TW202240661A - 基板處理方法 - Google Patents

基板處理方法 Download PDF

Info

Publication number
TW202240661A
TW202240661A TW111109161A TW111109161A TW202240661A TW 202240661 A TW202240661 A TW 202240661A TW 111109161 A TW111109161 A TW 111109161A TW 111109161 A TW111109161 A TW 111109161A TW 202240661 A TW202240661 A TW 202240661A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
source layer
layer
processing method
substrate processing
plasma
Prior art date
Application number
TW111109161A
Other languages
English (en)
Inventor
柳太熙
鄭世雄
Original Assignee
荷蘭商Ａｓｍ Ｉｐ私人控股有限公司
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 荷蘭商Ａｓｍ Ｉｐ私人控股有限公司 filed Critical 荷蘭商Ａｓｍ Ｉｐ私人控股有限公司
Publication of TW202240661A publication Critical patent/TW202240661A/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
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System 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
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31105—Etching inorganic layers
    • H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means
    • H01L21/31116—Etching inorganic layers by chemical means by dry-etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • 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
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C16/0227—Pretreatment of the material to be coated by cleaning or etching
    • C23C16/0245—Pretreatment of the material to be coated by cleaning or etching by etching with a plasma
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/24—Deposition of silicon only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34—Nitrides
    • C23C16/345—Silicon nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C23C16/401—Oxides containing silicon
    • C23C16/402—Silicon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/505—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/56—After-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
    • H01L21/02104—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
    • H01L21/02112—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
    • H01L21/02167—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 carbide not containing oxygen, e.g. SiC, SiC:H or silicon carbonitrides
    • 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
    • H01L21/0217—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 nitride not containing oxygen, e.g. SixNy or SixByNz
    • 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
    • H01L21/02225—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
    • H01L21/02104—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
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02532—Silicon, silicon germanium, germanium
    • 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System 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
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/32055—Deposition of semiconductive layers, e.g. poly - or amorphous silicon layers
    • 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System 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
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
    • H01L21/32133—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only
    • H01L21/32135—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only
    • H01L21/32136—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only using plasmas
    • H01L21/32137—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only using plasmas of silicon-containing layers
    • 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
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76—Making of isolation regions between components
    • H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/76224—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using trench refilling with dielectric materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334—Etching

Abstract

本發明揭露一種能夠抑制空隙形成之基板處理方法，其包括供應一矽前驅物於一圖案結構，以形成具有一第一開口之一矽源層；及供應電漿於該矽源層，以揮發該矽源層中所包括之矽以外的成分，藉以擴大該第一開口。

