TW202328486A - 薄膜沉積方法及系統以及根據此方法形成的結構 - Google Patents

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姜熙成
林完奎
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Abstract

茲揭示用於在基板上形成膜的一方法及系統。例示性方法包含使用一第一電漿條件來形成具有一良好膜厚均勻性的一沉積材料層、使用一第二電漿條件來處理沉積材料，且藉以形成處理材料，及使用一第三電漿條件來形成一表面改質層，例如在處理材料上的反應位點。

Description

薄膜沉積方法及系統
本發明大致上係關於適合用於形成裝置的方法和系統。更特別地，本發明係關於用於在一基板之一表面上沉積材料的方法、用於沉積材料的系統、及包含沉積材料的結構。
在裝置（諸如半導體裝置）之形成期間，通常期望在一基板之一表面上形成圖案化特徵。另外，可能期望共形地且均勻地沉積一材料覆於圖案化特徵上。
沉積各種材料層的技術可採用相當高的溫度（例如，溫度高於600℃)。對於許多應用而言，可能期望在一較低溫度下沉積一材料。
電漿增強沉積技術（諸如電漿增強原子層沉積或類似者）可用於在較低基板溫度下沉積一材料。然而，使用電漿來沉積材料可能導致其他挑戰，諸如增加沉積材料的不均勻性和在沉積材料中形成起泡及/或空隙。例如，相較於在一較高溫度下沉積的材料，在無電漿或其他激發源協助下，一電漿沉積材料的一厚度及/或組成不均勻性可能相對地高。此外或或者，相較於使用非電漿輔助製程沉積的材料，電漿沉積材料的一（例如，厚度或組成）共形性可能相對地低。
電漿沉積材料的較高不均勻性的原因之一可歸因於用於形成一電漿的RF功率。當RF功率過高或過低時，膜均勻性可能降低。例如，RF功率過低可能導致一基板表面上的不完全反應，且RF功率過高可能導致在基板之邊緣的較高電場。在此二情況下，在一氣體與一基板之間可能發生不均勻化學反應，尤其係在一基板的一邊緣區域。
另外，如圖1所繪示，當用於形成一電漿的電極之間之一間隙（例如，一噴淋頭與一基板裝載於其上的一基座）變更窄時，在晶圓之邊緣的一電場通常變更高。亦即，一較窄的間隙通常會在電極之間造成較高電場，且隨著施加至電極的RF功率增加，這變得越來越有問題。圖1繪示一電場相對於在6 mm（102）、7.5 mm（104）、9 mm（106）及12 mm（108）的一間隙距離時自一基板之一中心測量在基板上的一徑向位置。
高電場可能在沉積材料層中造成起泡及其他缺陷。圖2繪示一沉積材料膜202，其包含可能在材料層之電漿增強沉積期間產生的起泡204及一空隙206。起泡204及/或空隙206可能由氫氣或其他殘餘反應物及/或衍生自用於形成沉積材料之前驅物及/或反應物的副產物氣體所引起。起泡可能造成空隙及/或變成一裝置的缺陷部分，諸如一PRAM（相變隨機存取記憶體）、一VNAND（垂直NAND（例如，快閃記憶體））裝置或類似者。
因此，期望改善電漿輔助沉積方法及系統。另外，用於形成具相對較低不均勻性之沉積材料的方法及系統是需要的。
本節提出之任何討論，包含問題及解決方案的討論，僅為了提供本發明背景脈絡之目的而包含在本發明中。此類討論不應視為承認資訊之任何或全部內容在完成本發明時已知或以其他方式構成先前技術。
本發明之各種實施例係關於使用電漿輔助製程用於沉積一膜的方法。本發明之實例更關於用於共形地及/或均勻地沉積膜的方法及系統。儘管下文將更詳細討論本發明之各種實施例對付先前技術方法及系統之缺點的方式，但大致而言，本發明之實施例提供改善方法，其包含複數個電漿條件以改善（亦即，降低）不均勻性及/或減少在一膜內起泡和空隙及/或提高沉積材料的共形性。
根據本發明之例示性實施例，提供一種在基板上形成膜的方法。方法可用於形成上覆於一基板之一表面上之一間隙的共形材料及/或上覆於基板之一表面的均勻材料。根據各種實例，方法包含將一基板裝載至一反應器的一反應室中、在一第一氣體脈衝週期內在反應室內提供一第一氣體、在反應室內提供一第二氣體、使用一第一電漿條件，使用第二氣體形成第一活化種類，藉以形成一沉積材料層、使用一第二電漿條件，使用第二氣體形成第二活化種類，藉以形成一處理層，及使用一第三電漿條件，使用一第三氣體形成活化種類，藉以形成一表面改質層。根據此等實施例之各種實例，第一電漿條件與第二電漿條件不同。根據進一步實例，第一電漿條件係以一第一電漿功率施行，第二電漿條件係以一第二電漿功率施行，且第二電漿功率大於第一電漿功率。