TW201629253A - 含矽膜之原子層沉積中的選擇性抑制 - Google Patents

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Abstract

提供選擇性抑制藉由原子層沉積所沉積之含矽膜之沉積作用的方法。選擇性抑制涉及將含矽前驅物之吸附層暴露到含氫抑制劑，且於若干例子中，在將吸附層暴露到第二反應劑之前進行選擇性抑制。暴露到含氫抑制劑可在有電漿存在之情況下執行，且方法適用於含矽膜之熱或電漿增強原子層沉積中的選擇性抑制。

Description

含矽膜之原子層沉積中的選擇性抑制
本發明係關於含矽膜之原子層沉積中的選擇性抑制。
含矽膜具有多樣的物理、化學、及機械性質，且常用於半導體製程處理中。例如，矽氮化物膜可使用作為擴散阻障物、閘極絕緣體、側壁間隔物、以及封裝層，而矽氧化物可使用作為介電膜。在許多應用中，透過化學氣相沉積(CVD)或原子層沉積(ALD)來沉積含矽膜。然而，一些含矽膜的沉積作用並非保形的。隨著裝置尺寸持續微型化，調節含矽膜的沉積輪廓之要求增加。
本文中提供沉積保形含矽膜之方法。一態樣涉及透過下列步驟來處理半導體基板的方法:將含有特徵部的基板暴露到含矽前驅物，以形成吸附層；並且將該吸附層暴露到含氫抑制劑，以選擇性抑制在該基板上的含矽膜之沉積作用；其中該含矽前驅物包含至少一Si-H鍵。
在一些實施例中，在該特徵部的頂部約10%之處的沉積作用被選擇性抑制。在一些實施例中，該含氫抑制劑選自由氨、氫、及該者之組合所組成之群組。
在許多實施例中，該方法更包含在將該吸附層暴露到含氫抑制劑之步驟後，將該基板暴露到第二反應劑，以形成該含矽膜。在一些實施例中，該第二反應劑選自由氮、含氮氣體、及含氧氣體所組成之群組。在一些實施例中，將該基板暴露到第二反應劑之步驟更包括引燃電漿。
在一些實施例中，將該吸附層暴露到含氫抑制劑之步驟更包括引燃原位電漿。在一些實施例中，該含矽膜包括矽氧化物。在一些實施例中，該方法更包含在將該吸附層暴露到含氫抑制劑之步驟後，將該基板暴露到第二反應劑，以形成該含矽膜，其中該第二反應劑為含氧反應劑。
在許多實施例中，該吸附層包含懸鍵、矽-矽二聚物、及該者之組合。該方法可包含在將該基板暴露到含矽前驅物之步驟後，沖洗容置該基板的反應腔室。
在一些實施例中，該含矽膜包括矽氮化物。在一些實施例中，該含矽膜包括晶體矽、非晶矽、或多晶矽。
另一態樣涉及透過下列步驟來處理半導體基板的方法: 將基板暴露到含矽前驅物，以形成吸附層；將該吸附層暴露到含氫化合物；並且在將該吸附層暴露到該含氫化合物之後，將該基板暴露到第二反應劑，以在該基板上形成含矽膜；使得該含矽前驅物包含至少一Si-H鍵。
在一些實施例中，將該吸附層暴露到含氫抑制劑之步驟更包括引燃電漿。在一些實施例中，將該基板暴露到第二反應劑之步驟更包括引燃電漿。該含氫抑制劑可選自由氨、氫、及該者之組合所組成之群組。
本文中揭露之標的物的另一態樣涉及一方法，該方法包括下列步驟: 將具有位於其上之特徵部的基板暴露到抑制劑，使得該抑制劑選擇性吸附於該特徵部之頂部的位置上；並且執行一或更多沉積循環以在該特徵部中沉積材料。
本文中揭露之標的物的另一態樣可以一方法來實施，該方法包括執行一沉積循環，並且重複執行該沉積循環一或更多次以在特徵部中沉積材料，而該沉積循環包括下列操作:將具有位於其上之特徵部的基板暴露到抑制劑，使得該抑制劑選擇性吸附於該特徵部之頂部的位置上；選擇性將在周圍的該抑制劑移除；將該基板暴露到第一前驅物；選擇性將在周圍的該第一前驅物移除；將該基板暴露到第二前驅物；並且選擇性將在周圍的該第二前驅物移除。
另一態樣涉及處理半導體基板的設備，該設備包括: 至少一處理腔室，其包含用以固持基板的支座；至少一出口，用以耦接至真空；一或更多處理氣體入口，耦接至一或更多含矽前驅物來源；一或更多處理氣體入口，耦接至一或更多含氫抑制劑來源；一或更多處理氣體入口，耦接至一或更多第二反應劑來源；以及用以控制該設備中的操作的一控制器。該控制器包括用於執行本文中揭露之任何方法的機器可讀指令。在一些實施例中，該控制器包括用於下列操作的機器可讀指令:將該一或更多含矽前驅物引入該處理腔室中以形成吸附層；將該一或更多含氫抑制劑引入該處理腔室中以選擇性抑制含矽膜之沉積作用；以及將該一或更多第二反應劑引入該處理腔室中以形成該含矽膜；使得該一或更多含矽前驅物來源包含具有至少一Si-H鍵的化合物。
在一些實施例中，用於引入該一或更多含氫抑制劑的機器可讀指令更包含引入該一或更多含氫抑制劑持續介於約0.05秒與約60秒之間的期間。在一些實施例中，該一或更多含氫抑制劑選自由氨、氫、及該者之組合所組成之群組。
在許多實施例中，該設備亦包含一電漿產生器，其中該控制器更包括用於執行下列操作之機器可讀指令:在引入該一或更多含氫抑制劑的同時引燃電漿。在一些實施例中，該設備亦包含一電漿產生器，使得該控制器更包括用於執行下列操作之機器可讀指令:在引入該一或更多第二反應劑的同時引燃電漿。
這些與其他態樣參考圖式進一步描述如下。
為了提供本文之實施例的全面性的理解，在接下來的實施方式中闡述許多具體的細節。所揭露之實施例毋須一些或全部該等具體細節而可被實施。在一些例子中，為了避免不必要地混淆所揭露之實施例，熟知的製程操作未詳細描述。雖然所揭露之實施例結合具體的實施例來描述，但應知悉的係，吾人不欲限制該等所揭露之實施例。
含矽膜在半導體裝置製造中扮演重要的角色。例如，矽氮化物可使用作為擴散阻障物、閘極絕緣體、側壁間隔物、封裝層、以及蝕刻停止層，而矽氧化物可使用作為半導體裝置中的低k介電膜。亦可透過多樣的處理來沉積晶體矽、非晶矽、及多晶矽。在許多應用中，將含矽膜保形地沉積在基板的特徵部上。一些保形的含矽膜可透過原子層沉積(ALD)來沉積。然而，一些沉積處理仍在具有特徵部的基板上產生非保形的沉積。
本文中提供選擇性抑制含矽膜之沉積作用的方法。該等方法包括透過在有或無電漿存在的情況下將基板或基板上的特徵部暴露到含氫抑制劑(其可為含氫氣體)之選擇性抑制。具體而言，在一 ALD沉積循環期間，在含矽前驅物吸附於基板之表面上之後可執行暴露到該含氫氣體之選擇性抑制。使用本文提供之方法的選擇性抑制，可執行在用於沉積含矽膜之含矽前驅物的吸附層上。在許多實施例中，該含矽前驅物包括至少一氫原子，且在基板上的含矽前驅物的吸附層包括懸鍵、矽-矽二聚物、及/或其他高反應性結構。
方法可應用於熱ALD 及電漿增強ALD (PEALD)兩者。所沉積的膜為高保形性的。膜的保形性可透過階梯覆蓋率來量測。階梯覆蓋率可透過將在特徵部的底部、側壁或頂部上的沉積膜之平均厚度與在特徵部的底部、側壁或頂部上的沉積膜之平均厚度進行比較計算而得。 例如，階梯覆蓋率可透過將在側壁上的沉積膜之平均厚度除以在特徵部的頂部上的沉積膜之平均厚度、再乘以100而得一比例計算而得。使用本文所述之ALD循環與抑制暴露所沉積的膜，產生保形的含矽膜，其具有良好的階梯覆蓋率 (例如就約4:1之深寬比而言至少約 80%)且具有約50Å的膜厚度。在一些實施例中， 選擇性抑制係針對ALD處理而執行以產生保形膜。
