TW202229641A - 氣相沉積組件、氮化矽沉積方法、及形成半導體裝置之方法 - Google Patents

氣相沉積組件、氮化矽沉積方法、及形成半導體裝置之方法 Download PDF

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查理斯 德茲拉
福田秀明
維爾傑米 波爾
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荷蘭商Ａｓｍ Ｉｐ私人控股有限公司
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Abstract

本揭露係關於一種氣相沉積組件，其係用以經由一電漿輔助循環沉積製程將氮化矽沉積於一基板上。本揭露亦係關於一種經由一電漿輔助循環沉積製程將氮化矽沉積於一基板上之方法。此方法包括：在提供一基板至一反應室；提供根據化學式SiH 3X的一氣相矽前驅物至此反應室，其中X為碘或溴；自此反應室移除過量的矽前驅物及可能之反應副產物；及提供從一含氮電漿生成的一反應性物種至此反應室，從而在基板上形成氮化矽。本揭露更關於一種藉由此方法所形成之結構及裝置。

Description

供氮化矽沉積用之矽前驅物
本揭露係大致關於一種適合於半導體裝置製造之方法及系統。更特別地，本揭露係關於沉積氮化矽之方法及系統，以及供沉積氮化矽之前驅物。
在半導體裝置之技術領域中，氮化矽層在積體電路之製造期間可被善加以利用。舉例而言，氮化矽可在半導體裝置結構（例如：電晶體、記憶單元、邏輯裝置(logic devices)、記憶體陣列(memory arrays)等）製造的期間用作為一絕緣材料。
常見的氮化矽層之沉積製程需要高溫沉積。然而，最新的裝置結構可能無法經受住如此高的熱積存(thermal budget)，其可進一步導致裝置效能降低及裝置整合問題。高溫沉積製程的一種替代解決方案是利用電漿來活化前驅物，如此可進而使低溫反應成為可能，並降低氮化矽膜的沉積溫度。舉例來說，電漿增強型原子層沉積（plasma enhanced atomic layer deposition，PEALD）製程可用來沉積高品質且保形(conformal)的氮化矽膜。
在本揭露中，將對電漿增強型原子層沉積製程進一步的改善作說明。
本揭露會用簡單的方式介紹一些挑選出來的概念，並詳述如後。本揭露內容未必意在鑑別所請求之實質的關鍵特徵或基本特徵，亦無意被用來限制所請求之實質的範疇。
在一態樣中，本揭露揭露一種沉積組件，用以經由一電漿輔助循環沉積製程將氮化矽沉積於一基板上。此氣相沉積組件包括一反應室，其係被建構並配置以固持此基板；一矽前驅物源，其係被建構並配置以提供包含SiH 3X之矽前驅物至此反應室，其中X為Br或I；一氮前驅物源，其係被建構並配置以提供氮前驅物氣體至此反應室；及一溫度調節系統，用於調節此矽前驅物源之溫度。此組件包括一控制器，其係可操作地連接至此矽前驅物源及此氮前驅物源，且係被配置並經程式化以控制此矽前驅物源內部的溫度在15°C至45°C之間，並提供一矽前驅物至此反應室，及提供含氮電漿至此反應室，以在此基板上沉積氮化矽。
此外在各種實施例中，本揭露係關於一種經由一電漿輔助循環沉積製程將氮化矽沉積於一基板上之方法。本揭露之方法包括提供一基板至一反應室，及提供一氣相矽前驅物至此反應室。本揭露之矽前驅物具有化學式SiH 3X，其中X為碘或溴。在矽前驅物被提供至此反應室之後，過量的矽前驅物及可能的反應副產物將自此反應室被移除，且從一含氮電漿生成之一反應性物種將被提供至此反應室，以在此基板上形成氮化矽。在此製程中，此矽前驅物之溫度係調整至15°C與45°C之間。
在其他態樣中，本揭露揭示一種結構，其包含有根據本揭露所沉積的氮化矽。在另一態樣中，本揭露揭示一種半導體裝置，其包含根據本揭露所沉積的氮化矽。
氮化矽（例如：保形的氮化矽層）可用在記憶體及邏輯裝置之各種重要的應用中。在動態隨機存取記憶體（DRAM）中，這些包括氣隙封閉、單元位元線間隔件、圖案化間隔件及間隙填充等。對於VNAND而言，拓樸選擇性的SiN是很重要；而對於相變化記憶體（PCRAM）而言，保護性的封裝層也是需要。邏輯裝置亦需要高品質的SiN以用於圖案化間隔件、各種SiN襯墊（用於鰭片、低介電係數間隔件、源極/汲極磊晶區、或閘極蓋）、蝕刻終止層及間隙填充。本領域尤其需要能構展現低濕式蝕刻比率及高生長速度之氮化矽層，且此氮化矽層要能沉積於三維結構上。
藉由原子層沉積技術（ALD）獲取氮化矽層仍具有挑戰性。要在低溫下得到高品質且富有正確特性的層以滿足應用所需仍是有困難的。本揭露之方法及設備將使得高品質氮化矽的生長更為有效率。要更快速地生長氮化矽層，而不增加沉積溫度會是可能的。相反地，在維持沉積速度時仍可使用較低的沉積溫度。此外，更可能在沉積時減少氫電漿的使用，同時保持所沉積之氮化矽的製程效率及品質。
下文所提供之方法、結構、裝置及設備之例示性實施例的描述僅係例示性，且意欲僅用於說明之目的。下列描述無意限制本揭露或請求項之範疇。此外，對具有所述特徵之多個實施例的詳述無意排除具有額外特徵之其他實施例，或是併入所述特徵之不同組合的其他實施例。例如，各種實施例係被提出以作為例示性實施例，並可被引述於附屬項中。除非特別說明，例示性實施例或其成分可組合或可彼此分開來應用。
在本揭露中，變數之任何兩個數值可構成此變數之一可工作範圍，且所指示之任何範圍可包括或排除其端值。此外，所指示的變數之任何數值（不管它們是否以冠以「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。再者，在本揭露的一些實施例中，用語「包括」、「由…所建構」及「具有」係獨立地指「一般或廣泛地包含」、「包含」、「基本上由…所組成」或「由…所組成」。在本揭露的一些實施例中，任何已定義之意思不必然排除尋常及慣用的意義。
在一態樣中，本揭露揭示一種經由一循環沉積製程將氮化矽沉積於一基板上之方法。此方法包括：提供一基板至一反應室；提供一氣相矽前驅物至此反應室；自此反應室移除過量的矽前驅物及可能之反應副產物；及提供從一含氮電漿生成之一反應性物種至此反應室，以在此基板上形成氮化矽。本揭露之矽前驅物包含、基本上由、或由化學式SiH 3X之化合物所組成，其中X為碘或溴。此外，本揭露揭示一種形成一結構及一裝置之方法，以及根據本揭露之方法所形成之結構及裝置。
