專利名稱：共形膜的等離子體激活沉積的制作方法
共形膜的等離子體激活沉積
相關(guān)申請的交叉參考
本公開要求2011年I月21日提交的、申請?zhí)枮?3/011,569、名稱為“PLASMA-ACTIVATED DEPOSITION OF CONFORMAL FILMS (共形膜的等離子體激活沉積)”的共同處于審查中并共同受讓的美國專利申請(代理人案卷號為NVLS003619CP1_N0VLP416X1US)的優(yōu)先權(quán)，并要求2010年9月23日提交的、申請?zhí)枮?2/889，132、名稱為“PLASMA-ACTIVATED DEPOSITION OF CONFORMAL FILMS (共形膜的等離子體激活沉積)”的共同受讓的美國專利申請(代理人案卷號為NVLS003619_N0VLP416US)的優(yōu)先權(quán)。這些在先申請的公開文本被視為本公開的一部分，并作為參考并入本公開中。
背景技術(shù)：
用于半導(dǎo)體器件的各種薄膜層可利用原子層沉積(ALD)工藝、化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝、或者等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝進行沉積。在某些條件下，一些ALD工藝可能不能使襯底飽和(saturate)，導(dǎo)致襯底上不完全的膜沉積、膜孤島以及膜厚度的變化。類似地，在某些條件下，一些CVD和PECVD工藝會受傳質(zhì)限制(mass transportlimited),并可能不能覆蓋高深寬比的器件結(jié)構(gòu)。解決不完全膜沉積的一些方式可包括，在ALD工藝中延長配量時間(dosingtimes)以使襯底表面有飽和的膜前驅(qū)體，而在CVD和PECVD工藝中降低壓強以提高傳質(zhì)效率。但是，延長配量時間和/或運行在較低壓強下會減少處理工具的吞吐量，需要安裝和維護額外的處理工具以支撐生產(chǎn)線。而且，通過這種方式產(chǎn)生的膜會具有使器件性能不足的物理特性、化學(xué)特性或電氣特性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本文描述了用于利用等離子體激活共形膜沉積(CFD)工藝沉積薄共形膜的方法和硬件的各種實施方式。在一實施方式中，描述了一種用于處理襯底的方法。舉例來說，該方法可包括，將光致抗蝕劑施加到所述襯底，通過步進式曝光器將所述光致抗蝕劑暴露于光中，用圖案圖案化所述抗蝕劑并將所述圖案轉(zhuǎn)印到所述襯底，以及從所述襯底選擇性地移除所述光致抗蝕劑。該方法可進一步包括將所述襯底置于半導(dǎo)體處理裝置的處理站中。該方法可進一步包括，在所述處理站中，在第一階段中，從所述襯底的表面外產(chǎn)生出前驅(qū)體自由基，以及將所述前驅(qū)體自由基吸附到所述表面以形成表面活性物質(zhì)。該方法可進一步包括，在所述處理站中，在第一清洗階段中，從所述處理站清洗殘留的前驅(qū)體。該方法可進一步包括，在所述處理站中，在第二階段中，將反應(yīng)性等離子體供應(yīng)給所述表面，所述反應(yīng)性等離子體被配置為與所述表面活性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生所述薄共形膜。該方法可進一步包括，在所述處理站中，在第二清洗階段中，從所述處理站清洗殘留的反應(yīng)物。提供發(fā)明內(nèi)容是用來以簡化的形式介紹精選出來的構(gòu)思，這些構(gòu)思在下面具體實施方式
部分會作進一步描述。提供發(fā)明內(nèi)容的目的不是要標識所要求保護的主題的關(guān)鍵特征或基本特征，也不是要用來限定所要求保護的主題的范圍。此外，所要求保護的主題并不 受限于解決本公開的任意部分中所述的任意缺點或全部缺點的實施方式。


圖1示出了根據(jù)本公開的實施方式的圖解利用等離子體激活共形膜沉積(CFD)工藝沉積薄共形膜的方法的流程圖。圖2示出了根據(jù)本公開的實施方式的示例性等離子體激活CFD工藝的時序圖。圖3示出了根據(jù)本公開的實施方式的示例性等離子體激活CFD硅氧化物膜和示例性PECVD硅氧化物膜之間的傅里葉變換紅外光譜對比。圖4示出了根據(jù)本公開的實施方式的示例性等離子體激活CFD硅氧化物膜和示例性PECVD硅氧化物膜之間的泄漏電流對比。圖5示出了根據(jù)本公開的實施方式的示例性等離子體激活CFD硅氧化物膜和示例性PECVD硅氧化物膜之間的應(yīng)力漂移對比。圖6示出了根據(jù)本公開的實施方式的用于利用等離子體激活CFD工藝沉積薄共形膜的另一示例性工藝時序圖。