TW202407130A - 使用含碳抑制劑的非保形氧化物膜沉積 - Google Patents

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拉维 庫馬爾
普爾基特 艾嘉沃
珍妮佛 莉 派翠利亞
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美商蘭姆研究公司
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揭示關於使用含碳抑制劑以於基板上非保形地生長氧化物膜的範例。一範例包含執行複數氧化物膜沉積循環，複數氧化物膜沉積循環中的至少一氧化物膜沉積循環包含將基板曝露至氧化物膜前驅物以將氧化物膜前驅物吸附至基板、將基板曝露至含氧氣體、將氧化物膜前驅物與含氧氣體進行反應、以及將基板曝露至含碳抑制劑。

Description

使用含碳抑制劑的非保形氧化物膜沉積
本揭示內容係關於使用含碳抑制劑的非保形氧化物膜沉積。
電子裝置製造過程可涉及材料沉積、圖案化、及移除的許多步驟，以於基板上形成積體電路。可使用諸多方法將具材料之膜沉積至基板上。作為範例，原子層沉積(ALD)使用一或更多沉積循環而形成膜。在ALD沉積循環中，將氧化物膜前驅物氣體吸附至放置於製程腔室中之基板的表面上。從腔室中吹淨過量的氧化物膜前驅物，並將所吸附的氧化物膜前驅物化學地轉換為基板上的膜，例如藉由氧化作用以形成氧化物膜。可經由一或更多沉積循環生長具目標厚度的高度保形膜。
提供此發明內容以用簡化的形式介紹以下進一步在實施方式中描述的些許概念。此發明內容並非旨在識別申請專利範圍標的之主要特徵或基本特徵，亦非旨在用以限制申請專利範圍標的之範圍。再者，申請專利範圍標的並不限於解決本揭示內容之任何部分中提及的任何或所有缺失的實施方式。
揭示關於使用含碳抑制劑以在間隙中非保形地生長氧化物膜的範例。一範例提供在基板上形成氧化物膜的方法，該方法包含執行複數氧化物膜沉積循環，複數氧化物膜沉積循環中的至少一氧化物膜沉積循環包含將基板曝露至氧化物膜前驅物以吸附氧化物膜前驅物至基板、將基板曝露至含氧氣體、將氧化物膜前驅物與含氧氣體進行反應、以及將基板曝露至含碳抑制劑。
在某些如此的範例中，該方法包含原子層沉積製程。
在某些如此的範例中，額外地或可替代地，在該至少一氧化物膜沉積循環之後執行的該複數氧化物膜沉積循環中之後續氧化物膜沉積循環省略將基板曝露至含碳抑制劑。
在某些如此的範例中，將氧化物膜前驅物與含氧氣體進行反應額外地或可替代地包含形成包含含氧氣體的電漿。
在某些如此的範例中，該方法額外地或可替代地包含將電漿與來自該複數氧化物膜沉積循環中之先前氧化物膜沉積循環中的可氧化含碳物種進行反應。
在某些如此的範例中，基板額外地或可替代地包含第一材料與第二材料之交替層，其中間隙係形成在材料之交替層中且其中氧化物膜係沉積在間隙中。
在某些如此的範例中，間隙額外地或可替代地包含在40:1至100:1之範圍內的縱橫比。
在某些如此的範例中，間隙額外地或可替代地包含縮口(reentrant)結構。
在某些如此的範例中，含碳抑制劑額外地或可替代地包含烷烴、烯烴、炔烴、環烴、芳香族、醇、二醇、醛、酯、醚、酮、鹵烷、烷胺、或烷二胺中的一或更多者。
在某些如此的範例中，氧化物膜包含矽氧化物膜。
另一範例提供處理工具。處理工具包含製程腔室、射頻功率源、進入製程腔室的一或更多氣體入口、以及配置以控制經過一或更多氣體入口之氣體流量的流量控制硬體。處理工具進一步包含可操作地耦接至流量控制硬體與射頻功率源的控制器。控制器係配置以填充放置在製程腔室內之基板中的間隙。控制器係配置以操作流量控制硬體以將氧化物膜前驅物導入製程腔室中。控制器係進一步配置以操作流量控制硬體以將含氧氣體導入製程腔室中。控制器係進一步配置以操作射頻功率源以形成包含含氧氣體的電漿。控制器係進一步配置以操作流量控制硬體以在操作射頻功率源以熄滅電漿之後將含碳抑制劑導入製程腔室中。
在某些如此的範例中，控制器係進一步配置以操作流量控制硬體以在控制器操作射頻功率源以熄滅電漿之後吹淨製程腔室。
在某些如此的範例中，處理工具額外地或可替代地包含含碳抑制劑源。
在某些如此的範例中，含碳抑制劑源額外地或可替代地包含烷烴、烯烴、炔烴、環烴、芳香族、醇、二醇、醛、酯、醚、酮、鹵烷、烷胺、或烷二胺中的一或更多者。
在某些如此的範例中，控制器係額外地或可替代地配置以操作流量控制硬體與射頻功率源以執行複數氧化物膜沉積循環，至少某些的氧化物膜沉積循環省略操作流量控制硬體以導入含碳抑制劑。
在某些如此的範例中，控制器係額外地或可替代地配置以控制處理工具以填充基板中的縮口間隙。
在某些如此的範例中，處理工具額外地或可替代地包含可操作地耦接至控制器的基板加熱器，且其中控制器係配置以控制基板加熱器加熱至在25 °C至75 °C之範圍內的溫度。
另一範例提供電腦可讀儲存裝置，電腦可讀儲存裝置包含可藉由計算裝置執行的指令，計算裝置包含處理器以控制基板處理工具以填充基板中的間隙。指令係可執行以操作基板處理工具之流量控制硬體以將氧化物膜前驅物導入製程腔室中，從而將間隙曝露至氧化物膜前驅物。指令係進一步可執行以操作流量控制硬體以將含氧氣體導入製程腔室中。指令係進一步可執行以操作射頻功率源以形成包含含氧氣體的電漿。指令係進一步可執行以在熄滅電漿之後操作流量控制硬體以將含碳抑制劑導入製程腔室中，從而將間隙曝露至含碳抑制劑。
在某些如此的範例中，可執行以操作流量控制硬體以將含碳抑制劑導入製程腔室中的指令係可執行以控制烷烴、烯烴、炔烴、環烴、芳香族、醇、二醇、醛、酯、醚、酮、鹵烷、烷胺、或烷二胺中的一或更多者至製程腔室中的導入。
在某些如此的範例中，指令係額外地或可替代地可執行以實行省略將含碳抑制劑導入製程腔室中的氧化物膜沉積循環。
亦揭示關於使用含碳抑制劑以非保形地生長氧化物膜的範例。一範例提供形成氧化物膜的方法。該方法包含執行至少一氧化物膜沉積循環。該至少一氧化物膜沉積循環中的氧化物膜沉積循環包含將放置於製程腔室內的基板曝露至氧化物膜前驅物、將含氧氣體導入製程腔室中、將氧化物膜前驅物與含氧氣體進行反應、以及將基板曝露至含碳抑制劑。
在某些如此的範例中，該方法包含原子層沉積製程。
在某些如此的範例中，該方法額外地或可替代地包含在將氧化物膜前驅物與含氧氣體進行反應之前從製程腔室中吹淨殘餘的氧化物膜前驅物。
在某些如此的範例中，將氧化物膜前驅物與含氧氣體進行反應額外地或可替代地包含形成包含含氧氣體的電漿。
在某些如此的範例中，該方法額外地或可替代地包含於熄滅電漿之後以及導入含碳抑制劑之前吹淨製程腔室。
在某些如此的範例中，含碳抑制劑包含烷烴。
在某些如此的範例中，烷烴包含甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、或己烷中的一或更多者。
在某些如此的範例中，含碳抑制劑額外地或可替代地包含烯烴、炔烴、環烴、芳香族、醇、二醇、醛、酯、醚、酮、鹵烷、烷胺、或烷二胺中的一或更多者。
在某些如此的範例中，該方法額外地或可替代地包含執行複數氧化物膜沉積循環，其中該複數氧化物膜沉積循環中之後續氧化物膜沉積循環省略將含碳抑制劑導入製程腔室中。
另一範例提供處理工具，處理工具包含製程腔室、定位在製程腔室中的基板支架、射頻功率源、進入製程腔室的一或更多氣體入口、以及配置以控制經過一或更多氣體入口之氣體流量的流量控制硬體。處理工具進一步包含可操作地耦接至流量控制硬體與射頻功率源的控制器。控制器係配置以操作流量控制硬體以將氧化物膜前驅物導入製程腔室中。控制器係進一步配置以操作流量控制硬體以將含氧氣體導入製程腔室中。控制器係進一步配置以操作射頻功率源以形成包含含氧氣體的電漿。控制器係進一步配置以操作流量控制硬體以在操作射頻功率源以熄滅電漿之後將含碳抑制劑導入製程腔室中。
在某些如此的範例中，控制器係進一步配置以操作流量控制硬體以在控制器操作射頻功率源以熄滅電漿之後吹淨製程腔室。
在某些如此的範例中，處理工具額外地或可替代地包含含碳抑制劑源。
在某些如此的範例中，含碳抑制劑源額外地或可替代地包含甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、或己烷中的一或更多者。
在某些如此的範例中，含碳抑制劑源額外地或可替代地包含烯烴、炔烴、環烴、芳香族、醇、二醇、醛、酯、醚、酮、鹵烷、烷胺、或烷二胺中的一或更多者。
在某些如此的範例中，控制器係額外地或可替代地配置以操作流量控制硬體與射頻功率源以執行複數氧化物膜沉積循環，至少某些的氧化物膜沉積循環省略含碳抑制劑之導入。
在某些如此的範例中，處理工具額外地或可替代地包含可操作地耦接至控制器的基板加熱器，且控制器係配置以控制基板加熱器加熱至在25 °C至75 °C之範圍內的溫度。
另一範例提供電腦可讀儲存裝置，電腦可讀儲存裝置包含可藉由包含處理器之計算裝置執行的指令。指令係可執行以控制處理工具以操作基板處理工具之流量控制硬體以將氧化物膜前驅物導入製程腔室中。指令係進一步可執行以操作流量控制硬體以將含氧氣體導入製程腔室中。指令係進一步可執行以操作射頻功率源以形成包含含氧氣體的電漿。指令係進一步可執行以在操作射頻功率源以熄滅電漿之後操作流量控制硬體以將含碳抑制劑導入製程腔室中。
在某些如此的範例中，可執行以操作流量控制硬體以將含碳抑制劑導入製程腔室中的指令係可執行以控制烷烴、烯烴、炔烴、環烴、芳香族、醇、二醇、醛、酯、醚、酮、鹵烷、烷胺、或烷二胺中的一或更多者至製程腔室中的導入。
在某些如此的範例中，指令係額外地或可替代地可執行以實行省略將含碳抑制劑導入製程腔室中的氧化物膜沉積循環。
在某些如此的範例中，指令係額外地或可替代地可執行以控制流量控制硬體以在操作射頻功率源以熄滅電漿之後吹淨製程腔室。
術語「醇」表示包含通式R-OH的碳氫化合物，其中R為芳基或脂肪族基。醇可具有一個以上的OH基團(多元醇)，例如具有兩OH官能基的二醇。示例性的醇包含甲醇、乙醇、及丙醇。
術語「醛」表示包含末端羰基的碳氫化合物。醛具有通式R-CHO，其中R為芳基或脂肪族基。示例性的醛包含甲醛及乙醛。
術語「脂肪族」表示缺少芳香族基團的有機化合物。
術語「烷烴」表示包含通式C nH 2n+2及經取代線型烷烴的化合物。示例性的烷烴包括甲烷、乙烷、丙烷、及丁烷。可適合用於作為含碳抑制劑的示例性烷烴可包含其中n等於1至10的通式C nH 2n+2。
