利用空間原子層沉積進行無縫間隙充填的制作方法
【技術領域】
[0001]本文揭示的實施例一般是關于基板處理，及更具體而言是關于用于以高深寬比特征形成電介質材料的方法。
【背景技術】
[0002]隨著集成電路上的裝置密度持續(xù)增大，裝置結構之間的尺寸與距離持續(xù)減小。結構間隙的較窄寬度和結構之間溝槽的較窄寬度增大了所述構造中的高度與寬度比率(亦即深寬比)。換句話說，集成電路元件的持續(xù)微型化正在使所述元件內和所述元件之間的水平寬度比所述元件垂直高度更快地縮小。
[0003]雖然制作具有日益增大深寬比的裝置結構的能力已容許將更多結構(例如晶體管、電容器、二極管，等等)包裝在半導體晶片基板的相同表面積上，但此舉亦產生制造問題。所述問題之一是在充填處理期間，難以在不產生空隙或縫隙的情況下完全充填這些結構中的間隙和溝槽。利用諸如氮化硅或氧化硅的電介質材料充填間隙和溝槽必須使鄰近的裝置結構與彼此電隔絕。如果間隙留空，則將會有過多電噪聲和電流漏泄，使裝置無法正常操作(或根本無法操作)。
[0004]當間隙寬度較大(及深寬比較小)時，間隙相對易于利用電介質材料的快速沉積物填充。沉積材料將覆蓋間隙側面及底部，并持續(xù)從下到上進行充填，直至裂縫或溝槽得到充分充填為止。然而，隨著深寬比增至3:1或以上，將變得更難以在沒有堵塞的情況下充填深的狹窄溝槽，所述堵塞在充填體積中產生空隙或縫隙。
[0005]由此，對在具有高深寬比的間隙、溝槽，和其他裝置結構內形成電介質材料的方法仍存在需求。

【發(fā)明內容】

[0006]本文揭示的實施例一般是關于基板處理，及更具體而言是關于用于以較高深寬比特征形成電介質材料的方法。在一個實施例中，揭示一種用于充填高深寬比溝槽的方法。所述方法包括將數個基板置于處理腔室內部，在所述腔室中，每一基板具有一表面，所述表面具有數個高深寬比溝槽，及所述表面面向氣體/等離子體分配組件。所述方法進一步包括執(zhí)行以下序列:在基板表面上及數個溝槽中的每一個內側沉積電介質材料層，在此情況下，電介質材料層位于每一溝槽的底部及側壁上；并去除安置在基板表面上的一部分電介質材料層，在此情況下，每一溝槽的開口被加寬。所述方法進一步包括重復所述序列，直至利用電介質材料無縫充填了溝槽為止，在此情況下，序列在處理腔室中執(zhí)行。
【附圖說明】
[0007]為了能夠詳細理解上文中列舉的本發(fā)明特征，可參考實施對上文簡述的本發(fā)明進行更為具體的描述，所述的實施中的一些實施在附圖中進行圖示。然而，將注意，附圖僅圖示本發(fā)明的典型實施，因此附圖將不被視作限制本發(fā)明范疇，因為本發(fā)明可認可其他同等有效的實施。
[0008]圖1是根據一個實施例的處理腔室的橫剖面?zhèn)纫晥D。
[0009]圖2是根據一個實施例的轉盤處理腔室的透視圖。
[0010]圖3是根據一個實施例的氣體/等離子體分配組件中的一部分的示意性底視圖。
[0011]圖4圖示根據一個實施例的用于利用電介質材料充填高深寬比特征的處理步驟。
[0012]為了便于理解，在可能的情況下已使用相同元件符號以指定附圖中共用的相同元件。假設一個實施中揭示的元件可在無需特定詳述的情況下以有利方式用于其他實施中。
【具體實施方式】
[0013]本文揭示的實施例一般是關于基板處理，及更具體而言是關于用于在高深寬比特征中形成電介質材料的方法。在一個實施例中，揭示一種用于充填高深寬比溝槽的方法。所述方法包括將基板置于處理腔室內部，在所述腔室中，基板具有一表面，所述表面具有數個高深寬比溝槽，及所述表面面向氣體/等離子體分配組件。所述方法進一步包括執(zhí)行以下序列:在基板表面上及數個溝槽中的每一個內側沉積電介質材料層，在此情況下，電介質材料層位于每一溝槽底部及側壁上；并去除安置在基板表面上的一部分電介質材料層，在此情況下，每一溝槽的開口被擴大。所述方法進一步包括重復所述序列，直至利用電介質材料無縫充填了溝槽為止，在此情況下，在處理腔室中執(zhí)行序列。
[0014]圖1是根據一個實施例的處理腔室100的橫剖面?zhèn)纫晥D。處理腔室100能夠在一或更多個基板60上執(zhí)行沉積和蝕刻處理兩者。處理腔室100包括氣體/等離子體分配組件30，所述分配組件能夠在基板60的整個頂表面61分配一或更多個氣體及/或等離子體?；?0可具有數個待充填電介質材料的溝槽，所述電介質材料如氮化娃或氧化娃。氣體/等離子體分配組件30包括數個氣體口和數個真空口，所述氣體口將一或更多個氣流及/或等離子體傳輸至基板60，所述真空口安置在相鄰的氣體口之間以從處理腔室100傳輸出氣流。