本文中提供之方法涉及使用ALD的沉積作用。與化學氣相沉積(CVD)技術不同的係，ALD處理使用表面介導的(surface-mediated)沉積反應來一層一層地沉積薄膜。在ALD處理的一範例中，將一基板之表面(包括群集的表面反應性位置)暴露到提供至容置該基板的處理站的一劑量的第一反應物或前驅物(例如含矽前驅物)的氣相分布。此第一前驅物的分子吸附在該基板之表面上，包括該第一前驅物的化學吸附物種及/或物理吸附分子。應知悉的係，當化合物如本文所述般吸附於基板之表面上時，吸附層包括該化合物以及該化合物的衍生物。例如，含矽前驅物的吸附層包括該含矽前驅物以及該含矽前驅物的衍生物。在某些實施例中，ALD前驅物的一劑量使該基板之表面部分地飽和。在一些實施例中，ALD循環的用劑階段在前驅物接觸該基板而使該表面均勻地飽和之前結束。典型上，此時將該前驅物的流量關閉或轉向，並僅流動沖洗氣體。透過以此次飽和方案來操作，ALD處理縮短循環時間並提高產出量。然而，因為前驅物的吸附作用不受飽和所限制，所以吸附的前驅物濃度在整個基板表面上可能稍微地變化。以次飽和方案來操作的ALD處理的範例記載於美國專利申請案第14/061587號，申請日為2013年10月23日，案名為「SUB‑SATURATED ATOMIC LAYER DEPOSITION AND CONFORMAL FILM DEPOSITION」，該案以全文加入本案之參考資料。在第一前驅物用劑之後，將反應器排空以將維持於氣相的任何第一前驅物移除，使得僅吸附的物種被留下。將第二反應劑(例如含氮反應劑)引入該反應器中，使得若干的這些分子與吸附在該表面上的第一前驅物進行反應。在一些處裡中，該第二反應劑立刻地與吸附的第一前驅物進行反應。在其他實施例中，該第二反應劑僅在施加活化來源之後暫時地進行反應。然後再次將該反應器排空，以將未結合的第二反應劑之分子移除。可使用另外的ALD循環來積累膜的厚度。
在一些實施例中，該ALD方法包括電漿活化。如本文中所述，本文所述之該ALD方法與設備為保形膜沉積(CFD)方法，其概括地記載於美國專利申請案第13/084399號 (現為美國專利案第 8728956號)，申請日為 2011年4月11，案名為「PLASMA ACTIVATED CONFORMAL FILM DEPOSITION」；並記載於美國專利申請案第13/084305，申請日為 2011年4月11，案名為「SILICON NITRIDE FILMS AND METHODS」，該等案以全文加入本案之參考資料。
圖1為一處理流程圖之範例，根據所揭露之實施例描繪用以執行方法的操作。圖2為根據所揭露之實施例的例示性脈衝的時序圖。圖2針對各種製程參數(例如載氣流量、含矽前驅物流量、電漿、抑制劑、及第二反應劑流量)，呈現例示性ALD處理200中的階段。在圖2中，用氬來表示例示性載氣。相應地，線表示開啟與關閉流量或電漿的時間。例示性製程參數包括(但不限於)惰性與反應性物種的流速、電漿功率與頻率、基板溫度、及處理站壓力。注意圖2中的各個階段的持續期間未按比例繪製。圖1與2一起描述如下。
在圖1的操作103-109期間，可流動惰性氣體。在許多實施例中，惰性氣體使用作為載氣。例示性載氣包括氬(Ar)、氦(He)、及氖(Ne)。圖2中的例示性順序使用氬作為例示性載氣，其在整個處理期間連續地流動。惰性氣體可提供以幫助處理腔室的壓力及/或溫度控制、液態反應劑的汽化、反應劑的更快速輸送、及/或可提供作為清掃氣體，用以將處理氣體從處理腔室及/或處理腔室管路系統中移除。
在圖1的操作101中，將基板提供到處理站中。在一些實施例中，該站可為處理腔室。該基板可為矽晶圓，例如200-mm 晶圓、 300-mm晶圓、或 450-mm晶圓，其包括具有一或更多層的材料(例如沉積於其上的介電性、傳導性、或半導體性材料)的晶圓。基板可具有「特徵部」(例如穿孔或接觸窗孔洞)，其特徵為一或更多狹窄及/或內凹的開口、特徵部中的收縮部、及高深寬比。特徵部可形成在上述之層中的一或更多者中。特徵部的一範例為在半導體基板或基板上的一層中的孔洞或穿孔。另一範例為在基板或層中的溝槽。在許多實施例中，特徵部具有底層(例如阻障層或黏附層)。底層的非限制性範例包括介電性層與傳導性層，例如矽氧化物、矽氮化物、矽碳化物、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬碳化物、及金屬層。
在一些實施例中，特徵部具有至少約 2:1、至少約4:1、至少約6:1、至少約10:1、或更高的深寬比。 特徵部亦具有介於約10 nm 與 500 nm(例如介於約 25 nm 與約 300 nm)間的在開口附近的尺寸，例如 開口直徑或線路寬度。本文中所揭露之方法可執行在具有開口小於約150 nm的特徵部的基板上。特徵部穿孔或溝槽可稱為未填充的特徵部或特徵部。特徵部可具有從特徵部的底部、封閉端、或內部向特徵部的開口變窄的內凹輪廓。
在圖1的操作103中，將基板暴露到含矽前驅物，該含矽前驅物吸附於該基板之表面上。此操作可為ALD循環的一部分。ALD「循環」之概念與本文中之許多實施例的討論有關。一般而言，一個循環係用於執行一次表面沉積反應之最小的操作組。一個循環之結果係在基板表面上產生至少一部分的含矽膜層。典型上，一個ALD循環包括下列操作:將至少一反應劑輸送並吸附到基板表面上，然後使吸附的反應劑與一或更多反應劑進行反應以形成部分的膜層。該循環可包括某些輔助操作，例如清掃反應劑或副產物其中一者，及/或處理初沉積（as deposited）之部分膜。通常，一個循環包含一極佳操作順序之例子。作為範例，一個循環可包含下列操作：(i)輸送/吸附含矽前驅物；（ii）將含矽前驅物從站中沖除；(iii)輸送第二反應劑與選擇性電漿；以及(iv) 將第二反應劑與選擇性電漿從站中沖除。
回到圖1，在操作103期間，將基板暴露到含矽前驅物，使得該含矽前驅物吸附於該基板之表面上而形成吸附層。與形成矽(Si)層的CVD或似CVD處理不同，該含矽前驅物不分解而形成矽層。
在一些實施例中，該含矽前驅物以自身限制的方式吸附於該基板之表面上，使得一旦含矽前驅物佔據反應性位置，則少或無其他的含矽前驅物可吸附於該基板之表面上。在許多實施例中，執行操作103使得並非全部的反應性位置皆被含矽前驅物佔據。例如，含矽前驅物可吸附於約60%的基板表面上。在許多實施例中，當含矽前驅物流進站中時，含矽前驅物吸附於該基板之表面的反應性位置上，而在該表面上形成該含矽前驅物之薄層。在一些實施例中，形成該含矽前驅物的單層。在一些實施例中，該層可小於一單層，例如具有介於約0.2 Å 與約 0.4 Å之間的厚度。可將該基板暴露到該含矽前驅物持續介於約0.2秒與約6秒之間的期間，視流速與基板的表面面積而定。應知悉根據所使用的特定硬體與製程參數，可使用其他的暴露時間。圖3為基板表面上的高反應性吸附層之範例的示意圖。在此範例中，所描繪之表面為基板之頂部，其介於兩個特徵部的開口之間。在301中，提供二矽烷作為吸附於基板之表面上的含矽前驅物之範例。不限於特定理論，吾人認為含矽前驅物之吸附層包括高反應性物種，例如懸鍵(321、331)及/或矽-矽二聚物(311)，而產生高反應性表面。懸鍵為矽原子上的不飽和價電子。這些懸鍵中的若干者因氫從含矽前驅物中的矽原子上斷開、因此留下高反應性懸鍵而產生。在一些實施例中，位於或接近該等特徵部的頂部(例如特徵部的頂部約10%之處)的吸附層較在特徵部的側壁與底部者更具反應性。這些反應性表面易於進行自由基機制，尤其係在有含氫化合物的情況下。
適用於本文所述之處理的含矽前驅物包含至少一Si-H鍵。可根據待沉積的層來選擇該前驅物。例如，若待沉積矽氮化物層，則可使用含矽前驅物(例如二矽烷)，如同時申請的美國專利申請案第 14/552245號中所記載，申請日為2014年11月24日，案名為「METHOD OF DEPOSITING AMMONIA FREE AND CHLORINE FREE CONFORMAL SILICON NITRIDE FILM」(代理人案號3508-1/LAMRP141)，該案加入本案之參考資料。
用於本文所述之方法的一般的含矽前驅物可具有如下結構:其中R1 、R2 、及R3 可為相同或不同的取代基，且可包括矽烷類、胺類、 鹵化物類、氫、或有機基團，例如烷基胺類、烷氧基、烷基、 烯基、 炔基、及芳香基團。
