TW202244298A - 間隙填充之方法、及間隙填充系統 - Google Patents

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荷蘭商Ａｓｍ Ｉｐ私人控股有限公司
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Abstract

本揭露揭露一種用於製造包含有一基板的一結構之方法及系統。此基板包括複數個凹槽。此些凹槽係至少部分地被一間隙填充流體所填充。此間隙填充流體包括一Si-H鍵。

Description

沉積間隙填充流體之方法及相關系統與裝置
本揭露大致關於一種適用於形成電子裝置之方法和系統。更特別地，本揭露係關於一種可透過電漿輔助沉積（plasma-assisted deposition）以在間隙（gaps）、溝槽（trenches）及類似物中沉積一材料的方法及系統。
非晶矽已被廣泛地用於半導體製程中作為犧牲層，因為其可相較於其他膜（例如：氧化矽、非晶碳等）提供良好的蝕刻選擇性。隨著半導體製造中臨界尺寸（critical dimensions，CD）降低，填充高深寬比之間隙的方法對先進半導體裝置製造來說變得越來越關鍵。
舉例來說，當前金屬替代閘極製程有關於一熔爐多晶矽（furnace poly-silicon）或非晶矽偽閘極（amorphous silicon dummy gate）。矽偽閘極的中間會由於製程的本質而形成一接縫。此接縫可能會在後段製程期間被打開，並導致結構損壞。習知非晶矽（amorphous silicon，a-Si）之電漿輔助化學氣相沉積（plasma-enhanced chemical vapor deposition，PECVD）會在狹窄溝槽之頂部上形成一「蘑菇形狀（mushroom shape）」的膜。這是由於電漿無法穿透至較深的溝槽中。這會導致此狹窄溝槽從頂部被擠壓，並在此溝槽底部形成空隙。因此，現今仍需要一種能填充高深寬比結構而不形成空隙之方法。
本段提出之任何討論，包括問題及解決方案的討論，僅為了提供本揭露背景脈絡之目的而包含在本揭露中。這類的討論不應視為承認本揭露之任何或全部資訊在完成本揭露時為已知或以其他方式構成先前技術。
本揭露之各種實施例係關於一種間隙填充方法、一種關於使用這類方法所形成之結構及裝置、以及一種用於執行此些方法及/或用於形成此些結構及/或裝置之設備。本揭露之各種實施例中解決先前方法及系統之缺陷的方式將詳述於下。
本文更揭示一種間隙填充之方法。此方法包括引入一基板至一反應室。此基板具有一間隙。此方法包括引入前驅物至此反應室。此矽前驅物包括矽及一鹵素。此方法更包括產生一電漿於此反應室中，並引入一反應物至此反應室。此反應物包括一稀有氣體。此間隙填充流體包括矽及氫。此前驅物及此反應物在此電漿的存在下起反應，以形成一間隙填充流體，此間隙填充流體至少部分地填充一間隙。藉此，間隙填充流體被沉積於此基板上。
本文更揭示另一種間隙填充之方法。此方法包括引入一基板至一反應室。此基板具有一間隙。此方法更包括藉由執行一循環沉積製程來沉積一間隙填充流體。此循環沉積製程包括複數個沉積循環。一個沉積循環包括一前驅物脈衝及一電漿脈衝。當理解的是，此前驅物脈衝及此電漿脈衝係至少部分地被分開，亦即在時間及/或空間上至少部分地不重疊。因此，此前驅物脈衝及此電漿脈衝可被持續執行。另外地或替代地，此前驅物脈衝及此電漿脈衝可在一反應室之不同部分中進行。此前驅物脈衝包括引入一矽前驅物至此反應室。此矽前驅物包括矽及一鹵素。此電漿脈衝包括產生一電漿於此反應室及引入一反應物至此反應室。此反應物包括一稀有氣體。此矽前驅物及此反應物在此電漿的存在下起反應，以形成一間隙填充流體，此間隙填充流體係至少部分地填充此間隙。此間隙填充流體包括矽及氫。
在一些實施例中，此矽前驅物包含通式為Si nH 2n+2-mX m之化合物，其中X為此鹵素，n是從至少1至最多3，且m是從至少1至最多2n+2。
在一些實施例中，此鹵素包含碘。
在一些實施例中，此矽前驅物包含二碘矽烷（SiI 2H 2）。
在一些實施例中，此反應物包含此稀有氣體及氫氣（H 2）。
在一些實施例中，此循環沉積製程係在至少-25°C到最多150°C的溫度下沉積。
在一些實施例中，此循環沉積製程係在至少500帕（Pa）的壓力下進行。
在一些實施例中，此稀有氣體係選自由He、Ne、Ar及Kr所組成之群組。
在一些實施例中，此稀有氣體是Ar。
在一些實施例中，此些前驅物脈衝及此電漿脈衝係被一循環內吹掃分開。
在一些實施例中，多個接續的循環係被一循環間吹掃分開。
在一些實施例中，此前驅物脈衝及此電漿脈衝係至少部分地重疊。
在一些實施例中，此矽前驅物實質上係由矽、氫及一或多個鹵素所組成。
在一些實施例中，在此矽前驅物脈衝期間及在此電漿脈衝期間，不將此矽前驅物、此稀有氣體及氫以外的氣體引入此反應室。
在一些實施例中，在此循環內吹掃期間及在此循環間吹掃期間，不將此稀有氣體或氫以外的氣體引入此反應室。
在一些實施例中，此基板包括一半導體。
在一些實施例中，此方法包括一或多個超循環，一個超循環包括一沉積此間隙填充流體之步驟及一固化步驟。
在一些實施例中，此間隙填充流體更包括此鹵素。
在一些實施例中，沉積此間隙填充流體之後，隨著的是固化此間隙填充流體。
在一些實施例中，此方法更包括形成一覆蓋層於此間隙填充流體上之步驟。
在一些實施例中，形成覆蓋層於此間隙填充流體上之步驟包括一循環製程。此循環製程包括複數個循環。一個循環包括一覆蓋層前驅物脈衝及一覆蓋層電漿脈衝。此覆蓋層前驅物脈衝包括提供一覆蓋層前驅物至此反應室。此覆蓋層電漿脈衝包括提供一覆蓋層反應物至此反應室。此覆蓋層電漿脈衝包括產生一覆蓋層電漿在此反應室中。
在一些實施例中，形成一覆蓋層於此間隙填充流體上之步驟包括在此反應室產生一覆蓋層電漿時，同時提供一覆蓋層前驅物及一覆蓋層反應物至此反應室。
本文更揭示一種系統，其包括一反應室、一射頻電源、一氣體注射系統、一前驅物氣體源、一反應物氣體源、一排氣管及一控制器。此反應室包括一基板支座及一上電極。此基板支座包括一下電極。此射頻電源係被配置以產生一射頻功率波形。此氣體注入系統係流體連接至此反應室。此前驅物氣體源係被配置以引入一前驅物及可選的一載流氣體至此反應室。此反應物氣體源係被配置以引入一反應物至此反應室。此控制器係被配置以促使此系統執行如本文所述之方法。
所屬技術領域中具有通常知識者將可從下列參考附圖之某些實施例的詳細描述明白這些及其他實施例。本揭露並未受限於任何所揭示具體實施例。
以下所提供之方法、結構、裝置及系統之示例性實施例的描述僅係示例性且僅係意欲用於說明之目的；下列描述並非意欲限制本揭露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示例性實施例，並可列舉於附屬項中。除非另有註明，示例性實施例或其等之組件可組合或可彼此分開應用。