為簡單起見，氮化矽之化學式在本文中一般被稱作SiN。然而，熟悉此技藝者可了解到氮化矽的實際化學式（表示此層中Si:N的比率，並排除氫或其他雜質）可以SiNx來表示，其中x係在約0.5至約2.0之間變化，只要形成一些Si-N鍵結即可。在一些實施例中，x可在約0.9至約1.7、約1.0至約1.5、或約1.2至約1.4之間變化。在一些實施例中，氮化矽係在Si的氧化態為+IV時被形成，且材料中的氮量可能會變化。
在本揭露的方法中，SiN可被沉積為一層。本揭露所沉積之SiN層的厚度可以是約1奈米至約50奈米。例如，本揭露之SiN層的厚度可以是約1奈米至約20奈米、約1奈米至約10奈米、約1奈米至約8奈米、約1奈米至約5奈米、或約1奈米至約4奈米。在一些實施例中，本揭露之SiN層的厚度可以是約2奈米至約20奈米、約4奈米至約15奈米、或約4奈米至約8奈米。如本文所用，用語「膜」及/或「層」可指任何連續或不連續的結構及材料，例如：經由本文所述之方法所沉積之材料。舉例來說，膜及/或層可包括二維材料、三維材料、奈米粒子，或甚至是部分或完整的分子層、部分或完整的原子層或原子及/或分子團簇。膜或層可包含具有針孔的材料或層，其可以是至少部分連續的。
如本文所用，用語「基板」可指任何底層材料，其可用以形成（或在其上形成）裝置、電路、材料、或層。基板可包括半導體材料，例如但不限於：矽（Si）、鍺（Ge）、鍺錫（GeSn）、矽鍺（SiGe）、矽鍺錫（SiGeSn）、碳化矽（SiC）或第三族/第五族(group III-V)半導體材料。基板可包括覆蓋於此半導體材料上的一或多層。基板可包括各種的拓樸結構，例如：間隙(gaps)，包括形成在此基板的一層的至少一部分之內或之上的凹槽(recesses)、線(lines)、溝槽(trenches)或升高部分(elevated portions)（例如：鰭片）之間的空間(spaces)，及類似者。基板可包括介電材料，例如但不限於：含矽介電材料及金屬氧化物介電材料。在一些實施例中，基板可包含一或多種介電材料，其包含一含矽介電材料，例如但不限於：二氧化矽（SiO 2）、低氧化矽、氮化矽（Si 3N 4）、氮氧化矽（SiON）、碳氧化矽（SiOC）、碳氧氮化矽（SiOCN）、氮化碳矽（SiCN）。在一些實施例中，基板可包含一或多個介電表面，其包括一金屬氧化物，例如但不限於：氧化鋁（Al 2O 3）、氧化鉿（HfO 2）、氧化鉭（Ta 2O 5）、氧化鋯（ZrO 2）、氧化鈦（TiO 2）、矽酸鉿（HfSiOx）、及氧化鑭（La 2O 3）。基板可包括其他氮化物，例如：TiN、隔熱材料、介電材料、導電材料、金屬（例如：鎢、釕，鉬或銅）或金屬性材料、結晶材料、磊晶的、異質磊晶的、及/或單晶的材料。在本揭露之一些實施例中，基板包含矽。除矽之外，基板更可包含如上所述之其他材料。目前的矽前驅物可允許高品質的SiN層沉積在對氫電漿敏感的基板上。在一些實施例中，基板可包含敏感性材料。
在一些實施例中，基板包含硫族化物材料，以用於相變化記憶體。在一些實施例中，基板包含碲化物，例如：Sb 2Te 3、GeTe、Ge 2Sb 2Te 5或GST（各種比例之GeSnTe）。在一些實施例中，基板包含硒化物，例如：GeSe、Sb 2Se 3或In 2Se 3。在一些實施例中，基板包含二維材料，例如：石墨烯、MoS 2及/或其他過渡金屬硫化物。在一些實施例中，基板包含有機材料。在一些實施例中，基板包含聚合物，例如：有機聚合物。在一些實施例中，基板包含光阻材料。在一些實施例中，基板包含非晶形碳。
在一些實施例中，基板包含三維特徵。在一些實施例中，SiN係被沉積於一碳質硬式遮罩心軸上，用於多重圖案化。在一些實施例中，SiN係被沉積為相變化記憶體（PCRAM）之記憶體單元上的封裝層。
在一些實施例中，如若需要，此基板之表面可進行預處理，以提供反應位點，以與此沉積製程之初始階段起反應。在一些實施例中，個別的預處理步驟是不需要的。在一些實施例中，基板係經預處理以提供一所需的表面終端。在一些實施例中，基板係利用電漿進行預處理。
本文所述之方法提供在基板表面上沉積SiN層之準備。本揭露之SiN可被保形地沉積於一基板上之結構上。根據本揭露以沉積SiN於高深寬比之結構上是可能的。在一些實施例中，SiN係可被保形地沉積至具有寬深比介於1：0.5至1：20之間的一特徵。在不限制本揭露於任何特定理論之前提下，本揭露之矽前驅物可具有一些特性，使其能夠有效地進入到狹窄之高深寬比的特徵。因此，根據本揭露，沉積SiN所能進入之特徵的寬度可以是例如約4奈米至約100奈米、約4奈米至約50奈米、約4奈米至約20奈米、約4奈米至約10奈米、或約4奈米至約8奈米。由於本揭露可提供改善狹窄間隙中的沉積能力，因此間隙填充之保形性得以改善，並進一步減少空隙或接縫的形成（若形成的話）。
本揭露之沉積氧化矽的方法包括提供一基板至一反應室。換言之，將基板帶至沉積條件可被控制的空間中。此反應室可以是執行不同程序以形成一積體電路的一集束型製程設備之一部分。在一些實施例中，此反應室可以是一流動型反應器，例如交叉流反應器。在一些實施例中，此反應室可以是一噴淋頭反應器。在一些實施例中，此反應室可以是一空間分割反應器。在一些實施例中，此反應室可以是一單晶圓原子層沉積反應器。在一些實施例中，此反應室可以是一高容量製造單晶圓原子層沉積反應器。在一些實施例中，此反應室可以是一批式反應器，用於同時製造多個基板。
如本文所用，用語「循環沉積」可指將一矽前驅物及一反應性物種（反應物）依序引入至一反應室，以將SiN沉積在一基板上，且包括一些製程技術，例如：原子層沉積（ALD）及循環化學氣相沉積（CVD）等。用在沉積SiN之循環製程可以是一原子層沉積製程。用在沉積SiN之循環製程可以是一化學氣相沉積製程。用在沉積SiN之循環製程可以是一混合製程。自此反應室供應及移除一反應物可視為一個階段。在一第一階段中，矽前驅物係被提供至此反應室，且可經由例如化學吸附而吸附至此基板上。在一第二階段中，反應性物種係被提供至此反應室，且它可將此基板上之矽轉變為氮化矽。SiN層之組成可藉由額外增加的階段來調整。在一些實施例中，此兩階段可重疊或結合。舉例而言，此矽前驅物及此反應性物種可同時地以部分或完全重疊的脈衝來提供。此外，儘管稱作第一及第二階段，以及第一及反應性物種，但階段的次序可以改變，且沉積循環可始於任一階段。亦即，除非特別說明，否則此些反應物可以任何次序來提供，且此程序可以起始於其中任一反應物。因此，在一些實施例中，一或多個沉積循環始於矽前驅物之供給，隨後才是此反應性物種。在其他實施例中，沉積可以起始於此反應性物種之供給，隨後才是此矽前驅物。
