[go: up one dir, main page]

TW201823500A - 改良型電漿強化原子層沉積方法 - Google Patents

改良型電漿強化原子層沉積方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201823500A
TW201823500A TW106114142A TW106114142A TW201823500A TW 201823500 A TW201823500 A TW 201823500A TW 106114142 A TW106114142 A TW 106114142A TW 106114142 A TW106114142 A TW 106114142A TW 201823500 A TW201823500 A TW 201823500A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
layer deposition
cycle
deposition
cycles
plasma
Prior art date
Application number
TW106114142A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI726095B (zh
Inventor
蔡俊雄
游國豐
范彧達
Original Assignee
台灣積體電路製造股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 台灣積體電路製造股份有限公司 filed Critical 台灣積體電路製造股份有限公司
Publication of TW201823500A publication Critical patent/TW201823500A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI726095B publication Critical patent/TWI726095B/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C23C16/45536—Use of plasma, radiation or electromagnetic fields
    • C23C16/4554—Plasma being used non-continuously in between ALD reactions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/0228—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition deposition by cyclic CVD, e.g. ALD, ALE, pulsed CVD
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C23C16/4408—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber by purging residual gases from the reaction chamber or gas lines
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C23C16/45536—Use of plasma, radiation or electromagnetic fields
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/0217—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon nitride not containing oxygen, e.g. SixNy or SixByNz
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/02274—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition in the presence of a plasma [PECVD]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

根據一例子，一種製程包括於基材上進行沉積製程的複數個第一沉積循環，以及在進行複數個第一沉積循環後，進行電漿強化層沉積循環。電漿強化層沉積循環包含電漿處理製程。複數個第一層沉積循環之進行不包含電漿處理製程。

