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TW202302900A - 用於形成包括氮化矽之圖案化結構的方法及系統及利用方法形成的裝置結構 - Google Patents

用於形成包括氮化矽之圖案化結構的方法及系統及利用方法形成的裝置結構 Download PDF

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芝英一郎
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荷蘭商Ａｓｍ Ｉｐ私人控股有限公司
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Abstract

所揭示為用於形成適於一多重圖案化製程之圖案化結構的方法。例示性方法包括藉由提供矽前驅物至反應室而進行矽前驅物脈衝時段、提供氮反應物至反應室、提供氫反應物至反應室及提供電漿功率以在反應室內形成電漿而進行電漿脈衝時段，藉以形成上覆於基板的氮化矽層。基板上之犧牲特徵的蝕刻輪廓可藉由控制提供至反應室的氫量及/或使用其他製程參數來控制。

Description

用於形成包括氮化矽之圖案化結構的方法及系統
本發明大致上係關於形成適於形成電子裝置之結構的方法及系統。更特別地，本發明之實例係關於用於形成包含氮化矽之層的方法及系統。
在電子裝置的製造過程中，精細圖案的特徵可藉由圖案化一基板的表面，再藉由蝕刻製程（例如：濕式蝕刻及/或乾式蝕刻）從基板的表面移除材料來形成。光阻經常被拿來用作這類基板表面圖案化的模板。
一光阻圖案的形成，可藉由在基板的一表面上塗布一層光阻，於光阻的表面形成遮罩，使光阻的未遮罩部分暴露於如紫外線或一電子束的輻射下，以及移除一部分光阻（例如，未遮罩或遮罩部分），並同時在基板表面上留下一部分光阻（例如，未遮罩或遮罩部分的其他部分）而達成。一旦光阻被圖案化後，圖案化光阻可被使用作為蝕刻基板表面上之材料的一模板，其中光阻被移除的區域會在下伏於光阻一層中形成一轉移圖案。在蝕刻後，剩餘的光阻可被移除。
隨著裝置尺寸的減小，傳統光阻技術可能不適合形成所需尺寸的圖案。在如此的情形下，可使用多重圖案化技術，以允許特徵的圖案化及蝕刻能夠小於微影製程的曝光解析度。一多重圖案化製程可包含：形成關於圖案化特徵（例如，圖案化光阻）的一間隔物，移除圖案化特徵以形成圖案化結構，以及於後續蝕刻期間利用圖案化結構作為一遮罩。
儘管此類技術在某些應用中可能相當有效，但移除圖案化特徵的蝕刻製程可為非等向性，其可能導致圖案化結構傾斜。圖案化結構的傾斜可在後續蝕刻步驟中造成不需要的變化並導致圖案轉移。隨著圖案化結構的尺寸減小，此現象逐漸成為問題。
據此，所需的是在一基板的一表面上形成圖案化結構的改良方法。再者，亦需要包含圖案化結構的裝置結構。並且，也需要執行方法的系統。
本節提出之任何問題及解決方案討論僅為了提供本發明背景之目的而包括在本發明中，且不應視為承認在完成本發明時已知討論之任何或全部內容。
本發明的各種實施例係相關於在一基板的一表面上形成圖案化結構的方法，以及相關於用於形成圖案化結構的系統。圖案化結構可被用於如半導體裝置及其他電子裝置之裝置的形成。
當下文更詳細地論述本發明之各種實施例解決先前方法及系統之缺陷的方式的同時，大體上，本發明之各種實施例提供使用一層氮化矽形成圖案化結構的改良方法。如下文更詳細地闡述，本發明之實例包括使用等向性化學蝕刻，以助於較均勻地移除下伏結構。較均勻地移除下伏結構減輕不規則的圖案轉移，例如由於使用其他技術而可能產生圖案結構傾斜導致的不規則圖案轉移。
