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CN120153121A - 使用远程等离子体的硅氮化物化学气相沉积 - Google Patents

使用远程等离子体的硅氮化物化学气相沉积 Download PDF

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CN120153121A
CN120153121A CN202380077208.0A CN202380077208A CN120153121A CN 120153121 A CN120153121 A CN 120153121A CN 202380077208 A CN202380077208 A CN 202380077208A CN 120153121 A CN120153121 A CN 120153121A
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CN
China
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silicon nitride
containing precursor
nitrogen
nitride film
remote plasma
Prior art date
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Pending
Application number
CN202380077208.0A
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Inventor
谢恩·唐
戈皮纳特·布海马拉塞蒂
安德鲁·J·麦克罗
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lam Research Corp
Original Assignee
Lam Research Corp
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Filing date
Publication date
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Abstract

所公开的示例涉及使用化学气相沉积(CVD)的硅氮化物膜的低损坏沉积。一示例提出了用于通过化学气相沉积以在处理室中的衬底上形成硅氮化物膜的方法(300)。该方法包括：将含氮前体引入(302)在处理工具的远程等离子体室中所形成的远程等离子体中。该方法还包括：在该远程等离子体中形成(308)自由基氮物质。该方法还包括：使无氧含硅前体流动(312)至处理工具的处理室中。该方法还包括：当使无氧含硅前体流动时，将自由基氮物质从远程等离子体室引入(316)处理室中。该方法还包括：使无氧含硅前体与自由基氮物质进行反应，以在衬底上形成硅氮化物膜。

Description

使用远程等离子体的硅氮化物化学气相沉积
背景技术
半导体制造处理可涉及材料沉积、图案化、及去除等许多步骤，以在衬底上形成集成电路。例如，硅氮化物可被沉积并图案化，以形成在集成电路中的许多不同的结构。原子层沉积(ALD)可用于形成高度保形的硅氮化物膜。ALD通过按顺序地使前体吸附至衬底、接着使吸附的前体进行反应以形成膜层，因而以一个或更多个单独的膜层的方式而形成膜。
发明内容
提供本发明内容，以利用简化的形式来介绍概念的选择，其将在以下的具体实施方式中进一步描述。本发明内容不意图识别所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不意图用于限制所要求保护的主题的范围。此外，所要求保护的主题不限于解决本公开内容的任何部分中所提到的任何或所有缺点的实现方案。
所公开的示例涉及使用远程等离子体的硅氮化物膜的低损坏化学气相沉积(CVD)。一示例提出一种通过化学气相沉积以在处理室中的衬底上形成硅氮化物膜的方法。该方法包括：将含氮前体引入在处理工具的远程等离子体室中所形成的远程等离子体中。该方法还包括：在该远程等离子体中形成自由基氮物质。该方法还包括：使无氧(oxygen-free)含硅前体流动至该处理工具的处理室中。该方法还包括：当使该无氧含硅前体流动时，将该等自由基氮物质从该远程等离子体室引入该处理室中。该方法还包括：使该无氧含硅前体与所述自由基氮物质进行反应，以在该衬底上形成该硅氮化物膜。
在一些这样的示例中，形成该硅氮化物膜包括：形成保形硅氮化物膜。
在一些这样的示例中，使该无氧含硅前体流动额外地或替代地包括：使基于硅烷的(silane-based)前体流动。
在一些这样的示例中，形成该硅氮化物膜额外地或替代地包括：形成该硅氮化物膜在非晶硅心轴或非晶形碳心轴中的一者或更多者上。
在一些这样的示例中，形成该硅氮化物膜额外地或替代地包括：在该衬底上的一个或更多个间隙中形成该硅氮化物膜。
在一些这样的示例中，该方法额外地或替代地包括：执行原子层沉积以沉积额外的硅氮化物至该硅氮化物膜上。
在一些这样的示例中，形成自由基氮物质额外地或替代地包括：使用在300至2000瓦的范围内的射频功率以形成该远程等离子体。
在一些这样的示例中，该方法额外地或替代地包括：当形成该硅氮化物膜时，控制该处理室的压强在2托(torr)至8托的范围内。
在一些这样的示例中，将该含氮前体引入该远程等离子体中额外地或替代地包括：将氮、氮/氢、氨、联氨、或胺中的一者或更多者引入该远程等离子体中。