Description

基板處理方法
本發明之一或多個實施例係關於一種基板處理方法，尤指一種將薄膜沉積於具有凹槽區或間隙區之圖案結構者。
隨著半導體裝置之整合程度增加，圖案結構之深寬比（A/R）亦隨之增加。例如，當間隙結構之入口的深度對寬度增加時，填充該間隙結構使之無縫隙或空隙的技術難度也跟著增加。 原子層沉積方法具有能沉積均勻厚度的膜至該圖案結構之壁面及底表面上之優點。 然而，隨著該圖案結構之A/R增加，在反應物氣體的供應/吹洗之短暫循環時間中，反應物氣體要抵達該圖案結構之底表面變得越來越困難。因此，存在薄膜中殘留有縫隙或空隙的問題，上述薄膜被填充於多個圖案結構之間的間隙結構中。
至今已有各種製程被嘗試用來移除這類的縫隙或空隙。例如，於2014年7月4日公開之韓國專利第10-2014-0083746號揭露一種無空隙多晶矽間隙填充方法，及一種透過熱處理來移除多晶矽中之縫隙的技術概念。
本發明之一或多個實施例包括一基板處理方法，其能夠填充一間隙結構，使之無縫隙或空隙。
另外的態樣將部分說明如下，而另一部分將可從說明中明白，或者可藉由實踐本發明所提出實施例而習得。
根據一或多個實施例，一基板處理方法包括：提供一圖案結構，其具有一第一凸部及一第二凸部；供應一第一源氣體及第一惰性氣體電漿於該圖案結構上，以在該圖案結構上形成一第一源層；以及供應氫電漿至該第一源層，以移除該第一源層的至少一部分，其中該第一凸部及該第二凸部之上表面中之每一者具有一平坦部及圍繞該平坦部之一邊緣部，且在該氫電漿供應的期間，該邊緣部上之該第一源層被移除得較該平坦部上之該第一源層多。
根據該基板處理方法之一實例，該第一源氣體可包括一矽前驅物。
根據基板處理方法的另一實例，該矽前驅物可包括一基於胺基矽烷的矽前驅物，且該第一源層可包括矽、氫及碳。
根據基板處理方法的另一實例，可使用二甲基二乙烯基矽烷（DMDVS）作為矽前驅物。
根據基板處理方法的另一實例，該第一惰性氣體電漿可包含一氦自由基，且該氦自由基可物理性分解該矽前驅物。
根據基板處理方法的另一實例，在形成該第一源層的期間，該矽前驅物可被該氦自由基分解成一矽元素、構成一矽前驅物分子的一配位體、多個元素分段(fragments)及其混合物。
根據基板處理方法的另一實例，在移除該第一源層之至少一部分的期間，在該邊緣部之電漿強度可大於在該平坦部之電漿強度。
根據基板處理方法的另一實例，在移除該第一源層之至少一部分的期間，該氫電漿與該邊緣部上之該第一源層的碰撞次數可大於該氫電漿與該平坦部上之該第一源層的碰撞次數。
根據基板處理方法的另一實例，該邊緣部上之該第一源層的表面粗糙度可大於該平坦部上之該第一源層的表面粗糙度。
根據基板處理方法的另一實例，可藉由該第一源層之形成來形成由該第一源層所包圍的一凹槽，且可藉由該第一源層之至少一部分的移除來擴大該凹槽的入口。
根據基板處理方法的另一實例，藉由該第一源層之形成，該第一源層之周邊部可具有一第一曲率，且藉由該第一源層之至少一部分之移除，該第一源層之周邊部可具有大於該第一曲率之一第二曲率。
根據該基板處理方法之另一實例，該基板處理方法更可包括藉由供應一第一反應物氣體於該第一源層，以形成一第一間隙填充層。
根據基板處理方法的另一實例，該基板處理方法更可包括藉由供應一第二源氣體及第二惰性氣體電漿於該第一間隙填充層，以形成一第二源層。
根據基板處理方法的另一實例，該第二惰性氣體電漿可不同於該第一惰性氣體電漿。
根據基板處理方法的另一實例，該第一惰性氣體電漿可包括一氦自由基，且該第二惰性氣體電漿可包括一氬自由基。
根據該基板處理方法之一實例，該基板處理方法更可包括藉由供應一第二反應物氣體於該第二源層，以形成一第二間隙填充層。
根據基板處理方法的另一實例，基板處理方法更可包括藉由在該第二源層的形成與該第二間隙填充層的形成之間供應氫電漿於該第二源層，以移除該第二源層之至少一部分。
根據一或多個實施例，一基板處理方法包括：供應一第一源氣體，以形成一第一源層；吹洗該第一源氣體；供應氫電漿至該第一源層，以移除該第一源層的至少一部分，吹洗該氫電漿；在移除該第一源層的至少一部分之後，藉由供應一第一反應物氣體於該第一源層，以形成一第一間隙填充層；吹洗該第一反應物氣體；藉由供應一第二源氣體於該第一間隙填充層，以形成一第二源層；吹洗該第二源氣體；藉由供應一第二反應物氣體於該第二源層，以形成一第二間隙填充層。
根據一或多個實施例，一基板處理方法包括：供應一矽前驅物於一圖案結構，以形成具有一第一開口之一矽源層；以及供應電漿於該矽源層，以使該矽源層中所包含之矽以外的成分揮發，以擴大該第一開口。
根據基板處理方法的一實例，該矽源層可具有一中心部及圍繞該中心部的一周邊部，其中該周邊部的一第一表面粗糙度大於該中心部的一第二表面粗糙度，且在該電漿供應的期間，該電漿與具有該第一表面粗糙度之周邊部的碰撞次數可大於該電漿與具有該第二表面粗糙度之中心部的碰撞次數。
現在將詳細說明多個實施例，其實例將以附圖呈現，其中附圖中的相同參考編號代表類似的元件。在這點上，本實施例可具有不同形式，且不應解釋為受限於本說明書的描述。 因此，下文僅藉由參照圖式來對實施例進行描述，以解釋本說明書的各種態樣。 如本文中所使用，用語「及/或」包括相關聯列表項目中之一或多者的任何及所有組合。 當例如「…中之至少一者」之表述居於一系列元件之前時，其修飾整個系列的元件而非修飾該系列之個別元件。
以下，將參考附圖詳細描述本發明的多個實施例。
在這點上，本實施例可具有不同形式，且不應解釋為受限於本說明書的描述。而是，提供這些實施例是為使本發明透徹及完整，並完全地傳達本發明的範疇給所屬技術領域中具有通常知識者。
本文中所使用的用語是為了描述特定實施例，而非意欲限制本發明。除非上下文清楚指示，否則如本文中所使用，單數形式的「一」及「該」亦意欲包括複數形式。 當進一步瞭解的是，本文中所使用之用語「包括」及/或「包含」係表明所述特徵、整體、步驟、製程、構件、組件及/或其等之群組的存在，但並未排除一或多個其他特徵、整體、步驟、製程、構件、組件及/或其等之群組的存在或添加。 如本文中所使用，用語「及/或」包括相關聯列表項目中之一或多者的任何及所有組合。
