利用空间原子层沉积的原位膜退火
阅读：256发布：2020-05-11
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1.一种处理方法，包括：
在处理腔室中将具有至少一个特征在其上的基板表面暴露于沉积环境以在沉积温度下将膜沉积；和
在同一个所述处理腔室中将所述基板表面暴露于退火环境以使所述膜的性质改善，所述退火环境包括在退火温度下的水蒸气，所述退火温度维持大致所述沉积温度。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括重复暴露于所述沉积环境以填充所述特征。
3.如权利要求2所述的方法，其中将所述基板表面暴露于所述沉积环境包括将所述基板表面顺序地暴露于包括前驱物的第一工艺条件和包括反应物的第二工艺条件。
4.如权利要求3所述的方法，其中将所述基板表面暴露于所述沉积环境进一步包括将所述基板表面从具有所述第一工艺条件的第一工艺区域侧向地移动到具有所述第二工艺条件的第二工艺区域。
5.如权利要求4所述的方法，其中将所述基板表面暴露于所述沉积环境进一步包括将所述基板表面侧向地移动而通过在所述第一工艺区域与所述第二工艺区域之间的气帘。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述气帘按顺序而包括真空、净化气体和真空。
7.如权利要求5所述的方法，其中在对所述沉积环境的范围为约1次至约200次暴露后，所述基板表面暴露于所述退火环境。
8.如权利要求5所述的方法，其中在对所述沉积环境的重复暴露形成具有范围为约至约 的厚度的膜后，所述基板表面被暴露于所述退火环境。
9.如权利要求5所述的方法，其中使所述膜的所述性质改善包括降低所述湿法蚀刻速率比率。
10.如权利要求5所述的方法，其中所述沉积温度在约400℃至约550℃的范围内。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述退火温度被维持为所述沉积温度的±25℃。
12.如权利要求5所述的方法，其中所述第一工艺条件包括硅前驱物，所述第二工艺条件包括含氧反应物，并且所述膜是SiO2。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述退火环境包括水蒸气并且改善所述膜性质，所述膜性质包括所述湿法蚀刻速率比率。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述湿法蚀刻速率比率被降低到在约 至约 的范围内。
15.如权利要求13所述的方法，其中所述退火环境包括等离子体。
利用空间原子层沉积的原位膜退火
技术领域
[0001] 本公开大体上涉及沉积薄膜的方法。具体而言，本公开涉及用于通过利用原位退火的空间ALD进行膜的沉积的工艺。
背景技术
[0002] 在微电子器件制造中，对于许多应用来说需要填充狭窄沟槽(AR>10:1)而无空隙。一种此类应用是浅沟槽隔离(STI)。在STI中，膜需要在整个沟槽上是高质量的(即，具有低于约2的湿法蚀刻速率比率)而很少会漏电。
[0003] 可能的解决方案之一是空间原子层沉积(ALD)。空间ALD使用原子层沉积和等离子体蚀刻序列，这以合理的生产率实现对沟槽的无隙填充。热ALD和等离子体增强(PE)ALD两者可以用于提供共形无隙沉积。然而，虽然热ALD在结构上具有均匀的膜质量，但是平均的膜质量是相对差的，这就使得需要附加的后工艺，诸如蒸气退火和UV固化。另一方面，由于等离子体分布性质，PEALD可以提供良好的膜质量，尤其是在表面特征的顶部部分上，而非在整个被填充的沟槽上。因此，也需要后工艺。附加的后处理工艺使整个装置工艺的额外成本增加。
[0005] 本公开的一个或多个实施方式针对的是处理方法，所述处理方法包括将具有至少一个特征在其上的基板表面暴露于沉积环境以沉积膜。将基板表面暴露于退火环境以使膜的性质改善。
[0006] 本公开的另外的实施方式针对的是处理方法，所述处理方法包括将基板表面定位在处理腔室中。基板表面上有至少一个特征。至少一个特征形成间隙，该间隙具有底部、顶部和侧壁。将基板表面暴露于包括硅前驱物和含氧反应物的至少一个循环的沉积环境以在至少一个特征上形成氧化硅膜。基板表面被暴露于退火环境以使氧化硅膜的湿法蚀刻速率比率改善。重复暴露于沉积环境和可选地暴露于退火环境以填充特征的间隙。
