施例的装置包括具有模块化的高频等离子体源的处理工具和使用这种工具在基板上制造氮化硅薄膜的方法。在以下描述中，阐述了许多具体细节以便提供对实施例的透彻理解。对于本领域技术人员将显而易见的是，可在没有这些具体细节的情况下实践实施例。在其他实例中，未详细描述众所周知的方面，以免不必要地模糊实施例。此外，应当理解，附图中示出的各种实施例是说明性表示，并且不一定按比例绘制。
如上所述，当前的处理方法不适合于形成高质量的薄膜。因此，本文所公开的实施例包括以合适的沉积工艺(例如，CVD、PECVD、ALD或PEALD)沉积并随后用从模块化的高频等离子体源生成的等离子体来处理的薄膜。用从这种源生成的等离子体来处理膜具有若干益处。
首先，从高频等离子体源生成的等离子体具有比其他等离子体类型(诸如由RF源产生的等离子体)更高的密度和/或包括更高浓度的激发中性物质。因此，存在更多可用于处理膜表面的活性物质。例如，经处理的膜可具有较低的氢含量。经处理的膜还可具有增加数量的可发生后续结合的部位。例如，在氮化硅膜中，经处理的膜的氮浓度可接近硅与氮的理想化学计量比(即3∶4)，这导致膜的密度增加。
另外，可生成具有显著低于RF等离子体的壳层电势的壳层电势的高频等离子体。例如，与RF等离子体中的约100V的等离子体的壳层电势相比，由高频等离子体源生成的等离子体的壳层电势可约为10V。因此，在薄膜下方的下层不太可能被处理工艺损坏。因此，能够制造厚度小于1nm的膜而不会损坏下层。
现在参考图1A，示出了根据实施例的用于形成高质量薄膜的处理工具100的示意图。在实施例中，处理工具100可包括第一处理空间170和第二处理空间180。第一处理空间170可用于沉积薄膜。例如，第一处理空间170可适合于CVD、PECVD、ALD和PEALD工艺中的一个或多个。第二处理空间180可用于以高频等离子体来处理所沉积的膜。例如，第二处理空间180可包括模块化的高频等离子体源。下文参考图2至图4提供第二处理空间180的更详细描述。
在实施例中，第一处理空间170和第二处理空间180可在单个处理工具100中彼此连接。例如，在图1A中，基板174可在第一处理空间170与第二处理空间180之间传递(如箭头所示)。在特定实施例中，处理工具100可以是群集工具，所述群集工具包括可通过装载锁访问的多个离散的处理空间。在这样的实施例中，基板174可通过由基板处理机器人等穿过装载锁传递来在两个处理空间170和180之间传递。在其他实施例中，处理工具100可具有整体(global)空间，其中第一处理空间170和第二处理空间180彼此流体耦接。在这样的实施例中，基板174可在第一处理空间170与第二处理空间180之间旋转而不会离开处理工具100的整体空间。
现在参考图1B，示出了根据实施例的具有多个第一处理空间1701-2和第二处理空间1801-2的处理工具100的示意图。在实施例中，第一处理空间1701和1702可彼此基本相似，并且第二处理空间1801和1802可彼此基本相似。
在其他实施例中，第一处理空间1701和1702可彼此不同。例如，第一处理空间1701可被配置成用于沉积第一类型的膜，并且第一处理空间1702可被配置成用于沉积第二类型的膜。在这样的实施例中，可形成第一类型的薄膜和第二类型的薄膜的交替堆叠。在其他实施例中，处理空间1701可被配置成用于提供ALD工艺的第一处理气体混合物，并且第二处理空间1702可被配置成用于提供ALD工艺的第二处理气体混合物。在一些实施例中，第二处理空间1801可不同于第二处理空间1802。例如，可在不同的第二处理空间1801和1802中实施不同的等离子体处理。
尽管在图1B中示出了两个第一处理空间1701-2和两个第二处理空间1801-2，但应当理解，在各种实施例中可包括任何数量的第一处理空间170和任何数量的第二处理空间180。另外，用于沉积膜的第一处理空间170的数量可不同于用于处理所沉积的膜的第二处理空间180的数量。