原子層沉積製程可以是一電漿輔助原子層沉積 （PEALD）製程。原子層沉積型製程係基於此前驅物化學物質之受控且典型自我侷限(self-limiting)之表面反應。可經由將一前驅物及一反應性物種交替且循序地饋入此反應室以避免氣相反應的發生。氣相反應物在反應室中係彼此分開，例如藉由在反應物脈衝之間，從反應室移除過量的反應物及/或反應物副產物。這項任務可藉由一抽真空步驟及/或以一惰性氣體脈衝來達成。在一些實施例中，此基板係與一吹掃氣體（例如：惰性氣體）接觸。舉例來說，可在一矽前驅物與一反應物物種的脈衝之間，使此基板與一吹掃氣體接觸，以移除過量的矽前驅物及反應副產物。
用語「脈衝」可理解為包括將反應物饋入至此反應室，並持續一段預定的時間量。用語「脈衝」並不限定此脈衝之長度或持續時間，且一脈衝可以是任何的時間長度。
一些實施例中，每一反應皆是自我侷限的，且可實現單層又單層的實質性生長。這些可稱作「真實原子層沉積」反應。在這類的實施例中，此矽前驅物可以自我侷限的方式吸附在此基板的表面上。反應性物種將接著與被吸附的矽前驅物起反應，以在基板上形成至一單層的氮化矽。當執行前驅物組成物的交替脈衝時，用語「原子層沉積」如本文所用亦指包括由相關用語指定的製程，例如：化學氣相原子層沉積(chemical vapor atomic layer deposition)、原子層磊晶（atomic layer epitaxy，ALE）、分子束磊晶（molecular beam epitaxy，MBE）、氣體源分子束磊晶(gas source MBE)、或有機金屬分子束磊晶(organometallic MBE)、及化學束磊晶(chemical beam epitaxy)。
在每一循環期間，此矽前驅物可被吸附至一沉積表面（例如基板表面或先前沉積的底層表面，譬如：來自先前沉積循環的材料），形成不易與任何其他前驅物起反應的單層或次單層（亦即，自我侷限反應）。其後，如有必要，可接著將一反應性物種引入至此反應室，用以將此沉積表面上被吸附的矽前驅物轉變為SiN。此外，在每個循環期間，亦可在此被吸附之前驅物轉變之後，利用吹掃步驟將過量的前驅物自此反應室移除，及/或將過量的反應物及/或反應副產物自此反應室移除。
此方法亦可用在一空間原子層沉積組件中。在空間原子層沉積中，此前驅物及反應性物種可在不同的實體區域中連續地供應，且此基板係在多個區域之間移動。可提供至少兩個區域，其中基板存在之處可發生半反應(half-reaction)。若此基板存在於如此的一半反應區域中，則矽前驅物可被吸附在此基板表面上。接著，將此基板移動至第二半反應區，其中此沉積循環已透過此反應物在此基板上完成氮化矽之形成。或者，可固定此基板之位置，且可移動氣體之供應，或是此兩者之某種組合。可重複此序列來獲得一所需的層厚度及覆蓋率。
根據一實施例，在一空間原子層沉積組件中，此方法可包括：將此基板設於包含有兩個以上區域之一反應室，每一區域藉由一氣簾(gas curtain)而與相鄰的區域分開；及供應矽前驅物至此反應室之一第一區域中之此基板。在此之後，此基板表面係相對至此反應室被移動（例如，側向地），並通過一氣簾來到此反應室之一第二區域；且反應性物種被供應至此反應室之第二區域中之基板，以在此基板表面上形成氮化矽。此基板表面可相對此反應室被移動（例如：側向地）以通過一氣簾，且此矽前驅物及此反應性物種之供應，包括此基板表面相對此反應室之（例如：側向）移動，可被重複以形成一氮化矽層。
在一些實施例中，用於SiN之沉積製程可具有一或多個非自我侷限的階段。例如在一些實施例中，至少一前驅物係至少部分地在此基板表面上分解。因此，在一些實施例中，製程可在接近化學氣相沉積條件的製程條件機制中進行操作，或者在一些情況中完全以化學氣相沉積條件進行操作。
化學氣相沉積型製程可有關於二或多個反應物之間的氣相反應。此些反應物可被同時提供至此反應室或基板，或者以部分或完全分開的脈衝提供。此基板及/或反應室可被加熱以促進此些氣態反應物之間的反應。在一些實施例中，此些反應物係被持續提供，直至沉積出具有所需厚度之層。在一些實施例中，可採用循環化學氣相沉積型製程，以進行多個循環來沉積出具有所需厚度之層。在循環化學氣相沉積型製程中，此些反應物可以不重疊、或是部分或完全重疊脈衝的方式被提供至此反應室。
在一些實施例中，本揭露之方法係一電漿輔助沉積方法，例如：電漿增強型原子層沉積或電漿增強型化學氣相沉積。
在本揭露之方法中，基板係被提供至一反應室，且氣相矽前驅物係被提供至此反應室。因此，當矽前驅物位在一反應室時，它可以呈現氣相的狀態。此矽前驅物可以是部分氣態或液態，或甚至在被提供至反應室前之某些時間點是固態。換言之，矽前驅物可以是固態、液態或氣態，例如在被遞送至反應室之前位於一前驅物容器或其他容器時。在一些實施例中，此矽前驅物在被遞送至反應室之前是液化的氣體。
本揭露之矽前驅物在室溫下可以是一液化氣體。此矽前驅物可從一前驅物源（例如：加壓前驅物容器、槽、罐(canister)或圓缸）來遞送。在一些實施例中，此矽前驅物之壓力係被維持在約2巴至約10巴，例如從約4巴至約8巴，譬如：約5巴或約6巴。在一些實施例中，此矽前驅物係經由直接蒸氣遞送來傳遞。在一些實施例中，此前驅物係以一載流氣體來稀釋。提供液化氣體型態之矽前驅物可允許比使用例如液體前驅物所能達成的前驅物遞送速率還要更高。這在尋求高生長率的應用中可提供優勢。在一些實施例中，矽前驅物之流動係由一質流控制器所調控。在一些實施例中，沒有對矽前驅物進行加熱。在一些實施例中，此矽前驅物之溫度係經調節以於適當的溫度下維持此矽前驅物。適合此前驅物之溫度可以是例如：介於約5°C與約55°C之間、介於約10°C與約45°C之間、介於約15°C與約40°C之間、介於約10°C與約35°C之間、或介於約15°C與約35°C之間。在一些實施例中，此前驅物容器是被加熱的。在一些實施例中，此前驅物係藉由一暖氣設備來加熱。
在本文中，「氣體」可包括在常溫和常壓（normal temperature and pressure，NTP）下為氣體、汽化固體及/或汽化液體的材料，並可由單一氣體或多個氣體的混合物構成，此取決於當下所處之情況。矽前驅物可以氣相方式被提供至此反應室。用語「惰性氣體」可指不參與化學反應及/或相當程度上不會成為層的一部分之氣體。例示性的惰性氣體包括氦、氬及其任何組合。在某些情況下，特別是當電漿未被引入至反應室時，氮分子及/或氫分子可算是一惰性氣體。此外，製程氣體以外的氣體，亦即未通過一沉積組件之一前驅物注射器系統、其它氣體分配裝置、或類似者引入的氣體可被用於例如密封此反應室，且能包括一密封氣體。載體氣體能被用於調節前驅物之流動及/或前驅物。因此，此反應室中之前驅物濃度及滯留時間可被調節。這樣的氣體可稱為載流氣體。在一些實施例中，此方法包括供應載流氣體至此反應室。