例示性含矽前驅物包括聚矽烷類(H3 Si‑(SiH2 )n­ ‑SiH3 )，其中 n＞ 1，例如矽烷、二矽烷、三矽烷、四矽烷、及三矽基胺:
在一些實施例中，該含矽前驅物為烷氧基矽烷。  可使用的烷氧基矽烷類包括(但不限於)如下: Hx -Si-(OR)y ，其中x = 1-3，x+y = 4 且 R為被取代或未被取代的烷基基團；以及 Hx (RO)y -Si-Si-(OR)y Hx ，其中 x = 1-2， x+y = 3 且 R 為被取代或未被取代的烷基基團。
含矽前驅物之範例包括:甲基矽烷; 三甲基矽烷 (3MS); 乙基矽烷; 丁基矽烷類; 戊基矽烷類; 辛基矽烷類; 庚基矽烷;己基矽烷; 環丁基矽烷; 環庚基矽烷; 環己基矽烷; 環辛基矽烷; 環戊基矽烷; 1,4‑二氧雜‑2,3,5,6‑四矽雜環己烷;  二乙氧基甲基矽烷(DEMS); 二乙氧基矽烷(DES); 二甲氧基甲基矽烷; 二甲氧基矽烷(DMOS); 甲基二乙氧基矽烷(MDES); 甲基二甲氧基矽烷(MDMS); 八甲氧基十二矽氧烷(OMODDS); 第三丁氧基二矽烷; 四甲基環四矽氧烷(TMCTS); 四氧基甲基環四矽氧烷(TOMCTS); 三乙氧基矽烷(TES); 三乙氧基矽氧烷 (TRIES); 及三甲氧基矽烷(TMS或 TriMOS)。
在一些實施例中，該含矽前驅物可為具有氫原子的胺基矽烷，例如雙二乙基胺基矽烷、二異丙基胺基矽烷、雙(第三丁基胺基)矽烷(BTBAS)、或三(二甲基胺基)矽烷。  胺基矽烷前驅物包括(但不限於)如下:Hx -Si-(NR)y ，其中x = 1-3，x + y = 4 且 R為有機或氫化物基團。
在一些實施例中，可使用含鹵素矽烷，使得該矽烷包括至少一氫原子。 此類矽烷可具有SiXa Hy 的化學式，其中 y＞ 1。例如，可使用二氯矽烷(H2 SiCl2 ) ，但四氯矽烷 (SiCl4 )不適用於所揭露之實施例。
回到圖1，在操作105中，選擇性沖洗該處理站以將未吸附於該基板之表面上的多餘的氣相含矽前驅物移除。沖洗可涉及清掃氣體，其可為其他操作中使用的載氣或不同的氣體。在一些實施例中，沖洗可涉及將該站排空。圖1的操作105可對應到圖2的沖洗階段240A，其中關閉含矽前驅物的流量、不引燃電漿、且不供應第二反應劑至該站。持續流動該載氣(例如氬)以將任何多餘的含矽前驅物從該站中沖除。在一些實施例中，沖洗階段240A可包括一或更多排空次階段以將該處理站排空。替代地，已知在一些實施例中，可省略沖洗階段240A。沖洗階段240A可具有任何適當的持續期間，例如介於約0秒與約60秒之間。在一些實施例中，將一或更多清掃氣體的流速提高可縮短沖洗階段240A的持續期間。例如，可根據各種反應劑的熱力學性質及/或處理站及/或處理站管路系統的幾何性質來調整沖洗氣體的流速，以修改沖洗階段240A的持續期間。在一非限制性的範例中，可透過調變清掃氣體的流速來調整清掃階段的持續期間。這可縮短沉積循環時間，而提高基板產出量。在沖洗之後，含矽前驅物之分子維持吸附於該基板之表面上。
回到圖1，在操作106中，將該基板暴露到含氫抑制劑，其可為含氫氣體。沉積作用可被熱抑制，或如下所述般在一些實施例中，可使用電漿。注意含氫抑制劑並非在每一循環中皆流動。該含氫氣體可為氨(NH3 )、氫(H2 )、或其他含氫氣體。在一些實施例中，使用二或更多含氫氣體之混合物。在一些實施例中，含氫抑制劑可流進該站達介於約0.05秒與約60秒之時間。基板暴露到含氫抑制劑的時間、含氫抑制劑之流速、及含氫抑制劑之分壓可取決於基板的類型、特徵部的類型、及所使用之抑制劑的類型。可調變該暴露時間與該抑制劑的流速以對位於或靠近特徵部之頂部的表面進行選擇性抑制。較長的暴露時間不單僅對進行沉積處理的特徵部之頂部造成抑制作用，若在無抑制處理的情況下進行沉積處理，位於特徵部之頂部的沉積膜會比在特徵部之側壁或底部者更厚。可根據所需的沉積輪廓而做出暴露時間與流速的改變。在一些情況下，沉積作用可為非保形的，使得在特徵部之頂部具有更多反應性位置。在此種情況下，不需要精準地控制抑制處理的條件。
在一些實施例中，調變抑制作用的保形性可包括以或不以受質量輸送限制的方案來操作。在受質量輸送限制的方案中，特徵部內部的處理速率受到抑制劑擴散進入特徵部的量所限制。限制質量輸送的製程條件可透過下列動作達到:將限量的抑制劑供應到處理腔室中(例如相對於孔洞的輪廓與尺寸，使用低的處理流速)，但維持較高的處理速率，以在當抑制劑擴散進入特徵物時將若干的抑制劑消耗。在某些實施例中，濃度梯度很大，而這可能起因於相對上高的抑制處理動力學以及相對上低的處理供應。
在一些實施例中，在操作106中選擇性引燃電漿。在一些實施例中，可在引燃電漿之前使含氫抑制劑流進容置基板的處理站中，使得該抑制劑的流量穩定化。在一些實施例中，在與含氫抑制劑之流量相同或實質上相同的持續期間中引燃電漿。在許多實施例中，該電漿為射頻(RF)電漿，其具有至少約13.56 MHz的頻率。該電漿可為原位電漿。在一些實施例中，可使用遠端電漿。該電漿之功率可取決於基板的類型、特徵部的類型、及所使用之抑制劑的類型。大致上，較高功率的電漿允許抑制劑更深地流進特徵部中，而因此抑制特徵部中的側壁上的更深的表面。因此，所使用的電漿功率可取決於特徵部的深度與圖案(例如溝槽、寬特徵部、窄特徵部等)。在一些實施例中，僅在若干循環中(其中流動含氫抑制劑)引燃電漿。
針對矽氧化物之沉積作用，使用含氫電漿來抑制沉積作用。例示性含氫電漿包括氫電漿與氨電漿。例如，若在一ALD循環中沉積矽氧化物，且基板的表面在與氧進行反應之後包括端接Si‑OH的表面，在接續的循環中電漿可與含氫抑制劑一起使用，以抑制沉積作用。在一些實施例中，可使用含氫電漿以形成端接Si‑H的表面。為改善沉積作用，可將端接Si‑OH的表面暴露到氮電漿以形成端接Si‑NH2 的表面，其比端接Si-OH 的表面更容易成核。在接續的ALD循環中，當使用氧化電漿以形成矽氧化物時，–NH2 基團被移除並再轉化成–OH 基團。
本文所述之抑制方法適用於使用自由基機制(而非酸鹼機制)來沉積的含矽膜。也就是說，吸附於基板表面上的含矽前驅物可形成矽-矽二聚物及/或矽懸鍵，藉此形成反應性位置，該等反應性位置準備在接續的處理中與第二反應劑進行反應以形成含矽膜。自由基機制與酸鹼機制不同。在用於在基板上沉積含矽膜的酸鹼處理中，吸附於基板表面上的含矽前驅物可端接原子或基團，該原子或基團可作為酸或可從第二反應劑接收電子，而該第二反應劑作為鹼並且貢獻反應中的電子。例如，在酸鹼反應中，四氯矽烷可吸附於基板表面上、留下端接氯的表面，該表面與(例如)作為反應劑氣體的氨進行反應，氨貢獻電子而形成矽氮化物。相反地，在自由基機制中，表面上的矽-矽二聚物或矽懸鍵更容易與氨反應劑中的氫鍵結，而非形成端接胺的表面。包括Si-H鍵的含矽前驅物進行自由基機制，而不具有Si-H鍵的前驅物進行酸鹼反應。根據所揭露之實施例，不具有Si-H鍵而因此不使用的例示性化合物包括Si(N(CH3 )2 )4 與SiCl4 。
如圖3所示，在303中，吸附層的懸鍵被暴露到含氫抑制劑。在提供於圖3中的範例中，該含氫抑制劑為氫氣。應注意，相對於酸鹼機制(其中氫氣為惰性及/或載氣)，在所揭露之實施例中使用氫氣作為抑制劑。在305中，氫氣與基板表面上的懸鍵鍵結，因此端接於吸附層上的鍵。注意如305所示，並非所有懸鍵315皆與氫進行反應。氫氣未在表面上形成膜，但在一些實施例中，氫原子端接於表面上。
不限於特定理論，吾人認為，含氫氣體可延遲或緩和位於或靠近特徵部之頂部(例如位於特徵部的開口)的基板表面上的沉積作用。短暫的暴露持續期間確保僅有特徵部之頂部受到抑制暴露的影響。在一些實施例中，在停止含氫抑制劑流量之後，可執行沖洗階段，例如前文參考操作105所述。
