使用復(fù)合peald和pecvd方法的可變深寬比特征的間隙填充的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及使用復(fù)合PEALD和PECVD方法的可變深寬比特征的間隙填充，具體提供了用于填充半導(dǎo)體襯底上的一個(gè)或多個(gè)間隙的方法及設(shè)備。公開(kāi)的實(shí)施方式尤其適用于在窄特征和寬特征中進(jìn)行無(wú)接縫無(wú)孔洞的填充。所述方法可以在沒(méi)有任何中間蝕刻操作的情況下進(jìn)行以獲得單步沉積。在多種實(shí)施方式中，使用新型PEALD填充機(jī)理進(jìn)行第一操作以填充窄間隙并且在寬間隙中形成襯里?？梢允褂肞ECVD方法進(jìn)行第二操作以繼續(xù)填充寬間隙。
【專(zhuān)利說(shuō)明】使用復(fù)合PEALD和PECVD方法的可變深寬比特征的間隙填 充

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體處理領(lǐng)域，具體涉及使用復(fù)合PEALD和PECVD方法的可變深寬 比特征的間隙填充。

【背景技術(shù)】
[0002] 集成電路的制造包括許多各式各樣的工序。頻繁采用的一項(xiàng)操作是在襯底上或襯 底中圖案化的特征之間的間隙中沉積介電膜。沉積這種材料的一個(gè)目的是在間隙中形成無(wú) 孔洞、無(wú)接縫的填充物。由于器件尺寸在例如DRAM、閃存和邏輯的環(huán)境下變得越來(lái)越小，因 此越來(lái)越難以獲得這種類(lèi)型的理想填充。
[0003] 盡管例如高密度等離子體（HDP)、亞常壓化學(xué)氣相沉積（SACVD)和低壓化學(xué)氣相 沉積（LPCVD)的沉積方法已經(jīng)用于間隙填充，但是這些方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)理想的填充性能?？?流動(dòng)的化學(xué)氣相沉積和旋涂電介質(zhì)（S0D)方法可以實(shí)現(xiàn)所需的填充，但是易于沉積高孔隙 度的膜。另外，這些方法特別復(fù)雜并且整合的成本太高，因?yàn)樗鼈冃枰S多額外的工序。原 子層沉積（ALD)工藝也用于間隙填充，但是這些工藝需要很長(zhǎng)的加工時(shí)間并且產(chǎn)量低，特 別是對(duì)于大間隙。在一些情況下，使用多步驟沉積工藝，包括在后續(xù)沉積操作之間要求明顯 蝕刻操作的沉積-蝕刻-沉積工藝?？梢赃M(jìn)行蝕刻來(lái)彌補(bǔ)或防止間隙中形成孔洞。盡管這 種方法是有用的，但是可能優(yōu)選的是，使用僅涉及沉積而不要求蝕刻操作的過(guò)程。
[0004] 另外的挑戰(zhàn)是在襯底上同時(shí)填充不同尺寸的間隙。例如，為小深寬比的寬間隙優(yōu) 化的沉積方法可能不適合用于填充大深寬比的窄間隙，并且反之亦然。因此，需要一種在間 隙中實(shí)現(xiàn)無(wú)孔洞、無(wú)接縫填充的電介質(zhì)材料的方法，特別是可用于同時(shí)填充各種尺寸的間 隙的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本文中的某些實(shí)施方式涉及用于填充半導(dǎo)體襯底上的間隙的方法及設(shè)備。在某些 情況下，通過(guò)等離子體增強(qiáng)原子層沉積（PEALD)操作來(lái)填充間隙。在其他情況下，通過(guò)包括 PEALD和等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD)操作兩者的混合方法來(lái)填充間隙。在本文中 的實(shí)施方式的一方面，提供了一種用于填充間隙的方法，該方法包括：(a)引導(dǎo)氣相的第一 反應(yīng)物進(jìn)入里面有襯底的反應(yīng)室中，并且使所述第一反應(yīng)物能吸附在所述襯底表面上；(b) 引導(dǎo)氣相的第二反應(yīng)物進(jìn)入所述反應(yīng)室中，并且使所述第二反應(yīng)物能吸附在所述襯底表面 上；（c)使所述襯底表面暴露于等離子體以驅(qū)動(dòng)所述襯底表面上所述第一反應(yīng)物與所述第 二反應(yīng)物之間的表面反應(yīng)，從而形成構(gòu)成所述間隙的底部和側(cè)壁的襯里的膜層；（d)在不 進(jìn)行抽空（pumpdown)的情況下清掃（sweep)所述反應(yīng)室；并且（e)重復(fù)操作（a)至（d)以 形成額外的膜層，其中當(dāng)所述間隙的相對(duì)側(cè)壁上相對(duì)的膜層彼此靠近時(shí)，所述相對(duì)的膜成 上存在的表面基團(tuán)彼此交聯(lián)，從而填充所述間隙。所述方法可用于在不形成孔洞或接縫的 情況下填充所述間隙。
[0006] 在一些實(shí)施方式中，所述第一反應(yīng)物是含硅反應(yīng)物，并且所述第二反應(yīng)物是氧化 反應(yīng)物。例如，所述第一反應(yīng)物可以包括雙叔丁基氨基硅烷（BTBAS)。在其他實(shí)例中，所述 第二反應(yīng)物可以包括氧氣和/或一氧化二氮。在各種情況下，間隙是凹角的。另外，在許多 實(shí)施方式中，通過(guò)可以至少部分表征為自底向上的填充機(jī)理的機(jī)理來(lái)填充間隙。這種自底 向上的填充機(jī)理可以實(shí)現(xiàn)無(wú)接縫無(wú)孔洞的填充，甚至在間隙是凹角的情況下也如此。
[0007] 在公開(kāi)的實(shí)施方式的另一方面，提供了一種填充襯底表面上的間隙的方法，包括： (a)引導(dǎo)氣相的第一反應(yīng)物進(jìn)入里面有所述襯底的反應(yīng)室中，并且使所述第一反應(yīng)物能吸 附在所述襯底表面上；(b)引導(dǎo)氣相的第二反應(yīng)物進(jìn)入所述反應(yīng)室中，并且使所述第二反 應(yīng)物能吸附在所述襯底表面上；（c)使所述襯底表面暴露于等離子體以驅(qū)動(dòng)所述襯底表面 上所述第一反應(yīng)物與所述第二反應(yīng)物之間的表面反應(yīng)，從而形成構(gòu)成所述間隙的底部和側(cè) 壁的襯里的膜層，其中所述膜在所述間隙的場(chǎng)區(qū)域和上側(cè)壁附近比在所述間隙的底部和下 側(cè)壁附近致密和/或薄。所述方法可以包括在進(jìn)行（c)之后在不進(jìn)行抽空的情況下清掃 所述反應(yīng)室的操作（d)。在一些實(shí)施方式中，所述方法包括重復(fù)操作（a)至（c)(或（a)至 (d))以形成額外的膜層，從而填充所述間隙。在某些實(shí)施方式中，在不形成孔洞或接縫的情 況下可以通過(guò)自底向上的填充機(jī)理填充所述間隙。
[0008] 在公開(kāi)的實(shí)施方式的另一方面，提供了一種在襯底表面上填充間隙的方法，所述 方法包括：(a)引導(dǎo)氣相的第一反應(yīng)物進(jìn)入里面有所述襯底的反應(yīng)室中，并且使所述第一 反應(yīng)物能吸附在所述襯底表面上；(b)引導(dǎo)氣相的第二反應(yīng)物進(jìn)入所述反應(yīng)室中，并且使 所述第二反應(yīng)物能吸附在所述襯底表面上；(c)使所述襯底表面暴露于等離子體以驅(qū)動(dòng)所 述襯底表面上所述第一反應(yīng)物與所述第二反應(yīng)物之間的表面反應(yīng)，從而形成在所述間隙的 底部和側(cè)壁上形成襯里的膜層；（d)在不進(jìn)行抽空的情況下清掃所述反應(yīng)室；并且（e)重復(fù) 操作（a)至（d)以形成額外的膜層，其中在所述間隙的底部和下側(cè)壁附近的膜中比在所述 間隙的場(chǎng)區(qū)域和上側(cè)壁附近的膜中優(yōu)先掩埋一種或多種反應(yīng)物的配體。所述方法可以包括 在進(jìn)行（c)之后在不進(jìn)行抽空的情況下清掃所述反應(yīng)室的操作（d)。在某些實(shí)施方式中，在 不形成孔洞或接縫的情況下可以通過(guò)自底向上的填充機(jī)理填充所述間隙。
[0009] 在公開(kāi)的實(shí)施方式的其他方面，提供了一種在襯底表面上填充間隙的方法，包括： (a)引導(dǎo)氣相的第一反應(yīng)物進(jìn)入里面有所述襯底的反應(yīng)室中，并且使所述第一反應(yīng)物能吸 附在所述襯底表面上；(b)引導(dǎo)氣相的第二反應(yīng)物進(jìn)入所述反應(yīng)室中，并且使所述第二反 應(yīng)物能吸附在所述襯底表面上；（c)使所述襯底表面暴露于等離子體以驅(qū)動(dòng)所述襯底表面 上所述第一反應(yīng)物與所述第二反應(yīng)物之間的表面反應(yīng)，從而形成構(gòu)成所述間隙的襯里的 膜；（d)清掃或凈化所述反應(yīng)室；（e)引導(dǎo)氣相的第三反應(yīng)物和氣相的第四反應(yīng)物同時(shí)進(jìn)入 所述反應(yīng)室中；并且（f)從至少所述氣相反應(yīng)物產(chǎn)生等離子體以驅(qū)動(dòng)第三反應(yīng)物和第四反 應(yīng)物之間的氣相反應(yīng)，其中所述氣相反應(yīng)物產(chǎn)生間隙填充材料，并且其中所述間隙填充材 料部分或完全填充所述襯底表面上的所述間隙。
[0010] 所述第一反應(yīng)物和所述第二反應(yīng)物可以與所述第三和第四反應(yīng)物中的至少一種 相同。例如，所述第一反應(yīng)物和所述第二反應(yīng)物均可以與所述第三和第四反應(yīng)物相同。在 其他情況下，所述第一和第二反應(yīng)物與所述第三或第四反應(yīng)物之間可以不存在重疊。在許 多情況下，（C)中形成的膜的材料與（f)中形成的間隙填充材料相同。例如，（C)中形成的 膜和（f)中形成的間隙填充材料可以是氧化硅。在這些情況下，所述第一反應(yīng)物可以是含 硅反應(yīng)物，并且所述第二反應(yīng)物可以是氧化反應(yīng)物。例如，所述第一反應(yīng)物可以包括BTBAS。 在其他實(shí)例中，所述第二反應(yīng)物可以包括氧氣和/或一氧化二氮。在這些和其他情況中，第 三反應(yīng)物的實(shí)例可以是TEOS或硅烷，第四反應(yīng)物的實(shí)例是氧化反應(yīng)物。
