薄膜沉积方法和系统技术方案

公开了用于在衬底上形成膜的方法和系统。示例性方法包括使用第一等离子体条件形成具有良好膜厚度均匀性的沉积材料层，使用第二等离子体条件处理沉积材料并由此形成处理过的材料，以及使用第三等离子体条件形成表面改性层，例如处理过的材料上的反应位点。例如处理过的材料上的反应位点。例如处理过的材料上的反应位点。

【技术实现步骤摘要】
薄膜沉积方法和系统


[0001]本公开总体涉及适于形成器件的方法和系统。更具体地，本公开涉及用于在衬底表面上沉积材料的方法、用于沉积材料的系统以及包括沉积材料的结构。

技术介绍

[0002]在器件比如半导体器件的形成过程中，通常希望在衬底表面上形成图案化特征。此外，可能希望保形且均匀地沉积覆盖图案化特征的材料。
[0003]沉积各种材料层的技术可以采用相对高的温度(例如高于600℃的温度)。对于许多应用，可能希望在较低温度下沉积材料。
[0004]诸如等离子体增强原子层沉积等的等离子体增强沉积技术可用于在较低的衬底温度下沉积材料。然而，使用等离子体来沉积材料会导致其他挑战，例如沉积材料的不均匀性增加以及沉积材料内形成气泡和/或空隙。例如，与在较高温度下沉积的材料相比，在没有等离子体或其他激发源的帮助下，等离子体沉积材料的厚度和/或成分不均匀性可能相对较高。另外或可替代地，与使用非等离子体辅助过程沉积的材料相比，等离子体沉积材料的保形性(例如厚度或成分)相对较低。
[0005]等离子体沉积材料相对较高的不均匀性的原因之一可归因于用于形成等离子体的RF功率。当RF功率太高或太低时，膜均匀性会降低。例如，太低的RF功率会导致衬底表面上的不完全反应，而太高的RF功率会导致衬底边缘处的电场更高。在这两种情况下，气体和衬底之间会发生不均匀的化学反应，尤其是在衬底的边缘区域。
[0006]此外，如图1所示，当用于形成等离子体的电极(例如喷淋头和其上装载衬底的基座)之间的间隙变得更窄时，晶片边缘处的电场通常变得更高。也就是说，相对窄的间隙通常导致电极之间更高的电场，并且随着施加到电极的RF功率增加，这变得越来越成问题。图1示出了当间隙距离为6mm(102)、7.5mm(104)、9mm(106)和12mm(108)时，从衬底中心测量的与衬底上径向位置相关的电场。
[0007]高电场会在沉积的材料层中引起气泡和其他缺陷。图2示出了沉积材料膜202，其包括气泡204和空隙206，所述气泡204和空隙206可在材料层的等离子体增强沉积过程中产生。气泡204和/或空隙206可由氢气或其他残余反应物和/或副产物气体引起，所述气体源自用于形成沉积材料的前体和/或反应物。气泡可能导致空隙和/或成为器件的缺陷部分，比如PRAM(相变随机存取存储器)、VNAND(竖直NAND(例如闪存))器件等。
[0008]因此，需要改进的等离子体辅助沉积方法和系统。此外，需要用于形成具有相对较低不均匀性的沉积材料的方法和系统。
[0009]本部分中阐述的任何讨论，包括对问题和解决方案的讨论，已被包括在本公开中，仅仅是为了提供本公开的背景。这种讨论不应被视为承认任何或所有信息在本专利技术被做出时是已知的或者以其他方式构成现有技术。

