专利名称：平滑的含硅膜的制作方法
平滑的含硅膜
相关申请的交叉引用 本申请要求于2010年9月13日提交的名称为“ IN-SITU PLASMA-ENHANCEDCHEMICAL VAPOR DEPOSITION OF FILM STACKS”的美国临时专利申请序列 N0.61/382，465 ；于2010年9月13日提交的名称为“SMOOTH SI LANE-BASED FILMS，”的美国临时专利申请序列 N0.61/382，468 ;于 2010 年 10 月 19 日提交的名称为 “IN-SITU PLASMA-ENHANCEDCHEMICAL VAPOR DEPOSITION OF FILM STACKS，”的美国临时专利申请序列 N0.61/394，707 ；于2010年12月16日提交的名称为“SMOOTH SLIC0N-C0NTAINING FILMS，”的美国非临时专利申请序列N0.12/970,853的权益，其中的全部内容通过引用并入本文用于所有目的。
背景技术：
图案化用于三维(3D)存储器设备的膜堆叠会是困难的。用于沉积膜层的一些常规的原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)、高密度等离子体化学气相沉积(HDP-CVD)、以及等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺会产生不可接受的粗糙的膜，导致不可接受的膜层之间的界面混合，并且可以具有由在依次沉积的膜层之间的真空中断引起的界面缺陷。随着该膜堆叠的建立，产生的这些粗糙的膜的界面和界面缺陷会通过随后沉积的层而放大，使得对于下游的图案化工艺，膜堆叠的顶表面可能是不可接受的粗糙。此外，膜堆叠内的界面缺陷可能导致3D存储设备内的结构缺陷和/或电气缺陷。
发明内容
本发明描述了涉及沉积超平滑的含硅膜的各种实施方式。例如，一个公开的实施方式提供了一种在衬底上原位形成包括第一膜和第二膜的膜堆叠的方法，该第一膜具有与该第二膜不同的材料组分。该方法包括:在第一膜沉积阶段，供给第一反应物气体混合物至处理站，使用该第一反应物气体混合物来保持第一等离子体，用该第一等离子体在该衬底上沉积该第一膜；且在第二膜沉积阶段，并且没有中间真空中断，供给第二反应气体混合物至该处理站，使用该第二反应气体混合物来保持第二等离子体，用该第二等离子在该衬底上沉积该第二膜，以及控制该第二膜沉积阶段的工艺参数，从而使该第二膜的绝对粗糙度随着该第二膜的厚度的增加而减小。另一种公开的实施方式包括:供给含硅反应物至等离子体增强化学气相沉积装置；供给共反应物至该等离子体增强化学气相沉积装置；供给电容耦合等离子体至该等离子体增强化学气相沉积装置的处理站，该等离子体包括从该含硅反应物产生的硅自由基和从该共反应物产生的共反应物自由基；以及在该衬底上沉积该含硅膜，该含硅膜具有介于1.4和2.1之间的折射率，该含硅膜还具有在硅衬底上测量的(即，在硅衬底上直接沉积的膜上测量的)小于或等于4.5埃的绝对粗糙度。提供本发明内容以引入简化形式的构思的选择，在下面的具体实施方式
中详细描述了这些构思。本发明内容并不意图确定权利要求的主题的关键特征或基本特征，也不意图用于限制权利要求保护的主题的范围。此外，权利要求保护的主题的范围并不限于解决本公开的任何部分中指出的任何或所有缺点的实现方式。
图1示意性地示出了沉积在衬底上的包括第一膜和第二膜的交替层的膜堆叠的示例性实施方式。图2示出了沉积在包括11对交替的SiN/Si02层的膜堆叠的顶部的示例性基于原硅酸四乙酯(TEOS)的等离子体增强化学气相沉积(PECVD) SiO2膜的表面的原子力显微镜(AFM)图像。图3示出了沉积在包括11对交替的SiN/Si02层的膜堆叠的顶部的示例性常规的基于硅烷的PECVD SiO2膜的表面的原子力显微镜(AFM)图像。图4示出了根据本公开的实施方式沉积在包括14对交替的SiN/Si02层的膜堆叠的顶部的示例性超平滑的PECVD SiO2膜的表面的原子力显微镜(AFM)图像。