用于半导体器件应用的氮化硅膜的制作方法
【专利摘要】本文中的实施方式涉及等离子体增强化学气相沉积方法以及在衬底上沉积氮化硅的设备。所公开的方法提供氮化硅膜，其具有适合用于特定应用（如垂直存储器件）的湿法蚀刻率（例如在稀氢氟酸或热磷酸中）。另外，所述方法提供的氮化硅膜具有适合用于目标应用的特定内应力水平。所述氮化硅膜特性可通过控制例如前体的组成和流率以及供应到等离子体的低频功率和反应室中的压强来设定或调整。在某些实施方式中，添加含硼前体。
【专利说明】用于半导体器件应用的氮化硅膜 相关专利申请的交叉引用
[0001] 本申请主张于2012年3月19日提交的题为"SMOOTH SILICON-CONTAINING FILMS"的美国临时专利申请No. 61/612, 872,于2012年2月14日提交的题为"SMOOTH SILICON-CONTAINING FILMS"的美国临时专利申请序列No. 61/598, 814的优先权益，两份专 利申请的全部内容为了所有目的并入本申请中。本申请还是于2010年12月16日提交的 题为"SMOOTH SILICON-CONTAINING FILMS"的美国专利申请No. 12/970,853的部分继续申 请，该申请主张所有下列美国专利临时申请的优先权益：于2010年10月19日提交的题为 "IN-SITU PLASMA-ENHANCED CHEMICAL VAPOR DEPOSITION OF FILM STACKS"的美国专利临 时申请序列 No. 61/394, 707 ;于 2010 年 9 月 13 日提交的题为 " IN-SITU PLASMA-ENHANCED CHEMICAL VAPOR DEPOSITION OF FILM STACKS" 美国专利临时申请序列 No. 61/382, 465; 于2010年9月13日提交的题为"SMOOTH SILANE-BASED FILMS"的美国临时专利申请序列 No. 61/382,468 ;以及于2010年3 月 25 日提交的题为"IN-SITU PLASMA-ENHANCED CHEMICAL VAPOR DEPOSITION OF FILM STACKS"的美国临时专利申请序列No. 61/317, 656,上述每个 专利申请的全部内容为了所有目的并入本申请中。
【背景技术】
[0002] 氮化硅是一种常用于形成半导体器件的材料。在一些应用中，氮化硅层用作牺牲 层，在氮化硅层沉积之后完全或部分去除某些点的氮化硅层。因为氮化硅材料被蚀刻，所 以希望在这些应用中对材料具有受控的高湿法蚀刻速率。此外，因为后续的半导体处理操 作通常会使材料暴露于高温，所以希望氮化硅材料表现出良好的热稳定性。如果材料在暴 露于后沉积高温处理操作时不产生气体或者不产生明显不受控的内部压强变化，那么这种 材料是热稳定的。另外，当氮化硅材料用于具有其他材料层（例如，二氧化硅层）的堆叠中 时，会期望氮化硅材料具有可调整的特性以使所得的堆叠是热稳定的且可适当地并快速地 被移除。为此，会期望氮化硅材料能表现出可抵消堆叠中其他层的特性的特定特性（例如， 内应力水平）。如此，需要一种以特定方式沉积氮化硅的方法与设备使得氮化硅的内应力和 /或蚀刻速率能被调整到特定值。
【发明内容】
[0003] 在本文的实施方式的一方面，公开了一种在等离子体增强化学气相沉积设备中在 衬底上形成氮化硅膜的方法，所述方法包括以下步骤：使含硅反应物、含氮反应物与含硼反 应物流动通过所述等离子体增强化学气相沉积设备，其中所述含硅反应物与所述含氮反应 物的流率比约为〇. 02或0. 02以下；在所述等离子体增强化学气相沉积设备中产生或维持 等离子体；并且在所述衬底上沉积所述氮化硅膜。
[0004] 在某些情况下，所述含硅反应物可以是硅烷、二硅烷、三硅烷或烷基硅烷。在某些 情况下，含氮反应物可以是氯、联胺或氮。在某些实施方式中，含硼反应物可以是乙硼烷或 硼酸三甲酯。所述流动步骤可包括：使乙硼烷以约4-15 SCCm的流率流动。在某些情况下， 所述含硅反应物为硅烷而所述含硼反应物为乙硼烷，且进行所述流动操作使得硅烷与乙硼 烷的流率比约为3比20(即流率比约为0. 15)。在某些实施方式中，硅烷与乙硼烷的流率比 约在0. 02与0. 35之间，例如在约0. 1与0. 2之间。某些实施方式使用惰性载气来帮助一 种或多种反应物流动。例如，乙硼烷可随着惰性载气流入所述设备中。在某些实例中，惰性 气体为氮气。在其他实例中，惰性气体可以是氢气或氩气。
[0005] 某些实施方式使用低频和高频功率来产生并维持等离子体，其中针对每个300mm 晶片提供约0-300W的低频功率。在某些情况下，针对每个300mm晶片提供约100W或100W 以下的功率的低频功率，例如针对每个300mm晶片约75W或75W以下。在某些情况下，针对 每个300mm晶片提供在约100W至750W之间的高频功率，例如针对每个300mm晶片提供在 约100W至500W之间的高频功率。在本文的某些实施方式中，当将氮化硅膜沉积在衬底上 时，将设备中的压强维持在约〇. 5托与8托之间，例如在约1托与6托之间。在许多实施方 式中，在沉积步骤期间，沉积约IOnm至IOOnm厚度的氮化娃膜。
[0006] 在某些实施方式中，将沉积形成的氮化娃膜暴露于20°C的含水氢氟酸时，其具有 至少约每分钟20A的蚀刻率，其中含水氢氟酸具有1〇〇单位水比1单位标准50%氢氟酸的 体积比。某些实施方式还包括选择氮化硅膜的内部应力的大小以及选择用于沉积具有所选 的内部应力的大小的氮化硅膜的工艺参数。在某些情况下，在能够制造出具有拉内应力的 氮化硅膜的条件下进行沉积。在某些实施方式中，所述拉应力可在约400MPa与600MPa之 间。在某些实施方式中，所沉积形成的氮化硅膜可包括在约1至15原子百分比之间的硼。 在某些实施方式中，氮化硅膜具有在衬底上测量到的小于约6人的平均粗糙度。在某些情况 下，氮化硅膜较平滑，具有于衬底上测量到的小于约4.5/\的平均粗糙度。本文中的实施方 式还可以包括将具有沉积形成的氮化硅膜的衬底加热到至少约400°C的温度。在某些实施 方式中，将具有所沉积形成的膜的衬底加热到在约400°C与650°C之间，例如在约450°C与 600°C之间。
[0007] 本文中的实施方式还可以包括：形成具有氧化物与所沉积形成的氮化硅交替的膜 层的堆叠。在某些实施方式中，所述堆叠包括至少约10层的氮化硅膜。另外，在某些情况 下，所述堆叠包括至少约50层的氮化硅膜。在形成堆叠之后，可湿法蚀刻堆叠以形成具有 凹槽的鱼骨形结构。所述鱼骨形结构可具有氧化硅材料的"骨干"以及将氮化硅材料蚀刻 移除后形成的这些凹槽。在某些实施方式中，可使用鱼骨形结构来形成垂直存储器件。例 如，可利用用来形成电容器的材料来填充藉由蚀刻氮化硅膜所形成的这些凹槽。在某些情 况下，利用钨来填充这些凹槽。一般而言，电容器将会至少部分地位于通过湿法蚀刻氮化硅 所形成的这些凹槽的内部。
[0008] 在所公开的实施方式的另一方面，提供一种在衬底上形成包括氮化硅膜与第二膜 的膜堆叠的方法，所述第二膜与所述氮化硅膜具有不同的组成，此方法包括以下步骤：在使 含硅反应物、含氮反应物与含硼反应物流过所述等离子体增强化学气相沉积设备时，通过 等离子体增强化学气相沉积在所述衬底上沉积所述氮化硅膜，其中所述氮化硅膜具有在约 IOnm与IOOnm之间的厚度；在所述氮化硅膜上沉积所述第二膜，其中所述第二膜具有在约 IOnm与IOOnm之间的厚度；并且重复所述两个沉积步骤至少两次以形成所述膜堆叠。在某 些实施方式中，进行所述氮化硅膜沉积步骤使得所述含硅反应物与所述含氮反应物的流率 比约为0.02或更少。在某些实施方式中，所述第二膜为氧化硅膜。在某些情况下，所述氧 化硅膜是通过热处理形成的。可重复所述沉积步骤多次以形成所述膜堆叠，例如可重复所 述步骤至少10次，或在某些情况下，重复至少50次以形成所述膜堆叠。另外，可从所述堆 叠湿法蚀刻所述氮化硅以形成具有凹槽的鱼骨形结构。如上所述，可使用所述鱼骨形结构 来形成垂直存储器件。例如，某些实施方式包括：形成至少部分位于通过湿法蚀刻氮化硅所 形成的所述凹槽内部的电容器。
[0009] 在某些实施方式中，形成所述堆叠的方法还可以包括：将光致抗蚀剂施加至所述 衬底；将所述光致抗蚀剂曝光；利用图案来图案化所述光致抗蚀剂并将所述图案转移至所 述衬底；并且选择性地从所述衬底移除所述光致抗蚀剂。
[0010] 在所公开的实施方式的另一方面，提供一种配置用于在衬底上沉积膜堆叠的等离 子体增强化学气相沉积设备。所述设备包括：处理站；第一反应物进料装置，其用于供应含 硅反应物到所述处理站；第二反应物进料装置，其用于供应共反应物到所述处理站；等离 子体源；以及控制器，其配置用于控制所述设备以维持等离子体和工艺气体流动条件，所述 控制器具有用于进行以下步骤的指令：当使含硅反应物、含氮反应物与含硼反应物流过包 括所述衬底的等离子体增强化学气相沉积设备时，通过等离子体增强化学气相沉积将氮化 硅膜沉积在所述衬底上，其中所述氮化硅膜具有在约IOnm与IOOnm之间的厚度；将第二膜 沉积在所述氮化硅膜上，其中所述第二膜具有在约IOnm与IOOnm之间的厚度。在某些实 施方式中，控制器还具有用于进行以下步骤的指令：重复所述两个沉积步骤至少两次以形 成膜堆叠。在某些实施方式中，控制器具有指令以重复所述沉积步骤超过两次，例如十次或 五十次，以形成堆垒。在某些实施方式中，等离子体源可以是电容耦合等离子体源。
