TWI692008B - 用於形成高品質薄膜的循環連續製程 - Google Patents
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Abstract
描述用於循環沉積和固化製程的方法。更具體來說，本文描述的實施方案提供用於填充形成在基板上的特徵的循環連續沉積和固化製程。填充特徵以確保形成在基板上的積體電路中的特徵之電絕緣。本文描述的製程使用的可流動膜沉積製程可有效減小形成在基板上的特徵中產生的空隙或接縫。然而，傳統使用可流動膜的縫隙填充方法通常包含具有不良物理和電性質的介電質材料。特別是，膜密度是不均勻的，橫跨膜厚度的膜介電常數不同，膜穩定性不理想，膜的折射率不一致，而且傳統的可流動膜之耐稀氫氟酸（DHF）性並不理想。循環連續沉積和固化製程解決本文描述的問題以形成品質較高且壽命增長的膜。
Description
本揭示的實施方案大體而言係關於一種用於在半導體基板上形成薄膜的設備和方法。
自從幾十年前被引進以來，半導體元件幾何形狀的尺寸已大幅減小。現代的半導體製造設備例行地生產特徵尺寸45 nm、32 nm及28 nm的元件，而且新的設備正被開發和實施來製造幾何形狀更加小的元件。減小的元件尺寸導致結構特徵在形成的元件內具有減小的寬度。隨著特徵的寬度變窄，使用介電質材料填充特徵變得更具挑戰性。介電質材料沉積製程很容易在形成於基板上的特徵中產生接縫或空隙而無法將特徵完全填滿。先進的縫隙填充應用採用可流動的化學氣相沉積製程來形成平坦化的介電質膜，同時防止在特徵中形成空隙或接縫。
用於縫隙填充應用的典型製程涉及在低溫下的整體薄膜沉積步驟、在整體薄膜沉積之後用於薄膜組成物轉化的熱或非熱固化製程、以及在升溫下的最終緻密化製程。在整體薄膜處理和緻密化製程的期間，固化的動作會導致薄膜形成具有不同材料特性的區域，此舉往往會導致薄膜品質產生變化。
尤其，當特徵被整體填充時，固化先在形成於特徵上的沉積層之表面附近產生交聯和緻密化。這種常被稱為「結殼」的表面現象會防止紫外光透入特徵的更深處，並因此防止整個沉積的材料層完全交聯和緻密化。在沉積層的不同區域中「固化」的變化會在沉積層的光學、物理及電性質上產生梯度，例如橫跨沉積層厚度的介電常數梯度，這會影響元件的電性能和元件產率。
此外，部署較小的新電子元件減少了在先進節點沉積介電質材料的熱預算。傳統的整體薄膜沉積需要在範圍可以從攝氏300度到攝氏1100度的溫度下進行的最終緻密化製程。這樣的高溫可能會損壞先進的材料，例如硒鍺（Six
Gey
）和這些先進節點中使用的III-V族化合物。
因此，需要有用於沉積和形成先進節點中使用的介電層的改良方法。
本文描述的實施方案大體而言係關於用於縫隙填充的薄膜之沉積和處理。更具體言之，本文描述的實施方案係關於薄膜的循環連續沉積和固化。在一個實施方案中，提供一種薄膜的循環連續沉積和固化方法。該方法包含在低溫下沉積薄膜層、在紫外光下固化所沉積的膜、以及在使基板暴露於最終緻密化製程之前多次重複該程序。
在一個實施方案中，一種處理基板的方法可以包括以下步驟：在基板的特徵中形成具有厚度的第一可流動膜，其中該厚度小於該特徵之高度，形成該第一可流動膜包括以下步驟：在該特徵中沉積第一可流動膜；使該基板暴露於含氧電漿；使該基板暴露於紫外光；以及重複形成該第一可流動膜的製程，以在該第一可流動膜上方形成一層或更多層第二可流動膜，其中該第一可流動膜與該一層或更多層第二可流動膜一起具有等於或大於該特徵之高度的膜厚度。
在另一個實施方案中，一種在基板中填充特徵的方法可以包括以下步驟：在至少一特徵中形成具有厚度的可流動介電質膜，其中該厚度小於該特徵之高度，其中形成該可流動介電質膜包括以下步驟：提供矽前驅物到處理室中的處理區域，其中基板被配置在該處理室中；形成電漿；及將至少一部分暴露於該電漿的氣體引入該基板處理區域中；使該基板暴露於含氧電漿；使該基板暴露於紫外光；以及重複上述步驟，以在該可流動膜上方形成附加層的可流動膜，其中該等層一起形成可流動膜疊層，該可流動膜疊層具有膜厚度，該膜厚度等於或大於該至少一特徵的高度。
