TW202303831A - 用於改進晶圓邊緣效能的遮蔽環升降機 - Google Patents

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拉菲 傑立巴利
吳凱
小雄 袁
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Abstract

本文描述了用於處理基板的方法和裝置。所述的方法和裝置能夠在製程腔室內與複數個基板升降銷同時或分開升高和降低遮蔽環。遮蔽環是使用遮蔽環升降機組件來升高和降低的，並且可以在自由基處理操作期間升高到基板上方的預定高度。遮蔽環升降機組件也可以升高和降低該複數個基板升降銷，以使當基板被傳輸到製程腔室中或從製程腔室傳輸出去時，遮蔽環和基板升降銷兩者能夠升高到傳輸位置。

Description

用於改進晶圓邊緣效能的遮蔽環升降機
本文的實施例涉及用於電子設備製造的系統和方法，更詳細而言涉及用於在半導體元件中形成鎢特徵的系統和方法。
鎢（W）被廣泛用於積體電路（IC）設備的製造，以形成需要相對較低的電阻和相對較高的抗電遷移的導電特徵。例如，鎢可以用作金屬填充材料，以形成源極觸點、汲極觸點、金屬閘極填料、閘極觸點、互連結構（例如，在介電材料層的表面形成的水平特徵）和導孔（例如，通過介電材料層形成以連接設置在其上方和其下方的互連特徵的垂直特徵）。由於其相對較低的電阻率，鎢也通常被用來形成位線和字線，這些位線和字線用來對動態隨機存取記憶體（DRAM）設備的記憶體單元陣列中的各個記憶體單元進行定址。
隨著電路密度的增加和元件特徵的不斷縮小以滿足下一代半導體元件的需求，可靠地生產鎢特徵已變得越來越具有挑戰性。諸如在常規的鎢沉積製程期間形成的空隙和接縫之類的問題會隨著特徵尺寸的減小而放大，並可能對元件的效能和可靠性產生不利影響，甚至使元件無法操作。
在化學氣相沉積（CVD）鎢（W）膜的沉積期間，在基板的邊緣周圍利用了遮蔽環，以防止在接縫抑制的鎢膜製程期間在基板的斜切邊緣附近沉積。然而，事實證明，在CVD沉積之後進行的氮自由基處理操作期間，遮蔽環會阻止對基板邊緣的有效處理。阻止對基板邊緣的有效處理會導致接縫抑制的鎢膜從中心到邊緣的不均勻性，因為基板邊緣附近的孵育（incubation）延遲很弱。
因此，本領域需要的是解決上述問題的處理系統和方法。
本揭示內容的實施例大致涉及用於進行基板處理的製程腔室。該製程腔室包括：腔室主體；基板支撐件，設置在該腔室主體內並且具有頂表面；複數個基板升降銷，通過該基板支撐件設置；以及遮蔽環升降機。該遮蔽環升降機被配置為升高和降低放置在該基板支撐件的該頂表面的邊緣周圍的遮蔽環。
在另一個實施例中，描述了另一種用於進行基板處理的製程腔室。該製程腔室包括：腔室主體；基板支撐件，設置在該腔室主體內並且具有頂表面；淋噴頭，設置在該腔室主體內和該基板支撐件的該頂表面上方；複數個基板升降銷，通過該基板支撐件設置；環形襯墊，設置在該腔室主體內並環繞該基板支撐件；以及遮蔽環間隔件，設置在該環形襯墊的一部分上。該遮蔽環間隔件被配置為將放置在該基板支撐件的該頂表面的邊緣周圍的遮蔽環相對於該淋噴頭保持在第一高度。
在又另一個實施例中，描述了一種處理基板的方法。該方法包括以下步驟：將遮蔽環升高到處理位置，其中該遮蔽環和基板的頂表面分離達處理間隔；在製程腔室內在該基板上進行成核製程；在該製程腔室內在該基板上進行差異化抑制製程（differential inhibition process）；將該遮蔽環和複數個基板升降銷置於沉積位置；以及在該製程腔室內在該基板上進行沉積製程。該差異化抑制製程是在該遮蔽環處於該處理位置時進行的。在處於該沉積位置時，該遮蔽環和該基板的頂表面分離達沉積間隔，該沉積間隔小於該處理間隔。
在又另一個實施例中，描述了一種處理基板的方法，其中該方法包括以下步驟：在該基板上進行成核製程；在第一製程腔室內在該基板上進行差異化抑制製程；將該基板傳輸到第二製程腔室；以及在該製程腔室內在該基板上進行沉積製程。在該差異化抑制製程期間，遮蔽環的底表面與該基板的頂表面之間的距離是處理間隔。在該沉積製程期間，第二遮蔽環的底表面與該基板的頂表面之間的距離是沉積間隔，該沉積間隔小於該處理間隔。
本揭示內容涉及用於在基板處理腔室內移動遮蔽環的裝置和方法。移動遮蔽環使遮蔽環能夠在一些製程操作期間放置得更接近基板的表面，但在其他的製程操作期間離基板的表面更遠。在本文所述的實施例中，有益的是，在化學氣相沉積（CVD）鎢（W）膜的沉積期間有靠近基板的表面的遮蔽環，以防止在接縫抑制的鎢膜製程期間在基板的斜切邊緣附近沉積。然而，事實證明，遮蔽環與基板的頂表面緊鄰會妨礙在後續的氮自由基處理操作期間對基板的邊緣的有效處理。氮自由基處理操作是在CVD沉積之後進行的，而且是在同一個製程腔室中進行的。阻止對基板邊緣的有效處理會導致接縫抑制的鎢膜從中心到邊緣的不均勻性，因為基板邊緣附近的孵育（incubation）延遲很弱。
如本文所論述的，已經發現，與沉積操作相比，在自由基處理操作期間改變遮蔽環相對於基板的頂表面的相對位置會改進基板在邊緣附近的處理的均勻性。因此，本文描述了用於改變遮蔽環與基板的頂表面之間的距離的不同裝置和方法。在本文所述的實施例中，遮蔽環也可以被描述為非接觸遮蔽環。
圖1A示意性地說明處理系統100a的實施例，處理系統100a可以用來進行本文所述的自下而上的鎢填隙基板處理方法。這裡，處理系統100a被配置為在單個處理腔室102內（即在不在複數個處理腔室之間傳輸基板的情況下）提供成核製程、抑制處理製程、選擇性填隙製程和覆蓋層沉積製程中的每一者所需的不同處理條件。
處理系統100a包括處理腔室102、與處理腔室102流體耦接的氣體輸送系統104和系統控制器108。處理腔室102包括腔室蓋組件110、一個或多個側壁112和腔室基部114，它們共同界定了處理容積115。處理容積115與排氣裝置117（例如一個或多個真空泵）流體耦接，排氣裝置117用來將處理容積115維持在亞大氣條件並從其中抽空處理氣體和處理副產物。
腔室蓋組件110包括蓋板116和淋噴頭118，淋噴頭118與蓋板116耦接以與之界定氣體分佈容積119。這裡，蓋板116使用與之熱耦接的一個或多個加熱器129來維持在期望的溫度。淋噴頭118面向設置在處理容積115中的基板支撐組件120。如下面所論述的，基板支撐組件120被配置為在升高的基板處理位置（如所示）與降低的基板傳輸位置（未示出）之間移動基板支撐件122，並因此移動設置在基板支撐件122上的基板130。當基板支撐組件120處於升高的基板處理位置時，淋噴頭118和基板支撐件122界定處理區域121。
這裡，氣體輸送系統104藉由氣體入口123與處理腔室102流體耦接，氣體入口123通過蓋板116設置。藉由使用氣體輸送系統104來輸送的處理或清潔氣體通過氣體入口123流動到氣體分佈容積119中，並通過淋噴頭118中的複數個開口分佈到處理區域121中。在一些實施例中，腔室蓋組件110進一步包括設置在氣體入口123與淋噴頭118之間的穿孔阻隔板125。在那些實施例中，流動到氣體分佈容積119中的氣體首先被阻隔板125擴散，以與淋噴頭118一起為流動到處理區域121中的氣體提供更均勻或期望的分佈。
這裡，處理氣體和處理副產物藉由環繞處理區域121的環形通道126從處理區域121徑向向外抽空。環形通道126可以形成在設置在該一個或多個側壁112徑向內側的第一環形襯墊127中（如所示），或者可以形成在該一個或多個側壁112中。在一些實施例中，處理腔室102包括一個或多個第二襯墊128，該一個或多個第二襯墊128用來保護該一個或多個側壁112或腔室基部114的內表面免受腐蝕性氣體和/或不希望的材料沉積的影響。
在一些實施例中，與處理容積115流體連通的淨化氣體源137用來例如藉由腔室基部114中環繞基板支撐件122的支撐軸桿162的開口，使化學惰性淨化氣體（例如氬（Ar））流動到設置在基板支撐件122下方的區域中。淨化氣體可以用來在基板處理期間在基板支撐件122下方產生正壓區域（當與處理區域121中的壓力相比時）。一般而言，藉由腔室基部114引入的淨化氣體會從其向上流動並圍繞基板支撐件122的邊緣流動，以藉由環形通道126從處理容積115抽空。淨化氣體藉由減少和/或防止材料前驅物氣體流動到基板支撐件122中來減少基板支撐件122下方的表面上不理想的材料沉積。
這裡，基板支撐組件120包括可動支撐軸桿162和基板支撐件122，可動支撐軸桿162密封地通過腔室基部114延伸，例如在腔室基部114下方的區域中被波紋管165環繞，基板支撐件122設置在可動支撐軸桿162上。為了便於基板傳輸到基板支撐件122和從基板支撐件122傳輸，基板支撐組件120包括升降銷組件166，升降銷組件166包括與升降環168耦接或設置為與升降環168接合的複數個基板升降銷167。該複數個基板升降銷167可動地設置在通過基板支撐件122形成的開口中。