[0007] 本公开的另外的实施方式针对的是处理方法，所述处理方法包括将基板表面具有特征的基板放置到处理腔室中。处理腔室包括多个工艺区域，其中每个工艺区域以气帘与相邻工艺区域分离。将基板表面的至少一部分暴露于处理腔室的第一工艺区域中的第一工艺条件。第一工艺条件包括硅前驱物。将基板表面侧向地移动而通过气帘到达处理腔室的第二工艺区域。将基板表面暴露于处理腔室的第二工艺区域中的第二工艺条件。第二工艺条件包括含氧反应物以形成氧化硅膜。将基板表面侧向地移动而通过气帘到达处理腔室的第三工艺区域。将基板表面暴露于处理腔室的第三工艺区域中的第三工艺条件。第三工艺条件包括退火环境。重复暴露于第一工艺条件和第二工艺条件以填充特征。
[0009] 为了可详细地理解本公开的上述特征结构所用方式，在上文简要概述的本公开的更特定的描述可以参考实施方式进行，实施方式中的一些示出在随附附图中。然而，将注意，随附附图仅示出了本公开的典型实施方式，并且因此不应视为限制本公开的范围，因为本公开可允许其他等效实施方式。
[0010] 图1示出了根据本公开的一个或多个实施方式的批量处理腔室的剖视图；
[0011] 图2示出了根据本公开的一个或多个实施方式的批量处理腔室的部分透视图；
[0012] 图3示出了根据本公开的一个或多个实施方式的批量处理腔室的示意图；
[0013] 图4示出了根据本公开的一个或多个实施方式的用于批量处理腔室中的楔形气体分配组件的一部分的示意图；
[0014] 图5示出了根据本公开的一个或多个实施方式的批量处理腔室的示意图；以及[0015] 图6A和图6B分别地示出了样本A和B的SEM图像。
具体实施方式
[0016] 在描述本公开的若干示例性实施方式前，应理解，本公开不限于以下描述中阐述的构造或工艺步骤的细节。本公开也能够具有其他实施方式并以各种方式来实践或实施。
[0017] 如本文所用的“基板”是指任何基板或在制造工艺期间在执行膜处理的基板上形成的材料表面。例如，可执行处理的基板表面包括如下材料，诸如硅、氧化硅、应变硅、绝缘体上硅(SOI)、碳掺杂氧化硅、非晶硅、掺杂硅、锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石，以及任何其他材料(诸如金属、金属氮化物、金属合金和其他导电材料)，这取决于应用。基板包括但不限于半导体晶片。基板可暴露于预处理工艺以抛光、蚀刻、还原、氧化、羟化、退火和/或烘烤基板表面。除了直接在基板本身表面上进行的膜处理之外，在本公开中，所公开的膜处理步骤中的任一者还可在如下文更详细地公开的基板上形成的下层上执行，并且术语“基板表面”意图包括上下文指出的此类下层。因此，例如，在膜/层或部分膜/层已经沉积在基板表面上时，新沉积的膜/层的暴露表面就变成为基板表面。
[0019] 本公开的一些实施方式针对的是使用具有多个气体入口通道的反应腔室的工艺，多个气体入口通道可以用于引入不同的化学物质或等离子体气体。在空间上，这些通道由惰性净化气体和/或真空泵吸孔洞分离以形成气帘，气帘最小化或消除来自不同通道的气体的混合以避免不期望的气相反应。晶片移动通过这些不同空间上分离的通道实现对不同化学或等离子体环境的顺序和多次表面曝光，使得发生在空间ALD模式或表面蚀刻工艺中的逐层膜生长。在一些实施方式中，处理腔室在气体分配部件上具有模块化架构，并且每个模块化部件具有独立的参数控制(例如，RF或气流)以提供控制例如气流和/或RF暴露的灵活性。
[0020] 本公开的一些实施方式使用空间架构，并且包括在基板表面上的第一化学物质配量，接着的是第二化学物质暴露以与经配量的化学物质反应以形成膜，然后是第三附加的后处置工艺。在使用中，本公开的实施方式具有可暴露于原位后处置的ALD层。在一些实施方式中，处置一次。在一些实施方式中，每一周期都可采用处置。最小的处置量的范围可以在每1次至100次沉积周期或更多周期执行一次处置。
[0021] 沉积的膜可以确定使用何种类型的处置。例如，在使用BDEAS和O2等离子体的SiO2的ALD的情况下，可通过采用使用H2O等离子体的蒸气退火步骤或使H2O热流动来执行处置。水可通过例如起泡器或DLI(直接液体注射)作为蒸气输送到注入器。受控的水蒸气然后可以流过配置气体分配功能并且在一些情况下具有等离子体能力的注入器模块。
[0022] 本公开的实施方式针对的是用于填充半导体特征的间隙的方法。如就此所用的，特征可以是具有底部和侧壁的沟槽。间隙填充沉积膜以填充沟槽。将基板暴露于前驱物和反应物以沉积膜。然后将基板移动到退火环境以改变至少一个膜参数。各种实施方式的方法允许形成具有低湿蚀刻速率比率的连续和/或无缺陷膜。