此外，尽管在图1A和图1B中将第一处理空间170和第二处理空间180示出为与单个处理工具100集成在一起，但应理解，实施例不限于这类配置。例如，第一处理空间170可处于与第二处理空间180不同的处理工具中。另外，尽管第二处理空间180被描述为包括模块化的高频等离子体源，但应当理解，当使用等离子体辅助沉积工艺(例如，PECVD或PEALD)来沉积膜时，第一处理空间170还可包含模块化的高频等离子体源。
现在参考图2至图4，示出了描绘用于在第二处理空间180中处理膜的模块化的高频等离子体源的一系列图示。本文所述的实施例包括模块化的高频等离子体源，所述模块化的高频等离子体源包括高频等离子体源模块的阵列。如本文所使用的，“高频”可指高频电磁辐射，这包括射频辐射、甚高频(very-high-frequency)辐射、超高频(ultra-high-frequency)辐射和微波辐射中的一个或多个。“高频”可指在0.1MHz与300GHz之间的频率。根据实施例，每个高频等离子体源模块包括振荡器模块、放大模块和施加器。在实施例中，振荡器模块和放大模块包括全部为固态电子部件的电子部件。
代替例如磁控管的固态电子器件的使用允许显著减小高频等离子体源的尺寸和复杂性。另外，固态部件的使用允许消除将高频辐射传输至处理腔室所需的笨重的波导。替代地，高频辐射可通过同轴电缆传输。消除波导还允许构造大面积的模块化的高频等离子体源，其中所形成的等离子体的尺寸不受波导尺寸的限制。替代地，可用给定的图案构造高频等离子体源模块的阵列，所述阵列允许形成任意大(且任意形状)的等离子体以匹配任何基板的形状。此外，可选择施加器的横截面形状，以使施加器阵列可尽可能紧密地封装在一起(即，封闭封装的阵列)。
高频等离子体源模块阵列的使用还通过针对每个高频等离子体源模块独立地改变放大模块的功率设置来在局部改变辐射场和/或等离子体密度的能力上提供了更大的灵活性。这允许在等离子体处理期间进行均匀性优化，诸如针对晶片边缘效应进行的调整、针对传入晶片非均匀性进行的调整，以及调整处理系统的等离子体密度的能力，在所述处理系统中需要非均匀性来补偿处理系统的设计(例如，以适应一些处理腔室中旋转晶片的不均匀径向速度)。
除了等离子体的增强的可调谐性之外，与现有的RF等离子体源中当前可用的功率密度相比，单独的高频等离子体源模块的使用提供了更大的功率密度。例如，高频等离子体源模块可允许的功率密度是典型的RF等离子体处理系统的约五倍或更多倍。例如，进入PECVD工艺中的典型功率为约3000W，并且对于直径300mm的晶片提供约4W/cm2的功率密度。相反，根据实施例的高频等离子体源模块可使用具有4cm直径施加器的300W功率放大器，以在大约1的施加器封装密度下提供约24W/cm2的功率密度。在施加器封装密度为1/3且使用1000W功率放大器的情况下，提供27W/cm2的功率密度。在施加器封装密度为1且使用1000W功率放大器的情况下，提供80W/cm2的功率密度。在特定实施例中，高频等离子体源的功率密度为约5W/cm2或更大、约10W/cm2或更大，或约20W/cm2或更大。
用于制造高频等离子体(例如，微波等离子体)的常规方法涉及使用单个振荡器模块和单个电极或施加器以将高频能量耦接至处理气体。然而，使用具有被划分成对多个电极/施加器中的每一者供电的单个振荡器模块的多个电极/施加器结构具有缺点。具体来说，由于由单个振荡器模块生成的电磁辐射导致由每个施加器发射的电磁辐射彼此处于相同频率且处于固定相位，因此将必然形成干涉图样。干涉图样产生局部最大值和最小值，从而导致不均匀的辐射场和/或等离子体。
因此，实施例包括高频发射模块的阵列，其中每个高频发射模块具有其本身的振荡器模块。当使用多个振荡器模块时，由第一振荡器模块生成的电磁辐射可能不会干涉由第二振荡器模块生成的电磁辐射，因为第一振荡器模块和第二振荡器模块可能不处于相同的频率或不具有在第一振荡器模块与第二振荡器模块之间的受控相位差。因此，由于没有干涉图样，等离子体将具有改善的均匀性。