图5示意性地示出了常规的PECVD和原子层沉积(ALD)的SiO2膜和根据本发明的一个实施方式沉积的示例性超平滑的PECVD SiO2膜之间的绝对粗糙度的比较。图6示意性地示出了包括根据本公开的一个实施方式沉积的示例性超平滑的PECVD SiO2膜、与氮化硅膜交替的超平滑的PECVD SiO2膜的堆叠的一个实施方式。图7示意性地示出了在图6中示意性地示出的膜堆叠的顶部根据本公开的一个实施方式沉积的超平滑的PECVD SiO2膜。图8示出了在图6中示意性地示出的膜堆叠的顶部暴露的氮化硅表面的AFM图像。图9示出了在图7中示意性地示出的膜堆叠的顶部根据本公开的一个实施方式沉积的300埃的超平滑的PECVD SiO2膜的表面的AFM图像。图10示出了在图7中示意性地示出的膜堆叠的顶部根据本公开的一个实施方式沉积的3000埃的超平滑的PECVD SiO2膜的表面的AFM图像。图11示意性地示出了包括根据本公开的一个实施方式沉积的示例性超平滑的PECVD SiO2膜、与氮化硅膜交替的超平滑的PECVD SiO2膜的膜堆叠的另一实施方式。图12图示地示出了根据本公开的一个实施方式沉积的超平滑的PECVD SiO2膜、常规的基于TEOS的PECVD SiO2膜、以及常规的基于硅烷的PECVD SiO2膜的厚度与这些膜的绝对粗糙度测量值之间的示例性关系。图13示意性地示出了在图11示意性地示出的膜堆叠的顶部上沉积的氮化硅膜。图14图示地示出了根据本公开的一个实施方式沉积的超平滑的PECVD SiO2膜、常规的基于TEOS的PECVD SiO2膜、以及常规的基于硅烷的PECVD SiO2膜的厚度与沉积在这些SiO2膜中的每一个上的800埃的氮化硅膜的绝对粗糙度测量值之间的示例性关系。图15示出了流程图，其示出了根据本公开的一个实施方式沉积超平滑的PECVD含硅膜的方法。图16图示地示出了常规的PECVD SiO2膜和根据本公开的实施方式沉积的超平滑的PECVD SiO2膜的表面粗糙度和硅烷流率之间的示例性关系。图17图示地示出了用于在图7中所示的示例性膜的硅烷流率和SiO2膜沉积速率之间的不例关系。
图18图示地示出了根据本公开的实施方式沉积的超平滑的PECVD SiO2膜的处理站压强和SiO2膜的沉积速率之间的关系，从具有类似的硅烷流率但不同的总的气体流率的超平滑的PECVD工艺中沉积该SiO2膜。图19图示地示出了根据本公开的一个实施方式沉积的超平滑的PECVD SiO2膜的膜应力、SiO2膜的沉积速率和硅烷的流率之间的关系。图20图示地示出了根据本公开的一个实施方式沉积的超平滑的PECVD SiO2膜的月吴应力、衬底弯曲(bow)和I吴厚度之间的关系。图21图示地示出了傅里叶变换红外光谱的比较，其示出了热生长的3102膜、基于TEOS的PECVD SiO2膜和根据本发明的一个实施方式沉积的超平滑的PECVD SiO2膜的S1-O的伸缩模式数据。图22图示地示出了根据本公开的实施方式沉积的超平滑的PECVD SiO2膜的绝对粗糙度与高频等离子体的功率电平之间的关系。图23图示地示出了根据本公开的实施方式沉积的超平滑的PECVD SiO2膜的处理站压强与绝对粗糙度的依赖关系。图24图示地示出了根据本公开的实施方式沉积的超平滑的PECVD SiO2膜的衬底范围内非均匀性与处理站压强之间的关系。图25图示地示出了根据本公开的实施方式沉积的超平滑的PECVD SiO2膜的沉积速率和氩气的流率之间的关系。图26图示地示出了根据本公开的实施方式沉积的超平滑的PECVD SiO2膜的绝对粗糙度和氩气的流率之间的关系。图27图示地示出了傅里叶变换红外光谱的另一比较，其示出根据本公开的实施方式沉积的示例性超平滑的PECVD氧化硅膜和硅氮化物膜的S1-O键伸缩模式数据。图28图示地示出了傅里叶变换红外光谱的一比较，其示出了示例性常规的氮化硅膜和根据本公开的实施方式沉积的示例性超平滑的PECVD氮化硅膜的S1-N键伸缩模式数据。