TWI680496B - 高壓縮/拉伸的翹曲晶圓上的厚鎢硬遮罩膜沉積 - Google Patents
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Abstract
本揭示的實施方案一般係關於積體電路的製造。更特定言之，本文所述的實施方案提供用於在基板上沉積厚硬遮罩膜的技術。在一個實施方案中，提供在基板上形成硬遮罩層的方法。該方法包含以下步驟：將夾持電壓施加到位於處理腔室中的靜電卡盤上的基板，藉由在處理腔室中供應晶種層氣體混合物並維持夾持電壓，而在設置於基板上的膜堆疊上形成包含硼的晶種層，藉由在處理腔室中供應過渡層氣體混合物，在晶種層上形成包含硼與鎢的過渡層，以及藉由在處理腔室中供應主沉積氣體混合物，在過渡層上形成塊狀硬遮罩層。
Description
本揭示的實施方案一般係關於積體電路的製造。更特定言之，本文所述的實施方案提供用於在基板上沉積厚硬遮罩膜的技術。
電漿增強處理已經成為半導體處理所必需，例如電漿增強化學氣相沉積（PECVD）處理、高密度電漿化學氣相沉積（HDPCVD）處理、電漿浸沒離子注入（P3I）處理、及電漿蝕刻處理。電漿在製造半導體裝置中提供眾多優點。舉例而言，使用電漿可以由於降低的處理溫度而能夠廣泛地應用，電漿增強沉積具有針對高深寬比間隙的優異間隙填充與高沉積速率。
電漿處理期間發生的一個問題係為所處理的基板的變形，尤其是針對裝置基板，亦即在高溫下的圖案化基板。藉由在半導體基板上以某種圖案堆疊材料層而形成半導體裝置。在處理期間，由於不同材料層之間的熱膨脹差異（特別是當基板被加熱時），圖案化基板可能「翹曲」。基材的翹曲可能導致處理表面的不均勻。可以處理翹曲基板的側面與背面，但不僅浪費處理材料（因為用於電漿處理的前驅物通常非常昂貴），而且亦導致後續處理的污染及其他問題。
因此，需要一種用於處理基板的設備及方法，同時減少基板上的背側沉積。
本揭示的實施方案一般係關於積體電路的製造。更特定言之，本文所述的實施方案提供用於在基板上沉積厚硬遮罩膜的技術。在一個實施方案中，提供在基板上形成硬遮罩層的方法。該方法包含以下步驟：將夾持電壓施加到位於處理腔室中的靜電卡盤上的基板，藉由在處理腔室中供應晶種層氣體混合物並維持夾持電壓，而在設置於基板上的膜堆疊上形成包含硼的晶種層，藉由在處理腔室中供應過渡層氣體混合物，在晶種層上形成包含硼與鎢的過渡層，以及藉由在處理腔室中供應主沉積氣體混合物，在過渡層上形成塊狀硬遮罩層。
在另一實施方案中，提供在基板上形成硬遮罩層的方法。該方法包含以下步驟：將夾持電壓施加到位於處理腔室中的靜電卡盤上的基板。該方法進一步包含以下步驟：在設置於基板上的膜堆疊上形成包含硼的晶種層。形成包含硼的晶種層之步驟包含以下步驟：在處理腔室中供應晶種層氣體混合物，同時維持夾持電壓。晶種層氣體混合物至少包含硼基前驅物氣體與氮基前驅物氣體。形成包含硼的晶種層之步驟進一步包含以下步驟：穩定供應氮基前驅物氣體，並改變處理腔室中的硼基前驅物氣體的流量，以形成晶種層。該方法進一步包含以下步驟：藉由在處理腔室中供應過渡層氣體混合物，在晶種層上形成包含硼與鎢的過渡層。該方法進一步包含以下步驟：藉由在處理腔室中供應主沉積氣體混合物，在過渡層上形成塊狀硬遮罩層。
在另一實施方案中，提供在基板上形成硬遮罩層的方法。該方法包含以下步驟：將夾持電壓施加到位於處理腔室中的靜電卡盤上的基板。該方法進一步包含以下步驟：藉由在處理腔室中供應晶種層氣體混合物並維持夾持電壓，而在設置於基板上的膜堆疊上形成氮化硼層。該方法進一步包含以下步驟：藉由在處理腔室中供應過渡層氣體混合物，在氮化硼層上形成氮化硼鎢層。該方法進一步包含以下步驟：藉由在處理腔室中供應主沉積層氣體混合物，在氮化硼層上形成氮化鎢層。
下文係描述用於在基板上沉積厚硬遮罩膜的技術。在以下描述與第1-6圖中闡述某些細節，以提供對本揭示的各種實施方案的透徹理解。描述通常與電漿處理及硬遮罩沉積相關聯的已知結構與系統的其他細節係在以下揭示中沒有闡述，以避免不必要地模糊各種實施方案的描述。
圖式所示的眾多細節、尺寸、角度、及其他特徵僅為具體實施方案的說明。因此，在不悖離本揭示的精神或範疇的情況下，其他實施方案可以具有其他細節、部件、尺寸、角度、及特徵。此外，可以實現本揭示的進一步實施方案，而不需要下面描述的幾個細節。
本文所描述的實施方案將描述於下，並參照可以使用任何合適的薄膜沉積系統進行的PECVD處理。合適系統的實例包括可從加州的Santa Clara的Applied Materials, Inc.商業取得的可以使用DXZ®處理腔室的CENTURA®系統、PRECISION 5000®系統、PRODUCER®系統、PRODUCER® GTTM
系統、PRODUCER® XP PrecisionTM
系統、及PRODUCER® SETM
系統。能夠執行PECVD處理的其他工具亦可以適於從本文描述的實施方案中受益。此外，可以有利地使用能夠進行本文所述的PECVD處理的任何系統。本文所述的設備描述係為說明性，而不應理解或解釋為限制本文所述的實施方案的範疇。
本揭示的實施方案一般係關於積體電路的製造。更特定言之，本文所述的實施方案提供用於在基板上沉積厚硬遮罩膜的技術。本文所述的實施方案能夠使用靜電夾持法與交替PECVD方法在高壓縮或拉伸翹曲基板上沉積厚鎢硬遮罩膜（例如，100奈米或更大）。本文所述的厚鎢硬遮罩膜可以摻雜例如硼、碳、氮、及/或矽。本文所述的厚鎢硬遮罩膜可以沉積在具有良好的黏合性以及無定形微觀結構的各種基板或層上，例如SiO2
、SiN、a-Si、氧化物-氮化物堆疊、TiN、Si、及多晶矽。在一些實施方案中，靜電夾持的應用消除在基於RF的沉積期間使用陰影環，並防止背側沉積，同時確保在邊緣及斜面處的足夠黏著。在一些實施方案中，消除在高溫（例如，攝氏300度或更高）下的厚鎢沉積的陰影環的使用。在一些實施方案中，實現交替PECVD以限制晶種厚度（例如低於100Å），以增強材料均勻性，同時減少後續蝕刻處理期間的技術難度。
為了達到記憶體應用的更高的容量與更低的單位成本，積體電路（「IC」）製造商正在尋求垂直擴展，以克服水平尺寸限制。目前，在IC製造期間，鎢膜的沉積係限制於薄層上，因此限制於填充應用中。有幾個問題限制將鎢膜施加到如硬遮罩的應用。首先，當在高厚度條件下沉積時，鎢膜通常擴散到基板的背側。此外，鎢膜通常無法黏著到SiO2
、a-Si、或多晶矽基板上。此外，鎢膜在翹曲基板上的沉積往往會導致背側以及斜面/邊緣污染。
隨著堆疊的數量在下一代裝置中增加，需要更高的深寬比的結構，其中非摺疊高蝕刻選擇性硬遮罩係用於從光刻轉移圖案。相較於習知無定形碳基膜，無定形鎢硬遮罩膜的蝕刻選擇性與機械穩定性高出兩倍以上。
然而，隨著裝置製造中的堆疊的數量增加，鎢硬遮罩沉積期間的進入基板翹曲所受壓縮或拉伸非常大。在該等翹曲基板上，因為鎢前驅物可以快速擴散到背側，且鎢熱沉積不受電漿區域約束，所以鎢硬遮罩沉積常常導致背側污染。
發明人已經識別在不同界面處剝離/黏著的機制。不受理論束縛，但認為剝離係藉由氟擴散與捕獲之間的競爭而驅動。膜之間的任何界面處的氟飽和度通常導致剝離。發明人已經發現，基於RF的處理可以利用改善黏著性的更多的氟捕獲來沉積層。因此，可期望基於RF的晶種，而陰影環處理不再是保證斜面/邊緣黏著性以及防止背側沉積的必要條件。本文所述的基於靜電夾持（ESC）的處理允許基於RF的晶種層沉積，而不需要使用陰影環，並因此針對硬遮罩應用的氧/氮化矽基板上的厚鎢膜沉積提供有希望的方法。
陰影環已用於不在基板的斜面邊緣與背側上沉積，以防止塊狀沉積（通常為基於RF）。利用陰影環方式的一個缺點係為藉由利用陰影環遮罩基板周邊的一部分，其中陰影環在塊狀層沉積之前防止沉積基於RF的晶種層。然而，在塊狀鎢膜沉積期間，鎢在基板的斜面邊緣與背側處沉積。鎢可以很容易地擴散及熱沉積。由於在斜面邊緣上缺少晶種層，沉積在基板的斜面邊緣與背側上的鎢很容易剝離。不將晶種層沉積在斜面邊緣上導致隨後沉積的塊狀鎢膜的較差黏著性。
