TW202323582A - 基板處理方法 - Google Patents

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李庚垠
李學浚
閔允基
金河林
高東鉉
曺成日
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荷蘭商Ａｓｍ Ｉｐ私人控股有限公司
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Abstract

一種能夠在具有一高深寬比之一間隙結構的一表面上形成具有一經改善階梯覆蓋率之一膜的基板處理方法，包括：提供具有一第一階梯部分及一第二階梯部分之一間隙結構；將包括一源氣體之氣體供應至此間隙結構上；自此源氣體生成活性物種；藉由中和此活性物種生成中性分子，及在朝向延伸於此第一階梯部分與此第二階梯部分之間的一凹部之一下表面之一方向上移動此等中性分子；及激發在朝向此下表面之此方向上移動的此等中性分子。

Description

基板處理方法
本揭露之一或多個實施例係關於一種處理包括凹部區域之基板的方法，尤其係關於一種在間隙結構上形成具有均勻厚度之膜的方法。
隨著半導體裝置之整合程度增加，間隙結構之深寬比（A/R）亦隨之增加。例如，當間隙結構之深度相較於間隙結構之入口的寬度增加時，填充此間隙結構使之無縫隙或空隙的技術難度也跟著增加。
原子層沈積（ALD）或電漿原子層沈積（plasma atomic layer deposition，PEALD）具有優勢，即可將具有統一厚度之膜沈積於間隙結構之壁及底表面上。然而，由於源氣體及反應氣體係依序供應及以時間差吹掃，因此基板處理速度係慢的。
另一方面，在化學氣相沈積（chemical vapor deposition，CVD）或電漿原子層沈積（plasma atomic layer deposition，PECVD）中，同時供應源氣體及反應氣體，且因此，膜形成速率及基板處理速度大於原子層沈積之彼等速率及速度，但於間隙結構上維持統一膜厚度存在限制。當藉由使用化學氣相沈積填充間隙時，間隙結構之上部部分處之膜形成速率較高，使得間隙入口在間隙內部填充之前就被封閉。
詳言之，隨著半導體裝置的小型化加速，間隙結構之深寬比及間隙內部之表面積增加。因此，為了藉由習知原子層沈積填充間隙結構，增加源氣體及反應氣體之供應時間及吹掃時間，且降低基板處理速度。習知化學氣相沈積在間隙結構之上部區域與下部區域之間亦具有較大不同膜形成速率，且間隙入口首先封閉，使得空隙或縫隙保持於間隙中。此外，在使用電漿進行原子層沈積製程或化學氣相沈積製程的情況下，活性物種難以到達間隙的底表面，且沈積於間隙上部及下部區域的膜特性不同，使得在後續熱處理製程中可能出現裂縫。
一或多個實施例包括在間隙填充製程中的原子層沈積及化學氣相沈積。更詳言之，一或多個實施例包括一種方法，此方法能夠在具有高深寬比（high aspect ratio，HAR）之間隙結構的表面上沈積具有經改善階梯覆蓋率之統一薄膜的同時增加膜形成速率。
一或多個實施例包括在具有較高深寬比之間隙結構之上部區域及下部區域上方形成一致特性之膜。
一或多個實施例包括在填充具有較高深寬比之間隙結構的製程中，藉由維持大於間隙內部之間隙入口之寬度來抑制間隙內部之空隙的出現。
額外態樣將部分於下列說明書中提出，且部分將可自說明書中明白，或者可藉由實踐本揭露所呈現的實施例而習得。
根據一或多個實施例，一種基板處理方法包括：提供具有一第一階梯及一第二階梯之一間隙結構；將包括一源氣體之氣體供應至此間隙結構上；自此源氣體生成活性物種；中和此活性物種及生成中性分子，及在朝向延伸於此第一階梯與此第二階梯之間的一凹部之一下表面之一方向上移動此等中性分子；及激發在朝向此下表面之此方向上移動的此等中性分子。
根據此基板處理方法的一實例，在激發此等中性分子期間，可促進在此第一階梯與此第二階梯之間的此凹部之此下表面附近的一第一區域中之層形成。
根據此基板處理方法的另一實例，在自此源氣體生成活性物種期間，可促進在此第一階梯及此第二階梯之一邊緣附近的第二區域中之層形成。
根據此基板處理方法的另一實例，可藉由激發此等中性分子及自此源氣體生成活性物種而增加形成於此第一區域及此第二區域上方之層之一階梯覆蓋率（step coverage）。
根據此基板處理方法的另一實例，在中和此活性物種期間，可減少在此第一階梯及此第二階梯之此邊緣處形成之一邊緣電位（edge potential）。
根據此基板處理方法的另一實例，當此等中性分子在朝向此下表面之此方向上移動時，剩餘活性物種可在朝向此下表面之此方向上移動而不受此邊緣電位的影響。
根據此基板處理方法的另一實例，此基板處理方法可更包括以一脈衝方式施加電漿。
根據此基板處理方法的另一實例，在施加電漿期間，可施加13百萬赫（MHz）或以上之第一頻率射頻（RF）功率及1百萬赫或以下之第二頻率射頻功率中之至少一者。
根據此基板處理方法的另一實例，在生成活性物種之操作中施加電漿可包括一接通週期及一斷開週期，在此接通週期期間，可執行自此源氣體生成活性物種，及在此斷開週期期間，可執行中和此活性物種。
根據此基板處理方法的另一實例，可在此接通週期期間執行激發在朝向此下表面之此方向上移動的此等中性分子。
根據此基板處理方法的另一實例，在供應包括一源氣體之氣體期間，一反應氣體或一反應性吹掃氣體可與此源氣體一起供應。
