TW202410123A - 低溫碳隙填充 - Google Patents

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Abstract

範例半導體處理方法可包括以下步驟：將含碳前驅物提供至半導體製程腔室的處理區域。基板可設置於半導體製程腔室的處理區域內。基板可界定沿著基板之一或多個特徵。所述方法可包括以下步驟：於處理區域內形成含碳前驅物的電漿。所述方法可包括以下步驟：將含碳材料沉積於基板上。含碳材料可在沿著基板之一或多個特徵內延伸。所述方法可包括以下步驟：在半導體製程腔室的處理區域內形成含氫前驅物的電漿。所述方法可包括以下步驟：以含氫前驅物的電漿流出物處理含碳材料。含氫前驅物的電漿流出物可導致含碳材料的一部分被從基板去除。

Description

低溫碳隙填充
此申請案依專利法主張2022年5月5日提申之名稱為「LOW TEMPERATURE CARBON GAPFILL」的美國專利申請案第17/737,311號之優先權，所述美國專利申請案以全文引用方式併入本文。
本技術與用於半導體處理之方法及部件有關。更具體而言，本技術與用於沉積具有減少的空隙或縫隙形成之含碳材料之系統及方法有關。
藉由在基板表面上生產錯綜複雜地圖案化的材料層之製程，可製作積體電路。在基板上產生經圖案化材料需要用於形成並移除材料之受控方法。隨著元件尺寸持續減小，積體電路內之特徵可能變得更小，且結構的深寬比可能增長，且在處理操作期間維持這些結構的維度可能受到挑戰。一些處理可能導致材料中之空隙或縫隙，這可能會在進一步處理中產生非所欲或不理想的影響。隨著元件尺寸持續縮放，開發可控制空隙或縫隙形成之材料變得更困難。
因此，需要可用於產生高品質元件及結構之改良的系統及方法。本技術可滿足這些及其他需求。
範例半導體處理方法可包括以下步驟：將含碳前驅物提供至半導體製程腔室的處理區域。基板可設置於半導體製程腔室的處理區域內。基板可界定沿著基板之一或多個特徵。所述方法可包括以下步驟：於處理區域內形成含碳前驅物的電漿。所述方法可包括以下步驟：將含碳材料沉積於基板上。含碳材料可在沿著基板之一或多個特徵內延伸。所述方法可包括以下步驟：在半導體製程腔室的處理區域內形成含氫前驅物的電漿。所述方法可包括以下步驟：以含氫前驅物的電漿流出物處理含碳材料。含氫前驅物的電漿流出物可導致含碳材料的一部分被從基板去除。
在一些實施例中，含碳前驅物可為或可包括乙炔。可在小於或約500 W的電漿功率下產生含碳前驅物的電漿。在將含碳材料沉積於基板上和以含氫前驅物的電漿流出物處理含碳材料的同時，可將半導體製程腔室內之溫度維持在大於或約100 °C至小於或約500 °C。在將含碳材料沉積於基板上和以含氫前驅物的電漿流出物處理含碳材料的同時，可將半導體製程腔室內之壓力維持在小於或約5托耳。可在比用於形成含碳前驅物的電漿之電漿功率更大之電漿功率下產生含氫前驅物的電漿。以含氫前驅物的電漿流出物處理基板上之含碳材料可在將含碳材料形成於基板上的溫度之約25 °C內之溫度下進行。所述方法可包括：在以含氫前驅物的電漿流出物處理基板上之含碳材料前，升高半導體製程腔室內之電漿功率。含氫前驅物的電漿流出物可將突出在一或多個特徵外之含碳材料的一部分、界定一或多個特徵之壁上之含碳材料的一部分或二者的組合去除。所述方法可包括：依序將含碳材料沉積於基板上，接著以含氫前驅物的電漿流出物處理含碳材料。在各沉積和處理序列期間將一或多個特徵反覆填充得更高。可重複至少三次之沉積含碳材料及處理含碳材料。
本技術的一些實施例可涵蓋半導體處理方法。所述方法可包括：將含碳前驅物提供至半導體製程腔室的處理區域。基板可設置於半導體製程腔室的處理區域內。基板可界定沿著基板之一或多個凹陷特徵。所述方法可包括：於處理區域內形成含碳前驅物的電漿。可在第一電漿功率下產生含碳前驅物的電漿。所述方法可包括：將含碳材料沉積於基板上。含碳材料可在沿著基板之一或多個凹陷特徵內延伸。所述方法可包括：停止含碳前驅物的流動。所述方法可包括：將含氫前驅物提供至半導體製程腔室的處理區域。所述方法可包括：於處理區域內形成含氫前驅物的電漿。可在第二電漿功率下產生含氫前驅物的電漿。第二電漿功率可大於第一電漿功率。所述方法可包括：以含氫電漿的流出物處理含碳材料。含氫電漿的流出物可導致含碳材料的一部分被從基板去除。
在一些實施例中，第二電漿功率可為大於或約300 W。所述方法可包括：依序將含碳材料沉積於基板上，並以含氫電漿的流出物處理含碳材料。沉積該含碳材料之時間段可介於約20秒與約80秒間。以含氫電漿的流出物處理含碳材料之時間段可介於約5秒與約25秒間。
本技術的一些實施例可涵蓋半導體處理方法。所述方法可包括：將含碳前驅物提供至半導體製程腔室的處理區域。含碳前驅物可為或可包括乙炔。基板可設置於半導體製程腔室的處理區域內。基板可界定沿著基板之一或多個凹陷特徵。所述方法可包括：於處理區域內形成含碳前驅物的電漿。可在小於或約300 W的電漿功率下產生含碳前驅物的電漿。所述方法可包括：將含碳材料沉積於基板上。含碳材料可在沿著基板之一或多個凹陷特徵內延伸。所述方法可包括：停止含碳前驅物的流動。所述方法可包括：在半導體製程腔室的處理區域內形成含氫前驅物之電漿。含氫前驅物可為或可包括雙原子氫。所述方法可包括：以含氫前驅物的電漿流出物蝕刻含碳材料的一部分。可將處理區域內之溫度維持在小於或約500 °C。可將處理區域內之壓力維持在小於或約3托耳。