圖7示出了根據(jù)本公開的實施方式的用于利用等離子體激活CFD工藝沉積薄共形膜的另一示例性工藝時序圖。圖8示出了根據(jù)本公開的實施方式的示例性等離子體激活CFD硅氧化物膜之間的沉積速率對比，其中該沉積速率作為裂解等離子體子階段的數(shù)量的函數(shù)。圖9示出了根據(jù)本公開的實施方式的示例性等離子體激活CFD硅氧化物膜之間的擊穿電壓對比，其中該擊穿電壓作為裂解等離子體子階段的數(shù)量的函數(shù)。圖10示出了根據(jù)本公開的實施方式的示例性等離子體激活CFD硅氧化物膜之間的膜應(yīng)力對比，其中該膜應(yīng)力作為裂解等離子體子階段的數(shù)量的函數(shù)。圖11示出了根據(jù)本公開的實施方式的另一示例性等離子體激活CFD工藝的時序圖。圖12示出了包含根據(jù)本公開的實施方式沉積的薄共形介電膜的硅通孔(TSV)的示例性橫斷面。圖13示出了在180°C根據(jù)本公開的實施方式沉積的示例性等離子體激活cro硅氧化物膜和在180°c沉積的示例性PECVD硅氧化物膜之間的在TSV中的底角蓋度(bottomcorner coverage)對比。圖14示出了在400°C根據(jù)本公開的實施方式沉積的具有不同數(shù)量裂解等離子體子階段的示例性等離子體激活CFD硅氧化物膜之間的在TSV中的作為深寬比的函數(shù)的底角蓋度的對比。圖15針對在180°C根據(jù)本公開的實施方式沉積的具有不同數(shù)量裂解等離子體子階段的示例性等離子體激活CFD硅氧化物膜示出了襯底正面膜厚度相對于襯底背面膜厚度的蓋度的對比。圖16示出了根據(jù)本公開的實施方式的用于利用等離子體激活CFD工藝沉積薄共形膜的示例性處理站。圖17示出了根據(jù)本公開的實施方式的包括多個處理站、以及控制器的示例性處
理工具。
圖18示出了根據(jù)本公開的實施方式的描繪光刻圖案化(lithographicpatterning)的方法的實施方式的流程圖。
具體實施例方式通常通過在集成制造工藝中在襯底(比如硅晶片)上沉積和圖案化一或多層薄膜來制造半導(dǎo)體器件。在一些集成工藝中，沉積合乎襯底形貌的薄膜是有用的。例如，可將介電膜沉積到在硅襯底中所蝕刻的溝槽的側(cè)壁和底面上。介電膜可使硅襯底和隨后用于填充該溝槽的材料電氣絕緣,且可物理隔離該襯底和填充材料。沉積薄膜的一些方法包括CVD、PECVD以及ALD沉積方法。CVD和PECVD方法通常涉及穩(wěn)態(tài)氣相或反應(yīng)物質(zhì)之間的表面反應(yīng)，其產(chǎn)品是沉積的膜。該膜的厚度與反應(yīng)時間成比例增長。但是，傳質(zhì)(mass transport)現(xiàn)象也會影響膜的厚度。例如,CVD工藝在溝槽的頂部比在溝槽的底部可沉積更厚的膜。隨著沉積的繼續(xù)，溝槽頂部的開口尺寸會變得越來越小，降低了在溝槽內(nèi)傳輸反應(yīng)物以及產(chǎn)品的氣相能力。在一些實施方式中，因為所沉積的膜封閉了溝槽的頂部，所以CVD工藝會無法在溝槽的底部沉積膜。進一步地，由于一些器件可具有器件密度不同的區(qū)域，因此傳質(zhì)效應(yīng)可引起器件內(nèi)和襯底內(nèi)的厚度變化。這會降低器件性能和/或產(chǎn)率。解決這些問題的一些方法包括ALD。相較于利用氣相反應(yīng)來沉積膜的CVD，ALD工藝利用表面介導(dǎo)(surface-mediated)沉積反應(yīng)逐層地沉積膜。在一示例性的ALD工藝中，襯底表面被暴露于氣相膜反應(yīng)物Pl。Pl的一些分子可在襯底表面上形成凝相(condensed phase),包括用化學(xué)方法吸附或者用物理方法吸附的Pl0接著，反應(yīng)器被排空以移除氣相和用物理方法吸附的P1，留下用化學(xué)方法吸附的Pl在襯底表面上。然后，引入第二膜反應(yīng)物P2以產(chǎn)生用化學(xué)方法吸附的P2。提供給襯底的熱能激活用化學(xué)方法吸附的Pl和P2之間的表面反應(yīng)，形成膜層。最后，反應(yīng)器被排空以移除反應(yīng)副產(chǎn)品和未反應(yīng)的P2，結(jié)束該ALD周期。額外的ALD周期可被包括以累積膜的厚度。因為典型的ALD反應(yīng)通道使用表面介導(dǎo)熱分解工藝，所以低溫ALD工藝通常采用高反應(yīng)性化學(xué)品。這種反應(yīng)物可被功能化為包括易從反應(yīng)物中去除的離去基團。由于這種離去基團易于從親體分子裂解，因此該反應(yīng)物會具有有限的使用期且會易于在供應(yīng)和/或排放管道中分解，潛在地引起小顆粒缺陷。進一步地，這種化學(xué)品的合成會是昂貴的，潛在地提高了器件的成本。