Description

改良型電漿強化原子層沉積方法
本揭露是有關於一種電漿強化原子層沉積的進行方法，且特別是有關於一種藉由選擇性地在製程中進行電漿處理製程，改善晶圓上有電荷累積的問題之改良型電漿強化原子層沉積的進行方法。
在半導體積體電路(Integrated Circuit；IC)工業中，積體電路材料以及設計的科技進步造就了積體電路的各個世代，其中每個世代都比前一個世代更小且更複雜。在積體電路演進的過程中，功能性密度(也就是每一晶片區之內連裝置的數量)持續增加，而幾何尺寸(也就是可使用製程製造的最小元件(或線))減少。如此之尺寸縮小製程通常提供增加生產效率以及降低相關成本的優點。但尺寸縮小也增加積體電路製程和製造的複雜度。
半導體裝置製造包括許多不同製程。其中一個製程為原子層沉積製程(Atomic Layer Deposition Process；ALD)。原子層沉積製程涉及在沉積腔室中，依序且交錯地施予不同材料，以在基材上形成薄膜。特別是， 原子層沉積製程涉及數個循環。每個循環包括沉積製程和淨化(Purge)製程。一系列循環中的沉積製程係交錯替換不同種要沉積的材料。例如，為形成氮化矽層，循環的沉積製程可交替沉積矽和氮。每一個循環的淨化製程係用以在下個循環進行前，從沉積腔室中移除材料。
原子層沉積的其中一個種類為電漿強化原子層沉積製程(Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition Process；PEALD)，每一個循環包括電漿處理製程，並隨後進行後電漿淨化製程。電漿處理製程提供許多優點以改善原子層沉積的品質。然而，電漿處理製程可增加晶圓中的電荷。晶圓上過多的電荷可能會對後續製程操作產生負面影響。
本揭露之一態樣在於提供一種方法，包括於基材上進行沉積製程的複數個第一沉積循環，以及在進行複數個第一沉積循環後，進行電漿強化層沉積循環。電漿強化層沉積循環包含電漿處理製程。複數個第一層沉積循環之進行不包含電漿處理製程。
102‧‧‧基材
104‧‧‧單層
106‧‧‧厚度
108、204、210、304、314、500‧‧‧沉積製程
110、206、212、306、316‧‧‧後沉積淨化製程
112、214、308、318‧‧‧電漿處理製程
114、216、310、320‧‧‧後處理淨化製程
200、300‧‧‧流程圖
202‧‧‧層沉積循環
208‧‧‧電漿強化層沉積循環
220、400‧‧‧電漿強化原子層沉積製程
222、224、226、228、230、232、402、404、406、408、410、412‧‧‧系列
302‧‧‧第一種層沉積循環
312‧‧‧第二種層沉積循環
502‧‧‧第一種
504‧‧‧第二種
506‧‧‧第三種
600‧‧‧系統
601‧‧‧電漿強化原子層沉積製造機台
604‧‧‧晶圓載台
606‧‧‧晶圓
608‧‧‧電漿機台
610‧‧‧沉積腔室
612‧‧‧控制系統
614‧‧‧處理器
616‧‧‧記憶體
藉由以下詳細說明並配合圖式閱讀，可更容易理解本揭露。在此強調的是，按照產業界的標準做法，各種特徵並未按比例繪製，僅為說明之用。事實上，為了清楚的 討論，各種特徵的尺寸可任意放大或縮小。
[圖1A]至[圖1D]為根據本揭露所述之原則的一個例子所繪示之層沉積循環中的各種操作的示意圖；[圖2A]係根據本揭露所述之原則的一個例子所繪示之改變所使用之電漿處理製程的層沉積循環的流程圖；[圖2B]係根據本揭露所述之原則的一個例子所繪示之改變所使用之電漿處理製程的層沉積循環的多個系列之示意圖；[圖3]係根據本揭露所述之原則的一個例子所繪示之改變所使用之電漿處理製程時間的層沉積循環之流程圖；[圖4]係根據本揭露所述之原則的一個例子所繪示之改變所使用之電漿處理製程時間的層沉積循環的多個系列之示意圖；[圖5]係根據本揭露所述之原則的一個例子所繪示之改變所使用之電漿處理製程和電漿處理製程時間的層沉積循環之示意圖；以及[圖6]係根據本揭露所述之原則的一個例子所繪示之進行電漿強化原子層沉積製程的循環變化之系統的示意圖。
下面的揭露提供了許多不同的實施例或例示，用於實現本揭露的不同特徵。部件和安排的具體實例描述如下，以簡化本揭露之揭露。當然，這些是僅僅是例示並且不意在進行限制。例如，在接著的說明中敘述在第二特徵上方 或上形成第一特徵可以包括在第一和第二特徵形成直接接觸的實施例，並且還可以包括一附加特徵可以形成第一特徵的形成第一和第二特徵之間的實施例，從而使得第一和第二特徵可以不直接接觸。此外，本公開可以在各種例示重複元件符號和/或字母。這種重複是為了簡化和清楚的目的，並不在本身決定所討論的各種實施例和/或配置之間的關係。
