TW202146690A - 使間隙填充流體沉積之方法以及相關系統及裝置 - Google Patents

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Abstract

用於製造包含基板之結構之方法及系統。基板包含多數個凹槽及多數個側向空間。凹槽及側向空間至少部分用間隙填充流體填充。

Description

使間隙填充流體沉積之方法以及相關系統及裝置
本發明大致上係關於適於形成電子裝置之方法及系統。更特定言之，本發明係關於可用於藉由電漿輔助沉積使間隙填充流體在溝槽及側向空間中沉積之方法及系統。
半導體裝置之縮放已導致積體電路速度及密度之顯著改進。然而，隨著大規模積體裝置之佈線間距之小型化，由於現有沉積方法之限制，高縱橫比溝槽（例如，具有三或更高之縱橫比之溝槽）之無空隙填充變得愈來愈困難。因此，仍需要有效地填充半導體基板上之諸如溝槽之高縱橫比特徵的方法。此外仍需要可另外填充基板表面下之內埋空間之方法。
一種間隙填充方法揭示於國際公開案第WO 2019/152055號中。然而，此方法未揭示用間隙填充流體填充內埋層。
本節提出之任何討論（包括問題及解決方案的討論）僅為了提供本發明背景脈絡之目的而包括在本發明中。此類討論不應視為承認資訊之任何或全部內容在完成本發明時已知或以其他方式構成先前技術。
本發明之各種具體例係關於間隙填充方法，關於使用此類方法形成之結構及裝置且關於用於執行該等方法及/或用於形成該等結構及/或裝置之設備。本發明之各種具體例解決先前方法及系統之缺陷之方式在下文得到更詳細之論述。
本文提供一種填充間隙之方法，其包含：在反應器室中引入設置有間隙之基板，間隙包含凹槽及自凹槽實質上側向地延伸之側向空間；將前驅物引入至反應器室中；將共反應物引入至反應器室中；及在反應器室中引入電漿；從而前驅物及共反應物反應以形成至少部分填充間隙之凹槽及側向空間之間隙填充流體。
在一些具體例中，共反應物包含氮氣及/或氨氣。
在一些具體例中，共反應物包含惰性氣體。
在一些具體例中，惰性氣體係選自由以下組成之清單：He、Ne、Ar及Kr。
在一些具體例中，惰性氣體為Ar。
在一些具體例中，前驅物為環矽氮烷前驅物。
在一些具體例中，反應器室處於至少700 Pa至至多1,500 Pa之壓力下且在至少50℃至至多150℃之溫度下。
在一些具體例中，反應器室處於至少900 Pa至至多1,200 Pa之壓力下。
在一些具體例中，反應器室處於至少50℃至至多75℃之溫度下。
在一些具體例中，環矽氮烷前驅物係選自由以下組成之群：環三矽氮烷前驅物、環四矽氮烷前驅物及環五矽氮烷前驅物。
在一些具體例中，環矽氮烷前驅物具有下式：
Figure 02_image001
其中，R1至R9中之任一者係各自獨立地選自由以下組成之群：氫及C1至C5支鏈或直鏈烷基、烯基、炔基及烷基胺。
在一些具體例中，前驅物及共反應物同時引入。
在一些具體例中，引入共反應物係連續地提供，前驅物係以多數個前驅物脈衝提供，電漿係以多數個電漿脈衝提供，其中，個別前驅物脈衝及個別電漿脈衝係由吹掃步驟分離。
在一些具體例中，環矽氮烷前驅物完全由N、C、H及Si組成。
在一些具體例中，環矽氮烷前驅物完全由N、C及Si組成。
在一些具體例中，環矽氮烷前驅物不含有任何氧。
在一些具體例中，環矽氮烷前驅物不含有任何鹵素。
在一些具體例中，在整個引入環矽氮烷前驅物、共反應物及電漿之過程中，不將除前驅物、氨氣及氮氣以外之氣體引入至反應器室中。
在一些具體例中，基板包含半導體。
在一些具體例中，方法包括用間隙填充流體完全填充多數個凹槽。
在一些具體例中，方法包括用間隙填充流體完全填充一或多個側向空間。
在一些具體例中，方法包含使間隙填充流體固化。
在一些具體例中，固化步驟涉及使用直接電漿，且用於填充間隙之方法包含多數個循環，在循環中，間隙填充流體沉積及電漿處理步驟交替進行。
在一些具體例中，固化步驟涉及在間隙經間隙填充流體填充之後使用間接電漿。
在一些具體例中，固化步驟涉及使用惰性氣體電漿。
在一些具體例中，固化步驟涉及使用微脈衝電漿，微脈衝電漿涉及依序施加多數個電漿接通及電漿斷開脈衝。
在一些具體例中，固化步驟包含使基板經受微脈衝電漿，微脈衝電漿包含依序施加多數個微脈衝循環，微脈衝循環包含電漿接通脈衝及電漿斷開脈衝。
在一些具體例中，微脈衝電漿採用惰性氣體作為電漿氣體。
在一些具體例中，基板為300 mm矽晶圓，且在微脈衝電漿期間維持至少5.0 slm之電漿氣體流動速率。
本文進一步描述一種包含設置有間隙之半導體基板之結構，間隙包含凹槽及自凹槽側向地延伸之側向空間；其中，凹槽及側向空間至少部分用間隙填充流體填充。
在一些具體例中，側向空間之高度為至少1.0 nm至至多40.0 nm，或至少2.0 nm至至多20.0 nm，或至少3.0 nm至至多18.0 nm，或至少4.0 nm至至多16.0 nm，或至少5.0 nm至至多15.0 nm，或至少6.0 nm至至多14.0 nm，或至少7.0 nm至至多13.0 nm，或至少8.0 nm至至多12.0 nm，或至少9.0 nm至至多11.0 nm，或約10.0 nm。
在一些具體例中，間隙填充流體在側向空間中延伸之距離為至少1.0 nm至至多100.0 nm，或至少1.5 nm至至多50.0 nm，或至少2.0 nm至至多25.0 nm之距離，或至少3.0 nm至至多20.0 nm之距離，或至多4.0 nm至至多18.0 nm之距離，或至少5.0 nm至至多16.0 nm之距離，或至少6.0 nm至至多14.0 nm之距離，或至少8.0 nm至至多12.0 nm之距離，或約10.0 nm之距離。
在一些具體例中，間隙填充流體包含聚矽氮烷寡聚物。
在一些具體例中，聚矽氮烷寡聚物為支鏈的。
在一些具體例中，聚矽氮烷寡聚物包含多數個寡聚物種。
在一些具體例中，間隙填充流體完全填充至少90%、較佳至少95%、更佳至少99%、最佳所有之凹槽。
在一些具體例中，間隙填充流體完全填充至少90%、較佳至少95%、更佳至少99%、最佳所有之側向空間。
在一些具體例中，間隙填充流體實質上不含空隙。
在一些具體例中，間隙填充流體在一或多個側向空間中延伸之距離為至少3 nm。
在一些具體例中，凹槽之深度為至少5 nm至至多500 nm，或至少10 nm至至多250 nm，或至少20 nm至至多200 nm，或至少50 nm至至多150 nm，或至少100 nm至至多150 nm。
在一些具體例中，凹槽之寬度為至少10 nm至至多10,000 nm，或至少20 nm至至多5,000 nm，或至少40 nm至至多2,500 nm，或至少80 nm至至多1,000 nm，或至少100 nm至至多500 nm，或至少150 nm至至多400 nm，或至少200 nm至至多300 nm。
在一些具體例中，凹槽之長度為至少10 nm至至多10,000 nm，或至少20 nm至至多5,000 nm，或至少40 nm至至多2,500 nm，或至少80 nm至至多1000 nm，或至少100 nm至至多500 nm，或至少150 nm至至多400 nm，或至少200 nm至至多300 nm。
在一些具體例中，側向空間設置於環繞閘極電晶體之源極及/或汲極區域中，且其中，間隙填充流體充當層間介電質。
在一些具體例中，間隙填充流體經固化。
進一步描述包括根據如本文所描述之方法填充之間隙之結構。
進一步描述包含間隙填充流體作為層間介電質之環繞閘極電晶體。在一些具體例中，間隙填充流體經固化。
本文進一步描述一種系統，其經組態以執行如本文所描述之用於填充間隙之方法，及/或經組態以形成如本文所描述之包含填充間隙之結構。
本文進一步描述一種系統，系統包含：一或多個反應室；流體耦接至一或多個反應室中之至少一者的注氣系統；用於在反應器室中引入前驅物及可選地(optionally)之載體氣體的第一氣體源；用於將一或多種其他氣體之混合物引入至反應器室中的第二氣體源；排氣管；及控制器。控制器經組態以控制進入至注氣系統中之氣流以進行如本文所描述之用於填充間隙之方法。
根據本發明之另外額外實施例，揭示一種用於執行如本文所描述之方法及/或形成結構、裝置或其任一者之部分的系統。
根據本發明之另外額外實施例，揭示一種控制器，其經配置以處理用於進行如本文所描述之方法及/或用於製造結構、裝置或其部分之指令。
