TW202335080A - 形成金屬氮化物膜之方法 - Google Patents

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Abstract

本揭示案之實施例包含形成膜之方法，包括：在基板上正形地沉積第一膜；藉由第一電漿處理第一膜以形成第二膜；藉由第二電漿處理第二膜以形成第三膜；以及選擇性地移除第一膜、第二膜之一部分以及第三膜。

Description

形成金屬氮化物膜之方法
本揭示案一般而言關於沉積膜之方法。特定而言，本揭示案關於用於選擇性沉積ALD膜的製程。
在基板上膜之沉積為在各種產業中的重要製程，包含半導體處理、擴散阻障塗層及磁性讀/寫頭的介電質。特別是在半導體產業中，小型化需要對於膜沉積的原子級控制，以在高深寬比結構上產生正形塗層。一種具有控制及正形沉積的膜之沉積方法為原子層沉積（ALD），此採用依序表面反應以在結構之所有部分上形成具有相同精確厚度的層。大多數ALD製程為基於沉積二元化合物膜的二元反應順序。因為表面反應為依序的，兩種氣相反應物不接觸，可形成及沉積顆粒的可能的氣相反應為受限的。
由於缺乏連續性、缺乏正形性、膜厚度控制不佳以及膜成分控制不佳，例如氫污染及/或膜中碳之不同鍵合狀態，大多數膜性質不能滿足實際需求。傳統上，藉由化學氣相沉積（CVD）製程及物理氣相沉積（PVD）製程形成的膜經常為不連續且非正形的。另外，CVD製程通常具有比ALD製程更少的厚度控制及/或可能造成氣相顆粒產生，此可能導致最終元件中的缺陷。
材料之選擇性沉積可以各種方式來完成。舉例而言，某些製程根據表面的表面化學性質可具有對表面的固有的選擇性。這些製程很少見，通常特定於所使用的反應物、形成的材料及基板表面。然而，選擇性沉積製程面臨滿足實際需求之相同挑戰。
因此，需要用於選擇性沉積ALD膜的製程。
本揭示案之一或更多個實施例針對形成膜之方法。方法包括在基板上正形地(conformally)沉積具有水平表面及垂直表面的第一膜。基板包括至少一個特徵，具有頂表面、底表面及側壁。藉由第一電漿處理第一膜之水平表面以在水平表面上形成第二膜。在藉由第一電漿處理之後，第二膜具有比第一膜低的濕蝕刻速率。藉由第二電漿處理在水平表面上的第二膜以在水平表面上形成第三膜。在藉由第二電漿處理之後，第三膜具有比第二膜高的濕蝕刻速率。方法進一步包括選擇性地移除第一膜、第二膜之一部分以及第三膜。
本揭示案之另外的實施例針對處理方法，包括使基板暴露於包括至少一個沉積循環的沉積環境。至少一個沉積循環包括使基板依序暴露於矽前驅物及含氮反應物以在基板上形成第一氮化矽膜。基板具有至少一個特徵，包含頂表面、底表面及側壁。藉由第一方向性電漿處理第一氮化矽膜以形成第二氮化矽膜。在藉由第一方向性電漿處理之後，第二氮化矽膜具有比第一氮化矽膜低的濕蝕刻速率。藉由第二方向性電漿處理第二氮化矽膜以形成第三氮化矽膜。在藉由第二方向性電漿處理之後，第三氮化矽膜具有比第二氮化矽膜高的濕蝕刻速率。處理方法進一步包括移除第三氮化矽膜、第二氮化矽膜之一部分以及第一氮化矽膜。
在描述本揭示案之幾個示例性實施例之前，應理解，本揭示案不限於以下描述中記載的構造或製程步驟之細節。本揭示案能夠有其他實施例並且能夠以各種方式來實踐或執行。
如在此說明書及所附申請專利範圍中所使用，用語「基板」指製程作用於其上的表面或表面之一部分。本領域具有通常知識者亦將理解，對基板的參照亦可僅指基板之一部分，除非上下文另有明確指示。另外，參照在基板上沉積的步驟可意謂裸基板以及具有沉積或形成在其上的一或更多個膜或特徵的基板兩者。
如本文所使用的「基板」指在製造過程期間在其上執行膜處理的任何基板或形成在基板上的材料表面。舉例而言，可在其上執行處理的基板表面取決於應用包含材料例如矽、氧化矽、應變矽、絕緣體上矽（SOI）、碳摻雜氧化矽、非晶矽、摻雜矽、鍺、砷化鎵、玻璃、藍寶石，及任何其他材料例如金屬、金屬氮化物、金屬合金，以及其他導電材料。基板包含但不限於半導體晶圓。可使基板暴露於預處理製程以將基板表面拋光、蝕刻、還原、氧化、羥基化、退火及/或烘烤。除了直接在基板本身之表面上進行膜處理之外，在本揭示案中，所揭示的任何膜處理步驟亦可在如以下更詳細揭示的基板上形成的底層上執行，並且用語「基板表面」旨在包含如上下文所指示的此底層。因此，舉例而言，當膜/層或部分膜/層已沉積至基板表面上時，新沉積的膜/層之暴露表面成為基板表面。
