间隙充填技术中的准确薄膜厚度控制的制作方法
【技术领域】
[0001] 本文中公开的实施例一般涉及用于在高深宽比特征结构中形成电介质材料的设 备和方法。更具体地，本公开案的实施例涉及在空间原子层沉积期间控制薄膜厚度。
【背景技术】
[0002] 随着集成电路上的器件密度持续增大，器件结构之间的尺寸与距离持续减小。减 小的尺寸导致结构中的间隙和结构之间的沟槽的高度与宽度之增大的高比率。为了形成集 成电路，所述高深宽比的间隙和沟槽通常充填有诸如氮化硅或氧化硅的电介质材料以形成 电绝缘。然而，随着间隙和沟槽的深宽比增至3:1或以上，将变得难以在不产生因充填体积 中的空隙或裂缝而导致的堵塞的情况下充填深窄的沟槽。
[0003] 循环沉积蚀刻是其中基板交替地曝露于沉积环境和蚀刻环境以便藉由沉积蚀刻 循环而处理基板的工艺，所述工艺可用以执行高深宽比的间隙充填。然而，控制循环沉积蚀 刻的薄膜厚度则是个挑战。沉积蚀刻循环中可能发生例如薄膜厚度损失的问题，该薄膜厚 度损失亦即薄膜的实际厚度比目标薄膜厚度更薄。
[0004] 因此，现仍需要在高深宽比的间隙/沟槽充填中精确地控制薄膜厚度的方法。
【发明内容】
[0005] 本文公开的实施例一般涉及基板处理，及更具体地涉及通过空间原子层沉积形成 电介质材料的方法。
[0006] 本公开案的一个实施例包括用于充填高深宽比结构的方法。所述方法包括将一或 更多个基板曝露于一或更多个沉积前驱物以在所述一或更多个基板表面上形成目标薄膜 的初始保形层；将所述一或更多个基板曝露于蚀刻剂，以非保形方式从所述一或更多个基 板上去除目标薄膜的一部分；执行调整以补偿由蚀刻剂导致的潜伏期和/或厚度损失；及 将所述一或更多个基板曝露于所述一或更多个沉积前驱物以在所述一或更多个基板上形 成薄膜的额外保形层。
[0007] 本公开案的一个实施例提供用于充填高深宽比结构的方法。所述方法包括将一或 更多个基板曝露于一或更多个沉积前驱物以在所述一或更多个基板表面上形成目标薄膜 的初始保形层；将所述一或更多个基板曝露于蚀刻剂，以非保形方式从所述一或更多个基 板上去除目标薄膜的一部分；执行表面处理以从所述一或更多个基板上去除任何残留蚀刻 剂；及将所述一或更多个基板曝露于所述一或更多个沉积前驱物以在所述一或更多个基板 上形成薄膜的额外保形层。
[0008] 本公开案的一个实施例提供用于充填高深宽比结构的方法。所述方法包括将一或 更多个基板曝露于一或更多个沉积前驱物以在所述一或更多个基板表面上形成目标薄膜 的初始保形层；将所述一或更多个基板曝露于蚀刻剂，以非保形方式从所述一或更多个基 板上去除目标薄膜的一部分；执行热处理以缩短沉积潜伏期；及将所述一或更多个基板曝 露于所述一或更多个沉积前驱物以在所述一或更多个基板上形成薄膜的额外保形层。
[0009] 本公开案的一个实施例提供用于充填高深宽比结构的方法。所述方法包括将一或 更多个基板曝露于一或更多个沉积前驱物以在所述一或更多个基板的表面上形成目标薄 膜的初始保形层；将所述一或更多个基板曝露于蚀刻剂，以非保形方式从所述一或更多个 基板上去除目标薄膜的一部分；执行腔室处理以去除制程腔室中的任何蚀刻剂；及根据已 调整的沉积参数将所述一或更多个基板曝露于所述一或更多个沉积前驱物，以在所述一或 更多个基板上形成薄膜的额外层。
[0010] 本公开案的一个实施例提供用于充填高深宽比沟槽的方法。所述方法包括：将一 或更多个基板定位在具有气体分配组件的制程腔室中，所述气体分配组件包括一或更多个 沉积气体分配区段和一或更多个蚀刻气体分配区段；藉由启动所述一或更多个气体沉积气 体分配区段和关闭所述一或更多个蚀刻气体分配区段，同时相对于气体分配组件移动所述 一或更多个基板达第一旋转次数，在所述一或更多个基板的表面上形成目标薄膜的初始保 形层；藉由启动所述一或更多个蚀刻气体分配区段和关闭所述一或更多个沉积气体分配区 段，同时相对于气体分配组件移动所述一或更多个基板达第二旋转次数，来从所述一或更 多个基板上去除目标薄膜之一部分；决定对于第一旋转次数的调整，以补偿厚度损失和/ 或缩短沉积潜伏期；及藉由启动所述一或更多个气体沉积气体分配区段和关闭所述一或更 多个蚀刻气体分配区段，同时相对于气体分配组件移动所述一或更多个基板达经调整的旋 转次数，在所述一或更多个基板表面上形成目标薄膜的额外保形层。