图29图示地示出了傅里叶变换红外光谱的另一比较，其示出示例性常规的氮化硅膜和根据本公开的实施方式沉积的示例性超平滑的PECVD氮化硅膜的N-H键伸缩模式数据。图30图示地示出了傅里叶变换红外光谱的另一比较，其示出示例性常规的氮化硅膜和根据本公开的实施方式沉积的示例性超平滑的PECVD氮化硅膜的S1-H键伸缩模式数据。图31示意性地示出了根据本公开的一个实施方式的处理站。图32示意性地示出了根据本公开的一个实施方式的多站处理工具。图33示意性地示出了根据本公开的一个实施方式的另一多站处理工具。图34示意性地示出了根据本公开的一个实施方式的另一多站处理工具。
具体实施例方式诸如NAND闪存等一些存储设备以两维阵列排列。因为这些存储设备仅限于平面排列，裸片尺寸和存储密度参数会限制设备的总内存容量。反过来，向较大管芯(die)尺寸发展以扩展存储器容量会相对增加存储设备的成本，这会延迟采用较大容量的存储设备。最近，已经提出了一些用于将存储器栅(gate)布置成三维(3D)阵列的方法。这些方法中的一些引入通过图案化交替的膜组合物的堆叠形成的晶体管。图1示意性地示出了包括在衬底106上的第一膜102和第二膜104的交替层的膜堆叠100的实施例。图案化这样的膜堆叠会是困难的。例如，产生于沉积的粗糙的膜表面和/或由在沉积事件之间的真空中断引起的膜开裂可以导致在随后沉积的层中的褶皱。随着膜堆叠的建立，这些褶皱可以扩大规模，并可能导致在下游的图案化操作中的对焦、曝光和蚀刻问题。因此，每个层高度平滑是合乎期望的。用于沉积这样的二氧化硅膜的一些方法包括使用基于原硅酸四乙酯(Si (OC2H5)4,或TE0S)的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺或基于硅烷的PECVD工艺。然而，这些常规的PECVD工艺会产生不可接受的粗糙的膜。例如，用于沉积二氧化硅的常规的基于硅烷的PECVD工艺对于沉积在裸硅衬底上的1000埃的膜显示出7.2埃的绝对粗糙度(Ra)，而用于沉积Si02的常规的基于TEOS的PECVD工艺对于在硅衬底上沉积的1000埃的膜显示出4.5埃Ra的粗糙度(即，在裸硅衬底上直接沉积的膜测量的)。堆叠的粗糙的膜的效果可以是累加的，使得膜堆叠的顶表面比单独的薄会更粗糙。图2和3示出了由原子力显微镜(AFM)测量的示例性SiN/Si02膜堆叠的表面粗糙度的图像。图2示出了使用基于TEOS的PECVDSiO2沉积工艺的具有11对SiN/Si02膜的膜堆叠的AFM图像200。作为参考，在裸硅衬底上沉积的1000埃的氮化硅膜的粗糙度是5.1埃Ra。在如图2所示的实施例中，在膜堆叠的顶部的基于TEOS的SiO2膜显示出约9.9-10.6埃Ra的粗糙度。图3示出了使用基于硅烷的PECVDSiO2工艺(例如，以约500-600sccm的流率使用硅烷)的具有11交替对的SiN/Si02膜的膜堆叠的AFM图像300。在图3所示的实施例中，SiO2膜具有约17至19埃Ra的粗糙度。因此，可以理解的是，常规的PECVD SiO2工艺可以沉积比基底膜更粗糙的膜。用于沉积平滑的二氧化硅膜的一些其他方法采用高密度等离子体化学气相沉积(HDP-CVD)工艺。然而，HDP-CVD工艺通常采用大于2 X 101°离子/厘米3的离子密度。当沉积SiO2层时，如此高的离子密度沉积环境会非选择性溅射基底膜。这会导致不可接受的层间氧化，有可能导致在膜界面的电气缺陷或结构缺陷。另外，HDP-CVD工艺通常使用感应耦合等离子体源，其相对于用于PECVD工艺的电容耦合等离子体源是较为昂贵的，并且在工艺过程中相对地更容易产生缺陷。此外，因为HDP-CVD工艺设备可能不适合用于原位沉积多于一种的膜成分，在处理过程中可能需要真空中断，这有可能导致包含层间缺陷和额外设备费用。因此，本发明公开涉及使用电容耦合等离子体源沉积超平滑的含硅膜的各种实施方式，超平滑的含硅膜包括如氧化硅(例如，SiO2和其子-氧化物)、硅氧氮化物、和氮化硅等介电膜，和如多晶硅和无定形硅等导电膜。