理論上，根據(jù)Pl和P2的暴露時間和粘附系數(shù)，每一個ALD周期可沉積單層膜。例如，一個ALD周期可沉積厚度在二分之一埃到三埃之間的膜層。因而，對大于幾個納米厚度的膜而言，ALD工藝會是冗長的。進一步地，在一或多種反應(yīng)物具有低粘附系數(shù)的情況下，可能難于使襯底表面飽和(saturate)，潛在地浪費了昂貴的化學(xué)品和/或放慢了膜的沉積。據(jù)此，本文描述了提供用于等離子體激活CFD的工藝和設(shè)備的實施方式。例如，圖1示出了用于利用等離子體激活CFD沉積薄共形膜的方法100的實施方式的流程圖。方法100包括，在102，在第一階段中，從襯底的表面外產(chǎn)生出前驅(qū)體自由基且將所述前驅(qū)體自由基吸附到所述表面以形成表面活性物質(zhì)。接著，方法100包括，在104，在第一清洗階段中，從處理站清洗殘留的前驅(qū)體。接著，方法100包括，在106，在第二階段中，將反應(yīng)性等離子體供應(yīng)給所述表面，所述反應(yīng)性等離子體被配置為與所述表面活性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生薄共形膜。最后，方法100包括，在108，在第二清洗階段中，從處理站清洗殘留的反應(yīng)物。圖2示意性地示出了針對利用等離子體激活CFD來沉積薄共形膜的方法的實施方式的時序圖200。圖2中所描繪的實施例包括可選的初始階段202、多個沉積周期204和可選的后沉積階段222。如圖2中所示，時序圖200包括排列在工藝階段的時間序列中的一系列工藝參數(shù)，所述工藝階段從左到右推進。但是，要知道的是，所述工藝階段可以任何合適的順序進行排列且某些階段在某些實施方式中可被省略。和上述的ALD工藝不同，裂解階段206期間所產(chǎn)生的等離子體能量激活了膜前驅(qū)體的裂解。裂解階段206期間形成的氣相前驅(qū)體自由基吸附到襯底表面，形成可以徙動以保持表面形貌的表面活性物質(zhì)。反應(yīng)階段214期間所產(chǎn)生的等離子體能量激活了表面活性物質(zhì)的一或多個表面反應(yīng)，生成薄共形膜。圖2中所示的等離子體激活CFD工藝參數(shù)包括惰性物質(zhì)、前驅(qū)體和反應(yīng)物種類的流率以及針對高頻(HF)和低頻(LF)等離子體的功率狀態(tài)設(shè)置。但是，要知道的是，圖2中未示出的其它等離子體激活CFD工藝參數(shù)也可隨著時間變化。其它示例性的等離子體激活CFD工藝參數(shù)包括但不限于等離子體功率和頻率、襯底溫度、處理站壓強、以及用于處理站進給和排氣管道硬件的各種溫度和壓強條件。圖2中所示的實施方式包括可選的初始階段202。如果被包括，則初始階段202可調(diào)整(condition)處理站和襯底以便將襯底傳遞到處理站中和/或以便后續(xù)沉積。例如，在一些實施方式中，初始階段202可包括各種壓強和溫度控制例程(routine)以將襯底和/或處理站轉(zhuǎn)變到膜沉積條件。如圖2中所示，初始階段202包括以受控的速率將一或多種惰性氣體供應(yīng)給處理站。惰性氣體可包括各種非反應(yīng)性氣體，比如單獨的或任意合適混合物中的氮、氬、氦、氙和一氧化碳。惰性氣體可從襯底表面解除冷凝水的吸附?？刂贫栊詺怏w流可控制處理站內(nèi)的壓強和/或溫度。各種惰性氣體還可被用作為用于傳輸一或多種前驅(qū)體或反應(yīng)物的運載氣體以及被用作為用于處理站和處理站排氣管道的稀釋劑。圖2示出了惰性氣體在下面更詳細描述的后續(xù)各個階段中被供應(yīng)。例如，在一些實施方式中，惰性氣體可在等離子體激活階段被供應(yīng)以幫助點燃和/或支持等離子體。但是，要知道的是，在一些實施方式中，可在一或多個階段中不供應(yīng)惰性氣體，并且，在一些實施方式中，可完全省略惰性氣體。進一步地，雖然如圖2中所示，惰性氣體流是恒定的，但是在一些實施方式中，惰性氣體流可以變化。例如，在一些實施方式中，一或多種惰性氣體的流的增長可相對地減少清洗階段的持續(xù)時間。在一實施例中，惰性氣體的流率可根據(jù)各種工藝氣體的熱力學(xué)特性和/或處理站的各種幾何特性進行調(diào)節(jié)。雖然圖2所示的實施方式?jīng)]有描繪等離子體在可選的初始階段202中的使用，但要知道的是，在一些實施方式中，等離子體能量可被用于在沉積之前處理襯底表面。這種等離子體處理可清潔該襯底表面，從而可制備用于沉積薄共形膜的表面。接著，圖2所示的實施方式包括多個沉積周期204。具體地，圖2示出了從第一個沉積周期204延伸到第N個沉積周期204N的N個沉積周期204，其中N是整數(shù)，代表用于形成希望厚度的膜的沉積周期204的任意合適的數(shù)量。