術語「烯烴」表示包含至少一碳-碳雙鍵的碳氫化合物。包含一碳-碳雙鍵的烯烴具有C nH 2n之通式。示例性的烯烴包括乙烯、丙烯、及丁烯。烯烴可具有一個以上的碳-碳雙鍵，例如二烯、重烯、及疊烯。可適合用於作為含碳抑制劑的示例性烯烴可包含其中n等於2至10的通式C nH 2n。
術語「烷胺」表示包含具有1至3個烷基取代基及0至2個H取代基之氮的碳氫化合物。烷胺包含一級胺、二級胺、三級胺、及環胺。烷胺的範例包括甲胺、二甲胺、三甲胺、及哌啶。
術語「鹵烷」表示包含鹵素的碳氫化合物。鹵烷的範例包含乙基氟(氟乙烷)、異丙基溴(2-溴丙烷)、及叔丁基氯(2-氯-2-甲基丙烷)。鹵烷可具有二或更多鹵素基團，例如1,2-二氯丁烷。
術語「炔烴」表示包含至少一碳-碳三鍵的碳氫化合物。包含一碳-碳三鍵的炔烴具有C nH 2n-2之通式。炔烴可具有一個以上的碳-碳三鍵，例如具有兩個碳-碳三鍵的二炔。可適合用於作為含碳抑制劑的示例性炔烴可包含其中n等於2至10的通式C nH 2n-2。
術語「芳香族」表示包含共振中π鍵結的平面環狀化合物。術語「芳香族」包含其環結構中所有原子皆為碳的同素環化合物，且亦包含其環結構中一或更多原子為除碳以外之元素(例如氮)的雜環。
術語「縱橫比」表示例如基板間隙的特徵部之深度與該特徵部之平均寬度之間的比。
術語「原子層沉積(ALD)」表示其中以一或更多個別層的方式在基板上形成膜的製程，其藉由序列地保形吸附前驅物至基板並反應所吸附前驅物以形成膜層。ALD製程的範例包含電漿增強ALD(PEALD)及熱ALD(TALD)。PEALD與TALD分別利用反應氣體之電漿與熱來促進吸附至基板之前驅物成為基板上之膜的化學轉換。術語「生長」及「沉積」、以及其變體亦可用於指稱膜形成。
術語「含碳抑制劑」表示可以氣相導入製程腔室中、非保形地沉積在基板表面上、以及可藉由含氧氣體氧化以形成氣相產物的含碳化合物。含碳抑制劑可藉由消耗氧而抑制氧化物膜的生長，從而留下較少的氧與氧化物膜前驅物進行反應。示例性的含碳抑制劑可包含諸多烷烴、烯烴、炔烴、環烴、芳香族、醇、醛、酯、醚、酮、鹵烷、烷胺、及烷二胺。
術語「環烴」表示包含閉環結構的飽和或未飽和烴分子。示例性的環烴包括環丙烷及環丁烯。
術語「醚」表示包含通式R-O-R’的碳氫化合物，其中R及R’係獨立地為芳基或脂肪族基。示例性的醚包含乙醚、甲基苯基醚、以及例如呋喃的環醚。
術語「酯」表示包含通式R-C(O)OR’的碳氫化合物，其中R及R’係獨立地為芳基或脂肪族基且其中R可替代地可包含H(例如，甲酸鹽)。示例性的酯包含甲酸乙酯、乙酸甲酯、及乙酸乙酯。
術語「間隙」表示基板表面中的凹入特徵部。
術語「間隙填充」表示以材料填充基板上間隙的製程。
術語「中間結構」表示藉由較早的處理步驟形成而在較後的處理步驟中被修改的結構。
術語「酮」表示包含非末端羰基的碳氫化合物。酮具有通式R-C(O)-R’，其中R及R’係獨立地為芳基或脂肪族基。示例性的酮包含丙酮及甲乙酮。
術語「心軸」表示在圖案化製程中定義間隔物之位置的中間結構，並且自基板移除心軸以產出間隔物。心軸可包含任何合適的材料，例如多晶矽、非晶矽、矽氧化物、矽氮化物、或非晶碳。
術語「氧化物膜」表示沉積在基板表面上的膜而包含氧及氧化物種。氧化物膜的範例包含摻雜或未摻雜矽氧化物膜(例如，二氧化矽(SiO 2)、氮氧化矽(SiO xN y，0 ≤ x ≤ 2，0 ≤ y ≤ 1.33)、碳氧化矽(SiC xO 2-y，0 ≤ x ≤ 1，y = 2x))、及金屬氧化物(例如，氧化鉿(HfO x)、氧化鈦(TiO x)、氧化鎢(WO x)、氧化錫(SnO x) 、及氧化鉬(MoO x))之膜。
術語「氧化物膜沉積循環」表示用以形成氧化物膜層之製程的序列。如以下所述，某些氧化物膜沉積循環可包含含碳抑制劑的沉積、及/或可包含在先前循環中沉積之含碳抑制劑的氧化，以致使非保形的生長。
術語「含氧氣體」表示含有可與氧化物膜前驅物反應以形成氧化物膜之氧的氣體物種。含氧氣體的範例包含分子氧(O 2)、水蒸氣(H 2O)及臭氧(O 3)。
術語「氧化物膜前驅物」表示可被導入製程腔室中以於放置在製程腔室內之基板上形成氧化物膜的任何材料。氧化物膜前驅物的範例包括可用以形成例如二氧化矽膜、氮氧化矽膜、及碳氧化矽膜之含矽膜的含矽前驅物。氧化物膜前驅物的其他範例包括用於形成金屬氧化物膜的含金屬前驅物。如此含金屬前驅物的範例包括含鉿前驅物、含鈦前驅物、含鎢前驅物、含錫前驅物、及含鉬前驅物，而可分別用於形成氧化鉿(HfO x)膜、氧化鈦(TiO x)膜、氧化鎢(WO x)膜、氧化錫(SnO x)膜、及氧化鉬(MoO x)膜。
術語「含矽前驅物」表示可以氣相導入製程腔室中以於基板上形成含矽氧化物膜的任何材料。用於使用PEALD形成含矽膜的示例性氧化物膜前驅物可包含具有下列概括結構的材料： 其中R 1、R 2及R 3可為相同或不同的取代基，並可包括矽烷、甲矽烷氧基、胺、鹵化物、氫、或有機基團，有機基團例如為烷基胺、烷氧基、烷基、烯基、炔基、及芳香族基團。
示例性的含矽前驅物包括聚矽烷(H 3Si-(SiH 2) n-SiH 3)，其中n ≥1，例如矽烷、二矽烷、三矽烷、四矽烷、及三甲矽烷基胺。
在某些範例中，含矽前驅物為烷氧矽烷。可使用的烷氧矽烷包括下列： H x-Si-(OR) y，其中x = 1至3、x+y = 4且每一R為經取代或未經取代的烷基、烯基、炔基或芳香族基團；及 H x(RO) y,-Si-Si-(OR) yH x，其中每一R為經取代或未經取代的烷基、烯基、炔基或芳香族基團。
含矽前驅物的範例包括四乙基正矽酸鹽(TEOS)、四甲氧基矽烷(TMOS)、甲矽烷、三甲基矽烷(3MS)、乙矽烷、丁矽烷、五矽烷、八矽烷、庚矽烷、己矽烷、環丁矽烷、環庚矽烷、環己矽烷、環辛矽烷、環戊矽烷、1,4-二氧雜環己烷-2,3,5,6-四矽環己烷、二乙氧基甲基矽烷(DEMS)、二乙氧基矽烷(DES)、二甲氧基甲基矽烷、二甲氧基矽烷(DMOS)、甲基二乙氧基矽烷(MDES)、甲基二甲氧基矽烷(MDMS)、叔丁氧基乙矽烷、三乙氧基矽烷(TES)、以及三甲氧基矽烷(TMS或TriMOS)。
在某些範例中，含矽前驅物可為矽氧烷。示例性的矽氧烷包括八甲基環四矽氧烷(OMCTS)、八甲氧基十二矽氧烷(OMODDS)、四甲基環四矽氧烷(TMCTS)、三乙氧基矽氧烷(TRIES)、及四氧甲基環四矽氧烷(TOMCTS)。
如以上所提及的，在某些範例中，含矽前驅物可為胺基矽烷，例如雙二乙基胺基矽烷、二異丙基胺基矽烷、雙(叔丁基胺基)矽烷(BTBAS)、二仲丁基胺基矽烷、或三(二甲基胺基)矽烷(3DMAS)。胺基矽烷前驅物可具有通式：H x-Si-(NR) y，其中x = 1至3、x+y = 4且每一R為經取代或未經取代的烷基、烯基、炔基或芳香族基團或氫化物基團。
在某些範例中，可使用含鹵矽烷使得矽烷包括至少一氫原子。如此矽烷可具有SiX aH y之化學式，其中X為鹵素且y ≥ 1。在某些範例中可使用二氯矽烷(H 2SiCl 2)。
用於提供氮以用於氮氧化矽膜之形成的示例性前驅物為N 2O。
用於形成鉿氧化物膜(HfO x)之示例性的含鉿前驅物包括四氯化鉿(HfCl 4)、四(二乙胺基)鉿(Hf(N(C 2H 5) 2) 4)、及四(叔丁醇)鉿(Hf(OC(CH 3) 3) 4)。
用於形成鈦氧化物膜(TiO x)之含鈦前驅物的範例包括四氯化鈦(TCl 4)及異丙氧化鈦(Ti(OCH(CH 3) 2) 4)。
用於形成鎢氧化物膜(WO x)之含鎢前驅物的範例包括六氟化鎢(WF 6)、六氯化鎢 (WCl 6)、及六羰鎢(W(CO) 6)。
用於形成錫氧化物膜(SnO x)之含錫前驅物的範例包括四氯化錫(SnCl 4)、四甲基錫((CH 3) 4Sn)、四乙基錫((C 2H 5) 4Sn)、二氯化二甲基錫((CH 3) 2SnCl 2)、二丁基(二甲氧基)錫烷(Bu 2Sn(OMe) 2)、四(二甲基胺基)錫(IV)(Sn(NMe 2) 4)、二甲胺基二甲基錫(Me 2Sn(NMe 2) 2)、及二甲胺基三甲基錫(Me 3Sn(NMe 2))。
用於形成鉬氧化物膜(MoO x)之含鉬前驅物的範例包括五氯化鉬(MoCl 5)、二氯化二氧化鉬(MoO 2Cl 2)、氧四氯化鉬(MoOCl 4)、及六羰鉬 (Mo(CO) 6)。
術語「製程腔室」表示在其中於基板上執行化學及/或物理製程的殼體。製程腔室內的壓力、溫度及大氣組成可為可控制的以執行化學及/或物理製程。
術語「處理工具」表示包含製程腔室以及配置以實行待於製程腔室中進行之處理之其他硬體的機構。
術語「吹淨」及其變體表示其中從製程腔室移除不需要之物種的製程。
術語「黏附係數」表示撞擊在基板表面上之氣相物種的數量與吸附至基板表面之氣相物種的數量相比後之比率。
術語「基板」表示可在其上沉積膜的任何物件。基板可表示單片材料或包含二或更多材料的結構，例如多層堆疊。
術語「基板支架」表示用於在製程腔室中支撐基板的任何結構。範例包含卡盤、台座、及用於背面沉積製程的噴淋頭台座。
術語「3D NAND」係三維NOT AND的縮寫，並表示基於NOT AND邏輯閘的記憶體架構。
術語「3D DRAM」係動態隨機存取記憶體的縮寫。
如以上所提及的，原子層沉積(ALD)涉及執行一或更多沉積循環以於基板表面上生長例如氧化物膜的薄膜。於半導體基板上之裝置的製造中常使用ALD。相比之下，於裝置的製造中也常使用的化學氣相沉積(CVD)製程係在連續生長製程中而非在逐層生長製程中形成膜。
電漿增強ALD(PEALD)利用電漿來促進膜之沉積。例如，可使用PEALD來生長氧化物膜。於PEALD氧化物膜循環期間，氧化物膜前驅物氣體被導入製程腔室中並吸附至基板上。接著，吹淨製程腔室以移除過量的氧化物膜前驅物。然後，將含氧反應物氣體導入製程腔室中。反應物氣體可包含含氧氣體(例如，氧、臭氧、或蒸汽)。然後例如藉由射頻功率至電極的施加而於製程腔室內形成電漿。電漿形成反應性氧物種而與氧化物膜前驅物反應以形成氧化物膜之層。可藉由PEALD形成之氧化物膜的範例包括氮氧化矽(SiO xN y)、二氧化矽(SiO 2)、碳氧化矽SiC xO 2-y、氧化鉿(HfO x)、氧化鈦(TiO x)、氧化鎢(WO x)、氧化錫(SnO x) 、及氧化鉬(MoO x))之膜。在某些範例中，氧化物膜的生長速率可為每循環0.10至0.16 nm的級數。如此，PEALD處理可取決於所需膜厚而涉及數十至數百次的沉積循環。