[0011] 在某些实施方式中，用于沉积氧化硅膜的控制器指令可包括使含硅反应物与含氮 反应物的流率比约为0.02或0.02以下的指令。在某些实施方式中，第二膜为氧化硅膜。 控制器指令还可以包括通过热处理形成氧化硅膜的指令。在某些实施方式中，含硼反应物 为乙硼烷，且控制器被配置以使所述乙硼烷以在约4s CCm与15sCCm之间的流率流入处理 站。在含硼反应物为乙硼烷且含硅反应物为硅烷的某些情况下，控制器可用于使所述硅烷 与乙硼烷按硅烷比乙硼烷为约3比20的流率比（即约0. 15的比例）流动。在某些实施方 式中，控制器被配置成使硅烷与乙硼烷的流率比维持在约0. 02与0. 35之间，例如在约0. 1 与0. 2之间。在某些实施方式中，控制器还具有利用等离子体源来产生并维持等离子体的 指令。例如，指令可包括用于产生低频和高频功率的指令，其中针对每个300_晶片以等于 或小于约150W的功率提供低频功率。又例如，指令可以包括用于针对每个300mm晶片产生 约100W与750W之间的高频功率的指令。在某些实施方式中，控制器还可以包括在将氮化 硅膜沉积至衬底上时将处理站中的压强维持在约0. 5托与8托之间的指令。
[0012] 在公开的实施方式的额外方面，提供一种包括上述设备（包括：处理站；第一反应 物进料装置，其用于供应含硅反应物到所述处理站；第二反应物进料装置，其用于供应共反 应物到所述处理站；等离子体源；以及控制器，其用于控制所述设备以维持等离子体和工 艺气体流动条件，所述控制器具有用于进行以下步骤的指令：当使含硅反应物、含氮反应物 与含硼反应物流过包括所述衬底的等离子体增强化学气相沉积设备时，通过等离子体增强 化学气相沉积将氮化硅膜沉积在所述衬底上，其中所述氮化硅膜具有在约IOnm与IOOnm之 间的厚度；将第二膜沉积在所述氮化硅膜上，其中所述第二膜具有在约IOnm与IOOnm之间 的厚度）和步进器工具的系统。
[0013] 下面将参考附图更详细地说明本发明的这些和其他特征。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1示出在衬底上形成单元层氮化硅的一个公开的实施方式的流程图。
[0015] 图2示出用于形成经蚀刻的氮化硅/氧化硅堆叠的实施方式的流程图。
[0016] 图3示意性地示出了根据本发明实施方式的处理站。
[0017] 图4示意性地示出了根据本发明实施方式的多站处理设备。
[0018] 图5示意性地示出了根据本发明实施方式的另一个多站处理设备。
[0019] 图6示意性地示出了根据本发明实施方式的另一个多站处理设备。
[0020] 图7示出利用⑴基准处理⑵使用低乙硼烷的基准处理及⑶使用高乙硼烷的 基准处理所制造的氮化硅膜的傅立叶变换红外线光谱（FTIR)。
[0021] 图8A至图8B示出弓形偏移率（8A)及湿法蚀刻率比（8B)对工艺气体中乙硼烷与 硅烷的比例。
[0022] 图8C示出图8A至图8B所表征的膜反应参数及所得膜特性。
[0023] 图9示出利用（1)基准处理及⑵低硅烷处理所制造的膜的FTIR光谱。
[0024] 图IOA至图IOC示出弓形偏移率（IOA)、湿法蚀刻率比（IOB)及表面粗糙度（8C) 对工艺气体中的硅烷流率。
[0025] 图IOD示出图IOA至图IOC所表征的膜反应参数及所得膜特性。
[0026] 图IlA示出根据低硅烷处理所制造的多层膜的湿法蚀刻率比对沉积态 (as-deposited)的应力值。
[0027] 图IlB示出图IlA所表征的膜反应参数及所得膜特性。
[0028] 图12示出根据低硅烷处理所制造的膜的弓形偏移率对沉积态的应力。
[0029] 图13示出利用⑴低硅烷/低氨处理⑵低硅烷/中氨处理及（3)低硅烷/高 氨处理所制造的氮化硅膜的FTIR光谱。
[0030] 图14A至图14C示出弓形偏移率（14A)、湿法蚀刻率比（14B)及表面粗糙度（14C) 对工艺气体中的氨流率。
[0031] 图14D示出图14A至图14C所表征的膜反应参数及所得膜特性。
[0032] 图15示出利用（1)低硅烷/高二硼处理（2)低硅烷/低二硼处理及（3)低硅烷 处理但无二硼所制造的氮化硅膜的FTIR光谱。
[0033] 图16A至图16C示出弓形偏移率（16A)、湿法蚀刻率比（16B)及表面粗糙度（16C) 对工艺气体中二硼与硅烷的比例。
[0034] 图16D示出图16A至图16C所表征的膜反应参数及所得膜特性。
[0035] 图17示出利用低硅烷/高乙硼烷处理及（1)预退火及（2)后退火所制造的氮化 硅膜的FTIR光谱。
[0036] 图18示出利用低水平的硅烷、中水平的乙硼烷及提高水平的氮所制造的氮化硅 膜的FTIR光谱。
[0037] 图19A至图19C示出弓形偏移率（19A)、湿法蚀刻率比（19B)及表面粗糙度（19C) 对工艺气体中氮的量。
[0038] 图19D示出图19A至图19C所表征的膜反应参数及所得膜特性。
[0039] 图20A至图20B示出弓形偏移率（20A)与湿法蚀刻率比（20B)对工艺气体中乙硼 烷与硅烷的比例。
[0040] 图20C示出图20A至图20B所表征的膜反应参数及所得膜特性。
[0041] 图21示出利用乙硼烷所制造的膜的弓形偏移率对沉积态的应力。
[0042] 图22示出示出本文的某些实验中所用到的具有氧化硅与氮化硅交替的膜层的堆 叠。
[0043] 图23A示出经蚀刻的利用氧化硅层与（1)基准氮化硅层，（2)高氨：硅烷的氮化 硅层，及（3)较高氨：硅烷的氮化硅层所制造的多层堆叠。
[0044] 图23B示出图23A所显示的膜反应参数及所得膜特性。
[0045] 图24A示出经蚀刻的利用氧化硅层与（1)基准氮化硅层，（2)低二硼的氮化硅层， 及（3)较高二硼的氮化硅层所制造的多层堆叠。
[0046] 图24B示出图24A所显示的膜反应参数及所得膜特性。
[0047] 图25A示出利用氧化硅层与（1)基准氮化硅层，（2)高氨：硅烷/高二硼的氮化 硅层，及（3)高氨：硅烷/高二硼的氮化硅层所制造的多层堆叠。
[0048] 图25B示出图25A所表征的膜反应参数及所得膜特性。
[0049] 图26A示出具有交替的氧化硅与氮化硅层的多层堆叠，尤其示出在蚀刻期间所移 除的氧化硅的低厚度。
[0050] 图26B示出氧化硅层相比于⑴基准氮化硅层与⑵氮化硼硅层的蚀刻比例以及 蚀刻选择比。
[0051] 图27A示出本文的某些实验中所用到的多层堆叠，这些多层堆叠具有氧化硅与 (1)氮化硅或（2)氮化硼硅的交替膜层。
[0052] 图27B的数据示出不同的氮化硅层如何影响经受高处理温度作用的大型多层堆 置中的弓形偏移。
[0053] 图28示出了用于半导体衬底上的某些垂直存储器件中的鱼骨结构的显微图。
【具体实施方式】 方法
[0054] 本文所述的各种实施方式参照采用含硅反应物、含氮反应物和含硼反应物的等 离子体增强化学气相沉积（PECVD)方法。在一些实施方式中，硅烷和氨气用作反应物处 理气体。氮气、氢气或惰性气体可以用作载气。作为背景，一些实施方式参照"基准处 理"进行描述。在这种基准处理中，硅烷和氨气被输送到一个四站反应器（例如，购自Lam Research, Inc. (Fremont, California)的 Vector? Extreme 或 Vector? Express 反应 器），在反应器中，它们在300mm晶片上产生氮化硅膜。应当理解，公开的实施方式不限于 300mm的晶片。其他尺寸的晶片，例如200mm的晶片，450mm晶片等，可以用作衬底。在一些 情况下，本领域技术人员应当理解，当使用其他尺寸的晶片时，工艺条件应当按照300mm晶 片所述的条件进行调节。
[0055] 在基准处理中，以约200sccm(100%硅烷）的流率输送硅烷，以约1140sccm的流率 输送氨气，并且以约9000 SCCm的流率输送氮气。基准处理中采用的压强是约2托。低频与 高频射频功率被提供用于产生等离子体。以400kHz的频率和约0至150W(每个300mm的 晶片约O至40W)的功率提供低频射频（LF RF)功率。以13. 56MHz的频率和约800W(每个 300mm的晶片约200W)的功率提供高频射频（HF RF)功率。
[0056] 基准处理用于产生氮化硅膜。在上下文中除非另外指明，否则术语氮化硅旨在涵 盖硅和氮的主要化学计量和非化学计量的固体成分。氮化硅膜可以具有多种形态，包括不 同程度的结晶度、粗糙度等。一般术语氮化硅还包含包括除硅和氮之外的元素的成分。很 多情况下，成分中存在一些氢。在本文所述的许多实施方式中，添加了硼。因此，除非另外 指明，否则术语氮化硅包括本文所述的氮化硼硅。
[0057] 公开的对基准处理的改进包括：(a)在工艺气体中添加包含硼前体；(b)降低工 艺气体中硅烷的浓度；以及（c) (a)与（b)的组合。在某些实施方式中，改进包括控制每个 300mm晶片的低频射频功率在0-300W之间，或者控制每个300mm的晶片的低频射频功率在 0-100W之间。落入这些改进的范围内的工艺并不要求如上所述的精确的基本条件。例如， 可以在硅烷与氨气的流量比率的范围（例如，约0.007至0.2)内，并且/或者在射频频率 和功率的范围（例如，在13. 56MHz的高频射频功率，每个300mm的晶片约100W至750W，并 且在370KHz至430KHz的频率范围内的低频射频功率，每个300mm的晶片约0至300W)内， 并且/或者在压强范围（例如，约0.5托至6.0托）内执行这些工艺。上述范围提供给被 配置成用于在300mm的硅晶片上沉积膜的4站PECVD反应室。对于其他尺寸的反应器，可 以适当调节流率和功率。