另一示例提出了一种在化学气相沉积(CVD)工具的处理室中的衬底上形成硅氮化物膜的方法。该方法包括：将含氮前体引入在该CVD工具的远程等离子体室中所形成的远程等离子体中。该方法还包括：在该远程等离子体中形成自由基氮物质。该方法还包括：将无氧含硅前体引入该CVD工具的该处理室中。该方法还包括：将自由基氮物质从该远程等离子体室引入该处理室中。该方法还包括：使该无氧含硅前体与自由基氮物质进行反应，以在该衬底上形成该硅氮化物膜。该方法还包括：执行原子层沉积，以在该硅氮化物膜上形成一个更多个额外的硅氮化物层。
在一些这样的示例中，在该衬底上形成该硅氮化物膜包括：在一个或更多个心轴上形成该硅氮化物膜。
在一些这样的示例中，该一个或更多个心轴包括非晶硅。
在一些这样的示例中，该一个或更多个心轴额外地或替代地包括非晶形碳。
在一些这样的示例中，在该衬底上形成该硅氮化物膜额外地或替代地包括：在该衬底上的一个或更多个间隙中形成该硅氮化物膜。
在一些这样的示例中，将该无氧含硅前体引入该处理室中额外地或替代地包括：将基于硅烷的前体引入该处理室中。
在一些这样的示例中，将该含氮前体引入该远程等离子体中额外地或替代地包括：将氮、氮/氢、氨、联氨、或胺中的一者或更多者引入该远程等离子体中。
另一示例提出了种化学气相沉积(CVD)工具。该CVD工具包括处理室和远程等离子体室。该CVD工具还包括射频功率源，其被配置成在该远程等离子体室中形成等离子体。该CVD工具还包括氮前体源，其包括含氮前体。该CVD工具还包括无氧含硅前体源，其包括无氧含硅前体。该CVD工具还包括流量控制硬件，其被配置成将该含氮前体引入该远程等离子体室中并且将该无氧含硅前体引入该处理室中。该CVD工具还包括控制器，其被配置成操作该流量控制硬件，以将该含氮前体引入该远程等离子体室中。该控制器还被配置成操作该射频功率源，以从该含氮前体形成等离子体，该等离子体包括自由基氮物质。该控制器还被配置成操作该流量控制硬件，以使该无氧含硅前体流动至该处理室中。该控制器还被配置成操作该流量控制硬件，以将自由基氮物质从该远程等离子体室引入该处理室中，以与该无氧含硅前体进行反应并且在衬底上形成硅氮化物膜。
在一些这样的示例中，该含氮前体源包括氮、氮/氢、氨、联氨、或胺中的一者或更多者。
在一些这样的示例中，该CVD工具额外地或替代地包括含氢前体源，该含氢前体源包括氢气，且该控制器被配置成操作该射频功率源，以从该含氮前体及该氢气形成该等离子体。
在一些这样的示例中，该CVD工具额外地或替代地包括排放系统，且该控制器被配置成操作该排放系统和该流量控制硬件，以当在该衬底上形成该硅氮化物膜时，在该处理室内产生在2托至8托的范围内的压强。
附图说明
图1A-1C示意性地显示出在硅氮化物膜示例性原子层沉积(ALD)在非晶硅心轴上、以及导致材料损失的后续蚀刻步骤中所形成的结构。
图2A-2B示意性地显示出由硅氮化物膜的ALD沉积所产生的示例性非晶形碳心轴的膨胀。
图3显示出流程图，其描绘出用于使用在远程等离子体中所形成的自由基氮物质以实施硅氮化物膜的化学气相沉积(CVD)的示例性方法。
图4A-4C示意性地显示出硅氮化物膜的示例性CVD沉积在包括心轴的衬底上所形成的结构。
图5A-5C示意性地显示出硅氮化物膜示例性CVD沉积在衬底上的间隙中所形成的结构。
图6显示出被配置成使用在远程等离子体中所产生的自由基氮物质以沉积硅氮化物膜的示例性CVD工具的示意图。
图7显示出示例性计算系统的框图。
具体实施方式
术语“烷基胺”通常可表示包含具有1至3个烷基取代基及0至2个氢(H)取代基的氮的化合物。烷基胺包括一级、二级、三级和环胺。烷基胺的示例包括甲胺、二甲胺、三甲胺和哌啶。
术语“深宽比”通常可表示在特征的深度与该特征的平均宽度之间的比率。
术语“原子层沉积”(ALD)通常可表示处理，其中通过依次地使前体吸附至衬底、以及使吸附的前体进行反应以形成膜层，因而以一个或更多个单独的层的方式在衬底上形成膜。ALD处理的示例包括等离子体增强ALD(PEALD)及热ALD(TALD)。PEALD利用反应气体的等离子体以促进吸附于衬底上的前体的化学转换为在衬底上的膜。TALD利用热以促进吸附于衬底的前体化学转换为衬底上的膜。术语“生长”和“沉积”及其变体也可用于指膜形成。
术语“ALD循环”通常可表示一系列处理，其用于在ALD处理中于衬底上形成单层膜。
术语“化学气相沉积”(CVD)通常可表示处理，其中通过在被配置成引起前体气体化学转换为膜的条件下将一种或更多前体气体的连续流引导到衬底表面上，因而在衬底上形成固体膜。术语“等离子体增强化学气相沉积”(PECVD)通常可表示CVD处理，其中等离子体用于促进一种或更多前体气体化学转换为在衬底上的固体膜。
术语“CVD工具”通常可表示包括处理室及被配置成执行CVD的其它硬件的机器。
术语“保形膜”通常可表示厚度的变化为10％或更小的膜。保形膜在第一位置的厚度可为该膜在第二位置的厚度的90％至110％。
术语“间隙”通常可表示形成在衬底表面中的凹部。
术语“心轴”通常可表示在图案化处理中的凸起结构，其具有界定间隔物的位置的侧壁。作为示例，心轴可由任何多晶硅、非晶硅和非晶形碳形成。
术语“含氮前体”通常可表示可被引入等离子体中以形成自由基氮物质的任何材料，自由基氮物质可与一种或更多其它前体进行反应以形成硅氮化物膜。合适的含氮前体的示例可包括氮(N2)、氨(NH3)、联氨(N2H4)、及胺，例如二胺及烷基胺。含氮前体的示例还可包括气体的混合物。气体的混合物的示例包括氮/氢和氨/氢。
术语“无氧含硅前体”通常可表示不含氧、并且可以以气相引入处理室中以与氮自由基物质进行反应以在衬底上形成含硅的氮化物膜的任何分子。示例性含硅的氮化物为硅氮化物(Si3N4)。用于形成含硅的氮化物膜的示例性无氧含硅前体可包括具有以下一般结构的材料：
