專利名稱：平滑的含硅膜的制作方法
平滑的含硅膜
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用 本申請(qǐng)要求于2010年9月13日提交的名稱為“ IN-SITU PLASMA-ENHANCEDCHEMICAL VAPOR DEPOSITION OF FILM STACKS”的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)序列 N0.61/382，465 ；于2010年9月13日提交的名稱為“SMOOTH SI LANE-BASED FILMS，”的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)序列 N0.61/382，468 ;于 2010 年 10 月 19 日提交的名稱為 “IN-SITU PLASMA-ENHANCEDCHEMICAL VAPOR DEPOSITION OF FILM STACKS，”的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)序列 N0.61/394，707 ；于2010年12月16日提交的名稱為“SMOOTH SLIC0N-C0NTAINING FILMS，”的美國非臨時(shí)專利申請(qǐng)序列N0.12/970,853的權(quán)益，其中的全部內(nèi)容通過引用并入本文用于所有目的。
背景技術(shù)：
圖案化用于三維(3D)存儲(chǔ)器設(shè)備的膜堆疊會(huì)是困難的。用于沉積膜層的一些常規(guī)的原子層沉積(ALD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)、以及等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝會(huì)產(chǎn)生不可接受的粗糙的膜，導(dǎo)致不可接受的膜層之間的界面混合，并且可以具有由在依次沉積的膜層之間的真空中斷引起的界面缺陷。隨著該膜堆疊的建立，產(chǎn)生的這些粗糙的膜的界面和界面缺陷會(huì)通過隨后沉積的層而放大，使得對(duì)于下游的圖案化工藝，膜堆疊的頂表面可能是不可接受的粗糙。此外，膜堆疊內(nèi)的界面缺陷可能導(dǎo)致3D存儲(chǔ)設(shè)備內(nèi)的結(jié)構(gòu)缺陷和/或電氣缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明描述了涉及沉積超平滑的含硅膜的各種實(shí)施方式。例如，一個(gè)公開的實(shí)施方式提供了一種在襯底上原位形成包括第一膜和第二膜的膜堆疊的方法，該第一膜具有與該第二膜不同的材料組分。該方法包括:在第一膜沉積階段，供給第一反應(yīng)物氣體混合物至處理站，使用該第一反應(yīng)物氣體混合物來保持第一等離子體，用該第一等離子體在該襯底上沉積該第一膜；且在第二膜沉積階段，并且沒有中間真空中斷，供給第二反應(yīng)氣體混合物至該處理站，使用該第二反應(yīng)氣體混合物來保持第二等離子體，用該第二等離子在該襯底上沉積該第二膜，以及控制該第二膜沉積階段的工藝參數(shù)，從而使該第二膜的絕對(duì)粗糙度隨著該第二膜的厚度的增加而減小。另一種公開的實(shí)施方式包括:供給含硅反應(yīng)物至等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積裝置；供給共反應(yīng)物至該等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積裝置；供給電容耦合等離子體至該等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積裝置的處理站，該等離子體包括從該含硅反應(yīng)物產(chǎn)生的硅自由基和從該共反應(yīng)物產(chǎn)生的共反應(yīng)物自由基；以及在該襯底上沉積該含硅膜，該含硅膜具有介于1.4和2.1之間的折射率，該含硅膜還具有在硅襯底上測(cè)量的(即，在硅襯底上直接沉積的膜上測(cè)量的)小于或等于4.5埃的絕對(duì)粗糙度。提供本發(fā)明內(nèi)容以引入簡化形式的構(gòu)思的選擇，在下面的具體實(shí)施方式
中詳細(xì)描述了這些構(gòu)思。本發(fā)明內(nèi)容并不意圖確定權(quán)利要求的主題的關(guān)鍵特征或基本特征，也不意圖用于限制權(quán)利要求保護(hù)的主題的范圍。此外，權(quán)利要求保護(hù)的主題的范圍并不限于解決本公開的任何部分中指出的任何或所有缺點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)方式。


