衬底处理方法

技术领域

一个或多个实施例涉及一种处理包括凹部区域的衬底的方法，更具体地，涉及一种在间隙结构上形成具有均匀厚度的膜的方法。

背景技术

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。例如，随着间隙结构的深度与间隙结构的入口的宽度相比增加，在没有接缝或空隙的情况下填充间隙结构的技术难度也在增加。

原子层沉积(ALD)或等离子体原子层沉积(PEALD)的优点在于，可以在间隙结构的壁和底表面上沉积具有均匀厚度的膜。然而，因为源气体和反应物气体以时间差顺序供应和吹扫，所以衬底处理速度慢。

另一方面，在化学气相沉积(CVD)或等离子体原子层沉积(PECVD)中，同时供应源气体和反应物气体，因此，膜形成速率和衬底处理速度大于ALD，但在间隙结构上保持均匀膜厚度方面存在限制。当通过使用CVD填充间隙时，间隙结构的上部的膜形成速率较高，使得间隙的入口在间隙的内部被填充之前封闭。

特别地，随着半导体器件的小型化加速，间隙结构的纵横比和间隙内部的表面积正在增加。因此，为了通过传统的ALD填充间隙结构，源气体和反应物气体的供应时间和吹扫时间增加，并且衬底处理速度降低。传统的CVD在间隙结构的上部区域和下部区域之间的膜形成速率也有很大的差异，并且间隙的入口首先被封闭，使得空隙或缝隙保留在间隙内部。此外，在使用等离子体的原子层沉积过程或化学气相沉积过程的情况下，活性物质难以到达间隙的底部表面，并且沉积在间隙的上部和下部区域上的膜的特性是不同的，从而在随后的热处理过程中可能出现裂纹。

发明内容

一个或多个实施例包括间隙填充过程中的原子层沉积和化学气相沉积。更详细地，一个或多个实施例包括一种方法，该方法能够增加膜形成速率，同时在具有高纵横比(HAR)的间隙结构的表面上沉积具有改善的台阶覆盖的均匀薄膜。

一个或多个实施例包括在具有较高纵横比的间隙结构的上部区域和下部区域上形成均匀特性的膜。

一个或多个实施例包括在填充具有较高纵横比的间隙结构的过程中，通过保持间隙入口的宽度大于间隙内部来抑制间隙内部空隙的出现。

附加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。

根据一个或多个实施例，一种衬底处理方法包括：提供具有第一台阶和第二台阶的间隙结构；将包括源气体的气体供应到间隙结构上；从源气体产生活性物质；中和活性物质并产生中性分子，并在朝向在第一台阶和第二台阶之间延伸的凹部的下表面的方向上移动中性分子；以及激发在朝向下表面的方向上移动的中性分子。

根据衬底处理方法的一示例，在中性分子的激发期间，可以促进在与第一台阶和第二台阶之间的凹部的下表面相邻的第一区域中的层形成。

根据衬底处理方法的另一示例，在从源气体产生活性物质期间，可以促进在与第一台阶和第二台阶的边缘相邻的第二区域中的层形成。

根据衬底处理方法的另一示例，通过激发中性分子并从源气体产生活性物质，可以增加形成在第一区域和第二区域上的层的台阶覆盖。

根据衬底处理方法的另一示例，在活性物质的中和期间，可以减小在第一台阶和第二台阶的边缘处形成的边缘电势。

根据衬底处理方法的另一示例，当中性分子在朝向下表面的方向上移动时，剩余活性物质可以在朝向下表面的方向上移动，而不受边缘电势的影响。

根据衬底处理方法的另一示例，衬底处理方法可以还包括以脉冲方式施加等离子体。

根据衬底处理方法的另一示例，在施加等离子体期间，可以施加13MHz或更高的第一频率RF功率和1MHz或更低的第二频率RF功率中的至少一个。

根据衬底处理方法的另一示例，在产生活性物质的操作中施加等离子体可以包括开启周期和关闭周期，在开启周期期间，可以执行从源气体产生活性物质，在关闭周期期间，可以执行活性物质的中和。