其中R1、R2和R3可为相同或不同的取代基，且可包括硅烷、胺、卤化物、氢、或有机基团，例如烷基胺、烷基、烯基、炔基、及芳香族基团。
更具体的示例性无氧含硅前体包括基于硅烷的前体(硅烷及聚硅烷((H3Si-(SiH2)n-SiH3)，其中n≥0)。示例性无氧含硅前体还包括三硅烷基胺(TSA)。在进一步的示例中，无氧含硅前体可为氨基硅烷，例如双(二乙基氨基)硅烷、二(异丙基氨基)硅烷、双(叔丁基氨基)硅烷(BTBAS)、(二仲丁基氨基)硅烷、以及三(二甲基氨基)硅烷(3DMAS)。氨基硅烷前体可具有以下的一般结构：Hx-Si-(NR)y，其中x＝1-3，x+y＝4，且R为经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的烯基、经取代或未经取代的炔基、经取代或未经取代的芳香族基团、或氢化物基团。
术语“图案化处理”通常可表示用于在衬底上产生形貌的处理。
术语“等离子体”通常可表示包含阳离子和自由电子的气体。等离子体可用于从引入等离子体中的前体分子产生反应性化学物质。术语“原位等离子体”通常可表示在处理期间衬底直接向其暴露的等离子体。术语“远程等离子体”通常可表示位于正在处理的衬底远处的等离子体。
术语“处理室”通常表示在其中于衬底上执行化学和/或物理处理的壳体。在处理室内的压强、温度及气体成分是可控制的，以执行化学和/或物理处理。
术语“清扫”(purge)及其变体通常可表示从处理室去除不想要的物质的处理。
术语“自由基”通常可表示具有不成对电子的化学物质。
术语“自由基氮物质”通常可表示具有不成对电子的含氮原子或分子。示例包括N、NH、NH2和NH3自由基。
术语“射频(RF)功率源”通常可表示功率源，其被配置成提供RF功率至电极以形成电容耦合等离子体、或至线圈以形成感应耦合等离子体。
术语“远程等离子体产生器”通常可表示处理工具的一或更多部件，其被配置成形成远程等离子体。远程等离子体产生器包括RF功率源以及在其中形成远程等离子体的远程等离子体室。
术语“基于硅烷的前体”通常可表示硅烷和聚硅烷((H3Si-(SiH2)n-SiH3)，其中n≥0)。示例性聚硅烷包括二硅烷、三硅烷和四硅烷。
术语“间隔物”通常可表示在图案化处理中所形成的结构，其界定出将在后续处理步骤中形成的多个特征之间的间隔。
术语“衬底”通常可表示上面可沉积膜的任何物件。
术语“衬底支撑件”通常可表示用于支撑处理室中的衬底的任何结构。示例包括基座、静电卡盘基座和用于背面沉积处理的喷头基座。
如上所述，硅氮化物用于形成集成电路中的许多结构。硅氮化物的保形膜可通过等离子体增强ALD(PEALD)来沉积。在硅氮化物PEALD循环中，将含硅前体气体引入处理室中。含硅前体气体被吸附于处理室中的衬底。将过量的膜前体从处理室清扫掉。然后，将含氮前体引入处理室中。接着，通过将射频功率施加至处理室内的电极以形成等离子体。等离子体会形成反应性物质，例如自由基氮物质。自由基氮物质与吸附的含硅前体进行反应，以形成硅氮化物层。可使用一个或更多PEALD循环以生长目标厚度的高度保形膜。
然而，通过PEALD的硅氮化物沉积可能不适合一些应用。例如，一些衬底容易受到等离子体损坏。这样的衬底的示例包括非晶硅、非晶形碳和硫族化物。用于硅氮化物PEALD的膜前体可包括卤代硅烷，例如二氯硅烷或二碘硅烷。由卤代硅烷在等离子体中所形成的自由基卤素物质可能蚀刻一些衬底材料。此外，PEALD处理可能采用包含氮和氢的相当高功率的原位等离子体。这样的条件可能导致衬底的氮化。
衬底的氮化可能在随后的蚀刻步骤期间导致不想要的材料损失。这被描绘在图1A-1C中。图1A显示出衬底100，其包括硅心轴102A、102B。硅心轴102A、102B包含非晶硅(α-Si)。图1B显示出使用PEALD而沉积在硅心轴102A、102B上的硅氮化物膜104。因为ALD处理使用直接等离子体以促进硅氮化物膜104的生长，所以在直接等离子体中所形成的反应性物质会撞击在硅心轴102A、102B上。这造成α-Si的氮化。氮化分别在硅心轴102A、102B上形成氮化物层106A、106B。
图1C显示出在去除硅氮化物膜104的蚀刻处理之后的衬底100。蚀刻处理也去除氮化物层106A、106B中的至少一些。这导致硅心轴102A的侧壁110、111以及硅心轴102B的侧壁112、113的材料损失。由于材料损失，在图1C中所示的硅心轴102A、102B比在图1A中所示的那些更薄。心轴的材料损失可能会影响图案转移。
在通过PEALD来沉积硅氮化物期间使用直接等离子体也可能造成碳衬底特征的膨胀。这被描绘在图2A-2B中。图2A显示出衬底200，其包括碳心轴202A、202B。碳心轴202A、202B包含非晶形碳。图2B显示出分别沉积至碳心轴202A、202B上的硅氮化物层206A、206B。硅氮化物层206A、206B使用PEALD来沉积。由于在PEALD期间使用直接等离子体及高功率，因此等离子体中的高能量物质会撞击在碳心轴202A、202B上并且与碳进行反应。这导致心轴膨胀。因此，图2B的碳心轴202A、202B可能不适合用于图案化应用。
在使用含卤素前体的情况下，在直接等离子体中的高能量物质也可能造成硫族化物衬底材料的卤化和蚀刻。先进的存储器架构(例如，磁阻随机存取存储器(MRAM)及相变随机存取存储器(PRAM))可能利用硫族化物，例如硒和碲。然而，这样的材料可能对水蒸气、氧、其它气体、和/或等离子体敏感。例如，在通过PEALD进行的硅氮化物沉积中所使用的等离子体物质可能与硫族化物进行反应，以形成H2Te或H2Se。因为H2Te和H2Se具有相对低的沸点，所以H2Te或H2Se的生成可能导致蚀刻。