在另一個實施方案中，一種形成層的方法，該方法包括以下步驟：使不含氧前驅物流過圖案化基板，該圖案化基板被置入第一基板處理室中；在該圖案化基板上方沉積具有厚度的膜，其中該厚度小於該基板上特徵的深度；使該圖案化基板暴露於電漿；將該圖案化基板轉移到第二基板處理室中，該第二基板處理室裝有紫外光源；使該圖案化基板暴露於該紫外光源提供的紫外光；以及重複上述步驟，以在該可流動膜上方形成附加層的可流動膜，其中該等層一起形成可流動膜疊層，該可流動膜疊層具有均勻密度和膜厚度，該膜厚度等於或大於該至少一特徵的高度。
在另一個實施方案中，處理系統可以包括第一腔室，該第一腔室包含與該第一腔室連接的含矽前驅物源；及電漿源；第二腔室，包含紫外光源的源；以及具有電腦可執行指令的記憶體，該電腦可執行指令用於進行該方法，該方法包含在至少一特徵中形成具有厚度的可流動膜，其中該厚度小於該特徵之高度，而且形成該可流動膜的製程包含以下步驟：在該特徵中沉積可流動膜；使該基板暴露於含氧電漿；使該基板暴露於來自該紫外光源的紫外光；及重複形成該可流動膜的製程，以在形成的可流動膜上方形成附加層的可流動膜，其中形成的可流動膜與該一個或更多個附加層各具有相似的厚度；而且形成的可流動膜與該一個或更多個附加層一起具有等於或大於該至少一特徵之高度的膜厚度。
本文描述的實施方案大體上提供用以在具有改良的光學、物理、及電性質的積體電路元件內形成層的循環沉積和固化製程。更具體來說，本文描述的實施方案提供用於填充形成在基板上的特徵的循環連續沉積和固化製程。填充特徵以確保形成在基板上的積體電路中的特徵之電絕緣。本文描述的製程可以使用可有效減小形成在基板上的特徵中產生的空隙或接縫的可流動膜沉積製程。然而，傳統使用可流動膜的縫隙填充方法通常產生具有不良物理和電性質的介電質材料。特別是，膜密度是不均勻的，橫跨膜厚度的膜介電常數不同，膜穩定性不理想，膜的折射率不一致，而且傳統的可流動膜在清洗製程期間的耐稀氫氟酸(DHF)性並不理想。本文描述的循環連續沉積和固化製程解決這些問題以形成品質較高的膜，該膜具有改良的材料性質、改良的元件產率、及增長的可用壽命。
在一些實施方案中，使用循環連續製程將可流動薄膜層沉積在其中形成有特徵的基板上，以防止沉積層各處的物理性質和電性質產生變化。沉積可流動膜的薄層之後，基板被可選地預浸泡在電漿、含自由基氣體、氣體或上述之組合中，以製備進行固化製程的基板。然後使基板暴露於固化製程，固化製程可以使用紫外光源進行，從而在該薄層中產生交聯。然後，循環地重複該製程直到特徵被填滿。連續層疊的薄膜填充形成於基板上的特徵而在形成於基板上的特徵內產生提高的交聯均勻性、密度及介電常數值，從而增強形成於基板上的半導體元件之性能和功能性。
第1圖為圖示使用循環連續沉積和固化製程形成介電層的方法之流程圖。在方塊102，包含特徵的基板被定位在處理室的基板處理區域內。基板可以是矽基板、含矽鍺的基板、或含III-V族化合物的基板或其他有用的半導體基板材料。形成於基板上的特徵可以包
括溝槽、通孔、縫隙、間隔層、其他隔離特徵。在一般的特徵填充應用中，使膜橫跨基板的表面流動以使用介電質材料填充特徵。由於基板上的特徵之空間尺寸隨著半導體幾何形狀的尺寸減小而減小，即使在特徵的深度保持不變或增加時，特徵的寬度仍縮小。特徵的深度與寬度比提高在使用傳統的介電質材料填充特徵時產生挑戰，因為在完全填充特徵之前介電質材料容易在頂部狹縮或堵塞。這會在介電質材料的表面下方的特徵中形成空隙或接縫，此舉會損害半導體產品的完整性。本文揭示的方法解決了這個需求。
在方塊104，將一種或更多種前驅物引入沉積室的基板處理區域中，以在形成於基板上的特徵上方沉積介電層。在一些實施方案中，該一種或更多種前驅物是形成介電質材料的前驅物，例如含矽前驅物。介電質材料前驅物的實例是含矽前驅物，包括矽烷、二矽烷、甲基矽烷、二甲基矽烷、三甲基矽烷、四甲基矽烷、四乙氧基矽烷(TEOS)、三乙氧基矽烷(TES)、八甲基環四矽氧烷(OMCTS)、四甲基二矽氧烷(TMDSO)、四甲基環四矽氧烷(TMCTS)、四甲基二乙氧基二矽氧烷(TMDDSO)、二甲基二甲氧基矽烷(DMDMS)、或上述之組合。用於沉積氮化矽的其他前驅物包括含SixNyHz前驅物，例如甲矽烷基胺(silyl-amine)及其衍生物，包括三甲矽烷基胺(TSA)和二甲矽烷基胺(DSA)；含SixNyHzOzz前