此外，空間相對術語，如“之下”、“下方”、“低於”、“上方”、“高於”等，在本文中可以用於簡單說明如圖中所示元件或特徵對另一元件(多個)或特徵(多個特徵)的關係。除了在圖式中描述的位向，空間相對術語意欲包含元件使用或步驟時的不同位向。元件可以其他方式定位(旋轉90度或者在其它方位)，並且本文中所使用的相對的空間描述，同樣可以相應地進行解釋。
如前所述，電漿強化原子層沉積製程可能造成晶圓上有過多的電荷。過多的電荷可能為後續製程操作帶來負面影響。為處理上述問題，本揭露係提供電漿強化原子層沉積方法，其減少殘留在晶圓上的電荷。在一例子中，取代以往在每個循環中都進行電漿處理製程，電漿處理製程不在每個製程中進行。例如，電漿處理製程可僅於800個循環中的50個循環進行。額外地或選擇性地，在一些例子中，可在一些循環中進一步進行後電漿處理淨化操作。
圖1A至圖1D為層沉積循環中的各個操作的示意圖。電漿強化原子層沉積製程的每個循環形成單一的單層104於基材102上。單層104可例如為於基材上使用二種材 料之一者所形成的薄膜。例如：在預定形成氮化矽膜的例子中，單層可為氮。
圖1A繪示沉積單一的單層104於基材102上的沉積製程108。基材102可例如為矽基材。在一些例子中，基材可包括積體電路的其他元件。例如：薄膜沉積可沉積於如源極/汲極區或閘極元件之電晶體元件上。所述薄膜可做為許多目的來使用，如微影製程中的硬式罩幕。
對每個沉積製程而言，基材102係暴露於先驅氣體中。所述氣體包括預定被沉積的材料。例如：若預定沉積氮在基材102的表面上，則先驅氣體包含氮。沉積製程係持續至基材上的所有反應位點被消耗為止。因此，僅形成單一的單層。每個接續的循環係使用兩種不同先驅氣體，來交錯替換二種預定被沉積的不同材料。因此，二種不同先驅氣體不同時處於同一腔室中。每一個單層104可具有約0.5Å的厚度106。沉積製程108可施予達少於1秒的一段時間。在一例子中，沉積製程108可施予約0.3秒。
圖1B繪示後沉積淨化製程110。後沉積淨化製程係從腔室中移除多餘的(Extraneous)先驅氣體。因為每個層沉積循環交錯替換不同的沉積材料，故在進行接續循環前，先移除每個循環之沉積製程108的先驅氣體。在一些例子中，後沉積淨化製程110可施予約1秒。
圖1C為電漿處理製程112的示意圖。電漿處理製程112涉及施加磁場以引導基材表面上的帶電離子。電漿處理製程112可幫助緻密化所沉積的單層104，以及增加沉 積製程的品質。電漿處理製程112可施予約3至4秒的時間。在一例子中，電漿處理製程係施予約3.3秒。
圖1D為後處理淨化製程114的示意圖。後處理淨化製程係在下個層沉積循環進行前，從腔室中移除離子化氣體。後處理淨化製程有時可施予約0.3秒。在一些案例中，後處理淨化製程可施予約2至5秒的持續時間。
以下將詳細說明一些層沉積循環可包含電漿處理製程112以及後處理淨化製程114。然而，一些層沉積循環可不包括上述的製程。此外，不同的層沉積循環可施予具有延長持續時間的後處理淨化製程。
圖2A為繪示電漿強化原子層沉積製程的循環變化之流程圖200。在目前的例子中有二個不同種類的循環。第一個種類的循環可視為層沉積循環202。第二個種類的循環可視為電漿強化層沉積循環208。
層沉積循環202包括沉積製程204以及後沉積淨化製程206。如上所述，在沉積製程204進行的期間，通入先驅氣體至進行電漿強化原子層沉積製程之機台的腔室中。先驅氣體包括在沉積製程中用以形成薄膜之至少兩種不同材料的其中之一。例如：若預定形成氮化矽膜，先驅氣體將包含氮或矽，但不同時包含上述二者。接續循環將交錯替換不同種先驅氣體。在後沉積淨化製程206的過程中，前述沉積製程所提供的先驅氣體係從腔室中被淨化。
電漿強化層沉積循環208包括沉積製程210、後沉積淨化製程212、電漿處理製程214，以及後處理淨化製 程216。電漿強化層沉積循環208的沉積製程210可類似於層沉積循環202的沉積製程204。同樣地，電漿加強層沉積循環208之後沉積淨化製程212可類似於層沉積循環202的後沉積淨化製程206。
如上所述，電漿處理製程214包括通入含有帶電離子的氣體至腔室中。然後，施加磁場以引導上述離子朝向基材。電漿處理製程可幫助緻密化沉積於晶圓上的材料，也可使沉積製程於較低的溫度下進行。