[0011] 在一些實(shí)施方式中，在操作（e)至（f)之前重復(fù)操作（a)至（c)，并且在每次重復(fù) 操作（c)之后不進(jìn)行抽空。在這些和其他情況中，所述方法可以在沒(méi)有任何中間蝕刻操作 的情況下進(jìn)行。公開(kāi)的實(shí)施方式的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是所述方法可以在單個(gè)反應(yīng)室中執(zhí)行。在許多 情況下，在操作（a)至（f)的任意一個(gè)期間或任意兩者之間沒(méi)有從所述反應(yīng)室去除所述襯 底。在一些實(shí)施方式中，操作（a)至（c)包括形成保形膜，所述保形膜在所述間隙的底部比 在所述間隙的上側(cè)壁厚。這可以通過(guò)各種方式實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施方式中，操作（c)可以包 括使所述間隙頂部附近的膜比所述間隙底部附近的膜優(yōu)先致密化。在這些或其他實(shí)施方式 中，操作（c)可以包括在所述間隙的底部附近的膜比在所述間隙的上側(cè)壁附近的膜中優(yōu)先 掩埋一種或多種反應(yīng)物的配體。操作（c)還可以包括促進(jìn)形成在所述間隙的第一側(cè)壁上的 膜與形成在所述間隙的相對(duì)側(cè)壁上的膜之間的交聯(lián)。
[0012] 在公開(kāi)的實(shí)施方式的又另一個(gè)方面中，提供了一種在襯底表面上填充間隙的方 法，所述方法包括：(a)引導(dǎo)氣相的第一反應(yīng)物進(jìn)入里面有所述襯底的反應(yīng)室中，并且使所 述第一反應(yīng)物能吸附在所述襯底表面上，其中所述襯底至少具有臨界尺寸小于約50nm的 窄間隙和臨界尺寸大于或等于約50nm的寬間隙；(b)引導(dǎo)氣相的第二反應(yīng)物進(jìn)入所述反應(yīng) 室中，并且使所述第二反應(yīng)物能吸附在所述襯底表面上；(c)使所述襯底表面暴露于等離 子體以驅(qū)動(dòng)所述襯底表面上所述第一反應(yīng)物與所述第二反應(yīng)物之間的表面反應(yīng)，從而形成 膜，其中所述膜完全填充所述窄間隙并且形成所述寬間隙的襯里；（d)清掃或凈化所述反 應(yīng)室；（e)引導(dǎo)氣相的第三反應(yīng)物并且引導(dǎo)氣相的第四反應(yīng)物同時(shí)進(jìn)入所述反應(yīng)室中；并 且（f)從所述氣相反應(yīng)物產(chǎn)生等離子體以驅(qū)動(dòng)所述第三和第四反應(yīng)物之間的氣相反應(yīng)，其 中所述氣相反應(yīng)物產(chǎn)生間隙填充材料，并且其中所述間隙填充材料部分或完全填充所述襯 底表面上的所述間隙。
[0013] 在一些情況下，所述窄間隙的深寬比大于約4:1，并且所述寬間隙的深寬比小于 或等于約4 :1。在一些實(shí)施方式中，所述窄間隙可以是凹角的。甚至在所述窄間隙是凹角的 情況下，也可以在不形成接縫或孔洞的情況下填充間隙。在一些實(shí)施方式中，在操作（e)至 (f)之前重復(fù)操作（a)至（c)，并且在每次重復(fù)操作（c)之后不進(jìn)行抽空。在這些或其他情 況下，（c)中形成的膜的材料可以與（f)中形成的間隙填充材料相同。在許多實(shí)施方式中， 所述方法在沒(méi)有任何中間蝕刻操作的情況下進(jìn)行。公開(kāi)的實(shí)施方式使得在不形成接縫或孔 洞的情況下能填充窄間隙和寬間隙。
[0014] 在所公開(kāi)的實(shí)施方式的其他方面，公開(kāi)了用于填充在半導(dǎo)體襯底上的間隙的設(shè) 備。所述設(shè)備可以包括：反應(yīng)室，襯底支架，等離子體產(chǎn)生源，一個(gè)或多個(gè)工藝氣體入口，一 個(gè)或多個(gè)出口，和控制器。所述控制器可以被配置成執(zhí)行本文中公開(kāi)的任意一種方法。
[0015] 公開(kāi)的實(shí)施方式的另一方面是一種使用電介質(zhì)材料填充半導(dǎo)體襯底上的一個(gè)或 多個(gè)間隙的方法，所述方法包括：(a)在所述襯底上的一個(gè)或多個(gè)間隙中通過(guò)等離子體增 強(qiáng)原子層沉積表面反應(yīng)沉積含硅膜以使用所述含硅膜部分填充所述一個(gè)或多個(gè)間隙；并且 (b)通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積氣相反應(yīng)在（a)中沉積的膜上沉積額外的含硅膜以使 用所述含硅膜完成所述一個(gè)或多個(gè)間隙的填充。
[0016] 以下將參照附圖描述這些和其他特征。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是通過(guò)等離子體增強(qiáng)原子層沉積（PEALD)過(guò)程沉積膜的方法的流程圖。
[0018] 圖2是具有可以根據(jù)公開(kāi)的實(shí)施方式進(jìn)行填充的不同深寬比的間隙的襯底。
[0019] 圖3示出了在執(zhí)行PEALD沉積工藝之后圖2的襯底。
[0020] 圖4示出了圖2和圖3的窄間隙的在執(zhí)行PEALD工藝以填充間隙之后的近距離視 圖。
[0021] 圖5是通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD)過(guò)程沉積膜的方法的流程圖。
[0022] 圖6示出了可用于實(shí)施公開(kāi)的方法的設(shè)備的方框圖。
[0023] 圖7示出了可用于實(shí)施公開(kāi)的方法的多工位設(shè)備。
[0024] 圖8示出了根據(jù)公開(kāi)的PEALD方法填充的部分填充的高深寬比間隙。
[0025] 圖9至圖11示出了根據(jù)公開(kāi)的PEALD方法填充的高深寬比間隙的額外視圖。
[0026] 圖12示出了根據(jù)公開(kāi)的PECVD方法用沉積的二氧化硅填充的寬間隙。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 在本申請(qǐng)中，術(shù)語(yǔ)"半導(dǎo)體晶片"、"晶片"、"襯底"、"晶片襯底"和"部分制造的集成 電路"可互換使用。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)理解"部分制造的集成電路"可以指的是在硅晶 片上進(jìn)行的許多集成電路制造的任意一個(gè)期間的硅晶片。半導(dǎo)體器件行業(yè)中使用的晶片或 襯底可以具有200mm或300mm或450mm的直徑。以下詳細(xì)描述假設(shè)本發(fā)明在晶片上實(shí)施。 然而，本發(fā)明不限于此。工件可以具有多種形狀、大小和材料。除半導(dǎo)體晶片之外，能夠利 用本發(fā)明的其他工件包括各種制品，例如，印刷電路板、玻璃面板等。
[0028] 在以下描述中，闡述了許多具體細(xì)節(jié)以便提供對(duì)提出的實(shí)施方式的透徹理解。公 開(kāi)的實(shí)施方式可以在沒(méi)有一些或所有的這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施。在其他實(shí)例中，未詳 細(xì)描述公知的方法操作以便不會(huì)不必要地模糊公開(kāi)的實(shí)施方式。盡管將會(huì)結(jié)合具體實(shí)施方 式描述所公開(kāi)的實(shí)施方式，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些實(shí)施方式并不旨在限制所公開(kāi)的實(shí)施方式。
[0029] 常規(guī)的間隙填充技術(shù)未能在高深寬比的間隙中獲得無(wú)孔無(wú)縫的高密度膜。HDP、 SACVD和LPCVD僅具有有限的填充性能，并且通常導(dǎo)致形成孔洞和接縫。這些孔洞和接縫在 化學(xué)機(jī)械拋光（CMP)操作之后或者在進(jìn)行回蝕刻之后會(huì)顯露出來(lái)。這些顯露的接縫和孔洞 就會(huì)截留隨后沉積的材料，例如多晶硅和鎢。這些材料在后續(xù)的CMP或回蝕刻操作中通常 未完全移除，并且可能留在器件中造成短路和/或產(chǎn)率損失?？闪鲃?dòng)CVD (例如，可流動(dòng)氧 化物）和S0D技術(shù)具有復(fù)雜的集成方案，會(huì)導(dǎo)致與涉及的各種額外步驟有關(guān)聯(lián)的高成本。
[0030] 本文中的某些實(shí)施方式涉及在半導(dǎo)體襯底上填充不同尺寸的間隙的混合方法。該 方法的第一部分涉及ALD操作，例如，等離子體增強(qiáng)ALD (PEALD)操作。ALD操作可以以新的 方式執(zhí)行以促進(jìn)在窄間隙中自底向上式填充。這種自底向上填充機(jī)理有助于實(shí)現(xiàn)無(wú)孔洞、 無(wú)接縫的填充，特別是在窄間隙（例如，臨界尺寸（CD)約50nm或更小的間隙）和/或高深 寬比（例如，深寬比約4:1或更大）的間隙中。ALD操作同樣用于在襯底上存在的具有低 深寬比（例如，深寬比約4 :1或更?。┑膶掗g隙（例如，臨界尺寸大于約50nm的間隙）上 形成層，但不是完全填充該寬間隙。
[0031] 該方法的第二部分涉及用于填充寬間隙的剩余部分的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉 積（PECVD)方法。在某些實(shí)施方式中，這種方法可以使用直接（原位）電容耦合等離子體 來(lái)執(zhí)行。在許多實(shí)施方式中，采用射頻（RF)等離子體源，但可以采用能產(chǎn)生直接等離子體 的任何類(lèi)型的等離子體源，包括，微波和直流源。另外，在一些實(shí)施方式中，可以采用遠(yuǎn)程產(chǎn) 生的等離子體。根據(jù)多種實(shí)施方式，遠(yuǎn)程等離子體可以是電容耦合或電感耦合等離子體。
[0032] 在本文中描述的PECVD方法中使用的等離子體可以具有比由原位電感耦合等離 子體發(fā)生器（例如，HDP工藝中使用的等離子體發(fā)生器）產(chǎn)生的高密度等離子體的密度的低 的等離子體密度。例如，在HDP工藝中，等離子體密度可以在約1011至1013個(gè)離子/cm 3的 量級(jí)，而對(duì)于某些實(shí)施方式，PECVD工藝中的等離子體密度約108至101°個(gè)離子/cm 3。如上 所述，HDP方法通常不會(huì)產(chǎn)生所需的填充結(jié)果，并且通常要求在后續(xù)沉積步驟之間使用蝕刻 操作。在HDP方法中，帶電的電介質(zhì)前體物質(zhì)指向下以填充間隙。這導(dǎo)致一些材料濺射，這 就會(huì)重新沉積在間隙的側(cè)壁上，尤其是在間隙頂部附近，以及在場(chǎng)區(qū)域中。另外，室中存在 的未帶電同樣可以沉積在上側(cè)壁區(qū)域中。這種不需要的沉積可能產(chǎn)生以形成側(cè)壁沉積物和 頂帽，這妨礙均勻填充間隙。蝕刻步驟可以用于消滅HDP中產(chǎn)生的不期望的上側(cè)壁沉積，但 這增加了沉積方法的復(fù)雜度。如果不執(zhí)行蝕刻步驟，在不形成孔洞的情況下通常會(huì)無(wú)法填 充間隙。HDP方法也比PECVD方法實(shí)施起來(lái)成本高，且產(chǎn)率低。