在本揭露中，「氣體」可包括在常溫及常壓（normal temperature and pressure，NTP）下為氣體、汽化固體及/或汽化液體之材料，並可取決於上下文由單一氣體或氣體混合物構成。此製程氣體以外的氣體（亦即：非藉由氣體分配系統、多埠注入系統、其他氣體分配裝置或類似者所引入的氣體）可被用於例如密封此反應空間，且可包括一密封氣體，例如：稀有氣體。本文之用語「稀有氣體」及「惰性氣體」可互換使用。在一些情況下，用語「前驅物」可指參與化學反應並產生另一化合物之化合物，尤指構成一膜基質或一膜之主幹之化合物；用語「反應物」可與用語「前驅物」互換使用。
在一些實施例中，用語「反應物」係指一氣體，其能與一前驅物起反應及/或相互作用，以形成如本文所述之一可流動之間隙填充層。此反應物可活化前驅物之寡聚合作用。此反應物可以是一催化劑。雖然此反應物在此間隙填充流體之形成期間確實與此前驅物相互作用，此反應物不必然必須被併入於所形成之此間隙填充流體中。換言之，在一些實施例中，此反應物係被併入此間隙填充流體中；但在其他實施例中，此反應物並沒有被併入此間隙填充流體中。可能的反應物包括稀有氣體，其可被帶至一受激發態，尤其是由電漿（例如：He及Ar，以及其他氣體，譬如H 2）所誘發的一激發態，例如離子及/或自由基。本文之用語「反應物」之替代語可包括「反應物」、「氣體混合物」、「一或多個其他氣體」及「包含一或多個其他氣體之氣體混合物」。
在一些實施例中，用語「基板」可指任何一或多個底層材料，其能夠用以形成一裝置、一電路或一薄膜，或於其上形成一裝置、一電路或一薄膜。基板可包括一塊材（例如矽，譬如：單晶矽）、其他第四族（Group IV）材料（例如：鍺）或其他半導體材料（例如：第二族/第六族（Group II-VI）或第三族/第五族（Group III-V）半導體），並可包括上覆（overlying）或下伏（underlying）於此塊材的一或多個層。
當理解的是，本文所用之例如「沉積」及類似用語可指經由一中間可流動階段而從氣相至固相變化的一相變。實際上，用語「沉積」之含義可包括自氣相至液相之相變，且可包括氣態反應物形成液態、類液態或固化之流體的過程。因此，用語「沉積」之含義可涵蓋類似用語，例如凝結或形成。
再者，在本揭露中，一變數之任兩個數字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端值。此外，所指示的變數之任何數值（不管此些數值是否冠以「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。進一步地，在本揭露中，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）」。在本揭露的一些實施例中，任何已界定之意義不必然排除尋常及慣用的意義。
如本文所用，用語「包含」指所包括的某些特徵，但不排除其他特徵之存在，只要其不會使得申請專利範圍變得不可實施即可。在一些實施例中，術語「包含（comprising）」包括「由……組成（consisting）」。
如本文所用，用語「由…組成」指除了此措辭之後的特徵，無其他特徵存在於此設備/方法/產品中。當用語「由…組成」被用來指稱一化合物、物質或物質組成物時，其係指此化合物、物質或物質組成物僅包括所列舉的成分。儘管如此，在一些實施例中，此化合物、物質或物質組成物可包括除所列成分之外作為微量之元素或雜質的其他成分。
在一些實施例中，用語「間隙填充流體」（亦指「可流動之間隙填充物」），可指一寡聚物，其在沉積於基板上且具有交聯能力且用於固態膜之條件下為液體。
在一些實施例中，用語「填充能力」可指實質上不產生空隙（例如：無直徑尺寸約5奈米或更大之空隙）及接縫（例如：無長度約5奈米或更大之接縫）的間隙填充能力，其中一層之由下而上無接縫/無空隙的生長可被觀察到。在一些實施例中，間隙底部處之生長可比間隙側壁上之生長及具有此間隙之頂面上之生長快至少約1.5倍。具有填充能力之膜可被視為「可流動膜」或「黏性膜」。薄膜之可流動或黏性行為時常表現在一溝槽底部的一凹面。
在本揭露中，相鄰突出結構之間的凹槽及任何其他凹槽樣式可被視為「溝槽」。亦即，溝槽可指包括孔/洞之任何凹槽樣式。在一些實施例中，溝槽之寬度可為約5奈米至約150奈米，或約30奈米至約50奈米，或約5奈米至約10奈米，或約10奈米至約20奈米，或約20奈米至約30奈米，或約50奈米至約100奈米，或約100奈米至約150奈米。當溝槽之長度及寬度實質上相同時，其可被稱為孔或洞。孔或洞之寬度通常為約20奈米至約100奈米。在一些實施例中，溝槽之深度為約30奈米至約100奈米，且通常為約40奈米至約60奈米。在一些實施例中，溝槽之深寬比為約2至約10，且通常為約2至約5。溝槽之尺寸可隨製程條件、膜組成、預期的應用等因素而變化。
當本揭露提供一特定製程條件時，它們係供1公升之反應室體積及供300毫米晶圓之用。所屬技術領域中具有通常知識者可理解這些數值能被輕易擴展到其他反應室體積及晶圓尺寸。
本文揭示一種由一間隙填充流體來填充一間隙之方法，此間隙填充流體包含矽及氫。基板中之間隙可指基板中之型樣化之凹槽或溝槽。本揭露也提供一種由本方法所製作的間隙填充流體、由這些方法所形成之膜、及包括這些膜之結構。在一些實施例中，填充能力可在填充有在特定參數範圍內能被聚合的一揮發性前驅物的一腔室中藉由例如稀有氣體電漿或包含稀有氣體之電漿的衝擊來形成氣相之黏性材料來實現。此間隙填充流體可應用於各種半導體裝置之製造程序中，包括但不限於3D交叉點記憶體裝置（3D cross point memory devices）中的單元隔離（cell isolation）、自對準通孔（self-aligned via）、偽閘極（dummy gate）、反色調圖案化（reverse tone patterning）、PC RAM隔離（PC RAM isolation）、切割硬光罩（cut hard mask）、及DRAM儲存節點觸點（storage node contact，SNC）隔離。
特別的是，本揭露之方法包括引入一基板至一反應室。此基板具有一間隙。此方法包括形成一間隙填充流體，其至少部分地填充此間隙。形成間隙填充流體可包括持續地提供一矽前驅物至一反應室。另外地額外地，形成間隙填充流體可包括持續地產生一電漿於此反應室。儘管如此，在一些實施例中，提供矽前驅物至此反應室及產生電漿於此反應室中的至少一者可間歇性地發生，亦即以脈衝方式呈現。在一些實施例中，此反應物係持續地被提供至此反應室，然而提供此矽前驅物至此反應室及產生電漿於此反應室係在交替循環中進行。
在一些實施例中，此方法包括以一間隙填充流體完全地填滿此間隙。在一些實施例中，此方法包括以間隙填充流體填充此間隙而未形成孔洞或接縫。換言之，在一些實施例中，本方法之沉積係持續到此間隙被具有填充能力的一材料完全填滿為止，且所填充的間隙中實質上未形成孔洞或接縫。孔洞或接縫之存在可藉由細察所形成之材料在掃描穿透式電子顯微鏡中的情況來觀測。
在一些實施例中，間隙之深度是從至少5奈米至最多500奈米，或至少10奈米至最多250奈米，或從至少20奈米至最多200奈米，或從至少50奈米至最多150奈米，或從至少100奈米至最多150奈米。
在一些實施例中，間隙之寬度是從至少10奈米至最多10,000奈米，或至少20奈米至最多5,000奈米，或從至少40奈米至最多2,500奈米，或從至少80奈米至最多1000奈米，或從至少100奈米至最多500奈米，或從至少150奈米至最多400奈米，或從至少200奈米至最多300奈米。
