TW201723211A - 高溫熱原子層沉積氮化矽膜 - Google Patents

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Abstract

多種用於沉積SiN膜的方法，包括：將基材表面依序暴露至矽鹵化物前驅物與含氮反應物，該基材表面對該矽鹵化物前驅物的暴露是處於大於或等於約600°C的溫度。

Description

高溫熱原子層沉積氮化矽膜
本發明大體上關於沉積薄膜之方法。特別是，本發明關於用於沉積包括高品質無Si-H的氮化矽之膜的原子層沉積製程。
氮化矽膜可在積體電路工業中扮演重要角色，該積體電路工業包括電晶體之製造，氮化矽膜作為氮化物間隔件，或在記憶體中，氮化矽膜作為電荷捕捉層或多晶矽層間（inter poly）層。為了以良好的階梯覆蓋率在奈米級、高深寬比結構上沉積該等膜，需要稱作原子層沉積（ALD）的膜沉積。ALD是一種藉由依序脈衝兩個或更多個前驅物（由惰性淨化（inert purge）分開）的膜沉積。此舉使膜生長得以一層又一層地進行，且由表面活性位點限制。以此方式的膜生長容許對複雜結構的厚度控制，所述複雜結構包括重入（re-entrance）特徵。
隨著3D結構的使用增加，比習知SiN膜更具更佳正形度（conformality）與更高品質的氮化矽膜受到關注。當前技術水準的製程包括低壓化學氣相沉積（LPCVD）SiN、電漿增強化學氣相沉積（PECVD）SiN、與電漿增強原子層沉積（PEALD）SiN。LPCVD大體上是在有高熱預算的高溫爐（furnace）中執行。晶圓至晶圓的再現性是一項問題。PEALD是用於SiN沉積的較新製程。電漿或化學自由基並非一致地對高深寬比結構有效用，該高深寬比結構類似用在VNAND與DRAM中的那些結構。此技術中需要熱ALD製程，該熱ALD製程可沉積正形的SiN膜，且該SiN膜具低溼蝕刻速率、低漏電流、與高密度。
本案揭露內容之一或多個實施例是針對多種處理方法，該等處理方法包括：將基材表面依序暴露至矽鹵化物前驅物與含氮反應物以形成氮化矽膜，該基材表面對該矽鹵化物前驅物的暴露是處於大於或等於約600 °C的溫度。
本案揭露內容的額外實施例是針對多種處理方法，該等處理方法包括：將基材表面的至少一部分於範圍在約600 °C至約900 °C的溫度暴露至矽鹵化物前驅物，以在該基材表面上形成矽鹵化物層。該矽鹵化物層暴露至含氮反應物，以在該基材表面上形成氮化矽膜。
本案揭露內容之進一步的實施例針對多種處理方法，該等處理方法包括：將具有基材表面之基材放進處理腔室中，該處理腔室包括複數個區段，每一區段藉由氣簾與相鄰的區段分開。該基材表面之至少一部分暴露至該處理腔室之第一區段中的第一處理環境（process condition），以在該基材表面上形成矽鹵化物膜。該第一處理環境包括矽鹵化物前驅物以及範圍在約600 °C至約650 °C的處理溫度，該矽鹵化物前驅物實質上僅包括SiCl4 。該基材表面側向移動通過氣簾至該處理腔室的第二區段。該矽鹵化物膜暴露至該處理腔室之第二區段中的第二處理環境，以形成氮化矽膜。該第二處理環境包括含氮反應物，該含氮反應物包括氮、氮電漿、氨、或聯胺之一或多者。該基材表面側向移動通過氣簾。重覆包括基材表面側向移動的對該第一處理環境與該第二處理環境之暴露，以形成具預定厚度的氮化矽膜。
描述本發明的數個示範性實施例之前，應了解本發明不限於下文敘述中提出之構造或處理步驟之細節。本發明能有其他實施例，且可以各種方式實行或執行。亦應了解，在本文中可使用具特殊立體化學的結構性化學式說明本發明之複合物（complex）與配位基。希望這些說明僅作為範例，且不希望這些說明被理解成將揭露的結構限定於任何特定的立體化學。相反地，希望這些所說明的結構涵蓋具所指之化學式的所有此類複合物與配位基。
本案揭露內容之一或多個實施例是針對原子層沉積（ALD）製程，該製程有矽鹵化物前驅物與含氮化學物質的交替暴露，且在該交替暴露之間有泵送/淨化。一些實施例有利地沉積SiN膜，該SiN膜具更高密度及低溼蝕刻速率。一或多個實施例有利地容許高溫（大體上大於600 °C）沉積SiN膜。一些實施例使用矽鹵化物前驅物以有利地解決高溫分解問題，且避免前驅物中有Si-H鍵，如在DCS、HCDS、與SiH4 中發現的Si-H鍵。一或多個實施例中，已發現包括SiCl4 、SiBr4 、與SiI4 及/或組合的前驅物具有更高的分解溫度、穩定度、與低成本。含氮化學物質包括（但不限於）NH3 、N2 H2 、與前述物質之組合。
如在本文中所用之「基材」是指製造程序期間在上面執行膜處理的任何基材或基材上形成的材料表面。例如，上面可執行處理的基材表面包括諸如下述之材料：矽、氧化矽、應變矽、絕緣體上覆矽（SOI）、碳摻雜氧化矽、氮化矽、摻雜矽、鍺、砷化鎵、玻璃、藍寶石，以及任何其他諸如金屬、金屬氮化物、金屬合金、與其他導電材料之類的材料，這視應用而定。基材包括半導體晶圓（此非限制）。基材可暴露至預處理製程，以研磨、蝕刻、還原、氧化、羥化、退火及/或烘烤基材表面。除了基材本身表面上直接地膜處理之外，在本發明中，亦可在基材上形成的下層上執行所揭露之膜處理步驟之任一者（在下文中更詳細揭露），且希望用語「基材表面」包括上下文所指的該下層。因此，例如，只要膜/層或部分的膜/層已沉積在基材表面上，則新沉積的膜/層之暴露表面變成基材表面。
根據一或多個實施例，該方法使用原子層沉積（ALD）製程。這樣的實施例中，該基材表面依序或實質上依序暴露至前驅物（或反應性氣體）。如在整份說明書中於此所用，「實質上依序」意味前驅物暴露的主要期間不與對共反應試劑之暴露有重疊，然而亦可有一些重疊。如在此說明書及所附之申請專利範圍中所用，可交換使用術語「前驅物」、「反應物」、「反應性氣體」與類似術語，以指可與基材表面反應的任何氣態物種。