當基板支撐件122設置在降低的基板傳輸位置（未示出）時，該複數個基板升降銷167延伸於基板支撐件122的基板接收表面上方，以從其提升基板130並使基板搬運器（未示出）能夠接近基板130的背側（非活性）表面。當基板支撐件122處於升高位置或處理位置（如所示）時，該複數個基板升降銷167退縮到基板支撐件122的基板接收表面下方以允許基板130擱置在上面。
該複數個基板升降銷167由升降銷致動器170升高和降低。升降銷致動器170可以是馬達或其他致動器，例如步進馬達、伺服馬達或直接驅動馬達。在一些實施例中，升降銷致動器170與系統控制器（例如系統控制器108）電性耦接。升降銷致動器170可以經由一個或多個銷升降軸桿173與升降銷組件耦接。銷升降軸桿173可以與升降環168耦接。在本文所述的實施例中，升降環168可以是板或盤，它由該一個或多個銷升降軸桿173所支撐並被配置為至少支撐升降銷組件166。
這裡，基板130藉由門171（例如設置在該一個或多個側壁112中的一者中的縫閥）傳輸到基板支撐件122並從基板支撐件122傳輸。這裡，環繞門171的區域中的一個或多個開口（例如門殼體中的開口）與淨化氣體源137（例如Ar氣體源）流體耦接。淨化氣體用來防止處理氣體和清潔氣體接觸和/或劣化環繞門的密封件，因此延長其使用壽命。
這裡，基板支撐件122被配置為用於真空卡緊，其中基板130藉由向基板130與基板接收表面之間的界面施加真空來固定到基板支撐件122。真空是藉由使用與形成在基板支撐件122的基板接收表面中的一個或多個通道或端口流體耦接的真空源172來施加的。在其他的實施例（例如其中處理腔室102被配置為用於直接電漿處理）中，基板支撐件122可以被配置為用於靜電卡緊。在一些實施例中，基板支撐件122包括一個或多個電極（未示出），該一個或多個電極與向其供應偏壓電壓的偏壓電壓電源（未示出）（例如連續波（CW）RF電源或脈衝RF電源）耦接。
如所示，基板支撐組件120的特徵是雙區溫度控制系統，它用來在基板支撐件122的不同區域內提供獨立的溫度控制。基板支撐件122的不同溫控區域與設置在其上的基板130的不同區域對應。這裡，溫度控制系統包括第一加熱器163和第二加熱器164。第一加熱器163設置在基板支撐件122的中心區域中，並且第二加熱器164設置在中心區域的徑向外側以環繞第一加熱器163。在其他的實施例中，基板支撐件122可以具有單個加熱器或多於兩個加熱器。
基板支撐組件120進一步包括環形遮蔽環135，它用來防止基板130的周向斜面邊緣上不希望的材料沉積。在基板傳輸到基板支撐件122和從基板支撐件122傳輸的期間（即當基板支撐組件120設置在降低位置（未示出）時），遮蔽環135擱置在處理容積115內的環形凸耳上。當基板支撐組件120設置在升高位置或處理位置時，基板支撐件122的徑向外側的表面與環形遮蔽環135接合，使得遮蔽環135環繞設置在基板支撐件122上的基板130。這裡，遮蔽環135的形狀被調整為使得當基板支撐組件120處於升高的基板處理位置時，遮蔽環135的面向徑向內部的部分設置在基板130的斜面邊緣上方。
在一些實施例中，基板支撐組件120進一步包括設置在基板支撐件122上以環繞基板130的環形淨化環136。在那些實施例中，當基板支撐組件120處於升高的基板處理位置時，遮蔽環135可以設置在淨化環136上。一般而言，淨化環136的特徵是複數個面向徑向內部的開口，這些開口與淨化氣體源137流體連通。在基板處理期間，淨化氣體流動到由遮蔽環135、淨化環136、基板支撐件122和基板130的斜面邊緣所界定的環形區域中，以防止處理氣體進入環形區域和導致基板130的斜面邊緣上不希望的材料沉積。
在一些實施例中，處理腔室102被配置為用於直接電漿處理。在那些實施例中，淋噴頭118可以與第一電源131（例如RF電源）電性耦接，第一電源131供應電源以藉由與之電容耦合來點燃和維持流動到處理區域121中的處理氣體的電漿。在一些實施例中，處理腔室102包括感應電漿產生器（未示出），並且電漿藉由使RF電源與處理氣體感應耦合來形成。
這裡，處理系統100a可以被配置為在不從處理腔室102移除基板130的情況下，進行無空隙和無縫的鎢填隙製程方案的鎢成核、抑制處理和批量（bulk）鎢沉積製程中的每一者。用來進行填隙製程方案的各個製程和用來從處理腔室的內表面清除殘餘物的氣體使用與處理腔室102流體耦接的氣體輸送系統104來輸送到處理腔室102。
一般而言，氣體輸送系統104包括一個或多個遠端電漿源（這裡是第一自由基產生器106A和第二自由基產生器106B）、沉積氣體源140和將自由基產生器106A-B和沉積氣體源140與蓋組件110流體耦接的導管系統194。氣體輸送系統104進一步包括複數個隔離閥，這裡是第一閥門190A和第二閥門190B，它們分別設置在自由基產生器106A-B與蓋板116之間，可以用來將自由基產生器106A-B中的每一者與處理腔室102和彼此流體隔離。
自由基產生器106A-B中的每一者與相應的電源193A-B耦接。電源193A-B用來點燃和維持從與自由基產生器106A-B耦接的對應第一氣體源187A或第二氣體源187B輸送到自由基產生器106A-B內的電漿腔室容積的氣體的電漿。在一些實施例中，第一自由基產生器106A產生用於差異化抑制製程中的自由基。例如，第一自由基產生器106A可以用來從不含鹵素的氣體混合物點燃和維持處理電漿，該不含鹵素的氣體混合物從第一氣體源187A輸送到第一電漿腔室容積。第二自由基產生器106B可以用來藉由從含鹵素的氣體混合物點燃和維持清潔電漿，來產生腔室清潔過程中所使用的清潔自由基，該含鹵素的氣體混合物從第二氣體源187B輸送到第二電漿腔室容積。
在一些實施例中，第一自由基產生器106A也與第二氣體源187B流體耦接，第二氣體源187B向第一電漿腔室容積輸送含鹵素的調節氣體以用於電漿源調節過程中。在那些實施例中，氣體輸送系統104可以進一步包括複數個分流閥191，該複數個分流閥191可操作以將含鹵素的氣體混合物從第二氣體源187B引導到自由基產生器106A的第一電漿腔室容積。
可以用於自由基產生器106A-B中的一者或兩者的合適遠端電漿源包括射頻（RF）或極高射頻（VHRF）電容耦合電漿（CCP）源、感應耦合電漿（ICP）源、微波誘導（MW）電漿源、電子回旋加速共振（ECR）腔室或高密度電漿（HDP）腔室。
處理系統100a的操作是由系統控制器108推動的。系統控制器108包括可程式化中央處理單元（這裡是CPU 195），它可以與記憶體196（例如非易失性記憶體）和支援電路197一起操作。CPU 195是工業環境中所使用的任何形式的通用電腦處理器中的一者，例如可程式化邏輯控制器（PLC），用於控制各種腔室部件和子處理器。與CPU 195耦接的記憶體196促進處理腔室的操作。支援電路197常規上與CPU 195耦接，並且包括快取記憶體、時脈電路、輸入/輸出子系統、電源等等，和上述項目的組合，它們與處理系統100的各種部件耦接，以促進用其控制基板處理操作。
這裡，記憶體196中的指令是呈程式產品的形式，例如實施本揭示內容的方法的程式。在一個示例中，可以將本揭示內容實施為儲存在電腦可讀取儲存媒體上以供與電腦系統一起使用的程式產品。程式產品的程式界定了實施例的功能（包括本文所述的方法）。因此，在攜帶引導本文所述的方法的功能的電腦可讀取指令時，此類電腦可讀取儲存媒體是本揭示內容的實施例。
有利的是，上述的處理系統100可以用來進行成核、抑制、填隙沉積和覆蓋層沉積製程中的每一者，因此提供單腔室無縫鎢填隙解決方案。
圖1B示意性地說明處理系統100b的另一個實施例，處理系統100b可以用來進行本文所述的自下而上的鎢填隙基板處理方法。這裡，處理系統100b與處理系統100a類似，但進一步包括設置在第一環形襯墊127的一部分上方的遮蔽環間隔件150。遮蔽環間隔件150位於環形通道126的徑向內側。遮蔽環間隔件150被配置為將遮蔽環135與基板130的頂表面分離。將遮蔽環間隔件150與基板130的頂表面分離允許在差異化抑制製程/自由基處理操作期間產生的自由基與中心部分相比更均勻地處理基板的斜切邊緣附近的基板表面。關於圖2A-2B進一步描述了遮蔽環間隔件150。
在一些實施例中，基板（例如基板130）在圖1A的第一處理系統100a與圖1B的第二處理系統100b之間傳輸。第一處理系統100a在化學氣相沉積（CVD）鎢（W）膜的沉積期間被利用。第一處理系統100a的益處在於，遮蔽環135設置在基板130的頂表面附近，因此在接縫抑制的鎢膜製程期間防止了基板的斜切邊緣附近的沉積。然而，事實證明，遮蔽環與基板的頂表面緊鄰會妨礙在後續的氮自由基處理操作（例如活動805、853（圖8A-8D）的差異化抑制製程）期間對基板的邊緣的有效處理。因此，在進行氮自由基處理操作之前將基板130移動到第二處理系統（例如圖1B的第二處理系統100b）。