根據此基板處理方法的另一實例，此基板處理方法可更包括後處理。
根據此基板處理方法的另一實例，在此後處理期間，可中斷供應此源氣體。
根據此基板處理方法的另一實例，在此後處理期間，可緻密化此層。
根據此基板處理方法的另一實例，在此後處理期間，可移除此層之一突出部分。
根據此基板處理方法的另一實例，在此後處理期間之射頻功率可大於在自此源氣體生成活性物種期間之射頻功率。
根據此基板處理方法的另一實例，在此後處理期間之射頻頻率可小於在自此源氣體生成活性物種期間之射頻頻率。
根據此基板處理方法的另一實例，在此後處理期間之一射頻頻率可更包括在自此源氣體生成活性物種期間供應之一射頻頻率。
根據一或多個實施例，一種基板處理方法包括：提供具有一第一階梯及一第二階梯之一間隙結構；及將包括一源氣體之一氣體供應至此間隙結構上，其中在供應包括一源氣體之一氣體期間，以一脈衝方式施加電漿，使得可在朝向此間隙結構之一下表面之一方向上在此第一階梯與此第二階梯之間擴散此源氣體的解離分子。
根據一或多個實施例，一種基板處理方法包括：將包括一源氣體之一氣體供應至一第一階梯及一第二階梯上；自此源氣體生成活性物種；及藉由減少此第一階梯及此第二階梯之邊緣處之一邊緣電位，減少此活性物種之離子軌道扭曲。
現在將詳細參照多個實施例，此等實施例之實例在附圖中繪示，其中全篇中相似的元件符號指到相似的元件。就此方面而言，本文實施例可具有不同形式，且不應解讀為受限於本文中所提出的描述。據此，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（and/or）」包括相關聯列出項目中之一或多者的任何及全部組合。當例如「…中之至少一者」之表述居於一元件清單之後時，其修飾整個元件清單而非修飾此清單之個別元件。
以下，將參照附圖詳細描述本揭露的多個實施例。
就此方面而言，多個實施例可具有不同形式，且不應解讀為受限於本文中所提出的描述。而是，提供此等實施例是為使本揭露透徹並完整，並完全地傳達本揭露的範疇給本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，而非意欲限制本揭露。除非上下文清楚指示，否則如本文中所使用，單數形式的「一（a/an）」及「此（the）」亦意欲包括複數形式。當進一步理解的是，本文中所使用之用語「包括（includes/including）」及/或「包含（comprises/comprising）」係表明所陳述特徵、整數、步驟、製程、構件、成分、及/或其等之群組的存在，但並未排除一或多個其他特徵、整數、步驟、製程、構件、成分、及/或其等之群組的存在或添加。如本文中所使用，用語「及/或（and/or）」包括相關聯列出項目中之一或多者的任何及全部組合。
當理解的是，雖然本文中可使用用語第一、第二等來描述各種構件、成分、區、層、及/或區段，但是此等構件、組件、區、層、及/或區段不應受限於此等用語。此等用語不代表任何順序、量、或重要性，而僅是用以區別一個成分、區、層、及/或區段與另一成分、區、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、成分、區、層、或區段可稱為第二構件、成分、區、層、或區段。
下文將參照圖示來描述本揭露的實施例，此等圖示中示意性繪示本揭露的實施例。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，本揭露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。
第1圖係根據多個實施例之基板處理方法的流程圖。第2圖至第5圖係第1圖繪示之基板處理方法的各步驟中處理之基板的剖視圖。
參照第1圖及第2圖，首先，在操作S100，提供具有第一突起P1及第二突起P2之間隙結構。第一階梯P1及第二階梯P2中之每一者可在上表面與側表面之間具有邊緣部分E。此外，第一階梯P1及第二階梯P2之邊緣部分E可具有特定曲率。
間隙結構係非平坦結構，且可包括上表面、下表面，及連接上表面與下表面之側表面。此間隙結構可用以形成活性區，或可用以形成閘極圖案或金屬圖案。舉例而言，當間隙結構用於矽穿孔（TSV）製程時，間隙結構可為其中堆迭至少兩個矽基板的結構。此外，可在藉由第一階梯P1及第二階梯P2形成之凹部中形成用於矽基板之電性連接的金屬絲。
間隙結構可包括高深寬比間隙，亦即，凹部。凹部可形成於第一階梯P1與第二階梯P2之間。舉例而言，凹部可具有1微米至100微米的深度及0.01微米至1微米的寬度。
在另一實例中，間隙結構可經形成於基板中，此基板可以是例如半導體基板或顯示基板。例如，此基板可包括矽、矽覆絕緣層（silicon-on-insulator）、矽覆藍寶石、鍺、矽鍺、及砷化鎵中之任一者。
再次參照第1圖及第2圖，執行將包括源氣體S之氣體供應至間隙結構上之操作S110。源氣體S可包括用於層形成之前驅物。舉例而言，當在間隙結構上形成氧化矽層及/或氮化矽層時，源氣體S可包括矽前驅物。第2圖繪示供應包括源氣體S之氣體，使得源氣體S之分子位於間隙結構上之狀態。
包括源氣體S之氣體可包括除源氣體外之吹掃氣體及反應氣體中之至少一者。換言之，在供應包括源氣體之氣體的操作S110期間，可將吹掃氣體及/或反應氣體與源氣體一起供應。在另一實施例中，可在供應包括源氣體之氣體的操作S110之後供應吹掃氣體及/或反應氣體。
