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TWI715645B - 正形及縫隙填充非晶矽薄膜的沉積 - Google Patents

正形及縫隙填充非晶矽薄膜的沉積 Download PDF

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TWI715645B
TWI715645B TW105132487A TW105132487A TWI715645B TW I715645 B TWI715645 B TW I715645B TW 105132487 A TW105132487 A TW 105132487A TW 105132487 A TW105132487 A TW 105132487A TW I715645 B TWI715645 B TW I715645B
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勁文 陳
卡希克 加納基拉曼
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Abstract

多種用於沉積膜的方法，包括將基材表面循環式暴露至前驅物與除氣環境，以移除從膜發展的氣體。一些實施例進一步包括：併入毒化特徵的頂部，以抑制特徵的頂部處的膜生長。一些實施例進一步包括：在多個循環之間蝕刻在特徵的頂部沉積的該膜的一部分，以增加縫隙填充均勻度。

Description

正形及縫隙填充非晶矽薄膜的沉積
本案揭露內容大體上關於沉積薄膜的方法。尤其，本案揭露內容關於用於沉積包含非晶矽的膜的製程。
非晶矽廣泛地用於半導體元件、平板顯示器、與太陽能電池中。對於在高深寬比特徵中有正形（即良好階梯覆蓋率）或縫隙填充表現的非晶矽沉積製程的開發而言，仍有關鍵的技術挑戰。習知的LPCVD製程限制在高溫（大於攝氏550度）及低壓，且因此呈現不良的階梯覆蓋率及/或縫隙填充表現；PECVD製程亦無法給予良好的階梯覆蓋率及/或縫隙填充表現。
用於非晶矽的習知的CVD製程是以連續的方式發生。當沉積速率高時，從膜形成反應產生的氫氣聚集且轉為陷入膜中。此陷入導致膜中形成氣泡。為了緩和此問題，LPCVD製程經常在高溫下發生，以確保剛沉積的膜中的低氫含量，且LPCVD製程透過降低前驅物分壓而在低沉積速率下發生，因而不會發生此類陷入。
此技術中需要多種以良好正形度及產率沉積非晶矽膜的方法。
本案揭露內容的一或多個實施例涉及多種處理方法，該等處理方法包括，將基材表面暴露至矽前驅物以形成非晶矽膜，該非晶矽膜具有可出氣之物種，該可出氣之物種包含氫。該非晶矽膜暴露至惰性除氣環境，以從該非晶矽膜移除可出氣之物種，而形成除氣的非晶矽膜。
本案揭露內容的額外實施例涉及多種處理方法，該等處理方法包括，將基材表面定位在處理腔室中。該基材表面具有至少一個特徵，該至少一個特徵在該基材表面上。該至少一個特徵產生縫隙，而有底部、頂部、與多個側壁。該基材表面暴露至矽前驅物，以在該至少一個特徵上形成非晶膜，該非晶膜具有可出氣之物種，該可出氣之物種包含氫。該基材表面暴露至惰性除氣環境，以從該非晶膜移除可出氣之物種，而形成除氣的非晶膜。重複暴露至該前驅物與該惰性除氣環境，以將該除氣的非晶膜生長至預定厚度。
本案揭露內容的進一步實施例涉及多種處理方法，該等處理方法包括，將基材放置到處理腔室中，該基材具有基材表面，該處理腔室包括複數個區段。該處理腔室的每一區段藉由氣簾與相鄰的區段分開。該基材表面的至少一部分暴露至該處理腔室之第一區段中的第一處理條件。該第一處理條件包含乙矽烷，以將非晶矽膜沉積至該基材表面上，該非晶矽膜具有可出氣之物種，該可出氣之物種包含氫。該基材表面側向移動通過氣簾至該處理腔室之第二區段。該基材表面暴露至該處理腔室之第二區段中的第二處理條件。該第二處理條件使該非晶矽膜除氣，以移除該可出氣之物種，而形成除氣的非晶矽膜。該基材表面側向移動通過氣簾至該處理腔室之第三區段。重複包括側向移動該基材表面的對該第一區段與第二區段之暴露，以形成具有預定厚度的除氣非晶矽膜。
描述本發明的數個示範性實施例之前，應瞭解本發明不限於下文敘述中提出之構造或處理步驟之細節。本發明能有其他實施例，且可以各種方式實行或執行。
如在本文中所用之「基材」是指製造程序期間在上面執行膜處理的任何基材或基材上形成的材料表面。例如，上面可執行處理的基材表面包括諸如下述之材料：矽、氧化矽、應變矽、絕緣體上覆矽（SOI）、碳摻雜氧化矽、非晶矽、摻雜矽、鍺、砷化鎵、玻璃、藍寶石，以及任何其他諸如金屬、金屬氮化物、金屬合金、與其他導電材料之類的材料，這視應用而定。基材包括半導體晶圓（此非限制）。基材可暴露至預處理製程，以研磨、蝕刻、還原、氧化、羥化、退火及/或烘烤基材表面。除了基材本身表面上直接地膜處理之外，在本發明中，亦可在基材上形成的下層上執行所揭露之膜處理步驟之任一者（在下文中更詳細揭露），且希望用語「基材表面」包括上下文所指的該下層。因此，例如，只要膜/層或部分的膜/層已沉積在基材表面上，則新沉積的膜/層之暴露表面變成基材表面。