[0058] 在多种应用中，按照本文所述方式沉积的氮化硅层用作牺牲层。在这些应用中，可 以通过湿法蚀刻工艺部分地或全部去除氮化硅层。因此，对于一些应用而言，沉积的氮化硅 层的湿法蚀刻速率很重要。湿法蚀刻剂的实例包括氢氟酸（包括该酸的缓冲版本）和磷酸。
[0059] 对于多种应用，氮化硅层应当具有很好的热稳定性。也就是说，氮化硅层在暴露于 后沉积高温处理操作时不产生气体，也不产生明显不受控的内部压强变化。以下描述涉及 报道氮化硅膜的湿法蚀刻速率和/或热稳定性的某些实验。
[0060] 另外，描述了将沉积的氮化硅膜进行高温"退火"的多个实验。这种退火旨在总体 上代表在例如制造存储器或逻辑器件的其他元件期间氮化硅层在沉积之后通常会经历的 高温处理。在本文所述的许多实验中，膜在750°C的退火温度退火两个小时。在实施过程 中，后沉积处理有时候可能会超过这个温度，有时候达到800°C或者甚至850°C。
[0061] 一般来讲，公开的实施方式采用等离子体辅助沉积工艺，用于形成包含一部分硼 的含氮化硅膜。在被配置成接收工艺气体的处理站沉积膜，所述工艺气体包含含硅反应物、 含氮反应物和含硼反应物。包含这些反应物的工艺气体可以在进入处理站之前在处理站中 混合或者在上游预混合。产生并维持等离子体，并且等离子体与工艺气体反应以利于在衬 底上沉积氮化硅膜。可以与硅、氮和含硼反应物气体一起使用载气。在某些实施方式中，载 气是氮气、氢气、例如氩气之类的惰性气体或这些气体的组合。
[0062] 在某些实施方式中，使用较低比例的含硅反应物。在一些实施方式中，含硅反应物 与含氮反应物的流率比例是约〇. 02或0. 02以下。
[0063] 在某些实施方式中，含娃反应物是娃烧（SiH4)。在其他实施方式中，含娃反应物是 例如乙硅烷、丙硅烷或烷基硅烷之类的硅烷变体，例如单、双、三或四取代基硅烷。烷基取代 物可以包括一个、两个、三个、四个、五个或六个碳原子。一般来讲，含硅反应物是室温气体， 然而，在某些实施方式中，可以通过使载气挥发来输送含娃反应物。
[0064] 在某些具体实施中,含氮反应物是氨气。然而,可以采用其他类型的含氮反应物。 实例包括在存在强等离子体的情况下的肼、一氧化二氮和元素氮。
[0065] 在各种实施方式中，含硼反应物是乙硼烷。乙硼烷在室温下是液体。因此，通常以 例如氦气、氮气或氢气等载气的形式输送乙硼烧到处理站。在一些实施方式中，在氦气中提 供约5%摩尔浓度的乙硼烷。在一些实施方式中，可以使用硼的其他来源。这些包括，例如， 经烷基取代的硼，例如，三甲基硼烷（TMB)。
[0066] 在各种实施方式中，在沉积氮化硅膜期间，含硅反应物与含氮反应物的比例维持 在较低水平。如上所述，在一些实施方式中，含硅反应物与含氮反应物的体积比是约〇. 02 或0.02以下。在其他实施方式中，比例甚至更小，例如，约0.01或0.01以下。
[0067] 这些比例适用于分别作为含硅反应物和含氮反应物的硅烷和氨气。在反应物之一 比硅烷-氨气混合物成比例地包含更多的硅和/或氮（以摩尔计）的情况下，需要调节这 些比例以计算（account for)工艺气体中不同元素量的娃和/或氮。一个实例是包含丙娃 烷和氨气的工艺气体的情况。
[0068] 含硼反应物与含硅反应物的比例通常较小。在某些实施方式中，该比例是约0. 02 至约0.1。这代表含硼反应物与含硅反应物的实际含量之间的体积比或流率比。所以，在 5%乙硼烷处理气体的情况下，通过仅考虑乙硼烷而不考虑提供乙硼烷的载气来确定该比 例。另外，上述比例适用于乙硼烷和硅烷。使用其他含硅反应物和/或含硼反应物会要求 调节这些比例以考虑每个反应物分子中的硼或硅原子的数量。
[0069] 在形成氮化硅膜期间，处理站的沉积条件可以进一步表征为温度、压强和等离子 体条件。在某些实施方式中，处理站在沉积期间的压强在约0. 5托与8托之间，或者在约 1托与6托之间。在某些实施方式中，形成有氮化娃膜的衬底的温度在约400 °C与650 °C之 间或者在约450°C与600°C之间。在沉积期间输送到处理站的射频功率可以包括高频成分 和/或低频成分。如果存在高频成分，那么以约13. 56MHz提供高频成分。对于每个300mm 的晶片，可以以约100W至750W的功率提供商频成分，或者对于每个300mm的晶片，可以 以约100W与500W之间的功率提供高频成分。如果存在低频成分，那么可以以约IOOkHz 与IOOOkHz之间或者约370kHz与430kHz之间的频率提供低频成分。如果存在，那么对于 300mm的晶片，可以以约0与300W之间的功率提供低频成分，或者对于每个300mm的晶片， 以约0与100W之间的功率提供低频成分，或者对于每个300mm的晶片，以约0与75W之间 的功率提供低频成分。
[0070] 按照本文公开的方式形成的氮化硅膜通常具有使它们适用于半导体器件行业的 某些应用的多种特性。例如，膜通常不超过约1000纳米厚。在某些实施方式中，膜通常具 有约10纳米与100纳米之间的厚度，或者约30纳米与50纳米之间的厚度。另外，膜较为 光滑。例如，对于丨000A厚的层，通过原子力显微镜测量的算术平均膜粗糙度（Ra)最多是 6.0A，或者对于1000A厚的层，最多是约45A。
[0071] 氮化硅沉积膜的成分包括硅、氮和硼。膜可以包含在约0与15原子百分比之间的 硼，或者在约0与5原子百分比之间的硼。膜可以包含在约30与50原子百分比之间的硅。 膜可以包含在约25与50原子百分比之间的氮。在某些实施方式中，膜包含氢，以及硅、氮 和硼。如果存在氢，那么氢可以构成膜材料的较少的部分，例如，小于约18原子百分比，或 者小于约15原子百分比。
[0072] 沉积态的膜具有内应力。如上所述，这种内应力可以由上面沉积有膜的晶片中的 弓形量来表示。当然，内应力也可以由兆帕（MPa)的拉应力和压应力数值来表示。在某些实 施方式中，本文公开的含硼氮化硅膜具有拉内应力。在某些实施方式中，内应力在约400MPa 与600MPa之间。
[0073] 在以下实验部分中采用了三种单独的内应力度量值。其中之一是弓形偏移率，是 在所研究的膜中的弓形变化和通过基准处理在氮化硅膜中产生的弓形变化的比值。对于本 文所述的弓形变化度量，所有膜都具有1000A的沉积态的厚度。沉积氮化硅膜通常在沉积 该氮化硅膜的晶片上产生一些弯曲、或弓形。弓形作为晶片的中心与外周之间在z方向的 差来测量。在退火之后，弓形通常发生一定程度的变化（得到具有比初始氮化硅沉积之后 观察到的曲率更大或更小的曲率的晶片）。退火之后弓形的改变是弓形变化，通常以毫米为 单位描述。测量新型氮化硅膜的弓形变化，并将其与使用基准处理得到的等厚度的氮化硅 的弓形变化进行比较。这两个弓形变化的比例可以用于表征膜。
[0074] 沉积的膜的另一种内应力测量涉及将沉积的膜的应力与真实的化学计量的氮化 硅膜的"中性"内应力进行比较。这种测量是适当的，因为假设在一定量的热处理之后，沉 积态的氮化硅膜转变成真实的化学计量的氮化硅膜。通过长时间加热非化学计量的单元层 氮化硅膜可以观察到这种现象。最终会得到特定的最小内应力，大概对应于与化学计量的 氮化硅相关的应力。对于氮化硅，中性应力被确定为大约700MPa的拉应力。
[0075] 涉及氮化娃膜内应力的还有的另一个参数是应力相对于一个或多个工艺变量的 "可调性"。根据所公开的工艺生产的一些氮化硅和氮化硼硅膜的应力可以调节到在大约 IOOOMPa拉应力与大约IOOOMPa压应力之间。驱动这种可调性的自变量最明显是低频功率、 工艺气体中的氨浓度以及PECVD反应器中的压强。实验部分中的某些实验表明内应力对低 频射频功率变化非常敏感。
[0076] 在某些应用中，内应力的可调性对于在堆叠中利用氮化硅和其他材料很重要，特 别是在必须牢牢控制其他材料的电气特性的那些应用中。在某些实施方式中，牺牲的氮化 硅层的内应力可以进行调节以补偿由其他层引入的翘曲，其他层的内应力无法通过同种方 式进行调节。例如，对于某些垂直存储器应用，如果沉积交替的氮化硅和氧化硅层，则氧化 硅层不是牺牲层，并且事实上必须具有非常特定的电气性能，这些电气性能大大地约束了 用于沉积氧化硅层的工艺窗口。在这种狭窄的工艺窗口内，调节参数以修改沉积态的氧化 硅层的内应力的余地很小。因此，由氮化硅层来决定补偿由氧化硅层导致的任何显著的翘 曲。这对于氮化硅层来说是重要的作用，因为存储器应用中的垂直堆叠通常具有许多层并 且由每个氧化硅层导致的内应力的累积效果会非常大。
[0077] 使用按照本文所述方式生产的氮化硅膜的特别有益的一个应用是垂直存储器堆 叠。这些堆叠可以采用二氧化硅和氮化硅的交替层。在沉积之后，堆叠经过蚀刻以形成堆 柱，然后堆柱随后进行湿法蚀刻以在基本上保留二氧化硅的同时部分地或全部去除牺牲的 氮化硅。这会产生如图28所示那样的"鱼骨"结构。在垂直存储器应用中，通过蚀刻氮化 硅层产生的空腔可以填满钨以形成电容器的一部分。