本文所使用的用語「水平」界定為平行於基板或基板之表面的平面，而無論其定向為何。在一或更多個實施例中，水平平面從基板之一側延伸至另一側。如附圖所繪示，水平平面從元件之左側（頁面之左側）延伸至元件之右側（頁面之右側）。用語「垂直」指垂直於剛才界定的水平平面的方向。垂直平面從靠近基板延伸至遠離基板的點或平面。如附圖所繪示，垂直平面從元件之頂部（頁面之頂部）延伸至基板（頁面之底部），使得垂直平面平行於特徵之側壁。用語例如「上方」、「下方」、「底部」、「頂部」、「側面」（如「側壁」）、「較高」、「較低」、「上」、「在……上方」及「在……下方」為相對於水平平面界定的，如圖式所示。本領域具有通常知識者將認知方向性敘述為相對於元件之定向並且不限於任何特定的基板定向。
用語「在……上」指示元件之間存在直接接觸。用語「直接在……上」指示元件之間存在直接接觸而沒有中間元件。
如在此說明書及所附申請專利範圍中所使用，用語「反應性氣體」、「前驅物」、「反應物」等可互換使用以意謂包含與基板表面反應的物質的氣體。舉例而言，第一「反應性氣體」可簡單地吸附至基板之表面上，並且可用於與第二反應性氣體進行進一步化學反應。
如本文所使用，用語「約」意謂大約或接近，並且在記載的數值或範圍之上下文中意謂數值之±15%或更少的變化。舉例而言，相差±14%、±10%、±5%、±2%或±1%的值將滿足約之定義。
本文所述的方法使用原子層沉積（ALD）製程。如本文所使用，「原子層沉積」或「循環沉積」指兩種或更多種反應性化合物之依序暴露以在基板表面上沉積材料層。基板或基板之一部分分別暴露於引入處理腔室之反應區中的兩種或更多種反應性化合物。在時域ALD製程中，藉由時間延遲將每種反應性化合物的暴露分隔，以允許每種化合物黏附在基板表面上及/或在基板表面上反應，然後被淨化(purge)離開處理腔室。據稱這些反應性化合物依序暴露於基板。在空間ALD製程中，基板表面或基板表面上的材料之不同部分同時暴露於兩種或更多種反應性化合物，使得基板上的任何給定點實質上不會同時暴露於多於一種反應性化合物。如在此說明書及所附申請專利範圍中所使用，在這方面使用的用語「實質上」，如本領域具有通常知識者將理解，意謂有可能由於擴散而基板之一小部分可能同時暴露於多種反應性氣體，而同時暴露為非故意的。
在時域ALD製程之一種態樣中，將第一反應性氣體（亦即，第一前驅物或化合物A）脈衝化至反應區中，隨後為第一時間延遲。接著，將第二前驅物或化合物B脈衝化至反應區中，隨後為第二延遲。在每個時間延遲期間，將淨化氣體例如氬氣引入處理腔室中以淨化反應區或以其他方式從反應區移除任何殘留的反應性化合物或反應副產物。或者，淨化氣體可在整個沉積製程中連續地流動，使得在反應性化合物之脈衝之間的時間延遲期間只有淨化氣體流動。將反應性化合物交替地脈衝化，直到在基板表面上形成期望的膜或膜厚度。在任何一種情況下，脈衝化合物A、淨化氣體、化合物B及淨化氣體之ALD製程為一個循環。一個循環可從化合物A或化合物B開始，並且繼續循環之個別順序直到達成具有預定厚度的膜。
在空間ALD製程之實施例中，將第一反應性氣體及第二反應性氣體（例如，氮氣）同時輸送至反應區，但由惰性氣體幕(curtain)及/或真空幕隔開。使基板相對於氣體輸送設備移動，使得基板上的任何給定點暴露於第一反應性氣體及第二反應性氣體。
本揭示案之一些實施例針對選擇性沉積方法，其允許基於3D結構上的沉積位置的不同膜性質。舉例而言，可處理沉積在結構之頂部及底部上的膜以具有與沉積在結構之側壁上的膜不同的膜性質。本揭示案之一些實施例有利地提供形成膜之方法，其中濕蝕刻可選擇性地移除第一膜及第三膜而同時留下其他部分（例如，第二膜之至少一部分）。