本案揭露內容之一或多個實施例針對多種處理方法，該等處理方法包括將基材表面依序暴露至矽鹵化物前驅物以及含氮反應物。矽鹵化物與含氮化合物之依序暴露形成氮化矽膜。
本案揭露內容之一些實施例是針對ALD製程，該ALD製程使用高溫下的SiCl4 （或SiBr4 及/或其他物質）以及NH3 （或N2 H4 等），以獲得高品質SiN目標膜，以用於3D記憶體應用，例如電荷捕捉層、IPD層、與ONO層。
一些實施例中，矽鹵化物前驅物包括選自氯、溴、與碘之一或多種鹵化物。一或多個實施例中，矽鹵化物前驅物包括下述之一或多者：SiCl4 、SiBr4 、SiI4 、SiCl4x Bry Iz （其中x、y、與z之各者在0至4之範圍，且x、y、與z之總和為約4）、以及具有實驗式Siy X2y+2 之化合物（其中y大於或等於2，且X是氯、溴、及碘之一或多者）。一或多個實施例中，矽鹵化物前驅物實質上不包括Si-H鍵。如在本說明書與所附之申請專利範圍中所用，術語「實質上無Si-H鍵（或實質上不包括Si-H鍵）」意味矽鹵化物前驅物包括相對於該前驅物中矽鍵之總量不超過5%的Si-H鍵。一些實施例中，有相對於前驅物中矽鍵之總量不超過約4%、3%、2%、或1%的Si-H鍵。
一些實施例的含矽前驅物實質上僅包括SiCl4 。如在這方面所用，「實質上僅」意味，至氯或矽之外的原子的矽鍵少於約5% 。一或多個實施例的含矽前驅物實質上僅包括SiBr4 。如在這方面所用，「實質上僅」意味，至溴或矽之外的原子的矽鍵少於約5% 。一或多個實施例的含矽前驅物實質上僅包括SiI4 。如在這方面所用，「實質上僅」意味，至碘或矽之外的原子的矽鍵少於約5% 。發明所屬技術領域中具有通常知識者將會了解，可使用載氣（例如氬）使含矽前驅物流進處理腔室。有實質上僅一個矽鹵化物之前驅物可具有任意量的載氣。
一或多個實施例中，高溫NH3 及/或H2 週期性的處理可用於改善沉積膜之品質。例如，每x循環的沉積與y秒的使用NH3 及/或H2 之處理移除雜質且亦減少任何Si-Si鍵。
一些實施例有利地容許膜的沉積有可調整的Si/N比。對於富含矽的膜而言，例如可使用像DCS的額外矽前驅物。額外的前驅物可具有較低的分解溫度，使得在更高溫度，矽沉積至膜中，從而將比例調整成富含矽。例如，製程可依循DCS分解/淨化-泵送/SiCl4 /淨化-泵送/NH3 /淨化-泵送，或是可在多層SiCl4 /NH3 沉積之後執行DCS分解。
一些實施例中，可運用SiCl4 -NH3 製程在較高溫度沉積富含N之SiN膜。進一步增加N含量可使用電漿或遠端電漿N自由基以增加N含量。
一些實施例中，矽鹵化物前驅物包括基本上由溴與碘構成之鹵化物。如在此說明書與所附之申請專利範圍中所用，術語「基本上由溴與碘構成」意味低於約5原子%的鹵素原子是氟及/或氯，無論是個別而言或加總而言。
一或多個實施例中，矽鹵化物前驅物於範圍在約600°C至約900°C的溫度暴露至基材。一些實施例中，矽鹵化物前驅物在大於或等於約600°C、或650°C、或700°C、或750°C、或800°C的溫度暴露至基材。一或多個實施例中，矽鹵化物前驅物實質上僅包括SiCl4 且於範圍在約600°C至約650°C的溫度暴露至基材。
含氮反應物可為能夠協同矽鹵化物前驅物一起形成SiN膜的任何適合的反應物。一些實施例中，含氮反應物包括氨、氮、氮電漿、及/或聯胺之一或多者。
一些實施例中，所形成的氮化矽膜所具有的稀HF（例如，約1%）中的溼蝕刻速率（WER）為少於或等於約20、10、9、8、7、6、5、或4埃/分。
一或多個實施例中，沉積的氮化矽膜所具有的折射率值大於或等於約1.8、1.85、1.88、1.89、1.90、1.91、1.92、1.93、1.94、1.95、1.96、1.97、1.98，甚至大於2.0。
一些實施例中，沉積的氮化矽膜所具有之密度大於或等於約2.8、2.82、2.84、2.86、2.88、2.90、2.92、2.94、2.96、2.98、3.00、3.01或3.02 g/cm3 。
一些實施例中，沉積的氮化矽膜的N/Si比（N/Si ratio）少於約1.55、1.54、1.53、1.52、1.51、1.50、1.49、1.48、1.47、1.46、1.45、1.44、1.43、1.42、1.41、1.40、1.39、1.38、1.37、1.36、1.35、1.34或1.33。對於一些富含矽之膜而言，N/Si比會小於1.33。
此外，已發現，氮化矽膜在沉積於基材特徵上時的正形度相當優良。於在此方面所用，術語「特徵」意味任何刻意的表面的不規則。適合的特徵範例包括（但不限於）具有頂部、兩個側壁、與底部的溝槽，及具有頂部與兩個側壁的峰。一些實施例中，基材表面包括至少一個具有頂部與側壁之特徵，該特徵具大於或等於約30:1的深寬比，且該氮化矽膜所具有的正形度大於或等於約85%、或大於或等於約90%、或大於或等於約95%、或大於或等於約96%、或大於或等於約97%。正形度是量作特徵側壁處相對於特徵頂部處的膜的厚度。
亦針對特徵之不同區域的膜性質驗證正形度：HF蝕刻對遍及特徵各處的膜而言都是均勻的。
本案揭露內容之一些實施例是針對使用批次處理腔室（亦稱為空間式ALD腔室）的氮化矽膜沉積。第1圖顯示處理腔室100的剖面，該處理腔室包括氣體分配組件120與基座（susceptor）組件140，該氣體分配組件120又稱注射器或注射器組件。該氣體分配組件120為用於處理腔室中的任何型式的氣體遞送裝置。氣體分配組件120包括前表面121，該前表面121面向基座組件140。前表面121可具有任何數目或各種的開口，以朝基座組件140遞送氣流。氣體分配組件120亦包括外邊緣124，在所示的實施例中，該外邊緣124實質上呈圓形。