[0078] 在以下实验部分的实例中，生产了多种单层氮化硅膜（有时候称为"单元层"膜）， 并且就这些氮化硅膜的化学成分（傅里叶变换红外光谱学（FTIR)频谱）、湿法蚀刻率比、内 应力和其他特性对它们进行表征。有关湿法蚀刻率比，其通常作为单元层氮化硅膜的湿法 蚀刻速率与在1100°c的温度下生长的热氧化膜的湿法蚀刻速率的比例进行测量。在硅晶片 上生长热氧化物可以通过使用利用潮湿的或干燥的氧气作为氧化气体的管式炉来实现。采 用的湿法蚀刻剂是按100单位的水与1单位标准的50%氢氟酸的体积比提供的含水氢氟 酸。在某些实施方式中，氮化硅膜的湿法蚀刻速率相对于稀氢氟酸中的热二氧化硅的湿法 蚀刻速率的比例是约〇. 7或0. 7以下。在一些实施方式中，氮化硅的湿法蚀刻速率与稀氢 氟酸中的热二氧化硅的湿法蚀刻速率的比例在约〇. 25与0. 45之间。通过将主要硅衬底的 平表面暴露于在约800°C与1200°C之间的温度的氧气和/或水蒸汽来形成热二氧化硅。在 一些情况下，稀氢氟酸中的氮化硅的湿法蚀刻速率低于约25 A/min。在某些实施方式中， 稀氢氟酸中的氮化硅的湿法蚀刻速率在约丨〇A/min与2〇A/min之问，或者在约8A/min 与16A/min之间。当使用热磷酸作为蚀刻剂时，氮化娃比热二氧化娃更快地蚀刻。在一些 实施方式中，按照如上所述方式形成的氮化硅在热磷酸中以约5〇A/min与20〇A/min之 间的速率或者以约10〇A/miii与20〇A/min之间的速率进行蚀刻。当使用热磷酸时，氮化 硅与二氧化硅之间的湿法蚀刻比在约20 :1与300 :1之间，或者在约30 :1与200 :1之间， 或者在约30 :1与100 :1之间。
[0079] 图1提供了根据本文实施方式的一种制造单元层氮化硅的方法100的流程图。在 方框103,工艺气体供应到具有衬底的处理站。这些工艺气体会至少包括含硅前体和含氮 前体。在方框105,等离子体在处理站被激励从而在衬底上沉积氮化硅膜。在方框107,当 氮化硅膜沉积在衬底上时，控制一个或多个工艺参数以便控制膜的湿法蚀刻速率和/或内 应力。例如，可以供应含硼前体给工艺气体，如方框109所示。另外，可以维持含硅反应物 与含氮反应物的低比例，如方框111所示。在某些实施方式中，含硅反应物与含氮反应物的 "低比例"意味着体积比在约0. 2以下。然而，在许多实施方式中，比例低更多，例如，约0. 02 或更低的比例，或者0.013或更低的比例。可以控制的另一个参数是低频射频功率，对于每 个300mm的晶片可以将低频射频功率控制在约0至300W之间，如方框113所示。这些参数 可以发生变化以便生产具有所需的湿法蚀刻速率和内应力的氮化硅膜。
[0080] 图2提供了根据本文实施方式的一种形成经蚀刻的氧化硅-氮化硅堆叠的方法 200的流程图。如方框203所示，含硅工艺气体和含氮工艺气体供应到具有衬底的处理站。 在方框205,等离子体在处理站被激励从而在衬底上沉积氮化硅膜。在方框207,当沉积膜 时，控制一个或多个工艺参数以便控制膜的湿法蚀刻速率和/或内应力。例如，可以供应含 硼前体给工艺气体，如方框209所示。另外，可以维持含硅反应物与含氮反应物的低比例， 如方框211所示。另外，对于每个300mm的晶片，可以控制低频射频功率在约0-300W之间， 如方框213所示。这些参数可以发生变化以便使用所需的湿法蚀刻速率和内应力产生氮化 硅膜。接着，在方框215,在氮化硅膜上沉积氧化硅膜。重复方框203至215的操作以形成 具有氮化硅和氧化硅的交替层的堆叠。在方框217,对堆叠进行蚀刻以形成堆柱，并且在方 框219,对堆柱进行湿法蚀刻以在基本上保留二氧化硅材料的同时部分地或全部去除氮化 硅材料。这种方法200导致具有空腔的经蚀刻的堆柱，材料随后可以沉积或者说是形成在 空腔中。例如，在某些情况下，空腔填满例如钨之类的电容器材料。通过控制方框207中的 工艺参数，所得的堆叠可以实现特别理想的整个内应力水平。另外，通过控制方框207中的 工艺参数，可以形成堆叠，在该堆叠中，不同的氮化硅层具有不同的湿法蚀刻速率。这种类 型的方法会导致具有空腔的蚀刻的堆柱，空腔的深度可以独立于其他层的空腔的深度进行 调节。 设备
[0081] 本文所述方法可以由任何合适的设备来执行。合适的设备包括用于完成工艺操作 的硬件以及具有指令的系统控制器，所述指令用于控制根据本发明的工艺操作。例如，在一 些实施方式中，硬件可以包括在处理装备中包括的一个或多个处理站。
[0082] 系统控制器通常包括一个或多个存储装置和一个或多个处理器，所述处理器被配 置成执行用于控制工艺操作的指令使得设备会执行根据本发明的方法。例如，在一些实施 方式中，系统控制器可以操作多个阀门、温度控制器、等离子体控制器和压强控制器来调节 设备内的工艺条件。在一些实施方式中，包括用于控制根据本发明的工艺操作的指令的机 器可读的介质可以连接至系统控制器。
[0083] 例如，图3示意性地示出了了处理站3100的示例性实施方式。为了简单起见，处 理站3100被描述为具有用于维持低压环境的工艺室主体3172的单独的处理站。然而，应 当理解，在共同的低压处理装备环境中可以包括多个处理站3100。处理站3100包括用于提 供例如，惰性气体、前体、反应物和处理反应物之类的工艺气体的工艺气体输送线3174,以 将该工艺气体输送到处理站3100。在图3所示的实例中，包括喷头3178以在处理站3100 内分配工艺气体。衬底3186位于喷头3178下方，并且图示为停靠在由底座3182支撑的夹 具3180上。在一些实施方式中，底座3182可以被配置成绕着垂直轴线旋转。另外地或可 替代地，底座3182可以被配置成水平和/或垂直平移。
[0084] 在一些实施方式中，喷头3178可以是具有多组配气孔的双充气室或多充气室喷 头。例如，第一组配气孔可以接收来自第一工艺气体输送线的气体，并且第二组可以接收来 自第二工艺气体输送线的气体等。工艺气体的这种物理隔离可以提供一种方法来减少喷头 3178上游的工艺气体输送管件中不兼容的工艺气体发生反应所产生的小颗粒的量。
[0085] 喷头3178和夹具3180与射频电源3188和匹配网络3190电气连通，以便给等离子 体3192供电。等离子体3192可以由位于喷头3178和夹具3180附近的等离子体鞘层3194 容纳。尽管图3示出了电容性耦合等离子体，但是等离子体3192可以由任何合适的等离子 体源来产生。在一个非限制性实例中，等离子体3192可以包括平行板等离子体源。
[0086] 在图3所示的实施方式中，射频电源3188可以提供任何合适频率的射频功率。在 一些实施方式中，射频电源3188可以被配置成彼此独立地控制高频和低频射频电源。示例 的低频射频功率可以包括但不限于在200kHz与2000kHz之间的频率。示例的高频射频功 率可以包括但不限于在13. 56MHz与80MHz之间的频率。同样地，射频电源3188和匹配网 络3190可以在任何合适的功率工作以形成等离子体3192。对于包括四个15英寸喷头的四 站多处理装备，合适功率的实例包括但不限于用于高频等离子体的在250W与5000W之间的 功率（假设四站反应室），以及用于低频等离子体的在OW与2500W之间的功率（假设四站 反应室）。射频电源3188可以以任何合适的占空比工作。合适的占空比的实例包括但不限 于在5%与90%之间的占空比。
[0087] 在一些实施方式中，夹具3180的温度可以通过加热器3184进行控制。另外，在 一些实施方式中，可以由蝶形阀3196或任何其他合适的压强控制装置来提供用于处理站 3100的压强控制。如图3所示，蝶形阀3196对真空泵（未示出）提供的真空进行节流，该 真空泵流体连接到处理站排气线3198。然而，在一些实施方式中，还可以通过改变引入到处 理站3100的一种或多种气体的流率来调节处理站3100的压强控制。
[0088] 应当理解，在不脱离本发明的范围内，可以局部提供对一个或多个工艺参数的控 制（例如，与射频电源3188连通的等离子体控制器可以控制射频功率，与蝶形阀3196或气 体计量阀连通的阀门控制器或者与工艺气体输送线3174连接的所包括的流率控制器等可 以控制处理站压强），或者对一个或多个工艺参数的控制可以在由与处理站3100连通的系 统控制器（以下更加详细地进行描述）提供的部分或全部控制下。
[0089] 如上所述，在多站处理装备中可以包括一个或多个处理站。在多站处理装备的一 些实施方式中，可以从共享的来源分配多个工艺输入（例如，工艺气体、等离子体功率、力口 热器功率等）的控制和/或供应到处理装备中包括的多个处理站。例如，在一些实施方式 中，共享的等离子体发生器可以供应等离子体功率到两个或更多个处理站。又如，共享的配 气歧管可以供应工艺气体到两个或更多个处理站。
[0090] 例如，图4示意性地示出了示例性的处理装备3200,处理装备3200包括处于低压 环境下的多个处理站3262。每个处理站3262被配置成沉积超光滑PECVD硅烷基二氧化硅 和硅烷基氮化硅。用于在输送到每个处理站3262之前混合并且/或者调节工艺气体的共 用混合容器3262给每个处理站3262供应工艺气体。
[0091] 图5示出了具有入站装载锁3302和出站装载锁3304的另一个多站处理装备3300 的实施方式的示意图。机械手3306在大气压下被配置成经由大气端口 3310将穿过晶片载 具3308装载到晶片匣的衬底移动到入站装载锁3302中。入站装载锁3302连接到真空源 (未示出）上，使得当大气端口 3310关闭时可以抽空入站装载锁3302。入站装载锁302还 包括与处理室3314相连接的室输送端口 3316。因此，当打开室输送端口 3316时，另一个机 械手（未示出）可以将衬底从入站装载锁3302移动到第一处理站的底座以用于处理。