[0023] 虽然关于氧化硅膜的沉积而描述了各种实施方式的工艺，但是本领域的技术人员将理解，本公开的范围不限于此。本公开的实施方式可以用于形成其他材料，例如但不限于金属和电介质。本公开的一些实施方式用于形成包含SiO2、TiN、AlOx、SiN和/或TiOx中的一种或多种的膜。
[0024] 本公开的一个或多个实施方式针对的是处理方法，所述处理方法包括将基板表面顺序地暴露于前驱物和反应物以形成膜和退火环境来处置膜。在一些实施方式中，前驱物包含硅前驱物。在一些实施方式中，可通过最大化硅前驱物的分压而同时最小化晶片温度来实现沉积。合适的硅前驱物包括但不限于双(二乙基氨基)硅烷(BDEAS)、四(二甲基氨基)硅烷(TDMAS)和/或双(叔丁基氨基)硅烷(BTBAS)。
[0025] 处理腔室或处理腔室的区域中的压力可独立地控制用于前驱物暴露、反应物暴露和退火环境。在一些实施方式中，暴露于前驱物、反应物和退火环境中的每者在约50mTorr至约200Torr或约50mTorr至约100Torr的范围内的压力下发生。在一些实施方式中，硅前驱物在大于或等于约500mTorr、或大于或等于约1Torr、或大于或等于约5Torr、或大于或等于约10Torr、或大于或等于约20Torr、或大于或等于约30Torr的压力下被暴露于基板。
[0026] 基板表面暴露于前驱物、反应物或退火环境的温度可取决于例如正在形成的器件和前驱物的热预算而变化。在一些实施方式中，暴露于前驱物、反应物和退火环境中的每者在约350℃至约700℃的范围内的温度下发生。在一个或多个实施方式中，卤化硅前驱物在约375℃至约600℃的范围内或约400℃至约550℃的范围内的温度下被暴露于基板。在一些实施方式中，沉积温度与退火温度是大致相同的。在一个或多个实施方式中，退火温度维持在沉积温度的±25℃内。
[0027] 本公开的一些实施方式针对的是使用批量处理腔室(也被称为空间处理腔室)的间隙填充工艺。图1示出了包括气体分配组件120(也称注入器或注入器组件)和基座组件140的处理腔室100的横截面。气体分配组件120是用于处理腔室的任何类型的气体递送装置。气体分配组件120包括面向基座组件140的前表面121。前表面121可以具有任何数量或种类的开口以将气流向基座组件140递送。气体分配组件120还包括了外缘124，在所示的实施方式中，外缘是实质上圆形的。
[0028] 使用的特定类型的气体分配组件120可根据所使用的特定工艺而变化。本公开的实施方式可与任何类型处理系统一起使用，在这种情况下，基座与气体分配组件之间的间隙得以控制。虽然可以采用各种类型的气体分配组件(例如，喷头)，但是本公开的实施方式对于具有多个实质上平行的气体通道的空间气体分配组件可以是尤其有用的。如本说明书和所附的权利要求书使用的，术语“实质上平行的”表示气体通道的细长轴线在相同的大致方向上延伸。气体通道的平行度可以存在略微偏差。在二元反应中，多个实质上平行的气体通道可以包括至少一个第一反应气体A通道、至少一个第二反应气体B通道、至少一个净化气体P通道和/或至少一个真空V通道。从第一反应气体A通道、第二反应气体B通道和净化气体P通道流出的气体被引导向晶片的顶表面。一些气流水平地移动过晶片表面，并且通过净化气体P通道流出工艺区域。从气体分配组件的一个端部移动到另一端部的基板将依次暴露于每种工艺气体，从而在基板表面上形成一层。
[0029] 在一些实施方式中，气体分配组件120是由单个注入器单元制成的刚性固定主体。在一个或多个实施方式中，气体分配组件120由多个单独扇区(例如，注入器单元122)组成，如图2所示。单件主体或多扇区主体可与所描述的本公开的各种实施方式一起使用。
[0030] 基座组件140被定位在气体分配组件120下方。基座组件140包括顶表面141以及处在顶表面141中的至少一个凹部142。基座组件140还有底表面143和边缘144。凹部142可为任何合适的形状和大小，这取决于要处理的基板60的形状和大小。在图1中所示的实施方式中，凹部142具有平坦底部，用于支撑晶片底部；然而，凹部底部可以变化。在一些实施方式中，凹部具有围绕凹部的外周边缘的阶梯区域，阶梯区域被设定大小以适于支撑晶片的外周边缘。晶片的外周边缘受阶梯状部支撑的程度可根据例如晶片厚度和已存在于晶片背面上的特征的存在而变化。