根據本發明之另外額外實施例，揭示一種資料載體，其具有儲存於其上之用於進行如本文所描述之方法及/或用於製造結構、裝置或其部分之電腦可讀指令。
所屬技術領域中具有通常知識者將從已參照隨附圖式之某些具體例的下列詳細描述輕易明白這些及其他具體例。本發明並未受限於任何所揭示具體實施例。
下文所提供之方法、結構、裝置及系統之例示性實施例的描述僅係例示性且僅係意欲用於闡釋之目的；下列描述並非意欲限制本發明或申請專利範圍之範疇。此外，列舉具有所陳述特徵之多個實施例不意欲排除具有額外特徵之其他實施例或納入所陳述特徵之不同組合的其他實施例。例如，各種實施例係提出作為例示性實施例，並可列舉於附屬項中。除非另有註明，例示性實施例或其等之組件可組合或可彼此分開應用。
在本發明中，「氣體(gas)」可包括在常溫及常壓(NTP)下為氣體之材料、汽化固體、及/或汽化液體，並可取決於上下文由單一氣體或氣體混合物構成。除了程序氣體以外的氣體（亦即，非通過氣體分配總成、多埠注入系統、其他氣體分配裝置，或類似者所引入的氣體）可用於例如密封反應空間，且可包括諸如稀有氣體的密封氣體。如本文所使用之術語「稀有氣體(rare gas)」及「惰性氣體(noble gas)」可互換使用。在一些情況下，術語「前驅物(precursor)」可指參與產生另一化合物之化學反應之化合物，且特定言之，係指構成膜基質或膜之主要骨架之化合物；術語「反應物(reactant)」可與術語前驅物互換使用。
如本文所使用，術語「共反應物(co-reactant)」係指與前驅物反應及/或相互作用以便形成如本文所描述之可流動間隙填充層之氣體。共反應物可活化前驅物寡聚合。共反應物可為催化劑。共反應物不必必須併入於形成之間隙填充流體中，但共反應物在間隙填充流體之形成期間確實與前驅物相互作用。可能之共反應物包括He、Ar、N2 、H2 及NH3 。如本文所使用之術語「共反應物」之替代表達可包括「氣體混合物」、「一或多種其他氣體」及「包含一或多種其他氣體之氣體混合物」。
如本文所使用，用語「基板(substrate)」可指可用以形成或在其上可形成裝置、電路，或膜之任何（多個）下伏材料。基板可包括塊材（諸如矽（例如單晶矽））、其他IV族材料（諸如鍺），或其他半導體材料（諸如II-VI族或III-V族半導體），並可包括上覆或下伏於塊材的一或多層。
進一步地，在本發明中，變數之任兩個數字可構成變數之可工作範圍，且所指示之任何範圍可包括或排除端點。額外地，所指示的變數之任何數值（不管該等數值是否以「約」來指示）可指精確值或近似值並包括等效值，且可指平均值、中間值、代表值、多數值或類似者。進一步地，在本發明中，於一些實施例中，用語「包括(including)」、「由…構成(constituted by)」、及「具有(having)」係獨立地指「一般或廣泛地包含(typically or broadly comprising)」、「包含(comprising)」、「基本上由…組成(consisting essentially of)」，或「由…組成(consisting of)」。在本發明中，於一些實施例中，任何已定義之意義不必然排除尋常及慣例意義。
如本文所使用，術語「包含」指示包括某些特徵，但其不排除其他特徵之存在，只要其不使得申請專利範圍不可行即可。在一些具體例中，術語「包含」包括「由…組成(consisting)」。
如本文所使用，術語「由…組成」指示無其他特徵存在於設備/方法/產品中，除了該措辭之後的特徵。
如本文所使用，術語「間隙填充流體(gap filling fluid)」亦稱為「可流動間隙填充物(flowable gap fill)」，可指在沉積於基板上且具有交聯能力且用於固體膜之條件下為液體之寡聚物。
在本發明中，術語「填充能力(filling capability)」係指填充實質上無空隙（例如，沒有直徑尺寸約5 nm或更大之空隙）及接縫（例如，沒有長度約5 nm或更大之接縫）之間隙之能力，其中，觀察到層之無接縫/無空隙由下而上生長。間隙之底部處之生長可比間隙之側壁上之生長及具有間隙之頂部表面上之生長快至少約1.5倍。具有填充能力之膜被稱為「可流動膜(flowable film)」或「黏性膜(viscous film)」。膜之可流動或黏性行為時常表現為一溝槽底部的凹面。
在本發明中，相鄰突出結構之間的凹槽與任何其他凹槽型式可被稱為「溝槽(trench)」。亦即，溝槽可指包括孔/通孔之任何凹槽型式。在一些具體例中，溝槽之寬度可為約20 nm至約100 nm，且通常約30 nm至約50 nm。當溝槽具有與其寬度實質上相同之長度時，其可被稱為孔或通孔。孔或通孔之寬度通常為約20 nm至約100 nm。在一些具體例中，溝槽之深度為約30 nm至約100 nm，且通常約40 nm至約60 nm。在一些具體例中，溝槽之縱橫比為約2至約10，且通常約2至約5。溝槽之尺寸可視程序條件、膜組成、預期應用等而變化。
如本文所使用，術語「側向空間(lateral space)」可指半導體基板中之開口，半導體基板與其表面流體連接，且對於半導體基板，不存在垂直於晶圓平面之通向晶圓表面之直線路徑。換言之，側向空間係指半導體晶圓中之表面下空間。換言之，側向空間為由基板覆蓋但未完全圍封之開口。例如，圖3展示測試結構，測試結構包含用間隙填充流體填充之側向空間（130）。圖3中展示之溝槽（140）並非側向空間，此係因為其不由基板表面覆蓋。側向空間可根據本文所描述之方法用間隙填充流體填充。或者，「側向空間」亦可稱為「內埋側向層(buried lateral layer)」、「內埋層(buried layer)」、「內埋空間(buried space)」、「內埋側向空間(buried lateral space)」、「加帽空間(capped space)」或類似術語。
如本文所使用，術語「高度(height)」可指特徵在垂直於包含所討論之特徵之基板表面的平面上之範圍。
如本文所使用，術語「寬度(width)」可指特徵在平行於包含所討論之特徵之基板表面的平面之方向上之範圍。
如本文所使用，術語「長度(length)」可指特徵在平行於包含所討論之特徵之基板表面的平面之方向上之範圍。量測「寬度」及「長度」之方向相互垂直。應理解，可使用諸如掃描穿隧電子顯微術(STEM)之常規技術來量測結構之包括長度、寬度及高度之所有尺寸。
如本文使用，術語「側向(lateral)」可指在包含所討論之特徵之基板的平面上延伸之特徵或方向。
如本文所使用，表達「側向方向(lateral direction)」可指在晶圓之平面之方向上延伸之方向。
本發明之目標為提供一種用於形成膜的方法，膜包含矽、氮及可選地之碳且具有填充能力。亦提供由此類方法產生之膜及包括此類膜之結構。在一些具體例中，填充能力可藉由在充滿可在某些參數範圍內聚合之揮發性前驅物之室中，藉由碰撞例如N2 及/或NH3 電漿在氣相中形成黏性材料來實現。視情況，氣相包含除N2 及/或NH3 之外的另一氣體，例如惰性氣體或H2 。參數可包括，例如，電漿碰撞期間前驅物之分壓以及晶圓溫度。如本文所使用，聚合可包括較長分子之形成且不一定要包括碳-碳鍵。實際上，聚合可包括例如Si-Si鍵、Si-C鍵及/或Si-N鍵之形成。黏性材料在基板之底部上形成黏滯相且能夠在彼基板上之溝槽中流動。適合之基板包括矽晶圓。因此，黏性材料以由下而上之方式無接填充溝槽。
當例如烷基矽烷或其類似者之揮發性前驅物藉由電漿聚合且沉積於基板表面上時，可暫時獲得可流動膜，其中，氣態前驅物（例如，單體）藉由電漿氣體放電所提供之能量活化或破碎以便引發聚合，且當所得材料沉積於基板表面上時，材料展現出暫時可流動行為。根據示範實施例，當完成沉積步驟時，可流動膜不再為可流動而固體化，因此無須一單獨的固體化程序。在其他具體例中，可流動膜在沉積之後經緻密化及/或固體化。
本文中所沉積之間隙填充流體可包含氫氣，但不一定非得如此要求。在一些具體例中，本文中所沉積之間隙填充流體包含0.1%與10.0%之間，或0.2%與5.0%之間，或0.5%與2.5%之間，或1.0%與2.0%之間的氫氣，其中，所有百分比以原子百分比給出。因此，例如，當間隙填充流體被稱為SiCN時，術語「SiCN」之出現意欲涵蓋SiCN:H，亦即包含氫（例如，至多10原子百分比之氫）之SiCN。