[0092] 在一些实施方式中，入站装载锁3302可以连接到被配置成供应等离子体到装载 锁的远程等离子体源（未示出）上。这可以给位于入站装载锁3302中的衬底提供远程等 离子体处理。另外地或可替代地，在一些实施方式中，入站装载锁3302可以包括被配置成 加热衬底的加热器（未示出）。这可以去除位于入站装载锁3302内的衬底上吸附的水分和 气体。尽管图5所示的实施方式包括装载锁，但是应当理解，在一些实施方式中，可以使衬 底直接进入处理站。
[0093] 图示的处理室3314包括四个处理站，在图5所示的实施方式中从1编号到4。在 一些实施方式中，处理室3314可以被配置成维持低压环境使得衬底可以在不经历真空中 断和/或空气接触的情况下在处理站之间转移。图5所示的每个处理站包括处理站衬底夹 具（在处理站1图示为3318)和工艺气体输送线入口。在一些实施方式中，可以加热一个 或多个处理站衬底支架3318。
[0094] 在一些实施方式中，每个处理站可以具有不同的用途或多个用途。例如，处理站可 以在湿法蚀刻速率和内应力可调的处理模式与常规的PECVD或CVD模式之间切换。另外或 可替代地，在一些实施方式中，处理室3314可以包括一个或多个配对的湿法蚀刻速率/应 力可调的处理站和常规的PECVD处理站（例如，一对包括湿法蚀刻速率/应力可调的PECVD SiN处理站和常规的PECVD SiO2处理站）。又如，处理站可以在两个或更多个膜类型之间 切换，使得在同一处理室中可以沉积不同膜类型的堆叠。
[0095] 尽管图示的处理室3314包括四个站，但应当理解，根据本发明的处理室可以具有 任意合适数量的站。例如，在一些实施方式中，处理室可以具有四个或更多个站，而在其他 实施方式中，处理室可以具有三个或更少的站。
[0096] 图5还示出了用于在处理室3314内转移衬底的衬底搬运系统3390的实施方式。 在一些实施方式中，衬底搬运系统3390可以被配置成在多个处理站之间并且/或者在处理 站与装载锁之间转移衬底。应当理解，可以采用任何合适的衬底搬运系统。非限制性实例 包括衬底旋转货架和衬底搬运机械手。
[0097] 应当理解，在一些实施方式中，多站处理装备中可以包括低压转移室以便于在多 个处理室之间转移。例如，图6示意性地示出了多站处理装备3400的另一个实施方式。在 图6所示的实施方式中，多站处理装备3400包括多个处理室3314,这些处理室包括多个处 理站（编号1至4)。处理室3314与低压传送室3404相连接，该低压传送室3404包括机械 手3406,该机械手被配置成在处理室3314和装载锁3408之间转移衬底。包括大气机械手 3412的大气衬底转移模块3410被配置成便于在装载锁3408和晶片载具3308之间转移衬 底。
[0098] 返回到图5,多站处理装备3300还包括系统控制器3350的实施方式，该系统控制 器用于控制处理装备3300的工艺条件和硬件状态。例如，在一些实施方式中，系统控制器 3350可以控制PECVD膜沉积阶段期间的一个或多个工艺参数以实现沉积的膜所需的湿法 蚀刻速率或内应力。尽管图6未示出，但是应当理解，多站处理装备3400的实施方式可以 包括与图5所示的系统控制器3350的实施方式类似的合适的系统控制器。
[0099] 系统控制器3350可以包括一个或多个存储设备3356、一个或多个大容量存储设 备3354和一个或多个处理器3352。处理器3352可以包括CPU或计算机，模拟和/或数字 输入/输出连接，步进电机控制板等。
[0100] 在一些实施方式中，系统控制器3350控制处理装备3300的所有活动。在一些实 施方式中，系统控制器3350执行机器可读的系统控制软件3358,该系统控制软件存储在大 容量存储器3354中，装载到存储设备3356中，并且在处理器3352上运行。可替代地，控制 逻辑可以硬编码在控制器中。专用集成电路、可编程逻辑器件（例如，FPGA)等可以用于这 些目的。在以下讨论中，无论何处使用"软件"或"代码"，都可以使用功能上相当的硬编码 逻辑来代替。
[0101] 系统控制软件3358可以包括用于控制计时、气体混合、室压和/或站压强、室温和 /或站温度、衬底温度、目标功率水平、射频功率水平、衬底基座、卡盘和/或基座位置以及 由处理装备3300执行的特定工艺的其他参数的指令。系统控制软件3358可以被配置成任 何合适的方式。例如，可以编写多个处理装备组件子程序或控制对象以控制用于进行多个 处理装备过程的处理装备组件的操作。系统控制软件3358可以编码成任何合适的计算机 可读的编程语目。
[0102] 在一些实施方式中，系统控制系统3358可以包括用于控制如上所述的各种参数 的输入/输出控制（IOC)序列指令。例如，湿法蚀刻速率/应力可调的工艺的每个阶段可 以包括由系统控制器3350执行的一个或多个指令。用于设定可调的PECVD工艺阶段的工 艺条件的指令可以包括在对应的可调的配方阶段中。在一些实施方式中，可以顺序布置可 调的PECVD配方阶段，使得与工艺阶段同时执行用于可调的PECVD工艺阶段的所有指令。
[0103] 在一些实施方式中可以采用存储在与系统控制器3350相关联的大容量存储设备 3354和/或存储设备3356上的其他计算机软件和/或程序。用于该目的程序或程序段的 实例包括衬底定位程序、工艺气体控制程序、压强控制程序、加热器控制程序和等离子体控 制程序。
[0104] 衬底定位程序可以包括用于处理装备组件的程序代码，该处理装备组件用于将衬 底装载到处理站衬底夹具3318上并且控制衬底与处理装备3300的其他零件之间的间距。
[0105] 工艺气体控制程序可以包括用于控制气体成分和流率的代码以及任选地用于在 沉积之前使气体流入一个或多个处理站以便使处理站内的压强稳定的代码。例如，工艺气 体控制程序可以包括用于通过供应特定量的含硼前体（例如乙硼烷）以实现所需的湿法蚀 刻速率和/或内应力的代码。控制器根据所需的湿法蚀刻速率和/或内应力来确定流过的 乙硼烷的量。作为另一个实例，工艺气体控制程序可以包括用于通过供应特定比例的含硅 烷前体和含氮前体以实现所需的湿法蚀刻速率和/或内应力的代码。控制器控制这些前体 的比例以实现所需的膜性能。压强控制程序可以包括用于通过调节（例如，处理站的排气 系统中的节流阀）流入处理站中的气流等来控制处理站中的压强的代码。
[0106] 加热器控制系统可以包括用于控制流到加热单元的电流的代码，该加热器单元用 于加热衬底。可替代地，加热器控制程序可以控制传热气体（例如，氦气）到衬底的输送。
[0107] 等离子体控制程序可以包括用于设定施加在一个或多个处理站中的处理电极上 的射频功率水平的代码。在一个实例中，等离子体控制程序可以包括用于根据所需的内应 力水平设定低频射频功率水平的代码。
[0108] 在一些实施方式中，可以存在与系统控制器3350相关联的用户界面。用户界面 可以包括显示屏、设备和/或处理条件的图像软件显示器以及用户输入设备，例如，指针设 备、键盘、触屏、麦克风等。
[0109] 在一些实施方式中，由系统控制器3350调节的参数可以涉及工艺条件。非限制性 实例包括工艺气体成分和流率、温度、压强、等离子体条件（例如，射频偏置功率水平）、压 强、温度等。这些参数可以以配方的形式提供给用户，可以利用用户接口来输入配方。
[0110] 用于监测过程的信号可以由系统控制器3350的模拟和/或数字输入连接从多个 处理装备传感器提供。处理装备3300的模拟和数字输出连接可以输出用于控制工艺的信 号。可以监测的处理装备传感器的非限制性实例包括质量流控制器、压强传感器（例如压 强计）、热电偶等。可以与来自这些传感器的数据一起使用经适当编程的反馈和控制算法来 维持工艺条件。
[0111] 系统控制器3350可以提供用于实施上述沉积工艺的程序指令。这些程序指令可 以控制各种工艺参数，例如直流功率水平、射频偏置功率水平、压强、温度等。这些指令可以 控制这些参数以根据本文所述的多个实施方式原位沉积膜堆叠。
[0112] 上述多种硬件和方法实施方式可以结合用于制备或制造半导体器件、显示器、 LED、光伏面板等的光刻图案化工具或方法使用。通常，尽管不一定，这些工具/方法可以在 共同的制造设施中一起使用或操作。
[0113] 光刻图案化膜通常包括以下步骤中的一些或全部，每个步骤允许使用多种可用的 工具：（1)使用旋涂或喷涂工具将光致抗蚀剂涂覆在工件上，该工件如，上面形成有氮化硅 膜的衬底；（2)使用热板或炉或其他合适的固化工具固化光致抗蚀剂；（3)使用例如晶片 步进器（stepper)之类的工具将光致抗蚀剂暴露于可见光或紫外线或X射线光；(4)使用 例如湿式清洗台或喷洒显影器等工具使光致抗蚀剂显影以便选择性地去除抗蚀剂从而使 其图案化；(5)通过使用干式或等离子体辅助蚀刻工具将抗蚀剂图案转移到下方的膜或工 件；并且（6)使用例如射频或微波等离子体抗蚀剂剥离器之类的工具去除抗蚀剂。在一些 实施方式中，在涂覆光致抗蚀剂之前可以沉积可灰化硬掩膜层（例如，无定形碳层）和另一 个合适的硬掩膜（例如，抗反射层）。
[0114] 应当理解，本文所述的配置和/或方法在本质上是示例性的，并且不应当以限制 意义看待这些具体的实施方式或实例，因为众多变化是可行的。本文所述的具体程序或方 法可以代表一个或多个任意数量的处理策略。如此，图示的各种操作可以按照图示的顺序、 其他顺序、并列地、或者在一些情况有省略地执行。同样地，可以改变上述过程的顺序。