值得注意的是，雖然本文可能使用序詞第一、第二等來描述各種構件、組件、區域、層及/或部件，但是這些構件、組件、區域、層及/或部件不應受到這些序詞的限制。這些用語不代表任何順序、量或重要性，而僅是用以區別一個組件、區域、層及/或區段與另一組件、區域、層及/或區段。 因此，在不偏離實施例之教示的情況下，下文所討論之第一構件、組件、區域、層或區段可稱為第二構件、組件、區域、層或區段。
下文將參照圖示來描述本發明的多個實施例，該些圖示中示意性繪示本發明的多個實施例。在圖示中，所繪示形狀可預期會因為例如製造技術及/或公差而有變化。 因此，本發明之實施例不應解讀為受限於本文中所繪示的特定區域形狀，而可包括例如由製造製程所導致的形狀偏差。
圖1至圖7顯示根據多個實施例之基板處理方法的視圖。圖8顯示圖1及圖7中所示之基板處理方法的流程圖。
參照圖1，首先提供一圖案結構，其具有一第一凸部P1及一第二凸部P2。該第一凸部P1及該第二凸部P2之上表面中的每一者可具有一平坦部F及圍繞該平坦部F之一邊緣部E。此外，該第一凸部P1及該第二凸部P2之邊緣部E可具有一特定曲率。
該圖案結構是一非平坦的結構，且可包括一上表面、一下表面、及連接該上表面及該下表面之一側表面。該圖案結構可用來形成一反應區域，或可用來形成一閘極圖案。 例如，當該圖案結構被用來實現一快閃記憶體時，第一凸部P1及第二凸部P2中的每一者更可包括一閘極電極及一穿隧絕緣層。 又例如，當該圖案結構被用來實現一金屬接點時，第一凸部P1及第二凸部P2中的每一者更可包括一層間絕緣層。
該圖案結構可以是形成於一基板上，且該基板可以是，例如，一半導體基板或一顯示基板。該基板可包括，例如，矽、矽覆絕緣層、矽覆藍寶石、鍺、矽-鍺及砷化鎵中之任一者。
參照圖2及圖8，執行在該圖案結構上形成一第一源層110之操作S810。為了形成該第一源層110，供應一第一源氣體並吹洗該第一源氣體可以被執行。 該第一源氣體之供應及該第一源氣體之吹洗可被重複地執行。
由於該第一源層110係被形成於該圖案結構上，該第一源層110可界定出一凹槽200。詳言之，藉由將該第一源層110形成於該第一凸部P1的一側表面、該第一凸部P1與該第二凸部P2之間的圖案結構的下表面、及該第二凸部P2的側表面上，可形成由該第一源層110所包圍的該凹槽200。 該凹槽200可具有一開口，該開口具有一第一寬度D1。 該凹槽之寬度可被定義為，例如，從該圖案結構之底表面起算的某個高度處所量測之開口的多個側表面之間的距離。
在一些實施例中，該第一源層110可具有一中心部113及圍繞該中心部113的一周邊部115。該周邊部115可介於形成於該第一及第二凸部P1及P2的上表面上之該第一源層110的上部與形成於該第一及第二凸部P1及P2的多個側表面上之該第一源層110的側部之間。 當該第一源層110係被形成於該圖案結構上，該第一源層110可被構造為具有一第一曲率之一周邊部115。 亦即，透過該第一源層110之形成，該第一源層110的一頂緣部可具有一第一曲率。
在一些實施例中，該第一源層110之周邊部115可具有一第一表面粗糙度，且該第一源層110之中心部113可具有小於該第一表面粗糙度之一第二表面粗糙度。換言之，該第一源層110在該第一及第二凸部P1及P2之邊緣部E上的表面粗糙度可大於該第一源層110在該第一及第二凸部P1及P2之平坦部F上的表面粗糙度。 這種表面粗糙度之差異可能是由於薄膜形成於該些凸部產生的結構不連續性所導致。 由於該第一源層110之表面粗糙度的差異，因此該第一源層110在後續之氫電漿應用操作的期間可選擇性地被移除。
該第一源層110之形成可利用電漿來進行。詳言之，該第一源層110可藉由在一第一電漿環境下供應該第一源氣體及第一惰性氣體電漿來形成。 為此，可供應一第一惰性氣體至一反應空間中，且可形成一第一電漿環境。 在另一實例中，該第一惰性氣體之自由基可自外部生成，且該第一惰性氣體之自由基可被供應至該反應空間。 在形成該第一源層110的期間，該第一源氣體可藉由該第一惰性氣體電漿而被物理性分解。
例如，一矽前驅物可被用作為該第一源氣體。在此情況下，該矽前驅物可被該第一惰性氣體之自由基物理性分解。 因此，該第一源層110可包括構成該矽前驅物之元素。 作為一特定實例，當一基於胺基矽烷的矽前驅物（例如：二甲基二乙烯基矽烷(DMDVS)）被用作為該第一源氣體時，該第一源層110可包含矽、氫及碳。
在一些實施例中，氦可用作為該第一惰性氣體，且一矽前驅物可用作為該第一源氣體。在此情況下，在該第一源層110之形成的期間所產生出的該第一電漿環境可產生一氦自由基，且該氦自由基可物理性分解該矽前驅物。 該氦自由基具有比其他惰性氣體自由基（例如：氬自由基）較小的濺射效應，故可適用於薄膜沉積，以抑制薄膜損壞。
在一些實施例中，藉由供應該矽前驅物及該氦自由基，該矽前驅物可被分解成一矽元素、構成一矽前驅物分子之一配位體、多個元素分段及其混合物。這些被分解的材料可被沉積於該圖案結構上，以形成該第一源層110。
根據本發明概念之多個實施例，一個包括供應一源氣體，以形成一源層，以及吹洗該源氣體的循環被重複，且在供應該源氣體時，電漿是被施加的。此特徵在結合一氫電漿應用操作，如下稍後描述，可利用移除該源層之邊緣的一部分，同時允許該源層具有相對高比例之矽元素，而促成擴大由該源層所形成之凹槽的入口。 此外，應注意本發明中的電漿包括活性物種，例如：自由基和離子。
參照圖3及圖8，在形成該第一源層110之後，藉由施加電漿於該第一源層110來執行移除第一源層110之至少一部分的操作S820。其後，該些殘餘的自由基、離子及被移除之殘餘物可被吹洗掉。 可重複執行對該第一源層110之至少一部分的移除，及對該些殘餘的自由基、離子及被移除之殘餘物的吹洗。
該電漿可以是會削弱該第一源層110之鍵結結構的電漿。例如，當該第一源層110係一矽源層時，電漿可透過一離子轟擊效應被用來削弱一矽層之一鍵結結構。 在另一實施例中，作為該電漿，可使用不會改變該第一源層110之物理特性的電漿。 在一些實施例中，可使用氫電漿作為電漿。 以下，將以氫電漿為實例來說明。