驅物；含SixNyHzClzz前驅物；或上述之組合。可以將介電質材料前驅物以介於約1sccm和約5000sccm之間的流動速率供應到處理室中。可以將處理前驅物以介於約1sccm和約1000sccm之間的流動速率供應到處理室中。
該一種或更多種前驅物還可以包括處理前驅物，該處理前驅物可以包括含氫化合物、含氧化合物、含氮化合物、或上述化合物之組合。適當的處理前驅物的實例包括一種或更多種選自包含H2、H2/N2混合物、NH3、NH4OH、O3、O2、H2O2、N2、NxHy化合物(包括N2H4蒸氣)、NO、N2O、NO2、水蒸氣、或上述之組合的群組的化合物。處理前驅物可以是電漿激發的，例如在RPS單元中，以包括含N*及/或H*及/或O*自由基或電漿，例如NH3、NH2*、NH*、N*、H*、O*、N*O*、或上述之組合。處理前驅物可以替代地包括本文中描述的一種或更多種前驅物。在一些結構中，被輸送到處理室的一種或更多種前驅物包括氣體混合物，該氣體混合物包括介於約0.1和約100之間的介電質材料前驅物與處理前驅物比。被提供到處理室的氣體混合物也可以包括一種或更多種惰性氣體。惰性氣體可以包括、但不限於稀有氣體，例如Ar、He、Xe、及類似物。惰性氣體可被以介於約1sccm和約50000sccm之間的流量比供應到處理室。在處理過程中，可以將腔室的處理區域中的處理壓力保持在約0.10托至約10托之間，例如約0.1托和約1托之間，例如約0.5托和約0.7托之間。
在一個實施方案中，在沉積製程期間將基板溫度保持在預定範圍內。在一個實施方案中，將基板溫度保持在低於約攝氏200度，例如低於攝氏100度，以便允許在基板上形成的介電質材料是可流動的而在形成於基板上的特徵內形成。在一個實施方案中，將處理室中的基板溫度保持在介於約室溫至約攝氏200度的範圍內，例如約低於攝氏100度，例如約攝氏30度和約攝氏80度之間。
在一些實施方案中，在沉積過程中施加RF功率來維持電漿。提供的RF功率介於約100 kHz和約100 MHz之間，例如約350 kHz或約13.56 MHz。或者，可以利用VHF功率來提供高達約27 MHz和約200 MHz之間的頻率。在一個實施方案中，可以供應介於約1000瓦和約10000瓦之間的RF功率。
在方塊104進行的製程的一個實例中，可以提供含矽前驅物到處理室，並在基板保持在處理室中的同時形成RF電漿。前驅物氣體可以是含碳前驅物。
在方塊106，將最小厚度的薄膜層沉積在基板上。最小厚度足以允許薄膜流動，並且足夠薄使得層只填充特徵的第一部分。然後停止前驅物流，並從處理室的基板處理區域中移除殘餘氣體。適用於本申請案的薄膜可以包括矽氧化物（SiOx
）、矽氮化物（SiNx
）、矽碳化物（SiCx
）、矽碳氮化物（Six
Cy
Nz
）、或多晶矽（Si）等等。因為可流動薄膜是黏性的，所以可流動薄膜必須具有一定的厚度，以確保完全覆蓋基板的表面。所沉積的每一層薄膜都必須具有最小的厚度，以確保薄膜的流動性。在一個實施方案中，層的厚度介於50埃和150埃之間。所屬技術領域中具有通常知識之人士將理解的是，層的厚度將取決於幾個因素，包括特徵的尺寸及所沉積的膜之本質。
在方塊108，可選地將電漿引入基板處理區域。在一些情況下，電漿可以是含氧電漿。氧化物薄膜對紫外線是透明的，使得在氧化物薄膜被沉積到下薄膜層的頂部之後，紫外線仍可穿透沉積的薄膜層到達下薄膜層。
在方塊110，將基板從基板處理區域轉移到固化腔室。在轉移步驟期間保持惰性環境並且不使基板暴露於不良的污染物。據信，保持真空條件對於在每個循環的這個階段防止薄膜層不理想地氧化是有用的。氧化可能會對生成的介電質薄膜的黏著性質或電性質產生負面影響。
在方塊112，在固化腔室中使基板暴露於來自光源的低溫紫外光。紫外光可從200-450瓦燈泡遞送，並且可以具有介於100 nm和250 nm之間的波長。曝光可以具有一分鐘的持續時間。然而，所屬技術領域中具有通常知識之人士將理解的是，UV光的功率和波長及曝光的持續時間將取決於沉積膜的本質和厚度。