[0033] 根據(jù)多種實(shí)施方式，可以在同一室中實(shí)施PEALD和PECVD方法。這些類(lèi)型的工藝 兩者具有相似的壓力和流態(tài)，并且可以使用相同的射頻功率源。另外，PECVD方法可以在單 個(gè)步驟中實(shí)施，這意味著不需要居間的蝕刻操作（或者其他工藝，例如沉積工藝）。相比之 下，在同一室中執(zhí)行PEALD和HDP工藝不太實(shí)際。首先，這兩種工藝在基本上不同的壓力范 圍內(nèi)進(jìn)行。PEALD工藝通常在幾托的范圍內(nèi)進(jìn)行，并且得益于用于凈化的高氣體流量。HDP 工藝在毫托范圍內(nèi)進(jìn)行，這要求比PEALD使用較低的氣體流量。接著，HDP工藝通常在大體 積室內(nèi)進(jìn)行，而ALD工藝得益于基本上較小的體積。另外，HDP工藝通常要求與PEALD有不 同的功率源，這會(huì)使反應(yīng)器設(shè)計(jì)進(jìn)一步復(fù)雜。
[0034] 盡管HDP工藝表現(xiàn)出良好的間隙填充，但是HDP工藝存在涉及"禁隙"尺寸的工程 問(wèn)題。在使用混合ALD/HDP沉積方法中，在間隙的臨界尺寸稍大于沉積的ALD層的厚度的兩 倍的情況下會(huì)存在禁隙。在這些情況中，HDP工藝無(wú)法填充剩余的間隙。本文所述的PECVD 方法可以填充包括此前使用PEALD形成襯里的間隙。在使用PEALD形成襯里/填充的任何 具有挑戰(zhàn)性的結(jié)構(gòu)之后，PECVD可以用于以不太保形的方式填充剩余的結(jié)構(gòu)。
[0035] PECVD操作的優(yōu)點(diǎn)在于獲得高沉積速率以填充較大的間隙，這些間隙單獨(dú)通過(guò) ALD工藝會(huì)耗費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)填充。然而，在一些實(shí)施方式中，這些方法僅包括執(zhí)行PEALD 的第一操作。
[0036] 在多種實(shí)施方式中，在同一室中執(zhí)行PEALD和PECVD操作。這種設(shè)置是有利的，因 為不需要將襯底從PEALD反應(yīng)室轉(zhuǎn)移到PECVD反應(yīng)室。因此，不需要擔(dān)心水分到膜上或者 進(jìn)入膜中，并且沒(méi)有相應(yīng)的要求來(lái)執(zhí)行除氣操作或高溫退火以在執(zhí)行PECVD操作之前去除 水分。單室方法的另一個(gè)有益效果是減少資本成本、周期時(shí)間和流程復(fù)雜性。
[0037] 可以改變上述基本方法來(lái)獲得不同的混合填充方案。在一個(gè)實(shí)例中，該方法的第 一部分包括在用于填充高深寬比的間隙的最佳條件下執(zhí)行的PEALD操作，并且該方法的第 二部分包括較不嚴(yán)格的PEALD操作，例如具有減少的劑量和凈化時(shí)間的操作。這些較不嚴(yán) 格的PEALD操作也可以促進(jìn)PECVD或部分PECVD沉積。又如，蝕刻步驟用于使間隙輪廓呈 錐形。蝕刻步驟可以在該方法的第一部分與該方法的第二部分之間執(zhí)行（例如，在PEALD 操作與PECVD操作之間）或者在該方法的單個(gè)部分（例如，在兩個(gè)PEALD操作之間或者在 兩個(gè)PECVD操作之間）中執(zhí)行。當(dāng)然，可以適當(dāng)組合這些方法。最佳方案取決于深寬比的 實(shí)際分布以及襯底上存在的間隙尺寸。
[0038] 用于在襯底上填充間隙的PEALD和PECVD組合方法詳見(jiàn)于美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng) No. 13/084, 399,該申請(qǐng)通過(guò)上述引用并入本文中。在某些情況下，如美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng) No. 13/084, 399所述，在PEALD操作與PECVD操作之間可以存在過(guò)渡階段，在此期間PEALD 表面反應(yīng)和PECVD氣相反應(yīng)兩者同時(shí)進(jìn)行。
[0039] 在這些實(shí)施方式中，完整的膜是部分由ALD/CFD并且部分由例如PECVD之類(lèi)的CVD 過(guò)程產(chǎn)生的。通常，首先執(zhí)行沉積過(guò)程的ALD/CFD部分，其次執(zhí)行PECVD部分，盡管沒(méi)必要 是這種情況。相比于單獨(dú)使用CVD所觀察到的臺(tái)階覆蓋性，與CVD過(guò)程混合的ALD/CFD可 以改善臺(tái)階覆蓋性，并且另外相比于單獨(dú)使用ALD/CFD觀察到的沉積速率，與CVD過(guò)程混合 的ALD/CFD可以提高比單獨(dú)使用ALD/CFD觀察到的沉積速率。在一些情況下，在一種ALD/ CFD反應(yīng)物流動(dòng)時(shí)施加等離子體或其他激活以便產(chǎn)生寄生的CVD操作，并且從而獲得更高 的沉積速率和不同類(lèi)膜等。
[0040] 在某些實(shí)施方式中，可以采用兩個(gè)或更多個(gè)ALD/CFD階段，并且/或者可以采用兩 個(gè)或更多個(gè)CVD階段。例如，通過(guò)ALD/CFD可以沉積膜的初始部分，接著通過(guò)CVD沉積膜的 中間部分，并且通過(guò)ALD/CFD沉積膜的最終部分。在這種實(shí)施方式中，可能有利的是，在通 過(guò)ALD/CFD沉積的膜的最終部分之前，例如通過(guò)等離子體處理或蝕刻來(lái)修改膜的CVD部分。
[0041] 在ALD/CFD和CVD階段之間可以采用過(guò)渡階段。在這種過(guò)渡階段采用的條件不同 于在ALD/CFD亦或CVD階段中采用的這些條件。通常，盡管不一定，這些條件允許同時(shí)進(jìn)行 ALD/CFD表面反應(yīng)和CVD型氣相反應(yīng)。過(guò)渡階段通常涉及暴露于等離子體，例如可以是脈沖 等離子體。另外，過(guò)渡階段可以涉及以低流速（即，顯著低于在過(guò)程的對(duì)應(yīng)的ALD/CFD階段 中采用的流率）輸送一種或多種反應(yīng)物。 方法 等離子體增強(qiáng)原子層沉積
[0042] 公開(kāi)的PEALD工藝可用于獲得無(wú)孔洞無(wú)接縫填充的較窄/高深寬比特征。未料到 的是，這些過(guò)程的某些實(shí)施方式似乎導(dǎo)致自底向上的填充機(jī)理，其中當(dāng)填充間隙時(shí)，材料優(yōu) 選地沉積在間隙的底部附近，與間隙的頂部相反。盡管在側(cè)壁以及場(chǎng)區(qū)域發(fā)生沉積，但是膜 在間隙的底部處/附近沉積更厚，并且在許多情況下，在填充間隙之后，獲得錐形輪廓。錐 形輪廓被定義成意味著膜在間隙的底部附近沉積較厚并且在間隙的頂部附近沉積較薄，如 以下試驗(yàn)部分所示。錐形輪廓特別適用于在高深寬比特征中實(shí)現(xiàn)沒(méi)有孔洞或接縫的高質(zhì)量 填充。這種填充機(jī)理未被預(yù)料到，因?yàn)樵訉映练e方法通常導(dǎo)致因側(cè)壁朝著彼此靠近而形 成接縫。通過(guò)促進(jìn)自底向上填充，可以避免這種接縫并且得到更穩(wěn)健的器件。
[0043] 不希望受到任何理論或作用機(jī)理的限制，相信，自底向上填充機(jī)理可以是由間隙 頂部附近優(yōu)先的膜致密化引起的。由于膜暴露于等離子體，等離子體中存在的物質(zhì)（尤其 是離子）轟擊膜表面，從而使膜緊湊且致密。在合適的條件下，在間隙頂部附近優(yōu)先發(fā)生這 種致密化。由于間隙的形狀，離子更容易轟擊場(chǎng)區(qū)以及間隙頂部附近的膜，與受到更多保護(hù) 的間隙的底部附近相反。因此，頂部附近的膜比溝槽底部附近的材料更密且更厚，溝槽底部 附近的材料保持較薄且不太密。
[0044] 可以促進(jìn)無(wú)接縫無(wú)孔洞的自底向上填充的另一個(gè)因素是在間隙的相反側(cè)壁上存 在的基團(tuán)之間可能發(fā)生的交聯(lián)。隨著沉積進(jìn)行并且側(cè)壁朝著彼此靠近，末端基團(tuán)可以彼此 交聯(lián)，從而避免任何接縫。在間隙填充二氧化硅膜的情況中，例如，一個(gè)側(cè)壁上的表面羥基/ 硅烷醇可以與相對(duì)壁上的表面羥基/硅烷醇交聯(lián)，從而釋放水并形成硅氧化物基質(zhì)。這些 末端交聯(lián)基團(tuán)會(huì)優(yōu)先形成在間隙的側(cè)壁上。
[0045] 可以促進(jìn)無(wú)接縫無(wú)孔洞的自底向上填充的另一個(gè)因素是可以從膜以非均勻方式 釋放配體副產(chǎn)物，使得副產(chǎn)物優(yōu)先被截留在間隙的底部或附近，與間隙的頂部相反。這種截 留會(huì)導(dǎo)致特征內(nèi)更高的沉積速率，尤其是在間隙的底部附近。例如，在雙叔丁基氨基硅烷 (BTBAS)用作前體的情況下，能被截留的一種配體副產(chǎn)物是叔-丁胺（TBA)。然而，應(yīng)當(dāng)理 解，在配體滯留在生長(zhǎng)的膜中的情況下，膜的性能會(huì)受到一定程度的影響。
[0046] 圖1是執(zhí)行等離子體增強(qiáng)原子層沉積過(guò)程100的方法的流程圖。過(guò)程100在操作 101開(kāi)始，在包含襯底的反應(yīng)室中提供一定劑量的第一反應(yīng)物。襯底中通常具有將要通過(guò) PEALD工藝部分或完全填充的間隙。在一個(gè)實(shí)施方式中，PEALD工藝100完全填充第一種類(lèi) 型的間隙，并且部分填充（例如，形成襯里）第二種類(lèi)型的間隙，以下將作進(jìn)一步描述。在 各種情況下，第一反應(yīng)物可以是含硅反應(yīng)物。接著，在操作103,例如使用惰性氣體或氮?dú)廨d 氣來(lái)凈化反應(yīng)室。這有助于從反應(yīng)室移除任何剩余的第一反應(yīng)物。
[0047] 在操作105,第二反應(yīng)物提供給反應(yīng)室。在某些情況下，第二反應(yīng)物是氧化反應(yīng)物。 第二反應(yīng)物也可以是反應(yīng)物的混合物。在特定實(shí)施方式中，第二反應(yīng)物是大致等體積流量 的氧氣和一氧化二氮。本文中使用的"大致相等的體積流"的意思是以SLM測(cè)得的第一物 質(zhì)的流量和第二物質(zhì)的流量的偏差不大于約20%。在操作105中提供第二反應(yīng)物，該操作 可以包括在操作107中使反應(yīng)物流動(dòng)與等離子體激活一致之前使反應(yīng)物預(yù)流動(dòng)。當(dāng)激活等 離子體時(shí)，等離子體驅(qū)動(dòng)襯底表面上第一反應(yīng)物和第二反應(yīng)物之間的反應(yīng)。接著，等離子體 熄滅，然后例如使用惰性氣體或氮?dú)廨d氣凈化反應(yīng)室。操作109被稱(chēng)為后射頻凈化。
[0048] 方法100通常重復(fù)多次以形成所需的膜厚度。通過(guò)使用本文公開(kāi)的條件和方法， 方法100可以導(dǎo)致具有錐形輪廓且自底向上填充特征的填充。這些因素促進(jìn)無(wú)孔洞無(wú)接縫 填充。有利的是，通過(guò)公開(kāi)的方法沉積的膜相當(dāng)致密。