為了部分地移除該第一源層110，可將氫氣供應至一反應空間中，且可形成一第二電漿環境。在另一實例中，氫自由基係由外部生成，且該氫自由基可被供應至該反應空間。 該第一源層110可藉由該氫電漿而被部分地移除。
藉由供應該氫自由基，該第一源層110之一些組分可被移除。例如，當該第一源層110之形成是使用一矽前驅物時，包含在一矽源中除矽以外的組分（例如：碳及/或氫）可藉由氫電漿被揮發。 隨著該第一源層110之一些組分如上文所述被揮發，由該第一源層110所包圍之凹槽200的入口可以被擴大。 亦即，由於該凹槽200之入口被擴大了，該入口之第一寬度D1可增加至大於該第一寬度D1之一第二寬度D2。
本發明人已經構思出一技術概念，其利用能削弱一源層之一鍵結結構的電漿，例如：氫電漿，作為擴大凹槽之開口來防止空隙形成的方法。利用此電漿來削弱該源層之鍵結結構可達成技術效果為，在當中一凸部之一邊緣部上的一源層會被移除得較該凸部之平坦部上的一源層多。
此技術效果可基於各種因素而被達成。例如，在移除該第一源層110的至少一部分之操作S820的期間，該第一及第二凸部P1、P2之邊緣部E處之電漿強度可大於該第一及第二凸部P1、P2之平坦部F處之電漿強度。 由於電場更可能被集中在該邊緣部E而非該平坦部F上，因此電漿強度的差異就可能會發生。 由於電漿強度之差異，該第一源層110在該邊緣部E上之移除程度可大於該第一源層110在平坦部F上之移除程度。
另一個因素是，由於電漿自由基及/或離子的碰撞次數不同，每個位置的蝕刻速率不同也可能會發生。詳言之，在供應電漿時，該電漿自由基及/或離子與該邊緣部E上之該第一源層110的碰撞次數可大於該電漿自由基及/或離子與該平坦部F上之該第一源層110的碰撞次數。這是由於該第一源層110在該平坦部F上的表面係在一個方向上（即：水平地）延伸，而該第一源層110在該邊緣部E上之表面（即：該第一源層110之周邊部115）係在兩個方向上（即：水平地與垂直地）延伸。
再一個因素是，可考慮該第一源層110之每一位置的表面粗糙度之差異。如上所述，該第一源層110在該邊緣部E上之該第一表面粗糙度可大於該第一源層110在該平坦部F上之該第二表面粗糙度。因此，電漿自由基及/或離子與具有相對較大的第一表面粗糙度之該第一源層110的周邊部115之碰撞次數可大於電漿自由基及/或離子與具有相對較小之第二表面粗糙度之該第一源層110的中心部113之碰撞次數（參見圖14）。由於電漿自由基及/或離子之碰撞次數的差異，每個位置的移除程度可能會有所不同。
由於該第一源層110之周邊部115的移除程度大於該第一源層110之中心部113的移除程度，因此該第一源層110之周邊部115的第一曲率可增加。亦即，藉由移除如上文所述之該第一源層110的至少一部分，該第一源層110之周邊部115可具有大於該第一曲率之一第二曲率。
參照圖4及圖8，藉由供應一第一反應物氣體於該第一源層110，以形成一第一間隙填充層120。作為一特定實例，在該第一源層之至少一部分已被移除的狀態中（參見圖3），該第一間隙填充層120可藉由改變該第一源層之化學性質來形成。 為了形成該第一間隙填充層120，可進行供應一第一反應物氣體及吹洗一第一反應物氣體。 該第一反應物氣體之供應及該第一反應物氣體之吹洗可重複地進行。
該第一間隙填充層120之形成可使用電漿來進行。詳言之，該第一間隙填充層120可藉由在一第三電漿環境下供應該第一反應物氣體來形成。 例如，當該第一源層110為一矽源層且該第一反應物氣體為氮時，可藉由使該矽源層與氮電漿反應來形成氮化矽。
藉由形成如上文所述之該第一間隙填充層120，該第一凸部P1與該第二凸部P2之間的一間隙可被部分地填充。由於目前僅形成一個間隙填充層且該間隙填充尚未完成，因此在判定該間隙填充是否完成的操作S840之後，可連續形成多個額外的層。
參照圖5及圖8，執行在該第一間隙填充層120上形成一第二源層210之操作S850。為了形成該第二源層210，可進行供應一第二源氣體並吹洗該第二源氣體。 該第二源氣體之供應及該第二源氣體之吹洗可重複地被執行。
該第二源層210之形成可使用電漿來進行。詳言之，該第二源層210可藉由在一第四電漿環境下供應該第二源氣體及第二惰性氣體電漿來形成。 在一些實施例中，該第二惰性氣體電漿可不同於在形成該第一源層110之期間所使用之該第一惰性氣體電漿。
在一些實施例中，該第一惰性氣體電漿可以是一氦自由基，而該第二惰性氣體電漿可以是一氬自由基。如上文所述，該氦自由基適合於抑制薄膜損壞的薄膜沉積，而該氬自由基可是相反的。 藉由在形成該第二源層210時供應具有相對較強濺射效應之氬電漿，可達到該凹槽200（圖5未示出）的一額外的入口擴張效果。
其後，參照圖6及圖8，藉由供應一第二反應物氣體至該第二源層210以執行形成一第二間隙填充層220之操作S830'。形成該第二間隙填充層220之操作S830'可在與形成該第一間隙填充層120之操作S830之相同製程條件下被執行。為了形成該第二間隙填充層220，可進行供應一第二反應物氣體及吹洗一第二反應物氣體。
其後，執行判定間隙填充是否完成之操作S840，且當該間隙填充尚未完成時，重複操作S850及S830。圖7顯示藉由重複這些操作而形成一第三間隙填充層320之狀態。
如此，根據實施例，在執行一間隙填充製程中，藉由改變薄膜沉積在間隙的上表面之中心部及邊緣部之蝕刻程度，該邊緣部可選擇性地被移除。藉由此選擇性的移除，該間隙之上部區域的寬度可保持在比該間隙之下部區域的寬度還寬，使得由下而上之填充成為可能，且可更容易地達成無空隙或接縫的間隙填充製程。
圖9至圖10係繪示根據多個實施例之基板處理方法的視圖。圖11係圖9及圖10中所繪示之基板處理方法的流程圖。 根據該些實施例，該基板處理方法可以是上述實施例之基板處理方法的一變體。
參照圖11，執行包括形成一第一源層之一第一循環（操作S810）、包括移除一部分之該第一源層的一第二循環（操作S820）、包括形成該一第一間隙填充層之一第三循環（操作S830）、及包括形成一第二源層之一第四循環（操作S850）。由於該些操作與上述圖8中之操作S810、S820、S830、S840及S850相同，故以下不再對該些操作進行重複描述。