根據進一步實例，第三電漿條件係以一第三電漿功率施行，且第三電漿功率小於第二電漿功率及/或第三電漿功率大於第一電漿功率。根據進一步實例，第二電漿條件增加沉積材料層的一硬度及/或降低沉積材料層的一濕蝕刻速率。換言之，第二電漿可緻密化沉積材料。第三電漿條件可在處理層上產生成膜促進位點，例如用於方法之後續循環及/或用於一後續材料層之沉積。根據更進一步實例，第一氣體包括一含矽前驅物，諸如例如一矽烷、一胺、及/或包括一鹵素之一含矽前驅物。根據進一步實例，第二氣體包括一含氮反應物，諸如例如N 2、NH 3、N 2O及NO 2中之一或多者之任意組合。根據附加實例，第三氣體包括一含氫反應物，諸如例如H 2或類似者。方法可用於形成例如包括氮化矽的一層或膜。使用第一電漿條件、使用第二電漿條件及使用第三電漿條件的步驟可重複以形成膜。
根據本發明之附加實施例，一結構包含如本文中所述之一基板和一膜。
依據本發明之進一步實例，提供一種系統。系統可經構型以進行如本文中所述之方法及/或形成如本文中所述之一結構。系統可包含包括一反應室及一電極的一反應器，及一控制器，其經構型以在一沉積步驟期間提供一第一電漿功率至電極、在一處理步驟期間提供一第二電漿功率，及在一表面改質步驟期間提供一第三電漿功率。
所屬技術領域中具有通常知識者從下列參考附圖之某些實施例的詳細描述將明白此等及其他實施例；本發明不必然受限於所揭示任何（多個）特定實施例。
雖然在下文揭示某些實施例及實例，所屬技術領域中具有通常知識者將理解本發明延伸超出本發明之具體揭示的實施例及/或用途以及其等之明顯修改與等同物。因此，意欲使所揭示之本發明的範疇不應受下文所述之特定揭示實施例的限制。
本發明大致上係關於在基板上形成膜的方法、使用方法形成的結構，及可用於進行方法及/或形成膜的系統。如下文更詳細敘述，本文所述之方法可用於形成具有較低不均勻性的膜，其相當共形且其展現相當均勻的濕蝕刻速率，即便在間隙的側壁上。例示性方法可用於形成適於形成電子裝置（諸如PRAM、VNAND）、及/或其他結構及/或裝置的膜及結構。例如，本文所述之方法可用於供DRAM或VNAND裝置的間隙填充製程、供TSV（貫穿矽通孔）應用的內襯製程、及供PRAM裝置的封裝層製程。然而，除非另有提及，本發明之實例不必然受限於此類應用。
在本發明中，氣體可包含在常溫及常壓下的一氣體，一汽化固體及/或一汽化液體，且取決於上下文，可以是由一單一氣體或一氣體混合物所構成。有別於製程氣體的一氣體，例如，未通過諸如一噴淋頭的一氣體分配組件、其他氣體分配裝置或類似者而引入的一氣體，可用於，例如，密封反應空間，以及可包含諸如一稀有氣體或其他惰性氣體的一密封氣體。用語「惰性氣體」係指在一可觀的程度上不參與一化學反應的一氣體、當施加電漿功率時可激發一前驅物的一氣體、可用於處理（例如，緻密化）一材料的一氣體、及/或可提供所欲表面封端的一氣體。當用於激發一前驅物時，一惰性氣體可視為一反應物。在一些情況下，用語「前驅物」及「反應物」可互換地使用。
如本文中所使用，用語「基板」可指可用來形成、或可在其上形成一裝置、一電路或一膜的任何下覆材料或多種材料。一基板可包括一塊材（諸如矽（例如，單晶矽））、其他IV族材料（諸如鍺）或化合物半導體材料（諸如GaAs），並可包含上覆或下伏於塊材的一或多層。此外，基板可包含各種結構，諸如形成在基板之一層的至少一部分中或其上的凹部、通孔、引線及類似者。
在本發明中，相鄰突出結構之間的一凹部及任何其他凹部樣式可稱為一「間隙（gap）。」  也就是說，一間隙可指任何包含一孔洞/通孔、線之間的區域、及類似者的凹部樣式。在一些實施例中，一間隙可具有約20 nm至約100 nm，且一般約30 nm至約50 nm的一寬度。當一溝槽所具有的一長度實質上與其寬度相同時，可將其稱為一孔洞或一通孔。孔洞或通孔一般具有約20 nm至約100 nm的一寬度。在一些實施例中，一溝槽具有約30 nm至約100 nm，且一般約40 nm至約60 nm的一深度。在一些實施例中，一間隙具有約2至約10，且一般約2至約5的一深寬比。間隙之尺寸可依據製程條件、膜組成物、預期應用、及類似者而變化。
如本文中所使用，用語「循環或循環式沉積」可指將前驅物/反應物循序引入至一反應室中，以在一基板上面沉積一層，且包含諸如原子層沉積（例如，電漿增強原子層沉積）及類似者的處理技術。
