CN113136561B 沉积氮化硅层的方法、该方法形成的结构以及执行系统 （Asmip私人控股有限公司）

(19)国家知识产权局(12)发明专利(10)授权公告号CN113136561B(65)同一申请的已公布的文献号(30)优先权数据(73)专利权人ASMIP私人控股有限公司(74)专利代理机构北京市柳沈律师事务所专利代理师王冉(54)发明名称沉积氮化硅层的方法、该方法形成的结构以及执行系统在反应室内提供衬底将衬底暴露于含Si前体以进行热吸附公开了用于在表面上沉积氮化硅之前预处理所述表面的方法和系统。示例性方法包含通过将所述表面暴露于由包括氮和氢的一种或多种气体形成的活性物种来预处理所述表面。预处理的步骤可另外包含将所述表面暴露于包括硅的在反应室内提供衬底将衬底暴露于含Si前体以进行热吸附将衬底暴露于由一种或多种含H和含N的气体形成的活性物种沉积氮化硅材料21.一种形成氮化硅层的方法，所述方法包括以下步骤：在反应室内提供衬底；将所述衬底暴露于包含硅和氢的前体，用于硅热吸附于所述衬底的表面，而不暴露于等离子体过程；将所述衬底暴露于由包括氮和氢的一种或多种气体形成的活性物种以在衬底表面上在所述反应室内在所述衬底的形成N一H和/或N—H₂基团的表面上沉积氮化硅层，将前体提供到所述反应室；吹扫所述反应室；在所述反应室内形成活性反应物物种；以及吹扫活性反应物物种。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述包括氮和氢的一种或多种气体包括含氮气体和含氢气体。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述包括氮和氢的一种或多种气体包括氮、氢、氨、4.根据权利要求1所述的方法，其中沉积氮化硅层的步骤包括等离子体增强沉积过程，其中在所述反应室内形成活性反应物物种的步骤期间形成等离子体。5.根据权利要求1所述的方法，其中在将前体提供到所述反应室并在所述反应室内形成活性反应物物种的步骤期间使反应物连续流动。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述反应物选自氮、氢和氨组成的组。7.根据权利要求1所述的方法，其中在所述反应室内形成活性反应物物种的步骤包括由包括氮和氢的一种或多种气体形成活性物种。8.根据权利要求4所述的方法，其中用于在所述反应室内形成活性反应物物种的步骤期间形成等离子体的功率频率在100kHz与2.45GHz之间。9.根据权利要求4所述的方法，其中用于在所述反应室内形成活性反应物物种的步骤期间形成等离子体的功率在10W与4kW之间。10.根据权利要求1所述的方法，其中将所述衬底暴露于由包括氮和氢的一种或多种气体形成的活性物种以在衬底表面上形成N—H和/或N—H₂基团的步骤包括脉冲式等离子体过程，所述等离子体的功率频率在100kHz与2.45GHz之间。11.根据权利要求1所述的方法，将所述衬底暴露于由包括氮和氢的一种或多种气体形成的活性物种以在衬底表面上形成N—H和/或N—H₂基团的步骤包括脉冲式等离子体过12.一种根据权利要求1至11中任一项所述的方法形成的结构。13.一种用于执行权利要求1至11中任一项所述的方法的系统。3沉积氮化硅层的方法、该方法形成的结构以及执行系统技术领域[0001]本公开大体上涉及形成薄膜的方法，并涉及包含所述薄膜的结构。更具体地说，本公开涉及沉积氮化硅层的方法、包含此类层的结构以及用于沉积所述层的设备。背景技术[0002]使用氮化硅膜形成的特征用于广泛多种应用。例如，此类特征可在形成电子装置期间用作绝缘区域、用作蚀刻停止区域、用作间隔件、用以保护沟槽结构以及用于耐蚀刻保护区域。[0003]在一些应用中，可能需要在衬底表面上沉积相对薄的——例如小于10nm或小于5nm厚——且均匀的氮化硅膜。此外，通常期望在衬底表面上的三维表面上沉积厚度均匀的膜。[0004]在若干应用中使用等离子体增强沉积来沉积氮化硅膜，以例如降低沉积温度和/或增大沉积速率。等离子体增强沉积的氮化硅膜的生长温育度可能高度依赖于衬底表面上的材料。