根据衬底处理方法的另一示例，可以在开启周期期间执行在朝向下表面的方向上移动的中性分子的激发。

根据衬底处理方法的另一示例，在供应包括源气体的气体期间，反应物气体或反应性吹扫气体可以与源气体一起供应。

根据衬底处理方法的另一示例，衬底处理方法可以还包括后处理。

根据衬底处理方法的另一示例，在后处理期间，可以停止源气体的供应。

根据衬底处理方法的另一示例，在后处理期间，该层可被致密化。

根据衬底处理方法的另一示例，在后处理期间，可以去除层的突出部分。

根据衬底处理方法的另一示例，后处理期间的RF功率可以大于从源气体产生活性物质期间的RF功率。

根据衬底处理方法的另一示例，后处理期间的RF频率可以小于从源气体产生活性物质期间的RF频率。

根据衬底处理方法的另一示例，后处理期间的RF频率可以还包括在从源气体产生活性物质期间供应的RF频率。

根据一个或多个实施例，一种衬底处理方法包括：提供具有第一台阶和第二台阶的间隙结构；以及在间隙结构上供应包括源气体的气体，其中在供应包括源气体的气体期间以脉冲方式施加等离子体，使得源气体的离解分子可以在朝向在第一台阶和第二台阶之间的间隙结构的下表面的方向上扩散。

根据一个或多个实施例，一种衬底处理方法包括：将包括源气体的气体供应到第一台阶和第二台阶上；从源气体产生活性物质；以及通过减小第一台阶和第二台阶的边缘处的边缘电势来减小活性物质的离子轨迹失真。

附图说明

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：

图1是根据实施例的衬底处理方法的流程图；

图2至图5是在图1所示的衬底处理方法的每个步骤中处理的衬底的截面图；

图6是根据实施例的衬底处理方法的流程图；

图7是根据实施例的衬底处理方法的流程图；

图8是根据实施例的衬底处理方法的流程图；

图9是根据本发明构思的实施例的衬底处理方法的流程图；

图10是示出根据实施例的间隙填充方法的视图；

图11是示出图10的第一步骤(t1)的视图，示出了占空比的定义；

图12是示出根据实施例的各种类型的RF脉冲的视图；

图13是示出当施加RF功率时在反应空间中形成电势差的视图；

图14是图13的衬底的一部分的放大视图；

图15是示出在通过供应RF功率执行间隙填充过程的情况下，当通过连续方法(连续波脉冲CVD，随后等离子体处理)和通过脉冲方法(脉冲波脉冲CVD，随后等离子体处理)在间隙结构上沉积SiO

图16是示出根据本公开的变型实施例的视图；

图17是示出根据本发明构思的实施例的衬底处理方法应用于TSV过程的实施例的视图。

具体实施方式

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”的表述修饰整个元素列表，而不修饰列表的单个元素。

在下文中，将参照附图详细描述本公开的实施例。

在这点上，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。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。

这里使用的术语用于描述特定的实施例，并不意图限制本公开。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，但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。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。

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顺序、数量或重要性，而是仅用于将各个部件、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。

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。

图1是根据实施例的衬底处理方法的流程图。图2至5是在图1所示的衬底处理方法的每个步骤中处理的衬底的截面图。

参照图1和图2，首先，在操作S100中，提供具有第一突起P1和第二突起P2的间隙结构。第一台阶P1和第二台阶P2中的每个可以在上表面和侧表面之间具有边缘部分E。此外，第一台阶P1和第二台阶P2的边缘部分E可以具有一定的曲率。

间隙结构是非平面结构，并且可以包括上表面、下表面以及连接上表面和下表面的侧表面。间隙结构可以用于形成有源区，或者可以用于形成栅极图案或金属图案。例如，当在硅穿孔(TSV)过程中使用间隙结构时，间隙结构可以是堆叠至少两个硅衬底的结构。此外，用于硅衬底的电连接的金属线可以形成在由第一台阶P1和第二台阶P2形成的凹部中。

间隙结构可以包括高纵横比间隙，即凹部。凹部可以形成在第一台阶P1和第二台阶P2之间。例如，凹部可以具有1至100微米的深度和0.01至1微米的宽度。

在另一示例中，间隙结构可以形成在衬底上，该衬底可以是例如半导体衬底或显示器衬底。衬底可以包括例如硅、绝缘体上硅、蓝宝石上硅、锗、硅锗和砷化镓中的任何一种。

再次参照图1和图2，执行将包括源气体S的气体供应到间隙结构上的操作S110。源气体S可以包括用于层形成的前体。例如，当氧化硅层和/或氮化硅层要形成在间隙结构上时，源气体S可以包括硅前体。图2示出了供应包括源气体S的气体使得源气体S的分子位于间隙结构上的状态。

