專(zhuān)利名稱：用于溝槽與介層洞輪廓修飾的方法與設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例大致關(guān)于處理半導(dǎo)體基板的設(shè)備與方法。明確地說(shuō)，本發(fā)明的實(shí)施例關(guān)于在填充溝槽與介層洞之前用于溝槽與介層洞輪廓的修飾的方法與設(shè)備。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體器件尺寸持續(xù)縮小，制造過(guò)程中形成于半導(dǎo)體基板上的溝槽或介層洞結(jié)構(gòu)變得越來(lái)越窄而深寬比則越來(lái)越高。窄開(kāi)口與高深寬比通常造成隨后材料填充處理的困難與挑戰(zhàn)。因此，由于填充處理過(guò)程中會(huì)夾封(pinch-off)窄開(kāi)口之故，空隙更可能形成于填充材料中。問(wèn)題在填充處理需要襯墊層、阻障層或籽晶層時(shí)變得更加顯著。通常利用物理氣相沉積(PVD)處理將襯墊層、阻障層或籽晶層沉積于溝槽或介層洞結(jié)構(gòu)上。為了達(dá)成完全覆蓋溝槽或介層洞表面，突出部分通常會(huì)在溝槽或介層洞的入口附近形成。突出部分使隨后材料填充中的夾封作用更加惡化而造成更多空隙形成于填充物中。圖1A-1B示意性說(shuō)明溝槽與介層洞填充中的問(wèn)題。圖IA示意性說(shuō)明基板10的部分剖面?zhèn)纫晥D。溝槽結(jié)構(gòu)2形成于第一材料1中。阻障層3接著沉積于溝槽結(jié)構(gòu)2上。阻障層3在溝槽結(jié)構(gòu)2的入口 8附近較厚并在入口 8附近形成突出部分。突出部分4進(jìn)一步使入口 8變窄。圖IB示意性說(shuō)明圖IA的基板10的材料填充結(jié)果。入口 8在填充溝槽結(jié)構(gòu)2剩余部分前便由填充材料5所堵塞而在溝槽結(jié)構(gòu)2中形成空隙6?？障?通常是不樂(lè)見(jiàn)的，特別是填充材料5為互連的導(dǎo)電材料(銅或鋁)、相變存儲(chǔ)單元的鍺-硒-碲(GST)填充、金屬柵極的柵極金屬填充。傳統(tǒng)制造處理通常在沉積填充材料5之前應(yīng)用濺射處理來(lái)修飾入口 8。如圖IC所示，等離子體腔室中產(chǎn)生的正離子6 (例如，正氬離子)加速朝向基板10。正離子6在加速過(guò)程中獲得動(dòng)量并轟擊基板10的表面。離子6物理性移開(kāi)突出部分4以打開(kāi)入口 8，如修飾的輪廓7所示。然而，離子6也轟擊突出部分4以外的其他區(qū)域而傷害基板10。此外，濺射過(guò)程中產(chǎn)生的移開(kāi)微粒需要額外的清潔處理并仍可能變成隨后處理的潛在污染源。因此，需要一種在材料填充前修飾溝槽與介層洞輪廓的效率提高且傷害減少的方法與設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例大致關(guān)于處理半導(dǎo)體基板的設(shè)備與方法。明確地說(shuō)，本發(fā)明的實(shí)施例關(guān)于在填充溝槽與介層洞之前用于溝槽與介層洞輪廓的修飾的方法與設(shè)備。一實(shí)施例提供處理基板的方法，該方法包括在基板中形成溝槽結(jié)構(gòu)，其中溝槽結(jié)構(gòu)的側(cè)壁包括第一材料；通過(guò)讓基板接觸蝕刻劑而形成犧牲層以?shī)A封溝槽結(jié)構(gòu)的頂部開(kāi)口，其中犧牲層包括蝕刻劑與第一材料間的反應(yīng)的副產(chǎn)物；通過(guò)持續(xù)讓基板接觸蝕刻劑而讓蝕刻劑與第一材料進(jìn)一步反應(yīng)；并自基板移除犧牲層。
另一實(shí)施例提供處理基板的方法，該方法包括在基板上形成溝槽結(jié)構(gòu)，其中溝槽結(jié)構(gòu)的側(cè)壁包括第一材料；拓寬溝槽結(jié)構(gòu)的頂部開(kāi)口，其中拓寬上方開(kāi)口的步驟包括通過(guò)讓基板接觸蝕刻劑而形成犧牲層來(lái)夾封溝槽結(jié)構(gòu)的頂部開(kāi)口，其中犧牲層包括蝕刻劑與第一材料間的反應(yīng)的副產(chǎn)物；通過(guò)持續(xù)讓基板接觸蝕刻劑而讓蝕刻劑與第一材料進(jìn)一步反應(yīng)；自基板移除犧牲層；并沉積第二材料來(lái)填溝槽結(jié)構(gòu)。又另一實(shí)施例提供處理基板的方法，該方法包括將基板置于處理腔室中，其中基板具有溝槽結(jié)構(gòu)，而溝槽結(jié)構(gòu)的側(cè)壁包括第一材料；將第一處理氣體流至處理腔室以形成犧牲層來(lái)夾封溝槽結(jié)構(gòu)的頂部開(kāi)口 ；在已經(jīng)夾封頂部開(kāi)口后持續(xù)第一處理氣體的流動(dòng)；并退火基板以自溝槽結(jié)構(gòu)移除犧牲層。