本揭露之矽前驅物包含、基本上由、或由化學式SiH 3X之化合物所組成，其中X為碘或溴。因此，本揭露之矽前驅物包含、基本上由、或由SiH 3I或SiH 3Br所組成。在一些實施例中，此矽前驅物係SiH 3I。在一些實施例中，此矽前驅物係SiH 3Br。僅包括一個鹵素（尤其是一個碘原子或一溴原子）的矽前驅物可具有勝於其他類型前驅物之優點，從而實現改良的矽沉積製程。與替代的矽前驅物相比，SiH 3I及SiH 3Br可具有較高的蒸氣壓，從而能夠更輕易地被遞送至此反應室及使用較低的溫度。本揭露之矽前驅物微小且它們可含有一改善的鹵素對氫比率（halogen-to-hydrogen ratio），這可能正向地影響可實現之層的密度及純度。本揭露之矽前驅物可具有較高的反應性、快速成核、及/或改善基板上的成核，以允許較快速的層生長及/或降低基板暴露於前驅物的時間。
在一些實施例中，矽前驅物、反應性物種、或兩者係以脈衝方式被提供至此反應室。在一些實施例中，矽前驅物脈衝（即：提供矽前驅物至此反應室的期間）係約0.01至約0.05秒，約0.05秒至約5.0秒、約0.1秒至約3秒、或約0.2秒至約1.0秒。在批次製程中，由於熟習此項技術者可針對特定情況來判定，此矽前驅物脈衝實質上可以更長久。
在經過足以使一分子層吸附於此基板表面上的時間之後，可自此反應室移除過量的矽前驅物。在一些實施例中，此過量的第一反應物可藉由停止此第一化學物之流動，同時使一載流氣體或一吹掃氣體持續流動一段足夠的時間來進行吹掃，以使過量的反應物及反應副產物（若有的話）自此反應室擴散或吹掃掉。在一些實施例中，此過量的第一前驅物係藉助於在整個原子層沉積循環中流動之惰性氣體（例如：氮氣或氬氣）來進行吹掃。
在本揭露之方法中，過量的矽前驅物及可能的反應副產物皆自此反應室被移除。這可稱之為吹掃。吹掃意指氣相前驅物及/或氣相副產物從此基板表面被移除，例如：藉由一真空泵排空此反應室及/或藉由一惰性氣體（例如氬氣或氮氣）來置換一反應室內之氣體。例如，吹掃可指一程序，趁著當中彼此會起反應的兩個氣體脈衝之間，將惰性或實質上惰性的氣體提供至一反應器腔室。然而，吹掃在彼此不起反應的兩個氣體之間也可能受影響。例如：吹掃或吹掃作業（例如藉由使用氮氣）可在兩前驅物的脈衝之間進行，或在一前驅物與一還原劑的脈衝之間進行。吹掃可避免或至少降低彼此會起反應之此兩氣體之間的氣相交互作用。應瞭解的是，吹掃可受時間、空間或兩者影響。例如，在依時間吹掃的情況下，吹掃步驟可被用於例如底下的時間序列中：提供一第一前驅物至一反應室；提供一吹掃氣體至此反應室；及提供一第二前驅物至此反應室，其中，在其上方沉積有一層的此基板並沒有移動。例如，在依空間吹掃之情況下，吹掃步驟可採取以下形式：將一基板從會連續供應一第一前驅物的一第一位置移動到會連續供應一第二前驅物的一第二位置，其間穿過一吹掃氣簾。
吹掃的時間範圍是約0.05秒至20秒，且可以是介於約0.2秒及10秒之間，或是介於約0.5秒至5秒之間。在一些實施例中，此矽前驅物被吹掃約0.1秒至約10秒、約0.3秒至約5秒、或約0.3秒至約1秒。然而，若有必要，也可採用其他的吹掃時間，例如在涵蓋極大的深寬比結構或具有複雜表面形貌的其他結構上需要高度保形階梯覆蓋的情況下，或是在使用不同反應器類型（例如：批式反應器）的情況下。
在吹掃之後，從一含氮電漿生成的一反應性物種被提供至此反應室，以在此基板上形成氮化矽。此反應性物種可與此基板上的矽起反應，以形成氮化矽。
本揭露的反應性物種係從一含氮氣體所生成。因此，此含氮氣體包含一氮前驅物。在一些實施例中，此反應性物種包括氮自由基、氮原子及/或氮電漿。此反應性物種可包含非氮衍生之其他物種。在一些實施例中，此反應性物種可包括氫電漿、氫自由基或原子氫等，以不特定形式呈現。在一些實施例中，此反應性物種可包括來自惰性氣體例如He、Ne、Ar、Kr或Xe的物種，譬如Ar或He，以自由基、電漿形式、或元素形式呈現。這些來自惰性氣體之反應性物種未必能貢獻材料給所沉積的層，但可在一些情況下促進層之生長，以及幫助電漿的形成及點火。在一些實施例中，用以形成電漿之氣體可在整個沉積製程中不斷地流動，但僅間歇地被活化。在一些實施例中，此反應性物種包含一受激發物種。
在一些實施例中，氣體係在每一沉積循環期間、或在整個沉積製程期間連續地被提供至此反應室，且反應性物種係在此反應室或此反應室之上游藉由從此含氮氣體所產生的電漿來提供。在一些實施例中，此氣體包含氮。在一些實施例中，此氣體是氮。在其它實施例中，此氣體可以包含氦氣或氬氣。此流動氣體亦可做為用在多種反應物（或反應性物種）中之其中之一者或兩者之吹掃氣體。例如，流動的氮氣可作為用在一矽前驅物之一吹掃氣體，且亦作為此反應性物種的一來源。在一些實施例中，氮、氬或氦可作為用在一第一前驅物的一吹掃氣體，以及用於將此矽前驅物轉變為此氮化矽層之反應性物種的一來源。
在一些實施例中，含氮氣體在每一沉積循環期間皆係連續地流動至此反應室。含氮電漿可藉由此反應室或在此反應室之上游中的氮所生成之電漿來形成，例如：藉由使氮氣流經一遠端電漿產生器。
在一些實施例中，含氮電漿係經由H 2及N 2之流動而生成。在一些實施例中，在電漿被點火前或氮及氫原子或自由基被形成之前，此H 2及N 2被提供至此反應室。在一些實施例中，H 2及N 2係連續地被提供至此反應室，且在需要時，含氮電漿、原子或自由基被產生出來或供應。在一些實施例中，氫氣並未用以產生電漿。在不限制本揭露於任何特定理論的前提下，本揭露之矽前驅物可使得在無氫分子的情況下沉積高品質的SiN膜成為可能。
適合本揭露之方法的電漿組成物包括氮電漿、氮自由基、或氮原子等，以不特定形式呈現。在一些實施例中，也提供不特定形式之氫電漿、氫自由基或原子氫。在一些實施例中，電漿亦可含有惰性氣體，例如He、Ne、Ar、Kr及Xe，較佳是Ar或He，並以電漿形式、作為自由基、或以原子形式來呈現。
