TWI880060B

TWI880060B - 間隙填充的方法

Info

Publication number: TWI880060B
Application number: TW111100408A
Authority: TW
Inventors: 艾古特艾汀; 程睿; 江施施; 卡希克加納基拉曼
Original assignee: 美商應用材料股份有限公司
Priority date: 2021-01-25
Filing date: 2022-01-05
Publication date: 2025-04-11
Also published as: JP2024504165A; WO2022159883A1; US20220238331A1; CN116982139A; KR20230134554A; TW202244979A

Abstract

敘述用於間隙填充基板表面的特徵的方法。各特徵從基板表面延伸進入基板一距離且具有底部和至少一側壁。此方法包括以複數個高頻射頻(HFRF)脈衝在基板表面的特徵中沉積非共形膜。此非共形膜在此特徵的底部上相較於在至少一側壁上具有較大厚度。此沉積膜實質上從此特徵的側壁被蝕刻。重複沉積與蝕刻製程以填充此特徵。

Description

間隙填充的方法

本發明大體上關於間隙填充的方法。具體上，本發明關於使用脈衝式高頻射頻(HFRF)電漿來填充間隙的製程。

在微電子裝置製造中，有著對於許多應用之填充具有大於10：1的深寬比(AR)且無孔隙的狹窄溝槽的需求。一種應用是用於淺溝槽隔離(STI)。對於此應用，膜需要為高品質地遍佈溝槽(具有例如小於2的溼式蝕刻速率比例)，帶有非常低的洩漏。在過去已經成功的一種方法為可流動式CVD。在此方法中，寡聚物被謹慎地形成在氣相中，其凝結於表面上及接著「流動」進入溝槽。剛沉積(as-deposited)膜為非常不良的品質且需要諸如蒸氣退火與UV固化的製程步驟。

由於結構的尺度減少及深寬比增加，剛沉積可流動膜的後固化方法變得困難。造成遍佈填充溝槽的具有變動組成的膜。

非晶矽已廣泛地使用在半導體製造製程中作為犧牲層，因為它提供關於其他膜(例如，氧化矽、非晶碳、等等)的良好蝕刻選擇性。隨著半導體製造中減少的臨界尺寸(CD)，填充高深寬比間隙對於先進晶圓製造變得越來越敏感。現行的金屬取代閘極製程包含爐多晶矽或非晶矽虛擬閘極。由於製程的本質，接縫形成在Si虛擬閘極的中間。此接縫在後處理期間會開啟且致使結構損壞。

非晶矽(a-Si)的習知電漿增強化學氣相沉積(PECVD)在狹窄溝槽的頂部上形成「蘑菇形」膜。此係由於電漿無法滲透進入深溝槽。此造成來自頂部之狹窄溝槽的夾止；在溝槽的底部處形成孔隙。

習知熱CVD/爐製程可經由矽前驅物(例如，矽烷、二矽烷)的熱分解來成長a-Si。然而，由於不適當的前驅物供給或分解副產物的存在，沉積速率在溝槽的頂部上相較於在底部之速率是較高的。狹窄接縫或孔隙可在溝槽中被觀察到。

因此，有著對於可提供無接縫膜成長的高深寬比結構中的間隙填充的方法之需求。

本發明的一或多個實施例關於間隙填充的方法。在一或多個實施例中，此方法包含：將具有基板表面的基板暴露至包含脈衝式高頻射頻(HFRF)電漿的沉積製程以沉積非共形膜，脈衝式高頻射頻(HFRF)電漿具有複數個HFRF脈衝，基板表面具有形成在其中的複數個特徵，複數個特徵的每一者從基板表面延伸進入基板一距離且具有底部與至少一側壁，非共形膜在特徵的底部上相較於在至少一側壁上具有較大厚度；及將非共形膜暴露至蝕刻處理以相較於從特徵的底部蝕刻的厚度，在特徵的側壁上蝕刻非共形膜的較大厚度。

本發明的其他實施例關於使用HFRF以間隙填充的方法包含。在一或多個實施例中，此方法包含：將具有基板表面的基板暴露至具有在2托壓力下的複數個第一HFRF脈衝的化學氣相沉積以沉積膜，基板表面具有形成在其中的複數個特徵，各特徵從基板表面延伸進入基板一距離且具有底部和至少一側壁；及藉由以具有在從2托至5托的範圍中的壓力下的複數個第二HFRF脈衝來處理基板而蝕刻此膜。

在說明本發明的數個範例實施例之前，將理解到本發明不侷限於在接下來的說明書中所述的架構或製程步驟的細節。本發明能夠是其他的實施例且以各種方式實行或執行。

本文所使用的「基板」指稱在製造製程期間在其之上執行膜製程的任何基板或形成在基板上的材料表面。例如，其上可執行製程的基板表面包括材料，諸如矽、氧化矽、應變矽、絕緣體上矽(SOI)、碳摻雜氧化矽、非晶矽、摻雜矽、鍺、砷化鎵、玻璃、藍寶石、及任何其他材料，諸如金屬、金屬氮化物、金屬合金、及其他導電材料，取決於應用。基板不受限地包括半導體晶圓。基板可暴露至預處理製程以拋光、蝕刻、還原、氧化、羥基化、退火、UV固化、電子束固化及/或烘烤基板表面。除了直接在基板本身表面上的膜製程之外，在本發明中，揭示的任何膜製程步驟也可執行在形成在基板上的下方層上，如在之後更詳細揭示的，及用語「基板表面」意於包括當上下文所指出的此下方層。因此，例如，當膜/層或部分膜/層已沉積至基板表面上時，新沉積的膜/層的暴露表面成為基板表面。