首先開發非金屬PECVD晶種，以提供對於矽、氧化物、及氮化物表面的良好的黏著性。因為蝕刻速率隨著不同的化學組成物而變化，並非基於鎢的晶種層與硬遮罩膜的過渡層造成蝕刻輪廓的變形。然而，沒有晶種與過渡層，塊狀形態變得粗糙，並變成柱狀，而膜具有對於矽、氧化物、及氮化物基板的較差黏著性。此外，為了維持良好的膜形態與黏著性，需要厚晶種與過渡層，而此使得蝕刻輪廓變形更加嚴重。
基於原子層沉積（ALD）的晶種層（例如，TiN、W、WSiN膜）已經顯示對於矽、氧化物、及氮化物的良好黏著性，但是不足以將PECVD的厚鎢膜黏合到基板上，此可能是由於缺乏F捕獲的缺陷。
因此，本文描述的實現方案包括基於鎢的PECVD晶種技術。相較於ALD膜，本文描述的實施方案的RF與氣體流量引入在每單位厚度中更多的氟捕獲，而此允許使用薄晶種層。
在本文描述的實施方案中，可以處理具有翹曲（例如+/-400微米）的基板。由於腔室內的高溫下的熱膨脹不匹配，處理期間的實際翹曲可能更高。
在一個實施方案中，靜電夾持方法（例如，從10至3000伏特的電壓）用於夾取用於基於鎢的膜沉積的基板。靜電夾持將基板平坦地緊靠基板支撐件，以防止背側沉積，而不使用陰影環。在沒有陰影環的情況下，經由PECVD在邊緣及斜面區域上沉積晶種層，其中膜黏著性顯著改善。
發明人已發現本文所述的交替PECVD晶種處理減少膜的粒度及粗糙度，而改善膜黏著性。沉積期間的交替氣體流破壞結晶，而產生捕獲氟的缺陷，並造成等向生長。一或更多種氣體（例如H2
、He、B2
H6
、烴、N2
、N2
O、NO2
、N2
O4
、NH3
、NF3
、SiH4
、Si2
H6
、CH4
、C2
H2
、C3
H6
、C4
H8
、C5
H10
、O2
、O3
、H2
O、Ar、WF6
、WCl6
、W(CO)6
、及鎢的有機金屬化合物）可以交替。氣體開啟與氣體關閉的交替時間間隔可以相同或不同，範圍為例如0.1至100秒，或是逐漸增加。RF/流量可以藉由系統脈衝軟體控制。由於在界面處以及沉積膜內的較小粒度與更好的化學鍵合而改善沉積膜的形態與黏著性。
第1圖描繪可以用於實施本文所述的實施方案的具有靜電卡盤128的PECVD系統100的示意圖。應注意，儘管在此申請案中描述PECVD系統，但是本揭示的設備及方法可以應用於使用靜電卡盤的任何合適的電漿處理。PECVD系統100通常包含支撐腔室蓋104的腔室主體102，腔室蓋104可以藉由鉸鏈附接到腔室主體102。腔室主體102包含定義處理區域120的側壁112與底壁116。腔室蓋104可以包含佈置於其中的一或更多個氣體分配系統108，以用於將反應物與清潔氣體遞送到處理區域120中。形成於側壁112中並耦接到泵送系統164的圓周泵通道125經配置以從處理區域120排出氣體並控制處理區域120內的壓力。二個通路122與124係形成於底壁116中。靜電卡盤的柄126穿過通路122。經配置以開啟基板提升銷161的桿130穿過通路124。
由陶瓷或類似者製成的腔室襯墊127係設置於處理區域120中，以保護側壁112免於腐蝕性的處理環境。腔室襯墊127可以藉由形成於側壁112中的凸出部129支撐。複數個排氣埠131可以形成於腔室襯墊127上。複數個排氣埠131經配置以將處理區域120連接到泵通道125。
氣體分配系統108經配置以遞送反應物及清潔氣體，並設置成通過腔室蓋104以將氣體遞送到處理區域120。氣體分配系統108包括將氣體遞送到噴淋頭組件142的氣體入口通路140。噴淋頭組件142包含環形基底板148，而具有設置在面板146中間的阻擋板144。
冷卻通道147形成於氣體分配系統108的環形基底板148中，以在操作期間冷卻環形基底板148。冷卻入口145將冷卻劑流體（例如水或類似者）遞送到冷卻通道147。冷卻劑流體通過冷卻劑出口149離開冷卻通道147。
腔室蓋104具有匹配通路，以透過遠端電漿源162從一或更多個氣體入口163、168、169將氣體遞送到位於腔室蓋104的頂部的氣體入口歧管167。PECVD系統100可以包含一或更多個液體遞送源150以及經配置以提供載氣及/或前驅物氣體的一或更多個氣體源172。
靜電卡盤128經配置以用於支撐及托持正在處理的基板。在一個實施方案中，靜電卡盤128可以包含施加電壓的至少一個電極123，以在其上利用靜電固定基板。電極123係藉由經由低通濾波器177連接到電極123的直流（DC）功率供應器176供電。靜電卡盤128可以是單極、雙極、三極、直流、指叉式、區域式、及類似者。
在一個實施方案中，靜電卡盤128可藉由耦接到柄126的驅動系統103驅動而可移動地設置在處理區域120中。靜電卡盤128可以包含加熱元件（例如電阻元件），以將位於其上的基板加熱到所期望的處理溫度。可替代地，靜電卡盤128可以藉由外部加熱元件（例如燈組件）加熱。驅動系統103可以包括線性致動器或馬達以及減速齒輪組件，以降低或升高處理區域120內的靜電卡盤128。
RF源165透過阻抗匹配電路173耦接至噴淋頭組件142。噴淋頭組件142的面板146與可以經由高通濾波器（例如電容器178）接地的電極123形成電容電漿產生器。RF源165將RF能量提供到噴淋頭組件142，以便於在噴淋頭組件142的面板146與靜電卡盤128之間產生電容電漿。因此，電極123提供用於RF源165的接地路徑以及來自DC功率供應器176的電偏壓，以實現基板的靜電夾取。
RF源165可以包含高頻射頻（HFRF）功率源（例如，13.56MHz的RF產生器）及/或低頻射頻（LFRF）功率源（例如300kHz的RF產生器）。LFRF功率源提供低頻產生以及固定的匹配元件。HFRF電源係設計以用於固定匹配，並調節傳遞到負載的功率，以消除對於前饋及反射功率的擔憂。
如第1圖所示，PECVD系統100可以進一步包括系統控制器175。系統控制器175可以經配置以計算及調整在PECVD系統100中正在處理的基板121的平坦度。在一個實施方案中，系統控制器175可以藉由監測靜電卡盤128的特性（例如假設阻抗）來計算基板121的平坦度或夾持狀態。當假設阻抗的測量指示基板121平坦度下降時，系統控制器175可以藉由調節DC功率供應器176來增加夾持功率。在一個實施方案中，可以藉由負增加靜電卡盤128的假設阻抗來指示基板121的平坦度下降。
第2圖描繪可以用於實施本文所述的實施方案的第1圖的設備的靜電卡盤128的示意性橫截面圖。靜電卡盤128包含耦接到支撐柄226的夾持主體228。夾持主體228具有經配置以在處理期間提供支撐及夾取基板121的頂表面202。靜電卡盤128的夾持主體228包含耦接到導電構件286的電極223。電極223可以是與夾持主體228內部的基板相當的尺寸的金屬電極，並可經建構以基本平行於基板121，其中基板121將抵靠於夾持主體228的頂表面202上。電極223可以利用任何配置或圖案佈置，而使得電極均勻分佈在頂表面202上。舉例而言，電極223可以佈置成網格狀、像元狀、或點狀配置。導電構件286可以是棒、管、線、或類似者，並由導電材料（例如鉬（Mo）、鎢（W）、或具有與包含夾持主體228的其他材料的基本類似的膨脹係數的其他材料）製成。
在一個實施方案中，靜電卡盤使用的單一件的電極223，以在電極223與基板121之間維持基本均勻的電壓。可替代地，靜電卡盤可以使用雙極ESC，其中使用具有不同電壓的多個夾持電極以產生夾取力。在一些實施方案中，靜電卡盤128可以具有嵌入或設置於夾持主體228中的偏壓電極，以將電偏壓提供到基板，以促進或增強基板的靜電夾取。可替代地，電極223可以提供用於射頻（RF）功率（例如，第1圖中的RF源165）的接地路徑以及對基板121的電偏壓，以實現基板的靜電夾取。
為了將電偏壓提供到基板121，電極223可以與將偏壓電壓供應到電極223的功率供應系統280進行電通訊。功率供應系統280包括功率供應器276，功率供應器276可以是直流（DC）功率源，以將DC訊號供應到電極223。在一個實施方案中，功率供應器276係為24伏特的直流功率供應器，而電訊號可以提供正或負偏壓。功率供應器276可以耦接到放大器279，以放大來自功率供應器276的電訊號。放大的電訊號藉由連接器282行進到導電構件286，並且可以透過電路277的網路行進，以對放大的訊號濾波，以移除雜訊及/或移除來自功率供應系統280的偏壓電壓的任何RF電流。放大並經過濾波的電訊號係提供到電極223與基板121，以實現基板121的靜電夾取。電極223亦可作為RF接地，其中RF功率係藉由連接器281耦接到地。電容器278可以耦接到接地路徑，以防止偏壓電壓進入接地。以此方式，電極223係作為基板偏壓電極以及RF返回電極。