圖1示意性地示出了沉積在襯底上的包括第一膜和第二膜的交替層的膜堆疊的示例性實(shí)施方式。圖2示出了沉積在包括11對(duì)交替的SiN/Si02層的膜堆疊的頂部的示例性基于原硅酸四乙酯(TEOS)的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD) SiO2膜的表面的原子力顯微鏡(AFM)圖像。圖3示出了沉積在包括11對(duì)交替的SiN/Si02層的膜堆疊的頂部的示例性常規(guī)的基于硅烷的PECVD SiO2膜的表面的原子力顯微鏡(AFM)圖像。圖4示出了根據(jù)本公開的實(shí)施方式沉積在包括14對(duì)交替的SiN/Si02層的膜堆疊的頂部的示例性超平滑的PECVD SiO2膜的表面的原子力顯微鏡(AFM)圖像。圖5示意性地示出了常規(guī)的PECVD和原子層沉積(ALD)的SiO2膜和根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式沉積的示例性超平滑的PECVD SiO2膜之間的絕對(duì)粗糙度的比較。圖6示意性地示出了包括根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方式沉積的示例性超平滑的PECVD SiO2膜、與氮化硅膜交替的超平滑的PECVD SiO2膜的堆疊的一個(gè)實(shí)施方式。圖7示意性地示出了在圖6中示意性地示出的膜堆疊的頂部根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方式沉積的超平滑的PECVD SiO2膜。圖8示出了在圖6中示意性地示出的膜堆疊的頂部暴露的氮化硅表面的AFM圖像。圖9示出了在圖7中示意性地示出的膜堆疊的頂部根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方式沉積的300埃的超平滑的PECVD SiO2膜的表面的AFM圖像。圖10示出了在圖7中示意性地示出的膜堆疊的頂部根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方式沉積的3000埃的超平滑的PECVD SiO2膜的表面的AFM圖像。圖11示意性地示出了包括根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方式沉積的示例性超平滑的PECVD SiO2膜、與氮化硅膜交替的超平滑的PECVD SiO2膜的膜堆疊的另一實(shí)施方式。圖12圖示地示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方式沉積的超平滑的PECVD SiO2膜、常規(guī)的基于TEOS的PECVD SiO2膜、以及常規(guī)的基于硅烷的PECVD SiO2膜的厚度與這些膜的絕對(duì)粗糙度測(cè)量值之間的示例性關(guān)系。圖13示意性地示出了在圖11示意性地示出的膜堆疊的頂部上沉積的氮化硅膜。圖14圖示地示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方式沉積的超平滑的PECVD SiO2膜、常規(guī)的基于TEOS的PECVD SiO2膜、以及常規(guī)的基于硅烷的PECVD SiO2膜的厚度與沉積在這些SiO2膜中的每一個(gè)上的800埃的氮化硅膜的絕對(duì)粗糙度測(cè)量值之間的示例性關(guān)系。圖15示出了流程圖，其示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方式沉積超平滑的PECVD含硅膜的方法。圖16圖示地示出了常規(guī)的PECVD SiO2膜和根據(jù)本公開的實(shí)施方式沉積的超平滑的PECVD SiO2膜的表面粗糙度和硅烷流率之間的示例性關(guān)系。圖17圖示地示出了用于在圖7中所示的示例性膜的硅烷流率和SiO2膜沉積速率之間的不例關(guān)系。
圖18圖示地示出了根據(jù)本公開的實(shí)施方式沉積的超平滑的PECVD SiO2膜的處理站壓強(qiáng)和SiO2膜的沉積速率之間的關(guān)系，從具有類似的硅烷流率但不同的總的氣體流率的超平滑的PECVD工藝中沉積該SiO2膜。圖19圖示地示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方式沉積的超平滑的PECVD SiO2膜的膜應(yīng)力、SiO2膜的沉積速率和硅烷的流率之間的關(guān)系。圖20圖示地示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方式沉積的超平滑的PECVD SiO2膜的月吳應(yīng)力、襯底彎曲(bow)和I吳厚度之間的關(guān)系。圖21圖示地示出了傅里葉變換紅外光譜的比較，其示出了熱生長的3102膜、基于TEOS的PECVD SiO2膜和根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式沉積的超平滑的PECVD SiO2膜的S1-O的伸縮模式數(shù)據(jù)。圖22圖示地示出了根據(jù)本公開的實(shí)施方式沉積的超平滑的PECVD SiO2膜的絕對(duì)粗糙度與高頻等離子體的功率電平之間的關(guān)系。圖23圖示地示出了根據(jù)本公開的實(shí)施方式沉積的超平滑的PECVD SiO2膜的處理站壓強(qiáng)與絕對(duì)粗糙度的依賴關(guān)系。圖24圖示地示出了根據(jù)本公開的實(shí)施方式沉積的超平滑的PECVD SiO2膜的襯底范圍內(nèi)非均勻性與處理站壓強(qiáng)之間的關(guān)系。