因此，公开了关于通过使用在远程等离子体中所形成的自由基氮物质的CVD而形成硅氮化物膜的示例。如以下的更详细描述，所公开的示例可提供适当保形的膜生长，以在执行硅氮化物的保形原子层沉积之前作为保护层。此外，在需要相对薄的硅氮化物膜的情况下，所公开的示例可用来代替PEALD硅氮化物沉积处理。简言之，含氮前体被引入在远程等离子体室中所形成的远程等离子体中。自由基氮物质形成在远程等离子体中。将自由基氮物质引入包括衬底的处理室。将无氧含硅前体引入处理室中。自由基氮物质与无氧含硅前体进行反应，以在衬底上形成硅氮化物膜。通过使用在远程等离子体中所形成的自由基物质以活化无氧含硅前体，所公开的示例可有助于避免来自直接等离子体的损害，例如氮化、膨胀、卤化和蚀刻。在一些示例中，相较于其它CVD处理，使用相对较高的压强和/或相对较低的功率可对衬底表面提供适当低的冲击能量。此外，使用无氧和/或无卤素的含硅前体进行CVD沉积可有助于避免衬底材料的氧化和/或蚀刻。
根据本公开内容的通过CVD进行的硅氮化物膜沉积可使用相较于其它方法(例如，PEALD)相对便宜的前体来执行。例如，可使用基于硅烷的前体，例如硅烷和聚硅烷。这些材料可能比其它含硅膜前体(例如，三硅烷基胺(TSA))更便宜。因此，相较于通过PEALD形成氮化物膜，所公开的示例可提供成本节省。所公开的示例也可有助于避免来自上述因氮化、膨胀、卤化、和/或蚀刻而导致的衬底损坏问题。
如上所述，根据本公开内容的通过CVD所沉积的硅氮化物膜可用作单独的膜，以取代PEALD硅氮化物膜。这是由于所公开的CVD沉积方法形成相当保形的硅氮化物膜。一些这类保形的、CVD所沉积的硅氮化物膜可包括或更小的厚度。根据本公开内容的其它保形的、CVD所沉积的硅氮化物膜可包括大于的厚度。
在其它示例中，根据本公开内容的通过CVD所沉积的硅氮化物膜可用作界面层。例如，根据本公开内容的通过CVD所沉积的硅氮化物膜可用于在易受PEALD损坏的衬底表面上形成保护性硅氮化物膜。接着，可执行PEALD，以将额外的硅氮化物层沉积至硅氮化物膜上。因此，CVD所沉积的硅氮化物膜可作为在衬底材料与ALD硅氮化物层之间的界面层。CVD所沉积的硅氮化物界面层的保形性质允许整个硅氮化物有类似的保形性，彷佛单独使用PEALD来沉积硅氮化物膜一样。此外，首先沉积根据本文中所公开的示例的硅氮化物膜，可避免衬底损坏。
图3显示出示例性方法300的流程图，其用于在衬底上形成硅氮化物膜。在302处，方法300包括，将含氮前体引入在远程等离子体室中所形成的远程等离子体中。含氮前体可包含任何可在等离子体中形成自由基氮物质的合适气体。示例包括氮(N2)、氨(NH3)、联氨(N2H4)和胺，例如二胺和烷基胺。在一些示例中，在302处的将含氮前体引入包括，将氮和氢的混合物引入。在这样的示例中，在304处，方法300可包括，将氮、氮/氢、氨、联氨、或胺中的一者或更多者引入远程等离子体中。氢还可与氨、联氨和其它含氮前体混合。在一些示例中，可使惰性气体流入远程等离子体中。示例性惰性气体包括氦(He)和氩(Ar)。
在308处，方法300包括，在远程等离子体中形成自由基氮物质。自由基氮物质的示例包括N自由基、NH自由基、NH2自由基和NH3自由基。在一些示例中，自由基氮物质可通过产生感应耦合等离子体而形成。在其它示例中，自由基氮物质可通过产生电容耦合等离子体而形成。在进一步的示例中，可使用微波等离子体。可使用任何合适的射频(RF)功率以形成等离子体。在一些示例中，在310处，方法300包括，使用在300至2000瓦(W)的范围内的射频功率以形成远程等离子体。在其它示例中，可使用在该范围以外的RF功率。
继续，方法300还包括，在312处，使无氧含硅前体流入处理室中。无氧含硅前体的示例可包括具有以下一般结构的材料：
其中R1、R2和R3可为相同或不同的取代基，且可包括硅烷、胺、氢、或有机基团，例如烷基胺、烷基、烯基、炔基和芳香族基团。
无氧含硅前体的更具体示例包括基于硅烷的前体(硅烷和聚硅烷((H3Si-(SiH2)n-SiH3)，其中n≥0)，如在314处所示。示例性无氧含硅前体还包括三硅烷基胺(TSA)。在进一步的示例中，无氧含硅前体可包括氨基硅烷，例如双(二乙基氨基)硅烷、二(异丙基氨基)硅烷、双(叔丁基氨基)硅烷(BTBAS)、(二仲丁基氨基)硅烷、或三(二甲基氨基)硅烷(3DMAS)。氨基硅烷前体可具有以下的一般结构：Hx-Si-(NR)y，其中x＝1-3，x+y＝4，且R为经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的烯基、经取代或未经取代的炔基、经取代或未经取代的芳香族基团、或氢化物基团。
相较于使用较昂贵的前体(例如，三硅烷基胺或卤代硅烷)的示例，基于硅烷的前体的使用可提供成本节省。然而，在其它示例中，可使用三硅烷基胺和/或卤代硅烷前体。
在一些示例中，无氧含硅前体也是无卤素的。使用无氧且无卤素的含硅前体可有助于避免蚀刻。当不太需要关心卤化物蚀刻时，可使用含卤素前体。
在一些示例中，作为载气的惰性气体与无氧含硅前体一起流入处理室中。示例包括氮、氦和氩。
方法300还包括，在316处，在使无氧含硅前体流动时，将自由基氮物质从远程等离子体室引入处理室中。这允许自由基氮物质与无氧含硅前体进行反应，由此在衬底上形成硅氮化物膜。
在一些示例中，衬底可包括一个或更多心轴。在这样的示例中，在318处，在一个或更多心轴上形成硅氮化物膜。在一些示例中，在320处，心轴包括非晶硅心轴。在一些示例中，在322处，心轴包括非晶形碳心轴。在一些示例中，硅氮化物膜可沉积在心轴上方，以形成保护性界面层。
由于方法300使用远程等离子体而不是直接等离子体，所以该方法可有助于避免等离子体对衬底特征造成的损坏、变形、和/或氮化。以下参考图5而更详细地讨论硅氮化物在心轴上的沉积。