[0049] 在特定實(shí)例中，操作101包括提供BTBAS(或其他主要反應(yīng)物），流速為約 0? 5-2. 5mL/min，或約 1. 5-2. 5L/min，例如，2mL/min，時(shí)間段約為 0? Is (秒）至 ls，或者約 0. 2s至0. 5s，例如約0. 3s。操作103包括使用惰性氣體凈化反應(yīng)室，時(shí)間在約0. Is至Is 之間，或者在約0. 2s至0. 5s之間，例如，約0. 3s。操作105包括使02和N20共同流動(dòng)，流 速均在約2SLM至20SLM之間，或者均在約8SLM至12SLM之間，例如，均約為10SLM。與反應(yīng) 物輸送一致，在操作107產(chǎn)生等離子體，使用的射頻功率在約300W至10kW之間，或者在約 4kW至6kW之間，例如約5kW。這些值代表輸送的總的射頻功率，這些功率在四個(gè)工位/基 座之間分配。等離子體暴露的持續(xù)時(shí)間在約l〇ms與3s之間，或者在約0. 25s至Is之間， 例如，約0. 5s。用于產(chǎn)生等離子體的射頻頻率可以是約13. 56MHz或27MHz。接著，在操作 109使用惰性氣體凈化反應(yīng)室，持續(xù)時(shí)間在約10ms與5s之間，或者在約50ms至150ms之 間，例如約90ms。應(yīng)當(dāng)理解，上述條件是實(shí)例，其他反應(yīng)物、流速、脈沖時(shí)間和功率在適當(dāng)情 況下適用于特定的實(shí)施方式。
[0050] 本文中描述的PEALD方法可以是保形膜沉積（CFD)方法。于2011年4月11日提 交的名稱(chēng)為"等離子體激活保形膜沉積"的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 13/084, 399中進(jìn)一步討論并 描述了等離子體增強(qiáng)的保形膜沉積技術(shù)和設(shè)備，該專(zhuān)利申請(qǐng)通過(guò)引用的方式全部并入本申 請(qǐng)中。 PEALD反應(yīng)物
[0051] 所公開(kāi)的方法和設(shè)備不限于使用特定的前體。盡管已經(jīng)證實(shí)這些方法適用于某些 前體（如試驗(yàn)部分所示），但相信這些方法也同樣適用于各種其他的前體以獲得類(lèi)似有益 效果。
[0052] 至少一種反應(yīng)物通常會(huì)包括在室溫下為固體的元素，該元素通過(guò)PEALD/PECVD方 法并入形成的膜中。該反應(yīng)物可以稱(chēng)為主要反應(yīng)物。主要反應(yīng)物通常包括例如金屬（例如， 鋁、鈦等）、半導(dǎo)體（例如，硅、鍺等）和/或非金屬或準(zhǔn)金屬（例如，硼）。其他反應(yīng)物有時(shí) 候稱(chēng)為輔助反應(yīng)物或共反應(yīng)物。共反應(yīng)物的非限制性實(shí)例包括氧氣、臭氧、氫、肼、水、一氧 化碳、一氧化二氮、氨、烷基胺等。共反應(yīng)物還可以是如上所述的反應(yīng)物的混合物。
[0053] PEALD/PECVD工藝可以用于沉積范圍廣泛的膜類(lèi)型，并且在特定的實(shí)施方式中使 用這些膜類(lèi)型來(lái)填充間隙。盡管本文中大部分討論集中在形成未摻雜的二氧化硅，但是也 可以形成其他膜類(lèi)型，例如，氮化物、碳化物、氮氧化物、摻碳氧化物、摻氮氧化物、硼化物 等。氧化物包括范圍廣泛的材料，包括未摻雜的硅玻璃（UGS)、摻雜的硅玻璃。摻雜的玻璃的 實(shí)例包括摻硼硅玻璃（BSG)、摻磷硅玻璃（PSG)和摻雜硼磷的硅玻璃（BPSG)。再者，PEALD/ PECVD工藝可以用于金屬沉積和特征填充。
[0054] 盡管公開(kāi)的實(shí)施方式不限于特定的反應(yīng)物，但是以下提供了反應(yīng)物的示例性列 表。
[0055] 在某些實(shí)施方式中，沉積的膜是含硅膜。在這些情況中，含硅反應(yīng)物可以是例如硅 燒、齒代娃燒或氣基娃燒。娃燒包含氧基和/或碳基團(tuán)，但是不包含齒素。娃燒的不例是甲 娃燒（SiH4)，乙娃燒（Si2H6)和有機(jī)娃燒，例如甲基娃燒，乙基娃燒，異丙基娃燒，叔丁基娃 燒，-甲基娃燒，-乙基娃燒，_ _叔-丁基娃燒，稀丙基娃燒，仲丁基娃燒，叔己基娃燒，異 戊硅烷，叔丁基二硅烷，二-叔丁基乙硅烷，正硅酸乙酯（也稱(chēng)為四乙氧基硅烷或TE0S)等。 齒素娃燒包含至少一個(gè)齒素基，并且可以包含或不包含氫和/或碳基團(tuán)。齒素娃燒的不例 是碘硅烷、溴硅烷、氯硅烷和氟硅烷。在本文描述的某些實(shí)施方式中，盡管鹵素硅烷，特別 是氟硅烷，可以形成能夠蝕刻硅材料的反應(yīng)性鹵化物，但是當(dāng)?shù)入x子體被激勵(lì)時(shí)，不存在含 硅反應(yīng)物。具體的氯硅烷是四氯硅烷（SiCl4)，三氯硅烷（HSiCl3)，二氯硅烷（H 2SiCl2)，單 氯硅烷（ClSiH3)，氯烯丙基硅烷，氯甲基硅烷，二氯甲基硅烷，氯二甲基硅烷，氯乙基硅烷， 叔丁基氯硅烷，二-叔丁基氯硅烷，氯異丙基硅烷，氯仲-丁基硅烷，叔-丁基二甲基氯硅 烷，叔己基二甲基氯硅烷等。氨基硅烷包含至少一個(gè)結(jié)合在硅原子上的氮原子，但是還可 以包含氫、氧、鹵素和碳。氨基硅烷的示例是單、雙、三和四氨基硅烷（分別SH3Si(NH2) 4、 H2Si(NH2)2、HSi(NH2) 3和Si(NH2)4)，以及經(jīng)取代的單、雙、三和四氨基硅烷，例如，叔丁基氨 基硅烷，甲基氨基硅烷，叔丁基硅烷胺，二（叔丁基氨基）硅烷（SiH2(NHC(CH3) 3)2(BTBAS)， 甲硅烷基氨基甲酸叔丁酯，SiH(CH3) - (N(CH3) 2) 2, SiHCl- (N(CH3) 2) 2,（Si (CH3) 2NH) 3 等。氨基 硅烷的進(jìn)一步示例是三甲硅烷基胺（N(SiH3))。
[0056] 在其他情況下，沉積的膜包括金屬?？梢孕纬傻暮饘俚哪さ膶?shí)例包括鋁、鈦、鉿、 鉭、鎢、錳、鎂、鍶等的氧化物和氮化物，以及單質(zhì)金屬膜。前體的實(shí)例包括金屬烷基胺、金 屬醇鹽、金屬烷基酰胺、金屬鹵化物、金屬3 _二酮化物、金屬羰基化合物、有機(jī)金屬化合物 等。合適的含金屬前體將包括希望并入膜中的金屬。例如，通過(guò)使五（二甲氨基）鉭與氨或 其他還原劑發(fā)生反應(yīng)可以沉積含鉭層?？梢圆捎玫暮饘偾绑w的其他實(shí)例包括三甲基鋁、 四乙氧基鈦、四二甲基氨基鈦、四（乙基甲基酰胺）鉿（hafniumtetrakis(ethylmethylami de))、雙（環(huán)戊二烯基）錳、雙（正丙基環(huán)戊二烯基）鎂等。
[0057] 在某些具體實(shí)施中，使用含氧氧化反應(yīng)物。含氧氧化反應(yīng)物的實(shí)例包括氧氣、臭 氧、一氧化二氮、一氧化碳等。
[0058] 在一些實(shí)施方式中，沉積的膜含有氮，并且使用含氮反應(yīng)物。含氮反應(yīng)物包含至少 一個(gè)氮，例如，氨，肼，胺類(lèi)（含碳的胺類(lèi)），如甲胺，二甲胺，乙胺，異丙胺，叔丁胺，二-t_ 丁 基胺，環(huán)丙胺，仲丁胺，環(huán)丁基胺，異戊胺，2-甲基丁 -2-胺，三甲胺，二異丙基胺，二乙基異 丙胺，二-叔丁基肼，以及例如苯胺、卩比啶和芐胺之類(lèi)的含芳族胺。胺可以是伯、仲、叔或季 (例如，四烷基銨化合物）。含氮反應(yīng)物可以包含除氮之外的雜原子，例如，羥胺，叔丁氧羰 胺和N-叔丁基羥胺是含氮反應(yīng)物。
[0059] 可以使用例如本領(lǐng)域技術(shù)人員在本文中提供的教導(dǎo)所給定的領(lǐng)域中明白或容易 辨識(shí)的其他前體。 間隙條件
[0060] 所公開(kāi)的PEALD工藝特別適用于填充具有較高深寬比（AR>約4 :1)的較窄間隙 (⑶〈約50nm)。但是，也可以在大間隙或具有較小AR的間隙上執(zhí)行該過(guò)程。
[0061] 在多種實(shí)施方式中，在具有至少兩種不同類(lèi)型的間隙的襯底上執(zhí)行PEALD工藝。 第一種類(lèi)型可以包括⑶小于約50nm并且/或者AR大于約4 :1的間隙。第一種類(lèi)型被稱(chēng) 為窄間隙。第二種類(lèi)型可以包括CD大于約50nm并且/或者AR小于約4:1的間隙。第二 種類(lèi)型被稱(chēng)為寬間隙。由于上述原因，難以同時(shí)填充窄間隙和寬間隙。表征不同類(lèi)型的間 隙的另一種方式是相對(duì)比較它們彼此的尺寸。在一些情況下，寬間隙比窄間隙寬至少約2 倍，或至少約5倍，或至少約10倍。在這些或其他情況下，窄間隙的AR可以比寬間隙的AR 大至少約2倍，或至少約5倍，或至少約10倍。
[0062] 對(duì)于在具有窄間隙和寬間隙兩者的襯底上執(zhí)行PEALD工藝的許多實(shí)施方式中， PEALD工藝用于完全填充窄間隙，并且在寬間隙的表面形成襯里。圖2表示具有兩種不同類(lèi) 型的間隙202和204的襯底200。間隙的深寬比按照間隙的高度除以間隙的寬度計(jì)算。圖 2中標(biāo)出了這些尺寸。間隙202是深寬比稍大于4 :1的窄間隙。間隙204是深寬比約1 :2 的寬間隙。
[0063] 圖3示出了在執(zhí)行PEALD沉積過(guò)程以沉積氧化物層210之后的同一襯底200。窄 間隙202被完全填充，而寬間隙204形成有氧化物材料210的襯里。沉積在寬間隙204的 底部上的膜210可以比沉積在間隙204的側(cè)壁上的膜210稍厚。然而，由于窄間隙202被 材料填充，所以這種厚度差更加明顯。
[0064] 圖4示出了在PEALD沉積過(guò)程期間的某一時(shí)間襯底200的一部分。具體地講，窄 間隙202被圖示為中間沉積。沉積的氧化物層210具有錐形輪廓，使得間隙頂部附近的膜 較薄，且間隙底部附近的膜較厚。這樣導(dǎo)致底部比頂部窄的縮小的間隙。這種形狀對(duì)于促 進(jìn)無(wú)孔洞無(wú)接縫的填充是理想的。隨著材料填充到間隙的底部，上述機(jī)理（例如，優(yōu)先膜致 密化，優(yōu)先配體滯留和/或交聯(lián)）會(huì)發(fā)揮作用以填充特征而不具有任何孔洞或接縫。在以 下試驗(yàn)部分中包括證明這種填充機(jī)理的試驗(yàn)結(jié)果。
[0065] 此前在PEALD型工藝中未觀察到這種填充機(jī)理。相反，常規(guī)的PEALD工藝形成沒(méi) 有這種錐形輪廓的膜，而是更垂直的側(cè)壁朝著彼此生長(zhǎng)并且在中央?yún)R合。在這些常規(guī)方法 中，化學(xué)物質(zhì)會(huì)滯留在間隙中央處形成極窄的孔洞/接縫中。這種滯留很可能發(fā)生，部分是 因?yàn)殚g隙的整個(gè)高度基本上同時(shí)靠近。相反，對(duì)于所公開(kāi)的方法，側(cè)壁朝著間隙的底部彼此 靠近的程度更大，與間隙的頂部相反。因此，由于側(cè)壁朝著彼此生長(zhǎng)，沉積的膜的底部向上 生長(zhǎng)，并且間隙中存在的化學(xué)物被推出。這樣導(dǎo)致一種避免接縫和孔洞形成的過(guò)程，從而產(chǎn) 生極高質(zhì)量的填充的間隙。