可將PEALD用於保形地生長氧化物膜。然而，如以下更詳細描述的，在某些應用中可能不期望保形生長。據此，揭示關於在沉積製程中使用含碳抑制劑以提供氧化物膜之可控非保形生長的範例。儘管在上下文中描述PEALD製程，但亦可在其他ALD製程(例如，TALD)中使用所揭示之範例。再者，亦可在合適的CVD製程中使用如本文所揭示的含碳抑制劑以選擇性地抑制CVD膜生長。
在PEALD製程中，可執行一或更多沉積循環以於基板上形成氧化物膜。在每一沉積循環中，將氧化物膜前驅物氣體導入製程腔室中以保形地吸附至基板表面。吹淨製程腔室，並將含氧氣體導入製程腔室中。使用射頻功率源以形成包含含氧氣體的射頻電漿。在電漿中形成的反應性含氧物種可與所吸附的氧化物膜前驅物反應以形成氧化物膜。
TALD製程可相似地包含一或更多沉積循環。在TALD中，藉由製程腔室內基板加熱器的相對較高溫度來實行化學反應。在每一沉積循環中，將氧化物膜前驅物保形地吸附至基板表面。吹淨製程腔室，並將含氧氣體導入製程腔室中。含氧氣體由於基板的升高溫度而與氧化物膜前驅物反應。相比之下，可使用熱CVD以經由連續生長製程形成膜。在如此製程中，可持續地導入及反應氣體以在基板表面上形成氧化物膜，而非將氣體脈衝進入製程腔室中。
其中可期望非保形ALD膜沉積的製程之範例為氧化物間隙填充製程。在如此製程中，使用氧化物材料填充基板上之間隙。在ALD氧化物間隙填充中，氧化物膜前驅物氣體擴散進入間隙中並吸附至間隙內的表面上。將所吸附的氣體與含氧氣體反應以於間隙內的表面上形成膜。可重複此製程以逐步地填充間隙。然而，某些間隙可具有縮口特徵部，這些縮口特徵部係阻擋從縮口特徵部下方位置以正交基板表面平面的方向至間隙表面之直接視線的特徵部。具有縮口特徵部之間隙中的保形膜生長可能導致間隙在間隙之較深區域被填充之前於縮口特徵部處關閉。此舉會在間隙內留下未填充孔隙而可能影響間隙的性能。再者，例如在3D NAND記憶體製造製程中形成之通道孔的具高縱橫比之間隙亦可能在較靠近間隙之開口而非間隙內較深處經歷更快ALD膜生長速率，且因而亦可能經受當在較遠離間隙開口之位置完全被填充之前間隙內較靠近間隙開口之位置關閉時的孔隙。
因而，如以下更詳細描述的，於氧化物間隙填充製程期間在至少某些沉積循環中，將含碳抑制劑導入製程腔室中。含碳抑制劑可與氧化物膜前驅物一起導入或可單獨地導入。含碳抑制劑非保形地吸附在基板的表面上，使得相較於較遠離間隙開口處，較大量的含碳抑制劑沉積在較靠近間隙之開口位置處的間隙內。在不希望受理論拘束的情況下，於氧化物膜沉積循環中之含碳抑制劑的使用可藉由與氧化物沉積製程中使用的含氧氣體反應以形成氣相產物而優先地抑制氧化物膜的生長。當藉由含碳抑制劑至少部分地消耗含氧氣體時，較少的含氧氣體可用於與所吸附的氧化物膜前驅物反應。因而，基於吸附至不同位置的含碳抑制劑的量而可在表面上不同位置處將氧化物膜生長抑制至不同程度。在某些範例中，含碳抑制劑的非保形吸附可取決於處理條件，例如壓力、含碳抑制劑的分壓、其他氣體的分壓、及/或電漿條件。例如，電容耦合電漿或電感耦合電漿的使用可導致基板表面上離子轟擊的方向性。因而，可控制如此條件以協助達成非保形吸附。在諸多範例中，含碳抑制劑可化學吸附及/或物理吸附至基板表面。再者，可藉由處理環境將基板表面上的含碳抑制劑轉換為其他物種，例如元素碳。
在相較於間隙內較深處表面有較大量的含碳抑制劑吸附至較靠近間隙開口之間隙內表面的情況下，較靠近間隙開口之表面上的膜生長相較於在間隙內較深處表面上可更強烈地受含碳抑制劑抑制。此舉可允許氧化物填充間隙的下部而不會在較靠近間隙開口的位置處夾斷，從而避免孔隙的形成。以下更詳細地揭露示例性的間隙填充製程。
除了間隙填充應用以外，亦可在圖案化應用中使用氧化物膜以形成間隔物。一示例性製程為自對準雙圖案化(SADP)。在如此製程中，例如藉由碳膜(例如，旋塗碳)的微影圖案化而於基板的表面上形成心軸。接著，於心軸上方生長氧化物膜。然後經由乾蝕刻執行「核心拉除」以移除心軸之頂部表面上的氧化物之層，接著藉由灰化以移除心軸。在此步驟中，亦藉由乾蝕刻移除心軸之間的基板表面上氧化物。心軸之側壁上之部分的氧化物膜保留下來。一旦移除心軸這些部分即形成間隔物。然而，間隔物的頂部表面可能於乾蝕刻期間變成錐狀而可能影響轉移蝕刻表現。因而，可使用含碳抑制劑以生長如本文所揭示的非保形膜。如此膜在心軸頂部上與心軸之間相較於心軸側邊可為較薄的。此舉可允許使用較短的乾蝕刻製程。較短的乾蝕刻製程可藉由減少間隔物之頂角處的濺鍍效果而幫助防止或減緩間隔物的錐形化。
圖1顯示用於使用含碳抑制劑執行原子層沉積之示例性處理工具100的示意圖。處理工具100係配置為PEALD工具。然而，如以上所提及的，如本文所揭示之含碳抑制劑的使用亦可用於變化沉積在其他型式之工具中之膜的保形性。範例可包括TALD及/或其他ALD工具。範例亦可包括諸多CVD工具。
處理工具100包含製程腔室102及製程腔室內的基板支架104。基板支架104係配置以支撐放置於製程腔室102內的基板106。基板支架104可包含台座、卡盤、或任何其他合適的結構。製程腔室102可進一步包括基板加熱器108。在其他範例中，加熱器可被省略、或可位於製程腔室102內的其他地方。
處理工具100進一步包含噴淋頭110、氣體入口112、及流量控制硬體114。在其他範例中，相對於噴淋頭或除了噴淋頭以外，處理工具可包含噴嘴或用於將氣體導入製程腔室102中的其他設備。流量控制硬體114係連接至氧化物膜前驅物氣體源116、含氧氣體源118、含碳抑制劑源120、及吹淨氣體源122。氧化物膜前驅物氣體源116可包含當與含氧氣體反應時形成氧化物膜的任何合適的氧化物膜前驅物。示例性的含矽氧化物膜包括二氧化矽、氮氧化矽、及碳氧化矽。示例性的金屬氧化物膜包括氧化鉿、氧化鈦、氧化鎢、氧化錫、及氧化鉬。針對含矽氧化物膜的示例性氧化物膜前驅物可包括聚矽烷、胺基矽烷、鹵代矽烷、及有機矽烷。HfCl 4、Hf(N(C 2H 5) 2) 4、Hf(OC(CH 3) 3) 4、TCl 4、Ti(OCH(CH 3) 2) 4、WF 6、WCl 6、W(CO) 6、SnCl 4、(CH 3) 4Sn、(C 2H 5) 4Sn、(CH 3) 2SnCl 2、Bu 2Sn(OMe) 2、Sn(NMe 2) 4、Me 2Sn(NMe 2) 2、Me 3Sn(NMe 2)、MoCl 5、MoO 2Cl 2 、MoOCl 4、及Mo(CO) 6。含氧氣體源118可包含例如O 2、O 3、水蒸汽、氮氧化物(例如N 2O)、H 2O 2、或以上之二或更多者的混合物。
含碳抑制劑源120包含可藉由含氧氣體氧化以形成氣相產物、以及非保形地吸附至基板表面的任何合適的含碳抑制劑。適合用於非保形膜沉積的示例性含碳抑制劑可包含諸多烷烴、烯烴、炔烴、環烴、芳香族、醇、醛、酯、醚、酮、鹵烷、烷胺、及烷二胺。以下更詳細地描述示例性的含碳抑制劑。
吹淨氣體源122可包含任何合適的惰性氣體，例如氬或氮。在某些範例中，可包括一或更多額外的吹淨氣體源，每一吹淨氣體源提供不同的吹淨氣體。
可控制流量控制硬體114以將氣體從氣體源116、118、120、122經由氣體入口112流入製程腔室102中。流量控制硬體114可包含可控制以將選定氣體源安置為與氣體入口112流體連接的一或更多閥。例如，在第一配置中，流量控制硬體114可將氧化物膜前驅物氣體源116安置為與氣體入口112流體連接而使得氧化物膜前驅物流入製程腔室102中。在第二配置中，流量控制硬體114可將含氧氣體源118安置為與氣體入口112流體連接以允許含氧氣體流入製程腔室102中。在第三配置中，流量控制硬體114可將含碳抑制劑源120安置為與氣體入口112流體連接以允許含碳抑制劑流入製程腔室102中。在第四配置中，流量控制硬體114可將吹淨氣體源122安置為與氣體入口112流體連接以允許吹淨氣體流入製程腔室102中。在又進一步的配置中，流量控制硬體114可將二或更多的如此氣體源安置為與氣體入口112流體連接。
處理工具100進一步包含排氣系統124。排氣系統124係配置以接收從製程腔室102外流的氣體。在某些範例中，排氣系統124係配置以主動地從製程腔室102中移除氣體及/或施加部分真空。排氣系統124可包含任何合適的硬體，包括一或更多泵。
處理工具100進一步包含電連接至基板支架104的射頻功率源128。射頻功率源128係配置以形成包含含氧氣體的電漿。在此範例中，噴淋頭110係配置為接地的相反電極。在其他範例中，射頻功率源128可供應射頻功率至噴淋頭110、或者至其他合適的電極結構。處理工具100可包括用於射頻功率源128之阻抗匹配的匹配網路129。可針對任何合適的頻率及功率配置射頻功率源128。合適頻率的範例包括400 kHz及13.56 MHz。合適功率的範例包括0與7000瓦特之間的功率。在某些範例中，射頻功率源128係配置以操作於複數不同的頻率及/或功率。
控制器130係可操作地耦接至基板加熱器108、流量控制硬體114、排氣系統124、及射頻功率源128。控制器130係配置以控制處理工具100的諸多功能以執行例如ALD製程的薄膜沉積製程。例如，控制器130係配置以操作基板加熱器108以將基板加熱至所需溫度。亦將控制器130配置以操作流量控制硬體114以將選定氣體或氣體之混合物以選定速率流入製程腔室102中。控制器130係進一步配置以操作排氣系統124以將氣體從製程腔室102中移除。再者，控制器130係配置以操作射頻功率源128以形成包含含氧氣體的電漿、以及控制處理工具100之任何其他合適的功能。控制器130可包含任何合適的計算系統，以下參考圖13描述計算系統的範例。
圖2顯示用於執行沉積製程之示例性方法200的流程圖，沉積製程例如為使用含碳抑制劑以產出非保形氧化物膜的PEALD製程。例如，可使用處理工具100來執行方法200。方法200包含，於202，將包含一或更多間隙的基板放置在製程腔室中。可使用任何合適的基板。範例包括半導體晶圓。基板上的間隙可包含在積體電路製造製程中之任何合適的中間結構。例如，間隙可包含用於3D NAND製造製程的通道間隙。在某些範例中，方法200可包含經由基板加熱器加熱基板。在其他範例中，可替代間隙或除了包括間隙以外，基板可包括用於形成氧化物間隔物的心軸、及/或任何其他合適的結構。