本發明的一或多個實施例提供低溫矽間隙填充製程。藉由首先沉積然後蝕刻圍繞一些溝槽結構的矽膜，產生相較於溝槽的側壁或頂部在溝槽的底部處的相當較厚數量之非晶矽(a-Si)膜。一些實施例提供循環沉積與蝕刻以形成無接縫矽間隙填充的方法。

本發明的實施例提供在具有小尺度的高深寬比(AR)結構中沉積膜(例如，非晶矽)的方法。一些實施例有利地提供包含可在群集工具環境中執行的循環沉積-蝕刻-處理製程的方法。一些實施例有利地提供無接縫經摻雜或合金之高品質非晶矽膜以填充具有小尺度的高AR溝槽。

第1圖顯示具有特徵110的基板100的部分剖面視圖。圖示顯示出具有單一特徵的基板以用於例示；然而，本領域的通常知識者將理解到可有著超過一個特徵。特徵100的形狀可為任何合適形狀，包括但不限於溝槽與圓柱通孔。以此方式使用時，用語「特徵」意指任何有意的表面不規則。特徵的合適實例包括但不限於具有一頂部、兩側壁及一底部的溝槽，及具有一頂部與兩側壁的尖峰。特徵可具有任何合適深寬比(特徵的深度對於特徵的寬度的比例)。在一些實施例中，深寬比大於或等於約5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、30:1、35:1或40:1。

基板100具有基板表面120。至少一特徵110在基板表面120中形成開口。特徵110從基板表面120延伸深度D至底表面112。特徵110具有界定特徵110的寬度W的第一側壁114與第二側壁116。藉由側壁與底部所形成的開放區域也稱作為間隙。

在間隙填充製程期間，通常在填充材料中形成接縫。接縫的尺寸與寬度會影響間隙填充部件的整體可操作性。接縫的尺寸與寬度也會被製程條件與所沉積的材料所影響。因此，一或多個實施例有利地提供無接縫(或無孔隙)間隙填充的方法。方法的一些實施例有利地揭示用於間隙填充的循環沉積-處理-蝕刻製程。在一些實施例中，間隙填充是無接縫的。

第2圖與第3A至3D圖顯示根據本發明的一或多個實施例之範例間隙填充方法200。在第2圖所繪示的實施例中，方法200執行在具有至少一特徵110的基板100上。在一些實施例中，特徵110具有深寬比大於或等於5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、30:1、35:1或40:1。在一些實施例中，方法200包含沉積膜220及蝕刻膜240。在一些實施例中，膜沉積220及/或膜蝕刻240執行在群集工具環境中的一或多個製程腔室中。在一些實施例中，膜沉積220及/或膜蝕刻240包含複數個高頻射頻(HFRF)脈衝。在一或多個實施例中，電漿包含脈衝式HFRF電漿。在一些實施例中，脈衝式HFRF電漿包含複數個HFRF脈衝。在一些實施例中，脈衝式HFRF電漿沉積非共形膜。

一些實施例有利地提供使用電漿以相較於特徵的底部而在特徵的側壁上較快地蝕刻材料(例如，Si)的方法。一些實施例有利地使用在不同表面與不同位置上的不同蝕刻速率，以藉由循環沉積-蝕刻製程來創造由下往上的成長。

在第3A圖所繪示的實施例中，基板100具有形成在基板100上的特徵110與兩種不同表面：第一表面350與第二表面360。第一表面350與第二表面360可為不同材料。例如，此等表面中的一者可為金屬而另一者可為介電質。在一些實施例中，第一表面350與第二表面360具有相同化學組成但具有不同物理性質(例如，結晶性)。在說明之後的方法中，參照基板100意指第一表面350與第二表面360或特徵110形成在其中的單一表面。

在第3A圖繪示的實施例中，特徵110藉由第一表面350與第二表面360所形成。特徵110經繪示為溝槽，其中第一表面350形成特徵的底部而第二表面360形成側壁與頂部。

一些實施例的方法200包括任選的基板預處理210。在一些實施例中，基板暴露至一或多種製程狀態以預處理或製備用於沉積的基板表面。例如，一些實施例中的預處理緻密化基板表面或改變表面終端。在一些實施例中，任選的預處理210包含拋光、蝕刻、還原、氧化、烴基化、退火、UV固化、電子束固化、電漿處理及/或烘烤基板表面中的一者或多者。在一些實施例中，電漿處理包含NH ₃電漿處理。

在沉積製程220，膜370沉積在基板100上。在一或多個實施例中，沉積此膜370包含電漿增強化學氣相沉積(PECVD)製程或電漿增強原子層沉積(PEALD)製程。在一些實施例中，沉積製程220包含PECVD製程。在一些實施例中，沉積製程220包含PEALD製程。在一些實施例中，PECVD包含第一脈衝式高頻射頻(HFRF)電漿。在一些實施例中，第一脈衝式HFRF電漿包含複數個第一HFRF脈衝。諸如「第一」、「第二」、等等的序數的使用係用於指明不同的製程或部件，且不意於暗示操作或使用的特定順序。

在此使用時，高頻射頻電漿包含功率的高頻之開啟/關閉脈衝。當開啟時，功率以射頻遞送。脈衝頻率與射頻指稱用以產生可被獨立控制之電漿的不同態樣。

膜370可為任何合適膜，其可選擇性相對於第二表面360而沉積在第一表面350上。在一些實施例中，膜370包含矽。在一些實施例中，膜370基本上由矽組成。以此方式使用時，用語「基板上由……組成」意指此膜為在原子基礎上大於或等於約90%、93%、95%、98%或99%的矽(或所敘明的物種)。在一些實施例中，膜370包含非晶矽。在一些實施例中，膜370包含實質上僅非晶矽。以此方式使用時，用語「實質上僅非晶矽」意指膜370為大於或等於約90%、93%、95%、98%或99%的非晶矽。