參照第1A圖~第1E圖，圖示在膜之選擇性沉積之階段期間的基板102。第1A圖繪示包括至少一個特徵100的基板102，特徵100具有頂表面110、底表面130及側壁120。為了說明目的，圖式圖示具有單一特徵100的基板102；然而，本領域具有通常知識者將理解可具有多於一個的特徵。特徵102之形狀可為任何適合的形狀，包含但不限於溝槽、圓柱形通孔（舉例而言，當填充有金屬時在膜之間傳送電流）以及電極（其在相同膜內傳送能量）。如本文所使用，用語「特徵」意謂任何故意的表面不規則性。特徵可具有任何適合的深寬比（特徵之深度與特徵之寬度之比例）。在一些實施例中，深寬比大於或等於約5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、30:1、35:1或40:1。
第1B圖繪示正形地沉積在基板102上而具有水平表面及垂直表面的第一膜140。如本文所使用，用語「正形」或「正形地」指膜黏附至暴露表面並且均勻地覆蓋暴露表面，且厚度相對於膜之平均厚度的變化小於1%。舉例而言，1000Å厚的膜的厚度變化將小於10Å。此厚度及變化至少包含凹槽之邊緣、拐角、側面及底部。舉例而言，在本揭示案之各種實施例中藉由ALD沉積的正形膜將在複雜表面上提供基本上均勻厚度的沉積區域上方的覆蓋。在一或更多個實施例中，正形地沉積的第一膜140具有在從20 Å至100 Å的範圍中的厚度。在一或更多個實施例中，正形地沉積的第一膜140具有在從30 Å至80Å的範圍中的厚度。
本揭示案之一些實施例針對膜之濕蝕刻速率，以及其他膜性質。不欲受理論束縛，膜之濕蝕刻速率可基於特定的化學製程及膜在蝕刻溶液中的時間量來決定。在一或更多個實施例中，使第一膜140暴露於空氣，使得在第一膜140上形成原生氧化物之薄層。在一或更多個實施例中，第一膜140在稀釋的HF 100:1蝕刻溶液中具有高濕蝕刻速率。在一或更多個實施例中，在頂表面110及底表面130上的第一膜140之濕蝕刻速率比在側壁120上的第一膜140之濕蝕刻速率大至少2倍。在一或更多個實施例中，在頂表面110及底表面130上的第一膜140在稀釋的HF 100:1蝕刻溶液中之濕蝕刻速率在從5 Å/分鐘至50 Å/分鐘的範圍中。
第1C圖繪示對於第1B圖中形成的第一膜140之處理，以形成第二膜150。在一或更多個實施例中，藉由具有高離子濃度的第一電漿160處理第一膜140之水平表面（或頂表面）152以在特徵100之頂表面110及底表面130上形成第二膜150。在一或更多個實施例中，具有高離子濃度的電漿具有大於或等於約10 10/cm 3的離子濃度。在一或更多個實施例中，具有高離子濃度的電漿具有大於或等於約10 9/cm 3、10 11/cm 3、10 12/cm 3、10 13/cm 3或10 14/cm 3的離子濃度。處理中使用的電漿可為能夠修改膜性質的任何適合的電漿（例如，直接或遠端）。
在一或更多個實施例中，第一電漿160為方向性電漿。如在此說明書及所附申請專利範圍中所使用，用語「方向性電漿」意謂電漿中存在的高能物質（離子及自由基）在特定方向上移動。舉例而言，在第1C圖中，第一電漿160繪示為向下移動，使得高能物質能夠接觸在頂表面110及底表面130上的第一膜140，但與在側壁120上的膜140的接觸最小。換言之，第一電漿160實質上不影響在側壁120上的膜140。
方向性電漿可以多種其他方式來形成。在一或更多個實施例中，使第一膜140之水平表面暴露於至少一個RF頻率。在一或更多個實施例中，使第一膜140之水平表面暴露於在從13.56 MHz至60 MHz的範圍中的第一RF頻率以產生方向性電漿以及在從350 kHz至13.56 MHz的範圍中的第二RF頻率以調整第一電漿160之能量及方向性。方向性電漿可形成為遠端電漿，其中電漿物質在遠離基板表面處激發並且流向基板表面。基板可不是用於產生電漿的電路徑之一部分。方向性電漿亦可形成為直接電漿，其中基板或基板支撐件在電漿形成中用作電極。遠端電漿通常為擴散電漿，並且可藉由施加偏壓至基板使其具方向性，使得離子被吸引至基板並且移動朝向基板。在一或更多個實施例中，方向性電漿包括氫、氬、氮、氨、氧及氦中之一或更多者。在一或更多個實施例中，方向性電漿為電容耦合電漿。
用於處理的時間量可影響對在特徵之頂部及底部上的膜造成的損壞量。電漿物質及功率可影響對膜造成的損壞之深度。相較於對膜造成較淺損壞的處理製程相比，對膜造成較深損壞的處理製程可重複較少次數。舉例而言，He/NH 3電漿可造成比Ar/NH 3電漿更深的損傷，使得在藉由He/NH 3電漿來處理之前沉積的膜可較厚。