圖2A說明圖1B的處理系統100b的一部分的示意特寫橫截面圖，其中包括遮蔽環間隔件150。遮蔽環間隔件150設置在第一環形襯墊127的凸耳252的頂部上。頂部間隔件表面256與遮蔽環135的底部遮蔽環表面254接觸，以將遮蔽環135保持在基板130的邊緣上方的升高位置。在本文所述的實施例中，遮蔽環間隔件150分離基板130和遮蔽環135以能夠改進對基板130的頂表面的自由基處理。然而，在成核製程和差異化抑制製程兩者期間，淋噴頭118的底表面與基板130的頂表面之間的距離保持相同。
在一些實施例中，淋噴頭118的底表面與基板130的頂表面之間的距離D小於約25 mm，例如小於約20 mm，例如小於約15 mm，例如約5 mm至約15 mm。遮蔽環135的頂表面與淋噴頭118的底表面分離達第一高度H1。第一高度H1為約1.5 mm至約4 mm，例如約2 mm至約3 mm，例如約2.5 mm至約2.75 mm，例如約2.54 mm。底部遮蔽環表面254相對於基板130的頂表面設置在第二高度H2。第二高度H2小於約12 mm，例如約2 mm至約11 mm，例如約2 mm至約10 mm。第二高度H2控制基板130的邊緣附近的沉積和處理操作。當遮蔽環135設置在基板130上方的第二高度H2時，可以進行本文所述的處理操作，以更均勻地處理基板130的邊緣。遮蔽環間隔件150具有高度H3。遮蔽環間隔件150的高度H3可以取決於第一環形襯墊127和處理腔室102的結構而變化。在一些實施例中，高度H3為約9 mm至約15 mm，例如約10 mm至約14 mm，例如約11 mm至約13 mm，例如約12 mm至約13 mm，例如約12.7 mm。
對於不具有遮蔽環間隔件150的第一處理系統100a而言，遮蔽環135與基板130之間的垂直間隔（與圖2A的H2類似）小於約2 mm，例如小於約1.5 mm，例如小於約1 mm。遮蔽環間隔件150設置在與排氣裝置117流體耦接的更多個排氣通道210中的一者的徑向內側。該一個或多個排氣通道210圍繞處理區域121的周邊設置。環形通道126可以設置在該一個或多個排氣通道210與遮蔽環間隔件150之間。在一些實施例中，有複數個遮蔽環間隔件150圍繞第一環形襯墊127的周邊設置。遮蔽環間隔件150的內表面212設置在環形淨化環136和基板支撐組件120的徑向外側。
圖2B說明依據本揭示內容的實施例，圖1B的處理系統的一部分的局部俯視圖。圖2B說明遮蔽環間隔件150，為了明確起見，遮蔽環間隔件150不具有設置在其上的遮蔽環135。如圖2B所示，遮蔽環間隔件150是沿著第一環形襯墊127的凸耳252的一部分設置的謹慎間隔件。在本文所述的實施例中，可以有複數個遮蔽環間隔件150徑向地圍繞凸耳252的周邊設置，例如沿著凸耳252均勻隔開三個或更多個遮蔽環間隔件150。頂部間隔件表面256沿著遮蔽環間隔件150的頂部的一部分設置，並且可以是形成在遮蔽環間隔件150中的凹槽。遮蔽環間隔件150的高度H3可以取決於第一環形襯墊127和處理腔室102的結構而變化。在一些實施例中，高度H3為約9 mm至約15 mm，例如約10 mm至約14 mm。
圖3示意性地說明可以用來處理基板130的處理系統100c的另一個實施例。圖3的處理系統100c與圖1B的處理系統100a、100b類似，但是處理系統100c包括遮蔽環升降機組件300，而不是遮蔽環間隔件150。遮蔽環升降機組件300與升降銷組件166整合在一起，使得升降環168可以可拆卸地與該複數個基板升降銷167以及複數個遮蔽環升降銷302兩者耦接。遮蔽環升降機組件300被配置為在處理操作之間或在處理操作期間升高和降低遮蔽環135。如本文所述，遮蔽環135和基板升降銷167兩者可以同時或單獨升高或降低。
圖4A-4C說明在升降銷組件166設置在不同部分處時，圖3的處理系統100c的一部分的示意特寫橫截面圖。如圖4A-4C所示，遮蔽環升降機組件300包括升降環168、升降銷組件166、遮蔽環升降銷302、遮蔽環升降板312、從遮蔽環升降板312延伸的一個或多個遮蔽環升降臂304，和藉由遮蔽環升降板312延伸的複數個升降銷殼體306。該複數個升降銷殼體306是藉由遮蔽環升降板312的開口，並且包括從遮蔽環升降板312向下延伸的側壁以為基板升降銷167提供引導。
升降銷殼體306中的每一者的底表面與升降環168的頂部耦接並設置在升降環168的頂部上。在一些實施例中，升降銷殼體306藉由升降環168設置，並且形成通過升降環168的開口。在一些實施例中，升降銷殼體306既部分地設置在升降環168的上方，又部分地設置在升降環168的下方，使得升降銷殼體306是藉由升降環168設置的軸桿。升降銷殼體306可以機械地與遮蔽環升降臂304中的每一者耦接。遮蔽環升降臂304從遮蔽環升降板312向外延伸，並且將遮蔽環升降銷302耦接到遮蔽環升降板312和升降銷殼體306，隨後當升降環168向上和向下運動時使遮蔽環升降銷302能夠運動。
升降環168可以與一個或多個銷升降軸桿173和升降銷致動器170耦接以使升降環168能夠垂直運動。然後，升降環168可以將運動傳給升降銷組件166或遮蔽環升降機組件300中的一者或兩者。升降銷致動器170可以是馬達或氣動致動器。控制器108（圖3）可以控制升降銷致動器170來放置升降環168、基板升降銷167、遮蔽環升降銷302和升降銷殼體306，如關於圖4A-4C所描述。在一些實施例中，遮蔽環升降板312與升降環168耦接並設置在升降環168上，並且升降銷殼體306中的每一者的底表面不與升降環168接觸。
升降銷組件166包括與每個升降銷167耦接的升降銷基部310。升降銷167被配置為藉由基板支撐件122的一部分延伸，以與基板130的背側接觸。升降銷167被配置為擱置在設置在基板支撐件122內的狹槽中。升降銷167的底部遠端與升降銷基部310耦接。升降銷基部310可以是圓柱形基部，並被配置為具有與升降銷殼體306中的每一者的空心內表面308實質類似的直徑。升降銷殼體306中的每一者具有空心的內表面308，以使升降銷基部310能夠在其中移動。在一些實施例中，升降銷殼體306環繞升降銷基部310的整個周邊。在其他的實施例中，升降銷殼體306部分地環繞升降銷基部310的周邊。
如圖4A所示，基板支撐件122、遮蔽環升降機組件300和升降銷組件166處於基板傳輸位置，使得基板130從基板支撐件122提升起來，並且遮蔽環135處於傳輸位置。基板傳輸位置使基板130能夠使用傳輸機器手（未示出）傳輸到處理系統100c中和從處理系統100c傳輸出來。基板130與通過處理腔室102的側面設置的開口314齊平。如關於圖1A、1B和3所描述，開口314可以包括設置在其中的縫閥或門。雖然從圖4A中看不出來，但應注意，遮蔽環升降銷302相對於開口314偏移，以允許基板130移動到處理腔室102中和從處理腔室102移動出來。
在處於基板傳輸位置時，升降環168與升降銷基部310以及升降銷殼體306接觸。升降環168是與該一個或多個升降銷軸桿173連接的環，並且用作用於提升基板以及遮蔽環135的基部。在處於基板傳輸位置時，淋噴頭118的底表面與基板支撐件122的頂表面之間的第一距離D 1為約40 mm至約80 mm，例如約50 mm至約70 mm，例如約55 mm至約65 mm。在處於傳輸位置時，遮蔽環135和遮蔽環升降銷302可以位於基板支撐件122和基板130上方的各種位置。如本文所述，遮蔽環135的高度至少部分地取決於在將基板130傳輸到處理區域121中和從處理區域121傳輸出來的期間基板升降銷167的位置。
在處於基板傳輸位置時，遮蔽環升降銷302與遮蔽環135的底表面接觸。遮蔽環升降銷302中的每一者設置在基板130的徑向外側，並圍繞基板支撐件122的周邊以鈍角設置，以使基板130能夠在基板傳輸期間在通過其間並進入開口314。
如圖4B所示，遮蔽環升降機組件300和升降銷組件166處於處理位置。在處於處理位置時，升降環168處於遮蔽環135位於基板130上方的位置，而基板升降銷167處於降低位置。基板升降銷167的降低位置是基板升降銷167的頂部與基板支撐表面和基板130平行或設置在基板支撐表面和基板130下方的位置。在處於處理位置時，基板支撐件122設置在升高位置，使得基板支撐件122的基板支撐表面相對於淋噴頭118的底表面設置在第二距離D 2。第二距離D 2小於約25 mm，例如小於約20 mm，例如小於約15 mm，例如為約10 mm至約15 mm。