第3A圖繪示形成在基板表面(頂部374)、特徵110的側壁376與底部372上的膜370。沉積在基板上的膜370將具有在特徵的側壁處的膜厚度T _s、在特徵的頂部處的膜厚度T _t(即，在基板的表面上)及在特徵110的底部處的膜厚度T _b。

在一些實施例中，膜370非共形地形成在至少一特徵上。在此使用時，用語「非共形」或「非共形地」指稱黏附至及非均勻地覆蓋暴露表面的層，此層帶有相對於膜的平均厚度之大於10%的厚度變動。例如，具有100 Å的平均厚度的膜會具有在厚度上大於10 Å的變動。此厚度變動包括邊緣、角落、側部、及凹處的底部。在一些實施例中，此變動大於或等於10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%或90%。在一些實施例中，沉積在溝槽的側壁上的膜比起沉積在溝槽的底部上或其中形成溝槽的表面上的膜之厚度還要薄。在一些實施例中，在側壁上的沉積膜的平均厚度小於或等於在溝槽的底部及/或頂部上的平均厚度的90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%或20%。

在一些實施例中，在停止沉積之前，膜370沉積至在從1 nm至100 nm、從1 nm至80 nm、從1 nm至50 nm、從10 nm至100 nm、從10 nm至80 nm、從10 nm至50 nm、從20 nm至100 nm、從20 nm至80 nm或從20 nm至50 nm的範圍中的平均厚度。在一些實施例中，膜370沉積至在從5 nm至100 nm、從5 nm至80 nm、從5 nm至40 nm、從5 nm至30 nm或從10 nm至30 nm的範圍中的平均厚度。

用於沉積膜370的製程參數可影響在特徵的側壁處、特徵的頂部處及/或特徵的底部處的膜厚度。例如，特徵前驅物及/或反應物種、電漿狀態、溫度、等等。在一些實施例中，在特徵的頂部處的厚度T _t大於在特徵的側壁處的厚度T _s。在一些實施例中，在特徵的底部處的厚度T _b大於在特徵的側壁處的厚度T _s。在一些實施例中，在特徵的頂部處的厚度T _t大於在特徵的底部處的厚度T _b。在一些實施例中，在特徵的底部處的厚度T _b大於在特徵的頂部處的厚度T _t。

在膜沉積220製程期間，基板暴露至形成膜370的一或多種製程氣體及/或狀態。在一些實施例中，製程氣體流入製程腔室的製程區及脈衝式HFRF電漿由製程氣體所形成以沉積膜370。一些實施例的製程氣體包括矽前驅物與載氣，及載氣藉由HFRF功率而被點燃成電漿。

在一或多個實施例中，第一脈衝式HFRF電漿是傳導耦合電漿(CCP)或感應耦合電漿(ICP)。在一些實施例中，第一脈衝式HFRF電漿是直接電漿或遠端電漿。在一些實施例中，複數個第一HFRF脈衝的每一者在從0 W至500 W、從50 W至500 W、從50 W至400 W、從50 W至300 W、從50 W至200 W、從50 W至100 W、從100 W至500 W、從100 W至400 W、從100 W至300 W、從100 W至200 W、從200 W至500 W、從200 W至400 W或從200 W至300 W的範圍中的第一功率下被獨立地產生。在一些實施例中，最小第一電漿功率大於0 W。在一些實施例中，所有的第一脈衝具有相同功率。在一些實施例中，第一HFRF電漿中的個別脈衝功率變動。

在一或多個實施例中，複數個第一HFRF電漿脈衝具有在從1%至50%、從1%至45%、從1%至40%、從1%至35%、從1%至30%、從1%至25%、從1%至20%、從1%至15%、從1%至10%、從5%至50%、從5%至45%、從5%至40%、從5%至35%、從5%至30%、從5%至25%、從5%至20%、從5%至15%、從5%至10%、從10%至50%、從10%至45%、從10%至40%、從10%至35%、從10%至30%、從10%至25%、從10%至20%或從10%至15%的範圍中的第一工作週期。在一些實施例中，在沉積製程期間的電漿脈衝的每一者具有相同工作週期。在一些實施例中，在沉積製程期間的工作週期改變。

在一或多個實施例中，複數個第一HFRF電漿脈衝的每一者獨立地具有在從5 msec至50 µsec、從4 msec至50 µsec、從3 msec至50 µsec、從2 msec至50 µsec、從1 msec至50 µsec、從800 µsec至50 µsec、從500 µsec至50 µsec、從200 µsec至50 µsec、從5 msec至100 µsec、從4 msec至100 µsec、從3 msec至100 µsec、從2 msec至100 µsec、從1 msec至100 µsec、從800 µsec至100 µsec、從500 µsec至100 µsec及從200 µsec至100 µsec的範圍中的脈衝寬度。在一些實施例中，各脈衝寬度在沉積製程期間是相同的。在一些實施例中，脈衝寬度在沉積製程期間變動。

在一或多個實施例中，複數個第一HFRF電漿脈衝的每一者獨立地具有在從0.1 kHz至20 kHz、從0.1 kHz至15 kHz、從0.1 kHz至10 kHz、從0.1 kHz至5 kHz、0.5 kHz至20 kHz、從0.5 kHz至15 kHz、從0.5 kHz至10 kHz、從0.5 kHz至5 kHz、1 kHz至20 kHz、從1 kHz至15 kHz、從1 kHz至10 kHz、從1 kHz至5 kHz、2 kHz至20 kHz、從2 kHz至15 kHz、從2 kHz至10 kHz或從2 kHz至5 kHz的範圍中的第一脈衝頻率。在一些實施例中，脈衝頻率在沉積製程期間保持為相同的。在一些實施例中，脈衝頻率在沉積製程期間變動。