在一些實施例中，在以含氫前驅物的電漿流出物處理基板上之含碳材料的同時，可將半導體製程腔室內之溫度維持在大於或約200 °C至小於或約400 °C。在以含氫前驅物的電漿流出物處理基板上之含碳材料的同時，可將半導體製程腔室內之壓力維持在大於或約0.3托耳至小於或約3托耳。所述方法可包括：在以含氫前驅物的電漿流出物處理基板上之含碳材料前，降低半導體製程腔室內之壓力。可在大於或約200 W至小於或約600 W的電漿功率下產生含氫前驅物的電漿。
這樣的技術可相對於習用系統和技術提供許多益處。舉例而言，本技術的實施例可減小適用於數種基板特徵之空隙或縫隙尺寸。此外，本技術可生產用於間隙填充應用還有任何其他應用之含碳膜，就彼等應用而言，特徵在於減小的空隙或縫隙尺寸之所述沉積膜可為有益的。結合以下描述和附圖更詳細地描述這些和其他實施例以及它們的諸多優點及特徵。
隨著元件尺寸持續縮減，許多材料層的厚度和尺寸可能減小以縮放元件。遍及半導體結構之特徵可能有縮減的尺寸，且特徵的深寬比可能增加。隨著特徵的深寬比增加，由於在完全填充特徵內部前在靠近特徵的頂部處發生夾止(pinch off)之故，化學氣相沉積製程可能會在特徵內產生空隙或縫隙。
諸如逆調(reverse tone)圖案化製程等習用技術難以生產膜來填充下方結構中之高度深寬比特徵而使空隙或縫隙形成受到控制。含碳材料在含有高深寬比溝槽之下方結構上之沉積可能不完整，因為許多含碳膜沉積會產生共形膜。填充操作可能導致在特徵內部填充前在特徵頂部附近之特徵密合，這可能會在填充材料中生成空隙或在特徵中間偏上方生成縫隙，所述空隙及縫隙可延伸至結構的頂部。在一些產品中，後續可能進行拋光操作，去除可能會導致空隙或縫隙暴露，這可能會提供進入特徵內部之途徑。一旦暴露於大氣，這可能會導致材料氧化，還會沿空隙或縫隙摻入漿料或其他材料。因此，許多傳統技術在防止最終元件中之結構缺陷的能力方面受到限制。
本技術藉由處理下方結構上的膜以減少膜中任何空隙或縫隙的存在或尺寸來克服這些問題。藉由以含氫氣體的電漿流出物處理膜，本技術可改變下方結構上之膜，以去除膜的一部分以維持進入特徵之途徑，這使得含碳材料之後續沉積逐漸填充特徵，同時使空隙或縫隙的形成最小化。藉由以含碳材料填充特徵或高深寬比結構而具有減少或消除的空隙或縫隙，本技術可防止任何後續積體製程中的問題及/或最終元件中之缺陷。儘管其餘揭示內容將例行地識別利用所揭示的技術之具體沉積製程，且將描述一種類型的半導體製程腔室，但將容易理解的是，可在任何數量的半導體製程腔室中進行所述製程。因此，所述技術不應被視為僅限於與這些具體沉積製程或腔室一起使用之技術。在描述根據本技術的半導體處理方法之前，本揭示內容將討論可用於進行根據本技術的實施例之製程的一種可能的腔室。
第 1 圖繪示根據本技術的一些實施例之範例半導體製程腔室100的剖面視圖。該圖可圖解系統的概觀，所述系統可結合本技術之一或多個態樣，及/或可被具體配置以進行根據本技術之實施例的一或多個操作。在下文中可進一步描述腔室100或所進行之方法的額外細節。根據本技術的一些實施例，可利用腔室100來形成膜層，儘管可理解到所述方法可類似地在其中可發生膜形成之任何腔室中進行。半導體製程腔室100可包括腔室主體102、設置於腔室主體102內部之基板支撐件104，及耦接腔室主體102並將基板支撐件104封閉於處理容積120中之蓋組件106。可經由開口126將基板103提供至處理容積120，傳統可使用狹縫閥或門來密封開口126以進行處理。在處理期間，基板103可位於基板支撐件104的表面105上。如箭頭145所指示，基板支撐件104可沿著軸147旋轉，而基板支撐件104的軸桿144可位於軸147上。或者，在沉積製程期間，可視需求將基板支撐件104升起來旋轉。
可於半導體製程腔室100中設置電漿輪廓調變器111，以控制跨基板103之電漿分佈，所述基板103設置於基板支撐件104上。電漿輪廓調變器111可包括第一電極108，第一電極108可被設置在腔室主體102鄰近處，且可使腔室主體102與蓋組件106的其他部件分開。第一電極108可為蓋組件106的部分，或可為單獨的側壁電極。第一電極108可以是環形或類環構件，且可以是環電極。第一電極108可以是連續的圈套，位於環繞處理容積120之半導體製程腔室100的周圍附近，或者若需要的話可在所選位置處不連續。第一電極108也可以是穿孔的電極，如穿孔的環或網狀電極，或可為板電極，如，舉例而言，副氣體分配器(secondary gas distributor)。
一或多個隔離器110a、110b可接觸第一電極108並將第一電極108與氣體分配器112電性地和熱性地隔離，並將第一電極108與腔室主體102電性地和熱性地隔離，所述隔離器110a、110b可為介電材料，如陶瓷或金屬氧化物，例如，氧化鋁及/或氮化鋁。氣體分配器112可界定孔118，孔118用於將製程前驅物分配進入處理容積120內。氣體分配器112可耦接第一電功率源142，如RF產生器、RF功率源、DC功率源、脈衝式DC功率源、脈衝式RF功率源或可耦接半導體製程腔室100之任何其他功率源。在一些實施例中，第一電功率源142可為RF功率源。
氣體分配器112可為導電性氣體分配器或非導電性氣體分配器。也可由導電性或非導電性部件形成氣體分配器112。舉例而言，氣體分配器112的主體可為導電性，而氣體分配器112的面板可為非導電性。可例如藉由第1圖中所示之第一電功率源142對氣體分配器112供電，或在一些實施例中可將氣體分配器112接地。