為了更詳細(xì)地了解本發(fā)明的上述特征，可參照實(shí)施例(某些描繪于附圖中)來(lái)理解本發(fā)明簡(jiǎn)短概述于上的特定描述。然而，需注意附圖僅描繪本發(fā)明的典型實(shí)施例而因此不被視為其范圍的限制因素，因?yàn)楸景l(fā)明可允許其他等效實(shí)施例。圖1A-1B示意性描述溝槽與介層洞填充中的問(wèn)題。圖IC示意性描述修飾溝槽與介層洞輪廓的傳統(tǒng)方法。圖2A-2B示意性描述根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例在材料填充之前修飾溝槽輪廓的方法。圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例修飾溝槽輪廓的處理的示意性流程圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例用于修飾溝槽輪廓的腔室的示意性側(cè)視圖。圖5A-5C示意性描述根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例修飾溝槽輪廓的方法。為了促進(jìn)理解，盡可能應(yīng)用相同的元件符號(hào)來(lái)標(biāo)示圖示中相同的元件。為了說(shuō)明之故，已經(jīng)簡(jiǎn)化圖示且未按照比例繪制。預(yù)期一實(shí)施例揭露的某些元件可有利地用于其他實(shí)施例而不需特別列舉。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例大致關(guān)于處理半導(dǎo)體基板的設(shè)備與方法。明確地說(shuō)，本發(fā)明的實(shí)施例關(guān)于在填充溝槽與介層洞之前用于溝槽與介層洞輪廓修飾的方法與設(shè)備。本發(fā)明的一實(shí)施例包括通過(guò)讓溝槽結(jié)構(gòu)接觸蝕刻劑以形成犧牲層來(lái)夾封溝槽結(jié)構(gòu)的頂部開(kāi)口。一實(shí)施例中，蝕刻劑設(shè)以通過(guò)與第一材料反應(yīng)并產(chǎn)生形成犧牲層的副產(chǎn)物而移除第一材料。犧牲層阻止蝕刻劑接近溝槽結(jié)構(gòu)的側(cè)壁而讓更多溝槽結(jié)構(gòu)的頂部開(kāi)口附近的材料被移除。在自基板移除犧牲層后，溝槽結(jié)構(gòu)的輪廓經(jīng)修飾以具有變寬的開(kāi)口。與傳統(tǒng)濺射溝槽輪廓修飾相比，本發(fā)明方法并沒(méi)有讓即將處理的基板受到物理傷害。一實(shí)施例中，干法蝕刻方法用來(lái)形成犧牲層。可在相同干法蝕刻腔室退火而移除犧牲層，由此提高效率并降低交叉污染。本發(fā)明的方法與設(shè)備可用來(lái)修飾裸露的溝槽與介層洞結(jié)構(gòu)、以及具有襯墊層、阻障層與/或籽晶層沉積于上的溝槽與介層洞結(jié)構(gòu)的輪廓。圖2A-2B示意性說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例在材料填充之前修飾溝槽輪廓的方法。 圖3是顯示修飾圖2A-2B中的溝槽輪廓的處理30的示意性流程圖。處理30的文字塊32包括如圖2A所示般在基板20的底層21中形成溝槽結(jié)構(gòu)22。一實(shí)施例中，底層21以及由此而來(lái)的溝槽結(jié)構(gòu)的側(cè)壁22包括第一材料。另一實(shí)施例中，形成溝槽結(jié)構(gòu)22的步驟可包括沉積具有第一材料的襯墊層、阻障層或籽晶層23，其可沉積于基板20上。如圖2A所示，溝槽結(jié)構(gòu)22具有形成于頂部開(kāi)口 M附近的突出部分Ma。處理30的文字塊34包括通過(guò)讓基板20接觸蝕刻劑以形成犧牲層25來(lái)夾封溝槽結(jié)構(gòu)22的頂部開(kāi)口 24。一實(shí)施例中，蝕刻劑設(shè)以通過(guò)與第一材料反應(yīng)并產(chǎn)生來(lái)自與第一材料反應(yīng)的副產(chǎn)物來(lái)蝕刻掉第一材料。犧牲層25包括蝕刻劑與第一材料間的反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物。一實(shí)施例中，形成犧牲層25的步驟包括提高第一材料與蝕刻劑間的反應(yīng)速率。第一材料與蝕刻劑之間提高的反應(yīng)速率造成在副產(chǎn)物能夠均勻地形成于溝槽結(jié)構(gòu)22中之前副產(chǎn)物快速地形成于頂部開(kāi)口 M附近。一實(shí)施例中，可通過(guò)提高一或更多蝕刻劑的處理氣體的流率來(lái)達(dá)成第一材料與蝕刻劑之間反應(yīng)速率的提高。一實(shí)施例中，形成犧牲層25的步驟包括根據(jù)目標(biāo)溝槽輪廓確定第一材料與蝕刻劑之間的反應(yīng)速率。較高的反應(yīng)速率對(duì)應(yīng)著溝槽結(jié)構(gòu)22的上部與溝槽結(jié)構(gòu)22的下部之間較高的移除數(shù)量比。