现在参考图2，示出了根据实施例的处理空间180的剖视图。在一些实施例中，处理空间180可以是适合于用等离子体处理膜的处理工具。一般来说，实施例包括处理空间180，处理空间180包括腔室278。在处理空间180中，腔室278可以是真空腔室。真空腔室可包括泵(未示出)以用于从腔室中去除气体，以提供期望的真空。另外的实施例可包括腔室278，腔室278包括用于向腔室278中提供处理气体的一个或多个气体管线271和用于从腔室278中去除副产物的排气管线272。尽管未示出，但应当理解，处理腔室180可包括喷头以用于将处理气体均匀地分布在基板274上。
在实施例中，基板274可被支撑在卡盘276上。例如，卡盘276可以是任何合适的卡盘，诸如静电卡盘。卡盘还可包括冷却管线和/或加热器，以在处理期间对基板274提供温度控制。由于本文所述的高频发射模块的模块化配置，实施例允许处理空间180容纳任何尺寸的基板274。例如，基板274可以是半导体晶片(例如200mm、300mm和450mm或更大)。替代实施例还包括除半导体晶片之外的基板274。例如，实施例可包括被配置成用于处理(例如，用于显示技术的)玻璃基板的处理空间180。
根据实施例，处理空间180包括模块化的高频等离子体源204。模块化的高频等离子体源204可包括高频等离子体源模块205的阵列。在实施例中，每个高频等离子体源模块205可包括振荡器模块206、放大模块230和施加器242。在实施例中，振荡器模块206和放大模块230可包括为固态电子部件的电子部件。在实施例中，多个振荡器模块206中的每一者可通信地耦接到不同的放大模块230。在一些实施例中，振荡器模块206与放大模块230之间可存在1：1的比率。例如，每个振荡器模块206可电耦接到单个放大模块230。在实施例中，多个振荡器模块206可生成处于多于一个频率且不具有受控相位关系的电磁辐射。因此，在腔室278中所引起的电磁辐射将不会以导致不期望的干涉图样的方式相互作用。
在实施例中，每个振荡器模块206生成电磁辐射，所述电磁辐射被传输到放大模块230。在由放大模块230进行处理之后，电磁辐射被传输到施加器242。根据实施例，施加器242的阵列被耦接至腔室278，并且各自发射电磁辐射至腔室278中。在一些实施例中，施加器242将电磁辐射耦接至腔室278中的处理气体以产生等离子体。在实施例中，可存在耦接到每个振荡器模块206的一个或多个施加器242。
现在参考图3A，示出了根据实施例的模块化的高频等离子体源204中的高频等离子体源模块205中的电子器件的示意性框图。在实施例中，每个振荡器模块206包括电压控制电路310，电压控制电路310用于向压控振荡器320提供输入电压，以便以期望的频率产生高频电磁辐射。实施例可包括在约1V与10V DC之间的输入电压。压控振荡器320是电子振荡器，其振荡频率由输入电压控制。根据实施例，来自电压控制电路310的输入电压导致压控振荡器320以期望的频率振荡。在实施例中，高频电磁辐射可具有在约0.1MHz与30MHz之间的频率。在实施例中，高频电磁辐射可具有在约30MHz与300MHz之间的频率。在实施例中，高频电磁辐射可具有在约300MHz与1GHz之间的频率。在实施例中，高频电磁辐射可具有在约1GHz与300GHz之间的频率。在实施例中，多个振荡器模块206中的一个或多个可以以不同的频率发射电磁辐射。
根据实施例，电磁辐射从压控振荡器220传输到放大模块230。放大模块230可包括各自耦接到电源339的驱动器/前置放大器334和主功率放大器336。根据实施例，可以以脉冲模式操作放大模块230。例如，放大模块130可具有在1％与99％之间的占空比。在更特定的实施例中，放大模块230可具有在约15％与50％之间的占空比。
