TW202304600A - 形成結構之方法、半導體結構、及形成結構之系統 - Google Patents

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Abstract

本揭露揭露一種用於形成包括多個碳層之結構的方法及系統，以及使用方法或系統所形成的結構。例示性方法包括形成具有一初始第一流動性的一第一碳層及具有一初始第二流動性之一第二碳層，其中第一流動性係小於第二流動性。

Description

使用可流動碳層填充間隙之方法
本揭露大致上係關於一種形成適合用在電子裝置之製造中的結構之方法。更特定言之，本揭露之實例係關於一種形成包括碳層的結構之方法、一種包括這類層之結構、一種使用些方法和結構所形成的裝置以及一種用於執行些方法及/或形成些結構之系統。
在裝置（例如：半導體裝置）之製造期間，經常需要利用絕緣或介電材料來在基板表面上填充多個間隙，亦被稱為凹部（recesses）（例如：特徵之間的溝槽或區域）。填充間隙的一些技術包括沉積一層可流動的碳材料，例如：旋塗的碳（spin on carbon，SOC）。對於許多應用來說，使用碳材料（例如：旋塗的碳）具有許多所需的特性，例如：填充能力（filling capability）、蝕刻選擇性（etch selectivity）、灰化效率（ashing efficiency）及類似者。
儘管使用碳材料來填充間隙對一些應用而言可起到良好效果，但利用傳統沉積技術來填充間隙仍有若干缺點，諸如：當（例如）些間隙包括一多溝槽結構（例如：雙溝槽結構）而非單溝槽結構時。在一多溝槽結構中，一第一溝槽可包括形成於第一溝槽中的一或多個第二溝槽。第一溝槽可在一第一場域（pitch）被間隔開來，且第一溝槽中的些第二溝槽可在一第二場域被間隔開來。些第一及第二溝槽的深寬比可顯著不同，其可導致傳統沉積技術在一碳材料（其被沉積在多溝槽結構內）之一表面上形成非期望的粗糙度。一般是希望能獲得碳材料的一相對平坦的表面，以方便後續的處理，例如：光微影術、材料蝕刻及/或材料沉積。若碳材料之表面的平坦度及/或粗糙度不在適當水準，則可能造成後續所形成之抗蝕劑圖案及特徵在關鍵尺寸（critical dimension，CD）及/或線邊緣粗糙度（line edge roughness，LER）上出現非期待之變化。
再者，旋塗的碳的使用可能相對昂貴，因為旋塗的碳製程需使用額外的處理設備，例如：塗佈機和烘箱。又，旋塗的碳製程大致上包括額外處理步驟，例如：塗佈、烘烤及固化。使用這類額外設備和處理步驟可對形成用以形成裝置的結構之方法增加多餘的時間和費用。
據此，期盼一種改良的形成結構之方法，尤其是利用可流動之碳材料來填充基板表面上的間隙或凹部的方法，以適合用於提供相對平坦且平滑的表面。更期盼一種進一步改良的結構及裝置，以及用於形成這類結構及裝置之系統。
本節提出之任何討論（包括問題及解決方案之討論）僅為了提供本揭露背景之目的而包括在本揭露中，且不應視為承認討論之任何者或全部在完成本揭露時已知或以其他方式構成先前技術。
本揭露之各種實施例係關於一種形成適合用於形成電子裝置的結構之方法、一種使用些方法所形成的結構及一種用於執行些方法的系統。雖然以下更詳細地討論本揭露之各種實施例應對先前方法、結構及系統之缺點的方式，但整體上本揭露之例示性實施例係提供一種改良之方法，用於形成包括二或多個具有不同特性之碳層的結構。相較於傳統的方法，在結構的形成中，例如填充（例如：多溝槽之）凹部，使用二或多個碳層可改善凹部填充材料之平坦度，繼而能夠在使用本文所述之方法所形成之特徵中提供減小的關鍵尺寸變化及減小的線邊緣粗糙度。
根據各種實施例，本揭露提供一種形成一結構之方法。例示性方法包括：提供一基板於一反應室中；形成一或多個第一碳層覆蓋於基板的一表面；一或多個第一碳層中的至少一者具有一第一初始流動性（flowability）；及形成具有一第二初始流動性的一第二碳層覆蓋於第一碳層。基板可包括形成於基板之表面上之一或多個凹部。第一及第二碳層可用以填充一或多個（例如：多溝槽之）凹部（例如：每個溝槽或凹部具有約3.0至約100.0的深寬比）而不形成空隙，並提供一相對平滑的表面供後續處理。根據這些實施例的實例，第二碳層之第二初始流動性係大於第一碳層之第一初始流動性。如本文所用，初始流動性可指當材料沉積在基板表面時材料的流動性。碳材料的流動性可取決於各種因素，包括（例如）碳材料的厚度。根據本揭露的實例，第二碳層可較一或多個第一碳層為厚。第二初始流動性大於第一流動性促進平坦化填充多溝槽結構，例如：不需要額外的步驟，例如：蝕刻製程。根據這些實施例的其他態樣，形成一或多個第一碳層的步驟包括在一或多個凹部中形成一第一初始黏性層，並利用一第一電漿製程來處理第一初始黏性層。根據其他的實例，形成第二碳層的步驟包括：在一或多個凹部中形成一第二初始黏性層，並利用一第二電漿製程來處理第二初始黏性層。第一電漿製程可採用一第一電漿功率，第二電漿製程可採用一第二電漿功率，且第二電漿功率可大於第一電漿功率。