第一電極108可耦接第一調諧電路128，第一調諧電路128可控制半導體製程腔室100之接地路徑。第一調諧電路128可包括第一電子感測器130及第一電子控制器134。第一電子控制器134可為或可包括可變電容器或其他電路元件。第一調諧電路128可為或可包括一或多個電感器132。第一調諧電路128可為任何電路，在處理期間存在於處理容積120中之電漿條件下，所述電路可實現可變或可控制之阻抗。在所示之一些實施例中，第一調諧電路128可包括並聯耦接在接地與第一電子感測器130之間的第一電路分路(circuit leg)和第二電路分路。第一電路分路可包括第一電感器132A。第二電路分路可包括第二電感器132B，第二電感器132B串聯耦接第一電子控制器134。可將第二電感器132B設置在第一電子控制器134與節點之間，所述節點將第一和第二電路分路二者都連接至第一電子感測器130。第一電子感測器130可為電壓或電流感測器，且可耦接第一電子控制器134，而第一電子控制器134可對處理容積120內之電漿環境提供一定程度的閉合迴路控制(closed-loop control)。
第二電極122可耦接基板支撐件104。可將第二電極122嵌設於基板支撐件104內，或耦接基板支撐件104的表面105。第二電極122可為板、穿孔板、網、絲網或導電元件之任何其他分散式佈置。第二電極122可為調諧電極，且可藉由導管146耦接第二調諧電路136，舉例而言，所述導管146是，例如，設置在基板支撐件104的軸桿144中之具有所選電阻（如50歐姆）之電纜。第二調諧電路136可具有第二電子感測器138及第二電子控制器140，第二電子控制器140可為第二可變電容器。第二電子感測器138可為電壓或電流感測器，且可耦接第二電子控制器140，以對處理容積120中之電漿環境提供進一步控制。
第三電極124可耦接基板支撐件104，第三電極124可為偏壓電極及/或靜電夾吸電極。第三電極可經由濾波器148耦接第二電功率源150，濾波器148可為阻抗匹配電路。第二電功率源150可為DC功率、脈衝式DC功率、RF偏壓功率、脈衝式RF源或偏壓功率，或這些或其他功率源之組合。在一些實施例中，第二電功率源150可為RF偏壓功率。基板支撐件104也可包括一或多個加熱元件，所述加熱元件經配置以將基板加熱至處理溫度，所述處理溫度可介於約25 °C與約800 °C或更高溫之間。
可與用於電漿或熱處理之任何處理腔室一起使用第1圖之蓋組件106和基板支撐件104。在操作中，半導體處理腔室100可提供對處理容積120中之電漿環境的即時控制。可將基板103設置在基板支撐件104上，且可根據任何期望的流動計畫使用入口114使製程氣體流經蓋組件106。氣體可經由出口152離開半導體處理腔室100。電源可耦接氣體分配器112，以在處理容積120中創造電漿。在一些實施例中，可使用第三電極124讓基板經受電偏壓。
一旦在處理容積120中激發電漿，可在電漿與第一電極108之間建立位能差。亦可在電漿與第二電極122之間建立位能差。接著可使用電子控制器134、140來調整由兩個調諧電路128及136所代表之接地路徑的流動性質。可將設定點輸送到第一調諧電路128及第二調諧電路136，以提供對沉積速率及從中心至邊緣的電漿密度均勻性之獨立控制。在電子控制器可均為可變電容器之實施例中，電子感測器可調整可變電容器，以獨立地最大化沉積速率並最小化厚度不均勻性。
各調諧電路128、136可具有可變阻抗，可使用相應的電子控制器134、140來調整所述可變阻抗。當電子控制器134、140為可變電容器，則可選擇可變電容器的電容範圍，還有第一電感器132A和第二電感器132B的電感，以提供阻抗範圍。此範圍可取決於電漿的頻率和電壓特性，而在各可變電容器的電容範圍內可具有最小值。因此，當第一電子控制器134的電容為最小或最大時，第一調諧電路128的阻抗可為高，導致電漿形狀在基板支撐件104上方具有最小空中覆蓋率(aerial coverage)或橫向覆蓋率。當第一電子控制器134的電容接近使第一調諧電路128的阻抗最小之值時，電漿的空中覆蓋率可成長到最大，而有效地覆蓋基板支撐件104的整個工作區域。當第一電子控制器134的電容偏離最小阻抗設置時，電漿形狀可從腔室壁縮減，且基板支撐件104的空中覆蓋率可能下降。第二電子控制器140可具有類似效應，隨著第二電子控制器140的電容之改變，而可增加或減少基板支撐件104上方之電漿的空中覆蓋率。
可使用電子感測器130、138在封閉迴路中調諧相應電路128、136。取決於所使用之感測器類型，可將針對電流或電壓之設定點安裝在各感測器中，且感測器可配備有控制軟體，所述控制軟體決定對各相應電子控制器134、140之調整，以使與設定點之偏差最小化。於是，可在處理期間選擇並動態控制電漿形狀。應理解的是，儘管以上討論是基於可為可變電容器之電子控制器134、140，但具有可調整特性之任何電子部件都可用以為調諧電路128及136提供可調整的阻抗。
第 2 圖顯示根據本技術的一些實施例之處理方法200中的範例操作。可以在各種製程腔室中進行所述方法200，包括上述半導體製程腔室100，還有可在其中進行所述操作之任何其他腔室，包括非電漿腔室。方法200可包括方法200初始前之一或多個操作，包括前端處理、沉積、蝕刻、拋光、清潔或可在所述操作前進行之任何其他操作。方法200可包括數個可選操作，所述操作可與根據本技術的實施例之方法的一些實施例具體相關或可不與根據本技術的實施例之方法的一些實施例具體相關。舉例而言，為了提供進行製程之更廣範籌而描述了許多操作，但這些操作對技術而言並非關鍵，或者可藉由將於下文進一步描述之替代方法來進行。方法200可描述 第 3A 至 3D 圖中示意性顯示之操作，將參照方法200的操作描述第3A至3D圖之圖示。應理解到，附圖僅描繪部分示意性視圖，且基板可含有具有如圖所示之各種特徵及態樣之任何數量的額外材料及特徵。