圖25圖示地示出了根據(jù)本公開的實(shí)施方式沉積的超平滑的PECVD SiO2膜的沉積速率和氬氣的流率之間的關(guān)系。圖26圖示地示出了根據(jù)本公開的實(shí)施方式沉積的超平滑的PECVD SiO2膜的絕對(duì)粗糙度和氬氣的流率之間的關(guān)系。圖27圖示地示出了傅里葉變換紅外光譜的另一比較，其示出根據(jù)本公開的實(shí)施方式沉積的示例性超平滑的PECVD氧化硅膜和硅氮化物膜的S1-O鍵伸縮模式數(shù)據(jù)。圖28圖示地示出了傅里葉變換紅外光譜的一比較，其示出了示例性常規(guī)的氮化硅膜和根據(jù)本公開的實(shí)施方式沉積的示例性超平滑的PECVD氮化硅膜的S1-N鍵伸縮模式數(shù)據(jù)。圖29圖示地示出了傅里葉變換紅外光譜的另一比較，其示出示例性常規(guī)的氮化硅膜和根據(jù)本公開的實(shí)施方式沉積的示例性超平滑的PECVD氮化硅膜的N-H鍵伸縮模式數(shù)據(jù)。圖30圖示地示出了傅里葉變換紅外光譜的另一比較，其示出示例性常規(guī)的氮化硅膜和根據(jù)本公開的實(shí)施方式沉積的示例性超平滑的PECVD氮化硅膜的S1-H鍵伸縮模式數(shù)據(jù)。圖31示意性地示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方式的處理站。圖32示意性地示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方式的多站處理工具。圖33示意性地示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方式的另一多站處理工具。圖34示意性地示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方式的另一多站處理工具。
具體實(shí)施例方式諸如NAND閃存等一些存儲(chǔ)設(shè)備以兩維陣列排列。因?yàn)檫@些存儲(chǔ)設(shè)備僅限于平面排列，裸片尺寸和存儲(chǔ)密度參數(shù)會(huì)限制設(shè)備的總內(nèi)存容量。反過來，向較大管芯(die)尺寸發(fā)展以擴(kuò)展存儲(chǔ)器容量會(huì)相對(duì)增加存儲(chǔ)設(shè)備的成本，這會(huì)延遲采用較大容量的存儲(chǔ)設(shè)備。最近，已經(jīng)提出了一些用于將存儲(chǔ)器柵(gate)布置成三維(3D)陣列的方法。這些方法中的一些引入通過圖案化交替的膜組合物的堆疊形成的晶體管。圖1示意性地示出了包括在襯底106上的第一膜102和第二膜104的交替層的膜堆疊100的實(shí)施例。圖案化這樣的膜堆疊會(huì)是困難的。例如，產(chǎn)生于沉積的粗糙的膜表面和/或由在沉積事件之間的真空中斷引起的膜開裂可以導(dǎo)致在隨后沉積的層中的褶皺。隨著膜堆疊的建立，這些褶皺可以擴(kuò)大規(guī)模，并可能導(dǎo)致在下游的圖案化操作中的對(duì)焦、曝光和蝕刻問題。因此，每個(gè)層高度平滑是合乎期望的。用于沉積這樣的二氧化硅膜的一些方法包括使用基于原硅酸四乙酯(Si (OC2H5)4,或TE0S)的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝或基于硅烷的PECVD工藝。然而，這些常規(guī)的PECVD工藝會(huì)產(chǎn)生不可接受的粗糙的膜。例如，用于沉積二氧化硅的常規(guī)的基于硅烷的PECVD工藝對(duì)于沉積在裸硅襯底上的1000埃的膜顯示出7.2埃的絕對(duì)粗糙度(Ra)，而用于沉積Si02的常規(guī)的基于TEOS的PECVD工藝對(duì)于在硅襯底上沉積的1000埃的膜顯示出4.5埃Ra的粗糙度(即，在裸硅襯底上直接沉積的膜測(cè)量的)。堆疊的粗糙的膜的效果可以是累加的，使得膜堆疊的頂表面比單獨(dú)的薄會(huì)更粗糙。圖2和3示出了由原子力顯微鏡(AFM)測(cè)量的示例性SiN/Si02膜堆疊的表面粗糙度的圖像。圖2示出了使用基于TEOS的PECVDSiO2沉積工藝的具有11對(duì)SiN/Si02膜的膜堆疊的AFM圖像200。作為參考，在裸硅襯底上沉積的1000埃的氮化硅膜的粗糙度是5.1埃Ra。在如圖2所示的實(shí)施例中，在膜堆疊的頂部的基于TEOS的SiO2膜顯示出約9.9-10.6埃Ra的粗糙度。圖3示出了使用基于硅烷的PECVDSiO2工藝(例如，以約500-600sccm的流率使用硅烷)的具有11交替對(duì)的SiN/Si02膜的膜堆疊的AFM圖像300。在圖3所示的實(shí)施例中，SiO2膜具有約17至19埃Ra的粗糙度。因此，可以理解的是，常規(guī)的PECVD SiO2工藝可以沉積比基底膜更粗糙的膜。用于沉積平滑的二氧化硅膜的一些其他方法采用高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)工藝。然而，HDP-CVD工藝通常采用大于2 X 101°離子/厘米3的離子密度。當(dāng)沉積SiO2層時(shí)，如此高的離子密度沉積環(huán)境會(huì)非選擇性濺射基底膜。