TW202018817A - 在硬遮罩膜上的ALD SiO2沉積中之碳損失的最小化 - Google Patents

在硬遮罩膜上的ALD SiO2沉積中之碳損失的最小化 Download PDF

Info

Publication number
TW202018817A
TW202018817A TW108124885A TW108124885A TW202018817A TW 202018817 A TW202018817 A TW 202018817A TW 108124885 A TW108124885 A TW 108124885A TW 108124885 A TW108124885 A TW 108124885A TW 202018817 A TW202018817 A TW 202018817A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
substrate
precursor
soh
depositing
thin film
Prior art date
Application number
TW108124885A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI832877B (zh
Inventor
道格拉斯 華特 阿格紐
可里伊許特克
Original Assignee
美商蘭姆研究公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商蘭姆研究公司 filed Critical 美商蘭姆研究公司
Publication of TW202018817A publication Critical patent/TW202018817A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI832877B publication Critical patent/TWI832877B/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/0228—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition deposition by cyclic CVD, e.g. ALD, ALE, pulsed CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/02164—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon oxide, e.g. SiO2
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02205—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition
    • H01L21/02208—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si
    • H01L21/02211—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si the compound being a silane, e.g. disilane, methylsilane or chlorosilane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02205—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition
    • H01L21/02208—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si
    • H01L21/02219—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si the compound comprising silicon and nitrogen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/02274—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition in the presence of a plasma [PECVD]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • H01L21/033—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers
    • H01L21/0334—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers characterised by their size, orientation, disposition, behaviour, shape, in horizontal or vertical plane
    • H01L21/0337—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers characterised by their size, orientation, disposition, behaviour, shape, in horizontal or vertical plane characterised by the process involved to create the mask, e.g. lift-off masks, sidewalls, or to modify the mask, e.g. pre-treatment, post-treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/32—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers using masks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

一種在基板表面上界定薄膜層的方法包含藉由第一電漿而使基板表面暴露於第一前驅物，以使第一前驅物能夠被基板表面所吸收。藉由第二電漿而將不同於第一前驅物的第二前驅物施加至基板表面。第二前驅物為二氧化碳前驅物，其釋放足夠的氧自由基以與第一前驅物進行反應，而在基板表面上形成氧化物膜層。