額外或替代地，第一初始黏性層可用第一電漿製程以一第一處理時間處理，第二初始黏性層可用第二電漿製程以一第二處理時間處理。根據這些實施例之實例，第二處理時間可大於第一處理時間。額外或替代地，第一電漿製程可包括一第一離子能級（ion energy level）及一第一通量，第二電漿製程可包括一第二離子能級及一第二通量。根據這些實施例的實例，第二離子能級及/或第二通量可大於第一離子能級及/或第一通量。根據其他的實例，第二初始黏性層之每循環的生長係高於第一初始黏性層之每循環的生長。
根據本揭露之各種實施例，在形成一或多個第一碳層及/或第二碳層之步驟的期間，反應室中的溫度可小於100°C。此外，形成一或多個第一碳層之步驟可包括提供一碳前驅物至反應室，其中碳前驅物之化學式由CxHyNzOa表示，其中x為2以上的一自然數，y為一自然數，z為0或一自然數，且a為0或一自然數。在另一例示性實施例中，第一電漿製程及/或第二電漿製程可包括自He、Ar或N 2中之一或多者形成受激發物種。
根據本揭露之其他實施例，至少一部分的結構是根據本文所述之方法所形成。一結構可包括一第一碳層及一第二碳層。第一及第二碳層可被形成在一基板上的一或多個多（例如：雙）溝槽結構中。在本揭示之另一例示性實施例中，第二碳層之表面係被平坦化。
根據又一例示性實施例，本揭露提供一種系統，用於執行一方法及/或形成一結構，如本文所述。例示性系統可包括一或多個反應室、一碳前驅物源、一惰性氣體源、一電漿功率源、一排氣源及一控制器。控制器可被配置以控制碳前驅物進入一或多個反應室中之至少一者的氣流，以形成一第一碳層及覆蓋第一碳層之一第二碳層，其中第二碳層之流動性係大於第一碳層之流動性；第一碳層包括一第一厚度，且第二碳層包括一第二厚度，其中第二厚度係大於第一厚度。
所屬技術領域中具有通常知識者從下列參考附圖之某些實施例的詳細說明將可明白這些及其他實施例。本揭露不受限於所揭示之任何具體實施例。
雖然下文揭示某些實施例及實例，所屬技術領域中具有通常知識者將理解，本揭露係延伸超出本揭露具體揭示的實施例及/或用途，及其明顯的修改及均等物。因此，意欲所揭示之本揭露的範疇應不受下述特定揭示的實施例所限制。
本揭露大致上係關於一種適合形成結構之方法、一種使用些方法所形成之結構及一種用於執行些方法及/或形成些結構之系統。舉例而言，本文所述之方法可用於利用可流動之碳材料來填充一基板表面上之凹部或間隙，例如：溝槽或通孔或特徵（例如：線條或凸部）之間的空間，且尤其適合用於填充多（例如：雙）溝槽結構。
例示性方法包括形成具有不同特性（例如：流動性）之二或多個碳層。使用多個碳層（其中至少兩層展現不同特性）可提供所需之凹部填充特性。此外，使用二或多個碳層所形成之結構可展現一相對平坦的光滑表面。些結構之相對平坦的光滑表面可致使結構表面上所形成之圖案化光阻及/或特徵以減小的關鍵尺寸（CD）變化及/或減小的線邊緣粗糙度（LER）被圖案化。
誠如以下之詳述，碳層可用一活化物種來處理，以改變初始沉積碳材料的一或多個特性，例如：流動性、硬度及其類似者。特性的改變可取決於沉積參數及/或處理參數，例如：在處理步驟期間所使用之受激發物種的離子能量及/或通量。誠如以下之詳述，第一及第二碳層可被施以不同的處理程序，以獲得所需之層特性，並使得二或多個碳層能夠產生厚度差異。
在本揭露中，「氣體」可指一種材料，其在常溫常壓下為氣體、汽化固體及/或汽化液體，並可取決於上下文由一單一氣體或一氣體混合物構成。除製程氣體以外之氣體，也就是不經由氣體配送設備（例如：噴灑頭、其他氣體配送裝置或類似者）所引入之氣體，可被用於（例如）密封一反應空間，氣體包括一密封氣體（例如：稀有氣體）。在一些情況下，例如在材料沉積之情況中，用語「前驅物」可指一化合物，其參與到產生另一化合物之化學反應中，尤指建構膜基質或膜主骨架（main skeleton）的一化合物，而用語「反應物」可指一化合物，在除前驅物以外的一些情況下，其會激發前驅物、改質前驅物或催化前驅物反應；反應物可提供元素（例如：O、H、N、C）至一膜基質，並在（例如）施加功率（例如：射頻（RF）功率）時成為膜基質的一部分。在一些情況下，用語「前驅物」及「反應物」可交互使用。用語「惰性氣體」係指一氣體，其不會參與到化學反應至可被察覺的程度，及/或一氣體，其在（例如）施加功率（例如：射頻功率）時會激發一前驅物（例如：以促進前驅物之聚合），但不似一反應物，氣體不會變成一膜基質的一部分至可被察覺的程度（appreciable extent）。