雖然圖2描繪了多個沉積周期204，但是在一些實施方式中，等離子體激活CFD工藝可包括單個沉積周期204。每一個沉積周期204包括裂解階段206的實例。在裂解階段206期間，通過裂解等離子體從襯底表面外產(chǎn)生出前驅(qū)體自由基。在一實施例中，可在形成于襯底表面正上方的等離子體中產(chǎn)生前驅(qū)體自由基。在另一實施例中，前驅(qū)體自由基可由遠程等離子體產(chǎn)生并以氣相運載到襯底表面。前驅(qū)體自由基一旦形成便吸附到襯底的表面，形成表面活性物質(zhì)。接著，該表面活性物質(zhì)可在襯底表面上徙動，潛在地形成大體上共形的表面活性物質(zhì)吸附層(adlayer)。在裂解階段206期間，前驅(qū)體以受控速率供應(yīng)給處理站。雖然圖2所示的方法100的實施方式描繪了前驅(qū)體流具有不變的流率，但要知道的是，在本公開的范圍內(nèi)可采用前驅(qū)體到處理站的任意合適的受控流。在一另外的實施例中，前驅(qū)體可按可變流率進行供應(yīng)。除了前驅(qū)體的存在之外，裂解等離子體還可包括一或多種非反應(yīng)性等離子體氣體，比如上述惰性氣體中的一或多種。在一些實施方式中，裂解階段206可被細分成兩或更多個子階段。在圖2所示的實施方式中，裂解階段206被分成可選的預(yù)等離子體前驅(qū)體子階段208 (pre-plasmaprecursor subphase)和裂解等離子體子階段 210 (cracking plasma subphase)。在一些實施方式中，裂解階段206可包括裂解等離子體子階段210的兩或更多個實例，這些實例可被順序排列以形成脈沖模式的裂解等離子體，如下面參考圖6會更詳細描述的。在可選的預(yù)等離子體前驅(qū)體子階段208期間，在點燃離子體之前，前驅(qū)體以受控速率供應(yīng)給處理站。若預(yù)等離子體前驅(qū)體子階段208被包括在方法100中，則其可具有任意合適的持續(xù)時間。例如，在一實施例中，預(yù)等離子體前驅(qū)體子階段208可被定時使得前驅(qū)體的流率在處理站內(nèi)在等離子體點燃之前穩(wěn)定。這可避免等離子體自由基產(chǎn)生過程中前驅(qū)體流的不穩(wěn)定性。在另一實施例中，預(yù)等離子體前驅(qū)體子階段208可被定時以在等離子體點燃之前使處理站充電至前驅(qū)體的希望分壓(partial pressure)。一旦等離子體被點燃，這可提供前驅(qū)體自由基的希望濃度。在裂解等離子體子階段210期間，裂解等離子體被點燃。裂解等離子體被配置為將前驅(qū)體分子裂解成前驅(qū)體自由基。雖然在圖2所示的實施例中前驅(qū)體流先于裂解等離子體的點燃，但要知道的是，在一些實施方式中，裂解等離子體可在前驅(qū)體開始流到處理站之前被點燃。裂解等離子體子階段210可具有任意合適的持續(xù)時間而不背離本公開的范圍。在圖2所示的實施方式中，在裂解等離子體子階段210期間所使用的裂解等離子體包括被配置為在13.56MHz或更高的頻率上操作的高頻等離子體。不希望被理論束縛，這種高頻等離子體在鍵的斷裂過程中可以比低頻等離子體相對更有效。但是，要知道的是，可以采用任何合適的等離子體頻率，比如低頻等離子體頻率以及同時或脈跳地(in pulses)包括高頻和低頻的雙模式等離子體。進一步地，在本公開的范圍內(nèi)可采用任何合適的等離子體功率密度。示例性的功率密度包括但不限于在襯底表面測得的0.05-5ff/cm2范圍內(nèi)的功率密度。在前驅(qū)體包括正硅酸乙酯(C8H2tlO4Si或者TE0S)的一個實施例中，裂解等離子體可從親體分子裂解一或多個乙基取代基團，使得EtxSiOx物質(zhì)被吸附到襯底表面。但是，要知道的是，各種前驅(qū)體自由基可被形成。所形成的各種前驅(qū)體自由基的同一性(identity)可取決于工藝變量，所述工藝變量包括但不限于前驅(qū)體的同一性、前驅(qū)體的分壓、其它等離子體氣體的分壓、處理站的總壓(total pressure)、等離子體功率和等離子體頻率。進一步地，所形成的各種前驅(qū)體自由基的同一性可根據(jù)氣相物質(zhì)的熱力學(xué)和動力學(xué)性質(zhì)而變化。在裂解等離子體子階段210的最后，裂解等離子體被熄滅。雖然圖2示出了裂解等離子體的熄滅與前驅(qū)體流的停止并發(fā)，但要知道的是，在一些實施方式中也可采用前驅(qū)體流的合適的非并發(fā)停止。例如，在一非限制性的實施例中，前驅(qū)體流可在熄滅裂解等離子體之前被停止使得殘留的前驅(qū)體可被激活并吸附到表面。在一些實施方式中，沉積周期204可包括用于從處理站移除殘留物的后前驅(qū)體清洗階段212。