Description

在硬遮罩膜上的ALD　SiO2沉積中之碳損失的最小化
本發明係關於用於半導體基板處理，具體而言，係關於基板之低溫ALD沉積。
有許多類型的薄膜沉積處理常用於半導體製造領域中，以界定不同類型的特徵部。用以在基板上產生薄膜的一些例示性沉積處理包含化學氣相沉積(CVD – 例如電漿輔助CVD)、物理氣相沉積(PVD)、及原子層沉積(ALD)。
在PVD處理中，處於液體形式的純來源材料被轉化為蒸氣前驅物並輸送至處理腔室。高功率電力、雷射剝蝕為用於以受控方式將液體前驅物轉化為蒸氣前驅物的一些技術。當被施加至基板時，蒸氣前驅物在基板表面上凝結而產生期望膜層。在整個PVD處理中沒有化學反應發生。
在CVD處理中，使來源材料與用作載體的揮發性前驅物混合。將該混合物以氣相注射至處理腔室(在其中接收基板)中以在基板上沉積薄膜。該混合物之反應物與基板表面進行反應，其引致薄膜沉積。
ALD處理為CVD的子類。ALD為一循環處理，其係藉由將習知CVD處理分成自飽和沉積循環之迭代序列而執行。所得薄膜為高度保形、平滑的、且具有優異的物理性質。與反應氣體同時被施加至腔室中的CVD不同，ALD之反應氣體(亦即，前驅物)被依序導入以使氣體能夠與基板表面進行反應，而非彼此進行反應。ALD處理涉及一系列的脈衝及排淨步驟，在該等步驟中，透過交替地使前驅物、反應性氣體一次一者地脈衝進入處理腔室、並在每一脈衝之間利用惰性氣體進行排淨而使膜層形成。例如，在第一脈衝步驟期間，第一前驅物係以氣體型態被導入，其被吸收(或吸附)於基板之表面上，該基板被接收於處腔室中。在此之後進行排淨步驟，其中利用惰性氣體排淨處理腔室中的第一前驅物。接續的脈衝步驟包含將第二前驅物以電漿型態導入，其與被吸收的前驅物進行反應而形成期望材料(例如，氧化物膜(SiO2 )層)之單層。進行第二排淨步驟以將第二前驅物及任何副產物自處理腔室中去除。藉由調節脈衝及排淨之序列，由ALD所產生之薄膜係透過重複切換二或更多前驅物/反應性氣體在基板上之循序流動而一次一個原子層地沉積。
由於氣體切換技術之限制及在氣體切換之間將處理腔室排淨所需的時間，因此典型ALD處理的產能受到限制。為了達到產業更高的產能需求，開創了多重圖案化技術。多重圖案化之最早形式為「節距分割」，其涉及將圖案分成二或三個部分，以習知方式對該等部分之各者進行處理並在最終層將該等部分結合。此方法的主要問題為特徵部與特徵部之定位誤差。為了克服此問題，發展出不同形式之多重圖案化(亦即，雙重圖案化)。在雙重圖案化中，在相同膜層上進行獨立圖案之暴露及蝕刻序列以界定子圖案。所得圖案為經蝕刻之子圖案的複合體。藉由使該等子圖案交插，可使圖案密度增加。隨著次原子節距之需求增加，改善多重圖案化之可靠良率變得至關重要，且雙重圖案化方法似乎提供了可行且有前景的選擇。
本發明之各種實施例係在此背景下產生。
本揭示內容之實施例包含可用以界定特徵部的沉積處理。所界定之特徵部被轉移至半導體基板。在一些實施例中，雙重圖案化技術係用以在基板上界定特徵部並使特徵部圖案密度增加。應注意，本發明之特徵並不限於雙重圖案化技術，而是可被擴展至可用以產生將圖案轉移至基板中之遮罩的任何沉積處理。
隨著裝置尺寸持續縮小，可容許之碳損失、及此等碳損失所造成之基板上特徵部輪廓變得越來越令人關注，特別係對於維持形成於基板表面上之特徵部的臨界尺寸。許多實施例集中在使用二氧化碳(CO2 )氣體作為氧化氣體，以在圖案化於基板表面上之硬遮罩上執行二氧化矽(SiO2 )之低溫原子層沉積(ALD)。CO2 為在電漿中相對難以分解的穩定化合物。藉由施加高頻射頻功率，低濃度的反應性氧自由基從二氧化碳氣體被釋放至電漿中，以使氧自由基能夠使基板表面飽和，而不會消耗硬遮罩層中之碳。CO2 電漿中之較低濃度的反應性氧自由基確保硬遮罩層之臨界尺寸被實質上保留。更重要地，所得之蝕刻輪廓係高度平坦的，其在標準ALD處理中係難以達成的。
藉由第一電漿將第一前驅物供應至處理腔室(基板被接收於其中)，俾使第一前驅物能夠被基板表面所吸收。接著，將第二前驅物(其中二氧化碳(CO2 )與惰性氣體(例如氬)共流)供應至處理腔室，並且觸發高頻射頻(HF-RF)功率以產生第二電漿，其係用以使基板表面(第一前驅物被吸收於其上)飽和，俾界定氧化物膜層。重複進行施加第一前驅物然後施加第二前驅物之處理，其引致ALD處理固有的逐步原子層生長。由於CO2 電漿中之反應性氧自由基的濃度較低，因此在硬遮罩層上所觀察到的碳消耗程度小許多，同時在基板表面上之基板中心及邊緣處皆觀察到實質上均勻且高度平坦的蝕刻輪廓。
各種實施例提供在界定於基板表面上之硬遮罩特徵部上沉積薄膜(如SiO2 薄膜)之簡單且易於實現的方法，且相較於習知的沉積處理，遮罩層之特徵部輪廓損失明顯較小。二氧化碳(CO2 )(其在本文所述之各種實施例中用作活性氧化劑)為廣泛可得的廉價氣體，其在安全處理方面構成極小挑戰。使用CO2 作為氧化劑的額外益處為：無需配置新的處理腔室或將現有的處理腔室重新配置以適應氧化化學品之變化，因為用於ALD處理之現有的處理腔室可有效地使用於各種實施例之實施方式中。
在一實施例中，揭示一種在基板上沉積薄膜的方法，該基板係接收於一處理腔室中。該方法包含藉由第一電漿以處理該基板，以使該基板之表面及圖案化於其上之旋塗硬遮罩(SOH)暴露於第一前驅物。該第一前驅物被部分吸收於暴露表面上而在該等暴露表面上形成矽-氫鍵，該等暴露表面包含該基板之表面上及該SOH之表面。圖案化於基板表面上之該SOH具有一初始圖案。該方法更包含藉由第二電漿以處理該基板，以使該基板之表面及該SOH之表面暴露於第二前驅物。該第二前驅物係不同於該第一前驅物，且包含二氧化碳氣體與惰性氣體之混合物。該處理步驟使得氧自由基被釋出，並與形成於該基板之表面及該SOH之表面上的該等矽-氫鍵進行反應。該等氧自由基與該等矽-氫鍵進行反應而形成氧化物膜層，而實質上不會消耗該SOH之該初始圖案的表面厚度。
在一實施例中，重複進行以下操作多次：進行利用該第一前驅物處理該基板之該步驟然後進行利用該第二前驅物處理該基板之該步驟，俾在該基板之表面及該SOH之該初始圖案之表面上使該氧化物膜層生長至一氧化物厚度。重複進行使用該第一及該第二前驅物之處理以遵循原子層沉積處理。
在一實施例中，該氧化物膜層之該氧化物厚度係相當於該初始圖案中之該SOH的厚度，且係基於該初始圖案中之該SOH的節距。
在一實施例中，執行定向蝕刻操作以選擇性地蝕刻該氧化物膜層，俾使該SOH之該初始圖案之頂部及該基板之表面暴露。在該定向蝕刻操作之後，執行一灰化操作以移除該SOH之該初始圖案，俾從該氧化物膜層中留下氧化物側壁。該等氧化物側壁界定一自對準雙重圖案。
在一實施例中，在利用該第一前驅物處理該基板之該步驟之後執行一排淨操作，俾將任何未經吸收之第一前驅物自該處理腔室中排淨。該排淨操作係在利用該第二前驅物處理該基板之前加以執行。
在一實施例中，在使該基板之表面及該SOH之表面暴露於該第二前驅物達一預定時段之後，執行一排淨操作，俾將該第二前驅物及任何副產物自該處理腔室中排淨。
在另一實施例中，揭示一種在基板上沉積薄膜的方法，該基板係接收於一處理腔室中。該方法包含藉由第一電漿處理該基板，以使該基板之表面及圖案化於其上之旋塗硬遮罩(SOH)之表面暴露於胺基矽烷前驅物，以使胺基矽烷前驅物能夠被部分吸收於暴露表面上而在該等暴露表面上形成矽-氫鍵，該等暴露表面包含該基板之表面及該SOH之表面。圖案化於基板表面上之該SOH具有一初始圖案。該方法更包含藉由第二電漿處理該基板，以使該基板之表面及該SOH之表面暴露於第二前驅物。該第二前驅物包含二氧化碳氣體與氬氣之混合物。該處理步驟使得自該二氧化碳氣體釋出的氧自由基與形成於該基板之表面及該SOH之表面上的該等矽-氫鍵進行反應，而在該基板之表面及該SOH之表面上形成氧化物膜層。該氧化物膜層係在實質上不會消耗該SOH之該初始圖案的表面厚度之情況下形成。
在一實施例中，該SOH為碳基SOH。
在一實施例中，藉由以下方式將該第二前驅物導入至該處理腔室中：將該第二前驅物中之該二氧化碳之流率調整為介於約500 sccm至約每分鐘3000標準立方公分(sccm)之間，且將該第二前驅物之該惰性氣體之流率調整為介於約5000 sccm至約20,000 sccm之間。
使用弱氧化劑(例如二氧化碳氣體)的一個優點為使碳基SOH之消耗最小化，俾保持初始圖案之臨界尺寸。二氧化碳為廣泛可得的廉價氣體，其在安全處理方面構成極小挑戰。無需重新設計處理腔室，且無需開發新硬體以處理二氧化碳前驅物，因為現有處理腔室可用以處理二氧化碳前驅物。由於第二前驅物電漿中之反應性氧自由基的濃度較低，因此在初始圖案上所觀察到的碳消耗程度小許多。此造成在整個基板表面上之高度平坦的蝕刻輪廓，此為在習知ALD處理中難以達成的結果。此外，沉積循環時間相似於習知ALD處理，因此不會對產能造成不利影響。以下將討論這些及其他優點，且透過閱覽說明書、圖式、及申請專利範圍，熟習本技藝者將會理解該等優點。
為了提供對本發明特徵的徹底理解，在以下的敘述中，說明了大量的特定細節。然而對於熟悉本技藝者係可清楚了解，在毋須若干或全部此等特定細節之情況下即可實行本發明。在其他的範例中，為了不使本發明晦澀難懂，習知的製程操作不會有詳細敘述。
本揭示內容之各種實施例提供改良的原子層沉積處理之細節，該改良原子層沉積處理係用以在接收於處理腔室內的基板之表面上沉積薄膜。在本文所述之一些實施例中，本發明特徵係在用以在基板上界定特徵部之雙重圖案化技術內實現。本文所述之發明特徵並不限於沉積處理或特定圖案化技術，而是可被擴展至其他處理或圖案化技術，包括三重圖案化、節距分割等，其中碳從形成於基板表面上之特徵部之消耗為所關注的。
許多實施例集中在使用二氧化碳作為氧化氣體，以在界定初始圖案之碳基旋塗硬遮罩(SOH)上執行氧化物膜層(例如二氧化矽(SiO2 ))之低溫原子層沉積(ALD)。習知沉積處理使用強氧化劑，例如氧化亞氮或氧。在電漿中，由於鍵結弱，因此氧化亞氮容易解離成氮及高反應性氧自由基。與氧化亞氮相比，氧具有稍微更強的鍵。氧在電漿中亦容易分解而釋放高反應性氧自由基。所釋放之反應性氧自由基有助於使基板表面飽和而形成氧化物膜層(例如SiO2 膜層)。雖然具有較大量的自由基型氧物種(ALD SiO2 沉積中之共反應物)有助於有效地使基板表面飽和，但公知地，電漿中之高濃度的反應性氧自由基亦消耗界定基板上之初始圖案之碳基硬遮罩中的碳(經由燃燒反應)。該等硬遮罩係用於將特徵部轉移至基板上，且碳消耗影響由該等硬遮罩所形成之初始圖案之臨界尺寸。隨著裝置尺寸持續縮小，可容許之碳損失(由氧蝕刻引起)、及此等碳損失所造成之基板上特徵部輪廓變得越來越令人關注，特別係對於維持形成於基板表面上之特徵部的臨界尺寸。