除了源气体之外，包括源气体S的气体可以包括吹扫气体和反应物气体中的至少一种。换句话说，在供应包括源气体的气体的操作S110期间，吹扫气体和/或反应物气体可以与源气体一起供应。在另一实施例中，可以在供应包括源气体的气体的操作S110之后供应吹扫气体和/或反应物气体。

在一些实施例中，包括源气体S的气体可以包括反应性吹扫气体。当未被等离子体激活时，反应性吹扫气体可以吹扫反应器，而不与源气体S反应。另一方面，当被等离子体激活时，反应性吹扫气体可被激发/激活并与源气体S发生化学反应，从而形成层或膜。

参照图1和图3，执行从源气体产生活性物质A的操作S120。例如，源气体S(图2中)的离解可以通过施加能量比如热量或等离子体来引发。例如，当使用等离子体作为能量时，可以供应RF功率。在一些实施例中，RF功率可以具有例如13MHz或更高的频率。在可选实施例中，两种类型的频率功率可以应用于等离子体应用。例如，可以施加13MHz或更高的第一频率功率和1MHz或更低的第二频率功率。

等离子体应用可以通过包括气体供应单元和衬底支撑单元的衬底处理设备来执行。气体供应单元可以用作等离子体过程中的电极，比如电容耦合等离子体(CCP)方法。在CCP方法中，衬底支撑单元也可以用作电极，使得电容耦合可以通过用作第一电极的气体供应单元和用作第二电极的衬底支撑单元来实现。

在操作S120期间，随着源气体分子离解成阴离子的电子(未示出)和阳离子的活性物质A，可以形成基于源气体S(图2中)的第一层L1。例如，当在没有单独的反应物气体或反应性吹扫气体的情况下执行操作S120时，基于源气体分子的第一层L1可以形成在第一台阶P1和第二台阶P2的上表面和侧表面以及连接第一台阶P1和第二台阶P2的下表面上。

在一些实施例中，可以在操作S110期间供应反应物气体(或反应性吹扫气体)，在这种情况下，在操作S120期间，源气体分子可以与反应物气体或反应性吹扫气体反应。因此，基于源气体S(图2中)和反应物气体之间的气体反应的层可以形成在间隙结构上。

在一些实施例中，在从包括源气体的气体产生活性物质的操作S120期间，可以促进在与第一台阶P1和第二台阶P2的边缘相邻的上部区域中形成第一层L1。分别在第一台阶P1和第二台阶P2的边缘部分E处的边缘电势(在图3中用6个‘-’示出)可以促进上部区域中第一层L1的形成。图3中示出了促进上部区域中的第一层L1的形成的状态，并且第一层L1可以包括突出部分O。

更详细地，因为电荷在尖锐边缘部分E中比在平坦部分中积累得更多，所以施加在衬底处理设备的气体供应单元和衬底支撑单元之间的电场可以集中到间隙结构的边缘部分E。结果，阳离子的活性物质A也向边缘部分E移动，由此可以促进在与边缘部分E相邻的上部区域中的第一层L1的形成，并且可以形成突出部分O。

其上形成突出部分O的第一层L1在凹部的表面上可以具有不均匀的厚度。例如，在凹部的上部区域中形成的第一层L1的厚度可以大于在凹部的下部区域中形成的第一层L1的厚度。例如，当在产生活性物质的操作S120之后形成的凹部的上10％中的第一层L1的平均厚度是x1，并且当凹部的下10％处的第一层L1的平均厚度是x2时，两者之比可以大于1，例如x1/x2，这可被定义为第一厚度比。

此后，参照图1和图4，执行中和活性物质以产生中性分子N的操作S130。在活性物质的中和期间，可以去除已经施加在衬底处理设备的气体供应单元和衬底支撑单元之间的电场。例如，通过消除衬底处理设备中的等离子体应用，可以去除衬底的电场，并且可以中和(图3的)活性物质A。

通过中和活性物质产生的中性分子N可以在朝向在间隙结构的第一台阶P1和第二台阶P2之间延伸的凹部的下表面的方向上移动。与活性物质A(图3中)相比，中性分子N可以相对自由地朝向下表面移动。

更详细地，作为阳离子的活性物质A可能受到外部电场的影响，而中性分子N可能不受外部电场的影响。即使边缘电势保留在间隙结构的第一台阶P1和/或第二台阶P2的边缘部分E中，中性分子N也可以移动到凹部的下部区域，而不受这种边缘电势的影响。