如本文所用，用語「基板」可指任何可用來形成（或在其上形成）裝置、電路或膜等的一或多種底層材料。基板可包括一塊材（bulk material），諸如：矽（例如：單晶矽）、其他IV族材料（例如：鍺）或化合物半導體材料（例如：III-V族或II-VI族半導體），並可包括覆蓋在塊材上面或下面的一或多層。再者，基板可包括各種特徵，諸如間隙、線條或凸部（例如：具有凹部形成於其間之線條）及類似者，形成在基板之層或塊材之上、或之內或至少其中一部分之上。舉例而言，一或多個特徵（例如：凹部、線條或凸部）可具有約10奈米至約100奈米的寬度，約30奈米至約1,000奈米的深度或高度，及/或約3至100的深寬比。
在一些實施例中，「膜」係指在垂直於厚度方向之方向上延伸之層。在一些實施例中，「層」係指形成於表面上之具有某些厚度之材料，並可以是膜或非膜結構之同義詞。膜或層可由具有某些特性之單獨的單一膜或層或由多個膜或層構成，且相鄰膜或層之間的邊界可（或可不）清晰，且可（或可不）基於相鄰膜或層之物理、化學及/或任何其他特性、形成程序或序列及/或功能或目的而被建立。層或膜可以是連續或不連續的。再者，單一膜或層可利用多個沉積循環，及/或多個沉積及處理循環來形成。
如本文所用，用語「碳層」或「碳材料」可指其化學式可表示為包含碳的層。包含碳材料的層可包含其他元素，例如：氧、氮及氫中之一或多者。同樣地，用語「碳材料」可指其化學式可表示為包含碳的材料，且些材料亦可包含氧、氮及氫中之一或多者。
如本文所用，用語「結構」可指部分地或完全地被製造出來的一裝置結構。舉例而言，結構可以是一基板，或可包括一基板，其上形成有一或多個層及/或特徵。
如本文所用，用語「循環沉積製程」可指氣相沉積製程，其中沉積循環（通常是複數個接續的沉積循環）係在一製程室中進行。循環沉積製程可包括循環化學氣相沉積（chemical vapor deposition，CVD）及原子層沉積製程。循環沉積製程可包括一或多個循環，些循環包括前驅物、反應物及/或惰性氣體之電漿活化（例如：的脈衝），及/或前驅物至反應室的脈衝。
在本揭露中，在一些實施例中且取決於上下文，「連續地」可指在不打破真空之情況下、在作為時間線無中斷之情況下、在無任何實質性介入步驟之情況下、緊接著其後不改變處理條件而作為下一步驟之情況下或兩個結構之間除兩個結構以外無介入離散物理或化學結構之情況下。
流動性（例如：初始流動性）可被決定如下： 表1
底部/頂部比率（B/T） 流動性
0＜ B/T ＜1 無
1≤ B/T ＜1.5 不良
1.5≤ B/T ＜2.5 良好
2.5≤ B/T ＜3.5 很好
3.5≤ B/T 極好
其中B/T指的是沉積在一凹部底部之膜厚度對（在凹部被填充之前）沉積在形成凹部的一頂面上之膜厚度的比率。一般而言，流動性係利用深寬比為約1或更小之寬凹部來評估，因為一般而言，凹部的深寬比愈高，B/T比率會變得愈高。當凹部的深寬比愈高時，B/T比率大致上變得愈高。如本文所用，「可流動」的膜或材料展現良好或更好的流動性。
誠如以下之詳述，當揮發性烴前驅物（例如）被電漿聚合並沉積在基板表面上時，可獲得膜的流動性，其中氣態前驅物係藉由電漿氣體放電所提供的能量被活化或被碎裂，以便開始聚合反應。所得之聚合物材料可展現暫時性的（例如：初始的）流動行為。當沉積步驟完成，及/或在一短的時間段（例如：約3.0秒）之後，膜可不再能流動，而是變成固化，且因此無需再採用另外的固化製程。
在本揭露中，變量之任兩個數字可構成變量之可工作範圍，且所指示之任何範圍可包括或排除端值。此外，所指示的變量之任何數值（不管些數值是否冠以「約」來指示）可指精確值或近似值並包括等效值，且在一些實施例中可指平均值、中間值、代表值、多數值等。再者，在本揭露中，用語「包括」、「由…構成」及「具有」在一些實施例中可單獨地指「典型或廣泛地包括」、「包括」、「基本上由…組成」或「由…組成」。在本揭露中，任何已界定之意義不必然排除一些實施例中的尋常及慣例意義。
現參照圖式，第1圖根據本揭露之實例繪示一例示性方法100。方法100包括以下步驟：提供一基板於一反應室中102；形成一或多個第一碳層覆蓋於表面104；一或多個第一碳層中之至少一者具有一第一初始流動性；可選地重複步驟104達所需之次數（例如：在1與14之間），其被繪示為迴路/步驟106；以及隨後形成具有一第二初始流動性的一第二碳層覆蓋一或多個碳層108。誠如以下之詳述，步驟104及/或108之實例可包括以一電漿製程來處理初始可流動的碳材料之步驟，以形成具有所需特性之第一碳層及第二碳層。