在用於沉積處理中之第二前驅物中使用二氧化碳作為主要氧化劑，使得低濃度的反應性氧自由基被釋放至電漿中，以使基板表面飽和。二氧化碳(CO2 )係與惰性氣體(例如氬)共同流動，且引燃高頻射頻(HF-RF)電漿，以使氧自由基從CO2 釋放至電漿中。所釋放之氧自由基與沉積於表面上的一層第一前驅物進行反應，以界定逐步原子層生長，其為ALD處理所固有的。由於CO2 電漿中之反應性氧自由基的濃度較低，因此在硬遮罩層上所發現的碳消耗程度小許多，同時在基板表面各處(包含基板中心及基板邊緣)觀察到實質上均勻且高度平坦的特徵部輪廓。
藉由各種實施例而實現的優點之一為：其提供在界定於基板表面上之碳基硬遮罩特徵部上沉積薄膜(如SiO2 薄膜)之簡單且易於實現的方法，且相較於習知的沉積處理，遮罩層之特徵部輪廓損失明顯較小。另一優點為：二氧化碳(CO2 )(其在本文所述之各種實施例中用作活性氧化劑)為一弱氧化劑，其為在安全處理方面構成極小挑戰之廣泛可得的廉價氣體。使用CO2 作為氧化劑的額外益處為：無需配置新的處理腔室或將現有的處理腔室重新配置以適應氧化劑化學品之變化，因為用於ALD處理之現有的處理腔室可有效地使用於各種實施例之實施方式中。透過閱覽說明書、圖式、及申請專利範圍，熟習本技藝者將會理解其他優點。
各種實施例可在單站處理腔室以及多站處理腔室中加以實施。多站處理腔室可包含二或更多站，其中該等站係按線性、圓形、或按任何幾何構形加以設置，且在其中設置有旋轉或移動機構。在一些實施例中，多站處理腔室可包含4個站，其中每一站係按圓形構形加以設置，且在中心位置處設置有旋轉機構。底座或基板支撐表面係設置於各個站中，以用於支撐基板。每一底座係設置於處理腔室之下腔室本體中，且每一底座可包含一載送環。下腔室本體包含外壁及內壁以隔離四個站之底座之各者。接地板係設置於內壁上，且係附著於外壁。接地板具有用於各個站的中心開口及製程開口。在中心位置處的中心開口係配置以容納旋轉機構之至少一部份。在各個站的製程開口具有比載送環之直徑更大的直徑。對於施加至處理腔室之射頻功率，經由對稱圍繞各個站之各個製程開口的接地板而提供RF接地回路。
在一配置方式中，處理腔室可包含支架叉(每個站一個)，以將設置於該等站之各者的相應底座周圍的載送環抬升。在處理腔室包含四個站的特定配置方式中，支架叉可同時將四個載送環之各者(及置於其上的任何基板)抬升，且旋轉機構可用以將所有的載送環及基板旋轉至下一站(例如，以進行額外或不同的處理)。在一配置方式中，當一次裝載一個基板時，腔室具有裝載及卸載站，或者腔室可包含並行裝載及卸載站，其中一次裝載及卸載二或更多基板。
應理解，本文實施例可以許多方式實施，例如製程、設備、系統、元件、或方法。若干實施例描述如下。
圖1顯示一實施例中的基板處理系統100，其係用以處理基板103。該系統包含一處理腔室，其具有界定下腔室部分101的腔室壁101a及界定上腔室部分102的腔室壁102a。下腔室部分101容置一底座204，該底座204提供一支座表面，以在處理腔室中接收基板103以進行處理時支撐基板103。應注意，圖1中所示之實施例為單站處理腔室。下腔室部分包含一升降/旋轉機構(例如支架叉(未圖示))以沿著垂直軸而抬升設置於底座204周圍的承載環、並沿著水平軸而轉動升降機構，且包含用以操作系統100之不同元件的設備及控制部(未圖示)，包括用以操作升降機構的控制部、用以供應功率至系統之不同元件的控制部等。
上腔室部分102容置一噴淋頭112。噴淋頭112係設置於底座204的基板支座表面上方，以界定兩者之間的處理區域234。噴淋頭112包含用以供應氣態前驅物及/或電漿至處理區域234的複數噴嘴112a。在一實施例中，緊接於噴淋頭112之上的係電漿腔室104，該電漿腔室104係配置以接收氣體化學物及產生電漿。電漿腔室104連接至氣體源，例如氣體化學物的儲槽(161)。在電漿腔室104內設置以擴散器106為其型式的氣流分佈容器。擴散器106可具有任何數目之外形。在圖1中顯示的一實施例中，擴散器106包含杯狀構件，其具有圓形的底部及圓柱形的頂部。擴散器106係由非導電材料所製成，該非導電材料在暴露於氣體化學物時可耐受腐蝕。擴散器106包含複數注射口182以將被導入至電漿腔室104的氣體化學物擴散。在一些實施例中，複數注射口182係沿著在杯狀構件的圓形底部中的水平環而設置，如圖1所示。在其他實施例中，複數注射口182係設置遍及整個杯狀構件。
在圖1所示之實施例中，顯示出單一的擴散器106，其中擴散器106係用以依序將第一前驅物及第二前驅物兩者導入。在其他實施例中，可使用不同的擴散器106，其中第一擴散器106用以將第一前驅物導入，而第二擴散器106用以將第二前驅物施加至電漿腔室。在導入至電漿腔室中之前，可利用擴散器106以使氣體化學品擴散。擴散器106可具有不同的形狀。在一實施例中，擴散器106可具有圓形的底部(亦即，杯狀部分)及圓柱形的頂部，且由非導電材料所製成，該非導電材料在暴露於用在基板103之處理中的前驅物中所包含的氣體化學品時可耐受腐蝕。擴散器106之合適材料包含例如介電材料，如石英。
在一實施例中，電漿腔室104係呈圓錐體狀，並具有在頂部將擴散器106設置於其中的狹頸區段104a、緊接地位於狹頸區段104a下方的圓錐區段104b、以及在底部緊接地位於圓錐區段104b下方及噴淋頭112之上表面112b上方的較寬之圓柱區段104c。擴散器106之圓柱形頂部的外直徑可小於電漿腔室104之狹頸區段104a的內直徑，使得擴散器106可輕易地容納於狹頸區段104a中。注射口182可分布於整個擴散器106或徑向地分布於杯狀底部中，俾使氣體化學品能夠自儲槽均勻地分配至電漿腔室104。
一或更多線圈108(顯示於圖1中的108a、108b)係設置以環繞電漿腔室104的圓錐區段104b之一部分。線圈108係連接至能量源110，該能量源110將電供應至線圈108。能量源110所供應的電場係經由線圈108而選擇性地施加以使線圈108通電，且在線圈108所囊封之電漿腔室104的圓錐區段104b中形成電場。電場將在電漿腔室104的圓錐區段104b中所接收的氣體化學物電離而產生電漿。所產生的電漿可包含反應性物種(例如電子、離子、激發物種、反應性自由基、解離的自由基、及/或中性物種)，所產生之反應性物種透過噴淋頭112之噴嘴112a而被分配至處理腔室的處理區域234，該噴淋頭112係與電漿腔室104的圓柱區段104c相整合。暴露於反應性物種的基板上表面吸收該等反應性物種以界定一材料層。
在一些實施例中，界定上腔室部分102的腔室壁102a可包含一間隔件212，其係緊接地設置於噴淋頭112下方且介於噴淋頭112與下腔室部分101的腔室壁101a之間。在此等實施例中，間隔件212可包含環狀本體，該環狀本體係沿面對底座204的噴淋頭112之底面的外周而設置。可透過機械手段或非機械手段而使間隔件212附著於噴淋頭112之底面。間隔件212係設置於噴淋頭112之底面處，以界定介於間隔件之內側壁212a與底座204之支座的外緣之間的間隙232，底座204係設置於下腔室部分101中。間隙232係界定以使氣體化學品(亦即，前驅物)能夠通過間隙232而從處理區域234流出，並流向界定於下腔室部分101中的排洩部(未圖示)。真空泵浦(例如一或二級機械乾式泵浦及/或渦輪分子泵浦)係用以將氣體化學品自處理區域抽出，俾維持處理腔室內之適當低壓。
在一些實施例中，在處理腔室之非工作位置時(亦即，當上腔室部分非工作中時)，處理腔室內的間隔件212之底面係在底座204的頂部支撐表面之側邊的上方並對著該側邊，使得間隙232存在於底座204之支撐表面之外緣與間隔件212之側壁之間。在工作位置時，底座204之支撐表面處於比間隔件212之底面更高的水平。間隔件212之環形本體的內側壁212a係暴露於施加至處理區域234的氣態化學品。自間隔件212之外側壁212b延伸的側延伸部218可配置為在上腔室部分102降低時坐落於下腔室部分101的腔室壁101a之上。可在間隔件212之外側壁212b之側延伸部218中界定一凹槽，在該凹槽中可容納一或更多環件，以在上腔室部分降低時將處理區域234密封。下腔室部分包含開口107，其容許基板103不受阻礙地移動進出處理腔室。
在圖1所示之實施例中，電漿腔室104係包含於上腔室部分102中，且係緊接地設置於噴淋頭112上方，俾使得可透過施加功率(例如高頻、射頻(HF-RF)功率)而在電漿腔室中產生電漿。在另一實施例中，可遠程地產生電漿，並將其施加至電漿腔室104。在此實施例中，電漿腔室104可為耦接至系統100之噴淋頭112的獨立模組。遠程(亦即，遠離處理區域)產生的電漿通過噴淋頭112而被供應至處理區域234。
電漿腔室104係由介電材料所製成。電漿腔室104之側壁可具有適於產生前驅物之電漿的厚度，該等前驅物係從氣體源161之任一者導入至電漿腔室104中。雖然在圖1中僅顯示一個氣體源161，但應理解，可依據在處理腔室中所執行之製造操作(例如使用二或更多前驅物的ALD沉積處理)的類型，而包含額外的氣體源161以提供不同的氣體化學品。針對ALD沉積處理，電漿腔室104可用於導入第一前驅物及第二前驅物。在此實施例中，藉由第一氣體源161a(未圖示)以氣態形式供應第一前驅物。可藉由從線圈108施加功率而將氣態形式的第一前驅物轉化為電漿，並以電漿型態經由噴淋頭112而提供至處理區域234。將第一前驅物自處理區域234排淨，且可將第二前驅物從第二氣體源161b(未圖示)供應至電漿腔室104。第二前驅物可被轉化為電漿形式並提供至處理區域234，俾使第二前驅物能夠與吸收於基板表面上的第一前驅物進行反應。
電漿腔室的外形協助引導電漿通過噴淋頭112而朝向處理區域234。圖1中所示之電漿腔室104為圓錐形，且包含上部的狹頸區段104a、中間的圓錐區段104b、及下部的圓柱區段104c。沿著軸長的電漿腔室104之不同區段的側壁可具有均一厚度、或者厚度可由一區段至另一區段而變化。電漿腔室104之不同區段之各者的軸長可為相等的、或者可依據處理腔室之周圍元件的尺寸而變化。上部的狹頸區段104a的直徑係實質上均一。中間的圓錐區段104b的直徑由上部的狹頸區段往下部的圓柱區段104c增加。圓柱區段104c的直徑係實質上均一且係定尺寸以覆蓋至少處理區域234之直徑、或至少基板103之直徑，該基板103被接收於設置在下腔室部分101中的基板支撐系統204(亦即，底座)上。
在一實施例中，噴淋頭112可具有板狀構造，且包含沿著底面均勻設置的複數噴嘴，用以將各種前驅物分配至處理區域234。在另一實施例中，噴淋頭112可具有底部曲面，且包含均勻分布於各處的複數噴嘴，以提供前驅物之集中施加至基板103(當被接收於底座204上)的表面上。雖然電漿腔室被表示為包含圓錐形，但亦可設想其他外形，包括圓頂形、立方形等。在圓頂或立方形之情況下，可能沒有上部的狹頸區段104a。