在一些實施例中，作為ALD循環之正形沉積步驟之一部分，使第一膜140暴露於第一電漿160歷時0.5秒至5秒的範圍中的時間。在其他實施例中，在預定數量的ALD循環之後，使第一膜140暴露於第一電漿160歷時在1秒至10秒的範圍中的時間。在其他實施例中，在沉積預定厚度的第一膜140之後，使第一膜140暴露於第一電漿160歷時在1秒至10秒的範圍中的時間。在進一步實施例中，作為後處理製程之一部分，使第一膜140暴露於第一電漿160。在進一步實施例中，後處理製程包括使第一膜140暴露於第一電漿160歷時在2秒至60秒的範圍中的時間。
在一或更多個實施例中，第二膜150形成在頂表面110上的水平表面及底表面130上的水平表面上。在一或更多個實施例中，第二膜150具有比第一膜140低的濕蝕刻速率。在一或更多個實施例中，第二膜150在稀釋的HF 100:1蝕刻溶液中之濕蝕刻速率在從2 Å/分鐘至5 Å/分鐘的範圍中。在一或更多個實施例中，第二膜150在稀釋的HF 100:1蝕刻溶液中之濕蝕刻速率在從2 Å/分鐘至3 Å/分鐘的範圍中。
第1D圖繪示對於第1C圖中形成的第二膜150之處理，以形成第三膜170。在一或更多個實施例中，藉由第二電漿165處理第二膜150之水平表面172以在頂表面110上形成第三膜170。在第1D圖中，第二膜150在底表面130上。在一或更多個實施例中，第一電漿160與第二電漿165為相同的。在第1D圖中，第二電漿165繪示為向下移動，使得高能物質能夠接觸在頂表面110及底表面130上的第二膜150，但與側壁120上的第一膜140的接觸最小。換言之，第二電漿165實質上不影響在側壁120上的膜140。
在一或更多個實施例中，第三膜170具有比第二膜150高的濕蝕刻速率。在一些實施例中，在第二膜150之處理期間，在頂表面110上的第三膜170之濕蝕刻速率以比在底表面130上的第二膜150之濕蝕刻速率更快的速率增加。在一或更多個實施例中，第三膜170在稀釋的HF 100:1蝕刻溶液中具有大於或等於從10 Å/分鐘至15 Å/分鐘的範圍的濕蝕刻速率。
第1E圖繪示從特徵100之垂直表面及側壁120選擇性移除第一膜140、第二膜150之一部分以及第三膜170。在一或更多個實施例中，第一膜140及第三膜170藉由用稀釋的氫氟酸（HF）蝕刻來選擇性地移除。在一或更多個實施例中，在選擇性移除第二膜150之一部分之後，第二膜150具有在20 Å至60 Å的範圍中的厚度。選擇性移除後的第二膜150之厚度小於在第1C圖中形成的第二膜150之厚度。
再次參照第1E圖，第二膜150之剩餘部分可用於前段製程（FEOL）介電質應用，例如閘極間隔物。在一或更多個實施例中，第二膜150之剩餘部分用作阻障層。
第1B圖~第1E圖圖示選擇性沉積的ALD膜。在一或更多個實施例中，第一膜140、第二膜150及第三膜170獨立地包括金屬氮化物、氮化矽（SiN）、氮氧化矽（SiON）及碳氮氧化矽（SiOCN）中之一或更多者。
第一膜140、第二膜150及第三膜170中之每一者之形成可藉由任何適合的方法來執行，包含但不限於原子層沉積（ALD）、電漿增強原子層沉積（PEALD）、化學氣相沉積（CVD）及電漿增強化學氣相沉積（PECVD）。在一些實施例中，第一膜140、第二膜150及第三膜170中之每一者為藉由ALD製程來形成，其中使基板102依序地暴露於含金屬前驅物及氮反應物。在一或更多個實施例中，第一膜140、第二膜150及第三膜170各自包括氮化矽（SiN）。在一些實施例中，含矽前驅物及氮反應物用於形成包括氮化矽（SiN）的膜。如在這方面所使用，「矽前驅物」與基板之表面反應，使得矽分子保留在基板102上。如在這方面所使用，「氮反應物」與基板102上的矽分子反應。
儘管本揭示案之以下實施例是關於氮化矽（SiN）膜之沉積來描述，但本領域具有通常知識者將理解本揭示案不限於此。可沉積、處理及蝕刻其他膜（例如，包括金屬氮化物、氮氧化矽（SiON）及碳氮氧化矽（SiOCN）的膜）。