如本文中所使用，用語「原子層沉積（ALD）」可指一氣相沉積製程，其中沉積循環（一般係複數個接續的沉積循環）係在一製程室中實施。通常，在各循環期間，一前驅物係化學吸附至一沉積表面（例如，可包含來自一先前ALD循環之一先前已沉積材料或其他材料的一基板表面），形成大約不易與額外前驅物起反應（亦即，一自限式反應）的材料之一單層或次單層。一反應物可隨後或同時被引入至製程室中，以用於在沉積表面上將經化學吸附之前驅物轉化為所欲材料。反應物可係能夠進一步與前驅物起反應（例如，當使用一電漿活化時）。另外，亦可在循環期間及/或之間採用吹驅步驟以從製程室移除過量前驅物及/或從製程室移除過量反應物及/或反應副產物。如本文中所使用之用語「原子層沉積」亦意指當使用（多個）前驅物/（多個）反應氣體及（多個）吹驅（例如，惰性）氣體之脈衝進行時，包含由相關用語指定的製程，諸如化學氣相原子層沉積、原子層磊晶（ALE）、分子束磊晶（MBE）、氣體源MBE、或有機金屬MBE及化學束磊晶。
在一些實施例中，膜係指在垂直於厚度方向的方向上延伸以覆蓋一整體目標或關注表面的一層，或單純指覆蓋一目標或關注表面的一層。在一些實施例中，層係指形成於一表面上之具有某一厚度的一結構、或膜或一非膜結構的一同義詞。一層可係連續的或非連續的。一膜或層可由具有某些特性之一離散單一膜或層或者由多個膜或層所構成，且相鄰膜或層之間的一邊界可明確或可不明確，並可或可不基於物理、化學、及/或任何其他特性、形成製程或序列、及/或相鄰膜或層之功能或目的而建立。用語「膜（film）」及「層（layer）」可互換地使用。
在本發明的一些實施例中，「連續地」可指一或多次不破除真空、在時間線上沒有中斷、沒有任何材料介入步驟、緊隨其後未改變處理條件而作為下一步驟或在兩個結構或層間沒有介入之離散物理或化學結構或層。例如，可在一方法的兩個或更多步驟及/或循環期間連續地供應一反應物及/或一惰性或稀有氣體。
如本文中所使用，用語「吹驅」可指將一惰性或實質惰性氣體（亦即，在一可觀的程度上不參與一化學反應的一氣體）在其他（例如，反應物或前驅物）氣體之脈衝之間提供至一反應室的一程序。例如，可在提供一前驅物至一反應室之一步驟與提供電漿功率之一步驟之間提供一吹驅。例如，在時間性吹驅的情況下，一吹驅步驟可例如依下列時間序列使用：提供一前驅物至一反應室、停止前驅物流動，及提供一吹驅氣體至反應室，其中一層沉積於其上的基板可不移動。在空間性吹驅的情況下，一吹驅步驟可採取下列形式：將一基板從供應一第一前驅物的一第一位置移動通過一吹驅氣體幕而至供應一處理氣體的一第二位置。
如本文中所使用，氮化矽係指包含矽及氮的一材料。氮化矽可由分子式Si 3N 4表示。在一些情況下，氮化矽可不包含化學計量的氮化矽。在一些情況下，氮化矽可包含其他元素，諸如碳、氫或類似者。
在一些情況下，一共形層在具有大於約2、大於約5、大於約10、大於約25、大於約50、大於約100、或介於約10與100之間、或約2與10之間、或約5與25之間的深寬比（高度/寬度）之結構之中/之上展現等於或大於50%、或大於80%、或大於90%、或大於100%、或大於110%、或大於150%、或介於50%與150%之間、或介於80%與100%之間的一階梯覆蓋率。應理解，用語「階梯覆蓋率（step coverage）」係指一凹部之一遠端表面上的一層之一厚度除以凹部之一近端表面上的層之厚度，並表示為一百分比。亦應理解，間隙特徵的一遠端部分係指離一基板表面較遠的間隙特徵之一部分，及一間隙特徵的近端部分係指相較於間隙特徵的遠端/較下/較深部分，較靠近基板的表面的間隙特徵之一部分。
如本文中所使用，用語「重疊（overlap）」可意指關於時間及在一反應室內的重合。例如，關於氣體脈衝週期或步驟，諸如前驅物脈衝週期及提供一反應物的一步驟，當來自各別脈衝週期或步驟的氣體在反應室內或被提供至反應室達一段時間時，兩個或更多氣體脈衝週期及/或步驟可重疊。
在本發明中，一變量之任兩個數字可構成變量之一可工作範圍，且所指示之任何範圍可包含或排除端點。此外，所指示之變數的任何數值（不管其是否以「約」指示）可指精確值或近似值並包含等效值，以及在一些實施例中可指平均值、中數值、代表值、多數值或類似者。另外，在本發明中，在一些實施例中，用語「包含」、「由…所構成」及「具有」可獨立指「通常或廣泛包括」、「包括」、「基本由…所組成」或「由…所組成」。依據本發明之態樣，用語之任何已定義的意義不必然排除用語的尋常及慣例意義。
再次參照圖式，圖3繪示根據本發明之實例在基板上形成膜的一方法300。方法300可用於形成上覆於一基板之一表面上之一間隙的共形膜及/或形成在一基板之一表面各處具有較低不均勻性的膜。