[0066] 在一些實(shí)施方式中，通過(guò)PEALD操作填充的間隙具有凹角輪廓。換句話講，間隙在 上部窄并且在下部寬。已經(jīng)觀察到，即使對(duì)于具有一定程度的凹角輪廓的間隙，使用公開(kāi)的 PEALD工藝也可以實(shí)現(xiàn)自底向上填充。以下在試驗(yàn)部分示出了這些結(jié)果。 室條件
[0067] PEALD工藝已被證明在溫度變化方面具有相當(dāng)?shù)膹椥?。具體地講，該過(guò)程已經(jīng)被證 明適用于200°C和400°C。在一些實(shí)施方式中，因此，該過(guò)程在約200°C至400°C之間的溫度 進(jìn)行。然而，在其他情況下，溫度可以在該范圍之外。
[0068] 在PEALD工藝期間，反應(yīng)室內(nèi)的壓力可以在約1托至10托之間，或者在約3托至 7托之間，例如，約6托。 等離子體生成條件
[0069] 在PEALD操作中，襯底暴露于等離子體以驅(qū)動(dòng)第一反應(yīng)物與第二反應(yīng)物之間的反 應(yīng)。各種類(lèi)型的等離子體可以用于驅(qū)動(dòng)這種反應(yīng)，包括電容耦合等離子體和電感耦合等離 子體。可以使用特種類(lèi)型的等離子體發(fā)生器，包括RF、DC和微波等離子體發(fā)生器。此外，根 據(jù)多種實(shí)施方式，等離子體可以是直接等離子體或遠(yuǎn)程等離子體。
[0070] 用于產(chǎn)生等離子體的氣體可以包括惰性氣體，例如，氬氣或氦氣。氣體也通常包括 反應(yīng)物中的一種，例如，在形成氧化物膜時(shí)，包括氧化反應(yīng)物。
[0071] 在許多情況下，射頻信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)等離子體形成。在一些實(shí)施方式中，所施加的射 頻僅是高頻射頻，例如，在約13. 56MHz或27MHz的頻率。在其他實(shí)施方式中，射頻同樣具有 低頻成分。用于驅(qū)動(dòng)等離子體形成的射頻功率可以在約300W與約10kW之間。在一些情況 下，輸送的射頻功率在約4kW至6kW之間，例如約5kW。這些值代表輸送的總的功率，這些功 率在四個(gè)工位/基座之間分配。
[0072] 于2011年4月11日提交的名稱(chēng)為"等離子體激活保形膜沉積"的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng) No. 13/084,399中討論了額外的等離子體生成條件，該專(zhuān)利申請(qǐng)通過(guò)引用的方式全部并入 本申請(qǐng)中。
[0073] 等離子體暴露的持續(xù)時(shí)間可以在不同的實(shí)施方式之間變化。在一些情況下，施加 射頻功率的時(shí)間在約l〇ms與3s之間，或者在約0. 25s與約Is之間。在特定實(shí)例中，射頻 功率施加約〇. 5s。射頻功率和射頻時(shí)間確定輸送到室的射頻通量。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，通過(guò)增 加射頻通量（通過(guò)增加射頻時(shí)間亦或功率），可以減小膜的濕蝕刻率（WER)。因?yàn)橐呀?jīng)證實(shí) PEALD工藝對(duì)于不同的射頻條件具有相當(dāng)彈性，所以這些變量可用于獲得可調(diào)的WER。 凈化條件
[0074] 一般來(lái)講，在PEALD反應(yīng)的單個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行兩次清除/凈化操作。在一定劑量的 第一反應(yīng)物輸送到加工室之后進(jìn)行第一次凈化，并且可以稱(chēng)為反應(yīng)物凈化。進(jìn)行這次凈化 用于清掃任何剩余的未吸收的第一反應(yīng)物。在襯底暴露于等離子體之后進(jìn)行第二次凈化， 并且可以稱(chēng)為后射頻凈化。進(jìn)行這次凈化用于清掃任何剩余的反應(yīng)物，以及任何膜形成副 產(chǎn)物。
[0075] 有各種方法來(lái)凈化反應(yīng)室。一種方法涉及向室供應(yīng)非反應(yīng)物氣體流（例如，氬氣、 氦氣、氮?dú)獾龋┮郧宄魏尾幌Ｍ奈镔|(zhì)。清掃之后，反應(yīng)室內(nèi)的壓力保持基本恒定。凈化 反應(yīng)室的另一種方法是執(zhí)行抽空。在這種情況下，供應(yīng)真空并且排空反應(yīng)室。在排空期間， 反應(yīng)室內(nèi)的壓力顯著減小，例如，減小到小于約1托。
[0076] 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在后射頻凈化包括清掃的情況下，與抽空相比，間隙填充結(jié)果更好。不 希望受到特定理論或作用機(jī)理的限制，相信，包括存在或不存在抽空的后射頻條件可以影 響沉積膜的表面上存在的表面功能。這種表面功能可以確定是否由于填充間隙而在相對(duì)的 側(cè)壁之間發(fā)生交聯(lián)。促進(jìn)所需的自底向上沉積模式的一種方式是清掃反應(yīng)室，而不是執(zhí)行 抽空。因此，在某些實(shí)施方式中，在PEALD沉積期間，在等離子體暴露之后不進(jìn)行抽空。但 是，在一些情況下，可以在PEALD操作與PECVD操作之間執(zhí)行抽空。
[0077] 執(zhí)行反應(yīng)物凈化的持續(xù)時(shí)間可以在約0. Is至Is之間，例如，在約0. 2s至0. 5s之 間。在特定實(shí)例中，反應(yīng)物凈化的持續(xù)時(shí)間約〇. 3s。
[0078] 后射頻凈化的持續(xù)時(shí)間可以在約0. 01s至5s之間，例如，在約0. 05s至0. 15s之 間。在一種情況下，后射頻凈化的持續(xù)時(shí)間約〇. 09S。 等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積
[0079] 可以在PEALD工藝之后執(zhí)行本文中公開(kāi)的PECVD方法以完成僅部分填充/形成襯 里的填充中的間隙。這種方法比單獨(dú)的PEALD工藝有利，因?yàn)樵摲椒ㄌ峁└叩枚嗟某练e速 率，從而導(dǎo)致減少的加工時(shí)間和增大的產(chǎn)率。因此，PEALD工藝可以用于填充小間隙并且在 大間隙中形成襯里，然后PECVD過(guò)程可以用于完成大間隙填充。這提供了一種填充各種尺 寸和深寬比的特征的便捷方式。在許多情況下，在沒(méi)有任何中間蝕刻操作的情況下可以填 充間隙。
[0080] 在PECVD反應(yīng)中，襯底暴露于一種或多種揮發(fā)性前體，這些前體發(fā)生反應(yīng)并且/或 者分解以在襯底表面上產(chǎn)生所需的沉積。圖5示出了使用PECVD填充間隙的方法500的流 程圖。在多種實(shí)施方式中，可以在圖1的方法100之后執(zhí)行方法500。PECVD方法一般在操 作501開(kāi)始，使一種或多種反應(yīng)物流入反應(yīng)室。在操作503生成等離子體時(shí)，反應(yīng)物輸送可 以連續(xù)進(jìn)行。在操作505中，襯底表面暴露于等離子體，這使得在襯底表面上產(chǎn)生沉積。該 過(guò)程持續(xù)進(jìn)行直到達(dá)到所需的膜厚度。在操作507,等離子體熄滅并且反應(yīng)物流停止。接 著，在操作509凈化反應(yīng)室。
[0081] 在一個(gè)示例的過(guò)程中，操作501包括使TE0S以約為lmL/min至20mL/min的速率 并且使〇2以約2000sccm至30000sccm的速率流動(dòng)。射頻功率具有約200W至3000W的高頻 成分以及200W至2500W的低頻成分（在四個(gè)工位之間分配）。高頻頻率約為13. 56MHz或 27MHz，而低頻頻率約300kHz至400kHz。反應(yīng)室中的壓力在約1托至10托之間，并且溫度 在約100°C至450°C之間。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解的是，在其他實(shí)施方式中，反應(yīng)物、室條件、計(jì)時(shí)等 可以根據(jù)所需的膜和應(yīng)用的變化而變化。這部分中提供的值并非旨在限制。
[0082] 以下專(zhuān)利文獻(xiàn)中進(jìn)一步討論并描述了 PECVD方法和設(shè)備，這些專(zhuān)利文獻(xiàn)通過(guò)引 用的方式全部并入本申請(qǐng)中：名稱(chēng)為"用于調(diào)節(jié)硬掩模中的氫含量的脈沖PECVD方法" 的美國(guó)專(zhuān)利No. 7, 381，644 ;名稱(chēng)為"用于調(diào)節(jié)硬掩模中的氫含量的脈沖PECVD方法"的 美國(guó)專(zhuān)利No. 8, 110, 493 ;名稱(chēng)為"減少PECVD的TE0S膜中的缺陷的方法"的美國(guó)專(zhuān)利 No. 7, 923, 376 ;于2012年5月23日提交的名稱(chēng)為"光滑硅膜的PECVD沉積"的美國(guó)專(zhuān)利申 請(qǐng) No. 13/478,999。
[0083] 在許多情況下，在PEALD工藝與PECVD工藝之間沒(méi)有停機(jī)時(shí)間。例如，可以通過(guò)熄 滅等離子體，執(zhí)行后射頻凈化（使用或不使用抽空），然后立即流入PECVD反應(yīng)物，由此結(jié)束 PEALD工藝。
[0084] 在一些實(shí)施方式中，于2011年4月11日提交的名稱(chēng)為"等離子體激活的保形膜沉 積"的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 13/084, 399中討論并描述了混合PEALD/PECVD方法，該專(zhuān)利申請(qǐng)通 過(guò)引用的方式全部并入本申請(qǐng)中。 PECVD反應(yīng)物
[0085] 可以使用與ALD反應(yīng)的反應(yīng)物相同的反應(yīng)物亦或不同的反應(yīng)物來(lái)執(zhí)行PECVD反 應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施方式中，使用〇2/N20的混合物以及BTBAS執(zhí)行PEALD反應(yīng)，并且使用TE0S 和/或硅烷執(zhí)行PECVD反應(yīng)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，TE0S和硅烷反應(yīng)物尤其適用于進(jìn)行PECVD反 應(yīng)。一般來(lái)講，在PEALD反應(yīng)物部分中上述列舉的反應(yīng)物可以用于TOCVD反應(yīng)。