返回方塊102，可以使基板返回沉積型處理室的基板處理區域。在轉移步驟期間將惰性環境保持在一個水平，使得基板不會暴露於污染物。再次地，保持真空條件對於在每個循環的這個階段防止薄膜層不理想地氧化是有用的。這重新開始沉積附加層、使用電漿預處理、以及使用紫外線固化的整個循環，之後循環再次開始。重複循環直到沉積和固化了所需的層數。在一個實施方案中，重複循環20次，使得20個層被沉積在基板上。所屬技術領域中具有通常知識之人士將理解的是，循環的次數將視特徵的深度、薄膜層的厚度、以及其他因素而改變。
在將循環重複期望的次數之後，在方塊114處理層疊的沉積膜以進行熱緻密化。在氧化物薄膜的情況下，熱緻密化是使用爐退火製程進行。
第2圖圖示依據一個實施方案用於沉積和固化薄膜層的基板處理系統200。如第2圖所圖示，一對前開式晶圓傳送盒202供應基板，基板被機器人手臂204接收並放入低壓保持區206，然後再被放入基板處理室208a-208f其中一個。可以使用第二機器人手臂210從保持區206傳送基板往返基板處理室208a-208f。
基板處理室208a-208f可以包括一個或更多個用於沉積、退火、固化、及/或蝕刻形成於基板上的特徵中的可流動薄膜(例如SiO、SiN、SiC、SiCN、多晶矽)、或其他薄膜的系統元件。在一個結構中，可以使用兩對處理室（例如208c-208d和208e-208f）在特徵中沉積可流動薄膜和預浸泡薄膜，而且可以使用第三對處理室（例如208a-208b）來處理沉積的薄膜，例如進行UV處理。使用此基板處理系統允許在恆定的真空環境內執行整個方法。使用整合的真空系統來進行沉積和固化製程可避免在循環製程正在進行時薄膜層不理想地氧化。
第3A-3E圖為正被依照依據本文所述實施方案的循環連續沉積和固化方法的一個實施方案填充的特徵之一系列剖面示意圖。第3A圖圖示在循環連續沉積和固化製程開始之前特徵310的剖面示意圖。基板300可以是矽基板、含矽-鍺基板、含III-V族化合物基板、或另一種適當的基板。基板300具有至少一個特徵310，例如溝槽、通孔、縫隙、或其他隔離特徵。在沉積處理程序期間，基板300被配置在基板支座320上。
在第3B圖中，第一材料層330被配置在基板300上。第一材料層330可以是含矽層，例如SiOx
、SiNx
、SiCx
、Six
Cy
Nz
、多晶矽、或其他薄膜。該材料層可以藉由使前驅物、蒸汽及/或氣體流入基板處理區域中來配置，其中基板支座320和基板300已被配置在該基板處理區域中。該前驅物、蒸汽或氣體可以是無碳的矽前驅物，例如矽和氮的前驅物、或矽和氫的前驅物、或含矽、氮及氫的前驅物、或另一種前驅物，包括含碳前驅物，如以上所討論。
在第一材料層的沉積過程中基板的溫度可以低於100 ℃。所屬技術領域中具有通常知識之人士將理解的是，在薄膜的沉積過程中基板的溫度可以視矽前驅物和電漿蒸汽或所用的氣體而改變。
第一材料層330具有厚度L1
。該特徵本身具有F的深度。厚度L1
至少是足以允許薄膜流動的最小厚度，而且厚度L1
足夠薄，使得該層只填充基板上的一個或更多個特徵310的第一部分。換句話說，厚度L1
小於深度F。提供小於特徵深度F的材料層厚度L1
將允許該層在紫外線固化步驟期間有更佳的光穿透，因此導致更均勻的薄膜特性。例如，材料層可以具有介於50 Å和150 Å之間、例如100 Å的厚度。據信，較薄的層將提供較高品質的薄膜，因為較薄的層傾向於促進介電質膜的光學和電性質之均勻性，如本文所討論。然而，較厚的層將提高產量，但風險是會有上面討論的整體填充沉積製程的問題。在將具有最小厚度的第一材料層330沉積在基板上並進入一個或更多個特徵310中之後，停止前驅物和氣體的流動，並將剩餘的前驅物和氣體泵出基板處理區域。
然後使用含氧電漿預處理第一材料層330，以製備用於固化的第一材料層330。含氧電漿可以包括以下中之一者或更多者：原子氧（O）、分子氧（O2
）、臭氧（O3
）、氫氧化物（例如H2
O、H2
O2
）、及氮氧化物（例如NO、NO2
、N2
O）、或其他含氧電漿物種。含氧電漿還可以包括含氧物種或自由基氧和羥基物種的離子，例如氧原子(O)、氫氧化物(OH)、及其他物種。