使用的氣體分配組件120之類型可取決於所用的特殊製程而有所變化。本發明之實施例可與任何類型的處理系統一併使用，該處理系統中基座與氣體分配組件之間的縫隙受到控制。儘管可運用各種類型的氣體分配組件（例如噴頭），但本發明之實施例在空間式ALD氣體分配組件上特別實用，所述空間式ALD氣體分配組件具有複數個實質上平行的氣體通道。如在此說明書以及所附之申請專利範圍中所用，術語「實質上平行」意味氣體通道之長軸於相同的大體上的方向延伸。氣體通道的平行可有些許不完美。複數個實質上平行的氣體通道可包括至少一個第一反應性氣體A通道、至少一個第二反應性氣體B通道、至少一個淨化氣體P通道、及/或至少一個真空V通道。流自第一反應性氣體A通道、第二反應性氣體B通道、與淨化氣體P通道的氣體被引導朝向晶圓之頂表面。這些氣流中的其中一些橫越晶圓表面水平移動，且透過淨化氣體P通道離開處理區域。從氣體分配組件之一端移動到另一端的基材將會依序暴露至該等處理氣體之每一者，而於基材表面上形成層。
一些實施例中，氣體分配組件120是由單一注射器單元製成的剛性靜態主體。一或多個實施例中，氣體分配組件120由複數個個別的區段（例如，注射器單元122）組成，如第2圖所示。無論是單件主體或是多區段主體，都可與所述之發明的各種實施例一併使用。
基座組件140定位在氣體分配組件120下方。該基座組件140包括頂表面141與該頂表面141中的至少一個凹部142。該基座組件140亦具有底表面143與邊緣144。凹部142可以是任何適合的形狀及尺寸，其取決於受處理的基材60之形狀與尺寸。第1圖所示的實施例中，凹部142具有平坦底部，以支撐晶圓之底部，然而，凹部之底部可有所變化。一些實施例中，凹部具有位在凹部的外周邊緣周圍的階梯區域，該等階梯區域之尺寸設計成支撐該晶圓之外周邊緣。晶圓之外周邊緣受階梯支撐的量可變化，其取決於例如晶圓的厚度以及已存在於晶圓背側上的特徵的存在。
一些實施例中，如第1圖所示，基座組件140之頂表面141中的凹部142尺寸設計成使得凹部142中支撐的基材60具有與基座140之頂表面141實質上共面的頂表面61。如在此說明書與所附之申請專利範圍中所用，術語「實質上共面」意味晶圓之頂表面與基座組件之頂表面在±0.2mm以內共面。一些實施例中，該等頂表面在±0.15mm、±0.10mm、±0.05mm以內共面。
第1圖之基座組件140包括支撐柱160，該支撐柱160能夠升舉、降下、及旋轉基座組件140。該基座組件可包括位在支撐柱160中央內的加熱器（或氣體線路）或是電部件。該支撐柱160可以是增加或減少基座組件140與氣體分配組件120之間的縫隙、將基座組件140移動至適當位置的主要手段。基座組件140亦可包括微調致動器162，該微調致動器可對基座組件140進行微調整，以產生基座組件140與氣體分配組件120之間的預定縫隙170。
一些實施例中，縫隙170之距離在約0.1mm至約5.0mm之範圍內，或在約0.1mm至約3.0mm之範圍內，或在約0.1mm至約2.0mm之範圍內，或在約0.2mm至約1.8mm之範圍內，或在約0.3mm至約1.7mm之範圍內，或在約0.4mm至約1.6mm之範圍內，或在約0.5mm至約1.5mm之範圍內，或在約0.6mm至約1.4mm之範圍內，或在約0.7mm至約1.3mm之範圍內，或在約0.8mm至約1.2mm之範圍內，或在約0.9mm至約1.1mm之範圍內，或約1mm。
如圖式所示之處理腔室100是旋轉料架（carousel）式腔室，其中基座組件140可撐托複數個基材60。如第2圖中所示，氣體分配組件120可包括複數個分開的注射器單元122，每一注射器單元122能夠在晶圓於注射器單元下方移動時在晶圓上沉積膜。圖中顯示兩個派狀（pie-shaped）的注射器單元122定位在基座組件140之大約相對側上且在該基座組件140上方。圖中顯示的此注射器單元122之數目僅是為了說明。將會了解可納入更多或更少的注射器單元122。一些實施例中，有充分數目的派狀注射器單元122以形成一形狀，此形狀順應基座組件140之形狀。一些實施例中，個別的派狀注射器單元122之各者可獨立地移動、移除、及/或置換，而不會影響任何其他注射器單元122。例如，可抬升一個分段（segment），以容許機器人進出基座組件140與氣體分配組件120之間的區域，而裝載/卸載基材60。
具有多個氣體注射器的處理腔室可用於同時處理多個晶圓，使得晶圓歷經相同的製程流程。例如，如第3圖所示，處理腔室100具有四個氣體注射器組件與四個基材60。在處理的最初，基材60可定位在注射器組件30之間。旋轉17該基座組件140達45°將會造成注射器組件120之間的每一基材60移動至注射器組件120以進行膜沉積，如注射器120下方的虛線圓形所說明。另外的45°旋轉會使基材60移動遠離注射器組件30。以空間式ALD注射器，於晶圓相對注射器組件移動期間，膜沉積在晶圓上。一些實施例中，基座組件140增量式（increment）旋轉，以防止基材60在注射器組件120下方停止。基材60之數目與氣體分配組件120之數目可相同或不同。一些實施例中，受處理之晶圓的數目與氣體分配組件的數目相同。一或多個實施例中，受處理之晶圓的數目是氣體分配組件之數目的分數或整數倍。例如，若有四個氣體分配組件，則有4x個晶圓受處理，其中x是大於或等於1之整數值。