參照圖9及圖11，在執行該第四循環（操作S850）之後，進行的是該第二循環（操作S820）。亦即，在該第二源層210形成之後，利用藉由供應氫電漿至該第二源層210來移除第二源層210的至少一部分。
隨著第二源層210的至少一部分被移除，該第二源層210之周邊部115'的曲率變得大於該第一源層110之周邊部115（及該第一間隙填充層120）的曲率。這恰與圖1至圖8之實施例形成明顯差異，在圖1至圖8之實施例中，該第二源層210之周邊部115'的曲率係相同於該第一源層110（及該第一間隙填充層120）之周邊部115的曲率。
參照圖10及圖11，在該第二循環（操作S820）之後，執行該第三循環（操作S830'）以形成該第二間隙填充層220。由於該第二間隙填充層220係基於該第二源層210而被形成，而該第二源層210之周邊部115'具有一增加的曲率，故由該第二間隙填充層220所形成之凹槽的入口可被擴大。 因此，可在後續形成該第三間隙填充層320的期間進一步抑制空隙之生成。 亦即，根據圖9至圖11的實施例，當形成一第二間隙填充層至一N th間隙填充層時，於形成該第二源層或該N-th源層之後，藉由施加氫電漿在一圖案結構的邊緣處選擇性地移除該第二源層的一部分或該N th源層，會產生執行間隙填充製程的技術效果，同時保持該凹槽的上部寬度較該凹槽的下部寬度寬。
如此，根據實施例，在形成該第二源層210與形成該第二間隙填充層220之間，可額外執行供應氫電漿至該第二源層210，以移除該第二源層210的至少一部分，且藉此可更容易達成無空隙之間隙填充製程。
儘管上述實施例之描述是假設一源層被形成，且隨後一反應物氣體被供應至該源層以形成一間隙填充層，但本發明不限於此。例如，在本發明中，可使用一源層來執行一間隙填充製程。 亦即，該間隙填充製程之進行可透過重複形成一源層的第一循環，以及在不供應一反應物氣體的情況下移除該源層之一部分的第二循環。 在此情況下，該源層將僅是由為了形成該源層所供應之源氣體的組成元素所組成。
圖12係顯示利用原子層沉積製程的一習知間隙填充製程之視圖。
在圖12中，在一圖案結構1之一凹槽區域（間隙）中進行原子層沉積時，該間隙是被填充的。根據原子層沉積方法，複數個不同反應物氣體係被交替地供應以填充該間隙，且此製程是被重複的（步驟1）。然而，當反應物氣體之供應及吹洗時間因為（例如）生產效率改善等原因而縮短時，與該間隙之上部區域3相比，抵達該間隙之下部區域4且自該間隙之下部區域4排出該反應物氣體之過程是不順暢的。 因此，如步驟2中所示，在該間隙之上部區域3及該間隙之入口中形成相對大量的沉積，而在該間隙之下部區域4中形成相對較少的沉積。 當進一步重複該些製程（步驟1及步驟2）時，如步驟3所示，該間隙的上部區域先被封閉，而空隙5或縫隙6被滯留在該間隙的下部區域。
圖13顯示根據一實施例的一間隙填充製程。
圖13繪示藉由一電漿原子層沉積方法在包含一凹槽區域的一圖案結構上沉積一二氧化矽層的同時填充一間隙。每個步驟的程序如下。
第一步驟（步驟1）：在該圖案結構上形成一矽層。該矽層係藉由供應一矽前驅物及惰性氣體電漿至包含該凹槽區域的該圖案結構上而均勻地被形成在該圖案結構上。 氦係被用作一惰性氣體。 氦比氬具有較小的濺射效應，因此與氬電漿相比，對薄膜均勻性之減少和損壞更受到抑制。 氦惰性氣體自由基不會與矽前驅物起反應，但會透過離子轟擊效應而物理性分解該矽前驅物。 因此，該矽層可由一矽元素、構成一矽前驅物分子之一配位體、元素分段或其混合物所構成。 例如，在基於胺基矽烷的矽前驅物的情形下，該圖案結構上的膜可以是矽、氫、碳、或其混合物。 此步驟被重複至少一次。
第二步驟（步驟2）：氫（H 2）電漿蝕刻。在此步驟中，供應的是氫電漿。 藉由生成氫電漿，該圖案結構上之該矽層的一鍵結結構在與一氫自由基的方向垂直的一方向上受到該離子轟擊效應而被減弱。 尤其，在此步驟中，施加於該圖案結構之上方平坦部的一角落部分的電漿強度係大於施加於該圖案結構之一平坦部，這進一步削弱沉積在該圖案結構之邊緣上之矽層的鍵結結構。因此，該圖案結構之邊緣部的蝕刻速率係高於該圖案結構之上方平坦部的蝕刻速率。如圖13中可見，本製程具有在該第二步驟中擴大間隙結構之入口的技術效果。 換言之，藉由在垂直於該氫自由基之方向上增加該平坦部之邊緣處的自由基強度，可進一步增加該邊緣部之蝕刻速率，並可實現選擇性蝕刻。 一般而言，因為該邊緣部係由朝向不同方向之表面相交形成的一區域，且薄膜在該區域中之不連續性大於在該平坦部，所以該薄膜在該區域之接合程度小於在該平坦部之接合程度，且該邊緣部更易受到自由基的離子轟擊，導致高蝕刻速率。 此外，由於該薄膜之低連續性，故而表面粗糙度較大且自由基之擴散反射增加，這進一步因施加額外的二級及三級衝擊至該薄膜之鄰近部分而削弱該薄膜結構（圖14(b)）。
圖14係繪示在平面中之正規反射（圖14(a)）及在角落中之不規則反射（圖14(b)）之效果的示意圖。在圖13的第二步驟中，該氫自由基亦與該薄膜中之成分（例如：氫或碳或其混合物）反應以在氣態下被揮發。 因此，該氫自由基亦增加該薄膜中矽元素的相對比例。 此步驟被重複至少一次，以擴大間隙結構的入口。 再者，隨著該間隙結構之入口的擴大，將矽前驅物供應至該間隙結構之底表面變得更為容易。
步驟3（步驟 3）：形成一二氧化矽層。在此步驟中，在氧自由基的供應下，該二氧化矽層藉由與一基板上之矽層化學鍵結而形成。 由於該間隙結構之入口部已在該第二步驟中被擴大，因此該氧自由基更容易到達該間隙之下部，且由下而上填充係自該間隙之下部區域向該間隙之上部區域進展。 此步驟被重複至少一次。
第四步驟（步驟4）：形成一矽層。在此步驟中，該矽層係形成在該第三步驟中所形成之二氧化矽層上。 同在該第一步驟中的方式，在供應惰性氣體電漿的同時形成含矽之膜。 其後，在供應氧電漿的同時形成該二氧化矽層。 亦即，該第三及該第四步驟被重複多次。 然而，當該間隙之上部的寬度變得比該間隙之下部的寬度窄時，可選擇性地加入該第二步驟，且由下往上填充可被繼續，同時保持該間隙之上部的寬度比該間隙之下部為寬。