在第3C圖中，使基板300和第一材料層330暴露於低溫紫外光340。暴露於紫外光可以在與基板處理區域分開的固化腔室中發生。在暴露於紫外光的過程中，可以將基板配置在基座或基板支座上，基座或基板支座被保持在100℃或更低的溫度。暴露於紫外光340導致第一材料層330中產生交聯。在暴露於紫外光340之後，假使基板先前被從基板處理區域移到固化區域，則將基板送回到基板處理區域。
在第3D圖中，將具有厚度L2的第二材料層350沉積在先前沉積和固化的第一材料層330的頂部上。在一些實施方案中，第二材料層350可以使用與用以沉積第一材料層330的前驅物和氣體相同的前驅物和氣體沉積。第二材料層350的厚度L2可以等於或小於或大於第一材料層330的厚度L1。為了下面討論的原因，第二材料層厚度L2大於第一材料層厚度L1可能是較佳的。沉積第二材料層350之後，依據上述製程使用含氧電漿預處理第二材料層350，以製備用於固化的第二材料層350。
在第3E圖中，依據上述製程使基板300和第二材料層350和第一材料層330再次暴露於低溫紫外光340。暴露於紫外光可以再次在與基板處理區域分開的固化腔室中發生。暴露於紫外光340導致第二材料層350中產生交聯。暴露於紫外光還可能會導致位在第二材料層350下方的第一材料層330中進一步交聯。因為較早沉積的層中可能會發生持續的交聯，所以可能會產生梯度，在該梯度中材料的性質（例如交聯）橫跨沉積薄膜的深度而改變。為了在暴露於紫外光後調整下層的這種持續交聯，每個相繼沉積的材料層都可以具有大於沉積在它下面的材料層的厚度。然而，每個沉積的材料層都應具有允許可流動薄膜適度流動以改良沉積的多層薄膜疊層的材料性質之均勻性所需的最小厚度。此外，每個相繼沉積的材料層都可以屏蔽沉積在它下面的層免於多次暴露於紫外線固化製程。為了改善這種屏蔽作用，每個相繼沉積的材料層具有的厚度都可以大於沉積在它下面的層的厚度，以防止較早沉積的層過度固化。
在暴露於紫外光340之後，假使基板先前被從基板處理區域移到固化區域，則將基板送回到基板處理區域，在基板處理區域附加材料層可以被沉積、預處理、然後返回到固化腔室進行固化。雖然第3A-3E圖只圖示出兩個沉積材料層330和350，但該製程可以被重複多次、沉積許多材料層至少直到特徵被完全填滿。該製程的結果是具有改良的物理、電及材料性質均勻性的多層沉積薄膜，因此是更高品質的薄膜。
第4圖為依照依據本文所述實施方案的循環連續沉積和固化方法的一個實施方案填充的特徵之剖面示意圖。第4圖是可以從重複第1圖圖示的步驟產生的薄膜之示意圖，以視需要至少完全填充形成於基板上的特徵。基板300和其中的一個或更多個特徵310已被暴露於循環連續沉積和固化方法100的步驟並通過足夠的循環使得至少特徵310已被完全填充。因此，雖然第4圖只圖示出四個材料層330、350、360、370，但所屬技術領域中具有通常知識之人士將理解的是，還可以沉積許多更多的層。另外，雖然材料層330、350、360、370可能顯現出具有相似的厚度，但材料層330、350、360、370可以替代地具有不同的厚度，只要每個材料層都至少具有允許可流動薄膜流動所必需的最小厚度即可。如以上討論的，每個材料層的厚度也可以改變，使得每個相繼的材料層都可用來屏蔽它下面的一個層或多個層免於過度的紫外線固化。為此目的，每個相繼的材料層都可以比它下面的層更厚，使得材料層370比材料層360更厚；材料層360比材料層350更厚；材料層350比材料層330更厚；等等。
第5A圖和第5B圖為藉由傳統的整體填充沉積和固化製程的一種實施方案沉積的薄膜（第5A圖）及藉由循環連續沉積和固化製程的一種實施方案沉積的薄膜（第5B圖）之視覺表示。第5A圖圖示存在於藉由整體填充沉積和固化製程產生的薄膜之特徵內的梯度。因為第5A圖圖示的薄膜是以單一步驟沉積的，所以在固化製程期間提供的紫外線不會深入穿透薄膜，而且交聯和緻密化在表面附近發生地更徹底。第5A圖的箭頭表示此梯度，顯示交聯和緻密化的程度在薄膜的深度較靠近表面處增加。相對地，第5B圖圖示藉由循環連續沉積和固化製程所提供形成的沉積層堆疊之材料性質的增強均勻性。因為薄膜被沉積成多個薄層並循環地固化，所以不管深度為何，交聯更加一致。第5B圖圖示藉由十個循環的沉積和固化所提供的增強均勻性，但可以有多更多或少更多的沉積和固化循環，取決於薄膜的特殊需求。