這會(huì)導(dǎo)致不可接受的層間氧化，有可能導(dǎo)致在膜界面的電氣缺陷或結(jié)構(gòu)缺陷。另外，HDP-CVD工藝通常使用感應(yīng)耦合等離子體源，其相對(duì)于用于PECVD工藝的電容耦合等離子體源是較為昂貴的，并且在工藝過程中相對(duì)地更容易產(chǎn)生缺陷。此外，因?yàn)镠DP-CVD工藝設(shè)備可能不適合用于原位沉積多于一種的膜成分，在處理過程中可能需要真空中斷，這有可能導(dǎo)致包含層間缺陷和額外設(shè)備費(fèi)用。因此，本發(fā)明公開涉及使用電容耦合等離子體源沉積超平滑的含硅膜的各種實(shí)施方式，超平滑的含硅膜包括如氧化硅(例如，SiO2和其子-氧化物)、硅氧氮化物、和氮化硅等介電膜，和如多晶硅和無定形硅等導(dǎo)電膜。在一些實(shí)施方式中，可以在處理工具中原位沉積超平滑的含硅膜的交替層(例如，在沉積階段之間沒有真空中斷和/或空氣暴露)。示例性膜堆疊包括但不限于二氧化硅和氮化硅的交替層、多晶硅和二氧化硅的交替層、多晶硅和氮化娃的交替層、以及摻雜的和未摻雜的無定形娃和/或多晶娃的交替層。作為一個(gè)實(shí)施例，圖4示出了具有14交替對(duì)的氮化硅膜和根據(jù)本公開的超平滑的PECVD工藝沉積的超平滑的二氧化硅膜的膜堆疊的AFM圖像400。在圖4所示的實(shí)施例中，超平滑的PECVD SiO2的頂層具有約4.6埃Ra的粗糙度，與如上所述并示于圖2和3常規(guī)的PECVD SiO2工藝相比，顯示出表面粗糙度大于2倍關(guān)系的改善，但在氮化硅的表面上沉積的一些超平滑的PECVD 二氧化硅膜(在下面更詳細(xì)討論)顯示出約3.6埃Ra的粗糙度值。另外，如上面所解釋的，在裸硅襯底上沉積的1000埃的氮化硅膜的粗糙度是5.1埃Ra。因此，可以理解的是，在一些實(shí)施方式中，超平滑的PECVD SiO2I藝可以提供粗糙度小于基底膜的粗糙度的頂部表面。例如，在一些實(shí)施方式中，超平滑的PECVD SiO2膜可以具有絕對(duì)粗糙度，其為基底膜的粗糙度的約90%或以下。不期望由理論限制，可以相信的是，在一些實(shí)施方式中，在相比于氣相聚合反應(yīng)和吸附反應(yīng)，以明顯更快的速率和/或以更大的密度發(fā)生表面吸附、重排和/或組裝反應(yīng)的條件下，可產(chǎn)生超平滑的PECVD膜的超平滑的特性。在這樣的條件下，在等離子體中產(chǎn)生的自由基比其在襯底上方的氣相中反應(yīng)，可能相對(duì)更容易吸附在襯底上，并連接在襯底表面。因此，根據(jù)本公開的超平滑的PECVD工藝可提供具有基本不依賴于膜厚的絕對(duì)粗糙度的膜。例如，在一些實(shí)施例中，超平滑的PECVD SiO2膜對(duì)于高達(dá)3000埃的膜厚度可以顯示出在硅襯底上測(cè)量的小于或等于4.5埃的表面粗糙度。例如，圖5示出比較表面絕對(duì)粗糙度作為通過各種示例性工藝在裸硅襯底上沉積的二氧化硅膜的膜厚的函數(shù)的曲線圖500，各種示例性工藝包括常規(guī)的基于硅烷的PECVD工藝實(shí)施例(點(diǎn)502)，常規(guī)的基于TEOS的PECVD工藝實(shí)施例(點(diǎn)504)，以及通過根據(jù)本公開的示例性超平滑的PECVD工藝沉積的示例性超平滑的二氧化硅膜(點(diǎn)506)。通過圖5所示的常規(guī)的PECVD工藝制備的示例性膜可以被表征為具有發(fā)生速率超過表面組裝和重排反應(yīng)的氣相聚合反應(yīng)。因此，隨著增加的膜厚度，點(diǎn)502和點(diǎn)504趨于增加絕對(duì)粗糙度。相反，示于圖5的示例性超平滑的PECVD 二氧化硅膜對(duì)于高達(dá)3000埃的膜厚度顯示了約2.5埃Ra的表面粗糙度，同時(shí)具有基本恒定的絕對(duì)粗糙度。圖5還示出了通過高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)工藝沉積的示例性二氧化硅膜和上面討論的超平滑PECVD沉積的二氧化硅膜實(shí)施例之間的比較。如圖5所示，示例的超平滑的PECVD 二氧化硅膜具有與示例性HDP-CVD 二氧化硅膜(點(diǎn)508)基本相同的絕對(duì)表面粗糙度。然而，如上面所解釋的，HDP-CVD工藝會(huì)損壞基底膜并無法在原位制備膜堆疊。與此相反，如在下面詳細(xì)解釋的，可以沉積超平滑的PECVD膜，而無需使用高離子密度(例如，用小于2 X IOltl離子/厘米3的離子密度)，并因此可以與基底膜保持相對(duì)突變的界面成分邊界。此外，當(dāng)構(gòu)建膜堆疊時(shí)可以與其他膜工藝一起在原位沉積超平滑的PECVD膜，這有可能避免真空中斷。圖5還示出通過原子層沉積(ALD)工藝沉積的示例性SiO2膜(點(diǎn)510)和上面描述的超平滑的PECVD膜示例之間的比較。如常規(guī)的PECVD工藝，通過ALD工藝沉積的示例性膜顯示了絕對(duì)粗糙度增加依賴于厚度。雖然理論上ALD工藝依次地沉積單層膜，但隔離的沉積前體中的吸附差異可以導(dǎo)致形成凝聚相前體的域(例如，表面可以同時(shí)包括化學(xué)吸附和物理吸附的前體)。