在一實施例中，線圈108係設置於電漿腔室104之中間圓錐區段104b之外側上、實質上將其環繞。供至線圈108之電場係足以在電漿腔室104內產生電漿。線圈108係連接至能量源110，以將電場提供至流過電漿腔室104的圓錐區段104b的一或更多氣體化學品。能量源110可為高頻射頻(HF-RF)功率源、或能夠為線圈108供電以形成電場的其他功率源。在一些實施例中，線圈108係由導電材料(例如銅)所構成的單一構件，其在電漿腔室104之圓錐區段104b的周圍捲繞一圈。在另一實施例中，線圈108在電漿腔室104之圓錐區段104b的周圍捲繞兩圈。在此實施例中，線圈108的第一端係電氣連接至能量源110，第二端連接至電氣接地159，且線圈108之長度在電漿腔室104之圓錐區段104b的周圍捲繞兩圈(線圈108的108a、108b部分)。在一些實施例中，第二繞組可在第一繞組的上方或下方。在一些實施例中，電容器158可係設置於線圈108的第二端與電氣接地159之間，俾將通過線圈108的電壓限制於一閾值電壓。相對於設置於能量源110與線圈108的第一端之間，電容器158可策略性地設置成較靠近電接地，俾使得能夠利用較低電壓以在電漿腔室中形成電漿。由於圓錐區段104b之幾何，第一繞組之直徑係大於或小於第二繞組之直徑，其取決於第一繞組係在第二繞組的下方或上方。
在另一實施例中，用以替代線圈108在圓錐區段104b的周圍捲繞兩圈，可配置兩線圈108a、108b以使每一線圈(108a、108b) 在電漿腔室104之圓錐區段104b的周圍捲繞一圈或多圈。如在具有單一線圈之情況下，兩線圈108a、108b之各者的第一端係連接至能量源110、且兩線圈108a、108b之各者的第二端係連接至電氣接地159。在另一實施例中，線圈可被設置於電漿腔室104的內側上，且係配置以提供功率至接收於電漿腔室104中的前驅物。
能量源110可包含能夠操作於期望頻率的RF產生器152。在一些實施例中，能量源110係配置以操作於介於約0.2 MHz至約20.0 MHz之間的頻率範圍。在特定實施例中，能量源110能夠操作於約13.5 MHz的標準高頻。匹配網路154可被設置於RF產生器152與線圈108之間。匹配網路154可為阻抗匹配網路，其係配置以將RF產生器152之阻抗與線圈108之阻抗進行匹配。可藉由控制模組(例如控制器(未圖示))以對能量源110進行控制。控制模組係配置以藉由執行製程輸入及控制而操作基板處理系統100。製程輸入及控制可包含製程配方(例如功率位準、時序參數、處理腔室及電漿腔室內的壓力、溫度、處理氣體(亦即，前驅物)濃度、處理氣體之流率、基板之機械運動等)，俾透過ALD方法而在基板103上沉積或形成薄膜。
此外，在一些實施例中，前驅物中所使用之處理氣體可在導入至電漿腔室之前進行預混合。在其他實施例中，可藉由調整個別氣體的流率而將處理氣體個別地供應至電漿腔室。可透過使用適當閥件及質量流量控制機構而控制預混合或個別氣體進入電漿腔室之流率。由控制模組所執行的製程輸入及控制確保在ALD處理之不同沉積階段期間輸送正確濃度的不同氣體以作為前驅物。處理氣體經由間隙232及排洩部而離開腔室。真空泵浦(例如一或二級機械乾式泵浦及/或渦輪分子泵浦)可用以將處理氣體抽出，俾維持處理腔室內之適當低壓。
在一些實施例中，基板被直接接收於底座204上。在此等實施例中，底座可包含升降銷(未圖示)，其係由設置於底座之中心柱體中的升降銷控制機構所控制。升降銷可用以使接收於底座204上的基板103升高或降低。在其他實施例中，將基板設置在容納於底座204上的承載板上。在此等實施例中，可設置支架叉以圍繞容納於底座204上的承載板。承載板可包含複數接觸支撐結構，其係配置以在由支架叉抬升承載板時將基板抬升。
基板103可由下列各者所製成：相對純的矽、鍺、鎵、砷化物、或常用於半導體產業中的其他半導體材料，或者由與一或更多其他元素(例如鍺、碳等)混合的矽所製成。在一實施例中，接收於處理腔室中以進行進一步處理的基板具有先前沉積的硬遮罩層。硬遮罩層為碳基硬遮罩層，其係利用任何已知製造處理而沉積，且包含界定初始圖案的特徵部。
應理解，圖1顯示將電漿腔室元件整合的處理腔室之一實施例。在另一實施例中，除了電漿腔室之外，還可使用具有其他元件或外形不同於圖1所示者之元件的處理腔室。在又另一實施例中，電漿腔室104可為一獨立腔室，其係連接至處理腔室的噴淋頭112，以將遠程產生的電漿供應至處理區域234。
在對用以執行ALD沉積處理之處理腔室的概括理解下，現將參照圖2A至2D而討論ALD沉積處理之細節。圖2A至2D顯示使用習知氧化劑的ALD處理之結果。
圖2A顯示使用雙重圖案化技術之習知ALD處理的開始，其用以在基板表面上沉積薄膜。該處理開始於基板被接收至處理腔室中。處理腔室中所接收之基板可能已經歷製造操作，其中旋塗硬遮罩(SOH)層係形成於基板表面上。SOH層可包含界定初始圖案的特徵部。界定於基板中心及基板邊緣處的特徵部可具有相似的臨界尺寸，該等臨界尺寸係由特徵部厚度及高度所表示，如圖2A所示。
基板在處理腔室內經歷習知ALD處理。作為習知ALD處理之一部分，使具有初始圖案之基板表面依序暴露於第一前驅物及第二前驅物。習知ALD處理在第二前驅物中使用強氧化劑，例如氧化亞氮前驅物或氧前驅物。強氧化劑係用以提供較高濃度的氧自由基，俾使基板表面飽和。氧化亞氮前驅物為較具反應性的氧化劑，因為其易於解離以產生氧自由基。由於氧原子之間的強鍵，故氧前驅物稍微比氧化亞氮前驅物穩定，但因其相當容易解離而提供高反應性氧自由基，因此被視為強氧化劑。由第二前驅物中之氧化亞氮或氧氣釋放至電漿中的氧自由基易於使基板表面飽和，在該處其與吸附於基板表面上的第一前驅物進行反應而形成氧化物膜層，如圖2B所示。然而，作為使基板表面飽和之步驟的一部分，氧自由基亦消耗SOH層的碳材料，從而影響由SOH層所形成之特徵部的臨界尺寸。圖2B中所示之實心深灰線表示由於氧化物膜層形成期間在SOH特徵部之側壁處的碳消耗而造成的SOH損失。實心灰線的厚度表示在SOH特徵部之側壁處的碳消耗量。此外，相對於基板邊緣處，界定於基板中心處之SOH特徵部的側壁處之碳消耗可能有所不同。碳消耗之厚度變化可歸因於：基於供應和去除第二前驅物的方式，基板邊緣處之特徵部比基板中心處更長期地暴露於第二前驅物。
在形成氧化物膜層之後，於基板表面處進行方向性蝕刻操作，以自基板表面及SOH特徵部的頂部移除氧化物膜層，同時在圖案的側壁上留下氧化物膜層，如圖2C所示。最後，執行灰化操作，俾選擇性地移除界定初始圖案之特徵部的SOH並留下形成側壁的氧化物膜層。圖2D顯示作為灰化操作之結果的所得圖案(例如線圖案)。然而，由於第二前驅物中所用之強氧化劑所造成的碳消耗，因此界定於所得圖案中之特徵部的臨界尺寸(由間隙a、b、及c表示)係不均勻的。因此，當所得圖案被轉移至下方的基板以在基板上界定特徵部時，所轉移的圖案係不規則的(亦即，不均勻的)，其導致條形輪廓問題。
由於碳對氧自由基之高親和力及反應性，因此藉由對使用習知氧化劑(例如N2 O、O2 )之SOH損害進行限制而獲得滿意的沉積處理係困難的，且需要大量的製程調諧，並且在一些情況下需要新硬體開發。隨著裝置尺寸持續縮小，對於維持特徵部之間的臨界尺寸而言，此等碳損失之容許損失及基板上輪廓變得越來越重要。
為了克服習知處理的缺點，本發明之特徵在SOH上之氧化物膜層(例如SiO2 膜層)的低溫原子層沉積(ALD)中使用二氧化碳(CO2 )作為主要的氧化劑氣體。作為弱氧化劑的二氧化碳釋放較少的反應性氧自由基物種至電漿中。由於電漿中較低的氧自由基濃度，因此在ALD處理中使用弱氧化劑(例如CO2 )確保對SOH之破壞係有限的。此外，所得之蝕刻輪廓係高度平坦的，其在使用強氧化劑(如N2 O及O2 )之習知ALD處理中係難以實現的，因為強氧化劑消耗SOH的碳。將強氧化劑(如N2 O及O2 )替換為弱氧化劑(如CO2 )提供在SOH上沉積薄氧化物膜層(如SiO2 膜層)之簡單且易於實現的方法，且相較於習知ALD處理，遮罩之損失明顯較小。CO2 為廣泛可得的廉價氣體，其在安全處理方面構成極小挑戰。此外，在控制器上對製程配方進行極小調整之情況下即可使現有的處理腔室用於處理CO2 。因此無需開發新硬體或重新設計現有硬體。
在一實施例中，圖3A-3D顯示在第二前驅物中採用弱氧化劑以限制初始圖案之SOH特徵部處之碳消耗的ALD處理，其中該初始圖案係界定於基板表面上。減輕碳消耗會使得更平坦的蝕刻圖案被界定於基板上，其轉換為用以蝕刻基板之更加均勻的圖案遮罩。因此，當圖案遮罩被轉移至基板時，特徵部更為均勻且具有可靠的輪廓幾何。
參照多重圖案化技術而描述圖3A-3D中所示之實施例，該多重圖案化技術係用以在基板表面上界定特徵部，並將所得圖案轉移至基板以在基板上蝕刻特徵部。例如所使用之多重圖案化技術涉及自對準雙重圖案化(SADP)技術，其涉及使用界定於基板表面上之特定密度(亦即，節距)之特徵部的初始圖案，以產生具有初始圖案密度的兩倍之修改圖案。所得之修改圖案的特徵部幾何係平坦且均勻的。
用於在基板上沉積矽基氧化物膜層的ALD處理係在多個循環中執行，其中每一循環係由以下各者所組成：將基板表面暴露於第一前驅物(例如有機金屬矽前驅物)之第一電漿、並接著施加不同於第一前驅物的第二前驅物之第二電漿。有許多有機金屬矽前驅物可用於沉積處理中，且可基於前驅物之特性而選擇特定的有機金屬矽前驅物(例如胺基矽烷)。
第二前驅物之組成及施加使得均勻的氧化物膜層形成於基板表面上，且伴隨碳基SOH層之最小消耗。第二前驅物中所使用之弱氧化劑確保氧自由基在基板表面上之最佳飽和，以提供更均勻的氧化物膜層，並同時使SOH特徵部之消耗最小化。在利用第一前驅物以處理基板表面之操作與利用第二前驅物以處理基板表面之操作之間啟動初始排淨操作，並且在第二前驅物施加操作之後進行另外的排淨步驟。執行初始排淨步驟以使將處理腔室排空，俾避免未經吸收之第一前驅物與第二前驅物進行反應，其可能導致不良的副產物或雜質之形成。
圖3A顯示在低溫ALD開始時之基板表面。在被接收於處理腔室中以開始ALD處理之前，基板可已經經歷製造操作，其中旋塗硬遮罩(SOH)層被沉積於表面上以界定特徵部之初始圖案。形成於基板表面上的SOH層為一碳基硬遮罩。形成於表面上的特徵部界定了臨界尺寸，包括至少高度、寬度、及密度(亦即，界定隔開各對連續特徵部之距離的節距)。例如，每一特徵部之寬度可為約200Å，且一對連續SOH特徵部之間的距離可為約500Å。可利用光阻操作或任何其他製造操作以界定SOH層。