非保形氧化物膜生長可包含複數沉積循環，至少某些的沉積循環包括含碳抑制劑。因而，方法200進一步包含，於204，判定是否執行含有含碳抑制劑的沉積循環、或省略含碳抑制劑的沉積循環。該判定可基於針對正執行之特定製程的配方。本文中使用術語「第一沉積循環」以表示省略含碳前驅物之導入的沉積循環。於圖3更詳細地描述示例性的第一沉積循環。本文中使用術語「第二沉積循環」以表示包括含碳前驅物之導入的沉積循環。於圖4更詳細地描述示例性的第二沉積循環。如以下更詳細描述的，可變化第一沉積循環與第二沉積循環的比率以控制膜非保形性之程度。再者，亦可變化沉積循環中含碳抑制劑曝露的持續時間以控制非保形性之程度。在某些間隙填充範例中，可基於間隙的特徵控制所沉積之膜的非保形性之程度。示例性的間隙之特徵包括間隙之縱橫比、以及間隙是否具有縮口特徵部。
圖3顯示描繪用於形成氧化物膜之示例性第一沉積循環300的流程圖。第一沉積循環300省略導入含碳抑制劑。如在301所示的，於第一沉積循環300之前可為先前循環。先前循環可為作為非保形氧化物膜生長製程之一部分的在先第一沉積循環300或在先第二沉積循環400。
第一沉積循環300包含，於302，將氧化物膜前驅物導入製程腔室中。可選擇將氧化物膜前驅物在基板上保形地沉積。例如，氧化物膜前驅物可在基板之包括間隙內表面的表面上形成單層的所吸附氧化物膜前驅物。在沉積含矽氧化物膜的情況下，示例性的氧化物膜前驅物包括聚矽烷、矽氧烷、胺基矽烷、鹵代矽烷、及有機矽烷。如以上所提及的，含矽前驅物的範例包括具有下列概括結構的材料： 其中R 1、R 2及R 3可為相同或不同的取代基，並可包括矽烷、甲矽烷氧基、胺、鹵化物、氫、或有機基團，有機基團例如為烷基胺、烷氧基、烷基、烯基、炔基及芳香族基團。
示例性的含矽前驅物包括聚矽烷(H 3Si-(SiH 2) n-SiH 3)，其中n ≥1，例如矽烷、二矽烷、三矽烷、四矽烷、及三甲矽烷基胺。
在某些範例中，含矽前驅物為烷氧矽烷。可使用的烷氧矽烷包括下列： H x-Si-(OR) y，其中x = 1至3、x+y = 4且每一R為經取代或未經取代的烷基、烯基、炔基或芳香族基團；及 H x(RO) y,-Si-Si-(OR) yH x，其中每一R為經取代或未經取代的烷基、烯基、炔基或芳香族基團。
含矽前驅物的範例包括：包括四乙基正矽酸鹽(TEOS)、四甲氧基矽烷(TMOS)、甲矽烷、三甲基矽烷(3MS)、乙矽烷、丁矽烷、五矽烷、八矽烷、庚矽烷、己矽烷、環丁矽烷、環庚矽烷、環己矽烷、環辛矽烷、環戊矽烷、1,4-二氧雜環己烷-2,3,5,6-四矽環己烷、二乙氧基甲基矽烷(DEMS)、二乙氧基矽烷(DES)、二甲氧基甲基矽烷、二甲氧基矽烷(DMOS)、甲基二乙氧基矽烷(MDES)、甲基二甲氧基矽烷(MDMS)、叔丁氧基乙矽烷、三乙氧基矽烷(TES)、以及三甲氧基矽烷(TMS或TriMOS)。
在某些範例中，含矽前驅物可為矽氧烷。示例性的矽氧烷包括八甲基環四矽氧烷(OMCTS)、八甲氧基十二矽氧烷(OMODDS)、四甲基環四矽氧烷(TMCTS)、三乙氧基矽氧烷(TRIES)、及四氧甲基環四矽氧烷(TOMCTS)。
如以上所提及的，在某些範例中，含矽前驅物可為具有氫原子的胺基矽烷，例如雙二乙基胺基矽烷、二異丙基胺基矽烷、雙(叔丁基胺基)矽烷(BTBAS)、或三(二甲基胺基)矽烷(3DMAS) 、二仲丁基胺基矽烷。胺基矽烷前驅物包括下列：H x-Si-(NR) y，其中x = 1至3、x+y = 4且每一R為經取代或未經取代的烷基、烯基、炔基或芳香族基團或氫化物基團。
在某些範例中，可使用含鹵矽烷使得矽烷包括至少一氫原子。如此矽烷可具有SiX aH y之化學式，其中X為鹵素且y ≥ 1。例如，在某些範例中可使用二氯矽烷(H 2SiCl 2)。
在沉積金屬氧化物膜的情況下，示例性的氧化物膜前驅物包括HfCl 4、Hf(N(C 2H 5) 2) 4、Hf(OC(CH 3) 3) 4、TCl 4、Ti(OCH(CH 3) 2) 4、WF 6、WCl 6、W(CO) 6、SnCl 4、(CH 3) 4Sn、(C 2H 5) 4Sn、(CH 3) 2SnCl 2、Bu 2Sn(OMe) 2、Sn(NMe 2) 4、Me 2Sn(NMe 2) 2、Me 3Sn(NMe 2)、MoCl 5、MoO 2Cl 2 、MoOCl 4、及Mo(CO) 6。
接著，於304，第一沉積循環300包含吹淨製程腔室以移除至少某些的殘餘氧化物膜前驅物。如以上所提及的，可使用例如氬的惰性氣體吹淨腔室。於306，第一沉積循環300進一步包含將含氧氣體(例如，氧、臭氧、水蒸汽)導入製程腔室中。
於308，第一沉積循環300包含將氧化物膜前驅物與含氧氣體進行反應。再者，於308，在先前循環301中沉積的任何含碳抑制劑亦可與含氧氣體反應。於此，含碳抑制劑可與氧化物膜前驅物競爭氧，從而抑制氧化物膜的生長。在有相對較多含碳抑製劑之吸收的表面上，抑制可更為明顯。
可使用射頻功率源以形成包含含氧氣體的電漿來執行反應。例如，可在任何合適的頻率(例如，400 kHz、13.56 MHz)及功率(例如，介於0與7000瓦特之間)下操作射頻功率源。可經由電漿將含氧氣體轉換為含氧反應性物種。然後含氧反應性物種可與所吸附的氧化物膜前驅物之單層反應以於基板上形成氧化物膜之層。示例性的氧化物膜包括二氧化矽、氮氧化矽、碳氧化矽、氧化鉿、氧化鈦、氧化鎢、氧化錫、及氧化鉬。在其他範例中，可使用熱能、及/或任何其他合適的能量源執行反應。在某些範例中，於308之後執行可選的吹淨。當使用射頻功率源以形成電漿時，可在熄滅電漿之後執行可選的吹淨。在某些範例中，於處理期間經由基板加熱器加熱基板。在某些範例中，可將基板加熱器加熱至在25 °C至700 °C之範圍內的溫度。在更具體的範例中，可將基板加熱器加熱至在25 °C至75 °C之範圍內的溫度。在其他範例中，可使用這些範圍之外的溫度。
在其他範例中，可使用TALD執行第一沉積循環300。在如此範例中，可使用熱能執行於308的反應。再者，於其他範例中，可藉由將氧化物膜前驅物與含氧氣體一起導入而經由CVD執行第一沉積循環300。
於基板的處理期間可執行第一沉積循環300零次或更多次。第一沉積循環可在後續循環314之前，後續循環314可為作為部分之非保形氧化物膜生長製程的第一沉積循環300或第二沉積循環400。此係由圖2中於212處的「是」分支指示。第一沉積循環可以任何合適的順序以及於任何合適頻率下穿插有例如示例性第二沉積循環400的第二沉積循環。
如上所述，非保形氧化物膜沉積製程包含其中導入含碳抑制劑的一或更多沉積循環。圖4顯示描繪示例性第二沉積循環400的流程圖。第二沉積循環400包括導入含碳抑制劑。第二沉積循環400的案例可後接於先前循環401，先前循環401可為第一沉積循環(例如，示例性第一沉積循環300)或第二沉積循環(例如，示例性第二沉積循環400)。於402，第二沉積循環400包含將氧化物膜前驅物導入製程腔室中。如上所述，可選擇將氧化物膜前驅物保形地吸附至放置於製程腔室內之基板的表面特徵部上。在沉積含矽氧化物膜的情況下，示例性的氧化物膜前驅物包括聚矽烷、矽氧烷、胺基矽烷、鹵代矽烷、及有機矽烷。在沉積金屬氧化物膜的情況下，示例性的氧化物膜前驅物包括HfCl 4、Hf(N(C 2H 5) 2) 4、Hf(OC(CH 3) 3) 4、TCl 4、Ti(OCH(CH 3) 2) 4、WF 6、WCl 6、W(CO) 6、SnCl 4、(CH 3) 4Sn、(C 2H 5) 4Sn、(CH 3) 2SnCl 2、Bu 2Sn(OMe) 2、Sn(NMe 2) 4、Me 2Sn(NMe 2) 2、Me 3Sn(NMe 2)、MoCl 5、MoO 2Cl 2 、MoOCl 4、及Mo(CO) 6。於404，第二沉積循環400包含吹淨製程腔室以移除至少某些的殘餘氧化物膜前驅物氣體。於406，第二沉積循環400進一步包含將含氧氣體導入製程腔室中。示例性的含氧氣體包括氧、臭氧、及水蒸汽。於408，第二沉積循環400包含將含氧氣體與所吸附的氧化物膜前驅物進行反應。沉積循環400可包含在任何合適的頻率(例如，400 kHz、13.56 MHz)及任何合適的功率(例如，介於0與6500瓦特之間)下操作射頻功率源。在某些範例中，於408，方法亦可包含將含氧氣體與在先前循環(例如，先前的第二沉積循環400)中非保形沉積的含碳抑制劑進行反應。在某些範例中，於408的反應之後可選地吹淨製程腔室。再者，於某些範例中，針對第二沉積循環400加熱基板加熱器。
於412，第二沉積循環400進一步包含將含碳抑制劑導入製程腔室。在某些範例中，含碳抑制劑可於402與氧化物膜前驅物一起導入。可選擇將含碳抑制劑非保形沉積在放置於製程腔室內之基板的表面特徵部上。含碳抑制劑係選定以在當吸附至基板表面並曝露至反應性含氧物種時形成氣相氧化碳物種(例如，CO及/或CO 2、以及其他氧化物，例如氮氧化物，取決於含碳抑制劑的組成原子)。可使用任何合適的含碳抑制劑。在某些範例中，含碳抑制劑可包含具有通式C nH 2n+2的烷烴，其中n等於1至10。合適烷烴的範例可包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、及經取代的線型烷烴。含碳抑制劑的其他範例可包含烯烴、炔烴、環烴、芳香族、醇、二醇、醛、酯、醚、酮、鹵烷、烷胺、或烷二胺。在又其他範例中，含碳抑制劑可包含含碳抑制劑之混合物。合適烯烴(針對具有單一碳-碳雙鍵的烯烴，其中n等於2至10的C nH 2n)的範例可包括乙烯、丙烯、及丁烯。合適炔烴(針對具有單一碳-碳三鍵的炔烴，其中n等於2至10的C nH 2n-2)的範例可包括乙炔、丙炔、及丁炔。合適環烴的範例可包括環丁烯、環戊烷及環己烷。合適芳香族的範例可包括苯、甲苯、吡啶、及嘧啶。合適醇的範例可包括甲醇、乙醇、及丙醇。合適二醇的範例可包括乙二醇、丙二醇、及氫醌。合適醛的範例可包括甲醛及乙醛。合適酯的範例可包括甲酸乙酯、乙酸甲酯、及乙酸乙酯。合適醚的範例可包括乙醚、甲基苯基醚、及例如呋喃之芳基醚。合適酮的範例可包括丙酮及甲乙酮。合適鹵烷的範例可包括乙基氟、異丙基溴、及叔丁基氯。合適的烷胺的範例可包括甲胺、二甲胺、三甲胺、及哌啶。合適烷二胺的範例可包括乙二胺及1,3-二胺基丙烷。