方法200可涉及或可不涉及視情況的操作，以將半導體結構發展為特定製造操作。應理解到，可在任何數量的半導體結構或基板305上進行方法200，包括如第3A圖所圖解之範例結構300，其中含碳材料可形成於範例結構300上。如第3A圖所圖解，基板305可經處理以形成一或多個特徵，所述特徵可為凹陷的，如溝槽、孔或半導體處理中之任何其他結構。基板305可為任何數量的材料，如由矽或含矽材料製成之基底晶圓或基板305、其他基板305材料，還有可在半導體處理期間形成而覆蓋基板305之一或多種材料。舉例而言，在一些實施例中，基板305可經處理而包括用於半導體處理之一或多種材料或結構。基板305可為或可包括介電材料，如任何數量的材料之氧化物或氮化物。在實施例中，一或多個材料層310沉積於基板305上。在實施例中，一或多個材料層310可為或可包括含矽材料。含矽材料可為或可包括矽，包括非晶矽、經摻雜矽、氧化矽、氮化矽或碳化矽。
如所示，可由一或多個材料層310及/或基板305界定一或多個特徵315，如溝槽、開孔或其他凹陷特徵。特徵315的深寬比，或特徵的深度相對於所形成之特徵的寬度或直徑之比例，可為大於或約1:1，且可為大於或約2:1、大於或約3:1、大於或約4:1、大於或約5:1、大於或約6:1、大於或約7:1、大於或約8:1、大於或約9:1、大於或約10:1或更大。儘管圖供僅繪示一個特徵315，但應理解，根據本技術的實施例，範例結構可具有沿著結構界定之任意數量的特徵315。
於操作205，方法200可包括：將含碳前驅物提供至半導體製程腔室（如半導體製程腔室100）的處理區域，其中容置基板305。半導體製程腔室可以是與其中可以進行預處理或更早的處理操作之腔室相同或不同的腔室。可用於方法200中之含碳前驅物可為或可包括任何數量之含碳前驅物。舉例而言，含碳前驅物可為或可包括任何烴，或包括碳和氫或由碳和氫組成之任何材料。在一些實施例中，含碳前驅物的特徵可在於：一或多個碳-碳雙鍵及/或一或多個碳-碳參鍵。因此，在一些實施例中，含碳前驅物可為或可包括烷烴(alkane)、烯烴(alkene)或炔烴(alkyne)，如乙炔、乙烯、丙烯或任何其他含碳材料。前驅物可包括含碳及氫前驅物，其可包括任何量之碳和氫鍵結加上任何其他元素鍵結，儘管在一些實施例中，含碳前驅物可由碳對碳及碳對氫鍵結組成。在一些實施例中，與含碳前驅物一起，可輸送一或多種額外前驅物（如，含氫前驅物，包括雙原子氫或任何其他含氫前驅物），還有一或多種載體或惰性氣體（如，舉例而言，氬或氦）。
於操作210，方法200可包括：形成含碳前驅物的電漿。電漿功率可能影響碳滲透之深度、鍵重新定向(bond reorientation)之程度及/或可能發生之空隙325及/或縫隙330形成之量。因此，在一些實施例中，當產生含碳前驅物的電漿時所施加之電漿功率（如方法200中所施加之第一電漿功率）可為小於或約500 W，且可為小於或約450 W、小於或約400 W、小於或約350 W、小於或約300 W、小於或約250 W、小於或約200 W、小於或約150 W、小於或約100 W或更小。然而，在較低電漿功率下，含碳前驅物的電漿流出物可能無法這麼容易到達特徵315的全深度，且因此，在一些實施例中，電漿功率可為大於或約50 W、大於或約75 W、大於或約100 W或更大。
於操作215，方法200可包括：將含碳材料層320沉積於基板305及/或一或多個材料層310上。含碳前驅物的電漿流出物可接觸基板305，還有一或多個材料層310（若存在的話）。如第3B圖所圖解，當暴露時，含碳層320可沿著基板305還有任何其他併入材料（如一或多個材料層310）沿著任何及/或所有暴露表面延伸。於操作215期間，生長可從界定特徵315之側壁向內發生於特徵315內。然而，從側壁向內生長的速率可小於或等於在特徵315的底部及頂部處生長的速率。
如本文將進一步討論的，在沉積含碳材料320的同時，可將半導體製程腔室內之壓力維持在小於或約5托耳。在小於或約5托耳的壓力下，可將含碳前驅物的電漿流出物導向特徵315的底部。較低的壓力，如小於或約5托耳，可導致較長的平均自由路徑(mean-free path)，允許含碳前驅物的電漿流出物更容易到達特徵315的底部。進而，由於電漿的方向性，沉積於特徵315的側壁上之含碳材料320可能較不會受到含碳前驅物的電漿流出物之衝擊。此衝擊可增進沉積期間之密度及膜品質。因此，藉由在較低的操作壓力下進行沉積，可增進沿著特徵的底部之品質，同時可在側壁上形成較低品質之含碳材料。
於操作215沉積含碳材料320可持續足夠的時間，以將一定量之期望含碳材料320沉積於特徵315中。所述時間可取決於各種因素，包括但不限於特徵315的深度、特徵315的深寬比及/或含碳前驅物的流速。在一些實施例中，沉積含碳材料320的時間段可為大於或約10秒，且可為大於或約20秒、大於或約30秒、大於或約40秒、大於或約50秒、大於或約60秒、大於或約70秒、大於或約80秒、大於或約90秒、大於或約100秒或更多。然而，如第3B圖所圖解，取決於特徵臨界尺寸或跨特徵的寬度，任何特定循環的沉積時間增加都可能導致材料溢出結構的頂部。隨著這種情況繼續，可能使特徵被封閉，或圖案可能崩塌。因此，在一些實施例中，可進行沉積達小於或約120秒，且可進行達小於或約110秒、小於或約100秒或更少。