因此，在一些實施例中，此反應性物種可從電漿生成，而此電漿是從兼具有N及H之化合物（例如：NH 3及N 2H 4）、N 2/H 2之混合物、或其他具有N-H鍵之前驅物等所形成。在一些實施例中，反應性物種可主要是由N 2所形成。在一些實施例中，反應性物種可至少部分地是由N 2及H 2所形成。在一些實施例中，此反應性物種可主要地、實質上完全地、或完全地由N 2及H 2所形成。在這類實施例中，供應N 2及H 2之流量比（N 2/H 2）是約1000:1至20:1、約20:1至約1:20、約10:1至約1:10、約5:1至約1:5、或約1:2至約4:1，且在某些狀況下是1:1。在一些實施例中，供應N 2及H 2之流量比（N 2/H 2）是約1000:1至100:1、500:1至50:1、或100:1至20:1。例如，N 2及H 2是以約800:1、約400:1、200:1、150:1或100:1之流量比（N 2/H 2）來供應。在一些實施例中，此反應性物種可主要地、實質上完全地、或完全地由N 2所形成。在一些實施例中，此反應性物種可主要地、實質上完全地、或完全地由N2及惰性氣體所形成。在不限制本揭露於任何特定理論的前提下，本揭露之矽前驅物可減少在電漿中提供氫之需要，以充足層之保形性。在沉積製程中，氫衍生電漿之存在可能會降低此製程之階梯覆蓋率(step coverage)。因此，降低製程中氫存在之能力相對來說可提高階梯覆蓋率。較低的氫含量可更具優勢，尤其是在高的深寬比結構中，例如具有8或更高的深寬比。
製程氣體（例如：包含矽前驅物之氣體、或用於生成反應性物種之含氮氣體）或惰性氣體之流量可以是約1每分鐘標準公升數(slm)至約10每分鐘標準公升數，例如：約2每分鐘標準公升數至約6每分鐘標準公升數，或約3每分鐘標準公升數至約10每分鐘標準公升數。然而，在一些實施例中，製程氣體之流量可以是約100每分鐘標準毫升數(sccm)至約1000每分鐘標準毫升數，例如：約100每分鐘標準毫升數至約800每分鐘標準毫升數、約100每分鐘標準毫升數至約500每分鐘標準毫升數、或約100每分鐘標準毫升數至約300每分鐘標準毫升數。製程氣體之流量的下限範圍尤其適用於此矽前驅物氣體之流量。
從含氮電漿生成的此反應性物種係被提供約0.01秒至約5秒，例如：0.05秒至約0.1秒、或約0.05秒至約2秒。在一些實施例中，提供反應性物種約0.1秒至約10秒。在一些實施例中，提供含氮電漿約0.1秒至約10秒、約0.5秒至約5秒、或0.5秒至約2.0秒。然而，取決於反應器類型、基板類型及其表面積，含氮電漿之脈衝時間可甚至高於約10秒。在一些實施例中，脈衝時間可在若干分鐘的程度。
在一些實施例中，含氮電漿係在兩個或多於兩個相異脈衝中提供，而不在此兩個或更多個脈衝中之任何一者之間引入矽前驅物。在一些實施例中，在供應含氮電漿的期間，藉由以下步驟產生二或多個依序的電漿脈衝：提供一電漿放電並持續一第一時間段；熄滅此電漿放電並持續一第二時間段，例如約0.05秒至約5秒，譬如：約0.05秒至約0.1秒、或約0.1秒至約10秒、或約0.5秒至約5秒、或約1.0秒至約4.0秒；及在引入矽前驅物或進行吹掃步驟之前，再次激發電漿放電並持續一第三時間段。額外的電漿脈衝可以相同方式被引入。在一些實施例中，在每一脈衝中，電漿點火持續相等的時間長度。
在一些實施例中，含氮電漿可藉由施加約10瓦(W)至約2000瓦、約50瓦至約1000瓦、或約100瓦至約500瓦之射頻(RF)功率來產生。在一些實施例中，此射頻功率密度可以是約0.02瓦/平方公分(W/cm 2)至約2.0瓦/平方公分、或約0.05瓦/平方公分至約1.5瓦/平方公分。可將此射頻功率施加至含氮氣體，此含氮氣體在氮電漿脈衝時間之期間流動、連續地流經此反應室、及/或流經一遠端電漿產生器。因此，在一些實施例中，此第二反應物可經由遠離此基板或反應空間之電漿放電（「遠端電漿」）而遠端形成。在一些實施例中，此第二反應物可形成於此基板的附近或直接形成於此基板之上方（「直接電漿」）。
在一些實施例中，使用二或多個電漿頻率。
在反應性物種被提供一段足夠長的時間，以獲得所期望的SiN沉積之後，可自此反應室移除過量反應物及反應副產物。此反應性物種之脈衝時間可足以使先前吸附的分子層完全飽和並與氮反應。如同此矽前驅物的移除一般，此步驟可包括停止反應性物種之產生並持續使此惰性氣體（例如：氮或氬）流動一時間段，其長度足以使過量反應性物種及揮發性反應副產物自此反應室擴散出去以及被吹掃掉。在其他實施例中，可使用一不同的吹掃氣體。在一些實施例中，此吹掃的時間可以是約0.1秒至約10秒、約0.1秒至約4秒、或約0.1秒至約0.5秒。此氮電漿之供應及移除共同代表一氮化矽原子層沉積循環中的一第二反應性物種階段。
此兩個階段共同代表一個沉積循環，其被重複以形成具有所需厚度之氮化矽層。此所沉積之SiN可形成多層，且其厚度可藉由改變沉積循環的次數來調整。雖然此沉積循環在本文中一般是以此矽階段作為開始，但預期在其他實施例中，此循環可以是始於此反應性物種階段。此矽前驅物階段通常與前一循環中由此反應性物種（即：氮沉積）階段所留下的終端起反應。因此，雖然若此反應性物種階段係在此第一沉積循環中之第一階段，沒有反應物可先被吸附於此基板上或存在至此反應室中，但在後續的循環中，此反應性物種階段將有效地跟隨此矽前驅物階段。在一些實施例中，在沉積製程中安排一或多個不同的沉積循環。
根據本揭露之一些實施例，沉積可以下列的溫度範圍進行：約25°C至約700°C、約50°C至約600°C、約100°C至約450°C、或約200°C至約400°C。在一些實施例中，最佳反應器溫度可能會受到容許的最大熱積存所限制。因此，在一些實施例中，此反應溫度係約300°C至約400°C。在一些應用中，最大溫度係約400°C，且因此此電漿增強型原子層沉積製程是在此反應溫度下運行。
在一些實施例中，關於碳材料上之間隔件沉積，例如沉積可在約75°C至約150°C之溫度下進行。在一些實施例中，沉積可在約150°C至約300°C之溫度下進行。這類的溫度對包含硫族化物材料之基板而言具有優勢。在一些實施例中，沉積可在約300°C至約550°C之溫度下進行。例如，動態隨機存取記憶體單元位元線之間隔件相關的製程可以在高至550°C的溫度下進行。有些實施例尤其可能是關於同時需要高生長速率及高的層品質之製程，且其中溫度要求變得愈來愈嚴格。使用400°C或以下的溫度可能是需要的。這類的應用係關於例如前段製程(front-end-of-line)、中段製程(mid-end-of-line)、或間隙填充製程(gapfill processes)。
根據本揭露之一些實施例，此反應室在處理期間之壓力係維持在約0.01托至約50托、或約0.1托至約10托。在一些實施例中，此反應室在處理期間的壓力係維持在約10托至約25托、或約10托至約20托，例如：在約15托或在約20托。在某些製程中，此反應室在處理期間的壓力係維持在約1托至約5托、或約2托至約5托，例如：在約3托或在約4托。