如在此說明書及所附之申請專利範圍中所用，可交換使用用語「前驅物」、「反應物」、「反應性氣體」與類似用語，以指可與基材表面反應的任何氣態物種。
本案揭露內容涉及使用脈衝沉積模式的非晶矽膜的沉積。脈衝沉積模式將前驅物暴露幾秒，以使膜沉積。基材隨後移動至惰性環境，而使該膜完全除氣。除氣後，該基材移動回到前驅物環境以進行下一次的暴露。因為所沉積的膜在每一次暴露中非常地薄，所以可不形成氣泡而使H2 釋放。在此脈衝製程模式下，可於大範圍的溫度與壓力沉積膜且不形成氣泡。可在比一般非晶矽沉積更低的溫度執行所揭露之製程的一或多個實施例。一些實施例產生高正形度（大於90%）的膜。各種實施例之方法容許形成連續及/或無缺陷/無氣泡的膜。
因為每一暴露之後的淨化（purge）-泵送會包括許多虛耗的時間，所以產率可能受到影響。為了減輕對產率的影響，已開發特別的CVD製程。本案揭露內容之一些實施例涉及使用空間式CVD製程，其中膜是在前驅物脈衝模式下沉積。空間式CVD製程與硬體對整體製程的產率無顯著影響。基材處理腔室的第一部分流動矽前驅物，例如乙矽烷、丙矽烷、丁矽烷、異丁矽烷、新戊矽烷、環戊矽烷、環己矽烷、或大體上Six Hy ，x=2或更大。處理腔室的第二部分流動惰性氣體（例如Ar、He、N2 ）或能夠調控沉積製程的反應性氣體（例如H2 ）。
習知CVD腔室中，當沉積開始，前驅物壓力一開始處於零，且線性變化（ramp）至目標壓力。線性變化部分期間沉積的膜不會擁有目標壓力下沉積的膜的性質。各種實施例的空間式CVD製程可將基材移動到處理腔室（或處理腔室的區域）中，該處理腔室（或處理腔室的區域）於目標壓力預先穩定，以避開製程的線性變化部分。
儘管針對非晶矽之沉積描述各種實施例的製程，但熟悉此技術之人士會瞭解本案揭露內容之範疇並非如此受限。本案揭露內容之實施例可用於形成其他材料，諸如（但不限於）Ge、W、Al、Co、與Cu的沉積。
一些實施例中，階梯覆蓋率與縫隙填充性質是透過使用表面毒化（poison）而改善。溝槽/柱體（亦稱表面特徵）之頂部透過表面毒化而選擇性改變。表面毒化之方法包括（但不限於）遠端/直接電漿處理及化學修飾，所述化學修飾諸如表面的矽烷化（silylation）/氫矽烷化（hydrosilylation）。表面毒化可降低特徵頂部上的沉積速率或延長培養延遲，且達成溝槽中有比特徵頂部更多的沉積。可多次重複此表面毒化-沉積順序，直到填充溝槽為止。
一些實施例中，階梯覆蓋率與縫隙填充性質是透過使用沉積-蝕刻製程而改善。在特徵上正形沉積非晶矽後，藉由調整蝕刻製程而從特徵頂部選擇性移除材料。此舉可使溝槽中比特徵頂部上沉積有更多材料。可多次重複此沉積-蝕刻順序，直到填充溝槽為止。
本案揭露內容之一或多個實施例涉及多種處理方法，該等處理方法包括將基材表面依序地暴露至前驅物（例如矽前驅物）以形成具可出氣之物種的非晶膜（例如非晶矽膜）及暴露至除氣環境，以從該非晶膜移除該可出氣之物種。儘管針對非晶矽之沉積而描述實施例，但熟悉本技術之人士會瞭解，可沉積其他材料——特別是歷經來自除氣物種之氣泡的那些材料。
一些實施例中，正形非晶矽（a-Si）沉積可透過下述方式達成：使矽前驅物之分壓最大化，同時使晶圓溫度最小化。適合的矽前驅物包括（但不限於）聚矽烷（poly-silane，Six Hy ）。例如，聚矽烷包括：乙矽烷（Si2 H6 ）、丙矽烷（Si3 H8 ）、丁矽烷（Si4 H10 ）、異丁矽烷、新戊矽烷（Si5 H12 ）、環戊矽烷（Si5 H10 ）、己矽烷（Si6 H14 ）、環己矽烷（Si6 H12 ）、或大體上Six Hy ，x=2或更大、及前述材料之組合。舉例而言，乙矽烷具有適中的處理溫度及高蒸氣壓，乙矽烷可用作為矽前驅物，可單獨使用或是與其他物種組合使用。
一些實施例中，矽前驅物包括實質上僅乙矽烷。如在此說明書與所附之申請專利範圍中所使用，「實質上僅乙矽烷」之詞彙是意味，至少95%的活性物種是乙矽烷。可包括任何量的其他氣體（諸如載氣及惰性氣體）。
所沉積的膜包括可出氣之物種，該可出氣之物種可從膜發展或出氣，所述可出氣之物種例如為氫。惰性除氣環境提供機會以供氣態物種發展，而儘量減少最終膜的起泡。該惰性除氣環境可包括容許或鼓勵移除膜的可出氣之物種的條件。例如，除氣環境可基本上由惰性氣體構成。如在此方面所用，「基本上由……構成」意味沒有干擾沉積的膜出氣的氣態物種。可存在其他反應性物種，而不抑制膜的除氣且仍基本上由惰性氣體構成。一些實施例中，該惰性除氣環境是其中在沉積的膜上實質上沒有化學反應發生的環境。例如，可實質上沒有可與沉積的膜反應的化學物種。一些實施例中，除氣環境不使用UV光、電漿、或微波輻射去引發可出氣之物種的除氣。
一或多個實施例中，非晶矽膜是由化學氣相沉積製程沉積。儘管可使用類似的處理腔室，化學氣相沉積（CVD）製程有別於原子層沉積（ALD）。ALD製程是自我限制製程，其中使用二元（或更多元）的反應沉積單一層的材料。該製程持續到基材表面上所有可用活性位置已反應為止。CVD製程並非自我限制，且膜可生長到任何預定厚度。