在圖1的操作107中，將基板暴露到第二反應劑(例如反應劑氣體)。該第二反應劑氣體可包括氮、含氮氣體、氧、含氧氣體、或其他反應性氣體。例如，若待沉積的含矽膜為矽氮化物，則該第二反應劑氣體可為氮(N2 )或含氮氣體。若待沉積的含矽膜為矽氧化物，則該第二反應劑氣體可為氧(O2 )及二氧化氮 (NO2 )。在許多實施例中，可熱地或在電漿活化之情況下執行操作107。
在一些實施例中，操作107選擇性包括引燃電漿以形成第二反應劑電漿。例如，在一些實施例中，例如在熱ALD處理中，當將第二反應劑引入處理反應器中時未使用電漿。在提供於圖2中的範例中，例如在PEALD處理中，在第二反應劑電漿暴露階段260A與260B (分別在沉積循環210A與210B中)期間，電漿可與該第二反應劑的流量一起開啟。在一些實施例中，例如為使該第二反應劑的流量穩定化，可在開啟電漿之前開啟該第二反應劑的流量。應注意的係，在該電漿暴露階段期間將第二反應劑的流量關閉，而持續流動作為載氣的氬。然後可將該基板暴露到第二反應劑電漿持續介於約0.1秒與約6秒的期間。在一些實施例中，第二反應劑電漿暴露階段260A或260B可具有一持續期間，其超過用來使電漿與吸附於基板表面上的所有前驅物產生交互作用之時間、而在該基板表面上形成一連續性膜。應知悉可根據所使用的特定硬體與製程條件來修改這些參數。
在許多實施例中，該電漿為原位電漿，使得電漿直接地在該站中的基板之表面上方形成。在一些實施例中，針對原位電漿之例示性每基板面積之功率介於約  0.2122 W/cm2 與約2.122 W/cm2 之間。 例如，針對處理四個300 mm 晶圓的腔室，該功率之範圍為從約600 W至約6000 W 。例如，可透過使用兩個電容耦合板對氣體施加射頻(RF)場來產生用於ALD 處理的電漿。在這些板之間藉由RF場的氣體的游離化將電漿引燃，而在電漿放電區域中產生自由電子。這些電子藉由RF場進行加速並可與氣相反應劑分子碰撞。這些電子與反應劑分子的碰撞可形成參與沉積處理的自由基物種。應知悉RF場可經由任何適當的電極來加以耦合 。電極的非限制性範例包括處理氣體分布噴淋頭與基板固持支座。應知悉的係，可藉由除了 RF場對氣體之電容耦合以外的一或更多適當方法來形成用於ALD 處理的電漿。在一些實施例中，該電漿為遠端電漿，使得第二反應劑在位於該站之上游的一遠端電漿產生器中被引燃，然後被輸送到容置該基板的站中。
如圖3所示，在307中，分子317受到抑制而不形成矽-氮化物鍵，因為氫在305中已經端接於矽的懸鍵上。應注意的係，分子325與335已經形成矽氮化物鍵(位於兩個結構之間並且從矽中心分枝出來)而形成分子327。這描繪透過將矽的懸鍵暴露到氫抑制劑來抑制矽氮化物形成的一範例。
回到圖1，在操作109中，沖洗該處理站。如圖2所示，操作109可對應到沖洗階段280A，其中關閉含矽前驅物的流量、不引燃電漿、且不供應第二反應劑至該站。可透過流動載氣來執行該沖洗，該載氣可為前文中參考操作105所述之任一者。在許多實施例中，在操作105與109中使用的載氣為相同的氣體，而在一些實施例中，該載氣在這些操作期間持續地流動，如圖2所示。
執行圖1的操作103-109構成一個循環，例如圖2中的沉積循環210A或沉積循環210B。視操作的暴露時間而定，每一循環沉積具有不同厚度的含矽膜。因此，當沉積大於數奈米厚度的膜時，一些處理的持續期間可能較長。若干反應劑可具有長的暴露時間以沉積保形膜，而亦縮短晶圓的產出時間。
在操作113中，判斷膜是否已經沉積到足夠的厚度。若否，則重複執行操作103-109直到沉積具有足夠厚度的膜為止。在一ALD處理中可包括任何適當數量的沉積循環以沉積含矽膜之所需膜厚度。圖2中的時序將圖1之各種操作的範例描繪於兩個沉積循環210A及210B中。如圖所示，各循環包括含矽前驅物暴露階段220A或220B，其中將基板暴露到含矽前驅物，如前文中參考圖1之操作103所述。接續於含矽前驅物暴露階段220A之後，執行沖洗階段240A，如前文中參考圖1之操作105所述。執行抑制劑階段250A，使得將含氫抑制劑輸送至該站，如前文中參考圖1之操作106所述。抑制劑階段250A可毋須在每一沉積循環中皆執行。如圖2所示之例示性沉積循環210A及210B呈現一範例，其中在兩個循環中皆執行抑制劑階段。接續於抑制劑階段250A之後，呈現第二反應劑與電漿暴露階段260A。應注意的係，在圖2之所繪實施例中開啟電漿，但在一些實施例中，電漿在260A或260B期間可不開啟。在此階段期間流動第二反應劑，但將含矽前驅物與抑制劑關閉。接續於第二反應劑與電漿暴露階段260A之後，選擇性執行沖洗階段280A，使得僅流動沖洗氣體，例如圖2中所描繪之氬。在圖2之所繪實施例中，在圖1之操作113中判斷尚未達到所需厚度，因此，執行另一循環的操作103-109(對應地，含矽前驅物暴露階段220B，之後接續沖洗階段240B、抑制劑階段250B、第二反應劑與電漿暴露階段260B、及沖洗階段280B)。
可執行後續的沉積循環，使得在位於特徵部之開口附近的基板表面上的含矽薄膜的沉積速率低於位於特徵部的其他表面上者的沉積速率。應注意的係，雖然圖式在兩個循環中皆呈現抑制劑暴露，但在一些實施例中，抑制暴露可每隔一循環而執行，或每5到10循環執行一次。
在許多上述實施例中，將前驅物的吸附層暴露到抑制劑。在替代實施例中，可在將基板暴露到前驅物之前，將該基板暴露到抑制劑。此種實施例可亦將高深寬比的特徵部(或穿過複數個相異的材料的特徵部)中的階梯覆蓋率提高。在一些實施例中，可適當地選擇抑制劑以克服高深寬比的挑戰或相異的材料上的沉積。
在一些實施例中，該等方法可應用於使用金屬有機前驅物的沉積中。隨著特徵部尺寸微型化以及隨著有興趣的候選的金屬有機前驅物(其具有為沉積反應之副產物的顯著且實體巨大的配基)被更多地使用，前驅物進入特徵部以及副產物離開特徵部兩者的輸送現象的補償變得重要。用於在引入前驅物以沉積膜之前暴露到抑制劑的例示性方法可透過如下段落中所述之順序來執行。
在一些實施例中，在將基板暴露到膜沉積前驅物之前，將該基板暴露到抑制劑化學品，該抑制劑化學品選擇性吸附於該基板上以及其特徵部內的有效的位置上，並經受一受輸送限制的現象，使得在特徵部之頂部有較多位置被佔據，但在底部較少(或沒有)被佔據。接下來，透過沖洗或排空將周圍的該抑制劑化學品移除。
若該抑制劑化學品與該基板進行反應，則將該基板暴露到一前驅物化學品，該前驅物化學品選擇性吸附到在特徵部之底部的剩餘的基板位置上。選擇性吸附之結果為，在特徵部之底部比在特徵部之側壁上有更多的吸附作用。
若該抑制劑化學品未與該基板進行反應，則將該基板選擇性暴露到另一化學品，該化學品與該抑制劑進行反應，然後周圍的反應物被接續地移除。然後將該基板暴露到一前驅物化學品，該前驅物化學品選擇性吸附到在特徵部之底部的剩餘的基板位置上，其中在特徵部之底部比在側壁上有更多的吸附作用。
在一些實施例中，在前驅物吸附於在特徵部中的基板位置上之後，透過沖洗或排空將周圍的該前驅物移除。在一些實施例中，可將該基板暴露到一反應劑化學品，該反應劑化學品可包括或不包括電漿並且消耗一部分的抑制劑，例如朝向特徵部之底部。替代地，可選擇該抑制劑使得其被轉化成有用的起作用的膜（而非被消耗）。在將該基板暴露到反應劑之後，透過沖洗或排空將周圍的該反應劑移除。在一些實施例中，在抑制劑化學品與基板進行反應之後執行的操作可重複執行，直到所有的抑制劑被消耗或轉化為止。在一些實施例中，可重複執行包括抑制與沉積的上述操作，直到沉積所需厚度之膜為止。
在一些實施例中，一方法可涉及在將基板暴露到前驅物之前(例如將基板暴露到含矽前驅物之前)將該基板暴露到抑制劑，並且將前驅物的吸附層暴露到抑制劑，如前文中參考圖1所述。在這些操作中可使用相同或不同的抑制劑。設備