在一些實施例中，包括源氣體S之氣體可包括反應性吹掃氣體。反應性吹掃氣體當其未經電漿活化時可吹掃反應器而不與源氣體S反應。另一方面，當經電漿活化時，反應性吹掃氣體可經激發/活化並與源氣體S化學反應，藉此形成層或膜。
參照第1圖及第3圖，執行自源氣體生成活性物種A之操作S120。舉例而言，可藉由施加諸如熱或電漿之能量來誘導源氣體S （在第2圖中）之解離。當電漿用作能量時，例如可供應射頻功率。在一些實施例中，射頻功率可具有例如13百萬赫或以上之頻率。在一視情況選用之實施例中，可施加兩種類型之頻率功率用於電漿施加。舉例而言，可施加13百萬赫或以上之第一頻率功率及1百萬赫或以下之第二頻率功率。
電漿施加可藉由包括氣體供應單元及基板支撐單元之基板處理設備來執行。氣體供應單元可在諸如電容耦接電漿（CCP）方法之電漿製程中被用作電漿中之電極。在電容耦接電漿方法中，基板支撐單元亦可被用作電極，使得可藉由使氣體供應單元充當第一電極及使基板支撐單元充當第二電極而達成電容耦接。
在操作S120期間，當源氣體分子解離成陰離子之電子（未展示）及陽離子之活性物種A時，可形成基於源氣體S （在第2圖中）之第一層L1。舉例而言，當在不存在分離的反應氣體或反應性吹掃氣體的情況下執行操作S120時，基於源氣體分子之第一層L1可形成於第一階梯P1及第二階梯P2的上表面及側表面以及連接第一階梯P1與第二階梯P2的下表面上。
在一些實施例中，可在操作S110期間供應反應氣體（或反應性吹掃氣體），且在此情況下，在操作S120期間源氣體分子可與反應氣體或反應性吹掃氣體反應。因此，基於源氣體S （在第2圖中）與反應氣體之間的氣態反應的層可形成於間隙結構上。
在一些實施例中，在自包括源氣體之氣體生成活性物種的操作S120期間，可促進在第一階梯P1及第二階梯P2之邊緣附近的上部區域中形成第一層L1。可藉由分別第一階梯P1及第二階梯P2之邊緣部分E處的邊緣電位（第3圖中以6個「-」展示）促進在上部區域中形成第一層L1。其中促進在上部區域中形成第一層L1的狀態繪示於第3圖中，且第一層L1可包括突出部分O。
更詳言之，由於電荷在銳邊緣部分E中比在平坦部分中積聚得更多，因此在基板處理設備之氣體供應單元與基板支撐單元之間施加的電場可集中至間隙結構之邊緣部分E。結果，陽離子之活性物種A亦朝邊緣部分E移動，藉此可促進在邊緣部分E附近之上部區域中形成第一層L1，且可形成突出部分O。
在其上形成突出部分O之第一層L1可在凹部表面上方具有非一致厚度。舉例而言，形成於凹部之上部區域中之第一層L1的厚度可大於形成於凹部之下部區域中之第一層L1的厚度。舉例而言，當第一層L1在生成活性物種之操作S120之後所形成的凹部之頂部10%中之平均厚度為x1，且當第一層L1在此凹部之底部10%中之平均厚度為x2時，兩者之比率可大於1，例如，x1除以x2，其可定義為第一厚度比率。
其後，參照第1圖及第4圖，執行中和活性物種以生成中性分子N之操作S130。在活性物種之中和期間，可移除已在基板處理設備之氣體供應單元與基板支撐單元之間施加的電場。舉例而言，藉由消除基板處理設備中之電漿施加，可移除基板之電場且可中和活性物種A （第3圖）。
藉由中和活性物種而生成的中性分子N可在朝向延伸於間隙結構之第一階梯P1與第二階梯P2之間的凹部之下表面之方向上移動。與活性物種A （在第3圖中）相比，中性分子N可相對自由地朝向下表面移動。
更詳言之，活性物種A作為陽離子可能受外部電場影響，而中性分子N可不受外部電場影響。即使間隙結構之第一階梯P1及/或第二階梯P2之邊緣部分E中的邊緣電位保持，中性分子N也可移至凹部的下部區域而不影響此邊緣電位。
此外，在一些視情況選用之實施例中，在中和活性物種A期間，可減少在第一階梯P1及第二階梯P2之邊緣處形成的邊緣電位。舉例而言，藉由斷開電漿，可移除已施加於氣體供應單元與基板支撐單元之間的電場，且可對應地減少邊緣電位。在此情況下，剩餘陽離子之活性物種A可不受邊緣電位之影響。
舉例而言，儘管僅中性分子N （及其移動至凹部的下部區域）係如第4圖所展示，但根據一些實施例，除了中性分子N外，活性物種A亦可保持在間隙結構上。在此情況下，由於上文所描述之減少的邊緣電位，剩餘活性物種A可移動至凹部的下部區域而不受外部電場的影響，自而可實現移動性增加。
在一些實施例中，上文所描述之中性分子N之移動及剩餘活性物種A之移動可同時進行。在此情況下，當中性分子N在朝向凹部之下表面之方向上移動時，剩餘活性物種A可在朝向下表面之方向上移動而不受邊緣電位的影響。
其後，參照第1圖及第5圖，執行激發已在朝向下表面之方向上移動的中性分子N的操作S140。對此而言，例如，藉由接通電漿，可生成施加於氣體供應單元與基板支撐單元之間的電場。中性分子N可由電場激發，再次將其分離成電子（未展示）及活性物種A'。
由於中性分子N在其在朝向下表面之方向上移動之後被激發，因此活性物種A'可生成於凹部之下部區域中。因此，在激發中性分子N期間，可促進在第一階梯P1與第二階梯P2之間的凹部之下表面附近的下部區域中形成第二層L2。
如上所述，可在自包括源氣體S之氣體生成活性物種A的操作S120期間促進在凹部的上部區域中形成第一層L1，並且可在藉由活性物種A'激發中性分子N之操作S140期間促進在凹部的下部區域中形成第二層L2。因此，藉由交替地執行此等操作（亦即，藉由上文所描述之生成活性物種之操作S120及激發中性分子之操作S140），可改善形成於凹部之上部區域及下部區域上方之第一層L1上的第二層L2的階梯覆蓋率。亦即，第二層L2可均一地形成於第一層L1上。
