[发明专利]使用硅氢卤化物前体的SiN的等离子体增强原子层沉积(PEALD)

说明书

提供了用于形成氮化硅膜的方法。在一些实施例中，氮化硅可以通过原子层沉积(ALD)，例如等离子体增强ALD沉积。一个或多个氮化硅沉积循环包含顺序等离子体预处理阶段，其中衬底依次暴露于氢等离子体，然后在不存在氢等离子体的情况下暴露于氮等离子体，以及沉积阶段，其中衬底暴露于硅前体。在一些实施例中，使用硅氢卤化物前体沉积氮化硅。氮化硅膜可以具有高侧壁保形性，并且在一些实施例中，氮化硅膜可以在沟槽结构中的侧壁的底部比在侧壁的顶部更厚。在间隙填充过程中，氮化硅沉积工艺可以减少或消除空隙和接缝。

技术领域

本公开大体上涉及半导体领域器件制造领域，并且更具体地，涉及具有氢等离子体和氮等离子体处理步骤的氮化硅膜的原子层沉积。

背景技术

通过典型的等离子体增强原子层沉积(PEALD)工艺沉积在三维结构上的氮化硅(SiN)膜可能具有许多不期望的特征，例如低侧壁保形性和/或相对较差的阶梯覆盖率，从而导致例如在间隙填充过程中的空隙形成的问题。当SiN通过PEALD沉积到具有高纵横比(AR)的结构上时尤其如此。图1示出了通过常规方法在纵横比为10的衬底上通过PEALD沉积在三维结构上的氮化硅膜的典型实例的扫描透射电子显微镜(STEM)图像。

缺乏侧壁保形性可能由沟槽或其他特征入口处的较高生长速率，以及至少部分由于在沟槽内部不均匀的反应物暴露而内部生长较慢所导致。保形性的缺乏也可能由在等离子体处理期间沟槽入口处的重新溅射导致。膜质量可以足以用于在沟槽顶部上或在三维结构的平面区域上，但不在三维结构的侧壁或其他非水平或垂直表面上的目标应用。

发明内容

可以使用原子层沉积来沉积氮化硅膜。在一些实施例中，氮化硅可以通过原子层沉积(ALD)，例如等离子体增强ALD沉积。在一些实施例中，包含第一等离子体处理步骤和第二等离子体处理步骤的等离子体预处理阶段作为用于形成氮化硅的PEALD沉积循环的一部分来进行。在一个或多个沉积循环中，等离子体预处理阶段包含依次将衬底暴露于氢等离子体和不存在氢等离子体的氮等离子体。

在等离子体预处理阶段之后，在氮化硅沉积循环中进行氮化硅沉积阶段。在氮化硅沉积阶段中，将衬底暴露于硅前体。在一些实施例中，衬底交替且依次暴露于硅前体和氮反应物。在一些实施例中，使用硅氢卤化物前体沉积氮化硅。在一些实施例中，氮化硅沉积阶段在等离子体预处理阶段之前在两个或更多个连续氮化硅沉积循环中进行。在此类实施例中，等离子体预处理工艺在随后的氮化硅沉积循环的氮化硅沉积阶段之前修饰衬底表面。

通过所公开的方法沉积的氮化硅膜可以具有高侧壁保形性，并且在一些实施例中，氮化硅膜在沟槽结构中的侧壁的底部可以比在侧壁的顶部更厚。在间隙填充过程中，氮化硅沉积工艺可以减少或消除空隙和接缝。

附图说明

将从具体实施方式和附图更好地理解本发明，附图旨在说明而不是限制本发明，并且其中：

图1示出了通过常规方法沉积在AR为10的三维结构上的SiN膜的STEM图像。

图2是大体示出根据一些实施例通过PEALD工艺在每个沉积循环中利用顺序等离子体预处理形成氮化硅膜的方法的流程图。

图3是示出根据一些实施例的用于利用顺序等离子体预处理形成氮化硅膜的沉积循环中的气流和等离子体功率的图表。在所描绘的沉积循环中，顺序等离子体预处理阶段311包括暴露于氢等离子体持续第一时间段340，然后在不存在氢等离子体的情况下暴露于氮等离子体持续第二时间段350。在顺序等离子体预处理阶段311之后，SiN沉积阶段312包括暴露于硅前体370，接着是硅前体净化步骤380，暴露于氮等离子体390和氮等离子体净化步骤392。流动氮气310可以用作硅前体的载气并且在步骤380和392中充当净化气体。