含碳材料320的沉積可以是實質上共形的，且因此，生長可以從界定特徵315的側壁向內發生在特徵315內，其中從側壁向內生長的速率可能小於或等於特徵315的底部和頂部處之生長速率。沉積量可基於允許發生含碳材料320沉積的時間量而變化。雖然沉積量可能會有變化，但在操作215的沉積期間，與特徵315的頂部相比，更大量的含碳材料320可能會沉積在特徵315的底部。此外，在一些實施例中，與界定特徵315的側壁相比，可能有更大量的含碳材料320沉積在特徵315的底部及/或頂部。
藉由進行根據本技術的實施例之沉積，沿著特徵315的底部之填充可為跨過特徵315的頂部之填充的大於或等於約80%，且可為大於或等於約85%、大於或等於約90%、大於或等於約95%、大於或等於約98%或大於或等於約100%，其中特徵315的底部處之填充的深度以與跨特徵315的頂部之填充相同的程度發生，如在凹陷特徵間。此外，相對於在特徵315的底部或跨頂部或在特徵315間之沉積，沿著特徵315的側壁之沉積可被限制為：小於或約80%之特徵315頂部或底部處厚度之厚度，且可被限制為：小於或約75%之特徵315頂部或底部處厚度之厚度、小於或約70%之特徵315頂部或底部處厚度、小於或約65%之特徵315頂部或底部處厚度、小於或約60%之特徵315頂部或底部處厚度、小於或約55%之特徵315頂部或底部處厚度、小於或約50%之特徵315頂部或底部處厚度、小於或約45%之特徵315頂部或底部處厚度、小於或約40%之特徵315頂部或底部處厚度、小於或約35%之特徵315頂部或底部處厚度、小於或約30%之特徵315頂部或底部處厚度、小於或約25%之特徵315頂部或底部處厚度、小於或約20%之特徵315頂部或底部處厚度或更小。如下文將討論的，這樣可有助於沿著側壁之去除，同時限制其他位置處之去除。
當特徵315封閉或以含碳材料320填充時候，空隙325及/或縫隙330可能形成於含碳材料320中。空隙325可指稱特徵315中沉積在特徵315的底部的含碳材料320與特徵315的頂部的含碳材料320間之部分。由於沉積在特徵315的頂部處之含碳材料320的累積或「麵包切塊(breadloafing)」之故，可能形成空隙325。縫隙330可指稱在特徵315的底部處或附近延伸至含碳材料320內之間隙或溝槽。儘管在圖中被圖示為一致的開口，但是應理解到，如本案所屬技術領域中具通常知識者可容易理解的，空隙325及/或縫隙330結構還可以多種形狀為特徵，這些形狀可包括頂部寬、底部寬，還有更不定的形狀。如上所記載，在更長的沉積時間，在特徵315的頂部處之沉積量可能開始完全封閉特徵315，使得空隙325或縫隙330形成並被含碳材料320覆蓋。由於可能希望在減少或消除任何空隙325或縫隙330的同時完全填充特徵315，因此一次沉積過多含碳材料320可能需要去除含碳材料320的額外部分。因此，在較長的時間段，空隙325或縫隙330不再被填充，且可能需要去除所沉積的部分含碳材料320以繼續填充特徵315。本技術可合併去除間隔，以維持進入特徵之途徑。
在沉積含碳材料320後，方法200可接著包括：於操作220形成含氫前驅物的電漿。在一些實施例中，方法200可包括：在操作220前，停止含碳前驅物的流動。在一些實施例中，可在與沉積期間相似的流速或在更高或更低的流速下持續含氫前驅物的流動。此外，藉由維持含氫前驅物及/或惰性氣體或載氣的流動，可在沉積與處理操作間維持電漿。停止含碳前驅物的流動可能停止沉積，從而允許對沉積膜進行處理。可將含氫前驅物提供至半導體製程腔室的與處理含碳材料320相同的處理區域，且可從如上所述的沉積操作持續。在其他實施例中，在操作220前，可將結構300移動至不同的腔室。可用於方法200之含氫前驅物可為或可包括任何數量的含氫前驅物。在實施例中，含氫前驅物可為或可包括雙原子氫。
電漿功率可能衝擊可能發生之氫滲透之深度、蝕刻速度及/或空隙325及/或縫隙330去除之量。因此，在一些實施例中，當產生含氫前驅物的電漿時所施加之電漿功率（如方法200中所施加之第二電漿功率）可大於沉積期間所利用之電漿功率，且可為大於或約100 W、大於或約150 W、大於或約200 W、大於或約250 W、大於或約300 W、大於或約350 W、大於或約400 W、大於或約450 W、大於或約500 W或更大。然而，在較高的電漿功率下，轟擊可能增加，且如將在下文進一步討論，可能導致特徵的底部處之膜的濺射或蝕刻，且因此，在一些實施例中，電漿功率可為小於或約600 W、小於或約550 W、小於或約500 W、小於或約450 W、小於或約400 W或更小。
