衬底处理方法与流程

1.本公开涉及处理其中包括凹陷区域的衬底的方法，更具体地，涉及填充衬底的间隙结构的方法。


背景技术：

2.间隙填充过程广泛用于半导体制造过程中，指的是用于在间隙结构中填充绝缘材料或导电材料的填充过程，例如浅沟槽隔离(sti)。另一方面，随着半导体器件集成度的增加，间隙结构的纵横比(a/r)也在增加，因此，用于填充间隙结构而没有接缝或空隙的技术的难度也在增加。
3.化学气相沉积(cvd)方法或等离子体化学气相沉积(pecvd)方法通常用作半导体制造过程中的沉积技术，并且在这些方法中，源气体和反应气体被同时供应到反应空间中以在衬底上沉积期望的膜，因此，具有成膜速率高的优点。然而，在将化学气相沉积方法应用于间隙填充过程的情况下，由于间隙结构的上部区域中的成膜速率相对大于其下部区域中的成膜速率，因此具有间隙结构的入口部分首先被封闭的缺点。
4.因此，可以使用原子层沉积方法来执行间隙填充过程，其中可以形成沿着间隙结构的间隙的底部和侧壁表面具有相对均匀厚度的膜。另一方面，在现有技术中，当间隙结构的纵横比低或者间隙结构相对简单时，可以使用逐层方法，例如原子层沉积方法来填充间隙，同时沿着间隙的表面共形地形成膜。然而，随着间隙结构的纵横比随半导体集成电路的集成度的增加而增加，通过传统的原子层沉积方法在间隙中无空隙地填充间隙变得越来越困难。
5.图1是概念性地示出了在传统的一般间隙填充过程中在间隙中形成空隙的过程的图。参考图1a，示出了在衬底10中形成间隙11的间隙结构。通过使用原子层沉积方法执行间隙填充过程，在形成有间隙11的衬底10上形成间隙填充层12。间隙填充层12共形地形成在间隙结构的暴露表面上，即沿着间隙的底表面和侧壁表面，但是间隙填充层12形成为在间隙11的入口区域中相对较厚，即在间隙11的上部区域中比在下部区域中相对较厚。
6.参照图1b，随着间隙填充过程进一步进行，间隙11的上部区域中的间隙填充层12的厚度逐渐变厚，并且最终间隙填充层12在间隙11的上部区域中彼此相遇，以在间隙11中形成空隙14，同时首先封闭间隙的上部区域。
7.这样，间隙填充层12的厚度在间隙11的上部区域变得比下部区域厚的原因是，在原子层沉积方法中，随着间隙纵横比的增加以及源气体、反应气体和吹扫气体等的切换周期的缩短，由于气体移动到间隙中的距离的限制，上述气体不能充分到达间隙的下部区域，因此，虽然在间隙的下部区域中没有充分地发生成膜，但是气体被平稳地供应到间隙的上部区域中，从而在其上部区域中充分地发生成膜。


技术实现要素：

8.本公开提供了一种衬底处理方法，其中可以填充间隙，而在间隙填充过程中不会
在间隙中出现空隙。
9.本公开提供了一种衬底处理方法，其中在间隙填充过程中，可以填充间隙，同时在间隙中的期望位置形成空隙。
10.额外的方面将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显而易见，或者可以通过实践本公开的所呈现的实施例来了解。
11.根据本公开的一方面，提供了一种处理衬底的方法，该方法包括：将衬底提供到反应空间中，该衬底包括具有预定横截面积和深度的间隙；执行第一子循环步骤，用于通过原子层沉积方法沿着间隙的表面沉积预定厚度的间隙填充材料；执行第二子循环步骤，用于使用沉积抑制剂在间隙的上部区域中形成沉积抑制区域；以及重复超循环，使得间隙的入口区域的横截面积保持大于位于入口区域下方的其下部区域的横截面积，超循环包括至少一个第一子循环和至少一个第二子循环，其中间隙被填充而在间隙中不出现空隙。
12.在一些实施例中，在重复超循环的步骤中，可以调节第一子循环的数量与第二子循环的数量的重复比，以控制沉积抑制区域的沉积抑制终点的深度。在一些实施例中，第一子循环的数量与第二子循环的数量的重复比可以在约15至约40的范围内。
13.在一些实施例中，可以执行重复超循环的步骤，同时恒定地保持第一子循环的数量与第二子循环的数量的重复比。在一些实施例中，可以执行重复超循环的步骤，同时逐渐地增加或减少第一子循环的数量与第二子循环的数量的重复比。
14.在一些实施例中，在重复超循环的步骤中，可以调节第二子循环中的沉积抑制剂的流量，以控制沉积抑制区域的沉积抑制终点的深度。在一些实施例中，可以通过调节沉积抑制剂与随沉积抑制剂一起供应的吹扫气体的分数来控制沉积抑制剂的流量，以控制沉积抑制终点的深度。
15.在一些实施例中，该方法可以进一步包括在重复超循环的步骤完成之后，仅重复第一子循环步骤。在一些实施例中，该方法可以进一步包括在完全填充间隙之后平坦化间隙表面的步骤。
16.在一些实施例中，在超循环之一内，第二子循环步骤可以不连续执行。
17.在一些实施例中，超循环可以进一步包括在第一子循环和第二子循环之间以及第二子循环和第一子循环之间的至少一个中执行气体交换步骤。在一些实施例中，气体交换步骤可以包括真空吹扫步骤以及反应气体预流动步骤和沉积抑制剂预流动步骤中的至少一个。
18.在一些实施例中，沉积抑制剂可以包括含氮气体或含氟气体中的至少一种，并且含氟气体可以包括nf3,f2,cf4,brf3,sf6和clf3中的至少一种或其混合物。
19.在一些实施例中，在第二子循环中，可以同时供应高频功率和低频功率以激活沉积抑制剂。
20.根据本公开的一方面，提供了一种处理衬底的方法，该方法包括：将衬底提供到反应空间中，衬底包括具有预定横截面积和深度的间隙；执行第一子循环步骤，用于通过原子层沉积方法沿着间隙的表面沉积预定厚度的间隙填充材料；执行第二子循环步骤，用于使用沉积抑制剂在间隙的上部区域中形成沉积抑制区域；以及重复超循环，使得空隙的上端位于距离间隙的入口区域的期望深度处，超循环包括至少一个第一子循环和至少一个第二子循环；以及平坦化间隙的表面，使得空隙被掩埋在间隙内。
21.在一些实施例中，在重复超循环的步骤中，可以调节第一子循环的数量与第二子循环的数量的重复比，以控制沉积抑制区域的沉积抑制终点的深度。
22.在一些实施例中，在超循环期间，第一子循环的数量与第二子循环的数量的重复比可以保持恒定。在一些实施例中，在超循环期间，第一子循环的数量与第二子循环的数量的重复比可以逐渐地增加或逐渐地减少。
23.在一些实施例中，在重复超循环的步骤中，可以调节第二子循环中的沉积抑制剂的流量，以控制沉积抑制区域的沉积抑制终点的深度。在一些实施例中，可以通过调节沉积抑制剂与随沉积抑制剂一起供应的吹扫气体的分数来控制沉积抑制剂的流量，以控制沉积抑制终点的深度。
24.在一些实施例中，超循环可以进一步包括在第一子循环和第二子循环之间以及第二子循环和第一子循环之间的至少一个中执行气体交换步骤。
25.在一些实施例中，沉积抑制剂可以包括含氮气体或含氟气体，其包括nf3,f2,cf4,brf3,sf6和clf3中的至少一种或其混合物。
26.在一些实施例中，间隙可以是非竖直间隙，其中间隙的中间区域中的间隙宽度大于间隙的上部区域中的其宽度。
附图说明