在一些实施方式中，可以在处理工具中原位沉积超平滑的含硅膜的交替层(例如，在沉积阶段之间没有真空中断和/或空气暴露)。示例性膜堆叠包括但不限于二氧化硅和氮化硅的交替层、多晶硅和二氧化硅的交替层、多晶硅和氮化娃的交替层、以及掺杂的和未掺杂的无定形娃和/或多晶娃的交替层。作为一个实施例，图4示出了具有14交替对的氮化硅膜和根据本公开的超平滑的PECVD工艺沉积的超平滑的二氧化硅膜的膜堆叠的AFM图像400。在图4所示的实施例中，超平滑的PECVD SiO2的顶层具有约4.6埃Ra的粗糙度，与如上所述并示于图2和3常规的PECVD SiO2工艺相比，显示出表面粗糙度大于2倍关系的改善，但在氮化硅的表面上沉积的一些超平滑的PECVD 二氧化硅膜(在下面更详细讨论)显示出约3.6埃Ra的粗糙度值。另外，如上面所解释的，在裸硅衬底上沉积的1000埃的氮化硅膜的粗糙度是5.1埃Ra。因此，可以理解的是，在一些实施方式中，超平滑的PECVD SiO2I艺可以提供粗糙度小于基底膜的粗糙度的顶部表面。例如，在一些实施方式中，超平滑的PECVD SiO2膜可以具有绝对粗糙度，其为基底膜的粗糙度的约90%或以下。不期望由理论限制，可以相信的是，在一些实施方式中，在相比于气相聚合反应和吸附反应，以明显更快的速率和/或以更大的密度发生表面吸附、重排和/或组装反应的条件下，可产生超平滑的PECVD膜的超平滑的特性。在这样的条件下，在等离子体中产生的自由基比其在衬底上方的气相中反应，可能相对更容易吸附在衬底上，并连接在衬底表面。因此，根据本公开的超平滑的PECVD工艺可提供具有基本不依赖于膜厚的绝对粗糙度的膜。例如，在一些实施例中，超平滑的PECVD SiO2膜对于高达3000埃的膜厚度可以显示出在硅衬底上测量的小于或等于4.5埃的表面粗糙度。例如，图5示出比较表面绝对粗糙度作为通过各种示例性工艺在裸硅衬底上沉积的二氧化硅膜的膜厚的函数的曲线图500，各种示例性工艺包括常规的基于硅烷的PECVD工艺实施例(点502)，常规的基于TEOS的PECVD工艺实施例(点504)，以及通过根据本公开的示例性超平滑的PECVD工艺沉积的示例性超平滑的二氧化硅膜(点506)。通过图5所示的常规的PECVD工艺制备的示例性膜可以被表征为具有发生速率超过表面组装和重排反应的气相聚合反应。因此，随着增加的膜厚度，点502和点504趋于增加绝对粗糙度。相反，示于图5的示例性超平滑的PECVD 二氧化硅膜对于高达3000埃的膜厚度显示了约2.5埃Ra的表面粗糙度，同时具有基本恒定的绝对粗糙度。图5还示出了通过高密度等离子体化学气相沉积(HDP-CVD)工艺沉积的示例性二氧化硅膜和上面讨论的超平滑PECVD沉积的二氧化硅膜实施例之间的比较。如图5所示，示例的超平滑的PECVD 二氧化硅膜具有与示例性HDP-CVD 二氧化硅膜(点508)基本相同的绝对表面粗糙度。然而，如上面所解释的，HDP-CVD工艺会损坏基底膜并无法在原位制备膜堆叠。与此相反，如在下面详细解释的，可以沉积超平滑的PECVD膜，而无需使用高离子密度(例如，用小于2 X IOltl离子/厘米3的离子密度)，并因此可以与基底膜保持相对突变的界面成分边界。此外，当构建膜堆叠时可以与其他膜工艺一起在原位沉积超平滑的PECVD膜，这有可能避免真空中断。图5还示出通过原子层沉积(ALD)工艺沉积的示例性SiO2膜(点510)和上面描述的超平滑的PECVD膜示例之间的比较。如常规的PECVD工艺，通过ALD工艺沉积的示例性膜显示了绝对粗糙度增加依赖于厚度。虽然理论上ALD工艺依次地沉积单层膜，但隔离的沉积前体中的吸附差异可以导致形成凝聚相前体的域(例如，表面可以同时包括化学吸附和物理吸附的前体)。这些域可以导致膜的非化学计量的区域的产生，这可以导致膜中的晶格缺陷和表面粗糙。随后沉积的层会放大表面粗糙的效果。此外，无论是在产量成本还是设备成本中，在ALD中使用的逐层的沉积工艺比PECVD工艺相对更昂贵。