在一或多個實施例中，複數個第一HFRF脈衝具有在從5 MHz至20 MHz、從5 MHz至15 MHz、從5 MHz至10 MHz、從10 MHz至20 MHz或從10 MHz至15 MHz的範圍中的第一射頻。在一或多個實施例中，複數個第一HFRF脈衝具有13.56 MHz的第一射頻。在一些實施例中，脈衝的射頻在沉積製程期間是相同的。在一些實施例中，脈衝的射頻在沉積製程期間變動。在一或多個實施例中，複數個第一HFRF脈衝的每一者獨立地具有在從5 MHz至20 MHz、從5 MHz至15 MHz、從5 MHz至10 MHz、從10 MHz至20 MHz或從10 MHz至15 MHz的範圍中的第一射頻。在一或多個實施例中，複數個第一HFRF脈衝的每一者獨立地具有13.56 MHz的第一射頻。

在一或多個實施例中，複數個第一HFRF脈衝的每一者具有在從1%至50%、從1%至45%、從1%至40%、從1%至35%、從1%至30%、從1%至25%、從1%至20%、從1%至15%、從1%至10%、從5%至50%、從5%至45%、從5%至40%、從5%至35%、從5%至30%、從5%至25%、從5%至20%、從5%至15%、從5%至10%、從10%至50%、從10%至45%、從10%至40%、從10%至35%、從10%至30%、從10%至25%、從10%至20%或從10%至15%的範圍中的第一工作週期。在一些實施例中，脈衝的工作週期在沉積製程期間是相同的。在一些實施例中，脈衝的工作週期在沉積製程期間變動。

沉積製程220可發生在任何合適基板溫度。在一些實施例中，在沉積製程220期間，基板維持在15 ºC至250 ºC、從15 ºC至225 ºC、從15 ºC至200 ºC、從15 ºC至175 ºC、從15 ºC至150 ºC、從15 ºC至125 ºC、從15 ºC至100 ºC、從25 ºC至250 ºC、從25 ºC至225 ºC、從25 ºC至200 ºC、從25 ºC至175 ºC、從25 ºC至150 ºC、從25 ºC至125 ºC、從25 ºC至100 ºC、從50 ºC至250 ºC、從50 ºC至225 ºC、從50 ºC至200 ºC、從50 ºC至175 ºC、從50 ºC至150 ºC、從50 ºC至125 ºC、從50 ºC至100 ºC、從75 ºC至250 ºC、從75 ºC至225 ºC、從75 ºC至200 ºC、從75 ºC至175 ºC、從75 ºC至150 ºC、從75 ºC至125 ºC或從75 ºC至100 ºC的範圍中的溫度。

在一或多個實施例中，膜沉積製程220包含流動第一載氣、前驅物或第一反應物中的一者或多者至基板表面上。在一些實施例中，載氣包括但不限於氬(Ar)、氦He、H ₂或N ₂。在一些實施例中，載氣包含或基本上由氦(He)組成。在一些實施例中，載氣包含氬(Ar)。在一或多個實施例中，前驅物包括但不限於矽烷、二矽烷、二氯矽烷(DCS)、三矽烷、或四矽烷。在一些實施例中，前驅物包含矽烷(SiH ₄)。在一些實施例中，前驅物氣體包含或基本上由二矽烷(Si ₂H ₆)組成。在一些實施例中，前驅物氣體在熱罐中加熱以增加蒸氣壓力及使用載氣被遞送至腔室。在一些實施例中，第一反應氣體包含H ₂。.

在一或多個實施例中，第一載氣、前驅物氣體或第一反應氣體的每一者獨立地以在從40 sccm至10000 sccm、從40 sccm至5000 sccm、從40 sccm至2000 sccm、從40 sccm至1000 sccm、從40 sccm至500 sccm、從40 sccm至100 sccm、從100 sccm至10000 sccm、從100 sccm至5000 sccm、從100 sccm至2000 sccm、從100 sccm至1000 sccm、從100 sccm至500 sccm、從250 sccm至10000 sccm、從250 sccm至5000 sccm、從250 sccm至2000 sccm、從250 sccm至1000 sccm、從250 sccm至500 sccm、從500 sccm至10000 sccm、從500 sccm至5000 sccm、從500 sccm至2000 sccm或從500 sccm至1000 sccm的範圍中的劑量被流動至基板表面上。

在一些實施例中，如第3A圖所示，在沉積製程220期間沉積的膜370是連續膜。在此使用時，用語「連續」指稱膜覆蓋整個暴露表面而沒有顯露在沉積層下方的材料之間隙或光禿點。連續膜可具有小於約1%的此膜的總表面積之表面積的間隙或光禿點。

在沉積製程220之後，方法200到達決定點230。在決定點230，評估特徵的填充狀態。若特徵110或間隙已被完全地填充，方法200可停止及基板可經受任選的後處理260。若特徵或間隙尚未被填充，方法200移動至蝕刻處理240。