第3圖所示之處理腔室100僅為代表一個可能的組裝方式，且不應將該處理腔室100視為限制本發明之範疇。在此，處理腔室100包括複數個氣體分配組件120。於所示之實施例中，有四個氣體分配組件（亦稱注射器組件30），該四個氣體分配組件繞處理腔室100均等地隔開。所示的處理腔室100為八邊形，然而，發明所屬技術領域中具有通常知識者將會了解，其是一個可能的形狀，且不應將該形狀視為限制本發明之範疇。所示之氣體分配組件120為梯形，但可以是單一圓形部件或由複數個派狀分段（類似第2圖所示）所組成。
顯示於第3圖的實施例包括裝載閘（load lock）腔室180，或類似緩衝站的輔助腔室。此腔室180連接到處理腔室100之一側，以容許例如基材（又稱基材60）得以從腔室100裝載/卸載。晶圓機器人可定位在腔室180內，以將基材移動到基座上。
旋轉料架（例如基座組件140）的旋轉可以是連續式或不連續式。連續處理中，晶圓持續旋轉，使得他們依序暴露至注射器之各者。不連續處理中，晶圓可移動到注射器區域並且停止，隨後至注射器之間的區域84並且停止。例如，旋轉料架可旋轉，使得晶圓從注射器間區域移動跨越注射器（或停在注射器附近）且移動至下一個注射器間區域，在該處旋轉料架可再度暫停。注射器之間的暫停可提供時間給各層沉積間的額外的處理步驟（例如，暴露至電漿）。
第4圖顯示氣體分配組件220的區段或部分，該氣體分配組件220可稱為注射器單元122。可個別使用注射器單元122，或可與其他注射器單元組合使用注射器單元122。例如，如第5圖所示，第4圖之注射器單元122的四個注射器單元組合而形成單一氣體分配組件220。（為了明確起見，分開四個注射器單元的線並未顯示）。儘管第4圖的注射器單元122在除了淨化氣體通口155與真空通口145之外還具有第一反應性氣體通口125與第二反應性氣體通口135，但注射器單元122不需要全部的該等部件。
參考第4圖與第5圖，根據一或多個實施例的氣體分配組件220可包括複數個區段（或注射器單元122），且各區段為同一或不同。氣體分配組件220定位在處理腔室內，且包括複數個狹長（elongate）氣體通口125、135、145，該等氣體通口125、135、145位在氣體分配組件220的前表面121。複數個狹長氣體通口125、135、145、155從相鄰內周邊緣123的區域朝向相鄰氣體分配組件220之外周邊緣124的區域延伸。所示的複數個氣體通口包括第一反應性氣體通口125、第二反應性氣體通口135、真空通口145、以及淨化氣體通口155，該真空通口145環繞第一反應性氣體通口與第二反應性氣體通口之各者。
參考顯示於第4圖或第5圖的實施例，當陳述該等通口從至少內周區域附近延伸到至少外周區域附近時，無論如何，該等通口可延伸到超越剛好從內區域徑向至外區域處。該等通口可切線式延伸，如真空通口145環繞反應性氣體通口125與反應性氣體通口135。在第4圖與第5圖所示之實施例中，楔形反應性氣體通口125、135於所有邊緣被真空通口145環繞，所述所有邊緣包括相鄰內周區域與外周區域處。
參考第4圖，當基材沿著路徑127移動，基材表面之每一部分暴露至各個反應性氣體。為了依循路徑127，基材將會暴露至（或「看見」）淨化氣體通口155、真空通口145、第一反應性氣體通口125、真空通口145、淨化氣體通口155、真空通口145、第二反應性氣體通口135、與真空通口145。從而，在第4圖中所示的路徑127的端部處，基材已暴露至第一反應性氣體125與第二反應性氣體135而形成層。所示之注射器單元122做成1/4圓，但可更大或更小。第5圖所示之氣體分配組件220可被視為第4圖之四個注射器單元122的串聯連接的組合。
第4圖之注射器單元122顯示氣簾150，該氣簾150分開反應性氣體。術語「氣簾」用於描述使反應性氣體分開以免混合的氣流或真空之任何組合。第4圖中所示之氣簾150包括在第一反應性氣體通口125的下一個的真空通口145之部分、位在中間的淨化氣體通口155、以及在第二反應性氣體通口135的下一個的真空通口145之部分。此氣流與真空之組合可用於防止或盡量減少第一反應性氣體與第二反應性氣體之氣相反應。
參考第5圖，來自氣體分配組件220之氣流與真空的組合將分隔形成至複數個處理區域250中。該等處理區域大致上是繞著個別反應性氣體通口125、135而界定，在該等處理區域250之間有氣簾150。第5圖中所示的實施例構成八個分開的處理區域250，在該等處理區域之間有八個分開的氣簾150。處理腔室可具有至少兩個處理區域。一些實施例中，有至少三個、四個、五個、六個、七個、八個、九個、10個、11個、或12個處理區域。
處理期間，基材可於任何給定時間暴露至超過一個處理區域250。然而，暴露至不同處理區域的部分將會具有分隔該兩個處理區域的氣簾。例如，若基材的先導邊緣進入包括第二反應性氣體通口135的處理區域，則基材的中間部分將會在氣簾150下，而基材的拖尾邊緣會在包括第一反應性氣體通口125的處理區域中。
工廠界面280可例如為裝載閘腔室，該工廠界面280顯示為連接處理腔室100。圖中顯示基材60疊印在氣體分配組件220上，以提供參考架構。基材60可經常座落於基座組件上，以在接近氣體分配板120之前表面121處受撐托。基材60經由工廠界面280裝載至處理腔室100中而至基材支撐件或基座組件（見第3圖）上。基材60可顯示為定位在處理區域內，因為基材位在相鄰第一反應性氣體通口125處且在兩個氣簾150a、150b之間。沿著路徑127旋轉基材60將會使基材繞著處理腔室100逆時鐘移動。從而，基材60將會藉由第八處理區域250h暴露至第一處理區域250a，包括所有在其之間的處理區域。對於環繞處理腔室的每一循環（使用所示之氣體分配組件）而言，基材60將會暴露至第一反應性氣體與第二反應性氣體之四個ALD循環。