与此相反，不希望受理论的约束的情况下，相对较低的表面能、平坦的表面(例如，接近热力学稳定的终止表面的本征粗糙度的表面)可以提供一种使得通过表面重排和装配反应能够自平面化沉积膜的驱动力。因此，在一些实施方式中，在较粗糙的膜上沉积的超平滑的PECVD膜仍然可以具有超平滑特性。这可以提供膜堆叠的高度平滑的表面，即使该膜堆叠包括较粗糙的基底膜。例如，图6示意性地示出了膜堆叠600的实施方式，膜堆叠600包括具有约2.3埃/秒的沉积速率的示例的超平滑的PECVD SiO2膜。图6中所示的示例包括与多个800埃的氮化硅膜602交叠的多个300埃的超平滑的PECVD SiO2膜604，以及多个1000埃的超平滑的PECVD SiO2膜606。最后在堆叠600的顶部沉积具有顶表面610的800埃的氮化硅膜(层602A)。图7示意性地示出了沉积在膜堆叠600的顶部的超平滑的PECVD SiO2膜(层702)的顶层。图8示出了暴露在图6中示意性地示出的膜堆叠600的顶部的氮化硅表面610的AFM图像800。如由AFM测量，氮化硅表面610呈现约6.9埃的绝对粗糙度。为了进行比较，在具有相同数量的二氧化硅和氮化硅的交替层的、其中常规的基于TEOS的PECVD SiO2膜取代超平滑的PECVD SiO2膜的膜堆叠上沉积的800埃的氮化硅膜具有约10埃的绝对粗糙度。因此，超平滑的PECVD SiO2膜相对于基于TEOS的PECVD SiO2膜在交叠的氮化硅的顶部产生较平滑的表面。随后在氮化硅层的顶部沉积超平滑的PECVD SiO2膜层可以提供相对于氮化硅层的粗糙度的在顶表面粗糙度的额外的改进。例如，图9和10分别显示在图7中示意性地示出的超平滑的PECVD SiO2膜层702的顶表面710的AFM图像900和1000。如通过AFM测量，当沉积的层702在300埃的厚度(在图9中所示)时，超平滑的PECVD SiO2顶表面710具有约5.4埃的绝对粗糙度，具有由下伏的氮化硅膜显示的粗糙度的约80%的粗糙度。此夕卜，超平滑的PECVD SiO2膜的相对较厚的层可提供相对平滑的顶面。例如，当层702沉积有3000埃的厚度(图10中所示)时，其具有约3.6埃的绝对粗糙度，具有由下伏的氮化硅膜显示的粗糙度的约50%的粗糙度。相反，当常规的基于TEOS的PECVD SiO2膜取代超平滑的PECVD SiO2膜时，由氮化硅膜显示的表面粗糙度相比较，没有表面粗糙度的减少。具体而言，300埃厚的和3000埃厚的基于TEOS的PECVD SiO2膜中的每一个展现约10埃的绝对粗糙度。如上所述，在一些实施方式中，随着超平滑的PECVD膜的厚度增加，超平滑的PECVD膜会显示出减少的表面粗糙度。图11和图12示出这样的实施方式的另一实施例。图11示意性地示出了包括沉积在衬底106上的1000埃厚的常规的基于硅烷的PECVD SiO2膜层1102的膜堆叠1100的实施例。在层1102的顶部沉积800埃厚的氮化硅层1104。作为参考，层1104的粗糙度是约16.3埃Ra。图11还示出了示例性超平滑的PECVD SiO2膜层1106的顶表面1108，层1106被沉积在层1104的顶部。图12示出了曲线图1200，其示出以约2.3埃/秒沉积的示例性超平滑的PECVD SiO2膜的层1106的厚度和表面1108的粗糙度之间的示例性关系1202。如图12所示，超平滑的PECVD SiO2膜显示了对于厚度高达约3000埃的超平滑的PECVD SiO2膜的厚度和表面粗糙度的反比关系。为了比较，曲线1204和1206不描绘常规的基于硅烷的与基于TEOS的PECVD工艺之间的厚度和表面粗糙度数据的反比关系。当按照通过常规的PECVD膜单独地显示的厚度和表面粗糙度之间的正比关系观察时(在图5中示出)，在图12中所示的数据表明，不像常规的PECVD膜，增加示例性超平滑的PECVD膜的厚度可以相对于基底膜的表面粗糙度相对地改善膜堆叠的表面。