於基板的處理期間可以任何合適的次數執行第二沉積循環400。第二沉積循環400可後接於先前沉積循環401並可在後續沉積循環414之前，先前沉積循環401與後續沉積循環414中的每一者可包含第一沉積循環300或第二沉積循環400。在後續沉積循環414中，含氧氣體可與所吸附的含碳抑制劑反應而消耗含氧氣體，從而抑制前驅物反應。當含碳前驅物非保形地吸附至基板時，於沉積較多的含碳抑制劑之處，氧化物膜形成的抑制可更為強烈。
在某些範例中，於第二沉積循環期間經由基板加熱器加熱基板。在某些範例中，可將基板加熱器加熱至在25 °C至700 °C之範圍內的溫度，或者在某些範例中至更高溫度。再者，於某些範例中，可將基板加熱器加熱至在25 °C至75 °C之範圍內的溫度。在其他範例中，可使用這些範圍之外的溫度。可至少基於含碳抑制劑的性質而決定溫度，例如含碳抑製劑在選定溫度及壓力下的沸點、蒸氣壓、及/或黏附係數。
在其他範例中，可使用TALD執行第二沉積循環400。在如此範例中，可使用熱能執行於408的反應。再者，於其他範例中，可藉由將氧化物膜前驅物與含氧氣體一起導入而經由CVD執行第二沉積循環400。
返回至圖2，當於204決定在沒有含碳抑制劑的情況下運行氧化物膜沉積循環時，方法200包含於208執行第一沉積循環。如以上所提及的，圖3的沉積循環300係第一沉積循環208之範例。同樣地，當於204決定在具有含碳抑制劑的情況下運行氧化物膜沉積循環時，方法200包含執行第二沉積循環210。如以上所提及的，圖4的沉積循環400係第二沉積循環210的範例。可基於氧化物膜之非保形性的所需量而變化具有含碳抑制劑之沉積循環的相對比例。如以下所述，額外的第二沉積循環可導致在間隙內不同表面上及/或不同縱橫比之不同基板特徵部上厚度的更大差異。如此一來，當期望更大量的非保形性時，方法200可包含更多次的第二沉積循環。額外地或可替代地，當期望更大量的非保形性時，方法200可包含一或更多將基板以相對較長持續時間曝露至含碳抑制劑的第二沉積循環。
如以下所討論的，可調整包括第一沉積循環208與第二沉積循環210之比率的諸多因子以控制非保形生長的程度。於212，方法200可例如依據所需膜的整體製程而執行額外的沉積循環。若將要執行額外的沉積循環，則方法返回至204。額外的循環導致較厚的氧化物膜生長。較大比例的包括含碳抑制劑之導入的循環導致較高的非保形性。可執行任何合適次數的沉積循環。當氧化物膜達到合適厚度時，方法可從212續行至214並終止。
在某些範例中，依據本揭示內容沉積的低溫SiO 2敷層氧化物可包含75 Å至175 Å之範圍內的厚度。在某些範例中，該厚度可變化≤ 0.2% (R/2)。再者，於某些範例中，基板與基板間厚度可變化 ≤ 0.70% (連續運行之25個基板的平均值之範圍)。在某些範例中，SiO 2敷層氧化物可包含可調的濕蝕刻速率及/或乾蝕刻速率。在某些範例中，SiO 2敷層氧化物於30 nm處可包含 ≤ 10的加法器缺陷(adder defects)。在某些範例中，SiO 2敷層氧化物可包含70 GPa至80 GPa之範圍內的體積彈性係數。在某些範例中，SiO 2敷層氧化物可包含2.1至2.2 g/cm 3之範圍內的密度。在某些範例中，可在核損 ≤ 10 Å的情況下形成SiO 2敷層氧化物。在某些範例中，SiO 2敷層氧化物可包含 ≤ 0.5 %的碳濃度及/或 ≤ 0.5 %的氮濃度。在其他範例中，氧化物膜可具有此些範圍之外的一或更多值。
可將本文所述的氧化物膜沉積製程用於填充在任何合適基板中的任何合適間隙。圖5A至5B顯示示例性的包含間隙之基板。圖5A示意性地顯示包含具間隙504之基板502的中間結構500之範例。更具體地，中間結構500包含交替層506、508的堆疊505。在某些範例中，層506、508可包含交替的氧化物/氮化物層或交替的氧化物/多晶矽層。中間結構500可表示在3D NAND快閃記憶體製造製程中的中間結構。在如此範例中，間隙504可表示用於形成3D NAND快閃記憶體裝置中通道的通道間隙。在其他範例中，中間結構500可表示在3D動態隨機存取記憶體(DRAM)製造製程期間形成的結構。
間隙504具有相當高的縱橫比。例如，間隙504可具有40:1至100:1之範圍內的縱橫比。將可理解的是，本文所描繪的間隙及其他基板特徵部可不按比例繪製。
圖5B示意性地顯示包含具有縮口間隙514之基板512的中間結構510。基板512係基板502的概括化。於此範例中，縮口間隙514包含具有負傾斜側壁的縮口輪廓。術語「負傾斜側壁」指示在間隙之開口的邊緣之下延伸的側壁。於基板表面處的間隙514之開口較間隙之底部的寬度為窄。在其他範例中，間隙可包含除了傾斜側壁以外的其他型式的縮口特徵部。中間結構510代表在積體電路製造製程中任何合適的縮口中間結構。
如以上所討論的，使用PEALD以氧化物膜填充縮口間隙或高縱橫比間隙同時避免形成孔隙可為具挑戰性的。例如，關於高縱橫比結構，相較於間隙內較深處的位置，氧化物膜前驅物及/或含氧氣體在較靠近間隙開口的位置處可具有較高的間隙內沉積速率。再者，即使在遍及間隙深度之生長速率係均勻的情況下，在完全填充間隙的較深部分之前保形膜生長可能夾斷縮口間隙，因為間隙的較窄部分可能在間隙內較深處的較寬部分之前關閉。
因而，依據本揭示內容的非保形膜生長可用於應對如此挑戰。如以上所提及的，可調整諸多製程變數以影響膜保形性的程度。作為一範例，變化在氧化物沉積循環中曝露至含碳抑制劑的時間可變化氧化物膜的保形性。在如此範例中，較長的曝露時間可導致較高的非保形性。作為另一範例，可變化第一氧化物沉積循環與第二氧化物沉積循環的比率以變化所產生氧化物膜的保形性。
圖6A及6B示意性地顯示於不同製程條件下在中間結構510上執行的示例性間隙填充製程。製程600可表示在沒有含碳抑制劑之使用下執行的ALD氧化物膜沉積製程。為清楚起見，在圖6A至6B中沒有顯示鄰接於間隙514之基板區域604上的膜沉積。於600a，氧化物膜602之部分厚度的保形生長導致間隙514的保形窄化。於600b，氧化物膜602的持續保形生長進一步窄化了間隙的開口，如在606處所示。於600c，間隙的開口已完全被夾斷，如在608處所示。因而，形成被氧化物薄膜602包圍的孔隙609。
為了避免如此孔隙之形成，如上所述，製程610利用包含含碳抑制劑之導入的一或更多氧化物膜沉積循環以藉其非保形地生長膜。製程610包含導入第一、較少量的含碳氣體至製程腔室。如610a處所示，相較於在開口附近之側壁的616處，氧化物膜612已在間隙之底部處的614處相對較厚地生長。於610b，持續的膜生長穿過間隙之深度而相對均勻地窄化間隙514。最終，於610c，間隙514在沒有孔隙形成的情況下幾乎完全被填充。
可經由調整在PEALD製程中的諸多參數而控制含碳氣體之曝露的持續時間與頻率。例如，氧化物膜沉積製程可包含執行 n次第一沉積循環300而後接 m次第二沉積循環400。數字 n與 m可為任何合適的整數。可以任何合適的次數重複這些步驟。在如此範例中，包括導入含碳抑制劑之氧化物膜沉積循環的比例 P可由 決定。在某些範例中，可於基板的處理期間變化 n與 m。此外，在某些範例中，比例 P可介於5%與50%之間。在某些如此的範例中，比例 P可介於10%與20%之間。
圖6B顯示藉由示例性製程630形成的中間結構，相較於圖6A中的製程610，製程630使用較大比例 P的第二沉積循環、及/或至含碳抑制劑的較長曝露。儘管在製程610中間隙514實質上均勻地變窄，然而製程630導致在填充間隙514的頂部之前將間隙514之底部填充好。例如，於630a，氧化物膜632在634處間隙之底部中的間隙側壁上相對較厚，而在636處間隙之上部中的側壁上相對較薄。於630b及630c所示的中間結構顯示於生長之進一步階段的氧化物膜632，並繪示出在無孔隙形成的情況下從底部至開口的間隙填充。
相較於氧化物膜612，氧化物膜632顯示相對較高程度的非保形生長。如此，將間隙曝露至含碳抑制劑相對較常持續時間及/或較多次數的包含含碳抑制劑之循環可提供較高程度的非保形生長。
圖7示意性地顯示於不同製程條件下在中間結構510上執行的示例性間隙填充製程。在此圖式中，為清楚起見而省略中間結構500的分層。再者，中間結構500代表除了圖5之分層結構與通道間隙以外的基板中任何相對高縱橫比的中間結構。
製程700可表示在沒有含碳抑制劑之使用下執行的ALD氧化物膜沉積製程。為清楚起見，在圖7中沒有顯示鄰接於間隙504之基板區域704上的膜沉積。於700a，氧化物膜702之部分厚度的生長導致間隙504的窄化。氧化物膜702可於間隙之底部處生長較慢並且在飽和狀態外之較靠近間隙的開口處生長較快。於700b，氧化物膜702的持續生長進一步窄化了間隙的開口，如在706處所示。於700c，間隙的開口已完全被夾斷，如在708處所示的形成被氧化物薄膜702包圍的孔隙709。
圖7進一步顯示藉由示例性製程720形成的中間結構，製程720於ALD循環期間使用含碳抑制劑。如720a處所示，相較於在開口附近之側壁的726處，氧化物膜722已在間隙504之底部處的724處相對較厚地生長。於720b，當間隙之底部持續填充時，持續的膜生長窄化間隙504。最終，於720c，間隙504在沒有孔隙形成的情況下完全被填充。
如以上所提及的，例如圖6A至6B之於610或630所示的該些內容，可選定包含含碳抑制劑之氧化物膜沉積循環之次數與省略含碳抑制劑之循環之次數的比率以達成非保形成長膜生長的所需程度，從而避免孔隙之形成。額外地或可替代地，可選定在包含含碳抑制劑之一或更多循環中含碳氣體曝露的持續時間以達成非保形氧化物膜生長的所需程度。
在某些範例中，可形成具有接縫深度≥ 1 µm的氧化物膜結構。在某些範例中，基板內接縫不均勻性係介於+/- 5 nm之間。在某些範例中，氧化物膜結構可翹曲而具有≤ 80 µm之差量。在某些範例中，氧化物膜結構的底部填充百分率≥ 70%。在某些範例中，可以≤ 6的濕蝕刻速率比形成敷層氧化物。在某些範例中，敷層氧化物可具有在基板內≤ 2%的不均勻性。在某些範例中，敷層氧化物可具有≤ 0.5%的基板與基板間不均勻性。在某些範例中，敷層氧化物可於60 nm處具有≤ 10的缺陷。在其他範例中，氧化物膜結構可具有在此些示例性範圍之外的一或更多值。