第五步驟（步驟5）：填補間隙。在此步驟中，該間隙之由下而上填充是藉由重複該第一至第四步驟來進行，以填補間隙而不會有空隙、裂縫及縫隙。
根據本發明，存在的一技術效果就是，在執行該間隙填充製程時，藉由改變薄膜沉積在該圖案結構之上表面的中心部及邊緣部之蝕刻速率，促成該邊緣部之選擇性蝕刻，且由下而上填充變得可能，且透過保持該間隙之上部區域比該下部區域之寬度還寬的方式，無空隙及裂縫之間隙填充製程而變得更為容易。
圖13顯示以二氧化矽（SiO 2）層作間隙填充的實例，但亦適用以氮化矽層作填充間隙之方法。亦即，在圖13的第三步驟中，氮化矽間隙填充製程也可透過供應氮電漿取代氧電漿來實現。 或者，亦可藉由同時或依序供應氧電漿及氮電漿的方式來實現氮氧矽間隙填充製程。 或者，亦可藉由重複該第一及第二步驟而不執行該第三及第四步驟來實現矽或碳化矽間隙填充製程。
圖15顯示在形成矽層（第一步驟）之後，進行氫電漿蝕刻（第二步驟）時，在一間隙之一入口區域的蝕刻程度。
如圖15中可見，根據本發明，透過該氫電漿蝕刻，在形成有一含矽膜之一圖案結構的一上部區域中之一邊緣部被蝕刻，且該間隙之入口的寬度被擴寬。
表1顯示根據本發明執行氧化矽、氮化矽或碳化矽間隙填充製程之後的膜之特性。例如，該二氧化矽間隙填充是藉由在圖13之第三步驟中供應氧電漿來進行，而該氮化矽間隙填充是藉由在圖13之第三步驟中供應氮電漿來進行。 該碳化矽間隙填充是藉由重複一矽前驅物供應操作（第一步驟）及一氫電漿蝕刻操作（第二步驟）而不供應氧或氮電漿來進行。 膜之特性是藉由將一沉積膜之折射率（RI）與一參考值（正常RI）比較來量測。
[表1]
於633nm 參考RI 實驗結果RI
碳化矽 2.5 2.1
氮化矽 1.9 1.7
氧化矽 1.5 1.4
在上方的表1中，當對每一膜照射具有約633奈米之波長的光時，可看到每一膜之折射率接近該參考值，且已執行具有一目標膜品質之間隙填充製程。
圖16顯示根據本發明之圖13的過程。
在圖16中，第一步驟（步驟1）、第二步驟（步驟2）及第三步驟（步驟3）分別對應於圖13之第一步驟（步驟1）、第二步驟（步驟2）及第三步驟（步驟3）。亦即，在該第一步驟中，含矽膜係均勻地形成於包括一凹槽之一圖案結構上。 在該第一步驟的步驟t3中，當惰性氣體被RF功率活化時，矽前驅物被分解，且矽元素及前驅物組成之元素分段在一基板表面上形成一物理性鍵結，以形成由若干元素之混合物組成的膜，且該膜藉由自由基離子的離子轟擊效應而物理性地緻密化。 在該第二步驟中，氫蝕刻氣體被RF功率所活化，且該圖案結構的上表面之邊緣被蝕刻（參見圖4）。 在該第三步驟中，該含矽膜在供應氧或氮反應物氣體的同時被轉化為二氧化矽或氮化矽層。 根據一子循環，每個步驟被重複至少一次（X、Y及Z循環），且根據一超循環，再重複至少一次（M循環）。 該惰性氣體在供應矽前驅物時係作為一載流氣體，並充當一吹洗氣體，以於該吹洗步驟中移除一氣體供應管線及一反應器中的一殘餘氣體。
［表2］
製程參數 詳細條件
製程溫度(℃) 100℃至300℃
製程壓力(托) 1.0托至9.0托
矽前驅物 二甲基二乙烯基矽烷（DMDVS）
氣體流量(sccm) 源載流氣體（氦） 100 sccm至6,000 sccm
源吹洗氣體（氦） 100 sccm至6,000 sccm
蝕刻氣體（H 2） 10 sccm至1,000 sccm
反應物（O 2或 N 2） 100 sccm至6,000 sccm
步驟1處理時間（秒） 源供應(t1) 0.05至3.0
源吹洗(t2) 0.05至3.0
電漿開啟(t3) 0.05至3.0
吹洗(t4) 0.05至3.0
步驟2處理時間（秒） 吹洗(t5) 0.05至3.0
氫氣/電漿-開啟（t6） 0.05至3.0
吹洗(t7) 0.05至3.0
步驟3處理時間（秒） O 2或 N 2/電漿-開啟（t8） 0.05至3.0
吹洗(t9) 0.05至3.0
電漿條件 RF頻率(MHz) 13.56 MHz
RF功率(W) 50W至2,000 W
上表2顯示根據圖6使用一二氧化矽（SiO 2）層或一氮化矽層的一間隙填充製程之製程條件。在二氧化矽（SiO 2）製程的情況中，含氧氣體是作為反應物氣體來被供應，而在氮化矽製程的情況中，含氮氣體是作為反應物氣體來被供應。 在表2中，供應的是氧（O 2）氣或氮氣（N 2）。
應瞭解，本文所述之實施例應僅以說明性的意義來考量而不作為限制的目的。每個實施例中之特徵或態樣的描述通常應被認為是可用於其他實施例中的其他類似特徵或態樣。 雖然已參照圖式描述一或多個實施例，所屬技術領域中具有通常知識者將理解，在不偏離本發明由下列申請專利範圍所定義的精神及範疇的情況下，可於其中作出各種形式及細節的變化。
1:圖案結構 3:上部區域 4:下部區域 5:空隙 6:縫隙 110:第一源層 113:中心部 115:周邊部 115':周邊部 120:第一間隙填充層 200:凹槽 210:第二源層 220:第二間隙填充層 320:第三間隙填充層 D1:第一寬度 D2:第二寬度 E:邊緣部 F:平坦部 P1:凸部 P2:凸部 S810:操作 S820:操作 S830:操作 S830’:操作 S840:操作 S850:操作
本發明之一些實施例的上述及其他態樣、特徵及優點將可在閱讀底下說明，並參酌隨附的圖示而更加地明白，其中： 圖1至圖7係顯示根據實施例之基板處理方法的視圖； 圖8係顯示圖1至圖7中所示之基板處理方法的流程圖； 圖9及圖10係顯示根據實施例之基板處理方法的視圖； 圖11係顯示圖9及10中所示之基板處理方法的流程圖； 圖12係顯示使用原子層沉積製程之間隙填充製程的視圖； 圖13係顯示根據實施例之間隙填充製程的視圖； 圖14係顯示平面中正規反射及角落中不規則反射之效果的示意圖； 圖15係顯示在形成矽層之後進行氫電漿蝕刻時在間隙的入口區域之蝕刻程度的視圖；以及 圖16係顯示圖13之製程的視圖。
E:邊緣部
F:平坦部
P1:凸部
P2:凸部