在其它示例中，可使用方法300以在任何其它合适的衬底特征上形成硅氮化物膜。例如，在324处，可在衬底上的间隙中形成硅氮化物膜。在一些这样的示例中，间隙可包括相当高的深宽比，例如在10:1至30:1的范围内的深宽比。
方法300可利用任何合适的处理条件以形成硅氮化物膜。在一些示例中，在硅氮化物膜形成期间，衬底被加热。在一些这样的示例中，衬底可被加热至25℃至400℃的范围内的温度。在其它示例中，衬底可被加热至高于该范围的温度。
此外，在硅氮化物沉积期间，可使用任何合适的压强。在一些示例中，在326处，方法300包括，在形成硅氮化物膜时，将处理室的压强控制在2托至8托的范围内。相较于较低的压强，这样的压强可有助于避免在远程等离子体中所形成的反应性物质对衬底的损坏。例如，相较于相对较低的压强，使用相对较高的压强可减少自由基氮物质的平均自由程。较短的平均自由程可降低撞击在衬底表面上的自由基氮物质的冲击率。较低的冲击率可有助于避免等离子体损坏。
另外，可使用任何合适的RF功率以形成远程等离子体。示例包括在300W至2000W的范围内的RF功率。相较于相对较高的功率，使用相对较低的RF功率可降低自由基氮物质在衬底表面上的冲击能量。较低的冲击能量可有助于避免等离子体损坏。
在一些示例中，可控制处理条件，以实现硅氮化物膜的期望程度的保形性(conformality)。例如，使用相对较高的压强以及相对较低的RF功率可有助于获得相对更保形的硅氮化物膜。因此，在328处，在一些示例中，方法300包括形成保形硅氮化物膜。膜的保形性可指，在特征的顶部处的膜厚度相较于在特征的另一位置(例如，底部或中间侧壁)处的膜厚度。在一些示例中，靠近特征底部的硅氮化物膜的厚度在特征顶部处的硅氮化物膜的厚度的90％至110％的范围内。在324处的在一个或更多个间隙中形成硅氮化物膜的示例中，保形沉积可有助于填充间隙而不形成空隙。在其它示例中，可形成较不保形的硅氮化物膜。可使用相对较高的RF功率和/或相对较低的压强以形成较不保形的膜。
在一些示例中，在316处所形成的硅氮化物膜可为单独的膜。在一些示例中，单独的膜可包括在至的范围内的厚度。在其它示例中，膜可具有在该范围以外的厚度。
在其它示例中，在316处所形成的硅氮化物膜可为界面膜。在这样的示例中，在330处，方法300还包括，执行PEALD以沉积额外的硅氮化物至该硅氮化物膜上。如上所述，在没有界面层的情况下，硅氮化物的PEALD可能会造成对衬底的损坏。然而，在316处所形成的硅氮化物膜可在PEALD期间(如在330处所示)保护衬底免受等离子体损坏。
在一些示例中，硅氮化物膜可作为图案化应用的一部分来形成。例如，可在心轴上方沉积硅氮化物膜，以在后续处理步骤期间保护心轴。接着，去除保护性硅氮化物膜允许心轴能够用于图案化。在其它示例中，可沉积硅氮化物膜以在心轴的侧壁上形成间隔物。
图4A-4C示意性地显示出使用CVD在心轴上形成的示例性硅氮化物膜。首先，图4A描绘出衬底400，其包括心轴402A、402B。心轴402A、402B可包括任何合适的材料，例如碳或α-Si。然后，图4B显示出沉积在心轴402A、402B上方的硅氮化物膜404。方法300为形成硅氮化物膜404的方法的示例。硅氮化物膜404可包括任何合适的厚度。示例包括在至的范围内的厚度。在一些示例中，可通过使用相对较高的压强和/或相对较低的RF功率以相对保形地沉积硅氮化物膜404。
通过从远程等离子体将自由基氮物质引入，以与无氧含硅前体进行反应，可避免等离子体对心轴402A、402B的损坏。这可有助于防止材料损失、和/或膨胀。相较于图1B，可进行硅氮化物膜404的沉积，同时避免心轴402A、402B的氮化。相较于图2B，可沉积硅氮化物膜404，同时避免心轴402A、402B的膨胀。因此，在通过蚀刻以去除硅氮化物膜404的示例中，可保留心轴402A、402B的形状。这可有助于图案化应用。
图4C显示出使用ALD而保形地沉积额外的硅氮化物的示例。额外的硅氮化物406被沉积在硅氮化物膜404上方。额外的硅氮化物406的沉积可使用任何合适的ALD处理，例如PEALD或热ALD(TALD)来执行。在PEALD循环中，含硅前体被引入处理室中并且吸附于衬底400上。含硅前体可包括可反应以形成硅氮化物膜的任何合适的前体。示例包括基于硅烷的前体、TSA、烷基硅烷和卤代硅烷。将过量的含硅前体从处理室中清扫。接着，将含氮前体引入。示例性含氮前体包括氮(N2)、氮/氢、氨(NH3)、联氨(N2H4)和胺，例如二胺及烷基胺。在处理室中激发等离子体，以形成自由基氮物质，其与吸附的含硅前体进行反应，以形成额外的硅氮化物406。在TALD循环中，可使用热能以促进反应。可执行一个或更多ALD循环，以形成目标厚度的保形硅氮化物膜。
图5示意性地显示出在衬底500上的间隙中沉积硅氮化物的CVD处理期间所形成的示例性结构。衬底500可表示在沟槽隔离区域、存储器结构、或一个或更多逻辑门的制造中的中间结构。如图5A所示，衬底500包括间隙510、511、512、513、514。间隙可包括任何合适的深宽比。在一些示例中，间隙510、511、512、513、514可具有在10:1至30:1的范围内的一个或更多深宽比。在其它示例中，间隙可具有在该范围以外的一个或更多深宽比。