在实施例中，电磁辐射可在被放大模块230处理之后被传输到施加器242。然而，由于输出阻抗的不匹配，传输到施加器242的一部分功率可被反射回去。因此，一些实施例包括检测器模块381，检测器模块381允许感测前向功率383和反射功率382的电平并将其反馈给控制电路模块321。应当理解，检测器模块381可位于系统中的一个或多个不同位置。在实施例中，控制电路模块321解释前向功率383和反射功率392，并确定通信地耦接到振荡器模块206的控制信号385的电平和通信地耦接到放大模块230的控制信号386的电平。在实施例中，控制信号385调整振荡器模块206以优化耦接到放大模块230的高频辐射。在实施例中，控制信号386调整放大器模块230以优化耦接到施加器242的输出功率。在实施例中，振荡器模块206和放大模块230的反馈控制可允许反射功率的电平小于前向功率的约5％。在一些实施例中，振荡器模块206和放大模块230的反馈控制可允许反射功率的电平小于前向功率的约2％。
因此，实施例允许增加的百分比的前向功率耦接到处理腔室278中，并增加耦接到等离子体的可用功率。此外，使用反馈控制的阻抗调谐优于典型的缝隙平板(slot-plate)天线中的阻抗调谐。在缝隙平板天线中，阻抗调谐涉及移动在施加器中所形成的一个或多个插片。这涉及施加器中的部件的机械移动，这增加了施加器的复杂性。此外，机械移动可能不如由压控振荡器220提供的频率的变化那么精确。
现在参考图3B，示出了根据实施例的具有高频等离子体源模块205的阵列的模块化的高频等离子体源204的一部分固态电子器件的示意图。在所示的实施例中，每个高频等离子体源模块205包括振荡器模块206，振荡器模块206通信地耦接到不同的放大模块230。放大模块230中的每一个可耦接到不同的施加器242。在实施例中，控制电路321可通信地耦接到振荡器模块206和放大模块230。
在示出的实施例中，振荡器模块206和放大模块230中的每一者形成在诸如印刷电路板(PCB)之类的单个板390上。然而，应当理解，振荡器模块206和放大模块230可形成在两个或更多个不同的板390上。在所示的实施例中，示出了四个高频等离子体源模块305。然而，应当理解，模块化的高频等离子体源204可包括两个或更多个高频等离子体源模块205。例如，模块化的高频发射源204可包括2个或更多个高频等离子体源模块、5个或更多个高频等离子体源模块、10个或更多个高频等离子体源模块或25个或更多个高频等离子体源模块。
现在参考图4，示出了根据实施例的处理空间180的一部分的视图，处理空间180具有耦接到腔室278的施加器242的阵列440。在所示的实施例中，来自施加器242的高频电磁辐射通过被定位成靠近介电板450来耦接到腔室278中。施加器242与介电板450的接近允许施加器242的介电谐振腔中的高频辐射谐振与介电板450耦接，所述高频辐射谐振随后可与腔室中的处理气体耦接以生成等离子体。在一个实施例中，施加器242可与介电板450直接接触。在另外的实施例中，施加器242可与介电板450的表面间隔开，只要微波辐射仍可被传递到介电板450。在另外的实施例中，施加器242可被设置在介电板450中的腔中。在又另一实施例中，施加器242可穿过介电板450，使得施加器242暴露于腔室278的内部。
在实施例中，施加器242可包括被配置为发射高频电磁辐射的任何频率的任何天线设计。在实施例中，施加器的阵列440可包括多于一个施加器242设计。例如，施加器242的阵列440可包括用于发射第一高频辐射的第一施加器和用于发射与第一高频辐射不同的第二高频辐射的第二施加器。
根据实施例，可从介电板450移除施加器42的阵列440(例如，为了维护、重新布置施加器的阵列以容纳具有不同尺寸的基板、或出于任何其他原因)，而无需从腔室278移除介电板450。因此，可在不需释放腔室278中的真空的情况下移除施加器242。根据另外的实施例，介电板450还可用作气体注入板或喷头。
现在参考图5，示出了根据实施例的用于形成高质量的氮化硅薄膜的工艺550的工艺流程图。在实施例中，可在诸如以上在图1A或图1B中所描述的处理工具100之类的处理工具中实施工艺550，所述处理工具至少包括用于沉积薄膜的第一处理空间170和用于对薄膜改性的第二处理空间180。在实施例中，还可在两个或更多个不同的处理工具中实施工艺550。例如，用于沉积薄膜的第一处理空间可位于第一处理工具中，并且用于对薄膜改性的第二处理空间可位于第二处理工具中。在其他实施例中，也可在单个处理空间中实施工艺550。即，用于沉积薄膜的第一处理空间可以与用于对薄膜改性的第二处理空间相同。