根據本發明之實例，揭示一種在基板表面形成圖案化結構的方法。方法可用於如多重圖案化（例如，間隔物界定之雙重圖案化）技術。方法包括在反應室中提供包含犧牲特徵形成於上的基板，及沉積上覆於犧牲特徵的包含氮化矽之層，其中，在沉積步驟期間，移除一部分的犧牲特徵。沉積包含氮化矽之層的步驟可包括循環製程，其包括提供氮反應物至反應室（例如，進行持續氮反應物脈衝時段，其可連續通過一或多個沉積循環）、提供氫反應物至反應室（例如，進行持續氫反應物脈衝時段，其可連續通過一或多個沉積循環），及提供電漿功率以在反應室內形成電漿，而進行電漿脈衝時段。在沉積包含氮化矽之層的步驟期間，可使用化學反應物，例如氫反應物，等向性移除犧牲特徵的至少一部分或區段。根據本發明之進一步實例，方法可進一步包含使用反應性離子蝕刻移除包含氮化矽之層的一部分的步驟。另外或替代地，方法可包括移除犧牲特徵的剩餘部分以形成圖案化結構的步驟。另外或替代地，方法可包括利用圖案化結構來蝕刻基板的一部分的步驟。根據進一步實例，方法包括在循環電漿製程期間，藉由操縱氫反應物的流率、反應室內的壓力、電漿功率、基板溫度和電漿功率脈衝時間中的一或多者，以控制犧牲特徵的蝕刻輪廓的步驟。又根據再進一步實例，方法包括在循環電漿製程期間，藉由操縱氫反應物的流量比、反應室內的壓力、電漿功率、基板溫度和電漿功率脈衝時間中的一或多者，以控制犧牲特徵的蝕刻輪廓的步驟。
依照本發明的進一步實施例，提供一種裝置結構。裝置結構可依照在此所闡述的方法而形成。裝置結構可包括一基板以及形成於其上或其中的一或多個圖案化結構。
依照本發明的額外實例，提供一被配置來執行在此所述之方法及/或來形成在此所述之一裝置結構的系統。
所屬技術領域中具有通常知識者將從已參照隨附圖式之某些實施例的下列詳細描述輕易明白此等及其他實施例；本發明並未受限於任何所揭示的（多個）特定實施例。
雖然在下文揭示某些實施例及實例，將理解本發明延伸超出其特定揭示的實施例及/或用途以及其明顯的修改及等同物。因此，所意欲者係所揭示本發明的範疇應不受限於下文所描述具體的揭示實施例。
本發明大體上係關於在基板表面形成圖案化結構的方法、包括或使用圖案化結構形成的裝置結構，以及關於用於執行方法及/或形成裝置結構的系統。正如下文所更詳細描述，例示性方法可用以形成適於形成電子裝置的裝置結構。舉例而言，可使用例示性方法在一基板的一表面上形成圖案化結構。圖案化結構可被使用作為一蝕刻遮罩或作為用於形成下一組圖案化結構的圖案化特徵。正如於下文中詳細的進一步闡述，例示性方法以及系統可允許更精確的圖案轉移、更可靠的裝置製造、更小或更高間距之蝕刻圖案的形成及更可靠的裝置效能。
在本發明中，氣體可包含在常溫及常壓下的一氣體，一汽化固體及/或一汽化液體，且取決於上下文，可以是由一單一氣體或一氣體混合物所構成。有別於製程氣體的一氣體，例如，未通過如一噴淋頭的一氣體分配總成、其他氣體分配裝置等而引入的一氣體，可用於，例如，密封反應空間，以及可包含如一稀有氣體或其他惰性氣體的一密封氣體。用語惰性氣體係指未以可評估之量參與一化學反應的一氣體、及/或在施加電漿功率時可激發一前驅物的一氣體。用語前驅物及反應物可互換地使用。
如本文所使用，用語基板可指可用來形成、或可在其上形成一裝置、一電路或一膜的任何下方材料或多種材料。基板可包含一塊材（例如矽（例如：單晶矽））、其他IV族材料（例如：鍺）或化合物半導體材料（例如：砷化鎵（GaAs）），並可包括上覆或下伏於塊材的一或多層。再者，基板可包含各種特徵，例如形成在基板之一層的至少一部分之內或之上的凹部、線等。就特定實例而言，基板可包括塊體半導體材料及/或待蝕刻層和圖案化犧牲特徵形成於上。
在一些實施例中，膜係指在垂直於一厚度方向的一方向上延伸以覆蓋一整體目標或關注表面的一層，或單純指覆蓋一目標或關注表面的一層。在一些實施例中，層係指形成於一表面上之具有一某程度厚度的一結構、或膜或一非膜結構的一同義詞。一層可為連續的或不連續的。膜或層可由具有某些特性之離散單一膜或層或者由多個膜或層所構成，且相鄰膜或層之間的邊界可能明確或不明確，且可基於或可不基於些相鄰膜或層之物理、化學及/或任何其他特性、形成的製程或次序及/或功能或用途而建立。
在本發明的一些實施例中，「連續地」可指一或多次不破除真空、在時間線上沒有中斷、沒有任何材料介入步驟、緊隨其後未改變處理條件作為下一步驟或在兩個結構間沒有除兩結構外之介入的離散之物理或化學結構。例如，可在方法的二或更多步驟及/或沉積循環期間連續供應反應物。