举例来说，在使用等离子体增强过程将氮化硅沉积在氧化硅沟槽结构上的情况下，可观察到高达4nm的温育生长。这意味着，若要4nm的膜生长，可使用等同于8nm膜的目标循环次数来沉积4nm厚的膜。因此，产率约为所要产率的50%。一旦在表面氮化硅膜上沉积了[0005]减少等离子体增强氮化硅膜沉积的温育时间的一个方法包含增加前体馈入反应室的时间并且增加在等离子体增强氮化硅沉积过程的初始沉积循环期间施加射频(RF)功率的时间。然而，这种方法并不消除不同材料或用不同键结构封端的材料之间的温育生长以此类方法可引起膜生长。用于在衬底(其可包括一种或多种材料和/或表面封端键)表面上均匀沉积氮化硅膜的方法和用于执行此类方法的系统。发明内容[0007]本公开的各种实施例涉及形成包含氮化硅的特征的方法、用于执行所述方法的系统和包含氮化硅膜的结构。虽然在下文更详细地论述本公开的各种实施例解决现有方法和系统的缺点的方式，但总体上，本公开的各种实施例提供改进的使用预处理过程沉积氮化硅的方法。下文描述的示例性方法提供相对高效的预处理衬底表面的方法以允许相对均匀的沉积温育时间——甚至跨衬底表面上的不同材料和/或跨不同衬底也如此。此外，示例性方法可跨特征，例如沿着衬底表面上的沟槽或突出部的高度，提供相对均匀的沉积温育度。[0008]根据本公开的至少一个实施例，一种形成氮化硅层的方法包含：在反应室内提供衬底；将所述衬底暴露于由包括氮和氢的一种或多种气体形成的活性物种；以及在反应室内的所述衬底上沉积氮化硅层。包括氮和氢的一种或多种气体可包含例如氮(N₂)、氢(H₂)、4氨和/或肼中的一种或多种，其可与例如氩、氦和氮中的一种或多种的第二气体组合。根据这些实施例的示例，沉积氮化硅层的步骤包含等离子体增强沉积过程。将衬底暴露于活性物种的步骤可包含脉冲式等离子体过程，例如其中用于形成等离子体的功率为脉冲式。沉积氮化硅层的步骤可包含循环过程，其中反应物和前体中的至少一者暴露于等离子体以形成活性物种。根据其它示例，在将前体提供到反应室并在反应室内形成活性反应物物种的步骤期间，使反应物连续流入反应室中。[0009]根据本公开另外的实施例，一种形成氮化硅层的方法包含：在反应室内提供衬底；将所述衬底暴露于含硅前体以使硅热吸附到所述衬底的表面上；将所述衬底暴露于由包括氮和氢的一种或多种气体形成的活性物种；以及在所述反应室内的所述衬底上沉积氮化硅等等)。将衬底暴露于活性物种的步骤可包含脉冲式等离子体过程，例如其中用于形成等离子体的功率为脉冲式。沉积氮化硅层的步骤可包含等离子体增强沉积过程。[0010]根据本公开的额外实施例，一种结构包含含有氮化硅的特征。所述特征可使用本文所描述的方法形成。[0011]根据本公开的额外实施例，公开一种用于执行本文所描述的方法和/或用于形成本文所描述的结构的系统。[0012]出于概述本发明和所实现的优于现有技术的优势的目的，可能在上文已描述了本发明的某些目标和优势。当然，应理解，未必所有此类目标或优势都可根据本发明的任一特定实施例实现。因此，举例来说，所属领域的技术人员将认识到，可按实现或优化本文中教示或表明的一个优势或一组优势但未必实现本文中可能教示或表明的其它目标或优势的方式来体现或实行本发明。对于所属领域的技术人员来说，根据参考各图的某些实施例的以下详细描述，这些和其它实施例将变得显而易见，而本发明不限于所公开的任何特定实施例。附图说明[0013]当结合以下示意性附图考虑时，可通过参考详细描述和权利要求来得到对本公开的示例性实施例的更全面理解。[0014]图1示出根据本公开的至少一个实施例的形成氮化硅层的方法。[0015]图2示出根据本公开的至少一个实施例的结构。[0016]图3示出根据本公开的示例的RF功率应用。[0017]图4示出根据本公开的示例的在存在以及不存在预处理步骤的情况下沉积的氮化硅膜的膜厚度差异。[0018]图5示出根据本公开的示例的在存在以及不存在预处理步骤的情况下沉积的氮化硅膜的沟槽宽度差异。[0019]图6示出对于变化的氢浓度，随预处理时间而变的氧化硅和硅覆层上沉积的氮化硅厚度差异。[0020]图7和8示出随预处理时间而变的顶部和侧壁膜厚度。