在实施例中，工艺550可从操作551开始，操作551包括：在第一处理空间中的基板上沉积膜。在实施例中，可将膜沉积在图案化的基板或未图案化的基板上。可通过CVD、PECVD、ALD或PEALD工艺来沉积膜。在特定实施例中，膜的沉积还可包括：在第一处理空间中对膜进行原位处理。例如，处理操作551可包括以下子操作：1)沉积膜；2)用第一等离子体处理膜；以及3)蚀刻膜。膜的蚀刻可能不会从基板上完全去除膜。可实施这样的蚀刻操作以便改善膜在图案化的基板上的台阶覆盖率。在实施例中，可重复子操作1至3中的一个或多个以便提供具有期望厚度的膜。
在实施例中，操作550随后可继续进行操作552，操作552包括：在第二处理空间中，用由模块化的高频等离子体源引起的第二等离子体来对氮化硅膜改性。在实施例中，模块化的高频等离子体源可以是诸如以上参考图2至图4所描述的等离子体源之类的等离子体源。在实施例中，第二等离子体可以是与在操作551中用于处理所沉积的膜的第一等离子体不同的等离子体。
在实施例中，模块化的高频等离子体源的使用提供了具有高浓度的激发中性物质的稠密等离子体以用于处理膜的表面。具有高浓度的膜物质的稠密等离子体提供了一种改性膜，所述改性膜具有用于随后沉积的膜层的改进的粘合表面。在实施例中，高频等离子体源可具有约5W/cm2或更大的功率密度。因此，可提供更致密的膜。例如，在PECVD氮化硅膜的情况下，等离子体可具有高浓度的氮，以便在改性表面上提供额外的氮位。在实施例中，用模块化的高频等离子体源引起的等离子体还可降低膜的氢浓度。
在实施例中，由模块化的高频等离子体源引起的等离子体的使用还允许在不损坏膜下方的下层的情况下处理薄膜。例如，膜可具有小于1nm的厚度，并且仍然不会导致与下层的负面相互作用。在特定实施例中，由于等离子体的相对较低的壳层电势，因此下层不被损坏。例如，用模块化的高频等离子体源引起的等离子体可具有比RF等离子体的壳层电势低一个数量级的壳层电势。在实施例中，用模块化的高频等离子体引起的等离子体的壳层电势可小于约100V或小于约25V。在特定的实施例中，壳层电势为约10V。
在实施例中，操作550可继续进行操作553，操作553包括：确定是否已获得期望的膜厚度。当尚未达到期望的膜厚度时，操作550可循环回到操作551，并且可沉积膜的第二层。当达到期望的膜厚度时，操作550可继续进行到操作553，操作553包括在操作554处结束工艺。
在图5中，工艺550示出为顺序地执行操作551和操作552，以提供具有期望厚度的膜。然而，应当理解，工艺550不需要以顺序模式进行。例如，在实施操作552(即，处理工艺)之前，可多次重复操作551(即，沉积工艺)。另外，在实施操作552之前，可重复子操作1-3中的一个或多个子操作任意次数(顺序地或以任何其他顺序)。在其他实施例中，可在子操作1-3之间实施操作552。
在实施例中，在操作551中沉积的膜可以是氮化硅薄膜。下文将更详细地描述使用工艺550来形成氮化硅薄膜。
在实施例中，工艺550可从操作551开始，操作551包括：在基板上沉积包括硅的膜。在实施例中，可通过PECVD工艺来沉积包括硅的膜。在实施例中，适合于PECVD沉积的第一处理空间可用于沉积包括硅的膜。在实施例中，可在使氨和一种或多种硅前驱物(例如，SiH4、三甲硅烷基胺(TSA)等)流入第一处理空间中的同时，将在50W与2.50kW之间的RF功率传送至腔室。在实施例中，第一处理空间可具有保持在1托与50托之间的压力，并且加热器温度保持在30℃与500℃之间。在一些实施例中，以在1kHz与20kHz之间的频率和在1％与40％之间的占空比来脉冲传送至第一处理空间的等离子体功率。根据期望的膜厚度，这种沉积工艺的时间可在0.01秒至数百秒的范围内。在实施例中，在沉积之后(例如，用N2)净化第一处理空间，以允许在压力被带到第一处理空间内的基部时解吸残余产物。