較低的反應(yīng)速率對(duì)應(yīng)著上部與下部之間較低的移除數(shù)量比。因此，提高反應(yīng)速率可提高側(cè)壁的開(kāi)口角度而降低反應(yīng)速率可降側(cè)壁的開(kāi)口角度。處理30的文字塊36包括通過(guò)持續(xù)讓基板20接觸蝕刻劑好讓蝕刻劑與第一材料進(jìn)一步反應(yīng)，如圖2A所示。犧牲層25夾封頂部開(kāi)口之后，蝕刻劑中的活性物種沈依舊能夠自犧牲層25的頂表面擴(kuò)散通過(guò)犧牲層25并與下方的第一材料反應(yīng)。然而，擴(kuò)散距離沿著溝槽結(jié)構(gòu)的側(cè)壁22 有顯著的變化。因此，這造成頂部開(kāi)口 M附近的快速蝕刻且明顯地向下減少溝槽結(jié)構(gòu)的側(cè)壁22的蝕刻。一實(shí)施例中，在犧牲層25已經(jīng)夾封頂部開(kāi)口 M之后蝕刻劑的流率仍保持相同。另一實(shí)施例中，在夾封之后可調(diào)整蝕刻劑的流率。一實(shí)施例中，可通過(guò)改變蝕刻時(shí)間來(lái)達(dá)成所欲的頂部開(kāi)口拓寬。處理30的文字塊38包括移除犧牲層25并暴露溝槽結(jié)構(gòu)22的修飾的輪廓27。一實(shí)施例中，移除犧牲層25的步驟包括退火基板20以蒸發(fā)犧牲層25。一實(shí)施例中，移除犧牲層25的步驟可執(zhí)行于形成犧牲層25與接連執(zhí)行蝕刻的相同腔室中。另一實(shí)施例中，移除犧牲層25的步驟包括將犧牲層25溶解于溶劑中。一實(shí)施例中，溶劑可為水。雖然，圖2A顯示的實(shí)例的溝槽結(jié)構(gòu)具有形成于頂部開(kāi)口附近的突出部分，但本發(fā)明的實(shí)施例可適用于修飾不具有突出部分的溝槽結(jié)構(gòu)，例如具有相對(duì)筆直壁的溝槽結(jié)構(gòu)。如上所述，任何產(chǎn)生可移除的副產(chǎn)物的蝕刻方法可與本發(fā)明的實(shí)施例一同應(yīng)用。 明確地說(shuō)，可根據(jù)即將蝕刻的材料挑選蝕刻劑。亦可根據(jù)處理需求確定蝕刻劑的組成。一實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例應(yīng)用干法蝕刻方法。本發(fā)明的實(shí)施例可應(yīng)用蝕刻劑(可為含氟、氮與氫源)。一實(shí)施例中，蝕刻劑包括三氟化氮(NF3)與氨(NH3)的混合物、三氟化氮(NF3)與氫氣Ol2)的混合物、三氟化氮(NF3)、氫氣(H2)與氮?dú)夥?的混合物、三氟化氮(NH3)與氟化氫(HF)的混合物、或其他類(lèi)似的含氟、氮與氫源之一者。一實(shí)施例中，蝕刻劑包括含氟源，諸如C1F3、CH3F, CHF3與相似化合物。本發(fā)明的一實(shí)施例包括產(chǎn)生干法蝕刻蝕刻劑(包括三氟化氮(NF3)與氨(NH3)的混合物)的等離子體；并接觸三氟化氮與氨的等離子體以修飾側(cè)壁包括氧化硅、硅或氮化硅的溝槽與/或介層洞結(jié)構(gòu)。一實(shí)施例中，可遠(yuǎn)端產(chǎn)生等離子體并流至蝕刻腔室。另一實(shí)施例中，可原位地在蝕刻腔室中產(chǎn)生等離子體。圖4是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例修飾溝槽輪廓的處理腔室100的示意性側(cè)視圖。處理腔室100包括蓋組件200，配置于腔室主體112的上端；及支撐組件300，至少部分地配置于腔室主體112中。處理腔室也包括遠(yuǎn)端等離子體產(chǎn)生器140，其具有U-型剖面的遠(yuǎn)端電極。處理腔室100與相關(guān)的硬件較佳由一或更多處理-相容材料所構(gòu)成，諸如鋁、電鍍鋁、鍍鎳鋁、鍍鎳鋁6061-T6、不銹鋼、以及上述的組合與合金。支撐組件300部分配置于腔室主體112中。支撐組件300由軸314所提高與降低， 而軸314由風(fēng)箱333所包圍。腔室主體112包括形成于其側(cè)壁中的狹縫閥開(kāi)口 160，以進(jìn)出腔室100的內(nèi)部。狹縫閥開(kāi)口 160經(jīng)選擇性打開(kāi)與關(guān)閉以允許晶圓處理機(jī)器人(未顯示) 進(jìn)出腔室主體112的內(nèi)部。晶圓處理機(jī)器人是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，并可應(yīng)用任何適當(dāng)?shù)臋C(jī)器人。一實(shí)施例中，可透過(guò)狹縫閥開(kāi)口 160將晶圓傳送進(jìn)入與離開(kāi)處理腔室100至相鄰的傳送室與/或負(fù)載鎖定腔室(未顯示)、或群集工具中的另一腔室。示意性群集工具包括(但不限于)PRODUCER 、CENTURA 、ENDURA 與ENDURASL 平臺(tái)，可自加州圣克拉拉市的應(yīng)用材料公司取得。腔室主體112還包括形成于其中的通道113以經(jīng)此流動(dòng)傳熱流體。