在一些實施方案中，基板121可以與夾持主體228的頂表面202部分接觸，以形成本質上為電容器的接觸間隙230。將夾持電壓施加到接觸間隙230，此有效地產生所需要的夾持力。在操作中，功率供應器276作為電荷源，而儲存的電荷可以透過有限導電性的（夾持主體228的）塊狀材料從電極223遷移到夾持主體228的頂表面202。隨後，表面電荷在基板121的底部上引發等量的相反極性電荷，其中相反電荷之間的庫倫引力將有效地將基板121托持在頂表面202上。基板121的底部的一些所引發的表面電荷可以透過作為導電腔室壁的共同接地連接而來自基板121的頂表面202與功率供應器276的另一端之間的接觸連接。可以藉由在基板121與腔室側壁（例如，第1圖所示的側壁112）之間的衝擊與維持電漿來形成此種連接，以作為導電介質而閉合電流迴路，以將夾持電壓與電荷供應到接觸間隙230。藉由移除供應到電極223的夾持電壓以及包含在夾持主體228中的電荷來實現從靜電卡盤釋放基板，同時電漿保持運行，直到基板121上的電荷被排出。
在本揭示的各種實施方案中，夾持主體228包含能夠在溫度範圍為約攝氏-20度至約攝氏850度而對基板提供足夠的夾持力的陶瓷材料（例如，約攝氏350度至約攝氏700度；約攝氏350度至約攝氏500度；或約攝氏400度至約攝氏480度），或由其構成。合適的陶瓷材料可以包括但不限於氮化鋁（AlN）、氧化鋁（Al2
O3
）、二氧化矽（SiO2
）、或其他陶瓷材料。
返回參照第2圖，在一些實施方案中，夾持主體228可以包括一或更多個加熱器288，以將熱提供到夾持主體228。一或更多個加熱器288可以嵌入夾持主體228中。隨後，將來自加熱器288的熱轉移到基板121，以增強製造處理（例如沉積處理）。加熱器288可以或可以不與電極223平行定位。儘管加熱器288係圖示為在電極223下方的位置，但是電極可以沿著與加熱器288相同的平面設置，或設置在加熱器228上方。加熱器288可以是單一連續金屬線，或者可以是離散金屬線的形式。加熱器288可以是適於向靜電卡盤提供電感或電阻加熱的任何加熱裝置。溫度感測器（未圖示）（例如熱電偶）可以嵌入至夾持主體228中。溫度感測器可以連接到溫度控制器（未圖示），溫度控制器向功率供應器283提供控制訊號，以控制夾持主體228的溫度。
加熱器288透過支撐柄226耦接到功率供應器283，以向加熱器288供應功率。功率供應器283可以包括直流（DC）功率源、交流（AC）功率源、或兩者的組合。在一個實施方案中，功率供應器283係為向加熱器288提供AC訊號的交流（AC）功率源。加熱器288可以由電阻金屬、電阻金屬合金、或兩者的組合構成。用於加熱元件的合適材料可以包括具有高耐熱性的材料，例如鎢（W）、鉬（Mo）、鈦（Ti）、或類似者。亦可以利用具有基本上類似於包含夾持主體228的材料的熱性質（例如，熱膨脹係數）的材料製造加熱器288，以減少由不匹配的熱膨脹引起的應力。
加熱器288可以利用任何預定的圖案佈置，以控制操作溫度以及夾持主體228的頂表面202與基板121的均勻性。舉例而言，加熱器288可以佈置成在夾持主體228的頂表面202上提供單一加熱區或多個獨立的方位角可控制的加熱區。加熱器288的位置與佈局直接影響操作溫度與溫度分佈，或是卡盤表面上的溫度輪廓。此種溫度輪廓可以在一段時間內基本一致，或者可以藉由動態調整每一加熱器元件的功率而改變為不同的有效溫度。可以使用基於嵌入於夾持主體228內側的原位溫度感測器的封閉迴路溫度控制，以維持夾持主體228與基板表面之間的精確的操作溫度與溫度梯度。應瞭解，取決於處理要求，可能具有與夾持功能結合的不同的加熱器區域配置，例如一個、兩個、三個、四個、或更多個區域加熱器。該領域具有通常知識者可以操縱夾持主體228的位置與佈局以及膜沉積期間的操作溫度，以控制膜的厚度、均勻性、應力、介電常數、或折射率等。
在一些實施方案中，電路277的網路可以經配置以保護用於ESC以及用於加熱器288的功率供應器免於AC及反應性RF電壓及電流的損害，其可以透過ESC介電材料耦接至夾持電極與加熱器288。此種耦接可能不利於DC功率供應器或AC功率源，該等DC功率供應器或AC功率源並非設計用於處理各別AC及RF負載。為了保護ESC功率供應器以及用於加熱器的AC功率線，電路的網路可以包括具有高輸入阻抗的RF濾波器電路，以最小化或防止RF電壓及電流進入其保護的負載。RF濾波器電路可以取決於操作頻率。舉例而言，在13.56MHz處，簡單的LC並聯諧振電路作為高阻抗電路呈現至高電壓側，並因此可以作為RF頻率的開路電路，但作為其他頻率及DC的通路。在涉及多個RF頻率的情況下，可以使用多個濾波器層級，以滿足每一操作頻率下的最小RF阻抗要求。
降低ESC卡盤通過加熱器288到接地的洩漏電流的一個方式係為相對於接地電位浮接加熱器288。認為此方法完全消除接地電流的部分，而與夾持主體228的塊狀介電材料的電阻率無關。實現此種DC絕緣的實例係為藉由通過設置在加熱器288與功率供應器283之間的絕緣變壓器246的50Hz或60Hz的AC線路為加熱器288供電。絕緣變壓器246係用於切斷接地電流路徑。在此種情況下，絕緣變壓器246可以包括初級線圈繞組247與次級線圈繞組249。初級線圈繞組247可以連接到功率供應器283，而次級線圈繞組249可以連接到試圖被保護的電負載（亦即，加熱器288）。因此，加熱器288可以與AC電壓源以及來自外部源的任何暫態電絕緣，以減少洩漏電流。在大多數情況下，絕緣變壓器246應設計成能夠承受最大ESC電壓而不會崩潰，同時不允許初級及次級線圈繞組的DC電流。然而，同時，AC電流可以在絕緣變壓器246的初級線圈繞組與次級線圈繞組之間自由通過。取決於加熱器288的配置，絕緣變壓器246可以是單區域或多區域的絕緣變壓器。在靜電卡盤包括多個加熱區域的情況下，多個變壓器或具有多個初級及/或次級線圈繞組的單一變壓器可以用於維持加熱器之間對於接地的DC絕緣。
第3圖描繪根據本揭示的一個實施方案在設置於基板上的膜堆疊上形成鎢硬遮罩層的方法300的流程圖。形成在膜堆疊上的硬遮罩層可以用於例如在膜堆疊中形成階梯狀結構。第4A圖至第4D圖係為圖示根據方法300在設置於基板上的膜堆疊上形成硬遮罩層的次序的示意橫截面圖。儘管方法300係參照可形成於用於製造三維半導體裝置的膜堆疊中的階梯狀結構的膜堆疊上的硬遮罩層而描述於下，但是方法300亦可以在其他裝置製造應用中使用而具有優點。在方法300中描述的操作的時間間隔（T1
、T2
、T3
等）可以具有相同長度（T1
=T2
=T3
=T4
=...），氣體開啟及氣體關閉的不同長度（T1
=T3
=T5
=...=T(奇數
)，T2
=T4
=T6
=...=T(偶數
)，以及T(奇數
)＞或＜T(偶數
)），或其他不同的長度，包括逐漸增加/減少以及隨機。在一些實施方案中，時間間隔係從0.1秒到100秒。
方法300係藉由將基板（例如，第4A圖所示之基板400）定位於處理腔室（例如第1圖所示的PECVD系統100的處理腔室）中，而開始於操作310。基板400可以位於靜電卡盤上，例如靜電卡盤128的頂表面202。基板400可以是矽基材料或根據需要的任何合適的絕緣材料或導電材料，並具有設置在基板400上的膜堆疊404，而可用於形成膜堆疊404中的結構402，例如階梯狀結構。