適合的惰性氣體包括（但不限於）氬、氦、氮、及/或前述氣體之混合物的一或多者。一些實施例中，惰性除氣環境實質上不包含氧。如在這方面所用，「實質上無氧」意味該惰性除氣環境在鄰近基材表面的周圍條件(ambient conditions)中具有低於約1%(以原子為基礎)的氧原子。
一或多個實施例中，可出氣之物種包含氫。如在這方面所用，包含氫的可出氣之物種可包括氫、SiH2、SiH3、SiH4、及/或其他更低級的矽烷之一或多者。
處理腔室(或者是處理腔室的區域)中的壓力可獨立地受到控制以供前驅物暴露與除氣環境。一些實施例中，對矽前驅物與除氣環境的每一者的暴露是發生在範圍於約50毫托至約200托的壓力。一些實施例中，矽前驅物在下述壓力暴露於基材：大於或等於約500毫托、或大於或等於約1托、或大於或等於約5托、或大於或等於約10托、或大於或等於約20托、或大於或等於約30托。
基材表面暴露至前驅物或除氣環境的溫度可取決於例如前驅物及所形成之元件的熱預算而有變化。一些實施例中，對矽前驅物與除氣環境的每一者的暴露是發生在範圍於約攝氏350度至約攝氏700度的溫度。一或多個實施例中，矽鹵化物前驅物於範圍在約攝氏375度至攝氏約600度、或範圍在約攝氏400度至約攝氏550度的溫度暴露至基材。
一些實施例中，以乙矽烷為基礎的正形非晶矽製程是以低於約攝氏450度的晶圓溫度進行沉積，且乙矽烷分壓大於或等於約20托。示範性實施例中，基材於大於或等於約20托的壓力及範圍在約攝氏400度至約攝氏550度的溫度暴露至基材。
本案揭露內容之一些實施例是針對使用批次處理腔室（亦稱為空間式處理腔室）的非晶矽膜沉積。第1圖顯示處理腔室100的剖面，該處理腔室包括氣體分配組件120與基座（susceptor）組件140，該氣體分配組件120又稱注射器或注射器組件。該氣體分配組件120為用於處理腔室中的任何型式的氣體遞送裝置。氣體分配組件120包括前表面121，該前表面121面向基座組件140。前表面121可具有任何數目或各種的開口，以朝基座組件140遞送氣流。氣體分配組件120亦包括外邊緣124，在所示的實施例中，該外邊緣124實質上呈圓形。
使用的氣體分配組件120之特定類型可取決於所用的特殊製程而有所變化。本發明之實施例可與任何類型的處理系統一併使用，該處理系統中基座與氣體分配組件之間的縫隙受到控制。儘管可運用各種類型的氣體分配組件（例如噴頭），但本發明之實施例在空間式氣體分配組件上特別實用，所述空間式氣體分配組件具有複數個實質上平行的氣體通道。如在此說明書以及所附之申請專利範圍中所用，用語「實質上平行」意味氣體通道之長軸於相同的大體上的方向延伸。氣體通道的平行可有些許不完美。在二元反應中，複數個實質上平行的氣體通道可包括至少一個第一反應性氣體A通道、至少一個第二反應性氣體B通道、至少一個淨化氣體P通道、及/或至少一個真空V通道。流自第一反應性氣體A通道、第二反應性氣體B通道、與淨化氣體P通道的氣體被引導朝向晶圓之頂表面。該等氣流中的其中一些橫越晶圓表面水平移動，且透過淨化氣體P通道離開處理區域。從氣體分配組件之一端移動到另一端的基材將會依序暴露至該等處理氣體之每一者，而於基材表面上形成層。
一些實施例中，氣體分配組件120是由單一注射器單元製成的剛性靜態主體。一或多個實施例中，氣體分配組件120由複數個個別的區段（例如，注射器單元122）組成，如第2圖所示。無論是單件主體或是多區段主體，都可與所述之發明的各種實施例一併使用。
基座組件140定位在氣體分配組件120下方。該基座組件140包括頂表面141與該頂表面141中的至少一個凹部142。該基座組件140亦具有底表面143與邊緣144。凹部142可以是任何適合的形狀及尺寸，其取決於受處理的基材60之形狀與尺寸。第1圖所示的實施例中，凹部142具有平坦底部，以支撐晶圓之底部，然而，凹部之底部可有所變化。一些實施例中，凹部具有位在凹部的外周邊緣周圍的階梯區域，該等階梯區域之尺寸設計成支撐該晶圓之外周邊緣。晶圓之外周邊緣受階梯支撐的量可變化，這取決於例如晶圓的厚度以及已存在於晶圓背側上的特徵的存在。
一些實施例中，如第1圖所示，基座組件140之頂表面141中的凹部142尺寸設計成使得凹部142中支撐的基材60具有與基座140之頂表面141實質上共面的頂表面61。如在此說明書與所附之申請專利範圍中所用，用語「實質上共面」意味晶圓之頂表面與基座組件之頂表面在±0.2mm以內共面。一些實施例中，該等頂表面在±0.15mm、±0.10mm、±0.05mm以內共面。
第1圖之基座組件140包括支撐柱160，該支撐柱160能夠升舉、降下、及旋轉基座組件140。該基座組件可包括位在支撐柱160中央內的加熱器（或氣體線路）或是電部件。該支撐柱160可以是增加或減少基座組件140與氣體分配組件120之間的縫隙、將基座組件140移動至適當位置的主要手段。基座組件140亦可包括微調致動器162，該微調致動器可對基座組件140進行微調整，以產生基座組件140與氣體分配組件120之間的預定縫隙170。