傳熱流體可為加熱流體或冷卻劑，且可用來(lái)在處理與基板傳送過(guò)程中控制腔室主體112的溫度。腔室主體112的溫度對(duì)用來(lái)避免腔室壁上氣體或副產(chǎn)物不欲的聚集是重要的。示范性傳熱流體包括水、乙二醇或上述的混合物。示范性傳熱流體還包括氮?dú)?。腔室主體112更包括襯墊層133，其圍繞支撐組件300并可被移除好進(jìn)行保養(yǎng)與清潔。襯墊層133較佳由例如鋁的金屬或陶瓷材料所構(gòu)成。然而，可應(yīng)用任何處理相容的材料。襯墊層133可經(jīng)噴珠處理(bead blasted)以提高任何沉積于其上的材料的附著力，由此避免造成腔室100污染的材料剝落。襯墊層133通常包括一或更多形成于其中的孔135 與抽吸通道129，其與真空系統(tǒng)流體連通?？?35提供氣體進(jìn)入抽吸通道129的流動(dòng)路徑， 而抽吸通道提供通過(guò)襯墊層133的流動(dòng)路徑以便氣體能夠離開(kāi)腔室100。真空系統(tǒng)可包括真空泵125與節(jié)流閥127以調(diào)控腔室100中的氣體流動(dòng)。真空泵 125耦接至配置于腔室主體112上的真空口 131，并與形成于襯墊層133中的抽吸通道1 流體連通。真空泵125與腔室主體112選擇性由節(jié)流閥127所隔離以調(diào)控腔室100中的氣體流動(dòng)。除非另由明示，否則可交替應(yīng)用詞匯“氣體(gas或gases) ”以代表一或更多前驅(qū)物、反應(yīng)物、催化物、載體、清除物、清潔物、上述的組合以及任何導(dǎo)入腔室主體112中的其他流體。蓋組件200包括多種堆迭在一起的組件。例如，蓋組件200包括蓋緣210、氣體輸送組件220與頂板250。蓋緣210經(jīng)設(shè)計(jì)以支撐構(gòu)成蓋組件200的部件的重量，并耦接至腔室主體112的上表面以提供內(nèi)部腔室部件的存取。氣體輸送組件220耦接至蓋緣210 的上表面并經(jīng)配置以與其達(dá)成最小的熱接觸。舉例而言，蓋組件200的部件較佳由導(dǎo)熱性高且熱阻低的材料(例如，具有高度拋光表面的鋁合金)所構(gòu)成。部件的熱阻較佳低于約 hl(T4m2K/W。氣體輸送組件220可包括氣體分配板225或噴頭。氣體供應(yīng)面板(未顯示)通常用來(lái)提供一或更多氣體至腔室100。應(yīng)用的獨(dú)特氣體取決于即將執(zhí)行于腔室100中的處理。例如，典型氣體包括一或更多前驅(qū)物、還原劑、催化劑、載體、清除物、清潔物或上述的任何混合物或組合。一般而言，將一或更多氣體引導(dǎo)至腔室100進(jìn)入蓋組件200，接著透過(guò)氣體輸送組件220進(jìn)入腔室主體112。可應(yīng)用電子操控的閥與/或流量控制機(jī)制(未顯示) 來(lái)控制氣體自氣體供應(yīng)器流入腔室100。一態(tài)樣中，將氣體自氣體供應(yīng)面板輸送至腔室100，氣體管線于腔室100中以T字型分成兩個(gè)單獨(dú)氣體管線，其如上述般供給氣體至腔室主體112。取決于處理，可用此種方式輸送任何數(shù)目的氣體并可在腔室100中或在其輸送至腔室100之前混合。再度參照?qǐng)D4，蓋組件200可進(jìn)一步包括電極M0，以在蓋組件200中產(chǎn)生反應(yīng)物種的等離子體。此實(shí)施例中，電極240支撐于頂板250上并與其電隔離。絕緣填充環(huán)(未顯示)配置于電極240下部周?chē)苑指綦姌O240與頂板250。環(huán)狀絕緣體(未顯示)配置于絕緣填充環(huán)上部周?chē)⒆溆陧敯?50的上表面，如圖3所示。環(huán)狀絕緣體(未顯示)接著配置于電極240上部周?chē)灾码姌O240與蓋組件200的其他部件電絕緣。各個(gè)這些環(huán)、 絕緣填充體與環(huán)狀絕緣體可由氧化鋁或任何其他絕緣、處理相容的材料所構(gòu)成。電極240耦接至功率源340而氣體輸送組件220接地。因此，在電極240與氣體輸送組件220間形成的空間中擊發(fā)一或更多處理氣體的等離子體。等離子體也可容納于阻隔板形成的空間中。阻隔板組件不存在的情況下，等離子體擊發(fā)與容納于電極240與氣體輸送組件220之間。任一實(shí)施例中，等離子體充分地局限或容納于蓋組件200中?？蓱?yīng)用任何能夠激發(fā)氣體成為反應(yīng)物種并維持反應(yīng)物種的等離子體的功率源。舉例而言，可應(yīng)用射頻(RF)、直流電(DC)、交流電(AC)或微波(MW)式功率放電技術(shù)。也可通過(guò)熱式技術(shù)、氣體分解技術(shù)、高強(qiáng)度光源(例如，UV能量)、或接觸X-射線源來(lái)產(chǎn)生激發(fā)作用?；蛘?，可應(yīng)用遠(yuǎn)端激活源(例如，遠(yuǎn)端等離子體產(chǎn)生器)來(lái)產(chǎn)生反應(yīng)物種的等離子體， 其接著被輸送至腔室100。