如所繪示，方法300包含下列步驟：將一基板裝載至一反應器的一反應室中（步驟302）、在反應室內提供一第一氣體（步驟304）、在反應室內提供一第二氣體（步驟306）、使用一第一電漿條件，使用第二氣體形成第一活化種類（步驟308）、使用一第二電漿條件，使用第二氣體形成第二活化種類（步驟310），及形成一表面改質層（步驟312）。圖4繪示適於偕同方法300使用的一時間序列400。
在步驟302期間，將包括間隙的基板提供至一反應器系統之一反應器的一反應室中。根據本發明之實例，反應室可形成一循環沉積反應器的部分，諸如一循環化學氣相沉積反應器，且特別係一電漿增強CVD反應器。方法300的各種步驟可在一單一反應室內進行或可在多個反應室內進行，諸如一叢集工具或一製程模組的反應室。更詳言之，基板可裝載至反應器中的一基座上。基座可裝設在一加熱組上，以供應一熱能給基板。可通過形成於加熱組及基座中的貫穿孔提供頂銷以接受基板。基板可包含一複雜結構形成於上。例如，基板可包含一間隙結構或供VNAND裝置應用的3D結構。例示性基板及結構將結合圖7更詳細描述於後。
在步驟302期間，可使基板達到步驟304~312之一所欲的溫度及壓力。舉例而言，在一反應室內（例如，一基板或一基板支撐件）的一溫度可係小於550℃、小於500℃、小於450℃、及/或介於約50℃與約550℃之間或約100℃與約500℃之間。反應室內的一壓力可係約2至約40托或約10至約30托。
在步驟304期間，在一第一氣體脈衝週期內將一第一氣體提供至反應室內。第一氣體可在基板上形成一化學吸附層。根據本發明之實例，第一氣體係為或包括一前驅物，諸如一含矽氣體。在此情況下，一含矽層可形成於基板上。
適合在步驟304期間使用之例示性含矽氣體或前驅物包含矽烷、包含矽及一鹵素之鹵素化合物（例如，一鹵化（例如，包含F、Cl、Br或I中之一或多者）矽烷）及包含矽及胺官能基之胺類。適於偕同方法300使用的含矽前驅物特定實例包含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；TEOS，Si(OEt) 4；SiCl 4；HCD，Si 2Cl 6；DCS，SiH 2Cl 2；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；SiHI 3；及SiH 2I 2或其任何組合中之至少一者，其中Me代表一甲基，Et代表一乙基，iPr代表一異丙基，及tBu代表一三級丁基。
前驅物之載體氣體的一流率可介於約500與約2000 sccm之間或介於約1000與約1500 sccm之間。前驅物蒸氣可由載體氣體攜載至放置在反應器之反應空間的基板。例如，前驅物可儲存在具有入口管及出口管的一起泡型源容器中，由此載體氣體提供至源容器並自源容器提供至具有前驅物蒸氣攜載於上的反應空間。步驟304的一持續期間可介於約0.5與約3秒之間或介於約0.5與約1.2秒之間。第一氣體可包含（例如，含矽）前驅物及可選的一載體氣體，諸如氮（N 2）、氬（Ar）或類似者。載體亦可用作一吹驅氣體。如圖4所繪示，在一些情況下，第一氣體包含一前驅物、一載體及/或吹驅氣體、及一反應物。
在步驟306期間，在反應室內提供一第二氣體。第二氣體可包含一載體、吹驅或惰性氣體中之一或多者及一反應物。舉例而言，第二氣體可包含在步驟304期間使用的一載體氣體及一（例如，含氮）反應物。
例示性含氮反應物以單獨或任意組合地包含N 2、NH 3、N 2O及NO 2中之一或多者。在一些情況下，含氮氣體包括和載體、吹驅或惰性氣體一樣的化合物。
載體、吹驅或惰性氣體的一流率可介於約500與約2000 sccm之間或介於約1000與約1500 sccm之間。反應物的一流率可介於約1000與約10000 sccm之間或介於約3000與約8000 sccm之間。第二氣體可在一循環之一或多個（例如，每一）步驟整個期間及/或在一或多個沉積循環整個期間連續地提供。
在步驟308期間，使用一第一電漿條件，使用第二氣體形成一第一活化種類，藉以形成一沉積材料層。第一活化種類可與在步驟304期間形成的化學吸附層反應。例如，第二氣體可係含氮氣體，且第一活化種類可與包括矽之一化學吸附層反應以形成一沉積氮化矽層。
相較於習知技術，第一電漿條件可設定以在基板的一邊緣區域形成一較低電場使得遍及基板的一膜厚均勻性可被改善。例如，相對於使用第二電漿條件形成於邊緣的一電場而言，第一電漿條件可在一基板之一邊緣展現一降低電場。