一些實施例中，縫隙170之距離在約0.1mm至約5.0mm之範圍內，或在約0.1mm至約3.0mm之範圍內，或在約0.1mm至約2.0mm之範圍內，或在約0.2mm至約1.8mm之範圍內，或在約0.3mm至約1.7mm之範圍內，或在約0.4mm至約1.6mm之範圍內，或在約0.5mm至約1.5mm之範圍內，或在約0.6mm至約1.4mm之範圍內，或在約0.7mm至約1.3mm之範圍內，或在約0.8mm至約1.2mm之範圍內，或在約0.9mm至約1.1mm之範圍內，或約1mm。
如圖式所示之處理腔室100是旋轉料架（carousel）式腔室，其中基座組件140可撐托複數個基材60。如第2圖中所示，氣體分配組件120可包括複數個分開的注射器單元122，每一注射器單元122能夠在晶圓於注射器單元下方移動時在晶圓上沉積膜。圖中顯示兩個派狀（pie-shaped）的注射器單元122定位在基座組件140之大約相對側上且在該基座組件140上方。圖中顯示的此注射器單元122之數目僅是為了說明。將會瞭解可納入更多或更少的注射器單元122。一些實施例中，有充分數目的派狀注射器單元122以形成一形狀，此形狀順應基座組件140之形狀。一些實施例中，個別的派狀注射器單元122之各者可獨立地移動、移除、及/或置換，而不會影響任何其他注射器單元122。例如，可抬升一個分段（segment），以容許機器人進出基座組件140與氣體分配組件120之間的區域，而裝載/卸載基材60。
具有多個氣體注射器的處理腔室可用於同時處理多個晶圓，使得晶圓歷經相同的製程流程。例如，如第3圖所示，處理腔室100具有四個氣體注射器組件與四個基材60。在處理的最初，基材60可定位在注射器組件30之間。旋轉17該基座組件140達45°將會造成注射器組件120之間的每一基材60移動至注射器組件120以進行膜沉積，如注射器120下方的虛線圓形所說明。另外的45°旋轉會使基材60移動遠離注射器組件30。基材60之數目與氣體分配組件120之數目可相同或不同。一些實施例中，受處理之晶圓的數目與氣體分配組件的數目相同。一或多個實施例中，受處理之晶圓的數目是氣體分配組件之數目的分數或整數倍。例如，若有四個氣體分配組件，則有4x個晶圓受處理，其中x是大於或等於1之整數值。示範性實施例中，氣體分配組件120包括八個處理區域，該等處理區域由氣簾分開，且基座組件140可保持六個晶圓。
第3圖所示之處理腔室100僅為代表一個可能的組裝方式，且不應將該處理腔室100視為限制本發明之範疇。在此，處理腔室100包括複數個氣體分配組件120。於所示之實施例中，有四個氣體分配組件（亦稱注射器組件30），該四個氣體分配組件繞處理腔室100均等地隔開。所示的處理腔室100為八邊形，然而，發明所屬技術領域中具有通常知識者將會瞭解，這是一個可能的形狀，且不應將該形狀視為限制本發明之範疇。所示之氣體分配組件120為梯形，但可以是單一圓形部件或由複數個派狀分段（類似第2圖所示）所組成。
顯示於第3圖的實施例包括裝載閘（load lock）腔室180，或類似緩衝站的輔助腔室。此腔室180連接到處理腔室100之一側，以容許例如基材（又稱基材60）得以從腔室100裝載/卸載。晶圓機器人可定位在腔室180內，以將基材移動到基座上。
旋轉料架（例如基座組件140）的旋轉可以是連續式或間歇式（不連續式）。連續處理中，晶圓持續旋轉，使得他們依序暴露至注射器之各者。不連續處理中，晶圓可移動到注射器區域並且停止，隨後至注射器之間的區域84並且停止。例如，旋轉料架可旋轉，使得晶圓從注射器間區域移動跨越注射器(或停在注射器附近)且移動至下一個注射器間區域，在該處旋轉料架可再度暫停。注射器之間的暫停可提供時間給各層沉積間的額外的處理步驟(例如，暴露至電漿)。
第4圖顯示氣體分配組件220的區段或部分，該氣體分配組件220可稱為注射器單元122。可個別使用注射器單元122，或可與其他注射器單元組合使用注射器單元122。例如，如第5圖所示，第4圖之注射器單元122的四個注射器單元組合而形成單一氣體分配組件220。(為了明確起見，分開四個注射器單元的線並未顯示)。儘管第4圖的注射器單元122在除了淨化氣體通口155與真空通口145之外還具有第一反應性氣體通口125與第二氣體通口135，但注射器單元122不需要全部的該等部件。
參考第4圖與第5圖，根據一或多個實施例的氣體分配組件220可包括複數個區段(或注射器單元122)，且各區段為同一或不同。氣體分配組件220定位在處理腔室內，且包括複數個狹長(elongate)氣體通口125、135、145，該等氣體通口125、135、145位在氣體分配組件220的前表面121。複數個狹長氣體通口125、135、145、155從相鄰氣體分配組件220之內周邊緣123的區域朝向相鄰氣體分配組件220之外周邊緣124的區域延伸。所示的複數個氣體通口包括第一反應性氣體通口125、第二氣體通口135、真空通口145、以及 淨化氣體通口155，該真空通口145環繞第一反應性氣體通口與第二反應性氣體通口之各者。
參考顯示於第4圖或第5圖的實施例，當陳述該等通口從至少內周區域附近延伸到至少外周區域附近時，無論如何，該等通口可延伸到超越剛好從內區域徑向至外區域處。該等通口可切線式延伸，如真空通口145環繞反應性氣體通口125與反應性氣體通口135。在第4圖與第5圖所示之實施例中，楔形反應性氣體通口125、135於所有邊緣被真空通口145環繞，所述所有邊緣包括相鄰內周區域與外周區域處。