[0021]图9示出在预处理期间通过0ES进行的N₂(391nm)吸附峰值。[0022]图10示出在预处理期间通过0ES进行的Ha(656nm)吸附峰值。5[0023]图11示出结构上的膜厚度点。[0024]图12和13示出随预处理时间而变的顶部和侧壁膜厚度。[0025]图14示出仅Ar/NH₃等离子体预处理与硅烷热吸附和Ar/NH₃等离子体预处理的组合的比较。[0026]图15示出根据本公开的示例性实施例的系统。[0027]应理解，图中的元件仅为简单和清晰起见而示出，不一定是按比例绘制。举例来说，图中的一些元件的尺寸可能相对于其它元件被放大以帮助改善对本公开的所示实施例的理解。具体实施方式[0028]尽管下文公开了某些实施例和示例，但所属领域的技术人员应了解，本发明延伸超出本发明具体公开的实施例和/或用途以及其显而易见的修改和等同物。因此，希望本发明所公开的范围不受限于下文所描述的特定公开实施例。[0029]如下文更详细地阐述，本公开的示例提供改进的用于在衬底表面上沉积氮化硅膜的方法和系统。示例性方法包含使用一个或多个预处理过程来提供期望的衬底表面以用于后续沉积。所述一个或多个预处理过程可减少后续沉积的温育循环，或消除用于后续氮化硅沉积的温育，和/或可在不同材料上和/或在使用不同技术形成和/或具有不同厚度的材料上提供更均匀的氮化硅沉积。另外或替代地，本公开的示例可提供在衬底表面上的特征上沉积的氮化硅膜的改进台阶覆盖(stepcoverage)。[0030]如本文所使用，术语“衬底”可指可用于形成或可在其上形成装置、电路或膜的任何一种或多种底层材料。衬底可包含块体材料，例如硅(例如单晶硅),并且可包含覆在块体材料上的一个或多个层。此外，衬底可包含各种特征，例如形成于衬底的至少一部分内部或[0031]如本文所使用，术语“循环沉积”可指依序将前体/反应物引入到反应室中以在衬底上沉积层，并且可包含原子层沉积和循环化学气相沉积等处理技术。在引入一种或多种行沉积循环，通常是多个连续沉积循环。通常，在每个循环期间，前体以化学方式吸附到沉积表面(例如，衬底表面，其可包含来自前一ALD循环的先前沉积材料或其它材料),从而形成不轻易与其它前体反应的材料的单层或亚单层(即，自限性反应)。此后，在一些情况下，可随后将反应物(例如，另一前体或反应气体)引入到处理室，以用于将沉积表面上的化学吸附前体转化成所要材料。反应物能够与前体进一步反应。此外，在每个循环期间还可利用吹扫步骤，以在化学吸附前体的转化之后从处理室移除过多前体和/或从处理室移除过多反应物和/或反应副产物。当使用前体/反应气体和吹扫(例如惰性)气体的交替脉冲执行时，如本文所用的术语原子层沉积还意在包含由相关术语表示的过程，例如化学气相原子层沉积、原子层外延(ALE)、分子束外延(MBE)、气体源MBE或有机金属MBE和化学束外延。[0033]如本文所用，术语“循环化学气相沉积”可指使衬底依序暴露于两种或更多种挥发性前体且所述挥发性前体在衬底上反应和/或分解以沉积材料的任何过程。[0034]包含氮化硅(SiN)的层或氮化硅层可包括氮化硅材料、基本上由氮化硅材料组成6或由氮化硅材料组成。由氮化硅组成的膜可包含可接受量的杂质，例如碳、氯或其它卤素和/或氢，其可源于用以沉积氮化硅层的一种或多种前体。如本文所使用，SiN或氮化硅是指包含硅和氮的化合物。SiN可表示为SiN,其中x在例如约0.5到约2.0之间变化，其中形成一一些实施例中，形成氮化硅，其中Si具有+IV的氧化态并且材料中氮化物的量可变化。任何材料介入步骤、其后不立即改变处理条件作为下一步骤，或在一些实施例中在两个结构之间除了所述两个结构之外没有居间离散的物理或化学结构。[0036]在本公开中，变量的任何两个数字可构成变量的可行性范围，并且所指示的任何范围可包含或排除端点。另外，所指示的任何变量值(无论它们是否用“约”指示)都可指精确值或近似值并包含等效值，并且在一些实施例中可指平均值、中位数、代表性值、多数值中，任何限定的含义未必排除普通和惯用含义。[0037]现转而参看附图，图1示出根据本公开的示例性实施例的形成氮化硅层的方法100.