具有改善之階梯覆蓋率的層展示於第5圖中，且在激發中性分子N之操作S140期間形成的第二層L2可具有均一厚度。舉例而言，第二層L2在凹部之頂部10%處的平均厚度及第二層L2在凹部之底部10%處的平均厚度可為x3。在此情況下，整個層在凹部之頂部10%處的平均厚度將為x1+x3，且整個層在凹部之底部10%處的平均厚度將為x2+x3。x1+x3與x2+x3之比率可大於1，其可定義為第二厚度比率。此外，藉由重複生成活性物種、形成中性分子及激發中性分子之製程，相較於其中僅應用生成活性物種之操作之習知方法，可達成更為改善之階梯覆蓋率。
在一些實施例中，基板處理方法可包括以脈衝方式施加電漿，且可藉由施加電漿而實施生成活性物種之操作S120及激發中性分子之操作S140。在施加電漿期間，可施加13百萬赫或以上之第一頻率射頻功率（亦即，高頻射頻功率）及1百萬赫或以下之第二頻率射頻功率（亦即，低頻射頻功率）中之至少一者。
更詳言之，可藉由施加電漿實施上文所描述之生成活性物種之操作S120及激發中性分子之操作S140，且可藉由停止電漿施加來執行生成中性分子之操作S130。在一實例中，在生成活性物種之操作S120中施加電漿可包括接通週期及斷開週期，在接通週期期間可實施自源氣體生成活性物種之操作S120及/或激發中性分子之操作S140，且在斷開週期期間可實施生成中性分子（亦即，中和活性物種A）之操作S130。詳言之，當電漿脈衝之接通/斷開週期較短時，生成活性物種、生成中性分子及激發中性分子幾乎同時進行，此具有在凹部結構之上部區域及下部區域中幾乎同時形成更均一膜之技術效應。因此，如第3圖至第5圖所展示，有在凹部結構之上部區域中抑制較厚膜形成且實現更為改善之階梯覆蓋率的技術效應。
在一些實施例中，生成活性物種之操作S120中的接通部分可定義為第一時間週期，生成中性分子之操作S130的斷開週期可定義為第二時間週期，且激發中性分子之操作S140的接通部分可定義為第三時間週期。在此情況下，在一實例中，第二時間週期可大於第一時間週期，藉此允許更多中性分子生成且移至間隙結構之凹部中。在另一實例中，第一時間週期可小於第三時間週期，藉此使在第一時間週期期間形成之層的突出部分最小化。
如上文所描述，根據本揭露之技術概念之實施例，藉由以脈衝形式供應電漿功率，使得源氣體S擴散至間隙結構之下部區域，可形成具有均一厚度之膜。此外，根據視情況選用之實施例，可藉由經由電漿施加將源氣體及反應氣體一起解離來改善膜形成速率。
雖然圖式中未展示，但基板處理方法可更包括根據一些實施例之所形成層之後處理。此後處理可為所形成層之後續處理操作，且在後處理期間可中斷源氣體S之供應。在一些實施例中，在後處理期間，可緻密化層，或可移除所形成層L1及L2中包括的突出部分O' （第5圖）。
根據一實施例，在藉由在間隙結構之表面上堆迭多層來形成一層時，在同時供應源氣體、反應氣體及高頻射頻功率之沈積操作中形成一層，且隨後在電漿後處理操作中緻密化此層。在電漿後處理操作中，有可能藉由供應低頻射頻功率均一地緻密化間隙之上部區域至下部區域。經由此，在針對具有高深寬比之間隙結構的沈積製程中，可同時改善膜形成速率、階梯覆蓋率及膜特性（例如，蝕刻特性）的一致性。
第6圖係繪示根據多個實施例之基板處理方法的流程圖。根據多個實施例之基板處理方法可以是根據上文所描述之多個實施例之基板處理方法的變體。下文將不再於本文中對此等實施例給出重複描述。
參照第6圖，與第1圖之實施例一樣，在操作S100中，製備間隙結構，且在操作S110中，將源氣體（及反應氣體）供應至間隙結構上。其後，在操作S120中，自源氣體生成活性物種，使得層形成集中於凹部的上部區域中，且在操作S130中中和活性物種以生成中性分子之後，在操作S140中，激發中性分子，使得層形成集中於凹部的下部區域中。
在一些實施例中，生成中性分子之操作S130及激發中性分子之操作S140可作為層形成循環重複多次。在此循環重複一定次數之後，終止此層形成循環且執行後處理之操作S160，但若未終止此層形成循環，則在判定此循環是否終止之操作S150之後，增加循環次數然後可重複操作S130及S140。在一些實施例中，可在激發中性分子之操作S140期間連續供應源氣體，且因此可在重複層形成循環時繼續供應活性物種。
在S130至S140之層形成循環終止之後，執行後處理之操作S160。如上文所描述，因為後處理之操作S160為所形成層之後續處理操作，因此在後處理之操作S160期間可中斷源氣體之供應。此外，可在後處理之操作S160期間施加電漿。在後處理之操作S160期間所施加之電漿的條件（亦即，參數）可依據後處理之目的而調整。
舉例而言，在後處理之操作S160期間，可施加電漿以緻密化先前所形成層。在此情況下，在後處理之操作S160期間的射頻功率可設定為大於在自源氣體生成活性物種之操作S120期間的射頻功率（亦即，足以使源氣體分子解離之射頻功率）。因此，可藉由高射頻功率達成離子轟擊效應，且因此可達成層之平滑緻密化。
在一些實施例中，在後處理之操作S160期間的射頻頻率可小於在自源氣體生成活性物種之操作S120期間的射頻頻率。舉例而言，在後處理之操作S160期間可施加低頻射頻功率（例如，1百萬赫或以下之射頻功率）。可藉由此類低頻功率電漿增加活性物種之移動距離，且可使活性物種移至凹部的下部區域，藉此達成下部區域中層之緻密化。