示范性遠(yuǎn)端等離子體產(chǎn)生器可自諸如MKS儀器公司與Advanced Energy工業(yè)公司的廠商取得。RF功率供應(yīng)器較佳耦接至電極240?？扇Q于處理氣體與即將執(zhí)行于腔室100中的操作來(lái)加熱氣體輸送組件220。一實(shí)施例中，例如將加熱元件270(例如，電阻式加熱器)耦接至氣體輸送組件220。一實(shí)施例中，加熱元件270是管狀件且被按壓進(jìn)入氣體輸送組件220的上表面。氣體輸送組件220 的上表面包括溝槽或凹入式通道，其寬度略小于加熱元件270的外直徑，以致利用過(guò)盈配合將加熱元件270固持于溝槽中。由于輸送組件220的部件(包括氣體輸送組件220與阻擋組件230)傳導(dǎo)性耦接于彼此，加熱元件270可調(diào)控氣體輸送組件220的溫度。處理腔室的額外詳情可見(jiàn)于2005 年2月22日申請(qǐng)的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)案11/063，645，其以參考資料在此并入本文中。處理腔室100特別有用于執(zhí)行等離子體輔助的干法蝕刻處理，其需要加熱與冷卻基板表面而不破壞真空。一實(shí)施例中，處理腔室100可用來(lái)選擇性移除基板上的一或更多氧化物。為了簡(jiǎn)化及方便描述，現(xiàn)將描述執(zhí)行于處理腔室100中利用氨(NH3)與三氟化氮
8(NF3)氣體混合物來(lái)移除一或更多氧化硅的示范性干法蝕刻處理。一般認(rèn)為處理腔室100 對(duì)任何能自基板加熱與冷卻兩者(包括退火處理)均在單一處理環(huán)境中的等離子體處理受益的干法蝕刻處理是有利的。 參照?qǐng)D4，干法蝕刻處理開(kāi)始于將基板110 (例如，半導(dǎo)體基板)置于處理腔室100 中。通常透過(guò)狹縫閥開(kāi)口 160而將基板置入腔室主體112，并將基板配置于支撐構(gòu)件310的上表面?？蓪⒒?10吸附于支撐構(gòu)件310的上表面。較佳通過(guò)抽真空而將基板110吸附于支撐構(gòu)件310的上表面。若尚未處于處理位置中，接著將支撐構(gòu)件310提高至腔室主體 112中的處理位置。腔室主體112較佳維持于50°C與80°C之間的溫度，更佳約65°C。通過(guò)將傳熱媒介流過(guò)通道113以維持腔室主體112的溫度。 通過(guò)將傳熱媒介或冷卻劑流過(guò)形成于支撐組件300中的流體通道而將基板110冷卻至低于65°C，例如15°C與50°C之間。一實(shí)施例中，將基板維持低于室溫下。另一實(shí)施例中，將基板維持于22°C與40°C之間的溫度下。一般而言，將支撐構(gòu)件310維持在低于約22°C 下以達(dá)到上方指出的所欲基板溫度。為了冷卻支撐構(gòu)件310，將冷卻劑流過(guò)形成于支撐組件300中的流體通道。連續(xù)流動(dòng)的冷卻劑是較佳的，以便更好地控制支撐構(gòu)件310的溫度。 冷卻劑較佳是50體積百分比的乙二醇與50體積百分比的水。當(dāng)然，只要可維持所欲的基板溫度，可應(yīng)用任何比例的水與乙二醇。將蝕刻氣體混合物引導(dǎo)至腔室100以選擇性移除基板110表面上的不同氧化物。 一實(shí)施例中，接著將氨與三氟化氮?dú)怏w導(dǎo)入腔室100以形成蝕刻氣體混合物。導(dǎo)入腔室中的各個(gè)氣體數(shù)量是可改變的且可經(jīng)調(diào)整以符合諸如即將移除的氧化物層的厚度、即將清潔的基板的幾何形狀、等離子體的容積量(volume capacity)、腔室主體112的容積量、以及耦接至腔室主體112的真空系統(tǒng)的性能?？深A(yù)先確定蝕刻氣體混合物的比例以選擇性移除基板表面上的不同氧化物。一實(shí)施例中，蝕刻氣體混合物中的成分比例可經(jīng)調(diào)整以均勻地移除不同的氧化物，諸如熱氧化物、沉積的氧化物與/或原生氧化物。一實(shí)施例中，蝕刻氣體混合物中的氨相對(duì)三氟化氮的摩爾比例可經(jīng)設(shè)定以均勻地移除不同的氧化物。一態(tài)樣中，添加氣體以提供氨相對(duì)三氟化氮的摩爾比例至少1 1的氣體混合物。另一態(tài)樣中，氣體混合物的摩爾比例為至少約 3 1(氨相對(duì)三氟化氮)。較佳以5 1(氨相對(duì)三氟化氮)至30 1的摩爾比例將氣體導(dǎo)入腔室100。氣體混合物的摩爾比例更佳為約5 1(氨相對(duì)三氟化氮)至10 1。氣體混合物的摩爾比例也可位于約10 1 (氨相對(duì)三氟化氮)與約20 1之間。也可將凈化氣體或載氣添加至蝕刻氣體混合物。舉例而言，可應(yīng)用任何適當(dāng)?shù)那宄龤怏w/載氣，諸如氬、氦、氫、氮或上述的混合物。一般而言，總的蝕刻氣體混合物是約 0.05%至約20%體積的氨與三氟化氮。剩余部分為載氣。一實(shí)施例中，首先在活性氣體之前將清除氣體或載氣導(dǎo)入腔室主體112以穩(wěn)定腔室主體112中的壓力。