27.从以下结合附图的描述中，本公开的某些实施例的上述和其他方面、特征和优点将变得更加明显，其中：
28.图1a和1b是概念性地示出在间隙结构中形成空隙的过程的截面图；
29.图2a-2e是示出根据本公开的示例实施例的间隙填充过程的截面图；
30.图3a是示出根据本公开的示例实施例的间隙填充过程的过程顺序的图；
31.图3b是根据本公开的示例实施例的间隙填充过程的流程图；
32.图4a是示出根据本公开的另一示例实施例的间隙填充过程的过程顺序的图；
33.图4b是根据本公开的另一示例实施例的间隙填充过程的流程图；
34.图5是根据本公开的示例实施例的间隙填充过程中根据是否使用沉积抑制剂来比较沉积轮廓的图；
35.图6a-6c是根据本公开的示例实施例的间隙填充过程中根据沉积抑制剂的类型来比较沉积轮廓的图；
36.图7a和7b是根据本公开的示例实施例的间隙填充过程中，对于非竖直间隙，根据第一子循环的数量与第二子循环的数量的重复比的大小来概念性地比较沉积轮廓的图；
37.图8a-8c是与不使用沉积抑制剂的情况相比，在根据本公开的示例实施例的间隙填充过程中，根据第一子循环的数量与第二子循环的数量的重复比的大小的沉积轮廓图；
38.图9a-9c是与不使用沉积抑制剂的情况相比，在根据本公开的示例实施例的间隙填充过程中，根据第一子循环的数量与第二子循环的数量的重复比的大小的沉积轮廓图；
39.图10a-10d是在根据本公开的示例实施例的间隙填充过程中根据沉积抑制剂与氩气的流量分数来比较沉积轮廓的图；
40.图11是示出根据本公开的示例实施例的根据第二子循环的数量的下层损失的图；
41.图12a和12b是用于解释根据本公开的示例实施例的根据沉积抑制剂的流量和rf
功率的沉积抑制程度的图，图12a示出了过程条件，图12b示出了根据图12a的过程条件的ft-ir对比图；
42.图13是根据本公开的示例实施例的比较根据图12a的过程条件的沉积膜的相对厚度的图；
43.图14a-14f是示出根据本公开的另一示例实施例的间隙填充过程的截面图；
44.图15a-15d是比较根据本公开的另一示例实施例的间隙填充过程中间隙结构中的空隙的竖直位置的概念图；以及
45.图16a-16c是根据本公开的另一示例实施例的根据第一子循环的数量与第二子循环的数量的重复比的大小来比较间隙结构中的空隙的竖直位置和尺寸的图。
具体实施方式
46.现在将详细参考实施例，其示例在附图中示出，其中相同的附图标记始终表示相同的元件。在这点上，本实施例可以具有不同的形式，并且不应被解释为限于这里阐述的描述。因此，下面仅通过参考附图来描述实施例，以解释本说明书的各个方面。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。当在元素列表之前时，诸如
“…
中的至少一个”的表述修改整个元素列表，而不修改列表的单个元素。
47.在下文中，将参照附图详细描述本公开的实施例。
48.提供本公开的实施例是为了向本领域普通技术人员进一步解释本公开，并且下面的实施例可以具有不同的形式，并且本公开的范围不应被解释为限于这里阐述的描述。相反，提供这些实施例是为了使本公开彻底和完整，并将本公开的范围完全传达给本领域普通技术人员。
49.这里使用的术语是用于描述特定的实施例，并不旨在限制本公开。如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文清楚地另外指出。还应当理解，这里使用的术语“包括”、“包含”指定存在所陈述的特征、整数、步骤、过程、构件、部件和/或其组合，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、过程、构件、部件和/或其组合。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。
50.应当理解，尽管术语第一、第二等可以在这里用来描述各种构件、部件、区域、层和/或部分，但这些构件、部件、区域、层和/或部分不应受到这些术语的限制。这些术语不表示任何特定的顺序、高低或重要性，而是仅用于将一个构件、区域、层和/或部分与另一个构件、区域、层和/或部分区分开。因此，在不脱离实施例的教导的情况下，下面讨论的第一构件、部件、区域、层或部分可被称为第二构件、部件、区域、层或部分。
51.下文将参照附图描述本公开的实施例，在附图中示意性地示出了本公开的实施例。在附图中，由于例如制造技术和/或公差，可以预期与所示形状的变化。因此，本公开的实施例不应被解释为限于本文所示的区域的特定形状，而是可以包括例如由制造过程导致的形状偏差。
52.首先，将给出对根据本公开的实施例的间隙填充过程的描述，该间隙填充过程用于通过控制在间隙结构中的间隙的侧壁上形成的沉积膜的形状来填充间隙而不在间隙内部产生空隙。
53.图2a至2e是示出了根据本公开的示例实施例的根据过程顺序的间隙填充过程的
截面图。
54.参考图2a，示出了包括衬底20的表面的一部分中的间隙21的间隙结构，间隙21在竖直方向上具有深度d，在水平方向上具有宽度w。衬底可以包括诸如si或ge的半导体材料，或者诸如sige、sic、gaas、inas和inp的各种化合物半导体材料，并且可以包括用于显示器件或半导体器件等的各种衬底，比如绝缘体上硅(soi)、蓝宝石上硅(sos)。
55.间隙21可以是通常用于在半导体制造过程中限定半导体器件的有源区的浅沟槽隔离(sti),并且可以是形成在衬底20的表面上的各种类型的凹陷区域。此外，间隙21也可以是通孔的形式，其穿透一绝缘层和另一绝缘层之间的导电层，或者穿透一导电层和另一导电层之间的绝缘层。
56.图2a示出了包括间隙21的竖直截面图，并且在假设间隙21具有圆柱形形状的情况下，宽度w和深度d代表性地用于表示间隙21的尺寸。然而，间隙21的表面的横截面形状可以具有各种多边形形状，例如椭圆形、三角形、矩形和五边形以及圆形形状。间隙21也可以具有岛状的形状，具有各种表面横截面形状。此外，间隙21也可以在衬底20上具有线的形状。下文中，除非另有说明，为了便于解释，将基于间隙21的宽度来描述在间隙21的水平方向上延伸的表面的横截面积的大小。
57.另一方面，如图2所示，间隙21可以具有从间隙21的入口区域到其下部区域具有基本相等宽度w的竖直轮廓，但是间隙21可以具有非竖直轮廓，其中宽度w从间隙21的入口区域到其下部区域增大或减小。此外，间隙21可以是非竖直轮廓，其中宽度w增大然后减小，或者宽度w减小然后增大。此外，间隙21可以具有三维内部结构，包括间隙21中的多个突起，例如在诸如半导体集成电路器件的堆叠间隙结构中。