在另一實施例中，在後處理之操作S160期間可施加高頻射頻功率（例如，13百萬赫或以上的射頻功率），經由此高頻射頻功率，可增加生成的離子量及離子密度，使得可在第一階梯與第二階梯之間向凹部供應大量離子及活性物種。後處理之操作S160中所施加之射頻功率的頻率可匹配上文所描述之層形成循環中所使用之射頻功率的頻率。在另一實施例中，在後處理之操作S160期間所供應之射頻功率的頻率可更包括自源氣體生成活性物種之操作S120期間所供應之射頻功率的電漿頻率。舉例而言，為自源氣體生成活性物種所供應之射頻功率的頻率可為高頻，且針對後處理所供應之射頻功率的頻率可為高頻與低頻的混頻。亦即，用於後處理之射頻頻率可更包括用於在層形成循環中自源氣體生成活性物種之射頻頻率。
第7圖係繪示根據多個實施例之基板處理方法的流程圖。根據多個實施例之基板處理方法可以是根據上文所描述之多個實施例之基板處理方法的變體。下文將不再於本文中對此等實施例給出重複描述。
參照第7圖，與第1圖之實施例一樣，在操作S100中，製備間隙結構，且在操作S110中，將包括源氣體之氣體供應至間隙結構上。其後，在操作S200中，藉由以脈衝方式施加電漿以使源氣體解離來執行膜形成製程。藉由電漿施加解離之源氣體可與同時供應之反應氣體或隨後供應之反應氣體反應，且因此可在間隙結構上形成一層。供應包括源氣體之氣體的操作S110及使源氣體解離的操作S200可作為層形成循環重複。換言之，在確定膜形成是否終止之操作S210期間，判定層形成循環是否等於預定次數，且若否，則可藉由增加循環次數來重複執行操作S110及S200。
在一些實施例中，為使源氣體解離所施加之脈衝電漿可配置以自活性物種生成中性離子。此外，在一些其他實施例中，為使源氣體解離所施加之脈衝電漿可配置以減少階梯之邊緣的邊緣電位。在另一實施例中，為使源氣體解離所施加之脈衝電漿可配置以自活性物種生成中性離子且減少階梯之邊緣的邊緣電位。
第8圖係繪示根據多個實施例之基板處理方法的流程圖。根據多個實施例之基板處理方法可以是根據上文所描述之多個實施例之基板處理方法的變體。下文將不再於本文中對此等實施例給出重複描述。
參照第8圖，與第1圖之實施例一樣，在操作S100中提供間隙結構。其後，在操作S310中，將氣體供應至間隙結構上。氣體可為包括源氣體之氣體。其後，在操作S320中，自氣體生成活性物種。可藉由多種已知方法完成此類活性物種之生成。舉例而言，為生成活性物種所施加之能量可包括電能、熱能或光能。
其後，執行減少間隙結構之階梯之邊緣的邊緣電位的操作S330。藉由減少邊緣電位，可減少活性物種之離子軌道扭曲。因此，可達成活性物種平滑轉移至凹部的下部區域中。作為減少階梯之邊緣的邊緣電位之方法的實例，可對帶負電之基板支撐單元施加反向電位（亦即，正電位）持續特定時間週期。
第9圖係繪示根據多個實施例之基板處理方法的流程圖。根據多個實施例之基板處理方法可以是根據上文所描述之多個實施例之基板處理方法的變體。下文將不再於本文中對此等實施例給出重複描述。
參照第9圖，首先在操作S100中，製備間隙結構，然後供應源氣體（及反應氣體或反應性吹掃氣體），且在操作S410中，經由電漿施加或類似者生成活性物種。此後，執行中和活性物種之操作S420，且重複包含上述操作S410至S420之子循環預定次數以形成層。在判定是否終止此子循環之操作S430之後，在操作S440中，吹掃殘餘氣體，且在操作S450中，供應反應氣體或反應性吹掃氣體。當如上所述供應反應性吹掃氣體時，在吹掃操作S440及反應氣體供應操作S450期間所供應之氣體可彼此相同。
在供應反應氣體之操作S450期間，可經由電漿施加或類似者生成活性物種。其後，在操作S460中，吹掃殘餘氣體，且判定是否終止膜形成。當未終止膜形成時，可再次執行包含S410至S420的子循環，且可執行吹掃之操作S440及供應反應氣體之操作S450。
第10圖係繪示根據多個實施例之間隙填充方法的視圖。
參照第10圖，第一步驟（t1）為化學氣相沈積步驟，其中一起供應源氣體、反應氣體及射頻功率，且接著執行作為第三步驟（t3）之電漿後處理步驟（t3）。在沈積步驟（t1）中，以脈衝方式（例如，脈衝波）供應射頻功率。每個步驟將在下文中詳述。
-第一步驟（t1）：在第一步驟（t1）中，將源氣體（例如，前驅物）、反應氣體及射頻功率一起供應至反應器之反應空間。射頻功率使源氣體及反應氣體解離，以誘導兩種氣體分子之間的氣相反應，從而促進在基板上形成膜。然而，此步驟中所供應之射頻功率具有足以誘導源氣體分子解離之密度，使得除源氣體與反應空間中之反應氣體之間的氣相反應外，源氣體分子與基板之間的表面反應亦同時進行。因此，有同時改善沈積於基板上之薄膜的一致性同時提高沈積於基板上之薄膜的膜形成速率之技術效應。
在第一步驟中，尤其以脈衝之形式供應射頻功率。一般而言，在使用電漿之間隙填充製程中，供應至間隙之內部區域之活性物種或離子首先與間隙之上部區域的側壁反應，其中電子在到達間隙之下部區域的側壁或底部之前積聚。因此，間隙下部區域中之膜沈積速率小於上部區域中之膜沈積速率。然而，在脈衝區域之射頻斷開週期（t1），當活性物種或離子中和時，它們可到達間隙之下部區域。換言之，藉由改善離子在間隙結構之表面上的流動性，可自間隙結構之上部區域至下部區域產生均一膜沈積，並且有改善間隙結構之表面上之階梯覆蓋率的技術效應。在第一步驟中所供應之射頻功率可供應為高頻射頻功率（HRF）、低頻射頻功率（LRF）或其組合。亦即，高頻射頻功率及低頻射頻功率可連同源氣體一起供應。高頻射頻功率之頻率可為13百萬赫或以上。舉例而言，頻率可為13.56百萬赫、27.12百萬赫或60百萬赫。低頻射頻功率之頻率可為1百萬赫或以下。舉例而言，頻率可為430千赫（KHz）或320千赫。