方法100包含以下步骤：在反应室内提供衬底(步骤102);视需要将衬底暴露于含硅前体(步骤104);通过将衬底暴露于由一种或多种含氢和含氮气体形成的活性物种而处理衬底表面(步骤106);以及在衬底的表面上沉积氮化硅层(步骤108)。[0038]在步骤102期间，将衬底提供到反应器的反应室中。根据本公开的示例，反应室可形成循环沉积或原子层沉积(ALD)反应器的部分。适合结合方法100使用的示例性单衬底反应器包含专门设计来执行ALD过程的反应器，其可购自ASMInternationalNV(荷兰阿尔梅勒市(Almere,TheNetherlands))。示例性合适的间歇式ALD反应器也可购自ASMInternationalNV。方法100的各种步骤可在单个反应室内执行，或可在例如集群工具的反应室等多个反应室中执行——例如在不将衬底的表面暴露于环境大气的情况下执行。包含反应室的反应器可具有加热器以通过升高衬底和/或反应物/前体中的一者或多者的温度来激活反应。[0039]在步骤102期间，可使衬底达到所要温度和压力以用于步骤104和/或步骤106。作为示例，反应室内的(例如衬底或衬底支撑件的)温度可在约50℃与约700℃之间或约200℃与约500℃之间。反应室内的压力可为约0.1到约50托。[0040]在步骤102期间提供的衬底可包含含有一种或多种材料的表面——在本文中有时料，以及此类材料的任何组合，其中任一种可热沉积或在等离子体的辅助下沉积。[0041]步骤104可用于例如提高方法100的效率或减少其总时间。例如，通过使用方法100的步骤104,可减少沉积氮化硅膜的总处理时间，包含预处理在内。根据本公开的示例，在步骤104期间，衬底可暴露于含硅前体以例如使含硅分子吸附在衬底的表面上，使得所述表面以Si-H键封端。在后续预处理步骤期间，Si-H键可用于例如在衬底的表面上形成一个或多[0042]根据本公开的各种示例，硅前体与衬底的表面热吸附或热反应。换句话说，硅前体7在步骤104期间不暴露于等离子体过程。适合结合步骤104使用的硅前体可包含硅和氢，例如约10sccm到约5slm的范围内。氮等载气可与硅前体共流。载体进入反应室的流率可在例如约0slm到约50slm的范围内。在步骤104期间，反应室内的压力可在约0.1托与约50托之间。衬底的温度可在约50℃与约700℃之间。硅前体可在约0.05秒到约10分钟的时段内流到[0043]在步骤106期间，将衬底暴露于由包括氮和氢的一种或多种气体形成的活性物种。在此步骤期间，N-H和/或N-H₂基团可在衬底的表面上形成。在衬底的表面上形成此类基团会促进氮化硅在衬底的表面上的后续(例如CVD或循环)沉积，即使所述表面包括不同材料时也如此。[0044]举例来说，衬底表面可能包含原生氧化物和/或厚氧化硅膜。在没有预处理(例如任选地，步骤104和步骤106)的情况下，如本文所描述，用于氮化硅的等离子体增强沉积的温育期可能高度取决于底层的质量。例如，可通过相对低的温育度来实现氮化硅在原生氧化硅上的沉积，而氮化硅在厚的高质量氧化硅膜上的温育可表现出高得多的温育度。然而，单独地或结合步骤104来使用步骤106可减少或消除两个表面上的温育期，由此允许氮化硅更均匀地沉积在表面上——不管是在相同的还是不同的衬底上。根据本公开的示例，当一个或多个衬底具有要预处理的多个材料表面时，将预处理时间选择为大于具有较长预处理时间的表面的最低限度预处理，使得跨材料表面的表面封端大体上类似。根据本公开的至少一些实施例，两个或更多个材料表面之间的温育差小于0.5nm。在一些情况下，预处理时间可少于45秒。如下文更详细地论述，本文所描述的方法的另一优势是，在衬底上或衬底内的特征上沉积的氮化硅膜的均匀性可得以改善。举例来说，氮化硅可沉积在一个或多个特征上，即高纵横比的特征(例如，具有大于或等于10或12的纵横比),其中台阶覆盖大于大约90%、或大于大约95%、或大于大约99%、或甚至基本上等于100%。如本文所使用，术语“台阶覆盖”定义为特征(例如，沟槽或突出部)的侧壁上的金属氧化物膜的厚度与衬底的水平表面上的金属氧化物的厚度的百分比。