批次處理器（類似第5圖之處理器）中的習知ALD序列以維持分別來自空間上分開的注射器的化學物質A與B之氣流，且在化學物質A與B之氣流之間有泵送/淨化區段。習知ALD序列具有開始與結束模式，該開始與結束模式可能造成沉積膜的不均勻。本案發明人已經出乎意料地發現，空間式ALD批次處理腔室中執行以時間為基礎的ALD製程提供更高均勻度的膜。暴露至氣體A、無反應性氣體、氣體B、無反應性氣體之基本製程會是在使基材掃過注射器下方，以使表面分別以化學物質A與B飽和，以避免膜中有開始與結束模式之形式。本案發明人已出乎意料地發現，以時間為基礎的方法在目標膜厚度很薄（例如少於20個ALD循環）時特別有益，在前述目標膜厚度很薄的情況中，開始與結束的模式對晶圓內均勻度表現有顯著衝擊。
據此，本發明之實施例是針對多種處理方法，該等處理方法包括具複數個處理區域250a-250h的處理腔室100，且每一處理區域由氣簾150與相鄰區域分開。例如，第5圖中所示的處理腔室。處理腔室內氣簾與處理區域的數目可為任何適合的數目，其取決於氣流的安排。第5圖中所示的實施例具有八個氣簾150與八個處理區域250a-250h。氣簾的數目大體上等於或大於處理區域的數目。例如，若區域250a無反應性氣流，而僅作為裝載區域，則該處理腔室會有七個處理區域與八個氣簾。
複數個基材60定位在基材支撐件上，例如第1圖與第2圖所示之基座組件140。該複數個基材60繞著處理區域旋轉以供處理。大體上，氣簾150在整個處理期間接合（氣體流動且真空啟動），整個處理期間包括無反應性氣體流進腔室的時段。
第一反應性氣體A流進處理區域250之一或多者，同時惰性氣體流進不具有第一反應性氣體A流進的任何處理區域250。例如，若第一反應性氣體通過處理區域250h流進處理區域250b，則惰性氣體會流進處理區域250a。該惰性氣體可流過第一反應性氣體通口125或第二反應性氣體通口135。
處理區域內的惰性氣流可為恆定或有變化。一些實施例中，反應性氣體與惰性氣體共流。惰性氣體會作為載氣與稀釋劑。由於反應性氣體相對於載氣的量很小，所以共流可藉由減少相鄰區域間壓力的差異而更容易產生處理區域之間的氣壓平衡。
據此，本案揭露內容之一或多個實施例針對利用批次處理腔室（像第5圖所示之批次處理腔室）之處理方法。基材60放進處理腔室中，該處理腔室具有複數個區段250，每一區段由氣簾150與相鄰區段分開。基材表面的至少一部分暴露至該處理腔室的第一區段250a中的第一處理環境。在其中併入氬電漿暴露的實施例中，第一處理環境包括氬電漿，以形成受處理之基材表面。該基材表面側向移動通過氣簾150至第二區段250b。該受處理之基材表面暴露至包括矽鹵化物前驅物的第二處理環境以在處理腔室之第二區段中於基材表面上形成矽鹵化物膜。基材表面與矽鹵化物膜側向移動通過氣簾150至處理腔室之第三區段250c。矽鹵化物膜暴露至包括含氮反應物之第三處理環境，以在處理腔室之第三區段250c中於基材表面上形成氮化矽膜。該基材表面從第三區段250c橫向移動通過氣簾150。該基材表面隨後可重覆暴露於另外的第一、第二、及/或第三處理環境，以形成有預定膜厚度的膜。
根據一或多個實施例，基材在形成層之前及/或之後經受處理。此處理可在相同腔室中執行或在一或多個分開的處理腔室中執行。一些實施例中，該基材從第一腔室移動到分開的第二腔室以進行進一步的處理。該基材可直接從第一腔室移動到該分開的處理腔室，或該基材可從第一腔室移動到一或多個移送室，隨後移動到該分開的處理腔室。據此，處理設備可包括與移送站相通的多個腔室。此類的設備可稱為「群集工具」或「群集系統」等。
大體上，群集工具是包括多個腔室的模組系統，該等腔室執行各種功能，包括基材的中心找尋與定向、去氣、退火、沉積及/或蝕刻。根據一或多個實施例，群集工具包括至少第一腔室與中央移送室。該中央移送室可容納機器人，該機器人可在處理腔室與裝載閘腔室之間來回遞送基材。移送室一般維持在真空環境下，且提供中間平台以將基材從一個腔室來回遞送至另一個及/或至位在群集工具前端的裝載閘腔室。兩種已知的可適於本發明的群集工具是Centura®與Endura®，此兩者都可購自美國加州Santa Clara的應用材料公司。可為了執行本文所述之製程的特定步驟而修改確切的腔室之排列與組合。其他可使用的處理腔室包括（但不限於）循環層沉積（CLD）、原子層沉積（ALD）、化學氣相沉積（CVD）、物理氣相沉積（PVD）、蝕刻、預清潔、化學清潔、熱處理（諸如RTP）、電漿氮化、去氣、定向、羥化、與其他基材製程。藉由於群集工具上的腔室中執行製程，在沉積後續膜前不用氧化即可避免大氣雜質造成的基材表面污染。
根據一或多個實施例，基材連續地處於真空或「裝載鎖定」環境下，且在從一個腔室移動到下一個時不暴露至周圍空氣（ambient air）。從而移送室處於真空下，且在真空壓力下被「泵抽降壓（pump down）」。惰性氣體可存在於處理腔室中或移送室中。一些實施例中，惰性氣體作為淨化氣體，以移除一些或所有的反應物。根據一或多個實施例，淨化氣體於沉積腔室之出口處注射，以防止反應物從沉積腔室移動到移送室及/或額外的處理腔室。因此，惰性氣流形成腔室出口處的簾幕。
基材可在單一基材沉積腔室中受處理，其中單一基材裝載、處理、及卸載，之後另一基材才受處理。基材亦可以連續的方式受處理，類似輸送器（conveyer）系統，其中多個基材個別裝載至該腔室的第一部分，移動通過該腔室，且從該腔室的第二部分卸載。腔室與相關輸送器系統之形狀可形成筆直路徑或彎曲路徑。此外，處理腔室可為旋轉料架，其中多個基材繞中心軸移動且於整個旋轉料架路徑中暴露至沉積、蝕刻、退火、清潔等製程。