於操作225且如第3C圖所圖解，在形成含氫材料的電漿後，方法200可包括：以含氫前驅物的電漿流出物處理含碳材料320。如前所論述，當沉積含碳材料320時，由於可能向內封閉之側壁沉積還有突出於特徵315上方之沉積增加之故，空隙325及/或縫隙330可能形成於含碳材料320中。為了減少或去除這些空隙325或縫隙330，可能需要在以含碳材料320完全填充特徵315前去除一部分含碳材料320。含氫前驅物的電漿流出物可能導致含碳材料320的一部分從基板305及/或沉積於基板305上之一或多個材料層310被去除。具體而言，含氫前驅物的電漿流出物可將突出於特徵315之含碳材料320的一部分、界定特徵315之側壁上之含碳材料320的一部分或二者的組合去除。不受任何特定理論的束縛，含氫前驅物的電漿流出物可形成並輸送以沿著特徵315的側壁優先去除較低品質的含碳材料320。藉由引入可更容易地與含碳材料320鍵結並還原含碳材料320之氫，使得氫可有效地逆轉發生於操作215之此低品質材料的沉積。這樣引入的氫可以替代在含碳前驅物的電漿形成期間被去除之氫。利用新引入的氫，含碳材料320可被揮發，且相對於特徵315的基底處之更高品質且緻密的含碳材料320而言更容易被去除。此外，因為可在特徵315的頂部附近進行電漿產生，離子轟擊可有助於去除特徵315的頂部處之含碳材料320，同時其他條件可用於控制特徵315的底部處之交互作用，例如下文進一步描述之壓力。
於操作225以含氫前驅物的電漿流出物處理含碳材料320可以持續足夠的時間以去除特徵315中之期望量的含碳材料320。類似於操作215，所述時間可能取決於各種因素，包括但不限於特徵315的深度、特徵315的深寬比、沉積的含碳材料320的品質及/或強度，及/或含氫前體的流速。在一些實施例中，以含氫前驅物的電漿流出物處理含碳材料320之時間段可為大於或約5秒，且可為大於或約7秒、大於或約9秒、大於或約11秒、大於或約13秒、大於或約15秒、大於或約17秒、大於或約19秒或更多。在較短的時間段，以含氫前驅物的電漿流出物對含碳材料320進行處理可允許沿著側壁去除一定量（如上文所述，其可沉積至較小厚度），但可能不足以去除突出於特徵315之含碳材料320（其可為高品質或較緻密的材料）。類似地，在較長的時間段，以含氫前驅物的電漿流出物對含碳材料320進行處理可導致沿著特徵的頂部及底部之去除增加，且可完全去除高品質含碳材料。因此，在一些實施例中，處理可進行達小於或約20秒、小於或約15秒或更少。
去除量可基於允許發生之以含氫前驅物的電漿流出物處理含碳材料320的時間量而變化。雖然去除量可能會有變化，但在操作225的處理期間，與特徵315的頂部相比，可從界定特徵315之側壁去除較大量的含碳材料320。此外，與特徵315的底部相比，可從特徵315的頂部去除較大量的含碳材料320。舉例而言，相對於在特徵315的底部或跨頂部或在特徵315間之去除，沿著特徵315的側壁之去除可為大於或約20%之特徵315頂部或底部處厚度，且可為大於或約25%之特徵315頂部或底部處厚度、大於或約30%之特徵315頂部或底部處厚度、大於或約35%之特徵315頂部或底部處厚度、大於或約40%之特徵315頂部或底部處厚度、大於或約45%之特徵315頂部或底部處厚度、大於或約50%之特徵315頂部或底部處厚度、大於或約55%之特徵315頂部或底部處厚度、大於或約60%之特徵315頂部或底部處厚度、大於或約65%之特徵315頂部或底部處厚度、大於或約70%之特徵315頂部或底部處厚度、大於或約75%之特徵315頂部或底部處厚度、大於或約80%之特徵315頂部或底部處厚度或更大。
為了在操作225控制含碳材料320的蝕刻速率，並且如本文將進一步討論的，可將操作225期間的壓力維持在小於或約5托耳。隨著壓力增加，離子通量可增加，這可增加含碳材料320的蝕刻速率，並允許增加沿著特徵315的底部和頂部的蝕刻。在實施例中，可能需要降低蝕刻速率，因為可能僅需要去除含碳材料320的一部分，例如任何空隙325及/或縫隙330。進一步，在低於或約5托耳的壓力下，蝕刻可能為至少部分等向性的，這可能相較於沉積在特徵315的底部處之含碳材料320優先地去除突出特徵315之含碳材料320的部分或沉積於界定特徵315的側壁上之含碳材料320的部分。
如第3D圖所圖解，為了填充特徵315同時減少或消除空隙325及/或縫隙330，方法200可包括：依序沉積含碳材料320（如在基板305上），接著以含氫前驅物的電漿流出物處理含碳材料320。此製程可重複任何數量的循環。當循環含碳材料320之沉積和蝕刻時，可在各沉積及處理序列期間，以自下而上間隙填充(bottom up gapfill)方式（如朝向特徵315的頂部）將一或多個特徵315反覆填充得更高。如前文所論述，以含氫前驅物的電漿流出物處理含碳材料320可蝕刻含碳材料320的一部分。由含氫前驅物的電漿流出物蝕刻之含碳材料320的部分可能是品質較差的含碳材料320。此品質較差的含碳材料320可能沉積在界定特徵315之壁上、突出特徵315或在形成於含碳材料320中之縫隙330附近。沉積在界定特徵315之壁上、突出特徵315或縫隙330附近之含碳材料320可能由於沉積期間之較少轟擊及/或交互作用而品質較差。藉由反覆沉積和處理含碳材料320，可減少或完全消除空隙325及/或縫隙330。
依序沉積膜和處理膜的重複次數可取決於多種因素，包括但不限於特徵315的深度、特徵315的深寬比、沉積的含碳材料320之品質及/或含碳材料320中之空隙325及/或縫隙330之存在。在一些實施例中，方法200可包括：可重複至少三次之沉積含碳材料320及處理含碳材料320，且可包括沉積及處理含碳材料320至少四次、至少五次、至少六次、至少七次或更多。