在一或多個實施例中，在沉積製程220之後但在蝕刻處理240之前，基板100經受淨化處理及/或真空處理。在一些實施例中，諸如氬的淨化氣體被導入製程腔室以淨化反應區域或者移除來自沉積製程220與蝕刻處理240之間的反應區域的任何殘留反應化合物或副產物。在一些實施例中，淨化氣體在方法200中始終連續地流入製程腔室。在一些實施例中，負壓力施加進入製程腔室以移除來自沉積製程220與蝕刻處理240之間的反應區域的任何殘留反應化合物或副產物。在一些實施例中，負壓力在方法200中始終連續地被施加進入製程腔室。在一些實施例中，在後處理處理260之前施加淨化處理及/或真空處理。

在一或多個實施例中，蝕刻處理240蝕刻非共形膜。在一些實施例中，蝕刻處理240相較於從特徵110的底部蝕刻厚度T _b，從特徵110的側壁上的膜370蝕刻較大厚度T _s。在一或多個實施例中，蝕刻處理相較於從特徵110的頂部蝕刻厚度T _t，從特徵110的側壁上的膜370蝕刻較大厚度T _s。

不受操作的任何特定理解所侷限，相信指向電漿處理相對於側壁膜376優先地修改頂部膜374與底部膜372。經修改膜似乎為更加抵抗蝕刻。此造成之後較高的側壁蝕刻速率。第3B圖繪示根據本發明的一或多個實施例之已經經受致使頂部膜384與底部膜382的修改之膜蝕刻的特徵110。

第3C圖繪示根據本發明的一或多個實施例之經蝕刻膜。蝕刻此膜370從特徵110移除實質上所有的側壁膜376及留下一些頂部膜384與底部膜382。在一些實施例中，移除實質上所有的側壁膜376意指至少約95%、98%或99%的側壁的表面積已被蝕刻。在一些實施例中，移除實質上所有的側壁膜376包含用於後續沉積製程220的成核延遲。

在一或多個實施例中，蝕刻處理240包含將基板表面暴露至第二載氣或第二反應氣體的一者或多者。在一些實施例中，第二載氣包含氬(Ar)、氦(He)或氮(N ₂)的一者或多者。在一些實施例中，第二反應氣體包含Cl ₂、H ₂、NF ₃或HCl的一者或多者。在一些實施例中，第二反應氣體包含或基本上由H ₂組成。在一些實施例中，第二載氣或第二反應氣體的每一者以在從40 sccm至10000 sccm、從40 sccm至5000 sccm、從40 sccm至2000 sccm、從40 sccm至1000 sccm、從40 sccm至500 sccm、從40 sccm至100 sccm、從100 sccm至10000 sccm、從100 sccm至5000 sccm、從100 sccm至2000 sccm、從100 sccm至1000 sccm、從100 sccm至500 sccm、從250 sccm至10000 sccm、從250 sccm至5000 sccm、從250 sccm至2000 sccm、從250 sccm至1000 sccm、從250 sccm至500 sccm、從500 sccm至10000 sccm、從500 sccm至5000 sccm、從500 sccm至2000 sccm或從500 sccm至1000 sccm範圍中的流率被獨立地流動至基板表面上。

在一或多個實施例中，蝕刻處理240包含將基板100維持在從15 ºC至250 ºC、從15 ºC至225 ºC、從15 ºC至200 ºC、從15 ºC至175 ºC、從15 ºC至150 ºC、從15 ºC至125 ºC、從15 ºC至100 ºC、從25 ºC至250 ºC、從25 ºC至225 ºC、從25 ºC至200 ºC、從25 ºC至175 ºC、從25 ºC至150 ºC、從25 ºC至125 ºC、從25 ºC至100 ºC、從50 ºC至250 ºC、從50 ºC至225 ºC、從50 ºC至200 ºC、從50 ºC至175 ºC、從50 ºC至150 ºC、從50 ºC至125 ºC、從50 ºC至100 ºC、從75 ºC至250 ºC、從75 ºC至225 ºC、從75 ºC至200 ºC、從75 ºC至175 ºC、從75 ºC至150 ºC、從75 ºC至125 ºC或從75 ºC至100 ºC的範圍中的溫度。在一些實施例中，基板在沉積製程220與蝕刻處理240期間維持在相同溫度。在一些實施例中，在沉積製程220與蝕刻處理240期間，基板維持在不同(ΔT ＞10 ºC)溫度。

在一或多個實施例中，蝕刻處理240包含將基板100維持在從0.1托至12托、從0.5托至12托、從1托至12托、從2托至12托、從3托至12托、從4托至12托、從0.1托至10托、從0.5托至10托、從1托至10托、從2托至10托、從3托至10托、從4托至10托、從0.1托至8托、從0.5托至8托、從1托至8托、從2托至8托、從3托至8托、從4托至8托、從0.1托至5托、從0.5托至5托、從1托至5托、從2托至5托、從3托至5托或從4托至5托的範圍中的壓力。

在一些實施例中，蝕刻處理240包含蝕刻電漿。在一些實施例中，蝕刻電漿是傳導耦合電漿(CCP)或感應耦合電漿(ICP)。在一些實施例中，蝕刻電漿是直接電漿或遠端電漿。在一些實施例中，蝕刻電漿以在從0 W至500 W、從50 W至500 W、從50 W至400 W、從50 W至300 W、從50 W至200 W、從50 W至100 W、從100 W至500 W、從100 W至400 W、從100 W至300 W、從100 W至200 W、從200 W至500 W、從200 W至400 W或從200 W至300 W的範圍中的功率操作。在一些實施例中，電漿的最小功率大於0 W。