在下一次的層沉積循環進行前，後處理淨化製程216從腔室中移除離子化氣體。後沉積淨化製程216有時可施予約0.3秒。在一些案例中，後沉積淨化製程216可施予少於1秒的時間。在多個循環中開關磁場可能在晶圓上產生電荷。
圖2B是繪示在電漿強化原子層沉積製程220中，各個系列222、226和230的層沉積循環202，以及各個系列224、228和232的電漿強化層沉積循環208。在一些例子中，電漿強化原子層沉積製程220是設計以製造如氮化矽之材料的薄膜，上述薄膜具有30奈米至50奈米之厚度。在一些例子中，每個層沉積循環202沉積具有約0.5Å之厚度的材料層。因此，在沉積製程220中，循環的總量可為約600個至1000個。
在目前的例子中，進行第一系列222的層沉積循環202。在進行第一系列222的層沉積循環202後，進行第一系列224的電漿加強層沉積循環208。每個系列的電漿 加強層沉積循環208可包括一或多個循環。上述製程可重複。具體而言，可進行第二系列226的層沉積循環202，然後可進行第二系列228的電漿強化層沉積循環208。此製程可持續至進行第n系列230的層沉積製程202以及進行第n系列232的電漿強化層沉積循環208為止。
層沉積循環202在特定系列222、226和230中所進行的數量，係根據藉由特定系列222、226和230之層沉積循環202所形成之預定義的厚度而決定。例如：第一系列222中的層沉積循環202可足以形成具有1奈米至4奈米之厚度的層。在一些例子中，第一系列222中的層沉積循環202之數量可足以形成具有2奈米至3奈米之厚度的層。其他範圍之厚度也是可思及的。
在一些例子中，在特定系列222、226和230中進行的層沉積循環202之數量可根據預定義的循環數量而決定。例如：在一系列中的層沉積循環202可進行20個至80個循環。在一些例子中，在一系列中的層沉積循環202可進行40個至60個循環。其他數量的循環也是可思及的。
在一些例子中，在整體的沉積製程220中，每個系列222、226和230中的層沉積循環202之數量可類似。例如：每個系列的層沉積製程202可包括40個循環。在一些例子中，在整體沉積製程220中，系列222、226以及230的層沉積循環可具有不同數量的循環。例如：第一系列222的層沉積循環202可包括30個循環，以及第二系列226的層沉積循環202可包括45個循環。換言之，電漿強化層沉積循 環208可在特定的沉積製程220之整個系列的循環中的任意處進行。
在一些例子中，電漿強化層沉積循環系列224、228和232可僅有單一個電漿強化層沉積循環208。然而，在一些例子中，電漿強化層沉積循環系列224、228和232可包括複數個循環。例如：取代在第一系列222和第二系列226之間的單一個電漿強化層沉積循環208，第一系列222和第二系列226之間可有3個電漿強化層沉積循環208。其他數量的電漿強化層沉積循環208也是可思及的。在一些例子中，系列224、228以及232中的電漿強化層沉積循環208可包含不同數量的循環。例如：第一電漿強化層沉積循環系列224可包括2個電漿強化層沉積循環208，以及第二電漿強化層沉積循環系列228可包含4個電漿強化層沉積循環208。在一些例子中，沉積製程的層沉積循環之總量與沉積製程的電漿強化層沉積循環之總量的比為20：1至5：1。
圖3係繪示電漿強化原子層沉積製程的各種循環變化之流程圖300。根據目前的例子，有第一種層沉積循環302和第二種層沉積循環312。第一種層沉積循環302包括沉積製程304、後沉積淨化製程306、電漿處理製程308以及後處理淨化製程310。後處理淨化製程310係施予第一持續時間。
類似於上述之沉積操作，沉積製程304包括通入先驅氣體至進行電漿強化原子層沉積製程之機台的腔室 中。先驅氣體包括在沉積製程中用以形成薄膜之至少兩種不同材料的其中之一。例如：若預定形成氮化矽膜，先驅氣體將包含氮或矽，但不同時包含上述二者。接續循環將交錯替換不同種先驅氣體。在後沉積淨化製程306的過程中，前述沉積製程所提供的先驅氣體係從腔室中被淨化。
類似於前述之淨化製程，淨化製程306係從腔室中移除多餘的先驅氣體。因為每個層沉積循環交錯替換不同的沉積材料，故在進行接續循環前，先移除每個循環之沉積製程的先驅氣體。在一些例子中，後沉積淨化製程可施予約1秒。
類似於前述之電漿處理製程，電漿處理製程308通入含有帶電離子的氣體至腔室中。然後，施加磁場以引導上述離子朝向基材。電漿處理製程可幫助緻密化沉積於晶圓上的材料，也可使沉積製程於較低的溫度下進行。