Claims (20)

  1. 一種基板處理方法，其包括： 提供一圖案結構，其具有一第一凸部及一第二凸部； 供應一第一源氣體及第一惰性氣體電漿於該圖案結構上，以在該圖案結構上形成一第一源層；以及 供應氫電漿至該第一源層上，以移除該第一源層的至少一部分， 其中該第一凸部及該第二凸部之上表面中之每一者具有一平坦部及圍繞該平坦部之一邊緣部，且， 在該氫電漿供應的期間，該邊緣部上之該第一源層被移除得較該平坦部上之該第一源層多。
  2. 如請求項1所述之基板處理方法，其中該第一源氣體包括一矽前驅物。
  3. 如請求項2所述之基板處理方法，其中 該矽前驅物包括一基於胺基矽烷的矽前驅物，且 該第一源層包括矽、氫及碳。
  4. 如請求項3所述之基板處理方法，其中，二甲基二乙烯基矽烷（DMDVS）被用作為該矽前驅物。
  5. 如請求項2所述之基板處理方法，其中 該第一惰性氣體電漿包含一氦自由基，且 該氦自由基物理性分解該矽前驅物。
  6. 如請求項5所述之基板處理方法，其中，在形成該第一源層的期間，該矽前驅物被該氦自由基分解成一矽元素、構成一矽前驅物分子的一配位體、多個元素分段及其混合物。
  7. 如請求項1所述之基板處理方法，其中，在移除該第一源層之至少一部分的期間，在該邊緣部之電漿強度大於在該平坦部之電漿強度。
  8. 如請求項1所述之基板處理方法，其中，在移除該第一源層之至少一部分的期間，該氫電漿與該邊緣部上之該第一源層的碰撞次數大於該氫電漿與該平坦部上之該第一源層的碰撞次數。
  9. 如請求項1所述之基板處理方法，其中，該邊緣部上之該第一源層的表面粗糙度大於該平坦部上之該第一源層的表面粗糙度。
  10. 如請求項1所述之基板處理方法，其中 藉由該第一源層之形成來形成由該第一源層所包圍的一凹槽，且 藉由該第一源層的至少一部分之移除來擴大該凹槽的入口。
  11. 如請求項1所述之基板處理方法，其中 藉由該第一源層之形成，該第一源層之一周邊部具有一第一曲率，且 藉由該第一源層之至少一部分之移除，該第一源層之該周邊部具有大於該第一曲率之一第二曲率。
  12. 如請求項1所述之基板處理方法，其更包括藉由供應一第一反應物氣體於該第一源層上，以形成一第一間隙填充層。
  13. 如請求項12所述之基板處理方法，更包括藉由供應一第二源氣體及第二惰性氣體電漿於該第一間隙填充層上，以形成一第二源層。
  14. 如請求項13所述之基板處理方法，其中該第二惰性氣體電漿係不同於該第一惰性氣體電漿。
  15. 如請求項14所述之基板處理方法，其中該第一惰性氣體電漿包括一氦自由基，且該第二惰性氣體電漿包括一氬自由基。
  16. 如請求項13所述之基板處理方法，其更包括藉由供應一第二反應物氣體於該第二源層上，以形成一第二間隙填充層。
  17. 如請求項16所述之基板處理方法，其更包括藉由在該第二源層的形成與該第二間隙填充層的形成之間供應氫電漿於該第二源層上，以移除該第二源層之至少一部分。
  18. 一種基板處理方法，其包括： 供應一第一源氣體，以形成一第一源層； 吹洗該第一源氣體； 供應氫電漿至該第一源層上，以移除該第一源層的至少一部分， 吹洗該殘餘的氫自由基或離子； 在移除該第一源層的至少一部分之後，藉由供應一第一反應物氣體於該第一源層上，以形成一第一間隙填充層； 吹洗該第一反應物氣體； 藉由供應一第二源氣體於該第一間隙填充層上，以形成一第二源層； 吹洗該第二源氣體； 藉由供應一第二反應物氣體於該第二源層上，以形成一第二間隙填充層。
  19. 一種基板處理方法，其包括： 供應一矽前驅物於一圖案結構，以形成具有一第一開口之一矽源層；以及 供應電漿於該矽源層，以使該矽源層中所包含之矽以外的成分揮發，以擴大該矽源層之該第一開口。
  20. 如請求項19所述之基板處理方法，其中 該矽源層具有一中心部及圍繞該中心部的一周邊部， 其中該矽源層之該周邊部的一第一表面粗糙度大於該矽源層之該中心部的一第二表面粗糙度，且， 在該電漿供應的期間，該電漿與具有該第一表面粗糙度之該周邊部的碰撞次數大於該電漿與具有該第二表面粗糙度之該中心部的碰撞次數。
TW111109161A 2021-03-17 2022-03-14 基板處理方法 TW202240661A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202163162438P 2021-03-17 2021-03-17
US63/162,438 2021-03-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202240661A true TW202240661A (zh) 2022-10-16