在一些实施方式中，增加超平滑的PECVD膜的厚度可以降低在超平滑的PECVD膜的顶部上沉积的膜的粗糙度，如在图13和14中的实施例所示。图13示意性地示出了图11的膜堆叠1100，包括800埃厚的氮化硅层1304沉积在其上的示例性超平滑的PECVD SiO2膜层1106。图14示出了曲线图1400，其示出了层1106的厚度与氮化硅层1304的表面1308的粗糙度之间的反比关系1402。例如，对于氮化硅层1304下面的1000埃厚的超平滑的PECVD SiO2膜层1106，氮化硅表面1308展现出约12.6埃的绝对粗糙度，或约氮化硅层1104的粗糙度的77%，以及具有与超平滑的PECVD SiO2薄膜层1106基本相同的粗糙度。为了进行比较，点1404和1406描绘了常规的基于硅烷的PECVD工艺和基于TEOS的PECVD工艺的厚度粗糙度的依赖关系的数据，分别为层1304的粗糙度的约92%和89%。图15示出了流程图，其示出用于沉积超平滑的PECVD含硅膜的方法1500的示例性实施方式。方法1500包括在1502供给反应气体或反应气体混合物至处理站。在1504，方法1500包括保持电容耦合等离子体以产生反应气体和/或包含在反应气体混合物中的惰性气体的自由基和活性物质。如在下面更详细解释的，在1506中，方法1500包括当在衬底表面上沉积膜时，控制工艺参数以控制膜表面的绝对粗糙度。例如，在一些实施方式中，在膜沉积阶段期间可以控制一个或多个工艺参数，以便使该膜的的绝对粗糙度随着膜厚度的增加而减小。在另一个实施例中，在一些实施方式中，在膜沉积阶段期间可以控制一个或多个工艺参数，以便控制绝对粗糙度至低于预定阈值。在一个方案中，例如，可以控制具有介于约1.4和2.1之间的折射率的超平滑的PECVD含硅膜的绝对粗糙度至在裸硅衬底上测量的低于4.5埃。可以理解的是，可以通过包含在处理工具中的任何合适的控制器进行工艺参数的控制。在下面更详细描述示例性控制器。虽然方法1500是指沉积单层的超平滑的PECVD膜的方法，但可以理解的是，在一些实施方式中，方法1500可以代表原位膜堆叠沉积工艺的超平滑的PECVD膜沉积阶段。因此，在一些实施方式中，可以进行合适数量的方法1500的实例以构建膜堆叠。在一个实施方式中，超平滑的PECVD未掺杂的硅膜(在下面更详细地讨论)层可以与超平滑的PECVD掺杂娃膜的层交替来构建超平滑的交替的未掺杂的娃膜/掺杂的娃膜堆叠。在另一实施例中，超平滑的PECVD未掺杂的硅膜的层可以与超平滑的PECVD氧化硅膜的层交替。因此，在一些实施方式中，合适的超平滑的PECVD工艺可以用于沉积膜堆叠中的每个层。在一个方案中，例如，超平滑的氧化硅的层可以与超平滑的氮化硅的层交替。在另一方案中，超平滑的硅氧化物的层也可以与常规的氮化硅膜的层交替。可选地，在其他实施方式中，合适数量的方法1500的实例可包括，在一个或多个合适的时间间隔，用其他合适的沉积工艺(例如，PECVD, CVD或ALD工艺)来原位构建膜堆叠。在一个实施例中，超平滑的PECVD 二氧化硅膜可以与PECVD氮化硅膜交替，以形成与图4所示的类似的交替的二氧化硅/氮化硅膜堆叠。在另一实施例中，常规沉积的膜可以覆盖有合适厚度的超平滑的PECVD膜。此外，可以理解的是，在一些实施方式中，调节膜堆叠的沉积方案可以在原位的基础上提供调整膜堆叠的体型属性(例如，晶片曲面)的方法，同时仍然提供可接受的顶表面粗糙度，以及，在一些实施方式中，提供超平滑的图案化表面，同时实现更快的基底层的沉积速率。
继续参考图15，下面参照示例的超平滑的PECVD 二氧化硅膜工艺描述控制一个或多个工艺参数以控制膜表面的绝对粗糙度的方法的各种实施例。例如，在处理工具的一个或多个处理站中可以使用硅烷和一氧化二氮(N2O)沉积超平滑二氧化硅膜。表I提供了使用示例性四站处理工具(在下面更详细描述的实施方式)沉积超平滑的PECVD 二氧化硅膜的非限制性示例的工艺条件。
权利要求