然后，图5B显示出在衬底500上(包括在间隙510、511、512、513、514中)形成的硅氮化物膜520。使用CVD通过使无氧含硅前体与在远程等离子体中所形成的自由基氮物质进行反应，以沉积硅氮化物膜520。如上所述，使用CVD在间隙中保形地沉积膜可能是有挑战性的。在CVD期间，间隙顶部的膜生长速率可能不同于间隙底部的膜生长速率。然而，所公开的示例允许通过CVD而生长适当保形的硅氮化物膜。例如，可使用方法300在有利于保形膜生长的条件下而沉积硅氮化物膜520。如上所述，相对较高的压强和相对较低的RF功率可能有利于保形的硅氮化物膜。因此，在间隙514顶部处的硅氮化物膜520的厚度522可能类似于在间隙514底部处的厚度524。在一些示例中，厚度524在厚度522的90％至120％的范围内。此外，在一些示例中，厚度524在厚度522的100％至110％的范围内。在一些示例中，相较于使用相对较高的RF功率的示例，相对较低的RF功率可协助实现更接近1:1的厚度524:厚度522的比率。硅氮化物膜520的保形沉积可协助避免形成内凹(reentrant)特征。内凹特征相对于衬底表面沿着从间隙底部向间隙顶部延伸的方向变窄。这样的内凹特征可能在后续的保形ALD处理中封闭。
在一些示例中，硅氮化物膜520可包括单独的膜。在其它示例中，硅氮化物膜520可做为界面层。图5C显示出沉积在硅氮化物膜520上方的额外的硅氮化物530。在此图中，硅氮化物膜520为界面层。在所描绘的示例中，硅氮化物530的层填充间隙510、511、512、513、514。硅氮化物530的层可使用ALD(例如，PEALD或TALD)来沉积。如上所述，在没有界面层的情况下，硅氮化物的PEALD可能会造成对衬底的损坏。然而，硅氮化物膜520可保护衬底500在PEALD期间免受等离子体损坏。此外，硅氮化物膜520的保形性可允许通过ALD而沉积额外的硅氮化物，以填充间隙510、511、512、513、514，而不在衬底中形成空隙(空腔)。空隙为形成在衬底中的空腔。因此，本文中所公开的示例可帮助填充衬底上的间隙(包括高深宽比间隙)，同时避免衬底损坏。
图6显示出示例性CVD工具600，其可用于使用远程等离子体以在衬底上沉积硅氮化物膜。CVD工具600包括处理室602和在处理室内的衬底支撑件604。衬底支撑件604被配置成支撑设置在处理室602内的衬底606。在一些示例中，衬底支撑件604包括衬底加热器608。衬底支撑件604可包括基座、静电卡盘基座、喷头基座、或任何其它合适的结构。
CVD工具600还包括处理气体入口610。处理气体入口610被配置成将自由基物质从远程等离子体室612引入处理室602中。在一些示例中，处理气体入口610可被配置成过滤在远程等离子体室612中所产生的离子和/或辐射。在一些示例中，处理气体入口610包括喷头。
CVD工具600还包括流量控制硬件614、616。流量控制硬件614被连接至含氮前体源620、可选择的氢源622和惰性气体源623。流量控制硬件616被连接至无氧含硅前体源624和惰性气体源623。
含氮前体源620可包括不含氧的任何合适的含氮前体。示例包括氮、氨、联氨和胺，例如二胺和烷基胺。可选择的氢源622包括氢气。在其它示例中，可省略氢源。在一些这样的示例中，含氮前体源可包括含有氮的分子(例如N2或NH3)与氢(H2)的混合物。
无氧含硅前体源624包括任何合适的无氧含硅前体。示例包括基于硅烷的前体、TSA和氨基硅烷，如上所述。相较于其它前体(例如TSA)，使用基于硅烷的前体可有助于降低成本。然而，在一些示例中，可使用TSA。在一些示例中，无氧含硅前体可为无卤素的。惰性气体源623可包括任何合适的惰性气体，并且可包括可单独流动的两种或更多不同的惰性气体。示例包括氦、氮和氩。
流量控制硬件614被配置成控制含氮前体从含氮前体源620流入远程等离子体室612。流量控制硬件614还被配置成控制氢从可选择的氢源622流入远程等离子体室612。流量控制硬件614还被配置成控制惰性气体(例如，He、Ar)从惰性气体源623流入远程等离子体室612。类似地，流量控制硬件616被配置成控制无氧含硅前体进入处理室602的流动。流量控制硬件616还被配置成控制惰性气体(例如，He、N2、Ar)进入处理室602的流动。在一些示例中，流过流量控制硬件616的惰性气体不同于流过流量控制硬件614的惰性气体。流量控制硬件614、616可包括一个或更多质量流量控制器和/或阀，以控制气体的流率。
远程等离子体室612被配置成从含氮前体产生远程等离子体，以产生自由基氮物质。在一些示例中，远程等离子体室612可被配置成产生感应耦合等离子体。在其它示例中，远程等离子体室612可被配置成产生电容耦合等离子体。在另外的示例中，可使用微波等离子体。自由基氮物质可通过处理气体入口610而流入处理室602。自由基氮物质可促进与无氧含硅前体的反应，以在衬底606上形成硅氮化物膜。通过在远程等离子体室中形成自由基氮物质，CVD工具600可有助于避免等离子体对衬底606的损坏。
CVD工具600还包括排放系统632。排放系统632被配置成接收从处理室602流出的气体。在一些示例中，排放系统632被配置成主动地从处理室602去除气体和/或施加部分真空。排放系统632可包括任何合适的硬件，包括一个或更多泵。
CVD工具600还包括RF功率源634，RF功率源634被电连接至远程等离子体室612中的等离子体产生电路。等离子体产生电路的示例包括用于产生电容耦合等离子体的电容器板、或用于产生感应耦合等离子体的线圈。CVD工具600还可包括匹配网络636，其用于RF功率源634的阻抗匹配。RF功率源634可被配置成提供合适的频率和功率，以在远程等离子体室612中形成等离子体。合适的频率的示例包括在从0.3MHz至10GHz的范围内的频率。合适的功率的示例包括在从300W至2000W的范围内的功率。在一些示例中，射频功率源634被配置成在多个不同的频率和/或功率下操作。在其它示例中，可使用微波等离子体。
