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TW201903829A - 矽氮化物之選擇性成長 - Google Patents

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TW201903829A
TW201903829A TW107108738A TW107108738A TW201903829A TW 201903829 A TW201903829 A TW 201903829A TW 107108738 A TW107108738 A TW 107108738A TW 107108738 A TW107108738 A TW 107108738A TW 201903829 A TW201903829 A TW 201903829A
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TW107108738A
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大衛 查爾斯 史密斯
丹尼斯 Ｍ 豪斯曼恩
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美商蘭姆研究公司
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Abstract

本文提供用於相對於矽氧化物表面在矽表面上選擇性地沉積矽氮化物、及相對於矽表面在矽氧化物表面上選擇性地沉積矽氮化物的方法及設備。方法涉及在使用熱力式原子層沉積在矽氧化物表面上選擇性地沉積矽氮化物之前，將基板曝露於選擇性地與矽表面反應的烯烴，以藉由在矽表面上形成有機部分而阻擋矽表面。方法涉及在使用熱力式原子層沉積在矽表面上選擇性地沉積矽氮化物之前，將基板曝露於選擇性地與矽氧化物表面反應的烷基矽基鹵化物，以藉由在矽氧化物表面上形成有機部分而阻擋矽氧化物表面。

Description

矽氮化物之選擇性成長
本文係關於矽氮化物的選擇性成長。更具體而言，本文係關於相對於矽氧化物表面在矽表面上選擇性地沉積矽氮化物、及相對於矽表面在矽氧化物表面上選擇性地沉積矽氮化物的方法及設備。
半導體元件製造可涉及矽氮化物膜的沉積。矽氮化物薄膜具有獨特的物理、化學、及機械特性，且因此在各種應用中使用。舉例而言，矽氮化物膜可用於擴散阻障、閘極絕緣體、側壁間隔件、封裝層、電晶體中的應變膜等。沉積矽氮化物膜的習知方法對介電材料不具選擇性。
本文提供用於處理半導體基板的方法及設備。一實施態樣涉及在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，該方法包含：提供具有曝露的矽氧化物表面及曝露的矽表面之半導體基板；將半導體基板曝露於阻擋試劑，以藉由在曝露的矽氧化物表面及曝露的矽表面之其中一者上形成有機部分，而曝露的矽氧化物表面及曝露的矽表面之其中另一者保持未受阻擋，來阻擋曝露的矽氧化物表面及曝露的矽表面之該其中一者；及藉由一或更多熱力式原子層沉積循環在曝露的矽氧化物表面及曝露的矽表面之該其中另一者上選擇性地沉積矽氮化物，每一循環包含：將具有受阻擋及不受阻擋的表面之半導體基板曝露於含矽前驅物，以將含矽前驅物吸附至不受阻擋的表面；及在不點燃電漿的情況下將半導體基板曝露於含氮反應物，以相對於受阻擋的表面在不受阻擋的表面上選擇性地形成矽氮化物。在諸多實施例中，曝露的矽氧化物表面包含羥基團。
在諸多實施例中，阻擋試劑係烯烴。舉例而言，在一些實施例中，該烯烴係1-十八烯。
在諸多實施例中，阻擋試劑係具有化學結構的烷基矽基鹵化物，其中X係鹵素，且n係在1與20之間且包含1和20的整數。舉例而言，在一些實施例中，該烷基矽基鹵化物係十八烷基三氯矽烷。
在諸多實施例中，該方法亦包含在選擇性地沉積矽氮化物之後，移除有機部分。
在一些實施例中，有機部分可藉由將半導體基板曝露於選自由氦及氬所組成之群組的一惰性氣體、及以約500 W與約2000 W之間的電漿功率點燃電漿而移除。電漿功率可為每300 mm晶圓表面積在約500 W與約2000 W之間。
在一些實施例中，有機部分可藉由將半導體基板曝露於含氟氣體和含氧氣體的混合物、及以約75 W與約200 W之間的電漿功率點燃電漿而移除。電漿功率可為每300 mm晶圓表面積在約750 W與約200 W之間。該電漿可遠程地（諸如在遠程電漿產生器中）、或直接（即原位）產生。
在一些實施例中，該方法亦包含在將半導體基板曝露於阻擋試劑之前，將半導體基板曝露於氫以在曝露的矽表面上形成氫化的基團。
在諸多實施例中，含矽前驅物是矽鹵化物或胺基矽烷。在諸多實施例中，含氮反應物係氮、氨、聯胺、及其組合之其中任一者。
半導體基板可位在溫度設至約25℃與約300℃之間的底座上。在一些實施例中，半導體基板位在腔室壓力設至約10毫托與約10托之間的腔室中。
在諸多實施例中，每一熱力式原子層沉積循環亦包含在將半導體基板曝露於含矽前驅物及將半導體基板曝露於含氮反應物之間，沖洗容納半導體基板的腔室。
另一實施態樣涉及用於處理半導體基板的設備，該設備包含：包含用於固持基板之底座的至少一處理腔室；用於耦接至真空的至少一出口；耦接至一或更多烯烴氣體源的一或更多處理氣體入口；耦接至一或更多含矽前驅物氣體源的一或更多處理氣體入口；耦接至一或更多含氮反應物氣體源的一或更多處理氣體入口；及用於控制設備中之操作的控制器，其包含機器可讀指令，用於：將烯烴氣體引入至該至少一處理腔室以阻擋該至少一處理腔室中所容納之基板的矽表面；及在引入烯烴氣體之後，以時間上獨立的脈衝引入含矽前驅物氣體及含氮反應物氣體，以在基板之非矽的表面上藉由熱力式原子層沉積選擇性地形成矽氮化物，其中該含矽前驅物氣體的脈衝及該含氮反應物氣體的脈衝構成一熱力式原子層沉積循環。
另一實施態樣涉及用於處理半導體基板的設備，該設備包含：包含用於固持基板之底座的至少一處理腔室；用於耦接至真空的至少一出口；耦接至一或更多烷基矽基鹵化物氣體源的一或更多處理氣體入口；耦接至一或更多含矽前驅物氣體源的一或更多處理氣體入口；耦接至一或更多含氮反應物氣體源的一或更多處理氣體入口；及用於控制設備中之操作的控制器，其包含機器可讀指令，用於：將烷基矽基鹵化物氣體引入至該至少一處理腔室以阻擋該至少一處理腔室中所容納之基板的矽氧化物表面；及在引入烷基矽基鹵化物氣體之後，以時間上獨立的脈衝引入含矽前驅物氣體及含氮反應物氣體，以在基板之非矽氧化物的表面上藉由熱力式原子層沉積選擇性地形成矽氮化物，其中該含矽前驅物氣體的脈衝及該含氮反應物氣體的脈衝構成一熱力式原子層沉積循環。
這些及其他實施態樣係參照圖式進一步描述於下。
為了透徹理解本發明的實施例，在以下的敘述中說明眾多具體細節。所揭示的實施例可以不具有某些或全部這些具體細節而實施。另一方面，未詳細說明眾所周知的製程操作，以免不必要地模糊所揭示的實施例。雖然所揭示的實施例將結合具體的實施例描述，但吾人將理解其係非意圖限制所揭示的實施例。
半導體製造過程通常涉及矽氮化物材料的沉積。在一示例中，矽氮化物可在半導體元件製造中用作擴散阻障、閘極絕緣體、側壁間隔件、及封裝層。保形的矽氮化物層亦可在其他應用中使用。舉例而言，矽氮化物可在記憶體結構的製造期間使用。
用於沉積矽氮化物層之傳統的原子層沉積（ALD）、電漿加強原子層沉積（PEALD）、化學氣相沉積（CVD）、及電漿加強化學氣相沉積（PECVD）技術通常對介電材料不具選擇性。雖然存在一些技術，用於在氧化物材料上相對於金屬選擇性地沉積金屬氧化物、及在金屬材料上相對於氧化物選擇性地沉積金屬氧化物，但此等技術不足以相對於其他介電材料選擇性地沉積介電材料。