用語週期沉積製程或循環沉積製程（cyclic deposition process/cyclical deposition process）可指將前驅物（及/或反應物）循序引入一反應室中以在一基板上方沉積一層，且包含處理技術，如原子層沉積（ALD）、循環化學氣相沉積（循環CVD）以及包含一ALD成分及一循環CVD成分的混合式循環沉積製程。
正如在此所使用，用語原子層沉積（ALD）可指一氣相沉積製程，其中，沉積循環，較佳地是複數個接續的或連續的沉積循環，係於一製程室中實施。典型地，在各循環期間，一前驅物被引入，並可化學吸附至一沉積表面（例如，一基板表面或一先前沉積的下方表面，如來自一先前ALD循環的材料），形成不易與額外前驅物起反應的一單層或次單層（亦即，一自限反應）。之後，一反應物（例如，另一前驅物或反應氣體）可接續地被引入至製程室中，以用於將化學吸附前驅物轉化為在沉積表面上所需材料。一般而言，此反應物能夠進一步與前驅物起反應。進一步地，沖洗步驟亦可在各循環期間被用來在轉化化學吸附前驅物後，自製程室移除過量前驅物及/或自製程室移除過量反應物及/或反應副產物。進一步地，用語原子層沉積，如本文所使用，亦指包括當利用（多個）前驅物組成、反應氣體及沖洗（例如，惰性載體）氣體的交替脈衝而執行時，由相關用語所指定的製程，諸如化學氣相原子層沉積、原子層磊晶（ALE）、分子束磊晶（MBE）、氣體源MBE或有機金屬MBE以及化學束磊晶。PEALD係指一ALD製程，其中電漿係在一或多個ALD步驟或子步驟期間施加。
正如在此所使用，用語沖洗可指在彼此起反應之氣體的兩個脈衝之間提供一惰性或實質上惰性氣體至一反應器室的一程序。舉例而言，一沖洗可被提供在一前驅物脈衝與一反應物脈衝之間，以因此避免或至少最小化前驅物與反應物之間的氣相交互作用。應理解，沖洗可在時間上或在空間上之任一者或兩者來施行。舉例而言，在時間沖洗的情況下，可例如在時間序列中使用沖洗步驟，時間序列係提供第一前驅物至一反應器室、提供沖洗氣體至反應器室及提供第二前驅物至反應器室，其中在其上沉積一層之基板不移動。舉例而言，在空間沖洗的例子中，一沖洗步驟可採取以下形式：將一基板從供應一第一前驅物的一第一位置經過一沖洗氣幕而移到供應一第二前驅物的一第二位置。
如本文中所使用，氮化矽係指包括矽及氮的材料。氮化矽可由分子式Si 3N 4表示。在一些情況中，氮化矽可不包括化學計量的氮化矽。在某些情況下，氮化矽可包括其他元素，例如碳、氧、氮、氫等。
正如在此所使用，用語重疊可意謂著相對於時間以及在一反應室內的重合。例如，關於氣體脈衝時段，如前驅物脈衝時段及反應物脈衝時段，當來自分別之脈衝時段的氣體在反應室內或被提供至反應室一段時間時，二或多個氣體脈衝時段可重疊。
進一步地，在本發明中，一變數的任何兩數值可構成變數的一可行範圍，且所指示的任何範圍可包括或排除端點。此外，所指示之變數的任何數值（不管其是否以約來指示）可指精確值或近似值並包括等效值，以及在一些實施例中可指平均值、中間值、代表值、多數值等。進一步地，在本發明中，於一些實施例中的用語包括（include）、包括（including）、由…構成及具有，可獨立地指典型地或廣泛地包含（comprising）、基本上由…組成或由…組成。在本發明中，於一些實施例中，任何已定義的意義並未必然排除尋常及慣例的意義。
現轉向圖式，圖1繪示形成上覆於基板104之圖案化結構102的比較方法的一般概述。形成圖案化結構102的方法可包括提供具有圖案化（犧牲）特徵106形成於上之基板104。氮化矽層108可形成上覆於結構106。在氮化矽層108之沉積期間，可非等向性蝕刻圖案化犧牲特徵，而產生特徵110。接著可移除一部分的氮化矽層108，而產生間隔物112及剩餘特徵114。可移除剩餘特徵114，且可修整間隔物112以形成上覆於基板104的圖案化結構102。圖案化結構可用作蝕刻遮罩來蝕刻基板104（例如，上覆於另一層或塊體基板材料的硬遮罩層）。