當使用本揭露之矽前驅物時，可改善SiN層之生長速率，其中此生長速率係以每循環之生長量（growth per cycle，GPC）來測定。此生長速率可能在約0.15埃/循環至約2.5埃/循環之間變化，取決於具體的製程詳情。在一些實施例中，每循環之生長量可以是約0.2埃/循環至約2埃/循環、約0.3埃/循環至約2埃/循環、0.2埃/循環至約1.5埃/循環、或0.5埃/循環至約2埃/循環。
無論此矽前驅物是否含有溴或碘，根據本揭露所沉積之氮化矽層可達成雜質含量或濃度低於約3的原子百分比（at-%）、低於約1原子百分比、低於約0.5原子百分比、低於約0.1原子百分比、或低於0.05原子百分比。在一些層中，總雜質含量（不包括氫）可以是低於約5原子百分比、低於約2原子百分比、低於約1原子百分比、低於約0.2原子百分比、或低於約0.1原子百分比。在一些層中，氫含量可以是低於約30原子百分比、低於約20原子百分比、低於約15原子百分比、低於約10原子百分比、或低於約5原子百分比。在一些實施例中，根據本揭露所沉積之SiN層不包含一可觀數量的碳。
根據一些實施例，氮化矽層可以展現大於約65%、大於約80%、大於約90%、或大於約95%的步階覆蓋（step coverage）及圖案負載效應（pattern loading effect）。在一些情況下，步階覆蓋及圖案負載效應可大於約98%，且在某種情況下係約100% （在測量工具或方法的準確度內）。這些值可以在深寬比大於2、深寬比大於3、深寬比大於5、或深寬比大於8的條件下達成。在某些實施例中，此些值可在特徵之深寬比大於10或深寬比大於15或20的條件下達成。
如本文所用，「圖案負載效應」係根據其在本領域中的普通含義而使用。雖然可看到圖案負載效應係有關雜質含量、密度、電性特性及蝕刻速率。除非特別說明，否則此用語「圖案負載效應」係指在存有結構之基板的一區域中之層厚度的變化。因此，此圖案負載效應可被視為在一個三維結構內的一特徵之側壁或底部中的膜厚度，此乃是相對於此三維結構/特徵在面向開放場之側壁或底部上的膜厚度而言。如本文所用，100%圖案負載效應（或：比率為1）將表示大約一完全均勻之層特性遍及此基板，不管特徵為何，也就是說沒有圖案負載效應（在特徵對開放場中，特定之層特性例如厚度中之變化）。
在一些實施例中，氮化矽層沉積之厚度約2奈米至約100奈米、約5奈米至約30奈米、或約5奈米至約20奈米。這些厚度可在特徵尺寸（寬度）低於約100奈米、約50奈米、低於約30奈米、低於約20奈米，及在某些狀況下低於約15奈米等情況下達成。在一些實施例中，此特徵寬度可低於10奈米、低於8奈米、或低於6奈米。
根據一些實施例，氮化矽層可採用不同的濕式蝕刻速率（wet etch rates，WER）來沉積。當採用在0.5重量百分比(wt%)稀釋氫氟酸(dHF)（奈米/分鐘）中之全面性濕式蝕刻速率（blanket WER）時，氮化矽層之濕式蝕刻速率值可小於約5、小於約4、小於約2、或小於約1。在一些實施例中，其值可小於約0.3。
相對於熱氧化物之濕式蝕刻速率，在0.5% 稀釋氫氟酸（奈米/分鐘）中之全面性濕式蝕刻速率可小於約3、小於約2、小於約1、小於約0.5、小於約0.25、小於約0.1、小於約0.05、或小於約0.01。
在一些實施例中，相對於一個三維特徵（例如鰭片或溝槽）之頂部區域，此三維特徵的側壁之濕式蝕刻速率可小於約4、小於約3、小於約2、或約1。在一些實施例中，此側壁之濕式蝕刻速率可小於約1。
許多應用可需要（或受利於）沿著一特徵之側壁的一均勻層厚度。由於本揭露的矽前驅物之特性，沿著一特徵之側壁的一SiN層之厚度均勻性可較先前技術大為改善。尤其在寬度低於50奈米或低於30奈米或低於20奈米的間隙或溝槽中，層之厚度均勻性可被改善。
在一些實施例中，本揭露之氮化矽層的蝕刻量相較於在0.5%氫氟酸(HF)浸漬製程中觀測到高溫長成的SiO 2（TOX）之蝕刻量可少約2至4倍，例如3至4倍（例如，在TOX被移除約2至約3奈米之程序中，當根據本文所揭示之方法沉積時，SiN被移除的量可以少1或2至4倍）。
此外，本揭露的前驅物可使得SiN層之沉積與先前技術製程相較具有減低的應力。減低的層應力係可在兼顧維持其他良好之層特性（例如：濕式蝕刻速率、側壁濕式蝕刻速率及SC）的情況下達成。根據本方法所沉積之SiN層之應力值可以是約+800百萬帕(MPa)至約-800百萬帕、約+600百萬帕至約-600百萬帕、約+400百萬帕至約-400百萬帕、約+200百萬帕至約-200百萬帕、或約+100百萬帕至約-100百萬帕。正號表示層具有拉伸應力，而負號表示層具有壓縮應力。在一些實施例中，SiN層可以是根本上無應力。換言之，層之應力可以是約零。
在另一態樣中，本揭露揭示一種經由一電漿輔助循環沉積製程將氮化矽沉積於一基板上之沉積組件。此沉積組件包含一反應室，其係被建構並配置以固持此基板；一矽前驅物源，其係供一矽前驅物經由一第一閥與此反應室氣體連通；一氮前驅物源，其係供一氮前驅物經由一第二閥與此反應室氣體連通，以供應含氮電漿；及一控制器，其係可操作地連接至此第一及第二閥，且被配置並經程式化以控制：供應一矽前驅物至此反應室；及供應含氮電漿至此反應室，以在此基板上沉積氮化矽。此組件可更包括一矽前驅物容器，其係被建構並配置以含有及釋放包含SiH 3X之矽前驅物，其中X為碘或溴，且此組件係被建構並配置以藉由此前驅物注射器系統將此矽前驅物提供至此反應室。本揭露的前驅物容器可以是供盛裝液化氣體之容器。
圖式詳細描述
第1圖繪示本揭露之實施例的一例示性方法100。方法100可用於沉積氮化矽於一基板上。氮化矽層可以被沉積出來。氮化矽層可在形成一結構或一裝置（例如本文所述之結構或裝置）之期間使用。然而，除非特別說明，這些方法不受限於這類的應用。
在步驟101，基板被提供至一反應器的一反應室。此反應室可成為一原子層沉積（ALD）反應器的一部分。此反應器可以是一單晶圓反應器。或者，此反應器可以是一批式反應器。方法100之各種階段可在一單一反應室中進行，或它們可在多個反應器腔室中進行，例如：集束型製程設備(cluster tool)之反應室。在一些實施例中，此方法100是在一集束型製程設備之一單一反應室中進行，但此結構或裝置之其他先前或後續的製造步驟是在相同的集束型製程設備之其他反應室進行。可選地，反應器除了包含此反應室，更可設有一加熱器，以藉由升高一或多個基板及/或反應物及/或前驅物來活化此反應。
在步驟101的期間，可將此基板帶至一期望的溫度及壓力，以提供矽前驅物至此反應室，及/或提供含氮電漿至此反應室。反應室中的溫度（例如基板的或基板支架的）可以是例如約50°C至約550°C，譬如：150°C、200°C或300°C。