遮蔽環135的頂表面與淋噴頭118的底表面分離達第一高度H1。第一高度H1小於約11 mm，例如為約1 mm約10 mm。底部遮蔽環表面154相對於淨化環136和基板130中的一者或兩者的頂表面設置在第二高度H2。第二高度H2可以在約1 mm至約11 mm之間變化，例如約1 mm至約10 mm，例如約5 mm至約8 mm。在遮蔽環135升高的處理操作期間（如圖4B所示），第二高度H2為約5 mm至約11 mm，例如約6 mm至約10 mm，例如約6 mm至約8 mm，例如約6.35 mm。
在處於處理位置時，基板升降銷167處於從基板支撐件122自由懸掛的狀態，使得升降銷基部310不與升降環168的頂表面接觸，但是仍然設置在升降銷殼體306的空心內表面308內。可以在升降銷基部310與升降環168之間設置間隙，使得基板升降銷167至少部分地設置在升降銷殼體306內，但是不被升降環168機械地支撐。遮蔽環升降板312和/或升降銷殼體306中的一者或多者在處於處理位置時與升降環168接觸，使得遮蔽環升降板312和遮蔽環升降銷302處於升高位置。在處於升高位置時，遮蔽環升降板312和該一個或多個遮蔽環升降臂304與腔室基部114的下壁316分離。
如圖4C所示，遮蔽環135和基板升降銷167兩者被示為處於沉積位置，使得遮蔽環135被配置為在沉積製程期間保護基板130。遮蔽環135處於比圖4B的處理位置更低的位置，使得升降環168和升降銷殼體306被降低。基板升降銷167與圖4B的處理位置一樣，類似地從基板支撐件122自由懸掛。在遮蔽環135從處理位置降低到沉積位置時，或在遮蔽環135從沉積位置升高到處理位置時，基板升降銷167不移動。
在處於沉積位置時，遮蔽環升降銷302可以仍然與遮蔽環135的底部接觸，或者遮蔽環升降銷302可以與遮蔽環135分離。在處於降低位置時，關於圖4B所描述的第二高度H2被減少到小於約1 mm，例如小於約0.5 mm，例如小於約0.3 mm，例如約0.2 mm至約0.3 mm。在一些實施例中，遮蔽環升降板312和/或遮蔽環升降臂304設置在腔室基部114的下壁316的頂部上並與之接觸。與腔室基部114的下壁316接觸可以導致遮蔽環升降板312從升降環168脫離。
遮蔽環升降板312、升降環168和升降銷基部310中的每一者的放置可以相對於基板升降銷167和遮蔽環升降銷302中的每一者的長度以及在基板130上的處理和沉積期間期望的第二距離D 2來調整。
圖5A-5B說明在經歷第一製程和第二製程之後，跨基板的直徑的線掃描測量的曲線圖。線掃描測量在與圖8A-8D和9A-9C中所描述的那些操作類似的成核操作、處理操作和批量沉積之後測量鎢（W）膜厚度。圖5A說明在經歷使用第一製程配方的第一製程之後跨基板的直線的線掃描測量。圖5B說明在經歷使用第二製程配方的第二製程之後跨基板的直徑的線掃描測量。第一製程和第二製程包括：成核操作，在基板上產生成核層；處理操作，用來在基板上的溝槽內形成梯度；以及批量沉積操作，其中以自下而上的填充製程將材料沉積在溝槽內。本文所示的線掃描測量會測量在批量沉積操作之後的鎢（W）膜厚度。第一製程和第二製程在基板的成核和處理期間使用不同的前驅物濃度和流速。使用第一製程和第二製程中的每一者進行了三個不同的測試。本文所述的自由基處理操作可以包括如圖8A-8D的方法800、825、850和875中所描述的差異化抑制製程。第一測試是在自由基處理操作期間不使用遮蔽環135來進行的（無NCSR）。第二測試是在自由基處理操作期間使用設置在基板130附近（例如圖1A或圖4C的位置）的遮蔽環135來進行的（有NCSR）。第三測試是在自由基處理操作期間使用間隔件（例如遮蔽環間隔件150或遮蔽環升降銷302）以將遮蔽環135與基板130分離達約250密耳來進行的（250密耳NCSR間隔件）。
如所示，在第一製程和第二製程兩者中，當不使用遮蔽環135或與遮蔽環間隔件150（或遮蔽環升降銷302）一起使用遮蔽環135時的鎢（W）膜厚度在基板的邊緣附近比當遮蔽環135在自由基處理操作期間設置在基板130附近時更均勻。
圖6A-6B分別說明針對基板的外部10 mm，圖5A和5B的線掃描測量的曲線圖。從圖6A-6B中可以看出，在不用遮蔽環或用與基板隔開的遮蔽環進行的測試中，基板的邊緣附近的氮濃度更均勻。這在第一製程中特別普遍（圖6A），其中在基板附近使用遮蔽環的製程（有NCSR）顯示氮濃度在基板的邊緣附近急劇增加。
圖7A-7C說明在氮處理操作期間，在交替遮蔽環的位置或完全移除遮蔽環時，氮在膜中飽和之後，跨基板的膜厚度減少的曲線圖。圖7A說明當使用遮蔽環間隔件（例如遮蔽環間隔件150）或遮蔽環升降銷302時，基板上的不同位置處的膜厚度減少。因此，與沒有遮蔽環間隔件或遮蔽環升降銷的情況相比，遮蔽環與基板的間隔更遠。在進行每個測試之後，測量四個不同區域內的基板的膜厚度減少。這四個區域是中心區域（基板的中心區域）、區1（中心區域的徑向外側的環形區域）、區2（區域1的徑向外側的環形區域）和邊緣（區2的徑向外側的環形區域）。膜厚度減少是在運行膜處理操作之後決定的，這些膜處理操作使用了不同的製程配方，例如第一配方（R1）、第二配方（R2）、第三配方（R3）、第四配方（R4）和第五配方（R5）。如圖7A所示，在所有R1、R2、R3、R4和R5中，基板的邊緣附近的膜厚度減少明顯小於中心、區1或區2中的濃度。
圖7B類似地說明當使用不同製程配方時，基板上的不同位置處的膜厚度減少，但在膜的氮處理期間不利用遮蔽環。利用了與圖7A類似的製程配方和區分佈，唯一的差異是從基板的邊緣周圍移除了遮蔽環。如圖7B所示，移除遮蔽環會減少膜厚度減少在邊緣與中心、區1和區2中的每一者之間的差異。無論利用何種製程配方（R1、R2、R3、R4和R5），都能看到這一結果。
圖7C說明當在基板附近利用遮蔽環時的膜厚度減少。圖7C所示的結果可以用作基線以比較基板的不同部分處的膜厚度減少之間的差異。與圖7A和7B相同的幾個製程配方（R1、R3和R5）被利用，並添加了第六配方（R6）。如圖7C所示，與利用間隔件或完全移除遮蔽環相比，當在基板附近利用遮蔽環並且沒有間隔件時，通過不同區域（中心、區1、區2、邊緣）的膜厚度減少較不均勻。
圖7A-7C中的每一者包括沿著膜厚度減少軸線的類似縮放。如所示，與基板的內區域（中心區域、區1和區2）附近的膜厚度減少相比，在沒有遮蔽環和有遮蔽環間隔件的情況下進行的測試在基板的邊緣附近具有更均勻的膜厚度減少。
圖8A是依據實施例，說明處理基板的方法800的圖，方法800可以使用處理系統100c來進行。圖9A-9C是基板900的一部分的示意截面圖，說明方法800在無空隙和無縫的鎢填隙製程的不同階段的各個態樣。
在活動801處，方法800包括以下步驟：將基板接收到處理腔室102的處理容積115中。基板可以藉由一個或多個傳輸設備或機器手（未示出）移動到處理容積115中。在活動802處，方法800包括以下步驟：相對於基板的頂表面降低遮蔽環和複數個基板升降銷。遮蔽環和該複數個基板升降銷從傳輸位置（與圖4A的傳輸位置類似）降低到沉積位置（與圖4C的沉積位置類似）。在處於沉積位置時，遮蔽環與基板900的頂表面相鄰，使得遮蔽環的底表面相對於基板900的頂表面位於第一間隔。相對於基板900的頂表面，第一間隔小於約1 mm，例如小於約0.5 mm，例如小於約0.3 mm，例如約0.2 mm至約0.3 mm。第一間隔也可以稱為沉積間隔。遮蔽環可以協助控制活動803中所形成的成核層904。
相對於基板的頂表面降低遮蔽環和該複數個基板升降銷可以包括以下步驟：移動基板支撐組件（例如基板支撐組件120），基板被設置在其上。在一些實施例中，基板支撐組件朝向淋噴頭向上垂直移動，而遮蔽環和該複數個基板支撐組件保持在原位。在一些實施例中，遮蔽環和該複數個基板升降銷在活動802期間整體上以垂直向上的方向移動，但相對於基板900的頂表面和基板支撐組件120以垂直向下的方向移動。
在活動803處，方法800包括以下步驟：使用成核製程在基板上形成成核層904。圖9A示意性地說明了具有形成在其上的成核層904的示例性基板900的一部分。
這裡，基板900的特徵是包括介電材料層902的圖案化表面901，介電材料層902具有形成在其中的複數個開口905（示出一個）。在一些實施例中，該複數個開口905包括高縱橫比的導孔或溝槽開口中的一者或組合，其寬度為約1 µm或更小，例如約800 nm或更小，或約500 nm或更小，並且其深度為約2 µm或更大，例如約3 µm或更大，或約4 µm或更大。在一些實施例中，各個開口905的縱橫比（深度與寬度的比率）可以為約5:1或更大，例如約10:1或更大，15:1或更大，或介於約10:1與約40:1之間，例如介於約15:1與約40:1之間。如所示，圖案化表面901包括沉積於介電材料層902上的阻障層或黏著層903（例如氮化鈦（TiN）層），以保形地填塞開口905並促進隨後沉積鎢成核層904。在一些實施例中，黏著層903被沉積到約2埃（Å）與約100 Å之間的厚度。