清洗處理站可避免前驅(qū)體和反應(yīng)階段所供應(yīng)的反應(yīng)物之間的氣相反應(yīng)。在圖2示出的實施例中，惰性氣體流在清洗階段212期間被維持，清洗處理站的殘留前驅(qū)體分子。后前驅(qū)體清洗階段212可具有任意合適的持續(xù)時間。在一些實施方式中，后前驅(qū)體清洗階段212可包括用于排空(evacuate)處理站的一或多個排空子階段(未圖示)，這可相對減少后前驅(qū)體清洗階段212的持續(xù)時間。替代地，可以理解的是，在一些實施方式中可省略后前驅(qū)體清洗階段212。每一個沉積周期204包括反應(yīng)階段214的實例。在反應(yīng)階段214期間，由合適的反應(yīng)物產(chǎn)生的反應(yīng)性等離子體將反應(yīng)物自由基傳送到襯底表面。反應(yīng)物自由基與表面活性物質(zhì)相互作用并產(chǎn)生薄共形膜。在一些實施方式中，反應(yīng)階段214可被細分成兩或更多個子階段。在圖2所示的實施方式中，反應(yīng)階段214被分成可選的預(yù)等離子體反應(yīng)物子階段216 (pre-plasma reactant subphase)和反應(yīng)性等離子體子階段 218 (reactive plasmasubphase)。在可選的預(yù)等離子體反應(yīng)物子階段216期間，反應(yīng)物以受控速率供應(yīng)給處理站。若預(yù)等離子體反應(yīng)物子階段216被包括在方法100中，則其可具有任意合適的持續(xù)時間。例如，在一實施例中，預(yù)等離子體反應(yīng)物子階段216可被定時使得反應(yīng)物的流率在處理站內(nèi)在等離子體點燃之前穩(wěn)定。這可避免等離子體自由基產(chǎn)生過程中反應(yīng)物的流的不穩(wěn)定性。在另一實施例中，預(yù)等離子體反應(yīng)物子階段216可被定時以在等離子體點燃之前使處理站充電至前驅(qū)體的希望分壓。一旦等離子體被點燃，這可提供前驅(qū)體自由基的希望濃度。在反應(yīng)性等離子體子階段218，反應(yīng)性等離子體被點燃，產(chǎn)生反應(yīng)性自由基種類。雖然在圖2所示的實施例中反應(yīng)物的流先于反應(yīng)性等離子體的點燃，但要知道的是，在一些實施方式中，反應(yīng)性等離子體可在反應(yīng)物開始流到處理站之前被點燃。反應(yīng)性等離子體子階段218可具有任意合適的持續(xù)時間而不背離本公開的范圍。由反應(yīng)性等離子體形成的反應(yīng)性自由基種類可吸附于襯底的表面并通過所吸附的表面活性物質(zhì)層擴散。反應(yīng)性自由基種類可與表面活性物質(zhì)相互作用或者可促進表面活性物質(zhì)之間的反應(yīng)。例如，在用于從TEOS自由基和反應(yīng)性氧等離子體沉積薄共形硅氧化物膜的等離子體激活CFD工藝中，反應(yīng)性氧等離子體可潛在地氧化表面所吸附的硅氧基(siloxy)物質(zhì)(例如,Et303S1、Et202Si和EtOSi)以形成娃氧化物,可促進(O-S1-O)x低聚物之間的交聯(lián)以擴展娃氧化物網(wǎng)絡(luò)，可在娃氧化物晶格中填充氧空位(oxygen vacancy ),且可氧化乙基基團。在反應(yīng)性等離子體子階段218的最后，反應(yīng)性等離子體被熄滅。雖然圖2示出了反應(yīng)性等離子體的熄滅與反應(yīng)物的流的停止并發(fā)，但要知道的是，在一些實施方式中也可采用反應(yīng)物的流的合適的非并發(fā)停止。例如，在一非限制性的實施例中，反應(yīng)物的流可在熄滅反應(yīng)性等離子體之前被停止使得殘留的反應(yīng)物可被激活并吸附到表面。在圖2所示的實施方式中，反應(yīng)性等離子體由被配置為在13.56MHz或更高的頻率上操作的高頻等離子體和被配置為在低于13.56MHz的頻率上操作的低頻等離子體形成。但是，要知道的是，反應(yīng)階段214期間一或多種等離子體頻率的選擇可部分基于膜的一或多個希望的物理特性和/或電氣特性。進一步地，在一些實施方式中，反應(yīng)階段214可包括脈沖模式的反應(yīng)性等離子體，如下面參考圖7會更詳細描述的。如上所述，在激活反應(yīng)鍵的斷裂過程中，高頻等離子體可比低頻等離子體相對更有效。但是，在襯底表面提供反應(yīng)性等離子體方面，低頻等離子體可相對更有效。例如，低頻等離子體可產(chǎn)生相對較高的轟擊能量且具有相對較高的鞘層電壓。不希望被理論束縛，在期望氧化物膜有低濕法蝕刻速率的實施例中，可使用低頻氧等離子體將相對較多的氧傳送到襯底表面。這可提供相對較密的膜和較抗壓應(yīng)的膜。