在步驟310期間，使用一第二電漿條件，使用第二氣體形成一第二活化種類，藉以在基板上形成一處理層。第二活化種類係使用用以形成第一活化種類的相同（第二）氣體所形成。然而，第一電漿條件和第二電漿條件不同。例如，第一電漿功率及/或電極間距可不同。更詳言之，第二電漿的強度可高於第一電漿的強度。
步驟310可施行以控制一膜品質。在此步驟中，第二電漿條件可設定以改善一膜品質，諸如一濕蝕刻速率，且可視所欲膜品質而變化。例示性電漿功率值及時間提供於下表3。
在步驟312期間，使用一第三電漿條件，使用一第三氣體形成活化種類，藉以形成一表面改質層。在此步驟期間，一第三氣體可提供以在步驟310期間所形成的膜上形成成膜促進位點。例如，第三氣體可包括一含氫反應物。更具體言之，第三氣體可為或包含氫（H 2）。在一些情況下，除了含氫反應物，第三氣體還包含載體、吹驅或惰性氣體及如上所述之氮反應物。
第三電漿條件可設定以在基板上面均勻地形成成膜促進位點。此步驟中之第三電漿條件（例如，功率）可不同於第一電漿條件（例如，功率）及/或第二電漿條件（例如，功率）。更詳言之，第三電漿的強度可低於第二電漿且高於第一電漿。成膜促進位點可有助於促進在下一循環步驟形成層及/或另一層。
如圖3所繪示，步驟304～312可代表一個循環且可重複若干次以形成具有所欲性質及厚度的一膜。
圖4所繪示之時間序列400繪示方法300的一例示性序列。序列400包含一沉積步驟402、一處理步驟404、一活化步驟406、及一吹驅408。
沉積步驟402包含週期t1、t2及t3。在所繪示之實例中，在週期t1期間，將第一氣體及第二氣體提供至反應室。在週期t2期間，停止前驅物流動，且第二氣體繼續流動，此允許吹驅反應室。在週期t3期間，當第二氣體繼續流動時，一電漿功率經施加橫越一或多個電極，以使用第二氣體形成第一活化種類，藉以形成一沉積材料層。
如上所提及，高電漿功率可提高一基板之邊緣區域的一電場而有害地影響一膜均勻性。因此，此步驟所提供之第一電漿功率的一強度可設定為不提高一基板之邊緣區域的一電場，但足以促進在基板上面均勻化學反應。例如，RF功率可低於800 W且高於100 W（例如，對於一300 mm直徑大小之基板）。當圖4的單元製程流程循環重複時，此步驟所提供之第一電漿功率亦可防止或緩和來自一第一氣體（例如，矽前驅物）之殘餘氫氣或步驟t5所提供之氫氣所導致的起泡之形成。
處理步驟404包含週期t4。在t4期間，一第二電漿條件提供以使用第二氣體形成第二活化種類，藉以形成一處理層。如上所提及，第一電漿條件及第二電漿條件可不同。具體言之，如所繪示，第一電漿條件可以一第一電漿功率施行，且第二電漿條件可以一第二電漿功率施行。
在此步驟中，第二電漿條件（例如，功率）可控制一膜品質，例如一膜濕蝕刻速率。例如，第二電漿功率可大於第一電漿功率，且膜濕蝕刻速率可降低。亦即，膜可能硬化或緻密化。在一實施例中，第二電漿功率可低於1500 W且高於600 W。儘管此步驟中之第二電漿功率相對地高，但一膜形成步驟（例如，氮化矽膜形成步驟）已在步驟t3中藉由第一電漿功率完成；故，一膜厚均勻性可不受第二電漿功率影響。在此步驟t4中，反應物可連續地提供及由第二電漿功率活化。但在此步驟t4中所供應之活化反應物可能不會有助於膜形成，因為膜形成已在步驟t3中施行，且在步驟t4中可不再繼續一表面反應。在一實施例中，在步驟t4中連續地提供氮(N 2）作為一反應物，且活化氮有助於一氮化矽膜緻密化、Si-N鍵之增加及自膜除去氫（矽前驅物可能含有此）。更詳言之，氮離子（諸如N ＋及N 2+，由第二電漿功率活化）可打斷Si-Si鍵、增加Si-N鍵之數量而導致氮化矽膜緻密化。氮自由基及離子（諸如N ＋及N 2+）亦與形成於表面上之N-H鍵及Si-H鍵反應、自鍵結結構移除氫（-H）及形成Si-N鍵結結構，從而增加Si-N鍵結結構。然而，在另一實施例中，於此步驟中所供應之活化反應物可有助於一膜之額外形成，因為其可能含有氮元素。
活化步驟406包含週期t5。在週期t5期間，可提供含氫氣體並以一第三電漿功率活化。解離氫氣可在膜上形成氫封端位點，且可充當一前驅物（例如，含矽）的成膜促進位點或鍵結位點，其係在下一循環提供及減少基板上的非活化位點。故此步驟可有助於改善在一複雜結構上的一膜生長率及一階梯覆蓋率，諸如形成於一基板上的一間隙或3D結構（例如，具有如本文中所提及之一深寬比）。在此步驟中，可提供一吹驅氣體及與第三氣體一起活化。但活化吹驅氣體可能破壞氫封端位點，因此在此步驟所提供之電漿功率的強度可設定為低，但足以形成及保留氫封端位點。更具體言之，電漿功率的強度可低於第二電漿功率，但（及/或）高於第一電漿功率。含氫氣體可係H 2、H原子及NH 3或其一組合。第二氣體可在週期t5期間連續地提供，且可有助於在一製程期間的製程壓力之穩定。