58.随后，参考图2a，可以在包括间隙21的间隙结构的表面上形成间隙填充层22作为间隙填充材料。间隙填充层22可以在间隙结构的暴露表面上形成具有均匀厚度的期望厚度。作为间隙填充层22的材料，根据间隙填充过程的需要，可以使用诸如绝缘层或导电层的各种材料。间隙填充层22可以通过例如原子层单元中的原子层沉积(ald)方法以逐层的方式形成。原子层沉积方法是这样的技术，其可以在每个循环中沉积具有原子层厚度水平的超薄膜，同时在真空状态下在衬底表面上交替暴露作为薄膜原材料的前体和反应物。由于该方法是通过自限制表面化学反应进行的，因此其优点在于可以精细控制沉积材料的厚度，并且可以共形地沉积高质量薄膜。然而，原子层沉积方法也可能具有缺点，即薄膜的成膜速率慢。
59.参考图2b，沉积抑制剂可被供应到其中形成有间隙结构的衬底20。作为沉积抑制剂，可以使用至少一种含氮气体或其混合物，例如n2,nh3,n2+h2。此外，作为沉积抑制剂，可以使用至少一种含氟气体或其混合物，例如nf3,f2,cf4,brf3,sf6和clf3。用作沉积抑制剂的含氮气体或含氟气体可用于在间隙21的上部区域中形成沉积抑制区域，其中间隙填充层22的沉积可由于其高还原能力而被抑制。
60.参照图2c，随着重复执行图2a的间隙填充层22的沉积步骤(也称为第一子循环)和供应图2b的沉积抑制剂的沉积抑制步骤(也称为第二子循环)，即随着重复执行包括第一子循环和第二子循环的超循环，填充间隙21内部的间隙填充层22的厚度可以逐渐增加。在本公开中，一个超循环不一定被定义为由一个第一子循环和随后的一个第二子循环构成，因此一个超循环可以包括多个第一子循环和/或多个第二子循环，稍后将对其进行详细描述。
61.如图2c所示，间隙填充层22的厚度可以在间隙21的下部区域中相对共形地形成，但在间隙21的上部区域中，间隙填充层22的形成可被抑制，因此沉积的间隙填充层22可以具有近似v形。即，间隙21的入口区域中的宽度w1可以大于间隙21的下部区域中的宽度w2。
62.这样，当在保持间隙21的入口区域中的宽度w1大于间隙21的下部区域中的宽度w2的同时形成间隙填充层22时，用于原子层沉积方法的源气体或反应气体可以平滑地转移到间隙21的下部区域的底部和侧壁表面，由此，间隙填充层22可以平滑地沉积在间隙21的下部区域中。
63.参照图2d，当重复执行包括沉积间隙填充层22的第一子循环和抑制间隙填充层22的沉积的第二子循环的超循环，同时保持间隙21的入口区域中的宽度w1大于间隙21的下部区域中的宽度w2时，间隙21的内部可被完全填充而不会出现空隙。另一方面，当超循环步骤重复一定次数并且不考虑间隙中出现空隙时，可以仅重复第一子循环步骤以加快间隙填充层22的沉积速率。
64.参照图2e，在完全填充间隙21的内部之后，可以通过回蚀过程等去除间隙21周围剩余的间隙填充层22，以平坦化衬底20的表面，因此，可以完成间隙填充过程。
65.图3a是示出根据本公开的示例实施例的间隙填充过程的过程顺序的图。为了便于解释，图3a是示意性地顺序组合图2a的一个沉积步骤(即第一子循环步骤)和图2b的一个沉积抑制步骤(即第二子循环步骤)的图。实际上，如果需要，只有第一子循环步骤可以重复一定次数，并且只有第二子循环步骤可以重复一定次数。
66.参照图3a，根据本实施例的间隙填充过程可以主要由沉积步骤和沉积抑制步骤构成。将基于间隙填充过程来描述本实施例，其中用间隙填充材料(例如sio2)填充包括形成在衬底(例如硅衬底)上的间隙的间隙结构。
67.作为沉积步骤的第一子循环可以对应于图3a的t1至t4，并且可以通过原子层沉积方法(例如等离子体原子层沉积方法)来执行。作为源气体的si源气体和作为反应气体的o2气体可以交替并顺序地供应到设置在反应空间中的衬底上，并且反应气体可以由高射频(hrf)功率激活并与si源气体反应，以在衬底的形成有间隙的暴露表面上形成sio2膜(参见图2a)。另一方面，图3a示出了在整个第一子循环(t1至t4)中连续供应作为反应气体供应的o2气体。在这种情况下，氧反应气体可以充当反应性吹扫气体，其中氧反应气体可以仅在施加rf功率时与源气体反应。因此，在图3a中连续供应的氧气可以在t3时段中充当反应气体，但是氧气可以在t3之外的时段中充当吹扫气体。例如，当形成氧化硅膜时，可以供应氧气作为反应性吹扫气体，而当形成氮化硅膜时，可以供应氮气作为反应性吹扫气体。
68.另一方面，氧气可被连续供应作为反应性吹扫气体，但在其他实施例中，惰性气体(例如氩气)可被进一步供应作为吹扫气体。在本实施例的t3时段中供应的rf功率可以是hrf功率，并且可以是10mhz或更高的频率，例如13.56mhz、27.12mhz或60mhz。高射频功率可以增加源气体和反应气体的离子密度，从而有助于沉积速率的提高。在其他实施例中，低射频(lrf)功率可以与hrf功率同时供应。高射频功率可以增加源气体和反应气体的离子密度以增强沉积，而低射频功率可通过允许离子更深入间隙而具有增强间隙下部区域中沉积的效果。
69.此外，在本实施例的沉积步骤中，可能希望保持较低的过程压力以降低离子碰撞的可能性并增加离子的平均移动距离，以允许足够的离子迁移并沉积到间隙结构的间隙的
下部区域。例如，沉积步骤中的过程压力可优选保持在约5托以下。
70.沉积步骤可以重复多次，直到在间隙中的表面上形成期望厚度的沉积膜。
71.然后，作为第二子循环的沉积抑制步骤可以对应于图3a的t5至t7。在本实施例中，三氟化氮(nf3)可以用作沉积抑制剂，并且沉积抑制剂可以在t5时段中与作为吹扫气体或载气的氩气一起预流动。在作为rf功率供应步骤的t6时段中，可以一起供应hrf功率和lrf功率以激活沉积抑制剂。可以供应10mhz或更高频率的hrf功率，例如13.56mhz、27.12mhz或60mhz。可以供应1mhz或更低频率的lrf功率，例如1mhz、430khz或300khz。hrf功率有利于通过增加氟离子的离子密度来抑制膜在间隙的上部区域中的沉积，尽管氟离子的移动距离短，而且lrf功率有利于通过增加氟离子的平均移动距离来允许氟离子进一步向下扩散到间隙中。
72.在该实施例中，三氟化氮(nf3)用作沉积抑制剂，但不限于此。在其他实施例中，具有还原能力的还原气体可以用作沉积抑制剂。例如，含氮气体或含氟气体可以用作沉积抑制剂。作为含氮气体，例如，可以使用n2,nh3,n2+h2或其混合物中的至少一种。此外，作为沉积抑制剂，可以使用至少一种含氟气体或其混合物，例如nf3,f2,cf4,brf3,sf6和clf3。
73.另一方面，在沉积抑制步骤中，为了最小化氟离子对位于间隙下方的下层的损伤，与一起供应的吹扫气体(例如氩气)相比，可以较低分数的流量供应三氟化氮。此外，为了最小化氟离子对位于间隙下方的下层的损伤，在其他实施例中，可以施加比沉积步骤的t3时段中施加的rf功率强度更低的rf功率，持续比沉积步骤的t3时段更短的时间。
74.另一方面，在其他实施例中，根据间隙的结构，可以仅供应高射频功率或低射频功率。例如，在间隙的入口区域相对较窄的间隙结构的情况下，可以供应高射频功率以集中于扩展间隙上部区域中的沉积抑制区域。然而，在间隙的入口区域相对较宽的间隙结构的情况下，可以供应低射频功率以集中于在从间隙的上部区域到其下部区域的整个区域上扩展沉积区域。