在一些實施例中，藉由在暴露於矽前驅物及氮反應物之間暴露於氮前驅物，將氮化矽（SiN）膜形成在基板102上。如在這方面所使用，「氮前驅物」與基板表面反應並且與已在基板102上的矽物質最低程度地反應。換言之，氮前驅物包括不與基板102上的矽前驅物分子反應的物質。暴露於氮前驅物的步驟可在暴露於矽前驅物的步驟之前、期間或之後發生，因為氮前驅物物質及矽前驅物物質兩者皆與基板102反應且彼此互相最低程度地反應。
適合的矽前驅物包含但不限於甲矽烷(silane)、乙矽烷(disilane)、二氯矽烷（dichlorosilane; DCS）、雙（二乙基胺基）矽烷（bis(diethylamino)silane; BDEAS）、四（二甲基胺基）矽烷（tetrakis(dimethylamino)silane; TDMAS）及/或雙（第三丁基胺基）矽烷（bis(tertiary-butylamino)silane; BTBAS）。在一些實施例中，矽前驅物包括二氯矽烷。在一或更多個實施例中，矽前驅物基本上由二氯矽烷組成，意謂除二氯矽烷外矽物質按原子計小於1%。
適合的氮前驅物包含但不限於分子氮及氨。在氮前驅物暴露期間採用的製程條件可影響氮物質與表面上的矽物質之反應性。在一些實施例中，製程條件經配置為使得氮前驅物實質上僅與基板表面反應。如在這方面所使用，用語「實質上僅」意謂氮前驅物與少於約10%的表面矽物質反應。
氮反應物為在基板102上形成金屬氮化物膜的物質。在一些實施例中，氮反應物提供用於形成金屬氮化物膜（例如，SiN）的氮原子。在一或更多個實施例中，氮反應物不包含含氮物質並且藉由促進表面物質之間的反應來形成氮化物膜。適合的氮反應物包含但不限於氮電漿、氨電漿、包括氫、氮、氨、氦、氬或氧中之兩者或更多者之混合物的電漿。在一些實施例中，氮反應物包括氬及氨之電漿、氬及氮之電漿、氬及氧之電漿或氦及氨之電漿。在一些實施例中，氮反應物包括與表面上的氮物質反應的不含氮的電漿。在一些實施例中，氮反應物包括氫及氬之電漿，或氫及氮之電漿，或氫及氦之電漿，或氫及氨之電漿，或氫及氧之電漿。
在一些實施例中，形成氮化矽（SiN）膜的步驟包括形成此膜的步驟，包括依序使基板表面暴露於包括二氯矽烷的矽前驅物、包括氨的氮前驅物以及包括N 2/Ar電漿或H 2/Ar電漿的氮反應物。
第2圖繪示形成膜之方法之製程流程圖。第2圖繪示形成第1A圖~第1E圖中所示的一或更多個實施例之任何膜之方法。在一些實施例中，方法包含兩個製程：膜沉積及電漿處理。可重複本文所述的方法以形成期望的厚度的膜。可依序重複膜形成製程中的每個步驟以形成用於處理的膜。然後可處理正形地沉積的膜並且重複此製程。
本揭示案之一些實施例有利地在單一處理腔室中執行。在一些實施例中，選擇性沉積包含在單一處理腔室中的兩個製程：膜沉積及電漿處理。這兩個製程構成單一ALD循環。金屬前驅物及氮反應物形成正形地沉積的金屬氮化物膜，並且電漿處理修改在特徵之頂部及底部上的膜。電漿處理製程可在膜表面上形成N-H或金屬氧化物鍵，並且根據處理時間及電漿功率滲入膜中一定深度。已發現這在特徵100之頂表面110及底表面130上產生較高的濕蝕刻速率。可調整沉積膜厚度及電漿處理程度以增加濕蝕刻速率選擇性。在一些實施例中，選擇性沉積在約200℃至約550℃的範圍中的基板溫度下執行。
參照第2圖，方法200包括在操作210在基板上正形地沉積第一膜。基板包括至少一個特徵，此特徵具有頂面、底表面及側壁。第一膜具有水平表面及垂直表面。在一或更多個實施例中，正形地沉積第一膜的步驟包括使基板暴露於含金屬前驅物及氮反應物。在一或更多個實施例中，正形地沉積第一膜的步驟包括使基板暴露於含矽前驅物及氮反應物。
在操作220，方法200包括藉由第一電漿處理第一膜之水平表面以在水平表面上形成第二膜。在一或更多個實施例中，處理第一膜之水平表面的步驟包含使膜暴露於至少一個RF頻率。在一或更多個實施例中，處理第一膜的步驟包括使膜暴露於在從13.56 MHz至60 MHz的範圍中的第一RF頻率以產生方向性電漿以及在從350 kHz至13.56 MHz的範圍中的第二RF頻率以調整方向性電漿之能量及方向性。