[0086] 反應(yīng)物的流速可以根據(jù)所需的工藝的變化而變化。在PECVD的一個(gè)實(shí)施方式中， 未摻雜的硅玻璃（USG)，SiH4用作反應(yīng)物，并且流速在約lOOsccm至150〇SCCm之間，N 20的流 速在2000sccm至20000sccm之間。在涉及使用TE0S的PECVD的另一個(gè)實(shí)施方式中，TE0S 的流量在約lmL/min至20mL/min之間，并且02的流速在約2000sccm至30000sccm的之間。 室條件
[0087] 在某些實(shí)施方式中，在PECVD反應(yīng)期間，反應(yīng)室的溫度可以在約50°C至450°C之 間。這個(gè)范圍可以特別適于使用硅烷的反應(yīng)。在使用其他反應(yīng)物的情況下，溫度范圍可以 更小或更寬，例如，在使用TE0S的情況下，在約100°C至450°C之間。
[0088] 在PECVD反應(yīng)期間，反應(yīng)室內(nèi)的壓強(qiáng)可以在約1托至10托之間，例如，約5托。
[0089] 因?yàn)镻EALD操作與PECVD操作之間的室條件非常類(lèi)似，所以容易在單個(gè)反應(yīng)室中 實(shí)施兩種類(lèi)型的反應(yīng)。如上所述，這是有利的，因?yàn)檫@樣減小或消除了由于襯底在加工室之 間移動(dòng)而使水分進(jìn)入膜的風(fēng)險(xiǎn)，并且減少了在兩個(gè)過(guò)程之間對(duì)執(zhí)行除氣操作的需求。 等離子體發(fā)生條件
[0090] 通過(guò)暴露于等離子體來(lái)驅(qū)動(dòng)PECVD反應(yīng)。等離子體可以是電容耦合等離子體或遠(yuǎn) 程產(chǎn)生的電感耦合等離子體。由于上述原因，優(yōu)選的是，避免使用原位電感耦合等離子體。
[0091] 用于產(chǎn)生等離子體的氣體包括至少一種反應(yīng)物。等離子體生成氣體也可以包括其 他物質(zhì)。例如，在某些實(shí)施方式中，等離子體生成氣體包括惰性氣體。
[0092] 用于驅(qū)動(dòng)等離子體形成的頻率可以包括低頻成分和高頻成分兩者。在一些實(shí)施方 式中，高頻成分可以約為13. 56MHz或約為27MHz。低頻頻率可以在約300-400kHz之間。用 于驅(qū)動(dòng)等離子體形成的高頻射頻功率可以在約200W至3000W之間。用于驅(qū)動(dòng)等離子體形 成的低頻射頻功率可以在約200W至2500W之間。這些功率水平代表輸送的總的功率，這些 功率在四個(gè)工位之間分配。等離子體暴露的持續(xù)時(shí)間取決于沉積膜的期望厚度。
[0093] 在一些實(shí)施方式中，可以使用脈沖PECVD方法。這些方法可以涉及脈沖前體和/ 或射頻功率水平。 凈化條件
[0094] 通常在完成PECVD沉積之后進(jìn)行凈化。執(zhí)行凈化以從反應(yīng)室去除反應(yīng)物和任何副 產(chǎn)物。因?yàn)樵谶@個(gè)點(diǎn)已經(jīng)沉積膜，所以與PEALD反應(yīng)相比，凈化條件不太重要，因?yàn)橐呀?jīng)形 成PEALD膜，所以PEALD反應(yīng)要求多次反復(fù)反應(yīng)物凈化和后射頻凈化。 設(shè)備
[0095] 用于執(zhí)行公開(kāi)的方法的合適的設(shè)備通常包括用于完成工藝操作的硬件以及具有 指令的系統(tǒng)控制器，所述指令用于控制根據(jù)本發(fā)明的工藝操作。例如，在一些實(shí)施方式中， 硬件可以包括在加工裝備中包括的一個(gè)或多個(gè)PEALD、PECVD或結(jié)合的PEALD/PECVD處理 站。
[0096] 圖6提供了可用于實(shí)施公開(kāi)的實(shí)施方式的示例性設(shè)備的方框圖。如圖所示，反應(yīng) 器600包括加工室624,該加工室624封閉反應(yīng)器的其他元件并且用于容納例如由電容器型 系統(tǒng)產(chǎn)生的等離子體，該系統(tǒng)包括與接地的加熱部件620結(jié)合工作的噴頭614。連接至匹配 網(wǎng)絡(luò)606的高頻射頻發(fā)生器602以及低頻射頻發(fā)生器604連接至噴頭614。匹配網(wǎng)絡(luò)606 供應(yīng)的功率和頻率足以從工藝氣體產(chǎn)生等離子體，例如400W至700W的總能量。在本發(fā)明 的一個(gè)實(shí)施方式中，使用低頻射頻發(fā)生器和高頻射頻發(fā)生器兩者。在典型過(guò)程中，高頻射頻 成分一般在2MHz至60MHz之間，在優(yōu)選實(shí)施方式中，高頻成分約為13. 56MHz或27MHz。低 頻射頻成分一般在約250kHz至400kHz之間，在特定實(shí)施方式中，低頻成分約350kHz。 [0097] 在反應(yīng)器內(nèi)，晶片基座618支撐襯底616?；ǔ０ūP(pán)、撥塊或升降銷(xiāo)以在 沉積和/或等離子體處理反應(yīng)期間或間隔夾持并轉(zhuǎn)移襯底。卡盤(pán)可以是在本行業(yè)和/或研 究中可獲得使用的靜電卡盤(pán)、機(jī)械卡盤(pán)或各種其他類(lèi)型的卡盤(pán)。
[0098] 工藝氣體經(jīng)由入口 612引入。多氣源線610連接至歧管608。氣體可以經(jīng)過(guò)預(yù)混 合或未經(jīng)預(yù)混合。采用合適的閥門(mén)和質(zhì)量流控制機(jī)構(gòu)來(lái)確保在過(guò)程的沉積和等離子體處理 階段期間輸送合適的氣體。在化學(xué)前體以液體形式輸送的情況中，采用液體流控制機(jī)構(gòu)。然 后液體在達(dá)到沉積室之前在歧管中輸送期間被加熱到其蒸發(fā)點(diǎn)以上而蒸發(fā)并與其他工藝 氣體混合。
[0099] 工藝氣體經(jīng)由出口 622流出室600。真空泵626 (例如，一級(jí)或兩級(jí)機(jī)械式干泵和 /或渦輪分子泵）通過(guò)閉環(huán)控制的流量限制裝置（例如，節(jié)流閥或擺閥）通常抽出工藝氣體 并且在反應(yīng)器內(nèi)維持合適穩(wěn)定的低壓。
[0100] 本發(fā)明可以在多工位或單工位設(shè)備上實(shí)施。在【具體實(shí)施方式】中，使用具有4工位 沉積方案的300mm的Novellus Vector?設(shè)備或者具有6工位沉積方案的200mm的Sequel? 設(shè)備。能夠在每次沉積和/或后沉積等離子體退火處理之后使晶片轉(zhuǎn)位直到完成所有要求 的沉積和處理，或者在使晶片轉(zhuǎn)位之前可以在單個(gè)工位進(jìn)行多次沉積和處理。已經(jīng)表明在 任一種情況下的膜應(yīng)力相同。然而，在一個(gè)工位進(jìn)行多次沉積/處理明顯比在每次沉積和 /或處理之后轉(zhuǎn)位快。
[0101] 圖7示出了多工位加工工具2400的實(shí)施方式的示意圖，該多工位加工工具具有入 站裝載鎖2402和出站裝載鎖2404,任意一個(gè)或兩個(gè)裝載鎖可以包括遠(yuǎn)程等離子體源。在 大氣壓下，機(jī)械手2406被配置成將穿過(guò)吊艙2408裝載到晶片匣的晶片經(jīng)由大氣端口 2410 移動(dòng)到入站裝載鎖2402中。機(jī)械手將晶片放置在入站裝載鎖2402中的基座2412上，并且 大氣端口 2410關(guān)閉，并且裝載鎖被抽空。在入站裝載鎖2402包括遠(yuǎn)程等離子體源的情況 中，晶片可以在引入到加工室2414之前在裝載鎖中暴露以進(jìn)行遠(yuǎn)程等離子體處理。另外， 晶片同樣可以在入站裝載鎖2402中受熱，例如，用于去除水分和吸附氣體。接著，通往加工 室2414的室輸送端口 2416打開(kāi)，并且另一個(gè)機(jī)械手（未不出）將晶片放入反應(yīng)器中，在反 應(yīng)器中所示的第一工位的基座上以用于加工。盡管圖4所示的實(shí)施方式包括裝載鎖，但是 應(yīng)當(dāng)理解，在一些實(shí)施方式中，可以提供晶片進(jìn)入處理站的直接入口。
[0102] 圖示的加工室2414包括四個(gè)處理站，在圖4所示的實(shí)施方式中從1編號(hào)到4。每 個(gè)工位具有受熱的基座（工位1的圖示為2418)和氣體管道入口。應(yīng)當(dāng)理解，在一些實(shí)施 方式中，每個(gè)處理站可以具有不同的或多個(gè)用途。例如，在一些實(shí)施方式中，處理站可以在 PEALD與PECVD處理模式之間切換。另外或可替代地，在一些實(shí)施方式中，加工室2414可以 包括一個(gè)或多個(gè)配對(duì)的PEALD和PECVD處理站。盡管圖示的加工室2414包括四個(gè)工位，應(yīng) 當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明的加工室可以具有任意合適數(shù)量的工位。例如，在一些實(shí)施方式中，力口 工室可以具有四個(gè)或更多個(gè)工位，盡管在其他實(shí)施方式中，加工室可以具有三個(gè)或更少的 工位。
[0103] 圖7還示出了用于在加工室2414內(nèi)轉(zhuǎn)移晶片的晶片搬運(yùn)系統(tǒng)2490的實(shí)施方式。 在一些實(shí)施方式中，晶片搬運(yùn)系統(tǒng)2490可以在多個(gè)處理站之間并且/或者在處理站與裝載 鎖之間轉(zhuǎn)移晶片。應(yīng)當(dāng)理解，可以采用任何合適的晶片搬運(yùn)系統(tǒng)。非限制性實(shí)例包括晶片 旋轉(zhuǎn)貨架和晶片搬運(yùn)機(jī)械手。圖7還示出了用于控制工藝條件和加工裝備2400的硬件狀 態(tài)的系統(tǒng)控制器2450的實(shí)施方式。系統(tǒng)控制器2450可以包括一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備2456， 一個(gè)或多個(gè)大容量存儲(chǔ)設(shè)備2454和一個(gè)或多個(gè)處理器2452。處理器2452可以包括CPU或 計(jì)算機(jī)，模擬和/或數(shù)字輸入/輸出連接件，步進(jìn)電機(jī)控制板等。