75.在该实施例中，氨基硅烷可以用作si源以在间隙结构上沉积氧化硅，但是可以使用氨基硅烷系列、碘代硅烷系列和卤化硅系列的si源气体中的至少一种。例如，si源可以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；dtbas,sih3n(tbu)2；bdeas,sih2(net2)2；bdmas,sih2(nme2)2；btbas,sih2(nhtbu)2；bits,sih2(nhsime3)2；dipas,sih3n(ipr)2；teos,si(oet)4；sicl4；hcd,si2cl6；3dmas,sih(n(me)2)3；bemas,sih2[n(et)(me)]2；ahead,si2(nhet)6；teas,si(nhet)4；si3h8；dcs,sih2cl2；sihi3；sih2i2；三聚体-三甲硅烷基胺或其衍生物或者其混合物。氧反应气体可以包括o2,o3,co2,h2o,no2和n2o中的至少一种或其混合物。
[0076]
在其他实施例中，当待沉积在间隙结构上的沉积膜是si
x
ny或sicn膜时，反应气体可以是n2,n2h2(二酰亚胺)和nh3中的至少一种或其混合物。
[0077]
根据图3a的实施例的沉积步骤和沉积抑制步骤的过程条件示于下表1中。
[0078]
表1
[0079][0080]
图3b是根据本公开的示例实施例的间隙填充过程的流程图，并且将结合图2和3a进行描述。
[0081]
在衬底20上具有间隙21的间隙结构可以设置在反应空间中(未示出)(s100)。如上所述，衬底20可以是用于半导体器件或显示器件的各种衬底，并且间隙21可以具有竖直轮廓，其中间隙21的横截面积沿着竖直方向是恒定的，或者可以具有各种非竖直轮廓，其中横截面积增加或减少。
[0082]
然后，可以执行沉积步骤，即第一子循环步骤(s200至s500)，以形成图2a所示的间隙填充层22。第一子循环可以包括源气体供应步骤(s200)、吹扫步骤(s300)、反应气体供应步骤(s400)和吹扫步骤(s500)。例如，在整个沉积步骤中，可以连续供应氩气作为载气或吹扫气体。吹扫步骤(s300或s500)可以是从反应空间去除过量的源气体或反应气体或反应副产物的步骤。此外，如图3a所示，可以供应si源气体作为源气体，并且可以供应o2气体作为反应气体，以在间隙结构的表面上形成sio2膜。当被rf功率激活时，o2气体可以用作反应气体，但在其他时段，o2气体可以是用作吹扫气体的反应性吹扫气体，因此可以在整个第一子循环中连续供应。
[0083]
在第一子循环的重复数量被预先设置为程序之后，可以根据是否已经达到设置数
量来确定第一子循环步骤是否结束(s600)。例如，当第一子循环的数量被设置为m时，第一子循环可以重复执行m次。当确定第一子循环是否结束为“否”时，可以从源气体供应步骤s200到吹扫步骤s500重复执行第一子循环步骤。在一些实施例中，可以基于间隙填充层22的厚度是否已经达到预设的期望厚度来确定第一子循环是否结束。
[0084]
当第一子循环完成时，作为沉积抑制步骤的第二子循环即s700至s900可以进行。第二子循环步骤可以包括沉积抑制剂供应步骤s700、沉积抑制剂激活步骤s800和吹扫步骤s900。沉积抑制剂供应步骤s700是将沉积抑制剂预流入反应空间的步骤。通过沉积抑制剂的预流动，可以最小化反应空间中沉积抑制剂的流量波动，以保持稳定的过程条件。
[0085]
如上所述，作为沉积抑制剂，例如，可以使用三氟化氮(nf3),并且在沉积抑制剂激活步骤s800中，例如，可以一起供应高频功率和低频功率以提供稳定的等离子体，从而增加氟离子的离子密度，同时增加氟离子的移动距离。在沉积抑制剂激活步骤s800之后，过量的沉积抑制剂和反应副产物然后可以在吹扫步骤s900中被排放到反应空间的外部。
[0086]
然后，可以确定第二子循环步骤是否结束(s1000)。第二子循环是否结束可以通过例如在第二子循环的重复数量被预设为例如程序中的n次之后，然后第二子循环的重复数量是否达到n次来确定。当第二子循环的重复数量没有达到预设数量时(即当确定为“否”时)，该过程可以从第二子循环步骤的沉积抑制剂供应步骤s700开始重复第二子循环步骤。
[0087]
随后，当在第二子循环步骤的结束确定步骤(s1100)中确定为“是”时，可以确定超循环是否结束(s1100)。例如，当第一子循环步骤的数量设置为m并且第二子循环的数量设置为n时，超循环结束确定步骤s1100可以确定m和n是否都已经达到。如果还没有达到程序中预设的第一和第二子循环的数量，则该过程可以从第一子循环步骤的源气体供应步骤s200继续。在其他实施例中，在预设超循环数量之后，当超循环数量达到预设数量时，可以确定超循环是否结束。在其他实施例中，如图2d所示，可以通过间隙结构的间隙21是否被物理填充而没有出现空隙来确定超循环是否结束。此外，可以通过确定在衬底20的表面上形成的间隙填充层22的厚度是否已经达到预定厚度来确定超循环是否结束。
[0088]
随后，如果确定超循环步骤终止，则可以重复第一子循环步骤(s1200)。另一方面，可以可选地执行第一子循环重复步骤s1200。但是如果在超循环结束确定步骤s1100中确定完成了期望的间隙填充过程，则可以省略第一子循环重复步骤s1200。
[0089]
另一方面，可以主动执行第一子循环重复步骤s1200。也就是说，在超循环步骤执行到间隙结构中的间隙21中不再出现空隙的一定程度之后，为了缩短膜形成时间或者填充间隙上部中剩余的未填充空间，在间隙填充过程中可以仅执行第一子循环。例如，如图2d所示，在间隙填充层22完全填充间隙21的下部区域之后，可以仅执行第一子循环，直到填充间隙21的最下面的间隙填充层22的高度至少等于或大于间隙21周围的衬底20的表面的高度。
[0090]
然后，如图2e所示，例如通过蚀刻过程，可以执行表面平坦化步骤s1300，以完成间隙填充过程。
[0091]
图4a是示出根据本公开的另一示例实施例的间隙填充过程的过程顺序的图。图4基本与图3a的过程顺序相同，除了它可以进一步包括在图2a的沉积步骤(即第一子循环步骤)和图2b的沉积抑制步骤(即第二子循环步骤)之间以及在一个沉积抑制步骤和随后的一个沉积步骤之间的气体交换步骤。因此，将省略与图3a的描述重叠的描述。
[0092]
参照图4a，根据本实施例的间隙填充过程可以大致包括第一气体交换步骤(t1和
t2)、作为沉积步骤的第一子循环步骤(t3至t6)、第二气体交换步骤(t7和t8)和作为沉积抑制步骤的第二子循环步骤(t9至t10)。t8时段可以包括在沉积抑制步骤中，或者可以包括在第二气体交换步骤中。
[0093]