1.一种在等离子体增强化学气相沉积装置中在衬底上形成含硅膜的方法，所述方法包括: 供给含硅反应物至所述等离子体增强化学气相沉积装置； 供给共反应物至所述等离子体增强化学气相沉积装置； 供给电容耦合等离子体至所述等离子体增强化学气相沉积装置的处理站，所述等离子体包括从所述含硅反应物产生的硅自由基和从所述共反应物产生的共反应物自由基；以及在所述衬底上沉积所述含硅膜，所述含硅膜具有介于1.4和2.1之间的折射率，所述含硅膜进一步具有在硅衬底上测量的小于4.5埃的绝对粗糙度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含硅膜是二氧化硅膜，并且其中，在厚度范围为高达3000埃的所述二氧化硅膜中，所述二氧化硅膜具有在硅衬底上测量的小于4.5埃的绝对粗糙度。
3.根据权利要求1所述 的方法，其中，所述共反应物包括NH3、N2O,CO和CO2中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含硅反应物包括硅烷、乙硅烷、卤素取代硅烧和烧基取代娃烧中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述等离子体具有小于2X 101°离子/厘米3的离子密度。
6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括通过供应包含所述共反应物的量是所述含硅反应物的量的至少150倍的处理气体混合物来控制所述含硅膜的绝对粗糙度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中提供等离子体至所述衬底包括产生高频等离子体。
8.—种在衬底原位形成包括第一膜和第二膜的膜堆叠的方法，所述第一膜具有与所述第二膜不同的材料组分，所述方法包括: 在第一膜沉积阶段， 供给第一反应气体混合物至处理站， 使用所述第一反应气体混合物来保持第一等离子体， 用所述第一等离子体，在所述衬底上沉积所述第一膜；以及在第二膜沉积阶段，且没有中间的真空中断， 供给第二反应气体混合物至所述处理站， 使用所述第二反应气体混合物保持第二等离子体， 用第二等离子体，在所述衬底上沉积所述第二膜，以及， 控制所述第二膜沉积阶段的工艺参数，从而使所述第二膜的所述绝对粗糙度随着所述第二膜的厚度的增加而减小。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一膜是多晶硅膜和不定型硅膜中的一种，且其中，所述第二膜是具有介于1.4和2.1之间的折射率的含硅膜，所述含硅膜进一步具有在硅衬底上测量的小于4.5埃的绝对粗糙度。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一膜包括硼掺杂剂、砷掺杂剂和磷掺杂剂中的一个。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一膜是氮化硅膜，且其中所述第二膜是具有介于1.4和2.1之间的折射率的含硅膜，所述含硅膜进一步具有在硅衬底上测量的小于4.5埃的绝对粗糙度。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，相对于所述第一膜的绝对粗糙度，增加所述第二膜的厚度就减小了第三膜的绝对粗糙度，所述第三膜是在第三膜沉积阶段与所述第一膜沉积阶段和所述第二膜沉积阶段原位沉积的。
13.根据权利要求8所述的方法，其中，控制所述第二膜沉积阶段的所述工艺参数包括供给在所述第二反应气体混合物中的含硅反应物的量的比例等于或小于所述第二反应气体混合物的总量的1: 150。
14.根据权利要求8所述的方法，其中，控制所述第二膜沉积阶段的所述工艺参数包括用电容耦合等离子体源产生所述第二等离子体。
15.根据权利要求9所述的方法，其中，控制所述第二膜沉积阶段的所述工艺参数包括在8乇或少于8乇的处理站压强产生所述第二等离子体。