控制器650可操作地耦合至衬底加热器608、流量控制硬件614、616、远程等离子体室612、排放系统632和RF功率源634。控制器650还可操作地耦合至CVD工具600的任何其它合适的部件。控制器650被配置成控制CVD工具600的各种功能，以在衬底上沉积硅氮化物膜。例如，控制器650被配置成操作衬底加热器608以加热衬底。控制器650还被配置成操作流量控制硬件614，以使含氮前体以选定的流率流入远程等离子体室612中。在一些示例中，控制器650还被配置成控制流量控制硬件614，以使氢流入远程等离子体室612中。在一些示例中，控制器650还被配置成控制流量控制硬件614，以使惰性气体流入远程等离子体室612中。此外，控制器650被配置成RF功率源634，以形成远程等离子体，其用于将自由基氮物质引入处理室602中。
控制器650还被配置成操作流量控制硬件616，以将无氧含硅前体引入处理室602中。控制器650还被配置成操作流量控制硬件616，以使惰性气体与无氧含硅前体一起流入处理室602中。因此，控制器650可导致将无氧含硅前体和自由基氮物质引入处理室602中。自由基氮物质与无氧含硅前体进行反应，以在处理室602中的衬底606上形成硅氮化物膜。
控制器650还被配置成操作排放系统632，以从处理室602去除气体。控制器650还被配置成操作流量控制硬件614、616和排放系统632，以在处理室602内维持选定的压强。在一些示例中，控制器650被配置成在使无氧含硅前体流入处理室602时将压强维持在2托至8托的范围内。
控制器650还被配置成控制处理条件(例如，压强、RF功率、气体流动)以控制保形性、厚度和其它膜特性。控制器650还被配置成控制CVD工具600的任何其它功能。
控制器650可包括任何合适的计算系统。图7示意性地显示了计算系统700的非限制性实施方案，其可执行上述方法和处理中的一者或更多者。计算系统700以简化的形式而显示。计算系统700可采用下列形式：一台或更多个人计算机、工作站、与衬底处理工具整合的计算机和/或网络可访问服务器计算机。
计算系统700包括逻辑机702和存储机704。计算系统700可以可选地包括显示子系统706、输入子系统708、通信子系统710和/或图7中未显示的其他部件。控制器650是计算系统700的示例。
逻辑机702包括一个或多个被配置为执行指令的物理设备。例如，逻辑机可以被配置为执行作为一个或多个应用程序、服务、程序、例程、库、对象、部件、数据结构或其他逻辑构造的一部分的指令。可以实施此类指令以执行任务、实施数据类型、转换一个或多个部件的状态、实现技术效果或以其他方式达到期望的结果。
逻辑机可以包括一个或多个被配置为执行软件指令的处理器。额外地或替代地，逻辑机可以包括被配置为执行硬件或固件指令的一个或多个硬件或固件逻辑机。逻辑机的处理器可以是单核或多核的，其上执行的指令可以配置为顺序、并行和/或分布式处理。逻辑机的各个部件可选地可以分布在两个或更多个单独的设备中，这些设备可以远程定位和/或配置用于协调处理。逻辑机的各个方面可以通过在云计算配置中配置的可远程访问的联网计算设备来虚拟化和执行。
存储机704包括一个或多个物理设备，所述物理设备被配置为保存指令712，所述指令712可由逻辑机执行以实现本文描述的方法和处理。当这样的方法和处理被实现时，存储机704的状态可以被转换——例如，以保存不同的数据。
存储机704可以包括可移动和/或内置设备。存储机704可以包括光存储器(例如，CD、DVD、HD-DVD、蓝光光盘等)、半导体存储器(例如，RAM、EPROM、EEPROM等)和/或磁存储器(例如，硬盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、MRAM等)。存储机704可以包括易失性、非易失性、动态、静态、读/写、只读、随机访问、顺序访问、位置可寻址、文件可寻址和/或内容可寻址设备。
应当理解，存储机704包括一个或多个物理设备。然而，可选地，本文描述的指令的方面可以通过不由物理设备持有有限持续时间的通信介质(例如，电磁信号、光信号等)传播。
逻辑机702和存储机704的方面可以一起集成到一个或多个硬件逻辑部件中。例如，此类硬件逻辑部件可以包括现场可编程门阵列(FPGA)、特定于程序和应用的集成电路(PASIC/ASIC)、特定于程序和应用的标准产品(PSSP/ASSP)、芯片上系统(SOC)和复杂的可编程逻辑器件(CPLD)。
当包括时，显示子系统706可用于呈现由存储机704保存的数据的视觉表示。该视觉表示可采用图形用户界面(GUI)的形式。由于此处描述的方法和处理改变了存储机所持有的数据，并因此改变了存储机的状态，显示子系统706的状态同样可以被转换以可视化地表示底层数据的改变。显示子系统706可以包括使用几乎任何类型的技术的一个或多个显示设备。这样的显示设备可以与共享机柜(a shared enclosure)中的逻辑机702和/或存储机704组合，或者这样的显示设备可以是外围显示设备。
当被包括时，输入子系统708可以包括一个或多个用户输入设备(例如键盘、鼠标或触摸屏)或可以与之交互。在一些实施方案中，输入子系统可以包括选定的自然用户输入(NUI)部件或与选定的自然用户输入(NUI)部件交互。这样的部件可以是集成的或外围的，并且输入动作的转换和/或处理可以在机(on-board)或机外(off-board)处理。示例性NUI部件可以包括用于语音和/或声音识别的麦克风，以及用于机器视觉和/或手势识别的红外、彩色、立体和/或深度相机。
当被包括时，通信子系统710可以被配置为将计算系统700与一个或多个其他计算设备通信耦合。通信子系统710可以包括与一种或多种不同通信协议兼容的有线和/或无线通信设备。作为非限制性示例，通信子系统可以被配置为使用无线电话网络、或者有线或无线局域网或广域网进行通信。在一些实施方案中，通信子系统可以允许计算系统700通过诸如因特网之类的网络向其他设备发送消息和/或从其他设备接收消息。