類似於前述之後處理淨化製程，在下一次的層沉積循環進行前，後處理淨化製程310從腔室中移除離子化氣體。後處理淨化製程310可施予第一持續時間。在一例子中，上述第一持續時間可為少於1秒。在一些例子中，上述第一持續時間可為少於0.5秒。在一些例子中，上述第一持續時間可為約0.3秒。
第二種層沉積循環312包括沉積製程314、後沉積淨化製程316、電漿處理製程318以及後處理淨化製程320。後處理淨化製程320係進行第二持續時間。上述第二持續時間長於前述之第一持續時間。在一實施例中，第二種 層沉積循環312可視為電荷釋放層沉積循環(Charge Relief Layer Deposition Cycle)。
類似於上述之沉積操作，沉積製程314包括通入先驅氣體至進行電漿強化原子層沉積製程之機台的腔室中。先驅氣體包括在沉積製程中用以形成薄膜之至少兩種不同材料的其中之一。例如：若預定形成氮化矽膜，先驅氣體將包含氮或矽，但不同時包含上述二者。接續循環將交錯替換不同種先驅氣體。在後沉積淨化製程的過程中，前述沉積製程所提供的先驅氣體係從腔室中被淨化。
類似於前述之淨化製程，淨化製程316係從腔室中移除多餘的先驅氣體。因為每個層沉積循環交錯替換不同的沉積材料，故在進行接續循環前，先移除每個循環之沉積製程的先驅氣體。在一些例子中，後沉積淨化製程可施予約1秒。
類似於前述之電漿處理製程，電漿處理製程318通入含有帶電離子的氣體至腔室中。然後，施加磁場以引導上述離子朝向基材。電漿處理製程可幫助緻密化沉積於晶圓上的材料，也可使沉積製程於較低的溫度下進行。
類似於前述之後處理淨化製程，在下一次的層沉積循環進行前，後處理淨化製程320從腔室中移除離子化氣體。後處理淨化製程320可施予第二持續時間，且第二持續時間長於上述第一持續時間。在一例子中，上述第二持續時間可為大於1秒。在一些例子中，上述第二持續時間可為大於2秒。在一些例子中，上述第二持續時間可為約2秒至5 秒。藉由偶爾延長後處理淨化製程的時間，經整體沉積製程後之晶圓上的電荷可被減少。因此可達到更高的元件品質和較佳的產能。
圖4係繪示電漿強化原子層沉積製程400的多種循環變化之示意圖。在一些例子中，電漿強化原子層沉積製程400是被設計以製造如氮化矽之材料的薄膜。上述薄膜具有30奈米至50奈米之厚度。在一些例子中，每個層沉積循環302沉積具有約0.5Å之厚度的材料層。因此，在沉積製程400中，循環的總量可為約600個至1000個。
在目前的例子中，進行第一系列402的第一種層沉積循環302。在進行第一系列402的第一種層沉積循環302後，進行第一系列404的第二種層沉積循環312。上述製程可重複。具體而言，可進行第二系列406的第一種層沉積循環302，然後可進行第二系列408的第二種層沉積循環312。此製程可持續至進行第n系列410的第一種層沉積循環302以及進行第n系列412的第二種層沉積循環312為止。
第一種層沉積循環302在特定系列402、406和410所進行的數量，係根據藉由特定系列402、406和410之第一種層沉積循環302所形成之預定義的厚度而決定。例如：第一系列402中的第一種層沉積循環302可足以形成具有1奈米至4奈米之厚度的層。在一些例子中，第一系列402中的第一種層沉積循環302之數量可足以形成具有2奈米至3奈米之厚度的層。其他範圍之厚度也是可思及的。
在一些例子中，在特定系列402、406和410中 進行的第一種層沉積循環302之數量可根據預定義的循環數量而決定。例如：在系列402、406和410中的第一種層沉積循環302可進行20個至80個循環。在一些例子中，在系列402、406和410中的第一種層沉積循環302可進行40個至60個循環。在一些例子中，系列402、406和410可具有更小數量的循環，如4個、10個或16個循環。其他數量的循環也是可思及的。
在一些例子中，在整體的沉積製程400中，每個系列402、406和410中的第一種層沉積循環302之數量可類似。例如：每個系列的第一種層沉積循環302可包括40個循環。在一些例子中，在整體沉積製程400中，系列402、406和410的第一種層沉積循環302可具有不同數量的循環。例如：第一系列402的第一種層沉積循環302可包括30個循環，以及第二系列406的第一種層沉積循環302可包括45個循環。換言之，系列404、408和412之第二種層沉積循環312可在特定的沉積製程400之整個系列的循環中之任意處進行。在一些例子中，特定沉積製程的第二種層沉積循環312的數量可為50個、100個或200個中的一者。