本文提供相對於矽氧化物在矽表面上選擇性地沉積矽氮化物的方法和設備，及相對於矽在矽氧化物表面上選擇性地沉積矽氮化物的方法和設備。本文描述的技術涉及使用矽氧化物和矽表面的相對反應性以阻擋一表面而留下另一表面不受阻擋，使得矽氮化物選擇性地沉積在不受阻擋的表面上。將基板曝露於有機阻擋試劑，該有機阻擋試劑係選擇成藉由在將受阻擋的表面上形成有機基團或部分（moiety）而阻擋矽表面或矽氧化物表面，分別留下矽氧化物表面或矽表面不受阻擋。使用熱力式原子層沉積（ALD）執行矽氮化物的沉積，使得沉積在無電漿的情況下執行。在許多實施例中，點燃電漿將移除有機基團或部分，從而致使受阻擋的表面易於矽氮化物沉積。因此，ALD在不點燃電漿的情況下執行。
ALD係使用序列式自限制反應沉積薄層材料的技術。通常，ALD循環包含操作用以將至少一反應物遞送及吸附至基板表面，且接著將所吸附的反應物與一或更多反應物反應以形成部分的膜層。作為示例，矽氧化物沉積循環可包含下列操作：（i）含矽前驅物的遞送/吸附、（ii）自腔室沖洗矽前驅物、（iii）含氧反應物或含氧氣體的遞送、及（iv）自腔室沖洗含氧反應物。
不像化學氣相沉積（CVD）技術，ALD製程使用表面介導沉積反應以逐層地沉積膜。在ALD製程的一示例中，包含一群表面活性部位的基板表面係曝露於在提供至容納基板之腔室的劑量下之第一前驅物（諸如含矽前驅物）的氣相分佈。此第一前驅物的分子被吸附至基板表面之上，包含第一前驅物的化學吸附物種及/或物理吸附分子。應理解當化合物係如此處所述吸附至基板表面之上時，所吸附的層可包含該化合物及該化合物的衍生物。舉例而言，含矽前驅物的吸附層可包括含矽前驅物及含矽前驅物的衍生物。在一個第一前驅物劑量之後，接著抽空腔室以移除殘留在氣相之大部分或所有第一前驅物，使得主要是或僅有吸附的物種保留。在一些實施方式中，腔室可能未完全抽空。舉例而言，可將腔室抽空使得氣相之第一前驅物的分壓係足夠低以緩和反應。第二反應物（諸如含氮反應物）係引入至腔室，使得這些分子的其中一些與吸附在表面上的第一前驅物反應。在一些製程中，第二反應物立即與所吸附的第一前驅物反應。可接著再次抽空腔室以移除未受束縛的第二反應物分子。如上所述，在一些實施例中，可不完全抽空腔室。額外的ALD循環可用以建立膜厚度。
在某些實施例中，ALD第一前驅物劑量使基板表面部分地飽和。在一些實施例中，ALD循環的劑量階段在前驅物接觸基板之前結束以使表面均勻地飽和。通常，前驅物流在此時點係關閉或轉向，且僅流動沖洗氣體。藉由在此亞飽和狀態下操作，ALD製程減少循環時間及增加生產率。然而，因為前驅物吸附係非飽和限制的，所以所吸附的前驅物之濃度在整個基板表面可能稍微變化。在亞飽和狀態下之ALD製程操作的示例係在2013年10月23日申請、題為“SUB-SATURATED ATOMIC LAYER DEPOSITION AND CONFORMAL FILM DEPOSITION”的美國專利申請案第14/061,587號（現為美國專利第9,355,839號）中提供，其全部內容於此藉由參照納入本案揭示內容。
如所述，在一些實施方式中，ALD方法包含電漿活化。如本文所述，此處描述的ALD方法及設備可為保形膜沉積（CFD）方法，其係在下列文件中一般性地描述：於2011年4月11日申請、題為“PLASMA ACTIVATED CONFORMAL FILM DEPOSITION”的美國專利申請案第13/084,399號（現為美國專利第8,728,956號）；及於2011年4月11日申請、題為“SILICON NITRIDE FILMS AND METHODS”的美國專利申請案第13/084,305號，其全部內容於此藉由參照納入本案揭示內容。
圖1提供製程流程圖，其根據某些所揭示實施例描述執行之方法的示例操作。在操作102中，將具有曝露的矽氧化物表面及曝露的矽表面之基板提供至處理腔室。可將處理腔室設成具有約10毫托與約10托之間、或約1托與約3托之間的腔室壓力。如此腔室壓力可在如此處描述的操作102-114之整個期間使用。可將基板加熱至約25℃與約400℃之間、或約200℃與約300℃之間的基板溫度。吾人將理解如本文使用的基板溫度意指固持基板之底座所設定的溫度，且在一些實施例中，當將基板提供至處理腔室並在底座上時，在處理基板之前，可將基板加熱至期望的基板溫度。基板溫度在如本文描述的操作102-114之整個期間可為相同的。
基板可為矽晶圓，例如200-mm晶圓、300-mm晶圓、或450-mm晶圓，包含具有例如介電、導電或半導電材料之一或更多層材料沉積於其上的晶圓。下方層之非限制性的示例包含介電層及導電層，例如：矽氧化物、矽氮化物、矽碳化物、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬碳化物、及金屬層。在一些實施例中，基板包含如圖2顯示的矽氧化物及矽。
圖2顯示具有曝露的矽氧化物表面203及曝露的矽表面201之基板200。曝露的矽表面201包含一些氫化的矽原子。雖然圖2中描繪兩曝露的矽表面201，但吾人將理解一或多曝露的矽表面可存在基板200上。曝露的矽表面201係氫終端的矽表面，諸如多晶矽或非晶矽的表面。氫終端的矽表面可藉由將基板曝露於氫氣以氫化基板表面上的矽原子而形成。在一些實施例中，甫沉積的矽表面係氫化的。在一些實施例中，如圖1的操作104中所述，基板可選用性地曝露於氫以氫化矽表面。 如圖3所示，引入氫204以形成完全氫化的矽表面202。
圖2之曝露的矽氧化物表面203包含羥基端基團，該羥基端基團可自周圍空氣（H2 O及O2 ）、或自溫和的蝕刻劑（諸如在H2 O中的1%氫氟酸（HF））形成。在曝露的矽氧化物表面203上的羥基端基團亦可由於所使用的技術形成而形成矽氧化物材料。舉例而言，用於沉積矽氧化物的氣相製程可在矽氧化物材料上造成羥基終端的表面。示例氣相製程包含化學氣相沉積（CVD）及原子層沉積（ALD）。雖然圖2中描繪一曝露的矽氧化物表面203，但吾人將理解基板上的一或多表面可包含矽氧化物。
返回至圖1，在操作106中，將基板曝露於烯烴或烷基矽基鹵化物（alkylsilylhalide）阻擋試劑以分別在矽或矽氧化物表面上形成有機基團或部分，從而阻擋個別的表面。電漿在操作106中不點燃。
在矽表面係待受阻擋且材料將選擇性地沉積在基板之非矽表面上的實施例中，將基板曝露於烯烴。舉例而言，烯烴係用以阻擋矽表面，使得矽氮化物可選擇性地沉積在矽氧化物表面上。在曝露的矽表面上形成的有機部分在矽氮化物的沉積期間防止含矽前驅物的吸附，使得矽氮化物選擇性地形成在其他表面（例如矽氧化物表面）上。
適於在操作106中使用的烯烴可具有下列的一般化學結構：其中R1 、R2 、R3 、及R4 可各自為氫原子或烷基。舉例而言，在一些實施例中，烯烴可具有下列結構：其中R’及R”係烷基。一特定示例係1-十八烯，其可具有下列結構：1-十八烯
烯烴係加以選擇以選擇性地與矽表面之表面上的Si-H基團反應，使得有機基團鍵結至矽原子，從而使表面與隨後的膜沉積化學品不反應或幾乎沒有反應性。圖4A中提供一示例，其中將具有化學式CH2 CHR的烯烴引入至具有曝露的矽表面402及具有羥基團之曝露的矽氧化物表面403之基板400。圖4A中的基板400類似於圖3的基板，其中矽表面係氫化的。在圖4B中，圖4A之曝露的矽表面402已與烯烴CH2 CHR反應，以在表面上形成具有Si-R基團之受阻擋的矽表面412。因為所選擇的烯烴與羥基終端的矽氧化物表面403幾乎沒有反應性，所以曝露的矽氧化物表面403保持未反應。
在圖1的操作106中，將基板曝露於烷基矽基鹵化物，其中具有羥基終端基團的矽氧化物表面係將受阻擋，且材料將選擇性地沉積在基板之非矽氧化物的表面上。本文使用的烷基矽基鹵化物可具有下列化學結構：其中X係鹵素，諸如氯，而n係在1與20之間且包含1和20的整數。一示例烷基矽基鹵化物可為十八烷基三氯矽烷，其具有下列化學結構：