在一些具體例中，揮發性前驅物在主要由反應室中之前驅物在電漿碰撞期間之分壓、晶圓溫度及總壓力定義之某一參數範圍內聚合。為調整「前驅物分壓(precursor partial pressure)」，間接程序旋鈕（稀釋氣流）可用於控制前驅物分壓。為控制沉積膜之流動性，可能不需要前驅物分壓之絕對數，且替代地，前驅物之流動速率與殘餘氣體之流動速率的比率及參考溫度下反應空間中之總壓力可用作實際控制參數。
基板中之間隙可指基板中之型樣化之凹槽或溝槽。因此，填充基板上之型樣化之凹槽或溝槽的例示性方法包括在反應空間中提供包含凹槽/溝槽之基板，將前驅物提供至反應空間中，藉此用前驅物填充凹槽，及提供電漿以在凹槽中形成前驅物之黏滯相，其中，前驅物之黏滯相流動且沉積或形成相對於側壁及/或遠離凹槽之基板之頂部部分的凹槽之底部部分中之沉積材料。
本發明方法尤其適用於填充包含與凹槽流體連接之側向空間之間隙。因此，本文提供一種用於製造結構之方法。結構包含基板，基板繼而包含多數個凹槽及多數個側向空間。基板較佳包含半導體。適合之基板包括半導體晶圓，例如矽晶圓。多數個凹槽與一或多個側向空間流體連接。方法包含用間隙填充流體至少部分填充多數個凹槽及一或多個側向空間之步驟。
或者或另外，本文提供用於藉助於間隙填充流體填充間隙之方法。此等方法包含將基板引入反應器室中。基板設置有間隙。間隙包含凹槽及自凹槽實質上側向地延伸之側向空間。在室中引入基板之後，方法包括將前驅物引入至反應器室中以及將共反應物引入至反應器室中。方法進一步包含在反應器室中產生電漿。在施加電漿後，前驅物及共反應物立即反應以形成至少部分填充間隙之凹槽及側向空間之間隙填充流體。
因此，基板中包含側向空間之間隙可經有效填充。
在一些具體例中，本發明方法包括使用射頻（RF）電漿以及使用脈衝前驅物流及脈衝RF電漿。較佳地，前驅物脈衝及電漿脈衝係由吹掃氣體脈衝分離。較佳地，共反應物用作吹掃氣體。在此類具體例中，所期望之用於沉積膜之流動性的態樣包含：1）在用於聚合進行之整個RF接通時段期間足夠高之分壓；2）在不太長之RF時段期間活化反應之足夠能量（由RF接通時段及RF功率確定）；及3）設定高於可流動相之熔點且低於可流動相之沸點之聚合/鏈生長溫度及壓力。
在一些具體例中，用間隙填充流體填充間隙之方法包含以下子步驟。在步驟a.中，將包含間隙之基板安置於反應器室中。間隙包含與一或多個側向空間流體連接之凹槽。步驟b.包括將前驅物引入至反應器中。步驟c.包括將包含一或多種其他氣體之氣體混合物引入至反應器中。包含一或多種其他氣體之氣體混合物包含共反應物。在一些具體例中，包含一或多種其他氣體之氣體混合物由共反應物組成。步驟d.包括在反應器中維持電漿。步驟e.包括使一方面之前驅物與另一方面之氮氣及/或氨氣反應以在基板上形成間隙填充流體。步驟f.包括允許間隙填充流體至少部分填充多數個凹槽及一或多個側向空間。
在一些具體例中，步驟b及c同時進行。
在一些具體例中，步驟b先於步驟c，且步驟c先於步驟d。
在一些具體例中，步驟c先於步驟b，且步驟b先於步驟d。
在一些具體例中，步驟b、c及d全部同時進行。
應理解，當以依序方式（亦即，循環地）進行步驟b、c及/或d時，少量材料可在每一循環中沉積且步驟之序列可重複直至獲得具有期望厚度之層為止。
在一些具體例中，方法循環地進行且步驟b及d係由吹掃氣體脈衝分離。
在一些具體例中，前驅物或共反應物均不含有任何氧族元素或鹵素。較佳地，前驅物或共反應物均不包含氧或氯。
在一些具體例中，本發明方法涉及向反應空間間歇地提供前驅物，及連續地施加電漿。在一些具體例中，本發明方法涉及向反應空間間歇地提供前驅物，及間歇地施加電漿。後一具體例因此特徵在於將前驅物脈衝及電漿脈衝依序施加至反應空間中。較佳地，前驅物脈衝及電漿脈衝係由吹掃氣體脈衝分離。
在一些具體例中，本發明方法涉及在整個沉積步驟中，將前驅物連續地提供至反應空間中，及例如經由施加RF功率連續地或循環地施加電漿。電漿可為連續的或脈衝式的，且其可為直接的或遠端的。
在一較佳操作模式中，可流動膜藉由採用交替前驅物及電漿脈衝來沉積。
在一些具體例中，施加脈衝電漿，例如脈衝RF電漿。在一些具體例中，RF功率施加之時段（亦即，反應器中之反應物曝露於電漿之時段）之範圍介於至少0.7秒至至多2.0秒，例如至少0.7秒至至多1.5秒。
在一些具體例中，電漿曝露時間藉由改變上部與下部電極之間的距離來調整。實際上，藉由增加此距離，當進入反應空間中之前驅物之流動速率保持恆定時，前驅物保留在上部與下部電極之間的反應空間中之保留時間延長。在一些具體例中，上部與下部電極之間的距離為至少5.0 mm至至多mm，或至少10.0 mm至至多25.0 mm，或至少15.0 mm至至多20.0 mm。
在一些具體例中，電漿為RF電漿。在一些具體例中，RF功率在13.56 MHz之頻率下提供。在一些具體例中，經提供用於可流動膜沉積之RF功率為至少50 W至至多1000 W，或至少100 W至至多900 W，或至少200 W至至多800 W，或至少300 W至至多700 W，或至少400 W至至多600 W，或至少500 W至至多550 W。應理解，此等功率為300 mm晶圓之特殊情況提供。其可容易地轉換成單位W/cm2 以獲得用於不同晶圓尺寸之相等RF功率值。
在較佳具體例中，本發明方法涉及以脈衝提供前驅物，且涉及以另一脈衝提供RF功率，其中，兩種脈衝不重疊。較佳地，前驅物脈衝及電漿脈衝係由吹掃氣體脈衝分離。因此，在一些具體例中，用於填充間隙之方法包含多數個沉積循環，沉積循環包含在其中提供前驅物之交替脈衝，及在其中提供用於產生電漿之RF功率之脈衝。較佳地，此等前驅物脈衝及電漿脈衝係由吹掃脈衝分離，在吹掃脈衝中，使吹掃氣體流動。在以下段落中，針對1公升之反應器室容積及針對300 mm晶圓給出程序條件。所屬技術領域中具有通常知識者理解，此等值可容易地延伸至其他反應器室容積及晶圓尺寸。
在一些具體例中，用於填充間隙之方法包含至少10個至至多300個沉積循環，或至少20個至至多200個沉積循環，或至少50個至至多150個沉積循環，或至少75個至至多125個沉積循環，例如100個沉積循環。當氨氣及/或NH3 用作共反應物時，用於填充間隙之方法較佳包含至少10個至至多125個沉積循環，或至少25個至至多100個沉積循環，或至少50個至至多75個沉積循環。當Ar用作共反應物時，用於填充間隙之方法較佳包含至少25個至至多300個沉積循環，或至少50個至至多250個沉積循環，或至少100個至至多200個沉積循環，例如150個沉積循環。
在一些具體例中，將共反應物作為載體氣體（亦即，作為夾帶前驅物之氣體及/或作為額外氣體）供應至反應器室。在一些具體例中，載體氣體以至少0.2至至多2.0 slpm，或至少0.3至至多1.5 slpm，或至少0.4至至多1.0 slpm，或至少0.5至至多0.7 slpm之流動速率提供。在一些具體例中，共反應物由NH3 及/或N2 組成。較佳地，N2 用作載體氣體。N2 載體氣體較佳以至少0.2至至多2.0 slpm，或至少0.3至至多1.5 slpm，或至少0.4至至多1.0 slpm，或至少0.5至至多0.7 slpm之流動速率提供。在一些具體例中，共反應物由惰性氣體，較佳Ar組成，且載體氣體以至少0.2 slpm至至多2.0 slpm，或至少0.3 slpm至至多1.5 slpm，或至少0.4 slpm至至多1.0 slpm之流動速率，或以至少0.6 slpm至至多0.8 slpm之流動速率提供。
在一些具體例中，將額外N2 流以高於且超出用作載體氣體之N2 之流速提供至反應器室中。在一些具體例中，此額外N2 流為至少0.1 slpm至至多2.0 slpm，或至少0.2 slpm至至多1.5 slpm，或至少0.3 slpm至至多1.0 slpm，或至少0.4 slpm至至多0.6 slpm。
較佳地，NH3 不用作載體氣體，而用作單獨提供至反應器室中之額外共反應物。在一些具體例中，NH3 以至少0.1 slpm至0.5 slpm之流動速率或以至少0.15 slpm至至多0.3 slpm之流動速率提供。
在一些具體例中，反應器室中之壓力為至少700 Pa至至多2000 Pa，或至少1000 Pa至至多1800 Pa，或至少1300 Pa至至多1500 Pa。當NH3 /N2 用作載體氣體時及當諸如Ar之惰性氣體用作載體氣體時，此壓力範圍均適用。