圖8顯示繪示用於執行原子層沉積以填充放置於製程腔室內之基板上間隙之示例性方法800的流程圖。於802，方法800包含執行至少一氧化物膜沉積循環。在某些範例中，執行複數氧化物膜沉積循環。第一沉積循環300與第二沉積循環400係氧化物膜沉積循環的範例。
於804，氧化物膜沉積循環802包含將基板曝露至氧化物膜前驅物以將氧化物膜前驅物吸附至間隙內之基板。在某些範例中，間隙係形成在材料的交替層中。例如，基板可包含不同材料之交替層的堆疊(例如，3D NAND或3D DRAM)。在其他範例中，基板可包含任何其他合適的結構。可使用任何合適的氧化物膜前驅物。在含矽氧化物膜的案例中，示例性的氧化物膜前驅物包括聚矽烷、矽氧烷、胺基矽烷、鹵代矽烷、及有機矽烷，例如以上更詳細描述的該些前驅物。用於金屬氧化物膜的示例性氧化物膜前驅物包括HfCl 4、Hf(N(C 2H 5) 2) 4、Hf(OC(CH 3) 3) 4、TCl 4、Ti(OCH(CH 3) 2) 4、WF 6、WCl 6、W(CO) 6、SnCl 4、(CH 3) 4Sn、(C 2H 5) 4Sn、(CH 3) 2SnCl 2、Bu 2Sn(OMe) 2、Sn(NMe 2) 4、Me 2Sn(NMe 2) 2、Me 3Sn(NMe 2)、MoCl 5、MoO 2Cl 2 、MoOCl 4、及Mo(CO) 6。
在某些範例中，如808處所示，間隙包含相對高縱橫比，例如在40:1至100:1的範圍內。在其他範例中，間隙可包含此範圍之外的縱橫比。再者，於某些範例中，如810處所示，間隙包含縮口結構。
繼續，於812，執行氧化物膜沉積循環802可選地可包含在導入氧化物膜前驅物至製程腔室後吹淨製程腔室。可執行吹淨製程腔室以移除至少某些殘留的氧化物膜前驅物。
於814，執行氧化物膜沉積循環802包含曝露含氧氣體至基板。可使用任何合適的含氧氣體。範例包括氧、臭氧、及水蒸汽。於816，氧化物膜沉積循環802進一步包含將氧化物膜前驅物與含氧氣體進行反應。於818，在使用PEALD執行氧化物膜沉積循環的情況下，方法800包含形成含有含氧氣體的電漿以形成含氧反應性物種。在如此範例中，於819，方法800進一步包括藉由將氧化物膜前驅物與含氧反應性物種進行反應而將氧化物膜前驅物氧化，從而形成氧化物膜。在某些範例中，於820，在電漿中的至少某些含氧反應性物種與在先前氧化物膜沉積循環中非保形沉積的所吸附含碳抑制劑反應，而可降低含氧反應性物種用於與氧化物膜前驅物反應的能力並從而抑制氧化物膜生長。在某些範例中，於822，方法包含於熄滅電漿之後吹淨製程腔室。
在至少某些沉積循環中，於824，方法800包含將基板曝露至含碳抑制劑。如上所述，可使用任何合適的含碳抑制劑。在某些範例中，含碳抑制劑包含具有通式C nH 2n+2的烷烴，其中n等於1至10。在某些範例中，烷烴包含甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、或己烷中的一或更多者。再者，於某些範例中，含碳抑制劑包含烯烴、炔烴、環烴、芳香族、醇、二醇、醛、酯、醚、酮、鹵烷、烷胺、或烷二胺中的一或更多者。在某些範例中，烷烴包含經取代的線性烷烴。在又其他範例中，含碳抑制劑可包含含碳抑制劑之混合物。合適烯烴(針對具有單一碳-碳雙鍵的烯烴，其中n等於2至10的C nH 2n)的範例可包括乙烯、丙烯、及丁烯。合適炔烴(針對具有單一碳-碳三鍵的炔烴，其中n等於2至10的C nH 2n-2)的範例可包括乙炔、丙炔、及丁炔。合適環烴的範例可包括環丁烯、環戊烷及環己烷。合適芳香族的範例可包括苯、甲苯、吡啶、及嘧啶。合適醇的範例可包括甲醇、乙醇、及丙醇。合適二醇的範例可包括乙二醇、丙二醇、及氫醌。合適醛的範例可包括甲醛及乙醛。合適酯的範例可包括甲酸乙酯、乙酸甲酯、及乙酸乙酯。合適醚的範例可包括乙醚、甲基苯基醚、及例如呋喃之芳基醚。合適酮的範例可包括丙酮及甲乙酮。合適鹵烷的範例可包括乙基氟、異丙基溴、及叔丁基氯。合適的烷胺的範例可包括甲胺、二甲胺、三甲胺、及哌啶。合適烷二胺的範例可包括乙二胺及1,3-二胺基丙烷。
於826，方法800可進一步包含執行一或更多後續氧化物膜沉積循環。在某些範例中，於827，後續氧化物膜沉積循環可包含導入含碳抑制劑(例如，第二沉積循環400)。再者，於某些範例中，於828，後續氧化物膜沉積循環省略導入含碳抑制劑(例如，第一沉積循環300)。此外，於830，在某些範例中，後續氧化物膜沉積循環包含將於824導入的含碳抑制劑與含氧氣體進行反應。
因而，本文所揭示的範例可提供用於以可避免孔隙之形成的方式填充基板上的一或更多間隙。儘管在上下文中揭示具有相對高縱橫比或縮口特徵部之間隙，但所揭示的範例可用於填充任何合適的間隙。
在某些範例中，可在基板上形成具有初沉積臨界尺寸間隔不平衡均勻性(3標準差) ≤ 5 Å的結構。在某些範例中，可將間隔物形成為具有≥ 90 %的垂直度。在某些範例中，最大間隔不平衡可為≤ 5 Å。在某些範例中，如以6個基板運行之平均值所量測的初沉積臨界尺寸穩定度可為≤ 2 Å。在某些範例中，結構可包含≤ 15 Å的線寬粗糙度。在某些範例中，結構可包含≤ 11 Å的線邊緣粗糙度。在某些範例中，結構可包含≤ 15 Å的側壁粗糙度。在其他範例中，結構可具有在此些示例性範圍之外的一或更多值。
本文所述的範例可提供基板上膜及/或結構的有效形成並且對於特徵部尺寸、膜厚、均勻性、及其他特性具有相對高程度的控制。在某些範例中，形成低溫氧化物型式膜的吞吐量可為每腔室每小時≥ 125基板。在某些範例中，形成低溫硬遮罩型式膜的吞吐量可為每腔室每小時≥ 90基板。在某些範例中，可使用每循環≤ 2.6 mg的化學用量來形成SiO 2敷層氧化物。在某些範例中，SiO 2敷層氧化物可包含≥ 3.0 µm的累積限制。在其他範例中，膜可具有在此些示例性範圍之外的一或更多值。
作為另一範例，圖9示意性地顯示於不同製程條件下在中間結構900上的氧化物膜生長。中間結構900可表示在積體電路製造製程中的任何合適的中間結構。此處以示意性剖面圖顯示的中間結構900包含基板902。中間結構900進一步包含表面特徵部，在此範例中表面特徵部係用於圖案化製程(例如，SADP)的心軸904A至B。基板902表示在其上可形成心軸904A至B的任何合適的結構。心軸904A至B可具有任何合適的尺寸。在某些範例中，心軸904A至B可具有10至100 nm的橫截面寬度。心軸可包含任何合適的材料。範例包括多晶矽、非晶矽、矽氧化物、矽氮化物、或碳。可經由任何合適的製程在基板902上形成心軸904A至B。例如，可經由旋塗碳之施加、後接微影圖案化而形成心軸904A至B。每一心軸包含頂部水平表面906及側壁表面908，並有介於心軸904A與904B之間的下方水平基板表面910。
圖9亦顯示在氧化物膜之生長後的三個經處理中間結構。經處理中間結構920表示使用省略使用含碳抑制劑之無碳PEALD製程922的保形氧化物膜生長。如圖所示，於心軸904A之頂部水平表面處之氧化物膜921的厚度924實質上等於沿著心軸904A之垂直表面的厚度926、以及沉積在兩心軸904A與904B間之下方基板表面上之氧化物膜的厚度928。保形氧化物膜921的均勻厚度指示在缺少含碳抑制劑下於不同表面上之氧化物膜的不可控生長。
經處理中間結構930表示使用利用含碳抑制劑之PEALD製程932形成的非保形氧化物膜931。碳抑制PEALD製程932包含在每一第二沉積循環400期間以第一、較短持續時間將含碳抑制劑導入製程腔室。如在厚度934處所示，在心軸904A之上方水平表面上的氧化物膜931實質上較在心軸904A之垂直表面上的厚度936處為薄。在心軸904A之上方水平表面上的厚度934實質上等於在下方基板表面上的厚度938。如此非保形生長起因於含碳抑制劑非保形地吸附至不同取向的表面上，從而提供在水平表面906、910上的相對較多抑制以及在垂直表面908上的相對較少抑制。
經處理中間結構940示意性地顯示當在每一第二沉積循環400期間以第二、較長持續時間將含碳抑制劑導入製程腔室時生長氧化物膜941的結果。增加至含碳抑制劑曝露時間導致PEALD製程942相較於PEALD製程932之相對更大程度的非保形性。如圖9中所描繪的，於上方水平表面處的膜941之厚度944小於在相似水平表面上之膜931的厚度934。在下方水平基板表面上的厚度948相似於厚度944。在某些範例中，頂部:側壁比(厚度944:厚度946)範圍從0.99至0.50，而具有關聯於含碳抑制劑之較長曝露持續時間的較小比值。在其他範例中，頂部:側壁比可具有任何其他合適的值。
圖10示意性地顯示在其中變化碳抑制沉積循環之比例的中間結構900上之非保形氧化物膜生長的範例。在此範例中，氧化物膜沉積製程可包含執行 n次第一沉積循環300(顯示於1002)而後接 m次第二沉積循環400(顯示於1004)。數字 n與 m可為任何合適的整數。可於1006以任何合適的次數重複這些步驟。如此，包括導入含碳抑制劑之氧化物膜沉積循環的比例 P可由 決定。在某些範例中，可於基板的處理期間變化 n與 m。此外，在某些範例中，比例 P可介於5%與50%之間。在某些如此的範例中，比例 P可介於10%與20%之間。
經處理中間結構1020包含使用無碳PEALD製程1022生長的氧化物膜1021。無碳PEALD製程1022包含複數第一沉積循環300，其中 m= 0。如此乃保形地沉積氧化物膜1021。
經處理中間結構1030示意性地顯示使用碳抑制PEALD製程1032生長氧化物膜1031的結果。碳抑制PEALD製程1032包含執行 n 1次第一沉積循環300、執行一次第二沉積循環400、並重複之，其中 n 1＞ 1。如圖所示，氧化物膜1031於上方水平表面處(厚度1034)較於垂直表面處(厚度1036)為薄。
經處理中間結構1040示意性地顯示使用碳抑制PEALD製程1042生長氧化物膜1041的結果，其中所執行之第二沉積循環400的比例較PEALD製程1032相對更高。碳抑制PEALD製程1042包含執行 n 2次第一沉積循環300、執行時間t的一次第二沉積循環400、並重複之，其中 n 2＞ 1且 n 2＜ n 1。如此，比例 P 2 大於 P 1 ，其中 且 。氧化物膜1041於上方水平表面處的厚度1044相較於在垂直表面處厚度1046相對更小。再者，由於執行較高比例的第二沉積循環，PEALD製程1042產出相較於氧化物膜1031(即，厚度1034處)於心軸之頂部上(即，厚度1044處)相對更薄的氧化物膜1041。如此，相對較高比例的碳抑制沉積循環可導致具有較高程度之非保形生長的氧化物膜。