此外，在一些可选实施例中，在活性物质A的中和期间，在第一台阶P1和第二台阶P2的边缘处形成的边缘电势可以减小。例如，通过关闭等离子体，可以去除已经施加在气体供应单元和衬底支撑单元之间的电场，并且可以相应地减小边缘电势。在这种情况下，剩余阳离子的活性物质A可以不受边缘电势的影响。

例如，尽管在图4中仅示出了中性分子N(以及它们移动到凹部的下部区域中)，但根据一些实施例，除了中性分子N之外，活性物质A可以保留在间隙结构上。在这种情况下，由于上述减小的边缘电势，剩余活性物质A可以移动到凹部的下部区域，而不受外部电场的影响，从而可以实现迁移率的增加。

在一些实施例中，上述中性分子N的移动和剩余活性物质A的移动可以同时进行。在这种情况下，当中性分子N在朝向凹部的下表面的方向上移动时，剩余活性物质A可以在朝向下表面的方向上移动，而不受边缘电势的影响。

此后，参照图1和图5，执行激发已经在朝向下表面的方向上移动的中性分子N的操作S140。为此，例如，通过开启等离子体，可以产生已经施加在气体供应单元和衬底支撑单元之间的电场。中性分子N可被电场激发，再次分离成电子(未示出)和活性物质A’。

因为中性分子N在朝向下表面的方向移动之后被激发，所以活性物质A’可以在凹部的下部区域中产生。因此，在中性分子N的激发期间，可以促进在与第一台阶P1和第二台阶P2之间的凹部的下表面相邻的下部区域中形成第二层L2。

如上所述，在从包括源气体S的气体产生活性物质A的操作S120期间，可以促进凹部的上部区域中第一层L1的形成，并且在用活性物质A’激发中性分子N的操作S140期间，可以促进凹部的下部区域中第二层L2的形成。因此，通过交替地执行这些操作(即通过上述产生活性物质的操作S120和激发中性分子的操作S140)，可以改善在凹部的上部区域和下部区域上形成在第一层L1上的第二层L2的台阶覆盖。也就是说，第二层L2可以均匀地形成在第一层L1上。

图5中示出了具有改善的台阶覆盖的层，并且在激发中性分子N的操作S140期间形成的第二层L2可以具有均匀的厚度。例如，凹部的顶部10％处的第二层L2的平均厚度和凹部的底部10％处的第二层L2的平均厚度都可以是x3。在这种情况下，凹部的顶部10％中的整个层的平均厚度将是x1+x3，凹部的底部10％处的整个层的平均厚度将是x2+x3。x1+x3和x2+x3之比可以大于1，其可被定义为第二厚度比。此外，通过重复产生活性物质、形成中性分子和激发中性分子的过程，与仅应用产生活性物质的操作的传统方法相比，可以实现更加改善的台阶覆盖。

在一些实施例中，衬底处理方法可以包括以脉冲方式施加等离子体，并且产生活性物质的操作S120和激发中性分子的操作S140可以通过施加等离子体来实施。在施加等离子体期间，可以施加13MHz或更高的第一频率RF功率(即高频RF功率)和1MHz或更低的第二频率RF功率(即低频RF功率)中的至少一种。

更详细地，上述产生活性物质的操作S120和激发中性分子的操作S140可以通过施加等离子体来实现，并且产生中性分子的操作S130可以通过停止等离子体施加来执行。在一示例中，在产生活性物质的操作S120中施加等离子体可以包括开启时间周期和关闭时间周期，从源气体产生活性物质的操作S120和/或激发中性分子的操作S140可以在开启周期期间实施，产生中性分子的操作S130(即活性物质A的中和)可以在关闭周期期间执行。具体地，随着等离子体脉冲的开启/关闭周期变短，活性物质的产生、中性分子的产生和中性分子的激发几乎同时进行，这具有在凹部结构的上部和下部区域中几乎同时形成更均匀膜的技术效果。因此，如图3至图5所示，存在抑制在凹部结构的上部区域中形成更厚的膜并实现更加改善的台阶覆盖的技术效果。

在一些实施例中，产生活性物质的操作S120中的开启部分可被定义为第一时间周期，产生中性分子的操作S130的关闭周期可被定义为第二时间周期，激发中性分子的操作S140的开启部分可被定义为第三时间周期。在这种情况下，在一示例中，第二时间周期可以大于第一时间周期，从而允许更多的中性分子产生并移动到间隙结构的凹部中。在另一示例中，第一时间周期可以小于第三时间周期，从而最小化在第一时间周期期间形成的层的突出部分。