在一些具體例中，電漿為RF電漿。在一些具體例中，所使用之RF功率為至少50 W至至多1000 W，或至少75 W至至多500 W，或至少100 W至至多300 W，或至少150 W至至多200 W。當NH3 及/或N2 用作共反應物時，RF功率為至少200 W至至多800 W，或至少250 W至至多700 W，或至少300 W至至多600 W，或至少400 W至至多500 W。當Ar用作共反應物時，RF功率較佳為至少50 W至至多200 W，或至少75 W至至多150 W，或至少100 W至至多125 W。
在一些具體例中，用於產生RF電漿之電極之間的距離為至少5 mm至至多20 mm，或至少7 mm至至多15 mm。
在一些具體例中，沉積循環由連續地重複之前驅物脈衝、前驅物吹掃、電漿脈衝以及電漿後吹掃之序列組成。
在一些具體例中，前驅物脈衝之持續時間（亦即，前驅物進料時間）為至少0.25 s至至多4.0 s，或至少0.5 s至至多2.0 s，或至少1.0 s至至多1.5 s。當諸如Ar之惰性氣體用作共反應物時，前驅物進料時間較佳為至少0.5 s至至多1.5 s，例如1.0 s。當NH3 及/或N2 用作共反應物時，前驅物進料時間較佳為至少0.25 s至至多4.0 s，或至少0.5 s至至多2.0 s，或至少1.0 s至至多1.5 s。
在一些具體例中，緊隨前驅物脈衝之後的吹掃步驟之持續時間（亦即，前驅物吹掃時間）為至少0.025 s至至多2.0 s，或至少0.05 s至至多0.8 s，或至少0.1 s至至多0.4 s，或至少0.2 s至至多0.3 s。對於當N2 及/或NH3 用作共反應物時及當諸如Ar之惰性氣體用作共反應物時之情況，此計時均適用。
在一些具體例中，RF接通時間（亦即，電漿脈衝之持續時間，亦即在電漿脈衝期間提供RF功率之時間）為至少0.5 s至至多4.0 s，或至少0.7 s至至多3.0 s，或至少1.0 s至至多2.0 s，或至少1.25 s至至多1.75 s，或約1.5 s。當將N2 及/或NH3 用作共反應物時，電漿脈衝之持續時間較佳為至少0.75至至多3.0 s，或至少1.0至至多2.0 s。
在一些具體例中，電漿後吹掃時間（亦即，施加電漿脈衝之後進行之吹掃之持續時間）為至少0.5 s至至多2.0 s，或至少0.75 s至至多1.5 s，或至少0.9 s至至多1.1 s，例如1.0 s。
在一些具體例中，基板在沉積循環期間停置於反應器室中之基座上，且基座溫度為至少50℃至至多100℃，或至少60℃至至多80℃，或至少65℃至至多75℃。
本發明提供之間隙填充流體在經由複合沉積之後自發地固體化。因此，無需單獨冷卻步驟。儘管如此，例如電漿固化步驟之固化步驟可為有利的，以便改良一或多種有利之膜特性，諸如高溫及低濕式蝕刻速率下之抗收縮性。
因此，在一些具體例中，方法包括使間隙填充流體固化之步驟。此步驟增加間隙填充流體之耐熱性。換言之，其增加間隙填充流體針對高溫下之變形及/或質量損失之抗性。另外或或者，固化步驟可使得間隙填充流體固化。
在一些具體例中，方法進一步包含，在完成具有填充能力之膜之沉積之後，將基板曝露於電漿中作為沉積後處理。另外或或者，可施加週期性電漿。另外或或者，施加H2 電漿、He電漿、H2 /He電漿、Ar電漿、Ar/H2 電漿或Ar/He/H2 電漿處理。視情況，間隙填充流體在間隙填充流體沉積之後且在固化步驟之前經受退火。適合之退火時間包括至少10.0秒至至多10.0分鐘，例如至少20.0秒至至多5.0分鐘，例如至少40.0秒至至多2.5分鐘。適合地，退火在包含一或多種氣體之氣體混合物中進行，一或多種氣體係選自由N2 、He、Ar及H2 組成之清單。較佳地，退火在包含N2 之氛圍中進行。在一些具體例中，退火在至少200℃之溫度下，或在至少250℃之溫度下，或在至少300℃之溫度下，或在至少350℃之溫度下，或在至少400℃之溫度下，或在至少450℃之溫度下進行。
或者或另外，固體化可在與基板接觸後立即發生，其中，此反應經熱活化。關於前驅物氣體比率，高前驅物氣體比率對於流動性而言較佳，此係因為在低前驅物分壓下，儘管可發生聚合，但供應太低而無法形成聚合物鏈，該等聚合物鏈足夠長以流動，亦即足夠長以展現類液體行為。
在一些具體例中，固化間隙填充流體為SiCN層。SiCN層可基本上由矽、碳、氮及視情況選用之氫組成。在一些具體例中，SiCN層包含大於5 wt.% N，例如至少8.0 wt.% N至至多20.0 wt.% N，或至少10.0 wt.% N至至多18.0 wt.% N，或至少12.0 wt.% N至至多15.0 wt.% N。此等組合物提供於此，如藉助於盧瑟福背向散射光譜（Rutherford Backscattering Spectroscopy，RBS）所量測。
在一些具體例中，SiCN層在其沉積之後例如在O2 電漿中氧化。
在一些具體例中，間隙填充流體為SiCN，且間隙填充流體在其沉積之後例如在O2 電漿中經受氧化。視情況，氧化步驟在間隙填充流體已經固化之後進行。此為獲得SiO2 層之有利方式。
在一些具體例中，固化步驟涉及使用循環電漿處理。當進行循環電漿處理時，沉積循環及電漿固化循環交替進行。術語「電漿固化循環(plasma curing cycle)」係指其中間隙填充流體經固化之電漿處理步驟。在一些具體例中，循環電漿處理涉及使用不包含氮氣之氣體混合物。
在一些具體例中，循環電漿處理採用直接電漿。在此類具體例中，填充間隙之方法較佳包含多數個循環，亦即電漿固化循環，其中，間隙填充流體沉積及電漿處理步驟交替進行。此類循環程序具有間隙填充流體之較大部分經固化之優勢：直接電漿通常具有約2至7 nm之穿透深度，使得沉積後直接電漿處理僅使間隙填充流體之頂層固化。相反地，交替沉積及電漿步驟允許使間隙填充流體之較大部分或甚至整體固化。應注意，在側向空間延伸較大側向距離（例如，延伸10.0 µm或更多之側向距離）之情況下，不發生藉由循環電漿處理進行之間隙填充流體之全部固化。此不一定成為問題，此係因為在許多應用中，間隙填充流體之潛在未固化部分係由凹槽中之固化間隙填充流體及側向空間之壁來封裝。在一些具體例中，直接電漿為在600.0 Pa壓力下施加20.0 s之He電漿。當用於處理300 mm晶圓上之間隙填充流體時，200 W之電漿功率為適合的。
在一些具體例中，固化步驟涉及使用遠端電漿。藉由遠端電漿產生之自由基之特徵在於穿透深度顯著高於藉由直接電漿提供之穿透深度，例如顯著高於藉助於本發明提供之方法填充之間隙之尺寸。因此，一旦所有間隙填充流體沉積之後，則可有利地施加遠端電漿處理。儘管如此，亦可在交替之電漿固化及間隙填充流體沉積步驟的情況下循環地施加遠端電漿固化，此類似於用直接電漿進行之操作。遠端電漿之大穿透深度具有以下優勢：其允許側向空間內之間隙填充流體之高效固化。在一些具體例中，用於遠端電漿中之電漿氣體包含惰性氣體，例如選自由He及Ar組成之清單之惰性氣體。
在一些具體例中，循環電漿處理涉及使用Ar及/或He作為電漿氣體。在一些具體例中，使用循環電漿固化以及衍生自矽烷基胺前驅物之可流動間隙填充流體，例如與選自由Ar、N2 及He組成之清單之共反應物一起使用之矽烷基胺前驅物。此等間隙填充流體具有極佳特性。
在一些具體例中，固化步驟涉及使用微脈衝電漿。微脈衝電漿為電漿處理，其包含施加多數個快速後續接通-斷開微脈衝。換言之，在一些具體例中，微脈衝電漿包含使基板經受包含多數個微脈衝循環之微脈衝電漿，一個微脈衝循環包含電漿接通脈衝及電漿斷開脈衝。
在一些具體例中，本發明所描述之方法包含多數個交替循環，一個循環包含間隙填充流體沉積步驟及固化步驟，其中，固化步驟包含使基板經受直接電漿。適合地，直接電漿為惰性氣體電漿。換言之，且在一些具體例中，直接電漿採用諸如Ar之惰性氣體作為電漿氣體。在一些具體例中，固化步驟包含使基板經受包含多數個微脈衝循環之微脈衝電漿，一個微脈衝循環包含電漿接通脈衝及電漿斷開脈衝。