如上所述，氧化物膜的可控非保形生長於裝置加工中可具有諸多用途。範例包括例如SADP製程的圖案化製程。圖11A示意性地顯示中間結構1100的剖面圖，中間結構1100包含已經由利用第一、較少量之含碳抑制劑氣體的PEALD製程(例如，經由PEALD製程932或PEALD製程1032)在基板1104及心軸1106上非保形生長的氧化物膜1102。相比之下，圖11B的中間結構1110包含已使用第二、較大量之含碳抑制劑氣體(例如，PEALD製程942或PEALD製程1042)在基板1114及心軸1116上非保形生長的氧化物膜1112。
經由乾蝕刻移除在心軸之頂部上、及之間的氧化物膜。如圖11A中所繪示的，於1120處顯示在中間結構1100上執行乾蝕刻的結果。已移除心軸1106，留下間隔物1102a至d。如在1122處所見，間隔物1102d於頂部處錐形化。間隔物之如此錐形化可能對於轉移蝕刻表現有負面影響。對於較長蝕刻時間而言，如此錐形化可能更加明顯。再者，較長蝕刻時間及錐形化可關聯於相對較少量之含碳抑制劑氣體的使用。
如圖11B中所繪示的，於1130處顯示在中間結構1110上執行乾蝕刻的結果。蝕刻除去氧化物膜1112的頂部層以便移除心軸1116。由於乾蝕刻的結果，保留了方形間隔物1112a至d。因為相較於氧化物膜1102，非保形氧化物膜1112的頂部相對較薄，故相較於1120處的範例可執行較少時間的乾蝕刻製程。在乾蝕刻時間減少的情況下，氧化物膜1112的側壁曝露至乾蝕刻化學較少時間。由於乾蝕刻時間的減少，方形間隔物1112a至d包含方形頂部(例如，參見方形間隔物1112d的1132)。如此，於PEALD期間使用含碳抑制劑氣體以形成非保形氧化物膜相較於保形氧化物膜之使用可幫助避免錐形化。如此方形間隔物可提供相對較佳的轉移蝕刻表現。在某些範例中，可在基板上形成具有初沉積臨界尺寸間隔不平衡均勻性(3標準差) ≤ 5 Å之諸如此些的結構。在某些範例中，可將間隔物形成為具有≥ 90 %的垂直度。在某些範例中，最大間隔不平衡可為≤ 5 Å。在某些範例中，如以6個基板運行之平均值所量測的初沉積臨界尺寸穩定度可為≤ 2 Å。在某些範例中，結構可包含≤ 15 Å的線寬粗糙度。在某些範例中，結構可包含≤ 11 Å的線邊緣粗糙度。在某些範例中，結構可包含≤ 15 Å的側壁粗糙度。在某些範例中，可形成具有接縫深度≥ 1 µm的氧化物膜結構。在某些範例中，基板內接縫不均勻性係介於+/- 5 nm之間。在某些範例中，氧化物膜結構可翹曲而具有≤ 80 µm之差量。在某些範例中，氧化物膜結構的底部填充百分率≥ 70%。在某些範例中，可以≤ 6的濕蝕刻速率比形成敷層氧化物。在某些範例中，敷層氧化物可具有在晶圓內≤ 2%的不均勻性。在某些範例中，敷層氧化物可具有≤ 0.5%的晶圓與晶圓間不均勻性。在某些範例中，敷層氧化物可於60 nm處具有≤ 10的缺陷。在其他範例中，氧化物膜結構可具有在此些示例性範圍之外的一或更多值。在其他範例中，結構可具有在此些示例性範圍之外的一或更多值。
圖12顯示用於執行原子層沉積以非保形地生長氧化物膜之示例性方法1200的流程圖。於1202，方法1200包含執行至少一氧化物膜沉積循環。在某些範例中，執行複數氧化物膜沉積循環。第一沉積循環300與第二沉積循環400係氧化物膜沉積循環的範例。
於1204，氧化物沉積循環1202包含將基板曝露至氧化物膜前驅物。可使用任何合適的氧化物膜前驅物。例如，當形成二氧化矽膜時，氧化物膜前驅物可包含聚矽烷、矽氧烷、胺基矽烷、鹵代矽烷、或有機矽烷，例如以上更詳細描述的該些前驅物。用於金屬氧化物膜的示例性氧化物膜前驅物包括HfCl 4、Hf(N(C 2H 5) 2) 4、Hf(OC(CH 3) 3) 4、TCl 4、Ti(OCH(CH 3) 2) 4、WF 6、WCl 6、W(CO) 6、SnCl 4、(CH 3) 4Sn、(C 2H 5) 4Sn、(CH 3) 2SnCl 2、Bu 2Sn(OMe) 2、Sn(NMe 2) 4、Me 2Sn(NMe 2) 2、Me 3Sn(NMe 2)、MoCl 5、MoO 2Cl 2 、MoOCl 4、及Mo(CO) 6。在某些範例中，於1206，基板包含心軸。
繼續，於1208，氧化物沉積循環1202可選地可包含吹淨製程腔室。可執行吹淨製程腔室以移除至少某些殘餘的氧化物膜前驅物。
於1210，氧化物沉積循環進一步包含導入含氧氣體。可使用任何合適的含氧氣體，例如氧、臭氧、或水蒸汽。於1212，氧化物沉積循環1202進一步包含將氧化物膜前驅物與含氧氣體進行反應。在某些範例中，於1214，氧化物沉積循環1202包含形成含有含氧氣體的電漿以將氧化物膜前驅物氧化而形成氧化物膜。在某些範例中，電漿中的反應性含氧物種將在先前循環中非保形沉積的所吸附含碳抑制劑氧化。在某些範例中，於1216，方法包含於熄滅電漿之後吹淨製程腔室。
在至少某些沉積循環中，於1218，方法1200包含將基板曝露至含碳抑制劑。可使用任何合適的含碳抑制劑。在某些範例中，於1220，含碳抑制劑包含具有通式C nH 2n+2的烷烴，其中n等於1至10。在某些範例中，於1222，烷烴包含甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、或己烷中的一或更多者。在某些範例中，烷烴包含經取代的線性烷烴。在某些範例中，含碳抑制劑包含烯烴、炔烴、環烴、芳香族、醇、二醇、醛、酯、醚、酮、鹵烷、烷胺、或烷二胺中的一或更多者。在又其他範例中，含碳抑制劑可包含含碳抑制劑之混合物。合適烯烴(針對具有單一碳-碳雙鍵的烯烴，其中n等於2至10的C nH 2n)的範例可包括乙烯、丙烯、及丁烯。合適炔烴(針對具有單一碳-碳三鍵的炔烴，其中n等於2至10的C nH 2n-2)的範例可包括乙炔、丙炔、及丁炔。合適環烴的範例可包括環丁烯、環戊烷及環己烷。合適芳香族的範例可包括苯、甲苯、吡啶、及嘧啶。合適醇的範例可包括甲醇、乙醇、及丙醇。合適二醇的範例可包括乙二醇、丙二醇、及氫醌。合適醛的範例可包括甲醛及乙醛。合適酯的範例可包括甲酸乙酯、乙酸甲酯、及乙酸乙酯。合適醚的範例可包括乙醚、甲基苯基醚、或例如呋喃之芳基醚。合適酮的範例可包括丙酮及甲乙酮。合適鹵烷的範例可包括乙基氟、異丙基溴、及叔丁基氯。合適的烷胺的範例可包括甲胺、二甲胺、三甲胺、及哌啶。合適烷二胺的範例可包括乙二胺及1,3-二胺基丙烷。在某些範例中，於1228，在5%至25%的沉積循環中導入含碳抑制劑。
在某些範例中，於1230，方法1200進一步包含將基板加熱器加熱至在25 ºC至75 ºC之範圍內的溫度。在某些範例中，方法包含將基板加熱器加熱至在25 ºC至650 ºC之範圍內的溫度。
於1240，方法1200可進一步包含執行後續氧化物膜沉積循環。後續氧化物膜沉積循環可包含導入含碳抑制劑(例如，第二沉積循環400)。然而，在某些範例中，於1242，後續氧化物膜沉積循環省略導入含碳抑制劑(例如，第一沉積循環300)。再者，於1244，後續氧化物膜沉積循環包含將於1218導入的含碳抑制劑與含氧氣體進行反應。
本文所述的範例可提供基板上膜及/或結構的有效形成並且對於特徵部尺寸、膜厚、均勻性、及其他特性具有相對高程度的控制。在某些範例中，形成低溫氧化物型式膜的吞吐量可為每腔室每小時≥ 125基板。在某些範例中，形成低溫硬遮罩型式膜的吞吐量可為每腔室每小時≥ 90基板。在某些範例中，可使用每循環≤ 2.6 mg的化學用量來形成SiO 2敷層氧化物。在某些範例中，SiO 2敷層氧化物可包含≥ 3.0 µm的累積限制。在其他範例中，膜可具有在此些示例性範圍之外的一或更多值。
在某些範例中，可將本文所述的方法及製程綁定至一或更多計算裝置的計算系統。特別是，可將如此方法及製程實施為電腦應用程式或服務、應用程式介面(API)、程式館、及/或其他電腦程式產品。
圖13示意性地顯示可實行以上所述方法及製程中之一或更多者的計算系統1300的非限制性範例。以簡化的形式顯示計算系統1300。計算系統1300可採下列形式：一或更多個人電腦、工作站、與基板處理工具整合的電腦、及/或網路可存取伺服器電腦。
計算系統1300包括邏輯機1302及儲存機1304。計算系統1300可選地可包括顯示子系統1306、輸入子系統1308、通信子系統1310、及/或未在圖13中顯示的其他組件。控制器130係計算系統1300的範例。
邏輯機1302包括配置以執行指令的一或更多實體裝置。例如，可將邏輯機配置以執行為一或更多應用程式、服務、程式、常式、程式館、物件、組件、資料結構、或其他邏輯基本結構之部分的指令。可實施如此指令以執行任務、實施資料型式、轉換一或更多組件之狀態、實現技術效果、或以其他方式達到所期望的結果。
邏輯機可包括配置以執行軟體指令的一或更多處理器。額外地或可替代地，邏輯機可包括配置以執行硬體或韌體指令的一或更多硬體或韌體邏輯機。邏輯機的處理器可為單核心或多核心，並可將在處理器上執行的指令配置以用於序列的、平行的、及/或分散式的處理。可將邏輯機的個別組件可選地分散在二或更多分離裝置中，分離裝置係可位於遠端及/或配置以用於協調處理。可藉由配置在雲端運算配置中的可遠端存取、連網之計算裝置來虛擬化和執行邏輯機的實施態樣。
儲存機1304包括配置以保持可藉由邏輯機執行以實施本文所述方法及製程之指令1312的一或更多實體裝置。當實施如此方法及製程時，可將儲存機1304的狀態變換為例如保持不同的資料。
儲存機1304可包括可移除及/或內建裝置。儲存機1304可包括光學記憶體(例如，CD、DVD、HD-DVD、藍光磁碟等)、半導體記憶體(例如，RAM、EPROM、EEPROM等)、及/或磁記憶體(例如，硬碟機、軟碟機、磁帶機、MRAM等)，或其他者。儲存機1304可包括揮發性、非揮發性、動態、靜態、讀/寫、唯讀、隨機存取、順序存取、位置可定址、檔案可定址、及/或內容可定址裝置。
將理解的是，儲存機1304包括一或更多實體裝置。然而，本文所述之指令的實施態樣可替代地可藉由在有限持續時間內不由實體裝置保持的通信媒體(例如，電磁訊號、光訊號等)傳播。