吹驅408包含週期t6。在週期t6期間，殘餘氣體可藉由一吹驅氣體吹驅出反應室，諸如Ar或N 2（例如，第二氣體）。週期t1至t6可重複（m個循環），直至達到所欲膜厚為止。
圖5繪示根據圖4之週期t3及週期t4中的電漿功率之強度的膜厚均勻性。具體言之，在圖5中，相較於其他電漿功率位準，當第一電漿功率相對較低且第二電漿功率相對較高時，氮化矽膜厚均勻性較佳（不均勻性百分比較低）。
圖6繪示於在圖4之週期t3期間施加之電漿功率及週期t5期間施加之電漿功率的影響。電漿功率繪示為RF功率，但可係如本文中所提及之其他頻率。如圖6所示，當第一電漿功率較低時，一膜（例如，氮化矽）較不被氮離子轟擊破壞，且因此較少氫元素在週期t5期間穿透入膜內，且因此起泡不會產生，而更多氫封端位點可形成及保存。但當電漿功率較高時，一氮化矽膜遭氮離子轟擊破壞漸增，且被認為更多氫元素在週期t5期間穿透入膜內，且因而產生起泡，且可能形成較少氫封端位點。因此，第一電漿功率之低強度可具有防止在方法300期間產生起泡的作用，及有助於形成及保存更多氫封端位點。
圖7繪示結構702及704，及繪示含氫氣體對一膜生長速率及一階梯覆蓋率的影響。結構702及704各自包含一基板706、特徵708、710、及形成於其間的一間隙712。結構702包含上覆於特徵708、710及間隙712的一共形形成氮化矽層714。結構704包含層716，其已如本文中所述使用一含氫氣體處理過。
如圖7所繪示，當提供一氫氣（H 2）時，一膜生長速率從0.24埃/分鐘提高約兩倍至0.43埃/分鐘，且圖案化結構702、704上的一階梯覆蓋率亦從93%提高至113%。因此，圖7顯示一含氫氣體於氮化矽膜的表面提供成膜促進位點，並有助於一膜生長速率之增加及在一圖案化結構上的階梯覆蓋性質之改善。
圖8繪示結構802及804，及繪示一濕蝕刻速率均勻性。結構802及804各自包含一基板806、特徵808、810、及形成於其間的一間隙812。結構802包含上覆於特徵808、810及間隙812的一共形形成氮化矽膜814。結構804包含層816，其已使用一稀釋氫氟酸（200：1 水：HF）蝕刻30秒。
如圖8所繪示，氮化矽膜814從間隙812的頂部到底側共形且均勻地形成在圖案化結構上。氮化矽膜的一濕蝕刻速率從側頂部分到側底部分亦係均勻的，例如，9.05埃/分鐘相對11.65埃/分鐘。氮化矽膜在側底部分的濕蝕刻速率尤其從習知製程的92.0埃/分鐘改善成11.65埃/分鐘，其中習知製程的氮化矽膜僅由單一RF功率步驟形成。
下表1顯示根據一實施例，圖4之各電漿步驟的一RF功率及RF頻率條件。 [表1]. RF功率和RF頻率條件
第一電漿條件（t3） 第二電漿條件（t4） 第三電漿條件（t5）
RF功率 低 高 中
RF頻率 高 高 高
在表1的第一電漿條件下，具有高RF頻率之低電漿功率可提供至一反應室，以降低在基板之一邊緣區域的一電場，而得遍及基板的均勻膜厚。
在第二電漿條件下，可提供具有高RF頻率之高電漿功率。具有高RF頻率之高電漿功率可增加離子密度的密度、增加Si-N鍵之數量及改善一膜品質，例如，更低及/或更均勻的濕蝕刻速率。在另一實施例中，可提供具有高頻和低頻雙重（例如，RF）頻率的電漿功率，以提供更多離子至圖案化結構的底部部分；因此，即使在複雜的圖案化結構中，亦可實現一均勻膜品質。在另一實施例中，可以脈衝形式（例如，以約10%至約90%之一工作比）提供電漿功率，以提供更多離子至圖案化結構的底部部分。
在第三電漿條件下，可提供具有高RF頻率之中等電漿功率及活化氫，以在例如一沉積氮化矽膜上從一圖案化結構的頂部到底部部分均勻地形成氫封端位點。高電漿功率可增加離子密度，但會破壞膜及氫封端位點。因此，可提供中級電漿功率，以在第三電漿步驟中保存氫封端位點。在表1中，電漿功率頻率可係13.56 MHz，或可係27.12 MHz，或可係60 MHz。
表2提供根據本發明及一習知方法之膜性質的一比較。 [表2]. 根據本發明及習知方法之膜性質的一比較
方法 膜厚均勻性（%） 階梯覆蓋率 在側壁上之濕蝕刻速率
本發明（三個RF步驟） 良好 良好 良好
習知方法（單一RF步驟） 低RF功率電漿 良好 不良 不良
高RF功率電漿 不良 不良 良好
N 2/H 2電漿 良好 良好 不良