烷基矽基鹵化物係加以選擇以選擇性地與矽氧化物表面之表面上的Si-OH基團反應，使得有機基團鍵結至矽原子，從而使表面與隨後的膜沉積化學品不反應或幾乎沒有反應性。圖5A中提供一示例，其中將烷基矽基鹵化物（X-SiH2 R）引入至具有曝露的矽表面502及具有羥基團之曝露的矽氧化物表面503之基板500。在圖5B中，圖5A之曝露的矽氧化物表面503已與烷基矽基鹵化物反應，以在表面上形成具有Si-O-R基團之受阻擋的矽氧化物表面513。因為所選擇的烷基矽基鹵化物與氫終端的矽表面502幾乎沒有反應性，所以曝露的矽表面502保持未反應。
返回至圖1，在操作108中，將基板曝露於含矽前驅物。含矽前驅物吸附在基板之不受阻擋的表面之上。在一些實施例中，即使含矽前驅物吸附在任何受阻擋之表面的部分之上，前驅物亦無法完全吸附在巨大（bulky）的有機基團之上，且隨後的沖洗操作可輕易地自受阻擋的表面移除前驅物。操作108-114可構成一原子層沉積循環。本文描述的實施例涉及以循環進行的熱力式原子層沉積，使得電漿在含矽前驅物曝露或曝露於含氮反應物期間不點燃。
在操作108期間使用的含矽前驅物在一些實施例中可為胺基矽烷。本文所指之胺基矽烷包含諸如雙(三級丁基)胺基矽烷的胺基矽烷、及諸如三甲矽胺的矽烷胺。在一些實施例中，胺基矽烷分子可吸附至受阻擋及不受阻擋的表面兩者之上，但如以下關於操作112所述，矽氮化物係在不受阻擋的表面上且不在受阻擋的表面上選擇性地形成。在諸多實施例中，如以下關於操作110及114描述的後續沖洗操作可自受阻擋的表面移除吸附的胺基矽烷。
在一些實施例中，基板表面上的吸附可在基板表面上形成薄的胺基矽烷層。該薄層可小於單層，且可具有約0.2 Å與約0.4 Å之間的厚度。
在操作108期間，可流動惰性氣體。惰性氣體可為任何惰性氣體，諸如以上關於操作108所列出者。可提供惰性氣體以幫助處理腔室的壓力及/或溫度控制、液體反應物的蒸發、反應物之較快速的遞送、及/或作為用於自處理腔室及/或處理腔室管線移除處理氣體的吹掃氣體。
操作108中使用的胺基矽烷具有如下的化學結構：其中x係在1與3之間且包含1和3的整數，x + y = 4，且R5 及R6 之每一者係氫原子或烷基配位基。舉例而言，在一些實施例中，胺基矽烷係單胺基矽烷，其具有下列化學結構：其中R1 及R2 之每一者係氫或烷基配位基。
在一些實施例中的胺基矽烷可為單胺基矽烷、二胺基矽烷、三胺基矽烷、四胺基矽烷、及其組合之其中任一者。以下提供這些示例的化學結構：
如上所述，R1 及R2 可為任何的烷基配位基。在一示例中，胺基矽烷可為N ,N ’-二甲基矽烷二胺，其具有下列結構： N ,N ’-二甲基矽烷二胺
其他含矽前驅物包含矽烷氧化物及矽鹵化物，其可在一些實施例中使用。在一些實施例中，可使用的矽鹵化物包含但不限於矽氯化物、矽溴化物、及矽碘化物。
在操作110中，選用性地沖洗處理腔室以移除未吸附至基板表面之上的含矽前驅物分子。沖洗可自受阻擋的表面移除含矽前驅物分子，該受阻擋的表面具有巨大的有機基團且較不易於吸附含矽前驅物。
沖洗腔室可涉及流動沖洗氣體或吹掃氣體，其可為其他操作中使用的載體氣體或可為不同的氣體。在一些實施例中，沖洗可涉及將腔室抽空。示例沖洗氣體包含氬、氮、氫、及氦。在諸多實施例中，沖洗氣體係惰性氣體。沖洗氣體可包含一或更多氣體。在一些實施例中，操作110可包含用於抽空處理腔室的一或更多抽空子階段。或者，吾人將察知在一些實施例中可省略操作110。操作110可具有任何適合的持續期間，諸如在約0秒與約60秒之間，例如約0.01秒。在一些實施例中，增加一或更多沖洗氣體的流率可減少操作110的持續期間。舉例而言，沖洗氣體的流率可根據諸多反應物的熱力學特性、及/或處理腔室及/或處理腔室管線的幾何特性而調整，以修改操作110的持續期間。在一非限制性的示例中，沖洗階段的持續期間可藉由調節沖洗氣體的流率而調整。此可減少沉積循環時間而改善基板生產率。在沖洗之後，含矽前驅物分子仍保持吸附在基板表面之上。在一些實施例中，含矽前驅物係以約1000 sccm與約5000 sccm之間的流率流至容納基板的腔室。
在操作112中，在無電漿的情況下將基板曝露於含氮反應物氣體，以相對於受阻擋的表面在不受阻擋的表面上選擇性地形成矽氮化物。在諸多實施例中，含氮反應物係氮氣。在諸多實施例中，含氮反應物係聯胺。在一些實施例中，含氮反應物係氨。如圖4C所示，矽氮化物405在不受阻擋的表面（羥基終端的矽氧化物表面403）上選擇性地形成，而受阻擋的矽表面412仍保持受阻擋且沒有矽氮化物沉積在其上。在圖5C中，矽氮化物505在不受阻擋的表面（氫終端的矽表面502）上選擇性地形成，而受阻擋的矽氧化物表面513仍保持受阻擋且沒有矽氮化物沉積在其上。
如上所述，在一些實施例中，含氮反應物氣體可為氮、氨、聯胺、或其組合。操作112期間使用的聯胺具有下列結構：其中R7 、R8 、R9 、及R10 各自為氫原子或烷基。舉例而言，可使用聯胺，其中聯胺具有下列結構：
在另一示例中，可使用三級丁基聯胺，其具有下列結構：
在另一示例中，可使用四甲基聯胺，其具有下列結構：
在一些實施例中，可將一或更多聯胺引入作為混合物。聯胺可作為氣體遞送至基板。在一些實施例中，聯胺可使用載體氣體遞送，使得載體氣體及聯胺氣體共同流至基板。在一些實施例中，載體氣體可為惰性氣體，諸如以上關於操作108所描述者。在一些實施例中，在遞送聯胺氣體至容納基板的腔室中之前，將載體氣體轉向。在一些實施例中，聯胺可在基板的上游自液相汽化並作為氣體引入至腔室中。汽化的聯胺可同樣地使用載體氣體藉由使汽化的聯胺前驅物與載體氣體共同流動而引入。類似地，在一些實施例中，在遞送汽化的聯胺前驅物至基板之前，可將載體氣體轉向。操作112中使用的聯胺可以約100 sccm與約10000 sccm之間、或約1000 sccm與約5000 sccm之間的流率遞送至容納基板的腔室。如上所述，在整個操作102-118中，容納基板之腔室的腔室壓力可為恆定的。也就是說，在諸多實施例中，操作112期間的腔室壓力係與操作108、110、及114期間的腔室壓力相同。在諸多實施例中，操作112期間的腔室壓力可能與操作104、或操作106、或操作104和106兩者期間的腔室壓力相同。
在操作114中，選用性地沖洗腔室以移除任何殘留副產物。操作114可使用以上關於操作110描述的任何條件執行。舉例而言，在一些實施例中，腔室係藉由流動惰性氣體（諸如氬）沖洗，以自腔室抽排過量分子及/或殘留副產物。
在操作116中，判定是否已沉積期望之矽氮化物膜的厚度。若為否，則將操作108-114重複足夠的循環以沉積期望的矽氮化物厚度。任何合適數目的沉積循環可被包含在ALD製程中，以沉積期望的矽氮化物膜厚度。舉例而言，可執行約20至約40個沉積循環以使用所揭示的實施例在基板上沉積矽氮化物膜。在一些實施例中，執行20至40個沉積。
注意在一些實施例中，操作112在操作108之前執行。在一些實施例中，操作108在操作112之前執行。在諸多實施例中，在操作112與操作108之交替的曝露之間沖洗腔室。
在一些實施例中，在執行足夠的循環以在矽或矽氧化物表面上選擇性地沉積期望之矽氮化物的量之後，基板可經歷移除操作118以自基板之受阻擋的表面移除有機部分或有機基團。
為了自受阻擋的矽表面移除有機基團，可將基板曝露於氬、或氦氣、或氬及氦氣的混合物且同時點燃電漿，以藉由使用高電漿功率（諸如每300 mm晶圓的表面積在約500 W與約2000 W之間）的濺射加以移除。在諸多實施例中，如此高電漿功率可足以加熱基板並自受阻擋的矽表面移除有機基團。