如所繪示，當圖案化犧牲特徵106在氮化矽層沉積製程期間遭實質非等向性蝕刻時，圖案化結構102可能展現不合期望之傾斜，其可導致非所欲之圖案轉移及/或圖案轉移至基板104之非所欲變化。下文所描述之方法可有助於較等向性地移除圖案化犧牲特徵材料及改善圖案轉移至下方基板。
圖2繪示依據本發明實例的方法200。方法200可用於在基板表面形成圖案化結構，同時減輕不想要的圖案轉移變化，此原本可能因在沉積氮化矽層之步驟期間圖案化犧牲特徵材料移除的變化較大及/或圖案不合所需所致。
方法200包括在反應室內提供基板的步驟202、及沉積包含氮化矽之層的步驟204。方法200亦可包括移除氮化矽層的一部分的步驟216、移除圖案化犧牲特徵之剩餘部分的步驟218、及蝕刻部分基板的步驟220。除非另行指出，否則例示性方法並不需要包括所有此些步驟，而是可包括任何步驟子集。
在步驟202期間，包含表面包含圖案化（例如犧牲）特徵的基板被提供至反應器系統的反應室內。用於步驟202期間的一例示性基板300繪示於圖3。在此實例中，基板300包括第一層或塊材302、第二層304（例如待蝕刻層）以及表面306，包括圖案化犧牲特徵308。第一層或塊材304可包括如矽或其他半導體材料；第二層306可包括如對氮化矽具蝕刻選擇性的一或多種材料；圖案化犧牲特徵308可包括如光阻、旋塗式碳、碳硬遮罩和旋塗式硬遮罩中的一或多者。
步驟202期間所用的反應室可係或可包括化學氣相沉積反應器系統的反應室，其配置以執行循環沉積製程。反應室可係一單獨反應室或一集束型工具的部分。
步驟202可包括在反應室內將基板加熱至一所需沉積溫度。在本發明的一些實施例中，步驟202包含將基板加熱至低於800℃的溫度。例如，在本發明的一些實施例中，將基板加熱至一沉積溫度可包括將基板加熱至介於約75℃至約350℃之間或介於約250℃至300℃之間的溫度。除了控制基板的溫度，亦可調節反應室內的壓力。例如，在本發明的一些實施例中，於步驟202期間，反應室內的壓力可小於13333帕、約1600帕至約2400帕、或約10帕至約13333帕。
在步驟204期間，一層氮化矽（例如圖4所繪示之氮化矽層402）形成上覆於在步驟202中所提供的基板上。氮化矽層402可具有介於約5 nm至約20 nm或約1 nm至約50 nm之間的厚度。
步驟204可包括循環製程，其包括：提供矽前驅物至反應室而進行矽前驅物脈衝時段（206）、提供氮反應物至反應室而進行氮反應物脈衝時段（208）、提供氫反應物至反應室而進行氫反應物脈衝時段（210），及提供電漿功率以在反應室內形成電漿而進行電漿脈衝時段（212）。步驟204期間的壓力及/或溫度可與步驟202所述相關溫度相同或相似。
圖9繪示適用於方法200之步驟204的例示性時序900。在所繪示之實例中，矽前驅物提供至反應室而進行前驅物脈衝時段902，氮反應物提供至反應室而進行氮反應物脈衝時段904，氫反應物提供至反應室而進行氫反應物脈衝時段906，及在電漿功率時段908期間施加（如RF）電漿功率而形成電漿。如所繪示，序列900可包括一或多個沉積循環910；每一沉積循環包括矽前驅物脈衝時段902、氮反應物脈衝時段904、氫反應物脈衝時段906及電漿功率時段908。在舉例說明的例子中，沉積循環910包含一循環沉積製程，例如PEALD製程。
如本文中所使用，脈衝時段意指一氣體（例如，前驅物、反應物、惰性氣體及/或載氣）流動至一反應室的一時段及/或施加功率（例如，產生一電漿之功率）的一時段。所繪示之脈衝時段的高度及/或寬度並不一定表示一脈衝的一特定量或持續時間。
序列900亦可包括載氣脈衝時段912。在載氣脈衝時段912期間，一載氣（例如，用以促進提供一前驅物）提供至反應室，例如單獨或為任何組合之氬、氦、氮中的一或多者。載氣的一流率可介於約500與約5000 sccm之間。