透過使基板表面依序暴露於二或更多前驅物，基板的表面經歷ALD處理而沉積氧化物膜層。作為ALD處理之一部分，使基板表面(包含界定初始圖案的SOH特徵部之表面)暴露於第一前驅物。第一前驅物係基於以下各者而加以選擇：界定於基板表面上之特徵部的類型、基板中所使用之材料的類型、及前驅物之特性。在一實施例中，胺基矽烷係用作第一前驅物。利用化學吸附程序，第一前驅物與暴露於第一前驅物之基板表面上及SOH特徵部表面上的矽進行反應，以形成矽-氫鍵。
在使基板表面暴露於第一前驅物達一預定時段之後，利用一排淨操作將第一前驅物自處理腔室去除。排淨操作可為一真空排淨操作，其中惰性氣體被導入至處理腔室中達一預定時段，並且與第一前驅物之未經吸收之自由基及第一前驅物之剩餘部份一起被移除。
在排淨操作之後，將具有弱氧化劑的第二前驅物以電漿型態施加至處理腔室。在一些實施例中，第二前驅物為二氧化碳(CO2 )前驅物，其中CO2 為弱氧化劑。CO2 為具有強鍵的穩定化合物，且在電漿中相對難以輕易解離。因此，使用CO2 前驅物會致使產生較少的反應性氧自由基以使基板表面飽和。較低濃度的反應性氧自由基足以將由第一前驅物在基板表面上形成的表面矽-氫鍵轉化為矽醇，而不會對SOH特徵部造成太大損害。對SOH特徵部之損害會不利地影響形成於基板表面上的SOH特徵部之臨界尺寸。許多實施例不僅限於CO2 前驅物，而是可使用如下之前驅物：能夠提供足夠的氧自由基而不會對碳基SOH之臨界特徵造成不利影響的任何其他弱氧化劑前驅物。由經解離之二氧化碳釋放至電漿中的氧自由基容易與吸收於基板表面上之第一前驅物進行反應，而形成氧化物膜層。
圖3B顯示形成於基板表面上之所得氧化物膜層的範例，其為以下操作所引致之結果：將基板表面及SOH特徵部表面暴露於第二前驅物並同時實質上保持SOH特徵部之臨界尺寸。在預定時段之後利用第二排淨操作將第二前驅物去除，其中自處理腔室中去除過量的氧自由基及第二前驅物之任何副產物。
以下處理界定一ALD沉積循環：利用第一前驅物以處理基板表面及SOH特徵部表面、在預定時段後將第一前驅物排淨、利用第二前驅物以處理基板表面及SOH特徵部表面、及在預定時段後將第二前驅物排淨。依據原子層沉積處理而重複進行該ALD沉積循環多次，俾在基板表面上、及SOH特徵部之表面(亦即，頂表面及側壁)上使氧化物膜層生長至一特定氧化物厚度。重複進行沉積循環的次數可基於SOH特徵部之臨界尺寸，且因此基於利用雙重圖案化技術以界定於基板表面上的額外特徵部之臨界尺寸。例如，可進行限定次數的沉積循環，以使初始圖案中之特徵部之各者的側壁上的氧化物膜層生長至約150Å之厚度，因此在兩個連續特徵部之間存在約200Å之間隙。圖3B顯示一範例，其中藉由ALD處理以在特徵部側壁上使氧化物膜層生長至約150Å。由於電漿中之反應性氧自由基的濃度低，因此碳基SOH的消耗量受到限制。
在限定次數的沉積循環之後，進行方向性蝕刻操作以選擇性地將氧化物膜層自基板表面和自SOH特徵部頂部移除，俾使初始圖案之SOH特徵部的頂部暴露。方向性蝕刻留下形成於SOH圖案之側壁上的氧化物膜層。
圖3C顯示方向性蝕刻操作之結果，其中特徵部之側壁被保留，而SOH特徵部之頂部被暴露。應注意，圖3C中之尺寸可能並未按尺寸繪製，而是供以說明基板之特徵部上之ALD循環的結果。
最後，進行灰化操作以自特徵部選擇性地移除SOH，同時留下形成側壁的氧化物膜層。圖3D顯示灰化操作所造成之所得圖案。所得圖案界定形成於基板表面上的額外特徵部。額外特徵部本質上使初始圖案之特徵部的數量加倍。由於第二前驅物中之弱氧化劑(CO2 )所提供之反應性氧自由基的濃度低，因此自SOH特徵部消耗的碳量較少。因此，在界定雙重圖案的任一對連續氧化物膜側壁之間的所得間隙(亦即，來自初始圖案之間隙1至4，以及由蝕刻及灰化操作所新界定的間隙5-8)具有實質上均勻的臨界尺寸，且所蝕刻之特徵部的輪廓係高度平坦的。所得之雙重圖案用作一遮罩，其被轉移至下方的基板，俾在後續的(複數)蝕刻操作期間在基板上界定特徵部。所轉移之圖案係規則的，且引致相當一致的條形輪廓。
以下圖表顯示在第二前驅物中使用各種氧化化學品之基線ALD處理所造成的碳消耗效應。
Figure 108124885-A0304-0001
圖表中的第一欄顯示用於判定碳消耗效應之各種掃描參數，第二欄顯示在基板上之不同部份處所形成之特徵部上的氧前驅物之效應，第三欄顯示氧化亞氮前驅物之效應，而最後一欄顯示二氧化碳前驅物之效應。平均而言，當使用氧前驅物時，從特徵部側壁消耗約52.30Å深度的碳基SOH層，而當使用氧化亞氮前驅物時，從特徵部側壁消耗約55.54Å深度的SOH層。相對地，當使用二氧化碳前驅物時，僅從特徵部側壁消耗約15.38Å深度的碳基SOH層，顯示對側壁之損害明顯減少，其可歸因於較少量的反應性氧自由基存在於二氧化碳前驅物之電漿中。藉由調諧二氧化碳前驅物之施用參數，可進一步控制所消耗之碳基SOH層的深度。
相似地，輪廓參數P1及P2表示形成於基板表面上之特徵部輪廓由基板中心至基板邊緣的變化。幅度參數顯示各種前驅物對特徵部輪廓損失之效應。氧前驅物及氧化亞氮前驅物之特徵部輪廓損失幅度明顯大於二氧化碳前驅物，其表示：與氧前驅物及氧化亞氮前驅物相比，二氧化碳前驅物較佳地保留特徵部輪廓。
在一些實施例中，圖4及5顯示用於ALD處理中之各種化學品在不同掃描點處的特徵部輪廓變化。圖4顯示由基板中心至基板邊緣之掃描點。圖5顯示一圖表，其描繪：隨著自中心開始往外朝向邊緣而徑向地掃描基板表面上之特徵部輪廓，在相應掃描點處(圖示於圖4中)所量測之特徵部輪廓變化(x軸)與在SOH層處之碳消耗(y軸)的關係。例如，對於涵蓋約9個點之半徑的第一掃描區域，針對氧前驅物，SOH層中之碳消耗係顯示為約45Å，且針對氧化亞氮前驅物，碳消耗略高至約50Å，而針對CO2 ，碳消耗係顯示為約15Å。在涵蓋約26個點之半徑的第二掃描區域處，針對氧、氧化亞氮、及二氧化碳前驅物之各者，碳消耗與第一掃描區域之碳消耗保持相當地一致。
第一掃描區域及第二掃描區域中之特徵部輪廓亦顯示一定程度的輪廓一致性。雖然在第一及第二掃描區域中存在一定程度的特徵部輪廓一致性，但針對氧及氧化亞氮前驅物的在第一及第二掃描區域處之SOH消耗明顯高於針對CO2 之SOH消耗。在涵蓋約37.5個點之半徑的第三掃描區域處，使用氧及氧化亞氮前驅物的碳消耗顯示上升趨勢，且在第三掃描區域內的不同點處具有高度不均勻的消耗(範圍由48Å至約75Å之間)，如波浪線所示。然而，因二氧化碳前驅物而造成的碳消耗顯示出較穩定的輪廓特性，其變化相似於在第一及第二掃描區域中所觀察到的變化。第三掃描區域表示由基板內側區域至基板外側區域之區域過渡。
在基板邊緣處，因氧及氧化亞氮前驅物而造成的碳消耗顯示出與第三掃描區域中所示相同的不均勻性，而CO2 前驅物顯示出小量但穩定的增加，其表示：與基板中心相比，邊緣處之SOH特徵部的碳消耗略為增加。此可歸因於第二前驅物之施加及自處理腔室去除的方式、及/或基板之不同部份暴露於第二前驅物的不同時間量。此外，將前驅物由氧前驅物改變為氧化亞氮前驅物不會使碳基SOH損失獲得改善或變差。另一方面，與使用強氧化劑前驅物(例如N2 O或O2 前驅物)時相比，使用CO2 前驅物之各種掃描區域顯示出較均勻的特徵部輪廓及明顯較少的碳基SOH損失。並且，基於CO2 前驅物之特徵部輪廓的均勻性由基板中心持續至邊緣，而SOH消耗無顯著變化。
可利用控制器以在製程輸入及控制中調諧CO2 前驅物之施用，俾減少碳基SOH的消耗。例如，用於施加強氧化劑的標準製程輸入及控制可用於CO2 前驅物，以利用ALD處理在基板表面上獲得較佳的特徵部輪廓。可依據製程配方，藉由使用控制器調整第二前驅物之各種化學品的流率以實現最佳的特徵部輪廓。顯示較佳結果的CO2 前驅物中之CO2 氣體流率為介於約每分鐘500標準立方公分(sccm)至約3,000 sccm之間，而氬氣流率為介於約5,000 sccm至約20,000 sccm之間(亦即，氬的流率被調整至大約CO2 流率(1倍)的10倍)。在另一範例中，CO2 流率為約1,500 sccm，而氬的流率為約16,000 sccm。
相似地，可將處理腔室中之溫度範圍維持於約30o C至約100o C，其中最佳溫度為約50o C。可將腔室壓力範圍調整至介於約1 Torr至約5 Torr之間，其中最佳壓力為約2 Torr。施加至腔室之功率的範圍在約250瓦至約2,000瓦之間，且可能的範圍為介於約500瓦至約1,200瓦之間，且最佳功率為約1,000瓦。使用於ALD處理中的例示性第一前驅物為胺基矽烷前驅物，且例示性第二前驅物(亦即，弱氧化劑前驅物)為與氬混合的CO2 。弱氧化劑前驅物中之CO2 對氬的比率為介於約1單位CO2 對約2或3單位之間的氬。施加以界定電漿的RF功率之頻率為介於約10 MHz至約15 MHz之間，其中最佳RF功率為約13.56 MHz。
界定於特徵部側壁上的氧化物膜層之寬度係由以下各者所致：SOH特徵部之厚度、及ALD處理開始之前界定於基板表面上的初始圖案中之SOH特徵部之間的節距。例如，當使用雙重圖案化技術時，氧化物膜層的寬度係基於碳基SOH特徵部的寬度。因此，若碳基SOH特徵部的厚度為約200Å、且第一碳基SOH特徵部之右邊緣與相鄰的第二碳基SOH特徵部之左邊緣之間的節距(亦即，間距或間隙)為約500Å，則可將碳基SOH特徵部處之側壁的厚度界定為約150Å，使得兩個相鄰碳基SOH特徵部之氧化物膜側壁之間的間距與碳基SOH特徵部本身的寬度(亦即，200Å)相同。因此，所需進行之ALD循環的數量取決於圖案設計。
許多實施例並不限於CO2 -氬前驅物之特定範例，而是可包含與氬或任何其他(複數)惰性氣體混合的任何其他弱氧化劑。相似地，可在ALD循環中使用不同類型的第一前驅物。圖1中所示之處理腔室為用以執行ALD處理之單站處理腔室的一個範例，亦可使用其他類型的處理腔室，包括多站處理腔室。在圖1中所示之實施例中，將功率輸送至上腔室部分，而下腔室部分為接地的。亦可採用其他實施例，其中處理腔室係配置以將功率輸送至下腔室部分，而上腔室為接地的。
本文所討論之各種實施例提供方法以最佳地調諧第二前驅物之施加，俾減少SOH特徵部上的蝕刻量並調制SOH特徵部(其被轉移至基板)的輪廓，因此在基板中所蝕刻的所得特徵部呈現一均勻圖案。此係藉由以下方式而完成：透過使用具有強鍵且在電漿中相對難以分解的弱氧化劑(例如CO2 )，以控制釋放至電漿中之反應性氧自由基的量。藉由提供較少的反應性自由基，可限制對界定於基板表面上之原始碳基SOH特徵部的損害，從而在整個基板表面上均勻地保留SOH特徵部的臨界尺寸。作為廣泛可得之化合物的CO2 提供簡易、廉價、且有效的方式以保持SOH特徵部輪廓。將此等均勻特徵部轉移至基板使得特徵部圖案化更為均勻。