气体交换步骤可以是在进行下一步骤之前去除在前一步骤中供应的气体中的残留气体及其反应副产物的步骤。也就是说，第二气体交换步骤(t7和t8)可以是去除在沉积步骤中供应的si源气体和o2反应气体之间的反应之后剩余的过量气体及其反应副产物的步骤，这是为了减少后续沉积抑制步骤中的过程干扰。第二气体交换步骤可以包括真空吹扫步骤(t7)和反应气体预流动步骤(t8)。在真空吹扫步骤中，可以停止将气体供应到反应空间中，然后可以通过排气装置(例如排气泵)的真空吸力去除残留在反应空间和衬底的间隙结构中的残留气体。在反应气体预流动步骤中，要在后续步骤中供应的气体可以预先供应到反应空间中。通过使反应气体预流动，通过在随后的间隙填充过程中减少反应空间中的压力波动或流量波动，可以更稳定地保持反应空间中的过程条件。例如，通过在图4a的气体预流动步骤的t8时段中预流动作为沉积抑制剂的nf3气体，可以在沉积抑制步骤期间最小化反应空间中nf3气体的流量波动，以形成更稳定的等离子体来激活沉积抑制剂。
[0094]
第一气体交换步骤(t1和t2)可以另外或可选地包括在沉积抑制步骤之后和沉积步骤之前。由于包括第一子循环的沉积步骤和第二子循环的沉积抑制步骤的超循环在间隙填充过程中执行多次，并且由于沉积步骤在沉积抑制步骤之后连续执行，所以可以执行第一气体交换步骤。具体而言，在第一气体交换步骤中，通过在真空吹扫步骤(t1时段)中去除在沉积抑制步骤中使用的残留气体和nf3的反应副产物，可以减少这些材料在随后的沉积步骤中的干扰，并且通过在反应气体预流动步骤(t2)中预流动o2反应气体，可以减少沉积步骤中的压力波动或流量波动，以形成稳定的过程条件，从而执行稳定的沉积步骤。
[0095]
同时，在本公开中，沉积步骤可以连续重复多次，在这种情况下，气体交换步骤可以另外或可选地包括在沉积步骤和下一个沉积步骤之间。也就是说，在图4a中，t1到t6可以重复执行。在同样的意义上，沉积抑制步骤可以连续重复进行。也就是说，t7至t10可以重复执行，但是其效果将在后面描述。
[0096]
另一方面，在第一和第二气体交换步骤的反应气体预流动步骤t2和t8中，作为反应气体的o2或nf3可以逐渐增加。例如，反应气体的供应量可以从0sccm线性增加到期望的流量，或者供应量可以逐步的方式增加。在一些实施例中，气体交换步骤可以进行约3秒至约10秒。例如，真空吹扫步骤t1和t7可以进行约2秒至约9秒，反应气体预流动步骤t2和t8可以进行约1秒至约8秒。
[0097]
图4b是根据本公开另一示例实施例的间隙填充过程的流程图。
[0098]
参照图4b，结合图4a的过程顺序示出了间隙填充过程的流程，除了气体交换步骤s180和s680之外，该流程与图3b的过程流程图基本相同。因此，将省略与图3b的处理流程图的描述重叠的描述。
[0099]
图4a的第一气体交换步骤t1和t2可以对应于气体交换步骤s180，并且可以在源气体供应步骤s200之前立即执行。此外，第二气体交换步骤中的真空吹扫步骤t7可以对应于气体交换步骤s680，并且可以在沉积抑制剂供应步骤s700之前立即执行。第二气体交换步骤中的反应气体预流动步骤t8可以与图4b的沉积抑制剂供应步骤s700相同，或者可以与图4b的沉积抑制剂供应步骤s700分开执行。
[0100]
在下文中，将详细讨论可能影响本公开的方法的主要因素，在图2的间隙填充过程中，本公开的方法可以填充间隙而不在间隙21内出现空隙。
[0101]
图5是在根据本公开的示例实施例的间隙填充过程中根据是否使用沉积抑制剂来比较沉积轮廓的图。在图5中，(a)是未使用沉积抑制剂时间隙的上部区域的截面图，(b)是使用n2作为沉积抑制剂时间隙的上部区域的截面图，其中沉积步骤的重复数量与沉积抑制步骤的重复数量之比为1:1，以及(c)是使用nf3作为沉积抑制剂时其截面图，其中沉积步骤的重复数量与沉积抑制步骤的重复数量之比大于10:1。图5的部分(b)和(c)分别示出了代表每种情况下的沉积抑制终点的深度的深度d1和d2，其中从间隙的上部区域到沉积抑制终点的沉积被抑制的区域可被称为沉积抑制区域。
[0102]
图5的部分(a)示出了当在原子层沉积方法中执行间隙填充过程而没有在图2的间隙填充过程中执行图2b中的沉积抑制步骤时，由于在衬底30的间隙的入口区域中出现突出物，在间隙中形成空隙。另一方面，在图5中，部分(b)和(c)分别示出了当在沉积抑制步骤中使用氮气和三氟化氮时，间隙上部区域中的间隙填充层32的竖直轮廓。当氮用作沉积抑制剂时，可以抑制间隙上部区域中的沉积，使得间隙上部区域具有v形轮廓，其中间隙上部区域的横截面积比下部区域的横截面积宽，因此可以执行自下而上的间隙填充过程，而不会在间隙内部出现空隙。
[0103]
当使用三氟化氮作为沉积抑制剂时，如图5部分(c)所示，也可以抑制间隙上部区域中的沉积，使得间隙上部区域具有v形轮廓，其中间隙上部区域的横截面积比下部区域的横截面积宽，因此可以进行自下而上的间隙填充过程，而不会在间隙内部出现空隙。然而，由于氟组分比氮组分具有更强的还原能力，所以当使用三氟化氮作为沉积抑制剂时，沉积抑制能力比使用氮时高，从而在间隙填充过程中沉积抑制区域更宽更深。因此，可以看出，在自下而上的间隙填充过程中，使用三氟化氮更有利。
[0104]
另一方面，在图5部分(b)使用氮气作为沉积抑制剂的情况下，沉积步骤的重复数量与沉积抑制步骤的重复数量之比为1:1，而在(c)使用三氟化氮的情况下，沉积步骤的重复数量与沉积抑制步骤的重复数量之比大于10:1。因此，当使用三氟化氮作为沉积抑制剂时，除了沉积抑制区域的相对较大的宽度和深度之外，沉积步骤的相对较高的比率可以允许间隙填充过程进行得更快，从而缩短衬底处理时间。
[0105]
图6是根据本公开的示例实施例的间隙填充过程中根据沉积抑制剂的类型来比较沉积轮廓的图。图6a是当使用三氟化氮作为沉积抑制剂时在间隙结构上形成的沉积膜的竖直轮廓照片，图6c是当使用氮作为沉积抑制剂时在间隙结构上形成的沉积膜的竖直轮廓照片，图6b是分别相对于使用三氟化氮的情况和使用氮作为沉积抑制剂的情况，基于不使用沉积抑制剂的情况，即不进行沉积抑制步骤的情况，比较在间隙侧壁上沿间隙深度形成的沉积膜厚度的曲线图。
[0106]
在图6b中，上水平轴表示当不使用沉积抑制剂时，基于在间隙结构上形成的沉积膜的厚度的沉积膜的相对厚度，竖直轴表示间隙结构中沉积抑制区域的深度。例如，当不使用沉积抑制剂时，沉积膜的厚度设定为1.0作为标准，并且基于该标准，相对比较当通过使用氮气和三氟化氮作为沉积抑制剂分别执行沉积抑制步骤时，在间隙侧壁上形成的沉积膜的厚度。
[0107]
当使用氮气作为沉积抑制剂时和当使用三氟化氮作为沉积抑制剂时都显示出抑
制沉积的效果，因为与不使用沉积抑制剂时相比，沉积膜的厚度相对较小。另一方面，与使用氮作为沉积抑制剂时相比，当使用三氟化氮作为沉积抑制剂时，由于三氟化氮的高沉积抑制能力，间隙上部区域中的沉积膜的厚度相对较小。
[0108]