圖4描繪原子層沉積(ALD)處理站400之實施例的示意圖，其具有用以維持低壓環境的處理腔室本體402。複數ALD處理站400可包括在共同的低壓處理工具環境中。例如，圖4描繪多站處理工具400之實施例。在一些實施例中，可透過一或更多電腦控制器450來以編程方式調整ALD處理站400的一或更多硬體參數，包括下文中詳述者。
ALD處理站400與用以將處理氣體輸送到分配噴淋頭406的反應劑輸送系統401a流體地交流。反應劑輸送系統401a包括混合容器404，用以將輸送至噴淋頭406的處理氣體加以混合及/或調節。在一些實施例中，可在將抑制劑氣體引入腔室本體402之前，將該抑制劑氣體引入混合容器中，例如若使用載氣來提供。在一些實施例中，可將該抑制劑氣體直接地輸送到腔室本體402中。一或更多混合容器入口閥420可控制處理氣體到混合容器404的引入。可根據處理氣體、抑制劑氣體、或載氣是否在各種階段期間被開啟來控制這些閥。在一些實施例中，可透過使用抑制劑液體、並使用加熱汽化器來汽化，以產生抑制劑氣體。
作為範例，圖4之實施例包括汽化點403，用以將待輸送至混合容器404的液態反應劑汽化。在一些實施例中，汽化點403可為一加熱汽化器。從此種汽化器中產生的飽和反應劑蒸氣在下游的輸送配管系統中凝結。不相容的氣體暴露到已凝結的反應劑可能產生微粒。這些微粒可能阻塞配管系統、妨礙閥操作、汙染基板等。解決這些問題的若干方法包括沖洗及/或排空該輸送配管系統，以將殘餘的反應劑移除。然而，沖洗該輸送配管系統會增加處理站循環時間、降低處理站的產出量。因此，在一些實施例中，在汽化點403下游的輸送配管系統可為伴熱的(heat traced)。在一些範例中，混合容器404亦可為伴熱的。在一非限制性的範例中，在汽化點403下游的配管系統具有從大約100°C 到在混合容器404大約150°C的漸增的溫度分布。
在一些實施例中，液態前驅物或液態反應劑(例如含矽前驅物)在在一液體注入器中被汽化。例如，液體注入器可在混合容器404上游將液態反應劑之脈衝注入載氣氣流中。在一實施例中，液體注入器可透過將液體從較高壓力驟降至較低壓力來將該反應劑汽化。在另一範例中，液體注入器可液體霧化成分散的微滴，其之後在加熱的輸送配管系統中被汽化。較小的液滴比較大的液滴汽化地更快，而減少液體注入與完全汽化之間的延遲。更快的汽化可縮短汽化點403下游之配管系統的長度。在一情況中，液體注入器可直接地安裝在混合容器404上。在另一情況中，液體注入器可直接地安裝在噴淋頭406上。
在一些實施例中，汽化點403上游的液體流量控制器（LFC）可提供以控制汽化並輸送到處理站400的液體的質量流量。例如， LFC可包含位於該LFC下游的熱質量流量計（MFM）。於是，該LFC的柱塞閥可響應由與該MFM電連通之比例積分微分（PID，proportional-integral-derivative）控制器所提供的反饋控制信號而受到調整。然而，使用反饋控制來穩定液體流量可能會花上一秒以上的時間。這可能會延長施加液態反應劑的時間。因此，在一些實施例中，該LFC可動態地在反饋控制模式與直接控制模式之間進行切換。在一些實施例中，這可藉由將該LFC的感測管以及該PID控制器停止運作而執行。
噴淋頭406朝向基板412分配氣體。例如，噴淋頭406可在各種操作中將含矽前驅物氣體分配到基板412、或將沖洗或載氣分配到腔室本體402、或將抑制劑氣體分配到基板412、或將第二反應劑分配到基板412。在圖4所示之實施例中，基板412係設置在噴淋頭406的下方，並且被顯示置於支座408上。噴淋頭406可具有任何適當的形狀，以及可具有用以將處理氣體分配至基板412之任何適當數量與排列的埠口。
在一些實施例中，微容積係位在噴淋頭406的下方。在微容積中(而非在處理站的整個容積中)執行所揭露之實施例可減少反應物曝露與沖洗時間，可減少改變製程條件（例如：壓力、溫度等等）的時間，可限制處理站機器手臂對處理氣體的曝露等。例示性微容積尺寸包含（但不限於）介於0.1升與2升之間的容積。這亦影響生產的產出量。在一些實施例中，不在微容積中執行所揭露之實施例。
在一些實施例中，支座408可被升起或降下，以將基板412曝露於微容積及/或改變微容積的容量。例如，在基板傳送階段中，可將支座408升起，以將基板412定位在微容積內。在一些實施例中，微容積可完全地包圍基板412與一部分的支座408，以產生高流阻抗的區域。
選擇性地，在部分的處理期間，支座408可被降下及/或升起，以調節微容積內的處理壓力、反應劑濃度等。在處理腔室本體402於處理期間維持在基礎壓力的一情況下，降下支座408可允許微容積被排空。微容積比上處理腔室容積的例示性比例包含（但不限於）介於1:500和1:10之間的容積比例。應知悉的係，在某些實施例中，可藉由適當的電腦控制器450來以編程方式調整支座的高度。
在另一情況下，調整支座408的高度可允許在選擇性電漿活化處理期間改變電漿的密度。例如，當將抑制劑氣體引入腔室本體402時、或當使第二反應劑流入腔室本體402時，可活化電漿。在一些實施例中，在抑制劑氣體的流量或第二反應劑的流量期間可不活化電漿。在處理階段結束時，支座408可在另一基板傳送階段期間被降下，以允許從支座408移除基板412。
雖然本文所述之例示性微容積變化係關於高度可調式支座408，但應知悉在一些實施例中，噴淋頭406的位置可相對於支座408而被調整，以改變微容積的容量。此外，應知悉在本發明之範疇內可藉由任何適當的機制來改變支座408及/或噴淋頭406的垂直位置。在一些實施例中，支座408可包含用以轉動基板412之方向的轉軸。應知悉在一些實施例中，可藉由一或更多適當的電腦控制器450來以編程方式執行這些例示性調整中的一或更多者。
在可如前述使用電漿之一些實施例中，噴淋頭406及支座408係與射頻(RF)功率供應器414及匹配網路416電性連通，以對電漿供電。在一些實施例中，可藉由控制處理站壓力、氣體(或複數氣體)之氣體濃度與分壓、流速、RF來源功率、RF來源頻率、以及電漿功率脈衝時序中之中一或更多者而控制電漿能量。例如，RF功率供應器414以及匹配網路416可在任何適當的功率下操作，以形成具有期望自由基物種組成的電漿。前面敘述合適功率之範例。同樣地，RF功率供應器414可提供任何適當頻率的RF功率。在一些實施例中，RF功率供應器414可配置以控制相互獨立的高頻與低頻RF功率來源。例示性低頻RF頻率可包含（但不限於）介於0kHz與500kHz之間的頻率。例示性高頻RF頻率可包含（但不限於）介於1.8MHz與2.45GHz之間、或大於約13.56 MHz、或大於27 MHz、或大於40 MHz、或大於60 MHz的頻率。應知悉任何適當的參數可不連續或連續地調節，以便對表面反應提供電漿能量。在一非限制性範例中，可使電漿功率產生間歇性脈衝，以相對於連續被供電的電漿降低對基板表面的離子轟擊。
在一些實施例中，可藉由一或更多電漿監視器來原位監控電漿。在一情形中，可藉由一或更多電壓、電流感測器（例如VI探針）來監控電漿功率。在另一情形中，可藉由一或更多光放射光譜感測器（OES）來量測電漿密度及/或處理氣體的濃度。在一些實施例中，可基於出自此種原位電漿監視器的量測值而以編程方式調整一或更多電漿參數。例如，OES感測器可被使用在用以提供電漿功率編程控制的反饋迴路。應知悉在一些實施例中，其他監視器可用以監視電漿與其他製程特性。此種監視器可包含（但不限於）紅外線（IR）監視器、聲波監視器、以及壓力傳感器。