如第4A圖所示的示例性實施方案所示，基板400可以具有基本平坦的表面、不平坦的表面、或具有形成於其上的結構的基本平坦的表面。膜堆疊404係形成在基板400上。在一個實施方案中，膜堆疊404可以用於在前端或後端處理中形成閘極結構、接觸結構、或互連結構。方法300可以在膜堆疊404上進行，以形成用於記憶體結構（例如NAND結構）中的階梯狀結構。在一個實施方案中，基板400可以是例如晶體矽（例如，Si＜100＞或Si＜111＞）、氧化矽、應變矽、矽鍺、摻雜或未摻雜的多晶矽、摻雜或未摻雜的矽基板及圖案化或非圖案化基板矽絕緣體（SOI）、碳摻雜氧化矽、氮化矽、摻雜矽、鍺、砷化鎵、玻璃、藍寶石的材料。基板400可以具有各種尺寸（例如200mm、300mm、及450mm），或是其他直徑的基板，以及矩形或方形面板。除非另有說明，本文所述的實施方案與實例在基板具有200mm直徑、300mm直徑、或450mm直徑的基板上進行。在SOI結構用於基板400的實施方案中，基板400可以包括設置在矽結晶基板上的埋置電介層。在本文描述的實施方案中，基板400可以是結晶矽基板。
在一個實施方案中，設置在基板400上的膜堆疊404可以具有多個垂直堆疊層。膜堆疊404可以包含配對，配對包括在膜堆疊404中重複形成的第一層（如408a1
、408a2
、408a3
、......、408an
）與第二層（如408b1
、408b2
、408b3
、......、408bn
）。配對包括重複形成的交替的第一層（如408a1
、408a2
、408a3
、......、408an
）與第二層（如408b1
、408b2
、408b3
、......、408bn
），直到第一層與第二層的配對到達期望數量。
膜堆疊404可以是半導體晶片的一部分，例如三維記憶體晶片。儘管第4A圖至第4C圖圖示三層重複的第一層（如408a1
、408a2
、408a3
、......、408an
）與第二層（如408b1
、408b2
、408b3
、......、408bn
），應注意可以根據需要利用第一層與第二層的任何期望數量的重複配對。
在一個實施方案中，膜堆疊404可以用於形成三維記憶體晶片的多個閘極結構。形成於膜堆疊404中的第一層408a1
、408a2
、408a3
、......、408an
可以是第一介電層，而第二層408b1
、408b2
、408b3
、......、408bn
可以是第二介電層。可以使用合適的介電層來形成第一層408a1
、408a2
、408a3
、......、408an
與第二層408b1
、408b2
、408b3
、......、408bn
，包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、碳化矽、碳氧化矽、氮化鈦、氧化物與氮化物的複合物、夾著氮化物層的至少一或更多個氧化物層、及其組合等。在一些實施方案中，介電層可以是具有大於4的介電常數的高k材料。高k材料的合適實例包括二氧化鉿（HfO2
）、二氧化鋯（ZrO2
）、氧化矽鉿（HfSiO2
）、氧化鋁鉿（HfAlO）、氧化矽鋯（ZrSiO2
）、二氧化鉭（TaO2
）、氧化鋁、摻雜二氧化鉿的鋁、鉍鍶鈦（BST）、及鉑鋯鈦（PZT）等。
在一個特定實例中，第一層408a1
、408a2
、408a3
、......、408an
係為矽氧化物層，而第二層408b1
、408b2
、408b3
、......、408bn
係為設置在第一層408a1
、408a2
、408a3
、......、408an
上的氮化矽層或多晶矽層。在一個實施方案中，第一層408a1
、408a2
、408a3
、......、408an
的厚度可以控制在約50Å與1000Å之間（例如約500Å），而每一第二層408b1
、408b2
、408b3
、......、408bn
的厚度可以控制在約50Å與1000Å之間（例如約500Å）。膜堆疊404可以具有在約100Å與約2000Å之間的總厚度。在一個實施方案中，膜堆疊404的總厚度係為約3微米至約10微米，並隨著技術的進步而變化。
應注意，硬遮罩層可以形成在基板400的任何表面或任何部分上，且具有或不具有存在於基板400上的膜堆疊404。
在操作320，夾持電壓係施加到靜電卡盤，以將基板400夾取到靜電卡盤。在基板400係定位於靜電卡盤128的頂表面202上的實施方案中，頂表面202在處理期間提供支撐並夾取基板400。靜電夾持將基板400平坦地緊靠頂表面202，以防止背側沉積，而不使用陰影環。經由電極223將電偏壓提供到基板400，電極223可以與將偏壓電壓供應到電極223的功率供應系統280進行電通訊。在一個實施方案中，夾持電壓係在約10伏特至約3000伏特之間。在一個實施方案中，夾持電壓係在約100伏特至約2000伏特之間。在一個實施方案中，夾持電壓係在約200伏特至約1000伏特之間。
在操作320期間，幾個處理參數可用於調節處理。在適於處理300mm的基板的一個實施方案中，處理壓力可以維持在約0.1Torr至約80Torr（例如，約1Torr至約10Torr；或約1Torr至約4Torr）。操作320可以利用電漿進行，不利用電漿進行，或者部分利用電漿進行。在操作320期間，可以向處理區域供應約100瓦至約1000瓦之間的RF源功率。在操作320期間，可以選擇性供應約0瓦至約500瓦之間的RF偏壓功率。
在一個實施方案中，恆定的夾持電壓係施加到基板400。在一個實施方案中，夾持電壓可以產生脈衝到靜電卡盤。在一些實施方案中，可以在施加夾持電壓以控制基板的溫度時，將背側氣體施加到基板400。背側氣體可以包括但不限於氦（He）、氬（Ar）、或類似者。
在操作330處，在將基板400轉移到處理區域（例如第1圖所示的PECVD系統100的處理區域120）之後，晶種層氣體混合物係供應到處理區域120，以在膜堆疊404上沉積晶種層410，如第4B圖所示。在一個實施方案中，在操作330期間維持在操作320中供應的夾持電壓。晶種層410可以是任何合適的晶種層。合適的晶種層的實例包括但不限於碳化硼（BC）、氮化硼（BN）、硼碳氮（BCN）、碳氮化物（CN）、碳化矽（SiC）、氮化矽（SiN）、硼基晶種層、碳基晶種層、及矽化鎢（WSi）。在一個實施方案中，晶種層410係由第5A圖至第5C圖所示的處理中之一者所形成。
在晶種層410的沉積期間，用於點燃及形成在氣體混合物中的電漿的處理參數可以動態地控制或預設為預定流率，以促進具有期望膜特性與膜微結構的晶種層410的沉積。晶種層氣體混合物包括用於沉積上述晶種層的反應性前驅物氣體。用於沉積晶種層的示例性反應性前驅物氣體包括硼基前驅物氣體、碳基前驅物氣體、氮基前驅物氣體、矽基前驅物氣體、及鎢基前驅物氣體。用於形成晶種層的合適的硼基前驅物氣體包括但不限於三甲基硼（（B(CH3
)3
）或TMB）、乙硼烷（B2
H6
）、三氟化硼（BF3
）、及三乙基硼（（B(C2
H5
)3
）或TEB）、及其組合。用於形成晶種層的合適的碳基前驅物氣體包括但不限於CH4
、C2
H2
、C3
H6
、C4
H8
、C5
H10
、及類似者。用於形成晶種層的合適的氮基前驅物氣體包括但不限於氮氣（N2
）、NH3
、N2
O、NO2
、NO、N2
O4
、及類似者。用於形成晶種層的合適的含矽前驅物氣體包括含矽烷前驅物氣體，包括但不限於矽烷（SiH4
）、二矽烷（Si2H6
）、高階矽烷、及類似者。用於形成晶種層的合適的含鎢前驅物氣體包括但不限於WF6
、WCl6
、W(CO)6
、及類似者。合適的氫基前驅物氣體包括但不限於H2
、H2
O、H2
O2
、及其組合。
在一個實施方案中，晶種層氣體混合物包括硼基前驅物氣體與氮基前驅物氣體，以及可選擇的氫基前驅物氣體。在一個實施方案中，硼基前驅物氣體係為乙硼烷（B2
H6
），而氮基前驅物氣體係為氮氣（N2
）及/或NH3
。可選擇的氫基氣體係為H2
。在一些實例中，惰性氣體（例如Ar或He）亦可根據需要可選擇地供應於氣體混合物中。
應理解，取決於沉積的晶種層的類型，可以利用碳基前驅物氣體、氮基前驅物氣體、矽基前驅物氣體、及鎢基前驅物氣體代替下面的描述中所使用的硼基前驅物氣體與氮基前驅物氣體。在形成碳化硼晶種層的一些實施方案中，將利用碳基前驅物氣體代替氮基前驅物氣體。在形成硼碳氮晶種層的一些實施方案中，包括具有硼基前驅物氣體或氮基前驅物氣體的碳基前驅物氣體。在形成碳氮化物晶種層的一些實施方案中，利用碳基前驅物氣體代替硼基前驅物氣體。在形成碳化矽晶種層的一些實施方案中，利用矽基前驅物氣體代替硼基前驅物氣體，並利用碳基前驅物氣體代替氮基前驅物氣體。在形成矽化鎢晶種層的一些實施方案中，利用鎢基前驅物氣體代替硼基前驅物氣體，並利用矽基前驅物氣體代替氮基前驅物氣體。