這些域可以導(dǎo)致膜的非化學(xué)計(jì)量的區(qū)域的產(chǎn)生，這可以導(dǎo)致膜中的晶格缺陷和表面粗糙。隨后沉積的層會(huì)放大表面粗糙的效果。此外，無論是在產(chǎn)量成本還是設(shè)備成本中，在ALD中使用的逐層的沉積工藝比PECVD工藝相對(duì)更昂貴。與此相反，不希望受理論的約束的情況下，相對(duì)較低的表面能、平坦的表面(例如，接近熱力學(xué)穩(wěn)定的終止表面的本征粗糙度的表面)可以提供一種使得通過表面重排和裝配反應(yīng)能夠自平面化沉積膜的驅(qū)動(dòng)力。因此，在一些實(shí)施方式中，在較粗糙的膜上沉積的超平滑的PECVD膜仍然可以具有超平滑特性。這可以提供膜堆疊的高度平滑的表面，即使該膜堆疊包括較粗糙的基底膜。例如，圖6示意性地示出了膜堆疊600的實(shí)施方式，膜堆疊600包括具有約2.3埃/秒的沉積速率的示例的超平滑的PECVD SiO2膜。圖6中所示的示例包括與多個(gè)800埃的氮化硅膜602交疊的多個(gè)300埃的超平滑的PECVD SiO2膜604，以及多個(gè)1000埃的超平滑的PECVD SiO2膜606。最后在堆疊600的頂部沉積具有頂表面610的800埃的氮化硅膜(層602A)。圖7示意性地示出了沉積在膜堆疊600的頂部的超平滑的PECVD SiO2膜(層702)的頂層。圖8示出了暴露在圖6中示意性地示出的膜堆疊600的頂部的氮化硅表面610的AFM圖像800。如由AFM測(cè)量，氮化硅表面610呈現(xiàn)約6.9埃的絕對(duì)粗糙度。為了進(jìn)行比較，在具有相同數(shù)量的二氧化硅和氮化硅的交替層的、其中常規(guī)的基于TEOS的PECVD SiO2膜取代超平滑的PECVD SiO2膜的膜堆疊上沉積的800埃的氮化硅膜具有約10埃的絕對(duì)粗糙度。因此，超平滑的PECVD SiO2膜相對(duì)于基于TEOS的PECVD SiO2膜在交疊的氮化硅的頂部產(chǎn)生較平滑的表面。隨后在氮化硅層的頂部沉積超平滑的PECVD SiO2膜層可以提供相對(duì)于氮化硅層的粗糙度的在頂表面粗糙度的額外的改進(jìn)。例如，圖9和10分別顯示在圖7中示意性地示出的超平滑的PECVD SiO2膜層702的頂表面710的AFM圖像900和1000。如通過AFM測(cè)量，當(dāng)沉積的層702在300埃的厚度(在圖9中所示)時(shí)，超平滑的PECVD SiO2頂表面710具有約5.4埃的絕對(duì)粗糙度，具有由下伏的氮化硅膜顯示的粗糙度的約80%的粗糙度。此夕卜，超平滑的PECVD SiO2膜的相對(duì)較厚的層可提供相對(duì)平滑的頂面。例如，當(dāng)層702沉積有3000埃的厚度(圖10中所示)時(shí)，其具有約3.6埃的絕對(duì)粗糙度，具有由下伏的氮化硅膜顯示的粗糙度的約50%的粗糙度。相反，當(dāng)常規(guī)的基于TEOS的PECVD SiO2膜取代超平滑的PECVD SiO2膜時(shí)，由氮化硅膜顯示的表面粗糙度相比較，沒有表面粗糙度的減少。具體而言，300埃厚的和3000埃厚的基于TEOS的PECVD SiO2膜中的每一個(gè)展現(xiàn)約10埃的絕對(duì)粗糙度。如上所述，在一些實(shí)施方式中，隨著超平滑的PECVD膜的厚度增加，超平滑的PECVD膜會(huì)顯示出減少的表面粗糙度。圖11和圖12示出這樣的實(shí)施方式的另一實(shí)施例。圖11示意性地示出了包括沉積在襯底106上的1000埃厚的常規(guī)的基于硅烷的PECVD SiO2膜層1102的膜堆疊1100的實(shí)施例。在層1102的頂部沉積800埃厚的氮化硅層1104。作為參考，層1104的粗糙度是約16.3埃Ra。圖11還示出了示例性超平滑的PECVD SiO2膜層1106的頂表面1108，層1106被沉積在層1104的頂部。圖12示出了曲線圖1200，其示出以約2.3埃/秒沉積的示例性超平滑的PECVD SiO2膜的層1106的厚度和表面1108的粗糙度之間的示例性關(guān)系1202。如圖12所示，超平滑的PECVD SiO2膜顯示了對(duì)于厚度高達(dá)約3000埃的超平滑的PECVD SiO2膜的厚度和表面粗糙度的反比關(guān)系。為了比較，曲線1204和1206不描繪常規(guī)的基于硅烷的與基于TEOS的PECVD工藝之間的厚度和表面粗糙度數(shù)據(jù)的反比關(guān)系。當(dāng)按照通過常規(guī)的PECVD膜單獨(dú)地顯示的厚度和表面粗糙度之間的正比關(guān)系觀察時(shí)(在圖5中示出)，在圖12中所示的數(shù)據(jù)表明，不像常規(guī)的PECVD膜，增加示例性超平滑的PECVD膜的厚度可以相對(duì)于基底膜的表面粗糙度相對(duì)地改善膜堆疊的表面。在一些實(shí)施方式中，增加超平滑的PECVD膜的厚度可以降低在超平滑的PECVD膜的頂部上沉積的膜的粗糙度，如在圖13和14中的實(shí)施例所示。圖13示意性地示出了圖11的膜堆疊1100，包括800埃厚的氮化硅層1304沉積在其上的示例性超平滑的PECVD SiO2膜層1106。圖14示出了曲線圖1400，其示出了層1106的厚度與氮化硅層1304的表面1308的粗糙度之間的反比關(guān)系1402。