在提供一基板至一反應室內之步驟102的期間，基板係被提供至一氣相反應器之一反應室中。根據本揭露之實例，反應室可作為一循環沉積反應器的一部分，例如：原子層沉積（atomic layer deposition，ALD）（例如：電漿輔助原子層沉積（plasma enhanced ALD，PEALD））反應器或化學氣相沉積（chemical vapor deposition，CVD）（例如：電漿輔助化學氣相沉積（plasma enhanced CVD，PECVD））反應器的一部分。本文所述之方法的各種步驟可在一單一反應室內執行，或可在多個反應室中執行，例如：集束型製程設備之反應室。以下結合第6圖詳細描述一種適合用在本方法100之例示性反應室。
在步驟102期間，基板可達至一所需的溫度，且/或反應室可達至一所需的壓力，例如：適於後續步驟之溫度及/或壓力。舉例而言，反應室內之（例如：基板或基板支架的）溫度可低於或等於於100°C，例如：在周圍且低於100°C之間。反應室內之壓力可從約200帕至約1,250帕。根據本揭露之特定實例，基板包括一或多個特徵。在一些情況下，些特徵可從基板之表面延伸。在這些情況下，可在些特徵之間形成一凹部或溝槽（例如：多溝槽結構）。
參照第1圖及第2圖，在步驟102期間所提供的例示性基板230可包括一層或塊材201，及覆蓋於層或塊材201之多個特徵204、208及形成於其間的凹部（或溝槽）206。在如第2圖所示的步驟104期間，具有一第一初始流動性之一未經處理的（例如：初始流動的）第一碳層212可保形地被沉積在特徵204、208上方以形成結構232。如以下所述，未經處理的第一碳層212可被處理，且步驟104（例如：包括一處理）可被重複以形成結構234，其包括複數個第一碳層210及未經處理的第一碳層212。
未經處理的第一碳層212可使用活化物種214並採用一第一處理製程來處理，以形成一或多個經處理的第一碳層211及結構236。
步驟104中之第一處理製程可包括一離子能量及一通量，用來處理未經處理的第一碳層212。
再參照第1圖及第2圖，在步驟108期間，第二碳層係被形成以覆蓋於一或多個經處理的第一碳層211。更明確來說，第二碳層可藉由先沉積一（例如：初始流動的）未經處理的第二碳層216來形成，以形成結構238。在一例示性實施例中，未經處理的第二碳層216具有一第二初始流動性，其大於在步驟104中所形成之未經處理的第一碳層212之第一初始流動性。流動性可取決於（例如）初始黏性材料的厚度；例如：較厚的初始黏性材料可展現較大的流動性。因此，在某些實施例中，未經處理的第二碳層216係較一或多個未經處理的第一碳層212為厚。未處理的第一碳層212及未經處理的第二碳層216的厚度可使用製程參數（例如：沉積時間及用於形成沉積電漿的功率）來控制。在某些實施例中，若沉積時間大於未經處理的第一碳層212或沉積功率大於未經處理的第一碳層212之其中至少一者，則未經處理的第二碳層216可長得較厚，且因此更具流動性。在步驟108期間，如結構240所示，未經處理的第二碳層216係以包含第二活化物種218的一第二處理製程來處理，以形成經處理的第二碳層220。第二處理製程可包括用來處理未經處理的第二碳層216的一離子能量及一通量，以形成一經處理的第二碳層220。在某些實施例中，步驟108中之第二處理製程可比步驟104中之第一處理製程具有更大的離子能量及/或通量。例如：步驟108期間之電漿功率及/或電漿時間可較步驟104期間之電漿功率及/或電漿時間為大，使得所有的碳層216都經過處理。
第3圖繪示形成一碳層（例如：如本文所述的第一或第二碳層）之例示性方法300。方法300可用於方法100之步驟104及/或步驟108。以下所列之方法300的不同製程參數可被改變，使得步驟108中之第二碳層可初始地比步驟104中所形成之第一碳層更具流動性。
方法300包括下列步驟：提供一碳前驅物至反應室302；提供一沉積電漿於反應室內304；以及一處理步驟306。此外，方法300可包括提供一或多種惰性氣體至反應室，及/或提供一或多種反應物或載流氣體至反應室。一或多種惰性氣體可包含（例如）氬氣、氦氣及氮氣中之一或多者之任何組合。舉特定實例而言，惰性氣體為（或包含）氦氣。在此步驟期間，惰性氣體至反應室的流率可從約500每分鐘標準毫升數（sccm）至約8,000每分鐘標準毫升數。惰性氣體可用於提供活化物種至反應室內、用於從反應室吹掃反應物及/或副產物，及/或可用作一載流氣體，以幫助將前驅物輸送至反應室。
在步驟302期間，用來形成一碳層的一碳前驅物被引入至反應室中，在一實例中，碳前驅物連同惰性/載流氣體被引入至反應室中。例示性前驅物包括由式CxHyNzOa表示之化合物，其中x為2以上之一自然數，y為一自然數，z為0或一自然數，且a為0或一自然數。例如：x的範圍可從約2至約15，y的範圍可從約4至約30，z的範圍可從約0至約10，且a的範圍可從約0至約05。前驅物可包括鏈狀或環狀分子，其具有二或多個碳原子及一或多個氫原子（例如：由上式表示的分子）。舉特定實例而言，前驅物可為（或包括）一或多個具有至少一雙鍵之環狀（例如：芳族）結構及/或化合物，且在一些情況下包括二或多個或三或多個雙鍵。舉特定實例而言，碳前驅物可為（或包括）1,3,5-三甲基苯（1,3,5, trimethylbenzene）或2,4,6-三甲基吡啶（2,4,6, trimethylpyridine）。