16.根据权利要求9所述的方法，其中，控制所述第二膜沉积阶段的所述工艺参数包括在所述第二等离子体中保持小于2X 101°离子/厘米3的离子密度。
17.根据权利要求9所述的方法，控制所述第二膜沉积阶段的所述工艺参数包括供给惰性气体至所述第二等离子体。
18.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括: 施加光致抗蚀剂至所述衬底； 将所述光致抗蚀剂曝光； 用图案将所述抗蚀剂图案化并转移所述图案到所述衬底上；以及 从所述衬底选择性地去除所述光致抗蚀剂。
19.一种等离子体增强化学气相沉积装置，其被配置为在衬底上沉积含硅膜，所述装置包括: 处理站； 用于将含硅反应物供给至所述处理站的第一反应物供给器； 用于将共反应物供给至所述处理站的第二反应物供给器； 电容耦合等离子体源；以及 控制器，其被配置为控制所述电容耦合等离子体源以保持等离子体并控制所述处理站的一个或多个工艺参数来实现具有介于1.4和2.1之间的折射率和在硅衬底上测量的小于4.5埃的绝对粗糙度的含硅膜的沉积。
20.一种系统，其包括如权利要求19所述的装置和步进式曝光机。
21.根据权利要求19所述的装置，其进一步与包括位于所述处理站内的喷头，所述喷头被配置为分配处理气体至所述衬底，所述喷头流体联接到NH3源、N2O源、CO源、CO2源、硅烷源、乙硅烷源、氮源、肼源、卤素取代硅烷源和烷基取代硅烷源中的一个或多个。
22.—种在等离子体增强化学气相沉积装置中在衬底上形成超平滑的PECVD膜的方法，所述方法包括: 供给含硅反应物至所述等离子体增强化学气相沉积装置； 供给共反应物至所述等离子体增强化学气相沉积装置，所述共反应物供给合适的还原环境；供给电容耦合等离子体至所述等离子体增强化学气相沉积装置的处理站，所述电容耦合等离子体包括从所述含硅反应物产生的硅自由基和从所述共反应物产生的共反应物自由基；以及 在所述衬底上沉积所述超平滑的PECVD膜。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述共反应物包括氢。
24.根据权利要求22所述的方法，其中，所述超平滑的PECVD膜是不定形的。
25.根据权利要求22所述的方法，其中，所述超平滑的PECVD膜是多晶的。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述超平滑的PECVD膜包括掺杂物。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述掺杂剂包括硼、砷和磷中的至少一种。
28.根据权利要求22所述的方法，其进一步包括添加DC偏置，以促进所述超平滑的PECVD膜的表面重排。
29.根据权利要求22所述的方法，其进一步包括施加离子轰击至所述超平滑的PECVD膜的所述表面以促进所述超平滑的PECVD膜的表面重排。
30.根据权利要求22所述的方法，其中，所述超平滑的PECVD膜包括在所述衬底上测量的小于约4.5埃的绝对粗糙度。
全文摘要
描述了一种用于沉积超平滑的含硅膜和膜堆叠的方法和硬件。在一种实施方式中，公开了在等离子体增强化学气相沉积装置中在衬底上形成含硅膜的方法的一种实施方式，该方法包括供给含硅反应物至该等离子体增强化学气相沉积装置；供给共反应物至该等离子体增强化学气相沉积装置；供给电容耦合等离子体至该等离子体增强化学气相沉积装置的处理站，该等离子体包括从该含硅反应产生的硅自由基和从该共反应物产生的共反应物自由基；以及在该衬底上沉积该含硅膜，该含硅膜具有介于1.4和2.1之间的折射率，该含硅膜还具有在硅衬底上测量的小于或等于4.5埃的绝对粗糙度。
文档编号H01L21/205GK103119692SQ201180044067
公开日2013年5月22日 申请日期2011年8月9日 优先权日2010年9月13日
发明者基思·福克斯, 牛冬, 乔·沃马克, 曼迪亚姆·西里拉姆, 乔治·安德鲁·安东内利, 巴特·范施拉芬迪克, 珍妮弗·奥洛克林 申请人:诺发系统公司