[0115] 上文描述的电镀设备/方法可以结合例如用于制备或制造半导体器件、显示器、 LED、光伏面板等的光刻图案化工具或方法使用。通常，尽管不一定，这些工具/方法可以在 共同的制造设施中一起使用或操作。光刻图案化膜通常包括以下步骤中的一些或全部，每 个步骤允许使用多种可用的工具：（1)使用旋涂或喷涂工具将光致抗蚀剂涂覆在工件上， 即衬底上；（2)使用热板或炉或UV固化工具固化光致抗蚀剂；（3)使用例如晶片步进器之 类的工具将光致抗蚀剂暴露于可见光、紫外线或X射线；(4)使用例如湿式清洗台之类的工 具使光致抗蚀剂显影以便选择性地去除抗蚀剂从而使其图案化；（5)通过使用干式或等离 子体辅助蚀刻工具将抗蚀剂图案转移到下方的膜或工件；并且（6)使用例如射频或微波等 离子体抗蚀剂剥离器之类的工具去除抗蚀剂。
[0116] 本发明的主题包括各种过程、系统及配置和其他特征、功能、操作和/或本文所述 的性能以及它们的任意和所有等同形式的所有新的且非显而易见的组合和子组合。 实验
[0117] 下述描述解释了图7至图27的某些方面。大部分讨论内容涉及参照用于沉积氮 化硅膜的基准处理作出的工艺参数和工艺变化。具体地讲，基准氮化硅膜具有较低数量的 硅氢键。
[0118] 分析表明一些基本氮化硅膜的样本包含由RBS/HFS光谱确定的约13. 4原子百分 比的氢。当使用假设的键密度8. 9X IO2Vcm3通过FTIR测量时，发现同一膜具有15. 6%的 氢浓度。膜是光滑的，由原子力显微镜确定平均粗糙度Ra为5.0 A。
[0119] 基准处理是采用硅烷和氨气作为反应物工艺气体的等离子体增强化学气相沉积 (PECVD)工艺。氮气用作载气。在基准处理中，这些工艺气体被输送到四站反应器（例如， 购自 Novellus Systems, Inc. (San Jose, California)的 Vector? Extreme 或 Vector? Express反应器），这些工艺气体在此发生反应以在300mm的晶片上产生氮化硅膜。以约 200sccm (100 %硅烷）的流率输送硅烷，以约1140sccm的流率输送氨气，并且以约9000sccm 的流率输送氮气。该过程中采用的压强是约2托。低频&高频射频功率被提供用于产生 等离子体。采用约〇至150W(每个300mm的晶片约0至40W)功率的400kHz低频射频（LF RF)，约800W (每个300mm的晶片约200W)功率的13. 56MHz高频射频（HF RF)。
[0120] 现在参照图7至图27,将讨论一些术语。
[0121] "弓形偏移的比率"、"弓形率"和"弓形偏移率"指的是对使用本文所述的改进工艺 生产的氮化硅层进行退火所引起的晶片弓形变化与对按照基准处理生产的氮化硅层进行 退火所引起的弓形变化的比例。一般来讲，当新的氮化硅层产生比通过基准处理生产的氮 化硅所表现的弓形变化在名义上相等或更小的弓形变化时会观察到合适的结果。然而，在 某些实施方式中，可能希望获得1以上的弓形变化比例。如本文所述，可以调节氮化硅层的 内应力（它的一个度量是弓形变化）以补偿其他层引起的应力。如此，目标弓形偏移率可 以根据特殊用途不同而发生变化。
[0122] 术语"低氢SiN"和"低氢（BKM) "指的是使用基准处理生产的氮化硅。假设通过 基准处理生产的氮化硅具有较低含量的硅氢键。
[0123] 参数"WER比例"指的是在IKKTC的温度下生长的热氧化膜与所考虑的氮化硅膜 之间的湿法蚀刻速率的比例。通过按照如上所述的方式使膜暴露于稀氢氟酸来确定膜的蚀 刻速率。
[0124] 参数"AFM Ra"是衬底表面的平均粗糙度的度量值（算术平均值）。
[0125] 图7所示的光谱是使用以下工艺生产的三个不同的氮化硅和氮化硼硅膜的FTIR 光谱：⑴基准处理；⑵使用少量引入的乙硼烷的基准处理；以及（3)使用大量引入的乙 硼烷的基准处理。在低乙硼烷和高乙硼烷的情况中，乙硼烷的总流速在95%的氩气中分别 是80sccm和260sccm (即，4sccm乙砸烧在76sccm気气中，13sccm乙砸烧在247sccm氣气 中）。
[0126] 在图的右下方，下曲线示出了基准处理，中间曲线代表低乙硼烷处理，并且上曲线 代表高乙硼烷处理。在曲线图的左下方，这些曲线的相对位置是颠倒的，即，曲线峰值中心 在3300CHT 1附近。要注意的是，FTIR表明乙硼烷流率增大导致在1200CHT1和1380CHT1附近 出现两个B-N峰值。另外，更高的乙硼烷流率导致较低的N-H峰值以及对应的面积。
[0127] 图8A示出了氮化硅膜的弓形偏移率对乙硼烷与硅烷的比例的视图。圆8B示出了 湿法蚀刻率比对乙硼烷与硅烷的比例的视图。在图8A至图B中X轴也可以表征为流过的 乙硼烷的量，因为样本间的流过的硅烷的量为定值。湿法蚀刻率比随着乙硼烷的流率增大 而减小。图8C示出了图8A至图8B中表征的膜的处理范围的表，其在基准氮化硅沉积处理 中使用了变化量的乙硼烷。这些实例包括图7的光谱所表征的两种乙硼烷实例。如所述， 所有的处理都在具有四站的每个站夹持一个300mm晶片的Novellus系统PECVD反应器中 进行。每一实例中的硅烷流率为20〇 SCCm。乙硼烷流率在0至26〇SCCm之间变化。应注意， 以载气来提供乙硼烷。在此处的特定实例中，以95%的氢气载气提供5%的乙硼烷。应当 理解，可以采用除氩气之外的其他载气。氮气和氢气是实例。
[0128] 图8C中的第三行显示了对应于氩气载气而调整的乙硼烷真实体积流率；即承认 乙硼烷只构成了输送至反应室的"乙硼烷"气体总体积的5%。被标示成"比例"的列代表 真实乙硼烷体积与硅烷体积的比例。被标示成"AFM Ra"的列代表沉积形成的膜的平均表 面粗糙度，单位为埃。注意，测量粗糙度的膜约有1000 A的厚度。沉积速率的单位为埃/ 分钟。表中的第八与九列显示了沉积形成的膜在晶片内的非均匀度。第十列代表沉积形成 的膜的折射系数。目标膜应具有约+IOOMPa的沉积态的应力。
[0129] 图9至图12显示了利用基准处理的变化的实例，在这些实例中使用相对少量的硅 烷来沉积膜。具体而言，当基准处理使用20〇 SCCm的硅烷时，低硅烷处理只用4〇SCCm的硅 烷。除此之外，处理条件与基准处理中使用的相同。低硅烷处理的其他方式可借鉴于2010 年12月16日提交的美国专利申请No. 12/970,853(美国公布专利申请2011-0236600-八1) 来理解,该申请的全部内容通过引用的方式并入本申请中。
[0130] 在图9中，显示了基准处理与低硅烷处理的FTIR光谱。注意，低硅烷处理导致在 大致2200cm- 1处的硅-氢键峰的有效移除，及在1200cm-1和3330cm-1附近较高的氮-氢峰 值/面积。
[0131] 图10A-C显示了某些膜特性（弓形偏移率（IOA)、湿法蚀刻率比（IOB)与表面粗糙 度（IOC))作为硅烷流率的函数而变化的方式。图IOD显示图IOA至图IOC中所表征的膜 的反应参数与所得的膜特性。尤其应该注意，弓形偏移率及湿法蚀刻率比为硅烷流率的极 强函数。所降低的内部应力（此处指弓形偏移率低至〇. 46)、所增加的湿法蚀刻率比（此处 指高至0.7)及晶片内部的非均匀性改善显著地表明：在某些氮化硅沉积处理中可有利地 使用低硅烷处理。
[0132] 图IlA显示了作为根据本文公开的低硅烷处理所制造的沉积态的膜的应力的函 数的湿法蚀刻率比。图IlB显示了低频射频功率如何影响利用低硅烷（在此情况下为 4〇 SCCm的硅烷）处理所制成的膜的内部应力与其他膜参数。图IlB的第二列代表单位为瓦 的低频射频功率。第三列显示的应力的单位为MPa。从这些结果可以观察到，内应力为低频 射频功率的强函数。图IlA至图IlB中的数据也显示，湿法蚀刻率比是沉积态的应力的合 理强函数。
[0133] 图12中所示的图显示弓形偏移率为沉积态的氮化硅膜的内应力的函数。有趣的 是，在约700MPa拉应力下的"中性氮化硅"区域具有最小的弓形偏移率。相信，在具有这 种内应力的膜中，氮化硅组成近乎是化学计量的。在沉积后，相信，由于在后续处理期间暴 露于热能及其他可能遇到的影响，因此非化学计量的膜会逐渐朝着化学计量组成的方向移 动，由此使内应力朝向约700MPa拉应力的方向移动。因此，在某些实施方式中，可能期望的 是，沉积中性应力水平的膜以避免膜改变，由此改善沉积形成的膜的热稳定性。
[0134] 图13和图14A至图14D说明了在上述低硅烷处理范围中氨流率的效应。图13显 示根据利用不同氨量的低硅烷处理所制成的氮化硅膜的FTIR光谱。利用增大的氨流量所 制备的样本显现出在约1200CHT 1处的氮-氢键峰的增高。图14A至图14C显示了某些膜 特性（弓形偏移率（14A)、湿法蚀刻率比（14B)及表面粗糙度（14C))作为氨流率的函数来 变化的情形。如图14D中所示，氨流率在介于35〇 SCCm至350〇SCCm之间的范围内变化。在 所有实例中，硅烷流率恒定维持在4〇 SCCm。高氨流率可导致较低的弓形偏移率（此处低至 0.31)。相关的是，氨流率对沉积形成的氮化硅膜的湿法蚀刻率有强的影响。将氨流率从 350sccm增加至2500sccm会导致沉积形成的膜的湿法蚀刻率比有逐渐但明显的增加（在此 处高至0. 84)。又如，增加氨流率对沉积形成的膜的表面粗糙度大致有正面的影响。
[0135] 在图15至图17中表征了使用乙硼烷处理所沉积形成的膜。这些处理在低硅烷处 理流程中使用乙硼烷。图15至图17中所示的数据的处理条件如下： SiH4 = 40sccm NH3 = 1040sccm N2 = 9000sccm 乙硼烷如第Ii页中的表所示的那样变化 压强=2. 4托 温度550°C HFRF = 800W (每个 300mm 晶片 200W) LFRF =调整到65W与IOOW之间（每个300mm晶片在16W至25W之间）以调整应力