在所繪示之實例中，矽前驅物脈衝時段902在電漿功率時段908之前停止。再者，脈衝時段904、906及載氣脈衝時段912可連續通過一或多個沉積循環910。
回到圖2，在步驟206期間，矽前驅物提供至反應室（例如進行矽前驅物脈衝時段902）。適於與前驅物步驟206/矽前驅物脈衝時段902一起使用之例示性前驅物可選自由胺基矽烷、鹵化矽烷、單矽烷及二矽烷所組成群組中的一或多者。例示性胺基矽烷及鹵化矽烷包括、但不限於：Si 2Cl 6、SiCl 2H 2、SiI 2H 2、雙二乙基胺基矽烷、雙二甲基胺基矽烷、六乙基胺基二矽烷、四乙基胺基矽烷、第三丁基胺基矽烷、雙第三丁基胺基矽烷、三甲基矽烷基二乙胺、三甲基矽烷基二乙胺以及雙二甲胺基二甲基矽烷。前驅物可用載氣稀釋（例如，前驅物在載氣中佔約1%至約99%體積百分比，視前驅物而定）。一伴隨載氣之前驅物的流率可落在約500至約5000 sccm的範圍內。前驅物脈衝時段902的持續時間可落在約0.05秒至約5秒的範圍內。
在提供氮反應物至反應室而進行氮反應物脈衝時段208期間，氮反應物提供至反應室（例如，進行氮反應物脈衝時段904）。在所繪示之實例中，在一或多個沉積循環910期間（例如在之前、期間及之後），連續提供氮反應物。例示性適合之氮反應物包括選自由氮(N 2)、N 2O及NO所組成群組中的一或多個氮反應物。氮反應物氣體流率可落在約100至約10000 sccm的範圍內。步驟208/氮反應物脈衝時段904的持續時間可為約0.1至約5秒或約0.01至約100秒的範圍，及/或可延長通過一或多個沉積循環910。
在提供氫反應物至反應室而進行氫反應物脈衝時段210/氫反應物脈衝時段906期間，氫反應物提供至反應室。例示性氫反應物包括H 2、NH 3及N 2H 2。氫反應物氣體流率可落在約0.1至約2000 sccm的範圍內。步驟210/氫反應物脈衝時段906的持續時間可為約0.1至約5秒或約0.01至約100秒的範圍，及/或可延長通過一或多個沉積循環910。
在提供電漿功率以在反應室內形成電漿而進行電漿脈衝時段212/電漿功率時段908期間，提供適於產生電漿之功率。電漿可為在反應室內形成的一直接電漿。根據本發明之實例，在電漿功率時段212期間所提供的功率具有介於約13 MHz至約14 MHz或約26 MHz至約28 MHz之間的頻率。在第一電漿功率時段214期間所施加的功率可大於0且小於1500 W（例如用於300 mm基板）或相似的功率密度（每基板表面積），或介於約50 W至約1500 W之間供300 mm基板所用或相似的功率密度。
圖4繪示步驟204/序列900之後的裝置結構。當氮化矽層402在步驟204期間沉積時（例如，使用電漿或其他激發物質沉積製程），犧牲特徵308遭活性物質（以實心箭頭的箭號表示）及化學物質（以線條箭頭的箭號表示）轟擊而形成剩餘特徵404。除離子轟擊外還使用化學（例如氫）蝕刻可更均等/等向性地蝕刻圖案化犧牲特徵308（例如與特徵106相比），繼而造成更可預測、較少變異之圖案轉移至層304。
根據本發明之實例，圖案化犧牲特徵的蝕刻輪廓可如所繪示由步驟214控制。步驟214可包括如操縱氫反應物的流速、氫反應物的流量比（相對於在步驟204及/或步驟212期間提供至反應室的其他氣體）、反應室內的壓力、電漿功率、基板溫度及電漿功率脈衝時間中的一或多者，藉以控制在循環電漿製程期間犧牲特徵的蝕刻輪廓。舉特定實例來說，氫與其他氣體之體積流率比可介於0.02%至約0.07%之間或介於約0.007%至約20%之間。
一旦完成步驟204（例如時序900），即可在步驟216期間移除層402的一部分而形成裝置結構500，其包含圖案化結構502，亦稱為間隔物，如圖5所繪示。層402的一部分可利用，例如，乾蝕刻製程（例如，利用活化氟）而移除。在乾蝕刻製程期間的一反應物可包含，例如，NF 3在約50至約300 °C下。
在步驟218期間，移除剩餘部分404。例如，灰化製程可用於移除剩餘部分404而形成裝置結構600，包括圖6所繪示之特徵602（其可經修整）。