在一些實施例中，作為單一ALD循環之正形沉積步驟之一部分，使第一膜暴露於第一電漿歷時在0.5秒至5秒的範圍中的時間。在其他實施例中，在執行預定數量的ALD循環之後，使第一膜暴露於第一電漿歷時在1秒至10秒的範圍中的時間。在其他實施例中，在沉積預定厚度的第一膜之後，使第一膜暴露於第一電漿歷時在1秒至10秒的範圍中的時間。在進一步實施例中，作為後處理製程之一部分，使第一膜暴露於第一電漿。在進一步實施例中，後處理製程包括使第一膜140暴露於第一電漿160歷時在2秒至60秒的範圍中的時間。
在操作230，方法200包括藉由第二電漿處理在水平表面上的第二膜以在水平表面上形成第三膜。在一或更多個實施例中，第三膜具有比第二膜高的濕蝕刻速率。在操作240，方法200包括選擇性地移除第一膜、第二膜之一部分以及第三膜。在一或更多個實施例中，移除第三膜及第一膜的步驟包括藉由稀釋的氫氟酸（HF）來蝕刻。在一或更多個實施例中，第二膜在選擇性移除後具有在20 Å至60 Å的範圍中的厚度。
本揭示案之實施例提供形成氮化矽膜之處理方法。處理方法可用於形成第1A圖~第1E圖中所示的一或更多個實施例之任何膜。處理方法可在與以上參照第2圖所述的方法相同或相似的製程條件下執行，除非另有說明。在一或更多個實施例中，處理方法包括使基板暴露於包括至少一個沉積循環的沉積環境。在一或更多個實施例中，沉積循環包括使基板依序暴露於矽前驅物及含氮反應物以在基板上形成第一氮化矽膜。基板具有至少一個特徵，包含頂表面、底表面及側壁。處理方法包括藉由第一方向性電漿處理第一氮化矽膜以形成第二氮化矽膜，以及藉由第二方向性電漿處理第二氮化矽膜以形成第三氮化矽膜。處理方法進一步包括移除第三氮化矽膜、第二氮化矽膜之一部分以及第一氮化矽膜。本揭示案之實施例提供重複沉積循環以形成具有在從20 Å至100 Å的範圍中的厚度的第一氮化矽膜。
第3圖圖示電容耦合電漿（CCP）腔室300之示意圖。CCP腔室300可用作處理腔室之部件。CCP腔室300可用於在處理腔室內產生電漿。在一或更多個實施例中，CCP腔室300包括頂部電極310及底部電極320。在一或多個實施例中，RF電漿350可經由第一RF電源360及第二RF電源370中之一或更多者產生及饋送。在一或更多個實施例中，頂部電極310為噴頭。在一或更多個實施例中，底部電極320為基座。在一或更多個實施例中，晶圓330設置在底部電極320上。如在本說明書及所附申請專利範圍中所使用，以這方式使用的用語「提供」意謂晶圓330放置或定位在用於處理的環境中。在一或更多個實施例中，第1A圖~第1E圖中所示的實施例之一或更多個膜沉積在晶圓330上。
在一或更多個實施例中，RF電漿350在第一電極310與底部電極320之間形成。在一或更多個實施例中，鞘層(sheath) 340代表電場流動之方向。在第3圖中繪示的實施例中，鞘層340顯示電場向下流向底部電極320。在一或更多個實施例中，電場向上流向頂部電極310（未繪示）。
根據一或更多個實施例，在形成膜之前及/或之後使基板經受處理。此處理可在單一處理腔室中或在一或更多個單獨的處理腔室中執行。在一些實施例中，基板從第一腔室移動至單獨的第二腔室用於進一步處理。基板可直接從第一腔室移動至單獨的處理腔室，或基板可從第一腔室移動至一或更多個傳送腔室，然後移動至單獨的處理腔室。因此，處理設備可包括與傳送站連通的多個腔室。此類設備可稱為「群集工具」或「群集系統」等。
一般而言，群集工具為包括多個腔室的模組化系統，此等腔室執行各種功能，包含基板中心尋找及定向、退火、退火、沉積及/或蝕刻。根據一或更多個實施例，群集工具至少包含第一腔室及中央傳送腔室。中央傳送腔室可容納機器人，此機器人可在處理腔室與裝載閘腔室之間接送基板。傳送腔室通常維持在真空條件下，並且提供中間階段，用於將基板從一個腔室接送至另一個腔室及/或至位於群集工具之前端的裝載閘腔室。可適用於本揭示案之兩個眾所周知的群集工具為Centura®及Endura®，兩者皆可從加利福尼亞州聖塔克拉拉之應用材料公司獲得。然而，為了執行本文所述的製程之特定步驟，腔室之確切佈置及組合可改變。可使用的其他處理腔室包含但不限於循環層沉積（CLD）、原子層沉積（ALD）、化學氣相沉積（CVD）、物理氣相沉積（PVD）、蝕刻、預清潔、化學清潔、熱處理例如RTP、電漿氮化、退火、定向、羥基化及其他基板製程。藉由在群集工具上的腔室中執行製程，可避免基板受大氣雜質的表面污染，而不會在沉積後續膜之前發生氧化。