[0136] 图15至图17显示了在低硅烷流处理范围中将乙硼烷添加到工艺气体的影响。相 信，在工艺气体中存在乙硼烷会制造出质量不同于本文所述的其他处理所制造的氮化硅的 膜。相信，此膜为氮化硼硅。
[0137] 在图15至图17所提供的所有实例与信息都在与针对前述低硅烷处理的所述处理 条件类似的处理条件下进行，不同的是在某些情况下添加了乙硼烷。图15中，"低"乙硼烷 处理使用SOsccm的5%的乙硼烷而"高"乙硼烷处理使用26〇 SCCm的5%的乙硼烷。乙硼 烷与硅烷的真实比例如图16D的第四列所示。如图16A所示，向低硅烷处理添加乙硼烷会 大幅改善弓形偏移率（此处低至〇. 42)。如图16B中所示，乙硼烷的量也会强烈地影响稀氢 氟酸的湿法蚀刻率。增加工艺气体中的乙硼烷的量会导致出现在1200CHT 1与1380CHT1附近 的额外硼-氮峰以及在845CHT1附近的硅-氮峰的降低。
[0138] 图17显示低硅烷/高乙硼烷处理在750°C的常压炉管中退火两小时之前与之后的 FTIR光谱。灰色箭头显示在退火后的光谱变化。应注意，在样本经过退火后，在1070CHT 1处 出现了新峰值。可能是因为在退火处理期间晶片背侧上发生了氧化。另外，在845CHT1处的 硅-氮峰降低。
[0139] 图18至图19显示了氨对于添加乙硼烷的低硅烷处理的影响。在这些资料所显 示的实验结果中，硅烷流率为4〇 SCCm而乙硼烷流率为14〇SCCm(5%乙硼烷的源气体，即 133sccm的载气中有7sccm的乙硼烧）。氨浓度从350sccm变化到3500sccm。
[0140] 如图18中的FTIR图所示，增加氨流会减少两个硼-氮峰（位于约1200CHT1及 1380CHT 1处）且也会减少硅-氮峰（例如位于700CHT1附近的硅-氮区域）。如图19A显 示，弓形偏移率为氨流的函数。较大的氨流会导致较好的弓形偏移率（此处低至〇. 36)。还 应注意，如图19B所示，氨浓度对于利用氢氟酸的湿法蚀刻率有相对强的影响（此处高至约 0.80)。因而相信，利用较高氨浓度所沉积形成的膜更容易被含氟蚀刻物干法蚀刻。注意， 在垂直存储器件的一般制造过程中，会先干法蚀刻氮化物-氧化物堆叠以限定包含堆叠的 柱，然后仅仅用湿法蚀刻以选择性地去除部分氮化硅。如图19C所示，增大氨流使得表面粗 糙度显现出些许改善。图19D显示图19A至图19C所表征的膜的反应参数及所得膜特性。
[0141] 图20A至图20C所显示的数据说明了在使用大的氨流的低硅烷处理中乙硼烷浓度 的效应。更具体而言，提供流率为350〇 SCCm的氨并提供流率为4〇SCCm的硅烷。5%的乙硼 烷源气体的流率介于〇至26〇 SCCm之间。图20A说明了弓形偏移率为乙硼烷流率的函数， 图20B显示湿法蚀刻率比为乙硼烷流率的函数。虽然X轴表示为"比例B2H6:SiH4添加"， 但此轴也可理解成工艺气体中的乙硼烷浓度，因为在这些样本间硅烷的量维持恒定。图20C 显示图20A至图20B所表征的膜的反应参数及所得膜特性。应注意，增加乙硼烷浓度会制 造出在氢氟酸中具有较低湿法蚀刻率及具有较低折射系数的更稳定的膜（例如，具有较低 弓形偏移率的膜）。
[0142] 在图21中，比较了氮化硼硅在沉积态时的应力与根据本文中其他处理所沉积的 氮化硅在沉积态时的应力。具体而言，将弓形偏移率绘制成沉积态的应力的函数。已知沉 积态的应力会与所沉积材料的组成成函数关系的方式变化。本发明人发现氮化硼硅膜具有 约400MPa的中性点。这应该与氮化硅的中性应力（约700MPa的拉应力）比较，而氮化硼 硅膜的中性应力约为400MPa的拉应力。如图21中的绘图所示，相对于氮化硅，氮化硼硅具 有较低的弓形偏移以及较低的中性应力值。因此，相信，氮化硼硅在高温热处理下比氮化硅 稳定。
[0143] 图22-27B说明了利用交替的氧化层与氮化层的大型堆叠所进行的实验。作为背 景，图7至图21显示出利用多种单元膜层（即氮化硅或氮化硼硅的单一膜层）所进行的实 验。图22至图27B相对地显示出在氧化硅与氮化硅层交替的多层堆叠上所进行的实验。在 堆叠中所用的氧化硅为如上述硅烷所形成的热氧化物。
[0144] 图22至图26B中的数据显示热磷酸对于大型堆叠中的氮化硅的蚀刻的效应。热 磷酸被加热至158°C的温度。
[0145] 堆叠中所用的氮化硅具有不同量的不同组成。具体而言，在每一堆叠中使用三种 不同组成的氮化硅（包含氮化硼硅）。如图22中所示，这些不同的氮化硅以连续的氮化硅 层的方式被导入堆叠中。在每一堆叠中，多个氮化娃层之一（SiN 1/低氢（BKM)按照基准 处理制造。在相同堆叠中使用这些不同的氮化硅组成的想法在于能轻易且直接地比较不同 氮化物组成的蚀刻反应。这由图23A至图26B中的显微图来加以说明。如图23A中所示， 低硅烷所沉积形成的氮化硅层比基准处理的氮化硅层被蚀刻得快。另外，在两层低硅烷的 氮化硅层（SiN 2与SiN 3)之间，使用高浓度氨的膜层（SiN 2)被蚀刻得最快。
[0146] 应注意，弓形偏移率随着蚀刻率的增大而减小。这两种改变都是有利的。对于许 多应用而言，重要的不仅仅是具有热稳定性的膜且具有显示高湿法蚀刻率的膜。另外，可能 期望能将湿法蚀刻率和/或弓形偏移调整至期望值。
[0147] 图24A至图24B中所考虑的堆叠也具有三层不同的氮化硅层，其中两层包含硼 (SiN 2与SiN 3)，而其中一层是基准的氮化硅（SiN 1)。三层氮化硅层都是由使用基准量 的硅烷和氨的工艺所制成的。然而，其中两层包含了通过在工艺气体中使用乙硼烷所导入 的硼。一项有趣的观察结果是，将乙硼烷添加至基准处理增大所得膜相对热磷酸的蚀刻率， 但会减少此类膜在氢氟酸中的蚀刻率。因此，添加乙硼烷能消减膜相对各个湿式蚀刻剂的 蚀刻率。
[0148] 用来产生图25A中所示的堆叠与显微图的三种独特的氮化物层组成物中的每一 个由一些处理所制成，在这些处理中硅烷与乙硼烷两者的流率会相对于其他氮化物层的组 成而改变。利用最大的乙硼烷量与低硅烷量所制成的膜（SiN 3)在热磷酸中表现出大幅增 大的蚀刻率以及明显较低的弓形偏移率。
[0149] 在某些实施方式中，硅烷流与总乙硼烷流（其中总乙硼烷流中只有约5%为乙硼 烷，剩下的95%为载气）的流率比范围在约0? 15至约0? 5(SiH4/5% B2H6)之间。在某些实 施方式中，SiH4与NH 3的流率比范围约为0. 02或0. 02以下。在特定的实施方式中，SiH4与 NH3的流率比范围约为0. 013或0. 013以下。应了解，处理的变化例可使用不是乙硼烷的硼 前体和/或使用不是硅烷的氢化硅和/或不是氨也不是元素氮的含氮气体。
[0150] 图26A显示在热磷酸（加热至158°C )中经过蚀刻的氮化硅/氮化硅堆叠的显微 圈。所用的两层氮化硅层包含基准的氮化硅以及利用乙硼烷所制成的氮化硅。图26A显示 极少量（例如，少于20人）的氧化硅受到热磷酸的蚀刻。图26B显示不同层的SiOx :SiN 的蚀刻率和选择比。值得注意的是，利用乙硼烷所制成的氮化硅有利地具有较低的SiOx : SiN蚀刻比以及其与基准的氮化硅相比有较高的选择比。
[0151] 图27A-B显示不同的氮化硅层如何影响大型多层堆叠受到高处理温度时的弓形 偏移。如图27A所示，产生六个堆叠，其中三者使用基准处理的氮化硅而另外三者使用最佳 执行的含硼氮化物。具体而言，可利用下列的工艺气体比例来形成含硼氮化物：SiH 4/5% B2H6 = 0. 29且SiH4/NH3 = 0. 011。对于这些氮化物/硼氮化物中的每一者而言，制造31层、 61层及91层的堆叠。每一堆叠都具有热氧化物与相关的氮化硅或氮化硼硅的交替层。将 氧化物层沉积至300A的厚度并将氮化物或硼氮化物层沉积至500A的厚度。所得的堆叠 会经受750°C至800°C的退火温度两小时。选择堆叠中的膜层数目（31、61和91)以适应未 来器件的持续发展。
[0152] 图27B中所示的数据显示，相对于利用基准处理所制成的堆叠（第2行和第3行）， 具有硼氮化物层（第4行和第5行）的堆叠表现出明显较小的弓形偏移且面对强烈的热处 理时具有较好的稳定性。硼氮化物在750°C与800°C两个温度下都呈现稳定，每一堆叠中的 弓形偏移小于约40微米。相反地，其他堆叠呈现出较高的温度敏感度，弓形偏移的范围在 约60微米至125微米之间，并且在较高的温度下具有明显较高的弓形偏移。
[0153] 具有基准氮化物的31层堆叠在750°C的退火下观察到62微米的弓形偏移，当将退 火温度提升到800°C时，弓形偏移基本上加倍。相比而言，包含硼氮化物的30层堆叠具有远 远较小的弓形偏移（约为33微米），其基本上是不随着温度变化。在61层堆叠与91层堆 叠上观察到类似的结果。
[0154] 图23A至图27B说明使用者可针对特定的堆叠来选取特定的蚀刻率。对于不同的 氮化物或硼氮化物，用户可改变堆叠中的空腔深度但将堆叠中的膜层暴露于相同的湿式批 次化学品。实际上，设计者会指定形成独立膜层时欲使用的硼、含硅反应物与含氮反应物的 不同水平以定制作为堆叠位置的函数的空腔尺寸。不同的空腔能让设计者在设计半导体产 品时有更大的灵活性。
[0155] 图28显示可能被用于半导体制造中的鱼骨形结构的显微图。氮化硅被蚀刻移除， 从而形成多个空腔/凹槽。
【权利要求】