[0031] 在一些实施方式中，如图1所示，基座组件140的顶表面141中的凹部142被设定大小以使得凹部142中支撑的基板60具有与基座组件140的顶表面141实质上共平面的顶表面61。如本说明书和所附的权利要求书中所用的，术语“实质上共平面的”表示晶片的顶表面和基座组件的顶表面在±0.2mm内是共平面的。在一些实施方式中，顶表面在±0.15mm、±
0.10mm或±0.05mm内是共平面的。
0.10mm或±0.05mm内是共平面的。
[0032] 图1的基座组件140包括支撑支柱160，所述支撑支柱能够提升、降低和旋转基座组件140。基座组件可以包括加热器或气体线路，或处在支撑支柱160的中心内的电力部件。支撑支柱160可以是增大或减小基座组件140与气体分配组件120之间的间隙以将基座组件140移动到适当位置的主要手段。基座组件140还可包括微调致动器162，所述微调致动器可对基座组件140进行微调以在基座组件140与气体分配组件120之间形成预定间隙170。
[0033] 在一些实施方式中，间隙170距离在约0.1mm至约5.0mm的范围内，或在约0.1mm至约3.0mm的范围内，或在约0.1mm至约2.0mm的范围内，或在约0.2mm至约1.8mm的范围，或在约0.3mm至约1.7mm的范围内，或在约0.4mm至约1.6mm的范围内，或在约0.5mm至约1.5mm的范围内，或在约0.6mm至约1.4mm的范围内，或在约0.7mm至约1.3mm的范围内，或在约0.8mm至约1.2mm的范围内，或在约0.9mm至约1.1mm的范围内，或约1mm。
[0034] 附图中所示的处理腔室100是其中基座组件140可以保持多个基板60的转盘型腔室(carousel-type chamber)。如图2所示，气体分配组件120可以包括多个单独注入器单元122，当晶片在注入器单元122的下方移动时，每个注入器单元122能够将膜沉积在晶片上。
两个饼形注入器单元122被示出为大致上定位在基座组件140的上方且在相对侧上。此数量的注入器单元122仅出于说明目的而示出。将理解，可以包括更多或更少的注入器单元122。
在一些实施方式中，存在足够数量的饼形注入器单元122以形成符合基座组件140的形状的形状。在一些实施方式中，可独立地移动、移除和/或替换每一个单独的饼形注入器单元
122，而不影响任何其他注入器单元122。例如，可使一个节段升高以允许机器人进出基座组件140与气体分配组件120之间的区域来装载/卸载基板60。
两个饼形注入器单元122被示出为大致上定位在基座组件140的上方且在相对侧上。此数量的注入器单元122仅出于说明目的而示出。将理解，可以包括更多或更少的注入器单元122。
在一些实施方式中，存在足够数量的饼形注入器单元122以形成符合基座组件140的形状的形状。在一些实施方式中，可独立地移动、移除和/或替换每一个单独的饼形注入器单元
122，而不影响任何其他注入器单元122。例如，可使一个节段升高以允许机器人进出基座组件140与气体分配组件120之间的区域来装载/卸载基板60。
[0035] 具有多个气体注入器的处理腔室可以用于同时处理多个晶片，使得晶片经历相同工艺流程。例如，如图3所示，处理腔室100具有四个气体注入器组件和四个基板60。在处理开始时，基板60可定位在注入器组件30之间。按照17将基座组件140旋转45°将导致在注入器组件120之间的每个基板60将移动到用于膜沉积的注入器组件120，如在注入器组件120下方的虚线圆圈所示。附加45°旋转将使基板60移动远离注入器组件30。基板60和气体分配组件120的数量可以是相同或不同的。在一些实施方式中，要处理的晶片的数量与气体分配组件的数量相同。在一个或多个实施方式中，要处理的晶片的数量是气体分配组件的数量的分数或整数倍数。例如，如果存在四个气体分配组件，那么存在4x个要处理的晶片，其中x是大于或等于1的整数值。在一个示例性实施方式中，气体分配组件120包括由气帘分开的八个工艺区域，并且基座组件140可以保持六个晶片。
[0036] 图3中所示的处理腔室100仅是一种代表性的可能配置，并且不应视为限制本公开的范围。在此，处理腔室100包括多个气体分配组件120。在所示的实施方式中，存在围绕处理腔室100均匀地间隔开的四个气体分配组件(也被称为注入器组件30)。所示的处理腔室100是八边形的；然而，本领域的技术人员将理解，此为一种可能形状，并且不应视为限制本公开的范围。所示的气体分配组件120是梯形的，但是也可以是单个圆形部件或由多个饼形节段组成，如图2所示。