如上所述，根据根据本公开的技术思想的实施例，通过以脉冲的形式供应等离子体功率，使得源气体S扩散到间隙结构的下部区域，可以形成具有均匀厚度的膜。此外，根据可选实施例，可以通过等离子体应用将源气体和反应物气体一起离解来提高膜形成速率。

尽管在附图中未示出，但根据一些实施例，衬底处理方法还可以包括形成层的后处理。该后处理可以是对形成层的后续处理操作，并且在后处理期间可以中断源气体S的供应。在一些实施例中，在后处理期间，该层可被致密化，或者包括在所形成的层L1和L2中的突出部分O’(图5)可被去除。

根据实施例，在通过在间隙结构的表面上堆叠层来形成层的过程中，在同时供应源气体、反应物气体和高频RF功率的沉积操作中形成层，然后在等离子体后处理操作中致密化该层。在等离子体后处理操作中，通过提供低频RF功率，可以从间隙的上部区域到下部区域均匀地致密化。由此，在用于具有高纵横比的间隙结构的沉积过程中，可以同时改善膜形成速率、台阶覆盖和膜特性(例如蚀刻特性)的均匀性。

图6是示出根据实施例的衬底处理方法的流程图。根据实施例的衬底处理方法可以是根据上述实施例的衬底处理方法的变型。在下文中，这里将不给出实施例的重复描述。

参照图6，与图1的实施例一样，在操作S100中，制备间隙结构，并且在操作S110中，将源气体(和反应物气体)供应到间隙结构上。此后，在操作S120中，从源气体产生活性物质，使得层形成集中在凹部的上部区域中，并且在操作S130中中和活性物质以产生中性分子之后，在操作S140中，中性分子被激发，使得层形成集中在凹部的下部区域中。

在一些实施例中，产生中性分子的操作S130和激发中性分子的操作S140可以作为层形成循环重复多次。在该循环重复一定次数之后，终止层形成循环，并且执行后处理的操作S160，但如果不是，则在确定循环是否终止的操作S150之后，循环次数增加，然后可以重复操作S130和S140。在一些实施例中，在激发中性分子的操作S140期间，可以连续供应源气体，因此，在重复层形成循环的同时，可以继续供应活性物质。

在S130至S140的层形成循环终止之后，执行后处理的操作S160。如上所述，因为后处理的操作S160是用于形成层的后续处理的操作，所以在后处理的操作S160期间可以中断源气体的供应。此外，可以在后处理的操作S160期间施加等离子体。在后处理的操作S160期间施加的等离子体的条件(即参数)可以根据后处理的目的来调整。

例如，在后处理的操作S160期间，可以应用等离子体来致密先前形成的层。在这种情况下，后处理的操作S160期间的RF功率可被设置为大于从源气体产生活性物质的操作S120期间的RF功率(即足以离解源气体分子的RF功率)。因此，可以实现高RF功率的离子轰击效果，结果，可以实现层的平滑致密化。

在一些实施例中，后处理的操作S160期间的RF频率可以小于从源气体产生活性物质的操作S120期间的RF频率。例如，在后处理的操作S160期间，可以施加低频RF功率(例如1MHz或更低的RF功率)。这种低频功率等离子体可以增加活性物质的移动距离，并且活性物质可以移动到凹部的下部区域，从而实现下部区域中的层的致密化。

在进一步的实施例中，在后处理的操作S160期间，可以施加高频RF功率(例如13MHz或更高的RF功率)，由此可以增加产生的离子量和离子密度，从而可以在第一台阶和第二台阶之间将大量的离子和活性物质供应到凹部。在后处理的操作S160中施加的RF功率的频率可以与上述层形成循环中使用的RF功率的频率相匹配。在另一实施例中，在后处理的操作S160期间供应的RF功率的频率可以还包括在从源气体产生活性物质的操作S120期间供应的RF功率的等离子体频率。例如，供应用于从源气体产生活性物质的RF功率的频率可以是高频，供应用于后处理的RF功率的频率可以是高频和低频的混合。也就是说，用于后处理的RF频率可以还包括用于在层形成循环中从源气体产生活性物质的RF频率。