1. 一种在等离子体增强化学气相沉积设备中在衬底上形成氮化硅膜的方法，所述方法 包括： 使含硅反应物、含氮反应物与含硼反应物流动通过含有所述衬底的所述等离子体增强 化学气相沉积设备，其中执行所述流动步骤以使所述含硅反应物与所述含氮反应物的流率 比约为0. 02或0. 02以下； 在所述等离子体增强化学气相沉积设备中产生或维持等离子体；及 在所述衬底上沉积所述氮化硅膜。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述含硅反应物选自由以下各项组成的组：硅烷、 -娃烧、二娃烧或烧基娃烧。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述含氮反应物选自由以下各项组成的组：氨、联 胺或氮。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述含硼反应物选自由以下各项组成的组：乙硼 烷与硼酸三甲酯。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中所述流动步骤通过使乙硼烷以约4sCCm至15sCCm 的流率流动来进行。
6. 根据权利要求4所述的方法，其中所述含硅反应物为硅烷且所述含硼反应物为乙硼 烷，且其中执行所述流动步骤使得所述硅烷与所述乙硼烷的流率比约为3比20。
7. 根据权利要求6所述的方法，进一步包括使所述乙硼烷随着惰性载气而流至所述设 备。
8. 根据权利要求1所述的方法，其中利用添加的流动惰性气体来进行所述流动步骤。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中所述惰性气体为氮。
10. 根据权利要求1所述的方法，其中所述产生与维持所述等离子体的步骤利用低频 与高频功率来进行，并且其中所述低频功率按每个300mm晶片约0至300W的功率来提供。
11. 根据权利要求10所述的方法，其中所述低频功率按每个300mm晶片约75W或约75W 以下的功率来提供。
12. 根据权利要求10所述的方法，其中所述高频功率按每个300mm晶片约100W至750W 的功率来提供。
13. 根据权利要求1所述的方法，其中当将所述氮化硅膜沉积在所述衬底上时，将所述 设备中的压强维持在约〇. 5托至8托之间。
14. 根据权利要求1所述的方法，其中所述沉积步骤在所述衬底上沉积厚度在约IOnm 与IOOnm之间的所述氮化硅膜。
15. 根据权利要求1所述的方法，其中所述氮化硅膜暴露于20°C的含水氢氟酸时，其以 至少约每分钟2〇八的速率蚀刻，其中所述含水氢氟酸按100单位水比1单位标准的50%氢 氟酸的体积比提供。
16. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括： 选择所述氮化硅膜的内应力的量；并且 选择用于沉积具有所述内应力的量的所述氮化硅膜的工艺参数。
17. 根据权利要求1所述的方法，其中在能制造出具有拉内应力的所述氮化硅膜的条 件下进行所述沉积步骤。
18. 根据权利要求17所述的方法，其中所述拉内应力在约400MPa与600MPa之间。
19. 根据权利要求1所述的方法，其中所述氮化硅膜包括在约1至15原子百分比之间 的硼。
20. 根据权利要求1所述的方法，其中所述氮化硅膜具有于所述衬底上测量到的小于 约6A的平均粗糙度。
21. 根据权利要求20所述的方法，其中所述氮化硅膜具有于所述衬底上测量到的小于 约4.5A的平均粗糙度。
22. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括将具有沉积形成的所述氮化硅膜的所述 衬底加热到至少约400°C的温度。
23. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括形成具有氧化物与沉积形成的所述氮化 硅膜的交替层的堆叠。
24. 根据权利要求23所述的方法，其中所述堆叠包括至少约10层的所述氮化硅膜。
25. 根据权利要求24所述的方法，其中所述堆叠包括至少约50层的所述氮化硅膜。
26. 根据权利要求23所述的方法，进一步包括从所述堆叠湿法蚀刻所述氮化硅层以形 成具有凹槽的鱼骨形结构。
27. 根据权利要求26所述的方法，进一步包括利用所述鱼骨形结构形成垂直存储器 件。
28. 根据权利要求26所述的方法，进一步包括将电容器至少部分地形成在通过湿法蚀 刻氮化硅所形成的所述凹槽中。
29. -种在衬底上形成包括氮化硅膜和第二膜的膜堆叠的方法，所述氮化硅膜具有不 同于所述第二膜的材料组成，所述方法包括下列步骤： (a) 在使含硅反应物、含氮反应物与含硼反应物流动通过包括所述衬底的等离子体增 强化学气相沉积设备时，通过等离子体增强化学气相沉积而在所述衬底上沉积所述氮化硅 膜，其中所述氮化硅膜具有在约IOnm与IOOnm之间的厚度； (b) 在所述氮化硅膜上沉积所述第二膜，其中所述第二膜具有在约IOnm与IOOnm之间 的厚度；并且 (c) 重复所述步骤（a)与（b)至少两次以形成所述膜堆叠。
30. 根据权利要求29所述的方法，其中进行所述氮化硅膜沉积步骤使得所述含硅反应 物与所述含氮反应物的流率比约为〇. 02或0. 02以下。
31. 根据权利要求29所述的方法，其中所述第二膜为氧化硅膜。
32. 根据权利要求31所述的方法，其中所述氧化硅膜通过热处理形成。
33. 根据权利要求31所述的方法，其中步骤（c)包括重复步骤（a)与（b)至少10次以 形成所述膜堆叠。
34. 根据权利要求33所述的方法，进一步包括从所述堆叠湿法蚀刻所述氮化硅膜以形 成具有凹槽的鱼骨形结构。
35. 根据权利要求34所述的方法，进一步包括利用所述鱼骨形结构来形成垂直存储器 件。
36. 根据权利要求34所述的方法，进一步包括将电容器至少部分地形成在通过湿法蚀 刻氮化硅所形成的所述凹槽中。
37. 根据权利要求29所述的方法，进一步包括： 施加光致抗蚀剂至所述衬底； 使所述光致抗蚀剂曝光； 利用图案来图案化所述光致抗蚀剂并将所述图案转移至所述衬底；并且 选择性地从所述衬底移除所述光致抗蚀剂。
38. -种被配置成在衬底上沉积膜堆叠的等离子体增强化学气相沉积设备，所述设备 包括： 处理站； 第一反应物进料装置，其用于供应含硅反应物到所述处理站； 第二反应物进料装置，用于供应共反应物到所述处理站； 等离子体源；以及 控制器，其被配置成控制所述设备以维持等离子体与工艺气体流动条件，所述控制器 包括用以进行下列操作的指令： (a) 在使所述含硅反应物、含氮反应物与含硼反应物流动通过包括所述衬底的所述等 离子体增强化学气相沉积设备时，通过等离子体增强化学气相沉积将氮化硅膜沉积在所述 衬底上，其中所述氮化硅膜具有在约IOnm与IOOnm之间的厚度；以及 (b) 将第二膜沉积于所述氮化硅膜上，其中所述第二膜具有在约IOnm与IOOnm之间的 厚度。
39. 根据权利要求38所述的设备，其中所述控制器还具有用以进行下列步骤（c)的指 令：（c)重复所述步骤（a)与（b)至少2次以形成膜堆叠。
40. 根据权利要求39所述的设备，其中用于所述步骤（c)的所述指令包括用于重复所 述步骤（a)与（b)至少10次以形成所述膜堆叠的指令。
41. 根据权利要求38所述的设备，其中所述等离子体源为电容耦合等离子体源。
42. 根据权利要求38所述的设备，其中用于在所述衬底上沉积所述氮化硅膜的所述控 制器指令包括使所述含硅反应物与所述含氮反应物的流率比约为〇. 02或0. 02以下的指 令。
43. 根据权利要求38所述的设备，其中所述第二膜为氧化硅膜。
44. 根据权利要求43所述的设备，其中用于在所述衬底上沉积所述氧化硅膜之所述控 制器指令包括通过热处理形成所述氧化硅膜的指令。
45. 根据权利要求38所述的设备，其中所述含硼反应物为乙硼烷且所述控制器被配置 成使所述乙硼烧以在约4sccm与15sccm之间的流率流入所述处理站。
46. 根据权利要求38所述的设备，其中所述含硼反应物为乙硼烷且所述含硅反应物为 硅烷，其中所述控制器被配置成使所述硅烷与乙硼烷按所述硅烷比乙硼烷为约3比20的流 量比流动。
47. 根据权利要求38所述的设备，其中所述控制器进一步包括利用所述等离子体源来 产生与维持等离子体的指令。
48. 根据权利要求47所述的设备，其中用于产生并维持等离子体的所述指令包括用于 产生低频和高频功率的指令，其中所述低频功率以每个300mm晶片约150W或150W以下的 功率来提供。
49. 根据权利要求48所述的设备，其中用于产生低频与高频功率的所述指令包括用于 产生每个300mm晶片约IOOW至750W的高频功率的指令。
50. 根据权利要求38所述的设备，其中所述控制器进一步包括用于在将所述氮化硅膜 沉积在所述衬底上时将所述处理站中的压强维持在约0. 5托和8托之间的指令。
51. -种系统，其包括根据权利要求38所述的设备以及步进器工具。
【文档编号】C23C16/513GK104220637SQ201380015652
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年2月14日 优先权日:2012年2月14日
【发明者】基思·福克斯牛冬, 约瑟夫·L·沃马克, 曼迪亚姆·斯利拉姆, 乔治·安德鲁·安东内利, 巴特·J·范施拉芬迪克, 詹妮弗·欧洛克林 申请人:诺发系统公司