[0037] 图3中所示的实施方式包括负载锁定腔室180或辅助腔室(如缓冲站)。这个腔室180被连接到处理腔室100一侧以允许例如基板(也被称为基板60)从腔室100装载/卸载。晶片机器人可定位在腔室180中以将基板移动到基座上。
[0038] 转盘(例如，基座组件140)的旋转可以是连续的或间歇(间断)的。在连续处理中，晶片一直旋转，使得它们依次被暴露于注入器中的每者。在间断处理中，晶片可移动到注入区域并停下来，然后又移动到在注入器之间的区域84并停下来。例如，转盘可旋转以使得晶片从注入器间区域移动过注入器(或停止于与注入器相邻的位置)，并移动到下一注入器间区域上，此区域中，转盘可以再次暂停。暂停在注入器之间可以为每一次层沉积之间的附加的处理步骤(例如，暴露于等离子体)提供时间。
[0039] 图4示出了气体分配组件220的可被称为注入器单元122的扇区或部分。注入器单元122可单独地使用或结合其他注入器单元使用。例如，如图5所示，图4的注入器单元122中的四个被组合以形成单个气体分配组件220。(为了清楚起见，并未示出分开四个注入器单元的线。)虽然除了净化气体端口155和真空端口145之外，图4的注入器单元122具有第一反应气体端口125和第二气体端口135两者，但是注入器单元122并非需要所有这些部件。
[0040] 参考图4和图5两者，根据一个或多个实施方式的气体分配组件220可以包括多个扇区(或注入器单元122)，其中每个扇区是相同或不同的。气体分配组件220定位在处理腔室内，并且在气体分配组件220的前表面121中包括多个细长气体端口125、135、145。多个细长气体端口125、135、145、155从与气体分配组件220的内周边缘123相邻的区域向与气体分配组件的外周边缘124相邻的区域延伸。所示的多个气体端口包括第一反应气体端口125、第二气体端口135、环绕第一反应气体端口和第二反应气体端口中的每者的真空端口145，以及净化气体端口155。
[0041] 然而，参考图4或图5中所示的实施方式，当说明端口从至少大致内周区域延伸到至少大致外周区域时，端口可能不仅仅是从内部区域向外部区域径向延伸。当真空端口145包围反应气体端口125和反应气体端口135时，端口可切向地延伸。在图4和图5中所示的实施方式中，楔形反应气体端口125、135的所有边缘都被真空端口145包围，包括与内周区域和外周区域相邻的边缘。
[0042] 参考图4，当基板沿着路径127移动时，基板表面的每个部分被暴露于各种反应气体。为了遵循路径127，基板将暴露于或“见到”清洁气体端口155、真空端口145、第一反应气体端口125、真空端口145、净化气体端口155、真空端口145、第二气体端口135和真空端口145。因此，在图4中所示的路径127的端部处，基板已暴露于第一反应气体125和第二反应气体135以形成层。所示注入器单元122形成四分之一圆圈，但是可以是更大或更小的。图5中所示的气体分配组件220可以被认为是串接的图4的注入器单元122中的四个的组合。
[0043] 图4的注入器单元122示出将反应气体分离的气帘150。术语“气帘”用于描述将反应气体分离以免于混合的气流或真空的任何组合。图4中所示的气帘150包括真空端口145在第一反应气体端口125附近的部分、在中间的净化气体端口155和真空端口145在第二气体端口135附近的部分。气流和真空的这种组合可以用于防止或最小化第一反应气体和第二反应气体的气相反应。
[0044] 参考图5，来自气体分配组件220的气流和真空的组合形成对多个工艺区域250的分离。工艺区域粗略地限定在单独气体端口125、135周围，具有气帘150在250之间。图5中所示的实施方式形成八个单独工艺区域250，并且具有八个单独气帘150在它们之间。处理腔室可以具有至少两个工艺区域。在一些实施方式中，存在至少三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、10个、11个或12个工艺区域。
[0045] 在处理期间，基板可以在任何给定的时间上暴露于多于一个工艺区域250。然而，暴露于不同工艺区域的部分将具有将两者分离的气帘。例如，如果基板前缘进入包括第二气体端口135的工艺区域中，基板的中间部分将在气帘150下方，并且基板后缘将在包括第一反应气体端口125的工艺区域中。