在一些實施例中，為了自受阻擋的矽氧化物表面移除有機基團，可將基板曝露於氬及/或氦氣且同時點燃電漿，以藉由使用高電漿功率（諸如每300 mm晶圓的表面積在約500 W與約2000 W之間）的濺射加以移除。在諸多實施例中，如此高電漿功率可足以加熱基板並自受阻擋的矽表面移除有機基團。在一些實施例中，為了自受阻擋的矽氧化物表面移除有機基團，可使基板在電漿點燃時曝露於氬及/或氦氣、或可在電漿點燃時曝露於含氟氣體、氧氣、或含氟氣體及氧氣的混合物。電漿可遠程地產生（諸如在遠程電漿產生器中）或在容納基板的腔室中直接產生（即原位）。在使用含氟氣體及氧氣的混合物自受阻擋的矽氧化物表面移除有機基團的諸多實施例中，使用高的氧氣對含氟氣體之流率的比率，諸如約50：1的O2 比NF3 。舉例而言，在一些實施例中，約5000 sccm的氧可與約100 sccm的NF3 一起流動。在流動含氟氣體、氧氣、或含氟氣體及氧氣的混合物時所點燃之電漿的功率可在每300 mm晶圓的表面積約75 W與約200 W之間。將電漿功率選擇成為低的以防止基板表面上之材料的濺射。
圖6根據某些揭示的實施例提供顯示方法中之循環的示例之時序圖。該時序圖顯示載體氣體、含矽前驅物氣體、含氮反應物氣體、及諸如烯烴或烷基矽基鹵化物流的開啟或關閉階段。圖6包含具有阻擋試劑曝露階段601A和兩個沉積循環－沉積循環610A及沉積循環610B的製程600。注意雖然僅描繪兩個沉積循環，但可執行更多沉積循環。
在阻擋試劑曝露階段601A期間，可流動載體氣體。在一些實施例中，載體氣體可用以遞送阻擋試劑且接著轉向至噴淋頭的上游，以供將阻擋試劑遞送至腔室中。在一些實施例中，載體氣體係惰性氣體。在一些實施例中，載體氣體及阻擋試劑氣體係皆遞送至基板。在此階段期間，關閉含矽前驅物氣體流、關閉含氮反應物氣體流、並開啟阻擋試劑氣體流。此階段可對應於圖1的操作106。
在阻擋試劑曝露階段601A之後，執行沉積循環610A。沉積循環610A包括含矽前驅物曝露階段657A、沖洗階段659A、含氮反應物曝露階段661A、及沖洗階段663A。在含矽前驅物曝露階段657A期間，載體氣體流可繼續開啟，且同時開啟含矽前驅物氣體流。含氮反應物氣體流保持關閉且關閉阻擋試劑氣體流。此可對應於圖1的操作108。在沖洗階段659A期間，載體氣體可繼續流動。在一些實施例中，載體氣體可作為沖洗氣體以幫助自腔室移除過量的分子。在此階段期間，關閉含矽前驅物氣體流、關閉含氮反應物氣體流、並亦關閉阻擋試劑氣體流。此可對應於圖1的操作110。在含氮反應物曝露階段661A期間，載體氣體可繼續流動。在一些實施例中，載體氣體係用以幫助將含氮反應物氣體遞送至腔室且可轉向或流入腔室。在此階段期間，關閉含矽前驅物氣體流並關閉阻擋試劑氣體流，且同時開啟含氮反應物氣體流。此可對應於圖1的操作112。在沖洗階段663A期間，載體氣體流可繼續開啟且載體氣體可作為沖洗氣體以自腔室移除過量的分子及/或副產物。關閉含矽前驅物氣體流、含氮反應物氣體流、及阻擋試劑氣體流。在圖6的此示例中，判定所沉積的矽氮化物膜之厚度不足且執行另一沉積循環610B。沉積循環610B包括含矽前驅物曝露階段657B、沖洗階段659B、含氮反應物曝露階段661B、及沖洗階段663B。在含矽前驅物曝露階段657B期間，可流動載體氣體並開啟含矽前驅物氣體流，且同時關閉含氮反應物氣體流及阻擋試劑氣體流。此可對應於在操作116中判定膜未沉積至足夠厚度之後之圖1的操作108之重複操作。在沖洗階段659B期間，載體氣體流保持開啟，同時關閉含矽前驅物氣體流，且含氮反應物氣體流和阻擋試劑氣體流兩者保持關閉。此可對應於圖1之操作110的重複操作。在含氮反應物曝露階段661B期間，載體氣體流可保持開啟且同時開啟含氮反應物氣體流，並關閉含矽前驅物氣體流及阻擋試劑氣體流。此可對應於圖1之操作112的重複操作。在沖洗階段663B期間，載體氣體流可保持開啟，且同時關閉含矽前驅物氣體流、含氮反應物氣體流、及阻擋試劑氣體流。雖然圖6中描繪兩沉積循環，但吾人將理解亦可執行額外的沉積循環。吾人亦將理解在一些實施例中，在執行沉積循環的所需數目之後，可執行額外的移除物種曝露階段（未顯示）以自基板之受阻擋的表面移除有機基團。 設備
圖7描繪原子層沉積（ALD）處理工作站700之實施例的示意說明，該處理工作站700具有用於維持低壓環境的處理腔體702。複數ALD處理工作站700可被包含在共同的低壓處理工具環境中。舉例而言，圖8描繪多工作站式處理工具800的一實施例。在一些實施例中，ALD處理工作站700的一或更多硬體參數（包含以下詳細討論者）可由一或更多電腦控制器750以編程方式調整。
ALD處理工作站700與反應物遞送系統701a呈流體連通，該反應物遞送系統701a用於將處理氣體遞送至分配噴淋頭706。反應物遞送系統701a包含混合容器704，該混合容器704用於混合及/或調節處理氣體（諸如烯烴氣體、或烷基矽基鹵化物氣體、或含矽前驅物氣體、或含氮氣體）以遞送至噴淋頭706。一或更多混合容器入口閥720可控制處理氣體至混合容器704的引入。
舉例來說，圖7的實施例包含一汽化點703，用於將待供應至混合容器704的液體反應物汽化。在一些實施例中，汽化點703可為加熱的汽化器。從此等汽化器產生之飽和的反應物蒸氣可能在下游遞送管路內凝結。不相容的氣體曝露於凝結的反應物可能產生小顆粒。這些小顆粒可能堵塞管路、妨礙閥操作、污染基板等。解決這些問題的一些方法涉及沖洗及/或抽空遞送管路以移除殘留的反應物。然而，沖洗遞送管路可能增加處理工作站的循環時間、降低處理工作站的生產率。因此，在一些實施例中，汽化點703下游的遞送管路可為伴熱的（heat traced）。在一些實例中，混合容器704亦可為伴熱的。在一非限制性的示例中，汽化點703下游的管路具有從大約100℃延伸至混合容器704處大約150℃的漸增溫度分布。
在一些實施例中，液體前驅物或液體反應物可在液體注射器處汽化。舉例而言，液體注射器可將液體反應物的脈衝注入至混合容器上游的載體氣流內。在一實施例中，液體注射器可藉由將液體自一較高壓力至較低壓力驟沸而汽化反應物。在另一實施例中，液體注射器可將液體霧化成分散的微滴，其隨後在加熱的遞送管內汽化。較小的液滴可比較大的液滴更快汽化，縮短液體注入和完全汽化之間的延遲。較快的汽化可降低自汽化點703下游之管路的長度。在一情況下，液體注射器可直接安裝至混合容器704。在另一情況下，液體注射器可直接安裝至噴淋頭706。
在一些實施例中，可設置汽化點703上游的液體流量控制器（LFC），以控制用於汽化及遞送至處理工作站700之液體的質量流量。舉例而言，LFC可包含位在LFC下游的熱質量流量計（MFM）。LFC的柱塞閥可接著響應回授控制訊號而調整，該回授控制訊號係由與MFM電連通的一比例-積分-微分作用（PID, proportional-integral-derivative）控制器提供。然而，使用回授控制可能耗用一秒以上以穩定液體流量。此可能延長供給液體反應物的時間。因此，在一些實施例中，LFC可在回授控制模式與直接控制模式之間動態地切換。在一些實施例中，此可藉由將PID控制器和LFC的感測管停用而執行。
噴淋頭706將處理氣體朝基板712散佈。在圖7顯示的實施例中，基板712係位於噴淋頭706下方，且係顯示配置在底座708上。噴淋頭706可具有任何適合的形狀，且可具有任何適合數量及排列的埠口，以供將處理氣體散佈至基板712。
在一些實施例中，底座708可升高或降低以將基板712曝露於基板712與噴淋頭706之間的容積。吾人將察知在一些實施例中，底座高度可藉由適合的電腦控制器750以編程方式調整。
在另一情況下，在點燃電漿的實施例中，調整底座708的高度可允許電漿密度在製程中的電漿活化期間受到改變。在製程階段結束時，底座708可在另一基板傳送階段期間降低，以允許自底座708移除基板712。
在一些實施例中，底座708可透過加熱器710控制溫度。在一些實施例中，在如所揭示實施例中所述之矽氮化物膜的選擇性沉積期間，底座708可加熱至約25℃與約400℃之間、或約200℃與約300℃之間的溫度。在一些實施例中，底座的溫度係設在約25℃與約400℃之間、或約200℃與約300℃之間的溫度。