例如，對(duì)于氮化硅層1304下面的1000埃厚的超平滑的PECVD SiO2膜層1106，氮化硅表面1308展現(xiàn)出約12.6埃的絕對(duì)粗糙度，或約氮化硅層1104的粗糙度的77%，以及具有與超平滑的PECVD SiO2薄膜層1106基本相同的粗糙度。為了進(jìn)行比較，點(diǎn)1404和1406描繪了常規(guī)的基于硅烷的PECVD工藝和基于TEOS的PECVD工藝的厚度粗糙度的依賴關(guān)系的數(shù)據(jù)，分別為層1304的粗糙度的約92%和89%。圖15示出了流程圖，其示出用于沉積超平滑的PECVD含硅膜的方法1500的示例性實(shí)施方式。方法1500包括在1502供給反應(yīng)氣體或反應(yīng)氣體混合物至處理站。在1504，方法1500包括保持電容耦合等離子體以產(chǎn)生反應(yīng)氣體和/或包含在反應(yīng)氣體混合物中的惰性氣體的自由基和活性物質(zhì)。如在下面更詳細(xì)解釋的，在1506中，方法1500包括當(dāng)在襯底表面上沉積膜時(shí)，控制工藝參數(shù)以控制膜表面的絕對(duì)粗糙度。例如，在一些實(shí)施方式中，在膜沉積階段期間可以控制一個(gè)或多個(gè)工藝參數(shù)，以便使該膜的的絕對(duì)粗糙度隨著膜厚度的增加而減小。在另一個(gè)實(shí)施例中，在一些實(shí)施方式中，在膜沉積階段期間可以控制一個(gè)或多個(gè)工藝參數(shù)，以便控制絕對(duì)粗糙度至低于預(yù)定閾值。在一個(gè)方案中，例如，可以控制具有介于約1.4和2.1之間的折射率的超平滑的PECVD含硅膜的絕對(duì)粗糙度至在裸硅襯底上測(cè)量的低于4.5埃?？梢岳斫獾氖牵梢酝ㄟ^包含在處理工具中的任何合適的控制器進(jìn)行工藝參數(shù)的控制。在下面更詳細(xì)描述示例性控制器。雖然方法1500是指沉積單層的超平滑的PECVD膜的方法，但可以理解的是，在一些實(shí)施方式中，方法1500可以代表原位膜堆疊沉積工藝的超平滑的PECVD膜沉積階段。因此，在一些實(shí)施方式中，可以進(jìn)行合適數(shù)量的方法1500的實(shí)例以構(gòu)建膜堆疊。在一個(gè)實(shí)施方式中，超平滑的PECVD未摻雜的硅膜(在下面更詳細(xì)地討論)層可以與超平滑的PECVD摻雜娃膜的層交替來構(gòu)建超平滑的交替的未摻雜的娃膜/摻雜的娃膜堆疊。在另一實(shí)施例中，超平滑的PECVD未摻雜的硅膜的層可以與超平滑的PECVD氧化硅膜的層交替。因此，在一些實(shí)施方式中，合適的超平滑的PECVD工藝可以用于沉積膜堆疊中的每個(gè)層。在一個(gè)方案中，例如，超平滑的氧化硅的層可以與超平滑的氮化硅的層交替。在另一方案中，超平滑的硅氧化物的層也可以與常規(guī)的氮化硅膜的層交替?？蛇x地，在其他實(shí)施方式中，合適數(shù)量的方法1500的實(shí)例可包括，在一個(gè)或多個(gè)合適的時(shí)間間隔，用其他合適的沉積工藝(例如，PECVD, CVD或ALD工藝)來原位構(gòu)建膜堆疊。在一個(gè)實(shí)施例中，超平滑的PECVD 二氧化硅膜可以與PECVD氮化硅膜交替，以形成與圖4所示的類似的交替的二氧化硅/氮化硅膜堆疊。在另一實(shí)施例中，常規(guī)沉積的膜可以覆蓋有合適厚度的超平滑的PECVD膜。此外，可以理解的是，在一些實(shí)施方式中，調(diào)節(jié)膜堆疊的沉積方案可以在原位的基礎(chǔ)上提供調(diào)整膜堆疊的體型屬性(例如，晶片曲面)的方法，同時(shí)仍然提供可接受的頂表面粗糙度，以及，在一些實(shí)施方式中，提供超平滑的圖案化表面，同時(shí)實(shí)現(xiàn)更快的基底層的沉積速率。
繼續(xù)參考圖15，下面參照示例的超平滑的PECVD 二氧化硅膜工藝描述控制一個(gè)或多個(gè)工藝參數(shù)以控制膜表面的絕對(duì)粗糙度的方法的各種實(shí)施例。例如，在處理工具的一個(gè)或多個(gè)處理站中可以使用硅烷和一氧化二氮(N2O)沉積超平滑二氧化硅膜。表I提供了使用示例性四站處理工具(在下面更詳細(xì)描述的實(shí)施方式)沉積超平滑的PECVD 二氧化硅膜的非限制性示例的工藝條件。
權(quán)利要求
1.一種在等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積裝置中在襯底上形成含硅膜的方法，所述方法包括: 供給含硅反應(yīng)物至所述等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積裝置； 供給共反應(yīng)物至所述等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積裝置； 