根據一或更多個實施例，基板連續處於真空或「裝載閘」條件下，並且在從一個腔室移動至下一個腔室時不暴露於環境空氣。傳送腔室因此處於真空下並且在真空壓力下被「抽空」。惰性氣體可存在於處理腔室或傳送腔室中。在一些實施例中，惰性氣體用作淨化氣體以移除一些或所有反應物。根據一或更多個實施例，在沉積腔室之出口處注入淨化氣體以防止反應物從沉積腔室移動至傳送腔室及/或另外的處理腔室。因此，惰性氣體之流動在腔室之出口處形成幕。
基板可在單一基板沉積腔室中處理，其中在處理另一個基板之前裝載、處理及卸載單一基板。基板亦可以連續方式處理，類似於輸送系統，其中多個基板被單獨裝載至腔室之第一部分中，移動穿過腔室，並且從腔室之第二部分卸載。腔室之形狀及相關聯的輸送系統可形成直線路徑或彎曲路徑。另外，處理腔室可為轉盤(carousel)，其中多個基板繞中心軸移動並且在整個旋轉路徑中暴露於沉積、蝕刻、退火、清潔等製程。
在處理期間，可將基板加熱或冷卻。這種加熱或冷卻可藉由任何適合的手段來完成，包含但不限於改變基板支撐件之溫度以及使加熱或冷卻的氣體流動至基板表面。在一些實施例中，基板支撐件包含加熱器/冷卻器，其可被控制以傳導方式改變基板溫度。在一或更多個實施例中，將所採用的氣體（反應性氣體或惰性氣體）加熱或冷卻以局部改變基板溫度。在一些實施例中，加熱器/冷卻器定位在鄰近基板表面的腔室內以對流方式改變基板溫度。
基板在處理期間亦可為靜止的或旋轉的。旋轉基板可連續旋轉或以離散的步驟旋轉。舉例而言，基板可在整個製程中旋轉，或基板可在暴露於不同反應氣體或淨化氣體之間少量地旋轉。在處理期間旋轉基板（連續或分步驟）可藉由使舉例而言氣流幾何形狀的局部變化之影響最小化來幫助產生更均勻的沉積或蝕刻。
貫穿此說明書對「一個實施例」、「某些實施例」、「一或更多個實施例」或「實施例」的參照意謂結合此實施例描述的特定特徵、結構、材料或特性被包含在本揭示案之至少一個實施例中。因此，貫穿此說明書在各處出現的短語例如「在一或更多個實施例中」、「在某些實施例中」、「在一個實施例中」或「在實施例中」未必指稱本揭示案之相同的實施例。此外，在一或更多個實施例中特定特徵、結構、材料或特性可以任何適合的方式來組合。
儘管已參照特定實施例描述了本揭示案，但應理解，這些實施例僅為說明本揭示案之原理及應用。對於本領域具有通常知識者而言顯而易見的是，在不脫離本揭示案之精神及範疇的情況下，可對本揭示案之方法及設備進行各種修改及變化。因此，預期本揭示案包含在所附申請專利範圍及其均等物之範疇內的修改及變化。
100:特徵 102:基板 110:頂表面 120:側壁 130:底表面 140:第一膜 150:第二膜 152:水平表面 160:第一電漿 165:第二電漿 170:第三膜 172:水平表面 200:方法 210:操作 220:操作 230:操作 240:操作 300:電容耦合電漿（CCP）腔室 310:頂部電極/第一電極 320:底部電極 330:晶圓 340:鞘層 350:RF電漿 360:第一RF電源 370:第二RF電源
為了能夠詳細理解本揭示案之上述特徵的方式，藉由參照實施例可具有以上簡要總結的本揭示案之更特定描述，實施例中之一些實施例繪示於附圖中。然而，應注意，附圖僅繪示此揭示案之典型實施例，因此不應視為限制此揭示案的範疇，因為本揭示案可允許其他等效實施例。
第1A圖繪示根據本揭示案之一或更多個實施例的基板；
第1B圖繪示根據本揭示案之一或更多個實施例的基板；
第1C圖繪示根據本揭示案之一或更多個實施例的基板；
第1D圖繪示根據本揭示案之一或更多個實施例的基板；
第1E圖繪示根據本揭示案之一或更多個實施例的基板；
第2圖繪示根據本揭示案之一或更多個實施例的形成膜之方法之製程流程圖；及
第3圖圖示根據本揭示案之一或更多個實施例的電容耦合電漿（CCP）腔室之示意圖。
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
200:方法
210:操作
220:操作
230:操作