Family

ID=83284141

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW111109161A TW202240661A (zh) 2021-03-17 2022-03-14 基板處理方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220301823A1 (zh)
KR (1) KR20220130026A (zh)
CN (1) CN115116930A (zh)
TW (1) TW202240661A (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230386829A1 (en) * 2022-05-27 2023-11-30 Applied Materials, Inc. Low temperature silicon oxide gap fill

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6723421B2 (en) * 2001-10-05 2004-04-20 Energy Conversion Devices, Inc. Semiconductor with coordinatively irregular structures
US7524750B2 (en) * 2006-04-17 2009-04-28 Applied Materials, Inc. Integrated process modulation (IPM) a novel solution for gapfill with HDP-CVD
US10435790B2 (en) * 2016-11-01 2019-10-08 Asm Ip Holding B.V. Method of subatmospheric plasma-enhanced ALD using capacitively coupled electrodes with narrow gap
US10580645B2 (en) * 2018-04-30 2020-03-03 Asm Ip Holding B.V. Plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD) of SiN using silicon-hydrohalide precursors

Also Published As

Publication number Publication date
CN115116930A (zh) 2022-09-27
KR20220130026A (ko) 2022-09-26
US20220301823A1 (en) 2022-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI787492B (zh) 使用矽氫鹵化物前驅物沉積SiN的方法
US11562901B2 (en) Substrate processing method
TW202104647A (zh) 使用氟移除形成一結構之方法
KR100536604B1 (ko) 고밀도 플라즈마 증착법을 이용한 갭필 방법
TWI396253B (zh) 以低蝕刻速率介電質襯裡改善間隙填充之方法
KR100403630B1 (ko) 고밀도 플라즈마를 이용한 반도체 장치의 층간 절연막 형성방법
KR102550244B1 (ko) 유전체 재료의 식각을 위한 사전 세척
KR102503141B1 (ko) 펄스화된 질화물 캡슐화
US9818604B2 (en) Method for depositing insulating film on recessed portion having high aspect ratio
CN113841225A (zh) 用于高深宽比特征蚀刻期间的关键尺寸控制和形成保护层的碳基沉积物
TW202142732A (zh) 用於均勻且共形之混成氧化鈦薄膜的沉積方法
KR100555539B1 (ko) 고밀도 플라즈마 화학기상증착 공정에 의한 갭 충전방법및 그 충전방법을 포함하는 집적 회로 소자의 제조방법
KR20230043909A (ko) 실리콘 질화물 막들의 다층 증착 및 처리
TW202240661A (zh) 基板處理方法
US20070273003A1 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US20230096453A1 (en) Substrate processing method
KR20200128184A (ko) 플루오로카본 차단 층들을 사용하는 토포그래픽-선택적이고 영역-선택적인 ald
KR101576639B1 (ko) 절연막 증착 방법
KR100543655B1 (ko) 반도체 소자의 제조방법
US20230110980A1 (en) Substrate processing method
US20230323534A1 (en) Substrate processing method
US20220235462A1 (en) Film forming method and film forming apparatus
KR100403638B1 (ko) 반도체 장치의 제조방법
TW202400837A (zh) 基板處理方法
JP2022550057A (ja) 高アスペクト比フィーチャの製造中に劣化を防止するためのマスク封入