圖6A顯示用於在接收於處理腔室中之基板的表面上形成氧化物膜層的方法之處理操作。該處理開始於操作605，其中藉由第一電漿而使基板表面暴露於第一前驅物。在被接收於處理腔室中以進行沉積操作之前，基板表面可已經經歷一製造操作。該製造操作可在基板表面上界定初始圖案之特徵部。該等特徵部可由碳基硬遮罩所製成。第一前驅物係基於以下各者而加以選擇：所形成之特徵部的類型、基板之類型、及用以形成特徵部之遮罩的類型。在一些實施例中，第一前驅物為胺基矽烷前驅物。使基板暴露於第一前驅物達一預定時段，以使第一前驅物能夠被吸收而在基板表面上、及形成於基板表面上之SOH的表面上形成矽-氫鍵。
在該預定時段之後，將第一前驅物排淨，並藉由第二電漿而將第二前驅物施加至處理腔室，如操作610中所示。第二前驅物係不同於第一前驅物，且包含與惰性氣體(例如氬)混合的二氧化碳。二氧化碳用作一氧化劑，且向電漿提供氧自由基。第二前驅物係透過調整各種化學品(例如二氧化碳及氬)的流率而以受控方式施加，俾使自二氧化碳釋放的氧自由基能夠與矽-氫鍵進行反應以界定氧化物膜層，其中該等矽-氫鍵係形成於基板表面上及初始圖案中之SOH的表面上。所釋放之氧自由基的量足以形成氧化物膜層，而實質上不會消耗SOH之初始圖案的表面厚度。由氧自由基與第一前驅物之反應所形成的氧化物膜層係平坦且均勻的。使基板表面及初始圖案之SOH的表面依序暴露於第一前驅物及第二前驅物的操作界定一ALD沉積循環。依據原子層沉積處理而重複進行該ALD沉積循環多次，俾使氧化物膜層生長至一氧化物厚度。
在另一實施例中，圖6B顯示用於在接收於處理腔室中之基板的表面上形成氧化物膜層的方法之處理操作。該處理開始於操作650，其中藉由第一電漿而使基板表面暴露於第一前驅物。基板表面包含形成於其上之初始圖案的旋塗硬遮罩(SOH)特徵部。將第一前驅物暴露至基板表面達一預定時段，以使第一前驅物能夠被部分吸收於基板表面及SOH特徵部表面上而形成矽-氫鍵。在該預定時段之後，執行排淨操作以將任何未經吸收之第一前驅物自處理腔室中去除，如操作655中所示。
藉由第二電漿而施加第二前驅物以使基板表面及SOH特徵部表面暴露於第二前驅物，如操作660中所示。第二前驅物係不同於第一前驅物，且包含二氧化碳氣體與惰性氣體之混合物。二氧化碳氣體為一弱氧化劑，且用作一氧化劑。自二氧化碳氣體釋放至電漿中的氧自由基與形成於基板表面及SOH特徵部表面上的矽-氫鍵進行反應，而在基板表面上形成氧化物膜層。該氧化物膜層係在實質上不消耗SOH之初始圖案之表面厚度的情況下形成。
如操作665中所示，執行第二排淨操作，以將殘留的第二前驅物及形成於電漿中的任何副產物自處理腔室中去除。重複進行以下操作達一限定次數：利用第一前驅物對基板表面進行處理、將第一前驅物自處理腔室中排淨、利用第二前驅物進行處理、以及將第二前驅物與任何其他副產物自處理腔室中排淨，俾在基板表面及SOH之初始圖案之表面上使氧化物膜層生長至一氧化物厚度，如操作670中所示。執行該等操作的次數可基於特徵部之臨界尺寸及界定於初始圖案中之SOH特徵部之間的節距。
該處理可更包含選擇性地蝕刻氧化物膜層，以使SOH之初始圖案頂部及基板表面暴露，同時在SOH特徵部之側壁上留下氧化物膜層。此外，可執行灰化操作，以自初始圖案移除硬遮罩並從氧化物膜層中留下氧化物側壁。經由灰化操作而留下的氧化物側壁界定一自對準雙重圖案。該自對準雙重圖案用作一遮罩，其可被轉移至下方的基板以在後續的(複數)蝕刻操作期間界定特徵部。
圖6A及6B中所示之處理操作為雙重圖案化技術之一部份，因為在ALD處理之灰化操作結束時所得圖案中的特徵部數量為初始圖案中之特徵部數量的兩倍。由雙重圖案化所形成的特徵部係高度平坦且足夠均勻的。此外，由於電漿中的氧自由基有限，因此碳基硬遮罩之消耗受到限制，從而保持初始圖案之SOH特徵部的臨界尺寸。由於二氧化碳在電漿中貢獻的反應性自由基物種較少，因此在ALD沉積循環中使用CO2 作為氧化劑氣體使得對SOH的損害能更加受到限制。隨著裝置尺寸縮小，限制對SOH的損害有助於維持特徵部之間的臨界尺寸。
CO2 係與Ar共同流動，且利用高頻射頻功率將電漿引燃，以使表面Si-H充分轉化為矽醇，如此可促進ALD處理固有的逐步膜層生長。此等逐步膜層生長係利用可用以將CO2 前驅物(而非O2 前驅物或N2 O前驅物)施加至處理腔室中的現有工具而完成，且氧化物膜層之沉積係利用與O2 前驅物或N2 O前驅物之循環時間相似的循環時間而完成。與利用O2 前驅物或N2 O前驅物所得之特徵部蝕刻輪廓不同，利用CO2 前驅物所得之特徵部蝕刻輪廓係高度平坦的。此外，第二前驅物中CO2 化學品之使用係簡單且易於實施的。CO2 為廣泛可得的廉價氣體，其在安全處理方面構成極小挑戰，使得其成為克服習知ALD處理之不平坦及不均勻特徵部輪廓問題之非常有效且有效率的解決方案。透過閱覽整個說明書及申請專利範圍，熟習本技藝者將會理解這些及其他優點。
圖7顯示用以控制處理腔室之製程輸入及控制的控制模組700。在一實施例中，控制模組可包含一些例示性元件。例如，控制模組700可包含處理器、記憶體及一或更多介面。可採用控制模組700以部份基於所感測之數值而處理配方、控制處理腔室之裝置。僅舉例而言，基於所感測之數值及其他控制參數，控制模組700可控制一或更多之閥702、濾波加熱器704、泵浦706、及其他裝置708。控制模組700，僅舉例而言，自壓力測壓器710、流量計712、溫度感測器714、及/或其他感測器716接收所感測之數值。亦可採用控制模組700以在前驅物傳送及薄膜沉積期間控制處理條件。控制模組700通常包含一或更多之記憶體裝置及一或更多之處理器。
控制模組700可控制前驅物傳送系統及沉積設備之作業。控制模組700執行電腦程式，包含用於控制以下者之指令集：特定處理的處理時序、傳送系統溫度、過濾器兩端之壓差、閥之位置、氣體之混合、腔室壓力、腔室溫度、晶圓溫度、RF功率位準、晶圓夾頭或底座位置、流率、以及其他參數。控制模組700亦可監視壓差及自動切換從一或更多路徑到一或更多其他路徑的蒸氣前驅物傳送。儲存於記憶體裝置、與控制模組700相關的其他電腦程式可於一些實施例中被採用。
通常會存在與控制模組700相關的使用者介面。該使用者介面可包含顯示器718(例如顯示螢幕、及/或設備及/或處理條件的圖形軟體顯示器) 、以及使用者輸入裝置720，例如指向裝置、鍵盤、觸控螢幕、傳聲器等。
用以控制處理序列中的前驅物之傳送、沉積及其他處理之電腦程式可以任何習用電腦可讀取程式語言寫入：例如，組合語言、C、C++、Pascal、Fortran或其他。藉由處理器執行編譯目的碼或指令碼以執行程式中所識別之工作。
控制模組參數係關於處理條件，例如過濾器之壓差、處理氣體之成分及流動速率、溫度、壓力、電漿條件(例如RF功率位準及低頻RF之頻率)、冷卻氣體壓力、以及腔室壁溫度。
系統軟體可以許多不同方式設計或配置。例如，可寫入許多腔室元件之子程式或控制目的，以控制必要的腔室元件之操作，俾實現創造性的沉積處理。為此目的之程式或程式區段之範例包含基板定位碼、處理氣體控制碼、壓力控制碼、加熱器控制碼、以及電漿控制碼。
基板定位程式可包含用以控制腔室元件的程式碼，該等腔室元件係用以裝載基板至底座上或夾頭上、及用以控制基板與腔室的其他部件(例如氣體入口及/或目標)之間的間距。處理氣體控制程式可包含程式碼，用以控制氣體成分及流動速率及可選擇地用以在沉積之前將氣體流入腔室，俾穩定腔室中的壓力。過濾器監視程式包含將所量測的壓差與預先決定的數值作比較之碼、及/或用以切換路徑之碼。壓力控制程式可包含用以藉由調整例如腔室之排放系統中的節流閥以控制腔室內的壓力之碼。加熱器控制程式可包含用以控制前驅物傳送系統的加熱元件之加熱單元、系統之基板及/或其他部分中的電流之碼。或者，加熱器控制程式可控制熱傳氣體(例如氦氣)傳送至晶圓夾頭。
在沉積期間可監視之感測器之範例包含(但不限於)位於傳送系統、底座或夾頭(例如溫度感測器714)中的質量流量控制模組、壓力感測器710(例如壓力測壓器)、以及熱電隅。可將適當程式化之回授及控制演算法與來自該等感測器之資料配合使用，以維持所期望之處理條件。上述內容描述在單一或多腔室半導體處理工具或處理腔室中本揭露內容之實施例的實行。
上述之實施例說明已為例釋及敘述之目的而提供。非意圖為詳盡的或作為限制本揭露內容。即使未特意加以顯示或描述，特定實施例之個別元素或特徵一般而言不限於該特定實施例，而係在適用情況下皆為可通用且可用於所選之實施例。相同物亦可以許多方式而作變化。如此之變化不被認為係離開本揭露內容，且所有如此之修改均應包含於本揭露內容之範圍內。
雖然上述之實施例為了清楚理解的目的已以一些細節加以描述，但顯然地，某些改變與修飾可在隨附申請專利範圍之範疇內加以實施。因此，所描述的實施例係被視為說明性而非限制性的，且該等實施例非受限於本文所提供之細節，而可在其範疇及申請專利範圍之等效設計內加以修飾。
100:基板處理系統 101:下腔室部分 101a:腔室壁 102:上腔室部分 102a:腔室壁 103:基板 104:電漿腔室 104a:狹頸區段 104b:圓錐區段 104c:圓柱區段 106:擴散器 107:開口 108:線圈 108a:線圈 108b:線圈 110:能量源 112:噴淋頭 112a:噴嘴 112b:噴淋頭之上表面 152:RF產生器 154:匹配網路 158:電容器 159:電氣接地 161:氣體源 161a:第一氣體源 161b:第二氣體源 182:注射口 204:底座 212:間隔件 212a:內側壁 212b:外側壁 218:側延伸部 232:間隙 234:處理區域 605:操作 610:操作 650:操作 655:操作 660:操作 665:操作 670:操作 P1:輪廓參數 P2:輪廓參數
在一實施例中，圖1顯示在基板處理系統內所界定之處理區域的垂直剖面圖，該基板處理系統係配置以在基板上執行沉積處理以在其上形成薄膜。
圖2A-2D顯示界定於基板上之旋塗硬遮罩(SOH)的輪廓，其顯示因使用習知氧化劑而造成的顯著SOH損失。
依據一實施例，圖3A-3D顯示使用CO2 作為氧化劑所產生之界定於基板上的特徵部的輪廓。
在一實施例中，圖4顯示徑向掃描以獲得因SOH損失而造成之特徵部表面輪廓。
依據一實施例，圖5顯示一圖表，其顯示對應於起自晶圓中心之不同掃描點的不同標繪線，以顯示基於ALD處理中所使用之氧化劑的SOH損失。
依據一實施例，圖6A顯示用於在基板表面上界定薄氧化物膜層的方法之操作。
依據另一實施例，圖6B顯示用於在基板表面上界定薄氧化物膜層的方法之操作。
依據一實施例，圖7顯示用於控制系統的控制模組。