碳前驅物從一碳前驅物源至反應室之流率可根據其他製程條件而變化。舉例而言，流率可自約100每分鐘標準毫升數至約3,000每分鐘標準毫升數。同樣地，每一個提供一碳前驅物至反應室之步驟的持續時間可隨各種的考量而變化。舉例而言，持續時間可在約1.0秒至約35.0秒之範圍內。
繼續參照第3圖，在步驟304期間，反應室內形成有沉積電漿，以於基板之表面上形成一初始黏性碳材料。一旦碳前驅物被提供至反應室且形成電漿後，碳前驅物可利用受激發物種而被轉化成初始黏性（可流動的）材料。初始黏性碳材料可變為一碳層，例如：透過與受激發物種進一步反應。碳層可以是固體或實質上是固體。在步驟302期間，用來引燃及維持電漿的功率範圍可從約50瓦（W）至約800瓦。功率之頻率範圍可從約1百萬赫（MHz）至約10吉赫（GHz）。在這類的實施例中，在第二碳層中用來點燃並維持電漿之功率可高於在第一碳層中用來點燃並維持電漿之功率，使得第二碳層較厚、流動性更好、且/或呈現每循環的較高生長。
第一層及第二層之厚度可藉由多個製程參數（例如：沉積時間及功率）來控制。例如：對第二碳層之沉積時間可長於對第一碳層之沉積時間，藉以得到一較厚且更黏稠的第二碳層。
在步驟306期間，碳層可利用活化物種（諸如：使用一電漿（例如：射頻（radio frequency）及/或微波電漿（microwave plasma））來處理，以形成（例如）碳層所增加的密度及/或硬度。直接電漿及/或遠端電漿可被用來形成活化物種。
步驟306可包括從一惰性氣體形成活化物種。用來形成電漿之功率可在約50瓦至約800瓦的範圍內。功率之頻率可在約1百萬赫至約10吉赫的範圍內。
在一些情況下，惰性氣體可連續地引流至反應室，且活化物種可透過循環電漿形成用之功率而週期性地被形成。用於處理步驟之物種形成可在用於一或多個或其他步驟的相同反應室中形成，或者可以是另外的反應室（例如：相同集束型製程設備的其他反應室）。
在步驟302至步驟306期間，反應室中的溫度可小於或等於100°C （例如：在環境溫度與100°C之間）。在物種形成以供處理的期間，反應室內之壓力可從約200帕至約1,250帕。
如上所述，第二碳層可符合期望地比一或多個第一碳層更厚且更黏稠。在這些情況下，第二碳層可藉由具有比處理第一層時較高能量及/或較高通量之離子處理，使得些離子可到達第二碳層之材料的底部，以處理整個第二碳層。
本文所述之各種方法的步驟可重疊，且無需按上述指示的順序進行。再者，在一些情況中，各種步驟或其部分可在方法進行至下一步驟之前重複一或多次。例如，步驟302及304可被重複一或多次，例如：在方法300前進至步驟306之前被重複約1至約20次（重複步驟308）。同樣地，在前進至下一步驟（例如：方法100之些下一步驟）之前，步驟302至步驟306（含／不含步驟308）可被重複數次310。
第4圖繪示適合用在方法100及/或方法300之例示性時序的示意圖。第4圖繪示碳前驅物及電漿功率脈衝（在此程序中所使用之功率的實例為射頻功率），其中氣體及/或電漿功率被提供至反應室達一脈衝時段，供未經處理的第一碳層212及未經處理的第二碳層216，且供處理沉積材料。如上所述，惰性氣體可連續地被提供至反應室，且被用來形成如本文所述之活化物種。惰性氣體亦可用作一載流氣體，以將碳前驅物引入反應室。脈衝的寬度可不必然指示與每一脈衝關聯的時間量；所示的脈衝可顯示各個脈衝的相對起始時間。同樣地，所示脈衝之高度可不必然指示具體的振幅或值，但可顯示相對的高及低（例如：開及關）值。這些實例僅是說明性，且無意限制本揭露或申請專利範圍的範疇。
功率（例如：射頻功率）子序列412可包括：一或多個第一碳層沉積脈衝時段404，以沉積未經處理的第一碳層212；及一或多個第一碳處理脈衝時段406，以處理未經處理的第一碳層212。根據這些實施例的實例，若干第一碳層沉積脈衝時段404及第一碳處理脈衝時段406較佳是相等，且其次數的範圍可從約1至約150。功率子序列412亦包括：供沉積未經處理的第二碳層216的一第二碳層沉積脈衝時段408；及供處理未經處理的第二碳層216的一第二碳層處理脈衝時段410。第4圖中所繪之實施例顯示一較佳實施例，其中第二碳層沉積脈衝時段408係大於第一碳層沉積脈衝時段404。第4圖亦描繪一較佳實施例，其中在第二碳層處理脈衝時段410中所使用的功率及/或脈衝時段係大於在第一碳層處理脈衝時段406中所使用之功率及脈衝時段。