在一些實施例中，間隙之長度是從至少10奈米至最多10,000奈米，或至少20奈米至最多5,000奈米，或從至少40奈米至最多2,500奈米，或從至少80奈米至最多1000奈米，或從至少100奈米至最多500奈米，或從至少150奈米至最多400奈米，或從至少200奈米至最多300奈米。
在一些實施例中，此間隙填充流體延伸到一特定間隙之距離等於此間隙之寬度之從至少1.0倍至最多10.0倍。在一些實施例中，此間隙填充流體延伸到一特定間隙之距離等於此間隙的寬度之從至少1.5至最多9.0倍。在一些實施例中，此間隙填充流體延伸到一特定間隙之距離等於此間隙的寬度之從至少2.0至最多8.0倍。在一些實施例中，此間隙填充流體延伸到一特定間隙之距離等於此間隙的寬度之從至少3.0至最多6.0倍。在一些實施例中，此間隙填充流體延伸到一特定間隙之距離等於此間隙的寬度之從至少4.0至最多6.0倍。在一些實施例中，此間隙填充流體延伸到一特定間隙之距離等於此間隙的寬度之約5.0倍。換言之，在一些實施例中，此間隙填充流體將此間隙填充至從間隙底部起算之前述任一距離。
在一些實施例中，形成此間隙填充流體包括引入矽前驅物至此反應室；產生一電漿於此反應室中；及引入一反應物至此反應室。因此，此矽前驅物及此反應物在此電漿的存在下起反應，以形成一間隙填充流體，其至少部分地填充此間隙。當理解的是，所得之間隙填充流體包括矽及氫。
在一些實施例中，此矽前驅物可持續地被提供至此反應室。在一些實施例中，此矽前驅物係持續地被提供至此反應室，且產生電漿於此反應室及提供此反應物至反應室中之至少一者係間歇性地進行。
在一些實施例中，此反應物係持續地被提供至此反應室。在一些實施例中，此反應物係持續地被提供至此反應室，且產生電漿於此反應室及提供此前驅物至反應室中的至少一者係間歇性地進行。
在一些實施例中，此電漿係持續地被產生至此反應室。在一些實施例中，此電漿係持續地被產生至此反應室，且提供此前驅物至此反應室及提供此反應物至此反應室中之至少一者係間歇性地進行。
在一些實施例中，在形成此間隙填充流體的同時，此矽前驅物及此反應物以外的氣體皆不被引入至此反應室。
在一些實施例中，本方法包括間歇地提供此前驅物至此反應空間，並持續地施加一電漿。因此，在一些實施例中，電漿脈衝係被一連續電漿所取代。在一些實施例中，本揭露的方法有關於間歇地提供此前驅物至此反應空間，並間歇地施加一電漿。因此，在一些實施例中，矽前驅物係持續地被提供至此反應室，而電漿係間歇性地被產生。
在一些實施例中，本方法包括持續地提供此前驅物和此反應物至此反應室，及持續地產生電漿於此反應室，例如：經由施加射頻（RF）功率，同時形成此間隙填充流體。
在一些實施例中，脈衝電漿（例如：脈衝式射頻電漿）在此反應室被產生。因此，此方法包括複數個循環，一個循環包括一脈衝接通的電漿及一脈衝斷開的電漿。在一些實施例中，脈衝接通的電漿持續從至少0.7秒至最多2.0秒，例如：從至少0.7秒至最多1.5秒。在一些實施例中，脈衝斷開的電漿持續從至少0.7秒至最多2.0秒，例如：從至少0.7秒至最多1.5秒。
在一些實施例中，此反應物係作為一載流氣體（亦即：作為挾帶此前驅物之氣體，及/或作為一額外的氣體）被供應至此反應室。在一些實施例中，此載流氣體是以流量率至少0.2每分鐘標準公升數（slpm）到最多2.0每分鐘標準公升數，或從至少0.3每分鐘標準公升數到最多1.5每分鐘標準公升數，或從至少0.4每分鐘標準公升數到最多1.0每分鐘標準公升數，或從至少0.5每分鐘標準公升數到最多0.7每分鐘標準公升數來提供。
在一些實施例中，形成此間隙填充流體包括執行一循環沉積製程。此循環沉積製程包括執行複數個沉積循環。一個沉積循環包括一前驅物脈衝及一電漿脈衝。此前驅物脈衝包括引入一矽前驅物至此反應室。此電漿脈衝包括產生一電漿於此反應室及引入一反應物至此反應室。在一些實施例中，此電漿脈衝可包括一步驟，在此步驟中此電漿是在此反應物被引入至此反應室時產生。另外地或替代地，此電漿脈衝可包括一反應物引入步驟，隨後是一電漿衝擊步驟。在此反應物引入步驟的期間，此反應物係被提供至此反應室。在此電漿衝擊步驟的期間，電漿在此反應室被產生出來。因此，此前驅物及此反應物能夠在此電漿的存在下起反應，以形成一間隙填充流體，其填充此間隙至少到某種程度。此間隙填充流體包括矽及氫。在一些實施例中，此間隙填充流體更包括一鹵素。若需要的話，沉積循環可被重複一或多次，直至此間隙中沉積出一適量的間隙填充流體為止。
在一些實施例中，此間隙係整個地被此間隙填充流體所填滿。當理解的是，此間隙填充流體可被描述為一黏性材料，亦即沉積在此基板上之一黏性相。此間隙填充流體能夠在此基板上之溝槽中流動。合適之基板包括矽晶圓。因此，此黏性材料係以由下而上之方式無縫地填充此溝槽。
在一些實施例中，間隙填充之方法包括從至少10個到最多30000個沉積循環，或從至少10個到最多3000個沉積循環，或從至少10個到最多1000個沉積循環，或從至少10個到最多500個沉積循環，或從至少20個到最多200個沉積循環，或從至少50個到最多150個沉積循環，或從至少75個到最多125個沉積循環，例如：100個沉積循環。
在一些實施例中，此前驅物脈衝及此電漿脈衝係至少部分地重疊。換言之，在一些實施例中，此前驅物脈衝及此電漿脈衝係至少部分同時發生。在這類實施例中，此循環沉積製程不包括一循環內吹掃。在一些實施例中，此循環沉積製程不包括一循環間吹掃。
在一些實施例中，在此矽前驅物脈衝期間及在此電漿脈衝期間，不將此矽前驅物、此稀有氣體及氫以外的氣體引入此反應室。額外地或替代地，在一些實施例中，在此循環內吹掃及此循環間吹掃中之至少一者的期間，此稀有氣體或氫以外的氣體不能被引入至此反應室。
在一些實施例中，在此前驅物脈衝與此電漿脈衝之間不對此反應室進行吹掃。然而在一些實施例中，此前驅物脈衝與此電漿脈衝可由一循環內吹掃所分開。請注意在此情況中，此循環內吹掃係維持充分地短暫，例如不會將此反應室中之前驅物濃度降低至可察覺的程度（appreciable extent）。換言之，吹掃步驟之持續時間及吹掃氣體之流量係被選為足夠低至能確保在此吹掃步驟完成後不是所有的前驅物皆自此反應室被移除。換言之，其中所使用之吹掃步驟的持續時間及吹掃氣體之流量可以是足夠低，使得整個反應室在一吹掃步驟期間不會被排空。在一些實施例中，此反應物係用作為一吹掃氣體。
在一些實施例中，此前驅物脈衝之持續時間，亦即此前驅物之進料時間是從至少0.25秒至最多4.0秒，或從至少0.5秒至最多2.0秒，或從至少1.0秒至最多1.5秒。
在一些實施例中，此循環內吹掃的持續時間是從至少0.025秒到最多2.0秒，或從至少0.05秒到最多0.8秒，或從至少0.1秒到最多0.4秒，或從至少0.2秒到最多0.3秒。
在一些實施例中，射頻導通時間（亦即：電漿脈衝之持續時間，也就是在一電漿脈衝期間所提供射頻功率之時間）是從至少0.5秒至最多4.0秒，或從至少0.7秒至最多3.0秒、或從至少1.0秒至最多2.0秒，或從至少1.25秒至最多1.75秒，或約1.5秒。
在一些實施例中，此循環間吹掃之持續時間從至少0.1秒至最多2.0秒，或從至少0.1至最多1.5秒，例如：1.0秒。