貫穿薄膜深度的薄膜均勻性是薄膜品質的關鍵指標。理想上，貫穿薄膜的密度將是既高又均勻的。在一個實驗中，將藉由傳統整體填充沉積方法的一個實施方案沉積的薄膜之密度與藉由循環連續沉積的薄膜之一個實施方案沉積的薄膜之密度相比較。量測固化之前初沉積出的薄膜之密度為1.3 g/cc。量測單一製程整體填充沉積薄膜的密度為1.6 g/cc-1.7 g/cc，而且只在薄膜的表面18 nm內量測增加的密度。循環連續沉積薄膜的密度增加到1.9 g/cc-2.1 g/cc，而且穿過薄膜深度的改良密度是均勻的。這些結果展現出藉由循環連續沉積和固化方法所實現的改良和均勻密度。
第6圖為比較橫跨傳統整體填充沉積和固化的薄膜之折射率為深度的函數與藉由本文所述循環連續沉積和固化方法的一種實施方案沉積的薄膜之折射率為深度的函數之曲線圖。折射率是沉積薄膜的密度之指標，使得較高的折射率表示較緻密的薄膜。緻密化對於薄膜的品質是重要的，尤其是對於將在火爐退火的薄膜，例如氧化物薄膜。當薄膜在火爐退火時，薄膜的密度增加，從而導致薄膜層收縮。在火爐退火製程之前具有較高緻密化的薄膜將經歷有限的收縮及因此有限的應力。因此，薄膜在火爐退火步驟之前的緻密化是重要的，以改良最終薄膜的性質。
在第6圖中，測試使用整體填充沉積方法沉積的薄膜橫跨薄膜深度的折射率（n），並與依照本文所述循環連續沉積和固化方法的一個實施方案沉積的薄膜橫跨薄膜深度的折射率相比較。貫穿薄膜的深度，藉由循環連續沉積和固化製程沉積的薄膜顯示出比藉由單一沉積和固化製程沉積的薄膜更大的折射率、更小的穿過所形成的層堆疊的折射率變化、及因此更高的密度均勻度。在這種情況下，以250 nm的光波長量測單一製程整體填充沉積和固化製程與循環連續沉積和固化製程的折射率。對於單一循環沉積和固化方法（即在第6圖中標示為「1x」），在薄膜底部的折射率（約1.9）遠小於在薄膜表面的折射率（約2.2）。對於20個循環的循環連續沉積和固化方法（即在第6圖中標示為「循環」），橫跨薄膜深度的折射率變化遠較小，表示更高的密度均勻度及因此更高的薄膜品質。此外，在薄膜底部的折射率（高於2.3）甚至比在表面（約2.1）更高。據信，觀察到測得的折射率的這個相反效果或不同形狀是因為較深的層被固化較多次，從而導致在較深深度的密度比在表面的密度增加。
第7圖為比較橫跨傳統整體填充沉積和固化的薄膜之消光係數為深度的函數與藉由本文所述循環連續沉積和固化方法的一種實施方案沉積的薄膜之消光係數為深度的函數之曲線圖。消光係數（k）是薄膜中的交聯度之指標，使得較高的k值表示較大的交聯。在這種情況下，以250 nm的光波長量測單一製程整體填充沉積和固化製程與循環連續沉積和固化製程的消光係數。對於單一循環沉積和固化方法（即在第7圖中標示為「1x」），薄膜各處的消光係數較低，範圍從約0.2至小於0.3。對於循環連續沉積和固化方法（即在第7圖中標示為「循環」），薄膜各處的消光係數較高，範圍從約0.4至小於0.5。此外，藉由循環方法沉積的薄膜展現出在薄膜底部比在表面更高的消光係數，這與藉由單一沉積步驟製程沉積的薄膜相反。據信，觀察到測得的消光係數的這個相反效果或不同形狀是因為較深的層被固化較多次，從而導致在循環沉積薄膜的較深深度的交聯比在表面的交聯度增加。
第8圖為比較藉由傳統整體填充沉積和固化方法的一種實施方案沉積的薄膜之膜穩定性與藉由循環連續沉積和固化方法的一種實施方案沉積的薄膜之膜穩定性的曲線圖。隨時間變化的膜穩定性是薄膜品質的重要指標。品質較高的薄膜較不可能在暴露於空氣之後降解。在一個實驗中，圖示於第8圖，使用傅立葉轉換紅外線（FTIR）光譜來量測光在不同波長的吸收。量測藉由傳統整體填充沉積方法沉積的薄膜和藉由循環連續沉積方法沉積的薄膜，兩者皆在薄膜沉積之後7天進行。整體填充沉積的薄膜在與矽氧化物（SiOx
）關聯的波長具有附加峰，表示整體填充的薄膜暴露於空氣時已降解。相對地，循環沉積的薄膜沒有顯示與矽氧化物（SiOx
）波長關聯的峰，表示循環沉積產生的薄膜是較穩定的，而且暴露於空氣之後較不可能降解。這種穩定性允許沉積的不含氧可流動膜（例如SiN、SiC、SiCN、及多晶矽）形成不隨時間和空氣暴露降解或「老化」的薄膜。