處理期間，基材可被加熱或冷卻。此類加熱或冷卻可藉由適合的手段完成，該等手段包括（但不限於）改變基材支撐件溫度以及使加熱或冷卻氣體流至基材表面。一些實施例中，該基材支撐件包括加熱器/冷卻器，該加熱器/冷卻器可受控制以傳導式改變基材溫度。一或多個實施例中，所運用的氣體（無論是反應性氣體或是惰性氣體）被加熱或冷卻以局部改變基材溫度。一些實施例中，加熱器/冷卻器定位在腔室內鄰近基材表面處，以對流式改變基材溫度。
處理期間基材亦可為靜態或旋轉。旋轉基材可連續地或以分立的步驟旋轉。例如，基材可在整個製程期間旋轉，或基材可在暴露至不同反應性氣體或淨化氣體之間小量旋轉。處理期間旋轉基材（無論是連續式或分步驟）可藉由將例如氣流幾何中局部變化性之效應減至最小而助於產生更均勻的沉積或蝕刻。
原子層沉積類型的腔室中，基材可以空間上或時間上分開的製程暴露至第一與第二前驅物。時間式ALD是其中第一前驅物流進處理腔室與表面反應的傳統製程。該第一前驅物先從腔室被淨化除去，之後再使第二前驅物流入。在空間式ALD中，第一前驅物與第二前驅物兩者皆同時流至腔室，但在空間上分開，使得在氣流之間有一區域，該區域防止該等前驅物混合。空間式ALD中，基材相對氣體分配板移動，反之亦然。
在其中該等方法之一或多個部分發生在一個腔室中的實施例中，該製程可為空間式ALD製程。儘管上文所述之化學物質的一或多者可能不相容（即，造成非基材表面上的反應及/或沉積在腔室上），但空間的分隔確保反應試劑不暴露於氣相中之各者。例如，時間式ALD涉及淨化沉積腔室。然而，實務上，有時不可能在使額外反應試劑流入之前將所有過多的反應試劑淨化移出腔室。因此，腔室中任何殘餘的反應試劑可能反應。利用空間分隔，過多的反應試劑不需要被淨化移除，且限制交叉污染。再者，需要許多時間淨化腔室，因此藉由消除淨化步驟而可增加產量。
範例
執行沉積研究，其中基材依序暴露至SiCl4 （作為矽前驅物）與NH3 （作為含氮反應物）。所用的基本順序為：SiCl4 暴露、以非反應性氣體淨化、NH3 暴露、以非反應性氣體淨化、及重覆。SiN的沉積是在各種溫度執行，且量測膜參數。結果收集於表1。 表1 作為沉積溫度之函數的膜參數
沉積的SiN膜之折射率與密度相應於沉積溫度而增加。沉積的SiN膜之溼蝕刻速率相應於溫度而減少。沉積的膜的FTIR分析指示，在愈高的沉積溫度下愈少NH鍵結。
於各溫度與壓力下沉積的SiN膜的組成是藉由RBS與XPS針對Si、N、與H（以原子百分比顯示）分析。數據收集於表2。 表2 膜組成
沉積的膜的氫含量隨著沉積溫度增加而減少。膜的N/Si比例隨溫度愈高而增加。
此說明書全文中對「一個實施例」、「某些實施例」、「一或多個實施例」、或「一實施例」之參照是意味著與該實施例相關的所述特定特徵、結構、材料、與特質被包括在本發明的至少一個實施例中。因此，此說明書全文中各處諸如「一或多個實施例中」、「某些實施例中」、「一個實施例中」、或「一實施例中」之用語的出現並不必然指相同的本發明之實施例。再者，該特定特徵、結構、材料、或特質可以任何適合的方式於一或多個實施例中組合。
儘管已參考特定實施例描述本文之發明，但應了解該等實施例僅為了說明本發明之原則與應用。對於發明所屬技術領域中具有通常知識者而言可明瞭，可不背離本發明之精神與範疇針對本發明之方法與設備製作修飾例與變化例。因此，申請人希望本發明包括落入所附申請專利範圍之範疇內的修飾例與變化例及他們的等效例。
17‧‧‧旋轉
60‧‧‧基材
61‧‧‧頂表面
84‧‧‧區域
100‧‧‧處理腔室
120‧‧‧氣體分配組件
121‧‧‧前表面
122‧‧‧注射器單元
123‧‧‧內周邊緣
124‧‧‧外周邊緣
125‧‧‧第一反應性氣體通口
127‧‧‧路徑
135‧‧‧第二反應性氣體通口
140‧‧‧基座組件
141‧‧‧頂表面
142‧‧‧凹部
143‧‧‧底表面
144‧‧‧邊緣
145‧‧‧真空通口
150‧‧‧氣簾
155‧‧‧淨化氣體通口
160‧‧‧支撐柱
162‧‧‧微調致動器
170‧‧‧縫隙
180‧‧‧裝載閘腔室
220‧‧‧氣體分配組件
250、250a-250h‧‧‧處理區域
280‧‧‧工廠界面
可透過參考實施例（其中一些實施例繪示於附圖中），可得到上文簡要總結的本發明之更詳細之敘述，如此可得到詳細地瞭解本發明之上述特徵的方式。然而，應注意附圖所說明的僅為本發明之典型實施例，因此不應被視為限制本發明之範疇，因為本發明可容許其他等效實施例。
第1圖顯示根據本案揭露內容之一或多個實施例的批次處理腔室的剖面視圖；
第2圖顯示根據本案揭露內容之一或多個實施例的批次處理腔室的部分剖面視圖；
第3圖顯示根據本案揭露內容之一或多個實施例的批次處理腔室的概略視圖；
第4圖顯示根據本案揭露內容之一或多個實施例的用在批次處理腔室中的楔形氣體分配組件之一部分的概略視圖；以及
第5圖顯示根據本案揭露內容之一或多個實施例的批次處理腔室的概略視圖。
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60‧‧‧基材
122‧‧‧注射器單元
140‧‧‧基座組件
141‧‧‧頂表面
142‧‧‧凹部
160‧‧‧支撐柱

Claims (20)