此矽前驅物包括矽及一鹵素。在一些實施例中，此矽前驅物之通式為Si nH 2n+2-mX m，其中X是鹵素，n是從至少1至最多3，且m是從至少1至最多2n+2。3. 在一些實施例中，此鹵素係選自F、Cl、Br及I。換言之，在一些實施例中，此矽前驅物是鹵化矽烷。
在一些實施例中，此矽前驅物之通式為Si nH 2n+2-mI m，其中n是從至少1至最多3，且m是從至少1至最多2n+2。5. 在一些實施例中，此矽前驅物包含二碘矽烷（SiI 2H 2）。在一些實施例中，此矽前驅物係由二碘矽烷（SiI 2H 2）組成。
在一些實施例中，此矽前驅物實質上包含或實質上由矽、氫及一或多個鹵素所組成。當理解的是，當此矽前驅物係由某些成分組成時，其他成分可能在一些實施例中仍以小量存在，例如：以污染物的形式存在。
此反應物包括一稀有氣體。適當地，此稀有氣體可選自由He、Ne、Ar及Kr組成之群組。在一些實施例中，此稀有氣體基本上是由Ar組成。在一些實施例中，此反應物包含此稀有氣體及氫氣（H 2）。當理解的是，當稀有氣體（例如：氬氣）被用作為一反應物時，此稀有氣體實質上不會被包含於此間隙填充流體中。儘管如此，當此反應物包括氫氣（H 2）時，此反應物中所包含之氫可能會摻入此間隙填充流體中。
在一些實施例中，在本方法之填充間隙的整個過程中，供應至此反應空間之所有氣體為此前驅物、此反應物、一可選的載體（例如：Ar及/或He）及一可選的電漿點燃氣體，此電漿點燃氣體可以是或可包括Ar、He及/或H 2。換言之，在這些實施例中，除所列舉之氣體以外，沒有其他氣體會被提供至此反應室。在一些實施例中，此載流氣體及/或此電漿點燃氣體作用如同一反應物。
在一些實施例中，此前驅物脈衝包括利用包含有一稀有氣體之一載流氣體來提供一矽前驅物至此反應室，且此電漿脈衝包括產生一電漿於此反應室。在一些實施例中，在電漿脈衝期間是沒有氣體進出此反應室。當理解的是，在這類實施例中，此前驅物脈衝及此電漿脈衝沒有被一吹掃步驟分開。故在一些實施例中，此反應物是一載流氣體。當理解的是，載流氣體是指一種會承載或挾帶一前驅物至此反應室的氣體。示例性載流氣體包括一稀有氣體，例如：氬。例示性載流氣體之流量是從至少0.1每分鐘標準升數（slm）至最多10每分鐘標準升數，或至少0.1每分鐘標準升數至最多0.2每分鐘標準升數，或至少0.2每分鐘標準升數至最多0.5每分鐘標準升數，或至少0.5每分鐘標準升數至最多1.0每分鐘標準升數，或至少1.0每分鐘標準升數至最多2.0每分鐘標準升數，或至少2.0每分鐘標準升數至最多5.0每分鐘標準升數，或至少5.0每分鐘標準升數至最多10.0每分鐘標準升數，或至少0.1每分鐘標準升數至最多2每分鐘標準升數。這些例示性載流氣體之流量是用在當此基板是一300毫米晶圓之情況。其他晶圓尺寸之流量可從這些流量中被輕易地推導出來。
在一些實施例中，此電漿脈衝包括產生一射頻電漿於此反應室。在一些實施例中，電漿脈衝期間使用至少10瓦（W）至最多500瓦之電漿功率。在一些實施例中，電漿脈衝期間使用至少20瓦至最多150瓦之電漿功率。在一些實施例中，電漿脈衝期間使用至少30瓦至最多100瓦之電漿功率。在一些實施例中，電漿脈衝期間使用至少35瓦至最多75瓦之電漿功率。在一些實施例中，電漿脈衝期間使用至少40瓦至最多50瓦之電漿功率。
在一些實施例中，此方法是在一系統中執行，此系統包括兩個電極，且此基板係定位於此兩電極之間。此些電極係平行定位於一預定距離，其被稱為電極間隙。在一些實施例中，此電極間隙是至少5毫米至最多30毫米，或至少5毫米至最多10毫米，或至少10毫米至最多20毫米，或至少20毫米至最多30毫米。
在一些實施例中，電漿脈衝期間使用之電漿頻率是至少40千赫（kHz）至最多2.45吉赫（GHz），或電漿脈衝期間使用之電漿頻率是至少40千赫至最多80千赫，或電漿脈衝期間使用之電漿頻率是至少80千赫至最多160千赫，或電漿脈衝期間使用之電漿頻率是至少160千赫至最多320千赫，或電漿脈衝期間使用之電漿頻率是至少320千赫至最多640千赫，或電漿脈衝期間使用之電漿頻率是至少640千赫至最多1280千赫，或電漿脈衝期間使用之電漿頻率是至少1280千赫至最多2500千赫，或電漿脈衝期間使用之電漿頻率是至少2.5百萬赫（MHz）至最多5百萬赫，或電漿脈衝期間使用之電漿頻率是至少5百萬赫至最多50百萬赫，或電漿脈衝期間使用之電漿頻率是至少5百萬赫至最多10百萬赫，或電漿脈衝期間使用之電漿頻率是至少10百萬赫至最多20百萬赫，或電漿脈衝期間使用之電漿頻率是至少20百萬赫至最多30百萬赫，或電漿脈衝期間使用之電漿頻率是至少30百萬赫至最多40百萬赫，或電漿脈衝期間使用之電漿頻率是至少40百萬赫至最多50百萬赫，或電漿脈衝期間使用之電漿頻率是至少50百萬赫至最多100百萬赫，或電漿脈衝期間使用之電漿頻率是至少100百萬赫至最多200百萬赫，或電漿脈衝期間使用之電漿頻率是至少200百萬赫至最多500百萬赫，或電漿脈衝期間使用之電漿頻率是至少500百萬赫至最多1000百萬赫，或電漿脈衝期間使用之電漿頻率是至少1吉赫至最多2.45吉赫。在示例性實施例中，此電漿為一射頻電漿，且射頻功率以13.56百萬赫之頻率提供。
在一些實施例中，本方法是在至少-25C°C至最多200°C之溫度下執行。在一些實施例中，本方法是在至少-25°C至最多0°C之溫度下執行。在一些實施例中，本方法是在至少0°C至最多25°C之溫度下執行。在一些實施例中，本方法是在至少25°C至最多50°C之溫度下執行。在一些實施例中，本方法是在至少50°C至最多75°C之溫度下執行。在一些實施例中，本方法是在至少75°C至最多150°C之溫度下執行。在一些實施例中，本方法是在至少150°C至最多200°C之溫度下執行。這增強了本方法所提供之間隙填充液體的間隙填充特性。在一些實施例中，此反應室是處於至少70°C至最多90°C之溫度下。
在一些實施例中，揮發性前驅物在某一參數範圍內會被聚合，而此參數範圍主要是由電漿衝擊期間的前驅物之分壓、晶圓溫度、及反應室之總壓力所界定。為調節「前驅物分壓」，可使用一間接製程參數（稀釋氣體流）來控制此前驅物分壓。前驅物分壓之絕對數可以不需要拿來控制所沉積之薄膜的流動性，而是前驅物之流量對殘餘氣體之流量的比率以及在參考溫度下之反應空間中的總壓及總壓可用作實際控制的參數。儘管如上述，在一些實施例中，此反應室係維持在至少600帕至最多10000帕之壓力。舉例來說，此反應室之壓力可維持在至少600帕至最多1200帕之壓力，或至少1200帕至最多2500帕之壓力，或至少2500帕至最多5000帕之壓力，或至少5000帕至最多10000帕之壓力。
在一些實施例中，本方法是在至少500帕的壓力下執行，最好是在至少700帕的壓力下。更佳地，本方法是在至少900帕的壓力下執行。此增強本揭露提供之間隙填充流體之間隙填充特性。
在一些實施例中，此反應室係維持在至少500帕至最多1500帕的壓力，且此反應室係維持在至少50°C至最多150°C的溫度。在一些實施例中，本方法是在至少500帕至最多10,000帕的壓力及至少50°C至最多200°C的溫度下進行。在一些實施例中，本方法是在至少700帕的壓力及至少50°C至最多150°C的溫度下進行。在一些實施例中，本方法是在至少900帕的壓力及至少50°C至最多75°C的溫度下進行。