如上所述，序列400之例示性實施例包括：在一或多個第一碳層及第二碳層沉積脈衝時段404及408的期間，及/或一或多個第一碳層及第二碳層處理脈衝時段406及410的期間，連續地將一惰性氣體供應至反應室。惰性氣體可在第一碳層沉積脈衝時段404之前被提供至反應室，並可在最後之第二碳層處理脈衝時段410之後結束供給。
序列400亦可包括一前驅物子序列420，以提供一碳前驅物至反應室，並持續一前驅物脈衝時段402，以供每個形成一或多個第一碳層之步驟；並提供一碳前驅物至反應室，並持續一前驅物脈衝時段414，以供形成第二碳層。脈衝時段402之範圍可從（例如）約1秒至約35秒。脈衝時段414之範圍可從（例如）約3秒至約60秒。每一個前驅物脈衝時段402可相同或是隨時間變化；前驅物脈衝時段414較佳是大於前驅物脈衝時段402。
在碳前驅物至反應室的流動已開始（脈衝402或414）之後，在一或多個第一碳層及第二碳層沉積脈衝時段404及408之期間，形成電漿的功率可被提供並持續多個脈衝時段。在此，當電漿被引燃/形成時，惰性氣體及碳前驅物兩者皆可被提供至反應室。第一碳層及第二碳層沉積脈衝時段404及408之範圍可從（例如）約1秒至約30秒。每一個第一碳層沉積脈衝時段404可相同或隨時間變化；第二碳層沉積脈衝時段408可大於第一碳層沉積脈衝時段404。
如本實例所示，前驅物脈衝時段402在第一碳層及第二碳層處理脈衝時段406及410之前終止。一旦碳前驅物至反應室之流動及電漿功率已終止，則可吹掃反應室，並持續一吹掃時段。吹掃時段之範圍可（例如）從約5秒至約30秒。每一個吹掃時段可相同或隨時間變化。
在沉積脈衝時段404及408期間之功率（例如：施加至電極）的範圍可從約50瓦至約800瓦。本揭露之一實施例揭示在沉積脈衝時段404之期間的功率等於在沉積脈衝時段408之期間的功率。處理脈衝時段的範圍可從約1秒至約30秒。
在沉積脈衝時段404及408之後，電漿功率可被提高至一所需的值，以供利用活化物種來處理碳材料並持續處理脈衝時段406及410。反應室內的功率水準及壓力可如上所述。脈衝時段406及410之範圍可從（例如）約1秒至約30秒。在一例示性實施例中，每一個處理脈衝時段406可相同或隨時間變化，而處理脈衝時段410係大於處理脈衝時段406。處理脈衝時段的期間，電漿功率之頻率可改變以控制離子能量。
在利用活化物種來處理碳材料並持續一或多個脈衝時段406及410的步驟之後，可吹掃反應室並持續一第二吹掃時段。第二吹掃時段之範圍可（例如）從約10秒至約70秒。各第二吹掃時段在時間上可相同或變化。
第5圖根據本揭露繪示例示性多溝槽結構512及514。結構512顯示一或多個第一碳層516位在（例如：使用方法300所形成的）基板510之一溝槽502中。用於形成一或多個第一碳層516之初始流動碳的沉積速率可展現一第一每循環的生長，其介於1奈米/循環至10奈米/循環之間。每個一或多個第一碳層可利用一第一處理製程520來處理。隨後藉由沉積一第二初始流動碳材料，一或多個第二碳層可被用來填充溝槽504，其中沉積第二初始流動碳材料之每循環的生長係至少比第一每循環的生長大兩倍。隨後，第二初始流動碳材料可利用一第二處理製程522來處理，以形成結構514。在一例示性實施例中，暴露於第一及第二處理製程之處理下，流動碳材料之厚度可近似於在結構512與514之間，或第二層可較一或多個第一碳層為厚。
第6圖根據本揭露之例示性實施例繪示一反應器系統（本文中有時簡稱為系統）600。反應器系統600可用以執行如本文所述之一或多個步驟或子步驟，及/或形成如本文所述之一或多個結構或其部分。
系統600在一反應室3之內部11（反應區）中包括平行且面向彼此之一對導電平板電極4、2。可藉由從功率源25施加（例如）高射頻（HRF）功率（例如：13.56百萬赫或27百萬赫）至一電極（例如：電極4），並將另一電極（例如：電極2）電性接地，以在反應室3內激發電漿。一溫度調節器可被設置在一下機台2（下電極）中，且置放於其上之基板1的溫度可被保持在一所需的溫度。電極4可充當一氣體分配裝置（例如：噴淋板）。反應物氣體、稀釋氣體（若有的話）、前驅物氣體及/或類似者可分別使用一或多個氣體管線20、氣體管線21及氣體管線22，並透過噴淋板4而被引入至反應室3中。雖然圖中繪示三個氣體管線，反應器系統600可包括任何合適數目之氣體管線。氣體管線20可被連接至一碳前驅物源29，氣體管線21可被連接至一惰性氣體源27，且氣體管線22可被連接至其他的（例如：載體）氣體源28。