另一方面，抑制沉积的效果可能出现在朝向间隙下部区域的一定深度处，并且沉积膜的厚度变得等于不使用沉积抑制剂时的厚度的点可被定义为沉积抑制终点。沉积抑制终点可以形成在间隙下部区域中的更深位置处，因为当使用三氟化氮作为沉积抑制剂时，沉积抑制能力比使用氮气作为沉积抑制剂时延伸到间隙中更深。另一方面，由于三氟化氮的高沉积抑制能力可能过度抑制甚至到间隙的沉积，如果过度，高沉积抑制能力可能不利地影响间隙填充过程或者可能不能实现作为沉积抑制剂的期望目的，因此，期望沉积步骤和沉积抑制步骤以适当的比率进行。
[0109]
图7是根据本公开的示例实施例的间隙填充过程中对于非竖直间隙的根据第一子循环(即沉积步骤)与第二子循环(即沉积抑制步骤)的重复比的大小来概念性地比较沉积轮廓的图。
[0110]
沉积步骤(即第一子循环步骤)和沉积抑制步骤(即第二子循环步骤)可以恒定的比率重复执行。在本说明书中，沉积步骤和沉积抑制步骤的重复比可以定义为ck(控制旋钮)。例如，当在本公开的间隙填充过程中称为ck＝20时，沉积步骤(图3a中的t1至t4)重复20次(即m＝20)，并且沉积抑制步骤(图3a中的t5至t7)执行1次(即n＝1)，这构成一个超循环。可以在多次重复该超循环的同时执行间隙填充过程。
[0111]
图7a示出了重复比ck值太低的情况，并且当ck值太低时，沉积抑制步骤的数量可能相对增加，因此氟离子的供应次数及其供应流量也可能相对增加，使得更多的氟离子可能扩散到间隙的下部区域中，因此沉积抑制区域可能朝着间隙的下部区域过度扩展。因此，间隙结构的上部区域和侧壁中的“v形”沉积膜可能消失，并且间隙填充层42可能仅形成在间隙的下部区域中。因此，上部区域中的间隙的宽度wt与中部区域中的间隙的宽度wm的比值wt/wm可以是1.0或更小，使得自下而上的间隙填充过程是不可能的，并且在间隙填充过程之后间隙结构中会出现空隙。
[0112]
图7b示出了重复比ck值太高的情况，并且当ck值太高时，沉积抑制步骤的数量可能相对减少，因此氟离子的供应次数及其供应流量也可能相对减少，使得沉积抑制区域及其在间隙的上部区域中的宽度可能变小，因此间隙的上部区域可能首先被封闭。在这种情况下，上部区域中的间隙的宽度wt与中部区域中的间隙的宽度wm的比值wt/wm可以是1.0或更小，使得自下而上的间隙填充过程是不可能的，并且在间隙填充过程之后间隙结构中会出现空隙。
[0113]
当ck值太低和太高时，在间隙填充过程中间隙结构中会出现空隙，使得间隙填充过程在没有空隙出现的情况下不能顺利进行。
[0114]
图8是与不使用沉积抑制剂的情况相比在根据本公开的示例实施例的间隙填充过程中根据第一子循环与第二子循环的重复比的大小来比较沉积轮廓的图。
[0115]
图8a是示出了当ck值太低时沉积膜的形状的照片，图8c是示出了当ck值太高时沉积膜的形状的照片，图8b是比较基于不使用沉积抑制剂即不执行沉积抑制步骤的情况下沉积在间隙侧壁上的沉积膜的相对厚度的图。
[0116]
在图8b中，上水平轴指示当不使用沉积抑制剂时基于在间隙结构上形成的沉积膜
的厚度的沉积膜的相对厚度，竖直轴指示间隙结构中的间隙的深度。例如，在不使用沉积抑制剂的情况下，沉积膜的厚度设定为1.0作为标准，并且基于此，相对比较当ck值过低时和当ck值过高时沉积膜的厚度。
[0117]
当ck值过高时，例如，当沉积步骤重复40次或更多次并且沉积抑制步骤执行一次时(即ck≥40)，沉积步骤的贡献可能是主要的，因此沉积膜的厚度从间隙的上部区域到下部区域是恒定的。因此，由于在这种情况下，可能无法获得v形形状的沉积膜轮廓，为了获得v形形状的沉积膜轮廓，其中上部区域中的间隙宽度(或横截面积)保持比下部区域中的宽，可能需要合适的ck值。
[0118]
当ck值过低时，例如，当沉积步骤重复10次或更少并且沉积抑制步骤执行一次(即ck≤10)时，沉积抑制步骤的贡献可能是主要的，因此沉积抑制区域可能从间隙的上部区域扩大到其下部区域，从而不形成沉积膜或形成非常薄的沉积膜。因此，可能无法获得v形形状的沉积膜轮廓。因此，为了获得v形形状的沉积膜，其中上部区域中的间隙宽度(或横截面积)保持比下部区域中的宽，可能需要合适的ck值。
[0119]
图9是与不使用沉积抑制剂的情况相比根据本公开的示例实施例的间隙填充过程中根据第一子循环与第二子循环的重复比的大小来比较沉积轮廓的图。即，图9示出了根据ck值的沉积抑制区域的宽度和深度以及间隙结构中沉积膜的形状。
[0120]
图9a示出了ck＝30的情况，图9b示出了ck＝16的情况，图9c示出了基于未使用沉积抑制剂的情况(即未执行沉积抑制步骤的情况)比较沉积膜的相对厚度的曲线图。在图9c中，上水平轴指示当不使用沉积抑制剂时基于在间隙结构上形成的沉积膜的厚度的沉积膜的相对厚度，竖直轴指示间隙结构中的间隙的深度。例如，在不使用沉积抑制剂的情况下，沉积膜的厚度设定为1.0作为标准，并且基于此，根据ck值相对比较沉积膜的厚度。另一方面，因为水平轴表示沉积膜的相对厚度，所以在不使用沉积抑制剂的情况下，厚度小于沉积膜的区域可被称为沉积抑制区域的宽度，因此竖直轴可以表示间隙深度中沉积抑制区域的深度。
[0121]
另一方面，由于沉积抑制区域的宽度随着间隙的深度而减小，沉积抑制区域的宽度可以与不使用沉积抑制剂的情况大致一致，这是相对比较的参考，并且该点可被称为沉积抑制终点。因此，ck值越小，沉积抑制终点移动到间隙的下部区域越深。在图中，当ck＝30时，沉积抑制终点用
‘
a’表示，当ck＝16时，沉积抑制终点用
‘
b’表示。因此，随着沉积抑制终点移动到间隙中的下部区域，沉积抑制区域的深度会增加。
[0122]
结果，沉积抑制区域的宽度和深度可以根据ck值来调节，因此通过调节ck值，可以控制要沉积在间隙结构的间隙中的沉积膜的形状，例如以v形。
[0123]
在上述实施例中，在重复超循环的步骤中，第一子循环的数量与第二子循环的数量的重复比保持恒定，但在其他实施例中，重复超循环的步骤可以在逐渐增加或逐渐减少第一子循环的数量与第二子循环的数量的重复比的同时执行。
[0124]
图10是根据本公开的示例实施例的间隙填充过程中根据氩气:沉积抑制剂的流量分数来比较沉积轮廓的图。图10示出了当ck＝30时，根据作为沉积抑制剂供应的三氟化氮的流量的沉积抑制区域的宽度和深度。图10示出了nf3的流量从a增加到c，分别指示了图10a中的ar:nf3＝160:1的情况、图10b中的ar:nf3＝80:1的情况以及图10c中的ar:nf3＝53.1:1的情况。图10d的上水平轴指示当不使用沉积抑制剂时基于在间隙结构上形成的沉
积膜的厚度的沉积膜的相对厚度，竖直轴指示间隙结构中的间隙的深度。例如，当不使用沉积抑制剂时，沉积膜的厚度设定为1.0作为标准，并且基于该标准，根据ck值相对比较沉积膜的厚度。沉积抑制区域的宽度可以从图10d的上水平轴看到，沉积抑制区域的深度可以从其竖直轴看到。
[0125]
从图10可以看出，随着一起供应的三氟化氮相对于氩气的流量分数增加，即供应到反应空间中的三氟化氮的流量增加，沉积抑制终点移动得更深到间隙的下部区域中(即a《b《c)，从而增加了沉积抑制区域的宽度和深度。因此，通过调节沉积抑制剂的流量或沉积抑制剂相对于吹扫气体的流量分数，沉积抑制终点的竖直位置和形成在间隙侧壁上的间隙填充层的形状可被控制为适合间隙结构上的间隙填充过程。