在一些實施方案中，用於形成晶種層410的氣體的氣體流速在形成處理期間改變，以增加晶種層410中的缺陷密度。晶種層中所增加的此缺陷密度增加後續層沉積期間被捕獲在晶種層中的氟的量，此促進對於底部膜堆疊404的界面黏著。在一個實施方案中，在操作330處供應的用於形成晶種層410的硼基前驅物氣體係在約20sccm至約2000sccm之間變化2秒至約30秒。在操作330處供應的用於形成晶種層410的氮基前驅物氣體流量係控制在100sccm到約5000sccm之間。可替代地，在晶種層氣體混合物中供應的前驅物可以控制在硼基前驅物與氮基前驅物約1:2至約1:50之間的比例。
在晶種層410的沉積期間，幾個處理參數可用於調節處理。在適於處理300mm的基板的一個實施方案中，處理壓力可以維持在約0.1Torr至約80Torr（例如，約1Torr至約20Torr）。在適於處理300mm基板的一個實施方案中，處理壓力可以在處理期間增加，在處理期間減少，或者在處理期間在低壓與高壓之間循環。在晶種層氣體混合物中供應約100瓦至約1000瓦之間的RF源功率。可以在晶種層氣體混合物中選擇性供應約0瓦至約500瓦之間的RF偏壓功率。基板與噴淋頭之間的間隔可以控制在約200密耳至約1000密耳。沉積處理的基板溫度係維持在約攝氏300度與約攝氏900度之間，例如在約攝氏400度與約攝氏480度之間。晶種層的沉積可以利用電漿進行，不利用電漿進行，或者部分利用電漿進行。
在一個實施方案中，在晶種層沉積氣體混合物中供應的硼基前驅物氣體（如第5A圖至第5B圖中的軌跡線G2
所示）與氮基前驅物氣體、氫氣、及/或惰性氣體（如第5A圖至第5B圖中的軌跡線G1
所示）（例如N2
及/或NH3
氣體、H2
、Ar、及/或He）可以在第5A圖的晶種層沉積處理期間從第一預定時間點T1
到第二預定時間點T2
利用預設流速（例如，預定流量值）供應。應注意，作為一個實例，第5A圖中的軌跡線G2
圖示硼基前驅物氣體利用比氮基前驅物氣體的流速（例如軌跡線G1
）更小的速率流動。在另一實例中，可以利用比氮基前驅物氣體的流速（例如軌跡線G1
所示）更大的流速供應硼基前驅物氣體的流速（例如第5A圖中的虛線軌跡線G3
所示）。
在一個實施方案中，如第5A圖所示，在晶種層沉積氣體混合物中供應的硼基前驅物氣體（顯示為第5A圖中的軌跡線G2
）從第二預定時間點T2
到第三預定時間點T3
係以降低的流速供應，而在第5A圖的晶種層沉積處理期間，由軌跡線G1
表示的氣體係維持恆定的流速。在沉積氣體混合物中供應的硼基前驅物氣體（顯示為第5A圖中的軌跡線G2
）從第三預定時間點T3
到第四預定時間點T4
係以增加的流速供應，而在第5A圖的時間區域4所指示的晶種層沉積處理期間，由軌跡線G1
表示的前驅物氣體係維持恆定的流速。在晶種層沉積氣體混合物中供應的硼基前驅物氣體（顯示為第5A圖中的軌跡線G2
）從第四預定時間點T4
到第五預定時間點T5
係以降低的流速供應，而在第5A圖的時間區域5所指示的晶種層沉積處理期間，由軌跡線G1
表示的氣體係維持恆定的流速。可以循環氣體的流速，直到實現晶種層的預定厚度。氣體流速的轉變可以藉由氣體的「上升」或「下降」或突然改變（例如節流閥或其他閥的打開或關閉）來實現。
在另一實例中，第5B圖描繪根據本揭示的各種實施方案的用於形成晶種層的氣體流量圖520。除了利用降低在時間區域3與時間區域5中由軌跡線G2
表示的氣體流量來代替之外，氣體流量圖520類似於氣體流量圖510，而在氣體流量圖520中描繪的處理中，由軌跡線G2
表示的氣體流量在時間區域2與時間區域4中循環開啟，並在時間區域3與時間區域5循環停止。在一個實例中，如第5B圖所示，在晶種層沉積氣體混合物中供應的硼基前驅物氣體（顯示為第5B圖中的軌跡線G2
）從第二預定時間點T2
到第三預定時間點T3
係為循環停止，而在第5B圖的時間區域3所指示的晶種層沉積處理期間，由軌跡線G1
表示的氣體係維持恆定的流速。在晶種層沉積氣體混合物中供應的硼基前驅物氣體（顯示為第5B圖中的軌跡線G2
）從第三預定時間點T3
到第四預定時間點T4
係為循環開啟，而在第5B圖的時間區域4所指示的晶種層沉積處理期間，由軌跡線G1
表示的氣體係維持恆定的流速。在晶種層沉積氣體混合物中供應的硼基前驅物氣體（顯示為第5B圖中的軌跡線G2
）從第四預定時間點T4
到第五預定時間點T5
係為循環停止，而在第5B圖的時間區域5所指示的晶種層沉積處理期間，由軌跡線G1
表示的氣體係維持恆定的流速。氣體的流速可以循環開啟及循環停止，直到實現晶種層的預定厚度。如第5B圖所示，氣體流速的轉變可以藉由氣體的「上升」或「下降」或突然改變（例如節流閥或其他閥的打開或關閉）來實現。
在另一實例中，第5C圖描繪根據本揭示的各種實施方案的用於形成晶種層的氣體流量圖530。除了利用僅讓第5B圖中由軌跡線G3
表示的硼基前驅物氣體流動來代替之外，氣體流量圖530類似於氣體流量圖520，第5C圖中由軌跡線G4
表示的氣體流量包括硼基前驅物氣體以及氫氣與氮氣中之至少一者，而由軌跡線G5
表示的氣體流量包括惰性氣體。在氣體流量圖530中，由軌跡線G4
表示的氣體流動在時間區域2與時間區域4循環開啟，並在時間區域3與時間區域5循環停止。在一個實例中，如第5C圖所示，在晶種層沉積氣體混合物中供應的由軌跡線G4
表示的氣體流量從第二預定時間點T2
到第三預定時間點T3
係為循環停止，而在第5C圖的晶種層沉積處理期間，由軌跡線G5
表示的氣體係維持恆定的流速。在晶種層沉積氣體混合物中供應的氣體流量（顯示為第5C圖中的軌跡線G4
）從第三預定時間點T3
到第四預定時間點T4
係為循環開啟，而在第5C圖的晶種層沉積處理期間，由軌跡線G5
表示的氣體流量係維持恆定的流速。在晶種層沉積氣體混合物中供應的氣體流量（顯示為第5C圖中的軌跡線G4
）從第四預定時間點T4
到第五預定時間點T5
係為循環停止，而在第5C圖的晶種層沉積處理期間，由軌跡線G5
表示的氣體流量係維持恆定的流速。氣體的流速可以循環開啟及循環停止，直到實現晶種層的預定厚度。如第5C圖所示，氣體流速的轉變可以藉由前驅物氣體的「上升」或「下降」或突然改變（例如節流閥或其他閥的打開或關閉）來實現。
第6A圖至第6D圖描繪根據本揭示的各種實施方案的用於形成鎢硬遮罩層的氣體流量圖。在第6A圖至第6D圖中，在時間區域1中形成晶種層（例如晶種層410）（操作330），在時間區域2中形成過渡層（例如，過渡層411）（操作340），並且在時間區域3到時間區域6中形成塊狀硬遮罩層（例如，塊狀硬遮罩層412）（操作350）。在一個實施方案中，在晶種層氣體混合物中供應的硼基前驅物氣體（如第6A圖至第6B圖中的軌跡線G7
所示）與氮基前驅物氣體、氫氣、及/或惰性氣體（如第6A圖至第6B圖中的軌跡線G6
所示）（例如N2
及/或NH3
氣體、H2
、Ar、及/或He）可以在第6A圖的時間區域1所指示的晶種層沉積處理期間從方法300的一開始到第一預定時間點T1
利用預設流速（例如，預定流量值）供應。在時間區域1的時間週期中，硼基前驅物氣體（圖示為軌跡線G7
）與氮基前驅物氣體（圖示為軌跡線G6
）的氣體流量在操作330中形成晶種層410時保持穩定，直到晶種層410達到預定厚度。在一個實例中，晶種層410具有在約0.5nm與約100nm之間的厚度。在一個實施方案中，維持夾持電壓，以及針對第6A圖至第6D圖的區域1至區域6保持RF開啟。
在一個實施方案中，利用穩定速率形成晶種層410，以維持具有低缺陷密度的晶種層410，以促進對於底部膜堆疊404的界面黏著。在一個實施方案中，在操作330處供應的用於形成晶種層410的硼基前驅物氣體係從第一預定時間點T1
控制在約20sccm至約2000sccm之間2秒至約30秒之間。在操作330處供應的用於形成晶種層410的氮基前驅物氣體流量係控制在100sccm到約5000sccm之間。可替代地，在晶種層氣體混合物中供應的氣體可以控制在硼基前驅物氣體與氮基前驅物氣體約1:2至約1:50之間的比例。