在这些情况下，可选择预处理过程的时间段以获得所要的台阶覆盖。根据另外的示例，预处理会使所处理表面的表面粘结状态基本上均匀。[0045]根据本公开的示例，包含氮和氢的一种或多种气体包含氮(N₂)和氢(H₂)中的至少一种——例如，氮或氮和氢的混合物。可选择氮和氢的相应浓度，使得氮反应性物种的量饱和。根据特定示例，包含氮和氢的一种或多种气体包含氮中大于约0.3体积(V)%的氢或约几V%(例如，2V%或更多)到约100V%的氢。除非另外指出，否则气体的百分比是指体积百[0046]在一些情况下，包含氮和氢的一种或多种气体可包含氨和肼中的一种或多种。在一些情况下，包含氮和氢的一种或多种气体还可包含第二气体。第二气体可包含氩、氦和氮中的一种或多种。包含第二气体的混合物可包含约0%到约几乎100%的所述第二气体。作种与氦和氩中的一种或多种。[0047]在一些情况下，可能需要脉冲输送等离子体形成功率来例如减少在预处理过程期间可能发生的对衬底表面的任何损坏，同时仍实现较低温育度和相对高的处理量。图3(a)示出在预处理步骤期间施加的恒定功率。图3(b)示出在步骤106期间施加的脉冲式功率。通8电持续时间可在约10%到约90%的范围内。断电持续时间可在约10%到约90%的范围内。脉冲频率可在约1000Hz到约100000Hz的范围内。导通时间占空比可大于50%。用于在将衬底暴露于活性物种106的步骤期间形成等离子体的功率频率可在约100kHz与约2.45GHz之[0048]在步骤108期间，将氮化硅沉积到衬底的预处理表面上。根据本公开的示例，在不破坏真空或不将衬底暴露于环境大气的情况下执行步骤108.根据另外的示例，在用于步骤102-106中的一个或多个步骤的同一反应室内执行步骤108。在将不同的反应室用于步骤106和108的实施例中，可使衬底在不暴露于环境大气的情况下从(用于预处理的)第一反应室转移到(用于氮化硅沉积的)第二反应室。换句话说，本公开的方法可包括在同一半导体处理设备中处理材料并在衬底上形成氮化硅膜。用于步骤106和108的半导体处理设备可包括集群工具，所述集群工具包括两个或更多个反应室并且还可包括转移室，衬底可通过所述转移室在第一反应室与第二反应室之间传输。在一些实施例中，可控制转移室内的环境，即，可控制温度、压力和环境气体，使得衬底在步骤106之后和在步骤108之前不暴露于环境大气。类似地，当采取步骤104时，衬底在[0049]沉积氮化硅层步骤108可包含CVD或循环沉积过程。周期性(例如ALD)循环可包含将衬底暴露于前体(也称为反应物)、从反应空间移除任何未反应的前体和/或反应副产物以及将衬底暴露于反应物，然后是第二移除步骤。前体可包含例如卤素基前体。示例性卤化硅包含四碘化硅(SiI₄)、四溴化硅(SiBr)、四氯化硅(SiCl)、六氯二硅烷(Si₂Cl₆)、六碘二硅烷(Si₂I₆)和辛碘三硅烷(Si₃I₈)。在一些情况下，前体可包含在步骤104期间使用的相同烷基官能团的肼衍生物，并且还可包括另外的官能团。烷基-肼的非限制性示例实施例可包将含氢气体，例如氢气，与氮气一起引入反应室。根据本公开的至少一些示例，在使前体流入反应室中时不形成等离子体。[0050]在吹扫步骤期间，前体/反应物可通过例如氩气(Ar)或氮气(N₂)或氦气(He)等惰性气体和/或真空压力暂时分离，以防止或减缓反应物之间的气相反应并实现自饱和表面反应。然而，在一些实施例中，可移动衬底以单独地接触第一气相反应物和第二气相反应物。因为例如在ALD的情况下，反应可自饱和，所以可不需要对衬底进行严格温度控制以及对前体进行精确剂量控制。然而，可能期望衬底温度使得附带的气体物种既不会冷凝成单层或多单层，也不会在表面上热分解。[0051]在一些实施例中，提供硅源前体可包括将一种或多种硅前体在约0.5秒与约30秒之间或约0.5秒与约10秒之间或约0.5秒与约5秒之间的时间段内脉冲输送到衬底上。另外，在将卤化硅源脉冲输送到衬底上的期间，卤化硅源的流率可低于2000sccm。[0052]在一些实施例中，提供反应物可包括将一种或多种反应物在约0.5秒到约30秒之间或约0.5秒到约10秒之间或约0.5秒到约5秒之间的时间段内脉冲输送到衬底上。