在一些實施例中，此些方法是在一系統下執行。此系統包括一前驅物源及一或多個氣體管線，其中此前驅物源包括一前驅物容器，例如：前驅物罐、前驅物瓶、或類似者；而此些氣體管線係可選地將此前驅物容器連接至此反應室。在這類實施例中，此前驅物容器可適當地被維持在從至少5°C至最多50°C之低於此反應室的溫度，或從5°C至最多10°C之低於此反應室的溫度，或從10°C至最多20°C之低於此反應室的溫度，或從30°C至最多40°C之低於此反應室的溫度，或從40°C至最多50°C之低於此反應室的溫度。此氣體管路可適當地被維持在一溫度，其介於此前驅物容器與此反應室之溫度之間。例如，此些氣體管路可被維持在溫度從至少5°C至最多50°C，或至少5°C至最多10°C，或至少10°C至最多20°C，或至少30°C至最多40°C，或至少40°C至最多50°C之低於此反應室之溫度。在一些實施例中，至少一部分的氣體管路及此反應室係被維持在實質上相同之溫度下，且高於此前驅物容器之溫度。
在一些實施例中，在形成此間隙填充流體的過程中，此基板是被安置於此反應室之一基座上，此基座之溫度是從至少50°C至最多100°C，或從至少60°C至最多80°C，或從至少65°C至最多75°C。
當一揮發性前驅物藉由一電漿而被聚合並沉積於一基板的一表面上時，可暫時獲得可流動薄膜，其中氣態的前驅物（例如：單體）藉由電漿氣體放電所提供之能量而被活化或被分段以引發聚合反應，且當所產生之材料沉積於此基板的表面上時，此材料呈現出暫時性可流動的行為。根據示例性實施例，當此沉積步驟完成時，此可流動膜不再具有流動性而是被固化，因此無須一單獨的固化程序。在其他實施例中，此可流動膜在沉積之後被密實化及/或固化。此可流動膜之密實化及/或固化可以藉由一固化步驟（亦稱為「固化」）來進行。
因此，在一些實施例中，此方法包括一固化此間隙填充流體之步驟。此步驟會增加此間隙填充流體之熱阻。換言之，其增加間隙填充流體在高溫下對於變形及/或質量損失之抗性。此外或或者，此固化步驟可使此間隙填充流體固化。
在一些實施例中，此間隙填充流體在被沉積後進行固化。可選地，在此間隙填充流體被沉積後且在固化步驟之前，此間隙填充流體先經受一退火程序。合適之退火時間包括從至少10.0秒至最多10.0分鐘，例如從至少20.0秒至最多5.0分鐘，又例如從至少40.0秒至最多2.5分鐘。合適地，此退火是在一氣體混合物中進行，此氣體混合物包括一或多種氣體，其係選自由N 2、He、Ar及H 2組成之清單。在一些實施例中，此退火是在至少200°C的溫度，或在至少250°C的溫度，或在至少300°C的溫度，或在至少350°C的溫度，或在至少400°C的溫度，或在至少450°C的溫度下進行。
在一些實施例中，此間隙填充流體可在沉積期間被固化，例如：藉由循環交替沉積脈衝及固化脈衝。因此，在一些實施例中，本文所述之方法包括一或多個超循環。一個超循環包括一執行此循環沉積製程的步驟及一固化步驟。當此超循環被重複數次時，會得出一循環製程。當本揭露之方法僅包括一個超循環時，會得出一製程，而在此製程中，間隙填充流體先是被沉積且隨後被固化。
在一些實施例中，一個固化步驟包括產生電漿於此反應室，從而將此基板暴露於一直接電漿中。合適的直接電漿包括稀有氣體電漿。當使用直接電漿時，間隙填充流體之一薄層可被有效地固化，以產生一高品質的薄層。在一些實施例中，尤其是當已固化之間隙填充流體層的厚度需要較厚時，間隙填充方法可包括複數個循環，且在此些循環中，間隙填充流體沉積步驟及利用直接電漿處理之固化步驟係交替進行。在這類實施例中，填充間隙之製程較佳是包括複數個循環，且間隙填充流體沉積及電漿處理步驟（也稱作「脈衝」）係交替進行。此一循環製程具有能使大部分之間隙填充流體固化的優點：直接電漿通常只具有約2奈米至7奈米之穿透深度，這導致一沉積後直接電漿處理僅會使此間隙填充流體之一頂層固化。相反地，交替沉積及電漿的步驟使較大的部分得以被固化，或甚至是整個的間隙填充流體，即使是在使用具有低穿透深度之固化技術（例如：直接電漿）的情況下。
合適的電漿處理包括H 2電漿、He電漿、H 2/He電漿、Ar電漿、Ar/H 2電漿、及Ar/He/H 2電漿。當理解的是，H 2電漿指的是使用H 2作為電漿氣體之電漿。亦當理解的是，H 2/He電漿指的是使用H 2和He之混合物作為電漿氣體之電漿。當理解的是，其他電漿之定義可以此類推。
在一些實施例中，固化步驟包括提供一遠端電漿（例如：遠端稀有氣體電漿），以及使此基板暴露至一或多個受激發的物種（例如：自由基、離子、及紫外線（UV）輻射中之至少一者）。在一些實施例中，此固化步驟包括在此間隙已經被此間隙填充流體填滿之後使用一間接電漿。間接電漿可具有比直接電漿更大的穿透深度，藉此減低對循環沉積及固化步驟之需要。因此，可在沉積後施加一間接電漿固化。
在一些實施例中，此固化步驟包括提供一遠端電漿源，並在此遠端電漿源和此基板之間設置一或多個網格板。因此，此基板可被暴露於由此遠端電漿源產生的自由基中。遠端電漿產生之自由基的穿透深度明顯大於直接電漿所提供之穿透深度，例如：明顯大於藉助於本方法所填充之間隙的尺寸。因此，一旦所有間隙填充流體都被沉積之後，則可善加利用一遠端電漿處理。儘管如此，亦可使用交替之電漿固化及間隙填充流體沉積步驟來循環地施加遠端電漿固化，這類似於使用直接電漿之操作。遠端電漿之大穿透深度具有能使間隙填充流體有效固化之優點。在一些實施例中，用於遠端電漿中之電漿氣體包括一稀有氣體，例如：選自由He及Ar組成之清單中的稀有氣體。
此固化步驟可降低此間隙填充流體在其未固化狀態時的氫濃度。例如，此氫濃度被降低至少0.01原子百分比（atomic percent）至最多0.1原子百分比，或至少0.1原子百分比至最多0.2原子百分比，或至少0.2原子百分比至最多0.5原子百分比，或至少0.5原子百分比至最多1.0原子百分比，或至少1.0原子百分比至最多2.0原子百分比，或至少2.0原子百分比至最多5.0原子百分比，或至少5.0原子百分比至最多10.0原子百分比。
在一些實施例中，此固化步驟包括使此間隙填充流體暴露至一微脈衝電漿。施加一微脈衝電漿可尤其有利，因為剛沉積出來之間隙填充流體包括氫。微脈衝電漿是一電漿處理，其包括施加複數個快速接續導通-關閉之微脈衝。此微脈衝電漿可利用例如一稀有氣體作為一電漿氣體。當使用300毫米晶圓作為基板時，電漿氣體之流量在微脈衝電漿期間係被維持在例如至少5.0每分鐘標準升數，或至少5.0每分鐘標準升數至最多7.0每分鐘標準升數，或至少7.0每分鐘標準升數至最多10.0每分鐘標準升數。例如，在一微脈衝電漿中之導通微脈衝可持續從至少1.0微秒至最多1.0秒，或從至少2.0微秒至最多0.50秒，或從至少5.0微秒至最多250毫秒，或從至少10.0微秒至最多100.0毫秒，或從至少25.0微秒至最多50.0毫秒，或從至少50.0微秒至最多25.0毫秒，或從至少100.0微秒至最多10.0毫秒，或從至少250.0微秒至最多5.0毫秒，或從至少0.50毫秒至最多2.5毫秒。例如，在一微脈衝電漿中之關閉微脈衝可持續從至少1.0微秒至最多2.0秒，或從至少2.0微秒至最多1.0秒，或從至少5.0微秒至最多500毫秒，或從至少10.0微秒至最多250.0毫秒，或從至少25.0微秒至最多100.0毫秒，或從至少50.0微秒至最多50.0毫秒，或從至少100.0微秒至最多25.0毫秒，或從至少200.0微秒至最多10.0毫秒，或從至少500.0微秒至最多5.0毫秒，或從至少1.0毫秒至最多2.0毫秒。微脈衝電漿可被循環地使用，亦即在一循環沉積製程中作為一電漿脈衝，及/或作為一沉積後處理。換言之，填充間隙之製程可包括間隙填充流體沉積及微脈衝電漿之交替循環。此外或或者，在所有間隙填充流體已被沉積之後，此基板可經受一微脈衝電漿沉積後處理。