在晶種層410的沉積期間，幾個處理參數可用於調節處理。在適於處理300mm的基板的一個實施方案中，處理壓力可以維持在約0.1Torr至約80Torr（例如，約1Torr至約20Torr）。在晶種層氣體混合物中供應約100瓦至約1000瓦之間的RF源功率。可以在晶種層氣體混合物中選擇性供應約0瓦至約500瓦之間的RF偏壓功率。基板與噴淋頭之間的間隔可以控制在約200密耳至約1000密耳。沉積處理的基板溫度係維持在約攝氏300度與約攝氏900度之間，例如在約攝氏400度與約攝氏480度之間。
儘管第6A圖至第6D圖的時間區域1中的晶種層410的沉積係描繪為具有穩定流速，但是第5A圖至第5C圖中描繪的任何處理可以用於形成晶種層。
在操作340處，在膜堆疊404上形成晶種層410之後，第二氣體混合物（例如過渡氣體混合物）係供應到基板表面。在一個實施方案中，在操作340期間維持在操作320及/或操作330中供應的夾持電壓。可以動態地控制在過渡氣體混合物中供應的處理氣體，以在完成過渡氣體混合物的供應之後，在操作350處執行從晶種層氣體混合物到主沉積氣體混合物的轉變。在晶種層410達到所期望厚度之後，在過渡氣體混合物中，可以改變硼基前驅物氣體與氮基前驅物氣體的比例。過渡氣體混合物可以包括至少逐漸下降的硼基前驅物氣體以及來自操作330的晶種層氣體混合物的氮基前驅物氣體的連續穩定的氣體流量。除了逐漸下降的硼基前驅物氣體混合物以及來自晶種層氣體混合物的氮基前驅物氣體混合物的穩定流量之外，在操作340處可以在過渡氣體混合物中新引入鎢基前驅物氣體。合適的鎢基前驅物氣體包括但不限於WF6
、WC、W(CO)6
、或任何合適的鹵化鎢氣體（例如WXn
，其中X係為鹵素，包括F、Cl、Br、及I，而n為1至6之間的整數）、有機金屬鎢前驅物、及其組合。在一個實例中，在過渡氣體混合物中供應的鎢基前驅物氣體係為WF6
。
應注意，本文所使用的術語「上升」係指稱利用所期望的上升速率在預定時間週期從第一時間設定點到第二時間設定點的處理參數的逐漸增加。本文所使用的術語「上升」並非是藉由節流閥或其他閥開啟及關閉的動作引起的突然改變。
當將過渡氣體混合物供應到處理腔室中時，鎢基前驅物氣體可以在第二時間週期從第一預定時間點T1
到第二預定時間點T2
逐漸上升（如時間區域2中的軌跡線G8
所示）。在由時間區域2指示的時間週期期間，氮基前驅物氣體的流量（圖示為氣體軌跡線G6
）保持穩定。
在操作340中，在操作350處供應主沉積氣體混合物（例如，第6A圖至第6C圖的區域3）之前，轉變在操作330處的來自晶種層氣體混合物的氣體供應（例如，第6A圖至第6C圖的區域2），如下文將描述的，所供應的過渡氣體混合物可以在晶種層410上沉積過渡層411，如第4C圖所示。形成在晶種層410上的過渡層411可以具有隨著過渡層411生長而具有不同原子濃度的漸變膜結構。應瞭解，過渡氣體混合物中的鎢基前驅物氣體流量的逐漸上升以及硼基前驅物氣體流量的逐漸下降可以有助於增加沉積膜內的鎢原子濃度，並均勻地逐漸降低硼原子濃度，而因此有助於將鎢原子黏著並分佈在基板表面上，以與氮原子（例如，在氣體混合物中恆定供應）反應，而具有期望的膜性質與低缺陷密度。此外，應瞭解，過渡氣體混合物中的鎢基前驅物氣體流量的逐漸上升以及硼基前驅物氣體流量的逐漸下降可以提供平滑過渡、更好的黏著、及微結構控制。隨著鎢基前驅物氣體流量逐漸上升以及硼基前驅物氣體流量逐漸下降，形成在基板上的過渡層411可以是漸變氮化硼鎢（BWN）層，漸變氮化硼鎢（BWN）層在靠近基板表面處具有較高的硼濃度（例如，較低的鎢濃度），並隨著過渡層411的厚度的增加，而具有較低的硼濃度（例如，較高的鎢濃度）。在過渡氣體混合物中供應的氣體可以動態及恆定地變化及調整，以允許過渡層411提供具有不同膜性質的平滑過渡（例如，在操作350中的主沉積處理中從形成BN層到形成WN層）。在基板表面上形成的具有低缺陷密度的硼、鎢、及氮原子的均勻黏著係針對隨後的原子在其上成核提供良好的成核位點，以促進所期望的晶粒結構、粒度、及低的膜粗糙度。在過渡氣體混合物中供應的氮基前驅物氣體流量可以根據需要保持穩定，而鎢基前驅物氣體的上升以及硼基前驅物氣體的下降的流量形成具有期望的漸變膜結合結構的過渡層411，以準備在操作350處的主沉積處理。
在一個實施方案中，如第6A圖所示，在操作340處供應的硼基前驅物氣體的下降速率可以是每秒約5sccm與每秒約500sccm之間，直到供應到處理腔室中的硼基前驅物氣體係在第二預定時間點T2
處終止。類似地，在操作340處供應的鎢基前驅物氣體的上升速率可以是每秒約5sccm與每秒約100sccm之間，直到供應到處理腔室中的鎢基前驅物氣體已在第二預定時間點T2
處到達預定氣體流速。在操作340處供應的用於形成過渡層411的氮基前驅物氣體流量係保持在100sccm與約10000sccm之間的穩定流速。在一個實例中，過渡氣體混合物中的鎢基前驅物氣體的上升速率可以控制為類似於硼基前驅物氣體的的下降速率，或是更大或更慢。在一個特定實例中，過渡氣體混合物中的鎢基前驅物氣體的上升速率係控制為類似於硼基前驅物氣體的的下降速率。
在過渡層411的沉積期間，幾個處理參數可用於調節處理。在適於處理300mm的基板的一個實施方案中，處理壓力可以維持在約0.1Torr至約80Torr（例如，約1Torr至約20Torr）。在晶種層氣體混合物中供應約100瓦至約1000瓦之間的RF源功率。可以在過渡層氣體混合物中選擇性供應約0瓦至約500瓦之間的RF偏壓功率。過渡層的沉積可以利用電漿進行，不利用電漿進行，或者部分利用電漿進行。基板與噴淋頭之間的間隔可以控制在約200密耳至約1000密耳。沉積處理的基板溫度係維持在約攝氏300度與約攝氏900度之間，例如在約攝氏480度之間。
在操作350處，在過渡氣體混合物的流動終止之後，第三氣體混合物（例如主沉積氣體混合物）可以供應到處理腔室，以在過渡層411上形成塊狀硬遮罩層412，如第4D圖所示。因此，形成在膜堆疊404上的硬遮罩層414總共包括晶種層410、過渡層411、及塊狀硬遮罩層412。在一些實施方案中，用於形成塊狀硬遮罩層412的前驅物的氣體流速在形成處理期間改變，以增加塊狀硬遮罩層412中的缺陷密度。晶種層中所增加的此缺陷密度增加後續層沉積期間被捕獲在塊狀硬遮罩層412中的氟的量，此促進對於底部膜堆疊404的界面黏著。
儘管在預定時間週期的時間區域3中形成塊狀硬遮罩層412，但是在氣體混合物中供應的鎢基前驅物氣體可以逐漸上升（在時間區域2中從操作340處的過渡氣體混合物），直到在操作350處達到所期望的氣體流速（如第6A圖的時間區域3中的氣體軌跡線G8
所示）。當從操作340處的過渡氣體混合物進行氣體轉變到操作350處的主沉積氣體混合物時，動態地調整氣體流量比，而可以根據需要形成具有某些膜性質的塊狀硬遮罩層412。在一個實施方案中，在操作350期間維持在操作320中供應的夾持電壓。
隨著鎢基前驅物氣體（例如，氣體軌跡線G8
）已在進入操作350的時間區域3時達到預定流速（如第6A圖中所示），受控制以用於沉積塊狀硬遮罩層412的鎢基前驅物氣體以及從過渡氣體混合物切換到主沉積氣體混合物的連續供應的氮基前驅物氣體（例如，氣體軌跡線G6
）的流速可以保持穩定。可以在第二預定時間點T2
至第三預定時間點T3
供應主沉積氣體混合物。在一個實例中，主沉積處理可以進行約10秒至約400秒之間，以形成具有厚度約20nm至約1000nm之間的塊狀硬遮罩層412。
在一個實例中，在主沉積氣體混合物中供應的氣體包括至少鎢基前驅物氣體以及氮氣。在塊狀硬遮罩層係為碳化鎢的一些實施方案中，利用碳基前驅物氣體代替氮前驅物氣體。可以根據需要可選擇地在主沉積氣體混合物中供應含氫氣體。在一個實例中，在主沉積氣體混合物中供應的氣體包括WF6
、N2
及/或NH3
、及H2
。在一些實例中，惰性氣體（例如Ar或He）亦可根據需要可選擇地供應於主沉積氣體混合物中。在此種實例中，在膜堆疊404上形成的塊狀硬遮罩層412係為氮化鎢（WN）層。
在一個實施方案中，在沉積氣體混合物中供應的鎢基前驅物氣體（如第6A圖中的軌跡線G8
所示）與氮基前驅物氣體（如第6A圖中的軌跡線G6