在一些實施例中，蝕刻製程發生在連續的功率位準。在一些實施例中，蝕刻製程以第二HFRF電漿脈衝發生。在一些實施例中，複數個第二HFRF電漿脈衝的每一者以在從0 W至500 W、從50 W至500 W、從50 W至400 W、從50 W至300 W、從50 W至200 W、從50 W至100 W、從100 W至500 W、從100 W至400 W、從100 W至300 W、從100 W至200 W、從200 W至500 W、從200 W至400 W或從200 W至300 W的範圍中的第二功率獨立地產生。在一些實施例中，最小的第二電漿功率大於0 W。在一些實施例中，在蝕刻處理期間的脈衝的功率是相同的。在一些實施例中，脈衝的功率在蝕刻處理期間變動。

在一或多個實施例中，複數個第二HFRF電漿脈衝具有在從1%至50%、從1%至45%、從1%至40%、從1%至35%、從1%至30%、從1%至25%、從1%至20%、從1%至15%、從1%至10%、從5%至50%、從5%至45%、從5%至40%、從5%至35%、從5%至30%、從5%至25%、從5%至20%、從5%至15%、從5%至10%、從10%至50%、從10%至45%、從10%至40%、從10%至35%、從10%至30%、從10%至25%、從10%至20%或從10%至15%的佈置中的工作週期。在一些實施例中，脈衝的工作週期在蝕刻處理期間是相同的。在一些實施例中，脈衝的工作週期在蝕刻處理期間變動。

在一或多個實施例中，複數個第二HFRF電漿脈衝的每一者具有在從5 msec至50 µsec、從4 msec至50 µsec、從3 msec至50 µsec、從2 msec至50 µsec、從1 msec至50 µsec、從800 µsec至50 µsec、從500 µsec至50 µsec、從200 µsec至50 µsec、從5 msec至100 µsec、從4 msec至100 µsec、從3 msec至100 µsec、從2 msec至100 µsec、從1 msec至100 µsec、從800 µsec至100 µsec、從500 µsec至100 µsec及從200 µsec至100 µsec的範圍中的脈衝寬度。在一些實施例中，脈衝的脈衝寬度在蝕刻處理期間是相同的。在一些實施例中，脈衝的脈衝寬度在蝕刻處理期間變動。

在一或多個實施例中，複數個第二HFRF電漿脈衝的每一者獨立地具有在從0.1 kHz至20 kHz、從0.1 kHz至15 kHz、從0.1 kHz至10 kHz、從0.1 kHz至5 kHz、0.5 kHz至20 kHz、從0.5 kHz至15 kHz、從0.5 kHz至10 kHz、從0.5 kHz至5 kHz、1 kHz至20 kHz、從1 kHz至15 kHz、從1 kHz至10 kHz、從1 kHz至5 kHz、2 kHz至20 kHz、從2 kHz至15 kHz、從2 kHz至10 kHz或從2 kHz至5 kHz的範圍中的脈衝頻率。在一些實施例中，脈衝的頻率在蝕刻處理期間是相同的。在一些實施例中，脈衝的頻率在蝕刻處理期間變動。

在一或多個實施例中，複數個第二HFRF脈衝具有在從5 MHz至20 MHz、從5 MHz至15 MHz、從5 MHz至10 MHz、從10 MHz至20 MHz或從10 MHz至15 MHz的範圍中的第二射頻。在一或多個實施例中，複數個第二HFRF脈衝具有13.56 MHz的第二射頻。在一些實施例中，脈衝的射頻在蝕刻處理期間是相同的。在一些實施例中，脈衝的射頻在蝕刻處理期間變動。在一或多個實施例中，複數個第二HFRF脈衝的每一者獨立地具有在從5 MHz至20 MHz、從5 MHz至15 MHz、從5 MHz至10 MHz、從10 MHz至20 MHz或從10 MHz至15 MHz的範圍中的第二射頻。在一或多個實施例中，複數個第二HFRF脈衝的每一者獨立地具有13.56 MHz的第二射頻。

在一或多個實施例中，方法200進一步包含重複沉積製程220與蝕刻膜240以用於間隙填充。在一些實施例中，重複沉積製程220與重複蝕刻膜240的每一者包含HFRF電漿。在一些實施例中，間隙填充是無縫的。第3D圖繪示在透過沉積-蝕刻-處理製程的多個循環之後已被填充的特徵110。

在一或多個實施例中，一或多個額外效應進一步區分在特徵的側壁上的非共形膜的蝕刻速率及在特徵的底部上的非共形膜的蝕刻速率。在一些實施例中，此一或多個額外效應包括將沉積在基板表面上的材料(例如，Si)的成核速率、影響將沉積在基板表面上的材料的成核速率的基板表面的性質、或將沉積在基板表面上的材料 (例如，Si)的蝕刻速率。

一些實施例包括任選的後處理260製程。後處理260可用於修改膜370以改善此膜的一些參數。在一些實施例中，後處理260包含退火此膜370。在一些實施例中，後處理260可藉由在用於沉積220及/或蝕刻240的相同腔室中的原位退火來執行。合適退火製程包括但不限於快速熱製程(RTP)或快速熱退火(RTA)、尖波退火、或UV固化、或電子束固化及/或雷射退火。退火溫度可在約500 ºC至900 ºC的範圍中。退火期間的環境的組成可包括H ₂、Ar、He、N ₂、NH ₃、SiH ₄、等等的一者或多者。退火期間的壓力可在約100毫托至約1大氣壓的範圍中。

根據一或多個實施例，基板100在形成層之前及/或在形成層之後經受製程。此製程可執行在相同腔室中或在一或多個分開的製程腔室中。在一些實施例中，基板100從第一腔室移動至分開的第二腔室進行進一步製程。基板100可直接地從第一腔室移動至分開的製程腔室，或其可從第一腔室移動至一或多個移送腔室，然後移動至分開的製程腔室。因此，製程設備可包含與移送站連通的多個腔室。此種類的設備可稱為「群集工具」或「群集系統」及類似物。