在步驟220期間，層304可使用圖案化結構602作為模板遮罩來蝕刻，以形成裝置結構700，如圖7所繪示，且特徵602可移除而形成裝置結構800，如圖8所繪示，其包括圖案化結構802。裝置結構700包含基板304以及形成於其上的圖案化結構702。任何合適的蝕刻製程皆可用於形成特徵702與802，大體而言將取決於層304的組成。圖案化結構可用作硬遮罩以蝕刻下層，或可用於多重圖案化製程之後續步驟。
圖10繪示結構1000，其指示上覆於基板1010及下伏於氮化矽層1012之犧牲特徵1008的測量位置。在所示結構中，繪示頂部1002、中間1004及底部1006的位置。圖11繪示在氮化矽沉積步驟期間無氫下形成之樣品（單色長條）及在沉積步驟（例如沉積步驟204）期間包括氫時之樣品（斜線長條）的平均寬度資料1100。如所繪示，在氮化矽層沉積步驟期間，沉積期間提供氫普遍會降低犧牲特徵（例如特徵308）的平均寬度。圖12繪示在沉積步驟期間無氫下形成之犧牲特徵及在沉積步驟（例如步驟204）期間包括氫時之樣品的寬度範圍（例如在位置1002至位置106處的測量範圍）。如所繪示，相較於在沉積步驟期間未提供氫下形成之樣品，當氫加至沉積步驟時，在犧牲基板之許多位置的測量範圍實質較小。
現轉至圖13，其繪示根據本發明例示性實施例的一反應器系統1300。反應器系統1300可用以執行如在此所述的一或多個步驟或子步驟及/或用以形成如在此所述的一或多個裝置結構或其部分。
反應器系統1300包括在一反應室1302的內部1301（反應區）中平行且面向彼此的一對導電平板電極1314、1318。雖然是以一個反應室1302來舉例說明，但系統1300可包括二或更多個反應室。藉由從（多個）電漿功率源1308施加如RF功率至一電極（例如電極1318）及使另一個電極（例如電極1314）電性接地，可在反應室1302內激發電漿。一溫度調節器1303可被提供於一下部基台1314（下部電極），置放在其上的基板1322的溫度可保持在一所需溫度，例如上述溫度。電極1318可作為一氣體分配裝置，例如一噴灑板或噴灑頭。前驅物氣體、反應物氣體以及載氣或惰性氣體（若有的話）或類似者可利用一或多個氣體管線（例如分別耦接至一反應物源及一前驅物源的反應物氣體管線1304及前驅物氣體管線1306）而引入至反應室1302中。舉例而言，一惰性氣體以及一反應物（例如如上所述）可利用管線1304引入反應室1302中，及/或一前驅物以及一載氣（例如如上所述）可利用管線1306引入反應室中。雖然是以二個進氣管線1304、1306來舉例說明，但反應器系統1300可包括任何適合數量的氣體管線。
在反應室1302中，可提供一具一排氣管線1321的圓管1320，且可通過其而將反應室1302之內部1301中的氣體排放至一排氣源1310。此外，一下部處理室1323可裝備一密封氣體管線1329，以經由轉移室1323的內部（轉移區）將密封氣體引入反應室1302的內部1301中，其中可提供用於分隔反應區與轉移室1323的一分隔板1325（此圖省略了可供基板轉移通過進出轉移室1323的閘閥）。轉移室1323亦可裝備耦接至一排氣源1310的一排氣管線1327。在一些實施例中，一載氣至反應室1302的連續流動可使用一流通系統（FPS）來完成。
反應器系統1300可包括一或多個控制器1312，其係經程式化或以其他方式經配置而造成如本文中所述之一或多個方法步驟被實現。如所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解，（多個）控制器1312係與反應器的各種電源、加熱系統、泵、機器人系統及氣流控制器或閥相耦接。作為舉例，控制器1312可被配置為控制一前驅物、一反應物以及一惰性氣體進入一或多個反應室中至少一者的氣體流動，以在一基板的一表面上形成一層。控制器1312可進一步被配置以提供功率，例如，在反應室1302內。控制器1312可類似地被配置以執行如在此所述的額外步驟。作為舉例，控制器1312可被配置為控制一前驅物以及一反應物進入一或多個反應室中至少一者的氣體流動，以形成上覆於一基板的氮化矽層。