在反應室3中，具有一排氣管線7之一圓管13可被提供，反應室3內部11的氣體可透過圓管13被排出。此外，被設置在反應室3下方之一傳遞室5設有一密封氣體管線24，以經由傳遞室5的內部16（傳遞區）將密封氣體引入至反應室3的內部11，其中所提供的一分隔板14是用於分開反應區與傳遞區（此圖省略一閘閥，而一晶圓係透過閘閥被遞送進入或離開傳遞室5）。傳遞區亦提供有一排氣管線6。在一些實施例中，沉積及處理步驟係在同一反應空間中進行，使得些（例如：沉積，包括處理）步驟中之二或多者（例如：所有）可連續地進行，而使基板不會暴露於空氣或其他含氧環境中。
在一些實施例中，惰性或載流氣體至反應室3之連續流動可使用一流道系統（flow-pass system，FPS）來達成，其中載流氣體管線具備一歧路管線（其具有一前驅物儲槽（瓶）），且主管線及歧路管線是被切換的，其中當僅需要將載流氣體饋送至一反應室時，歧路管線是關閉的，而當需要將載流氣體及一前驅物氣體兩者饋送至反應室時，主管線是關閉的，且載流氣體流過歧路管線，並連同前驅物氣體從瓶一起流出。如此，載流氣體可連續地流入反應室中，並可藉由在主管線與歧路管線之間切換而以脈衝方式運載前驅物氣體，且實質上不會引起反應室壓力的波動。
所屬技術領域中具有通常知識者將理解，設備包括一或多個控制器26，其被編程或以其他方式配置以實現如本文中所述之一或多個方法步驟。如所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解的，（些）控制器係與反應器之各種功率源、加熱系統、泵、機器人系統及氣流控制器或閥連通。舉例而言，控制器可被配置以控制一碳前驅物進入一或多個反應室中的至少一者的氣流，以形成一第一碳層及覆蓋於第一碳層的一第二碳層，其中第二碳層之流動性及/或厚度係大於第一碳層之流動性及/或厚度。控制器可進一步被配置以控制一第一電漿製程，其係以一第一離子能級及一第一通量來處理第一碳層，其中控制器係被配置以控制一第二電漿製程，其係以一第二離子能級及一第二通量來處理第二碳層，其中下列中的至少一者：第二離子能級大於第一離子能級，及第二通量大於第一通量。
在一些實施例中，可使用一雙室反應器（用於處理晶圓且靠近彼此的兩個區段或隔室），其中一反應物氣體及一稀有氣體可透過一共用管線來供應，而一前驅物氣體係透過非共用管線來供應。
上文所述之本揭露的例示性實施例並未限制本揭露的範疇，因為這些實施例僅是本揭露諸多實施例中的例子。任何等效實施例均意欲落在本揭露之範疇。實際上，除本文中所顯示及所描述者以外，所屬技術領域中具有通常知識者可由本說明書明白本揭露之各種修改，例如：所描述元件之替代可用組合。這類修改及實施例亦意欲落在隨附之申請專利範圍的範疇內。
1:基板 2:平板電極,下機台 3:反應室 4:平板電極,噴淋板 5:傳遞室 6:排氣管線 7:排氣管線 11:內部 13:圓管 14:分隔板 16:內部 20:氣體管線 21:氣體管線 22:氣體管線 24:氣體管線 25:功率源 26:控制器 27:氣體源 28:氣體源 29:碳前驅物源 100:方法 102,104,106,108:步驟 201: 層或塊材 204:特徵 206:凹部 208:特徵 210:第一碳層 211:經處理的第一碳層 212:未經處理的第一碳層 214:活化物種 216:第二碳層 218:第二活化物種 220:經處理的第二碳層 230:基板 232:結構 234:結構 236:結構 238:結構 240:結構 300:方法 302,304,306,308,310:步驟 400:序列 402:脈衝時段 404:脈衝時段 406:脈衝時段 408:脈衝時段 410:脈衝時段 412:子序列 414:脈衝時段 420:子序列 502:溝槽 504:溝槽 510:基板 512:結構 514:結構 516:第一碳層 518:第二碳層 520:第一處理製程 522:第二處理製程 600:系統
本揭露之例示性實施例可藉由參考實施方式及申請專利範圍，並搭配以下說明性的圖式而得到更完整的理解。 第1圖係根據本揭露之例示性實施例繪示一方法。 第2圖係根據本揭露之至少一實施例繪示其所形成之結構。 第3圖係根據本揭露之例示性實施例繪示一方法。 第4圖係根據本揭露之例示性實施例繪示一時序圖。 第5圖係根據本揭露之例示性實施例繪示多溝槽結構。 第6圖係根據本揭露之例示性實施例繪示一系統。
應瞭解，圖式中的元件是為簡單與清楚而繪示，不必然按比例繪製。例如，圖式中某些元件尺寸可能相對於其他元件被誇大，以幫助改善對本揭露所繪示之實施例的理解。
100:方法
102,104,106,108:步驟

Claims (22)

  1. 一種方法，包括下列步驟： 提供一基板於一反應室內，該基板包括形成於該基板之一表面上的一或多個凹部； 形成一或多個第一碳層覆蓋於該表面，該一或多個第一碳層中之至少一者具有一第一初始流動性；以及 形成一第二碳層覆蓋於該一或多個第一碳層，該第二碳層具有一第二初始流動性， 其中該第二初始流動性係大於該第一初始流動性。