供給電容耦合等離子體至所述等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積裝置的處理站，所述等離子體包括從所述含硅反應(yīng)物產(chǎn)生的硅自由基和從所述共反應(yīng)物產(chǎn)生的共反應(yīng)物自由基；以及在所述襯底上沉積所述含硅膜，所述含硅膜具有介于1.4和2.1之間的折射率，所述含硅膜進(jìn)一步具有在硅襯底上測(cè)量的小于4.5埃的絕對(duì)粗糙度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述含硅膜是二氧化硅膜，并且其中，在厚度范圍為高達(dá)3000埃的所述二氧化硅膜中，所述二氧化硅膜具有在硅襯底上測(cè)量的小于4.5埃的絕對(duì)粗糙度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述 的方法，其中，所述共反應(yīng)物包括NH3、N2O,CO和CO2中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述含硅反應(yīng)物包括硅烷、乙硅烷、鹵素取代硅燒和燒基取代娃燒中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述等離子體具有小于2X 101°離子/厘米3的離子密度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括通過供應(yīng)包含所述共反應(yīng)物的量是所述含硅反應(yīng)物的量的至少150倍的處理氣體混合物來控制所述含硅膜的絕對(duì)粗糙度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中提供等離子體至所述襯底包括產(chǎn)生高頻等離子體。
8.—種在襯底原位形成包括第一膜和第二膜的膜堆疊的方法，所述第一膜具有與所述第二膜不同的材料組分，所述方法包括: 在第一膜沉積階段， 供給第一反應(yīng)氣體混合物至處理站， 使用所述第一反應(yīng)氣體混合物來保持第一等離子體， 用所述第一等離子體，在所述襯底上沉積所述第一膜；以及在第二膜沉積階段，且沒有中間的真空中斷， 供給第二反應(yīng)氣體混合物至所述處理站， 使用所述第二反應(yīng)氣體混合物保持第二等離子體， 用第二等離子體，在所述襯底上沉積所述第二膜，以及， 控制所述第二膜沉積階段的工藝參數(shù)，從而使所述第二膜的所述絕對(duì)粗糙度隨著所述第二膜的厚度的增加而減小。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述第一膜是多晶硅膜和不定型硅膜中的一種，且其中，所述第二膜是具有介于1.4和2.1之間的折射率的含硅膜，所述含硅膜進(jìn)一步具有在硅襯底上測(cè)量的小于4.5埃的絕對(duì)粗糙度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述第一膜包括硼摻雜劑、砷摻雜劑和磷摻雜劑中的一個(gè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述第一膜是氮化硅膜，且其中所述第二膜是具有介于1.4和2.1之間的折射率的含硅膜，所述含硅膜進(jìn)一步具有在硅襯底上測(cè)量的小于4.5埃的絕對(duì)粗糙度。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，相對(duì)于所述第一膜的絕對(duì)粗糙度，增加所述第二膜的厚度就減小了第三膜的絕對(duì)粗糙度，所述第三膜是在第三膜沉積階段與所述第一膜沉積階段和所述第二膜沉積階段原位沉積的。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，控制所述第二膜沉積階段的所述工藝參數(shù)包括供給在所述第二反應(yīng)氣體混合物中的含硅反應(yīng)物的量的比例等于或小于所述第二反應(yīng)氣體混合物的總量的1: 150。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，控制所述第二膜沉積階段的所述工藝參數(shù)包括用電容耦合等離子體源產(chǎn)生所述第二等離子體。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，控制所述第二膜沉積階段的所述工藝參數(shù)包括在8乇或少于8乇的處理站壓強(qiáng)產(chǎn)生所述第二等離子體。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，控制所述第二膜沉積階段的所述工藝參數(shù)包括在所述第二等離子體中保持小于2X 101°離子/厘米3的離子密度。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，控制所述第二膜沉積階段的所述工藝參數(shù)包括供給惰性氣體至所述第二等離子體。
18.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其進(jìn)一步包括: 施加光致抗蝕劑至所述襯底； 將所述光致抗蝕劑曝光； 用圖案將所述抗蝕劑圖案化并轉(zhuǎn)移所述圖案到所述襯底上；以及 從所述襯底選擇性地去除所述光致抗蝕劑。