图7是示出根据实施例的衬底处理方法的流程图。根据实施例的衬底处理方法可以是根据上述实施例的衬底处理方法的变型。在下文中，这里将不给出实施例的重复描述。

参照图7，与图1的实施例一样，在操作S100中，制备间隙结构，并且在操作S110中，将包括源气体的气体供应到间隙结构上。此后，在操作S200中，通过以脉冲方式施加等离子体以离解源气体来执行膜形成过程。由等离子体应用离解的源气体可以与同时供应的反应物气体或随后供应的反应物气体反应，结果，可在间隙结构上形成层。供应包括源气体的气体的操作S110和离解源气体的操作S200可以作为层形成循环重复进行。换句话说，在确定膜形成是否终止的操作S210期间，确定层形成循环是否等于预定次数，如果不是，则可以通过增加循环次数来重复执行操作S110和S200。

在一些实施例中，被施加以离解源气体的脉冲等离子体可以配置为从活性物质产生中性离子。此外，在一些其他实施例中，被施加以离解源气体的脉冲等离子体可以配置为减小台阶边缘的边缘电势。在另一实施例中，被施加以离解源气体的脉冲等离子体可以配置为从活性物质产生中性离子，并减小台阶边缘的边缘电势。

图8是示出根据实施例的衬底处理方法的流程图。根据实施例的衬底处理方法可以是根据上述实施例的衬底处理方法的变型。在下文中，这里将不给出实施例的重复描述。

参考图8，与图1的实施例一样，在操作S100中，提供间隙结构。此后，在操作S310中，气体被供应到间隙结构上。气体可以是包括源气体的气体。此后，在操作S320中，从气体中产生活性物质。这种活性物质的产生可以通过各种已知的方法来完成。例如，被施加以产生活性物质的能量可以包括电能、热能或光能。

此后，执行减小间隙结构的台阶边缘的边缘电势的操作S330。通过减小边缘电势，可以减小活性物质的离子轨迹失真。结果，可以实现活性物质平滑迁移到凹部的下部区域中。作为减小台阶边缘的边缘电势的方法的示例，可以将反向电势(即正电势)施加到带负电的衬底支撑单元一段时间。

图9是示出根据实施例的衬底处理方法的流程图。根据实施例的衬底处理方法可以是根据上述实施例的衬底处理方法的变型。在下文中，这里将不给出实施例的重复描述。

参照图9，首先，在操作S100中，制备间隙结构，然后供应源气体(和反应物气体或反应性吹扫气体)，并且在操作S410中，通过等离子体应用等产生活性物质。此后，执行中和活性物质的操作S420，并且包括上述操作S410至S420的子循环重复预定次数以形成层。在确定子循环是否终止的操作S430之后，在操作S440中，吹扫残留气体，并且在操作S450中，供应反应物气体或反应性吹扫气体。当如上所述供应反应性吹扫气体时，在吹扫操作S440和反应物气体供应操作S450期间供应的气体可以彼此相同。

在供应反应物气体的操作S450期间，可以通过等离子体施加等产生活性物质。此后，在操作S460中，吹扫残留气体，并确定膜形成是否终止。当膜形成没有终止时，可以再次执行包括S410至S420的子循环，并且可以执行吹扫的操作S440和供应反应物气体的操作S450。

图10是示出根据实施例的间隙填充方法的视图。

参照图10，第一步骤(t1)是化学气相沉积步骤，其中一起供应源气体、反应物气体和RF功率，然后执行作为第三步骤(t3)的等离子体后处理步骤(t3)。在沉积步骤(t1)中，以脉冲方式(例如脉冲波)供应RF功率。下面将详细描述每个步骤。

-第一步骤(t1)：在第一步骤(t1)中，将源气体(例如前体)、反应物气体和RF功率一起供应到反应器的反应空间。RF功率离解源气体和反应物气体，以引发两种气体分子之间的气相反应，从而促进衬底上的膜形成。然而，在该步骤中供应的RF功率以足以诱导源气体分子离解的强度供应，使得除了源气体和反应空间中的反应物气体之间的气相反应之外，源气体分子和衬底之间的表面反应也同时进行。因此，具有在增加沉积在衬底上的薄膜的膜形成速率的同时提高沉积在衬底上的薄膜的均匀性的技术效果。