此外，在一些實施例中，處理工作站700的壓力控制可透過蝶形閥718提供。如圖7的實施例所示，蝶形閥718調節由下游真空泵（未顯示）提供的真空。然而，在一些實施例中，處理工作站700的壓力控制亦可藉由改變被導入處理工作站700之一或更多氣體的流率而調整。
在一些實施例中，噴淋頭706的位置可相對於底座708調整，以改變基板712與噴淋頭706之間的容積。此外，吾人將察知底座708及/或噴淋頭706的垂直位置可藉由在本揭示內容範圍內之任何適合的機構變化。在一些實施例中，底座708可包含用於旋轉基板712之方向的旋轉軸。吾人將察知在一些實施例中，這些示例調整的其中一或更多者可藉由一或更多適合的電腦控制器750以編程方式執行。
在電漿可如上所述使用的一些實施例中，噴淋頭706及底座708與用於對電漿供電的射頻（RF）電源714及匹配網路716電連通。舉例而言，電漿可用以在沉積矽氮化物之後將有機部分自基板表面移除。在一些實施例中，電漿能量可藉由控制處理工作站壓力、氣體濃度、RF來源功率、RF來源頻率、及電漿功率脈衝時序之其中一或更多者而受控制。舉例而言，RF電源714及匹配網路716可在任何適合的功率下操作，以形成具有期望之自由基物種成分的電漿。合適功率的例子係約150 W至約6000 W。為了自受阻擋的矽表面移除有機基團，可將基板曝露於氬、或氦氣、或氬及氦氣的混合物且同時使用RF電源714及匹配網路716點燃電漿，以藉由使用高電漿功率（諸如每300 mm晶圓的表面積在約500 W與約2000 W之間）的濺射加以移除。在諸多實施例中，如此高電漿功率可足以加熱基板並自受阻擋的矽表面移除有機基團。
在一些實施例中，為了自受阻擋的矽氧化物表面移除有機基團，可將基板曝露於氬及/或氦氣且同時點燃電漿，以藉由使用高電漿功率（諸如每300 mm晶圓的表面積在約500 W與約2000 W之間）的濺射加以移除。在一些實施例中，為了自受阻擋的矽氧化物表面移除有機基團，可使基板在電漿點燃時曝露於氬及/或氦氣、或可在電漿點燃時曝露於含氟氣體、氧氣、或含氟氣體及氧氣的混合物。電漿可遠程地產生（諸如在遠程電漿產生器中）或在容納基板的腔室中直接產生（即原位）。在使用含氟氣體及氧氣的混合物自受阻擋的矽氧化物表面移除有機基團的諸多實施例中，使用高的氧氣對含氟氣體之流率的比率，諸如約50：1的O2 比NF3 。舉例而言，在一些實施例中，約5000 sccm的氧可與約100 sccm的NF3 一起流動。在流動含氟氣體、氧氣、或含氟氣體及氧氣的混合物時使用RF電源714所點燃之電漿的功率可在每300 mm晶圓的表面積約75 W與約200 W之間。將電漿功率選擇成為低的以防止基板表面上之材料的濺射。RF電源714可提供任何合適頻率的RF功率。在一些實施例中，RF電源714可配置成彼此獨立地控制高頻及低頻RF功率源。示例低頻RF頻率可包含但不限於0 kHz與500 kHz之間的頻率。示例高頻RF頻率可包含但不限於1.8 MHz與2.45 GHz之間、或大於約13.56 MHz、或大於27 MHz、或大於40 MHz、或大於60 MHz的頻率。吾人將察知任何合適的參數可不連續地或連續地加以調整，以提供用於表面反應的電漿能量。
在一些實施例中，電漿可藉由一或更多電漿監視器原位監控。在一情況下，電漿功率可藉由一或更多電壓、電流感測器（例如VI探針）監控。在另一情況下，電漿密度及/或處理氣體濃度可藉由一或更多光學發射光譜感測器（OES）測量。在一些實施例中，一或更多電漿參數可基於來自此等原位電漿監視器的測量以編程方式調整。舉例而言，OES感測器可在回授迴路中使用，該回授迴路用於提供電漿功率的編程控制。吾人將察知在一些實施例中，其他監視器可用以監控電漿及其他製程特性。此等監視器可包含但不限於紅外線（IR）監視器、聲學監視器、及壓力轉換器。
在一些實施例中，控制器750的指令可透過輸入/輸出控制（IOC）序列指令提供。在一示例中，用於設定製程階段之條件的指令可被包含於製程配方之相對應的配方階段中。在某些情況下，製程配方階段可依序排列，使得製程階段的所有指令係與該製程階段同時執行。在一些實施例中，用於設定一或更多反應器參數的指令可被包含於一配方階段中。舉例而言，第一配方階段可包含用於設定諸如烯烴（例如1-十八烯）或烷基矽基鹵化物（例如十八烷基三氯矽烷）之阻擋試劑氣體之流率的指令、用於設定載體氣體（諸如氬）之流率的指令、及該第一配方階段的時間延遲指令。第二配方階段可包含用於設定惰性及/或含矽前驅物氣體之流率的指令、用於設定載體氣體（諸如氬）之流率的指令、及該第二配方階段的時間延遲指令。後續的第三配方階段可包含用於調節或停止惰性及/或反應物氣體之流率的指令、及用於調節載體或沖洗氣體之流率的指令、及該第三配方階段的時間延遲指令。第四配方階段可包含用於調節含氮氣體之流率的指令、用於調節載體或沖洗氣體之流率的指令、及該第四配方階段的時間延遲指令。後續的第五配方階段可包含用於調節或停止惰性及/或反應物氣體之流率的指令、及用於調節載體或沖洗氣體之流率的指令、及該第五配方階段的時間延遲指令。吾人將察知這些配方階段可在所揭示實施例的範圍內以任何適合的方式進一步細分及/或重複。在一些實施例中，控制器750可包含以下關於圖8之系統控制器850所描述的任何特徵。
如上所述，一或更多處理工作站可被包含在多工作站式處理工具內。圖8顯示多工作站式處理工具800之實施例的示意圖，該多工作站式處理工具800具有入站裝載鎖定部802及出站裝載鎖定部804，其中的一者或兩者可包含遠程電漿源。處於大氣壓力下的機器人806係配置以將晶圓從卡匣（經由晶圓傳送盒（pod）808裝載）通過大氣埠810而移動到入站裝載鎖定部802中。晶圓係由機器人806置放在入站裝載鎖定部802中的底座812上，將大氣埠810關閉，並將裝載鎖定部抽真空。若入站裝載鎖定部802包含遠程電漿源，則晶圓在被引入至處理腔室814之前，可曝露於選用性之H2 O中HF的溫和蝕刻劑或可在裝載鎖定部中曝露於周圍。此外，晶圓亦可在入站裝載鎖定部802中受到加熱，以例如將水分及吸附的氣體移除。接著，開啟通往處理腔室814的腔室傳送埠816，且另一機器人（未顯示）將晶圓放至反應器中，在反應器中顯示之第一工作站的底座上進行處理。雖然圖8中描繪的實施例包含裝載鎖定部，但吾人將察知在一些實施例中，可設置晶圓進入處理工作站的直接通道。
在圖8顯示的實施例中，所描繪的處理腔室814包含四個處理工作站（編號從1到4）。各工作站具有加熱的底座（對於工作站1顯示為818）及氣體管線入口。吾人將察知在一些實施例中，各處理工作站可具有不同或多種用途。舉例而言，在一些實施例中，處理工作站可在ALD與電漿加強的ALD處理模式之間切換。此外或替代地，在一些實施例中，處理腔室814可包含一對以上匹配的ALD和電漿加強的ALD處理工作站。雖然所描繪的處理腔室814包含四個工作站，但吾人將理解根據本揭示內容的處理腔室可具有任何適當數量的工作站。舉例而言，在一些實施例中，處理腔室可具有五個以上工作站，而在其他實施例中，處理腔室可具有三個或更少的工作站。
圖8描繪晶圓搬運系統的實施例，其在處理腔室814內傳送晶圓。在一些實施例中，晶圓搬運系統可在諸多處理工作站之間、及/或在處理工作站與裝載鎖定部之間傳送晶圓。吾人將察知可使用任何適當的晶圓搬運系統。非限制性的例子包含晶圓旋轉料架及晶圓搬運機器人。圖8亦描繪系統控制器850的一實施例，該系統控制器850用於控制處理工具800的製程條件及硬體狀態。系統控制器850可包含一或更多記憶體裝置856、一或更多大量儲存裝置854、及一或更多處理器852。處理器852可包含CPU或電腦、類比及/或數位輸入/輸出連接件、步進馬達控制器板等。