腔室主體112中的操作壓力是可以改變的。一般而言，壓力維持于約500mTorr與約30Torr之間。較佳將壓力維持于約ITorr與約IOTorr之間。更佳將腔室主體112中的操作壓力維持于約3Torr與約6Torr之間。將約5與約600瓦特之間的RF功率施加于電極MO以在容納于氣體輸送組件220 中的空間261、262與沈3中點(diǎn)燃?xì)怏w混合物的等離子體。RF功率較佳低于100瓦特。更佳的是施加功率的頻率非常低，例如低于100kHz。頻率范圍較佳在約50kHz至約90kHz之間。等離子體能量解離氨與三氟化氮?dú)怏w成為反應(yīng)物種，其經(jīng)化合而形成高度活性的氣相氟化銨(NH4F)化合物與/或氟化氫銨(NH4F -HF)。這些分子接著透過(guò)氣體分配板225 的孔225A流過(guò)氣體輸送組件220以與即將處理的基板表面反應(yīng)。一實(shí)施例中，首先將載氣導(dǎo)入腔室100、產(chǎn)生載氣的等離子體、并接著將活性氣體(氨與三氟化氮)添加至等離子體。不受限于理論，但認(rèn)為蝕刻劑氣體(NH4F與/或NH4F -HF)與氧化硅表面反應(yīng)以形成六氟硅酸銨(NH4) 2SiF6、NH3% H2O產(chǎn)物。NH3與H2O在處理?xiàng)l件下是氣相的并由真空泵125 自腔室100移除。明確地說(shuō)，在氣體通過(guò)真空口 131離開(kāi)腔室100進(jìn)入真空泵125之前，揮發(fā)性氣體透過(guò)形成于襯墊層133中的孔135流入抽吸通道129。將(NH4)2SiF6的薄膜留在基板表面上。此反應(yīng)機(jī)制可概述如下NF3+3NH3 — NH4F+NH4F · HF+N26NH4F+Si02— (NH4) 2SiF6+2H20+4NH3
(NH4) 2SiF6+ 熱—2NH3+2HF+SiF4在基板表面上形成薄膜之后，可將支撐構(gòu)件310提高至相當(dāng)接近加熱的氣體分配板225的退火位置。氣體分配板225輻射的熱量可分離或升華(NH4)2SiF6W薄膜成為揮發(fā)性SiF4、NH3與HF產(chǎn)物。接著由真空泵125而如同上述般將這些揮發(fā)性產(chǎn)物自腔室100移除。一般而言，75°C或更高的溫度用來(lái)有效地自基板110升華與移除薄膜。較佳應(yīng)用100°C 或更高的溫度，例如約115°C與約200°C之間。用于將(NH4)2SiF6的薄膜分離成其揮發(fā)性成分的熱能由氣體分配板225對(duì)流或輻射而來(lái)。如上所述，加熱元件270直接耦接至分配板225，并經(jīng)活化以加熱分配板225以及與其熱接觸的部件至約75V與250°C之間的溫度。一態(tài)樣中，分配板225加熱至100°C與 150°C之間的溫度，例如約120°C。具有薄膜于其上的基板110上表面與分配板225之間的距離并非關(guān)鍵性的且為例行實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題。本領(lǐng)域技術(shù)人員可輕易確定有效率與有效地蒸發(fā)薄膜而不傷害下方基板所需的間隔。然而，認(rèn)為約0. 254mm(10密爾)與5. 08mm(200密爾)之間的間隔是有效的。一但已經(jīng)自基板移除薄膜之后，可清除與排空處理腔室100。接著通過(guò)降低支撐組件300至傳送位置、釋放基板、并傳送基板通過(guò)狹縫閥開(kāi)口 160而自腔室主體112移除處理的基板。實(shí)施例蝕刻過(guò)程中，將kccm的NF3、IOsccm的NH3與2，500sccm的氬的氣體混合物導(dǎo)入真空腔室。利用100瓦特的功率點(diǎn)燃?xì)怏w混合物的等離子體。供應(yīng)1，500SCCm的氬至腔室下部以用于底部清除。供應(yīng)50sCCm的氬至基板支撐件的邊緣部分附近以用于邊緣清除。腔室壓力維持于約6Τοπ·下，而基板溫度為約22°C?；褰?jīng)蝕刻長(zhǎng)達(dá)120秒。退火過(guò)程中，基板與加熱的腔室蓋之間的間距為750密爾而蓋溫度為120°C?；褰?jīng)退火長(zhǎng)達(dá)約60秒。自基板表面移除約50埃的材料。并無(wú)發(fā)現(xiàn)退火效應(yīng)。蝕刻速度為約 0. 46埃/秒(28A/分)。觀察到的蝕刻均勻性對(duì)50 A蝕刻為約5%。除非另有明示，否則本說(shuō)明書(shū)與權(quán)利要求中用來(lái)表示成分?jǐn)?shù)量、特性、反應(yīng)條件等等的所有數(shù)字應(yīng)理解為近似值。這些近似值以本發(fā)明企圖得到的所欲特性與測(cè)量誤差為基礎(chǔ)，并應(yīng)至少依照記述的明顯數(shù)字并通過(guò)應(yīng)用湊整技術(shù)而加以理解。再者，任何本文陳述的數(shù)量(包括溫度、壓力、間距、摩爾比例、流率等等)可進(jìn)一步最佳化以達(dá)到所欲的蝕刻選擇性與特定性能。