在第一步骤中，特别是以脉冲的形式供应RF功率。一般来说，在使用等离子体的间隙填充过程中，供应到间隙内部区域的活性物质或离子在到达间隙下部区域的侧壁或底部之前，首先与电子聚集在其中的间隙上部区域的侧壁反应。因此，间隙下部区域中的膜沉积速率小于上部区域中的膜沉积速率。然而，在脉冲区域的RF关闭周期(t1)中，由于活性物质或离子被中和，它们可能到达间隙的下部区域。换句话说，通过改善间隙结构的表面上的离子迁移率，从间隙结构的上部区域到下部区域的均匀膜沉积是可能的，并且存在改善间隙结构表面上的台阶覆盖的技术效果。在第一步骤中供应的RF功率可以作为高频RF功率(HRF)、低频RF功率(LRF)或其组合来供应。也就是说，高频RF功率和低频RF功率可以与源气体一起供应。高频RF功率的频率可以是13MHz或更高。例如，频率可以是13.56MHz、27.12MHz或60MHz。低频RF功率的频率可以是1MHz或更低。例如，频率可以是430KHz或320KHz。

在第一步骤中，施加的RF功率的强度根据占空比(RF开启周期与包括RF开启和RF关闭的脉冲周期的比率)而变得不同。例如，当占空比大时施加的RF功率的强度可能小于当占空比小时施加的RF功率的强度。然而，总施加的RF功率的强度可以是相同的。例如，当占空比大时，施加的RF功率可能小，而当占空比小时，施加的RF功率可能大。图11示出了占空比的定义。

图11是示出图10的第一步骤(t1)的视图，示出了占空比的定义。占空比被表示为RF开启时间(a)与RF脉冲的单位周期(a+b)的比率。即，在图10中，占空比被定义为a/(a+b)或a/c。

图12示出了根据实施例的各种类型的RF脉冲。

图12(a)和12(b)的占空比分别相差1/3和2/3。然而，施加的RF单位功率的强度是相同的(RF开启时间×RF功率)。

此外，当以脉冲的形式供应RF功率时，离子能量减少，因此具有防止损坏下层膜的技术效果。例如，在一实施例中，当以脉冲模式供应RF功率时，与以连续模式供应RF功率时相比，子层的损失(例如碳损失)可以减少高达75％。

-第二步骤(t2)：图10的第二步骤(t2)是吹扫步骤，其中从反应空间中去除在第一步骤(t1)中产生的反应副产物。

-第三步骤(t3)：图10的第三步骤(t3)是等离子体后处理步骤。在该步骤中，在不供应源气体的情况下，在向反应物气体或吹扫气体施加RF功率的同时，薄膜被致密化。在第三步骤(t3)中施加以致密薄膜的RF功率的强度可以大于在第一步骤(t1)中施加的RF功率的强度。如上所述，在第一步骤(t1)中沉积在间隙结构的表面上的膜是通过供应足以离解源气体分子的弱RF功率而形成的，因此该膜不是致密的。因此，在第三步骤中，通过离子轰击效应施加高RF功率以致密化膜。特别地，通过供应低频RF功率，活性物质的移动距离增加，从而改善从间隙的上部区域到下部区域的膜特性的均匀性。例如，具有提高形成的膜的密度的均匀性的技术效果。因此，具有防止在随后的退火过程中由于填充间隙的膜内部的不均匀热膨胀而产生裂纹的技术效果。

在该步骤中，可以供应低频RF功率(LRF)，但在另一实施例中，可以供应高频RF功率(HRF)。可替代地，在另一实施例中，低频RF功率(LRF)和高频RF功率(HRF)可以与源气体一起供应。因此，具有增加所产生的离子量和离子密度、向间隙的下部区域供应更多的离子和活性物质以及进一步改善从间隙的上部区域到下部区域的膜密度的均匀性的技术效果。在另一实施例中，通过供应比在沉积步骤(t1)中供应的RF功率更大的RF功率，具有增加产生的离子和活性物质的量以及增加膜的密度的技术效果。高频RF功率的频率可以是13MHz或更高。例如，频率可以是13.56MHz、27.12MHz或60MHz。低频RF功率的频率可以是1MHz或更低。例如，频率可以是430KHz或320KHz。

此外，由该步骤中施加的等离子体的离子轰击可能在间隙的上部区域中形成的膜上引起溅射效应。因此，通过溅射效应破坏在间隙的上部区域中形成的突出结构的膜，以保持间隙入口的宽度大于间隙内部，从而具有防止在间隙内部形成空隙的技术效果。换句话说，具有以下技术效果：通过供应低频RF功率，改善从间隙的上部区域到下部区域沉积在间隙内壁上的薄膜的特性的均匀性，并且通过一起供应高频RF功率或增加所供应的RF功率的强度以增加离子活性物质的量，改善薄膜的特性，例如密度。