所示）（例如N2
及/或NH3
氣體）可以在第6A圖的時間區域3所指示的主沉積處理期間從第二預定時間點T2
到第三預定時間點T3
利用預設流速（例如，預定流量值）供應。應注意，作為一個實例，第6A圖中的軌跡線G8
圖示鎢基前驅物氣體利用比氮基前驅物氣體的流速（例如軌跡線G6
）更小的速率流動。在另一實例中，可以利用比氮基前驅物氣體的流速（例如軌跡線G6
所示）更大的流速供應鎢基前驅物氣體的流速（例如第6A圖中的虛線軌跡線G9
所示）。
在一個實例中，如第6A圖所示，在沉積氣體混合物中供應的鎢基前驅物氣體（顯示為第6A圖中的軌跡線G8
）從第三預定時間點T3
到第四預定時間點T4
係以減少的流速供應，而在第6A圖的時間區域4所指示的主沉積處理期間，由軌跡線G6
表示的氣體係維持恆定的流速。在沉積氣體混合物中供應的鎢基前驅物氣體（顯示為第6A圖中的軌跡線G8
）從第四預定時間點T4
到第五預定時間點T5
係以增加的流速供應，而在第6A圖的時間區域5所指示的主沉積處理期間，由軌跡線G6
表示的氣體係維持恆定的流速。在沉積氣體混合物中供應的鎢基前驅物氣體（顯示為第6A圖中的軌跡線G8
）從第五預定時間點T5
到第六預定時間點T6
係以降低的流速供應，而在第6A圖的時間區域6所指示的主沉積處理期間，由軌跡線G6
表示的氣體係維持恆定的流速。可以循環氣體的流速，直到實現塊狀硬遮罩層的預定厚度。氣體流速的轉變可以藉由氣體的「上升」或「下降」或突然改變（例如節流閥或其他閥的打開或關閉）來實現。
第6B圖描繪根據本揭示的各種實施例的用於形成鎢硬遮罩層的氣體流量圖620。除了利用降低在時間區域4與時間區域6中由軌跡線G8
表示的氣體流量來代替之外，氣體流量圖620類似於氣體流量圖610，而在氣體流量圖620中描繪的處理中，由軌跡線G8
表示的氣體流量在時間區域3與時間區域5中循環開啟，並在時間區域4與時間區域6循環停止。在一個實例中，如第6B圖所示，在沉積氣體混合物中供應的鎢基前驅物氣體（顯示為第6B圖中的軌跡線G8
）從第三預定時間點T3
到第四預定時間點T4
係為循環停止，而在第6B圖的時間區域4所指示的主沉積處理期間，由軌跡線G6
表示的氣體係維持恆定的流速。在沉積氣體混合物中供應的鎢基前驅物氣體（顯示為第6B圖中的軌跡線G8
）從第四預定時間點T4
到第五預定時間點T5
係為循環開啟，而在第6B圖的時間區域5所指示的主沉積處理期間，由軌跡線G6
表示的氣體係維持恆定的流速。在沉積氣體混合物中供應的鎢基前驅物氣體（顯示為第6A圖中的軌跡線G8
）從第五預定時間點T5
到第六預定時間點T6
係為循環停止，而在第6B圖的時間區域6所指示的主沉積處理期間，由軌跡線G6
表示的氣體係維持恆定的流速。氣體的流速可以循環開啟及循環停止，直到實現塊狀硬遮罩層的預定厚度。如第6B圖所示，氣體流速的轉變可以藉由氣體的「上升」或「下降」或突然改變（例如節流閥或其他閥的打開或關閉）來實現。
第6C圖描繪根據本揭示的各種實施例的用於形成鎢硬遮罩層的氣體流量圖630。除了利用僅讓第6A圖到第6B圖中由軌跡線G8
表示的鎢基前驅物氣體流動來代替之外，氣體流量圖630類似於氣體流量圖620，由軌跡線G10
表示的氣體流量包括鎢基前驅物氣體以及氫氣與氮氣中之至少一者，而由軌跡線G11
表示的氣體流量僅包括惰性氣體。在氣體流量圖630中，由軌跡線G10
表示的氣體流動在時間區域3與時間區域5循環開啟，並在時間區域4與時間區域6循環停止。在一個實例中，如第6C圖所示，在沉積氣體混合物中供應的由軌跡線G10
表示的氣體流量從第三預定時間點T3
到第四預定時間點T4
係為循環停止，而在第6C圖的時間區域4所指示的主沉積處理期間，由軌跡線G11
表示的氣體係維持恆定的流速。在沉積氣體混合物中供應的氣體流量（顯示為第6C圖中的軌跡線G10
）從第四預定時間點T4
到第五預定時間點T5
係為循環開啟，而在第6C圖的時間區域5所指示的主沉積處理期間，由軌跡線G11
表示的氣體流量係維持恆定的流速。在沉積氣體混合物中供應的氣體流量（顯示為第6C圖中的軌跡線G10
）從第五預定時間點T5
到第六預定時間點T6
係為循環停止，而在第6C圖的時間區域6所指示的主沉積處理期間，由軌跡線G11
表示的氣體流量係維持恆定的流速。氣體的流速可以循環開啟及循環停止，直到實現塊狀硬遮罩層的預定厚度。如第6C圖所示，氣體流速的轉變可以藉由氣體的「上升」或「下降」或突然改變（例如節流閥或其他閥的打開或關閉）來實現。
第6D圖描繪根據本揭示的各種實施例的用於形成鎢硬遮罩層的氣體流量圖640。除了由軌跡線G8
表示的鎢基前驅物氣體通過區域3到區域6的流量係為恆定之外，氣體流量圖640類似於氣體流量圖620。氣體的流速可以循環開啟及循環停止，直到實現塊狀硬遮罩層的預定厚度。如第6D圖所示，氣體流速的轉變可以藉由氣體的「上升」或「下降」或突然改變（例如節流閥或其他閥的打開或關閉）來實現。
在一些實施方案中，利用穩定速率形成塊狀硬遮罩層412，以維持具有低缺陷密度的塊狀硬遮罩層412，同時從過渡層411橋接。在一個實施方案中，在操作350處供應的用於形成塊狀硬遮罩層412的鎢基前驅物氣體係控制在約50sccm到約500sccm之間。在操作350處供應的用於形成塊狀硬遮罩層412的氮基前驅物氣體流量係控制在500sccm到約10000sccm之間。可替代地，在主沉積氣體混合物中供應的氣體可以控制在鎢基前驅物氣體與氮基前驅物氣體約1:2至約1:50之間的比例。
在塊狀硬遮罩層412的沉積期間，幾個處理參數可用於調節處理。在適於處理300mm的基板的一個實施方案中，處理壓力可以維持在約0.1Torr至約80Torr（例如，約1Torr至約20Torr）。在主沉積氣體混合物中供應約100瓦至約1000瓦之間的RF源功率。可以在主沉積氣體混合物中選擇性供應約0瓦至約500瓦之間的RF偏壓功率。塊狀硬遮罩層的沉積可以利用電漿進行，不利用電漿進行，或者部分利用電漿進行。基板與噴淋頭之間的間隔可以控制在約200密耳至約1000密耳。沉積處理的基板溫度係維持在約攝氏300度與約攝氏900度之間，例如在約攝氏480度之間。
應注意，可以藉由調整在操作350處的主沉積處理期間供應的RF偏壓功率而調整塊狀硬遮罩層412的應力等級。當利用更高等級供應RF偏壓功率時，可以取得塊狀硬遮罩層412的更加壓縮的膜。相對的，利用更低等級供應RF偏壓功率時，可以取得塊狀硬遮罩層412的更加拉伸的膜。
在一個實例中，整體硬遮罩層414（包括晶種層410、過渡層411、及塊狀硬遮罩層412）可以組合在一起，以具有約-100MPa與約+1000MPa之間的應力範圍。應瞭解，在硬遮罩層414上形成晶種層410與過渡層411可以有助於提供平滑的膜結構轉變，以及提供對於基板表面的良好黏著。在硬遮罩層414中形成的平滑膜結構轉變（例如主要由過渡層411貢獻）可以有助於維持具有最小表面粗糙度（例如小於1nm的Ra的表面粗糙度）的硬遮罩層414。此外，亦可以控制硬遮罩層414的粒度（例如小於15Å的粒度），以在蝕刻/圖案化處理期間提供良好的蝕刻選擇性，以用於遮罩層。
在操作360中，在基板上形成硬遮罩層414之後，基板被解除夾持。在操作360期間，關閉夾持電壓。關閉活性氣體，並可選擇地從處理腔室吹掃活性氣體。在一個實施方案中，在操作360期間，減少RF功率（例如，約200W）。可選擇地，系統控制器175監測阻抗改變，以確定靜電電荷是否透過RF路徑耗散到接地。一旦基板從靜電卡盤中解除夾持，則從處理腔室吹掃剩餘氣體。處理腔室被泵送往下，而基板在提升銷上向上移動，並轉移出腔室之外。
在硬遮罩層414形成在基板上之後，硬遮罩層414可以在蝕刻處理中用於圖案化遮罩，以形成三維結構，例如階梯狀結構。
因此，提供用於形成硬遮罩層的方法及設備，硬遮罩層可用於形成階梯狀結構，而用於製造半導體裝置的三維堆疊。硬遮罩層可以包括晶種層、過渡層、及塊狀硬遮罩層，其提供具有界面處的低表面粗糙度以及高黏著的接合結構。藉由利用具有期望的穩定膜特性及蝕刻選擇性的硬遮罩層，可以取得在膜堆疊中形成的所得結構的改良尺寸與輪廓控制，並可以在半導體裝置的三維堆疊的應用中增強晶片裝置的電效能。