例如，微脈衝電漿中之接通微脈衝可持續至少1.0 µs至至多1.0 s，或至少2.0 µs至至多0.50 s，或至少5.0 µs至至多250 ms，或至少10.0 µs至至多100.0 ms，或至少25.0 µs至至多50.0 ms，或至少50.0 µs至至多25.0 ms，或至少100.0 µs至至多10.0 ms，或至少250.0 µs至至多5.0 ms，或至少0.50 ms至至多2.5 ms。例如，微脈衝電漿中之斷開微脈衝可持續至少1.0 µs至至多2.0 s，或至少2.0 µs至至多1.0 s，或至少5.0 µs至至多500 ms，或至少10.0 µs至至多250.0 ms，或至少25.0 µs至至多100.0 ms，或至少50.0 µs至至多50.0 ms，或至少100.0 µs至至多25.0 ms，或至少200.0 µs至至多10.0 ms，或至少500.0 µs至至多5.0 ms，或至少1.0 ms至至多2.0 ms。微脈衝電漿可循環地及/或作為沉積後處理使用。換言之，填充間隙之方法之特徵可在於間隙填充流體沉積及微脈衝電漿之交替循環。另外或或者，在已沉積所有間隙填充流體之後，可施加微脈衝電漿作為沉積後處理。
較佳地，微脈衝電漿以高於預定臨限值之電漿氣體流動速率施加。微脈衝電漿與此等高流動速率之組合使得在沉積之間隙填充流體之電漿誘導交聯期間釋放之揮發性副產物之再沉積降至最少。在一些具體例中，在微脈衝電漿處理期間之電漿氣體之流動速率為至少5.0 slm（標準公升/分鐘），較佳為至少10.0 slm。所屬技術領域中具有通常知識者應理解，此流動速率取決於反應器室體積及基板尺寸，且此處為300 mm晶圓且1公升之反應器室體積提供之值可容易地轉換為其他基板尺寸及/或反應器體積。較佳地，惰性氣體在微脈衝電漿處理期間用作電漿氣體。在一些具體例中，惰性氣體係選自由He及Ar組成之清單。
在一些具體例中，方法包括用間隙填充流體完全填充多數個凹槽。
在一些具體例中，方法包括用間隙填充流體完全填充一或多個側向空間。
在一些具體例中，方法包括在無空隙形成之情況下用間隙填充流體填充多數個凹槽及一或多個側向空間。換言之，在一些具體例中，根據本發明方法之沉積持續直至多數個凹槽及一或多個側向空間用具有填充能力之膜完全填充，且實質上無空隙形成於填充之凹槽中。可藉由在掃描穿透式電子顯微鏡中研究所形成之膜來觀測空隙之存在。
在一些具體例中，共反應物包含氮氣及/或氨氣。此等一或多種其他氣體通常被稱為共反應物。
在一些具體例中，貫穿步驟b至f中之任一者供應至反應空間之所有氣體為前驅物；可選地之載體，諸如N2 、Ar及/或He；及可選地之電漿點火氣體，其可為或包括Ar、He、N2 及/或H2 。
在一些具體例中，在步驟a至f之整個過程中，不將除前驅物、氨氣及氮氣以外之氣體引入至反應器中。
在一些具體例中，共反應物由Ar、He、H2 或其任何組合中之任一者組成。在一些具體例中，共反應物包含一或多種不含有任何氮氣之氣體。此類共反應物與選自由以下組成之清單之前驅物組合產生尤其良好之結果：三矽烷胺、二氯矽烷、三氯矽烷及矽烷基胺。
矽烷基胺前驅物尤其適合於與電漿一起使用，電漿與選自由Ar、N2 及He組成之清單之共反應物一起進料。此外，由涉及使用此等前驅物及共反應物之沉積產生之間隙填充流體較佳進行涉及循環電漿處理之固化步驟。在一些具體例中，循環電漿處理涉及使用不包含氮氣之氣體混合物。在一些具體例中，循環電漿處理涉及使用惰性氣體。在一些具體例中，循環電漿處理涉及使用Ar及/或He。
在一些具體例中，前驅物係選自由以下組成之清單：矽氮烷、環矽氮烷及矽烷基胺。在一些具體例中，前驅物係選自由以下組成之清單：雙(二乙胺基)矽烷、雙二甲基胺基矽烷、己基乙基胺基矽烷、四乙胺基矽烷、第三丁基胺基矽烷、雙第三丁基胺基矽烷、雙二甲基胺基二甲基胺基矽烷、七甲基矽氮烷、三甲基矽烷基二乙胺、三甲基矽烷基二甲胺、三甲基三乙烯基環三矽氮烷、三三甲基羥基胺、雙二甲基胺基甲基矽烷及二甲基矽烷基二甲胺。此等前驅物尤其適合於與電漿一起使用，電漿與選自由Ar、N2 及He組成之清單之共反應物一起進料。此外，如在本文中別處所描述，由涉及使用此等前驅物及共反應物之沉積產生之間隙填充流體較佳進行固化步驟。
較佳地，前驅物為環矽氮烷前驅物。使用環矽氮烷前驅物之間隙填充層提供具有尤其良好之側向流動性（亦即，側向空間中尤其良好之流動性）之層。
在一些具體例中，環矽氮烷前驅物不含有任何氧。
在一些具體例中，環矽氮烷前驅物不含有任何鹵素。
在一些具體例中，環矽氮烷前驅物係選自由以下組成之群：環三矽氮烷前驅物、環四矽氮烷前驅物及環五矽氮烷前驅物。
在一些具體例中，環矽氮烷前驅物完全由N、C、H及Si組成。在一些具體例中，環矽氮烷前驅物完全由N、C及Si組成。
在一些具體例中，環矽氮烷前驅物具有式(i)之結構：
Figure 02_image003
(i)
較佳地，R1至R9中之任一者係各自獨立地選自由以下組成之群：氫及C1至C5支鏈或直鏈烷基、烯基、炔基及烷基胺。
在一些具體例中，環矽氮烷前驅物具有式(ii)之結構：
Figure 02_image005
(ii)
在一些具體例中，前驅物包含三矽烷胺（TSA）。此類前驅物尤其適用於與電漿一起使用，電漿與選自由N2 、NH3 、Ar及He組成之清單之共反應物一起進料。較佳地，一或多種其他氣體包含與2）Ar及He中之任一者組合之1）N2 及NH3 中之任一者。
在一些具體例中，前驅物包含矽烷基胺。例如，適合之前驅物為四甲基二矽氮烷。
矽烷基胺前驅物可尤其適合於與選自由Ar、N2 及He組成之清單之共反應物一起使用。
在本發明不受理論或任何特定操作模式束縛之情況下，咸信沉積材料在整個沉積程序中合乎需要地保持黏性或液態且不應容易地固體化或蒸發。另外咸信，在所需反應條件下，液相之蒸氣壓而非前驅物之蒸氣壓應低於總反應器壓力。因此，咸信反應器溫度及壓力應維持在可流動反應產物以液體形式存在且前驅物以氣體形式存在之條件下。
在一些具體例中，步驟b至f中之所有步驟在至少500 Pa之壓力下、較佳在至少700 Pa之壓力下發生。更佳地，步驟b至f中之所有步驟在至少900 Pa之壓力下發生。此增強本發明提供之間隙填充流體之間隙填充特性。
在一些具體例中，步驟b至f中之所有步驟在至少-50℃至至多200℃之溫度下、較佳在至少50℃至至多150℃之溫度下發生。更佳地，步驟b至f中之所有步驟在至少50℃至至多75℃之溫度下發生。此增強本發明提供之間隙填充流體之間隙填充特性。
在一些具體例中，步驟b至f中之所有步驟在至少500 Pa至至多10,000 Pa之壓力下且在至少-50℃至至多200℃之溫度下發生。在一些具體例中，步驟b至f中之所有步驟在至少700 Pa之壓力下且在至少50℃至至多150℃之溫度下發生。較佳地，步驟b至f中之所有步驟在至少900 Pa之壓力下發生，且步驟b至f中之所有步驟在至少50℃至至多75℃之溫度下發生。溫度及壓力之此特定組合尤其增強本發明提供之間隙填充流體之間隙填充特性。
在一些具體例中，基板包含半導體。在一些具體例中，半導體包含矽。
本文進一步提供一種包含半導體基板之結構，半導體基板包含多數個凹槽。多數個凹槽與一或多個側向空間流體連接。此外，等多數個凹槽及一或多個側向空間至少部分用間隙填充流體填充。
在一些具體例中，間隙填充流體完全填充多數個凹槽中之至少90%、較佳至少95%、更佳至少99%、最佳所有凹槽。
在一些具體例中，間隙填充流體完全填充側向空間中之至少90%、較佳至少95%、更佳至少99%、最佳所有側向空間。換言之，間隙填充流體較佳填充待用間隙填充流體填充之各側向空間中之全部。
在一些具體例中，間隙填充流體實質上不含空隙。
在一些具體例中，側向空間之高度為至少1.0 nm至至多40.0 nm，或至少2.0 nm至至多20.0 nm，或至少3.0 nm至至多18.0 nm，或至少4.0 nm至至多16.0 nm，或至少5.0 nm至至多15.0 nm，或至少6.0 nm至至多14.0 nm，或至少7.0 nm至至多13.0 nm，或至少8.0 nm至至多12.0 nm，或至少9.0 nm至至多11.0 nm，或約10.0 nm。
在一些具體例中，間隙填充流體在側向空間中延伸之距離為至少1.0 nm至至多200.0 nm，或至少1.5 nm至至多150.0 nm，或至少2.0 nm至至多100.0 nm，或至少2.5 nm至至多50.0 nm，或至少3.0 nm至至多25.0 nm，或至少4.0 nm至至多20.0 nm之距離，或至少5.0 nm至至多18.0 nm之距離，或至少6.0 nm至至多16.0 nm之距離，或至少7.0 nm至至多14.0 nm之距離，或至少8.0 nm至至多12.0 nm之距離，或距離為約10.0 nm。