在一些實施例中，在電漿氣體以高於預定臨限值的流量被提供至此反應室的同時，此基板經受一微脈衝電漿。微脈衝電漿與這些高流量之結合可降低揮發性副產物之再沉積，此揮發性副產物是在所沉積之間隙填充流體的電漿誘導的交聯期間所釋放的。在一些實施例中，在微脈衝電漿處理期間之電漿氣體的流量是至少5.0每分鐘標準升數（標準公升/分鐘），較佳是至少10.0每分鐘標準升數。所屬技術領域中具有通常知識者明白此流量取決於反應室體積及基板尺寸，且本文在此針對300毫米晶圓與1公升的反應室體積所提供之數值可輕易地被轉換而為其他基板尺寸及/或反應器體積所使用。在一些實施例中，稀有氣體在微脈衝電漿處理期間係作為電漿氣體。在一些實施例中，此稀有氣體係選自由He及Ar組成之清單。
在一些實施例中，此固化步驟有關於紫外（UV）光之使用。換言之，此固化步驟可有關於使此基板（包括此間隙填充流體）暴露於紫外線輻射。這種利用紫外光之固化步驟可稱為紫外線固化。
在一些實施例中，紫外線固化係作為一沉積後處理。換言之，在一些實施例中，本方法可包括沉積一間隙填充流體，且在沉積所有間隙填充流體之後，使此間隙填充流體經受紫外線固化。
在一些實施例中，本方法包括一循環製程，其包括複數個循環，每一循環包括一間隙填充流體沉積步驟及一紫外線固化步驟。此紫外線固化步驟可被一吹掃步驟分開。另外地或替代地，後續的循環可藉由一吹掃步驟來分開。合適的吹掃步驟在本文別處另有描述。
在一例示性實施例中有討論到一例示性固化步驟。此固化步驟可採用一連續直接電漿，進行20秒的時間。間隙填充流體沉積步驟及直接電漿固化步驟可循環地進行，亦即間隙填充流體沉積步驟及固化步驟可交替執行。這使得此間隙填充流體之全部或至少大部分能夠被有效地固化。為使一300毫米基板之間隙中的間隙填充流體固化，每一直接電漿固化步驟之特徵例如是在200瓦之射頻功率及600帕之工作壓力下20秒之He電漿。此反應器體積大約是1公升，且He之流量是2每分鐘標準升數。
在另一示例性實施例中有討論另一示例性的固化步驟。此固化步驟可有關於將此間隙填充流體暴露於微脈衝電漿中。在本實施例中，此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射頻電漿之交替循環，雖然一沉積後微脈衝電漿固化處理也是可行。循環間隙填充流體沉積及電漿步驟之應用使得此間隙填充流體之全部或至少大部分得以有效地被固化。為使300毫米基板之間隙中的間隙填充流體固化，每一直接固化步驟之特徵可在於200個微脈衝，微脈衝包括0.1秒電漿導通時間及0.5秒電漿關閉時間。此固化步驟可利用400帕之壓力下之He電漿。所提供之射頻功率可以是200瓦。He之流量可採用10每分鐘標準升數。
在一些實施例中，本方法更包括沉積一覆蓋層於此間隙填充流體上。在一些實施例中，本方法更包括沉積一覆蓋層於此固化之間隙填充流體上。本文別處有針對沉積覆蓋層之方法做更詳盡的描述。
本揭露更揭示一種系統。此系統包括一反應室、一射頻電源、一氣體注射系統、一前驅物氣體源、一反應物氣體源、一排氣管及一控制器。此反應室包括一基板支座及一上電極。此基板支座包括一下電極。此射頻電源係被配置以產生一射頻功率波形。此氣體注射系統係流體連接此反應室。此前驅物氣體源係被配置以引入矽前驅物至此反應室。可選地，此矽前驅物係透過一載流氣體被引入至此反應室。此反應物氣體源係被配置以引入一反應物至此反應室。此排氣管係被適當地配置以從此反應室移除反應產物及未使用的反應物。此控制器係經程式設計或另外配置以使本文所述之各種方法能夠被執行。所屬技術領域中具有通常知識者將能夠瞭解到此（多個）控制器係連通此系統的各種電源、加熱系統、幫浦、機械手及氣體流量控制器或閥。
在一些實施例中，此前驅物源包括一前驅物容器，例如一前驅物罐、一前驅物瓶、或類似者；而一或多個氣體管路係操作性地連接此前驅物容器至此反應室。在這類實施例中，此前驅物容器可適當地被維持在從至少5°C至最多50°C之低於此反應室的溫度，或從5°C至最多10°C之低於此反應室的溫度，或從10°C至最多20°C之低於此反應室的溫度，或從30°C至最多40°C之低於此反應室的溫度，或從40°C至最多50°C之低於此反應室的溫度。此氣體管路可適當地被維持在一溫度，其介於此前驅物容器與此反應室之溫度之間。例如，此些氣體管路可被維持在溫度從至少5°C至最多50°C，或至少5°C至最多10°C，或至少10°C至最多20°C，或至少30°C至最多40°C，或至少40°C至最多50°C之低於此反應室之溫度。在一些實施例中，此些氣體管路及此反應室係被維持在一實質上相同的溫度，且高於此前驅物容器之溫度。
在一些實施例中，此氣體注入系統包括一前驅物遞送系統，其採用一載流氣體以將此前驅物載送到一或多個反應室。在一些實施例中，載送氣體之連續流係藉由一流道系統（FPS）來實現。在此流道系統中，載流氣體管線配有一迂迴管路，此迂迴管路具有一前驅物儲槽（瓶），且此主管線及此迂迴管路是交換的，其中當僅需要將載流氣體送至一反應室時，此迂迴管路是關閉的，而當需要將載流氣體及前驅物氣體兩者都送至此反應室時，此主管線是關閉的，而此載流氣體係流經此迂迴管路，並與此前驅物氣體一同從此瓶流出。如此，此載流氣體可持續地流入此反應室，並可藉由切換此主管線及此迂迴管路而以脈衝方式載送此前驅物氣體。
本揭露所提供之方法可在任何合適的設備中執行，包括在如第1圖所示之反應器。同樣地，本揭露所提供之結構可在任何適合的設備中製造，包括在如第1圖所示之反應器。第1圖係本揭露的一些實施例中使用之電漿輔助原子層沉積（PEALD）設備的示意圖，其優勢在結合程式化的控制以執行底下所描述之序列。在此圖中，藉由在一反應室（3）之內部（反應區，11）中設置一對並行且相互面對的導電平板電極（2，4），將來自一電源（25）之射頻功率（例如：頻率13.56百萬赫及/或27百萬赫）施加至一側，且將另一側（12）電性接地，則電漿會在此些電極之間受激發。另可設置一溫度調節器於一下平台（2）中，也就是此下電極中。基板（1）係被置放於其上，且其溫度係保持恆定在一給定溫度。上電極（4）亦可充當一噴淋板，且反應物氣體及/或稀釋氣體（若有的話）以及前驅物氣體可分別經由一氣體管線（21）及一氣體管線（22），並經由此噴淋板（4）而被引入至此反應室（3）中。另外，在此反應室（3）中設置有一具有一排氣管線（17）的圓管（13），此反應室（3）之內部（11）中之氣體可經其被排出。另外，一轉移室（5）設於此反應室（3）下方且配備有一氣體密封管線（24），藉以將密封氣體經由此轉移室（5）之內部（16）引入至此反應室（3）之內部（11），其中此反應區與此轉移區被一分隔板（14）所分開。當注意的是，此圖中省略一閘閥，而晶圓透過此閘閥可被移送進或出此轉移室（5）。此轉移室亦設置有一排氣管線（6）。在一些實施例中，沉積間隙填充流體及固化間隙填充流體皆是在一個相同的反應室進行。在一些實施例中，沉積間隙填充流體及固化間隙填充流體是在分開的反應室進行，此些反應室是包含於一個相同的系統中。