在期望減少氧化物膜中的碳雜質(zhì)的另一實施例中，可使用高頻等離子體產(chǎn)生相對較高密度的原子氧。相對于低頻等離子體，這可清除相對較大數(shù)量的表面束縛碳。要知道的是，在本公開的范圍內(nèi)在反應(yīng)性等離子體子階段218中可采用任何合適的等離子體功率密度。示例性的功率密度包括但不限于在襯底表面測得的0.05-5ff/cm2范圍內(nèi)的功率密度。在一些實施方式中，沉積周期204可包括后反應(yīng)物清洗階段220。在后反應(yīng)物清洗階段220期間，殘留的反應(yīng)物從處理站被移除。清洗處理站可避免反應(yīng)物和后續(xù)沉積周期204中所供應(yīng)的前驅(qū)體之間的氣相反應(yīng)。在圖2所示的實施例中，惰性氣體流在后反應(yīng)物清洗階段220期間被維持，清洗處理站的殘留反應(yīng)物分子。后反應(yīng)物清洗階段220可具有任意合適的持續(xù)時間。例如，在一些實施方式中，后反應(yīng)物清洗階段220可根據(jù)處理站的停留時間進行定時。在一些實施方式中，后反應(yīng)物清洗階段220可包括用于排空處理站的一或多個排空子階段(未圖示)，這可相對減少后反應(yīng)物清洗階段220的持續(xù)時間。替代地，可以理解的是，在一些實施方式中可省略后反應(yīng)物清洗階段220。在一些實施方式中，一或多個可選的后沉積階段222可接著一或多個沉積周期204以調(diào)整所沉積的膜。例如，后沉積階段222可以為所沉積的膜提供各種等離子體和/或熱處理。后沉積階段222期間所提供的膜處理的示例會參考圖11進行詳細描述。因為擴散效應(yīng)可限定深度，超出該深度，某些等離子體處理工藝的結(jié)果會被消弱，所以額外的沉積周期204可附加在后沉積階段222之后以創(chuàng)建額外的膜厚度，而在該額外的沉積周期204之后又接著額外的后沉積階段222，以此類推。在一些實施方式中，后沉積階段222可以為襯底傳遞過程調(diào)整處理站和襯底。例如，在一些實施方式中，后沉積階段222可包括各種壓強和溫度控制例程以將襯底和處理站轉(zhuǎn)變到適合將襯底傳送到處理工具中所包含的另一處理站或裝載鎖的條件。如圖2中所示，一或更多種惰性氣體在部分后沉積階段222被供應(yīng)。供應(yīng)惰性氣體給處理站可在準備傳遞襯底的處理站內(nèi)提供壓強控制。雖然圖2中示出了惰性物質(zhì)的恒量供應(yīng)，但要知道的是，在一些實施方式中可采用任何合適的流率方案，包括可變流率方案。在一些其它的實施方式中，在后沉積階段222期間可不供應(yīng)惰性物質(zhì)。上述方法可被用于沉積各種薄共形膜。在一非限制性的實施例中，等離子體激活CFD工藝可被用于從包括TEOS的前驅(qū)體和包括氧的反應(yīng)物來沉積硅氧化物膜。表I提供了針對示例性的基于TEOS的娃氧化物膜的示例性工藝參數(shù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種在包括處理站的半導(dǎo)體處理裝置中用于在位于所述處理站中的襯底上形成薄共形膜的方法，所述方法包括: 在第一階段中: 從所述襯底的表面外產(chǎn)生出前驅(qū)體自由基，以及 將所述前驅(qū)體自由基吸附到所述表面以形成表面活性物質(zhì)； 在第一清洗階段中，從所述處理站清洗殘留的前驅(qū)體； 在第二階段中，將反應(yīng)性等離子體供應(yīng)給所述表面，所述反應(yīng)性等離子體被配置為與所述表面活性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生所述薄共形膜；以及在第二清洗階段中，從所述處理站清洗殘留的反應(yīng)物。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其進一步包括在所述第一階段期間形成本質(zhì)上共形的表面活性物質(zhì)層。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中產(chǎn)生所述前驅(qū)體自由基進一步包括利用高頻直流等離子體產(chǎn)生氣相的前驅(qū)體自由基。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其進一步包括通過在所述第一階段期間調(diào)節(jié)高頻等離子體的持續(xù)時間來調(diào)節(jié)所述薄共形膜的沉積速率。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其進一步包括通過在所述第一階段期間調(diào)節(jié)高頻等離子體的脈沖數(shù)量來調(diào)節(jié)所述薄共形膜的沉積速率。