大體上，群集工具是包含執行各種功能的多個腔室之模組系統，各種功能包括基板中心找尋及定向、除氣、退火、沉積220及/或蝕刻240。根據一或多個實施例，群集工具包括至少一第一腔室與中央移送腔室。中央移送腔室可容納機器人，此機器人可將基板在製程腔室與裝載閘腔室之間及之中穿梭。移送腔室通常維持在真空狀態及提供用於將基板從一腔室穿梭至另一腔室及/或至定位在群集工具的前段之裝載閘腔室的中間階段。可適應用於本發明的兩種周知的群集工具為Centura®及Endura®，兩者皆可從加州聖克拉拉的應用材料公司取得。本文所述的實施例也可使用其他合適系統來執行。其他合適系統包括但不限於Producer®、Producer® XP Precision或它們的同等設備。然而，腔室的確切佈置與組合可改變以用於執行本文所述的特定步驟。可使用的其他製程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、預清洗、化學清洗、諸如RTP的熱處理、電漿氮化、除氣、定向、烴基化及其他基板製程。藉由在群集工具上的腔室中執行製程，可避免大氣雜質的基板的表面污染，且無在沉積後續膜之前的氧化。

根據一或多個實施例，基板100連續地在真空下或「裝載閘」狀態，及當從一腔室移動至下一腔室時不暴露至周圍空氣。移送腔室因此在真空下被「泵回」在真空壓力下。惰性氣體可存在於製程腔室或移送腔室中。在一些實施例中，惰性氣體用於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，淨化氣體注射在沉積腔室的出口處以防止反應物從沉積腔室移動至移送腔室及/或額外製程腔室。因此，惰性氣體的流動在腔室的出口處形成簾幕。

基板可在單一基板沉積腔室中處理，其中在處理另一基板之前，單一基板被載入、處理及載出。基板也可以連續方式來處理，類似於輸送帶系統，其中多個基板個別地載入腔室的第一部分，移動穿過腔室及從腔室的第二部分載出。腔室與相關輸送帶系統的形狀可形成直線路徑或彎曲路徑。此外，製程腔室可為旋轉料架，其中多個基板被移動圍繞中心軸及貫穿旋轉料架路徑暴露至沉積、蝕刻、退火、清洗、等等的製程。

在製程期間，基板100可被加熱或冷卻。此加熱或冷卻可藉由任何合適手段來完成，包括但不限於改變基板支撐件的溫度及流動加熱或冷卻氣體至基板表面。在一些實施例中，基板支撐件包括加熱器/冷卻器，其可受控以傳導地改變基板溫度。在一或多個實施例中，所利用的氣體(反應氣體或惰性氣體)被加熱或冷卻以局部地改變基板溫度。在一些實施例中，加熱器/冷卻器定位在腔室內鄰近於基板表面以對流地改變基板溫度。

基板在製程期間也可為不動的或被旋轉。旋轉基板可被連續地旋轉或間斷地旋轉。例如，基板可在貫穿整個製程中被旋轉，或基板可在暴露至不同反應氣體或淨化氣體之間被小量地旋轉。藉由最小化例如氣體流動幾何中的局部可變動性的效應，在製程期間旋轉基板(連續地或階段地)可助於生產更均勻沉積或蝕刻。

貫穿本說明書之參照「一實施例(one embodiment)」、「一些實施例」、「一或多個實施例」、或「一實施例(an embodiment)」意指關於此實施例所述的特定特徵、結構、材料、或特性被包括在本發明的至少一實施例中。因此，在貫穿本說明書的各種地方出現諸如「在一或多個實施例中」、「在一些實施例中」、「在一實施例中(in one embodiment)」、或「在一實施例中(in an embodiment)」的片語並不必然指稱本發明的相同實施例。再者，特定特徵、結構、材料或特性可以任何合適方式結合在一或多個實施例中。

雖然在此已參照特定實施例說明本發明，將理解到這些實施例僅為本發明的原理與應用的例示。在不背離本發明的精神與範疇下，可對本發明的方法與設備進行各種修改與變動，對於本領域的通常知識者是顯而易見。因此，意於本發明包括在隨附申請專利範圍及其等效物的範疇內的修改與變動。

100:基板 110:特徵 112:底表面 114:第一側壁 116:第二側壁 120:基板表面 200:方法 210:預處理 220:沉積膜 230:決定點 240:蝕刻膜 260:後處理 350:第一表面 360:第二表面 370:膜 372:底部膜 374:頂部膜 376:側壁 382:底部膜 384:頂部膜 D:深度 W:寬度 T _s:側壁處的膜厚度 T _b:底部處的膜厚度 T _t:頂部處的膜厚度

藉由參照其中的一些實施例繪示在隨附圖式中的實施例，可獲得簡短總結在上方之本發明的更具體的說明，藉此可詳細地理解本發明的上述特徵。然而，將注意到隨附圖式僅繪示本發明的典型實施例且因而不被當作限制本發明的範疇，由於本發明可允許其他等效實施例。

第1圖顯示根據本發明的一或多個實施例之基板特徵的剖面視圖；及

第2圖顯示根據本發明的一或多個實施例之製程流程。

第3A至3D圖顯示根據本發明的一或多個實施例之間隙填充製程的剖面圖解代表圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