在一些實施例中，方法800包括以下步驟：在將基板接收到處理腔室102中之前，使用多腔室處理系統的第二處理腔室來沉積黏著層903。在一些實施例中，方法800包括以下步驟：在相同的處理腔室102中依序沉積黏著層903和成核層904。在一些實施例中，黏著層903起到成核層的作用，使得能夠在其上進行後續的批量鎢沉積。在黏著層903起到成核層的作用的實施例中，方法800可以不包括活動803。
在一些實施例中，成核層904是使用原子層沉積（ALD）製程來沉積的。一般而言，ALD製程包括以下步驟：重複交替地將基板900暴露於含鎢前驅物、將基板900暴露於還原劑和在交替的暴露之間淨化處理區域121的循環。合適的含鎢前驅物的示例包含鹵化鎢，例如六氟化鎢（WF 6）、六氯化鎢（WCl 6），或上述項目的組合。合適的還原劑的示例包括氫氣(H 2)、硼烷（例如B 2H 6）和矽烷（例如SiH 4、Si 2H 6，或上述項目的組合）。在一些實施例中，含鎢前驅物包括WF 6，並且還原劑包括B 2H 6、SiH 4，或上述項目的組合。在一些實施例中，含鎢前驅物包括有機金屬前驅物和/或無氟前驅物，例如MDNOW（甲基環戊二烯-二羰基亞硝基鎢（methylcyclopentadienyl-dicarbonyInitrosyl-tungsten））、EDNOW（乙基環戊二烯-二羰基亞硝基鎢（ethylcyclopentadienyl-dicarbonyInitrosyl-tungsten））、六羰基鎢（W(CO)6），或上述項目的組合。
在成核製程期間，一般將處理容積115維持在小於約120托的壓力下，例如在約900毫托與約120托之間，在約1托與約100托之間，或例如在約1托與約50托之間。將基板900暴露於含鎢前驅物包括以下步驟：使含鎢前驅物從沉積氣體源140流動到處理區域121中，其流速大於約10 sccm，例如在約10 sccm與約1000 sccm之間，例如在約10 sccm與約750 sccm之間，或在約10 sccm與約500 sccm之間。將基板900暴露於還原劑包括以下步驟：使還原劑從沉積氣體源140流動到處理區域121中，其流速在約10 sccm與約1000 sccm之間，例如在約10 sccm與約750 sccm之間。應注意，本文所述的各種沉積和處理製程的流速是針對配置為處理300 mm直徑的基板的處理系統100c。適當的縮放可以用於配置為處理不同尺寸的基板的處理系統。
這裡，含鎢前驅物和還原劑各自流動到處理區域121中，其持續時間在約0.1秒與約10秒之間，如在約0.5秒與約5秒之間。在交替的暴露之間，可以藉由使惰性淨化氣體（例如氬氣（Ar））流動到處理區域121中達約0.1秒與約10秒之間（例如約0.5秒與約5秒之間）的持續時間來淨化處理區域121。淨化氣體可以從沉積氣體源140或從旁路氣體源138輸送。一般而言，成核製程的重複循環持續到成核層904具有約10 Å與約200 Å之間的厚度為止，例如約10 Å與約150 Å之間，或約20 Å與約150 Å之間。在活動803期間，基板900附近的遮蔽環的存在減少了基板900的斜切邊緣附近的沉積速率。
在活動804處，方法800包括以下步驟：將遮蔽環從沉積位置（與圖4C的沉積位置類似）升高到處理位置（與圖4B的處理位置類似）。處理位置包括相對於基板900，讓基板升降銷處於降低位置而遮蔽環處於升高位置。遮蔽環的位置可以依需要調整高低。遮蔽環在活動805之前被升高。升高遮蔽環包括以下步驟：以垂直向上的方向和使用遮蔽環升降銷致動升降環，以升高遮蔽環。在遮蔽環在沉積位置與處理位置之間被致動時，基板升降銷可以保持在原位。因此，在處理操作期間，基板保持在基板支撐件122的頂部上並與之接觸。在升高遮蔽環的期間，基板支撐件保持靜止，以使遮蔽環與基板支撐件的頂表面之間的整體距離能夠增加。在本文所述的實施例中，遮蔽環的底部與基板的頂表面之間的距離是約0.5 mm至約11 mm的第二高度H2，例如約1 mm至約11 mm，例如約5 mm至約10 mm，例如約6 mm至約6.5 mm，例如約6.35 mm。在一些實施例中，第二高度H2被界定為處理間隔。升高遮蔽環已被證明可以改進在活動805期間進行的處理的均勻性。在本文所述的實施例中，遮蔽環被升高約9 mm至約15 mm，例如約10 mm至約14 mm，例如約11 mm至約13 mm。
在活動805處，方法800包括以下步驟：處理成核層904，以抑制鎢在基板900的場表面上的沉積，並藉由使用差異化抑制製程來在該複數個開口905中形成差異化抑制輪廓。一般而言，形成差異化抑制輪廓包括以下步驟：將成核層904暴露於處理氣體的活化物種，例如圖9B所示的處理自由基906。可以用於抑制製程的合適處理氣體包括N 2、H 2、NH 3、NH 4、O 2、CH 4，或上述項目的組合。在一些實施例中，處理氣體包括氮（例如N 2、H 2、NH 3、NH 4，或上述項目的組合），並且活化物種包括氮自由基，例如原子氮。在一些實施例中，處理氣體與惰性載氣（例如Ar、He，或上述項目的組合）相組合，以形成處理氣體混合物。
在不希望被理論束縛的情況下，據信，活化氮物種（處理自由基906）藉由吸附活化氮物種和/或藉由與成核層904的金屬鎢反應以形成氮化鎢（WN）表面，而併入成核層904的一部分。鎢成核層904的吸附的氮和/或氮化表面理想地延遲（抑制）了進一步的鎢成核，因此延遲（抑制）了其上的後續鎢沉積。
一般而言，處理自由基906到該複數個開口905中的擴散被控制，以在特徵開口905內導致期望的抑制梯度。這裡，處理自由基906的擴散被控制，使得開口905的壁上的鎢生長抑制效果隨著相對於圖案化表面901的場的距離增加而減少（圖9B-9C）。其結果是，鎢成核更容易建立在特徵的底部處或附近的位置，並且一旦建立，開口905內的鎢生長（填隙材料908的沉積）就從成核點（例如從開口905的底部處的無抑制或低抑制的區域）加速以提供自下而上的無縫鎢填隙。從較高抑制的區域到無抑制的區域或較低抑制的區域的抑制梯度的方向由箭頭917所示（圖9C）。處理自由基906到開口905中的擴散一般至少部分地取決於開口905的尺寸和縱橫比，並且可以藉由控制處理自由基906在圖案化表面901處的能量、通量和一些實施例中的方向性等等來調整。
在一些實施例中，將成核層904暴露於處理自由基906包括以下步驟：使用第一自由基產生器106A來形成實質無鹵素的處理氣體混合物的處理電漿，和使處理電漿的流出物流動到處理區域121中。在一些實施例中，處理氣體混合物進入第一自由基產生器106A中的流速，並且因此處理電漿流出物進入處理區域121中的流速，在約1 sccm與約3000 sccm之間，例如在約1 sccm與約2500 sccm之間，在約1 sccm與約2000 sccm之間，在約1 sccm與約1000 sccm之間，在約1 sccm與約500 sccm之間，在約1 sccm與約250 sccm之間，在約1 sccm與約100 sccm之間，或在約1 sccm與約75 sccm之間，例如在約1 sccm與約50 sccm之間。
在一些實施例中，處理氣體混合物中的實質無鹵素的處理氣體的濃度在約0.5體積百分比與約50體積百分比之間，例如在約0.5體積百分比與約40體積百分比之間，在約0.5體積百分比與約30體積百分比之間，約0.5體積百分比與約20體積百分比，或例如在約0.5體積百分比與約10體積百分比之間，例如在約0.5體積百分比與約5體積百分比之間。
在一些實施例（例如其中實質無鹵素的處理氣體包括N 2、NH 3和/或NH 4）中，第一自由基產生器106A可以用來在針對300 mm直徑的基板的抑制處理製程期間活化在約0.02 mg與約150 mg之間的原子氮，例如在約0.02 mg與約150 mg之間，或在約0.02 mg與約100 mg之間，在約0.1 mg與約100 mg之間，在約0.1 mg與約100 mg之間，或在約1 mg與約100 mg之間。在一些實施例中，第一自由基產生器106A可以用來在針對300 mm直徑的基板的抑制處理製程期間活化約0.02 mg或更多的原子氮，例如約0.2 mg或更多，約0.4 mg或更多，約0.6 mg或更多，約0.8 mg或更多，約1 mg或更多，約1.2 mg或更多，約1.4 mg或更多，約1.6 mg或更多，約1.8 mg或更多，約2 mg或更多，約2.2 mg或更多，約2.4 mg或更多，約2.6 mg或更多，約2.8 mg，或約3 mg或更多。適當的縮放可以用於配置為處理不同尺寸的基板的處理系統。