參考第4圖，當基材沿著路徑127移動，基材表面之每一部分暴露至各個反應性氣體。為了依循路徑127，基材將會暴露至(或「看見」)淨化氣體通口155、真空通口145、第一反應性氣體通口125、真空通口145、淨化氣體通口155、真空通口145、第二氣體通口135、與真空通口145。從而，在第4圖中所示的路徑127的端部處，基材已暴露至第一反應性氣體125與第二反應性氣體135而形成層。所示之注射器單元122做成1/4圓，但可更大或更小。第5圖所示之氣體分配組件220可被視為第4圖之四個注射器單元122的串聯連接的組合。
第4圖之注射器單元122顯示氣簾150，該氣簾150分開反應性氣體。用語「氣簾」用於描述使反應性氣體分開以免混合的氣流或真空之任何組合。第4圖中所示之氣簾150包括在第一反應性氣體通口125的下一個 的真空通口145之部分、位在中間的淨化氣體通口155、以及在第二氣體通口135的下一個的真空通口145之部分。此氣流與真空之組合可用於防止或儘量減少第一反應性氣體與第二反應性氣體之氣相反應。
參考第5圖，來自氣體分配組件220之氣流與真空的組合將分隔形成至複數個處理區域250中。該等處理區域大致上是繞著個別氣體通口125、135而界定，在這些處理區域250之間有氣簾150。第5圖中所示的實施例構成八個分開的處理區域250，在該等處理區域之間有八個分開的氣簾150。處理腔室可具有至少兩個處理區域。一些實施例中，有至少三個、四個、五個、六個、七個、八個、九個、10個、11個、或12個處理區域。
處理期間，基材可於任何給定時間暴露至超過一個處理區域250。然而，暴露至不同處理區域的部分將會具有分隔該兩個處理區域的氣簾。例如，若基材的先導邊緣進入包括第二氣體通口135的處理區域，則基材的中間部分將會在氣簾150下，而基材的拖尾邊緣會在包括第一反應性氣體通口125的處理區域中。
工廠界面280可例如為裝載閘腔室，該工廠界面280顯示為連接處理腔室100。圖中顯示基材60疊印在氣體分配組件220上，以提供參考架構。基材60可經常座落於基座組件上，以在接近氣體分配板120之前表面121處受撐托。基材60經由工廠界面280裝載至處理腔室100中而至基材支撐件或基座組件(見第3圖)上。基材 60可顯示為定位在處理區域內，因為基材位在相鄰第一反應性氣體通口125處且在兩個氣簾150a、150b之間。沿著路徑127旋轉基材60將會使基材繞著處理腔室100逆時鐘移動。從而，基材60將會暴露至第一處理區域250a直到第八處理區域250h，包括所有在這之間的處理區域。
本發明之實施例是針對多種處理方法，該等處理方法包括具複數個處理區域250a-250h的處理腔室100，且每一處理區域由氣簾150與相鄰區域分開。例如，第5圖中所示的處理腔室。處理腔室內氣簾與處理區域的數目可為任何適合的數目，這取決於氣流的安排。第5圖中所示的實施例具有八個氣簾150與八個處理區域250a-250h。氣簾的數目大體上等於或大於處理區域的數目。
複數個基材60定位在基材支撐件上，例如第1圖與第2圖所示之基座組件140。該複數個基材60繞著處理區域旋轉以供處理。大體上，氣簾150在整個處理期間接合(氣體流動且真空啟動)，整個處理期間包括無反應性氣體流進腔室的時段。
第一反應性氣體A流進處理區域250之一或多者，同時惰性氣體流進不具有第一反應性氣體A流進的任何處理區域250。例如，若第一反應性氣體流進處理區域250b直到處理區域250h，則惰性氣體會流進處理區域250a。該惰性氣體可流過第一反應性氣體通口125或第二氣體通口135。
處理區域內的惰性氣流可為恆定或有變化。一些實施例中，反應性氣體與惰性氣體共流。惰性氣體會作為載氣與稀釋劑。由於反應性氣體相對於載氣的量很小，所以共流可藉由減少相鄰區域間壓力的差異而更容易產生處理區域之間的氣壓平衡。
據此，本案揭露內容之一或多個實施例針對利用批次處理腔室（像第5圖所示之批次處理腔室）之處理方法。基材60放進處理腔室中，該處理腔室具有複數個區段250，每一區段由氣簾150與相鄰區段分開。基材表面的至少一部分暴露至該處理腔室的第一區段250a中的第一處理條件。一些實施例的第一處理條件包含矽前驅物，以形成非晶矽層。
基材表面側向移動通過氣簾150至第二區段250b。非晶矽層暴露至第二區段250b中的第二處理條件。一些實施例的第二處理條件包含容許形成於第一區段250a中的非晶膜的除氣。
基材表面帶著除氣的非晶矽膜側向移動通過氣簾150而至處理腔室的第三區段250c。基材表面隨後可重複地暴露至額外的第一處理條件與第二處理條件，以形成具有預定膜厚度的膜。例如，可形成除氣的非晶矽膜。