在第一步驟中，所施加之射頻功率的密度根據負載比（射頻接通週期與包括射頻接通及射頻斷開之脈衝週期的比率）而不同。舉例而言，當負載比大時所施加之射頻功率的密度可小於當負載比小時所施加之射頻功率的密度。然而，所施加之射頻功率總量的密度可相同。舉例而言，當負載比大時，所施加之射頻功率可能很小，而當負載比小時，所施加之射頻功率可能很大。第11圖展示負載比之定義。
第11圖係繪示第10圖之第一步驟（t1）的視圖，其展示負載比之定義。負載比表示為射頻接通時間（a）與射頻脈衝之單位週期（a+b）的比率。亦即，在第10圖中，負載比定義為a/（a+b）或a/c。
第12圖展示根據一實施例之各種類型的射頻脈衝。
第12圖（a）及第12圖（b）之負載比彼此之間的差異分別達1/3及2/3。然而，所施加之射頻單元功率的密度相同（射頻接通時間 x 射頻功率）。
此外，當以脈衝形式供應射頻功率時，離子能量會降低，因此有防止下部膜損壞之技術效應。舉例而言，在一實施例中，當以脈衝模式供應射頻功率時，與當以連續模式供應射頻功率時相比，子層之損失（例如，碳損失）可減少達75%。
第二步驟（t2）：第10圖之第二步驟（t2）為吹掃步驟，其中自反應空間移除在第一步驟（t1）中生成之反應副產物。
第三步驟（t3）：第10圖之第三步驟（t3）為電漿後處理步驟。在此步驟中，在不供應源氣體而將射頻功率施加至反應氣體或吹掃氣體的同時緻密化薄膜。在第三步驟（t3）中為緻密化薄膜所施加之射頻功率的密度可大於在第一步驟（t1）中所施加之射頻功率的密度。如上所述，第一步驟（t1）中沈積於間隙結構之表面上的膜係藉由供應足以使源氣體分子解離之弱射頻功率而形成，因此膜不緻密。因此，在第三步驟中，施加高射頻功率以藉由離子轟擊效應緻密化膜。詳言之，藉由供應低頻射頻功率而增加活性物種之移動距離，藉此改善自間隙之上部區域至下部區域之膜特性的一致性。舉例而言，有改善所形成膜之密度之一致性的技術效應。因此，由於在後續退火製程中填充間隙之膜中的非一致熱膨脹，因此有防止破裂之技術效應。
在此步驟中，可供應低頻射頻功率（LRF），但在另一實施例中，可供應高頻射頻功率（HRF）。替代地，在另一實施例中，低頻射頻功率（LRF）及高頻射頻功率（HRF）可與源氣體一起供應。因此，有增加所生成之離子的量及離子密度、將更多離子及活性物種供應至間隙之下部區域且進一步改善自間隙之上部區域至下部區域之膜的密度一致性的技術效應。在另一實施例中，藉由供應大於在沈積步驟（t1）中所供應之射頻功率的射頻功率，有增加所生成之離子及活性物種的量及增加膜密度的技術效應。高頻射頻功率之頻率可為13百萬赫或以上。舉例而言，頻率可為13.56百萬赫、27.12百萬赫或60百萬赫。低頻射頻功率之頻率可為1百萬赫或以下。舉例而言，頻率可為430千赫或320千赫。
此外，藉由在此步驟中所施加之電漿的離子轟擊可誘導對形成於間隙之上部區域中的膜之濺鍍效應。因此，有藉由濺鍍效應破壞間隙上部區域中形成之突出結構的膜以保持間隙入口寬度大於間隙內部來防止在間隙內部形成空隙的技術效應。換言之，有藉由供應低頻射頻功率來改善在間隙的內壁上自間隙之上部區域至下部區域沈積之薄膜的特性的一致性，及藉由一起供應高頻射頻功率或增加所供應之射頻功率的密度以增加離子活性物種之量來改善薄膜的特性例如密度的技術效應。
第四步驟（t4）：第10圖之第四步驟（t4）為吹掃步驟，其中自反應空間移除在第三步驟（t3）中生成之反應副產物。
第10圖之沈積步驟（t1）及（t2）及電漿後處理步驟（t3）及（t4）係至少重複一次且對應地重複複數次（m及n個循環），且沈積步驟及電漿後處理步驟重複複數次以形成超循環（x循環）。
第13圖係繪示當向蓮蓬頭電極1施加射頻功率時，在蓮蓬頭電極1與安放在加熱組3上之基板2之間的反應空間中形成電位差的示意圖。舉例而言，蓮蓬頭電極1可帶正電且對置基板可帶負電，使得可在其之間形成電位差。
第14圖係第13圖之基板2之一部分的放大圖。在第14圖中，基板包括圖案結構。陽離子（例如，解離之源氣體）及電子在電漿中混合，因此陽離子之離子軌道可能在間隙結構中被電子扭曲（離子軌道扭曲（ion trajectory distortion））。然而，當在第10圖之沈積步驟中的射頻斷開狀態下中斷射頻電源供應器時，電漿仍保持在反應器中（即在發光之後），且殘餘電漿之離子能量由於射頻電源供應器中斷而變低。因此，電子被中和並在圖案結構頂部累積。諸如解離之源氣體分子之離子因此較少受電子影響且藉由降低離子軌道扭曲而深入擴散至間隙中。
因此，在第10圖的實施例中，藉由以脈衝而非連續地供應射頻功率，可將諸如更多源氣體的更多離子活性物種供應至間隙的下部區域。在一實施例中，當如第12圖（a）所示負載比低時，此技術效應在離子受到電子影響較小且擴散時間延長時將變得更為明顯。當然，在此情況下，為增加源氣體之解離速率而施加之射頻功率的密度可能需要對應地增加。