在其他的實施例中，處理自由基906可以使用遠端電漿（未示出）來形成，該遠端電漿在處理容積115的藉由淋噴頭118與處理區域121分離（例如介於淋噴頭118與蓋板116之間）的一部分中被點燃並維持。在那些實施例中，活化的處理氣體可以藉由離子過濾器流動，以在處理自由基906到達處理區域121和基板900的表面之前實質上從其中去除所有離子。在一些實施例中，淋噴頭118可以用作離子過濾器。在其他的實施例中，用來形成處理自由基的電漿是形成在淋噴頭118與基板900之間的處理區域121中的原位電漿。在一些實施例中，例如當使用原位處理電漿時，基板900可以被偏壓，以控制方向性和/或使由處理氣體所形成的離子（例如帶電的處理自由基）朝向基板表面加速。
在活動805的差異化抑制製程之後，遮蔽環135被降低到與圖4C所示的位置類似的沉積位置。在活動806期間，遮蔽環135被降低到沉積位置。遮蔽環135是藉由降低升降環168來降低的。升降銷可以相對於基板支撐件122保持在原位，並從基板支撐件122自由懸掛。在處於沉積位置時，遮蔽環與基板900的頂表面相鄰，使得遮蔽環的底表面相對於基板900的頂表面位於第一間隔。相對於基板900的頂表面，第一間隔小於約1 mm，例如小於約0.5 mm，例如小於約0.3 mm，例如約0.2 mm至約0.3 mm。遮蔽環可以協助在活動807期間控制填隙材料908在基板900的斜面邊緣上的沉積。
在活動807處，方法300包括以下步驟：依據由活動805處的抑制處理所提供的差異化抑制輪廓，選擇性地將鎢填隙材料908（圖9C）沉積到該複數個開口905中。在一個實施例中，鎢填隙材料908是使用低應力化學氣相沉積（CVD）製程來形成的，該製程包括以下步驟：同時使含鎢前驅物氣體和還原劑流動（共同流動）到處理區域121中，並將基板900暴露於該含鎢前驅物氣體和還原劑。用於鎢填隙CVD製程的含鎢前驅物和還原劑可以包括活動803中所描述的含鎢前驅物和還原劑的任何組合。在一些實施例中，含鎢前驅物包括WF 6，並且還原劑包括H 2、B 2H 6、SiH 4，或上述項目的組合。
這裡，含鎢前驅物流動到處理區域121中的速率介於約50 sccm與約1000 sccm之間，或大於約50 sccm，或小於約1000 sccm，或介於約100 sccm與約900 sccm之間。還原劑流動到處理區域121中的速率大於約500 sccm，例如大於約750 sccm，大於約1000 sccm，或介於約500 sccm與約10000 sccm之間，例如介於約1000 sccm與約9000 sccm之間，或介於約1000 sccm與約8000 sccm之間。
在一些實施例中，鎢填隙CVD製程條件被選擇為提供與常規的鎢CVD製程相比具有相對較低的殘餘膜應力的鎢特徵。例如，在一些實施例中，鎢填隙CVD製程包括以下步驟：將基板加熱到約250℃或更高的溫度，例如約300℃或更高，或介於約250℃與約600℃之間，或介於約300℃與約500℃之間。在CVD製程期間，一般將處理區域121維持在小於約500托、小於約600托、小於約500托、小於約400托或介於約1托與約500托之間的壓力下，例如介於約1托與約450托之間，或介於約1托與約400托之間，或例如介於約1托與約300托之間。
在另一個實施例中，鎢填隙材料908在活動807處使用原子層沉積（ALD）製程來沉積。鎢填隙ALD製程包括重複以下循環：交替地將基板900暴露於含鎢前驅物氣體和還原劑，並在交替的暴露之間淨化處理區域121。用於鎢填隙ALD製程的含鎢前驅物和還原劑可以包括活動803中所描述的含鎢前驅物和還原劑的任何組合。在一些實施例中，含鎢前驅物包括WF 6，並且還原劑包括H 2。
這裡，含鎢前驅物和還原劑各自流動到處理區域121中，其持續時間在約0.1秒與約10秒之間，如在約0.5秒與約5秒之間。在交替的暴露之間，一般藉由使惰性淨化氣體（例如氬氣（Ar））流動到處理區域121中達約0.1秒與約10秒之間（例如約0.5秒與約5秒之間）的持續時間來淨化處理區域121。
將基板900暴露於含鎢前驅物可以包括以下步驟：使含鎢前驅物從沉積氣體源140流動到處理區域121中，其流速介於約10 sccm與約1000 sccm之間，例如介於約100 sccm與約1000 sccm之間，介於約200 sccm與約1000 sccm之間，介於約400 sccm與約1000 sccm之間，或介於約500 sccm與約900 sccm之間。將基板900暴露於還原劑可以包括以下步驟：使還原劑從沉積氣體源140流動到處理區域121中，其流速介於約500 sccm與約10000 sccm之間，例如介於約500 sccm與約8000 sccm之間，介於約500 sccm與約5000 sccm之間，或介於約1000 sccm與約4000 sccm之間。
在一些實施例中，鎢填隙ALD製程包括以下步驟：將基板加熱到約250℃或更高的溫度，例如約300℃或更高，或介於約250℃與約600℃之間，或介於約300℃與約500℃之間。在一些實施例中，ALD製程包括以下步驟：將處理區域121維持在小於約150托、小於約100托、小於約50托的壓力下，例如小於約30托，或介於約0.5托與約50托之間，例如介於約1托與約20托之間。
在其他的實施例中，鎢填隙材料908是使用脈衝CVD方法來沉積的，該方法包括重複以下循環：在不淨化處理區域121的情況下，交替地將基板900暴露於含鎢前驅物氣體和還原劑。與上面針對鎢填隙ALD製程所描述那些處理條件相比，鎢填隙脈衝CVD方法的處理條件可以相同、實質相同或在相同的範圍內。
在活動808處，方法800包括以下步驟：相對於基板的頂表面升高遮蔽環和基板升降銷兩者。在活動808期間，遮蔽環和基板升降銷可以升高到傳輸位置，例如圖4A的傳輸位置。基板和基板支撐件也可以在相對於基板支撐件升高遮蔽環和基板升降銷的同時、之前或之後被降低到圖4A的傳輸位置。活動808是在活動807的沉積製程之後進行的。遮蔽環和基板升降銷可以從處理位置（圖4B）或降低位置（圖4C）中的任一者提升到傳輸位置。如本文所述，遮蔽環和基板升降銷被放置為使得升降環（例如升降環168）與基板升降銷中的每一者的基部（例如升降銷基部310）接觸。升降環的致動進一步分離了基板支撐件和遮蔽環，使得遮蔽環與基板支撐件的頂表面分離。基板升降銷被致動為使得基板升降銷中的每一者的頂部設置在基板支撐件的頂表面上方，並且基板900與基板支撐件的頂表面分離。將基板900與基板支撐件分離使基板900能夠隨後藉由形成於遮蔽環與基板支撐件之間的開口從製程腔室的處理區域移除。
在一些實施例中，在活動808期間，基板支撐件被垂直地向下致動，使得基板支撐件的頂表面與製程腔室的側壁內的開口（例如開口314）對準或位於該開口下方。如果基板支撐件被垂直地向下致動，那麼升降銷和遮蔽環可以在不移動的情況下相對於基板的頂表面升高。在一些實施例中，升降銷和遮蔽環被垂直地向下致動並遠離淋噴頭，但基板支撐件以更大的量或更大的整體速度向下移動。因此，即使升降銷和遮蔽環兩者被向下致動，升降銷和遮蔽環也可以被致動而遠離基板支撐件的頂表面。在一些實施例中，在基板支撐件向下移動時，遮蔽環和升降銷可以保持在原位，直到升降銷被放置為其上部設置在基板支撐件的基板支撐表面上方為止。
圖8B是依據實施例，說明處理基板的方法825的圖，方法825可以使用處理系統100c來進行。圖9A-9C是基板900的一部分的示意截面圖，說明方法825在無空隙和無縫的鎢填隙製程的不同階段的各個態樣。方法825與圖8A的方法800類似，但是省略了活動802和活動804，並添加了活動809。活動809取代了活動802。活動809是在基板在活動801期間被接收在處理容積內之後和在進行活動803的成核製程之前進行的。
活動809包括以下步驟：將遮蔽環升高到處理位置，並相對於基板的頂表面降低複數個基板升降銷。該複數個基板升降銷從傳輸位置（與圖4A的傳輸位置類似）降低到處理位置（與圖4B的沉積位置類似）。在處於處理位置時，遮蔽環相對於基板900的頂表面/基板支撐件的頂表面位於第二高度H2，使得遮蔽環的底表面相對於基板900的頂表面/基板支撐件的頂表面位於第一間隔。相對於基板900的頂表面或基板支撐件的頂表面，第二高度小於約小於約12 mm，例如約2 mm至約11 mm，例如約2 mm至約10 mm。
遮蔽環與基板900的頂表面隔開，以能夠改進活動805的差異化抑制操作期間的氮處理。已經證明，由於活動803中所形成的成核層904的厚度很小，無論遮蔽環與基板的頂表面隔開還是設置在基板的頂表面附近，成核層904仍然相對均勻。因此，在一些實施例中，遮蔽環的位置在活動803的成核製程與活動804的差異化抑制製程之間保持恆定。在活動803與活動804之間將遮蔽環保持在恆定的位置可以減少整體製程時間。