於方法200的任何操作期間，可將半導體製程腔室、基座或基板305維持在可進行膜沉積及/或蝕刻處理之各種溫度下。在一些實施例中，可將半導體製程腔室、基座或基板305的溫度維持在小於或約500 °C、小於或約450 °C、小於或約400 °C、小於或約350 °C、小於或約300 °C或更小。在實施例中，可將半導體製程腔室、基座或基板305的溫度維持在大於或約100 °C、大於或約150 °C、大於或約200 °C、大於或約250 °C、大於或約300 °C或更大。在一些實施例中，可在接近相同的溫度下進行操作215於基板305上沉積含碳材料320及在操作225以含氫前驅物處理含碳材料320。在一些實施例中，在將含碳材料320形成於基板305上的溫度之約25 °C內之溫度下進行以含氫前驅物的電漿流出物處理含碳材料320，且可在約20 °C內、約15 °C內、約10 °C內、約5 °C或更小內之溫度下進行。
於操作220，可將半導體製程腔室維持在可進行沉積之各種壓力下。此外，在一些實施例中，可在膜沉積後（如在氫處理期間）調整壓力。舉例而言，在沉積含碳材料320（如在基板305上）及以含氫前驅物的電漿流出物處理含碳材料320的同時，可將半導體製程腔室內的壓力維持在大於或約0.1托耳，且可維持在大於或約0.1托耳、大於或約0.3托耳、大於或約0.5托耳、大於或約1托耳、大於或約2托耳、大於或約3托耳、大於或約4托耳或更大。類似地，在沉積含碳材料320（如在基板305上）及以含氫前驅物的電漿流出物處理含碳材料320的同時，可將半導體製程腔室內之壓力維持在小於或約5托耳，且可維持在小於或約4托耳、小於或約3托耳、小於或約2托耳、小於或約1托耳或更小。
在一些實施例中，方法200包括：在操作225以含氫前驅物的電漿流出物處理基板305上之含碳材料320前，降低半導體製程腔室內的壓力。如前所述，在低於或約5托耳的壓力下，蝕刻可能為至少部分等向性的，且離子通量可能減少，這可能將突出特徵315之含碳材料320的部分或沉積在界定特徵315之壁上之含碳材料320的部分去除，同時限制沿著特徵的底部之去除。
在前文描述中，出於解說之目的，已經闡述了諸多細節以便提供對本技術之各種實施例的理解。然而，對於本案所屬技術領域中具通常知識者將顯而易見的是，可在沒有這些細節中的某些細節或在有額外細節的情況下實踐某些實施例。
在已揭示若干實施例之後，本案所屬技術領域中具通常知識者將認識到，在不偏離實施例之精神的情況下可使用各種修改、替代構造及等效物。另外，為了避免不必要地混淆本技術，未描述若干已熟知的製程及元件。因此，上文描述不應視為限制本技術之範疇。
在提供一範圍之值之情況下，除非本文另有明確指定，應理解亦特定地揭示彼範圍之上限與下限之間的每一中間值，精確度為至下限單位的最小分位。將涵蓋在陳述範圍中之任一陳述值或未陳述的中間值與在彼陳述範圍中之任一其他陳述值或中間值之間的任何較窄範圍。此等較小範圍之上限及下限可獨立地包括於該範圍中或排除於該範圍之外，且在界限中任一者、沒有任一界限或兩界限皆包括於該等較小範圍中之每一範圍亦涵蓋於本技術內，所述每一範圍受所陳述範圍中任何特定排除之界限管轄。在所陳述範圍包括該等限制中一者或兩者之情況下，亦包括排除彼等包括之限制中一者或兩者之範圍。
如本文及隨附申請專利範圍中所使用，除非本文另有明確指定，否則單數形式「一(a)」、「一(an)」及「該(the)」包括複數參照。因此，例如，參照「一含碳前驅物」包括複數個此類前驅物，且參照「該含碳材料」包括參照一或多種材料及本案所屬技術領域中具通常知識者所知之等效物，等等。
又，當在本案說明書中及下文申請專利範圍中使用字彙「包含(comprise)」、「包含(comprising)」、「含有(contain)」「包括(include)」及「包括(including)」時，意欲指定陳述之特徵、整數、部件或操作之存在，但該等字彙不排除一或多個其他特徵、整數、部件、操作、動作或群組之存在或添加。
100:半導體製程腔室 102:腔室主體 103:基板 104:基板支撐件 105:表面 106:蓋組件 108:電極 110a,110b:隔離器 112:氣體分配器 114:入口 118:孔 120:處理容積 122:電極 124:電極 126:開口 128:調諧電路 130:電子感測器 132A,132B:電感器 134:電子控制器 136:調諧電路 138:電子感測器 140:電子控制器 142:電功率源 144:軸桿 145:箭頭 146:導管 147:軸 148:濾波器 150:電功率源 152:出口 200:方法 205~225:操作 300:範例結構 305:基板 310:材料層 315:特徵 320:含碳材料層 325:空隙 330:縫隙
透過參考說明書的其餘部份及圖式，可進一步瞭解本文揭露之技術的本質與優點。
第1圖繪示根據本技術的一些實施例之範例電漿系統的示意剖面視圖。
第2圖繪示根據本技術的一些實施例之半導體處理方法中之操作。
第3A至3D圖顯示根據本技術的一些實施例之範例示意性剖面結構，其中包括並產生材料層。
以示意方式包括數個圖式。應理解到，該等圖式僅用於說明之目的，且除非特別說明是按比例繪示，否則不應被視為按比例繪示。此外，作為示意圖，該等圖式用於幫助理解，且相較於現實的表現，可能不包括所有態樣或資訊，且出於說明之目的，可能包括誇大的材料。
在附圖中，類似的部件及/或特徵可以具有相同的元件符號。進一步而言，同類的各部件可透過在元件符號後加上字母（該字母區別類似部件）加以區別。若在說明書中僅使用第一元件符號，則該描述適用於具有相同第一元件符號之任何一個相似部件，無論第二符號為何。