第15圖係繪示在藉由供應射頻功率執行間隙填充製程的情況下，在藉由連續方法（連續波模式化學氣相沈積，然後是電漿處理）和藉由根據一實施例之脈衝方法（脈衝波模式化學氣相沈積，然後是電漿處理）在間隙結構上沈積SiO 2膜時之各情況下的階梯覆蓋率的視圖。
在第15圖之穿透式電子顯微鏡（（TEM）照片中，當以脈衝方式供應射頻功率時，可看到，以脈衝方式供應射頻功率時在間隙之下部區域上沈積之膜的厚度大於以連續波方式供應射頻功率時在間隙之下部區域上沈積之膜的厚度，且自間隙之上部區域至下部區域之階梯覆蓋率改善了約40%。第15圖展示除了間隙填充製程之外，本揭露亦可用作在 矽穿孔製程中之孔洞中的金屬膜與矽基板之間的隔熱膜。
第16圖係繪示根據本揭露之一變體實施例的視圖。
第16圖展示電漿後處理之若干實施例。舉例而言，如第16圖（a）所展示，藉由供應高頻射頻功率（HRF）增加離子密度之後，可供應低頻射頻功率（LRF）以均一地緻密化膜直至間隙結構的下部區域，且因此可增加離子活性物種的平均自由徑（mean free path，MFP）。替代地，如第16圖（b）所展示，藉由將高頻射頻功率及低頻射頻功率一起供應，然後供應低頻射頻功率，能均一地緻密化膜直至間隙結構的下部區域同時維持離子活性物種之平均自由徑。在另一實施例中，第16圖之2步驟電漿後處理之對應步驟中的射頻功率的密度可不同。
表1展示根據一實施例之實驗條件。
項
氣體流量（sccm） 吹掃氬氣 500至10,000（較佳地1,000至7,000）
源載流氬氣 500至10,000（較佳地1,000至7,000）
O 2（反應物） 500至8,000（較佳地1,000至5,000）
製程時間（秒） 沈積步驟 0.15至2.0（較佳地0.3至1.5）
吹掃步驟 0.20至1.0（較佳地0.3至0.8）
電漿製程 0.15至2.0（較佳地0.5至1.5）
吹掃步驟 0.20至1.0（較佳地0.3至0.8）
電漿 條件 沈積步驟 射頻功率（W） 100至1,000（較佳地200至700）
射頻頻率 HRF
負載比 0.2至0.8（較佳地0.3至0.7）
電漿製程步驟 射頻功率（W） 500至2,000（較佳地800至1,200） （對於HRF） 100至1,000（較佳地200至600） （對於LRF）
射頻頻率 HRF, LRF
製程壓力 1.5托至5.0托
製程溫度 50°C至550°C （較佳地300°C至550°C）
前驅物（矽源） 胺基矽烷
在表1中，在沈積步驟中，以脈衝方式施加高頻射頻功率，且負載比介於0.2與0.8之間。在電漿後處理步驟中，同時施加高頻射頻功率及低頻射頻功率。在根據表1之實例中，將SiO 2膜沈積在一間隙結構上，並使用基於胺基矽烷、基於碘矽烷及基於鹵化物的源中之至少一者作為矽源。舉例而言，矽源可包括以下中之至少一者：TSA，(SiH 3) 3N；DSO，(SiH 3) 2；DSMA，(SiH 3) 2NMe；DSEA，(SiH 3) 2NEt；DSIPA，(SiH 3) 2N(iPr)；DSTBA，(SiH 3) 2N(tBu)；DEAS，SiH 3NEt 2；DTBAS，SiH 3N(tBu) 2；BDEAS，SiH 2(NEt 2) 2；BDMAS，SiH 2(NMe 2) 2；BTBAS，SiH 2(NHtBu) 2；BITS，SiH 2(NHSiMe 3) 2；DIPAS，SiH 3N(iPr) 2；TEOS，Si(OEt) 4；SiCl 4；HCD，Si 2Cl 6；3DMAS，SiH(N(Me) 2) 3；BEMAS，SiH 2[N(Et)(Me)] 2；AHEAD，Si 2(NHEt) 6；TEAS，Si(NHEt) 4；Si 3H 8；DCS，SiH 2Cl 2；SiHI 3；SiH 2I 2及三聚物-三矽烷胺，或其衍生物，或其混合物。氧氣反應氣體可包括O 2、O 3、CO 2、H 2O、NO 2、N 2O或其混合物中之至少一者。在另一實施例中，可沈積Si xN y或SiCN膜。在此情況下，反應氣體可為N 2、N 2H 2（二亞胺）及NH 3或其混合物中之至少一者。
儘管已就間隙填充製程描述了上述詳細描述，但本揭露亦可應用於矽穿孔製程。直通矽晶穿孔製程為藉由接合兩個矽基板提高半導體裝置之整合程度的技術，且本揭露可適用於在穿透兩個矽基板之穿透孔之壁上沈積隔熱膜的襯墊製程。第17圖展示直通矽晶穿孔製程的一實施例。
在第17圖中，在穿透彼此結合之兩個基板1及2之穿透孔5中填充金屬膜3，且形成隔熱膜4作為金屬膜3與穿透孔5之內壁之間的襯墊層。隔熱膜4防止金屬膜擴散至基板中，且因此需要沿著具有高深寬比（HAR）之穿透孔5的襯墊壁具有均一厚度及均一特性。因此，本揭露具有能有效地應用於在直通矽晶穿孔製程中沈積襯墊隔熱膜之技術效應。
應瞭解，文中描述之多個實施例應僅以說明性意義來考量而不作為限制的目的。各實施例中的多個特徵或態樣的描述一般應被視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，本領域中具有通常知識者將理解，在不偏離本揭露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改變。