[0015]在一個實施例中，氣體/等離子體分配組件包括第一前體注射器120、第二前體注射器130、第三前體注射器142、等離子體注射器144，和凈化氣體注射器140。注射器120、130、140、142、144可由諸如主機的系統(tǒng)計算機(未圖示)控制，或由諸如可編程邏輯控制器的腔室特定控制器控制。前體注射器120將化合物A的連續(xù)或脈沖式反應性前體流經由氣體口 125注入處理腔室100。前體注射器130將化合物B的連續(xù)或脈沖式反應性前體流經由氣體口 135注入處理腔室100。前體注射器142將化合物C的連續(xù)或脈沖式反應性前體流經由氣體口 165注入處理腔室100。前體A、B、C可用以執(zhí)行氮化硅、氧化硅，或其他電介質材料的原子層沉積(atomic layer deposit1n ;ALD)至形成于基板60上的溝槽內。前體A可包含硅，前體B可包含氮，且前體C可包含氧。在一個實施例中，僅有兩個前體，如前體A和B，或前體A和Co
[0016]等離子體注射器144可將遠程等離子體經由等離子體/氣體口 175注入處理腔室100，以在基板60上執(zhí)行等離子體蝕刻。等離子體注射器144可將諸如NF3的蝕刻劑氣體經由等離子體/氣體口 175注入等離子體區(qū)域185內，及電極187、189在等離子體區(qū)域185中形成電場，然后在等離子體區(qū)域185中產生等離子體。亦可使用其他類型的等離子體源來代替電極187、189以在等離子體區(qū)域185中產生等離子體。凈化氣體注射器140將連續(xù)的或脈沖式的非反應性氣流或凈化氣流經由數個氣體口 145注入處理腔室100。遠程等離子體或在等離子體區(qū)域185中形成的等離子體可通過噴淋頭191。噴淋頭191可被配置以通過使或多或少的等離子體到達基板60上來控制蝕刻處理的方向性。
[0017]凈化氣體從處理腔室100中去除反應性材料和反應性副產物。凈化氣體通常為惰性氣體，如氮氣、氬氣或氦氣。氣體口 145可被安置在氣體口 125、135、165、175之間以便分隔前驅化合物A、B、C與等離子體或蝕刻劑氣體，由此避免前體與等離子體/蝕刻劑氣體之間的交叉污染。
[0018]在另一方面中，在將前體注入處理腔室100內之前，遠程等離子體源(未圖示)可連接到前體注射器120、前體注射器130及前體注射器142。處理腔室100進一步包括連接到處理腔室100的泵送系統(tǒng)150。泵送系統(tǒng)150可被配置以經由一或更多個真空口 155將氣流排出處理腔室100。真空口 155可被安置在氣體口 125、135、165、175之間，以便在氣流與基板表面61反應之后，將氣流排出處理腔室100，及進一步限制前體與等離子體/蝕刻劑氣體之間的交叉污染。
[0019]處理腔室100包括數個分區(qū)160，所述分區(qū)安置在相鄰的氣體口之間。每一分區(qū)160的下部部分延伸至基板60的表面61附近，例如，與表面61相距約0.5mm或更大距離。在此配置中，分區(qū)160的下部部分與基板表面61分隔達一距離，所述距離足以容許在氣流與基板表面61反應之后，氣流圍繞下部部分流向真空口 155。箭頭198指示氣流方向。因為分區(qū)160作為氣流的物理阻擋層進行操作，因此分區(qū)160亦限制前體之間的交叉污染。數個加熱器90可被安置在基板60下方以協(xié)助在處理腔室100中執(zhí)行的一或更多個處理。
[0020]處理腔室100亦可包括梭子65與軌道70以用于穿過處理腔室100以從氣體/等離子體分配組件30下方通過的形式移送基板60。在圖1中所示的實施例中，梭子65以直線路經移動穿過處理腔室100。圖2圖示一實施例，在所述實施例中，基板以圓形路徑移動穿過轉盤處理系統(tǒng)。
[0021]圖2是根據一個實施例的轉盤處理腔室200的透視圖。處理腔室200可包括基座組件230和氣體/等離子體分配組件250。基座組件230具有頂表面231與數個凹槽243，所述凹槽形成于頂表面231中。每一凹槽243可支撐一個基板60。在一個實施例中，基座組件230具有六個凹槽以用于支撐六個基板60。每一凹槽243經定尺以使被支撐在凹槽243中的基板60具有與基座組件230的頂表面231大體上共面的頂表面61。在沉積/蝕刻處理期間，或在沉積/蝕刻處理之間，基座組件230可通過支撐軸240而旋轉。
[0022]氣體/等離子體分配組件250包括數個扇形區(qū)段252。氣體/等離子體分配組件250的部分被去除以圖示安置在下方的基座組件230，如圖2中所示。氣體/等離子體分配組件250并非由數個區(qū)段252形成，而是可按與基座組件230具有相同形狀地一體形成。氣體/等離子體分配組件250的部分在圖3中圖示。
[0023]圖3是氣體/等離子體分配組件250中的一部分的示意性底視圖。氣體/等離子體分配組件250具有表面301，所述表面301面向基座組件230。數個氣體/等離子體