在将氮源脉冲输送到衬底上的期间，氮源的流率可低于4000sccm,或低于2000sccm,或低于1000sccm,或甚至低于250sccm。[0053]根据本公开的其它示例，沉积氮化硅层108可包含形成活性物种。例如，步骤108可包含通过在使反应物流入反应室中时形成等离子体来形成活性反应物物种。等离子体可使9用例如电容耦合等离子体(CCP)源、电感耦合等离子体(ICP)源或远程等离子体(RP)源形成。用于产生等离子体的功率可在约10W到约4kW或约400W到约1kW的范围内。用于步骤108的时间(例如活性等离子体的时间)可在约1毫秒到约5分钟的范围内。用于在反应室内形成活性反应物物种的步骤期间形成等离子体的功率频率可在约100kHz与约2.45GHz之间。[0054]沉积氮化硅层的循环沉积(例如ALD)过程(步骤108)可重复一次或多次，直到实现氮化硅层的所要厚度。所述循环沉积过程可用于形成厚度在大约0.3nm与大约30nm或约1nm与约10nm之间的氮化硅膜。[0055]图2示出根据本公开的示例性实施例的结构200。结构200包含衬底202、其中形成有沟槽208的材料204和沉积在沟槽(特征)208内的氮化硅层206。[0056]衬底202可包含任何合适材料，例如半导体材料和通常用于形成半导体装置的材料。举例来说，衬底202可为或包含硅、另一IV族半导体材料、III-V族半导体和/或II-VI族半导体。[0057]材料204可包含上文提到的任一种衬底材料。例如，材料204可包含氧化物，例如IV族或金属氧化物，或氮化物，例如IV族或金属氮化物。氮化硅层206可包含使用PEALD过程——例如如本文所述的PEALD过程——沉积的氮化硅层。[0058]图4示出对于在无预处理的情况下形成的结构、通过在预处理期间施加恒定功率形成的结构以及在预处理期间施加脉冲式功率形成的结构，在硅和氧化硅特征上层沉积的氮化硅膜的膜厚度测量值差异。此说明性数据指示：在Si0沟槽与无预处理的硅沟槽内沉积的膜之间的膜厚度差异显著大于经过恒定功率或脉冲式功率预处理沉积的膜。[0059]图5示出膜厚度测量值，示出对于无预处理以及通过恒定功率等离子体和脉冲式等离子体过程预处理的过程，在沟槽入口处的沟槽减小量。如所示，对于没有预处理的过程，特征的入口处的沟槽减小量低于脉冲式功率预处理的减小量，而脉冲式功率预处理的减小量低于恒定功率预处理的减小量。[0060]现转而参看图15,示出根据本公开的示例性实施例的反应器系统1500。反应器系统1500可用于执行如本文所描述的一个或多个步骤或子步骤，和/或用于形成如本文所描述的一个或多个结构或其部分。[0061]反应器系统1500包含在反应室3的内部11(反应区)中平行且面向彼此的一对导电它们之间的任何值)施加到一个电极(例如电极4)并且电接地另一电极(例如电极2)来在反应室3内激发等离子体。在下部平台2(下部电极)中提供温度调节器，并且可将上面放置的衬底1的温度保持在所要温度。电极4可充当气体分配装置，例如喷淋板。反应物气体、稀释气体(若存在)、前体气体等可分别使用气体管线20、气体管线21和气体管线22中的一个或多个并且通过喷淋板4引入反应室3中。尽管示出具有三个气体管线，但反应器系统1500可包含任何合适数目个气体管线。[0062]在反应室3中，提供具有排气管线7的环形管道13,由此排出反应室3的内部11中的气体。另外，安置在反应室3下方的转移室5具有密封气体管线24以将密封气体通过转移室5的内部16(转移区)引入反应室3的内部11中，其中提供用于分离反应区和转移区的分离板14(此图省略闸阀，衬底通过所述闸阀转入转移室5中或从中转移出来)。转移室还提供有排气管线6。在一些实施例中，在同一反应空间中执行沉积和/或表面处理步骤，使得两个或更多个(例如，所有)步骤都可在不将衬底暴露于空气或其它含氧气氛的情况下连续地进行。[0063]在一些实施例中，载气到反应室3的连续流动可使用流通系统(FPS)实现，其中载气管线具有带有前体储集器(瓶)的绕道管线，并且主管线和绕道管线受切换，其中在打算仅将载气馈送到反应室时，关闭绕道管线，而在打算将载气和前体气体均馈送到反应室时，关闭主管线，并且载气流过绕道管线且与前体气体一起从瓶中流出。