在一些實施例中，可經由輸入/輸出控制（IOC）定序指令來提供控制器450的指令。在一範例中，用以設定處理階段之條件的指令可被包含在處理配方的相對應配方階段中。在某些情況下，可相繼安排處理配方階段，以便使處理階段的所有指令與此處理階段並行地被執行。在若干實施例中，設定一或更多反應器參數的指令可包含於一配方階段中。例如，第一配方階段可包含用以設定惰性及/或反應劑氣體(例如，如乙矽烷的第一前驅物)之流速的指令、用以設定載氣(例如氬)之流速的指令、以及用於第一配方階段的時間延遲指令。第二後續的配方階段可包含用以調節或停止惰性及/或反應劑氣體之流速的指令、用以調節載氣或沖洗氣體之流速的指令、以及用於第二配方階段的時間延遲指令。第三配方階段可包含用以設定惰性、抑制劑及/或反應劑氣體(可與第一配方階段中使用的氣體相同或不同，例如含氫抑制劑)之流速的指令、用以調節載氣之流速的指令、以及用於第三配方階段的時間延遲指令。第四配方階段可包含用以調節或停止惰性及/或反應劑氣體(例如，如氮、或含氮或含氧的氣體的第二反應劑)之流速的指令、用以調節載氣或沖洗氣體之流速的指令、以及用於第四配方階段的時間延遲指令。應知悉在本發明之範疇內可以任何適當的方式進一步細分及/或重複這些配方階段。
在一些實施例中，可經由加熱器410而對支座408進行溫度控制。此外，在部份實施例中，可藉由蝶形閥418來提供對於處理站400的壓力控制。如圖4之實施例所示，蝶形閥418調節由下游真空泵浦（未顯示）所提供的真空。然而，在一些實施例中，亦可藉由改變引入到處理站400的一或更多氣體的流速來調整處理站400的壓力控制。
如上所述，一或更多處理站可被包含在一多站式處理工具內。圖5顯示具有入站負載鎖室502以及出站負載鎖室504之多站式處理工具500之一範例的示意圖，這些負載鎖室的其中一者或兩者可包含遠端電漿源。在大氣壓力下的機器手臂506配置以將晶圓從透過莢508所承載的卡匣、經由大氣埠510、而移動到入站負載鎖室602內。藉由機器手臂506將晶圓放置在位於入站負載鎖室502中的支座512上，將大氣埠510關閉，並且對此負載鎖室進行抽氣。此處的入站負載鎖室502包含遠端電漿源，此晶圓可在被引入處理腔室514之前於此負載鎖室中曝露於遠端電漿處理。此外，舉例來說，此晶圓亦可在入站負載鎖室502中被加熱，以便去除水分以及吸附之氣體。接著，開啟通往處理腔室514的腔室傳送埠516，而另一個機器手臂（未圖示）則將此晶圓放置到反應器內並使其位於反應器所示之第一站的支座上以進行處理。雖然圖5所繪的實施例係包含負載鎖室，但應知悉在某些實施例中，晶圓可直接進入到處理站內。
所繪之處理腔室514包含四個處理站，在圖5所示之實施例中編號為1到4。每一站皆具有加熱支座（於站1顯示成518）、以及氣體管線入口。應知悉在部份實施例中，每一處理站可具有不同或多種目的。例如，在一些實施例中，處理站可在ALD與電漿增強ALD處理模式之間進行切換。或者或此外，在某些範例中，處理腔室514可包含一或多個配對的ALD與電漿增強ALD處理站。雖然所繪之處理腔室514係包含四個站，但應知悉解根據本發明，處理腔室可具有任何適當數量的站。例如，在一些實施例中，處理腔室可具有五個或更多的站，但在其他實施例中，製程腔室可具有三個或更少的站。
圖5描繪用以在處理腔室514內傳送晶圓之晶圓搬運系統的一實施例。在一些實施例中，晶圓搬運系統可在各種處理站之間及/或在處理站與負載鎖室之間傳送晶圓。應知悉任何適當的晶圓搬運系統可被使用。非限制性實施例包含晶圓旋轉料架以及晶圓搬運機器手臂。圖5亦描繪系統控制器550的一實施例，其用以控制處理工具500的製程條件與硬體狀態。系統控制器550可包含一或更多的記憶體裝置556、一或更多的大量儲存裝置554、以及一或更多的處理器552。處理器552可包含CPU或電腦、類比及/或數位輸入/輸出連接件、步進馬達控制器電路板等等。
在一些實施例中，系統控制器550控制處理工具500的所有作業。系統控制器550執行系統控制軟體558，此軟體係被儲存在大量儲存裝置554中、被載入到記憶體裝置556中、以及在處理器552上被執行。替代地，可將控制邏輯硬碼化於控制器550中。特殊應用積體電路、可編程邏輯裝置(例如場可程式化閘陣列或FPGAs)等，可用於該等用途。在下列討論中，無論「軟體」或「編碼」用於何種情況，功能上相當之硬碼化邏輯皆可用於該狀況。系統控制軟體558可包含用以控制時序、氣體之混合、氣體流速、腔室及/或站壓力、腔室及/或站溫度、晶圓溫度、目標功率位準、RF功率位準、基板支座、夾具及/或載具位置、及由處理工具500所執行的特定製程之其他參數的指令。系統控制軟體558可以任何合適的方式來配置。例如，可寫入各種處理工具元件子程式或控制目標，以控制用以執行各種處理工具製程之該處理工具元件的操作。系統控制軟體558可以任何合適的電腦可讀取程式語言來進行編碼。
在某些實施例中，系統控制軟體558可包含用以控制上述各種參數之輸入/輸出控制(IOC)定序指令。在某些實施例中，可使用儲存於與系統控制器550相關聯之大量儲存裝置554及/或記憶體裝置556上的其他電腦軟體及/或程式。用於此用途之程式或程式片段的範例包括基板定位程式、處理氣體控制程式、壓力控制程式、加熱器控制程式、及電漿控制程式。
基板定位程式可包含處理工具元件的程式碼，該處理工具元件係用以將基板裝載至支座518上，並控制基板與處理工具500其他部分之間的間距。
處理氣體控制程式可包含編碼，該編碼係用以控制氣體組成物(如：TMA、氨、及如本文所敘述之沖洗氣體)、及流速、及選擇性地用以在沉積前將氣體流入一或更多處理站以使該處理站中之壓力穩定化。壓力控制程式可包含編碼，該編碼係藉由調節例如該處理站之排氣系統中的節流閥、進入該處理站之氣體氣流等，以控制該處理站中之壓力。
加熱器控制程式可包含編碼，該編碼係用以控制通往用於加熱基板之加熱單元的電流。替代地，該加熱器控制程式可控制熱傳氣體(如氦)至基板之輸送。
電漿控制程式可包含編碼，該編碼係用以設定施加至根據本文中之實施例之一或更多處理站中之處理電極的RF功率位準。
壓力控制程式可包含編碼，該編碼係用以維持根據本文中之實施例的反應腔室中之壓力。
在某些實施例中，可存在有與系統控制器550相關聯之使用者介面。該使用者介面可包含顯示螢幕、設備及/或製程條件之圖形化軟體顯示器、及使用者輸入裝置(例如指向裝置、鍵盤、觸控螢幕、麥克風等)。
在某些實施例中，由系統控制器550所調整之參數可與製程條件有關。非限制性之範例包含處理氣體組成及流速、溫度、壓力、電漿條件(如RF偏壓功率位準)等。可以配方的形式將該等參數提供給使用者，並可利用使用者介面來輸入該等參數。
可藉由系統控制器550之類比及/或數位輸入連接件，而自各種處理工具感測器提供用以監視製程的信號。可於處理工具500之類比及數位輸出連接件上，輸出用以控制製程之信號。可受到監測之處理工具感測器的非限制性範例包含質量流量控制器、壓力感測器(如壓力計)、熱電偶等。適當程式化之反饋及控制演算法可與來自該等感測器的資料一起使用，以維持製程條件。
系統控制器550可提供用以實施上述沉積處理的程式指令。該等程式指令可控制種種製程參數，如DC功率位準、RF偏壓功率位準、壓力、溫度等。該等指令可控制該等參數，以操作根據本文中所揭露之各種實施例的膜疊層之原位沉積。
系統控制器550一般包含配置以執行該等指令之一或更多的記憶體裝置及一或更多的處理器，以使該設備能執行根據所揭露之實施例之方法。包含根據所揭露之實施例來控制製程操作之指令的機器可讀取媒介，可耦接至系統控制器550。