在一些實施例中，切換惰性氣體之流動與前驅物氣體之流動的系統（如第2圖所示）可應用在第1圖所示之設備中，以將此前驅物氣體以脈衝方式引入，而不實質上造成此反應室之壓力波動。
實際上，載流氣體之連續流可藉由一流道系統（FPS）來實現，其中載流氣體管線配有一迂迴管路，此迂迴管路具有一前驅物儲槽（瓶），且此主管線及此迂迴管路是進行切換的，其中當僅需要將載流氣體送至一反應室時，此迂迴管路是關閉的，而當需要將載流氣體及前驅物氣體兩者都送入此反應室時，此主管線是關閉的，而此載流氣體係流經此迂迴管路，並與此前驅物氣體一同從此瓶流出。如此，此載流氣體可持續地流入此反應室，並可藉由切換此主管線及此迂迴管路而以脈衝方式載送此前驅物氣體。
第2圖繪示一種使用流道系統（FPS）之前驅物供應系統，其可用在本揭露之實施例（黑色閥表示此些閥是關閉的）。如第2圖（a）所示，當饋送一前驅物至一反應室（未示出）時，首先一載流氣體（例如：Ar或He）會流經具有閥b及c之一氣體管線，並隨後流入一瓶（儲存器，20）。此載流氣體從此瓶（20）中流出，同時以對應此瓶（20）內之蒸氣壓的量來載送一前驅物氣體，且此載流氣體流經具有閥f及e之氣體管線，並隨後連同此前驅物被送到此反應室。在上述中，閥a及d是關閉的。當只要將此載流氣體（其可以是稀有氣體，例如：He或Ar）送到此反應室時，如第2圖（b）所示，此載流氣體流經具有閥a之氣體管線，同時繞過避開此瓶（20）。在上述中，閥b、c、d、e、及f是關閉的。
所屬技術領域中具有通常知識者可理解到此設備包括一或多個控制器（未顯示），其係經程式設計或另外配置以促使本文別處所述之沉積製程被執行。所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解到此控制器係與各種電源、加熱系統、幫浦、機器人及此反應器之氣體流量控制器或閥連通。此控制器包括電子電路，此電子電路包括一處理器及軟體，藉以選擇性操作多個閥、歧管、加熱器、幫浦及系統中所包括的其他組件。這類電路和組件操作成從對應的氣體源（例如：瓶 20）引入多個前驅物、反應物及選擇性吹掃氣體。此控制器可控制氣體供應序列的時序、基板及/或反應室（3）的溫度、反應室（3）內的壓力、及各種其他操作，以提供此系統適當的操作。此控制器可包括控制軟體，以電動或氣動方式控制多個閥，藉以控制多個前驅物、反應物及吹掃氣體進出此反應室（3）的流動。此控制器可包括一些模組，例如：執行某些工作的軟體或硬體組件，譬如：現場可程式化邏輯閘陣列（FPGA）或特殊應用積體電路（ASIC）。當理解的是，在控制器包括執行某個工作的軟體組件的情況下，此控制器係經程式設計以執行此特定工作。模組較佳是被配置以常駐在此控制系統的可定址儲存媒體（addressable storage medium）（亦即：記憶體）上，並被配置以執行一或多個程序。
選擇性地，可使用一雙腔反應器（dual chamber reactor）。雙腔反應器包括兩個區段或隔室，用於處理相互靠近安置的晶圓。在此一雙室反應器中，反應物氣體及稀有氣體可經由一共用管線供應，而含前驅物之氣體則是藉助未共用管線來提供。在示例性實施例中，形成間隙填充流體是在此兩隔室中的其中之一發生，且此固化步驟是發生於另一反應室。這可有利於改善產能，例如當間隙填充流體之形成及固化是發生在不同溫度時，則間隙填充流體之形成可在一個反應室完成，而固化則可在一相鄰的反應室完成。
第3圖顯示一例示性間隙填充流體沉積製程之沉積循環序列。此製程採用由氬氣組成之一氣體混合物作為反應物。此反應物可持續地以一恆定流量被提供至此反應室中。前驅物脈衝及電漿脈衝，亦即：射頻接通脈衝，係依序地被施加且由吹掃脈衝分開。此循環可被重複一或多次。因此，含矽材料被沉積於此間隙中。此循環可被重複任何次數，直至所需量的含矽材料已沉積在此間隙中為止。
第4圖顯示本揭露之間隙填充方法的一實施例之示意圖。此方法在提供一基板至一反應室之後開始（411），且包括一前驅物脈衝（412），而矽前驅物從中被提供至一反應室。可選地，此反應室接著進行吹掃（413）。此方法隨後包括一電漿脈衝（414），而基板從中經受一電漿處理。可選地，此反應室係接著在一循環間吹掃（415）中被吹掃。當理解的是，在此些吹掃（413，415）期間，沒有電漿生成於此反應室。可選地，從此前驅物脈衝（412）至此電漿脈衝（414）的步驟被重複（417）一或多次。可選地，後續的循環可藉由一循環間吹掃（415）而分開。因此，含矽材料被沉積於此間隙中。當一所需量的含矽材料已沉積於此間隙中時，此方法結束（416）。
第5圖顯示本文所述之方法的一實施例的示意圖。此方法在提供一基板至一反應室之後開始（511）。此方法包括沉積一間隙填充流體於此基板上之步驟（512）。可選地，此反應室係接著藉由一沉積後吹掃（513）來進行吹掃。此方法隨後包括一固化此間隙填充流體的步驟（514）。可選地，此反應室接著藉由一固化後吹掃（515）來進行吹掃。可選地，從沉積間隙填充流體於此基板之步驟（512）到固化此間隙填充流體之步驟（514）等步驟係被重複（517）一或多次。可選地，隨後之循環係藉由此固化後吹掃（515）而分開。所得之沉積-固化循環可被不斷重複，直至沉積於基板上之已固化的間隙填充流體達到一期望厚度為止。
第6圖顯示本文所述之方法的示意圖。此方法在提供一基板至一反應室之後開始（611）。此方法包括一沉積間隙填充流體於此基板上的步驟（612）。可選地，此間隙填充流體隨後藉由一沉積後固化（613）來進行固化。接著，此方法包括一沉積覆蓋層於此間隙填充流體上的步驟（614）。在此覆蓋層已被沉積之後，此方法結束（615）。此覆蓋層可利於保護底層之間隙填充流體，例如：對抗其他加工步驟中使用之化學品，及/或防止大氣氧化。
在一些實施例中，形成覆蓋層之步驟（614）包括一循環沉積製程，其包括複數個循環，例如2個、5個、10個、20個、50個、100個、200個、500個、1000個、2000個、5000個或10000個循環。一個循環包括依序的一覆蓋層前驅物脈衝及一覆蓋層電漿脈衝。可選地，此覆蓋層前驅物脈衝及此覆蓋層電漿脈衝係由一循環內吹掃所分開。可選地，接續的循環係由一循環間吹掃所分開。此覆蓋層前驅物脈衝包括提供一覆蓋層前驅物至此反應室。此覆蓋層電漿脈衝包括提供一覆蓋層反應物至此反應室並於此反應室產生電漿。在一些實施例中，此覆蓋層包括氮化矽。合適的覆蓋層前驅物包括含矽化合物，例如：鹵矽烷。在一些實施例中，此覆蓋層前驅物包括一鹵矽烷，其選自氯矽烷、溴矽烷及碘矽烷。在一些實施例中，此覆蓋層前驅物包括二碘矽烷。在一些實施例中，此覆蓋層反應物包括一含氮氣體或氣體混合物。合適的反應物包括N 2、N 2及H 2之混合物、及NH 3。