此反應室中的壓力可以是例如小於50托、小於20托、小於5托、或小於1托。在一些實施例中，反應室中的壓力可以是2托、3托、5托、10托、15托、或20托。
在步驟102，矽前驅物被提供至含有此基板之反應室。在不限制本揭露於任何特定理論的前提下，在提供矽前驅物至此反應室的期間，矽前驅物可化學吸附於此基板上。提供矽前驅物至此反應室的持續時間（矽前驅物脈衝時間）可以是例如0.01秒、0.05秒、0.1秒、0.2秒、1秒、1.5秒、2秒或3秒。在一些實施例中，提供矽前驅物至此反應室之持續時間（矽前驅物脈衝時間）可以是小於0.2秒、小於0.1秒、或小於約1秒。
在步驟103，反應室可藉由提供一氣體（例如：惰性氣體）至反應室來進行吹掃。替代或另外地，反應室可藉由抽真空步驟來吹掃。吹掃此反應室（103，105）可防止或減輕(mitigate)一矽前驅物與一還原劑之間的氣相反應，且實現自飽和表面反應。在使此基板與下一反應性化學物質接觸之前，若有過剩的化學物質及反應副產物的話，可自此基板表面先行移除，例如藉由吹掃此反應室或藉由移動此基板。然而，在一些實施例中，此基板可被移動以各別地接觸一矽前驅物及一反應物。在一些實施例中，因為反應會發生自飽和的關係，故而對此基板進行嚴格的溫度控制及對此前驅物進行精確的劑量控制可就非必要了。
在步驟104，當含氮電漿被提供至此反應室時，從中形成之反應性物種可與此被吸附的矽前驅物或其衍生物起反應，以形成SiN。提供反應性物種至此反應室的持續時間（反應性物種脈衝時間）可以是例如：0.01秒，0.1秒、0.5秒，1秒、2秒、3秒、4秒。在一些實施例中，提供還原劑至此反應室的持續時間係小於15秒、小於10秒、或約3秒。在反應性物種被提供至此反應室之後，可選擇性地再次如本文所述吹掃此反應室（步驟105）。
步驟102、103、104及可選的105可形成一沉積循環，造就SiN之沉積。SiN之沉積量可透過重複（迴路106）此沉積循環來調節，直至達成所需量的SiN或具有期望厚度之SiN層為止。重複的次數視沉積速率及目標SiN厚度而定。此沉積循環可進行約20次至約2,000次。在一些實施例中，此沉積循環可進行約20次至約1,000次。在一些實施例中，此沉積循環可進行約20次至約500次，或約20次至約200次。特別在一些實施例中，SiN生長速率低或目標是厚的SiN層時，此沉積循環可進行約1,000次至約2,000次，例如約1,200次至約1,600次。在一些實施例中，可進行約150次、200次、250次、300次、400次、500次、600次、700次、800次、900次、1,200次或1,500次的沉積循環。
當執行此方法100時，SiN係被沉積於此基板上。此沉積製程可以是一循環電漿輔助沉積製程，且可包括電漿增強型化學氣相沉積、電漿增強型原子層沉積、或混合式循環化學氣相沉積/原子層沉積製程。在一些實施例中，循環化學氣相沉積製程可包括將二或多個前驅物（例如：一矽前驅物及一反應物）引入此反應室，其中此反應室中之二或多個前驅物之間可能存在一重疊的時間段，導致此沉積兼具有原子層沉積成分及化學氣相沉積成分。此稱之為一混合式製程。根據又一實例，循環沉積製程可包含一還原劑或前驅物的連續流，以及其他化學成分進到此反應室之週期性脈衝。在步驟104期間，反應室中的溫度及/或壓力可與先前於步驟102所提及之壓力及溫度之任何者相同或類似。
第2圖以簡圖的方式描繪本揭露之包含有一SiN層的一例示性結構。部分的裝置或結構200包括一基板202及一SiN層204。基板202可以是或包括本文所述之任何基板材料，例如：一介電或絕緣層。SiN層204可根據本文所述之方法來形成。
在一些實施例中，SiN層可如第2圖中所描繪直接地被沉積於此基板上。或者，可將SiN層沉積於一先前沉積的層上。本揭露的結構或裝置可包括在基板與SiN層之間存在不只一層。此外，在一些實施例中，SiN層係被沉積於此基板上，且至少一額外層係被沉積於SiN層上。在一些實施例中，此SiN層204可基本上由或由SiN所組成。本揭露之實例的結構及裝置可包括水平的結構、垂直及/或三維結構及裝置。
第3圖繪示本揭露之例示性實施例之一氣相沉積組件300。氣相沉積組件300包括一或多個反應室310，以容納一基板312。此組件包括一矽前驅物源320，供一係前驅物經由一第一閥321與一反應室310進行氣體連通；一氮前驅物源330，供一氮前驅物經由一第二閥331與一反應室310進行氣體連通。此組件更包括一控制器340，其係可操作地連接至此第一及第二閥321、331。此控制器340係被配置並經程式化以控制著將矽前驅物供應至此反應室310，及將含氮電漿供應至此反應室310，以形成一反應性物種，從而沉積氮化矽於此基板312上。根據此沉積組件300更包括一溫度調節系統323，以調節此矽前驅物源320之溫度。
控制器340包括電子電路系統及軟體，以選擇性地操作閥、歧管、加熱器、泵、及其他包含在此沉積組件300中的成分。這類電路系統及成分係運作以從對應的源引入前驅物及其他氣體。控制器340可控制氣體脈衝序列的時序、基板及/或反應室310的溫度、反應室310的壓力、及各種其他操作，以提供此沉積組件300的合宜操作。此控制器340係被配置以使得此矽前驅物及氮前驅物之供應時間可獨立地被選擇。控制器340可包括控制軟體來電性或氣動地控制閥，以控制前驅物、還原劑及吹掃氣體進出此反應室310的流動。此組件可包括一或多個控制器（例如：控制器340），其經程式化或是被配置以進行本文所述之沉積製程。此控制器340可與此組件之各種功率源、溫度調節暨加熱系統、泵、機器人及氣流控制器或閥連通。
雖然未繪示，但氣相沉積組件300可包括氣相沉積組件上常見的其他源及其他成分。可選地，氣相沉積組件300設有一加熱器，以藉由升高此基板、矽前驅物、氮前驅物、吹掃氣體、惰性氣體及額外的載流氣體中之一或多者的溫度來活化此反應。
氣相沉積組件300可設有一射頻功率源350，其係可操作地與此控制器340連接，此控制器係被建構並配置以產生此氮前驅物之電漿。使用電漿之製程可採用氣相沉積組件300來執行，較佳地是協同可用於本揭露之至少一些實施例中的多個經程式化以進行本文所述順序的控制器。在第3圖所繪示之組件中，藉由在反應室310之內部311（反應區）中提供並聯且面向彼此的一對導電平板電極313、314，從功率源350將射頻功率（例如，13.56百萬赫(MHz)或27百萬赫）施加至一側，及將另一側315電性接地，電漿在此些電極313、314之間被激發。