在一些具體例中，間隙填充流體在側向空間中延伸之距離為至少3 nm，或距離為至少5.0 nm，或距離為至少10.0 nm，或距離為至少25 nm，或距離為至少50 nm，或距離為至少100 nm，或距離為至少250 nm，或距離為至少500 nm，或距離為至少1 µm。
在一些具體例中，凹槽之深度為至少5 nm至至多500 nm，或至少10 nm至至多250 nm，或至少20 nm至至多200 nm，或至少50 nm至至多150 nm，或至少100 nm至至多150 nm。
在一些具體例中，凹槽之寬度為至少10 nm至至多10,000 nm，或至少20 nm至至多5,000 nm，或至少40 nm至至多2,500 nm，或至少80 nm至至多1000 nm，或至少100 nm至至多500 nm，或至少150 nm至至多400 nm，或至少200 nm至至多300 nm。
在一些具體例中，凹槽之長度為至少10 nm至至多10,000 nm，或至少20 nm至至多5,000 nm，或至少40 nm至至多2,500 nm，或至少80 nm至至多1000 nm，或至少100 nm至至多500 nm，或至少150 nm至至多400 nm，或至少200 nm至至多300 nm。
在一些具體例中，間隙填充流體在特定凹槽中延伸之距離等於凹槽之高度之至少1.0倍至至多10.0倍。在一些具體例中，間隙填充流體在特定凹槽中延伸之距離等於凹槽之高度之至少1.5倍至至多9.0倍。在一些具體例中，間隙填充流體在特定凹槽中延伸之距離等於凹槽之高度之至少2.0倍至至多8.0倍。在一些具體例中，間隙填充流體在特定凹槽中延伸之距離等於凹槽之高度之至少3.0倍至至多6.0倍。在一些具體例中，間隙填充流體在特定凹槽中延伸之距離等於凹槽之高度之至少4.0倍至至多6.0倍。在一些具體例中，間隙填充流體在特定凹槽中延伸之距離等於凹槽之高度之約5.0倍。
在一些具體例中，間隙填充流體包含聚矽氮烷寡聚物。
在一些具體例中，聚矽氮烷寡聚物為支鏈的。
在一些具體例中，聚矽氮烷寡聚物包含多數個寡聚物種。
在一些具體例中，結構包含多數個側向空間，其中，側向空間存在於環繞閘極電晶體之源極及/或汲極區域中，且其中，間隙填充流體充當層間介電質。
在一些具體例中，間隙填充流體經固化。術語「固化(curing)」係指沉積態間隙填充流體寡聚物之交聯程序。適合之固化方式包括如本文所描述之電漿固化方法。
在一些具體例中，固化間隙填充流體完全由Si、N、H及C組成。在一些具體例中，固化間隙填充流體完全由Si、N及C組成。
較佳地，固化間隙填充流體為熱固性樹脂。
進一步提供一種由如本文所描述之方法形成之結構。
本發明方法及結構涉及製造及/或提供間隙填充流體。此類間隙填充流體（亦即，具有填充能力之流體）可應用於各種半導體裝置，包括但不限於3D交叉點記憶體裝置中之單元隔離、自對準通孔、假性閘極（替換現有多晶矽）、反向色調型樣化、PC RAM隔離、經切割硬質遮罩及DRAM儲存節點接觸（SNC）隔離。
進一步提供包含間隙填充流體作為層間介電質之環繞閘極電晶體。
在一些具體例中，間隙填充流體經固化，較佳地，間隙填充流體藉助於如本文所描述之方法固化。
進一步提供間隙填充流體作為層間介電質在環繞閘極電晶體中之用途。如此之環繞閘極電晶體及層間介電質為本技藝中已知的，且描述於例如美國專利案第9,087,915號中。
進一步提供固化間隙填充流體作為層間介電質在環繞閘極電晶體中之用途。
進一步提供一種系統，其經組態以執行如本文所描述之方法及/或經組態以形成如本文所描述之結構。
進一步提供一種系統，其包含：一或多個反應室；流體耦接至一或多個反應室中之至少一者的注氣系統；用於在一或多個反應器室中引入前驅物及可選地之載體氣體的第一氣體源；用於將一或多種其他氣體之混合物引入至一或多個反應器室中的第二氣體源；排氣管；及控制器，其中，控制器經組態以控制進入至注氣系統中之氣流以進行如本文所描述之方法。
在一些具體例中，注氣系統包含採用載體氣體以將前驅物載送至一或多個反應器室之前驅物遞送系統。在一些具體例中，使用流通系統來實現載體氣體之連續流，其中，載體氣體管線設置有具有前驅物儲存器（瓶）之迂迴管線，且主要管線與迂迴管線進行切換，其中，當僅意欲將載體氣體進料至反應室時，迂迴管線閉合，而當意欲將載體氣體及前驅物氣體兩者均進料至反應室時，主要管線閉合，且載體氣體流經迂迴管線且與前驅物氣體一起自瓶中流出。以此方式，載體氣體可連續地流入反應室中，且可藉由切換主要管線及迂迴管線而以脈衝載送前驅物氣體。
所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解，設備包括一或多個控制器（未示出），一或多個控制器經程式化或以其他方式經組態以使得進行本文中在別處所描述之沉積及反應器清潔程序。如所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解的，（多個）控制器系與反應器之各種電源、加熱系統、泵、機器人系統、及氣流控制器或閥通訊。
在本說明中，在條件及/或結構未指定之情況下，所屬技術領域中具有通常知識者鑒於本說明可容易地提供此類條件及/或結構，作為常規實驗之事項。
本文所描述之本說明之實施例具體例並不限制本發明之範疇，此係因為此等具體例僅為本發明之具體例之實施例，本發明之範疇係由所附申請專利範圍及其法定等效物界定。任何等效具體例皆旨在本發明之範疇內。實際上，除本文中所示及所述者以外，所屬技術領域中具有通常知識者可由本說明書明白本發明之各種修改（諸如所述元件之替代可用組合）。此類修改及具體例亦意欲落在隨附之申請專利範圍的範疇內。
作為使用情況之實施例，本發明間隙填充層可用作環繞閘極電晶體中之夾層。
作為另一使用情況之實施例，本發明間隙填充層可用作自對準觸點上方之介電質填充層。
本發明提供之方法可在任何適合之設備中執行，包括在如圖1中所示之反應器中執行。類似地，本發明提供之結構可在任何適合之設備中製造，包括在如圖1中所示之反應器中製造。圖1為PEALD設備之示意圖，該設備宜結合可用於本發明之一些具體例中之經程式化以進行下文所描述之序列的控制器。在此圖中，藉由在反應室（3）之內部（11）（反應區）中並行且彼此面對地設置一對導電之平板電極（2、4），將來自電源（25）之RF功率（例如，13.56 MHz或27 MHz）施加至一側，且將另一側（12）電接地，電漿在電極之間激發。溫度調節器可設置於下部平台（2）中，亦即下部電極中。將基板（1）置放於其上，且其溫度在給定溫度下保持恆定。上部電極（4）亦可充當噴淋板，且反應物氣體及/或稀釋氣體（若存在）以及前驅物氣體可分別經由氣體管線（21）及氣體管線（22）以及經由噴淋板（4）引入至反應室（3）中。另外，在反應室（3）中，設置具有排氣管線（17）之圓管（13），反應室（3）之內部（11）中之氣體經由該圓管排出。另外，轉移室（5）安置於反應室（3）下方且設置有氣體密封管線（24）以經由轉移室（5）之內部（16）將密封氣體引入至反應室（3）之內部（11）中，其中，設置用於分開該反應區及該轉移區之分離板（14）。應注意，閘閥在此圖中經省略，經由該閘閥，可將晶圓轉移至轉移室（5）中或自轉移室（5）中轉移。轉移室亦設置有排氣管線（6）。在一些具體例中，多元素膜沉積及表面處理在同一反應空間中執行，以使得所有步驟可連續進行，而不會將基板曝露於空氣或其他含氧氛圍中。
在一些具體例中，圖1中描繪之設備、圖2中繪示之切換惰性氣體流及前驅物氣體流之系統可用於以脈衝引入前驅物氣體，而無反應室壓力之實質波動。
實際上，可使用流通系統（FPS）來實現載體氣體之連續流，其中，載體氣體管線設置有具有前驅物儲存器（瓶）之迂迴管線，且主要管線與迂迴管線進行切換，其中，當僅意欲將載體氣體進料至反應室時，迂迴管線閉合，而當意欲將載體氣體及前驅物氣體兩者均進料至反應室時，主要管線閉合，且載體氣體流經迂迴管線且與前驅物氣體一起自瓶中流出。以此方式，載體氣體可連續地流入反應室中，且可藉由切換主要管線及迂迴管線而以脈衝載送前驅物氣體。圖2繪示根據本發明之具體例使用流通系統（FPS）之前驅物供應系統（黑色閥指示閥閉合）。如圖2中之（a）所示，當將前驅物進料至反應室（未示出）時，首先，諸如Ar（或He）之載體氣體流經具有閥b及c之氣體管線，且隨後進入瓶（儲存器）（20）。載體氣體自瓶（20）中流出，同時以對應於瓶（20）內部之蒸氣壓之量載送前驅物氣體，且流經具有閥f及e之氣體管線，且隨後與前驅物一起進料至反應室。在上文中，閥a及d經關閉。當僅將載體氣體（惰性氣體）進料至反應室時，如圖2中之（b）所示，載體氣體流經具有閥a之氣體管線，同時繞過瓶（20）。在上文中，閥b、c、d、e、及f經關閉。