在一些實施例中，系統控制器850控制處理工具800的所有活動。系統控制器850執行系統控制軟體858，該系統控制軟體858係儲存在大量儲存裝置854中、加載至記憶體裝置856、及在處理器852上執行。或者，控制邏輯可在控制器850中加以硬編碼。針對此等目的，可使用特殊應用積體電路、可程式化邏輯裝置（例如現場可程式化閘陣列（FPGAs））等。在下面的討論中，在任何使用「軟體」或「程式碼」之處，皆可使用功能性相當的硬編碼邏輯來取代。系統控制軟體858可包含用於控制下述的指令：時序、氣體的混合、氣體流率、腔室及/或工作站壓力、腔室及/或工作站溫度、晶圓溫度、目標功率位準、RF功率位準、基板底座、卡盤及/或基座的位置、及由處理工具800執行之特殊製程的其他參數。系統控制軟體858可以任何適合的方式配置。舉例而言，可撰寫諸多處理工具元件的副程式或控制物件，以控制用以執行諸多處理工具製程之處理工具元件的操作。系統控制軟體858可以任何適合的電腦可讀程式語言編碼。
在一些實施例中，系統控制軟體858可包含輸入/輸出控制（IOC）定序指令，用於控制上述諸多參數。儲存在與系統控制器850相關聯之大量儲存裝置854及/或記憶體裝置856中的其他電腦軟體及/或程式可在一些實施例中使用。用於此目的之程式或程式區段的示例包含基板定位程式、處理氣體控制程式、壓力控制程式、加熱器控制程式、及電漿控制程式。
基板定位程式可包含用於處理工具元件的程式碼，該處理工具元件係用以將基板裝載至底座818之上、並用以控制基板與處理工具800之其他部分間的間距。
處理氣體控制程式可包含程式碼，用於控制氣體成分（例如：如本文描述的烯烴氣體、烷基矽基鹵化物氣體、含矽前驅物氣體、含氮氣體、載體氣體、惰性氣體、及/或沖洗氣體）和流率、及選用性地用於在沉積之前將氣體流進一或更多處理工作站，以使處理工作站內的氣壓穩定。壓力控制程式可包含程式碼，用於藉由調節例如在處理工作站之排氣系統內的節流閥、進入處理工作站的氣流等而控制處理工作站內的壓力。
加熱器控制程式可包含程式碼，用於控制電流流至用以加熱基板的加熱單元。或者，該加熱器控制程式可控制熱轉移氣體（諸如氦）至基板的遞送。
電漿控制程式可包含程式碼，用於根據本文實施例在一或更多處理工作站內設定施加至處理電極的RF功率位準。
壓力控制程式可包含程式碼，用於根據本文實施例維持反應腔室內的壓力。
在一些實施例中，可能有與系統控制器850相關聯的使用者介面。該使用者介面可包含顯示螢幕、設備及/或製程條件的圖形軟體顯示器、及使用者輸入裝置（諸如指向裝置、鍵盤、觸控螢幕、麥克風等）。
在一些實施例中，由系統控制器850調整的參數可能與製程條件有關。非限制性的例子包含處理氣體成分及流率、溫度、壓力、電漿條件（諸如RF偏壓功率位準）等。這些參數可以配方的形式提供給使用者，其可利用使用者介面輸入。
用於監控製程的訊號可由系統控制器850的類比及/或數位輸入連接件自諸多處理工具感測器提供。用於控制製程的訊號可在處理工具800的類比及數位輸出連接件上輸出。可被監控之處理工具感測器之非限制性的例子包含質流控制器、壓力感測器（諸如壓力計）、熱電偶等。適當編程的回饋及控制演算法可與來自這些感測器的數據一起使用以維持製程條件。
系統控制器850可提供用於執行上述沉積製程的程式指令。該等程式指令可控制各種製程參數，諸如：DC功率位準、RF偏壓功率位準、壓力、溫度等。該等指令可控制參數以根據本文描述的諸多實施例操作膜堆疊的原位沉積。
系統控制器850一般包含配置成執行指令的一或更多記憶體裝置及一或更多處理器，使得該設備將根據所揭示的實施例執行方法。包含用於根據所揭示的實施例控制製程操作之指令的機器可讀媒體可耦接至該系統控制器850。
在一些實施方式中，系統控制器850為系統的一部分，其可為上述示例的一部分。此等系統可包括半導體處理設備，其包含處理工具或複數處理工具、腔室或複數腔室、用於處理的平臺或複數平臺、及/或特定處理元件（晶圓底座、氣流系統等）。這些系統可與電子設備整合，該等電子設備用於在半導體晶圓或基板處理之前、期間、及之後控制這些系統的操作。電子設備可稱作為「控制器」，其可控制系統或複數系統的諸多元件或子部分。依據系統的處理條件及/或類型，系統控制器850可加以編程以控制本文揭示的任何製程，包含：處理氣體的遞送、溫度設定（例如加熱及/或冷卻）、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻（RF）產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流率設定、流體遞送設定、位置及操作設定、出入一工具和其他轉移工具及/或與特定系統連接或介接的裝載鎖定部之晶圓轉移。
廣義地說，系統控制器850可定義為具有接收指令、發布指令、控制操作、啟用清潔操作、啟用端點量測等之諸多積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體的電子設備。積體電路可包含呈儲存程式指令之韌體形式的晶片、數位訊號處理器（DSP）、定義為特殊應用積體電路（ASIC）的晶片、及/或執行程式指令（例如軟體）的一或更多微處理器或微控制器。程式指令可為以諸多個別設定（或程式檔案）之形式與系統控制器850通訊的指令，該等設定定義對於半導體晶圓或系統執行特殊製程的操作參數。在一些實施例中，該等操作參數可為由製程工程師定義之配方的部分，以在一或更多層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或晶圓的晶粒之製造期間完成一或更多處理步驟。
在一些實施方式中，系統控制器850可為電腦的一部分或耦接至電腦，該電腦係與系統整合、耦接至系統、以其他方式網路連至系統、或以上方式組合。舉例而言，系統控制器850可為在「雲端」或晶圓廠主機電腦系統的整體或部分，可允許晶圓處理的遠端存取。該電腦可允許針對系統的遠端存取以監測製造操作的當前進度、檢查過往製造操作的歷史、檢查來自複數製造操作的趨勢或性能度量，以改變目前處理的參數、以設定目前操作之後的處理步驟、或啟動新的製程。在一些例子中，遠程電腦（例如伺服器）可經由網路提供製程配方給系統，該網路可包含區域網路或網際網路。遠程電腦可包含使用者介面，其允許參數及/或設定的輸入或編程，這些參數及/或設定係接著從遠程電腦被傳遞至系統。在一些例子中，系統控制器850接收數據形式的指令，該數據明確指定於一或更多操作期間將執行之各個處理步驟的參數。應理解參數可專門用於將執行之製程的類型及系統控制器850受配置所介接或控制之工具的類型。因此，如上所述，系統控制器850可為分散式的，諸如藉由包含一或更多分散的控制器，其由網路連在一起且朝共同的目的（諸如本文描述的製程及控制）作業。一個用於此等目的之分散式控制器的例子將為腔室中的一或更多積體電路，其連通位於遠端（諸如在平台級或作為遠程電腦的一部分）之一或更多積體電路，而結合以控制腔室中的製程。
不受限制地，示例系統可包含電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉-潤洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、清潔腔室或模組、斜邊蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積（PVD）腔室或模組、化學氣相沉積（CVD）腔室或模組、ALD腔室或模組、原子層蝕刻（ALE）腔室或模組、離子植入腔室或模組、軌道腔室或模組、及任何可關聯或使用於半導體晶圓的製造及/或生產中的其他半導體處理系統。
如上所述，依據將由工具執行的製程步驟或複數製程步驟，系統控制器850可與下列其中一或更多者通訊：其他工具電路或模組、其他工具元件、群組工具、其他工具介面、毗鄰工具、相鄰工具、位於工廠各處的工具、主電腦、另一控制器、或用於材料傳送的工具，該等用於材料傳送的工具將晶圓的容器攜帶進出半導體生產工廠內的工具位置及/或負載端。
