[发明专利]用于3D内存应用的PECVD氧化物-氮化物以及氧化物-硅堆栈

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年10月6日提交的“用于3D内存应用的PECVD氧化物-氮化物以及氧化物-硅堆栈（PECVD OXIDE-NITRIDE AND OXIDE-SILICON STACKS FOR3D MEMORY APPLICATION）”的美国专利申请第12/899,401号的优先权。上述申请的内容以引用方式并入本文。

1.技术领域

本发明涉及半导体基板处理系统，且更具体地，本发明涉及用于沉积材料的层堆栈结构的工艺。

2.背景技术

半导体基板处理系统通常含有处理腔室，处理腔室具有基座，以在腔室内邻近处理区域处支撑半导体基板。腔室构成真空封闭区而部分地界定处理区域。气体分配组件或喷淋头将一种或多种处理气体提供至处理区域。气体接着经加热和/或供应能量而形成等离子体，以在基板上执行一些工艺。这些工艺可包括等离子体增强化学气相沉积（PECVD），以将膜沉积至基板上。

三维（3D）内存可由沉积在基板上的交替膜材料的层堆栈结构制成。例如，3D内存可包括氧化物与氮化物膜的交替层、或者氧化物与硅膜的交替层。这些堆栈结构可包括多层第一材料和第二材料。为了形成这些层堆栈结构，把基板放到第一PECVD腔室内，并且将真空施加至腔室。前驱物气体用来产生等离子体，并且第一材料沉积在基板上。可用惰性气体（例如氮气）净化腔室，接着将基板移出第一PECVD腔室。接着将基板传送到第二PECVD腔室。将真空施加至第二PECVD腔室，并且前驱物气体用来产生等离子体，且第二材料沉积在基板上的第一材料上。移开基板，并且重复工艺，直到在基板上形成所需层数。

上述工艺的问题在于，在不同处理腔室中沉积每一材料层可能十分没有效率。需要一种用于在单一处理腔室中形成多层不同材料、而无需破坏处理腔室真空的方法。

发明内容

在一个实施例中，用于制造交替材料的层堆栈结构的工艺在单一PECVD处理腔室中原位地执行。基板被放到PECVD处理腔室的接地基座上。关闭处理腔室的门以密封腔室，并且将真空施加至腔室。在一个实施例中，电极可按电容耦合构造装设在基座上。交流射频（RF）功率可施加至电极，而在基板与电极之间产生电场。第一组处理气体流入处理腔室，并在PECVD腔室内激发成第一等离子体。等离子体具有被离子化的相当多比例的离子化原子或分子，并且原子或分子释出电子。这些高能电子会诱发第一处理气体分子的解离以及大量自由基的产生。如此将第一材料沉积至基板上。

在沉积第一材料层之后，进行等离子体净化，以清洁PECVD腔室并且调理第一材料层的表面，使第一材料层与将沉积的下一材料层有良好界面。接着进行气体净化，以清除残余气体。第二组处理气体流入处理腔室，并在PECVD腔室内激发成第二等离子体。第二材料层从第二等离子体沉积在第一材料上。等离子体净化清洁PECVD腔室并且调理第二材料层的表面。接着进行气体净化，以移除第二处理气体。

重复所述沉积第一与第二材料层的工艺，直到在基板上已沉积所需层数。由于不同材料的沉积是在同一PECVD处理腔室中且在整个沉积过程中进行，PECVD处理腔室维持真空，因此可增进工艺效率。因不需要在两个不同的PECVD处理腔室之间传送基板来沉积不同材料层，可节省许多时间。

所沉积的材料层堆栈结构可取决于制造的3D内存的类型。可形成层堆栈结构的材料实例包括：氧化硅/氮化硅、氧化硅/硅、硅/掺杂硅、硅/氮化硅和其它材料。在沉积层堆栈结构之后，可将基板移出PECVD处理腔室，并且可进行额外处理，以制造3D存储设备。在一些实施例中，存储设备可需要8x、16x、24x或更多层材料。

将材料层沉积至基板上的潜在问题为，每一层会产生施加到基板的拉伸应力或压缩应力。基板可反抗来自沉积层的应力，以造成基板应变变形，所述应力可导致基板上表面弯曲。基板上表面的所述变形会造成后续平版印刷处理产生误差。为了使基板变形最小化，可调整沉积材料层，使基板上的净应力很小。更具体地，可调整两种材料的应力，使两种材料的应力强度实质相等且方向相反。当沉积彼此相邻的多对层时，相等、但相反的拉伸或压缩应力将趋向于互相抵消，如此基板的净应力将很小，确保基板不会发生任何变形。

虽然净应力可近似零，但因应力相反，相邻层之间的应力可能很大。如果应力太大，则可能打断相邻层之间的键合，以致层堆栈结构的一部分分层。为了避免分层，相邻材料的键合必须很强。在一个实施例中，在沉积材料之后，可向材料的露出表面施行等离子体处理，以改善相邻层之间的键合界面并且防止分层。