相對於基板的頂表面升高遮蔽環和降低該複數個基板升降銷可以包括以下步驟：移動基板支撐組件（例如基板支撐組件120），基板設置在其上。在一些實施例中，基板支撐組件朝向淋噴頭向上垂直移動，而遮蔽環和該複數個基板支撐組件保持在原位。在一些實施例中，遮蔽環和該複數個基板升降銷在活動802期間整體上以垂直向上的方向移動，但相對於基板900的頂表面和基板支撐組件120以垂直向下的方向移動。
圖8C是依據實施例，說明處理基板的方法850的另一個圖，方法850可以使用圖1A-1B的處理系統100a和100b來進行。圖9A-9C也可以用作基板900的一部分的示意截面圖，說明方法850在無空隙和無縫的鎢填隙製程方案的不同階段的各個態樣。
在活動851處，基板900被放置在第一處理系統的第一處理腔室（例如處理腔室102）中。第一處理系統可以是圖1B的處理系統100b。第一處理系統包括設置在處理腔室內的遮蔽環和用來進一步將遮蔽環與基板900分離的間隔件（例如遮蔽環間隔件150）。基板900可以藉由一個或多個傳輸設備（例如機器手）放置在第一處理腔室內。一旦基板900被放置在基板支撐件（例如基板支撐件122）的基板支撐表面上，基板支撐件122就可以被向上致動到處理位置。處理位置與圖1B所示的處理位置類似。遮蔽環使用間隔件與第一環形襯墊127隔開。間隔件進一步提供了基板與遮蔽環的底表面之間的間隙。對於成核製程和差異化抑制製程（處理製程）以及批量沉積製程而言，間隔件使遮蔽環與基板之間的距離能夠增加，同時維持基板與淋噴頭之間的距離不變。在一些實施例中，第二處理腔室不包括遮蔽環間隔件150或遮蔽環135中的任一者。
在活動851之後，在活動852期間在基板900上進行成核製程。活動852與在圖8A的方法800的活動803期間進行的成核製程類似。成核製程是在第一處理腔室中和在處理位置處進行的，使得基板支撐件處於升高位置並且遮蔽環與基板的頂表面隔開。
在活動852之後，在活動853期間在基板900上進行差異化抑制製程。差異化抑制製程是一種處理操作，並且與圖8A的方法800的活動805的差異化抑制製程類似。差異化抑制製程是在第一處理腔室中和在處理位置處進行的，使得基板支撐件處於活動852的升高位置。
在一些實施例中，在活動852的成核製程或活動853的差異化抑制製程期間不存在遮蔽環和間隔件，使得第一處理腔室不包括遮蔽環和間隔件。在這些實施例中，基板900與淋噴頭（例如淋噴頭118）或板堆疊的另一個部分之間的容積不包括任何其他的腔室部件，並且淋噴頭對基板900的每個部分具有線性的視線。
在活動853的差異化抑制製程之後，在活動854期間，基板900被傳輸到第二處理系統的第二處理腔室（例如處理腔室102）。第二處理系統與圖1A的處理系統100a類似。基板900使用傳輸設備（例如機器手）在第一處理腔室與第二處理腔室之間移動。在一些實施例中，基板900在通過第一處理腔室與第二處理腔室之間時可以藉由傳輸腔室移動。第二處理系統不包括間隔件。對於活動852和853的處理製程以及活動855的沉積製程兩者而言，缺少間隔件使遮蔽環與基板之間的距離能夠減小，同時維持基板與淋噴頭之間的距離不變。
在基板900在活動854期間被傳輸到第二處理腔室之後，在活動855期間，在基板上進行沉積製程。沉積製程是批量沉積製程，並且可以與圖8A的沉積製程807類似。活動855的沉積製程是在第二處理腔室中進行的，以減少基板900的斜切邊緣附近的沉積速率。第二處理腔室被配置為使得基板900的頂表面與遮蔽環的底表面之間的距離相對於活動852和853期間的距離在活動855期間減少。
在與活動855的沉積製程分開的腔室中進行活動852和853的處理製程使遮蔽環的間隔能夠在兩個製程之間改變，而無需重新配置處理腔室或製程參數。
圖8D是依據實施例，說明處理基板的方法875的另一個圖，方法875可以使用圖1A-1B的處理系統100a和100b來進行。圖9A-9C也可以用作基板900的一部分的示意截面圖，說明方法875在無空隙和無縫的鎢填隙製程方案的不同階段的各個態樣。
在活動856處，基板900被放置在第一處理系統的第一處理腔室（例如處理腔室102）中。第一處理系統可以是圖1A的處理系統100a。第一處理系統包括設置在處理腔室內的遮蔽環，但不包括用來進一步將遮蔽環與基板900分離的間隔件。基板900可以藉由一個或多個傳輸設備（例如機器手）放置在第一處理腔室內。一旦基板900被放置在基板支撐件（例如基板支撐件122）的基板支撐表面上，基板支撐件122就可以被向上致動到處理位置。處理位置與圖1A所示的處理位置類似。
在活動851之後，在活動852期間在基板900上進行成核製程。活動852與在圖8A的方法800的活動803期間進行的成核製程類似。成核製程是在第一處理腔室中進行的。
在活動852的成核製程之後，在活動857期間，基板900被傳輸到第二處理系統的第二處理腔室（例如處理腔室102）。第二處理系統與圖1B的處理系統100b類似。基板900使用傳輸設備（例如機器手）在第一處理腔室與第二處理腔室之間移動。在一些實施例中，基板900在通過第一處理腔室與第二處理腔室之間時可以藉由傳輸腔室移動。第二處理系統包括間隔件（例如遮蔽環間隔件150），它將遮蔽環與第一環形襯墊127分離。間隔件進一步提供了基板與遮蔽環的底表面之間的間隙。對於成核製程和差異化抑制製程（處理製程）兩者而言，間隔件使遮蔽環與基板之間的距離能夠增加，同時維持基板與淋噴頭之間的距離不變。在一些實施例中，第二處理腔室不包括遮蔽環間隔件150或遮蔽環135中的任一者。
在活動857之後，在活動853期間在基板900上進行差異化抑制製程。差異化抑制製程是一種處理操作，並且與圖8A的方法800的活動805的差異化抑制製程類似。差異化抑制製程是在第二處理腔室中和在處理位置處進行的，使得基板支撐件處於升高位置。
在單獨的腔室中進行活動852的成核製程和活動854的差異化抑制製程使遮蔽環的間隔能夠在兩個製程之間改變，而無需重新配置處理腔室或製程參數。
在一些實施例中，在活動853的差異化抑制製程期間不存在遮蔽環和間隔件，使得第二處理腔室不包括遮蔽環和間隔件。在這些實施例中，基板900與淋噴頭（例如淋噴頭118）或板堆疊的另一個部分之間的容積不包括任何其他的腔室部件，並且淋噴頭對基板900的每個部分具有線性的視線。
在活動853的差異化抑制製程之後，在活動854期間，基板900被傳輸到第三處理系統的第三處理腔室（例如處理腔室102）。第三處理系統與圖1A的處理系統100a類似。基板900使用傳輸設備（例如機器手）在第二處理腔室與第三處理腔室之間移動。在一些實施例中，基板900在通過第二處理腔室與第三處理腔室之間時可以藉由傳輸腔室移動。第三處理系統不包括間隔件。對於活動852和853的處理製程以及活動855的沉積製程兩者而言，缺少間隔件使遮蔽環與基板之間的距離能夠減小，同時維持基板與淋噴頭之間的距離不變。在一些實施例中，第三處理系統與第一處理系統相同，使得僅利用第一處理系統和第二處理系統。當在成核製程和批量沉積製程兩者期間，基板支撐件被配置為相同的溫度時，第三處理系統與第一處理系統相同。在基板支撐件被配置為在成核操作和批量沉積操作期間保持在不同的溫度的實施例中，利用了三個不同的處理系統。
在基板900在活動858期間被傳輸到第三處理腔室之後，在活動855期間，在基板上進行沉積製程。沉積製程是批量沉積製程，並且可以與圖8A的沉積製程807類似。活動855的沉積製程是在第三處理腔室中進行的，以減少基板900的斜切邊緣附近的沉積速率。第三處理腔室被配置為使得基板900的頂表面與遮蔽環的底表面之間的距離相對於活動853期間的距離在活動855期間減少。
本文所述的裝置和方法使基板與遮蔽環之間的距離能夠在不同的製程操作之間改變。如本文所述，在沉積操作期間，基板與遮蔽環之間的距離減少是有益的，但遮蔽環與基板緊鄰會在以後的製程活動期間導致不均勻的處理。處理可以包括成核操作和差異化抑制操作兩者，或僅包括差異化抑制操作。在本文所述的實施例中，遮蔽環與基板的接近度在沉積操作與處理操作之間改變，以在處理/差異化抑制操作期間增加遮蔽環與基板之間的間隔。在處理包括成核操作和差異化抑制操作兩者的製程中，遮蔽環可以在這兩個操作期間處於升高位置。在處理僅包括差異化抑制操作的製程中，遮蔽環可以在成核操作期間處於降低位置，在差異化抑制操作期間處於升高位置，並在沉積操作期間處於降低位置。本文所述的實施例已被證明可以改進處理結果，同時減少基板的斜切邊緣上的膜沉積。