[0104] 在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)控制器2450控制加工裝備2400的所有活動(dòng)。系統(tǒng)控制 器2450執(zhí)行存儲(chǔ)在大容量存儲(chǔ)設(shè)備2454、加載到存儲(chǔ)設(shè)備2456中并且在處理器2452上 運(yùn)行的系統(tǒng)控制軟件2458。系統(tǒng)控制軟件2458可以包括用于控制計(jì)時(shí)、氣體混合、室壓和 /或工位壓力、室溫和/或工位溫度、凈化條件和計(jì)時(shí)、晶片溫度、射頻功率水平、射頻頻率、 襯底、基座、卡盤(pán)和/或襯托器位置以及加工裝備2400執(zhí)行特定工藝的其他參數(shù)的指令。系 統(tǒng)控制軟件2458可以被配置成任何合適的方式。例如，可以寫(xiě)入多個(gè)加工工具組件的子程 序或控制對(duì)象以根據(jù)公開(kāi)的方法控制加工工具組件執(zhí)行多個(gè)加工工具過(guò)程所需的操作。系 統(tǒng)控制軟件2458可以編碼成任何合適的計(jì)算機(jī)可讀的編程語(yǔ)言。
[0105] 在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)控制系統(tǒng)2458可以包括用于控制如上所述的多個(gè)參數(shù) 的輸入/輸出控制（I〇C)序列指令。例如，PEALD工藝的每個(gè)階段可以包括由系統(tǒng)控制器 2450執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)指令。PEALD的配方階段中可以包括用于設(shè)定對(duì)應(yīng)的PEALD工藝階 段的工藝條件的指令。在一些實(shí)施方式中，可以順序布置PEALD的配方階段，使得與工藝階 段同時(shí)執(zhí)行用于PEALD的工藝階段的所有指令。PECVD工藝和混合PEALD/PECVD工藝同樣 如此。
[0106] 在一些實(shí)施方式中可以采用存儲(chǔ)在與系統(tǒng)控制器2450相關(guān)聯(lián)的大容量存儲(chǔ)設(shè)備 2454和/或存儲(chǔ)設(shè)備2456上的其他計(jì)算機(jī)軟件和/或程序。用于該目的程序或程序段的 實(shí)例包括襯底定位程序、工藝氣體控制程序、壓力控制程序、加熱器控制程序和等離子體控 制程序。
[0107] 襯底定位程序可以包括用于加工裝備組件的程序代碼，該加工裝備組件用于將襯 底裝載到基座2418上并且控制襯底與加工裝備2400的其他零件之間的間距。
[0108] 工藝氣體控制程序可以包括用于控制氣體成分和流速的代碼以及任選地用于在 沉積之前使氣體流入一個(gè)或多個(gè)處理站以便使處理站內(nèi)的壓力穩(wěn)定的代碼。壓力控制程序 可以包括用于通過(guò)調(diào)節(jié)（例如，加工站的排氣系統(tǒng)中的節(jié)流閥）流入加工站中的氣流等來(lái) 控制加工站中的壓力的代碼。
[0109] 加熱控制系統(tǒng)可以包括用于控制流到加熱單元的電流的代碼，該加熱單元用于加 熱襯底?？商娲?，加熱控制程序可以控制傳熱氣體（例如，氦氣）到襯底的輸送。
[0110] 等離子體控制程序可以包括用于設(shè)定施加在一個(gè)或多個(gè)加工站中的加工電極上 的射頻功率水平的代碼。
[0111] 在一些實(shí)施方式中，可以存在與系統(tǒng)控制器2450相關(guān)聯(lián)的用戶(hù)界面。用戶(hù)界面 可以包括顯示屏、設(shè)備和/或加工條件的圖像軟件顯示器以及用戶(hù)輸入設(shè)備，例如，指針設(shè) 備、鍵盤(pán)、觸屏、麥克風(fēng)等。
[0112] 在一些實(shí)施方式中，由系統(tǒng)控制器2450調(diào)節(jié)的參數(shù)可以涉及工藝條件。非限制性 實(shí)例包括工藝氣體成分和流速、溫度、壓力、等離子體條件（例如，射頻偏置功率水平）、壓 力、溫度等。這些參數(shù)可以以配方的形式提供給用戶(hù)，可以利用用戶(hù)接口來(lái)輸入配方。
[0113] 用于監(jiān)測(cè)過(guò)程的信號(hào)可以由系統(tǒng)控制器2450的模擬和/或數(shù)字輸入連接從多個(gè) 加工裝備傳感器提供。加工裝備2400的模擬和數(shù)字輸出連接可以輸出用于控制工藝的信 號(hào)?？梢员O(jiān)測(cè)的加工裝備傳感器的非限制性實(shí)例包括質(zhì)量流控制器、壓力傳感器（例如壓 力計(jì)）、熱電偶等。可以與來(lái)自這些傳感器的數(shù)據(jù)一起使用適當(dāng)編程的反饋和控制算法來(lái)維 持工藝條件。
[0114] 系統(tǒng)控制器2450可以提供用于實(shí)施上述沉積工藝的程序指令。程序指令可以控 制各種工藝參數(shù)，例如直流功率水平、射頻功率水平、射頻偏置功率水平、壓力、溫度等。這 些指令可以控制這些參數(shù)以根據(jù)本文所述的多個(gè)實(shí)施方式原位沉積膜堆層。
[0115] 光刻圖案化膜通常包括以下步驟中的一些或全部，每個(gè)步驟允許使用多種可用的 工具：（1)使用旋涂或噴涂工具將光致抗蝕劑涂覆在工件上，工件例如，上面形成有氮化硅 膜的襯底；（2)使用熱板或爐或其他合適的固化工具固化光致抗蝕劑；(3)使用例如晶片步 進(jìn)式曝光機(jī)之類(lèi)的工具將光致抗蝕劑暴露于可見(jiàn)光或紫外線或X射線；(4)使用例如濕式 清洗臺(tái)或噴灑顯影器之類(lèi)的工具使光致抗蝕劑顯影以便選擇性地去除抗蝕劑從而使其圖 案化；（5)通過(guò)使用干式或等離子體輔助刻蝕工具將蝕刻劑圖案轉(zhuǎn)移到下方的膜或工件； 并且（6)使用例如射頻或微波等離子體抗蝕劑剝離器之類(lèi)的工具去除抗蝕劑。在一些實(shí)施 方式中，在涂覆光致抗蝕劑之前可以沉積可灰化硬掩模層（例如，無(wú)定形碳層）和另一個(gè)合 適的硬掩模層（例如，抗反射層）。
[0116] 應(yīng)當(dāng)理解，本文所述的配置和/或方法在本質(zhì)上是示例性的，并且不應(yīng)當(dāng)以限制 意義看待這些具體的實(shí)施方式或?qū)嵗驗(yàn)楸姸嘧兓强尚械?。本文所述的具體程序或方 法可以代表一個(gè)或多個(gè)任意數(shù)量的加工策略。如此，圖示的各種動(dòng)作可以按照?qǐng)D示的順序、 其他順序或并列地執(zhí)行，或者在一些情況省略。同樣地，可以改變上述過(guò)程的順序。
[0117] 本發(fā)明的主題包括多個(gè)過(guò)程、系統(tǒng)及配置和其他特征、功能、操作和/或本文所述 的性能的所有新的且非顯而易見(jiàn)的組合和子組合以及它們的任意和所有的等同形式。 實(shí)驗(yàn)
[0118] 圖8提供了在PEALD工藝中根據(jù)公開(kāi)的方法部分地填充有二氧化硅膜804的間隙 802。設(shè)置標(biāo)記物806以便評(píng)價(jià)氧化物膜804的保形性。為了清楚起見(jiàn)，在圖8中僅設(shè)置一 個(gè)標(biāo)記物。每個(gè)標(biāo)記物806具有相同的高度。因此，顯然沉積的膜在底部比頂部厚。另外， 下側(cè)壁比上側(cè)壁厚，上側(cè)壁和下側(cè)壁兩者都比頂部區(qū)域厚。頂部附近的膜厚度與頂角處的 膜厚度大致相同。在約400°C的溫度沉積氧化硅膜804，BTBAS以2mL/min的流量持續(xù)時(shí)間 約0. 3s，接著進(jìn)行反應(yīng)物凈化，清掃持續(xù)時(shí)間約為0. 3s，接著均以10SLM的流量輸送02/N20 的混合物，與暴露于射頻等離子體〇. 5s -致，接著進(jìn)行后射頻凈化，持續(xù)時(shí)間為0. 09s。等 離子體是高頻等離子體，約5kW的功率在四個(gè)基座之間分配。膜804表現(xiàn)出錐形輪廓，這對(duì) 于填充間隙是理想的，特別是具有大深寬比的間隙。盡管用于形成膜804的PEALD工藝在 間隙802被完全填充之前終止（以便觀察填充行為），但是PEALD工藝可以繼續(xù)進(jìn)行以完全 填充間隙802而不形成任何接縫或孔洞。
[0119] 圖9示出了具有根據(jù)公開(kāi)的PEALD方法使用二氧化硅填充的多個(gè)間隙的襯底。在 這種情況下，間隙的深寬比約為7 :1，臨界尺寸近似約30nm。沉積的膜致密，并且沒(méi)有表現(xiàn) 出任何接縫或孔洞。
[0120] 圖10示出了根據(jù)公開(kāi)的PEALD方法填充的間隙的放大視圖。在填充物中沒(méi)有檢 測(cè)到接縫或孔洞。
[0121] 圖11示出了根據(jù)公開(kāi)的PEALD方法的具有被填充的高深寬比（AR約8 :1)的襯 底。要注意的是，右側(cè)的間隙表現(xiàn)出相同程度的凹角。標(biāo)記物A和B是同一長(zhǎng)度?？梢钥?出，間隙在標(biāo)記物B處比標(biāo)記物A處更寬。盡管寬度差相當(dāng)輕微，但是甚至很小程度的凹角 也會(huì)導(dǎo)致在許多常規(guī)的方法中形成孔洞。
[0122] 應(yīng)該指出的是，圖8至圖11所示的間隙在未執(zhí)行蝕刻操作的情況下進(jìn)行填充。
[0123] 圖12示出了根據(jù)使用TE0S的公開(kāi)的PECVD方法在約200°C用二氧化硅填充的寬 間隙。沉積的膜約2000 A厚，并且表現(xiàn)出良好的間隙填充性能，且沒(méi)有孔洞或接縫。沒(méi)有 進(jìn)行蝕刻操作。
【權(quán)利要求】
1. 一種填充在襯底表面上的間隙的方法，所述方法包括： (a) 引導(dǎo)氣相的第一反應(yīng)物進(jìn)入里面有所述襯底的反應(yīng)室中，并且使所述第一反應(yīng)物 能吸附在所述襯底表面上； (b) 引導(dǎo)氣相的第二反應(yīng)物進(jìn)入所述反應(yīng)室中，并且使所述第二反應(yīng)物能吸附在所述 襯底表面上； (c) 使所述襯底表面暴露于等離子體以驅(qū)動(dòng)所述襯底表面上所述第一反應(yīng)物與所述第 二反應(yīng)物之間的表面反應(yīng)，從而形成構(gòu)成所述間隙的底部和側(cè)壁的襯里的膜層； (d) 在不進(jìn)行抽空的情況下清掃所述反應(yīng)室；并且 (e) 重復(fù)操作（a)至（d)以形成額外的膜層，其中當(dāng)所述間隙的相對(duì)側(cè)壁上相對(duì)的膜層 彼此靠近時(shí)，所述相對(duì)的膜層上存在的表面基團(tuán)彼此交聯(lián)，從而在不形成孔洞或接縫的情 況下填充所述間隙。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一反應(yīng)物是含硅反應(yīng)物，并且所述第二反 應(yīng)物是氧化反應(yīng)物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述第一反應(yīng)物包括雙叔丁基氨基硅烷。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述第二反應(yīng)物包括氧氣和/或一氧化二氮。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述第二反應(yīng)物包括氧氣和一氧化二氮，并且其 中氧氣的體積流率和一氧化二氮的體積流率的差異不超過(guò)約20%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述間隙是凹角的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述間隙通過(guò)自底向上填充機(jī)理進(jìn) 行填充。