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其進一步包括通過在所述第二階段期間調(diào)節(jié)等離子體頻率和等離子體持續(xù)時間中的一或多者來調(diào)節(jié)所述薄共形膜的電氣和物理屬性中的一或多者。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二階段包括通過同時利用高頻等離子體和低頻等離子體產(chǎn)生所述反應(yīng)性等離子體。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中產(chǎn)生所述反應(yīng)性等離子體包括使所述高頻等離子體和所述低頻等離子體同時脈沖。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二階段包括通過使高頻等離子體和低頻等離子體交替脈沖產(chǎn)生所述反應(yīng)性等離子體。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其進一步包括，在第三階段中，用由摻雜等離子體供應(yīng)的摻雜物摻雜所述薄共形膜，其中所述摻雜等離子體利用高頻和低頻等離子體中的一或多者產(chǎn)生。
11.一種半導(dǎo)體處理裝置，其包括: 處理站； 被設(shè)置在所述處理站內(nèi)部的襯底支架，所述襯底支架被構(gòu)造來支撐襯底；以及 被流體地耦合于所述處理站的等離子體源；以及 被構(gòu)造來執(zhí)彳丁保存在存儲器中的指令的系統(tǒng)控制器，所述指令包括: 在第一階段中，用于如下事項的指令: 利用裂解等離子體從所述襯底的表面外產(chǎn)生出前驅(qū)體自由基，以及將所述前驅(qū)體自由基供應(yīng)給所述表面，所述前驅(qū)體自由基在所述表面上形成共形的表面活性物質(zhì)層； 在第一清洗階段中，用于從所述處理站清洗殘留前驅(qū)體的指令；在第二階段中，用于如下事項的指令: 利用反應(yīng)性等離子體產(chǎn)生反應(yīng)物質(zhì)，以及 將所述反應(yīng)物質(zhì)供應(yīng)給所述表面以便所述反應(yīng)物質(zhì)與所述表面活性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，形成共形膜層；以及 在第二清洗階段中，用于從所述處理站清洗殘留反應(yīng)物的指令。
12.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體處理裝置，其中所述等離子體源包括高頻直流等離子體源和/或低頻直流等離子體源。
13.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體處理裝置，其中所述等離子體源包括平行板等離子體源、電感耦合等離子體源、螺旋波等離子體源、電子回旋共振等離子體源、磁控管增強等離子體源和直流輝光放電等離子體源中的一或多者。
14.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體處理裝置，其進一步包括指令以在第三階段中: 利用高頻等離子體和低頻等離子體中的一或多者在所述表面上方產(chǎn)生摻雜等離子體，所述摻雜等離子體包括摻雜物；以及 用所述摻雜物摻雜所述共形膜層。
15.一種填充集成半導(dǎo)體器件襯底中的硅通孔的方法，所述硅通孔包括位于所述集成半導(dǎo)體器件的第一表面中的開口、從所述第一表面向內(nèi)延伸的側(cè)壁、以及底部，所述方法包括: 形成覆蓋所述硅通孔的所述側(cè)壁和底部的薄共形介電層，其中形成所述薄共形介電層包括: 在第一階段中，從所述襯底外產(chǎn)生出前驅(qū)體自由基并將所述前驅(qū)體自由基吸附在所述硅通孔的所述側(cè)壁和底部上， 在第一清洗階段中，從所述處理站清洗殘留的前驅(qū)體， 在第二階段中，將反應(yīng)性等離子體供應(yīng)給所述硅通孔的所述側(cè)壁和底部，所述反應(yīng)性等離子體被配置為與吸附在所述硅通孔的所述側(cè)壁和底部上的所述前驅(qū)體自由基發(fā)生反應(yīng)，以及 在第二清洗階段中，從所述處理站清洗殘留的反應(yīng)物；以及 用導(dǎo)電金屬填充所述硅通孔。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中形成所述薄共形介電層進一步包括在所述硅通孔的底角中沉積所述薄共形介電層使得所述薄共形介電層的底角厚度是所述薄共形介電層的開口區(qū)域厚度的至少大約10%，其中所述硅通孔具有至少大約10:1的深寬比。