[0046] 工厂接口280可例如是负载锁定腔室，其被示出为连接到处理腔室100。基板60被示出为叠置在气体分配组件220上方以提供参考系。基板60通常可放置在基座组件上以保持在气体分配板120的前表面121附近。基板60经由工厂接口280向处理腔室100中装载到基板支撑件或基座组件上(参见图3)。基板60可以被示出为定位在工艺区域内，因为基板位于与第一反应气体端口125相邻且在两个气帘150a、150b之间的位置。沿着路径127旋转基板60将使基板围绕处理腔室100逆时针地移动。因此，基板60将暴露于第一工艺区域250a至第八工艺区域250h，包括在它们之间的所有工艺区域。
[0047] 本公开的实施方式涉及包括具有多个工艺区域250a-250h的处理腔室100的处理方法，其中每个工艺区域由气帘150与相邻区域分离。例如，处理腔室在图5中示出。处理腔室内的气帘和工艺区域的数量可为任何合适数量，这取决于气流布置。图5中所示的实施方式具有八个气帘150和八个工艺区域250a-250h。气帘的数量大体上等于或大于工艺区域的数量。
[0048] 多个基板60定位在基板支撑件(例如图1和图2中所示的基座组件140)上。多个基板60围绕工艺区域旋转，以便处理。一般来说，在整个处理(包括反应气体未流入腔室中时的时段)中，气帘150是工作的(气体流动和形成真空)。
[0049] 第一反应气体A流入一个或多个工艺区域250中，而惰性气体则流入不具有第一反应气体A流入其中的任何工艺区域250中。例如，如果第一反应气体通过工艺区域250h而流入工艺区域250b中，那么惰性气体将流入工艺区域250a中。惰性气体可以流过第一反应气体端口125或第二气体端口135。
[0050] 工艺区域内的惰性气体流动可以是恒定或变化的。在一些实施方式中，反应气体与惰性气体是共流的。惰性气体将用作载体和稀释剂。由于反应气体相对于载气的量很小，因此共流可通过减小相邻区域之间的压力差来更容易地使工艺区域之间的气体压力进行平衡。
[0051] 因此，本公开的一个或多个实施方式涉及利用如图5中所示的批量处理腔室的处理方法。基板60放置到处理腔室中，所述处理腔室具有多个部段250，其中每个部段由气帘150与相邻部段分开。
[0052] 方法的一些实施方式包括将具有特征在其上的基板表面暴露于沉积环境以沉积膜。如就此所用的，“沉积环境”包括沉积膜的一个或多个工艺区域或工艺条件。
[0053] 将基板表面的至少一部分暴露于处理腔室的第一部段250a中的第一工艺条件。一些实施方式的第一工艺条件包括硅前驱物以形成硅层。
[0054] 基板表面侧向地移动而通过气帘150到达第二部段250b。硅层被暴露于第二部段250b中的第二工艺条件。一些实施方式的第二工艺条件包括可与基板表面反应的反应物。
在一些实施方式中，反应物包括含氧反应物以形成氧化物膜。合适的含氧反应物包括但不限于水、过氧化物、二氧化碳、分子氧和臭氧。在一些实施方式中，第二工艺条件包括含氮化合物，例如，分子氮、氨或肼以形成氮化物膜。
在一些实施方式中，反应物包括含氧反应物以形成氧化物膜。合适的含氧反应物包括但不限于水、过氧化物、二氧化碳、分子氧和臭氧。在一些实施方式中，第二工艺条件包括含氮化合物，例如，分子氮、氨或肼以形成氮化物膜。
[0055] 基板表面从第二工艺区侧向地移动到可具有第一工艺条件或退火环境的另一工艺区域。在每次对第一工艺条件和第二工艺条件的连续暴露沉积膜层时，重复暴露可能沉积多个膜层。
[0056] 一些实施方式的沉积环境包括处理腔室的单独的工艺区域中的第一工艺条件和第二工艺条件。换句话说，一些实施方式的沉积环境包括第一工艺区域和第二工艺区域，它们包括与任何工艺区域或两个工艺区域相邻的任何气帘。在一些实施方式中，沉积膜包括重复将基板表面暴露于沉积环境以填充特征。将基板表面暴露于沉积环境包括将基板表面从具有第一工艺条件的第一工艺区域侧向地移动到具有第二工艺条件的第二工艺区域。在一些实施方式中，暴露于沉积环境包括将基板表面侧向地移动而通过在第一工艺区域与第二工艺区域之间的气帘。