以此方式，在基本上不使反应室的压力波动的情况下，载气可连续流入反应室中且可通过在主管线与绕道管线之间切换而以脉冲方式运载前体气体。[0064]反应器系统1500可包含一个或多个控制器26,所述控制器被编程或以其它方式配置以使得本文所描述的一个或多个方法步骤得以进行。如所属领域的技术人员应了解，控[0065]在一些实施例中，可使用双室反应器(靠近彼此安置的用于处理衬底的两个区段或隔室),其中可通过共享管线供应反应物气体和惰性气体，而前体气体通过非共享管线供[0066]具体示例[0067]下文提供的示例仅意图是说明性的。这些示例并不意图限制本公开或权利要求的范围。[0068]示例1:N₂/H₂预处理[0069]在沉积反应器中引入两个覆层(blanket)样本(硅衬底，以及其上具有热氧化硅层的衬底)。通过将样本安装在加热到450℃的温度的基座加热器上来加热样本。下部电极(基座加热器)与上部电极(喷头、气体引入系统)之间的间隙是12mm。压力通过氮和氢的引入而增大到高达350Pa。总流率为10slm,并且H₂浓度在0%、0.3%、3%与10%之间变化。从反应室底部引入1.5slm的N₂以防止或减缓基座单元下方氢气的引入。在上下电极之间施加600W调整到5sccm。反应室中的压力增加到2000Pa,并且间隙保持于12mm。重复以下步骤以实现所要膜厚度沉积：[0070]使用2slm的N₂载气通过75℃下加热的管将硅前体引入室中。馈料时间为0.3秒。[0073]吹扫反应室0.1秒。[0074]图6示出在氮中H₂不同处理时间和浓度下，硅热氧化物与硅覆层之间的厚度差异的演变。可观察到，无论氢浓度如何，增大预处理时间都会降低厚度差异。另外，例如超过3%的大的氢含量的引入用于获得优于纯氮等离子体处理的优势。[0075]示例2:10%-20%氮中氢等离子体预处理[0076]在反应器的反应室中引入两个沟槽图案化样本(硅衬底和具有氧化硅的衬底)。两个衬底均包含具有纵横比12的沟槽结构。将衬底安装在基座加热器上并加热到450℃的温度。下部电极(基座加热器)与上部电极(喷头、气体引入系统)之间的间隙氮和氢的引入而增大到高达350Pa。总流率为5slm或10slm,并且H₂流率固定在1slm。从反应器底部引入1.5slm的N₂,以减缓/防止基座单元下方氢气的引入。在上下电极之间施加800W的HRF功率，持续时间从0秒到150秒不等。氮气流率增加到12slm,且H₂流率被调整到5sccm。11压力增加到2000Pa,并且间隙保持于12mm。[0077]重复以下沉积步骤以实现所要膜厚度。[0078]使用2s1m的N₂载气通过75℃下加热的管将硅前体引入室中。馈料时间为0.3秒。[0079]使用N,气流吹扫反应室1秒。[0080]将800WRF功率接通1.6秒。[0082]在最终沉积循环之后，吹扫并真空化反应室，并且将样本从反应器取出。然后通过[0083]图7和8示出不同预处理时间和H₂浓度的顶部厚度和侧壁厚度的演变，所述浓度分别为10%和20%。可看出，对于10%的H₂浓度，可能要大约70秒的处理时长来消除硅和氧化硅沟槽的生长温育(图7)。对于20%的H,浓度，此处理时长可减少到45秒(图8)。另外，可观[0084]示例3:N₂/H₂等离子体预处理期间的0ES分析[0085]基座加热器被加热到450℃,上部电极被加热到200℃,并且室壁被加热到150℃。下部电极(基座加热器)与上部电极(喷头、气体引入系统)之间的间隙是12mm。[0086]反应室内的压力通过氮和氢的引入而增大到高达350Pa。总流率为5slm或10slm,并且H₂浓度在0%与20%之间变化。从反应器底部引入1.5slm的N₂,以防止/减缓基座单元下方氢气的引入。[0087]在上下电极之间施加300W或600W的HRF功率达45秒。光发射光谱(OES)单元用于在等离子体处理期间分析发射的反应性物种，并且通过固定在室壁观察口上的光纤单元连接到所述室。参考图9,可观察到N₂+(发射波长：391nm)发射与H₂浓度极为相关。