240:操作

Claims (20)

  1. 一種形成一膜之方法，該方法包括以下步驟： 在一基板上正形地沉積一第一膜，該基板包括至少一個特徵，該至少一個特徵具有一頂表面、一底表面及一側壁，並且該第一膜具有一水平表面及一垂直表面； 藉由一第一電漿處理該第一膜之該水平表面以在該水平表面上形成一第二膜，該第二膜具有比該第一膜低的一濕蝕刻速率； 藉由一第二電漿處理在該水平表面上的該第二膜以在該水平表面上形成一第三膜，該第三膜具有比該第二膜高的一濕蝕刻速率；及 選擇性地移除該第一膜、該第二膜之一部分以及該第三膜。
  2. 如請求項1所述之方法，進一步包括以下步驟：重複該方法。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該第一膜、該第二膜及該第三膜獨立地包括金屬氮化物、氮化矽（SiN）、氮氧化矽（SiON）及碳氮氧化矽（SiOCN）中之一或更多者。
  4. 如請求項1所述之方法，其中正形地沉積該第一膜的步驟包括以下步驟：使該基板暴露於一含矽前驅物及一氮反應物。
  5. 如請求項1所述之方法，其中正形地沉積該第一膜的步驟包括以下步驟：使該基板暴露於一含金屬前驅物及一氮反應物。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該第二膜之該濕蝕刻速率在從2 Å/分鐘至5 Å/分鐘的範圍中，相較之下，該第三膜之該濕蝕刻速率大於或等於從10 Å/分鐘至15 Å/分鐘的範圍。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該第一膜具有在從20 Å至100 Å的範圍中的一厚度。
  8. 如請求項1所述之方法，其中處理該第一膜的步驟包括以下步驟：使該膜暴露於在從13.56 MHz至60 MHz的範圍中的一第一RF頻率以產生一方向性電漿以及在從350 kHz至13.56 MHz的範圍中的一第二RF頻率以調整該方向性電漿之一能量及一方向性。
  9. 如請求項8所述之方法，其中該方向性電漿包括氫、氬、氮、氨、氧及氦中之一或更多者。
  10. 如請求項8所述之方法，其中該方向性電漿為電容耦合電漿。
  11. 如請求項8所述之方法，其中使該第一膜暴露於該方向性電漿歷時在0.5秒至60秒的範圍中的時間。
  12. 如請求項1所述之方法，其中該第一電漿與該第二電漿相同。
  13. 如請求項1所述之方法，其中在該第二膜之處理期間，在該頂表面上的該第三膜之該濕蝕刻速率以比在該底表面上的該第二膜之該濕蝕刻速率更快的一速率增加。
  14. 如請求項1所述之方法，其中移除該第三膜及該第一膜的步驟包括以下步驟：藉由稀釋的氫氟酸（HF）來蝕刻。
  15. 一種處理方法，包括以下步驟： 使一基板暴露於一沉積環境，該沉積環境包括至少一個沉積循環，該沉積循環包括使該基板依序暴露於一矽前驅物及一含氮反應物以在該基板上形成一第一氮化矽膜，該基板具有至少一個特徵，該至少一個特徵包含一頂表面、一底表面及一側壁； 藉由一第一方向性電漿處理該第一氮化矽膜以形成一第二氮化矽膜，該第二氮化矽膜具有比該第一氮化矽膜低的一濕蝕刻速率； 藉由一第二方向性電漿處理該第二氮化矽膜以形成一第三氮化矽膜，該第三氮化矽膜具有比該第二氮化矽膜高的一濕蝕刻速率；及 移除該第三氮化矽膜、該第二氮化矽膜之一部分以及該第一氮化矽膜。
  16. 如請求項15所述之方法，進一步包括以下步驟：重複該沉積循環以形成具有在從20 Å至100 Å的範圍中的一厚度的一第一氮化矽膜。
  17. 如請求項15所述之方法，其中該第一方向性電漿及該第二方向性電漿獨立地包括氫、氬、氮、氨、氧及氦中之一或更多者。
  18. 如請求項17所述之方法，其中該第一方向性電漿及該第二方向性電漿為一電容耦合電漿。
  19. 如請求項15所述之方法，其中使該第一氮化矽膜暴露於該第一方向性電漿歷時0.5秒至60秒的範圍中的時間。
  20. 如請求項15所述之方法，其中移除步驟包括以下步驟：藉由稀釋的氫氟酸（HF）來蝕刻。
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