溫度調節器可設在一較低的平台314（下部電極），且放置在其上之基板312的溫度可保持在一相對恆定的溫度。此上部電極313亦可作為一噴淋板，且前驅物氣體及可選的惰性氣體及/或吹掃氣體可分別地透過氣體管線321、331及透過此噴淋板313被引入至此反應室310。
此外，此反應室310中設有一圓形導管316，其配備有一排氣管線360，此反應室310之內部311的氣體可以透過此排氣管線而被排出。另外，傳送室370（例如，配置在此反應室310的下方）設有一密封氣體管線380，以經由此傳送室370的內部372（傳送區）將密封氣體引入此反應室310的內部311，其中設置一分隔板374，用於隔開此反應區與此傳送區（本圖省略一閘閥，晶圓可經由此閘閥被傳送至或傳送離此傳送室370）。此傳送室370亦設有一排氣管線390。在一些實施例中，所有沉積及/或可選的表面處理程序皆是在相同的反應室中進行，這使得所有步驟可連續地進行，而不讓此基板312暴露至空氣或其他含氧的大氣。在一些實施例中，遠端電漿單元可用於激發一含氮氣體。
含氮電漿可於原位產生，例如在整個沉積腔室中連續流動的氣體。在其他實施例中，此電漿可於遠端產生，並被提供至此反應室。
在一些實施例中，可使用雙室反應器（彼此鄰接設置且用於處理晶圓之兩個區域或隔間），其中一製程氣體及一惰性氣體可通過一共用管線來供應，而每一前驅物氣體可通過一非共用管線來供應。
進一步地，作為一沉積組件的示意圖，為了圖示簡單，已省略許多成分，且這類的成分可包括例如各種閥、歧管、純化器、加熱器、容器、通氣孔、及/或旁通道。
應瞭解的是，本文所述之構造及/或方法本質上係例示性，且這些特定實施例或實例不應被視為限制意涵，因為可有許多的變化。本文所述之特定例行程序或方法可表示任何數目的處理策略之一或多者。因此，所描繪之各種動作可採用所述之序列執行、以其他序列執行、或在一些情況下予以省略。
100:方法 101,102,103,104,105:步驟 106:迴路 200:結構 202:基板 204:SiN層 300:氣相沉積組件 310:反應室 311:反應區 312:基板 313,314:電極 315:電極另一側 316:圓形導管 320:矽前驅物源 321:第一閥 322:氣體管線 323:溫度調節系統 330:氮前驅物源 331:第二閥 332:氣體管線 340:控制器 350:射頻功率源 360:排氣管線 370:傳送室 372:傳送區 374:分隔板 380:密封氣體管線 390:排氣管線
隨後之圖式包含在此以對本揭露提供進一步的瞭解，並構成本說明書的一部分，描繪例示性實施例，且同文字敘述協助闡釋本揭露之原理。在圖式中 第1圖描繪本揭露之方法的一例示性實施例。 第2圖描繪本揭露之一例示性結構，其包括一氮化矽層。 第3圖以簡圖方式呈現本揭露之一沉積組件。
100:方法
101,102,103,104,105:步驟
106:迴路

Claims (21)

  1. 一種氣相沉積組件，用以經由一電漿輔助循環沉積製程將氮化矽沉積於一基板上，包括： 一反應室，建構並配置以固持該基板； 一矽前驅物源，建構並配置以提供包含SiH 3X之一矽前驅物至該反應室，其中X為溴或碘； 一氮前驅物源，建構並配置以提供氮前驅物氣體至該反應室； 一溫度調節系統，用於調節該矽前驅物源之一溫度；以及 一控制器，可操作地連接至該矽前驅物源及該氮前驅物源，且配置並經程式化以控制： 該矽前驅物源中之該溫度介於15°C與45°C之間； 提供一矽前驅物至該反應室；以及 提供含氮電漿至該反應室，以沉積氮化矽於該基板上。
  2. 如請求項1之氣相沉積組件，其中該矽前驅物源包含一矽前驅物容器，建構並配置以容納一矽前驅物的液化氣體。
  3. 如請求項1之氣相沉積組件，其中該氣相沉積組件包括一遠端電漿產生器。
  4. 如請求項1之氣相沉積組件，其中該組件係被建構並配置以在原位提供電漿。
  5. 一種經由一電漿輔助循環沉積製程將氮化矽沉積於一基板之方法，該方法包括： 提供一基板至一反應室； 提供根據化學式SiH 3X的一氣相矽前驅物至該反應室，其中X為碘或溴； 自該反應室移除過量的該矽前驅物及可能的反應副產物。 提供從一含氮電漿生成的一反應性物種至該反應室，以在該基板上形成氮化矽，其中： 該矽前驅物之溫度被調節至15°C與45°C之間。
  6. 如請求項5之方法，其中該反應性物種包括N*、NH*及NH 2*自由基中之至少一者。
  7. 如請求項5之方法，其中該反應性物種係直接在該基板上方生成。
  8. 如請求項5之方法，其中該反應性物種係使用一遠端電漿產生器生成。
  9. 如請求項5之方法，其中該含氮電漿係由包含以下之一或多者的一含氮氣體生成：NH 3、N 2H 4、N 2/H 2混合物、N 2。
  10. 如請求項5之方法，其中該含氮電漿係由N 2及H 2所組成的一含氮氣體所生成。
  11. 如請求項5之方法，其中含氮電漿係由包含N 2及H 2之一含氮氣體所生成，其中供應之一流量比（N 2/H 2）為20：1或更高。
  12. 如請求項5之方法，其中該含氮氣體按體積計係包括小於5%的氫氣（H 2）。
  13. 如請求項5之方法，其中當反應性物種被生成時，氫分子（H 2）並未被提供至該反應室。
  14. 如請求項5之方法，其中該矽前驅物包含SiH 3Br。
  15. 如請求項5之方法，其中該矽前驅物包含SiH 3I。
  16. 如請求項5之方法，其中該矽前驅物係藉由蒸發一液化的SiH 3X氣體來提供。
  17. 如請求項5之方法，其中氮化矽係形成於一個三維結構上。
  18. 如請求項17之方法，其中該三維結構包括一側壁區域及一頂部區域，且在0.5%稀釋氫氟酸中該氮化矽層之側壁濕式蝕刻速率（WER）相對於該頂部區域濕式蝕刻速率係小於約2。
  19. 如請求項5之方法，其中在0.5%氫氟酸水溶液中該氮化矽層之蝕刻速率係小於約3奈米/分鐘。
  20. 如請求項5之方法，其中該氮化矽層之甫沉積完成應力係介於+800百萬帕與-800百萬帕之間。
  21. 一種形成一半導體裝置之方法，其中該方法包括經由一電漿輔助循環沉積製程沉積氮化矽，該方法包括： 提供一基板至一反應室； 提供根據化學式SiH 3X的一氣相矽前驅物至該反應室，其中X為碘或溴； 自該反應室移除過量的該矽前驅物及可能的反應副產物；以及 提供從一含氮電漿生成的一反應性物種至該反應室，以在該基板上形成氮化矽，其中： 該矽前驅物之溫度被調節至15°C與45°C之間。
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