用于無(wú)縫特征填充的抑制劑等離子體介導(dǎo)的原子層沉積的制作方法
【專利說(shuō)明】用于無(wú)縫特征填充的抑制劑等離子體介導(dǎo)的原子層沉積
相關(guān)申請(qǐng)交叉參考
[0001]本申請(qǐng)要求于2014年2月26日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第61/944，871號(hào)的權(quán)益。上述所參考申請(qǐng)的全部公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)參考并入此處。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本公開(kāi)涉及襯底處理系統(tǒng)，且更具體地涉及用于無(wú)縫特征填充的襯底處理系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0003]這里提供的背景描述是為了總體上描述本公開(kāi)的背景的目的。在該【背景技術(shù)】部分中所描述的當(dāng)前列明的發(fā)明人的工作以及說(shuō)明書(shū)中的在提交時(shí)不能作為現(xiàn)有技術(shù)的方面既不明示也不暗示地承認(rèn)其作為針對(duì)本公開(kāi)的現(xiàn)有技術(shù)。
[0004]淺溝槽隔離(STI)提供集成電路(IC)中個(gè)體晶體管器件之間的電氣隔離。STI包括填充有高品質(zhì)的硅(Si)氧化物膜的溝槽。在一些應(yīng)用中，溝槽的深寬比(AR)可高達(dá)8:1且溝槽的開(kāi)口可縮小至約20nm。實(shí)現(xiàn)無(wú)空隙STI填充是重要的，因?yàn)槟ぴ诤罄m(xù)集成步驟中可能會(huì)經(jīng)受進(jìn)一步的處理，這可暴露該空隙。在一些實(shí)例中，該空隙可能無(wú)意中接著被導(dǎo)電材料填充，這可導(dǎo)致芯片上不同導(dǎo)體之間的短路。
[0005]在一些應(yīng)用中，利用高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(HDPCVD)以膜填充STI。但是，對(duì)于AR高于4:1的溝槽，HDPCVD氧化物填充STI卻無(wú)空隙是非常具有挑戰(zhàn)性的，即使利用沉積-蝕刻-沉積循環(huán)工藝。
[0006]現(xiàn)在參考圖1A-1D，利用HDPCVD的間隙填充實(shí)例被示出。在圖1A中，襯底100包括具有側(cè)壁104和底部106的溝槽102。在圖1B中，氧化層112 (比如S12)被沉積。氧化層112通常不具有均勻的厚度。在溝槽開(kāi)口中通常有尖頭114。氧化層112通常在側(cè)壁104的下部120處薄于其它位置(比如溝槽底部120和場(chǎng)區(qū))。在圖1C和ID的附加HDPCVD步驟之后，尖頭114在溝槽開(kāi)口處相遇而空隙130產(chǎn)生?？障?30在后續(xù)處理過(guò)程中引發(fā)問(wèn)題。
[0007]雖然新興的可流動(dòng)氧化物方法提供了液狀物填充表現(xiàn)，但對(duì)流動(dòng)性的要求限制了可達(dá)到的膜密度。盡管付出額外成本可使用后沉積致密化方法，但這些方法還未被證明是成功的。由于周圍側(cè)壁的約束(這阻止了使可流動(dòng)氧化物膜完全致密化所需的收縮)，所述替代方法不能使高深寬比結(jié)構(gòu)中的膜致密化。