[0126]
图11是示出根据本公开的示例实施例的根据第二子循环的数量的下层损失的图。
[0127]
图11示出了当在沉积抑制步骤中供应100w或更低的低频功率的同时供应25sccm的三氟化氮时，根据沉积抑制步骤的重复数量的下层损失程度。在图11中，当沉积抑制步骤进行一次时，下层的损失程度不明显，但是当沉积抑制步骤连续进行两次或更多次时，可以看出出现了下层的突然损失。因此，作为沉积抑制剂，三氟化氮表现出高活性，因此为了使下层的损失最小化，在沉积抑制步骤中优选以低rf功率和一个重复数量进行。例如，在一实施例中，当ck＝20时，沉积步骤可以在20个循环中执行，沉积抑制步骤可以在1个循环中执行，并且供应给沉积抑制步骤的rf功率可以是100w或更小。
[0128]
图12是用于解释根据本公开的示例实施例的根据沉积抑制剂的流量和rf功率的沉积抑制程度的图，图12a是过程条件，图12b是根据图12a的过程条件的ft-ir比较图。
[0129]
图12a示出了以下过程条件：没有沉积抑制剂的“w/o”情况、nf3流量为a sccm且nf
3 hrf功率为m w的“a”情况、nf3流量为b sccm且nf
3 hrf功率为m w的“b”情况，以及nf3流量为b sccm且nf
3 hrf功率为n w的“c”情况，图12b示出了利用傅立叶变换红外光谱(ft-ir)在每个过程条件下在衬底上形成的si-f键的程度。其中a《b，m《n。
[0130]
从图12b可以看出，随着三氟化氮的流量增加(a对b，a《b),以及施加的rf功率增加(b对c，m《n),在衬底上形成的si-f的峰值尺寸增加。也就是说，随着三氟化氮的流量增加，并且施加的rf功率增加，可以看出沉积抑制的效果可以增强。
[0131]
图13是根据本公开的示例实施例的根据图12a的过程条件来比较沉积膜的相对厚度的图。
[0132]
参考图13，当不供应三氟化氮时沉积在衬底上的sio2膜的厚度设定为1.0作为标准时，并且基于该标准，示出了在每个条件a、b、c下沉积的sio2膜的相对厚度。从图13可以看出，随着三氟化氮的流量增加(即从a到b)，并且施加的rf功率增加(即从b到c)，沉积抑制的效果可以增强。
[0133]
另一方面，为了填充间隙而不在间隙内出现空隙，第一子循环(即沉积步骤)与第二子循环(即沉积抑制步骤)的重复比、沉积抑制剂的流量和rf功率等可以单独或组合控制。
[0134]
在下文中，根据本发明的另一实施例，将描述通过控制在间隙结构中的间隙的侧壁上形成的沉积膜的形状来控制间隙结构内形成的空隙的竖直位置(即深度)和尺寸的过程。
[0135]
图14a至14f是顺序示出根据本公开的另一示例实施例的用于控制间隙中形成的
空隙的位置的间隙填充过程的截面图。将省略与图2的间隙填充过程中相同或相似内容的重复描述。
[0136]
参照图14a，示出了包括间隙41的非竖直间隙结构，其中间隙41的宽度在衬底40的表面的一部分中沿着竖直方向在中间区域比在上部区域和下部区域更大。如图14a所示，间隙41的竖直截面形状具有宽度从间隙41的入口区域的宽度wt增加到其中间区域的宽度wm的形状。再次参照图14a，在本公开的间隙填充过程的沉积步骤中，可以在包括间隙41的间隙结构的表面上形成作为间隙填充材料的间隙填充层42。间隙填充层42可以通过原子层沉积方法以期望的厚度形成在间隙结构的暴露表面上。
[0137]
参照图14b，作为沉积抑制步骤，可以将沉积抑制剂供应到其上形成有间隙结构的衬底40。作为沉积抑制剂，可以使用至少一种含氮气体或其混合物，例如n2,nh3,n2+h2。此外，作为沉积抑制剂，可以使用至少一种含氟气体或其混合物，例如nf3,f2,cf4,brf3,sf6和clf3。
[0138]
参照图14c，随着重复执行图14a的间隙填充层42的沉积步骤(也称为第一子循环)和供应图14b的沉积抑制剂的沉积抑制步骤(也称为第二子循环)，即随着重复执行包括第一子循环和第二子循环的超循环，填充间隙41内部的间隙填充层42的厚度可以逐渐增加。在第一子循环中，如图14c所示，间隙填充层42的厚度可以在间隙41的下部区域中形成为相对恒定，但是在间隙41的上部区域中，间隙填充层42的形成可被抑制，使得沉积的间隙填充层42具有近似v形。
[0139]
参照图14d，间隙填充层42可以在间隙41的入口区域中保持v形轮廓，但上部区域中的宽度wt小于间隙41的中部区域的宽度wm，使得间隙41的入口区域可以在间隙填充过程中首先被封闭，因此空隙44可以保留在间隙结构内部。
[0140]
参考图14e，随着间隙填充过程继续，即沉积步骤和沉积抑制剂步骤重复，间隙填充层42可能在空隙44上厚厚地形成。
[0141]
随后，参考图14f，保留在间隙41周围的间隙填充层42可以通过回蚀过程等被去除，用于表面平坦化，同时保持间隙结构内的空隙44，从而完成间隙填充过程。
[0142]
图15是根据本公开的另一示例实施例的间隙填充过程中比较非竖直间隙结构中的空隙的竖直位置(例如深度)的概念图。
[0143]
图15a示出了非竖直间隙结构的截面图，其中在衬底50的间隙结构中，中间区域的间隙宽度(65nm)比间隙上部区域的宽度(60nm)大，图15b示出了通过在间隙侧壁上形成膜52而不执行沉积抑制步骤来执行间隙填充过程之后的截面图，图15c示出了当沉积步骤和沉积抑制步骤的重复比ck值相对较高时的截面图，图15d示出了当ck值相对较低时的截面图。
[0144]
比较图15中的每种情况，当没有沉积抑制步骤时，空隙顶部所在的空隙深度是“d1”，当ck值高时，空隙深度是“d2”，其比“d1”更深地形成。当ck值相对较低时，空隙的深度为
‘
d3’，比
‘
d1’和
‘
d2’更深地形成。因此，通过调节沉积步骤和沉积抑制步骤的重复比来控制沉积抑制区域的宽度和深度，可以控制空隙的竖直位置。此外，在图15d的步骤之后，可以进一步在间隙的上部上尚未填充的开口剩余部分上执行沉积步骤(即填充步骤)，从而完全填充间隙的开口剩余部分。
[0145]
尽管该实施例涉及非竖直间隙结构，但在更复杂的间隙结构的情况下，例如在具
有包括间隙内部的突起的三维内部结构的间隙结构的情况下，诸如半导体器件的堆叠间隙结构，诸如3d nand，空隙可能在间隙结构内部。即使在这种情况下，根据本公开，空隙的竖直位置(或深度)可以形成在期望的位置，例如在更深的位置，因此防止空隙在后续过程中暴露到外部，从而可以可靠地保持半导体器件的特性。
[0146]
图16是根据本公开的另一示例实施例的根据第一子循环与第二子循环的重复比的大小来比较间隙中的空隙的竖直位置(深度)和尺寸的图。
[0147]