在实施例中，操作551可继续原位等离子体处理，其中保持在0.05托与25托之间的压力下以20W至2000W之间的功率暴露于N2和He等离子体，以形成氮化硅膜。在实施例中，可在等离子体处理之后(例如，用N2)进行净化。在实施例中，可将第一子操作(即，用硅前驱物沉积)和第二子操作(即，用N2和He进行等离子体处理)循环任意次以提供期望的膜厚度。
在实施例中，可用包括蚀刻工艺的第三子操作继续进行操作551。例如，第三子操作可包括具有一种或多种蚀刻气体(例如，NF3、F2、Cl2和CF4等)的原位脉冲等离子体。在实施例中，对蚀刻气体等离子体的功率可以是10W-2500W。在实施例中，N2的气体流量范围可以是1slm至20slm，并且蚀刻气体的气体流量范围可在0sccm至1000sccm之间。在实施例中，蚀刻子操作的时间可在0s与120s之间。在一些实施例中，脉冲RF功率参数的占空比可在1％至30％的范围内。在实施例中，此类RF功率的脉冲频率可在1kHz与30kHz之间的范围内。在实施例中，蚀刻子操作可用于改善图案化基板之上的沉积膜的台阶覆盖率。
在实施例中，工艺550随后可继续进行操作552，操作552包括：在第二处理空间中，用由高频等离子体源引起的等离子体来处理膜。在实施例中，可从包括氮气和惰性缓冲气体(例如，氩气等)的气体中引起高频等离子体。在实施例中，气体流量可以为0.01sccm至50sccm。在实施例中，第二处理空间可保持在0.01托与25托之间的压力。在实施例中，温度可保持在20℃与400℃之间。在实施例中，高频等离子体源的施加器与基板之间的距离可在1mm与250mm之间。在实施例中，高频等离子体源可具有约5W/cm2或更大、约10W/cm2或更大、或约20W/cm2或更大的功率密度。在实施例中，用模块化的高频等离子体引起的等离子体的壳层电势可小于约100V或小于约25V。在特定的实施例中，壳层电势为约10V。
现在参考图6A至图6C，示出了根据实施例的基板的一系列截面图，使用诸如上述工艺550之类的工艺将高质量的氮化硅薄膜沉积到所述基板。
现在参考图6A，示出了根据实施例的基板674的截面图。在所示的实施例中，基板674被示为未图案化的基板。然而，应理解，基板674可包括图案化表面(例如，包括沟槽、台阶等)。在实施例中，可在基板674的表面之上沉积膜661。例如，可通过与上述操作551相似的操作来沉积膜661。具体来说，可通过CVD、PECVD、ALD或PEALD工艺来沉积膜661。在实施例中，膜661可以是薄膜。即，膜661的厚度T可为50nm或更小。在实施例中，膜661的厚度T可为10nm或更小。在实施例中，膜661的厚度T可为1nm或更小。在实施例中，膜661可以是氮化硅。在对基板进行图案化的实施例中，膜661可以与图案化的基板的形貌共形。
现在参考图6B，示出了根据实施例的在用由模块化的高频等离子体源引起的等离子体来处理膜之后的截面图。在实施例中，等离子体处理可基本上类似于在上述操作552中实施的处理。在实施例中，经处理的膜661可具有改性表面662。例如，在氮化硅膜的情况下，改性表面662可具有可用于与膜的后续沉积的层结合的氮物质的增加的密度。因此，改善了膜的密度。在实施例中，改性表面662还可具有降低的氢浓度。在图6B中，改性表面662被示出为基本上位于膜661的顶表面附近。然而，应当理解，可通过等离子体处理对膜661的任何部分(直至膜661的整个厚度)进行改性。
现在参考图6C，示出了根据实施例的在膜661上沉积第二层663之后的截面图。在实施例中，第二层663可以是与膜661相同的材料(例如，氮化硅)。在实施例中，改性表面662改善了膜661与第二层663之间的结合，以便提供具有更高质量的膜。