第9圖為藉由傳統整體填充沉積和固化方法的一種實施方案沉積的薄膜與藉由循環連續沉積和固化方法的一種實施方案沉積的薄膜相比距離表面不同深度處的濕蝕刻速度比（WERR）之圖形描繪。較低的WERR表示提高的抗稀釋氫氟酸（DHF）性，表示更高品質的薄膜。這個實驗比較在500 ℃下熱緻密化之後薄膜對100：1的DHF之WERR。在第9圖中，上方的三條曲線顯示整體填充沉積的薄膜的三種實施方案在各種薄膜深度的WERR。底部的曲線顯示循環沉積的薄膜之WERR。在一個深度，循環沉積的薄膜顯示1.8的WERR，這明顯優於任一整體沉積薄膜的WERR（約3.2、約4.8、及約6.0）。在另一個在750 ℃下熱緻密化之後量測濕蝕刻速度比的實驗中，循環沉積的薄膜之WERR甚至比整體填充沉積的薄膜更低。
雖然其中可以實施本文描述的實施方案的特別設備沒有限制，但在由美國加州聖克拉拉的應用材料公司（Applied Materials, Inc., Santa Clara, Calif.）販售的Producer®
EternaTM FVCDTM系統、Producer®
OnyxTM系統、及Producer®
NanocureTM系統中實施該等實施方案是特別有益的。此外，可購自其他製造商的FCVD系統也可受益於本文描述的實施方案。
還可以在原子層沉積微影術中使用此製程在溝槽中實現均勻性。雖然本文中某些實施方案是針對CVD和ALD討論的，但還應該理解的是，本文描述的方法也可適用於其中薄膜厚度和均勻性是關鍵考量的所有應用。
雖然前述是針對本裝置和方法的實施方案，但仍可以在不偏離該裝置和方法的基本範圍下設計出該裝置和方法的其他和進一步的實施方案，而且該裝置和方法的範圍是由隨後的申請專利範圍決定。
100‧‧‧方法102‧‧‧方塊104‧‧‧方塊106‧‧‧方塊108‧‧‧方塊110‧‧‧方塊112‧‧‧方塊114‧‧‧方塊200‧‧‧基板處理系統202‧‧‧前開式晶圓傳送盒204‧‧‧機器人手臂206‧‧‧低壓保持區208a-f‧‧‧基板處理室210‧‧‧第二機器人手臂300‧‧‧基板310‧‧‧特徵320‧‧‧基板支座330‧‧‧第一材料層340‧‧‧紫外光350‧‧‧第二材料層360‧‧‧材料層370‧‧‧材料層F‧‧‧深度L1‧‧‧厚度L2‧‧‧厚度
為詳細瞭解上述本裝置和方法之特徵，可參照實施方案(其中一些圖示於附圖中)而對以上簡要概述的裝置和方法作更特定的描述。然而，應注意的是，附圖僅圖示本裝置和方法之典型實施方案，因此不應將該等附圖視為限制本裝置和方法之範圍，因本裝置和方法可認可其他同樣有效的實施方案。
第1圖為描繪依據本文所述實施方案的循環連續沉積和固化方法之一種實施方案的流程圖。
第2圖為依據本文所述實施方案的基板處理系統之一種實施方案的俯視示意平面圖。
第3A-3E圖為依照依據本文所述實施方案的循環連續沉積和固化方法之一種實施方案填充的溝槽之一系列剖面示意圖。
第4圖為依照依據本文所述實施方案的循環連續沉積和固化方法之一種實施方案填充的特徵之剖面示意圖。
第5A圖和第5B圖為藉由傳統的整體填充沉積和固化製程沉積的薄膜(5A)及藉由循環連續沉積和固化製程的一種實施方案沉積的薄膜(5B)之視覺表示。
第6圖為比較橫跨傳統整體填充沉積和固化的薄膜之折射率為深度的函數與藉由本文所述循環連續沉積和固化方法的一種實施方案沉積的薄膜之折射率為深度的函數之曲線圖。
第7圖為比較橫跨傳統整體填充沉積和固化的薄膜之消光係數為深度的函數與藉由本文所述循環連續沉積和固化方法的一種實施方案沉積的薄膜之消光係數為深度的函數之曲線圖。
第8圖為比較藉由傳統整體填充沉積和固化方法沉積的薄膜在七天後的膜穩定性與藉由循環連續沉積和固化方法的一種實施方案沉積的薄膜在七天後的膜穩定性之曲線圖。
第9圖為藉由傳統整體填充沉積和固化方法沉積的薄膜與藉由循環連續沉積和固化方法的一種實施方案沉積的薄膜相比距離表面不同深度處的濕蝕刻速度比（WERR）之圖形描繪。
為了便於理解，已在可能處使用相同的元件符號來指稱對於圖式相同的元件。構思的是，可以將一個實施方案的元件和特徵有益地併入其他實施方案中而無需進一步詳述。