雖然以上內容是針對本揭示內容的實施例，但也可以在不脫離本揭示內容的基本範圍的情況下設計本揭示內容的其他的及另外的實施例，並且本揭示內容的範圍是由隨後的請求項所決定的。
102:處理腔室 104:氣體輸送系統 108:系統控制器 110:腔室蓋組件 112:側壁 114:腔室基部 115:處理容積 116:蓋板 117:排氣裝置 118:淋噴頭 119:氣體分佈容積 120:基板支撐組件 121:處理區域 122:基板支撐件 123:氣體入口 125:阻隔板 126:環形通道 127:第一環形襯墊 128:第二襯墊 129:加熱器 130:基板 131:第一電源 135:遮蔽環 136:環形淨化環 137:淨化氣體源 140:沉積氣體源 150:遮蔽環間隔件 162:支撐軸桿 163:第一加熱器 164:第二加熱器 165:波紋管 166:升降銷組件 167:基板升降銷 168:升降環 170:升降銷致動器 171:門 172:真空源 173:銷升降軸桿 191:分流閥 194:導管系統 195:CPU 196:記憶體 197:支援電路 210:排氣通道 212:內表面 252:凸耳 254:底部遮蔽環表面 256:頂部間隔件表面 300:遮蔽環升降機組件 302:遮蔽環升降銷 304:遮蔽環升降臂 306:升降銷殼體 308:空心內表面 310:升降銷基部 312:遮蔽環升降板 314:開口 316:下壁 800:方法 801:活動 802:活動 803:活動 804:活動 805:活動 806:活動 807:活動 808:活動 809:活動 825:方法 850:方法 851:活動 852:活動 853:活動 854:活動 855:活動 856:活動 857:活動 858:活動 875:方法 900:基板 901:圖案化表面 902:介電材料層 903:黏著層 904:成核層 905:開口 906:處理自由基 908:填隙材料 917:箭頭 100A:處理系統 100B:處理系統 100C:處理系統 106A:第一自由基產生器 106B:第二自由基產生器 187A:第一氣體源 187B:第二氣體源 190A:第一閥門 190B:第二閥門 193A:電源 193B:電源 D:距離 D1:第一距離 D2:第二距離 H1:第一高度 H2:第二高度 H3:高度 R1:第一配方 R2:第二配方 R3:第三配方 R4:第四配方 R5:第五配方 R6:第六配方
為了能夠詳細理解本揭示內容的上述特徵，可以藉由參考實施例獲得上文簡要概述的本揭示內容的更詳細的描述，其中一些實施例在附圖中被說明。然而，要注意，附圖僅說明此揭示內容的示例性實施例，且因此不要將該等附圖視為對本揭示內容的範圍的限制，因為本揭示內容可以接受其他同等有效的實施例。
圖1A-1B示意性地說明依據本揭示內容的實施例，可以用來處理基板的處理系統的實施例。
圖2A說明依據本揭示內容的實施例，圖1B的遮蔽環間隔件的示意特寫橫截面圖。
圖2B說明依據本揭示內容的實施例，圖1B的遮蔽環間隔件的一部分的局部俯視圖。
圖3示意性地說明依據本揭示內容的實施例，可以用來處理基板的處理系統的另一個實施例。
圖4A-4C說明依據本揭示內容的實施例，圖3的遮蔽環升降機組件在不同處理位置的示意特寫橫截面圖。
圖5A-5B說明依據本揭示內容的實施例，在經歷第一製程或第二製程之後，跨基板的直徑的線掃描測量的曲線圖。
圖6A-6B說明依據本揭示內容的實施例，針對基板的外部10 mm，圖5A-5B的線掃描測量的曲線圖。
圖7A-7C說明依據本揭示內容的實施例，在交替遮蔽環的位置時，在基板的不同部分處的膜飽和的曲線圖。
圖8A-8D說明依據本揭示內容的實施例，處理基板的方法。
圖9A-9C是說明圖8A-8D中所闡述的方法的各種態樣的基板的一部分的示意截面圖。
為了便於瞭解，在可能的情況下，使用了相同的附圖標記來表示圖式中共有的相同元素。可以預期，一個實施例的元素和特徵可以有益地併入其他實施例，而無需另外敘述。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
114:腔室基部
118:淋噴頭
121:處理區域
122:基板支撐件
130:基板
135:遮蔽環
136:環形淨化環
166:升降銷組件
167:基板升降銷
168:升降環
300:遮蔽環升降機組件
302:遮蔽環升降銷
304:遮蔽環升降臂
306:升降銷殼體
308:空心內表面
310:升降銷基部
312:遮蔽環升降板
314:開口
316:下壁
D1:第一距離

Claims (20)

  1. 一種用於進行基板處理的製程腔室，該製程腔室包括： 一腔室主體； 一基板支撐件，設置在該腔室主體內並且具有一頂表面； 複數個基板升降銷，通過該基板支撐件設置；以及 一遮蔽環升降機，該遮蔽環升降機被配置為升高和降低放置在該基板支撐件的該頂表面的一邊緣周圍的一遮蔽環。
  2. 如請求項1所述的製程腔室，其中該遮蔽環升降機被進一步配置為升高和降低該複數個基板升降銷。
  3. 如請求項2所述的製程腔室，其中該遮蔽環升降機進一步包括： 一升降銷支架，設置在該複數個基板升降銷中的每一者的一基部周圍，並被配置為使該複數個基板升降銷能夠在其中升高和降低； 複數個遮蔽環升降銷，設置在該升降銷支架的徑向外側，並被配置為與該遮蔽環的一底表面接觸；以及 一升降環，被配置為支撐該等升降銷支架中的每一者。
  4. 如請求項3所述的製程腔室，進一步包括：一控制器，被配置為使該升降環改變該複數個基板升降銷和該等遮蔽環升降銷兩者的位置。
  5. 如請求項3所述的製程腔室，其中該複數個基板升降銷中的每一者包括一升降銷基部，該升降銷基部被配置為設置在該等升降銷支架中的一者內。
  6. 如請求項1所述的製程腔室，進一步包括：一淋噴頭，設置在該基板支撐件上方。
  7. 如請求項6所述的製程腔室，進一步包括：一個或多個氣體源和一個或多個自由基產生器，該一個或多個氣體源和該一個或多個自由基產生器被配置為藉由該淋噴頭向該腔室主體的一處理容積供應一種或多種沉積氣體或一種或多種電漿。
  8. 如請求項1所述的製程腔室，其中一升降銷致動器耦接到該遮蔽環升降機並被配置為沿著垂直方向致動該遮蔽環升降機。
  9. 一種用於進行基板處理的製程腔室，該製程腔室包括： 一腔室主體； 一基板支撐件，設置在該腔室主體內並且具有一頂表面； 一淋噴頭，設置在該腔室主體內和該基板支撐件的該頂表面上方； 複數個基板升降銷，通過該基板支撐件設置； 一環形襯墊，設置在該腔室主體內並環繞該基板支撐件；以及 一遮蔽環間隔件，設置在該環形襯墊的一部分上，該遮蔽環間隔件被配置為將放置在該基板支撐件的該頂表面的一邊緣周圍的一遮蔽環相對於該淋噴頭保持在一第一高度。
  10. 如請求項9所述的製程腔室，其中該第一高度為1.5 mm到4 mm。
  11. 如請求項10所述的製程腔室，其中在該環形襯墊的一內周邊周圍設置有複數個遮蔽環間隔件。
  12. 如請求項9所述的製程腔室，其中該遮蔽環間隔件具有9 mm到15 mm的一間隔件高度。
  13. 一種處理一基板的方法，該方法包括以下步驟： 將一遮蔽環升高到一處理位置，其中該遮蔽環和一基板的一頂表面分離達一處理間隔； 在一製程腔室內在該基板上進行一成核製程； 在該遮蔽環處於該處理位置時，在該製程腔室內在該基板上進行一差異化抑制製程； 將該遮蔽環和複數個基板升降銷置於一沉積位置，其中該遮蔽環和該基板的一頂表面分離達一沉積間隔，該沉積間隔小於該處理間隔；以及 在該製程腔室內在該基板上進行一沉積製程。
  14. 如請求項13所述的方法，其中該沉積間隔小於1 mm。
  15. 如請求項13所述的方法，其中在該成核製程期間和在該差異化抑制製程期間，該等基板升降銷的垂直位置是相同的。
  16. 如請求項13所述的方法，其中該處理間隔為0.5 mm到11 mm。
  17. 如請求項13所述的方法，其中該成核製程進一步包括一原子層沉積製程和將該基板暴露於一含鎢前驅物以在該基板上形成一成核層。
  18. 如請求項17所述的方法，其中該差異化抑制製程包括將該成核層暴露於包括氮的一處理氣體。
  19. 如請求項18所述的方法，其中該處理氣體包括N 2、H 2、NH 3、NH 4，或上述項目的組合。
  20. 如請求項13所述的方法，其中該遮蔽環被配置為被一遮蔽環升降機升高和降低，該遮蔽環升降機包括： 一升降銷支架，設置在該複數個基板升降銷中的每一者的一基部周圍，並被配置為使該複數個基板升降銷能夠在其中升高和降低； 複數個遮蔽環升降銷，設置在該升降銷支架的徑向外側，並被配置為與該遮蔽環的一底表面接觸；以及 一升降環，被配置為支撐該等升降銷支架中的每一者。
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