一些實施例中，基材表面重複暴露至處理腔室之一個區段中的前驅物及處理腔室之下一個區段中的除氣環境。此類的實施例中，第一處理區域250a、第三處理區域250c、第五處理區域250e、與第七處理區域250g可具有前驅物氣體之流動，而第二處理區域250b、第四處理區域250d、第六處理區域250f、與第八處理區域250g可具有除氣環境。熟悉此技術之人士會瞭解，使用諸如「第一」及「第二」之類的序數是為了描述處理區域，並非暗指處理腔室內的特定位置，或處理腔室內的暴露順序。例如，基材可先暴露至除氣環境，再暴露至第二區段中的前驅物。參考第5圖，一實施例中，區段250a是鄰近裝載閘280的裝載/卸載區段。第一區段250a可以是具該前驅物的交替區段的除氣環境。受處理的基材一旦裝載及卸載會暴露至除氣環境。
可對暴露至除氣環境前以該前驅物形成的膜的厚度進行修飾。一些實施例中，每一次暴露至前驅物（例如矽前驅物）及除氣環境生長厚度範圍在約5埃至約20埃的膜。
可重複、依序地將前驅物與除氣環境暴露至基材表面，以形成具有預定厚度的膜。一些實施例中，非晶矽膜具有範圍於約100埃至約1微米的總厚度。
一些實施例中，基材表面上具有至少一個特徵。該特徵可例如為溝槽或柱體。如在這方面所用，用語「特徵」意味任何意欲的表面不規則。適合的特徵範例包括（但不限於）具有頂部、兩個側壁、與底部的溝槽、具有頂部與兩個側壁的峰。參考第6A圖，顯示特徵330為基材310中的溝槽。該特徵具有頂部332、底部336、與側壁334。縫隙產生於側壁334之間。沉積在特徵上的膜會覆蓋溝槽的頂部332、底部336、與側壁334。膜覆蓋率的均勻度稱為正形度。正形度是量測作為膜在特徵底部相對於特徵頂部的厚度。100%的正形度意味，特徵之頂部332處的厚度與特徵之底部336處的厚度相同。一些實施例中，基材表面包括至少一個具有頂部與側壁的特徵，且非晶矽膜具有下述正形度：大於或等於約75%、或大於或等於約80%、或大於或等於約85%、或大於或等於約90%、或大於或等於約95%。
製程可包括額外的製程步驟，以例如處理、蝕刻、或毒化以該前驅物沉積的膜。一或多個實施例中，基材表面在暴露至前驅物與除氣環境之間暴露至反應物。該反應物可為任何能夠修飾非晶膜之性質的氣體。一些實施例中，該反應物使膜緻密。一些實施例中，該反應物毒化該膜之頂部部分，以抑制額外的膜生長。一些實施例中，該反應物蝕刻該膜的其中一些。
參考第6A圖至第6C圖，一或多個實施例包括毒化特徵330之頂部332，以抑制沉積膜的生長。第6A圖中，具至少一個特徵330的基材定位在處理腔室中。基材310暴露至反應物，以毒化頂部表面332，而產生毒化部分340，如第6B圖所示。膜350沉積在基材310與特徵330上。膜350在頂部352的厚度小於膜350在底部356的厚度，使得正形度大於100%。可重複該製程以填充該特徵之縫隙。
用於毒化表面的反應物可以是能夠可逆地影響材料的任何適合的反應物。一些實施例中，該反應物包括含氯物種。一些實施例中，含氯物種是六氯乙矽烷或含氯電漿。
一些實施例中，該反應物引發正形成的膜的頂部表面受蝕刻。參考第7A圖至第7F圖，使用沉積/蝕刻系統說明縫隙填充製程。第7A圖中，上面有特徵330的基材310定位在處理腔室中。特徵330具有側壁，該側壁之間形成縫隙338。第7B圖中，基材310已暴露至前驅物（例如，矽前驅物），而在基材上沉積膜350。此時，膜350具有相對高的正形度。第7C圖中，膜350已暴露至蝕刻反應物，該蝕刻反應物選擇性蝕刻膜350之頂部352（亦稱作特徵之頂部），使得膜350在溝槽底部比在頂部厚。在蝕刻反應物之後、期間、或之後，基材310可暴露至除氣環境。一些實施例中，基材同時暴露至蝕刻製程與除氣環境。
第7D圖中，基材310再次暴露至前驅物，以繼續生長膜350。特徵330之底部356的膜厚度大於在頂部352的膜厚度，且縫隙338的尺寸減少。第7E圖與第7F圖顯示重複蝕刻與沉積條件使得縫隙338填有膜350。
根據一或多個實施例，基材在形成層之前及/或之後經受處理。此處理可在相同腔室中執行或在一或多個分開的處理腔室中執行。一些實施例中，該基材從第一腔室移動到分開的第二腔室以進行進一步的處理。該基材可直接從第一腔室移動到該分開的處理腔室，或該基材可從第一腔室移動到一或多個移送腔室，隨後移動到該分開的處理腔室。據此，處理設備可包括與移送站相通的多個腔室。此類的設備可稱為「群集工具」或「群集系統」等。
大體上，群集工具是包括多個腔室的模組系統，該等腔室執行各種功能，包括基材的中心找尋與定向、去氣、退火、沉積及/或蝕刻。根據一或多個實施例，群集工具包括至少第一腔室與中央移送腔室。該中央移送腔室可容納機器人，該機器人可在處理腔室與裝載閘腔室之間來回遞送基材。移送腔室一般維持在真空環境下，且提供中間平台以將基材從一個腔室來回遞送至另一個及/或至位在群集工具前端的裝載閘腔室。兩種已知的可適於本發明的群集工具是Centura®與Endura®，這兩者都可購自美國加州Santa Clara的應用材料公司。然而，可為了執行本文所述之製程的特定步驟而修改確切的腔室之排列與組合。其他可使用的處理腔室包括（但不限於）循環層沉積（CLD）、原子層沉積（ALD）、化學氣相沉積（CVD）、物理氣相沉積（PVD）、蝕刻、預清潔、化學清潔、熱處理（諸如RTP）、電漿氮化、去氣、定向、羥化、與其他基材製程。藉由於群集工具上的腔室中執行製程，在沉積後續膜前不用氧化即可避免大氣雜質造成的基材表面污染。