  2. 如請求項1之方法，其中該一或多個凹部中之至少一包括一多溝槽結構。
  3. 如請求項1或2之方法，其中該第二碳層較該一或多個第一碳層中之至少一者為厚。
  4. 如請求項1至3中任一項之方法，其中形成一或多個第一碳層之該步驟包括下列的一或多個循環：形成第一初始黏性層於該一或多個凹部中，且使用一第一電漿製程處理該第一初始黏性層。
  5. 如請求項1至4中任一項之方法，其中形成該第二碳層之該步驟包括形成一第二初始黏性層、及使用一第二電漿製程來處理該第二初始黏性層。
  6. 如請求項5之方法，其中該第一電漿製程包括一第一電漿功率，其中該第二電漿製程包括一第二電漿功率，且其中該第二電漿功率係大於該第一電漿功率。
  7. 如請求項4至6中任一項之方法，其中該第一初始黏性層係採用該第一電漿製程以一第一處理時間處理，且其中該第二初始黏性層係採用該第二電漿製程以一第二處理時間處理，其中該第二處理時間係大於該第一處理時間。
  8. 如請求項4至6中任一項之方法，其中該第一電漿製程包括一第一離子能級及一第一通量，且其中該第二電漿製程包括一第二離子能級及一第二通量，其中該第二離子能級係大於該第一離子能級。
  9. 如請求項8之方法，其中該第二通量係大於該第一通量。
  10. 如請求項4至9中任一項之方法，其中用於形成該第二碳層之該步驟的一沉積時間係大於用於形成該一或多個第一碳層之一沉積時間。
  11. 如請求項1至10中任一項之方法，其中該第二碳層之表面係被平坦化。
  12. 如請求項1至11中任一項之方法，其中在該形成該一或多個第一碳層之該步驟期間，該反應室內之溫度係小於100°C。
  13. 如請求項1至12中任一項之方法，其中在該形成該第二碳層之步驟期間，該反應室內之溫度係小於100°C。
  14. 如請求項1至13中任一項之方法，其中該第一電漿製程或該第二電漿製程中之至少一者包括從一或多種的He、Ar及N 2形成受激發物種。
  15. 如請求項1至14中任一項之方法，其中形成一或多個第一碳層之該步驟係被重複一第一次數，其中形成該第二碳層之該步驟係被重複一第二次數，其中該第一次數係大於該第二次數。
  16. 如請求項1至15中任一項之方法，其中形成一或多個第一碳層之該步驟包括提供一碳前驅物至該反應室，其中該碳前驅物之化學式係以CxHyNzOa表示，其中x係2以上的一自然數，y係一自然數，z係0或一自然數，且a係0或一自然數。
  17. 如請求項1至16中任一項之方法，其中形成該第二碳層之該步驟包括提供一碳前驅物至該反應室，其中該碳前驅物之化學式係以CxHyNzOa表示，其中x係2以上的一自然數，y係一自然數，z係0或一自然數，且a係0或一自然數。
  18. 如請求項1至17中任一項之方法，其中形成一或多個第一碳層之該步驟包括一第一每循環生長程度，且形成第二碳層之該步驟包括一第二每循環生長程度，其中該第二每循環生長程度係大於該第一每循環生長程度。
  19. 一種方法，包括下列步驟： 提供一基板於一反應室內，該基板包括形成於該基板之一表面上的一或多個凹部； 形成覆蓋該表面的一第一碳層，其係藉由沉積具有一第一初始流動性之一第一初始流動碳層、及以一第一離子能級及一第一通量來處理該第一初始流動碳層來完成； 形成覆蓋該第一碳層的一第二碳層，其係藉由沉積具有一第二初始流動性之一第二初始流動碳層、及以一第二離子能級及一第二通量來處理該第二初始流動碳層來完成， 其中該第二初始流動性係大於該第一初始流動性，且 其中，下列中之至少一者： 該第二離子能級係大於該第一離子能級，或 該第二通量係大於該第一通量。
  20. 一種結構，係根據如請求項1至19中任一項之方法所形成。
  21. 一種系統，包括： 一反應室； 一碳前驅物源； 一惰性氣體源； 一電漿功率源； 一排氣源；以及 一控制器， 其中該控制器係被配置以控制該碳前驅物進入該反應室之氣流，以形成一第一碳層及覆蓋於該第一碳層之一第二碳層，且 其中該第一碳層包括一第一厚度及一第一初始流動性，且該第二碳層包括一第二厚度及一第二初始流動性，其中，下列中之至少一者： 該第二厚度係大於該第一厚度，且 該第二流動性大於該第一流動性。
  22. 如請求項21之系統，其中該控制器係被配置以控制一第一電漿製程，其係以一第一離子能級及一第一通量來處理該第一碳層，其中該控制器係被配置以控制一第二電漿製程，其以一第二離子能級及一第二通量來處理該第二碳層，其中，下列中之至少一者： 該第二離子能級係大於該第一離子能級，且 該第二通量係大於該第一通量。
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