1:蓮蓬頭電極,基板 2:基板 3:加熱組,金屬膜 4:隔熱膜 5:穿透孔 A:活性物種 A':活性物種 E:邊緣部分 L1:第一層 L2:第二層 N:中性分子 O:突出部分 O':突出部分 P1:第一突起,第一階梯 P2:第二突起,第二階梯 S:源氣體 S100:操作 S110:操作 S120:操作 S130:操作 S140:操作 S150:操作 S160:操作 S200:操作 S210:操作 S310:操作 S320:操作 S330:操作 S410:操作 S420:操作 S430:操作 S440:操作 S450:操作 S460:操作 S470:操作 t1:步驟 t2:步驟 t3:步驟 t4:步驟
本揭露之某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： 第1圖係根據多個實施例之基板處理方法的流程圖； 第2圖至第5圖係第1圖繪示之基板處理方法的各步驟中處理之基板的剖視圖； 第6圖係根據多個實施例之基板處理方法的流程圖； 第7圖係根據多個實施例之基板處理方法的流程圖； 第8圖係根據多個實施例之基板處理方法的流程圖； 第9圖係根據本揭露概念之多個實施例之基板處理方法的流程圖； 第10圖係繪示根據多個實施例之間隙填充方法的視圖； 第11圖係繪示第10圖之第一步驟（t1）的視圖，其展示負載比之定義； 第12圖係繪示根據一實施例之各種類型的射頻脈衝的視圖； 第13圖係繪示當施加射頻功率時在反應空間中形成電位差的視圖； 第14圖係第13圖之基板之一部分的放大圖； 第15圖係繪示在藉由供應射頻功率執行間隙填充製程的情況下，在藉由連續方法（連續波脈衝之化學氣相沈積，然後是電漿處理）和藉由脈衝方法（脈衝波脈衝之化學氣相沈積，然後是電漿處理）在間隙結構上沈積SiO 2膜時之各情況下的階梯覆蓋率的視圖； 第16圖係繪示根據本揭露之多個變體實施例的視圖； 第17圖係繪示基於根據本揭露概念之多個實施例的基板處理方法應用至矽穿孔（TSV）製程之實施例的視圖。
S100:操作
S110:操作
S120:操作
S130:操作
S140:操作

Claims (20)

  1. 一種基板處理方法，包括： 提供具有一第一階梯及一第二階梯之一間隙結構； 將包括一源氣體之氣體供應至該間隙結構上； 自該源氣體生成一活性物種； 藉由中和該活性物種生成複數個中性分子，及在朝向延伸於該第一階梯與該第二階梯之間的一凹部之一下表面之一方向上移動該等中性分子；以及 激發在朝向該下表面之該方向上移動的該等中性分子。
  2. 如請求項1之基板處理方法，其中在激發該等中性分子期間，促進在該第一階梯與該第二階梯之間的該凹部之該下表面附近的一第一區域中之一層一形成。
  3. 如請求項2之基板處理方法，其中在自該源氣體生成活性物種期間，促進在該第一階梯及該第二階梯之一邊緣附近的第二區域中之一層一形成。
  4. 如請求項3之基板處理方法，其中藉由激發該等中性分子及自該源氣體生成活性物種而改善形成於該第一區域及該第二區域上方之該層之一階梯覆蓋率。
  5. 如請求項1之基板處理方法，其中在中和活性物種期間，減少在該第一階梯及該第二階梯之邊緣處形成之一邊緣電位。
  6. 如請求項5之基板處理方法，其中當該等中性分子在朝向該下表面之該方向上移動時，剩餘活性物種在朝向該下表面之該方向上移動而不受該邊緣電位的影響。
  7. 如請求項1之基板處理方法，更包括： 以一脈衝方式施加電漿。
  8. 如請求項7之基板處理方法，其中在施加電漿期間，施加13百萬赫或以上之第一頻率射頻功率及1百萬赫或以下之第二頻率射頻功率中之至少一者。
  9. 如請求項7之基板處理方法，其中 以一脈衝方式施加電漿包括一接通週期及一斷開週期， 在該接通週期期間，執行自該源氣體生成活性物種，以及 在該斷開週期期間，執行中和活性物種。
  10. 如請求項9之基板處理方法，其中在該接通週期期間執行激發在朝向該下表面之該方向上移動的該等中性分子。
  11. 如請求項1之基板處理方法，其中在供應包括一源氣體之氣體期間，一反應氣體或一反應性吹掃氣體與該源氣體一起供應。
  12. 如請求項1之基板處理方法，更包括： 該層之後處理。
  13. 如請求項12之基板處理方法，其中在該後處理期間，中斷供應該源氣體。
  14. 如請求項12之基板處理方法，其中在該後處理期間，緻密化該層。
  15. 如請求項12之基板處理方法，其中在該後處理期間，移除該層之一突出部分。
  16. 如請求項12之基板處理方法，其中在該後處理期間供應之射頻功率大於在自該源氣體生成活性物種期間供應之射頻功率。
  17. 如請求項12之基板處理方法，其中在該後處理期間之一射頻頻率小於在自該源氣體生成活性物種期間之一射頻頻率。
  18. 如請求項17之基板處理方法，其中在該後處理期間之一射頻頻率更包括在自該源氣體生成活性物種期間之一射頻頻率。
  19. 一種基板處理方法，包括： 提供具有一第一階梯及一第二階梯之一間隙結構；以及 將包括一源氣體之一氣體供應至該間隙結構上， 其中在供應包括一源氣體之一氣體期間，以一脈衝方式施加電漿，使得在朝向該間隙結構之一下表面之一方向上在該第一階梯與該第二階梯之間擴散該源氣體的解離分子。
  20. 一種基板處理方法，包括： 將包括一源氣體之一氣體供應至一第一階梯及一第二階梯上； 自該源氣體生成活性物種；以及 減少該第一階梯及該第二階梯之一邊緣處之一邊緣電位，以減少活性物種之離子軌道扭曲。
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