控制器1312可包括電子電路及軟體，以選擇性操作閥、歧管、加熱器、泵、及其他包括在系統1300中的組件。如此的電路系統及組件係運作以從各別源引入前驅物、反應物及沖洗氣體。控制器1312可控制氣體脈衝序列的時序、基板及/或反應室的溫度、反應室內的壓力及各種其他操作，以提供系統1300的適當操作。
控制器1312可包括控制軟體，以電性地或氣動地控制閥，進而控制前驅物、反應物及/或沖洗氣體進出反應室1302的流動。控制器1312可包括執行某些任務之模組（諸如軟體或硬體組件，例如FPGA或ASIC）。一模組可有利地被配置以常駐在控制系統的可定址儲存媒體上，以及被配置以執行一或多個製程。
在一些實施例中，可使用一雙室反應器（彼此緊密裝設的兩個用於處理基板之區段或隔室），其中一反應物氣體及一稀有氣體可通過一共用管線而供應，反之，一前驅物氣體則是通過非共用管線而供應。
在系統1300的操作期間，如半導體晶圓的基板係從如一基板處置區域1323轉移至反應區1301。一旦（多個）基板轉移至反應區1301後，一或多個氣體，如前驅物、反應物、載氣及/或沖洗氣體，會被引入反應室1302中。
上文描述之本揭露的實例實施例並未限制本發明的範疇，由於此等實施例僅為本發明之實施例的實例。任何等效實施例係意欲落入本發明之範疇內。實際上，除本文中所示及所描述之實施例外，在所屬技術領域中具有通常知識者當可從本說明書明白本揭露的各種修改，諸如所描述元件的替代可用組合。此類修改及實施例亦意欲落入隨附申請專利範圍的範疇內。
102:圖案化結構 104:基板 106:犧牲特徵 108:氮化矽層 110:特徵 112:間隔物 114:剩餘特徵 200:方法 202,204,206,208,210,212,214,216,218,220:步驟 300:基板 302:第一層或塊材 304:第二層 306:表面 308:圖案化犧牲特徵 402:氮化矽層 404:剩餘特徵 500,600,700,800:裝置結構 502,702,802:圖案化結構 602:特徵 900:時序 902:前驅物脈衝時段 904:氮反應物脈衝時段 906:氫反應物脈衝時段 908:電漿功率時段 910:沉積循環 912:載氣脈衝時段 1000:結構 1002:頂部 1004:中間 1006:底部 1008:犧牲特徵 1010:基板 1012:氮化矽層 1100:平均寬度資料 1300:反應器系統 1301:內部 1302:反應室 1303:溫度調節器 1304:氣體管線 1306:氣體管線 1308:電漿功率源 1310:排氣源 1312:控制器 1314,1318:電極 1320:圓管 1321:排氣管線 1322:基板 1323:轉移室 1325:分隔板 1327:排氣管線 1329:密封氣體管線
當結合下列闡釋性圖式考慮時，可藉由參照實施方式及申請專利範圍而對本揭露之例示性實施例有更完整理解。 圖1繪示一裝置結構形成，其可能導致移除基板表面之圖案化犧牲特徵的不合所需變化。 圖2繪示依據本發明至少一實施例的一方法。 圖3至圖8繪示根據本發明例示性實施例的裝置結構。 圖9繪示依據本發明實例的時序。 圖10繪示膜厚測量位置。 圖11繪示根據本發明實例，在沉積氮化矽層之後，樣品的犧牲特徵測量。 圖12繪示根據本發明實例，在沉積氮化矽層之後，樣品的圖案化犧牲特徵測量變化。 圖13繪示根據本發明至少一實施例的系統。 將瞭解的是，圖式中之元件係為了簡明及清楚起見而繪示，且不必然按比例繪製。舉例而言，圖式中之一些元件的尺寸可能相對於其他元件而特別放大，以幫助改善對所繪示本揭露實施例的理解。
200:方法
202,204,206,208,210,212,214,216,218,220:步驟

Claims (21)