在某些實施中，系統控制器550係為系統之部分，其可為上述範例之部分。此類系統可包含半導體處理設備，其包括一或複數之處理工具、一或複數之腔室、用於處理的一或複數之工作台、及/或特定處理元件(晶圓支座、氣體氣流系統等)。該等系統可與電子設備結合，該電子設備係用於在半導體晶圓或基板之處理期間或在該處理前後控制其操作。可將該電子設備稱為「控制器」，其可控制一或複數系統的各種元件或子部件。根據製程要求及/或系統之類型，可對系統控制器550編寫程式以控制本文所揭露的製程之任一者，包含處理氣體及/或抑制劑氣體之輸送、溫度設定(例如加熱及/或冷卻)、壓力設定、真空設定、功率設定、RF產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流速設定、流體輸送設定、位置及操作設定、進出工具及連接至特定系統或與特定系統透過介面接合的其他傳送工具及/或負載鎖室之晶圓傳送。
廣泛而言，可將系統控制器550定義為具有接收指令、發送指令、控制操作、允許清潔操作、允許終點量測等之各種積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體的電子設備。該積體電路可包含儲存程式指令的韌體形式之晶片、數位信號處理器(DSPs)、定義為特殊應用積體電路(ASICs)之晶片、及/或執行程式指令(例如軟體)之一或更多的微處理器或微控制器。程式指令可為以各種個別設定(或程式檔案)之形式傳送到系統控制器550的指令，其定義用以在半導體晶圓上、或針對半導體晶圓、或對系統執行特定製程的操作參數。在某些實施例中，該等操作參數可為由製程工程師所定義之配方的部分，該配方係用以在一或更多的層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或晶圓之晶粒的製造期間，完成一或更多的處理步驟。
在某些實施例中，系統控制器550可為電腦的部分或連接至電腦，該電腦係與系統整合、連接至系統、或透過網路連接至系統、或上述之組合。舉例而言，系統控制器550係可位於「雲端」(in the “cloud”)、或為晶圓廠主機電腦系統的全部或部分，其可允許晶圓處理之遠端存取。該電腦能達成對該系統之遠端存取，以監視製造操作之目前製程、查看過去製造操作之歷史、查看來自多個製造操作之趨勢或性能指標，來改變目前處理之參數，以設定處理步驟來接續目前的處理、或開始新的製程。在某些範例中，遠端電腦(例如伺服器)可透過網路提供製程配方至系統，該網路可包含區域網路或網際網路。該遠端電腦可包含可達成參數及/或設定之輸入或編程的使用者介面，該等參數或設定接著自該遠端電腦傳送至該系統。在某些範例中，系統控制器550接收資料形式之指令，在一或更多的操作期間，其針對該待執行的處理步驟之每一者而指定參數。應知悉的係，該等參數可特定於待執行之製程的類型、及工具(系統控制器550係配置成透過介面與該工具接合或控制該工具)的類型。因此，如上所述，系統控制器550可分散，例如藉由包含一或更多的分離的控制器，其透過網路連接在一起並朝共同的目標而作業，例如本文所述之製程及控制。用於此類用途的分開之控制器的範例可為腔室上之一或更多的積體電路，其與位於遠端(例如為平台等級、或為遠端電腦的部分)之一或更多的積體電路連通，其結合以控制該腔室上的製程。
非限制性地，例示性系統可包含電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉沖洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、清洗腔室或模組、斜邊蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積(PVD)腔室或模組、化學氣相沉積(CVD)腔室或模組、ALD腔室或模組、原子層蝕刻(ALE)腔室或模組、離子植入腔室或模組、徑跡腔室或模組、及可與半導體晶圓之製造及/或生產有關或用於其中的任何其他半導體處理系統。
如上所述，根據待由工具執行之製程步驟(或複數製程步驟)，系統控制器550可與以下列一或多者通訊連通：一或更多的其他工具電路或模組、其他工具元件、叢集工具、其他工具介面、牽引工具、鄰近工具、遍及工廠的工具、主要電腦、另一控制器、或將晶圓之容器帶往或帶離半導體製造廠中的工具位置及/或負載埠的用於材料傳送之工具。
用於執行本文中揭露之方法的適當設備進一步討論並記載於美國專利申請案第13/084399號 (現為美國專利案第 8728956號)，申請日為2011年4月11日，案名為「PLASMA ACTIVATED CONFORMAL FILM DEPOSITION」; ；以及美國專利案第13/084305號，申請日為2011年4月11日，案名為「SILICON NITRIDE FILMS AND METHODS」，各該等案以全文加入本文之參考資料。
本文所述之該裝置/製程可與例如用以製造或生產半導體元件、顯示器、LED、光伏面板等之微影圖案化工具或製程結合使用，一般而言(儘管非必然)，此類工具/製程將於共同的製造設施中一起使用或執行。膜的微影圖案化一般包含部分或所有下列操作(每一個操作係以若干合適的工具來達成)：(1)使用旋轉塗佈或噴霧塗佈工具將光阻塗佈於工件(即基板)上；(2)使用加熱板、或加熱爐、或UV固化工具將光阻固化；(3)以例如晶圓步進機之工具將光阻曝露於可見光、或UV光、或x射線光；(4)使用例如溼式清洗台之工具將光阻顯影以選擇性地移除光阻，藉以將之圖案化；(5)藉由使用乾式或電漿輔助蝕刻工具將光阻圖案轉移至下層之膜或工件中；及(6)使用例如RF或微波電漿光阻剝除機之工具將光阻移除。實驗 實驗1
進行一實驗，以評估將基板週期性地暴露到含氫電漿之效果。將具有特徵部(具有4:1之深寬比與20nm的特徵部開口)的半導體基板暴露到乙矽烷與氮電漿之120個循環，以沉積矽氮化物膜。
此基板的條件整理於如下之表格1。表格 1: 在無抑制之情況下的矽氮化物膜沉積之條件
作為對照，將具有特徵部(具有4:1之深寬比與20nm的特徵部開口)的另一基板暴露到乙矽烷(作為含矽前驅物)與氮電漿(作為第二反應劑)之120個循環，且在每一循環中，在暴露到氮電漿之前亦週期性地暴露到氨電漿(作為含氫抑制劑)5秒。在每一次暴露到乙矽烷與氮電漿之後沖洗腔室。在原位引燃氨電漿。用於兩基板的腔室壓力為在腔室之頂部為2 Torr，且在底部為3.5 Torr，並且使用氬作為載氣以及氮作為沖洗氣體。若干矽氮化物在使用氮氣的用劑沖洗期間形成。
第二基板的條件整理於如下之表格2。表格 2: 在有抑制之情況下的矽氮化物膜沉積之條件
無週期性氨暴露的基板的保形性大約為55%，而有週期性氨暴露的基板的保形性大約為85%。圖6A與6B描繪特徵部之開口的影像，其中在無週期性抑制劑暴露之情況下沉積的矽氮化物(6A)與在週期性抑制劑電漿暴露之情況(6B)進行比較。無週期性氨暴露的基板具有約140Å 的矽氮化物，其沉積在基板上、在兩個特徵部之開口之間(601)，而有週期性氨暴露的基板具有約54Å 的矽氮化物，其沉積在基板上、在相同的區域中。應注意的係，在圖6B中，在特徵部之頂部附近的(601處) 特徵部的表面被選擇性抑制，而在側壁上(603處)則無。結論
儘管已為了清楚理解之目的而詳加敘述前述實施例，但顯而易見的，在所附請求項之範圍內，可實施某些改變及修改。應注意，實施本文之實施例之製程、系統、及設備有許多替代方式。因此，應將本文之實施例視為說明性的，而非限制性的，且不將該等實施例限於本文中所提出的細節。
101‧‧‧操作
103‧‧‧操作
105‧‧‧操作
106‧‧‧操作
107‧‧‧操作
109‧‧‧操作
113‧‧‧操作
200‧‧‧ALD處理
210A、210B‧‧‧沉積循環
220A、220B‧‧‧含矽前驅物暴露階段
240A、240B、280A、280B‧‧‧沖洗階段
250A、250B‧‧‧抑制劑階段