總而言之，一些本揭示的益處提供在基板上沉積厚硬遮罩膜的處理。本文所述的實施方案能夠使用靜電夾持法與交替PECVD方法在高壓縮或拉伸翹曲基板上沉積厚鎢硬遮罩膜（例如，100奈米或更大）。本文所述的厚鎢硬遮罩膜可以摻雜例如硼、碳、氮、及/或矽。在一些實施方案中，靜電夾持的應用消除在基於RF的沉積期間使用陰影環，並防止背側沉積，同時確保在邊緣及斜面處的足夠黏著。在一些實施方案中，實現交替PECVD技術以限制晶種厚度（例如低於100Å），以增強材料均勻性，同時減少後續蝕刻處理期間的技術難度。額外的益處包括改良的氟捕獲，此導致膜界面處的剝離的減少。
當引入本揭示的元件或示例性態樣或實施方案時，冠詞「一」、「一個」、「該」、及「所述」意欲表示存在一或更多個元件。
儘管前述係關於本揭示之實施方案，本揭示之其他及進一步實施方案可在不脫離本揭示之基本範疇的情況下擬出，且本揭示之範疇係由下列申請專利範圍所決定。
100‧‧‧PECVD系統
102‧‧‧腔室主體
103‧‧‧驅動系統
104‧‧‧腔室蓋
108‧‧‧氣體分配系統
112‧‧‧側壁
116‧‧‧底壁
120‧‧‧處理區域
121‧‧‧基板
122‧‧‧通路
123‧‧‧電極
124‧‧‧通路
125‧‧‧泵通道
126‧‧‧柄
127‧‧‧腔室襯墊
128‧‧‧靜電卡盤
129‧‧‧凸出部
130‧‧‧桿
131‧‧‧排氣埠
140‧‧‧氣體入口通路
142‧‧‧噴淋頭組件
144‧‧‧阻擋板
145‧‧‧冷卻入口
146‧‧‧面板
147‧‧‧冷卻通道
148‧‧‧環形基底板
149‧‧‧冷卻出口
150‧‧‧液體遞送源
161‧‧‧基板提升銷
162‧‧‧遠端電漿源
163‧‧‧氣體入口
164‧‧‧泵送系統
165‧‧‧RF源
167‧‧‧氣體入口歧管
168‧‧‧氣體入口
169‧‧‧氣體入口
172‧‧‧氣體源
173‧‧‧阻抗匹配電路
175‧‧‧系統控制器
176‧‧‧DC功率供應器
177‧‧‧低通濾波器
178‧‧‧電容器
202‧‧‧頂表面
223‧‧‧電極
226‧‧‧支撐柄
228‧‧‧夾持主體
230‧‧‧接觸間隙
246‧‧‧絕緣變壓器
247‧‧‧初級線圈繞組
249‧‧‧次級線圈繞組
276‧‧‧功率供應器
277‧‧‧電路
278‧‧‧電容器
279‧‧‧放大器
280‧‧‧功率供應系統
281‧‧‧連接器
282‧‧‧連接器
283‧‧‧功率供應器
286‧‧‧導電構件
288‧‧‧加熱器
300‧‧‧方法
310‧‧‧操作
320‧‧‧操作
330‧‧‧操作
340‧‧‧操作
350‧‧‧操作
360‧‧‧操作
400‧‧‧基板
402‧‧‧結構
404‧‧‧膜堆疊
408an‧‧‧第一層
408a1‧‧‧第一層
408a2‧‧‧第一層
408a3‧‧‧第一層
408bn‧‧‧第二層
408b1‧‧‧第二層
408b2‧‧‧第二層
408b3‧‧‧第二層
410‧‧‧晶種層
411‧‧‧過渡層
412‧‧‧塊狀硬遮罩層
414‧‧‧硬遮罩層
510‧‧‧氣體流量圖
520‧‧‧氣體流量圖
530‧‧‧氣體流量圖
610‧‧‧氣體流量圖
620‧‧‧氣體流量圖
630‧‧‧氣體流量圖
640‧‧‧氣體流量圖
為使本揭示的上述特徵可詳細地被理解，本實施方案（簡短概要如上）的更特定描述可參照實施方案而得，該等實施方案之一些係繪示於隨附圖式中。然而，應注意隨附圖式僅圖示本揭示之典型實施方案，而非視為限定本揭示的保護範疇，本揭示可接納其他等效實施方案。
第1圖描繪可以用於實施本文所述的實施方案的PECVD系統的示意性橫截面圖；
第2圖描繪可以用於實施本文所述的實施方案的第1圖的設備的靜電卡盤的示意性橫截面圖；
第3圖描繪根據本揭示的一個實施方案在設置於基板上的膜堆疊上形成鎢硬遮罩層的方法的流程圖；
第4A圖至第4D圖描繪根據第3圖所示的實施方案在形成於基板上的膜堆疊上形成鎢硬遮罩層的順序的一個實施方案；
第5A圖至第5C圖描繪根據本揭示的各種實施例的用於形成晶種層的氣體流量圖；以及
第6A圖至第6D圖描繪根據本揭示的各種實施例的用於形成鎢硬遮罩層的氣體流量圖。
為促進理解，各圖中相同的元件符號儘可能指定相同的元件。預期一個實施方案的元件與特徵可以有利地併入其他實施方案，而不另外詳述。
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
Claims (20)
- 一種在一基板上形成一硬遮罩層的方法，包含以下步驟： 將一夾持電壓施加到位於一處理腔室中的一靜電卡盤上的一基板； 藉由在該處理腔室中供應一晶種層氣體混合物並維持該夾持電壓，而在設置於該基板上的一膜堆疊上形成包含硼的一晶種層； 藉由在該處理腔室中供應一過渡層氣體混合物，在該晶種層上形成包含硼與鎢的一過渡層；以及 藉由在該處理腔室中供應一主沉積氣體混合物，在該過渡層上形成一塊狀硬遮罩層。
- 如請求項1所述之方法，其中該夾持電壓係在約10伏特至約3000伏特之間。
- 如請求項2所述之方法，其中該夾持電壓係在約200伏特至約1000伏特之間。
- 如請求項3所述之方法，其中在一電漿的存在下形成包含硼的該晶種層。
- 如請求項4所述之方法，其中該電漿係為原位形成。
- 如請求項5所述之方法，其中該電漿係使用混頻RF而形成。
- 如請求項1所述之方法，其中形成一晶種層的步驟並不需要利用圍繞該基板的一周邊的一陰影環來執行。
- 如請求項1所述之方法，其中該膜堆疊進一步包含一第一介電層與一第二介電層的重複層。
- 如請求項8所述之方法，其中該第一介電層係為一氧化矽層，而該第二介電層係為一氮化矽層。
- 如請求項1所述之方法，其中該晶種層氣體混合物至少包含一硼基前驅物氣體與一氮基前驅物氣體。
- 如請求項10所述之方法，其中藉由逐漸降低該硼基前驅物氣體的一氣體流速並維持該氮基前驅物氣體的一穩定氣體流速，而將該過渡層氣體混合物供應到該處理腔室，以形成該過渡層。
- 如請求項11所述之方法，其中形成該過渡層的步驟進一步包含以下步驟： 在該過渡層氣體混合物中供應一鎢基前驅物氣體。
- 如請求項12所述之方法，其中該鎢基前驅物氣體的一氣體流速在該過渡氣體混合物中逐漸上升，同時該硼基前驅物氣體的該氣體流速逐漸下降。
- 如請求項13所述之方法，其中該鎢基前驅物氣體係利用類似於該硼基前驅物氣體的該上升速率的一速率下降。
- 如請求項14所述之方法，其中形成一塊狀硬遮罩層的步驟進一步包含以下步驟： 在該處理腔室中穩定供應該鎢基前驅物氣體與該氮基前驅物氣體。
- 一種在一基板上形成一硬遮罩層的方法，包含以下步驟： 將一夾持電壓施加到位於一處理腔室中的一靜電卡盤上的一基板； 藉由以下步驟，在設置於該基板上的一膜堆疊上形成包含硼的一晶種層： 在該處理腔室中供應一晶種層氣體混合物，並維持該夾持電壓，其中該晶種層氣體混合物至少包含硼基前驅物氣體與氮基前驅物氣體；以及 穩定供應該氮基前驅物氣體，並改變該處理腔室中的該硼基前驅物氣體的該流量，以形成該晶種層； 藉由在該處理腔室中供應一過渡層氣體混合物，在該晶種層上形成包含硼與鎢的一過渡層；以及 藉由在該處理腔室中供應一主沉積氣體混合物，在該過渡層上形成一塊狀硬遮罩層。
- 如請求項16所述之方法，其中形成一塊狀硬遮罩層的步驟進一步包含以下步驟： 在該處理腔室中穩定供應該鎢基前驅物氣體與該碳基前驅物氣體。
- 如請求項17所述之方法，其中形成一晶種層之步驟進一步包含以下步驟：將一氫基前驅物氣體供應到該處理腔室。
- 如請求項18所述之方法，其中該膜堆疊係用於形成階梯狀結構，以形成三維NAND記憶體裝置。
- 一種在一基板上形成一硬遮罩層的方法，包含以下步驟： 將一夾持電壓施加到位於一處理腔室中的一靜電卡盤上的一基板； 藉由在該處理腔室中供應一晶種層氣體混合物並維持該夾持電壓，而在設置於該基板上的一膜堆疊上形成一氮化硼層； 藉由在該處理腔室中供應一過渡層氣體混合物，在該氮化硼層上形成氮化硼鎢層；以及 藉由在該處理腔室中供應一主沉積層氣體混合物，在該氮化硼層上形成一氮化鎢層。
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