[0057] 在预定数量的沉积周期之后，将基板表面侧向地移动到具有退火环境的工艺区域。退火环境是可改善沉积的膜的性质的任何条件(例如，气体、温度、压力)。例如，退火环境可以改善沉积的膜的湿法蚀刻速率。在一些实施方式中，退火环境包括蒸气(水蒸气)。在一些实施方式中，可以在退火环境中使用其他气体。合适的气体包括但不限于H2O2、CO2、O2、O3和/或H2。在一些实施方式中，退火环境包括其中流入退火气体的等离子体。合适的等离子体包括但不限于Ar、O2、O3和/或N2。等离子体可以是例如直接等离子体或远程等离子体源，并且可以例如是电容耦合或电感耦合的。
[0058] 基板表面暴露于退火环境的时间可以变化。改变时间可通过改变基板的移动速度或增加退火环境的大小来完成。在一些实施方式中，将基板表面暴露于退火环境在约30秒至约10分钟、或约1分钟至约8分钟的范围内的时间，或大于60秒、90秒或120秒的时间。
[0059] 在退火之后，基板表面可暴露于另外的第一工艺条件和第二工艺条件以形成具有预定膜厚度的膜。
[0060] 在一些实施方式中，基板表面重复地暴露于处理腔室的一个部段中的前驱物、处理腔室的一个部段中的反应物和处理腔室的另一部段中的退火环境。在此种实施方式中，第一工艺区域250a和第五工艺区域250e可以具有第一工艺条件，而第二工艺区域250b和第六工艺区域250f则具有第二工艺条件，并且第三工艺区域250c和第七工艺区域250g具有退火环境。本领域的技术人员将理解，使用诸如“第一”和“第二”的序号描述工艺区域并不表示处理腔室内的特定位置或处理腔室内的暴露顺序。例如，基板可以首先被暴露于退火环境，然后被暴露于第二工艺区域中的第一工艺条件。
[0061] 在一些实施方式中，退火环境针对每个第一工艺条件和第二工艺条件处在多于一个工艺区域中。例如，第一工艺区域250a可以具有第一工艺条件，第二工艺区域250b可以具有第二工艺条件，并且第三工艺区域250c和第四工艺区域250d可以具有退火环境。在此种实施方式中，可以禁用第三工艺区域250c与第四工艺区域250d之间的气帘。
[0062] 在暴露于退火环境之前用前驱物和反应物形成的膜的厚度可以改变。在一些实施方式中，在形成具有约 至约 或约 至约 或至多约 或 或或 或 或 或 的范围内的厚度的膜之后，将基板表面暴露于
退火环境。在一些实施方式中，在多个前驱物/反应物暴露周期(个数在1个至约200个周期或约1个至约100个周期的范围内)后，将基板表面暴露于退火环境。
退火环境。在一些实施方式中，在多个前驱物/反应物暴露周期(个数在1个至约200个周期或约1个至约100个周期的范围内)后，将基板表面暴露于退火环境。
[0063] 在一些实施方式中，禁用退火环境，使得仅惰性气体会流入工艺区域。可这样做以允许重复地暴露于前驱物和反应物以生长膜。一旦已沉积了预定厚度的膜，退火环境就可打开并使基板通过。在一些实施方式中，一旦已沉积了预定厚度的膜，就会停止前驱物/反应物流，同时形成退火环境，使得基板可暴露于更长时间的退火。
[0064] 样本A
[0065] 将氧化硅膜沉积到具有沟槽的基板表面上。在沉积约 的SiO2之后，使用1％HF测量沟槽中的湿法蚀刻速率。在更紧密的沟槽处，相对于热氧化物测量的湿法蚀刻速率比率(WER)被计算为3.6-11.4。图6A示出了样本A的SEM图像。
[0066] 样本B
[0067] 如样本A中那样沉积SiO2膜。使膜在与膜的沉积相同的温度下经受包含水蒸气的退火环境。使用1％HF测量湿法蚀刻速率。在更紧密的沟槽处，相对于热氧化物的湿法蚀刻速率比率被计算为0.9-1.3。图6B示出了样本B的SEM图像。
[0068] 根据一个或多个实施方式，基板在形成层之前和/或之后经受处理。此处理可在相同腔室中或在一个或多个单独的处理腔室中执行。在一些实施方式中，基板从第一腔室移动到单独的第二腔室，以进一步进行处理。基板可直接地从第一腔室移动到单独的处理腔室，或基板可从第一腔室移动到一个或多个传送腔室，并且然后又移动到单独的处理腔室。因此，处理设备可以包括与传送站相连通的多个腔室。此种设备可被称为“群集工具”或“群集系统”等等。