260A、260B‧‧‧第二反應劑與電漿暴露階段
311‧‧‧矽-矽二聚物
315‧‧‧懸鍵
317‧‧‧分子
321‧‧‧懸鍵
325‧‧‧分子
331‧‧‧懸鍵
335‧‧‧分子
400‧‧‧處理站/處理工具
401a‧‧‧輸送系統
402‧‧‧腔室本體
403‧‧‧汽化點
404‧‧‧混合容器
406‧‧‧噴淋頭
408‧‧‧支座
410‧‧‧加熱器
412‧‧‧基板
414‧‧‧RF功率供應器
416‧‧‧匹配網路
418‧‧‧蝶形閥
420‧‧‧入口閥
450‧‧‧控制器
500‧‧‧處理工具
502‧‧‧負載鎖室
504‧‧‧負載鎖室
506‧‧‧機器手臂
508‧‧‧莢
510‧‧‧大氣埠
512‧‧‧支座
514‧‧‧處理腔室
516‧‧‧腔室傳送埠
518‧‧‧支座
550‧‧‧系統控制器
552‧‧‧處理器
554‧‧‧儲存裝置
556‧‧‧記憶體裝置
558‧‧‧系統控制軟體
601‧‧‧頂部
603‧‧‧側壁
圖1為一處理流程圖，根據所揭露之實施例描繪一方法之操作。
圖2為時序圖，根據所揭露之實施例呈現一方法中之循環的範例。
圖3根據所揭露之實施例為抑制沉積作用的機制之範例的示意圖。
圖4為執行所揭露之實施例的例示性處理站的示意圖。
圖5為執行所揭露之實施例的例示性處理工具的示意圖。
圖6A為沉積在具有特徵部的基板上的矽氮化物膜的影像。
圖6B為在根據所揭露之實施例執行的一實驗中沉積在具有特徵部的基板上的矽氮化物膜的影像。
101‧‧‧操作
103‧‧‧操作
105‧‧‧操作
106‧‧‧操作
107‧‧‧操作
109‧‧‧操作
113‧‧‧操作

Claims (31)

  1. 一種處理半導體基板的方法，該方法包含下列步驟: 將含有特徵部的基板暴露到含矽前驅物，以形成吸附層；並且 將該吸附層暴露到含氫抑制劑，以選擇性抑制在該基板上的含矽膜之沉積作用； 其中該含矽前驅物包含至少一Si-H鍵。
  2. 如申請專利範圍第1項之處理半導體基板的方法，其中在該特徵部的頂部約10%之處的沉積作用被選擇性抑制。
  3. 如申請專利範圍第1項之處理半導體基板的方法，其中該含氫抑制劑選自由氨、氫、及該者之組合所組成之群組。
  4. 如申請專利範圍第1項之處理半導體基板的方法，更包含在將該吸附層暴露到含氫抑制劑之步驟後，將該基板暴露到第二反應劑，以形成該含矽膜。
  5. 如申請專利範圍第4項之處理半導體基板的方法，其中該第二反應劑選自由氮、含氮氣體、及含氧氣體所組成之群組。
  6. 如申請專利範圍第4項之處理半導體基板的方法，其中將該基板暴露到第二反應劑之步驟更包括引燃電漿。
  7. 如申請專利範圍第1項之處理半導體基板的方法，其中將該吸附層暴露到含氫抑制劑之步驟更包括引燃原位電漿。
  8. 如申請專利範圍第7項之處理半導體基板的方法，其中該含矽膜包括矽氧化物。
  9. 如申請專利範圍第7項之處理半導體基板的方法，更包含在將該吸附層暴露到含氫抑制劑之步驟後，將該基板暴露到第二反應劑，以形成該含矽膜，其中該第二反應劑為含氧反應劑。
  10. 如申請專利範圍第1-9項中之任一項之處理半導體基板的方法，其中該吸附層包含懸鍵、矽-矽二聚物、及該者之組合。
  11. 如申請專利範圍第1-9項中之任一項之處理半導體基板的方法，更包含在將該基板暴露到含矽前驅物之步驟後，沖洗容置該基板的反應腔室。
  12. 如申請專利範圍第1-7項中之任一項之處理半導體基板的方法，其中該含矽膜包括矽氮化物。
  13. 如申請專利範圍第1-7項中之任一項之處理半導體基板的方法，其中該含矽膜包括晶體矽、非晶矽、或多晶矽。
  14. 如申請專利範圍第1-9項中之任一項之處理半導體基板的方法，更包含在將該基板暴露到含矽前驅物之步驟前，將該基板暴露到抑制劑。
  15. 一種處理半導體基板的方法，該方法包含下列步驟: 將基板暴露到含矽前驅物，以形成吸附層； 將該吸附層暴露到含氫化合物；並且 在將該吸附層暴露到該含氫化合物之後，將該基板暴露到第二反應劑，以在該基板上形成含矽膜； 其中該含矽前驅物包含至少一Si-H鍵。
  16. 如申請專利範圍第15項之處理半導體基板的方法，其中將該吸附層暴露到含氫抑制劑之步驟更包括引燃電漿。
  17. 如申請專利範圍第15項之處理半導體基板的方法，其中將該基板暴露到第二反應劑之步驟更包括引燃電漿。
  18. 如申請專利範圍第15-17項中之任一項之處理半導體基板的方法，其中該含氫抑制劑選自由氨、氫、及該者之組合所組成之群組。
  19. 一種處理半導體基板的方法，該方法包含下列步驟: 將包含特徵部的基板暴露到前驅物，以形成吸附層；並且 將該吸附層暴露到抑制劑，以選擇性抑制在該基板上的膜之沉積作用。
  20. 一種處理半導體基板的設備，該設備包含: a.     至少一處理腔室，其包含用以固持基板的支座； b.    至少一出口，用以耦接至真空； c.     一或更多處理氣體入口，耦接至一或更多含矽前驅物之來源； d.    一或更多處理氣體入口，耦接至一或更多含氫抑制劑之來源； e.     一或更多處理氣體入口，耦接至一或更多第二反應劑之來源；以及 f.      用以控制該設備中的操作的一控制器，其包括用於執行下列操作之機器可讀指令: 將該一或更多含矽前驅物引入該處理腔室中以形成吸附層； 將該一或更多含氫抑制劑引入該處理腔室中以選擇性抑制含矽膜之沉積作用；以及 將該一或更多第二反應劑引入該處理腔室中以形成含矽膜； 其中該一或更多含矽前驅物之來源包含至少一Si-H鍵。
  21. 如申請專利範圍第20項之處理半導體基板的設備，其中用於執行引入該一或更多含氫抑制劑之操作的機器可讀指令更包含引入該一或更多含氫抑制劑持續約0.05秒與約60秒之間的時間。
  22. 如申請專利範圍第20項之處理半導體基板的設備，其中該一或更多含氫抑制劑選自由氨、氫、及該者之組合所組成之群組。
  23. 如申請專利範圍第20項之處理半導體基板的設備，更包含一電漿產生器，其中該控制器更包括用於執行下列操作之機器可讀指令:在引入該一或更多含氫抑制劑的同時引燃電漿。
  24. 如申請專利範圍第20項之處理半導體基板的設備，更包含一電漿產生器，其中該控制器更包括用於執行下列操作之機器可讀指令:在引入該一或更多第二反應劑的同時引燃電漿。
  25. 一種方法，包含下列步驟: 將具有位於其上之特徵部的基板暴露到抑制劑，使得該抑制劑選擇性吸附於該特徵部之頂部的位置上；並且 執行一或更多沉積循環以在該特徵部中沉積材料。
  26. 如申請專利範圍第25項之方法，更包含重複執行該抑制與沉積之步驟一或更多次。
  27. 如申請專利範圍第25項之方法，其中在執行沉積循環之前，將該特徵部暴露到該抑制劑。
  28. 如申請專利範圍第25項之方法，其中在一吸附層於一沉積循環期間形成在該基板上之後，將該特徵部暴露到該抑制劑。
  29. 如申請專利範圍第25項之方法，更包括將該基板暴露到與該抑制劑起反應的反應劑之步驟。
  30. 如申請專利範圍第29項之方法，其中將該基板暴露到反應劑之步驟包括將該基板暴露到電漿。
  31. 一種方法，包括下列步驟: 執行一沉積循環，該沉積循環包括: 將具有位於其上之特徵部的基板暴露到抑制劑，使得該抑制劑選擇性吸附於該特徵部之頂部的位置上； 選擇性將在周圍的該抑制劑移除； 將該基板暴露到第一前驅物； 選擇性將在周圍的該第一前驅物移除； 將該基板暴露到第二前驅物；以及 選擇性將在周圍的該第二前驅物移除；並且 重複執行該沉積循環一或更多次，以在該特徵部中沉積材料。
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