[0008]ALD氧化物可被用于以高品質(zhì)的Si氧化物膜間隙填充深溝槽。但是，在沉積在側(cè)壁上的膜合并之后，在溝槽的中央通常留下接縫?，F(xiàn)在參考圖2A-2D，利用ALD的間隙填充實(shí)例被示出。在圖2A中，襯底200包括具有側(cè)壁204和底部206的溝槽202。在圖2B中，氧化層212(比如S12)在第一 ALD周期中被沉積。由圖可見(jiàn)，氧化層212在側(cè)壁上在220處以及在溝槽底部222處是共形的。但是，在圖2C和2D的附加ALD周期之后，接縫230產(chǎn)生。接縫230在后續(xù)濕法化學(xué)處理過(guò)程中往往具有高蝕刻速率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本部分提供本公開(kāi)的總體概要，并非其完整范圍或其全部特征的全面披露。
[0010]一種用于在襯底處理系統(tǒng)中沉積膜的方法包括在處理室中執(zhí)行第一原子層沉積(ALD)周期以在包括特征的襯底上沉積膜；在所述第一 ALD周期之后，在所述處理室中將所述襯底暴露于抑制劑等離子體達(dá)到預(yù)定時(shí)間段以在特征中生成變化的鈍化表面；以及在所述預(yù)定時(shí)間段之后，在所述處理室中執(zhí)行第二 ALD周期以在所述襯底上沉積膜。
[0011]在其它特征中，在執(zhí)行所述第一 ALD周期之前，該方法包括在所述處理室中將所述襯底暴露于所述抑制劑等離子體。所述第一 ALD周期和所述第二 ALD周期包括在第一預(yù)定時(shí)間段中將所述襯底暴露于第一反應(yīng)物；在所述第一預(yù)定時(shí)間段之后從所述處理室排出反應(yīng)物；在第二預(yù)定時(shí)間段中將所述襯底暴露于不同于所述第一反應(yīng)物的第二反應(yīng)物；以及在所述第二預(yù)定時(shí)間段之后從所述處理室排出反應(yīng)物。
[0012]在其它特征中，所述膜包括二氧化硅。將所述襯底暴露于所述抑制劑等離子體包括供應(yīng)抑制劑氣體；激發(fā)所述抑制劑等離子體；將所述抑制劑等離子體保持所述預(yù)定時(shí)間段；以及在所述預(yù)定時(shí)間段之后，熄滅所述抑制劑等離子體。
[0013]在其它特征中，所述抑制劑等離子體隨著所述特征的深度減小以漸增方式抑制所述特征中的后續(xù)的膜沉積。所述抑制劑等離子體使用分子氮作為抑制劑氣體而生成。
[0014]在其它特征中，所述特征中的所述變化的鈍化表面改善所述特征的自下而上的填充以防止所述特征中的接縫。該方法進(jìn)一步包括在所述第二 ALD周期之后將所述襯底暴露于所述抑制劑等離子體并執(zhí)行附加ALD周期以自下而上填充所述特征卻沒(méi)有接縫。所述抑制劑等離子體使用選自由分子氮、氬、氦、分子氫、氨或其組合物組成的群組的氣體生成。所述特征具有大于4:1的深寬比和小于或等于30納米的開(kāi)口。
[0015]在其它特征中，所述抑制劑等離子體利用第一等離子體源來(lái)產(chǎn)生且所述第一 ALD周期利用所述第一等離子體源來(lái)執(zhí)行。所述抑制劑等離子體利用第一等離子體源來(lái)產(chǎn)生且所述第一 ALD周期利用不同于所述第一等離子體源的第二等離子體源來(lái)執(zhí)行。所述抑制劑等離子體利用第一等離子體源來(lái)產(chǎn)生且所述第一 ALD周期和所述第二 ALD周期在不使用等離子體的情況下執(zhí)行。
[0016]在其它特征中，該方法包括在所述第一 ALD周期之前執(zhí)行一或多個(gè)ALD周期，其間不使用抑制劑等離子體。該方法包括使用不同于所述第一 ALD周期和所述第二 ALD周期的工藝來(lái)在執(zhí)行所述第一 ALD周期和所述第二 ALD周期之后以材料填充所述特征的至少一部分。所述第一 ALD周期和所述第二 ALD周期沉積介電膜。所述材料包括不同于所述介電膜的其它介電膜。所述材料包括金屬。所述特征包括溝槽。所述特征包括孔。