在表2中，根據本發明之一製程產生具有良好膜性質的膜，同時包含膜厚均勻性、階梯覆蓋率及圖案化結構之側壁上之濕蝕刻速率。對照之下，使用一單一RF功率步驟的習知方法無法同時在膜厚均勻性、階梯覆蓋率及圖案化結構之側壁上之濕蝕刻速率方面達到良好膜性質。因此，本文所述之方法包含同時在膜厚均勻性、階梯覆蓋率及圖案化結構之側壁上之濕蝕刻速率方面達到良好膜性質的一技術優勢。
表3提供根據本發明之一實施例的例示性製程條件及範圍，例如，適於偕同圖3之方法300及/或圖4之時間序列400使用。表3的條件可用於形成氮化矽膜。 [表3]. 根據本發明之一實施例的例示性條件
溫度（　℃） 50至550　℃（較佳100至500℃）
製程壓力（托） 2至40托（較佳10至30托）
電極間隙（mm） 5至20 mm（較佳7至15 mm）
第一氣體（含矽前驅物） 矽烷或含鹵素元素之矽源或其他含矽前驅物
反應物 N 2或其他含氮反應物
成膜促進氣體 H 2或其他含氫反應物
氣體流率（sccm） N 2（前驅物載體/吹驅氣體） 500至2000（較佳1000至1500）
N 2（反應物） 1000至10000（較佳3000至8000）
H 2 1至30（較佳2至20）
每步驟的處理時間（秒） 前驅物供料步驟 0.05至3.0（較佳0.5至1.2）
前驅物吹驅步驟 0.2至5.0（較佳0.5至1.2）
第一電漿條件（t3） 0.2至5.0（較佳0.5至2.0）
第二電漿條件（t4） 3.0至20.0（較佳8.0至15.0）
第三電漿條件（t5） 0.2至5.0（較佳0.5至2.0）
電漿吹驅（t6） 0.0至1.0（較佳0.1至0.8)
電漿功率與頻率 第一電漿條件（t3） RF功率：100至800 W（較佳300至600 W） RF頻率 ：13.56 MHz
第二電漿條件（t4） RF功率：600至1500 W（較佳800至1200 W） RF頻率 ：13.56 MHz
第三電漿條件（t5） RF功率：300至1000 W（較佳500至800 W） RF頻率：13.56 MHz
圖9係一基板處理設備或系統900的示意圖，用於實施根據本發明之一製程。在圖9中，一基板4可配置在一反應器1內的一基板支撐件3上。一氣體供應單元2經構型以供應一氣體至基板4。基板支撐件3可包括將一熱能供應至基板4的一加熱組。氣體供應單元2可係一噴淋頭。
製程氣體經由一排氣單元8排放，其可係一排氣泵。氣體供應單元2可係或包含一電極，其連接至一電漿（例如，RF）功率供應單元。RF功率供應單元可包括：一匹配網路5、一高頻RF功率產生器6及/或一低頻RF功率產生器7。RF功率可提供至反應器，且根據本發明之RF功率的強度可由可程式化控制單元逐步控制，諸如一控制器10，其可係或包含一電腦。
上述之本發明的實例實施例並未限制本發明的範疇，因為這些實施例僅係本發明之實施例的實例，本發明的範疇由隨附申請專利範圍及其等之法律等同物界定。任何等同實施例係意欲屬於本發明之範疇。實際上，除了本文所示及所述者以外，在所屬技術領域中具有通常知識者可從本說明書明白諸如所述元件之替代可用組合。此類修改及實施例亦意欲落在隨附申請專利範圍的範疇內。
1:反應器 2:氣體供應單元 3:基板支撐件 4:基板 5:匹配網路 6:高頻RF功率產生器 7:低頻RF功率產生器 8:排氣單元 10:控制器 102:間隙6mm 104:間隙7.5mm 106:間隙9mm 108:間隙12mm 202:沉積材料膜 204:起泡 206:空隙 300:方法 302,304,306,308,310,312:步驟 400:計時序列 402:沉積步驟 404:處理步驟 406:活化步驟 408:吹驅 702,704:結構 706:基板 708,710:特徵 712:間隙 714:氮化矽層 716:層 802,804:結構 806:基板 808,810:特徵 812:間隙 814:氮化矽膜 816:層 900:系統 t1:週期 t2:週期 t3:週期 t4:週期 t5:週期 t6:週期
當連同下列闡釋性圖式考慮時，可藉由參考實施方式及申請專利範圍而對本發明之例示性實施例有更完整理解。 ［圖1］繪示間隙距離、徑向位置、及一電場之間的關係。 ［圖2］繪示包含一起泡及一空隙的一膜。 ［圖3］繪示根據本發明之實例的方法。 ［圖4］繪示根據本發明之實例的一時間序列。 ［圖5］繪示厚度不均勻性與電漿功率之間的關係。 ［圖6］繪示在各種步驟期間之電漿功率與厚度不均勻性之間的關係。圖6進一步繪示可能的反應模型。 ［圖7］繪示根據本發明之實例，含氫氣體對一膜生長速率及膜之階梯覆蓋率的影響。 ［圖8］繪示使用圖3所繪示之方法所沉積之膜的共形濕蝕刻。 ［圖9］繪示根據本發明之至少一實施例的一系統。 將理解，圖式中的元件係為了簡單與清楚而繪示，且不必然按比例繪製。例如，圖式中之一些元件的尺寸可能相對於其他元件是放大的，以幫助改善對所繪示本發明實施例的理解。