所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解，設備包括一或多個控制器（未示出），一或多個控制器經程式化或以其他方式經組態以使得進行本文中在別處所描述之沉積及反應器清潔程序。如所屬技術領域中具有通常知識者所瞭解，控制器與各種電源、加熱系統、泵、機器人及反應器之氣體流量控制器或閥聯通。
視情況，可使用雙室反應器。雙室反應器包含用於處理彼此接近安置之晶圓之兩個區段或隔室。在此類雙室反應器中，反應物氣體及惰性氣體可經由共用管線供應且含前驅物之氣體藉助於未共用管線提供。
在另一實施例中，參考圖3，其展示例示性測試結構（100）。測試結構用於展現具有極佳側向流動性之間隙填充流體，更特定言之SICN層之功效。在此實施例中，SICN層包含多數個支鏈聚矽氮烷寡聚物種。其使用如表1中所示之程序條件2且使用以下前驅物分子進行沉積：
Figure 02_image005
條件 沉積 循環數 NH3 流速 N2 載體氣體流速 反應器 壓力 電漿 功率 電極 間隙 N2 氣體 流速 前驅物 進料時間 前驅物 吹掃氣體 RF接通 時間 後吹掃 時間 基座溫度 頂部GPC 底部GPC 頂部GPC/ 底部GPC
（slpm） （slpm） （Pa） （W） （mm） （slpm） （s） （℃） （nm/循環）
1 46 0 0.4 1000 300 15 0.5 2 0.2 1 1 65 0.03 1.1 0.03
2 63 0.2 0.4 1800 500 7 0.5 2 0.2 1 1 75 0.02 1.2 0.01
3 52 0.2 0.4 1800 500 15 0.5 1.25 0.2 2 1 75 0.02 1.63 0.01
4 15 0 0.7 1800 500 7 0.5 0.5 0.2 1 1 75 0.26 2.98 0.09
5 14 0 0.7 1800 500 15 0.5 2 0.2 2 1 75 0.04 1.47 0.03
6 79 0.2 0.7 1250 500 15 0.5 0.5 0.2 1 1 75 0.04 1.39 0.03
7 112 0.2 0.7 1800 300 7 0.5 2 0.2 2 1 75 0.01 0.85 0.02
表1
在測試結構（100）中，間隙填充流體（110）填充溝槽（140）。此外，間隙填充流體（110）完全填充側向空間（130）。溝槽之寬度wt 等於210 nm。溝槽（140）之高度等於445 nm。側向空間（130）之高度ht 等於36 nm。用間隙填充流體（110）填充之側向空間（130）之寬度wv 為160 nm。此對應於側向空間（130）之總寬度，且因此160 nm為在此實施例中用於具有36 nm高度之側向空間（130）之間隙填充流體的側向間隙填充能力之下限。
在另一實施例中，參考圖4。使用來自表1之程序條件3，其在窄及高縱橫比結構中展示垂直填充能力。
在另一實施例中，參考圖5。此圖展示沉積於樣本上之間隙填充流體之厚度Tt 及沉積於溝槽底部之間隙填充流體之厚度Tb 可如何藉助於對於樣本橫截面使用掃描穿透式電子顯微術（STEM）之厚度量測來量測。沉積於樣品上之間隙填充流體之厚度Tt 與沉積於溝槽底部之間隙填充流體之厚度Tb 之比率產生樣品頂部之每個循環之生長與循環盡頭之每個循環之生長的比率。接近零或至少小於一之值指示良好流動性。
在另一實施例中，如本文所提供之例示性方法得以論述。方法係關於填充矽晶圓中之間隙。間隙包含凹槽及與凹槽流體連接之側向空間。方法包含用間隙填充流體至少部分填充凹槽及側向空間。較佳地，凹槽及側向空間完全用間隙填充流體填充。
用間隙填充流體至少部分填充間隙可包含：在反應器室中引入設置有間隙之基板，間隙包含凹槽及自凹槽實質上側向地延伸之側向空間；將前驅物引入至反應器室中；將共反應物引入至反應器室中；及在反應器室中引入電漿；從而前驅物及共反應物反應以在間隙之凹槽及側向空間中形成間隙填充流體。
共反應物可包含氮氣及/或氨氣，且前驅物可為具有根據下式之結構之環矽氮烷前驅物：
Figure 02_image008
其中，R1至R9中之任一者係各自獨立地選自由以下組成之群：氫及C1至C5支鏈或直鏈烷基、烯基、炔基及烷基胺。
可不將除環矽氮烷前驅物、氨氣及氮氣以外之氣體引入至反應器中。此外，反應器中之壓力可為至少900 Pa至至多1,800 Pa，且反應器中之溫度可為至少50℃至至多75℃。
本文進一步提供一種包含半導體基板之結構，半導體基板包含多數個凹槽。多數個凹槽與一或多個側向空間流體連接，且多數個凹槽及一或多個側向空間用可固化之間隙填充流體填充。間隙填充流體實質上不含空隙。
側向空間之高度可為至少1.0 nm至至多40.0 nm。間隙填充流體可在側向空間中延伸之距離為至少5.0 nm。凹槽可具有至少5 nm至至多500 nm之深度、至少10 nm至至多10,000 nm之寬度及至少10 nm至至多10,000 nm之長度。
間隙填充流體可包含支鏈聚矽氮烷寡聚物，支鏈聚矽氮烷寡聚物包含多數個寡聚物種。換言之，支鏈聚矽氮烷寡聚物可包含多數個具有不同形態之不同巨分子。
作為另一實施例，論述例示性固化步驟。固化步驟可採用連續直接電漿20秒。間隙填充流體沉積步驟及此直接電漿固化步驟可循環地進行。此允許有效地固化間隙填充流體之全部或至少大部分。為使300 mm基板上之間隙中之間隙填充流體固化，各直接電漿固化步驟之特徵在於在200 W之RF功率及600 Pa之工作壓力下之20秒He電漿。反應器體積為大約1公升且He流動速率為2 slm。
作為另一實施例，論述另一例示性固化步驟。固化步驟可涉及使用微脈衝電漿。在本實施例中，固化步驟可循環地進行，亦即採用間隙填充流體沉積及微脈衝RF電漿之交替循環，但沉積後微電漿固化處理亦為可能的。應用循環間隙填充流體沉積及電漿步驟允許有效地固化間隙填充流體之全部或至少大部分。為使300 mm基板上之間隙中之間隙填充流體固化，各直接固化步驟之特徵可在於200微脈衝，該微脈衝包含0.1秒電漿接通時間及0.5秒電漿斷開時間。固化步驟可採用400 Pa下之He電漿。所提供之RF功率可為200 W。可採用10 slm之He流速。
間隙填充流體可包含支鏈聚矽氮烷寡聚物，支鏈聚矽氮烷寡聚物包含多數個寡聚物種。換言之，支鏈聚矽氮烷寡聚物包含多數個可具有不同形態之不同巨分子。
在另一實施例中，參考圖6及表1。
圖6展示例示性間隙填充流體沉積程序之沉積循環序列。程序可採用由氮氣及氨氣組成之氣體混合物作為共反應物。共反應物以恆定流動速率連續地提供至反應器室中。前驅物脈衝及RF接通脈衝可依序施加，且可由吹掃脈衝分離。表1展示對300 mm基板產生尤其良好之結果之例示性程序條件。在此表中：行「條件」展示程序條件參考；行「沉積循環數」展示各程序條件下之沉積循環之數目；行「NH3 流速」展示各程序條件下之以標準公升/分鐘（slpm）為單位之氨氣流動速率；行「N2 載體氣體流速」展示二氮載體氣體流動速率，亦即各程序條件下之以slpm (standard liters per minute)為單位之與前驅物一起提供的二氮之流動速率；行「反應器壓力」展示用於各程序條件之以Pa為單位之反應器室壓力；行「電漿功率」展示用於各程序條件之以W為單位之RF電漿；行「電極間隙」展示以mm為單位之電極之間的距離，在該等電極之間產生RF電漿；行「N2 氣體流速」展示用於各程序條件之以slpm為單位的二氮之氣體流動速率，該二氮另外提供至反應器室，高於及超出以載體氣體形式提供之二氮；行「前驅物進料時間」展示在各沉積循環期間提供前驅物以秒為單位之時間；行「前驅物吹掃時間」展示在各前驅物進料脈衝之後的一段時間，在該段時間期間，僅將共反應物（亦即，N2 及NH3 ）提供至反應器室中而不施加電漿；行「RF接通時間」展示對於各程序條件在各沉積循環期間提供RF功率之以秒為單位之時間；行「後吹掃時間」展示一段在各電漿接通脈衝之後的以秒為單位之時間，在該段時間期間，僅將共反應物（亦即，N2 及NH3 ）提供至反應器室中而不施加電漿；行「頂部GPC」展示對於各程序條件以nm/循環為單位之每個循環的頂部生長；行「底部GPC」展示對於各程序條件以nm/循環為單位之每個循環的底部生長；行「頂部GPC/底部GPC」展示對於各程序條件每個循環之頂部生長與每個循環之底部生長的比率。