[0017]一種用于沉積膜的襯底處理系統(tǒng)包括處理室，所述處理室包括被配置為支撐包括特征的襯底的基架。氣體供應(yīng)源被配置為選擇性地供應(yīng)原子層沉積(ALD)工藝氣體給所述處理室以及選擇性地供應(yīng)抑制劑氣體給所述處理室。等離子體發(fā)生器被配置為在所述處理室中選擇性地產(chǎn)生抑制劑等離子體。控制器被配置為控制所述氣體供應(yīng)源和所述等離子體發(fā)生器。所述控制器被進(jìn)一步配置為在所述處理室中執(zhí)行第一 ALD周期以在所述襯底上沉積膜；在所述第一 ALD周期之后，在所述處理室中將所述襯底暴露于利用所述抑制劑氣體產(chǎn)生的所述抑制劑等離子體達(dá)到預(yù)定時(shí)間段以在所述特征中生成變化的鈍化表面；以及在所述預(yù)定時(shí)間段之后，在所述處理室中執(zhí)行第二 ALD周期以在所述襯底上沉積膜。
[0018]在其它特征中，所述控制器被配置為在執(zhí)行所述第一 ALD周期之前將所述襯底暴露于所述抑制劑等離子體。在所述第一 ALD周期和所述第二 ALD周期中，所述控制器被配置為將所述襯底暴露于第一反應(yīng)物達(dá)到第一預(yù)定時(shí)間段；在所述第一預(yù)定時(shí)間段之后從所述處理室排出反應(yīng)物；將所述襯底暴露于不同于所述第一反應(yīng)物的第二反應(yīng)物達(dá)到第二預(yù)定時(shí)間段；以及在所述第二預(yù)定時(shí)間段之后從所述處理室排出反應(yīng)物。
[0019]在其它特征中，所述膜包括二氧化硅。當(dāng)將所述襯底暴露于所述抑制劑等離子體時(shí)，所述控制器被配置為供應(yīng)抑制劑氣體；激發(fā)所述抑制劑等離子體；將所述抑制劑等離子體保持所述預(yù)定時(shí)間段；以及在所述預(yù)定時(shí)間段之后，熄滅所述抑制劑等離子體。
[0020]在其它特征中，所述抑制劑等離子體隨著所述特征的深度減小以漸增方式抑制所述特征中的后續(xù)的膜沉積。所述抑制劑等離子體使用分子氮作為所述抑制氣體而生成。所述特征中的所述變化的鈍化表面改善所述特征的自下而上的填充以防止所述特征中的接縫。所述控制器被進(jìn)一步配置為在所述第二 ALD周期之后將所述襯底暴露于所述抑制劑等離子體并執(zhí)行附加ALD周期以自下而上填充所述特征卻沒(méi)有接縫。
[0021]在其它特征中，所述抑制劑氣體選自由分子氫、氨或其組合物組成的群組。所述特征具有大于4:1的深寬比和小于或等于30納米的開(kāi)口。
[0022]通過(guò)此處所提供的描述，進(jìn)一步的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)變得顯而易見(jiàn)。本概要中的描述和具體實(shí)施例僅僅旨在說(shuō)明的目的而非旨在限制本公開(kāi)的范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1A-1D示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)使用HDPCVD的溝槽間隙填充的一實(shí)施例；
[0024]圖2A-2D示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)使用ALD的溝槽間隙填充的一實(shí)施例；
[0025]圖3是根據(jù)本公開(kāi)的用于溝槽間隙填充的襯底處理系統(tǒng)的一實(shí)施例的功能框圖。
[0026]圖4示出了利用抑制劑等離子體對(duì)襯底進(jìn)行的定向轟擊；
[0027]圖5A-?不出了根據(jù)本公開(kāi)使用ALD和抑制劑等尚子體的溝槽間隙填充的一實(shí)施例；以及
[0028]圖6和7示出了使用ALD和抑制劑等離子體