图16是比较根据本发明在竖直间隙结构中的应用的空隙的竖直位置(深度)的截面图。图16a示出了在没有沉积抑制步骤的情况下通过原子层沉积方法用sio2膜填充间隙的情况，图16b示出了应用ck＝30(即对于每一次沉积抑制步骤，沉积步骤重复30次)的情况，图16c示出了应用ck＝16(即对于每一次沉积抑制步骤，沉积步骤重复16次)的情况。
[0148]
在交替供应由等离子体激活的si源气体和氧反应气体的同时进行沉积步骤，并且在供应由等离子体激活的三氟化氮(nf3)的同时进行沉积抑制步骤。在没有沉积抑制步骤的图16a的情况下，空隙的深度约为60nm，空隙两侧的角度约为10度。在应用ck＝30的图16b的情况下，空隙的深度约为150nm，空隙的两侧的角度约为3.9度。在应用ck＝16的图16c的情况下，空隙的深度约为400nm，空隙的两侧的角度约为3.0度。因此，通过调节ck值，可以控制间隙中的空隙的深度和尺寸。
[0149]
另一方面，在重复超循环的步骤中，第一子循环的数量与第二子循环的数量的重复比保持恒定，但在其他实施例中，重复超循环的步骤可以在逐渐增加或逐渐减少第一子循环的数量与第二子循环的数量的重复比的同时执行。
[0150]
此外，在该实施例的情况下，已经描述了通过调节间隙填充过程中第一子循环(沉积步骤)数量与第二子循环(沉积抑制步骤)数量的重复比，可以控制间隙中空隙的位置(深度)和尺寸。然而，如上所述，间隙中的空隙的位置(深度)和尺寸可以通过调节沉积抑制剂的流量、在沉积抑制步骤中提供的rf功率的大小等来控制。间隙中的空隙的位置(深度)和尺寸可以通过分别独立地或组合地调节第一子循环(沉积步骤)至第二子循环(沉积抑制步骤)的重复比、沉积抑制剂的流量、rf功率的大小等来控制。
[0151]
应该理解，这里描述的实施例应被认为仅是描述性的，而不是限制性的。每个实施例中的特征或方面的描述通常应被认为可用于其他实施例中的其他类似特征或方面。虽然已经参照附图描述了一个或多个实施例，但本领域普通技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。

技术特征：
1.一种处理衬底的方法，该方法包括：将衬底提供到反应空间中，衬底包括具有预定横截面积和深度的间隙；执行第一子循环步骤，用于通过原子层沉积方法沿着间隙的表面沉积预定厚度的间隙填充材料；执行第二子循环步骤，用于使用沉积抑制剂在间隙的上部区域中形成沉积抑制区域；以及重复超循环，使得间隙的入口区域的横截面积保持大于位于入口区域下方的其下部区域的横截面积，超循环包括至少一个第一子循环和至少一个第二子循环，其中间隙被填充，而在间隙中不出现空隙。2.根据权利要求1所述的处理衬底的方法，其中，在重复所述超循环的步骤中，调节所述第一子循环的数量与所述第二子循环的数量的重复比，以控制所述沉积抑制区域的沉积抑制终点的深度。3.根据权利要求2所述的处理衬底的方法，其中，所述第一子循环的数量与所述第二子循环的数量的重复比在约15至约40的范围内。4.根据权利要求2所述的处理衬底的方法，其中，执行重复所述超循环的步骤，同时恒定地保持所述第一子循环的数量与所述第二子循环的数量的重复比。5.根据权利要求2所述的处理衬底的方法，其中，执行重复所述超循环的步骤，同时逐渐地增加或减少所述第一子循环的数量与所述第二子循环的数量的重复比。6.根据权利要求1所述的处理衬底的方法，其中，在重复所述超循环的步骤中，调节所述第二子循环中的沉积抑制剂的流量，以控制所述沉积抑制区域的沉积抑制终点的深度。7.根据权利要求1所述的处理衬底的方法，还包括在重复所述超循环的步骤完成后，仅重复所述第一子循环。8.根据权利要求1所述的处理衬底的方法，其中，在所述超循环之一中，所述第二子循环步骤不是连续执行的。9.根据权利要求1所述的处理衬底的方法，其中，所述超循环还包括在所述第一子循环和第二子循环之间以及所述第二子循环和第一子循环之间的至少一个中执行气体交换步骤。10.根据权利要求9所述的处理衬底的方法，其中，所述气体交换步骤包括真空吹扫步骤以及反应气体预流动步骤和沉积抑制剂预流动步骤中的至少一个。11.根据权利要求1所述的处理衬底的方法，其中，所述沉积抑制剂包括含氮气体或含氟气体中的至少一种。12.根据权利要求11所述的处理衬底的方法，其中，所述含氟气体包括nf3,f2,cf4,brf3,sf6和clf3中的至少一种或其混合物。13.根据权利要求1所述的处理衬底的方法，其中，在所述第二子循环中，同时供应高频功率和低频功率以激活所述沉积抑制剂。14.一种处理衬底的方法，该方法包括：将衬底提供到反应空间中，衬底包括具有预定横截面积和深度的间隙；执行第一子循环步骤，用于通过原子层沉积方法沿着间隙的表面沉积预定厚度的间隙填充材料；
执行第二子循环步骤，用于使用沉积抑制剂在间隙的上部区域中形成沉积抑制区域；重复超循环，使得空隙的上端位于距离间隙的入口区域的期望深度处，超循环包括至少一个第一子循环和至少一个第二子循环；以及平坦化间隙的表面，使得空隙被掩埋在间隙内。15.根据权利要求14所述的处理衬底的方法，其中，在重复所述超循环的步骤中，调节所述第一子循环的数量与所述第二子循环的数量的重复比，以控制所述沉积抑制区域的沉积抑制终点的深度。16.根据权利要求15所述的处理衬底的方法，其中，所述第一子循环的数量与所述第二子循环的数量的重复比在所述超循环期间保持恒定。17.根据权利要求15所述的处理衬底的方法，其中，在所述超循环期间，所述第一子循环的数量与所述第二子循环的数量的重复比逐渐地增加或逐渐地减少。18.根据权利要求14或15所述的处理衬底的方法，其中，在重复所述超循环的步骤中，调节所述第二子循环中的沉积抑制剂的流量，以控制所述沉积抑制区域的沉积抑制终点的深度。19.根据权利要求14所述的处理衬底的方法，其中，所述超循环还包括在所述第一子循环和第二子循环之间以及所述第二子循环和第一子循环之间的至少一个中执行气体交换步骤。20.根据权利要求14所述的处理衬底的方法，其中，所述沉积抑制剂包括nf3,f2,cf4,brf3,sf6和clf3中的至少一种或其混合物。21.根据权利要求1或14所述的处理衬底的方法，其中，所述间隙为非竖直间隙，其中间隙的中间区域中的间隙宽度大于间隙的上部区域中的其宽度。

技术总结
公开了一种处理衬底的方法，包括：将衬底提供到反应空间中，衬底包括具有预定横截面积和深度的间隙，执行第一子循环步骤，用于通过原子层沉积方法沿着间隙的表面沉积预定厚度的间隙填充材料，执行第二子循环步骤，用于使用沉积抑制剂在间隙的上部区域中形成沉积抑制区域，并重复超循环，使得间隙的入口区域的横截面积保持大于位于入口区域下方的其下部区域的横截面积，超循环包括至少一个第一子循环和至少一个第二子循环，其中间隙被填充而在间隙中不出现空隙。此外，公开了一种使用上述公开的方法来控制空隙在间隙中的位置的衬底处理方法。处理方法。处理方法。


技术研发人员：千承珠 C
受保护的技术使用者：ASMIP私人控股有限公司
技术研发日：2023.03.08
技术公布日：2023/9/23