100:基板

110:特徵

112:底表面

114:第一側壁

116:第二側壁

120:基板表面

D:深度

W:寬度

Claims

一種間隙填充的方法，該方法包含以下步驟：將具有一基板表面的一基板暴露至包含一脈衝式高頻射頻(HFRF)電漿的一沉積製程以沉積一非共形膜，該脈衝式HFRF電漿具有複數個HFRF脈衝，該基板表面具有形成在該基板表面中的複數個特徵，該複數個特徵的每一者從該基板表面延伸進入該基板一距離且具有一底部與至少一側壁，該非共形膜在該等特徵的該底部上相較於在該至少一側壁上具有一較大厚度；及將該非共形膜暴露至一蝕刻處理以相較於從該等特徵的該底部蝕刻一厚度，在該等特徵的該等側壁上蝕刻該非共形膜的一較大厚度，其中該蝕刻處理執行在從2托至5托的一範圍中的一壓力。
如請求項1所述之方法，其中該複數個HFRF脈衝的每一者獨立地具有在從1kHz至10kHz的一範圍中的一脈衝頻率。
如請求項1所述之方法，其中該複數個HFRF脈衝的每一者獨立地產生在從100W至300W的一範圍中的一功率。
如請求項1所述之方法，其中該複數個HFRF脈衝的每一者具有在從5MHz至15MHz的一範圍中的一射頻。
如請求項1所述之方法，其中該複數個 HFRF脈衝具有在從1%至20%的一範圍中的一工作週期。
如請求項1所述之方法，其中各HFRF脈衝具有在1msec至100μsec的一範圍中的一脈衝寬度。
如請求項1所述之方法，其中該沉積製程包含一電漿增強化學氣相沉積(PECVD)製程，該PECVD包含將一第一載氣、一前驅物或一第一反應物中的一者或多者獨立地以在從40sccm至10000sccm的一範圍中的一劑量流動至該基板表面上。
如請求項7所述之方法，其中該第一載氣包含氦(He)或氬(Ar)，該前驅物氣體包含矽烷(SiH₄)或二矽烷(Si₂H₆)，或該第一反應氣體包含H₂。
如請求項1所述之方法，其中該蝕刻處理包含將該基板表面暴露至一第二載氣或一第二反應氣體中的一者或多者。
如請求項9所述之方法，其中該第二載氣或該第二反應氣體的每一者獨立地以在250sccm至10000sccm的範圍中的一流率而流動至該基板上。
如請求項9所述之方法，其中該第二載氣包含氬(Ar)、氦(He)或氮(N₂)中的一者或多者，及/或該第二反應氣體包含H₂。
如請求項1所述之方法，進一步包含以下步驟：重複該沉積製程與該蝕刻處理以填充該特徵。
如請求項12所述之方法，其中該特徵被非晶矽(a-Si)填充。
如請求項1所述之方法，其中該非共形膜具有一厚度，該厚度具有相對於該非共形膜的平均厚度在25%至75%的範圍中的一變動。
如請求項1所述之方法，其中該基板維持在25℃至175℃的範圍中的一溫度。
一種使用HFRF以間隙填充的方法，包含以下步驟：將具有一基板表面的一基板暴露至一化學氣相沉積以沉積一膜，該基板表面具有形成在該基板表面中的複數個特徵，各特徵從該基板表面延伸進入該基板一距離且具有一底部和至少一側壁，該化學氣相沉積具有在2托壓力下的複數個第一HFRF脈衝；及藉由以在從2托至5托的一範圍中的一壓力下的一蝕刻電漿來處理該基板而蝕刻該膜。
如請求項16所述之方法，其中該複數個第一HFRF脈衝具有在從5MHz至15MHz的一範圍中的一第一射頻下之在從1kHz至10kHz的一範圍中的一第一脈衝頻率及在300W的一第一功率下之在從1%至20%的一範圍中的一第一工作週期，帶有每個第一HFRF脈衝具有在從1msec至100μsec的一範圍中的一第一脈衝寬度。
如請求項17所述之方法，其中該蝕刻電漿包含複數個第二HFRF脈衝，該複數個第二HFRF脈衝具有在從5MHz至15MHz的一範圍中的一第二射頻下之在從1kHz至10kHz的一範圍中的一脈衝頻率及在從100W至300W的一範圍中的一第二功率下之在從1%至20%的一範圍中的一第二工作週期，帶有每個第二HFRF脈衝具有在從1msec至100μsec的一範圍中的一第二脈衝寬度。
一種低溫間隙填充的方法，包含以下步驟：提供具有一基板表面的一基板，該基板表面具有形成在該基板表面中的複數個特徵，各特徵從該基板表面延伸一距離且具有一底部和至少一側壁；藉由具有在2托壓力下之複數個第一HFRF脈衝的一電漿增強化學氣相沉積(PECVD)在至少一特徵中沉積一膜，該電漿增強化學氣相沉積(PECVD)包含將在從40sccm至100sccm的一範圍中的一劑量下的一前驅物氣體SiH₄、在從500sccm至5000sccm的一範圍中的一劑量下的一第一載氣He及在從200sccm至500sccm的一範圍中的一劑量的一第一反應氣體H₂流動至該基板表面上；及以在從2托至5托的一範圍中的一壓力下的一蝕刻電漿來處理該基板而蝕刻該膜，該蝕刻包含將在從250sccm至500sccm的一範圍中的一劑量下的一第二反應氣體H₂及在從250sccm至500sccm的一範圍中的一劑量下的一第二載氣Ar流動至該基板表面上，以及其中該複數個第一HFRF脈衝具有在13.56MHz之一第一射頻下的在從1kHz至10kHz的一範圍中的一第一脈衝頻率及在300W的第一功率下的在從1%至20%的一範圍中的一第一工作週期，帶有每個第一HFRF脈衝具有在從1msec至100μsec的一範圍中的一第一脈衝寬度。