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
205~225:操作

Claims (20)

  1. 一種半導體處理方法，包含以下步驟： 將一含碳前驅物提供至一半導體製程腔室的一處理區域，其中一基板設置於該半導體製程腔室的該處理區域內，且其中該基板界定沿著該基板之一或多個特徵； 於該處理區域內形成該含碳前驅物之一電漿； 將一含碳材料沉積於該基板上，其中該含碳材料在沿著該基板之該一或多個特徵內延伸； 於該半導體製程腔室的該處理區域內形成一含氫前驅物之一電漿；以及 以該含氫前驅物的電漿流出物處理該含碳材料，其中該含氫前驅物的電漿流出物導致該含碳材料的一部分被從該基板去除。
  2. 如請求項1所述之半導體處理方法，其中： 該含碳前驅物包含乙炔。
  3. 如請求項1所述之半導體處理方法，其中： 在小於或約500 W的一電漿功率下產生該含碳前驅物的該電漿。
  4. 如請求項1所述之半導體處理方法，其中： 在將該含碳材料沉積於該基板上和以該含氫前驅物的電漿流出物處理該含碳材料的同時，將該半導體製程腔室內之溫度維持在大於或約100 °C至小於或約500 °C。
  5. 如請求項1所述之半導體處理方法，其中： 在將該含碳材料沉積於該基板上和以該含氫前驅物的電漿流出物處理該含碳材料的同時，將該半導體製程腔室內之壓力維持在小於或約5托耳。
  6. 如請求項1所述之半導體處理方法，其中： 在比用於形成該含碳前驅物的該電漿之電漿功率更大之電漿功率下產生該含氫前驅物的該電漿。
  7. 如請求項1所述之半導體處理方法，其中： 以該含氫前驅物的電漿流出物處理該基板上之該含碳材料係在將該含碳材料形成於該基板上的溫度之約25 °C內之溫度下進行。
  8. 如請求項1所述之半導體處理方法，進一步包含以下步驟： 在以該含氫前驅物的電漿流出物處理該基板上之該含碳材料前，升高該半導體製程腔室內之一電漿功率。
  9. 如請求項1所述之半導體處理方法，其中： 該含氫前驅物的電漿流出物將突出在該一或多個特徵外之該含碳材料的一部分、界定該一或多個特徵之壁上之該含碳材料的一部分或二者的組合去除。
  10. 如請求項1所述之半導體處理方法，進一步包含以下步驟： 依序將該含碳材料沉積於該基板上，接著以該含氫前驅物的電漿流出物處理該含碳材料，其中在各沉積和處理序列期間將該一或多個特徵反覆填充得更高。
  11. 如請求項10所述之半導體處理方法，其中： 重複至少三次之沉積該含碳材料及處理該含碳材料。
  12. 一種半導體處理方法，包含以下步驟： 將一含碳前驅物提供至一半導體製程腔室的一處理區域，其中一基板設置於半導體製程腔室的該處理區域內，且其中該基板界定沿著該基板之一或多個凹陷特徵； 於該處理區域內形成該含碳前驅物之一電漿，其中於第一電漿功率下產生該含碳前驅物的該電漿； 將一含碳材料沉積於該基板上，其中該含碳材料在沿著該基板之該一或多個凹陷特徵內延伸； 停止該含碳前驅物之流動； 將一含氫前驅物提供至該半導體製程腔室的該處理區域； 於該處理區域內形成該含氫前驅物的一電漿，其中於第二電漿功率下產生該含氫前驅物的該電漿，且其中該第二電漿功率大於該第一電漿功率；以及 以一含氫電漿的流出物處理該含碳材料，其中該含氫電漿的流出物導致該含碳材料的一部分被從該基板去除。
  13. 如請求項12所述之半導體處理方法，其中： 該第二電漿功率為大於或約300 W。
  14. 如請求項12所述之半導體處理方法，進一步包含以下步驟： 依序將該含碳材料沉積於該基板上，並以該含氫電漿的流出物處理該含碳材料。
  15. 如請求項14所述之半導體處理方法，其中： 沉積該含碳材料之時間段介於約20秒與約80秒間；且 以該含氫電漿的流出物處理該含碳材料之時間段介於約5秒與約25秒間。
  16. 一種半導體處理方法，包含以下步驟： 將一含碳前驅物提供至一半導體製程腔室的一處理區域，其中該含碳前驅物包含乙炔，其中一基板設置於該半導體製程腔室的該處理區域內，且其中該基板界定沿著該基板之一或多個凹陷特徵； 於該處理區域內形成該含碳前驅物之一電漿，其中在小於或約300 W的電漿功率下產生該含碳前驅物的該電漿； 將一含碳材料沉積於該基板上，其中該含碳材料在沿著該基板之該一或多個凹陷特徵內延伸； 停止該含碳前驅物之流動； 於該半導體製程腔室的該處理區域內形成一含氫前驅物的一電漿，其中該含氫前驅物包含雙原子氫；以及 以該含氫前驅物的電漿流出物蝕刻該含碳材料的一部分； 其中將該處理區域內之溫度維持在小於或約500 °C，並將該處理區域內之壓力維持在小於或約3托耳。
  17. 如請求項16所述之半導體處理方法，其中： 在以該含氫前驅物的電漿流出物處理該基板上之該含碳材料的同時，將該半導體製程腔室內之溫度維持在大於或約200 °C至小於或約400 °C。
  18. 如請求項16所述之半導體處理方法，其中： 在以該含氫前驅物的電漿流出物處理該基板上之該含碳材料的同時，將該半導體製程腔室內之壓力維持在大於或約0.3托耳至小於或約3托耳。
  19. 如請求項16所述之半導體處理方法，進一步包含以下步驟： 在以該含氫前驅物的電漿流出物處理該基板上之該含碳材料前，降低該半導體製程腔室內之壓力。
  20. 如請求項16所述之半導體處理方法，其中： 在大於或約200 W至小於或約600 W的電漿功率下，產生該含氫前驅物的該電漿。
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