在一些例子中，系列404、408和412可僅有單一個第二種層沉積循環312。然而，在一些例子中，系列404、408和412的第二種層沉積循環312可包括複數個循環。例如：取代在第一系列404中的單一個第二種層沉積循環312，第二系列408可有3個第二種層沉積循環312。其他數量的第二種層沉積循環312也是可思及的。在一些例子 中，系列404、408和412中的第二種層沉積循環312可包含不同數量的循環。例如：第一系列404的第二種層沉積循環312可包括2個第二種層沉積循環312，以及第二系列408可包含1個第二種層沉積循環312。
圖5係繪示使用不同電漿處理及電漿處理時間的層沉積製程的示意圖。在此例子中，特定的沉積製程500有三種不同種類的層沉積循環。具體而言，第一種502層沉積循環包括沉積製程以及後沉積淨化製程。因此，第一種502層沉積循環不包含電漿處理製程。
第二種504層沉積循環包括沉積製程、後沉積淨化製程、電漿處理製程以及後電漿淨化製程(或稱後處理淨化製程)。第二種504層沉積循環的後電漿淨化製程係施予第一持續時間。第一持續時間可為約0.3秒。在一些例子中，第一持續時間可為0.1秒至1秒。
第三種506層沉積循環包括沉積製程、後沉積淨化製程、電漿處理製程以及後電漿淨化製程(或稱後處理淨化製程)。第三種506層沉積循環的後電漿淨化製程係施予第二持續時間。第二持續時間長於第一持續時間。在一些例子中，第二持續時間可為大於1秒。在一些例子中，第二持續時間可為大於2秒。在一些例子中，第二持續時間可為2秒至5秒。
在一些例子中，沉積製程之進行係交錯替換一系列的第二種504和第三種506層沉積循環之系列，且第一種502層沉積循環之系列係位於每個第二種504和第三種 506循環的系列之間，如圖所示。然而，其他順序也是可思及的。
圖6係繪示進行具有多個循環變化的電漿加強原子層沉積製程的系統600之示意圖。根據目前的例子，系統600包括電漿強化原子層沉積製造機台601以及控制系統612。電漿強化原子層沉積製造機台601包括沉積腔室610、晶圓載台604以及電漿機台608。
沉積腔室610係設計為裝設有晶圓載台604和電漿機台608之一空間。沉積腔室610可與氣體來源流體連通，以提供上述之沉積製程的各種先驅氣體至腔室610中。沉積腔室610也可與負壓或真空流體連通，以如上述之淨化製程所述，從腔室中淨化氣體。
晶圓載台604係設計以於製造過程中，承載並穩固晶圓606。在進行沉積製程前，晶圓606可機器人式地置於晶圓載台604上，並在沉積製程後，將晶圓606機器人式地卸除。電漿處理機台608可被用以提供電場，以引導晶圓606上的離子化氣體中的離子。
控制系統612控制並引導製造機台開始和停止包含在電漿強化原子層沉積製程中的各種製程。控制系統612包括處理器614和記憶體616。記憶體616包括機器可讀指令，當處理器614執行上述機器可讀指令時，控制系統612傳送指令信號至製造機台601。指令信號可指示製造機台進行上述各種沉積製程和循環。
根據一例子，製程包括於基材上進行沉積製程 的複數個第一沉積循環，以及在進行複數個第一沉積循環後，進行電漿強化層沉積循環。電漿強化層沉積循環包含電漿處理製程。複數個第一層沉積循環之進行不包含電漿處理製程。
根據一例子，沉積製程包括於基材上進行複數個第一電漿強化原子層沉積循環。複數個第一電漿強化原子層沉積循環包括進行淨化製程達第一持續時間，以及在進行複數個第一電漿強化原子層沉積製程後，進行電荷釋放層沉積循環以及進行後電漿處理淨化製程達第二持續時間，其中第二持續時間長於第一持續時間。
系統包括電漿強化原子層沉積製造機台，以及與製造機台連通之控制系統。控制系統包括處理器和記憶體，記憶體具有機器可讀指令，當處理器執行上述機器可讀指令時，使電漿強化原子層沉積製造機台於基材上進行複數個第一電漿強化原子層沉積循環，並於第一電漿強化原子層沉積循環後，進行包含電漿處理製程之電漿強化層沉積循環。進行複數個第一電漿強化原子層沉積循環不包括電漿處理製程。
前述內容概述多個實施例之特徵，以使於本技術領域具有通常知識者可進一步了解本揭露之態樣。本技術領域具通常知識者應可輕易利用本揭露作為基礎，設計或潤飾其他製程及結構，藉以執行此處所描述之實施例的相同的目的及/或達到相同的優點。本技術領域具有通常知識者亦應可了解，上述相等的結構並未脫離本揭露之精神和範圍， 且在不脫離本揭露之精神及範圍下，其可經潤飾、取代或替換。