19.一種等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積裝置，其被配置為在襯底上沉積含硅膜，所述裝置包括: 處理站； 用于將含硅反應(yīng)物供給至所述處理站的第一反應(yīng)物供給器； 用于將共反應(yīng)物供給至所述處理站的第二反應(yīng)物供給器； 電容耦合等離子體源；以及 控制器，其被配置為控制所述電容耦合等離子體源以保持等離子體并控制所述處理站的一個(gè)或多個(gè)工藝參數(shù)來實(shí)現(xiàn)具有介于1.4和2.1之間的折射率和在硅襯底上測(cè)量的小于4.5埃的絕對(duì)粗糙度的含硅膜的沉積。
20.一種系統(tǒng)，其包括如權(quán)利要求19所述的裝置和步進(jìn)式曝光機(jī)。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其進(jìn)一步與包括位于所述處理站內(nèi)的噴頭，所述噴頭被配置為分配處理氣體至所述襯底，所述噴頭流體聯(lián)接到NH3源、N2O源、CO源、CO2源、硅烷源、乙硅烷源、氮源、肼源、鹵素取代硅烷源和烷基取代硅烷源中的一個(gè)或多個(gè)。
22.—種在等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積裝置中在襯底上形成超平滑的PECVD膜的方法，所述方法包括: 供給含硅反應(yīng)物至所述等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積裝置； 供給共反應(yīng)物至所述等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積裝置，所述共反應(yīng)物供給合適的還原環(huán)境；供給電容耦合等離子體至所述等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積裝置的處理站，所述電容耦合等離子體包括從所述含硅反應(yīng)物產(chǎn)生的硅自由基和從所述共反應(yīng)物產(chǎn)生的共反應(yīng)物自由基；以及 在所述襯底上沉積所述超平滑的PECVD膜。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述共反應(yīng)物包括氫。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述超平滑的PECVD膜是不定形的。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述超平滑的PECVD膜是多晶的。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述超平滑的PECVD膜包括摻雜物。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述摻雜劑包括硼、砷和磷中的至少一種。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其進(jìn)一步包括添加DC偏置，以促進(jìn)所述超平滑的PECVD膜的表面重排。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其進(jìn)一步包括施加離子轟擊至所述超平滑的PECVD膜的所述表面以促進(jìn)所述超平滑的PECVD膜的表面重排。
30.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述超平滑的PECVD膜包括在所述襯底上測(cè)量的小于約4.5埃的絕對(duì)粗糙度。
全文摘要
描述了一種用于沉積超平滑的含硅膜和膜堆疊的方法和硬件。在一種實(shí)施方式中，公開了在等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積裝置中在襯底上形成含硅膜的方法的一種實(shí)施方式，該方法包括供給含硅反應(yīng)物至該等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積裝置；供給共反應(yīng)物至該等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積裝置；供給電容耦合等離子體至該等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積裝置的處理站，該等離子體包括從該含硅反應(yīng)產(chǎn)生的硅自由基和從該共反應(yīng)物產(chǎn)生的共反應(yīng)物自由基；以及在該襯底上沉積該含硅膜，該含硅膜具有介于1.4和2.1之間的折射率，該含硅膜還具有在硅襯底上測(cè)量的小于或等于4.5埃的絕對(duì)粗糙度。
文檔編號(hào)H01L21/205GK103119692SQ201180044067
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2011年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月13日
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