在一些實施例中，形成此覆蓋層之步驟（614）包括在此反應室產生電漿的同時，將一覆蓋層前驅物及一覆蓋層反應物同時地提供至此反應室。在一些實施例中，此覆蓋層包括氮化矽，在此情況下此覆蓋層前驅物適合包括一含矽化合物，例如：矽烷。在這類實施例中，此覆蓋層前驅物可包括選自單矽烷、二矽烷及三矽烷之化合物。在一些實施例中，此覆蓋層前驅物包括單矽烷。合適的反應物包括含氮氣體或氣體混合物，例如：N 2及NH 3。
在一些實施例中，此覆蓋層包括碳化矽，且形成此覆蓋層之步驟（614）包括在此反應室產生電漿的同時，將一覆蓋層前驅物及一覆蓋層反應物同時地提供至此反應室。在這類實施例中，合適的覆蓋層前驅物包括含碳及矽之化合物，例如：烷基取代之矽烷，亦即：烷基矽烷。合適的烷基矽烷包括六甲基矽烷。合適的覆蓋層反應物包括稀有氣體及包含有稀有氣體之氣體混合物，例如包含有稀有氣體和氫氣之氣體混合物。合適的覆蓋層反應物包括Ar及H 2。
雖然某些實施例及例子已被詳盡討論，所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解，本揭露之申請專利範圍延伸超出具體揭示之實施例，乃至於其他替代實施例及/或用途、明顯之修改及其均等物。實際上，除本揭露所示及所述者以外，所屬技術領域中具有通常知識者可由本說明書明白本揭露之各種修改，例如所述元件之替代可用組合。這類修改及實施例亦意欲落在文後申請專利範圍內。
在本揭露中，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輕易地提供這類屬於一般實驗事項之條件及/或結構。
1:基板 2:電極 3:反應室 4:電極 5:轉移室 6:排氣管線 7:排氣管線 11:內部 12:側 13:圓管 14:分隔板 16:內部 20:瓶 21:氣體管線 22:氣體管線 24:氣體密封管線 25:電源 411:步驟 412:步驟 413:步驟 414:步驟 415:步驟 416:步驟 417:重複 511:步驟 512:步驟 513:步驟 514:步驟 515:步驟 516:步驟 517:重複 611:步驟 612:步驟 613:步驟 614:步驟 615:步驟 a:閥 b:閥 c:閥 d:閥 e:閥 f:閥
當參照下列闡釋性圖式而考慮時，可藉由參考實施方式及申請專利範圍而對本揭露之實施例有更完整的瞭解。 第1圖係本揭露之至少一實施例的電漿增強型原子層沉積（PEALD）設備之示意圖，此設備適用於沉積一結構及/或適用於執行一方法。 第2圖顯示一前驅物供應系統之示意圖，此系統利用本揭露之至少一實施例中所使用之一流道系統（flow-pass system，FPS）。 第3圖顯示一例示性間隙填充流體沉積製程之沉積循環序列。 第4圖顯示本揭露之間隙填充方法的一實施例之示意圖。 第5圖顯示本文所述之方法的一實施例的示意圖。 第6圖顯示如本文所述之方法的一實施例之示意圖。
可以理解的是，圖式中之元件係為了簡明及清楚起見而繪示且不必然按比例繪製。舉例而言，圖式中之一些元件的尺寸可能相對於其他元件而特別放大，以幫助改善對所繪示本揭露實施例的理解。
411:步驟
412:步驟
413:步驟
414:步驟
415:步驟
416:步驟
417:重複

Claims (20)

  1. 一種間隙填充之方法，包括： 引入一基板至一反應室，該基板具有一間隙；以及 藉由引入一矽前驅物至該反應室，以沉積一間隙填充流體於該基板上，其中該矽前驅物包括矽及鹵素；產生一電漿於該反應室中；以及引入一反應物至該反應室，其中該反應物包括一稀有氣體；藉此該矽前驅物及該反應物在該電漿的存在下起反應，以形成一間隙填充流體，該間隙填充流體係至少部分地填充該間隙，且該間隙填充流體包括矽及氫。
  2. 一種間隙填充之方法，包括： 引入一基板至一反應室，該基板具有一間隙；以及 藉由執行一循環沉積製程來沉積一間隙填充流體，該循環沉積製程包括複數個沉積循環，一沉積循環包括一前驅物脈衝及一電漿脈衝， 其中該前驅物脈衝包括引入一矽前驅物至該反應室，該矽前驅物包括矽及鹵素； 其中該電漿脈衝包括產生一電漿於該反應室中，並引入一反應物至該反應室，其中該反應物包括一稀有氣體； 藉此該矽前驅物及該反應物在該電漿的存在下起反應，以形成一間隙填充流體，該間隙填充流體係至少部分地填充該間隙，且該間隙填充流體包括矽及氫。
  3. 如請求項1或2之方法，其中該矽前驅物包括通式為Si nH 2n+2-mX m之化合物，其中X為鹵素，n是從至少1至最多3，且m是從至少1至最多2n+2。
  4. 如請求項3之方法，其中鹵素包括碘。
  5. 如請求項4之方法，其中該矽前驅物包括二碘矽烷（SiI 2H 2）。
  6. 如請求項1至5中任一項之方法，其中該反應物包括該稀有氣體及氫氣（ H 2）。
  7. 如請求項1至6中任一項之方法，其中該循環沉積製程係在至少-25°C到最多150°C的一溫度下進行。
  8. 如請求項1至7中任一項之方法，其中該循環沉積製程係在至少500帕的一壓力下進行。
  9. 如請求項1至8中任一項之方法，其中該稀有氣體係選自由He、Ne、Ar及Kr所組成之群組。
  10. 如請求項9之方法，其中該稀有氣體是Ar。
  11. 如請求項1至10中任一項之方法，其中該前驅物脈衝及該電漿脈衝係被一循環內吹掃而分開。
  12. 如請求項1至11之方法，其中接續的循環係被一循環間吹掃分開。
  13. 如請求項1至10中任一項之方法，其中該前驅物脈衝及該電漿脈衝係至少部分地重疊。
  14. 如請求項1至13中任一項之方法，其中該矽前驅物實質上係由矽、氫及一或多個鹵素所組成。
  15. 如請求項1至14中任一項之方法，其中在該矽前驅物脈衝期間及在該電漿脈衝期間，不將該矽前驅物、該稀有氣體及氫以外的氣體引入該反應室。
  16. 如請求項15之方法，其中在該循環內吹掃期間及在該循環間吹掃期間，不將該稀有氣體或氫以外的氣體引入該反應室。
  17. 如請求項1至16中任一項之方法，其中該方法包括一或多個超循環，一超循環包括沉積該間隙填充流體之一步驟及一固化步驟。
  18. 如請求項1至17中任一項之方法，其中該間隙填充流體更包括該鹵素。
  19. 如請求項1至18中任一項之方法，更包括在該間隙填充流體上形成一覆蓋層之一步驟，其中在該間隙填充流體上形成一覆蓋層之該步驟包括一循環製程，該循環製程包括複數個循環，一循環包括一覆蓋層前驅物脈衝及一覆蓋層電漿脈衝，該覆蓋層前驅物脈衝包括提供一覆蓋層前驅物至該反應室，該覆蓋層電漿脈衝包括提供一覆蓋層反應物至該反應室，且該覆蓋層電漿脈衝包括產生一覆蓋層電漿於該反應室中。
  20. 一種系統，包括： 一反應室，其中該反應室包括一基板支座及一上電極，且該基板支座包括一下電極； 一射頻電源，配置以產生一射頻功率波形； 一氣體注入系統，流體連接至該反應室； 一前驅物氣體源，用於引入一矽前驅物及可選地一載流氣體至該反應室； 一反應物氣體源，用於引入一反應物至該反應室； 一排氣管；以及 一控制器，配置以促使該系統執行如請求項1至19中任一項之方法。
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