Claims (1)

  1. 一種改良型電漿強化原子層沉積方法，包含：於一基材上進行一沉積製程的複數個第一層沉積循環；以及於進行該些第一層沉積循環後，進行一電漿加強層沉積循環，其中該電漿加強式層沉積循環包含一電漿處理製程，其中進行該些第一層沉積循環係不包含一電漿處理製程。
TW106114142A 2016-12-15 2017-04-27 改良型電漿強化原子層沉積方法、沉積製程及沉積系統 TWI726095B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662434975P 2016-12-15 2016-12-15
US62/434,975 2016-12-15
US15/433,739 2017-02-15
US15/433,739 US10153156B2 (en) 2016-12-15 2017-02-15 Plasma enhanced atomic layer deposition

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201823500A true TW201823500A (zh) 2018-07-01
TWI726095B TWI726095B (zh) 2021-05-01

Family

ID=62562002

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW106114142A TWI726095B (zh) 2016-12-15 2017-04-27 改良型電漿強化原子層沉積方法、沉積製程及沉積系統

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10153156B2 (zh)
KR (1) KR102038567B1 (zh)
CN (1) CN108220918A (zh)
TW (1) TWI726095B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4207244A1 (en) 2019-08-12 2023-07-05 Kurt J. Lesker Company Ultra high purity conditions for atomic scale processing