  1. 一種形成多個圖案化結構於基板之表面的方法，該方法包括下列步驟： 在一反應室中提供一基板，該基板包含多個犧牲特徵形成於其上；以及 使用一循環電漿製程，沉積上覆於該等犧牲特徵的一包含氮化矽之層，沉積該包含氮化矽之層的該步驟包含： 提供一矽前驅物至該反應室而進行一矽前驅物脈衝時段； 提供一氮反應物至該反應室； 提供一氫反應物至該反應室；以及 提供一電漿功率以在該反應室內形成一電漿，而進行一電漿脈衝時段， 其中，在該沉積步驟期間，移除該等犧牲特徵的一部分。
  2. 如請求項1之方法，其中該氮反應物係選自由氮（N 2）、N 2O及NO所組成之群組。
  3. 如請求項1之方法，其中該等犧牲特徵的該部分係使用該氫反應物等向性移除。
  4. 如請求項1至3中任一項之方法，其中在提供該電漿功率之該步驟期間提供給該反應室之一氣體中的一氫反應物體積百分比係介於約0.02%至約0.07%之間或介於約0.007%至約20%之間。
  5. 如請求項1至4中任一項之方法，其中該循環沉積製程包含一電漿增強原子層沉積製程。
  6. 如請求項1至5中任一項之方法，其中在該循環沉積製程期間所用功率的一頻率係介於約13 MHz至約14 MHz之間或約26 MHz至約28 MHz之間。
  7. 如請求項1至6中任一項之方法，其中在該電漿脈衝時段的一電漿功率係大於0且小於1500 W。
  8. 如請求項1至7中任一項之方法，其中在該矽前驅物脈衝時段，提供該氮反應物與提供該氫反應物重疊。
  9. 如請求項1至8中任一項之方法，其中在該電漿脈衝時段，提供該氮反應物與提供該氫重疊。
  10. 如請求項1至9中任一項之方法，其中該氮反應物在該循環電漿製程期間係連續供應至該反應室。
  11. 如請求項1至10中任一項之方法，其中該氫反應物在該循環電漿製程期間係連續供應至該反應室。
  12. 如請求項1至11中任一項之方法，其進一步包含利用反應性離子蝕刻移除該包含氮化矽之層的一部分的一步驟。
  13. 如請求項1至12中任一項之方法，其進一步包含移除該等犧牲特徵的剩餘部分以藉此形成該等圖案化結構的一步驟。
  14. 如請求項13之方法，其進一步包含利用該等圖案化結構來蝕刻該基板的一部分的一步驟。
  15. 如請求項1至14中任一項之方法，其進一步包含藉由操縱該氫反應物的一流率、該反應室內的一壓力、一電漿功率、一基板溫度和一電漿功率脈衝時間中的一或多者，以在該循環電漿製程期間控制該等犧牲特徵的一蝕刻輪廓的一步驟。
  16. 如請求項1至15中任一項之方法，其進一步包含藉由操縱該氫反應物的一流量比、該反應室內的一壓力、一電漿功率、一基板溫度和一電漿功率脈衝時間中的一或多者，以在該循環電漿製程期間控制該等犧牲特徵的一蝕刻輪廓的一步驟。
  17. 如請求項1至16中任一項之方法，其中該等犧牲特徵包含光阻、旋塗式碳、碳硬遮罩和旋塗式硬遮罩中的一或多者。
  18. 如請求項1至17中任一項之方法，其中在沉積該包含氮化矽之層的該步驟期間的一基板溫度係介於約250 °C至約300 °C之間或介於約75 °C至約350 °C之間。
  19. 如請求項1至18中任一項之方法，其中在沉積該包含氮化矽之層的該步驟期間，該反應室內的一壓力係介於約1600帕至約2400帕之間或介於約10帕至約13333帕之間。
  20. 一種裝置結構，係根據如請求項1至19中任一項之方法而形成。
  21. 一種系統，其包括： 至少一反應室； 一前驅物源管線； 一反應物源管線； 一電漿功率源； 一排氣源；以及 一控制器， 其中該控制器被配置以控制一矽前驅物、一氮反應物、及一氫反應物至該至少一反應室內的氣體流動， 其中該控制器進一步被配置以在該至少一反應室內提供一電漿功率，以及 其中一氫流率受控以控制在沉積氮化矽至該表面之一步驟期間自一基板表面移除的一材料輪廓。
TW111111594A 2021-04-06 2022-03-28 用於形成包括氮化矽之圖案化結構的方法及利用方法形成的裝置結構 TWI912502B (zh)

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