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述前驅(qū)體自由基產(chǎn)生自包括正硅酸乙酯的前驅(qū)體。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述反應(yīng)性等離子體包括原子氧自由基。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中形成所述薄共形介電層進一步包括形成具有至少大約-131MPa的壓應(yīng)力和至少大約1.46的折射率的薄共形介電層。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第一階段包括利用高頻等離子體來產(chǎn)生所述前驅(qū)體自由基，且其中所述第二階段包括利用高頻等離子體和低頻等離子體中的一或多者來產(chǎn)生反應(yīng)物質(zhì)。
21.如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法進一步包括:將光致抗蝕劑施加到所述襯底； 通過步進式曝光器將所述光致抗蝕劑暴露于光中； 用圖案圖案化所述抗蝕劑并將所述圖案轉(zhuǎn)印到所述襯底；以及 從所述襯底選擇性地移除所述光致抗蝕劑。
22.—種半導(dǎo)體處理系統(tǒng)，其包括: 步進式曝光器工具；以及 處理工具，其包括: 處理站， 被設(shè)置在所述處理站內(nèi)部的襯底支架，所述襯底支架被構(gòu)造來支撐襯底， 被流體地耦合于所述處理站的等離子體源，以及 被構(gòu)造來執(zhí)彳丁保存在存儲器中的指令的系統(tǒng)控制器，所述指令包括: 在第一階段中，用于如下事項的指令: 利用裂解等離子體從所述襯底的表面外產(chǎn)生出前驅(qū)體自由基，以及將所述前驅(qū)體自由基供應(yīng)給所述表面，所述前驅(qū)體自由基在所述表面上形成共形的表面活性物質(zhì)層， 在第一清洗階段中，用于從所述處理站清洗殘留前驅(qū)體的指令， 在第二階段中，用于如下事項的指令: 利用反應(yīng)性等離子體產(chǎn)生反應(yīng)物質(zhì)，以及 將所述反應(yīng)物質(zhì)供應(yīng)給所述表面以便所述反應(yīng)物質(zhì)與所述表面活性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，形成共形膜層，以及 在第二清洗階段中，用于從所述處理站清洗殘留反應(yīng)物的指令。
23.一種在襯底中形成硅通孔的方法，所述方法包括: 形成所述硅通孔，其包括: 將光致抗蝕劑施加到所述襯底， 將所述光致抗蝕劑暴露于光中， 用圖案圖案化所述抗蝕劑并將所述圖案轉(zhuǎn)印到所述襯底，以及 從所述襯底選擇性地移除所述光致抗蝕劑；以及 形成覆蓋所述硅通孔的側(cè)壁和底部的薄共形介電層，其包括: 在第一階段中，從所述襯底外產(chǎn)生出前驅(qū)體自由基并將所述前驅(qū)體自由基吸附在所述硅通孔的所述側(cè)壁和底部上， 在第一清洗階段中，從所述處理站清洗殘留的前驅(qū)體， 在第二階段中，將反應(yīng)性等離子體供應(yīng)給所述硅通孔的所述側(cè)壁和底部，所述反應(yīng)性等離子體被配置為與吸附在所述硅通孔的所述側(cè)壁和底部上的所述前驅(qū)體自由基發(fā)生反應(yīng)，以及 在第二清洗階段中，從所述處理站清洗殘留的反應(yīng)物。
全文摘要
本文描述了用于利用等離子體激活共形膜沉積(CFD)工藝沉積薄共形膜的方法和硬件。在一實施例中，一種用于形成薄共形膜的方法包括，在第一階段中，從所述襯底的表面外產(chǎn)生出前驅(qū)體自由基并將所述前驅(qū)體自由基吸附到所述表面以形成表面活性物質(zhì)；在第一清洗階段中，從所述處理站清洗殘留的前驅(qū)體；在第二階段中，將反應(yīng)性等離子體供應(yīng)給所述表面，所述反應(yīng)性等離子體被配置為與所述表面活性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生所述薄共形膜；以及在第二清洗階段中，從所述處理站清洗殘留的反應(yīng)物。
文檔編號H01L21/205GK103119695SQ201180045808
公開日2013年5月22日 申請日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月23日
發(fā)明者李明, 康胡, 曼迪亞姆·西里拉姆, 阿德里安·拉瓦伊 申請人:諾發(fā)系統(tǒng)公司