圖7展示例示性間隙填充流體沉積程序之沉積循環序列。程序採用由氬氣組成之氣體混合物作為共反應物。共反應物可以恆定流動速率連續地提供至反應器室中。前驅物脈衝及RF接通脈衝依序施加，且由吹掃脈衝分離。表2展示對300 mm基板產生尤其良好之結果之例示性程序條件。在此表中，行之圖例具有與表1之行之圖例類似之含義，其在細節上加以必要之修正。
條件 沉積 循環數 Ar 載體 氣體流速 反應器 壓力 電漿 功率 電極 間隙 Ar氣體 流速 前驅物 進料時間 前驅物 吹掃氣體 RF接通 時間 後吹掃 時間 基座 溫度 頂部 GPC 底部 GPC 頂部GPC/ 底部GPC
（slpm） （Pa） （W） （mm） （slpm） （s） （℃） （nm/循環）
Ar.01 268 0.9 1800 75 7 0 1 0.2 0.7 1 65 0.01 0.23 0.04
Ar.02 39 0.4 1000 75 15 0 1 0.2 1.5 1 65 0.06 1.88 0.03
Ar.03 65 0.9 1400 75 15 0 1 0.2 1.5 1 65 0.03 1.44 0.02
Ar.04 98 0.9 1000 75 15 1 1 0.2 0.7 1 65 0.06 0.61 0.10
Ar.07 155 0.4 1400 150 15 1 1 0.2 1.5 1 75 0.14 2.41 0.06
Ar.08 30 0.9 1400 150 15 0 1 0.2 0.7 1 75 0.03 0.22 0.14
Ar.10 38 0.9 1800 75 15 1 1 0.2 1.5 1 75 0.07 1.16 0.06
Ar.11 61 0.4 1400 150 7 0 1 0.2 1.5 1 75 0.07 0.87 0.08
Ar.13 59 0.9 1800 150 7 0 1 0.2 1.5 1 75 0.06 1.87 0.03
表2
1:基板 2:平板電極/下部平台/下部電極 3:平板電極/反應室 4:上部電極/噴淋板 5:轉移室 6:排氣管線 11:內部 12:另一側 13:圓管 14:分離板 16:內部 17:排氣管線 20:瓶/儲存器 21:氣體管線 22:氣體管線 24:密封管線 25:電源 100:測試結構 110:間隙填充流體 120:氧化矽 130:側向空間 131:側向空間 135:氮化矽 140:溝槽 a:閥 b:閥 c:閥 d:閥 e:閥 f:閥 ht :溝槽之高度 hv :側向空間之高度 Tb :沉積在溝槽底部中之間隙填充流體之厚度 Tt :沉積在樣品上之間隙填充流體之厚度 wt :溝槽之寬度 wv :側向空間之寬度
當結合下列闡釋性圖式考慮時，可藉由參照實施方式及申請專利範圍而得到對本發明之實施例的更完整瞭解。 圖1為根據本發明之至少一個具體例適合於使結構沉積及/或適合於執行方法的電漿增強原子層沉積（PEALD）設備之示意性表示。 圖2繪示前驅物供應系統之示意性表示，前驅物供應系統使用根據本發明之至少一個具體例可使用之流通系統（FPS）。 圖3為測試結構（100）之掃描穿透式電子顯微鏡（STEM）顯微照片，測試結構包含溝槽（140）、未填充之側向空間（130）及側向空間（131）中之間隙填充流體。 圖4展示關於間隙填充流體之一些具體例之填充能力的另外細節，間隙填充流體根據本文所描述之方法之至少一些具體例用於填充間隙。 圖5繪示如何量測每個循環之頂部生長及每個循環之底部生長。 圖6繪示當N2 及NH3 用作共反應物時，單一間隙填充流體沉積循環之具體例。 圖7繪示當Ar用作共反應物時，單一間隙填充流體沉積循環之具體例。 貫穿諸圖，使用以下編號及符號：100-測試結構；110-間隙填充流體；120-氧化矽；130-側向空間；135-氮化矽；140-溝槽；wt -溝槽之寬度；hv -側向空間之高度；wv -側向空間之寬度；ht -溝槽之高度；Tt -沉積在樣品上之間隙填充流體之厚度；Tb -沉積在溝槽底部之間隙填充流體之厚度。 將理解，圖式中之元件係為了簡明及清楚起見而繪示且不一定按比例描繪。例如，圖式中的一些元件之尺寸可相對於其他元件誇大，以幫助提昇對本發明所繪示之具體例的瞭解。
100:測試結構
110:間隙填充流體
120:氧化矽
130:側向空間
135:氮化矽
140:溝槽
ht:溝槽之高度
hv:側向空間之高度
wt:溝槽之寬度
wv:側向空間之寬度

Claims (20)

  1. 一種填充間隙之方法，其包含： 在一反應器室中引入設置有一間隙之一基板，該間隙包含一凹槽及自該凹槽實質上側向地延伸之一側向空間； 將一前驅物引入至該反應器室中； 將一共反應物引入至該反應器室中；及 在該反應器室中產生一電漿；從而該前驅物及該共反應物反應以形成至少部分填充該間隙之該凹槽及該側向空間之一間隙填充流體。
  2. 如請求項1之方法，其中，該共反應物包含氮氣及氨氣中之至少一者。
  3. 如請求項1之方法，其中，該共反應物包含一惰性氣體。
  4. 如請求項3之方法，其中，該惰性氣體包含Ar。
  5. 如請求項1至4中任一項之方法，其中，該前驅物包含一環矽氮烷前驅物。
  6. 如請求項1至5中任一項之方法，其中，該反應器室維持在至少900 Pa至至多1200 Pa之一壓力下。
  7. 如請求項1至6中任一項之方法，其中，該反應器室維持在至少50℃至至多75℃之一溫度下。
  8. 如請求項5至7中任一項之方法，其中，該環矽氮烷前驅物係選自由以下組成之群：一環三矽氮烷前驅物、一環四矽氮烷前驅物及一環五矽氮烷前驅物。
  9. 如請求項5至8中任一項之方法，其中，該環矽氮烷前驅物具有式(i)之結構：
    Figure 03_image008
    (i) 其中，R1至R9中之任一者係各自獨立地選自由以下組成之群：氫及C1至C5支鏈或直鏈烷基、烯基、炔基及烷基胺。
  10. 如請求項1至9中任一項之方法，其中，引入該前驅物及該共反應物同時進行。
  11. 如請求項1至10中任一項之方法，其中，該共反應物係連續提供，其中，該前驅物係以多數個前驅物脈衝提供，其中，該電漿係以多數個電漿脈衝產生，且其中，該等前驅物脈衝及該等電漿脈衝係由吹掃步驟分離。
  12. 如請求項5至11中任一項之方法，其中，該環矽氮烷前驅物不含有任何氧。
  13. 如請求項5至12中任一項之方法，其中，該環矽氮烷前驅物不含有任何鹵素。
  14. 如請求項1至13中任一項之方法，其中，在引入該環矽氮烷前驅物、引入該共反應物且產生該電漿的同時，不將除該前驅物、該氨氣及該氮氣以外之氣體引入至該反應器室中。
  15. 如請求項1至14中任一項之方法，其中，該方法包含多數個循環，一個循環包含一間隙填充流體沉積步驟及一固化步驟，其中，該固化步驟包含使該基板經受一直接電漿。
  16. 如請求項15之方法，其中，該直接電漿為一惰性氣體電漿。
  17. 如請求項15或16之方法，其中，該固化步驟包含使該基板經受一微脈衝電漿，該微脈衝電漿包含多數個微脈衝循環，一個微脈衝循環包含一電漿接通脈衝及一電漿斷開脈衝。
  18. 如請求項17之方法，其中，該基板為一300 mm矽晶圓，且其中，在該微脈衝電漿期間維持至少5.0 slm之一電漿氣體流動速率。
  19. 如請求項1至14中任一項之方法，其中，該方法包含使該間隙填充流體固化，且其中，使該間隙填充流體固化包含在該間隙經該間隙填充流體填充之後使該基板經受一間接電漿。
  20. 一種系統，其包含： 一或多個反應室； 流體耦接至該一或多個反應室中之至少一者的一注氣系統； 用於在該反應器室中引入一前驅物及可選地(optionally)之一載體氣體的一第一氣體源； 用於將一或多種其他氣體之一混合物引入至該反應器室中的一第二氣體源； 一排氣管；及 一控制器 其中，該控制器經組態以控制進入至該注氣系統中之氣流以進行如請求項1至19中任一項之方法。
TW110103661A 2020-02-07 2021-02-01 使間隙填充流體沉積之方法以及相關系統及裝置 TWI854094B (zh)

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