现在参考图7，示出了根据实施例的处理工具100的示例性计算机系统760的框图。在实施例中，计算机系统760耦接到处理工具100并控制处理工具100中的处理。计算机系统760可连接(例如，联网)到局域网络(LAN)、内部网络、外部网络或因特网中的其他机器。计算机系统760可在客户端-服务器网络环境中以服务器或客户端机器的能力进行操作，或在对等(或分布式)网络环境中作为对等机器进行操作。计算机系统760可以是个人计算机(PC)、平板计算机、机顶盒(STB)、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话、web电器、服务器、网络路由器、交换器或网桥，或能够(顺序地或以其他方式)执行一组指令的任何机器，所述指令指定要由此机器执行的操作。此外，尽管仅针对计算机系统760示出了单个机器，但术语“机器”也应被认为包括单独地或共同地执行一组(或多组)指令以执行本文所述的方法中的任何一种或多种方法的机器(例如，计算机)的任何集合。
计算机系统760可包括具有非瞬态机器可读介质的计算机程序产品或软件722，在所述非瞬态机器可读介质上存储有指令，所述指令可用于对计算机系统760(或其他电子器件)进行编程以执行诸如根据实施例的工艺550之类的工艺。机器可读介质包括用于以机器(例如，计算机)可读的形式存储或传输信息的任何机制。例如，机器可读(例如，计算机可读)介质包括机器(例如，计算机)可读存储介质(例如，只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、磁盘存储介质、光学存储介质和闪存装置等)、机器(例如，计算机)可读传输介质(电、光、声或其他形式的传播信号(例如，红外信号、数字信号等))等。
在实施例中，计算机系统760包括经由总线730与彼此通信的系统处理器702、主存储器704(例如，只读存储器(ROM)、闪存、诸如同步DRAM(SDRAM)或Rambus DRAM(RDRAM)之类的动态随机存取存储器(DRAM)等)、静态存储器706(例如，闪存、静态随机存取存储器(SRAM)等)和辅助存储器718(例如，数据存储装置)。
系统处理器702表示一个或多个通用处理装置，诸如微系统处理器、中央处理单元等。更具体来说，系统处理器可以是复杂指令集计算(CISC)微系统处理器、精简指令集计算(RISC)微系统处理器、超长指令字(VLIW)微系统处理器、实现其他指令集的系统处理器或实现指令集的组合的系统处理器。系统处理器702也可以是一个或多个专用处理装置，诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号系统处理器(DSP)和网络系统处理器等。系统处理器702配置成执行用于执行本文所述的操作的处理逻辑726。
计算机系统760可进一步包括用于与其他装置或机器进行通信的系统网络接口装置708。计算机系统760还可包括视频显示单元710(例如，液晶显示器(LCD)、发光二极管显示器(LED)或阴极射线管(CRT)、字母数字输入装置712(例如，键盘)、光标控制装置714(例如，鼠标)和信号生成装置716(例如，扬声器)。
辅助存储器718可包括机器可访问存储介质731(或更具体来说，计算机可读存储介质)，在机器可访问存储介质731上存储了体现本文所述的方法或功能中的任何一者或多者的一组或多组指令(例如，软件722)。在由计算机系统760执行软件722期间，软件722还可全部或至少部分地驻留在主存储器704内和/或系统处理器702内，主存储器704和系统处理器702也构成机器可读存储介质。可经由系统网络接口装置708通过网络720进一步发送或接收软件722。
尽管在示例性实施例中将机器可访问存储介质731示出为单个介质，但术语“机器可读存储介质”应被认为包括存储一组或多组指令的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库和/或相关联的高速缓存和服务器)。术语“机器可读存储介质”还应被认为包括能够存储或编码一组指令以供由机器执行并且使机器执行方法中的任何一种或多种方法的任何介质。因此，术语“机器可读存储介质”应被认为包括但不限于固态存储器以及光学和磁介质。