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100738068B1 (ko) * 2004-08-20 2007-07-12 삼성전자주식회사 산화 환원 반응을 이용한 귀금속 전극 형성 방법
US20070065578A1 (en) * 2005-09-21 2007-03-22 Applied Materials, Inc. Treatment processes for a batch ALD reactor
US8557702B2 (en) * 2009-02-02 2013-10-15 Asm America, Inc. Plasma-enhanced atomic layers deposition of conductive material over dielectric layers
JP5514129B2 (ja) * 2010-02-15 2014-06-04 東京エレクトロン株式会社 成膜方法、成膜装置、および成膜装置の使用方法
TWI536451B (zh) * 2010-04-26 2016-06-01 應用材料股份有限公司 使用具金屬系前驅物之化學氣相沉積與原子層沉積製程之ｎ型金氧半導體金屬閘極材料、製造方法及設備
TW201250017A (en) * 2011-06-08 2012-12-16 Ind Tech Res Inst Method and apparatus for depositing selenium thin-film and plasma head thereof
CN103243310B (zh) * 2012-02-14 2017-04-12 诺发系统公司 在衬底表面上的等离子体激活的保形膜沉积的方法
US9824881B2 (en) * 2013-03-14 2017-11-21 Asm Ip Holding B.V. Si precursors for deposition of SiN at low temperatures
TWI649803B (zh) * 2013-09-30 2019-02-01 蘭姆研究公司 具有電漿輔助式原子層沉積及電漿輔助式化學氣相沉積合成法之深寬比可變的特徵物之間隙填充
CN103928704B (zh) * 2014-04-14 2016-08-03 南京安普瑞斯有限公司 锂离子电池及其制造方法
US9576792B2 (en) * 2014-09-17 2017-02-21 Asm Ip Holding B.V. Deposition of SiN
KR101723546B1 (ko) * 2014-10-20 2017-04-05 주식회사 케이씨텍 박막 형성방법 및 원자층 증착장치
US9865455B1 (en) * 2016-09-07 2018-01-09 Lam Research Corporation Nitride film formed by plasma-enhanced and thermal atomic layer deposition process

Also Published As

Publication number Publication date
US10153156B2 (en) 2018-12-11
TWI726095B (zh) 2021-05-01
KR102038567B1 (ko) 2019-10-31
US20180174820A1 (en) 2018-06-21
KR20180069700A (ko) 2018-06-25
CN108220918A (zh) 2018-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI764982B (zh) 自限制原子熱蝕刻系統及方法
JP6749516B1 (ja) 酸化ケイ素薄膜の選択的横成長
CN111615742B (zh) 针对关键尺寸控制在单一等离子体室中的原子层沉积和蚀刻
JP6306661B2 (ja) 自己組織化単分子層を用いたａｌｄ抑制層の形成方法
JP6125765B2 (ja) 高有効仕事関数で電極を堆積する方法
KR101881181B1 (ko) 탄탈륨의 이온 유도 원자층 증착
JP6886557B2 (ja) 改善された金属コンタクトランディング構造
TW201218278A (en) Method of mitigating substrate damage during deposition processes
TW202046395A (zh) 基板處理方法及基板處理裝置
TW201739951A (zh) 連續電漿中之原子層蝕刻
TW201220004A (en) Mask pattern forming method, fine pattern forming method, and film deposition apparatus
JP2006265724A (ja) 中性ビームを利用した原子層蒸着装置及びこの装置を利用した原子層蒸着方法
TW201724162A (zh) 被處理體之處理方法
TWI724198B (zh) 對被處理體進行處理之方法
TW201705273A (zh) 蝕刻有機膜之方法
TW201903896A (zh) 被處理體之處理方法
TW202013606A (zh) 用於蝕刻期間之低介電常數溝槽保護的原子層沉積
TW201823500A (zh) 改良型電漿強化原子層沉積方法
TWI593012B (zh) Plasma processing method and plasma processing device
JP7481997B2 (ja) 基板上のパターン形状を制御する方法及び装置
US20170098528A1 (en) Method for processing target object
TWI720275B (zh) 蝕刻方法
CN119615122A (zh) 原子层沉积方法及沉积制程的系统
KR102546091B1 (ko) 에칭 방법
TW202101672A (zh) 半導體裝置之製造方法