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300‧‧‧基板
310‧‧‧特徵
320‧‧‧基板支座
330‧‧‧第一材料層
350‧‧‧第二材料層
360‧‧‧材料層
370‧‧‧材料層
Claims (16)
- 一種處理一基板的方法，包含以下步驟：在一基板的一特徵中形成一第一可流動膜，該第一可流動膜具有一厚度，其中該厚度小於該特徵之高度，該形成該第一可流動膜包含以下步驟：在該特徵中沉積該第一可流動膜；使該基板暴露於一含氧電漿；使該基板暴露於紫外光；以及重複該形成該第一可流動膜，以在該第一可流動膜上方形成一層或更多層的一第二可流動膜，其中當重複該形成該第一可流動膜時，每個相繼形成的層的一厚度大於一先前形成的層的一厚度，以避免每個先前形成的層的過度硬化，該第一可流動膜與該一層或更多層的該第二可流動膜一起具有等於或大於該特徵之高度的一膜厚度。
- 如請求項1所述之方法，其中該第一可流動膜的該沉積包含以下步驟：提供一含矽前驅物到一基板處理室中的一處理區域，其中該基板被配置在該基板處理室中；提供一氣體到一遠端電漿系統，以形成一電漿活化氣體；將至少一部分的該電漿活化氣體引入該處理區域 中；以及使該電漿活化氣體與該含矽前驅物反應以在該特徵中形成該可流動膜。
- 如請求項1所述之方法，其中使該基板暴露於該含氧電漿進一步包含使該基板暴露於一含氮電漿。
- 如請求項1所述之方法，其中使該基板暴露於該含氧電漿進一步包含使該基板暴露於一含碳電漿。
- 如請求項1所述之方法，其中使該基板暴露於紫外光進一步包含將該基板定位在一基座上，該基座被保持在低於100攝氏度，同時使該基板暴露於紫外光。
- 如請求項1所述之方法，進一步包含將沉積的膜退火。
- 如請求項1所述之方法，其中該第一可流動膜為不含氧化物的可流動膜。
- 一種在一基板中填充一特徵的方法，包含以下步驟：在該特徵中形成一第一可流動介電質膜，該第一可流動介電質膜具有一厚度，其中該厚度小於該特徵之高度，其中該形成該第一可流動介電質膜包含以下步 驟：提供一矽前驅物到一處理室中的一處理區域，其中該基板被配置在該處理室中；形成一電漿；及將至少一部分暴露於該電漿的一氣體引入該基板處理區域中；使該基板暴露於一含氧電漿；使該基板暴露於紫外光；以及重複該形成該第一可流動介電質膜，以在該第一可流動介電質膜上方形成附加層的可流動介電質膜，其中當重複該形成該第一可流動介電質膜時，每個相繼形成的層的一厚度大於一先前形成的層的一厚度，以避免每個先前形成的層的過度硬化，該第一可流動介電質膜與該附加層的該可流動介電質膜一起形成一膜疊層，該膜疊層具有一厚度，該厚度等於或大於該特徵的高度。
- 如請求項8所述之方法，其中該膜疊層具有一均勻的密度。
- 一種形成一層的方法，該方法包含以下步驟：使一不含氧前驅物流過一圖案化基板，該圖案化基板被置入一第一基板處理室中； 在該圖案化基板上方沉積一第一可流動介電質膜，該膜具有一厚度，其中該厚度小於該基板上一特徵的深度；使該圖案化基板暴露於一電漿；將該圖案化基板轉移到一第二基板處理室中，該第二基板處理室裝有一紫外光源；使該圖案化基板暴露於該紫外光源提供的紫外光；以及重複該沉積該第一可流動介電質膜，以在該第一可流動介電質膜上方形成附加層的可流動介電質膜，其中當重複該沉積該第一可流動介電質膜時，每個相繼形成的層的一厚度大於一先前形成的層的一厚度，以避免每個先前形成的層的過度硬化，該第一可流動介電質膜與該附加層的該可流動介電質膜一起形成一膜疊層，該膜疊層具有一均勻密度和一膜厚度，該膜厚度等於或大於該特徵的高度。
- 如請求項10所述之方法，其中該方法係在連續惰性的條件下進行。
- 如請求項10所述之方法，其中該電漿為含氧電漿。
- 如請求項10所述之方法，其中該電漿為含氮電漿。
- 如請求項10所述之方法，其中該電漿為含碳電漿。
- 如請求項10所述之方法，其中在該圖案化基板暴露於該紫外光的過程中，該圖案化基板被配置在一基座上，該基座被保持在攝氏100度以下。
- 如請求項10所述之方法，進一步包含將沉積的膜退火。
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