应当理解，本文描述的配置和/或方法在本质上是示例性的，并且这些特定的一个或多个实施方案或示例不应被认为是限制性的，因为许多变化是可能的。此处描述的具体例程或方法可以代表任何数量的处理策略中的一种或多种。因此，所示出和/或描述的各种动作可以以所示出和/或描述的顺序、以其他顺序、并行或省略来执行。同样，可以改变上述处理的顺序。
本公开的主题包括各种处理、系统和配置的所有新颖和非显而易见的组合和子组合，以及本文公开的其他特征、功能、行为和/或特性，以及其任何和所有等同方案。

Claims (20)

1.一种通过化学气相沉积以在处理室中的衬底上形成硅氮化物膜的方法(300)，所述方法包括：
将含氮前体引入(302)在处理工具(600)的远程等离子体室(612)中所形成的远程等离子体中；
在所述远程等离子体中形成(308)自由基氮物质；
使无氧含硅前体流动(312)至所述处理工具的处理室中；
当使所述无氧含硅前体流动时，将所述自由基氮物质从所述远程等离子体室引入(316)所述处理室中；以及
使所述无氧含硅前体与所述自由基氮物质进行反应(316)，以在所述衬底上形成所述硅氮化物膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述硅氮化物膜包括：形成保形硅氮化物膜。
3.根据权利要求1所述的方法，其中使所述无氧含硅前体流动包括：使基于硅烷的前体流动。
4.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述硅氮化物膜包括：形成所述硅氮化物膜在非晶硅心轴或一非晶形碳心轴中的一者或更多者上。
5.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述硅氮化物膜包括：在所述衬底上的一个或更多个间隙中形成所述硅氮化物膜。
6.根据权利要求1所述的方法，其还包括：执行原子层沉积以沉积额外的硅氮化物至所述硅氮化物膜上。
7.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述氮自由基物质包括：使用在300瓦至2000瓦的范围内的射频功率以形成所述远程等离子体。
8.根据权利要求1所述的方法，其还包括：当形成所述硅氮化物膜时，控制所述处理室的压强在2托至8托的范围内。
9.根据权利要求1所述的方法，其中将所述含氮前体引入所述远程等离子体中包括：将氮、氮/氢、氨、联氨或胺中的一者或更多者引入所述远程等离子体中。
10.一种在化学气相沉积(CVD)工具的处理室中的衬底上形成硅氮化物膜的方法(600)，所述方法包括：
将含氮前体引入(302)在所述CVD工具的远程等离子体室(612)中所形成的远程等离子体中；
在所述远程等离子体中形成(308)自由基氮物质；
将无氧含硅前体引入(312)所述CVD工具的所述处理室中；
将所述自由基氮物质从所述远程等离子体室引入(316)所述处理室中；
使所述无氧含硅前体与所述自由基氮物质进行反应(316)，以在所述衬底上形成所述硅氮化物膜；以及
执行(330)原子层沉积，以在所述硅氮化物膜上形成一个或更多个额外的硅氮化物层。
11.根据权利要求10所述的方法，其中在所述衬底上形成所述硅氮化物膜包括：在一个或更多个心轴上形成所述硅氮化物膜。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述一个或更多个心轴包括非晶硅。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述一个或更多个心轴包括非晶形碳。
14.根据权利要求10所述的方法，其中在所述衬底上形成所述硅氮化物膜包括：在所述衬底上的一个或更多个间隙中形成所述硅氮化物膜。
15.根据权利要求10所述的方法，其中将所述无氧含硅前体引入所述处理室中包括：将基于硅烷的前体引入所述处理室中。
16.根据权利要求10所述的方法，其中将所述含氮前体引入所述远程等离子体中包括：将氮、氮/氢、氨、联氨或胺中的一者或更多者引入所述远程等离子体中。
17.一种化学气相沉积(CVD)工具(600)，其包括：
处理室(602)；
远程等离子体室(612)；
射频功率源(634)，其被配置成在所述远程等离子体室中形成等离子体；
氮前体源(620)，其包括含氮前体；
无氧含硅前体源(624)，其包括无氧含硅前体；
流量控制硬件(614,616)，其被配置成将所述含氮前体引入所述远程等离子体室中并且将所述无氧含硅前体引入所述处理室中；以及
控制器(650,700)，其被配置成：
操作所述流量控制硬件，以将所述含氮前体引入(302)所述远程等离子体室中，
操作所述射频功率源，以由所述含氮前体形成(308)等离子体，所述等离子体包括自由基氮物质，
操作所述流量控制硬件，以使所述无氧含硅前体流动(312)至所述处理室中，以及
操作所述流量控制硬件，以将所述自由基氮物质从所述远程等离子体室引入(316)所述处理室中，以与所述无氧含硅前体进行反应并且在衬底上形成硅氮化物膜。
18.根据权利要求17所述的CVD工具，其中所述含氮前体源包括氮、氮/氢、氨、联氨或胺中的一者或更多者。
19.根据权利要求17所述的CVD工具，其还包括含氢前体源，所述含氢前体源包括氢气，其中所述控制器被配置成操作所述射频功率源，以由所述含氮前体和所述氢气形成所述等离子体。
20.根据权利要求17所述的CVD工具，其还包括排放系统，其中所述控制器被配置成操作所述排放系统和所述流量控制硬件，以当在所述衬底上形成所述硅氮化物膜时，在所述处理室内产生在2托至8托的范围内的压强。
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