与纯N₂等离子体相比，发射增加，并从百分之几的H₂开始达到饱和。在增大HRF功率时，Ha(发射波长：656nm)等源自H,的反应性物种的发射是有利的，如图10中所示。未观察到饱和行为，这意味着增大H₂比率是增大Ha物种的有效方式。[0088]示例4:利用SiNPEALD过程的Ar/NH₃等离子体预处理[0089]将两个沟槽图案化样本(硅衬底和上面有SiO层的衬底)引入反应器的反应室中。两个衬底均包含具有纵横比10的沟槽结构(特征)。[0090]通过加热基座加热器到450℃来加热样本。下部电极(基座加热器)与上部电极(喷头、气体引入系统)之间的间隙为10mm。反应室内的压力通过6.75slm的氩和0.25slm的氨的引入而增大到300Pa。从反应器底部引入1.5slm的N₂以防止/减缓基座单元下方氩气和氨气的引入。[0091]在上下电极之间施加300W的HRF功率，持续45秒的时间1或230秒的时间2。逐渐停止氩、氨流，并且将12s1m的N₂和5sccm的H₂的流引入到反应室中。然后将反应室内的压力增加到2000Pa,并且将间隙增加到12mm。[0092]重复以下步骤以实现所要膜厚度沉积：[0093]使用2slm的N,载气通过75℃下加热的管将硅前体引入室中。馈料时间为0.3秒。[0094]然后使用N₂气流吹扫反应室1秒。[0095]将800WRF功率接通1.6秒。[0096]然后将反应室吹扫0.1秒。[0097]在完成沉积之后，吹扫并真空化所述室，并且将样本从反应器取出。[0098]通过扫描透射电子显微术(STEM)分析样本。图12示出了当增加预处理时间时顶部和侧壁膜厚度的演变。如所示，在无预处理的情况下，硅衬底与包含一层SiO的衬底上沉积的膜之间存在约3nm的差异；对于预处理持续时间1,此差异降低到2nm,而对于持续时间2则低于0.5nm。还应注意，对于持续时间2的预处理时间，每个结构上会获得很好的膜厚度均匀[0099]示例5:SiNPEALD过程之前的N,/NH₂等离子体预处理[0100]将两个沟槽图案化样本(硅衬底和上面有SiO的衬底)引入反应室中。两个衬底均包含具有纵横比10的沟槽结构。[0101]通过加热基座加热器到450℃来加热样本。下部电极(基座加热器)与上部电极(喷头、气体引入系统)之间的间隙为12mm。[0102]反应室中的压力通过9.75slm的氮和0.25slm的氨的引入而增大到高达350Pa。从反应器底部引入1.5slm的N₂以防止/减缓基座单元下方氨气的引入。[0103]在上下电极之间施加520W的HRF[0104]逐渐停止氨流，N₂流增大到12slm,并且在反应室中引入5sccm的H₂流。反应室内的压力增加到2000Pa,并且间隙保持于12mm。[0105]重复以下步骤以实现所要膜厚度沉积：[0106]使用2slm的N₂载气通过75℃下加热的管将硅前体引入反应室中。馈料时间是0.3[0107]使用N₂气流吹扫反应室1秒。[0108]将800WRF功率接通1.6秒。[0109]将反应室吹扫0.1秒。析样本。图13示出了当增加预处理时间时顶部和侧壁膜厚度的演变。在无预处理的情况下，硅衬底与包含SiO的衬底上沉积的膜之间存在约3nm的差异；对于预处理持续时间1,此差异降低到约1nm,而对于持续时间2则低于0.6nm。还应注意，对于持续时间1和2的预处理时间，每个结构上会获得很好的膜厚度均匀性。在图13中，持续时间1为45秒，而持续时间2为240秒。[0111]示例6:仅Ar/NH₂等离子体预处理与硅烷热吸附和Ar/NH₂等离子体预处理的组合的[0112]将两个沟槽图案化样本(硅衬底和上面有SiO的衬底)引入反应室中。两个衬底均包含具有纵横比10的沟槽结构。[0113]通过加热基座加热器到450℃来加热样本。下部电极(基座加热器)与上部电极(喷头、气体引入系统)之间的间隙为10mm。[0114]通过引入4slm的氮和100sccm的硅烷，压力达到2000Pa。在压力稳定后，氮和硅烷[0115]反应室内的压力通过6.75slm的氩和0.25slm的氨的引入而增大到高达300Pa。