  1. 一種處理方法，包括下述步驟：將一基材表面依序暴露至一矽鹵化物前驅物與一含氮反應物以形成一氮化矽膜，該基材表面對該矽鹵化物前驅物的暴露是處於大於或等於約600 °C的溫度。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該矽鹵化物前驅物包括下述之一或多者：SiCl4 、SiBr4 、SiI4 、SiClx Bry Iz （其中x、y、與z之各者在約0至約4之範圍，且x、y、與z之總和為約4）、以及具有實驗式Siy X2y+2 之化合物（其中y大於或等於2，且X是氯、溴、及碘之一或多者）。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該矽鹵化物前驅物實質上不包括Si-H鍵。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該矽鹵化物前驅物實質上僅包括SiCl4 。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該含氮反應物包括氨、氮、氮電漿、或聯胺之一或多者。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該氮化矽膜所具有的折射率大於或等於約1.90。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該氮化矽膜所具有的稀HF中的溼蝕刻速率比小於約18。
  8. 如請求項1所述之方法，其中該矽鹵化物前驅物在大於約700 °C的溫度暴露至該基材。
  9. 如請求項8所述之方法，其中該氮化矽膜的折射率大於約1.95，密度大於約3.00，且在稀HF中的溼蝕刻速率小於約6。
  10. 如請求項1所述之方法，其中該基材表面包括至少一個特徵，該特徵具有一頂部與側壁，該特徵具大於或等於約30:1的深寬比，且該氮化矽膜所具有的正形度（conformality）大於95%（側壁/頂部）。
  11. 如請求項1所述之方法，其中該氮化矽膜是在大於或等於約700 °C的溫度形成。
  12. 一種處理方法，包括下述步驟： 將一基材表面的至少一部分於範圍在約600 °C至約900 °C的溫度暴露至一矽鹵化物前驅物，以在該基材表面上形成一矽鹵化物層；以及將該矽鹵化物層暴露至一含氮反應物，以在該基材表面上形成一氮化矽膜。
  13. 如請求項12所述之方法，進一步包括下述步驟：重覆而形成具預定厚度的一氮化矽膜。
  14. 如請求項12所述之方法，其中該矽鹵化物前驅物包括下述之一或多者：SiCl4 、SiBr4 、SiI4 、SiClx Bry Iz （其中x、y、與z之各者在約0至約4之範圍，且x、y、與z之總和為約4）、以及具有實驗式Siy X2y+2 之化合物（其中y大於或等於2，且X是氯、溴、及碘之一或多者）。
  15. 如請求項12所述之方法，其中該矽鹵化物前驅物實質上不包括Si-H鍵。
  16. 如請求項12所述之方法，其中該矽鹵化物前驅物實質上僅包括SiCl4 。
  17. 如請求項12所述之方法，其中該含氮反應物包括氨、氮、氮電漿、或聯胺之一或多者。
  18. 如請求項12所述之方法，其中該氮化矽膜的折射率大於或等於約1.90，密度大於或等於約3.00，且在稀HF中的溼蝕刻速率小於或等於約6.0。
  19. 如請求項12所述之方法，其中該基材表面包括至少一個特徵，該特徵具有一頂部與側壁，該特徵具大於或等於約30:1的深寬比，且該氮化矽膜所具有的正形度大於95%（側壁/頂部）。
  20. 一種處理方法，包括下述步驟： 將具有一基材表面之一基材放進一處理腔室中，該處理腔室包括複數個區段，每一區段藉由一氣簾與相鄰的區段分開；將該基材表面之至少一部分暴露至該處理腔室之一第一區段中的一第一處理環境（process condition），以在該基材表面上形成一矽鹵化物膜，該第一處理環境包括一矽鹵化物前驅物以及範圍在約600 °C至約650 °C的處理溫度，該矽鹵化物前驅物實質上僅包括SiCl4 ；使該基材表面側向移動通過一氣簾至該處理腔室的一第二區段；使該矽鹵化物膜暴露至該處理腔室之一第二區段中的一第二處理環境，以形成一氮化矽膜，該第二處理環境包括一含氮反應物，該含氮反應物包括氮、氮電漿、氨、或聯胺之一或多者；以及使該基材表面側向移動通過一氣簾；以及重覆包括該基材表面側向移動的對該第一處理環境與該第二處理環境之暴露，以形成具預定厚度的一氮化矽膜。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI663122B (zh) * 2017-08-10 2019-06-21 國立中央大學 光學膜、光學膜組件及其製造方法
TWI754179B (zh) * 2018-10-29 2022-02-01 美商應用材料股份有限公司 具有改善溫度均勻性的空間晶圓處理
TWI787492B (zh) * 2018-04-30 2022-12-21 荷蘭商Ａｓｍ Ｉｐ控股公司 使用矽氫鹵化物前驅物沉積SiN的方法

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9564309B2 (en) 2013-03-14 2017-02-07 Asm Ip Holding B.V. Si precursors for deposition of SiN at low temperatures
WO2016205196A2 (en) * 2015-06-16 2016-12-22 Air Products And Chemicals, Inc. Halidosilane compounds and compositions and processes for depositing silicon-containing films using same
US10410857B2 (en) 2015-08-24 2019-09-10 Asm Ip Holding B.V. Formation of SiN thin films