根據一或多個實施例，基材連續地處於真空或「裝載鎖定」環境下，且在從一個腔室移動到下一個時不暴露至周圍空氣（ambient air）。從而移送腔室處於真空下，且在真空壓力下被「泵抽降壓（pump down）」。惰性氣體可存在於處理腔室中或移送腔室中。一些實施例中，惰性氣體作為淨化氣體，以移除一些或所有的反應物。根據一或多個實施例，淨化氣體於沉積腔室之出口處注射，以防止反應物從沉積腔室移動到移送腔室及/或額外的處理腔室。因此，惰性氣流形成腔室出口處的簾幕。
基材可在單一基材沉積腔室中受處理，其中單一基材裝載、處理、及卸載，之後另一基材才受處理。基材亦可以連續的方式受處理，類似輸送器（conveyer）系統，其中多個基材個別裝載至該腔室的第一部分，移動通過該腔室，且從該腔室的第二部分卸載。腔室與相關輸送器系統之形狀可形成筆直路徑或彎曲路徑。此外，處理腔室可為旋轉料架，其中多個基材繞中心軸移動且於整個旋轉料架路徑中暴露至沉積、蝕刻、退火、清潔等製程。
處理期間，基材可被加熱或冷卻。此類加熱或冷卻可藉由適合的手段完成，該等手段包括（但不限於）改變基材支撐件溫度以及使加熱或冷卻氣體流至基材表面。一些實施例中，該基材支撐件包括加熱器/冷卻器，該加熱器/冷卻器可受控制以傳導式改變基材溫度。一或多個實施例中，所運用的氣體（無論是反應性氣體或是惰性氣體）被加熱或冷卻以局部改變基材溫度。一些實施例中，加熱器/冷卻器定位在腔室內鄰近基材表面處，以對流式改變基材溫度。
處理期間基材亦可為靜態或旋轉。旋轉基材可連續地或以分立的步驟旋轉。例如，基材可在整個製程期間旋轉，或基材可在暴露至不同反應性氣體或淨化氣體之間小量旋轉。處理期間旋轉基材（無論是連續式或分步驟）可藉由將例如氣流幾何中局部變化性之效應減至最小而助於產生更均勻的沉積或蝕刻。
原子層沉積類型的腔室中，基材可以空間上或時間上分開的製程暴露至第一與第二前驅物。時間式ALD是其中第一前驅物流進處理腔室與表面反應的傳統製程。該第一前驅物先從腔室被淨化除去，之後再使第二前驅物流入。在空間式ALD中，第一前驅物與第二前驅物兩者皆同時流至腔室，但在空間上分開，使得在氣流之間有一區域，該區域防止該等前驅物混合。空間式ALD中，基材相對氣體分配板移動，反之亦然。
在其中該等方法之一或多個部分發生在一個腔室中的實施例中，該製程可為空間式ALD製程。儘管上文所述之化學物質的一或多者可能不相容（即，造成非基材表面上的反應及/或沉積在腔室上），但空間的分隔確保反應試劑不暴露於氣相中之各者。例如，時間式ALD涉及淨化沉積腔室。然而，實務上，有時不可能在使額外反應試劑流入之前將過多的反應試劑淨化移出腔室。因此，腔室中任何殘餘的反應試劑可能反應。利用空間分隔，過多的反應試劑不需要被淨化移除，且限制交叉污染。再者，需要許多時間淨化腔室，因此藉由消除淨化步驟而可增加產量。
此說明書全文中對「一個實施例」、「某些實施例」、「一或多個實施例」、或「一實施例」之參照是意味著與該實施例相關的所述特定特徵、結構、材料、與特質被包括在本發明的至少一個實施例中。因此，此說明書全文中各處諸如「一或多個實施例中」、「某些實施例中」、「一個實施例中」、或「一實施例中」之用語的出現並不必然指相同的本發明之實施例。再者，該特定特徵、結構、材料、或特質可以任何適合的方式於一或多個實施例中組合。
儘管已參考特定實施例描述本文之發明，但應瞭解這些實施例僅為了說明本發明之原則與應用。對於發明所屬技術領域中具有通常知識者而言可明瞭，可不背離本發明之精神與範疇針對本發明之方法與設備製作修飾例與變化例。因此，申請人希望本發明包括落入所附申請專利範圍之範疇內的修飾例與變化例及他們的等效例。
17‧‧‧旋轉60‧‧‧基材61‧‧‧頂表面84‧‧‧區域100‧‧‧處理腔室120‧‧‧氣體分配組件121‧‧‧前表面122‧‧‧注射器單元123‧‧‧內周邊緣124‧‧‧外周邊緣125‧‧‧第一反應性氣體通口127‧‧‧路徑135‧‧‧第二氣體通口140‧‧‧基座組件141‧‧‧頂表面142‧‧‧凹部143‧‧‧底表面144‧‧‧邊緣145‧‧‧真空通口150‧‧‧氣簾155‧‧‧淨化氣體通口160‧‧‧支撐柱162‧‧‧微調致動器170‧‧‧縫隙180‧‧‧裝載閘腔室220‧‧‧氣體分配組件250、250a-250h‧‧‧處理區域280‧‧‧工廠界面310‧‧‧基材330‧‧‧特徵332‧‧‧頂部334‧‧‧側壁336‧‧‧底部338‧‧‧縫隙340‧‧‧毒化部分350‧‧‧膜352‧‧‧頂部356‧‧‧底部
可透過參考實施例（其中一些實施例繪示於附圖中），可得到上文簡要總結的本發明之更詳細之敘述，如此可得到詳細地瞭解本發明之上述特徵的方式。然而，應注意附圖所說明的僅為本發明之典型實施例，因此不應被視為限制本發明之範疇，因為本發明可容許其他等效實施例。
第1圖顯示根據本案揭露內容之一或多個實施例的批次處理腔室的剖面視圖；
第2圖顯示根據本案揭露內容之一或多個實施例的批次處理腔室的部分剖面視圖；
第3圖顯示根據本案揭露內容之一或多個實施例的批次處理腔室的概略視圖；
第4圖顯示根據本案揭露內容之一或多個實施例的用在批次處理腔室中的楔形氣體分配組件之一部分的概略視圖；