[0011] 本公开案的另一实施例提供用于充填高深宽比结构的方法。所述方法包括将一或 更多个基板曝露于一或更多个沉积前驱物以在所述一或更多个基板表面上形成目标薄膜 的初始保形层；将所述一或更多个基板曝露于蚀刻剂，以非保形方式从所述一或更多个基 板上去除目标薄膜的一部分，其中所述蚀刻剂包括活性元素，及所述一或更多个沉积前驱 物包括所述活性元素；及将所述一或更多个基板曝露于所述一或更多个沉积前驱物以形成 所述一或更多个基板上之所述薄膜的额外保形层。
【附图说明】
[0012] 为了能够详细理解上文中列举的本发明特征，可参考实施方式对上文简述的本发 明进行更为具体的描述，所述的实施方式中的一些实施方式在附图中进行图示。然而，将注 意，附图仅图示本发明的典型实施方式，因此将不被视作限制本发明范围，因为本发明可认 可其它同等有效的实施方式。
[0013] 图IA是图示在沉积蚀刻循环中观察到的潜伏期长度的图表。
[0014] 图IB是图示在沉积蚀刻循环中观察到的厚度损失的图表。
[0015] 图2A是根据本公开案的一个实施例的转盘制程腔室的透视图，所述转盘制程腔 室能够执行空间原子层沉积。
[0016] 图2B是根据本公开案的一个实施例在图2A中转盘制程腔室的气体/等离子体分 配组件的一部分的示意性底视图。
[0017] 图2C是根据本公开案的一个实施例排列的图2B中气体/等离子分配组件的示意 性平面图。
[0018] 图3是根据本公开案的一个实施例用于在空间原子层沉积期间控制薄膜厚度的 方法的流程图。
[0019] 图4是根据本公开案的另一实施例用于在空间原子层沉积期间控制薄膜厚度的 方法的流程图。
[0020] 图5是根据本公开案的一个实施例用于在沉积蚀刻循环期间控制薄膜厚度的方 法的流程图。
[0021] 图6是根据本公开案的一个实施例的线性制程腔室的示意性局部截面侧视图。
[0022] 为了便于理解，在可能的情况下已使用相同组件符号以指定图式中共有的相同组 件。设想一个实施方式中公开的组件可在无需特定详述的情况下以有利方式用于其它实施 方式中。
【具体实施方式】
[0023] 本文公开的实施例一般涉及基板处理，及更具体地涉及用于使用沉积蚀刻循环精 确控制薄膜厚度的方法。特别地，本公开案的实施例可用于在充填高深宽比的特征结构期 间控制薄膜厚度，所述特征结构如沟槽、间隙和通孔。空间原子层沉积是其中基板交替地曝 露于沉积环境和蚀刻环境以便通过沉积蚀刻循环处理基板的工艺，所述工艺可用以执行高 深宽比的充填。本公开案的实施例提供用于在空间原子层沉积期间精确控制薄膜厚度的方 法。
[0024] 根据本公开案的实施例，空间原子层沉积可在具有多个进气口通道的制程腔室中 执行，所述进气口通道彼此空间分隔。所述多个进气口通道可用于引入不同的化学品或等 离子体气体。所述多个进气口通道可由分隔器分开以防止来自多个进气口通道中每一通道 的气体发生混合，所述分隔器为诸如物理分隔器、惰性净化气体幕，和/或抽真空孔。经处 理的基板可相对于多个空间分隔的进气口通道移动，以连续地使多个表面曝露于不同的化 学品或等离子体环境。在一个实施例中，所述多个进气口通道可根据原子层沉积配方提供 两个或两个以上的前驱物，以通过原子层沉积形成薄膜层，及提供蚀刻剂以执行蚀刻制程 从而蚀刻藉由原子层沉积形成的薄膜层的一部分。重复执行多个循环的沉积及蚀刻组合， 直至高深宽比的特征结构填满。
[0025] 沉积蚀刻循环有益于充填高深宽比的特征结构。在每一沉积蚀刻循环中，沉积制 程沉积在整个基板上沉积薄膜的保形层，包括高深宽比的特征结构的上部开口、侧壁及底 部。在沉积之后，蚀刻制程可以非保形方式去除已沉积薄膜的一部分。特别而言，靠近入口 及侧壁的薄膜比底部上的薄膜经受更多蚀刻，因为蚀刻剂比起接近底部更易于接近入口及 侧壁。非保形蚀刻导致打开高深宽比的特征结构的入口，从而允许从