Claims (20)

  1. 一種在基板上沉積薄膜的方法，該基板係接收於一處理腔室中，該方法包含： 利用第一電漿以處理該基板，以使該基板之表面及圖案化於其上之旋塗硬遮罩(SOH)暴露於第一前驅物，俾使該第一前驅物被部分吸收而在該基板之表面上及該SOH之表面上形成矽-氫鍵，該SOH具有一初始圖案；並且 利用第二電漿以處理該基板，以使該基板之表面及該SOH之表面暴露於第二前驅物，該第二前驅物包含二氧化碳氣體與惰性氣體之混合物，該處理步驟使得氧自由基被釋出，並與形成於該基板之表面及該SOH之表面上的該等矽-氫鍵進行反應，其中與該等矽-氫鍵反應之該等氧自由基在該基板之表面上及該SOH之表面上形成氧化物膜層，其中形成該氧化物膜層而實質上不會消耗該SOH之該初始圖案的表面厚度。
  2. 如申請專利範圍第1項之在基板上沉積薄膜的方法，更包含： 重複進行以下操作多次：進行利用該第一前驅物處理該基板之該步驟然後進行利用該第二前驅物處理該基板之該步驟，俾在該基板之表面及該SOH之該初始圖案之表面上使該氧化物膜層生長至一氧化物厚度， 其中重複進行使用該第一及該第二前驅物之處理遵循原子層沉積處理。
  3. 如申請專利範圍第1項之在基板上沉積薄膜的方法，更包含： 定向地蝕刻該氧化物膜層，以使該SOH之該初始圖案之頂部及該基板之表面暴露；以及 執行一灰化操作，以移除該SOH之該初始圖案，並從該氧化物膜層中留下氧化物側壁，該等氧化物側壁界定一自對準雙重圖案。
  4. 如申請專利範圍第1項之在基板上沉積薄膜的方法，更包含： 在利用該第一前驅物處理該基板之後且在利用該第二前驅物處理該基板之前，執行一排淨操作，俾將任何未經吸收之第一前驅物自該處理腔室中排淨。
  5. 如申請專利範圍第1項之在基板上沉積薄膜的方法，更包含： 執行一排淨操作，俾將該第二前驅物及任何副產物自該處理腔室中排淨，該排淨操作係在使該基板之表面及該SOH之表面暴露於該第二前驅物達一預定時段之後加以執行。
  6. 如申請專利範圍第2項之在基板上沉積薄膜的方法，其中該氧化物膜層之該氧化物厚度係相當於該初始圖案中之該SOH的厚度，且係基於該初始圖案中之該SOH的節距。
  7. 如申請專利範圍第1項之在基板上沉積薄膜的方法，其中界定於該初始圖案中的該SOH為碳基硬遮罩。
  8. 如申請專利範圍第1項之在基板上沉積薄膜的方法，其中該第二前驅物中的該惰性氣體為氬。
  9. 如申請專利範圍第1項之在基板上沉積薄膜的方法，其中使該基板暴露於該第二前驅物之該步驟更包含使該二氧化碳氣體與該惰性氣體共同流動，其中該共同流動之操作包含將該惰性氣體之流率調整為大約該二氧化碳氣體之流率的10倍。
  10. 如申請專利範圍第9項之在基板上沉積薄膜的方法，其中將該二氧化碳氣體之流率調整為介於約每分鐘500標準立方公分(sccm)至約3,000 sccm之間，且將該惰性氣體之流率調整為介於約5000 sccm至約20,000 sccm之間。
  11. 如申請專利範圍第1項之在基板上沉積薄膜的方法，其中該第二前驅物中之該惰性氣體之量為大約該二氧化碳氣體之量的2倍或3倍。
  12. 如申請專利範圍第1項之在基板上沉積薄膜的方法，其中該處理腔室內的溫度為介於約30o C至約100o C之間，並且 其中該處理腔室中的壓力為介於約1 Torr至約5 Torr之間。
  13. 如申請專利範圍第1項之在基板上沉積薄膜的方法，其中施加至該處理腔室以產生第二電漿之功率為介於約250瓦至約2000瓦之間。
  14. 如申請專利範圍第1項之在基板上沉積薄膜的方法，其中該第一前驅物為有機金屬矽前驅物。
  15. 如申請專利範圍第1項之在基板上沉積薄膜的方法，其中該第一前驅物為胺基矽烷前驅物。
  16. 一種在基板上沉積薄膜的方法，該基板係接收於一處理腔室中，該方法包含： 利用第一電漿處理該基板，以使該基板之表面及圖案化於其上之旋塗硬遮罩(SOH)之表面暴露於第一前驅物，俾使該第一前驅物能夠被部分吸收而在該基板之表面上及該SOH之表面上形成矽-氫鍵，該SOH具有一初始圖案； 將任何未經吸收之第一前驅物自該處理腔室中排淨； 利用第二電漿處理該基板，以使該基板之表面及該SOH之表面暴露於第二前驅物，該第二前驅物包含二氧化碳氣體與氬氣之混合物，該處理步驟使得自該二氧化碳氣體釋出的氧自由基與形成於該基板之表面上及該SOH之表面上的該等矽-氫鍵進行反應，而在該基板之表面上及該SOH之表面上形成氧化物膜層，其中與該等矽-氫鍵反應之該等氧自由基形成該氧化物膜層而實質上不會消耗該SOH之該初始圖案的表面厚度； 在一預定時段之後，將該第二前驅物及任何副產物自該處理腔室中排淨；以及 重複進行以下操作多次：進行利用該第一前驅物處理該基板之該步驟然後進行利用該第二前驅物處理該基板之該步驟，俾在該基板之表面及該SOH之該初始圖案之表面上使該氧化物膜層生長至一氧化物厚度， 其中重複進行使用該第一及該第二前驅物之處理遵循原子層沉積處理。
  17. 如申請專利範圍第16項之在基板上沉積薄膜的方法，其中該第一前驅物為胺基矽烷前驅物。
  18. 如申請專利範圍第16項之在基板上沉積薄膜的方法，其中使用該第一前驅物之該處理步驟與使用該第二前驅物之該處理步驟共同構成原子層沉積處理的一沉積循環，且其中重複進行該沉積循環多次，以界定該氧化物膜層的該氧化物厚度，其相當於該初始圖案中之該SOH的厚度。
  19. 如申請專利範圍第16項之在基板上沉積薄膜的方法，更包含： 定向地蝕刻該氧化物膜層，以使該SOH之該初始圖案之頂部及該基板之表面暴露；以及 執行一灰化操作，以自該初始圖案移除該SOH，並從該氧化物膜層中留下氧化物側壁，該等氧化物側壁界定一自對準雙重圖案。
  20. 如申請專利範圍第16項之在基板上沉積薄膜的方法，其中使該基板暴露於該第二前驅物之該步驟更包含使該二氧化碳氣體與該氬氣共同流動，其中該共同流動之操作包含將該氬氣之流率調整為大約該二氧化碳氣體之流率的10倍。
TW108124885A 2018-07-19 2019-07-15 在硬遮罩膜上的ALD SiO2沉積中之碳損失的最小化 TWI832877B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/040,495 2018-07-19
US16/040,495 US10340136B1 (en) 2018-07-19 2018-07-19 Minimization of carbon loss in ALD SiO2 deposition on hardmask films