可將邏輯機1302與儲存機1304的實施態樣一起整合為一或更多硬體邏輯組件。如此硬體邏輯組件可包括例如現場可程式邏輯閘陣列(FPGAs)、程式及應用特定積體電路(PASIC/ASICs)、程式及應用特定標準產品(PSSP/ASSPs)、單晶片系統(SOC)、及複雜可程式邏輯元件(CPLDs)。
當被包括在內時，顯示子系統1306可用以呈現由儲存機1304保持之資料的視覺表現。此視覺表現可採取圖形化使用者介面(GUI)的形式。由於本文描述的方法及製程改變由儲存機保持的資料，且因而變換儲存機的狀態，故可同樣地變換顯示子系統1306的狀態以視覺地表現底層資料中的變化。顯示子系統1306可包括利用幾乎任何型式之技術的一或更多顯示裝置。可將如此顯示裝置與邏輯機1302及/或儲存機1304在共享殼體中相結合，或者如此顯示裝置可為週邊顯示裝置。
當被包括在內時，輸入子系統1308可包含一或更多使用者輸入裝置或與之介面接合，使用者輸入裝置例如為鍵盤、滑鼠、或觸控螢幕。在某些範例中，輸入子系統可包含選定自然用戶輸入(NUI)組件或與之介面接合。如此組件可為整合的或週邊的，並且可在板上或板外處置輸入動作的轉換及/或處理。示例性的NUI組件可包括用於語音及/或語音識別的麥克風，以及用於機器視覺及/或手勢識別的紅外、彩色、立體、及/或深度相機。
當被包括在內時，可將通信子系統1310配置以將計算系統1300與一或更多其他計算裝置通信地耦接。通信子系統1310可包括與一或更多不同通信協定相容的有線及/或無線通信裝置。作為非限制性的範例，可將通信子系統配置以用於經由無線電話網路、或有線或無線區域或廣域網路進行通信。在某些範例中，通信子系統可允許計算系統1300經由例如網際網路的網路發送訊息至其他裝置及/或從其他裝置接收訊息。
將理解的是，本文所述的配置及/或方法本質上係示例性的，並且不應將此些具體範例或範例視為限制性的，因為許多變化係有可能的。本文所述的具體例行事務或方法可代表任意數量之處理策略中的一或更多者。如此，可按照所繪示及/或描述之序列、按照其他序列、平行地、或加以省略地執行所繪示及/或描述的諸多動作。同樣地，上述製程的順序可加以變化。
本揭示內容之標的包括諸多製程、系統及配置、及本文所揭示之其他特徵、功能、動作、及/或性質、以及上述之任意者或全部者之同等內容的所有新穎及非顯而易見的組合和子組合。
100:處理工具 102:製程腔室 104:基板支架 106:基板 108:基板加熱器 110:噴淋頭 112:氣體入口 114:流量控制硬體 116:氧化物膜前驅物氣體源 118:含氧氣體源 120:含碳抑制劑源 122:吹淨氣體源 124:排氣系統 128:射頻功率源 129:匹配網路 130:控制器 200:方法 202,204,208,210,212,214:步驟 300:第一沉積循環 301:先前循環 302,304,306,308:步驟 314:後續循環 400:第二沉積循環 401:先前循環 402,404,406,408,412:步驟 414:後續循環 500,510,900,1100,1110:中間結構 502,512,902,1104,1114:基板 504:間隙 505:堆疊 506,508:交替層 514:縮口間隙 600,600a,600b,600c,610,610a,610b,610c,630,630a,630b,630c,700,700a,700b,700c,720,720a,720b,720c,922,932,942,1022,1032,1042:製程 602,612,632,702,722,921,931,941,1021,1031,1041,1102,1112:氧化物膜 604,704:基板區域 609,709:孔隙 800:方法 802,804,808,810,812,814,816,818,819,820,822,824,826,827,828,830:步驟 904A,904B,1106,1116:心軸 906:頂部水平表面 908:側壁表面 910:下方水平基板表面 920,930,940,1020,1030,1040:經處理中間結構 924,926,928,934,936,938,944,946,948,1034,1036,1044,1046:厚度 1002,1004,1006:製程步驟 1102a~1102d,1112a~1112d:間隔物 1200:方法 1202,1204,1206,1208,1210,1212,1214,1216,1218,1220,1222,1228,1230,1240,1242,1244:步驟 1300:計算系統 1302:邏輯機 1304:儲存機 1306:顯示子系統 1308:輸入子系統 1310:通信子系統 1312:指令
圖1顯示示例性處理工具的方塊圖。
圖2顯示描繪用於執行沉積製程之示例性方法的流程圖。
圖3顯示描繪用於執行省略含碳抑制劑之導入之沉積製程循環的示例性方法的流程圖。
圖4顯示描繪用於執行包括含碳抑制劑之導入之沉積製程循環的示例性方法的流程圖。
圖5A至5B示意性地顯示包含間隙的示例性基板結構。
圖6A至6B示意性地顯示使用不同含碳抑制劑之曝露的示例性間隙填充製程。
圖7示意性地顯示用於填充高縱橫比間隙的示例性間隙填充製程。
圖8顯示描繪用於填充基板中間隙之示例性方法的流程圖。
圖9示意性地顯示氧化物膜之非保形生長作為沉積循環中曝露至含碳抑制劑之不同時間之函數的範例。
圖10示意性地顯示氧化物膜之非保形生長作為碳沉積循環與無碳沉積循環之變化比例之函數的範例。
圖11A至11B示意性地顯示示例性的基板上間隔物之產出。
圖12顯示繪示用於使用含碳抑制劑執行非保形氧化物膜沉積之示例性方法的流程圖。
圖13示意性地顯示示例性的計算裝置。
400:第二沉積循環
401:先前循環
402,404,406,408,412:步驟
414:後續循環

Claims (20)

  1. 一種在一基板上形成一氧化物膜的方法，該方法包含： 執行複數氧化物膜沉積循環，該複數氧化物膜沉積循環中的至少一氧化物膜沉積循環包含 將該基板曝露至一氧化物膜前驅物以吸附該氧化物膜前驅物至該基板， 將該基板曝露至一含氧氣體， 將該氧化物膜前驅物與該含氧氣體進行反應，以及 將該基板曝露至一含碳抑制劑。
  2. 如請求項1之在該基板上形成該氧化物膜的方法，其中該方法包含一原子層沉積製程。
  3. 如請求項1之在該基板上形成該氧化物膜的方法，其中在該至少一氧化物膜沉積循環之後執行的該複數氧化物膜沉積循環中的一後續氧化物膜沉積循環省略將該基板曝露至該含碳抑制劑。
  4. 如請求項1之在該基板上形成該氧化物膜的方法，其中將該氧化物膜前驅物與該含氧氣體進行反應包含形成包含該含氧氣體的一電漿。
  5. 如請求項4之在該基板上形成該氧化物膜的方法，進一步包含將該電漿與在該複數氧化物膜沉積循環中的一先前氧化物膜沉積循環中沉積的含碳抑制劑進行反應。
  6. 如請求項1之在該基板上形成該氧化物膜的方法，其中該基板包含一第一材料與一第二材料之交替層的一堆疊，其中一間隙係形成在材料之交替層的該堆疊中，且其中該氧化物膜係沉積在該間隙中。
  7. 如請求項6之在該基板上形成該氧化物膜的方法，其中該間隙包含在40:1至100:1之一範圍內的一縱橫比。
  8. 如請求項6之在該基板上形成該氧化物膜的方法，其中該間隙包含一縮口結構。
  9. 如請求項1之在該基板上形成該氧化物膜的方法，其中該含碳抑制劑包含烷烴、烯烴、炔烴、環烴、芳香族、醇、二醇、醛、酯、醚、酮、鹵烷、烷胺、或烷二胺中的一或更多者。
  10. 如請求項1之在該基板上形成該氧化物膜的方法，其中該氧化物膜包含一矽氧化物膜。
  11. 一種處理工具，包含： 一製程腔室； 一射頻功率源； 進入該製程腔室的一或更多氣體入口； 流量控制硬體，配置以控制經過該一或更多氣體入口的氣體流量；及 一控制器，可操作地耦接至該流量控制硬體及該射頻功率源，該控制器係配置以藉由下列操作來填充放置在該製程腔室內之一基板中的一間隙： 操作該流量控制硬體以將一氧化物膜前驅物導入該製程腔室中， 操作該流量控制硬體以將一含氧氣體導入該製程腔室中， 操作該射頻功率源以形成包含該含氧氣體的一電漿；以及 操作該流量控制硬體以在操作該射頻功率源以熄滅該電漿之後，將一含碳抑制劑導入該製程腔室中。
  12. 如請求項11之處理工具，其中該控制器係進一步配置以操作該流量控制硬體以在該控制器操作該射頻功率源以熄滅該電漿之後，吹淨該製程腔室。
  13. 如請求項11之處理工具，進一步包含一含碳抑制劑源。
  14. 如請求項13之處理工具，其中該含碳抑制劑源包含烷烴、烯烴、炔烴、環烴、芳香族、醇、二醇、醛、酯、醚、酮、鹵烷、烷胺、或烷二胺中的一或更多者。
  15. 如請求項11之處理工具，其中該控制器係配置以操作該流量控制硬體與該射頻功率源以執行複數氧化物膜沉積循環，至少某些的該氧化物膜沉積循環省略操作該流量控制硬體以導入該含碳抑制劑。
  16. 如請求項11之處理工具，其中該控制器係配置以控制該處理工具以填充該基板中的一縮口間隙。
  17. 如請求項11之處理工具，進一步包含可操作地耦接至該控制器的一基板加熱器，且其中該控制器係配置以控制該基板加熱器加熱至在25 °C至75 °C之一範圍內的一溫度。
  18. 一種電腦可讀儲存裝置，包含： 可藉由一計算裝置執行的指令，該計算裝置包含一處理器以控制一基板處理工具以填充一基板中的一間隙，該指令係可執行以： 操作該基板處理工具的流量控制硬體以將一氧化物膜前驅物導入一製程腔室中，從而將該間隙曝露至該氧化物膜前驅物， 操作該流量控制硬體以將一含氧氣體導入該製程腔室中， 操作一射頻功率源以形成包含該含氧氣體的一電漿，以及 在熄滅該電漿之後，操作該流量控制硬體以將一含碳抑制劑導入該製程腔室中，從而將該間隙曝露至該含碳抑制劑。
  19. 如請求項18之電腦可讀儲存裝置，其中可執行以操作該流量控制硬體以將該含碳抑制劑導入該製程腔室中的該指令係可執行以控制烷烴、烯烴、炔烴、環烴、芳香族、醇、二醇、醛、酯、醚、酮、鹵烷、烷胺、或烷二胺中之一或更多者至該製程腔室中的導入。
  20. 如請求項18之電腦可讀儲存裝置，其中該指令係進一步可執行以實行省略將該含碳抑制劑導入該製程腔室中的一氧化物膜沉積循環。
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