Siconi蝕刻方法與設(shè)備的額外描述可見(jiàn)于美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)案2007/0123051， 名稱為“Oxide Etch with NH3-NF3 Chemistry”，其通過(guò)參考并入本文中。圖5A-5B示意性描述根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例修飾溝槽輪廓。如圖5A所示，溝槽結(jié)構(gòu)52形成于基板50中。溝槽結(jié)構(gòu)52形成為穿過(guò)包括第一材料的第一層53，并進(jìn)入包括第二材料的第二層51。溝槽結(jié)構(gòu)52的側(cè)壁5 包括上部的第一材料與下部的第二材料。通過(guò)讓基板50接觸蝕刻劑以形成犧牲層M于基板50上好夾封溝槽結(jié)構(gòu)52的頂部開(kāi)口 52b。一實(shí)施例中，蝕刻劑設(shè)以通過(guò)與第一及第二材料反應(yīng)并產(chǎn)生來(lái)自與第一材料及第二材料反應(yīng)的副產(chǎn)物來(lái)蝕刻第一材料與第二材料兩者。犧牲層M包括蝕刻劑與第一材料之間以及蝕刻劑與第二材料之間反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物。一實(shí)施例中，蝕刻劑蝕刻第一材料遠(yuǎn)快于蝕刻劑蝕刻第二材料。如圖5A所示，蝕刻劑與第一材料快速地反應(yīng)而犧牲層討夾封包括第一材料的頂部開(kāi)口 52b，而蝕刻劑與第二材料反應(yīng)相對(duì)較慢而犧牲層M在溝槽結(jié)構(gòu)52底部是非常薄的。一實(shí)施例中，第一材料包括氧化硅、第二材料包括低_k材料、而蝕刻劑包括氨與三氟化氮的混合物，其蝕刻氧化硅的速度遠(yuǎn)快于其蝕刻低_k材料。類(lèi)似于上述的處理30，蝕刻劑可持續(xù)流過(guò)基板50以進(jìn)一步與第一材料反應(yīng)并通過(guò)擴(kuò)散經(jīng)過(guò)犧牲層M而與第二材料反應(yīng)。因此，可蝕刻更多的材料。然而，蝕刻速率沿著側(cè)壁52向下而減緩。一實(shí)施例中，可針對(duì)理想溝槽拓寬而改變蝕刻時(shí)間與/或蝕刻劑流率。接下來(lái)，如圖5B所示般移除犧牲層M而暴露修飾的溝槽輪廓57。原始的溝槽輪廓以圖5B的虛線顯示。比較原始的溝槽輪廓與修飾的溝槽輪廓57，顯示出已經(jīng)自溝槽結(jié)構(gòu) 52的上部移除更多的材料而提供變寬的頂部開(kāi)口。一實(shí)施例中，犧牲層M的形成、持續(xù)蝕刻、及犧牲層M的移除可執(zhí)行于相同的處理腔室中，例如圖4的處理腔室100。圖5C示意性描繪基板50接下來(lái)形成的襯墊膜55與填充材料56。拓寬的溝槽輪廓可讓填充材料56形成于溝槽結(jié)構(gòu)52中而不形成空隙。雖然此處描述了一種干法蝕刻方法，但可依照本發(fā)明實(shí)施例應(yīng)用任何可通過(guò)與即將蝕刻材料反應(yīng)并產(chǎn)生副產(chǎn)物而作用的適當(dāng)蝕刻劑。本發(fā)明的實(shí)施例可用于任何稱為溝槽與/或介層洞輪廓修飾作用的情況。例如， 本發(fā)明的實(shí)施例可用來(lái)在沉積導(dǎo)電材料(諸如，銅或鋁)之前修飾溝槽與介層洞輪廓以形成晶片互連。本發(fā)明的實(shí)施例也可在制造相變存儲(chǔ)單元的鍺-硒-碲(GST)填充之前用來(lái)修飾溝槽與介層洞輪廓。本發(fā)明的實(shí)施例還可在制造晶體管中的柵極金屬填充之前用來(lái)修飾溝槽與/或介層洞輪廓。雖然上述涉及本發(fā)明的實(shí)施例，但可在不悖離本發(fā)明的基本范圍下設(shè)計(jì)出本發(fā)明的其他與更多實(shí)施例，而本發(fā)明的范圍由下方的權(quán)利要求所界定。
權(quán)利要求
1.一種處理基板的方法，至少包括于該基板上形成溝槽結(jié)構(gòu)，其中該溝槽結(jié)構(gòu)的側(cè)壁包括第一材料；及拓寬該溝槽結(jié)構(gòu)的頂部開(kāi)口，其中該拓寬頂部開(kāi)口的步驟包括 通過(guò)讓該基板接觸蝕刻劑而形成犧牲層來(lái)夾封該溝槽結(jié)構(gòu)的頂部開(kāi)口，其中該犧牲層包括該蝕刻劑與該第一材料間的反應(yīng)的副產(chǎn)物；通過(guò)持續(xù)讓該基板接觸該蝕刻劑而讓該蝕刻劑與該第一材料進(jìn)一步反應(yīng)；及自該基板移除該犧牲層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該蝕刻劑設(shè)以通過(guò)與該第一材料反應(yīng)并產(chǎn)生該副產(chǎn)物而移除該第一材料。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該形成犧牲層的步驟包括讓該基板接觸由該蝕刻劑產(chǎn)生的等離子體。