8. -種在襯底表面上填充間隙的方法，所述方法包括： (a) 引導(dǎo)氣相的第一反應(yīng)物進(jìn)入里面有所述襯底的反應(yīng)室中，并且使所述第一反應(yīng)物 能吸附在所述襯底表面上； (b) 引導(dǎo)氣相的第二反應(yīng)物進(jìn)入所述反應(yīng)室中，并且使所述第二反應(yīng)物能吸附在所述 襯底表面上； (c) 使所述襯底表面暴露于等離子體以驅(qū)動(dòng)所述襯底表面上所述第一反應(yīng)物與所述第 二反應(yīng)物之間的表面反應(yīng)，從而形成構(gòu)成所述間隙的底部和側(cè)壁的襯里的膜層，其中所述 膜在所述間隙的場(chǎng)區(qū)域和上側(cè)壁附近比在所述間隙的底部和下側(cè)壁附近致密； (d) 在不進(jìn)行抽空的情況下清掃所述反應(yīng)室；并且 (e) 重復(fù)操作（a)至（d)以形成額外的膜層，從而在不形成孔洞或接縫的情況下通過(guò)自 底向上填充機(jī)理填充所述間隙。
9. 一種在襯底表面上填充間隙的方法，所述方法包括： (a) 引導(dǎo)氣相的第一反應(yīng)物進(jìn)入里面有所述襯底的反應(yīng)室中，并且使所述第一反應(yīng)物 能吸附在所述襯底表面上； (b) 引導(dǎo)氣相的第二反應(yīng)物進(jìn)入所述反應(yīng)室中，并且使所述第二反應(yīng)物能吸附在所述 襯底表面上； (c) 使所述襯底表面暴露于等離子體以驅(qū)動(dòng)所述襯底表面上所述第一反應(yīng)物與所述第 二反應(yīng)物之間的表面反應(yīng)，從而形成構(gòu)成所述間隙的底部和側(cè)壁的襯里的膜層，其中在所 述間隙的底部和下側(cè)壁附近的膜中比在所述間隙的場(chǎng)區(qū)域和上側(cè)壁附近的膜中優(yōu)先掩埋 配體； (d) 在不進(jìn)行抽空的情況下清掃所述反應(yīng)室；并且 (e) 重復(fù)操作（a)至（d)以形成額外的膜層，從而在不形成孔洞或接縫的情況下通過(guò)自 底向上的填充機(jī)理填充所述間隙。
10. -種在襯底表面上填充間隙的方法，所述方法包括： (a) 引導(dǎo)氣相的第一反應(yīng)物進(jìn)入里面有所述襯底的反應(yīng)室中，并且使所述第一反應(yīng)物 能吸附在所述襯底表面上； (b) 引導(dǎo)氣相的第二反應(yīng)物進(jìn)入所述反應(yīng)室中，并且使所述第二反應(yīng)物能吸附在所述 襯底表面上； (c) 使所述襯底表面暴露于等離子體以驅(qū)動(dòng)所述襯底表面上所述第一反應(yīng)物與所述第 二反應(yīng)物之間的表面反應(yīng)，從而形成構(gòu)成所述間隙的襯里的膜； (d) 清掃或凈化所述反應(yīng)室； (e) 引導(dǎo)氣相的至少第三反應(yīng)物進(jìn)入所述反應(yīng)室中；并且 (f) 從至少所述第三反應(yīng)物產(chǎn)生等離子體以驅(qū)動(dòng)氣相反應(yīng)，其中所述氣相反應(yīng)物產(chǎn)生 間隙填充材料，并且其中所述間隙填充材料部分或完全填充所述襯底表面上的所述間隙。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中操作（a)至（c)包括形成保形膜，所述保形膜在 所述間隙的底部比在所述間隙的上側(cè)壁厚。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中操作（c)包括使所述間隙頂部附近的膜比所述 間隙底部附近的膜優(yōu)先致密化。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中操作（c)包括在所述間隙的底部附近的膜中比 在所述間隙的上側(cè)壁附近的膜中優(yōu)先掩埋配體。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中在操作（e)至（f)之前重復(fù)操作（a)至（c)，并 且其中在每次重復(fù)操作（c)之后不進(jìn)行抽空。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10至14中的任一項(xiàng)所述的方法，其中操作（f)中的所述等離子體是 電容耦合等離子體。
16. 根據(jù)權(quán)利要求10至14中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述第一反應(yīng)物和所述第二反 應(yīng)物中的至少一種與所述第三反應(yīng)物相同。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中操作（e)進(jìn)一步包括在引導(dǎo)所述第三反應(yīng)物到 所述反應(yīng)室中的同時(shí)引導(dǎo)氣相的第四反應(yīng)物到所述反應(yīng)室中。
18. 根據(jù)權(quán)利要求10至14中的任一項(xiàng)所述的方法，其中（c)中形成的所述膜包括與 (f)中形成的所述間隙填充材料相同的材料。
19. 根據(jù)權(quán)利要求10至14中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法在沒(méi)有任何中間蝕刻 操作的情況下進(jìn)行。
20. 根據(jù)權(quán)利要求10至14中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述第一反應(yīng)物是含硅反應(yīng) 物，并且所述第二反應(yīng)物是氧化反應(yīng)物。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述第一反應(yīng)物包括雙叔丁基氨基硅烷。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述第二反應(yīng)物包括氧氣和/或一氧化二氮。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述第二反應(yīng)物包括氧氣和一氧化二氮，并且 其中氧氣的體積流率和一氧化二氮的體積流率的差異不超過(guò)約20%。
24. 根據(jù)權(quán)利要求10至14中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述第三反應(yīng)物是正硅酸乙酯 或硅烷。
25. 根據(jù)權(quán)利要求10至14中的任一項(xiàng)所述的方法，其中在操作（a)至（f)中的任意一 個(gè)期間或任意兩者之間沒(méi)有從所述反應(yīng)室去除所述襯底。
26. -種在襯底表面上填充間隙的方法，所述方法包括： (a) 引導(dǎo)氣相的第一反應(yīng)物進(jìn)入里面有所述襯底的反應(yīng)室中，并且使所述第一反應(yīng)物 能吸附在所述襯底表面上，其中所述襯底至少具有臨界尺寸小于約50nm的窄間隙和臨界 尺寸大于或等于約50nm的寬間隙； (b) 引導(dǎo)氣相的第二反應(yīng)物進(jìn)入所述反應(yīng)室中，并且使所述第二反應(yīng)物能吸附在所述 襯底表面上； (c) 使所述襯底表面暴露于等離子體以驅(qū)動(dòng)所述襯底表面上所述第一反應(yīng)物與所述第 二反應(yīng)物之間的表面反應(yīng)，從而形成膜； (d) 清掃或凈化所述反應(yīng)室； (e) 重復(fù)操作（a)至（d)，其中形成的所述膜完全填充所述窄間隙并且構(gòu)成所述寬間隙 的襯里； (f) 引導(dǎo)氣相的至少第三反應(yīng)物進(jìn)入所述反應(yīng)室中；并且 (g) 在所述第三反應(yīng)物流到所述反應(yīng)室的同時(shí)使所述襯底表面暴露于等離子體以驅(qū)動(dòng) 氣相反應(yīng)，其中所述氣相反應(yīng)物產(chǎn)生間隙填充材料，并且其中所述間隙填充材料部分或完 全填充所述襯底表面上的所述寬間隙。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述窄間隙的深寬比大于約4 :1，并且所述寬間 隙的深寬比小于或等于約4 :1。
28. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述窄間隙是凹角的并且在不形成接縫或孔洞 的情況下被填充。
29. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中在每次重復(fù)操作（c)之后不進(jìn)行抽空。
30. 根據(jù)權(quán)利要求26至29中的任一項(xiàng)所述的方法，其中操作（g)中的所述等離子體是 電容耦合等離子體。
31. 根據(jù)權(quán)利要求26至29中的任一項(xiàng)所述的方法，其中（c)中形成的所述膜包括與 (g)中形成的所述間隙填充材料相同的材料。
32. 根據(jù)權(quán)利要求26至29中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法在沒(méi)有任何中間蝕刻 操作的情況下進(jìn)行。
33. -種使用電介質(zhì)材料填充半導(dǎo)體襯底上的一個(gè)或多個(gè)間隙的設(shè)備，包括： 反應(yīng)室； 用于引導(dǎo)反應(yīng)物到所述反應(yīng)室的入口； 用于從所述反應(yīng)室清除材料的出口； 等離子體發(fā)生器；以及 控制器，所述控制器具有指令以根據(jù)權(quán)利要求1至32中的任一項(xiàng)所述的方法填充所述 半導(dǎo)體襯底上的所述一個(gè)或多個(gè)間隙。
【文檔編號(hào)】H01L21/762GK104517892SQ201410521390
【公開(kāi)日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】康胡, 尚卡爾·斯娃米納森, 錢(qián)俊, 金萬(wàn)基, 丹尼斯·豪斯曼, 巴特·J·范施拉芬迪克, 阿德里安·拉瓦伊 申請(qǐng)人:朗姆研究公司