技术实现思路

[0010]本公开的各种实施例涉及使用等离子体辅助过程沉积膜的方法。本公开的示例还涉及用于保形和/或均匀沉积膜的方法和系统。虽然下面更详细地讨论了本公开的各种实施例解决现有方法和系统的缺点的方式，但总体而言，本公开的实施例提供了包括多个等离子体条件的改进方法，以改善(即降低)不均匀性和/或减少膜内的气泡和空隙和/或增加沉积材料的保形性。
[0011]根据本公开的示例性实施例，提供了一种在衬底上形成膜的方法。该方法可用于形成覆盖衬底表面上的间隙的保形材料和/或覆盖衬底表面的均匀材料。根据各种示例，该方法包括将衬底装载在反应器的反应室内，在第一气体脉冲周期在反应室内提供第一气体，在反应室内提供第二气体，使用第一等离子体条件，使用第二气体形成第一活化物质，从而形成沉积材料层，使用第二等离子体条件，使用第二气体形成第二活化物质，从而形成处理层，以及使用第三等离子体条件，使用第三气体形成活化物质，从而形成表面改性层。根据这些实施例的各种示例，第一等离子体条件和第二等离子体条件不同。根据进一步的示例，第一等离子体条件在第一等离子体功率下进行，第二等离子体条件在第二等离子体功率下进行，并且第二等离子体功率大于第一等离子体功率。根据进一步的示例，第三等离子体条件在第三等离子体功率下进行，并且第三等离子体功率小于第二等离子体功率和/或第三等离子体功率大于第一等离子体功率。根据进一步的示例，第二等离子体条件增加了沉积材料层的硬度和/或降低了其湿蚀刻速率。换句话说，第二等离子体可以致密沉积的材料。第三等离子体条件可在处理层上产生膜形成促进位点，例如用于该方法的后续循环和/或用于后续材料层的沉积。根据又一示例，第一气体包括含硅前体，例如硅烷、胺和/或包含卤素的含硅前体。根据进一步的示例，第二气体包括含氮反应物，例如N2、NH3、N2O和NO2中的一种或多种，以任意组合。根据另外的示例，第三气体包括含氢反应物，例如H2等。该方法可用于形成例如包含氮化硅的层或膜。使用第一等离子体条件、使用第二等离子体条件和使用第三等离子体条件的步骤可以重复以形成膜。
[0012]根据本公开的附加实施例，一种结构包括衬底和如本文所述的膜。
[0013]根据本公开的进一步示例，提供了一种系统。该系统可配置成执行本文所述的方法和/或形成本文所述的结构。该系统可以包括反应器和控制器，反应器包括反应室和电极，控制器配置为在沉积步骤期间向电极提供第一等离子体功率，在处理步骤期间提供第二等离子体功率，并且在表面改性步骤期间提供第三等离子体功率。
[0014]通过参考附图对某些实施例的以下详细描述，这些和其他实施例对于本领域技术人员来说将变得显而易见；本专利技术不必限于所公开的任何特定实施例。
附图说明
[0015]当结合以下说明性附图考虑时，通过参考详细描述和权利要求，可以获得对本公开的示例性实施例的更完整理解。
[0016]图1示出了间隙距离、径向位置和电场之间的关系。
[0017]图2示出了包括气泡和空隙的膜。
[0018]图3示出了根据本公开的示例的方法。
[0019]图4示出了根据本公开的示例的时序。
[0020]图5示出了厚度不均匀性和等离子体功率之间的关系。
[0021]图6示出了各个步骤期间的等离子体功率和厚度不均匀性之间的关系。图6进一步说明了可能的反应模型。
[0022]图7示出了根据本公开示例的含氢气体对膜生长速率和膜的阶梯覆盖率的影响。
[0023]图8示出了使用图3所示方法沉积的膜的共形湿蚀刻。
[0024]图9示出了根据本公开的至少一个实施例的系统。
[0025]应当理解，附图中的元件是为了简单和清楚而示出的，并不一定是按比例绘制的。例如，图中的一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大，以有助于提高对本公开的所示实施例的理解。
具体实施方式
[0026]尽管下面公开了某些实施例和示例，但本领域技术人员将理解，本专利技术延伸到具体公开的实施例和/或本专利技术的用途及其明显的修改和等同物之外。因此，意图是所公开的本专利技术的范围不应被下面描述的具体公开的实施例所限制。
[0027]本公开总体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在衬底上形成膜的方法，该方法包括：将衬底装载在反应器的反应室内；在第一气体脉冲周期在反应室内提供第一气体；在反应室内提供第二气体；使用第一等离子体条件，使用第二气体形成第一活化物质，从而形成沉积材料层；使用第二等离子体条件，使用第二气体形成第二活化物质，从而形成处理层；以及使用第三等离子体条件，使用第三气体形成活化物质，从而形成表面改性层，其中，第一等离子体条件和第二等离子体条件不同。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一等离子体条件在第一等离子体功率下进行，其中，所述第二等离子体条件在第二等离子体功率下进行，并且其中第二等离子体功率大于第一等离子体功率。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第三等离子体条件在第三等离子体功率下进行，并且其中第三等离子体功率小于所述第二等离子体功率。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第三等离子体功率大于所述第一等离子体功率。5.根据权利要求2
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4中任一项所述的方法，其中，相对于使用所述第二等离子体条件在衬底边缘处形成的电场，所述第一等离子体条件在衬底边缘处表现出减小的电场。6.根据权利要求1
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5中任一项所述的方法，其中，所述第二等离子体条件增加所述沉积材料层的硬度。7.根据权利要求1
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6中任一项所述的方法，其中，所述第二等离子体条件降低了所述沉积材料层的湿蚀刻速率不均匀性。8.根据权利要求1
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7中任一项所述的方法，其中，所述第三等离子体条件在所述处理层上产生膜形成促进位点。9.根据权利要求1
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8中任一项所述的方法，其中，所述第一气体包括含硅前体。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述含硅前体包括硅烷前体。11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述含硅前体包括卤素。12.根据权利要求9
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11中任一项所述的方法，其中，所述含硅前体包括胺。13.根据权利要求9
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12中任一项所述的方法，其中，所述含硅前体包括以下中的至少一种：TSA,(SiH3)3N；DSO,(SiH3)2；DSMA,(SiH3)2NMe；DSEA,(SiH3)2NEt；DSIPA,(SiH3)2N(iPr)；DSTBA,(SiH3)2N(tBu)；DEAS,SiH3NEt2...

【专利技术属性】
技术研发人员：上田真也，吴锡宰，HG张，姜熙成，林完奎，HM崔，金永宰，
申请(专利权)人：ASMIP私人控股有限公司，
类型：发明
国别省市：