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括沉積第二材料以填充該具有經(jīng)拓寬的開(kāi)口的溝槽結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中該形成犧牲層的步驟包括 確定該蝕刻劑的第一流率好讓該副產(chǎn)物夾封該頂部開(kāi)口 ；在該第一流率下流動(dòng)該蝕刻劑以?shī)A封該頂部開(kāi)口。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中該拓寬頂部開(kāi)口的步驟還包括 提高該第一流率以增加拓寬程度。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中該第一材料包括氮化硅、氧化硅、或上述的組合之一者，而該蝕刻劑包括含氟、氮與氫源。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該蝕刻劑包括三氟化氮(NF3)與氨(NH3)的混合物； 三氟化氮(NF3)與氫氣(H2)的混合物；三氟化氮(NF3)、氫氣(H2)與氮?dú)?N2)的混合物 ’三氟化氮(NH3)與氟化氫(HF)的混合物；或其他類(lèi)似的含氟、氮與氫源之一者。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該第二材料包括用于互連結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電材料、用于相變存儲(chǔ)器的鍺-硒-碲(GST)填充、或用于金屬柵極的柵極金屬填充之一者。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該移除犧牲層的步驟包括退火該基板。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該形成溝槽結(jié)構(gòu)的步驟包括 形成溝槽于該基板上；及沉積襯墊層于該基板上，其中該襯墊層包括該第一材料。
12.一種處理基板的方法，至少包括將該基板置于處理腔室中，其中該基板具有溝槽結(jié)構(gòu)，而該溝槽結(jié)構(gòu)的側(cè)壁包括第一材料；流動(dòng)第一處理氣體至該處理腔室以形成犧牲層來(lái)夾封該溝槽結(jié)構(gòu)的頂部開(kāi)口； 在已經(jīng)夾封該頂部開(kāi)口之后持續(xù)該第一處理氣體的流動(dòng)；及退火該基板以自該溝槽結(jié)構(gòu)移除該犧牲層。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括確定該第一處理氣體的第一流率好讓該副產(chǎn)物夾封該溝槽結(jié)構(gòu)的頂部開(kāi)口，其中該第一處理氣體設(shè)以通過(guò)與該第一材料反應(yīng)以產(chǎn)生該副產(chǎn)物而移除該第一材料。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該確定第一流率的步驟包括 提高該第一流率以在移除該犧牲層之后得到更加拓寬的頂部開(kāi)口 ；及降低該第一流率以在移除該犧牲層之后得到較沒(méi)拓寬的頂部開(kāi)口。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該第一處理氣體包括三氟化氮(NF3)與氨(NH3)的混合物；三氟化氮(NF3)與氫氣(H2)的混合物；三氟化氮(NF3)、氫氣(H2)與氮?dú)?N2)的混合物；三氟化氮(NH3)與氟化氫(HF)的混合物；或其他類(lèi)似的含氟、氮與氫源之一者。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例大致關(guān)于處理半導(dǎo)體基板的設(shè)備與方法。明確地說(shuō)，本發(fā)明的實(shí)施例關(guān)于在填充溝槽與介層洞之前用于溝槽與介層洞輪廓的修飾的方法與設(shè)備。本發(fā)明的一實(shí)施例包括通過(guò)讓溝槽結(jié)構(gòu)接觸蝕刻劑以形成犧牲層來(lái)夾封溝槽結(jié)構(gòu)的頂部開(kāi)口。一實(shí)施例中，蝕刻劑設(shè)以與第一材料反應(yīng)并產(chǎn)生形成犧牲層的副產(chǎn)物而移除第一材料。
文檔編號(hào)H01L21/28GK102224573SQ200980147109
公開(kāi)日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2009年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月24日
發(fā)明者呂新亮, 張梅, 葛振賓, 高建德 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司