-第四步骤(t4)：图10的第四步骤(t4)是吹扫步骤，其中从反应空间中去除在第三步骤(t3)中产生的反应副产物。

图10的沉积步骤(t1)和(t2)以及等离子体后处理步骤(t3)和(t4)分别重复至少一次和多次(m和n个循环)，并且沉积步骤和等离子体后处理步骤重复多次以构成超级循环(x个循环)。

图13是示出当RF功率施加到喷淋头电极1时，在喷淋头电极1和位于加热块3上的衬底2之间的反应空间中形成电势差的示意图。例如，喷淋头电极1可以带正电，而相对的衬底可以带负电，从而在它们之间可以形成电势差。

图14是图13的衬底2的一部分的放大视图。在图14中，衬底包括图案结构。阳离子(例如离解的源气体)和电子在等离子体中混合，因此阳离子的离子轨迹可能在间隙结构中被电子失真(离子轨迹失真)。然而，当在图10的沉积步骤中在RF关闭状态下中断RF电源时，等离子体保留在反应器中(即在辉光之后)，并且残留等离子体的离子能量由于RF电源的中断而变低。因此，电子被中和并聚集在图案结构的顶部。因此，诸如离解的源气体分子的离子较少受到电子影响，并且更深地扩散到间隙中，减少了离子轨迹失真。

因此，在图10的实施例中，通过以脉冲而不是连续地供应RF功率，更多的离子活性物质比如更多的源气体可被供应到间隙的下部区域。在实施例中，当占空比如图12(a)所示较低时，这种技术效果将变得更加明显，因为离子受电子的影响较小，并且扩散时间延长。当然，在这种情况下，为增加源气体的离解速率而施加的RF功率的强度可能需要相应地增加。

图15是示出在通过供应RF功率执行间隙填充过程的情况下，当通过连续方法(连续波模式CVD，随后是等离子体处理)和通过根据实施例的脉冲方法(脉冲波模式CVD，随后是等离子体处理)在间隙结构上沉积SiO

在图15的TEM照片中，当以脉冲方式供应RF功率时，可以看出，当以脉冲方式供应RF功率时沉积在间隙下部区域上的膜的厚度大于当以连续波方式供应RF功率时的厚度，并且从间隙的上部区域到下部区域，台阶覆盖提高了约40％。图15示出了除了间隙填充过程之外，本公开还可以用作TSV(硅穿孔)过程中的孔中的金属膜和硅衬底之间的绝缘膜。

图16是示出根据本公开的变型实施例的视图。

图16示出了等离子体后处理的多个实施例。例如，如图16(a)所示，在通过供应高频RF功率(HRF)增加离子密度之后，可以供应低频RF功率(LRF)以均匀地致密化膜直到间隙结构的下部区域，因此离子活性物质的平均自由程(MFP)可以增加。可替代地，如图16(b)所示，通过一起供应高频RF功率和低频RF功率，然后供应低频RF功率，膜被均匀地致密化直到间隙结构的下部区域，同时保持离子活性物质的MFP。在另一实施例中，图16的两步等离子体后处理的各个步骤中的RF功率强度可以不同。

表1示出了根据实施例的实验条件。

在表1中，在沉积步骤中，以脉冲方式施加高频RF功率，并且占空比在0.2和0.8之间。在等离子体后处理步骤中，施加高频RF功率和低频RF功率。在根据表1的示例中，SiO

尽管已经针对间隙填充过程描述了以上详细描述，但本公开也可以应用于TSV过程。TSV过程是通过结合两个硅衬底来增加半导体器件的集成度的技术，并且本公开可以应用于在穿透两个硅衬底的通孔的内壁上沉积绝缘膜的衬里过程。图17示出了TSV过程的实施例。

在图17中，金属膜3填充在穿透彼此结合的两个衬底1和2的通孔5中，并且绝缘膜4形成为金属膜3和通孔5的内壁之间的衬里层。绝缘膜4防止金属膜扩散到衬底中，因此需要沿着具有高纵横比(HAR)的通孔5的内壁具有均匀的厚度和均匀的特性。因此，本公开具有有效地应用于TSV过程中衬里绝缘膜的沉积的技术效果。

应该理解，这里描述的实施例应被认为仅仅是描述性的，而不是为了限制的目的。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。