US11955331B2 (en) 2018-02-20 2024-04-09 Applied Materials, Inc. Method of forming silicon nitride films using microwave plasma
JP6789257B2 (ja) * 2018-02-28 2020-11-25 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ 半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラム
TWI754180B (zh) 2018-10-29 2022-02-01 美商應用材料股份有限公司 用於形成薄膜的處理腔室與方法
JP2021150382A (ja) * 2020-03-17 2021-09-27 東京エレクトロン株式会社 基板処理方法及び基板処理装置
CN111900075A (zh) * 2020-06-22 2020-11-06 中国科学院微电子研究所 一种氮化硅膜及其沉积方法、半导体器件
US20210395883A1 (en) * 2020-06-22 2021-12-23 Tokyo Electron Limited System and Method for Thermally Cracking Ammonia
US11469147B2 (en) 2020-08-04 2022-10-11 Tokyo Electron Limited Gas phase production of radicals for dielectrics
TW202229613A (zh) * 2020-10-14 2022-08-01 荷蘭商Ａｓｍ Ｉｐ私人控股有限公司 於階梯式結構上沉積材料的方法
KR20220081905A (ko) 2020-12-09 2022-06-16 에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이. 실리콘 질화물 증착용 실리콘 전구체

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6528430B2 (en) * 2001-05-01 2003-03-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of forming silicon containing thin films by atomic layer deposition utilizing Si2C16 and NH3
US7776765B2 (en) * 2006-08-31 2010-08-17 Micron Technology, Inc. Tantalum silicon oxynitride high-k dielectrics and metal gates
KR20100103036A (ko) * 2009-03-13 2010-09-27 한밭대학교 산학협력단 중성빔을 이용한 원자층 증착법 및 그로부터 형성되는 박막
JP2011014688A (ja) * 2009-07-01 2011-01-20 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体装置の製造方法
JP5687547B2 (ja) * 2010-06-28 2015-03-18 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理方法および基板処理装置
US8912101B2 (en) * 2012-03-15 2014-12-16 Asm Ip Holding B.V. Method for forming Si-containing film using two precursors by ALD
JP5842750B2 (ja) * 2012-06-29 2016-01-13 東京エレクトロン株式会社 成膜方法、成膜装置及び記憶媒体
US20140023794A1 (en) * 2012-07-23 2014-01-23 Maitreyee Mahajani Method And Apparatus For Low Temperature ALD Deposition
US9824881B2 (en) * 2013-03-14 2017-11-21 Asm Ip Holding B.V. Si precursors for deposition of SiN at low temperatures
US9362109B2 (en) * 2013-10-16 2016-06-07 Asm Ip Holding B.V. Deposition of boron and carbon containing materials

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI663122B (zh) * 2017-08-10 2019-06-21 國立中央大學 光學膜、光學膜組件及其製造方法
TWI787492B (zh) * 2018-04-30 2022-12-21 荷蘭商Ａｓｍ Ｉｐ控股公司 使用矽氫鹵化物前驅物沉積SiN的方法
TWI754179B (zh) * 2018-10-29 2022-02-01 美商應用材料股份有限公司 具有改善溫度均勻性的空間晶圓處理

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