400:計時序列
402:沉積步驟
404:處理步驟
406:活化步驟
408:吹驅

Claims (23)

  1. 一種在基板上形成膜的方法，該方法包括： 將一基板裝載至一反應器的一反應室內； 在一第一氣體脈衝週期內在該反應室內提供一第一氣體； 在該反應室內提供一第二氣體； 使用一第一電漿條件，使用該第二氣體形成第一活化種類，藉以形成一沉積材料層； 使用一第二電漿條件，使用該第二氣體形成第二活化種類，藉以形成一處理層；及 使用一第三電漿條件，使用一第三氣體形成活化種類，藉以形成一表面改質層， 其中該第一電漿條件及該第二電漿條件不同。
  2. 如請求項1之方法，其中該第一電漿條件係以一第一電漿功率施行，其中該第二電漿條件係以一第二電漿功率施行，且其中該第二電漿功率大於該第一電漿功率。
  3. 如請求項2之方法，其中該第三電漿條件係以一第三電漿功率施行，且其中該第三電漿功率小於該第二電漿功率。
  4. 如請求項3之方法，其中該第三電漿功率大於該第一電漿功率。
  5. 如請求項2至4中任一項之方法，其中該第一電漿條件在一基板的一邊緣展現一降低電場，相對於使用該第二電漿條件形成於該邊緣的一電場而言。
  6. 如請求項1至5中任一項之方法，其中該第二電漿條件增加該沉積材料層的一硬度。
  7. 如請求項1至6中任一項之方法，其中該第二電漿條件降低該沉積材料層的一濕蝕刻速率不均勻性。
  8. 如請求項1至7中任一項之方法，其中該第三電漿條件在該處理層上產生複數個成膜促進位點。
  9. 如請求項1至8中任一項之方法，其中該第一氣體包括一含矽前驅物。
  10. 如請求項9之方法，其中該含矽前驅物包括一矽烷前驅物。
  11. 如請求項9或請求項10之方法，其中該含矽前驅物包括一鹵素。
  12. 如請求項9至11中任一項之方法，其中該 含矽前驅物包括一胺。
  13. 如請求項9至12中任一項之方法，其中該含矽前驅物包括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；TEOS，Si(OEt) 4；SiCl 4；HCD，Si 2Cl 6；DCS，SiH 2Cl 2；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；SiHI 3；或SiH 2I 2或其任何組合中之至少一者，其中Me代表一甲基，Et代表一乙基，iPr代表一異丙基，及tBu代表一三級丁基。
  14. 如請求項1至13中任一項之方法，其中該第二氣體包括一含氮反應物。
  15. 如請求項14之方法，其中該含氮反應物包括N 2、NH 3、N 2O及NO 2中之一或多者中的單獨者或任一組合。
  16. 如請求項1至15中任一項之方法，其中該第三氣體包括一含氫反應物。
  17. 如請求項2至16中任一項之方法，其中該第一電漿功率係介於約100與約800 W之間。
  18. 如請求項2至17中任一項之方法，其中該第二電漿功率係介於約600與約1500 W之間。
  19. 如請求項3至18中任一項之方法，其中該第三電漿功率係介於約300與約1000 W之間。
  20. 如請求項1至19中任一項之方法，其中該沉積材料層包括氮化矽。
  21. 如請求項1至20中任一項之方法，其進一步包括重複以下步驟： 在該反應室內提供該第一氣體； 使用該第一電漿條件，使用該第二氣體形成該第一活化種類，藉以形成另一沉積材料層； 使用該第二電漿條件，使用該第二氣體形成該第二活化種類，藉以形成另一處理層；及 使用該第三電漿條件，使用該第三氣體形成該活化種類，藉以形成另一表面改質層。
  22. 一種結構，係根據請求項1至21中任一項之方法所形成。
  23. 一種系統，其包括： 一反應器，包括一反應室及一電極；及 一控制器，係經構型以在一沉積步驟期間提供一第一電漿功率至該電極、在一處理步驟期間提供一第二電漿功率，及在一表面改質步驟期間提供一第三電漿功率。
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