用於執行本文所揭示方法的適當設備係進一步在下列美國專利申請案中討論及描述：於2011年4月11日申請、題為“PLASMA ACTIVATED CONFORMAL FILM DEPOSITION”之美國專利申請案第13/084,399號（現為美國專利第8,728,956號）；及於2011年4月11日申請、題為“SILICON NITRIDE FILMS AND METHODS”之美國專利申請案第13/084,305號，其中每一者的全部內容於此納入本案揭示內容。
本文描述的設備/製程可結合微影圖案化的工具或製程（例如半導體元件、顯示器、LED、太陽光電板等的製造或生產）使用。通常，雖然不一定，此等工具/製程將在共同的製造設施內一起使用或執行。膜的微影圖案化一般包含下列操作的一些或全部者，各操作係以幾個可能的工具達成：（1）工件（即基板）上光阻的施加，其使用旋轉式或噴塗式的工具；（2）光阻的固化，其使用熱板或加熱爐或UV固化工具；（3）以諸如晶圓步進機的工具將光阻曝露於可見光或UV或x射線光；（4）顯影光阻以便選擇性地移除光阻且從而使其圖案化，其使用諸如溼檯的工具；（5）藉由使用乾式或電漿輔助蝕刻工具將光阻圖案轉移進入下方的膜或工件；及（6）使用諸如RF或微波電漿光阻剝除器的工具移除光阻。 結論
雖然上述實施例為了清楚理解的目的已以一些細節描述，但顯然地，某些改變與修飾可在隨附申請專利範圍的範疇內實施。應注意有許多替代方式執行本發明實施例的製程、系統、及設備。因此，本發明實施例係被視為說明性而非限制性的，且該等實施例不限於本文提供的細節。
102‧‧‧操作
104‧‧‧操作
106‧‧‧操作
108‧‧‧操作
110‧‧‧操作
112‧‧‧操作
114‧‧‧操作
116‧‧‧操作
118‧‧‧操作
200‧‧‧基板
201‧‧‧矽表面
202‧‧‧完全氫化的矽表面
203‧‧‧矽氧化物表面
204‧‧‧氫
400‧‧‧基板
402‧‧‧矽表面
403‧‧‧矽氧化物表面
405‧‧‧矽氮化物
412‧‧‧受阻擋的矽表面
500‧‧‧基板
502‧‧‧矽表面
503‧‧‧矽氧化物表面
505‧‧‧矽氮化物
513‧‧‧受阻擋的矽氧化物表面
600‧‧‧製程
601A‧‧‧阻擋試劑曝露階段
610A‧‧‧沉積循環
610B‧‧‧沉積循環
657A‧‧‧含矽前驅物曝露階段
657B‧‧‧含矽前驅物曝露階段
659A‧‧‧沖洗階段
659B‧‧‧沖洗階段
661A‧‧‧含氮反應物曝露階段
661B‧‧‧含氮反應物曝露階段
663A‧‧‧沖洗階段
663B‧‧‧沖洗階段
700‧‧‧處理工作站
701a‧‧‧反應物遞送系統
702‧‧‧處理腔體
703‧‧‧汽化點
704‧‧‧混合容器
706‧‧‧噴淋頭
708‧‧‧底座
710‧‧‧加熱器
712‧‧‧基板
714‧‧‧射頻（RF）電源
716‧‧‧匹配網路
718‧‧‧蝶形閥
720‧‧‧混合容器入口閥
750‧‧‧控制器
800‧‧‧處理工具
802‧‧‧入站裝載鎖定部
804‧‧‧出站裝載鎖定部
806‧‧‧機器人
808‧‧‧晶圓傳送盒
810‧‧‧大氣埠
812‧‧‧底座
814‧‧‧處理腔室
816‧‧‧腔室傳送埠
818‧‧‧底座
850‧‧‧控制器
852‧‧‧處理器
854‧‧‧大量儲存裝置
856‧‧‧記憶體裝置
858‧‧‧系統控制軟體
圖1係製程流程圖，其根據某些所揭示實施例描述用於方法的操作。
圖2及3係經歷根據某些所揭示實施例描述的操作之基板的示意圖。
圖4A-4C係經歷根據某些所揭示實施例描述的操作之基板的示意圖。
圖5A-5C係經歷根據某些所揭示實施例描述的操作之基板的示意圖。
圖6係根據某些所揭示實施例的時序圖，其顯示在方法中之循環的示例。
圖7係用於執行某些所揭示實施例之示例處理腔室的示意圖。
圖8係用於執行某些所揭示實施例之示例處理工具的示意圖。

Claims (37)

  1. 一種在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，該方法包含： 提供具有曝露的矽氧化物表面及曝露的矽表面之一半導體基板； 將該半導體基板曝露於阻擋試劑，以藉由在該曝露的矽氧化物表面及該曝露的矽表面之其中一者上形成有機部分，而該曝露的矽氧化物表面及該曝露的矽表面之其中另一者保持未受阻擋，來阻擋該曝露的矽氧化物表面及該曝露的矽表面之該其中一者；及 藉由一或更多熱力式原子層沉積循環在該曝露的矽氧化物表面及該曝露的矽表面之該其中另一者上選擇性地沉積矽氮化物，每一循環包含： 將具有受阻擋及不受阻擋的表面之該半導體基板曝露於含矽前驅物，以將該含矽前驅物吸附至該不受阻擋的表面；及 在不點燃電漿的情況下將該半導體基板曝露於含氮反應物，以相對於該受阻擋的表面在該不受阻擋的表面上選擇性地形成矽氮化物。
  2. 如申請專利範圍第1項之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，其中，該阻擋試劑係烯烴。
  3. 如申請專利範圍第1項之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，其中，該阻擋試劑係具有化學結構的烷基矽基鹵化物，其中X係鹵素，且n係在1與20之間且包含1和20的整數。
  4. 如申請專利範圍第1項之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，其中，該曝露的矽氧化物表面包含羥基團。
  5. 如申請專利範圍第1項之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，更包含在選擇性地沉積矽氮化物之後，移除該有機部分。
  6. 如申請專利範圍第5項之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，其中，移除該有機部分的步驟包含將該半導體基板曝露於選自由氦及氬所組成之群組的一惰性氣體、及以約500 W與約2000 W之間的電漿功率點燃電漿。
  7. 如申請專利範圍第3項之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，更包含在選擇性地沉積矽氮化物之後，藉由將該半導體基板曝露於含氟氣體和含氧氣體的混合物、及以約75 W與約200 W之間的電漿功率點燃電漿而移除該有機部分。
  8. 如申請專利範圍第1-7項其中任一者之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，更包含在將該半導體基板曝露於該阻擋試劑之前，將該半導體基板曝露於氫以在該曝露的矽表面上形成氫化的基團。
  9. 如申請專利範圍第1-7項其中任一者之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，其中，該含矽前驅物係選自由矽鹵化物及胺基矽烷所組成之群組。
  10. 如申請專利範圍第1-7項其中任一者之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，其中，該含氮反應物係氨、氮、聯胺、或其組合。
  11. 如申請專利範圍第1-7項其中任一者之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，其中，該半導體基板位在溫度設至約25℃與約300℃之間的一底座上。
  12. 如申請專利範圍第1-7項其中任一者之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，其中，該半導體基板位在腔室壓力設至約10毫托與約10托之間的一腔室中。