在前述说明书中，已描述了特定的示例性实施例。显而易见的是，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可对其进行各种修改。因此，说明书和附图应被认为是说明性而不是限制性的。

Claims (15)

1.一种在基板上沉积膜的方法，包括：
在第一处理空间中以沉积工艺在所述基板的表面之上形成氮化硅膜；以及
在第二处理空间中处理所述膜，其中处理所述膜包括：将所述膜暴露于由模块化的高频等离子体源引起的等离子体，其中所述等离子体的壳层电势小于100V，并且其中所述高频等离子体源的功率密度为约5W/cm2或更高。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一沉积工艺包括化学气相沉积(CVD)、等离子体增强CVD(PECVD)、原子层沉积(ALD)或等离子体增强ALD(PEALD)。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述沉积工艺包括：
将包括硅的膜沉积到所述基板的所述表面上；
对所述包括硅的膜进行原位等离子体处理，其中所述等离子体处理包括等离子体，所述等离子体包括氮和氦以形成所述氮化硅膜；以及
脉冲等离子体蚀刻。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一处理空间和所述第二处理空间在同一工具中。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述第一处理空间和所述第二处理空间在不同的工具中。
6.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
顺序地重复在所述第一处理空间中在所述基板的所述表面之上形成所述氮化硅膜以及在第二处理空间中处理所述氮化硅膜的所述操作，直到获得期望的膜厚度。
7.如权利要求6所述的方法，其中在所述基板的所述表面之上形成所述氮化硅膜的每次迭代使所述氮化硅膜的厚度增加小于约1nm。
8.如权利要求6所述的方法，其中所述期望的膜厚度为50nm或更小。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述基板是图案化的基板。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述基板是未图案化的基板。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述模块化的高频等离子体源包括：
多个高频等离子体源模块，其中每个高频等离子体源模块包括：
振荡器模块，其中所述振荡器模块包括：
电压控制电路；以及
压控振荡器；
放大模块，其中所述放大模块耦接至所述振荡器模块；以及
施加器，其中所述施加器耦接至所述放大模块。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述高频是0.1MHz至300GHz。
13.一种形成高质量的氮化硅膜的方法，包括：
(a)在第一处理空间中以等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺在基板的表面之上沉积包括硅的膜；
(b)用第一RF等离子体原位处理所述包括硅的膜，其中所述第一RF等离子体包含氮和氦以形成氮化硅膜；
(c)用第二RF等离子体蚀刻所述氮化硅，其中所述第二RF等离子体包括氟、氯、氮和碳中的一种或多种；以及
(d)用微波等离子体处理所述氮化硅膜，其中所述微波等离子体由模块化微波等离子体源引起。
14.如权利要求13所述的方法，其中将操作(a)、(b)、(c)和(d)中的一者或多者重复多次。
15.如权利要求13所述的方法，其中在实施操作(d)之前，可将操作(a)、(b)和(c)中的一者或多者重复多次。
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