第5圖顯示根據本案揭露內容之一或多個實施例的批次處理腔室的概略視圖；
第6A圖至第6C圖顯示根據本案揭露內容之一或多個實施例的縫隙填充製程；以及
第7A圖至第7F圖顯示根據本案揭露內容之一或多個實施例的縫隙填充製程。
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310‧‧‧基材
330‧‧‧特徵
332‧‧‧頂部
334‧‧‧側壁
336‧‧‧底部
350‧‧‧膜
352‧‧‧頂部
356‧‧‧底部

Claims (19)

  1. 一種處理方法，包括下述步驟：在一基材表面上形成的一特徵中形成一非晶矽膜，該非晶矽膜具有一可出氣(outgassable)之物種，該可出氣之物種包括氫，該非晶矽膜具有範圍為約5埃至約20埃的一厚度；以及將該非晶矽膜暴露至一惰性除氣(degas)環境，以從該非晶矽膜移除該可出氣之物種，而形成一除氣的非晶矽膜。
  2. 如請求項1所述之方法，其中形成具有該可出氣之物種的該非晶矽膜之步驟包括：將該基材表面暴露至一矽前驅物，該矽前驅物包括一聚矽烷(poly-silane)。
  3. 如請求項2所述之方法，其中該聚矽烷包括下述之一或多者：乙矽烷、丙矽烷、丁矽烷、異丁矽烷、新戊矽烷、環戊矽烷、己矽烷或環己矽烷。
  4. 如請求項2所述之方法，其中該矽前驅物包含實質上僅乙矽烷。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該惰性除氣環境基本上由一惰性氣體構成。
  6. 如請求項5所述之方法，其中該惰性氣體包括氬、氦、或氮之一或多者。
  7. 如請求項1所述之方法，進一步包括下述步驟：在暴露至該矽前驅物與該惰性除氣環境之間，將該基材表面暴露至一反應物，該反應物修飾該非晶矽膜的一性質。
  8. 如請求項1所述之方法，其中暴露至該矽前驅物與該惰性除氣環境發生在一處理腔室的多個分開的區域，該等區域是由一氣簾分開。
  9. 如請求項1所述之方法，其中暴露至該矽前驅物與該惰性除氣環境之各者發生在範圍為約50毫托至約200托的一壓力。
  10. 如請求項1所述之方法，其中暴露至該矽前驅物與該惰性除氣環境之各者發生在一範圍為約攝氏350度至約攝氏700度的一溫度。
  11. 如請求項1所述之方法，進一步包含將形成該非晶矽膜的步驟與將該非晶矽膜暴露至該惰性除氣環境的步驟依序地重覆，直到該除氣的非晶矽膜具有範圍為約100埃至約1微米的一厚度。
  12. 如請求項1所述之方法，其中所沉積的該除氣的非晶矽膜具有大於或等於約80%的正形度。
  13. 如請求項1所述之方法，進一步包括下述步驟：將該基材表面暴露至一毒化劑(poisoning agent)，以抑制該非晶矽膜於該基材表面中的一特 徵的一頂部處生長。
  14. 如請求項1所述之方法，進一步包括下述步驟：從形成於該基材表面中的一特徵的一頂部蝕刻除氣的非晶矽膜。
  15. 一種處理方法，包括下述步驟：將一基材表面定位在一處理腔室中，該基材表面具有至少一個特徵，該至少一個特徵在該基材表面上，該至少一個特徵產生一縫隙，而有一底部、頂部、與側壁；將該基材表面暴露至一前驅物，以在該至少一個特徵上形成一非晶膜，該非晶膜具有可出氣之物種，該可出氣之物種包含氫，具有可出氣之物種的該非晶膜具有範圍為約5埃至約20埃的一厚度；將該基材表面暴露至一惰性除氣環境，以從該非晶膜移除可出氣之物種，而形成一除氣的非晶膜；以及重複暴露至該前驅物與該惰性除氣環境，以將該除氣的非晶膜生長至一預定厚度。
  16. 如請求項15所述之方法，進一步包括下述步驟：在暴露至該前驅物之間，從該特徵之該頂部優先蝕刻該除氣的非晶膜中的至少一些。
  17. 如請求項15所述之方法，進一步包括下述步驟：在暴露至該前驅物期間，毒化該特徵之該頂部， 以抑制該非晶膜的生長。
  18. 如請求項17所述之方法，其中毒化該特徵之該頂部之步驟包含下述步驟：將該特徵之該頂部暴露至一含氯物種。
  19. 一種處理方法，包括下述步驟：將一基材放置到處理腔室中，該基材具有一基材表面，該處理腔室包括複數個區段，每一區段藉由一氣簾與相鄰的區段分開，該基材表面具有至少一特徵及一頂表面，該至少一特徵形成在該基材表面中；將該基材表面的至少一部分暴露至該處理腔室之一第一區段中的一第一處理條件(process condition)，該第一處理條件包含乙矽烷，以將非晶矽膜沉積至該基材表面上，該非晶矽膜具有一可出氣之物種，該可出氣之物種包含氫，該非晶矽膜具有範圍為約5埃至約20埃的一厚度；將該基材表面側向移動通過一氣簾至該處理腔室之一第二區段；將該基材表面暴露至該處理腔室之該第二區段中的一第二處理條件，該第二處理條件使該非晶矽膜除氣，以移除該可出氣之物種，而形成一除氣的非晶矽膜；將該基材表面側向移動通過一氣簾至該處理腔室之一第三區段；以及 重複包括側向移動該基材表面的對該第一區段與第二區段之暴露，以形成具有一預定厚度的一除氣非晶矽膜。
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