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202018817A true TW202018817A (zh) 2020-05-16
TWI832877B TWI832877B (zh) 2024-02-21

Family

ID=67069396

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108124885A TWI832877B (zh) 2018-07-19 2019-07-15 在硬遮罩膜上的ALD SiO2沉積中之碳損失的最小化

Country Status (5)

Country Link
US (2) US10340136B1 (zh)
KR (1) KR20210024199A (zh)
CN (1) CN112771646A (zh)
TW (1) TWI832877B (zh)
WO (1) WO2020018330A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4112036A4 (en) 2020-02-27 2024-04-17 Amorepacific Corporation COMPOSITION WITH IMPROVED USABILITY
CN114068309B (zh) 2020-07-29 2023-01-20 长鑫存储技术有限公司 形成高密度图案的方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070202710A1 (en) * 2006-02-27 2007-08-30 Hynix Semiconductor Inc. Method for fabricating semiconductor device using hard mask
US9390909B2 (en) * 2013-11-07 2016-07-12 Novellus Systems, Inc. Soft landing nanolaminates for advanced patterning
US8901016B2 (en) 2010-12-28 2014-12-02 Asm Japan K.K. Method of forming metal oxide hardmask
US9431267B2 (en) 2012-12-03 2016-08-30 Applied Materials, Inc. Semiconductor device processing tools and methods for patterning substrates
KR102057067B1 (ko) * 2013-01-29 2019-12-18 삼성전자주식회사 반도체 장치의 배선 구조체 및 그 형성 방법
WO2015106261A1 (en) 2014-01-13 2015-07-16 Applied Materials, Inc. Self-aligned double patterning with spatial atomic layer deposition
JP6541618B2 (ja) * 2016-05-25 2019-07-10 東京エレクトロン株式会社 被処理体を処理する方法
JP6788400B2 (ja) * 2016-07-08 2020-11-25 東京エレクトロン株式会社 被処理体を処理する方法
JP6757624B2 (ja) * 2016-08-12 2020-09-23 東京エレクトロン株式会社 被処理体を処理する方法
JP6759004B2 (ja) * 2016-08-29 2020-09-23 東京エレクトロン株式会社 被処理体を処理する方法

Also Published As

Publication number Publication date
US10692717B2 (en) 2020-06-23
WO2020018330A1 (en) 2020-01-23
TWI832877B (zh) 2024-02-21
KR20210024199A (ko) 2021-03-04
US20200027718A1 (en) 2020-01-23
US10340136B1 (en) 2019-07-02
CN112771646A (zh) 2021-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI780145B (zh) 用於圖案化應用之原子層蝕刻、反應性前驅物及高能來源
KR102604354B1 (ko) 막 균일성 및 두께 프로파일 조절을 위한 멀티-사이클 ald 프로세스
US9953843B2 (en) Chamber for patterning non-volatile metals
JP6415035B2 (ja) ギャップフィルのための共形膜蒸着
US9865454B2 (en) Substrate processing apparatus and substrate processing method
KR20180117525A (ko) Ale (atomic layer etch) 리셋을 사용한 선택적인 증착
US10043639B2 (en) Substrate processing apparatus and substrate processing method
US11479852B2 (en) Method for dry cleaning a susceptor and substrate processing apparatus
KR20200123482A (ko) 챔퍼리스 (chamferless) 비아 통합 스킴 (scheme)
US20220093365A1 (en) Atomic layer treatment process using metastable activated radical species
US20230035732A1 (en) Efficient cleaning and etching of high aspect ratio structures
TWI832877B (zh) 在硬遮罩膜上的ALD SiO2沉積中之碳損失的最小化
US20230005740A1 (en) Modulation of oxidation profile for substrate processing
KR20210078264A (ko) 기판 처리 방법
US20230274939A1 (en) Atomic layer etching of a semiconductor, a metal, or a metal oxide with selectivity to a dielectric
KR20210095170A (ko) 기판 처리 방법 및 기판 처리 시스템
US20220375746A1 (en) Semiconductor substrate bevel cleaning
KR20240015444A (ko) 기판 처리 방법
TW202330979A (zh) 具有靜電夾持的遠端電漿沉積
CN111261514A (zh) 基片处理方法