[0069] 一般来说，群集工具是包括多个腔室的模块化的系统，这些腔室执行各种功能，包括基板定中心和取向、退火、退火、沉积和/或蚀刻。根据一个或多个实施方式，群集工具包括至少一个第一腔室、以及中心传送腔室。中心传送腔室可以容置机器人，机器人可以使基板穿梭于各处理腔室和负载锁定腔室之间。传送腔室典型地维持在真空条件下并且提供中间平台，中间平台用于使基板穿梭于各个腔室之间和/或穿梭到定位在群集工具的前端的负载锁定腔室。可适用于本公开的两个所熟知的群集工具是 和 两者均由加利福尼亚圣克拉拉市应用材料公司(Applied Materials,Inc.,of Santa Clara,Calif.)提供。然而，腔室的准确布置和组合可出于执行如本文所述的工艺的特定步骤目的而更改。其他可用处理腔室包括但不限于圆形层沉积(CLD)、原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、蚀刻、预先清洁、化学清洁、如RTP的热处理、等离子体氮化、退火、取向、羟化和其他基板处理。通过在群集工具上在腔室中实行工艺，可以避免基板因大气杂质而表面污染，而不在沉积后续膜前氧化。
[0070] 根据一个或多个实施方式，基板一直在真空或者说是“负载锁定”状况下，并且当从一个腔室移动到下一腔室时不暴露于环境空气。传送腔室因此在真空下并在真空压力下被“抽气”。惰性气体可以存在于处理腔室或传送腔室中。在一些实施方式中，惰性气体用作净化气体以将一些或所有的反应物去除。根据一个或多个实施方式，在沉积腔室的出口处注入净化气体以防止反应物从沉积腔室移动到传送腔室和/或另外处理腔室。因此，惰性气流在腔室出口处形成气帘。
[0071] 基板可以在单个基板沉积腔室中进行处理，在单个基板沉积腔室中，单个基板在另一基板进行处理前装载、处理和卸载。基板也可类似于传送机系统以连续方式进行处理，其中多个基板被单独地装载到腔室的第一部分中，移动通过腔室，并且从腔室的第二部分卸载。腔室和相关联的传送机系统的形状可以形成笔直路径或弯曲路径。另外，处理腔室也可以是转盘(carousel)，其中多个基板围绕中心轴线移动并且在整个转盘路径中都暴露于沉积、蚀刻、退火、清洁等工艺。
[0072] 在处理工艺期间，可加热或冷却基板。此加热或冷却可通过任何合适的手段来完成，包括但不限于改变基板支撑件的温度和使加热气体或冷却气体流动到基板表面。在一些实施方式中，基板支撑件包括加热器/冷却器，加热器/冷却器可被控制来以传导方式改变基板温度。在一个或多个实施方式中，所采用的气体(反应气体或惰性气体)被加热或冷却以使基板温度局部改变。在一些实施方式中，加热器/冷却器邻近基板表面定位在腔室内来以对流方式改变基板温度。
[0073] 基板也可在处理期间静止或旋转。旋转基板可连续地或以分立步骤进行旋转。例如，基板可以在整个工艺中一直旋转，或基板可以在暴露于不同的反应气体或净化气体的操作之间小幅度地旋转。在处理期间旋转基板(连续地或逐步地)可有助于通过使例如气流几何形状的局部变化的效应最小化来产生更均匀的沉积或蚀刻。
[0074] 在原子层沉积型腔室中，基板在空间上或在时间上分开的工艺中可暴露于第一前驱物和第二前驱物。时间ALD是其中第一前驱物流入腔室以与表面反应的传统工艺。第一前驱物在流动第二前驱物前从腔室中清除。在空间ALD中，第一前驱物和第二前驱物同时流到腔室，但是在空间上分开，使得在流之间存在防止前驱物混合的区域。在空间ALD中，基板相对于气体分配板而移动，反之亦然。
[0075] 在实施方式中，在方法的部分的一个或多个发生在一个腔室中时，工艺可为空间ALD工艺。虽然上述化学物质中的一种或多种可能无法相容(即，在基板表面上之外造成反应和/或沉积在腔室上)，空间分开确保在气相中试剂不暴露于彼此。例如，时间ALD涉及净化沉积腔室。然而，在实践中，有时无法在流入额外试剂前将多余试剂从腔室清除出去。因此，腔室中的任何残留试剂都可会发生反应。通过空间分离，无需清除多余试剂，并且限制交叉污染。此外，可使用大量时间来净化腔室，并且因此可通过消除净化步骤来增加产量。
[0076] 在本说明书全文中提到“一个实施方式”、“某些实施方式”、“一个或多个实施方式”或“实施方式”表示结合实施方式描述的特定特征、结构、材料或特性包括在本公开的至少一个实施方式中。因此，本说明书全文各处出现短语诸如“在一个或多个实施方式中”、“在某些实施方式中”、“在一个实施方式中”或“在实施方式中”不一定指本公开的同一实施方式。此外，特定的特征、结构、材料或特性可以任何合适方式结合在一个或多个实施方式中。
[0077] 虽然，本公开在本文中已参考特定实施方式来描述，但应理解，这些实施方式仅说明了本公开的原理和应用。本领域的技术人员将清楚，在不背离本公开的精神和范围的情况下，可对本公开的方法和设备做出各种修改和变化。因此，本公开将意图包括在所附权利要求书和它们的等效物的范围内的修改和变化。
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