  13. 如申請專利範圍第1-7項其中任一者之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，其中，每一熱力式原子層沉積循環更包含在將該半導體基板曝露於該含矽前驅物及將該半導體基板曝露於該含氮反應物之間，沖洗容納該半導體基板的一腔室。
  14. 如申請專利範圍第2項之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，其中，該烯烴係1-十八烯。
  15. 如申請專利範圍第3項之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，其中，該烷基矽基鹵化物係十八烷基三氯矽烷。
  16. 如申請專利範圍第7項之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，其中，該電漿係在一遠程電漿產生器中點燃。
  17. 如申請專利範圍第7項之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，其中，該電漿係原位點燃。
  18. 一種在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，該方法包含： 提供具有受阻擋的表面及不受阻擋的表面之一半導體基板，該受阻擋的表面包含具有Si-C鍵的有機部分；及 藉由一或更多熱力式原子層沉積循環在該不受阻擋的表面上選擇性地沉積矽氮化物，每一循環包含： 將具有該受阻擋及不受阻擋的表面之該半導體基板曝露於含矽前驅物，以將該含矽前驅物吸附至該不受阻擋的表面；及 在不點燃電漿的情況下將該半導體基板曝露於含氮反應物，以相對於該受阻擋的表面在該不受阻擋的表面上選擇性地形成矽氮化物。
  19. 如申請專利範圍第18項之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，其中，該不受阻擋的表面係非矽的表面。
  20. 如申請專利範圍第18項之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，其中，該不受阻擋的表面係非矽氧化物的表面。
  21. 如申請專利範圍第18項之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，其中，該不受阻擋的表面包含羥基團。
  22. 如申請專利範圍第18項、第19項、或第21項其中任一者之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，更包含藉由將該半導體基板曝露於烯烴而製備該受阻擋的表面。
  23. 如申請專利範圍第22項之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，其中，該烯烴係1-十八烯。
  24. 如申請專利範圍第18或第20項其中任一者之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，更包含藉由將該半導體基板曝露於具有化學結構的烷基矽基鹵化物而製備該受阻擋的表面，其中X係鹵素，且n係在1與20之間且包含1和20的整數。
  25. 如申請專利範圍第24項之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，其中，該烷基矽基鹵化物係十八烷基三氯矽烷。
  26. 如申請專利範圍第24項之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，更包含在選擇性地沉積矽氮化物之後，藉由將該半導體基板曝露於含氟氣體和含氧氣體的混合物、及以約75 W與約200 W之間的電漿功率點燃電漿而移除該有機部分。
  27. 如申請專利範圍第26項之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，其中，該電漿係在一遠程電漿產生器中點燃。
  28. 如申請專利範圍第26項之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，其中，該電漿係原位點燃。
  29. 如申請專利範圍第18項之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，更包含在選擇性地沉積矽氮化物之後，移除該有機部分。
  30. 如申請專利範圍第29項之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，其中，移除該有機部分的步驟包含將該半導體基板曝露於選自由氦及氬所組成之群組的一惰性氣體、及以約500 W與約2000 W之間的電漿功率點燃電漿。
  31. 一種在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，該方法包含： 提供具有曝露的羥基終端含矽表面及曝露的氫終端含矽表面之一半導體基板； 將該半導體基板曝露於阻擋試劑，以藉由在該曝露的羥基終端含矽表面及該曝露的氫終端含矽表面之其中一者上形成有機部分，而該曝露的羥基終端含矽表面及該曝露的氫終端含矽表面之其中另一者保持未受阻擋，來阻擋該曝露的羥基終端含矽表面及該曝露的氫終端含矽表面之該其中一者；及 藉由一或更多熱力式原子層沉積循環在該曝露的羥基終端含矽表面及該曝露的氫終端含矽表面之該其中另一者上選擇性地沉積矽氮化物，每一循環包含： 將具有受阻擋及不受阻擋的表面之該半導體基板曝露於含矽前驅物，以將該含矽前驅物吸附至該不受阻擋的表面；及 在不點燃電漿的情況下將該半導體基板曝露於含氮反應物，以相對於該受阻擋的表面在該不受阻擋的表面上選擇性地形成矽氮化物。
  32. 如申請專利範圍第31項之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，其中，該阻擋試劑係烯烴。
  33. 如申請專利範圍第31項之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，其中，該阻擋試劑係具有化學結構的烷基矽基鹵化物，其中X係鹵素，且n係在1與20之間且包含1和20的整數。
  34. 如申請專利範圍第31-33項其中任一者之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，更包含在將該半導體基板曝露於該阻擋試劑之前，將該半導體基板曝露於氫以形成該曝露的氫終端含矽表面。
  35. 如申請專利範圍第31-33項其中任一者之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，更包含在將該半導體基板曝露於該阻擋試劑之前，將該半導體基板曝露於周圍空氣以形成該曝露的羥基終端含矽表面。
  36. 如申請專利範圍第31-33項其中任一者之在半導體基板上沉積矽氮化物的方法，更包含在將該半導體基板曝露於該阻擋試劑之前，將該半導體基板曝露於在水中稀釋的1%氫氟酸以形成該曝露的羥基終端含矽表面。
  37. 一種用於處理半導體基板的設備，該設備包含： 一處理腔室，其包含用於固持一基板的一底座； 至少一出口，用於耦接至真空；及 一控制器，用於控制該設備中的操作，該控制器包含機器可讀指令，用於： 致使將一半導體基板遞送至該處理腔室之該底座， 致使將阻擋試劑引入至該處理腔室， 致使將含矽前驅物引入至該處理腔室，及 致使在不點燃電漿的情況下引入含氮反應物。
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